JP3363333B2 - 光ファイバー固定具 - Google Patents
光ファイバー固定具Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバーコネ
クタや発光・受光素子に使用する光ファイバー固定具に
関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、光通信システムにおける装置の切
り換え、送受信ポートの取り外し、装置の調整、測定等
の着脱自在な光接続が必要な箇所には光ファイバーを保
持した一対の光ファイバー固定具のフェルール先端同士
を当接させて連結保持することにより光ファイバー同士
を光学的に接続する光ファイバーコネクタが使用されて
いる。 【０００３】例えば、図５に示す光ファイバーコネクタ
２０は、光ファイバー１１を挿通固定する軸孔２１ａを
有するセラミック製のフェルール２１と、該フェルール
２１が嵌合する内孔２２ａと、該内孔２２ａに連通する
貫通孔２２ｂを有する金属製又は樹脂製のフェルール支
持体２２とからなり、上記フェルール２１の軸孔２１ａ
に光ファイバー１１を挿入し、上記フェルール支持体２
２の貫通孔２２ｂに接着剤１３を充填して上記光ファイ
バー１１を固着してなる一対の光ファイバー固定具２３
と、該光ファイバー固定具２３のフェルール２１先端同
士を当接させて連結保持するスリーブ２４からなり、該
スリーブ２４の外周には両端にネジ部を有するアダプタ
カプリング２５が配設され、該アダプタカプリング２５
の両端にカップリングナット２６を螺合して各カップリ
ングナット２６とフェルール支持体２２との間に配設さ
れたバネ２７の押圧力でもって光ファイバー固定具２３
のフェルール２１先端同士を当接させ、光ファイバー１
１同士を光学的に接続するようになっていた。 【０００４】また、上記光ファイバー１１を保持する光
ファイバー固定具２３の構造としては、以下に示すよう
な３種類のものが使用されている。 １．圧入仕様のもの フェルール２１の外径より若干小さい内径を有するフェ
ルール支持体２２の内孔２２ａにフェルール２１を圧入
し、この時に発生する締め付け力により固定したもの。 ２．接着仕様のもの フェルール２１の外径と同等の内径を有するフェルール
支持体２２の内孔２２ａに熱硬化性等の接着剤を塗布し
ておき、フェルール２１を挿入して熱を加えることによ
り接着剤を硬化させて固定したもの。 ３．インジェクション成形仕様のもの フェルール支持体２２の外形状を有する金型キャビティ
ー内に、切り欠き部を設けたフェルール２１を配設し、
インジェクション成形法でもってキャビティー内に樹脂
を充填し硬化させることによりフェルール２１に樹脂製
のフェルール支持体２２を一体的に形成したもの。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ところが、圧入仕様の
光ファイバー固定具２３は、フェルール支持体２２が金
属製である場合、フェルール２１を圧入する内孔２２ａ
を切削加工によって形成する必要があり、作業時間がか
かるとともにコスト高となり、さらに、識別のための刻
印を付ける必要があることから、作業効率が悪いといっ
た課題があった。また、フェルール支持体２２が樹脂製
である場合、フェルール支持体２２のフランジ部におけ
る締め付け力が弱いためにフェルール２１が抜け易いと
いった課題があった。 【０００６】一方、接着仕様の光ファイバー固定具２３
では、接着剤の塗布量の管理が難しく、また、フェルー
ル支持体２２の内孔２２ａに接着剤を塗布し、該内孔２
２ａにフェルール２１を挿入するようにしてあることか
ら、接着剤のはみ出しやフェルール２１の軸孔２１ａの
詰まりを生じる恐れがある他、フェルール２１の接着力
にバラツキがあるなど、製造工程において自動化するこ
とが難しく、作業効率が悪いといった課題があった。し
かも、硬化時間の短い接着剤を使用すると、フェルール
２１の突出量を所定の寸法に調整する前に硬化してしま
う危険性があり、逆に、硬化時間の長い接着剤を使用す
ると、硬化させるまで治具等により適切な寸法の設定し
ておく必要があり、作業性が極端に悪いといった課題が
あった。さらに、インジェクション成形仕様の光ファイ
バー固定具２３では、フェルール２１に形成する切り欠
き部の寸法によって、フェルール２１やフェルール支持
体２２が破損し、フェルール２１がフェルール支持体２
２より抜けてしまうといった恐れがあった。 【０００７】 【発明の目的】本発明の目的は、セラミック製のフェル
ールを樹脂からなるフェルール支持体の内孔に強固に保
持することができる耐久性に優れた光ファイバー固定具
を提供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、光ファイバーを挿通固定する軸孔を有し、外
周面に切り欠き部を備えるジルコニアセラミック製のフ
ェルールと、該フェルールが嵌合する内孔を備え、この
内孔内に前記フェルールの切り欠き部と係合する凸部を
有する樹脂製のフェルール支持体とからなる光ファイバ
ー固定具のうち、上記フェルールの外径をＤ（ｍｍ）、
切り欠き部の幅をＷ（ｍｍ）、切り欠き部の深さをＣ
（ｍｍ）、切り欠き部から後端面までの長さをＬ（ｍ
ｍ）、フェルール支持体の内孔に挿入される部分の長さ
をＭ（ｍｍ）とした時に、以下のような関係式となるよ
うにしたことを特徴とするものである。 【０００９】０．５（Ｍ−０．２）≦Ｗ≦０．７（Ｍ−
０．２） 〔ただし、１．１ｍｍ≦Ｄ≦２．６ｍｍ〕 １．２Ｌ≦Ｗ≦２．２Ｌ ０．２≦Ｃ≦０．７２Ｄ−０．５ 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。 【００１１】図１に示す光ファイバー固定具３は、光フ
ァイバーを挿通固定する軸孔１ａを有する円筒状をした
ジルコニアセラミック製のフェルール１と、該フェルー
ル１の後端部を挿嵌する内孔２ａを備えた樹脂製のフェ
ルール支持体２とからなり、該フェルール支持体２はモ
ールド成形によりフェルール１と一体的に形成してあ
る。なお、フェルール支持体２の内孔２ａ内に挿入され
るフェルール１の後端部の外周面には一つの切り欠き部
１ｂを設けてあり、該切り欠き部１ｂにフェルール支持
体２の内孔２ａ内に突出する凸部２ｂを係合させてフェ
ルール１を固定及び位置決めするようにしてある。 【００１２】また、上記フェルール１の後端面には前記
軸孔１ａと連通するテーパー状のコーン部１ｃを設けて
あり、上記軸孔１ａへの光ファイバーの挿入を容易に行
うことができるようにしてある。 【００１３】なお、上記フェルール支持体２を構成する
樹脂としては、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢ
Ｔ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルイミド
（ＰＥＩ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）などが良く、よ
り好ましくはこれらの樹脂にガラスファイバーを１０〜
４５ｗｔ％含んだものを用いれば良い。 【００１４】ただし、フェルール１やフェルール支持体
２を破損させることなく、かつ強固に固定・位置決めす
るためには、フェルール１に形成する切り欠き部１ｂの
寸法が重要であり、この切り欠き部１ｂの寸法は以下に
示すような３つの関係式を満足するように形成すること
が重要である。 【００１５】０．５（Ｍ−０．２）≦Ｗ≦０．７（Ｍ−
０．２） 〔ただし、１．１ｍｍ≦Ｄ≦２．６ｍｍ〕 １．２Ｌ≦Ｗ≦２．２Ｌ ０．２≦Ｃ≦０．７２Ｄ−０．５ 即ち、光ファイバー固定具３の破壊モードとしては図２
に示すような５つのモードが考えられ、これらの破壊モ
ードはフェルール１の切り欠き部１ｂの幅をＷ（ｍ
ｍ）、深さをＣ（ｍｍ）、切り欠き部１ｂから後端面ま
での長さをＬ（ｍｍ）、切り欠き部１ｂからコーン部１
ｃまでの長さをＧ（ｍｍ）とすると、以下に示すような
時に発生することになる。 【００１６】モード１：Ｗが小さいほど起きやすい。 【００１７】モード２：Ｃが小さいほど起きやすい。 【００１８】モード３：Ｌが小さいほど起きやすい。 【００１９】モード４：Ｇが小さいほど起きやすい。 【００２０】モード５：Ｃが大きいほど起きやすい。 【００２１】そこで、コーン部１ｃの直径を１ｍｍ、コ
ーン角度αを９０°とすると、切り欠き部１ｂからコー
ン部１ｃまでの長さＧ（ｍｍ）は、 【００２２】 【数１】 【００２３】となり、この数１からモード４は切り欠き
部１ｂから後端面までの長さＬ（ｍｍ）が小さいか、あ
るいは切り欠き部１ｂの深さＣ（ｍｍ）が大きいほど起
き易いことになる。 【００２４】ただし、モード３とモード４を比較する
と、モード３における断面積よりモード４における断面
積の方が大きいため、モード３による破壊の方が生じ易
いことになる。 【００２５】また、モード２について実験的に測定した
ところ、切り欠き部１ｂの深さＣがＣ≧０．２であれば
モード２による破壊モードは起き難く、モード１による
破壊に移行することになる。 【００２６】従って、フェルール１に引っ張り力が働い
て、フェルール支持体２の凸部２ｂが破損する時はモー
ド１となり、フェルール１が破損する時はモード３とな
る。ただし、いずれの破壊モードが発生してもフェルー
ル１の抜けが発生することになることから、モード１に
対する強度とモード３に対する強度は同程度となるよう
に設定することが必要となる。 【００２７】そこで、モード１の破壊面Ａとモード３の
破壊面Ｂを求めると、まず、モード１における破壊面Ａ
は（２θ／２π）×πＬＤで求められるが、これをフェ
ルール１の外径Ｄ（ｍｍ）、切り欠き部１ｂの深さＣ
（ｍｍ）、切り欠き部１ｂから後端面までの長さＬ（ｍ
ｍ）からなる式で表すと、 Ａ＝ＬＤｃｏｓ-1（１−２Ｃ／Ｄ） となる。 【００２８】また、モード３の破壊面Ｂは、 Ｂ＝２Ｌ〔Ｃ（Ｄ Ｃ）〕1/2 となる。 【００２９】ここで、せん断抵抗τはτ＝Ｐ／ｔｌ（た
だし、ｔ：せん断部厚み、ｌ：せん断部輪郭長さ）で求
められるが、モード１においては、 τ＝１０．８〜１４．５６ｋｇ／ｍｍ２ （ただし、樹脂の引張強度が１３．５〜18.2kg/mm2であ
るためその80% に設定） ｔ＝Ｗ ｌ＝２ＬＤｃｏｓ-1（１−２Ｃ／Ｄ）＋２Ｗ であり、モード３では、 τ＝８１〜８７ｋｇ／ｍｍ2 （ジルコニアセラミックス
のせん断抵抗τ） ｔ＝Ｌ ｌ＝２Ｌ＋４〔Ｃ（Ｄ−Ｃ）〕1/2 となるため、モード１に対する強度とモード３に対する
強度が同等であるとすると以下のような数２が得られ
る。 【００３０】 【数２】 【００３１】この数２にフェルール１の外径Ｄ（ｍｍ）
（ただし、１．１≦Ｄ≦２．６）と切り欠き部１ｂの深
さＣ（ｍｍ）を代入すると、切り欠き部１ｂの幅Ｗ（ｍ
ｍ）は、 【００３２】 【数３】 【００３３】という数３が成り立つことになる。 【００３４】また、切り欠き部１ｂがフェルール支持体
２の内孔２ａよりも外側に出てしまうことは許されない
ことから、切り欠き部１ｂの幅Ｗ（ｍｍ）と切り欠き部
１ｂから後端面までの長さＬ（ｍｍ）との和（Ｗ＋Ｌ）
（ｍｍ）はフェルール支持体２の内孔２ａに挿入される
部分の長さＭ（ｍｍ）より小さくする必要があり、さら
にこれらの寸法には各々±０．１ｍｍ程度の加工バラツ
キがあることから、これらの間には次のような数４が成
り立つことになる。 【００３５】 【数４】 【００３６】そして、上記数４に数３を代入すること
で、 【００３７】 【数５】 【００３８】という数５が成り立つことになる。 【００３９】一方、モード４とモード５を比較した場
合、モード４に対する強度の方が低いため、モード４に
て切り欠き部１ｂの深さＣ（ｍｍ）の上限を決定すれば
良いことになる。そして、数３で得られたＷ（ｍｍ）の
値を満足するためには、モード４に対する強度をモード
３に対する強度以上にすれば良いことになる。そして、
モード４に対する強度は数１で表される切り欠き部１ｂ
からコーン部１ｃまでの長さＧ（ｍｍ）によって決定さ
れることから、モード３に対する最悪時の強度をモード
４に対する強度と同等であると設定すると、 【００４０】 【数６】 【００４１】という数６が成り立つことになる。 【００４２】そして、上記数６にフェルール１の代表的
な外径Ｄ（ｍｍ）とフェルール支持体２の内孔２ａ内に
挿入される部分の長さＭ（ｍｍ）の数値を代入すると、
切り欠き部１ｂの深さＣ（ｍｍ）は、 Ｄ＝１．２５ｍｍ、Ｍ＝１．５ｍｍの時、Ｃ＝０．４ｍｍ Ｄ＝１．４ ｍｍ、Ｍ＝１．７ｍｍの時、Ｃ＝０．５ｍｍ Ｄ＝１．８ ｍｍ、Ｍ＝２．０ｍｍの時、Ｃ＝０．８ｍｍ Ｄ＝２．０ ｍｍ、Ｍ＝２．２ｍｍの時、Ｃ＝０．９ｍｍ Ｄ＝２．５ ｍｍ、Ｍ＝２．５ｍｍの時、Ｃ＝１．３ｍｍ となり、近似的に 【００４３】 【数７】 【００４４】という数７が得られることから、実験的に
得られたＣ≧０．２との関係から、フェルール１の切り
欠き部１ｂの深さＣ（ｍｍ）は、 【００４５】 【数８】 【００４６】とすれば良いことになる。 【００４７】このように、フェルール１に形成する切り
欠き部１ｂの寸法を、 ０．５（Ｍ−０．２）≦Ｗ≦０．７（Ｍ−０．２） 〔ただし、１．１ｍｍ≦Ｄ≦２．６ｍｍ〕 １．２Ｌ≦Ｗ≦２．２Ｌ ０．２≦Ｃ≦０．７２Ｄ−０．５ となるようにすることで、光ファイバー固定具３の引張
強度を大幅に向上させることができる。特に、フェルー
ル１の外径Ｄは２．５ｍｍから１．８ｍｍ以下に移りつ
つあり、本発明はフェルール１径の小さな光ファイバー
固定具３に、より好適に使用することができる。 【００４８】なお、図１に示す光ファイバー固定具３に
おいて、切り欠き部１ｂの底面稜部１ｄを曲面状に形成
すればフェルール１の引抜強度をより向上させることが
でき、特に、その曲率半径を０．１ｍｍ以上とすれば、
図３に示すように引張強度を大幅に向上させることがで
きる。 【００４９】ここで、切り欠き部１ｂの寸法が本発明範
囲内にある光ファイバー固定具３と、切り欠き部１ｂの
寸法が本発明範囲外である光ファイバー固定具３、及び
切り欠き部１ｂを持たない光ファイバー固定具２３をぞ
れぞれ１０本ずつ用意し、フェルール１、２１の引抜試
験を行った。 【００５０】各フェルール１、２１は部分安定化ジルコ
ニアセラミックスにより形成するとともに、フェルール
支持体２、２２はポリブチレンテレフタレート（ＰＢ
Ｔ）樹脂により形成したものを使用した。 【００５１】なお、フェルール１に形成する切り欠き部
１ｂの寸法およびそれぞれの結果は表１に示す通りであ
る。 【００５２】 【表１】 【００５３】この結果、切り欠き部１ｂを持たない従来
の光ファイバー固定具２３は、フェルール２１をフェル
ール支持体２２の内孔２２ａに圧入しただけの状態であ
るために、フェルール２１の引抜強度は平均２．４７ｋ
ｇｆであった。 【００５４】また、切り欠き部１ｂの寸法が本発明範囲
外である光ファイバー固定具３は、フェルール１の切り
欠き部１ｂの幅Ｗが０．５ｍｍと式５より得られる下限
値より小さいため、フェルール１の引抜強度は平均６．
２４ｋｇｆであった。また、この破壊モードについて調
べてみると全てフェルール１の切り欠き部１ｂの幅Ｗが
小さいことによるモード１での破壊であった。 【００５５】これに対し、切り欠き部１ｂの寸法が本発
明範囲内にある光ファイバー固定具３は、フェルール１
に形成した切り欠き部１ｂの寸法を ０．５（Ｍ−０．２）≦Ｗ≦０．７（Ｍ−０．２） 〔ただし、１．１ｍｍ≦Ｄ≦２．６ｍｍ〕 Ｗ＝（１．２〜２．２）Ｌ ０．２≦Ｃ≦０．７２Ｄ−０．５ としてあるため、フェルール１の引抜強度を平均２８．
８１ｋｇｆと大幅に向上させることができた。なお、破
壊した時の破壊モードについて調べてみると７個がモー
ド１での破壊であり、残り３個がモード３での破壊であ
った。 【００５６】 【００５７】図４に示す光ファイバー固定具１３は、本
発明の比較例であり、光ファイバーを挿通固定する軸孔
１１ａを有する円筒状をしたセラミック製のフェルール
１１と、フランジ部１２ｂに上記フェルール１１の後端
部を挿嵌する内孔１２ａを有する樹脂製のフェルール支
持体１２とからなり、該フェルール支持体１２の内孔１
２ａはフェルール１の外径より若干小さい内径としてあ
り、該内孔１２ａにフェルール支持体１２を圧入してあ
る。また、上記フェルール支持体１２の側面には内孔１
２ａに連通する貫通孔１２ｃを設けてあり、該貫通孔１
２ｃに接着剤１４を充填してフェルール１１とフェルー
ル支持体１２とを接着固定するようにしてある。 【００５８】 【００５９】ただし、フェルール支持体１２を破損する
ことなくフェルール１１を適度な保持力でもって保持す
るには、内孔１２ａの内径をフェルール支持体１２の外
径より８〜２１μｍ程度小さく設定することが好まし
い。即ち、圧入代が８μｍより小さくなると、フェルー
ル１１を圧入した時の締め付け力が小さいために接着固
定する前にフェルール１２の位置ズレを生じる恐れがあ
るからであり、また、圧入代が２１μｍより大きくなる
と塑性変形のために保持力が低下するからである。ま
た、本発明において使用する接着剤１４としてはエポキ
シ系樹脂を使用することもできるが、圧入したフェルー
ル１１とフェルール支持体１２との間に接着剤を浸透さ
せる必要があることから粘性の低い１２０Ｃｐ以下のも
のが良く、具体的にはアクリル酸エステル、ジメタアク
リレート、ポリアクリレート、シアノアクリレートを主
成分とする一液性室温硬化型の樹脂が好適である。 【００６０】なお、図４に示す光ファイバー固定具１３
ではフェルール支持体１２の側面に一つの貫通孔１２ｃ
を穿設したものを示したが、フランジ部１２ｂによる保
持力を低下させない範囲で２つ以上の貫通孔１２ｃを設
けても良く、この場合、接着剤１４による接合強度をさ
らに高めることができる。 【００６１】また、上記フェルール１１を構成するセラ
ミックスとしてはアルミナやジルコニア、さらには炭化
珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等を使用することが
でき、また、フェルール支持体１２を構成する樹脂とし
てはガラスファイバーを１０〜４５ｗｔ％含んだポリブ
チレンテレフタレート（ＰＢＴ）、液晶ポリマー（ＬＣ
Ｐ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリカーボネイ
ト（ＰＣ）等を使用すれば良い。 【００６２】ここで、本発明の光ファイバー固定具１３
と圧入仕様のみ及び接着仕様のみからなる従来の光ファ
イバー固定具２３をそれぞれ５０個ずつ用意し、フェル
ール１１、２１の引抜試験を行った。 【００６３】本実験ではいずれも外径２．５ｍｍのフェ
ルール１１、２１とし、フェルール支持体１２、２２の
フランジ部１２ｂ先端からフェルール１１、２１の先端
面までの長さ（段長）を７．９５〜８．００ｍｍに設定
した。 【００６４】そして、一般的に１００ｋｇｆ以上の引抜
力に耐え得るものが要求されていることから、１００ｋ
ｇｆ以上の引抜力に対し、フェルール１１、２１の抜け
が発生しなかったものを優れたものとした。 【００６５】それぞれの結果は表２に示す通りである。 【００６６】 【表２】 【００６７】この結果、従来の圧入仕様のものでは、接
合強度が小さいためにフェルール２１の引抜強度は平均
２．８ｋｇｆと非常に小さく、簡単に抜けてしまうこと
がわかった。 【００６８】また、従来の接着仕様のものでは、圧入仕
様のものに比べ引抜強度を向上させることができたもの
の、その強度は平均９４．５ｋｇｆ程度であった。 【００６９】これに対し、本発明に係る光ファイバー固
定具１３は、フェルール１１の引抜強度が平均１１３．
９ｋｇｆと、予想した以上の優れた引抜強度が得られ
た。 【００７０】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、光ファ
イバーを挿通固定する軸孔を有し、外周面に切り欠き部
を備えるジルコニアセラミック製のフェルールと、該フ
ェルールが嵌合する内孔を備え、この内孔内に前記フェ
ルールの切り欠き部と嵌合する凸部を有する樹脂製のフ
ェルール支持体とからなる光ファイバー固定具のうち、
上記フェルールの外径をＤ（ｍｍ）、切り欠き部の幅を
Ｗ（ｍｍ）、切り欠き部の深さをＣ（ｍｍ）、切り欠き
部から後端面までの長さをＬ（ｍｍ）、フェルール支持
体の内孔に挿入される部分の長さをＭ（ｍｍ）とした時
に、 ０．５（Ｍ−０．２）≦Ｗ≦０．７（Ｍ−０．２） 〔ただし、１．１ｍｍ≦Ｄ≦２．６ｍｍ〕 １．２Ｌ≦Ｗ≦２．２）Ｌ ０．２≦Ｃ≦０．７２Ｄ−０．５ となるようにしてあることから、フェルール支持体をモ
ードル成形した光ファイバー固定具のなかでも優れた接
合強度を有する耐久性に優れた光ファイバー固定具とす
ることができる。 【００７１】
クタや発光・受光素子に使用する光ファイバー固定具に
関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、光通信システムにおける装置の切
り換え、送受信ポートの取り外し、装置の調整、測定等
の着脱自在な光接続が必要な箇所には光ファイバーを保
持した一対の光ファイバー固定具のフェルール先端同士
を当接させて連結保持することにより光ファイバー同士
を光学的に接続する光ファイバーコネクタが使用されて
いる。 【０００３】例えば、図５に示す光ファイバーコネクタ
２０は、光ファイバー１１を挿通固定する軸孔２１ａを
有するセラミック製のフェルール２１と、該フェルール
２１が嵌合する内孔２２ａと、該内孔２２ａに連通する
貫通孔２２ｂを有する金属製又は樹脂製のフェルール支
持体２２とからなり、上記フェルール２１の軸孔２１ａ
に光ファイバー１１を挿入し、上記フェルール支持体２
２の貫通孔２２ｂに接着剤１３を充填して上記光ファイ
バー１１を固着してなる一対の光ファイバー固定具２３
と、該光ファイバー固定具２３のフェルール２１先端同
士を当接させて連結保持するスリーブ２４からなり、該
スリーブ２４の外周には両端にネジ部を有するアダプタ
カプリング２５が配設され、該アダプタカプリング２５
の両端にカップリングナット２６を螺合して各カップリ
ングナット２６とフェルール支持体２２との間に配設さ
れたバネ２７の押圧力でもって光ファイバー固定具２３
のフェルール２１先端同士を当接させ、光ファイバー１
１同士を光学的に接続するようになっていた。 【０００４】また、上記光ファイバー１１を保持する光
ファイバー固定具２３の構造としては、以下に示すよう
な３種類のものが使用されている。 １．圧入仕様のもの フェルール２１の外径より若干小さい内径を有するフェ
ルール支持体２２の内孔２２ａにフェルール２１を圧入
し、この時に発生する締め付け力により固定したもの。 ２．接着仕様のもの フェルール２１の外径と同等の内径を有するフェルール
支持体２２の内孔２２ａに熱硬化性等の接着剤を塗布し
ておき、フェルール２１を挿入して熱を加えることによ
り接着剤を硬化させて固定したもの。 ３．インジェクション成形仕様のもの フェルール支持体２２の外形状を有する金型キャビティ
ー内に、切り欠き部を設けたフェルール２１を配設し、
インジェクション成形法でもってキャビティー内に樹脂
を充填し硬化させることによりフェルール２１に樹脂製
のフェルール支持体２２を一体的に形成したもの。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ところが、圧入仕様の
光ファイバー固定具２３は、フェルール支持体２２が金
属製である場合、フェルール２１を圧入する内孔２２ａ
を切削加工によって形成する必要があり、作業時間がか
かるとともにコスト高となり、さらに、識別のための刻
印を付ける必要があることから、作業効率が悪いといっ
た課題があった。また、フェルール支持体２２が樹脂製
である場合、フェルール支持体２２のフランジ部におけ
る締め付け力が弱いためにフェルール２１が抜け易いと
いった課題があった。 【０００６】一方、接着仕様の光ファイバー固定具２３
では、接着剤の塗布量の管理が難しく、また、フェルー
ル支持体２２の内孔２２ａに接着剤を塗布し、該内孔２
２ａにフェルール２１を挿入するようにしてあることか
ら、接着剤のはみ出しやフェルール２１の軸孔２１ａの
詰まりを生じる恐れがある他、フェルール２１の接着力
にバラツキがあるなど、製造工程において自動化するこ
とが難しく、作業効率が悪いといった課題があった。し
かも、硬化時間の短い接着剤を使用すると、フェルール
２１の突出量を所定の寸法に調整する前に硬化してしま
う危険性があり、逆に、硬化時間の長い接着剤を使用す
ると、硬化させるまで治具等により適切な寸法の設定し
ておく必要があり、作業性が極端に悪いといった課題が
あった。さらに、インジェクション成形仕様の光ファイ
バー固定具２３では、フェルール２１に形成する切り欠
き部の寸法によって、フェルール２１やフェルール支持
体２２が破損し、フェルール２１がフェルール支持体２
２より抜けてしまうといった恐れがあった。 【０００７】 【発明の目的】本発明の目的は、セラミック製のフェル
ールを樹脂からなるフェルール支持体の内孔に強固に保
持することができる耐久性に優れた光ファイバー固定具
を提供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、光ファイバーを挿通固定する軸孔を有し、外
周面に切り欠き部を備えるジルコニアセラミック製のフ
ェルールと、該フェルールが嵌合する内孔を備え、この
内孔内に前記フェルールの切り欠き部と係合する凸部を
有する樹脂製のフェルール支持体とからなる光ファイバ
ー固定具のうち、上記フェルールの外径をＤ（ｍｍ）、
切り欠き部の幅をＷ（ｍｍ）、切り欠き部の深さをＣ
（ｍｍ）、切り欠き部から後端面までの長さをＬ（ｍ
ｍ）、フェルール支持体の内孔に挿入される部分の長さ
をＭ（ｍｍ）とした時に、以下のような関係式となるよ
うにしたことを特徴とするものである。 【０００９】０．５（Ｍ−０．２）≦Ｗ≦０．７（Ｍ−
０．２） 〔ただし、１．１ｍｍ≦Ｄ≦２．６ｍｍ〕 １．２Ｌ≦Ｗ≦２．２Ｌ ０．２≦Ｃ≦０．７２Ｄ−０．５ 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。 【００１１】図１に示す光ファイバー固定具３は、光フ
ァイバーを挿通固定する軸孔１ａを有する円筒状をした
ジルコニアセラミック製のフェルール１と、該フェルー
ル１の後端部を挿嵌する内孔２ａを備えた樹脂製のフェ
ルール支持体２とからなり、該フェルール支持体２はモ
ールド成形によりフェルール１と一体的に形成してあ
る。なお、フェルール支持体２の内孔２ａ内に挿入され
るフェルール１の後端部の外周面には一つの切り欠き部
１ｂを設けてあり、該切り欠き部１ｂにフェルール支持
体２の内孔２ａ内に突出する凸部２ｂを係合させてフェ
ルール１を固定及び位置決めするようにしてある。 【００１２】また、上記フェルール１の後端面には前記
軸孔１ａと連通するテーパー状のコーン部１ｃを設けて
あり、上記軸孔１ａへの光ファイバーの挿入を容易に行
うことができるようにしてある。 【００１３】なお、上記フェルール支持体２を構成する
樹脂としては、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢ
Ｔ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルイミド
（ＰＥＩ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）などが良く、よ
り好ましくはこれらの樹脂にガラスファイバーを１０〜
４５ｗｔ％含んだものを用いれば良い。 【００１４】ただし、フェルール１やフェルール支持体
２を破損させることなく、かつ強固に固定・位置決めす
るためには、フェルール１に形成する切り欠き部１ｂの
寸法が重要であり、この切り欠き部１ｂの寸法は以下に
示すような３つの関係式を満足するように形成すること
が重要である。 【００１５】０．５（Ｍ−０．２）≦Ｗ≦０．７（Ｍ−
０．２） 〔ただし、１．１ｍｍ≦Ｄ≦２．６ｍｍ〕 １．２Ｌ≦Ｗ≦２．２Ｌ ０．２≦Ｃ≦０．７２Ｄ−０．５ 即ち、光ファイバー固定具３の破壊モードとしては図２
に示すような５つのモードが考えられ、これらの破壊モ
ードはフェルール１の切り欠き部１ｂの幅をＷ（ｍ
ｍ）、深さをＣ（ｍｍ）、切り欠き部１ｂから後端面ま
での長さをＬ（ｍｍ）、切り欠き部１ｂからコーン部１
ｃまでの長さをＧ（ｍｍ）とすると、以下に示すような
時に発生することになる。 【００１６】モード１：Ｗが小さいほど起きやすい。 【００１７】モード２：Ｃが小さいほど起きやすい。 【００１８】モード３：Ｌが小さいほど起きやすい。 【００１９】モード４：Ｇが小さいほど起きやすい。 【００２０】モード５：Ｃが大きいほど起きやすい。 【００２１】そこで、コーン部１ｃの直径を１ｍｍ、コ
ーン角度αを９０°とすると、切り欠き部１ｂからコー
ン部１ｃまでの長さＧ（ｍｍ）は、 【００２２】 【数１】 【００２３】となり、この数１からモード４は切り欠き
部１ｂから後端面までの長さＬ（ｍｍ）が小さいか、あ
るいは切り欠き部１ｂの深さＣ（ｍｍ）が大きいほど起
き易いことになる。 【００２４】ただし、モード３とモード４を比較する
と、モード３における断面積よりモード４における断面
積の方が大きいため、モード３による破壊の方が生じ易
いことになる。 【００２５】また、モード２について実験的に測定した
ところ、切り欠き部１ｂの深さＣがＣ≧０．２であれば
モード２による破壊モードは起き難く、モード１による
破壊に移行することになる。 【００２６】従って、フェルール１に引っ張り力が働い
て、フェルール支持体２の凸部２ｂが破損する時はモー
ド１となり、フェルール１が破損する時はモード３とな
る。ただし、いずれの破壊モードが発生してもフェルー
ル１の抜けが発生することになることから、モード１に
対する強度とモード３に対する強度は同程度となるよう
に設定することが必要となる。 【００２７】そこで、モード１の破壊面Ａとモード３の
破壊面Ｂを求めると、まず、モード１における破壊面Ａ
は（２θ／２π）×πＬＤで求められるが、これをフェ
ルール１の外径Ｄ（ｍｍ）、切り欠き部１ｂの深さＣ
（ｍｍ）、切り欠き部１ｂから後端面までの長さＬ（ｍ
ｍ）からなる式で表すと、 Ａ＝ＬＤｃｏｓ-1（１−２Ｃ／Ｄ） となる。 【００２８】また、モード３の破壊面Ｂは、 Ｂ＝２Ｌ〔Ｃ（Ｄ Ｃ）〕1/2 となる。 【００２９】ここで、せん断抵抗τはτ＝Ｐ／ｔｌ（た
だし、ｔ：せん断部厚み、ｌ：せん断部輪郭長さ）で求
められるが、モード１においては、 τ＝１０．８〜１４．５６ｋｇ／ｍｍ２ （ただし、樹脂の引張強度が１３．５〜18.2kg/mm2であ
るためその80% に設定） ｔ＝Ｗ ｌ＝２ＬＤｃｏｓ-1（１−２Ｃ／Ｄ）＋２Ｗ であり、モード３では、 τ＝８１〜８７ｋｇ／ｍｍ2 （ジルコニアセラミックス
のせん断抵抗τ） ｔ＝Ｌ ｌ＝２Ｌ＋４〔Ｃ（Ｄ−Ｃ）〕1/2 となるため、モード１に対する強度とモード３に対する
強度が同等であるとすると以下のような数２が得られ
る。 【００３０】 【数２】 【００３１】この数２にフェルール１の外径Ｄ（ｍｍ）
（ただし、１．１≦Ｄ≦２．６）と切り欠き部１ｂの深
さＣ（ｍｍ）を代入すると、切り欠き部１ｂの幅Ｗ（ｍ
ｍ）は、 【００３２】 【数３】 【００３３】という数３が成り立つことになる。 【００３４】また、切り欠き部１ｂがフェルール支持体
２の内孔２ａよりも外側に出てしまうことは許されない
ことから、切り欠き部１ｂの幅Ｗ（ｍｍ）と切り欠き部
１ｂから後端面までの長さＬ（ｍｍ）との和（Ｗ＋Ｌ）
（ｍｍ）はフェルール支持体２の内孔２ａに挿入される
部分の長さＭ（ｍｍ）より小さくする必要があり、さら
にこれらの寸法には各々±０．１ｍｍ程度の加工バラツ
キがあることから、これらの間には次のような数４が成
り立つことになる。 【００３５】 【数４】 【００３６】そして、上記数４に数３を代入すること
で、 【００３７】 【数５】 【００３８】という数５が成り立つことになる。 【００３９】一方、モード４とモード５を比較した場
合、モード４に対する強度の方が低いため、モード４に
て切り欠き部１ｂの深さＣ（ｍｍ）の上限を決定すれば
良いことになる。そして、数３で得られたＷ（ｍｍ）の
値を満足するためには、モード４に対する強度をモード
３に対する強度以上にすれば良いことになる。そして、
モード４に対する強度は数１で表される切り欠き部１ｂ
からコーン部１ｃまでの長さＧ（ｍｍ）によって決定さ
れることから、モード３に対する最悪時の強度をモード
４に対する強度と同等であると設定すると、 【００４０】 【数６】 【００４１】という数６が成り立つことになる。 【００４２】そして、上記数６にフェルール１の代表的
な外径Ｄ（ｍｍ）とフェルール支持体２の内孔２ａ内に
挿入される部分の長さＭ（ｍｍ）の数値を代入すると、
切り欠き部１ｂの深さＣ（ｍｍ）は、 Ｄ＝１．２５ｍｍ、Ｍ＝１．５ｍｍの時、Ｃ＝０．４ｍｍ Ｄ＝１．４ ｍｍ、Ｍ＝１．７ｍｍの時、Ｃ＝０．５ｍｍ Ｄ＝１．８ ｍｍ、Ｍ＝２．０ｍｍの時、Ｃ＝０．８ｍｍ Ｄ＝２．０ ｍｍ、Ｍ＝２．２ｍｍの時、Ｃ＝０．９ｍｍ Ｄ＝２．５ ｍｍ、Ｍ＝２．５ｍｍの時、Ｃ＝１．３ｍｍ となり、近似的に 【００４３】 【数７】 【００４４】という数７が得られることから、実験的に
得られたＣ≧０．２との関係から、フェルール１の切り
欠き部１ｂの深さＣ（ｍｍ）は、 【００４５】 【数８】 【００４６】とすれば良いことになる。 【００４７】このように、フェルール１に形成する切り
欠き部１ｂの寸法を、 ０．５（Ｍ−０．２）≦Ｗ≦０．７（Ｍ−０．２） 〔ただし、１．１ｍｍ≦Ｄ≦２．６ｍｍ〕 １．２Ｌ≦Ｗ≦２．２Ｌ ０．２≦Ｃ≦０．７２Ｄ−０．５ となるようにすることで、光ファイバー固定具３の引張
強度を大幅に向上させることができる。特に、フェルー
ル１の外径Ｄは２．５ｍｍから１．８ｍｍ以下に移りつ
つあり、本発明はフェルール１径の小さな光ファイバー
固定具３に、より好適に使用することができる。 【００４８】なお、図１に示す光ファイバー固定具３に
おいて、切り欠き部１ｂの底面稜部１ｄを曲面状に形成
すればフェルール１の引抜強度をより向上させることが
でき、特に、その曲率半径を０．１ｍｍ以上とすれば、
図３に示すように引張強度を大幅に向上させることがで
きる。 【００４９】ここで、切り欠き部１ｂの寸法が本発明範
囲内にある光ファイバー固定具３と、切り欠き部１ｂの
寸法が本発明範囲外である光ファイバー固定具３、及び
切り欠き部１ｂを持たない光ファイバー固定具２３をぞ
れぞれ１０本ずつ用意し、フェルール１、２１の引抜試
験を行った。 【００５０】各フェルール１、２１は部分安定化ジルコ
ニアセラミックスにより形成するとともに、フェルール
支持体２、２２はポリブチレンテレフタレート（ＰＢ
Ｔ）樹脂により形成したものを使用した。 【００５１】なお、フェルール１に形成する切り欠き部
１ｂの寸法およびそれぞれの結果は表１に示す通りであ
る。 【００５２】 【表１】 【００５３】この結果、切り欠き部１ｂを持たない従来
の光ファイバー固定具２３は、フェルール２１をフェル
ール支持体２２の内孔２２ａに圧入しただけの状態であ
るために、フェルール２１の引抜強度は平均２．４７ｋ
ｇｆであった。 【００５４】また、切り欠き部１ｂの寸法が本発明範囲
外である光ファイバー固定具３は、フェルール１の切り
欠き部１ｂの幅Ｗが０．５ｍｍと式５より得られる下限
値より小さいため、フェルール１の引抜強度は平均６．
２４ｋｇｆであった。また、この破壊モードについて調
べてみると全てフェルール１の切り欠き部１ｂの幅Ｗが
小さいことによるモード１での破壊であった。 【００５５】これに対し、切り欠き部１ｂの寸法が本発
明範囲内にある光ファイバー固定具３は、フェルール１
に形成した切り欠き部１ｂの寸法を ０．５（Ｍ−０．２）≦Ｗ≦０．７（Ｍ−０．２） 〔ただし、１．１ｍｍ≦Ｄ≦２．６ｍｍ〕 Ｗ＝（１．２〜２．２）Ｌ ０．２≦Ｃ≦０．７２Ｄ−０．５ としてあるため、フェルール１の引抜強度を平均２８．
８１ｋｇｆと大幅に向上させることができた。なお、破
壊した時の破壊モードについて調べてみると７個がモー
ド１での破壊であり、残り３個がモード３での破壊であ
った。 【００５６】 【００５７】図４に示す光ファイバー固定具１３は、本
発明の比較例であり、光ファイバーを挿通固定する軸孔
１１ａを有する円筒状をしたセラミック製のフェルール
１１と、フランジ部１２ｂに上記フェルール１１の後端
部を挿嵌する内孔１２ａを有する樹脂製のフェルール支
持体１２とからなり、該フェルール支持体１２の内孔１
２ａはフェルール１の外径より若干小さい内径としてあ
り、該内孔１２ａにフェルール支持体１２を圧入してあ
る。また、上記フェルール支持体１２の側面には内孔１
２ａに連通する貫通孔１２ｃを設けてあり、該貫通孔１
２ｃに接着剤１４を充填してフェルール１１とフェルー
ル支持体１２とを接着固定するようにしてある。 【００５８】 【００５９】ただし、フェルール支持体１２を破損する
ことなくフェルール１１を適度な保持力でもって保持す
るには、内孔１２ａの内径をフェルール支持体１２の外
径より８〜２１μｍ程度小さく設定することが好まし
い。即ち、圧入代が８μｍより小さくなると、フェルー
ル１１を圧入した時の締め付け力が小さいために接着固
定する前にフェルール１２の位置ズレを生じる恐れがあ
るからであり、また、圧入代が２１μｍより大きくなる
と塑性変形のために保持力が低下するからである。ま
た、本発明において使用する接着剤１４としてはエポキ
シ系樹脂を使用することもできるが、圧入したフェルー
ル１１とフェルール支持体１２との間に接着剤を浸透さ
せる必要があることから粘性の低い１２０Ｃｐ以下のも
のが良く、具体的にはアクリル酸エステル、ジメタアク
リレート、ポリアクリレート、シアノアクリレートを主
成分とする一液性室温硬化型の樹脂が好適である。 【００６０】なお、図４に示す光ファイバー固定具１３
ではフェルール支持体１２の側面に一つの貫通孔１２ｃ
を穿設したものを示したが、フランジ部１２ｂによる保
持力を低下させない範囲で２つ以上の貫通孔１２ｃを設
けても良く、この場合、接着剤１４による接合強度をさ
らに高めることができる。 【００６１】また、上記フェルール１１を構成するセラ
ミックスとしてはアルミナやジルコニア、さらには炭化
珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等を使用することが
でき、また、フェルール支持体１２を構成する樹脂とし
てはガラスファイバーを１０〜４５ｗｔ％含んだポリブ
チレンテレフタレート（ＰＢＴ）、液晶ポリマー（ＬＣ
Ｐ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリカーボネイ
ト（ＰＣ）等を使用すれば良い。 【００６２】ここで、本発明の光ファイバー固定具１３
と圧入仕様のみ及び接着仕様のみからなる従来の光ファ
イバー固定具２３をそれぞれ５０個ずつ用意し、フェル
ール１１、２１の引抜試験を行った。 【００６３】本実験ではいずれも外径２．５ｍｍのフェ
ルール１１、２１とし、フェルール支持体１２、２２の
フランジ部１２ｂ先端からフェルール１１、２１の先端
面までの長さ（段長）を７．９５〜８．００ｍｍに設定
した。 【００６４】そして、一般的に１００ｋｇｆ以上の引抜
力に耐え得るものが要求されていることから、１００ｋ
ｇｆ以上の引抜力に対し、フェルール１１、２１の抜け
が発生しなかったものを優れたものとした。 【００６５】それぞれの結果は表２に示す通りである。 【００６６】 【表２】 【００６７】この結果、従来の圧入仕様のものでは、接
合強度が小さいためにフェルール２１の引抜強度は平均
２．８ｋｇｆと非常に小さく、簡単に抜けてしまうこと
がわかった。 【００６８】また、従来の接着仕様のものでは、圧入仕
様のものに比べ引抜強度を向上させることができたもの
の、その強度は平均９４．５ｋｇｆ程度であった。 【００６９】これに対し、本発明に係る光ファイバー固
定具１３は、フェルール１１の引抜強度が平均１１３．
９ｋｇｆと、予想した以上の優れた引抜強度が得られ
た。 【００７０】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、光ファ
イバーを挿通固定する軸孔を有し、外周面に切り欠き部
を備えるジルコニアセラミック製のフェルールと、該フ
ェルールが嵌合する内孔を備え、この内孔内に前記フェ
ルールの切り欠き部と嵌合する凸部を有する樹脂製のフ
ェルール支持体とからなる光ファイバー固定具のうち、
上記フェルールの外径をＤ（ｍｍ）、切り欠き部の幅を
Ｗ（ｍｍ）、切り欠き部の深さをＣ（ｍｍ）、切り欠き
部から後端面までの長さをＬ（ｍｍ）、フェルール支持
体の内孔に挿入される部分の長さをＭ（ｍｍ）とした時
に、 ０．５（Ｍ−０．２）≦Ｗ≦０．７（Ｍ−０．２） 〔ただし、１．１ｍｍ≦Ｄ≦２．６ｍｍ〕 １．２Ｌ≦Ｗ≦２．２）Ｌ ０．２≦Ｃ≦０．７２Ｄ−０．５ となるようにしてあることから、フェルール支持体をモ
ードル成形した光ファイバー固定具のなかでも優れた接
合強度を有する耐久性に優れた光ファイバー固定具とす
ることができる。 【００７１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバー固定具の一実施形態
を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ
線断面図である。 【図２】光ファイバー固定具の破壊モードを示す概略図
である。 【図３】切り欠き部の底面稜部の曲率半径とフェルール
の引抜強度との関係を示すグラフである。 【図４】光ファイバー固定具の比較例を示す図であり、
（ａ）は斜視図、（ｂ）はそのＹ−Ｙ線断面図である。 【図５】一般的な光ファイバーコネクタを示す縦断面図
である。 【符号の説明】 １・・・フェルール、 １ａ・・・軸孔、１ｂ・・・切
り欠き部、１ｃ・・・コーン部、 ２・・・フェルール
支持体、２ａ・・・内孔
を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ
線断面図である。 【図２】光ファイバー固定具の破壊モードを示す概略図
である。 【図３】切り欠き部の底面稜部の曲率半径とフェルール
の引抜強度との関係を示すグラフである。 【図４】光ファイバー固定具の比較例を示す図であり、
（ａ）は斜視図、（ｂ）はそのＹ−Ｙ線断面図である。 【図５】一般的な光ファイバーコネクタを示す縦断面図
である。 【符号の説明】 １・・・フェルール、 １ａ・・・軸孔、１ｂ・・・切
り欠き部、１ｃ・・・コーン部、 ２・・・フェルール
支持体、２ａ・・・内孔
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フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 6/36
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】光ファイバーを挿通固定する軸孔を有し、
外周面に切り欠き部を備えるジルコニアセラミック製の
フェルールと、該フェルールが嵌合する内孔を有し、こ
の内孔内に前記フェルールの切り欠き部と係合する凸部
を有する樹脂製のフェルール支持体とからなる光ファイ
バー固定具であって、上記フェルールの外径Ｄ（ｍ
ｍ）、切り欠き部の幅をＷ（ｍｍ）、切り欠き部の深さ
をＣ（ｍｍ）、切り欠き部から後端面までの長さをＬ
（ｍｍ）、フェルール支持体の内孔に挿入される部分の
長さをＭ（ｍｍ）とした時に、 ０．５（Ｍ−０．２）≦Ｗ≦０．７（Ｍ−０．２） 〔ただし、１．１ｍｍ≦Ｄ≦２．６ｍｍ〕 １．２Ｌ≦Ｗ≦２．２Ｌ ０．２≦Ｃ≦０．７２Ｄ−０．５ を満足するように形成したことを特徴とする光ファイバ
ー固定治具。
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31810496A JP3363333B2 (ja) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | 光ファイバー固定具 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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