JP3615648B2 - 光ファイバ用接続部材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信の分野において、光ファイバ同士を接続する光コネクタや、光ファイバと各種光素子とを接続する光モジュール等に使用される光ファイバ用接続部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より光コネクタや光モジュールには、光ファイバを保持するための接続部材が用いられる。例えば、図５に示すように、接続部材１は、軸方向の挿入孔１１を有するジルコニアセラミックス製のフェルール１０の後端部に、貫通孔２１を有する樹脂製又は金属製のバックボディ２０を接合してなるものである。また、この接続部材１は、一般的な製造方法でフェルール１０とバックボディ２０を別々に作製した後、両者を接着剤等で接合したものである。
【０００３】
そして、バックボディ２０の貫通孔２１側から光ファイバ２を挿入し、フェルール１０の挿入孔１１に挿入して先端面を同一とした状態とし、また光ファイバ２の被覆部２ａはバックボディ２０の貫通孔２１内に挿入した状態で、接着剤等により固定保持するようになっている。なお、この時、光ファイバ２の挿入を容易にするために、フェルール１０の挿入孔１１の後端部はテーパ孔１４としてある。
【０００４】
このような一対の接続部材１のフェルール１０の先端面同士を当接させれば光コネクタとすることができ、またレーザダイオードやフォトダイオード等の光素子を収納したケーシングに上記接続部材１を配置して光モジュールとすることができる。
【０００５】
ところで、このような接続部材１では、光ファイバ２の挿入を容易にするために、フェルール１０にテーパ孔１４を形成する必要があるが、フェルール１０は硬度の高いセラミックスからなるため、このようなテーパ孔１４の加工は手間がかかるものであった。
【０００６】
そこで、フェルール１０側にはテーパ孔を形成せず、加工の容易なバックボディ２０側にテーパ孔を形成することを本件出願人は提案した（特開平９−６８６２５号公報参照）。
【０００７】
これは、図６に示すように、フェルール１０側にはテーパ孔を形成せずに、後端面の口縁を曲面部１２としておき、一方、バックボディ２０側の貫通孔２１を大径孔２２とテーパ孔２３と小径孔２４により形成したものである。
【０００８】
この接続部材１では、金属製又は樹脂製のバックボディ２０側にテーパ孔２３を加工すれば良いことから製造が容易となる。また、挿入した光ファイバ２はバックボディ２０側のテーパ孔２３で案内され、滑らかに挿入することができ、しかもフェルール１０の挿入孔１１の後端面の口縁は曲面部１２となっているため光ファイバ２に傷をつけることを防止できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６に示す構造の接続部材１では、フェルール１０の曲面部１２とバックボディ２０の小径孔２４が連続しておらず、両者の間に隙間１９が存在している。しかも、光ファイバ２を挿入する場合、バックボディ２０の小径孔２４からフェルール１０の挿入孔１１に向かって光ファイバ２が挿入される際に、挿入孔１１と光ファイバ２の中心が若干ずれていることが考えられる。このような時でも滑らかに挿入できるように、フェルール１０の挿入孔１１の後端部に備える曲面部１２の曲率半径Ｒは０．２〜０．５ｍｍ程度が必要であった。
【００１０】
一方、上記のような接続部材１において、フェルール１０を細くすることが求められている。具体的には、フェルール１０の直径は従来２．５ｍｍ程度であったが、近年、直径１．２５ｍｍの細径型接続部材が提案され、広く使用されつつある。
【００１１】
ところが、このような要求に従って、図６に示すような構造の接続部材１におけるフェルール１０の直径を細くしようとすると、これに合わせて挿入孔１１の曲面部１２の曲率半径Ｒ１ も小さくする必要があり、その結果、光ファイバ２を滑らかに挿入しにくくなるという問題があった。
【００１２】
また、製造工程上からも、上記曲面部１２の曲率半径Ｒ１ を小さくすることが好ましく、曲率半径Ｒ１ の小さな曲面部１２で充分滑らかに光ファイバ２を案内できるような接続部材１が求められている。
【００１３】
これに対し、セラミックス製のフェルール１０の後端部に樹脂製のバックボディ２０をモールド成形で一体的に形成することも考えられている。これは、図７（ａ）に示すように、キャビティ３２ａを有する金型３２、３３内にフェルール１０を保持し、一方、先端にテーパ部３１ａを有するコアピン３１をフェルール１０の挿入孔１１の端部に挿入し、テーパ部３１ａを曲面部１２に当接させ、両者が当接する方向に加圧した状態で、キャビティ部３２ａに樹脂を充填してモールド成形することによって接続部材１を作製するものである。
【００１４】
このようにして得られた接続部材１では、図７（ｂ）に示すようにフェルール１０の曲面部１２に連続してバックボディ２０のテーパ孔２３が形成されることになり、曲面部１２の曲率半径Ｒ１ を小さくしても光ファイバ２を滑らかに挿入することが可能となる。
【００１５】
しかし、図７に示す接続部材１では、モールド成形時に樹脂がフェルール１０の挿入孔１１内に入り込まないようにするために、コアピン３１とフェルール１０を当接する方向に加圧しておく必要があることから、コアピン３１のテーパ部３１ａやフェルール１０の曲面部１２に傷がつきやすいという問題があった。そのため、コアピン３１の摩耗が激しく寿命が短いだけでなく、フェルール１０の曲面部１２に傷がつくと、フェルール１０の強度を低下させたり、挿入する光ファイバ２に傷をつける等の不都合があった。
【００１６】
また、図７に示す接続部材１では、テーパ孔２３の曲面部１２との境界部分は肉薄状であるため、樹脂が充填されにくく、この充填性が悪いと段差が生じてしまい、挿入する光ファイバ２の引っ掛かりが発生しやすいという問題もあった。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、光ファイバの挿入孔が軸方向に形成されたセラミックス製のフェルールと、該フェルールの後端部に固定保持し、貫通孔を備えた樹脂製のバックボディとからなる光ファイバ用接続部材であって、上記フェルールにおける挿入孔の後端口縁に曲面部を有し、かつ上記バックボディがフェルールの曲面部まで入り込み、その貫通孔は上記フェルールの曲面部に連続する小径孔とこれに連続するテーパ孔からなるとともに、上記小径孔とテーパ孔の境界に、曲率半径０．０２ｍｍ以上の曲面部を形成し、バックボディの小径孔の内径Ｄ２は、フェルールの挿入孔の内径Ｄ１に対し、Ｄ1≦Ｄ２≦Ｄ１＋１０μｍの範囲内とすることを特徴とする。即ち、本発明では、フェルールの曲面部に連続するようにバックボディの小径孔を備えたことによって、挿入する光ファイバが確実にフェルールの曲面部に案内されることから、フェルールの曲面部の曲率半径を小さくしても滑らかに光ファイバを挿入することができる。しかも、上記フェルールの曲面部に連続する部分はテーパ孔ではなく小径孔としたことによって、樹脂が確実に充填されるようにすることができる。
【００１８】
また、本発明は、光ファイバの挿入孔を軸方向に有し、挿入孔の一方端の口縁に曲面部を有するセラミックス製のフェルールを作製し、このフェルールを金型のキャビティ内に保持するとともに、先端にテーパ部と円柱状の突出部を有する形状のコアピンを、その突出部が上記フェルールの曲面部側の挿入孔に非接触で挿入された状態で上記キャビティ内に保持し、このキャビティ内に樹脂を充填してモールド成形することによってフェルールの後端側にバックボディを形成する工程からなる光ファイバ用接続部材の製造方法を特徴とする。
【００１９】
即ち、本発明では、バックボディを樹脂でモールド成形する際に、コアピンをフェルールの曲面部に当接させずに保持することによって、コアピンやフェルールの曲面部に傷がつくことを防止したものである。しかも、コアピンの先端にテーパ部と円柱状の突出部を形成し、この突出部をフェルールの挿入孔に挿入した状態で保持すれば、両者が非接触であってもその隙間を微小なものとしておくことによって、樹脂がフェルールの挿入孔に入り込むことを防止できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図によって説明する。
【００２１】
図１に示す接続部材１は、軸方向の挿入孔１１を有するジルコニアセラミックス製のフェルール１０の後端側に、貫通孔２１を有する樹脂製のバックボディ２０を接合してなるものである。また、フェルール１０の挿入孔１１の後端部における口縁には曲面部１２が形成され、一方、バックボディ２０の貫通孔２１は、大径孔２２、テーパ孔２３、小径孔２４からなり、この小径孔２４が上記フェルール１０の挿入孔１１における曲面部１２に連続している。
【００２２】
即ち、拡大図を図２に示すように、本発明では、フェルール１０における挿入孔１１の後端部の口縁には、曲率半径Ｒ１ の曲面部１２が形成されており、しかもバックボディ２０がこの曲面部１２まで入り込んで、曲面部１２に連続した小径孔２４を形成していることを特徴とする。
【００２３】
そのため、バックボディ２０側から光ファイバ２を挿入すると、テーパ孔２３と小径孔２４で案内され、この小径孔２４が曲面部１２と連続していることによって、滑らかにフェルール１０の挿入孔１１に光ファイバ２を挿入することができるのである。また、この時、曲面部１２と小径孔２４が連続していることから、曲面部１２の曲率半径Ｒ１ を小さくしても充分滑らかに光ファイバ２を案内することができる。
【００２４】
ちなみに、図６（ｂ）に示す従来の接続部材１では、バックボディ２０の小径孔２４がフェルール１０の曲面部１２に連続しておらず、両者の間に隙間１９が存在するため、光ファイバ２を滑らかに案内するためには、曲面部１２の曲率半径Ｒ１ を０．２〜０．５ｍｍと大きくしておく必要がある。これに対し、本発明では、上述したように、バックボディ２０の小径孔２４を曲面部１２に連続させたことによって、曲面部１２の曲率半径Ｒ１ を小さくしても滑らかに案内できるようにしたのである。
【００２５】
なお、図６（ｂ）に示す従来の接続部材１では、フェルール１０とバックボディ２０を別々に形成して接合していたため、上記のように曲面部１２と小径孔２４を連続させることができず、また両者の芯ずれが生じていたが、本発明では、詳細を後述するように樹脂のモールド成形でバックボディ２０を形成することにより、フェルール１０の曲面部１２とバックボディ２０の小径孔２４を連続させることができるのである。
【００２６】
さらに、バックボディ２０をモールド成形する場合でも、図７（ｂ）に示す従来例のようにフェルール１０の曲面部１２と連続する部分がテーパ孔２３であれば、曲面部１２に連続するテーパ孔２３の先端部が肉薄状であることから、モールド成形時の樹脂の充填不良や、樹脂の成形収縮によって段差が生じる恐れがある。これに対し、本発明の接続部材１では、曲面部１２と連続する部分が小径孔２４であることから、モールド成形の工程にて小径孔２４部分にも確実に樹脂を充填することができ、段差等が生じることはない。
【００２７】
また、本発明の接続部材１において、フェルール１０の曲面部１２の曲率半径Ｒ１ は０．０１〜０．２ｍｍの範囲とすることが好ましい。これは、曲率半径Ｒ１ が０．０１ｍｍ未満では、上述した光ファイバ２を滑らかに案内する効果に乏しいためであり、一方０．２ｍｍを超えるとブラシ研磨等の簡易な方法で加工できずに研削加工が必要となり、また接続部材１の細径化に対応しにくくなるためである。
【００２８】
したがって、曲面部１２の曲率半径Ｒ１ を０．０１〜０．２ｍｍの範囲としておけば、光ファイバ２を滑らかに案内できるとともに、ブラシ研磨によって簡単に加工することができ、接続部材１の細径化にも対応できる。より好ましくは、曲率半径Ｒ１ は０．０２〜０．０５ｍｍが良い。
【００２９】
さらに、本発明の接続部材１では、バックボディ２０の小径孔２４とテーパ孔２３との境界部にも曲面部２５を形成してある。そのため、光ファイバ２を挿入する際に、テーパ孔２３と小径孔２４の間を滑らかに案内することができるとともに、詳細を後述するようにバックボディ２０をモールド成形する際に、小径孔２４の内径Ｄ２ を所定の寸法に調整しやすくすることができる。なお、上記効果を奏するためには、この曲面部２５の曲率半径Ｒ２ は０．０２ｍｍ以上必要であり、一方、曲率半径Ｒ２ が大きいとフェルール１０の挿入孔１１に接触してコアピン３１又はフェルール１０に傷が付きやすくなることから、曲率半径Ｒ２ は０．３５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３０】
また、バックボディ２０のテーパ孔２３の角度θについては、９０°以下とすることが好ましい。これは、角度θが９０°を超えると、光ファイバ２を挿入する際に滑らかに案内されにくくなるためである。好ましくは、テーパ孔２３の角度θは３０°前後が最適である。
【００３１】
さらに、フェルール１０の挿入孔１１の内径Ｄ１ は挿入する光ファイバ２の外径と同一か、これよりも１μｍ程度大きいものとなっている。一般的な光ファイバ２の外形は１２５μｍであるから、挿入孔１１の内径Ｄ１ は１２５〜１２６μｍ程度であることが一般的である。一方、バックボディ２０の小径孔２４の内径Ｄ２ は、挿入孔１１の内径Ｄ１ に対し、
Ｄ１ ≦Ｄ２ ≦Ｄ１ ＋１０μｍ
の範囲内としておくことが好ましい。これは、バックボディ２０の小径孔２４の内径Ｄ２ が挿入孔１１の内径Ｄ１ よりも小さいと光ファイバ２の挿入が困難となり、一方Ｄ１ ＋１０μｍよりも大きいと、光ファイバ２を滑らかに挿入しづらくなるためである。
【００３２】
また、図１に示すように、フェルール１０に切り欠き部１３を備え、この部分をモールド成形してバックボディ２０を形成してあることにより、フェルール１０の接合強度を高くし、抜けを防止できる。
【００３３】
次に、本発明の接続部材１の製造方法を説明する。
【００３４】
まず、フェルール１を作製する。材質としては、アルミナやジルコニア等のセラミックス、あるいは結晶化ガラス等を用いることができるが、ジルコニアセラミックスが最適である。具体的にはＺｒＯ２ を主成分として、Ｙ２ Ｏ３ 、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ２ 、Ｄｙ２ Ｏ３ などの一種以上の安定化剤を含み、正方晶の結晶を主体とし、平均結晶粒径２μｍ以下、好ましくは１μｍ以下の部分安定化ジルコニアセラミックスを用いる。
【００３５】
このような原料粉末を用いて、押出成形法によって、挿入孔１１を有するフェルール１０を成形し、所定条件で焼成した後、挿入孔１１の一方端の口縁をブラシ研磨等で加工し、曲面部１２を形成する。あるいは、射出成形法によって予め挿入孔１１と曲面部１２を有するフェルール１０を成形し、焼成することもできる。
【００３６】
次に、このようにして得られたフェルール１０を金型に保持して、樹脂のモールド成形により、バックボディ２０を形成する。
【００３７】
具体的には、図３に示すように、バックボディ２０の形状に合致したキャビティ３２ａを有する金型３２、３３内に上記フェルール１０を保持する。一方、先端に先細状のテーパ部３１ａと円柱状の突出部３１ｂを有するコアピン３１を用い、図４に示すように、コアピン３１の突出部３１ｂをフェルール１０の挿入孔１１に挿入し、両者が微小な隙間を介して非接触の状態となるようにして、コアピン３１を金型３２に固定する。
【００３８】
この状態で、キャビティ３２ａ内に、注入口３２ｂから溶融した樹脂を注入し硬化させる。すると、コアピン３１とキャビティ３２ａの間の空間に樹脂が充填されて硬化することにより、バックボディ２０が形成されることになる。
【００３９】
最後に、樹脂が硬化した後、金型３２、３３を分離して離形すれば、フェルール１０の後端側に樹脂製のバックボディ２０が接合された接続部材１を得ることができる。
【００４０】
この製造工程において、図４に示すように、コアピン３１とフェルール１０は接触させないため、どちらの部材にも傷がつくことを防止できるのである。
【００４１】
また、上記モールド成形時に、図４に示すコアピン３１のテーパ部３１ａ及び突出部３１ｂと、曲面部１２の間に樹脂が充填されることによって、図２に示すような曲面部１２に連続した小径孔２４を形成することができる。さらに、コアピン３１のテーパ部３１ａと突出部３１ｂの境界部を曲率半径Ｒ２ が０．０２ｍｍ以上の曲面状としておくことによって、この部分の樹脂の充填密度を比較的低く制御して、樹脂の硬化時の成形収縮量を大きくすることができる。その結果、詳細を後述するように、小径孔２４の内径Ｄ２ を容易に所定の寸法とすることができる。しかも、上記曲率半径Ｒ２ に応じて、図２に示す曲面部２５を形成することができる。
【００４２】
この工程で、コアピン３１の突出部３１ｂとフェルール１０の挿入孔１１の間には隙間が存在するが、この隙間を非常に微小なものとしておけば、モールド成形時に樹脂が挿入孔１１に入り込むことを防止することができる。具体的には、挿入孔１１の内径Ｄ１ とコアピン３１の突出部３１ｂの外径Ｄ３ の差Ｄ１ −Ｄ３ を１．５〜８．０μｍの範囲となるように設定しておけば良い。これは、差Ｄ１ −Ｄ３ が１．５μｍ未満であると、突出部３１ｂを非接触状態で挿入孔１１に挿入することが困難であり、８．０μｍを超えると樹脂の挿入孔１１への入り込みを防止できなくなるためである。
【００４３】
また、このようにしてモールド成形されたバックボディ２０の小径孔２０の内径は、樹脂注入直後は、コアピン３１の突出部３１ｂの外径Ｄ３ と同一になるが、樹脂が硬化時に成形収縮することにより、小径孔２０の内径が広がる方向に収縮し、最終的には前述した範囲の内径Ｄ２ となるように設定しておけば良い。
【００４４】
具体的には、コアピン３１の突出部の外径Ｄ３ を
Ｄ３ ＝Ｄ２ −ＤＡ −ＤＢ
としておけば良い。ここで、Ｄ２ は最終的に求める小径孔２４の内径であり、ＤＡ はモールド成形時のコアピン３１の熱膨張による寸法変化量、ＤＢ は樹脂の成形収縮による寸法変化量を表す。
【００４５】
なお、上記バックボディ２０を成す樹脂としては、上述したように成形収縮を利用することから、成形収縮率が０．１％以上であり、好ましくは成形収縮率が５％以下のものを用いる。また、接続部材１として好適に用いるためには、引っ張り強度が５００ｋｇｆ／ｃｍ２ 以上のものを用いる。具体的は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）及び変性を含むポリフェニレンエーテル等の１種、もしくは２種以上の複合材を用いる。あるいは、これらの樹脂に、ガラスや炭素等のフィラーを添加したものでも良い。
【００４６】
【実施例】
実施例１
ここで、図３、４に示す方法で図１、２に示す接続部材１を作製した。フェルール１０はジルコニアセラミックスで形成し、挿入孔１１の内径Ｄ１ は１２５μｍとした。また、バックボディ２０はＰＢＴで形成し、小径孔２４の内径Ｄ２ は１２６μｍとなるようにした。
【００４７】
さらに、コアピン３１は金属（ＳＫ材）で形成し、テーパ部３１ａと突出部３１ｂの境界部の曲率半径Ｒ２ は０．０３ｍｍとした。この時、コアピン３１の熱膨張係数は１０．８７×１０−６／℃であり、モールド成形時には常温（２０℃）から８０℃まで温度上昇することから、この間のコアピン３１の熱膨張による寸法変化量ＤＡ は約０．７μｍとなる。また、樹脂の成形収縮による寸法変化量ＤＢ を実験により求めたところ４．３μｍであった。
【００４８】
したがって、コアピン３１の突出部３１ｂの外径Ｄ３ は、
としておけば、所定の内径Ｄ２ を持った小径孔２４が得られた。
【００４９】
また、この時、フェルール１０の挿入孔１１の内径Ｄ１ とコアピン３１の突出部３１ｂの外径Ｄ３ の差Ｄ１ −Ｄ３ は、
と充分に小さくなり、モールド成形時に樹脂が挿入孔１１内に入り込むことを防止できた。
【００５０】
実施例２
次に、上記と同様にして、コアピン３１のテーパ部３１ａと突出部３１ｂの境界部の曲率半径Ｒ２ の大きさを種々に変化させることによって、接続部材１のバックボディ２０の曲面部２５の曲率半径Ｒ２ が種々に異なるものを作製した。
【００５１】
各々の接続部材１を１０個用意し、それぞれ光ファイバ２を挿入した時に引っ掛かりが発生したものの個数を調べた。結果は表１に示すように、曲率半径Ｒ２ を０．０２ｍｍ以上としておけば、光ファイバ２の引っ掛かりなく挿入できることがわかった。
【００５２】
【表１】
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光ファイバの挿入孔が軸方向に形成されたセラミックス製のフェルールと、該フェルールの後端部に固定保持し、貫通孔を備えた樹脂製のバックボディとからなる光ファイバ用接続部材であって、上記フェルールにおける挿入孔の後端口縁に曲面部を有し、かつ上記バックボディの貫通孔は上記フェルールの曲面部に連続する小径孔とこれに連続するテーパ孔からなることによって、挿入する光ファイバが確実にフェルールの曲面部に案内されることから、フェルールの曲面部の曲率半径を小さくしても滑らかに光ファイバを挿入することができる。
【００５４】
また、本発明によれば、光ファイバの挿入孔を軸方向に有し、挿入孔の一方端の口縁に曲面部を有するセラミックス製のフェルールを作製し、このフェルールを金型のキャビティ内に保持するとともに、先端にテーパ部と円柱状の突出部を有する形状のコアピンを、その突出部が上記フェルールの曲面部側の挿入孔に非接触で挿入された状態で上記キャビティ内に保持し、このキャビティ内に樹脂を充填してモールド成形することによってフェルールの後端側にバックボディを形成する工程から光ファイバ用接続部材を製造することによって、コアピンやフェルールの曲面部に傷がつくことを防止し、長期間にわたって良好に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接続部材を示す縦断面図である。
【図２】図１中のＡ部の拡大図である。
【図３】本発明の接続部材の製造方法を説明するための図である。
【図４】図３中のＢ部の拡大図である。
【図５】従来の接続部材を示す縦断面図である。
【図６】（ａ）は従来の接続部材を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）中のＣ部の拡大図である。
【図７】（ａ）は従来の接続部材の製造工程を説明するための図、（ｂ）は得られた接続部材の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０：フェルール
１１：挿入孔
１２：曲面部
１３：切り欠き部
２０：バックボディ
２１：貫通孔
２２：大径部
２３：テーパ部
２４：小径部
２５：曲面部
３１：コアピン
３１ａ：テーパ部
３１ｂ：突出部
３２、３３：金型
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信の分野において、光ファイバ同士を接続する光コネクタや、光ファイバと各種光素子とを接続する光モジュール等に使用される光ファイバ用接続部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より光コネクタや光モジュールには、光ファイバを保持するための接続部材が用いられる。例えば、図５に示すように、接続部材１は、軸方向の挿入孔１１を有するジルコニアセラミックス製のフェルール１０の後端部に、貫通孔２１を有する樹脂製又は金属製のバックボディ２０を接合してなるものである。また、この接続部材１は、一般的な製造方法でフェルール１０とバックボディ２０を別々に作製した後、両者を接着剤等で接合したものである。
【０００３】
そして、バックボディ２０の貫通孔２１側から光ファイバ２を挿入し、フェルール１０の挿入孔１１に挿入して先端面を同一とした状態とし、また光ファイバ２の被覆部２ａはバックボディ２０の貫通孔２１内に挿入した状態で、接着剤等により固定保持するようになっている。なお、この時、光ファイバ２の挿入を容易にするために、フェルール１０の挿入孔１１の後端部はテーパ孔１４としてある。
【０００４】
このような一対の接続部材１のフェルール１０の先端面同士を当接させれば光コネクタとすることができ、またレーザダイオードやフォトダイオード等の光素子を収納したケーシングに上記接続部材１を配置して光モジュールとすることができる。
【０００５】
ところで、このような接続部材１では、光ファイバ２の挿入を容易にするために、フェルール１０にテーパ孔１４を形成する必要があるが、フェルール１０は硬度の高いセラミックスからなるため、このようなテーパ孔１４の加工は手間がかかるものであった。
【０００６】
そこで、フェルール１０側にはテーパ孔を形成せず、加工の容易なバックボディ２０側にテーパ孔を形成することを本件出願人は提案した（特開平９−６８６２５号公報参照）。
【０００７】
これは、図６に示すように、フェルール１０側にはテーパ孔を形成せずに、後端面の口縁を曲面部１２としておき、一方、バックボディ２０側の貫通孔２１を大径孔２２とテーパ孔２３と小径孔２４により形成したものである。
【０００８】
この接続部材１では、金属製又は樹脂製のバックボディ２０側にテーパ孔２３を加工すれば良いことから製造が容易となる。また、挿入した光ファイバ２はバックボディ２０側のテーパ孔２３で案内され、滑らかに挿入することができ、しかもフェルール１０の挿入孔１１の後端面の口縁は曲面部１２となっているため光ファイバ２に傷をつけることを防止できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６に示す構造の接続部材１では、フェルール１０の曲面部１２とバックボディ２０の小径孔２４が連続しておらず、両者の間に隙間１９が存在している。しかも、光ファイバ２を挿入する場合、バックボディ２０の小径孔２４からフェルール１０の挿入孔１１に向かって光ファイバ２が挿入される際に、挿入孔１１と光ファイバ２の中心が若干ずれていることが考えられる。このような時でも滑らかに挿入できるように、フェルール１０の挿入孔１１の後端部に備える曲面部１２の曲率半径Ｒは０．２〜０．５ｍｍ程度が必要であった。
【００１０】
一方、上記のような接続部材１において、フェルール１０を細くすることが求められている。具体的には、フェルール１０の直径は従来２．５ｍｍ程度であったが、近年、直径１．２５ｍｍの細径型接続部材が提案され、広く使用されつつある。
【００１１】
ところが、このような要求に従って、図６に示すような構造の接続部材１におけるフェルール１０の直径を細くしようとすると、これに合わせて挿入孔１１の曲面部１２の曲率半径Ｒ１ も小さくする必要があり、その結果、光ファイバ２を滑らかに挿入しにくくなるという問題があった。
【００１２】
また、製造工程上からも、上記曲面部１２の曲率半径Ｒ１ を小さくすることが好ましく、曲率半径Ｒ１ の小さな曲面部１２で充分滑らかに光ファイバ２を案内できるような接続部材１が求められている。
【００１３】
これに対し、セラミックス製のフェルール１０の後端部に樹脂製のバックボディ２０をモールド成形で一体的に形成することも考えられている。これは、図７（ａ）に示すように、キャビティ３２ａを有する金型３２、３３内にフェルール１０を保持し、一方、先端にテーパ部３１ａを有するコアピン３１をフェルール１０の挿入孔１１の端部に挿入し、テーパ部３１ａを曲面部１２に当接させ、両者が当接する方向に加圧した状態で、キャビティ部３２ａに樹脂を充填してモールド成形することによって接続部材１を作製するものである。
【００１４】
このようにして得られた接続部材１では、図７（ｂ）に示すようにフェルール１０の曲面部１２に連続してバックボディ２０のテーパ孔２３が形成されることになり、曲面部１２の曲率半径Ｒ１ を小さくしても光ファイバ２を滑らかに挿入することが可能となる。
【００１５】
しかし、図７に示す接続部材１では、モールド成形時に樹脂がフェルール１０の挿入孔１１内に入り込まないようにするために、コアピン３１とフェルール１０を当接する方向に加圧しておく必要があることから、コアピン３１のテーパ部３１ａやフェルール１０の曲面部１２に傷がつきやすいという問題があった。そのため、コアピン３１の摩耗が激しく寿命が短いだけでなく、フェルール１０の曲面部１２に傷がつくと、フェルール１０の強度を低下させたり、挿入する光ファイバ２に傷をつける等の不都合があった。
【００１６】
また、図７に示す接続部材１では、テーパ孔２３の曲面部１２との境界部分は肉薄状であるため、樹脂が充填されにくく、この充填性が悪いと段差が生じてしまい、挿入する光ファイバ２の引っ掛かりが発生しやすいという問題もあった。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、光ファイバの挿入孔が軸方向に形成されたセラミックス製のフェルールと、該フェルールの後端部に固定保持し、貫通孔を備えた樹脂製のバックボディとからなる光ファイバ用接続部材であって、上記フェルールにおける挿入孔の後端口縁に曲面部を有し、かつ上記バックボディがフェルールの曲面部まで入り込み、その貫通孔は上記フェルールの曲面部に連続する小径孔とこれに連続するテーパ孔からなるとともに、上記小径孔とテーパ孔の境界に、曲率半径０．０２ｍｍ以上の曲面部を形成し、バックボディの小径孔の内径Ｄ２は、フェルールの挿入孔の内径Ｄ１に対し、Ｄ1≦Ｄ２≦Ｄ１＋１０μｍの範囲内とすることを特徴とする。即ち、本発明では、フェルールの曲面部に連続するようにバックボディの小径孔を備えたことによって、挿入する光ファイバが確実にフェルールの曲面部に案内されることから、フェルールの曲面部の曲率半径を小さくしても滑らかに光ファイバを挿入することができる。しかも、上記フェルールの曲面部に連続する部分はテーパ孔ではなく小径孔としたことによって、樹脂が確実に充填されるようにすることができる。
【００１８】
また、本発明は、光ファイバの挿入孔を軸方向に有し、挿入孔の一方端の口縁に曲面部を有するセラミックス製のフェルールを作製し、このフェルールを金型のキャビティ内に保持するとともに、先端にテーパ部と円柱状の突出部を有する形状のコアピンを、その突出部が上記フェルールの曲面部側の挿入孔に非接触で挿入された状態で上記キャビティ内に保持し、このキャビティ内に樹脂を充填してモールド成形することによってフェルールの後端側にバックボディを形成する工程からなる光ファイバ用接続部材の製造方法を特徴とする。
【００１９】
即ち、本発明では、バックボディを樹脂でモールド成形する際に、コアピンをフェルールの曲面部に当接させずに保持することによって、コアピンやフェルールの曲面部に傷がつくことを防止したものである。しかも、コアピンの先端にテーパ部と円柱状の突出部を形成し、この突出部をフェルールの挿入孔に挿入した状態で保持すれば、両者が非接触であってもその隙間を微小なものとしておくことによって、樹脂がフェルールの挿入孔に入り込むことを防止できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図によって説明する。
【００２１】
図１に示す接続部材１は、軸方向の挿入孔１１を有するジルコニアセラミックス製のフェルール１０の後端側に、貫通孔２１を有する樹脂製のバックボディ２０を接合してなるものである。また、フェルール１０の挿入孔１１の後端部における口縁には曲面部１２が形成され、一方、バックボディ２０の貫通孔２１は、大径孔２２、テーパ孔２３、小径孔２４からなり、この小径孔２４が上記フェルール１０の挿入孔１１における曲面部１２に連続している。
【００２２】
即ち、拡大図を図２に示すように、本発明では、フェルール１０における挿入孔１１の後端部の口縁には、曲率半径Ｒ１ の曲面部１２が形成されており、しかもバックボディ２０がこの曲面部１２まで入り込んで、曲面部１２に連続した小径孔２４を形成していることを特徴とする。
【００２３】
そのため、バックボディ２０側から光ファイバ２を挿入すると、テーパ孔２３と小径孔２４で案内され、この小径孔２４が曲面部１２と連続していることによって、滑らかにフェルール１０の挿入孔１１に光ファイバ２を挿入することができるのである。また、この時、曲面部１２と小径孔２４が連続していることから、曲面部１２の曲率半径Ｒ１ を小さくしても充分滑らかに光ファイバ２を案内することができる。
【００２４】
ちなみに、図６（ｂ）に示す従来の接続部材１では、バックボディ２０の小径孔２４がフェルール１０の曲面部１２に連続しておらず、両者の間に隙間１９が存在するため、光ファイバ２を滑らかに案内するためには、曲面部１２の曲率半径Ｒ１ を０．２〜０．５ｍｍと大きくしておく必要がある。これに対し、本発明では、上述したように、バックボディ２０の小径孔２４を曲面部１２に連続させたことによって、曲面部１２の曲率半径Ｒ１ を小さくしても滑らかに案内できるようにしたのである。
【００２５】
なお、図６（ｂ）に示す従来の接続部材１では、フェルール１０とバックボディ２０を別々に形成して接合していたため、上記のように曲面部１２と小径孔２４を連続させることができず、また両者の芯ずれが生じていたが、本発明では、詳細を後述するように樹脂のモールド成形でバックボディ２０を形成することにより、フェルール１０の曲面部１２とバックボディ２０の小径孔２４を連続させることができるのである。
【００２６】
さらに、バックボディ２０をモールド成形する場合でも、図７（ｂ）に示す従来例のようにフェルール１０の曲面部１２と連続する部分がテーパ孔２３であれば、曲面部１２に連続するテーパ孔２３の先端部が肉薄状であることから、モールド成形時の樹脂の充填不良や、樹脂の成形収縮によって段差が生じる恐れがある。これに対し、本発明の接続部材１では、曲面部１２と連続する部分が小径孔２４であることから、モールド成形の工程にて小径孔２４部分にも確実に樹脂を充填することができ、段差等が生じることはない。
【００２７】
また、本発明の接続部材１において、フェルール１０の曲面部１２の曲率半径Ｒ１ は０．０１〜０．２ｍｍの範囲とすることが好ましい。これは、曲率半径Ｒ１ が０．０１ｍｍ未満では、上述した光ファイバ２を滑らかに案内する効果に乏しいためであり、一方０．２ｍｍを超えるとブラシ研磨等の簡易な方法で加工できずに研削加工が必要となり、また接続部材１の細径化に対応しにくくなるためである。
【００２８】
したがって、曲面部１２の曲率半径Ｒ１ を０．０１〜０．２ｍｍの範囲としておけば、光ファイバ２を滑らかに案内できるとともに、ブラシ研磨によって簡単に加工することができ、接続部材１の細径化にも対応できる。より好ましくは、曲率半径Ｒ１ は０．０２〜０．０５ｍｍが良い。
【００２９】
さらに、本発明の接続部材１では、バックボディ２０の小径孔２４とテーパ孔２３との境界部にも曲面部２５を形成してある。そのため、光ファイバ２を挿入する際に、テーパ孔２３と小径孔２４の間を滑らかに案内することができるとともに、詳細を後述するようにバックボディ２０をモールド成形する際に、小径孔２４の内径Ｄ２ を所定の寸法に調整しやすくすることができる。なお、上記効果を奏するためには、この曲面部２５の曲率半径Ｒ２ は０．０２ｍｍ以上必要であり、一方、曲率半径Ｒ２ が大きいとフェルール１０の挿入孔１１に接触してコアピン３１又はフェルール１０に傷が付きやすくなることから、曲率半径Ｒ２ は０．３５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３０】
また、バックボディ２０のテーパ孔２３の角度θについては、９０°以下とすることが好ましい。これは、角度θが９０°を超えると、光ファイバ２を挿入する際に滑らかに案内されにくくなるためである。好ましくは、テーパ孔２３の角度θは３０°前後が最適である。
【００３１】
さらに、フェルール１０の挿入孔１１の内径Ｄ１ は挿入する光ファイバ２の外径と同一か、これよりも１μｍ程度大きいものとなっている。一般的な光ファイバ２の外形は１２５μｍであるから、挿入孔１１の内径Ｄ１ は１２５〜１２６μｍ程度であることが一般的である。一方、バックボディ２０の小径孔２４の内径Ｄ２ は、挿入孔１１の内径Ｄ１ に対し、
Ｄ１ ≦Ｄ２ ≦Ｄ１ ＋１０μｍ
の範囲内としておくことが好ましい。これは、バックボディ２０の小径孔２４の内径Ｄ２ が挿入孔１１の内径Ｄ１ よりも小さいと光ファイバ２の挿入が困難となり、一方Ｄ１ ＋１０μｍよりも大きいと、光ファイバ２を滑らかに挿入しづらくなるためである。
【００３２】
また、図１に示すように、フェルール１０に切り欠き部１３を備え、この部分をモールド成形してバックボディ２０を形成してあることにより、フェルール１０の接合強度を高くし、抜けを防止できる。
【００３３】
次に、本発明の接続部材１の製造方法を説明する。
【００３４】
まず、フェルール１を作製する。材質としては、アルミナやジルコニア等のセラミックス、あるいは結晶化ガラス等を用いることができるが、ジルコニアセラミックスが最適である。具体的にはＺｒＯ２ を主成分として、Ｙ２ Ｏ３ 、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ２ 、Ｄｙ２ Ｏ３ などの一種以上の安定化剤を含み、正方晶の結晶を主体とし、平均結晶粒径２μｍ以下、好ましくは１μｍ以下の部分安定化ジルコニアセラミックスを用いる。
【００３５】
このような原料粉末を用いて、押出成形法によって、挿入孔１１を有するフェルール１０を成形し、所定条件で焼成した後、挿入孔１１の一方端の口縁をブラシ研磨等で加工し、曲面部１２を形成する。あるいは、射出成形法によって予め挿入孔１１と曲面部１２を有するフェルール１０を成形し、焼成することもできる。
【００３６】
次に、このようにして得られたフェルール１０を金型に保持して、樹脂のモールド成形により、バックボディ２０を形成する。
【００３７】
具体的には、図３に示すように、バックボディ２０の形状に合致したキャビティ３２ａを有する金型３２、３３内に上記フェルール１０を保持する。一方、先端に先細状のテーパ部３１ａと円柱状の突出部３１ｂを有するコアピン３１を用い、図４に示すように、コアピン３１の突出部３１ｂをフェルール１０の挿入孔１１に挿入し、両者が微小な隙間を介して非接触の状態となるようにして、コアピン３１を金型３２に固定する。
【００３８】
この状態で、キャビティ３２ａ内に、注入口３２ｂから溶融した樹脂を注入し硬化させる。すると、コアピン３１とキャビティ３２ａの間の空間に樹脂が充填されて硬化することにより、バックボディ２０が形成されることになる。
【００３９】
最後に、樹脂が硬化した後、金型３２、３３を分離して離形すれば、フェルール１０の後端側に樹脂製のバックボディ２０が接合された接続部材１を得ることができる。
【００４０】
この製造工程において、図４に示すように、コアピン３１とフェルール１０は接触させないため、どちらの部材にも傷がつくことを防止できるのである。
【００４１】
また、上記モールド成形時に、図４に示すコアピン３１のテーパ部３１ａ及び突出部３１ｂと、曲面部１２の間に樹脂が充填されることによって、図２に示すような曲面部１２に連続した小径孔２４を形成することができる。さらに、コアピン３１のテーパ部３１ａと突出部３１ｂの境界部を曲率半径Ｒ２ が０．０２ｍｍ以上の曲面状としておくことによって、この部分の樹脂の充填密度を比較的低く制御して、樹脂の硬化時の成形収縮量を大きくすることができる。その結果、詳細を後述するように、小径孔２４の内径Ｄ２ を容易に所定の寸法とすることができる。しかも、上記曲率半径Ｒ２ に応じて、図２に示す曲面部２５を形成することができる。
【００４２】
この工程で、コアピン３１の突出部３１ｂとフェルール１０の挿入孔１１の間には隙間が存在するが、この隙間を非常に微小なものとしておけば、モールド成形時に樹脂が挿入孔１１に入り込むことを防止することができる。具体的には、挿入孔１１の内径Ｄ１ とコアピン３１の突出部３１ｂの外径Ｄ３ の差Ｄ１ −Ｄ３ を１．５〜８．０μｍの範囲となるように設定しておけば良い。これは、差Ｄ１ −Ｄ３ が１．５μｍ未満であると、突出部３１ｂを非接触状態で挿入孔１１に挿入することが困難であり、８．０μｍを超えると樹脂の挿入孔１１への入り込みを防止できなくなるためである。
【００４３】
また、このようにしてモールド成形されたバックボディ２０の小径孔２０の内径は、樹脂注入直後は、コアピン３１の突出部３１ｂの外径Ｄ３ と同一になるが、樹脂が硬化時に成形収縮することにより、小径孔２０の内径が広がる方向に収縮し、最終的には前述した範囲の内径Ｄ２ となるように設定しておけば良い。
【００４４】
具体的には、コアピン３１の突出部の外径Ｄ３ を
Ｄ３ ＝Ｄ２ −ＤＡ −ＤＢ
としておけば良い。ここで、Ｄ２ は最終的に求める小径孔２４の内径であり、ＤＡ はモールド成形時のコアピン３１の熱膨張による寸法変化量、ＤＢ は樹脂の成形収縮による寸法変化量を表す。
【００４５】
なお、上記バックボディ２０を成す樹脂としては、上述したように成形収縮を利用することから、成形収縮率が０．１％以上であり、好ましくは成形収縮率が５％以下のものを用いる。また、接続部材１として好適に用いるためには、引っ張り強度が５００ｋｇｆ／ｃｍ２ 以上のものを用いる。具体的は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）及び変性を含むポリフェニレンエーテル等の１種、もしくは２種以上の複合材を用いる。あるいは、これらの樹脂に、ガラスや炭素等のフィラーを添加したものでも良い。
【００４６】
【実施例】
実施例１
ここで、図３、４に示す方法で図１、２に示す接続部材１を作製した。フェルール１０はジルコニアセラミックスで形成し、挿入孔１１の内径Ｄ１ は１２５μｍとした。また、バックボディ２０はＰＢＴで形成し、小径孔２４の内径Ｄ２ は１２６μｍとなるようにした。
【００４７】
さらに、コアピン３１は金属（ＳＫ材）で形成し、テーパ部３１ａと突出部３１ｂの境界部の曲率半径Ｒ２ は０．０３ｍｍとした。この時、コアピン３１の熱膨張係数は１０．８７×１０−６／℃であり、モールド成形時には常温（２０℃）から８０℃まで温度上昇することから、この間のコアピン３１の熱膨張による寸法変化量ＤＡ は約０．７μｍとなる。また、樹脂の成形収縮による寸法変化量ＤＢ を実験により求めたところ４．３μｍであった。
【００４８】
したがって、コアピン３１の突出部３１ｂの外径Ｄ３ は、
【００４９】
また、この時、フェルール１０の挿入孔１１の内径Ｄ１ とコアピン３１の突出部３１ｂの外径Ｄ３ の差Ｄ１ −Ｄ３ は、
【００５０】
実施例２
次に、上記と同様にして、コアピン３１のテーパ部３１ａと突出部３１ｂの境界部の曲率半径Ｒ２ の大きさを種々に変化させることによって、接続部材１のバックボディ２０の曲面部２５の曲率半径Ｒ２ が種々に異なるものを作製した。
【００５１】
各々の接続部材１を１０個用意し、それぞれ光ファイバ２を挿入した時に引っ掛かりが発生したものの個数を調べた。結果は表１に示すように、曲率半径Ｒ２ を０．０２ｍｍ以上としておけば、光ファイバ２の引っ掛かりなく挿入できることがわかった。
【００５２】
【表１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光ファイバの挿入孔が軸方向に形成されたセラミックス製のフェルールと、該フェルールの後端部に固定保持し、貫通孔を備えた樹脂製のバックボディとからなる光ファイバ用接続部材であって、上記フェルールにおける挿入孔の後端口縁に曲面部を有し、かつ上記バックボディの貫通孔は上記フェルールの曲面部に連続する小径孔とこれに連続するテーパ孔からなることによって、挿入する光ファイバが確実にフェルールの曲面部に案内されることから、フェルールの曲面部の曲率半径を小さくしても滑らかに光ファイバを挿入することができる。
【００５４】
また、本発明によれば、光ファイバの挿入孔を軸方向に有し、挿入孔の一方端の口縁に曲面部を有するセラミックス製のフェルールを作製し、このフェルールを金型のキャビティ内に保持するとともに、先端にテーパ部と円柱状の突出部を有する形状のコアピンを、その突出部が上記フェルールの曲面部側の挿入孔に非接触で挿入された状態で上記キャビティ内に保持し、このキャビティ内に樹脂を充填してモールド成形することによってフェルールの後端側にバックボディを形成する工程から光ファイバ用接続部材を製造することによって、コアピンやフェルールの曲面部に傷がつくことを防止し、長期間にわたって良好に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接続部材を示す縦断面図である。
【図２】図１中のＡ部の拡大図である。
【図３】本発明の接続部材の製造方法を説明するための図である。
【図４】図３中のＢ部の拡大図である。
【図５】従来の接続部材を示す縦断面図である。
【図６】（ａ）は従来の接続部材を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）中のＣ部の拡大図である。
【図７】（ａ）は従来の接続部材の製造工程を説明するための図、（ｂ）は得られた接続部材の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０：フェルール
１１：挿入孔
１２：曲面部
１３：切り欠き部
２０：バックボディ
２１：貫通孔
２２：大径部
２３：テーパ部
２４：小径部
２５：曲面部
３１：コアピン
３１ａ：テーパ部
３１ｂ：突出部
３２、３３：金型
Claims (2)
- 光ファイバの挿入孔が軸方向に形成されたセラミックス製のフェルールと、該フェルールの後端部に固定保持し、貫通孔を備えた樹脂製のバックボディとからなる光ファイバ用接続部材であって、上記フェルールにおける挿入孔の後端口縁に曲面部を有し、かつ上記バックボディがフェルールの曲面部まで入り込み、その貫通孔は上記フェルールの曲面部に連続する小径孔とこれに連続するテーパ孔からなるとともに、上記小径孔とテーパ孔の境界に、曲率半径０．０２ｍｍ以上の曲面部を形成し、バックボディの小径孔の内径Ｄ２は、フェルールの挿入孔の内径Ｄ１に対し、Ｄ 1 ≦Ｄ２≦Ｄ１＋１０μｍの範囲内とすることを特徴とする光ファイバ用保持部材。
- 光ファイバの挿入孔を軸方向に有し、挿入孔の一方端の口縁に曲面部を有するセラミックス製のフェルールを作製し、このフェルールを金型のキャビティ内に保持するとともに、先端にテーパ部と円柱状の突出部を有する形状のコアピンを、その突出部が上記フェルールの曲面部側の挿入孔に、１．５〜８．０μｍの微小な隙間を介して非接触で挿入された状態で上記キャビティ内に保持し、このキャビティ内に樹脂を充填してモールド成形することによってフェルールの後端側にバックボディを形成する工程からなる光ファイバ用接続部材の製造方法。
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