JP4035006B2

JP4035006B2 - 光通信用スリーブおよびそれを用いた光コネクタ

Info

Publication number: JP4035006B2
Application number: JP2002188670A
Authority: JP
Inventors: 善宏小林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: JP2004029582A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光通信等で光ファイバの接続に用いる光通信用スリーブおよびその光通信用スリーブを用いた光コネクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より一般的な光ファイバ同士を接続する光コネクタの構造は、図５に示すように光ファイバ３０を挿通して収納したフェルール３１同士を割スリーブ１０の両端から挿入して互いに当接させるようにしている。
【０００３】
この割スリーブ１０は、ジルコニア等のセラミックス、結晶化ガラス、りん青銅等の金属等からなり、図６に示すように円筒体で長手方向にスリット１１が設けられ、その内周面１２はフェルール３１の外径よりわずかに小さく精密研磨されている。この割スリーブ１０にフェルール３１を挿入すると、割スリーブ１０が弾性変形して若干広がることにより、割スリーブ１０の内周面１２でフェルール３１を強固に保持することが出来るようになっている（特開平２−２３１５４５号公報参照）。
【０００４】
また、図７（ａ）、（ｂ）のように、りん青銅等の金属の内周面１２にめっき層等の硬化層４０を施し、耐摩耗性を良くしたものがある（特開２０００−２０６３７１号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記図６に示す従来の割スリーブ１０は、コストの点からりん青銅等の金属を用いていたが、摩耗による光接続損失の増大という問題がある。すなわちフェルール３１を繰り返し着脱することにより発生する摩耗粉がフェルール３１先端や外周面に付着して、フェルール３１の突き合わせ面の密着不良や軸ずれを起こし、光伝送における接続損失を増大させてしまう。
【０００６】
一方、ジルコニアセラミックス製及び結晶化ガラス製の割スリーブ１０は、耐摩耗性に優れており、上述の摩耗粉による問題は起こらない。しかし金属に比べて脆いため、繰り返し着脱等により、フェルール３１が斜めに挿入された場合に、必要以上に押し拡げられ、割れ等の破壊を生じるという問題がある。
【０００７】
また、ジルコニアセラミックス製の場合、内周面、外周面を研削もしくは研磨等で仕上げ加工しているために同芯度の値にばらつきが生じ、それによりフェルールを把持する力である抜去力の値が安定しないという問題を生じている。
【０００８】
更に、結晶化ガラスの場合は、ジルコニアセラミックスに比べ強度が１／３程度しかないので、実用的には脱着が少なくしかも斜めに挿入する可能性が極めて少ないある特殊な領域にしか使うことが出来ないという課題を有している。
【０００９】
また図７に示す従来の割スリーブ１０では、内周面１２に施しためっき層等の硬化層４０は、フェルール３１を繰り返し着脱することにより剥離しやすく、微小な剥離片がフェルール３１先端や外周面に付着して、上述のような光接続損失の増大を生じるという問題がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記に鑑みて本発明の光通信用スリーブは、結晶化ガラスからなる円筒体の外周面に、該円筒体の両端部のみにおいて、弾性層が圧入により固定されていることを特徴とする。また、上記弾性層は、好ましくは、上記円筒体の長手方向において、該両端面から１．０ｍｍ以上の長さであることを特徴とする。
【００１１】
また、好ましくは、上記弾性層の厚さを０．０５〜０．２５ｍｍとしたことを特徴とする。更に、上記弾性層が、好ましくは、金属もしくは樹脂からなることを特徴とする。
【００１２】
また、好ましくは、上記円筒体と上記弾性層との間において上記円筒体の表面に金属酸化物膜または圧縮応力層が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
しかも、光ファイバ端部が収納された２つのフェルールを上記光通信用スリーブの両端から挿入して、フェルール同士を当接させることで光ファイバを接続した光コネクタを提供することを特徴とする。
【００１４】
すなわち光通信用割スリーブにおいて、結晶化ガラス製円筒体の外周面に弾性層を備えることにより、フェルールが斜めに挿入された場合でも必要以上に押し拡げられるのを抑制し、割れ等の破壊を生じないことを見いだしたのである。またこの弾性層の厚さを０．０５〜０．２５ｍｍとすることで、フェルールが斜めに挿入された場合でも必要以上に押し拡げられるのを抑制して割れ等の破壊を防止するのに最大の効果があることを見いだしたのである。
【００１５】
またこの弾性層は、ジルコニアセラミックス製円筒体の外周面に、円筒体の両端部のみにおいて、圧入により固定されるため、内周面は結晶化ガラスであり、耐摩耗性に優れ、フェルールを繰り返し着脱することにより生じる摩耗や剥離という問題がない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図を用いて説明する。
【００１７】
図１（ａ）は本発明の実施形態による割スリーブ１０を示す斜視図であり、図１（ｂ）は同断面図である。また図１（ｃ）は端面側付近のＡ−Ａ断面図である。
【００１８】
割スリーブ１０は、結晶化ガラスからなる円筒体１４の長手方向にスリット１１が設けられ、その内周面１２は挿入するフェルール３１（図５）の外径よりも僅かに小さな内径となるような円形に精密研磨されている。また割スリーブ１０の内周面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以下に加工し、両端面の内周側にＣ０．２ｍｍ以下またはＲ０．２ｍｍ以下のフェルールの挿入ガイドとなる面取り部１４ａを形成して、フェルール３１を挿入し易くしている。スリット１１は割スリーブ１０が弾性変形してフェルール３１を強固に保持するよう０．５〜１．０ｍｍの寸法に加工される。
【００１９】
また本実施形態の割スリーブ１０は、結晶化ガラス製の円筒体１４の外周面１３に、円筒体１４の両端部のみにおいて、弾性層２０を形成している。この弾性層２０は弾性変形する金属もしくは樹脂を用いることが出来る。
【００２０】
金属としては、例えば、フェルール３１を強固に保持できるりん青銅、ベリリウム銅、ステンレス鋼、バネ鋼等のばね性を有する金属が望ましい。
【００２１】
また、樹脂としては、精密成形が可能であれば使用することができ、必ずしも高弾性を有する必要はない。従って、エンジニアリングプラスチックと呼ばれ、最近に到るまで各種のものが、開発されてきた中で「汎用エンプラ」と呼ばれる範中に入るものとして、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）があげられる。
【００２２】
また「高性能エンプラ」と呼ばれる範中に入るものとして、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）があげられる。
【００２３】
ここで、上述の樹脂はいわゆる熱可塑性樹脂に分類されるもので、室温で固体の樹脂をその溶融温度以上に加熱すると液状になり、この状態で金型中に流し込み、固化させることで成形品を作製するものである。しかし熱可塑性樹脂に限定せずに熱硬化性樹脂を用いてもよい。この樹脂は加熱した直後の状態では重合することなく、完全な液状にある。
これを金型中に流し込み、一定時間加熱すると樹脂が架橋反応を起こして、樹脂成形体が形成されるものである。こうした熱硬化性樹脂としては、フエノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂等を用いることが出来る。この中でも特にガラス繊維強化エポキシ樹脂、熱可塑性ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマ（ＬＣＰ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）などを用いることが特に望ましい。
【００２４】
次に、この弾性層２０は、円筒体１４の外周面１３に、円筒体１４の両端部のみにおいて、圧入により固定される。
【００２５】
また、本発明に用いる結晶化ガラスは、様々な材質のものを用いることが出来るが、ＳｉＯ_２を６０〜７０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を１６〜２５重量％、Ｌｉ_２Ｏを１．５〜３重量％、ＭｇＯを０．５〜２．５重量％、ＴｉＯ_２を１．３〜４．５重量％、ＺｒＯ_２を０．５〜３重量％、ＴｉＯ_２＋ＺｒＯ_２を２〜６．５重量％、Ｋ_２Ｏを１〜５．５重量％、ＺｎＯを０〜７重量％、ＢａＯを０〜３重量％の組成を有し、しかも平均粒径が２μｍ以下のβ−スポジュメン固溶体又はβ−石英固溶体を３０〜７０体積％析出してなり、かつ曲げ強度が２００ＭＰａ以上の範囲にある結晶化ガラスからなることが望ましい。
【００２６】
本実施形態の結晶化ガラス製の円筒体１４において、使用する結晶化ガラスの析出結晶量は３０〜７０体積％、好ましくは３５〜６０体積％である。析出結晶量は、熱膨張係数や機的強度にも影響を及ぼすが、特に耐摩耗性、被研磨特性及び成形性に著しい影響を及ぼす。即ち、結晶の析出量が３０体積％未満であると耐摩耗性が不十分になり、フェルールの繰り返し挿抜を行った場合に結晶化ガラス製の円筒体１４の内周面に傷が発生し、初期の接続特性を維持できなくなる。これに対し、３０体積％以上の量の結晶が析出している場合には、耐摩耗性は著しく向上し、数百回におよぶ挿抜でも傷が発生しない。
【００２７】
ところが、必要以上に多量の結晶が析出していると被研磨特性や成形性を悪化させることになる。即ち、７０体積％より多くの結晶が析出すると、被研磨速度が石英ガラスに比べて小さくなり、両者の被研磨速度の差を軽滅させるような特殊な研磨方法を必要とするためコスト高になる。さらに、そのように結晶性の強いガラスは成形時に失透を発生し易く、効率の高い生産を行うことが出来ない。
【００２８】
また、本実施形態の結晶化ガラス製の円筒体１４において、結晶化ガラスの析出結晶の平均粒径は２μｍ以下、好ましくは１μｍ以下である。平均粒径が２μｍ以下であれば、２００ＭＰａ以上の曲げ強度が得られ、かつ、スリーブ１０として十分な耐摩耗性を有する結晶化ガラスとなる。
【００２９】
結晶の平均粒径が２μｍ以下であれば、十分に高い機械的強度を得ることができ、このような要求を満たし得る。しかし、平均粒径が大きくなりすぎると、結晶とガラスマトリックスの熱膨張差によって、両者の界面での熱応力が大きくなり、マイクロクラックが生じて機械的強度が低下する。また平均粒径が大きすぎると耐摩耗性が劣化してしまう。
【００３０】
次に、本実施形態の結晶化ガラス製の円筒体１４の表面に金属酸化物膜を形成して円筒体１４の抗折強度を向上させることが更に望ましい。この金属酸化物膜は弾性層２０との間と円筒体１４の内周面の少なくともいずれか一方に形成することでよい。この金属酸化物膜は結晶化ガラスと反応して結晶化ガラス表面の結晶化度を高める効果を有する析出結晶成分あるいは核形成成分からなり、例えば、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、ＳｎＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＴｉＯ_２から選択される少なくとも一種で構成されている金属酸化物膜が適しており、適宜組み合わせてもよい。また、金属酸化物膜を結晶化ガラスよりも小さい熱膨張係数を有する金属酸化物で構成すると、熱膨張係数の差によって膜表面に圧縮応力が発生し、さらに抗折強度を向上させることができる点で好ましい。
【００３１】
また、本実施形態の結晶化ガラス製の円筒体１４の表面に圧縮応力層を形成しておくことにより、抗折強度を向上させたものが更に望ましい。この圧縮応力層は弾性層２０との間と円筒体１４の内周面の少なくともいずれか一方に形成することでよい。一般に、抗折強度は、試料に徐々に曲げ荷重を負荷してゆき、試料の表面に生じた引張応力が破壊強度を超えて破壊が起こる際の応力の値として表わされる。結晶化ガラス製の円筒体１４の表面に予め圧縮応力層が形成されている場合、結晶化ガラス製の円筒体１４に破壊が起こる際の曲げ荷重値を圧縮応力層の圧縮応力値とほぼ同程度だけ大きくすることができるので抗折強度が向上する。
【００３２】
次に、光通信用割スリーブ１０としての外径寸法は、ＳＣ形光コネクタの場合にφ３．２ｍｍと規定されているので、弾性層２０を施す場合、弾性層２０の厚み分だけ円筒体１４の厚みを薄くしなければならない。この弾性層２０の厚みは、０．０５〜０．２５ｍｍとするのが良い。したがって円筒体１４の厚みは、２．７０〜３．１０ｍｍとするのが良い。これは弾性層２０が０．０５ｍｍより薄いとフェルール３１が斜めに挿入された場合でも必要以上に押し拡げられるのを抑制する力が小さくなって、割れ等の破壊を生じるためであり、また弾性層２０が０．２５ｍｍより厚いと逆に円筒体１４が薄くなりすぎて、それ自体の強度が低くなり、割れ等の破壊を生じるためである。
【００３３】
またこの弾性層２０は、図１のように、割スリーブ１０の両端面から１．０ｍｍ以上の長さの範囲に備えれば、割れ等の破壊を防ぐのに同等の効果がある。これはフェルール３１が斜めに挿入された場合、割れ等の破壊が端面側から発生するためであり、破壊せずに１．０ｍｍ以上フェルール３１が挿入されれば、その後は真っ直ぐに挿入でき、斜めになって割スリーブ１０が必要以上に押し拡げられることはないからである。
【００３４】
また、図２に示す様に、内周面１２の長手方向に３カ所以上の突起１５を備え、この突起１５によりフェルール３１を保持する方法でも良い。
【００３５】
次に本実施形態の割スリーブ１０について製造方法をもとにさらに詳細に説明する。
【００３６】
上記組成の結晶化ガラスのインゴット母材を作成し、次に得られた結晶化ガラス母材の内周面を真円度及び同芯度が１μｍ以内になるように精密研削を行い、最後にその結晶化ガラス母材を加熱延伸加工し、割スリーブ１０が少なくとも１個以上の長手方向に長い円筒状の長物を得る。この段階ですでに、内周面、外周面が完成されており、このあと長手方向に割スリーブ１０の所定の長さになるように切断加工を行い円筒体１４を得る。
【００３７】
次に図３（ａ）のフローチャートに示す様に、円筒体１４の長手方向に平面研削盤によりスリット１１を加工し、該円筒体１４の外周面に、円筒体１４の両端部のみにおいて、弾性層２０を圧入により固定する。
【００３８】
また、この方法とは別に、図３（ｂ）のフローチャートに示す様に、円筒体１４の外周面に、円筒体１４の両端部のみにおいて、弾性層２０を圧入により固定した後、平面研削盤を用いてスライシング用の薄手のダイヤモンド砥石によりスリット１１を加工する。
【００３９】
上記２方法のいずれであっても、本発明の効果を奏することが出来る。
【００４０】
この結晶化ガラス製の円筒体１４の外周面１３に施す弾性層２０は、圧入によって固定する場合、まず平板を精密プレス加工、引き抜き加工もしくはパイプ状のものから切削して円筒体１４と同様のスリット１１を持ち、円筒体１４の外径よりやや小さい内径形状に加工する。そして円筒体１４の端面側から加工された円筒体状の弾性層２０をスリット１１の方向が合うように圧入、固定する。この場合、弾性層２０の内径は、過大とならない範囲で十分な引き抜き力とするため、結晶化ガラス製の円筒体１４の外径に対して、０．００３〜０．０１０ｍｍ程度小さくするのが良い。
【００４１】
さらに圧入性を良くするため、弾性層２０の内周面の面粗さをＲａ０．８μｍ以下とし、また図１（ｃ）に示すように、両端面側にＣ面またはＲ面の面取り２０ａを形成するのが良い。ただし割れ等の破壊は端面側から起こるため、面取り寸法は０．１ｍｍ以下とする。
【００４２】
以上、本発明のスリーブを割スリーブにて説明してきたが、これに限ることなく、スリットの形成されていない精密スリーブにも適用することが出来る。
【００４３】
【実施例】
ここで、以下に示す方法で実験を行った。
【００４４】
本実施例の割スリーブ１０として、ＳｉＯ_２を６６量％、Ａｌ_２Ｏ_３を１８重量％、Ｌｉ_２Ｏを３量％、ＭｇＯを１．５重量％、ＴｉＯ_２を１．５重量％、ＺｒＯ_２を１重量％、ＴｉＯ_２＋ＺｒＯ_２を２重量％、Ｋ_２Ｏを３重量％、ＺｎＯを２重量％、ＢａＯを２量％の組成を有した結晶化ガラス製の円筒体１４を作成した。
【００４５】
次にリン青銅の平板を精密プレス加工して、結晶化ガラス製の円筒体１４と同様のスリット１１を持った弾性層２０を作製した。次にこのりん青銅製の弾性層２０を円筒体１４にハンドプレス機で圧入して固定し、割スリーブサンプルを作製した。
【００４６】
ここで弾性層２０の厚さを０．０４、０．０５、０．１５、０．２５、０．２８ｍｍと変化させて、割スリーブの最終の外径をφ３．２ｍｍ、内径をφ２．４９３ｍｍとなるように図１に示す形状で５種類のサンプルを各１０個作製した。
【００４７】
また、従来例のサンプルとして図５に示すジルコニアセラミックス製と結晶化ガラスのみからなる割スリーブ１０を各１０個作製した。
【００４８】
上記７種類のサンプルを垂直に固定し、その上端からテーパーピンゲージを挿入し、破壊に至る荷重をロードセルで測定する破壊荷重試験を行い、各サンプル１０個の平均値を測定した。
【００４９】
その試験結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】

【００５１】
従来例であるジルコニア製割スリーブでは破壊荷重が１２．３５Ｋｇ、結晶化ガラスのみからなる割スリーブでは破壊荷重が４．１９Ｋｇとかなり低い値となった。また、弾性層２０を有したサンプルでは厚さが０．０４ｍｍでは１３．９２Ｋｇと小さくまた、０．２８ｍｍのサンプルでは結晶化ガラスの厚さが０．０７ｍｍしか残らないので弾性層を圧入した際に全数が破壊してしまい、試験は出来なかった。
【００５２】
これに対し、弾性層２０の厚さが０．０５〜０．２５ｍｍの本実施例のサンプルでは１８．７７Ｋｇ以上の値を示し、かなり強度が向上したことがわかる。
【００５３】
【発明の効果】
このように本発明によれば、光通信用スリーブにおいて、結晶化ガラスからなる円筒体の外周面に、円筒体の両端部のみにおいて、弾性層を圧入により固定したことで、フェルールが斜めに挿入された場合でも必要以上に押し拡げられるのを抑制し、割れ等の破壊を生じないようにできる。またこの弾性層は、結晶化ガラス製円筒体の外周面に圧入により固定されるため、内周面は結晶化ガラスであり、耐摩耗性に優れ、フェルールを繰り返し着脱することにより生じる摩耗や剥離という問題がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態による光通信用割スリーブを示す斜視図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）は端面側付近のＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態による光通信用スリーブの製造方法を示すフローチャートである。
【図４】光ファイバ同士を接続する一般的な光コネクタの構造を示す断面図である。
【図５】従来の光通信用割スリーブを示す斜視図である。
【図６】（ａ）は内周面にめっき層等の硬化層を施した従来の金属製割スリーブを示す斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。
【符号の説明】
１０：割スリーブ１１：スリット１２：内周面１３：外周面１４：円筒体１５：突起２０：弾性層３０：光ファイバ３１：フェルール４０：めっき層等の硬化層

Claims

結晶化ガラスからなる円筒体の外周面に、該円筒体の両端部のみにおいて、弾性層が圧入により固定されていることを特徴とする光通信用スリーブ。
前記弾性層は、前記円筒体の長手方向において、前記円筒体の両端面から１．０ｍｍ以上の長さであることを特徴とする請求項１に記載の光通信用スリーブ。
上記弾性層の厚さを０．０５〜０．２５ｍｍとしたことを特徴とする請求項１又は２記載の光通信用スリーブ。
上記弾性層が金属もしくは樹脂からなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光通信用スリーブ。
上記円筒体と上記弾性層との間において上記円筒体の表面に金属酸化物膜または圧縮応力層が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光通信用スリーブ。
光ファイバ端部が収納された２つのフェルールを請求項１から５のいずれかに記載された光通信用スリーブの両端から挿入して、フェルール同士を当接させることで光ファイバを接続することを特徴とする光コネクタ。