JP4139278B2

JP4139278B2 - 光通信用スリーブ及びその加工方法

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Publication number: JP4139278B2
Application number: JP2003177534A
Authority: JP
Inventors: 淳鉄谷
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2023-06-23
Also published as: JP2005010698A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光ファイバコネクタ同士を光学的に接続する際に用いられる光通信用スリーブ及びその加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ同士を接続する光コネクタの構造は、図３（ａ）に示すように光ファイバ７を挿通したフェルール８同士を割スリーブ４の両端から挿入して突き合わせるようになっており、上記フェルール８、割スリーブ４の材質として、アルミナやジルコニア等のセラミックス、金属またはプラスチックス等が用いられており、特にジルコニアセラミックスは、優れた耐摩耗性を有するとともに、適度に弾性変形することから好適に用いられている。
【０００３】
上記割スリーブ４は、例えばジルコニアセラミックスからなる場合、ジルコニアを主成分とし、イットリア、アルミナ、チタニア、カルシア等を含有する原料を押出成形、プレス成形、もしくは射出成形により予め円筒状に成形した成形体を得、焼成工程で焼き固め円筒体を得る。
【０００４】
次に、円筒体の外周面を円筒研削盤を用いてダイヤモンド砥石で研削し、貫通孔の内周面をダイヤモンド砥石を用いたホーニングおよびダイヤモンド砥粒を用いたピン研磨等で所定の内径寸法になるように研磨加工を行う。図５（ａ）はピン研磨の説明を示す概略図であるが、先端部をテーパ形状に形成したピン２０に油性スラリーに混合したダイヤモンド砥粒２１を塗布し、このピン２０を回転させながら固定具２２に固定された円筒体２３の貫通孔２４に上記ピン２０のテーパ面を接触させ、円筒体２３を上下に動かしながら徐々に図面５（ａ）上方向に動かすことで貫通孔２４の内周面２４ａを加工する。
【０００５】
しかる後、図４（ａ）に示すようなスリット２５となる溝を平面研削盤を用いてダイヤモンド砥石を用いて研削することで作製される（特許文献１参照）。
【０００６】
また、上記割スリーブ４に挿入するフェルール８は、その外周面の加工として図５（ｂ）に示すように、ブレード２６でフェルール８を保持しながら定規車２７で回転させながら、ダイヤモンド砥石２８を用いてフェルール８の外周を研削する芯無しセンタレスでの研削加工が主流であった。また外周加工の仕上げとして、図５（ｃ）に示すような外周ラップ加工を用いて加工しており、銅もしくは錫からなる上ラップ２９と下ラップ３０の間にフェルール８となる円筒体を載置し、粒径２μｍ以下のダイヤモンド砥粒を均一に混合させたスラリー３１を添加し、上ラップ２９と下ラップ３０を回転させることにより円筒体が回転し、外周が研削される方法が行われていた（特許文献２参照）。
【０００７】
そのため、フェルール８の外周面には図４（ｂ）に示すようなフェルール８の軸に対して垂直な加工痕１１が形成される。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−９１７８３号公報
【特許文献２】
特開２０００−１９３８４０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記割スリーブ４において図５（ａ）に示すようなピン研磨を用いて貫通孔２４の内周面２４ａを研磨した場合、回転したピン２０に、固定具２２に固定された円筒体２３の貫通孔２４に上記ピン２０のテーパ面を接触させ、円筒体２３を上下に動かすため、円筒体２３を上に動かした時には、円筒体２３の上方側よりピン２０の回転方向に螺旋状の加工痕がつくが、円筒体２３を下に動かしたときには円筒体下方側よりピン２０の回転方向に加工痕がつくため、図４（ａ）に示すように貫通孔２４の内周面には加工痕１９が割スリーブ４の軸Ａに対し約４５°の角度をもった複雑なクロスハッチ状となっていた。
【００１０】
このような割スリーブ４を用いて図３（ａ）に示すような光コネクタを構成した場合、割スリーブ４の両端からフェルール８を挿入するが、割スリーブ４の内周面には、上記図４（ｂ）に示すようなクロスハッチ状の加工痕１９があるため、外周部に軸Ａに対し垂直の加工痕１１を持つフェルール８を挿入した場合、抵抗が大きく、フェルール８を保持しているときも無理な力がかかり、また着脱を行うと磨耗粉が発生するため光学特性及び、フェルール８の保持力を安定させることが困難であった。
【００１１】
【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、軸方向にフェルールを挿入するための貫通孔を有する円筒状のセラミックスから成る光通信用スリーブであって、上記貫通孔の内周面に加工痕が形成されており、この加工痕の９０％以上が上記軸方向に対して±２０°以内に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の光通信用スリーブは、上記光通信用スリーブの内周面に、軸方向に複数の突起を備えたことを特徴とする。
【００１４】
またさらに、本発明の光通信用スリーブの加工方法は、スリーブとなる円筒体を固定し、円筒体の貫通孔にツールを挿入するとともに、その軸方向に平行に上下に摺動させることで貫通孔の内周面を研磨加工することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００１６】
図１は本発明の光通信用スリーブの一実施形態を示す正面図及び断面図であり、
図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ精密スリーブ１、割スリーブ４を示すものである。
【００１７】
これら光通信用スリーブは、軸Ａの方向に貫通孔２を有する中空筒状のものであり、貫通孔２の両側から図３（ａ）に示すように光ファイバ７を挿通保持したフェルール８を挿入して先端面を当接させることにより、光ファイバ７同士を結合する光コネクタとして用いるものである。
【００１８】
上記図１（ａ）に示す精密スリーブ１は、軸Ａ方向に貫通孔２を有し、該貫通孔２の内径は挿入するフェルール８の外径よりも僅かに大きくなるような円形に精密研磨されている。
【００１９】
また、図１（ｂ）に示す割スリーブ４は、貫通孔２の一部に内周面から外周面まで繋がるように、軸Ａ方向にスリット６を有するものであり、貫通孔２の内径が挿入するフェルール８の外径よりも若干小さくなっているため、フェルール８を挿入した際に、割スリーブ４が弾性変形を起こし０．５〜７Ｎほどの保持力を持たせることができる。
【００２０】
これら精密スリーブ１、割スリーブ４の内周面２ａには軸Ａに対して略平行に加工痕３が形成されていることが重要である。
【００２１】
このような加工痕３を有する精密スリーブ１、割りスリーブ４を用いて、図３に示すような光コネクタを構成する際、貫通孔２にフェルール８をスムーズに挿抜することができるため、磨耗粉の発生を抑えることができ光学特性を安定させることができるとともに、フェルール８の保持力を安定させることができる。
【００２２】
なお、フェルール８の外周面には、図４（ｂ）に示すように、フェルール８を回転させて加工するため、フェルール８の外周面には加工痕１１が軸方向に対して垂直方向に形成されるため、精密スリーブ１、割スリーブ４の内周面２ａの加工痕３の方向が軸方向に対し略平行ではないと、フェルール８を挿入する際に抵抗が大きくなり磨耗粉が発生し安定した光学特性、および安定したフェルール８の保持力を得ることが困難になる。
【００２３】
また、上記加工痕３の確認は、任意の精密スリーブ１、割スリーブ４の内周面２ａにおいて、軸Ａの方向に５０μｍ×円周方向に２０μｍの範囲を金属顕微鏡を用いて倍率２００倍で観察し加工痕３の形状を調べることができる。
【００２４】
さらに、図１（ｃ）に示す部分拡大図に示すように、上記加工痕３の９０％以上が軸Ａと±２０°の範囲で形成されていることが好ましい。
【００２５】
これは、上記加工痕３が軸Ａに２０°を越えて形成されると、精密スリーブ１、割スリーブ４にフェルール８を挿入する際、フェルール８の外周面の加工痕１１が軸方向に対して垂直方向に形成されるため、フェルール８を挿入する際に抵抗が大きくなり磨耗粉が発生し安定した光学特性、および安定したフェルール８の保持力を得ることが困難になる。
【００２６】
また、軸Ａと±２０°の範囲で形成される加工痕３の割合を９０％以上とすることで、光コネクタとして用いた際にフェルール８を挿入しても抵抗が小さくでき、磨耗粉の発生を抑えることができる。一方、９０％未満となるとフェルール８挿入時の抵抗が大きくなり、上記効果が小さくなる。
【００２７】
特に、加工痕３が軸Ａと±５°以下とすることがより好ましく、フェルール８をスムーズに挿抜することができるため、磨耗粉の発生を十分に抑えることができ光学特性をより安定させることができる。
【００２８】
なお、上記加工痕３の割合の確認は、任意のスリーブの貫通孔２の内周面２ａにおいて軸方向に５０μｍ×円周方向に２０μｍの範囲を金属顕微鏡を用い、倍率２００倍で観察し、金属顕微鏡で映し出した画像をモニターに映し本数を数える。
【００２９】
また、角度の測定方法は映し出された加工痕３を角度計を用いて測定する。上記加工痕３は、精密スリーブ１、割スリーブ４の両端のＣ面またはＲ面のテーパ部９を除く部分、即ち、フェルール８を挿入した際にその外周面と精密スリーブ１、割スリーブ４の貫通孔２の内周面２ａとの接触範囲において施されていればよい。
【００３０】
ここで、このような加工痕３を有するスリーブの製造方法について説明する。
【００３１】
先ず、ステンレス、りん青銅等の金属、エポキシ、液晶ポリマー等のプラスチックス、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス等の材料を用いて、押し出し成形やプレス成形によって所定形状を成す円筒体を得る。
【００３２】
次いで、セラミックスからなる場合には、焼成工程で焼き固め、切削加工することによって、あるいはセラミックスの射出成形によって成形体を一体的に成形した後、所定の条件で焼成することによっても得ることができる。
【００３３】
特に、ジルコニアセラミックスで形成することが好ましい。具体的には、Ｚ
ｒＯ₂を主成分とし、Ｙ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ₂、Ｄｙ₂Ｏ₃などの少なくとも一種を安定化剤として含み、正方晶の結晶を主体とする部分安定化ジルコニアセラミックスを用いることがより好ましく、優れた耐摩耗性を有するとともに、適度に弾性変形することから、スリーブとしての作用を成すことができる。
【００３４】
次いで、図１に示すような加工痕３を形成するための加工方法について図２を用いて説明する。
【００３５】
先ず、図２に示すように得られた円筒体１４を固定具１２で固定し、先端部をテーパ形状に形成したツール１５に油性スラリーに混合したダイヤモンド砥粒１３を塗布してなるツール１５を貫通孔２に挿入する。
【００３６】
そして、ツール１５に超音波により縦振動を与え、ツール１５を回転させることなく、もしくはわずかに回転させながら、上下に移動させて貫通孔２の内周面２ａに摺動させながら徐々に研磨する。
【００３７】
また、ツール１５の真円度を０．６μｍ以下にすることで、研磨した貫通孔２の真円度を１μｍ以下に抑えることができるため、フェルール８を挿入した際に両者の間に隙間無く安定して保持できるため、低い接続損失を有する光コネクタを得ることができる。
【００３８】
さらに、ダイヤモンド砥粒１３の粒径を２μｍ以下にすることにより貫通孔２内周面２ａの面粗さをＲｍａｘを０．５μｍ以下とすることができ、これによって加工痕３の幅、深さをそれぞれ０．５μｍ以下に抑えることができるためフェルール８を把持する部分が一定になるためより安定した接続損失を得ることができる。
【００３９】
また別の加工方法として、ホーニング加工等で円筒体１４の貫通孔２を荒加工した後、粒径が２μｍ以下のダイヤモンド粉末、もしくはＣＢＮ粉末をノズル１７より貫通孔２の内周面２ａに噴射することで上記と同様な加工痕３を得ることができる。
【００４０】
上述のように、円筒体１４の貫通孔２の軸方向と平行に研磨用のツール１５を摺動させる方法、もしくはホーニング加工等で円筒体１４の貫通孔２を荒加工しダイヤモンド粉末もしくはＣＢＮ粉末をノズル１７により貫通孔２内周面２ａに噴射する方法で得られたスリーブの貫通孔２には図１に示すような加工痕３を得ることができる。
【００４１】
また、上記精密スリーブ１及び割りスリーブ４の貫通孔２には、図１（ｄ）に示すような複数の突起１０が形成されていることが好ましい。
【００４２】
この突起１０により精密スリーブ１及び割スリーブ４にフェルール８を挿入する際の接触抵抗を小さくして作業性を良好にできるとともに、スリーブとフェルール８の間に隙間ができるために、ゴミ等を良好に排出することができる。
【００４３】
上記突起１０は、精密スリーブ１及び割スリーブ４の貫通孔２の内周面２ａに均一な間隔で備えてあり、フェルール８を安定して保持するために３個以上備えることが好ましい。また、突起１０を有する場合には、突起１０とフェルール８が接触する面に加工痕３が形成される。
【００４４】
また、上記突起１０を形成する方法としては、押し出し成形またはプレス成形を行う際の金型に溝を設けて突起を形成するか、もしくはスリーブの内径を回転させることなく、突起形状を設けたツールに超音波で縦の振動を与え研磨加工することによって突起を形成することができる。
【００４５】
【実施例】
ここで、以下に示す方法で実験を行った。
【００４６】
本発明実施例として、ジルコニアを用いて、押し出し成形を行い円筒状の成形体を得、焼成工程で焼き固めた後、所定の長さに切断し、外径がφ３．５ｍｍ、内径がφ２．４８ｍｍ、全長が１３．０ｍｍの円筒体を準備した。
【００４７】
次に、図２（ａ）に示すように、固定具１２に円筒体を固定した後、縦の振動を与えた外径φ２．４９０ｍｍのツールにより貫通孔を加工した。
【００４８】
なお、貫通孔の内周面は、ツールをわずかに回転させ、回転スピードを調整することで加工痕と軸の成す角度を１０°、２０°、３０°にした。またこのような角度を有する加工痕の割合は１００％である。
【００４９】
その後、外周研削、全長研削を行いスリット加工、ブラシ加工を行うことで外径φ３．２ｍｍ、内径φ２．４９３ｍｍ、全長１１．４ｍｍのＳＣコネクタ用割スリーブ試料を作製した。
【００５０】
また、比較例として、本発明の実施例と同等の円筒体１４を準備し、図５（ａ）に示すように、固定具１２に円筒体１４を固定した後、回転を与えた外径φ２．４９０ｍｍのツール１５により貫通孔２を加工した。
【００５１】
その後、外周研削、全長研削を行いスリット加工、ブラシ加工を行うことで外径φ３．２ｍｍ、内径φ２．４９３ｍｍ、全長１１．４ｍｍで、貫通孔の内周面に図４（ａ）に示すような角度４５°のクロスハッチ状をなす加工痕を持つＳＣコネクタ用割スリーブ試料を作製した。
【００５２】
各割スリーブ試料をそれぞれ１０個用意し、各試料の両端からフェルールを挿入して挿抜試験を５００回づつ行い、挿抜試験前後で図３（ａ）光コネクタとした際の接続損失の平均及びフェルール保持力の平均を評価した。
【００５３】
また別途、本発明の加工痕が軸と成す角度が２０°のものを選別し、加工痕の割合を８０％、９０％、１００％として上記同様の挿抜試験前後の接続損失及びフェルールの保持力を評価した。
【００５４】
なお、上記測定方法は、接続損失については、図６（ａ）に示すように光源３２にマスタファイバ３３の片端を接続し、多端をパワーメータ３５に接続した時のパワーＰ０を測定する。次に、パワーメータ３５よりマスタファイバ３３を外し、図３（ｂ）に示すようにパワーメータ３５に別途用意したマスタファイバ３４の片端を接続し、スリーブ１の貫通孔内でマスタファイバ３３とマスタファイバ３４を接続した時のパワーＰ１を測定し、次式にＰ０、Ｐ１を代入し接続損失を求めた。
【００５５】
接続損失Ａ＝１０×ｌｏｇ（Ｐ１／Ｐ０）
また、フェルール保持力は、スリーブ試料の両端よりフェルールを挿入し、片側のフェルールを引き抜いた時の引抜力をＰＵＳＨ−ＰＵＬＬゲージで測定した。
【００５６】
なお、測定に使用した光ファイバを挿通したフェルールは光ファイバのコア部とフェルールの外周面の同心度が０に設定してあるものを使用した。
【００５７】
加工痕の角度条件を振ったときの接続損失測定の結果を表１に、フェルール保持力測定結果を表２に、また加工痕の割合を種々変更した場合の結果を表３、４に示す。
【００５８】
【表１】

【００５９】
【表２】

【００６０】
【表３】

【００６１】
【表４】

【００６２】
表１の結果より、比較例であるクロスハッチ状の加工痕を有するスリーブの場合、挿抜試験前後では接続損失の最大値の平均は、０．０７１ｄＢ変動があり、ばらつきも０．０６２ｄＢであった。
【００６３】
これに対し、本発明のスリーブである加工痕と軸の成す角度が１０°、２０°のスリーブについては、接続損失の最大値の平均の変動が０．０１５ｄＢ、０．０１９ｄＢと安定しており、ばらつきの変動も０．００５ｄＢ、０．００８ｄＢであり、挿抜試験後においても接続損失の最大値は０．１ｄＢ前後と非常に優れた性能を持つスリーブを得ることができた。
【００６４】
特に、加工痕の角度が１０°及び２０°のスリーブは３０°の場合と比較して接続損失の変動量、接続損失がより小さい値となっていた。
【００６５】
また、挿抜試験の１回目から本発明の範囲にある割スリーブは接続損失の最大値が０．０８ｄＢ以下となっており非常に接続損失が小さいことがわかる。
【００６６】
また、表２の結果より、比較例では挿抜試験前後のフェルール保持力の変動が０．９５Ｎであるのに対し、本発明のスリーブにおいてはその変動が０．２４Ｎ、０．２７Ｎと非常に安定しておりフェルール挿入時に出る磨耗粉が非常に少ないと推測される。
【００６７】
さらに、表３の結果より、割スリーブでは挿抜試験前と試験後では接続損失の最大値の平均が０．０７１ｄＢの変動があるのに対し本発明の範囲である加工痕の割合が９０％以上の製品は接続損失の最大の平均の変動は０．０２２ｄＢ以下となっている。また接続損失のばらつきの変動も従来では０．０６２ｄＢあるのに対し本発明の範囲である加工痕の割合が９０％以上の製品は接続損失のばらつきの変動も０．００９ｄＢ以下となりほとんど変化が無く特に優れたスリーブを得ることができた。
【００６８】
さらにまた、表４の結果より従来割スリーブでは挿抜試験前後のフェルール保持力の変動が０．９５Ｎあるのに対し本発明範囲の割スリーブのフェルール保持力変動は０．３１Ｎ以下に収まっている。
【００６９】
【発明の効果】
本発明の光通信用スリーブは、その貫通孔内周面に軸方向に対して略平行に加工痕が形成されていることから、光コネクタとして用いる際にフェルールがスムーズに挿入でき、光学特性の安定した光コネクタを得ることができる。
【００７０】
特に、上記加工痕の９０％以上が軸と±２０°の範囲で形成されていることから、フェルールを挿入して光コネクタとして繰り返し使用しても安定した光学特性及びフェルール保持力を得ることができる。
【００７１】
また、このような加工痕を形成するため、内周面の加工方法において、スリーブとなる円筒体を固定し、円筒体の貫通孔にツールを挿入し、円筒体の軸に平行に上下に摺動させることで貫通孔の内周面を研磨加工することから、貫通孔の内周面を徐々に研磨することで軸と平行な加工痕を容易に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の光通信用スリーブの一実施形態を示す断面図および側面図、（ｂ）は本発明の光通信用スリーブの他の実施形態を示す断面図および側面図、（ｃ）は本発明の光通信用スリーブの貫通孔内周面を示す部分拡大図、（ｄ）は本発明の光通信用スリーブのさらに他の実施形態を示す断面図および側面図である。
【図２】本発明の光通信用スリーブの加工方法を示す説明図である。
【図３】（ａ）は本発明の光通信用スリーブを用いてなる光コネクタを示す断面図である。
【図４】（ａ）は従来の光通信用スリーブを示す断面図および側面図、（ｂ）は光通信用スリーブに挿入するフェルールを示す正面図である。
【図５】（ａ）は従来の光通信用スリーブの加工方法を示す説明図、（ｂ）、（ｃ）は光通信用スリーブに挿入するフェルールの加工方法を示す説明図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は光通信用スリーブの接続損失の測定方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１：精密スリーブ
２：貫通孔
２ａ：内周面
３：加工痕
４：割スリーブ
５：貫通孔
５ａ：内周面
６：スリット
７：光ファイバ
８：フェルール
９：テーパ部
１０：突起
１１：加工痕
１２：固定具
１４：円筒体
１５：ツール
１６：貫通孔
１９：加工痕
２０：ピン
２１：ダイヤモンド砥粒
２２：固定具
２３：円筒体
２４：貫通孔
２５：スリット
２６：ブレード
２７：定規車
２８：ダイヤモンド砥石
２９：上ラップ
３０：下ラップ
３１：スラリー
３２：光源
３３：マスタファイバ
３４：マスタファイバ
３５：パワーメータ

Claims

軸方向にフェルールを挿入するための貫通孔を有する円筒状のセラミックスから成る光通信用スリーブであって、上記貫通孔の内周面に加工痕が形成されており、該加工痕の９０％以上が上記軸方向に対して±２０°以内に形成されていることを特徴とする光通信用スリーブ。
上記光通信用スリーブの内周面に、軸方向に複数の突起を備えたことを特徴とする請求項１記載の光通信用スリーブ。
請求項１または２記載の光通信用スリーブの加工方法であって、スリーブとなる円筒体を固定し、円筒体の貫通孔にツールを挿入し、円筒体の軸に平行に上下に摺動させることによって貫通孔の内周面を研磨加工することを特徴とする光通信用スリーブの加工方法。