JP4493138B2 - 光コネクタ用フェルールおよびその加工方法 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、光ファイバを収容する光コネクタ用フェルール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替え、送受信ポートの取り外し、装置の調整、測定等の脱着自在な光接続が必要な箇所には、光ファイバ同士を光学的に接続する光ファイバコネクタが使用されている。
【0003】
図5にその概略図を示すように、石英からなる光ファイバー5を貫通孔12に挿通固定した光コネクタ用フェルール(以降フェルール1)の先端面11同士を当接させて光接続するようになっている。そして、先端面11間における光損失は極力低減する必要があることから、低損失接続を実現する方法として、フェルール1の先端面11を光ファイバ5の先端面ととともに曲率半径10〜25mm程度の略凸球面状に鏡面に形成している。
【0004】
このフェルール1の製造方法としては、中心に光ファイバ5を挿入するための貫通孔12の下穴をあけたセラミックス製の円筒状成形体を焼成してフェルール1の焼結体を作り、前記下穴にワイヤを通しワイヤ上に付されたダイヤモンドペースト等によって下穴を磨くことにより貫通孔を仕上げる工程を含む製造方法が開示されている(特公平1−45042号公報参照)。
【0005】
又、フェルール1をセラミック粉末とバインダとの混合物から射出成形等で成形し、その後貫通孔12には加工を行わず、貫通孔12内面が焼成面であるフェルール1が開示されている(特開平7−253521号公報参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記の第一の従来例においては、フェルール1の貫通孔12 の下穴の内面を研磨するが、セラミックス製のため研磨に多大の時間がかかるという問題が生じている。さらに、貫通孔12の内面は研磨面で構成されており、平坦な鏡面となっているため、貫通孔12に光ファイバ5を接着固定した後、温度サイクル試験を行うと研磨面の接着剤が膨張収縮して貫通孔12と接着剤との界面で剥離が生じ、その状態で光ファイバ5に僅かな引っ張り力を加えただけで接着剤が貫通孔12の内面から移動し、ついには光ファイバ5が破断してしまうという課題があった。
【0007】
又、上記第二の従来例においては、貫通孔の内面は焼成面で構成されているために表面が粗く、接着剤とは実質的に点でしか接触していないことになる。そのために、貫通孔12に光ファイバ5を接着固定した後、高温高湿試験を行うと、焼成面の結晶粒子と接着剤は点でしか接合しておらず、その間隙をぬって湿気が内部奥深くまで進行し、ついには焼成面の粒子に接触している接着剤を変質させてしまい、接触していた点さえもない状態となってしまう。その状態で光ファイバ5に僅かな引っ張り力を加えただけで接着剤が貫通孔12の内面から移動し、ついには光ファイバ5が破断するという課題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記に鑑みて本発明は、光ファイバを挿入する為の貫通孔を設けたセラミックス製の光コネクタ用フェルールにおいて、前記貫通孔の内面に、焼成面と研磨面とが混在し、前記焼成面の面積が、前記貫通孔の内面全体の面積の20〜80%であり、前記研磨面の面積が、前記貫通孔の内面全体の面積のうち当該焼成面の面積以外の面積である。
【0009】
又、光ファイバを挿入する為の貫通孔を設けたセラミック製の光コネクタ用フェルールの加工方法であって、前記フェルールに、焼成後の内径が122〜125μmとなる貫通孔の下孔を形成した後、その内径が125〜127μmとなるように仕上げ研磨加工することにより、貫通孔の内面に、焼成面と研磨面とを混在し、前記焼成面の面積が、前記貫通孔の内面全体の面積の20〜80%であり、前記研磨面の面積が、前記貫通孔の内面全体の面積のうち当該焼成面の面積以外の面積である。
【0010】
【作用】
本発明によれば、貫通孔の内面に焼成面と研磨面とを混在させたことで、温度サイクル試験において研磨面が剥離を起こしても、焼成面の凹凸がくさび効果となり、引っ張り力を加えても光ファイバ5が破断することを防止できる。また、高温高湿試験においても焼成面を伝ってきた湿気は研磨面の部分でその進行を阻まれ、内部奥深くまで到達せず、界面での剥離がごく一部のみですみ、光ファイバ5に引っ張り力を加えても光ファイバ5が破断することを防止できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図によって説明する。
【0012】
図1は本発明の実施形態を示す光コネクタ用フェルールの断面図で、フェルール1の略凸球面状の先端面11と外周面13とのつなぎ部分にスリーブ挿入ガイド14を設け、該フェルール1の中心には先端面11から軸方向に貫通孔12が円錐状のファイバ挿入ガイド16につながり後端部15まで伸びた構造となっている。挿入孔12の内面は焼成面と研磨面とが混在した表面状態になっている。又、後端部15にはフランジ2が固定されている。
【0013】
図2、3に示すように上述したフランジ2をバネ3等で付勢した状態でプラグハウジング4内に配置し、該プラグハウジング4の外周にネジ等の取付部材6を備え、上記フェルール1の貫通孔12に光ファイバ5を挿入しエポキシ接着剤等の接着剤を用いて固定して、光コネクタプラグ8を構成する。一方、アダプタ9には上記フェルール1を挿入するためのスリーブ7と、取付部材6に合致するようなネジ91を備えている。
【0014】
いま、アダプタ9の両側からコネクタプラグ8を挿入して、フェルール1をスリーブ7内に挿入し、互いのフェルール1の先端面11同士を当接させ、取付部材6で固定すれば光ファイバコネクタを構成することが出来る。
【0015】
該フェルール1は外径D=φ2.5mm、長さL=10.5mm、貫通孔d=φ0.126mm、が一般的な寸法である。
【0016】
又、フェルール1の材質としては、セラミックス、ガラス等の広義のセラミックスを用いるが、特にジルコニアを主成分とするセラミックスが最適である。具体的には、ZrO2を主成分とし、安定化剤としてY2O3、MgO、CaO、CeO2、Dy2O3等の一種以上を含有するもので、正方晶の結晶を主体とした部分安定化ジルコニアセラミックスを用いる。
【0017】
又、この様なジルコニアセラミックス製のフェルール1を製造する場合は、上記の原料粉末を用い、押出成形や射出成形もしくはプレス成形等で所定形状に成形した後、焼成することによって得られる。
【0018】
このジルコニアセラミックスは、平均結晶粒径が0.1〜1.0μmであり、かつ気孔率が3%以下であるものを適用できる。ここで平均結晶粒径が1.0μmを越えると結晶間の空隙が大きくなり良好な外周面が得られず、又、原料混合時ボールミル等で粉砕を行う時に安定して0.1μm以下に粒度を調整することが困難であり、焼成後は結晶が粒成長するため更に径が大きくなる為に0.1μm以上とした。気孔率はフェルールの固体中に含まれる空隙の割合を百分率であらわしたもので3%を越えると気孔部分が先端面11の面粗さを悪化させてしまうことになる。
【0019】
上記フェルール1の後端部15に固定されているフランジ2の材質はステンレス鋼、銅合金にニッケルメッキ仕上げしたもの、真鍮にニッケルメッキ仕上げしたもの、洋白にニッケルメッキ仕上げしたもの等の金属製を用いることができる。
【0020】
このフェルール1はシングルモ−ド、マルチモード共に適用できる。
【0021】
次に、図4に貫通孔12に光ファイバ5が接着固定された状態での拡大図を示すようにフェルール1の貫通孔12の内面は焼成面17と研磨面18が混在した状態であり、接着剤100を介して光ファイバ5が接着されている。
【0022】
ここで、焼成面17とは、セラミックスの原料を成形、焼成した後、その表面に一切の加工を行わない状態のままの面をいい、ジルコニアセラミックスの場合の面粗さはRa0.1〜0.2μmである。焼成面17を走査電子顕微鏡で10、000倍に拡大して観察するとセラミックスの結晶粒子が球状に確認出来る。
【0023】
これに対し、研磨面18とは焼成面17に研磨加工を行い、表面を平坦にしかも鏡面にした面をいい、ジルコニアセラミックスの場合の面粗さはRa0.01〜0.05μmである。研磨面18を走査電子顕微鏡を用いて10、000倍に拡大して観察するとセラミックスの結晶粒子の球形が判断出来ない程破壊された状態で確認出来る。
【0024】
従来例で示したように、貫通孔12の内面が研磨面18のみで構成された場合、光ファイバ5を接着固定した後、温度サイクル試験を行うと研磨面18の接着剤100が膨張収縮して貫通孔12と接着剤100との界面で剥離が生じ、その状態で光ファイバ5に僅かな引っ張り力を加えただけで接着剤100が貫通孔12の内面から移動し、しまいには光ファイバ5が破断してしまう。
【0025】
又、貫通孔12の内面が焼成面17のみで構成された場合、光ファイバ5を接着固定した後、高温高湿試験を行うと焼成面17の結晶粒子と接着剤100は点でしか接合しておらずその間隙をぬって湿気が内部奥深くまで進行し、しまいには焼成面17の粒子に接触している接着剤を変質させて接触していた点さえもない状態となってしまう。その状態で光ファイバ5に僅かな引っ張り力を加えただけで接着剤100が貫通孔12の内面から移動し、しまいには光ファイバ5が破断してしまう。
【0026】
これに対し、本発明では、図4に示すように貫通孔12の内面に焼成面17と研磨面18とを混在させたことによって、温度サイクル試験においては研磨面18は剥離を起こしても、焼成面17の凹凸がくさび効果となり、引っ張り力を加えても光ファイバ5が破断することを防止できる。又、高温高湿試験においても焼成面17を伝ってきた湿気は研磨面18の部分でその進行を阻まれ、内部奥深くまで到達せず、界面での剥離がごく一部のみですみ光ファイバ5に引っ張り力を加えても光ファイバ5が破断することを防止できる。
【0027】
ここで、焼成面17と研磨面18の面積比については、貫通孔12の内面全体に対して焼成面17の面積比が20〜80%、残部が研磨面18であれば良い。これは、これ以外の範囲で有れば混在の効果がほとんどなくなるからである。そして、好ましくは焼成面17の面積比が40〜60%、残部が研磨面18であれば良い。
【0028】
又、研磨面18と焼成面17の混在の状態は、交互に無数に構成されていることが望ましいが、少なくともいずれかの面が2箇所以上で残りの面が1箇所以上有れば良い。これは共に1箇所しかなければ、焼成面17の存在する側に引っ張り力を加えるとくさび効果を奏することが出来ないからである。
【0029】
次に製造方法について説明する。
【0030】
フェルール1に、焼成後の内径が122〜125μmとなるような貫通孔12の下穴を形成した後、この内径を125μm〜127μmとなるように仕上げ研磨加工することにより、貫通孔12の内面を部分的に研磨することができ、焼成面17と研磨面18とを混在させることが出来る。
【0031】
ここで貫通孔12下穴の内径を122〜125μm、研磨加工後の内径を125μm〜127μmとしたことにより、例えば下穴の内径を122μmとした場合、長手方向の真直度を5μm以上にしておけば内径を127μmで研磨面18を作成した場合でも、一部に研磨されない焼成面17が残る。又、逆に内径を125μmで下穴を形成し、長手方向の真直度が0.1μm以上あれば内径を125μmで研磨面18を形成した場合でも一部に研磨されない焼成面17が残る。以上の理由により、下穴の内径を122μm〜125μm、研磨加工後の内径を125μm〜127μmとした。
【0032】
研磨加工は、貫通孔12の下穴にワイヤを通しワイヤ上に付されたダイヤモンドペースト等によって下穴を磨く加工もあるが、フッ酸等の溶液で下穴内面をエッチングする方法でも、平滑な面を作る加工であれば同等の効果を奏することが出来る。
【0033】
【実施例】
ここで、以下に示す方法で実験を行った。
【0034】
ジルコニアセラミックス製のシングルモードフェルールで、外径D=φ2.5mm、長さ10.5mm、貫通孔d=φ0.126mmとし、本発明実施例として貫通孔12の内面に焼成面17と研磨面18とを混在させたサンプルを40個準備した。また、比較例として従来の貫通孔12の内面が研磨面のみのサンプル、および貫通孔12の内面が焼成面のみのサンプルをそれぞれ40個準備した。
【0035】
それぞれ貫通孔12に光ファイバ5を挿入し接着固定後、フェルール1の先端面を光ファイバ5とともにR15mmの凸球面形状に研磨し、温度サイクル試験器、高温高湿試験器にそれぞれのサンプルを20個ずつ投入し、一定期間放置した後、取り出して、フェルール1を固定し光ファイバ5に1Kgの引っ張り荷重を与えた後、接続損失を測定した。
【0036】
温度サイクル試験条件は、−40℃〜常温〜+85℃〜常温のサイクルとなっており、高低温は各30分、常温は5分の1サイクルあたり70分の試験であり、500サイクル放置した。又、高温高湿試験条件は、+85℃×85%で1000時間放置した。
【0037】
その結果を表1に示す。
【0038】
【表1】
【0039】
表の分母が試験サンプルの数量で分子が接続損失の試験前後の変動が0.5dB以上あったサンプルの数量である。接続損失の試験前後の変動が0.5dB以上あったサンプルの内部を解体してみると光ファイバの破断であった。
【0040】
この結果より、従来例の貫通孔12の内面が研磨面のみのサンプルは温度サイクル試験後、接着力が低下していることがわかる。又、貫通孔12の内面が焼成面のみのサンプルは高温高湿試験後、接着力が低下していることがわかる。
【0041】
これに対し、本発明の貫通孔12の内面に焼成面17と研磨面18とが混在しているサンプルは温度サイクル試験後および高温高湿試験後において接着力の低下が認められなかった。
【0042】
従って、本発明実施例であるフェルール1の貫通孔12の内面に焼成面17と研磨面18とを混在させる事により、温度サイクル試験や高温高湿試験において光ファイバ破断を生じさせないという効果が得られた。
【0043】
【発明の効果】
このように本発明によれば、光ファイバを挿入する為の貫通孔を設けたセラミックス製の光コネクタ用フェルールにおいて、貫通孔内面に焼成面と研磨面とを混在させることにより、温度サイクル試験や高温高湿試験において光ファイバ破断が生じることを防止し、耐久性に優れた光コネクタ用フェルールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光コネクタ用フェルールを示す断面図である。
【図2】本発明の光コネクタ用フェルールを用いた光コネクタの斜視図である。
【図3】本発明の光コネクタ用フェルールを用いた光コネクタの断面図である。
【図4】本発明の光コネクタ用フェルールの貫通孔に光ファイバを接着固定した状態での拡大断面図である。
【図5】従来の光コネクタ用フェルールの先端同士が接合している状態を表す概略図である。
【符号の説明】
1 フェルール
11 先端面
12 貫通孔
13 外周面
14 スリーブ挿入ガイド
15 後端部
16 ファイバ挿入ガイド
17 焼成面
18 研磨面
2 フランジ
3 バネ
4 プラグハウジング
5 光ファイバ
6 取付部材
7 スリーブ
8 光コネクタプラグ
9 アダプタ
91 ネジ
100 接着剤
Claims (2)
- 光ファイバを挿入する為の貫通孔を設けたセラミックス製の光コネクタ用フェルールにおいて、
前記貫通孔の内面に、焼成面と研磨面とが混在し、
前記焼成面の面積が、前記貫通孔の内面全体の面積の20〜80%であり、前記研磨面の面積が、前記貫通孔の内面全体の面積のうち当該焼成面の面積以外の面積であることを特徴とする光コネクタ用フェルール。 - 光ファイバを挿入する為の貫通孔を設けたセラミック製の光コネクタ用フェルールの加工方法であって、
前記フェルールに、焼成後の内径が122〜125μmとなる貫通孔の下孔を形成した後、その内径が125〜127μmとなるように仕上げ研磨加工することにより、貫通孔の内面に、焼成面と研磨面とを混在し、
前記焼成面の面積が、前記貫通孔の内面全体の面積の20〜80%であり、前記研磨面の面積が、前記貫通孔の内面全体の面積のうち当該焼成面の面積以外の面積であることを特徴とする光コネクタ用フェルールの加工方法。
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JP2000024702A JP4493138B2 (ja) | 2000-01-28 | 2000-01-28 | 光コネクタ用フェルールおよびその加工方法 |
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