JP4573233B2 - 光ファイバコネクタ - Google Patents

Description

技術分野
この発明は、光ファイバ素線（コア、クラッド部）と光ファイバ素線を接続する、固定式接続法及び着脱式接続法による光ファイバコネクタに関する。
背景技術
従来の光ファイバ素線と光ファイバ素線の接続は、第一の方法として、その接合部の中心軸をあわせて、そのまま溶かして、融着し固定する融着接続法。これは融着装置によって施工される。第二の方法として、予め光ファイバ素線の接続路を設けた受け具に光ファイバ素線を埋め、その接続空間にオイルまたはグリース、あるいはエポキシ樹脂、新しいものでは、ゲル化状物質を介在させ、光ファイバ素線を機械的に固定させる固定式接続法。これにはスプライサや光分配器などがある。第三の方法として、光ファイバ素線の両端面にフェルールを嵌着し、アダプタを介して、機械的な突き当てによって光ファイバ素線を接合させる着脱式接続法。これには光ファイバコネクタがある。また、この光ファイバコネクタにあって、接続損失を低減させる目的で、この接続空間に、レンズやオイル、グリースを用いたものがあり、新しいものでは、ゲル化状物質を用いたものが考案されている（例えば、レンズを用いるものは、特開昭５６−１１０９１２号、オイルを用いるものは、特開昭５６−８１８０７号、ゲル化状物質を用いるものは、実公平４−４３８４１号、公報参照）。
光ファイバ素線の接続に基本的に要求される課題は、
一つ、接続される二つの光の通路（コア）が、中心軸上に位置していること
二つ、接続空間が極めて小さなものであること
三つ、この保持機構は、粉塵、蒸気、水分など異物の浸入を許さない構造であること
である。
従来の接続方法には、次のような難点がある。
前記記載の第一の方法、融着接続法では、基本的な三つの条件を満たす。ただし、着脱はできないので、コネクタとして用いることはできない。
第二の方法、固定式接続法では、基本的条件を満たすためには、光ファイバ素線の埋設部の加工と位置あわせに複雑な機構と組み立て工数を必要とする。かつ、この接続空間に封入するオイルまたはグリースは、流失あるいは酸化を免れることはできないし、エポキシ樹脂は、流失することはないが、やはり酸化は免れることはできない。これもまた、着脱はできないので、コネクタとしては用いることはできず用途としては限定される。
第三の方法、着脱式接続法は、光ファイバ素線の両端面にフェルールを嵌着し、アダプタを介して、機械的な突き当てによって光ファイバ素線を接合させる構造となるため、第一、第二の方法と比較すると、基本条件の一、二を満たすことができず、光の透過率の低減はやむを得ないものとなる。この光の減衰を低く押さえる方法として、光ファイバ素線の端面の研磨に工夫がなされ、平面研磨から球面研磨、そして斜め研磨となり、光の透過率の向上は計られたが、前述の基本条件一、二を満たすことにはならない。
発明の開示
本発明は、前項記述の基本条件の三つを満たす光ファイバコネクタを提供する。光ファイバコネクタにおいて代表的なものは、ＪＩＳに規定するＦＣ型、ＳＣ型があるが、構造の違いは結合方式にあって、中心の位置あわせはフェルールとアダプタの加工精度に頼っている。
例として、光ファイバ素線がシングルモード用である光ファイバコネクタ、ＦＣ型は、光ファイバ素線が規格内の寸法であるとして、これに嵌着するフェルール外形は、２．４９９５ｍｍ、この許容差±０．０００５ｍｍ、光ファイバ素線を通す穴径０．１２５ｍｍとの同心円の許容差を、±０．００１４ｍｍと限定し、これを挿入するアダプタの内径を、２．５０１ｍｍ許容差＋０．００３ｍｍと規定し、フェルールとアダプタとの結合は、フェルールホルダとアダプタのそれぞれ一か所に設けられたキー溝をガイドとして接続ナットで結合される。
このように精密な数値で作られたコネクタであるが、実際に接続損失を測定すると、この両端面ではかなりの差がでる。すなわち、一本の光ファイバコネクタの両端の片側ａを入射（発信部）、ｂを出射（受信部）として、マスタコードに接続し、接点ａの接続損失と、逆にｂを接点としたときの接続損失を比較すると、最大では、０．１５ｄＢ程度の差がでる。これは、中心軸上の位置ズレと接続空間による光の減衰によるものである。試みに、回転可能なアダプタで、フェルールを回転させながら測定すると、上述の接続損失の差が縮小するものが、試料２０本中２０本であった。これは中心軸上の位置ズレによるものと判断してよい。従来の光ファイバコネクタには、この中心軸上の位置ズレを補正する機構がない。
前項記載の課題の一を達成させるため、この中心軸上の位置ズレの補正機構として、フェルールホルダを回転可能なものとし、回転止めをアダプタに設けて、接続損失を測定しながら最良の値で回転を停止し、かつ、停止保持機構を有するものとする。
二本の光ファイバ素線の接合部、すなわち、光ファイバ素線の両端の間には、必ず接続空間は存在する。これを極限に近く小さくする方法として、オイルやグリースが用いられたが、流失や酸化による機能障害が発生するため、限定された用途にとどまっている。課題の二を達成させるため、この接続空間に、光ファイバ素線と同等の屈折率を有する透明なシリコーン低架橋密度ゲルを満たし、中継用伝導体として用いる。
シリコーン低架橋密度ゲルの組成および物性は、次の通りである。

従来の光ファイバコネクタは、屋内用としてのＦＣ型を基本型とし、用途により保持機構を追加してきた。例として、耐水用光ファイバコネクタは、ＦＣ型にシール材を外装している。課題の三の達成は、前記記載のシリコーン低架橋密度ゲルを中継用伝導体として、二本の光ファイバ素線の接合部に用いる。例として、ＦＣ型では、アダプタ内で接続するフェルールを嵌着した光ファイバ素線同士の接続空間に該シリコーン低架橋密度ゲルを封入して用いることにより、コネクタの大きさ、構造や構成を追加することなく、外的環境の変化に対しても、光透過率で９９％以上、接続損失で０．０２ｄＢの性能を保持する全天候型光ファイバコネクタを可能とする。
発明を実施するための最良の形態
発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
図３において、光ファイバコネクタの接続は、プラグＡ四個とアダプタＢ一個からなる。
図１において、プラグＡは、フェルール１を装着した円筒形の回転可能なフェルールホルダ２と、これを収納するケース５と緩衝用コイルバネ６と回転用外輪４とからなる。フェルールホルダ２には、フェルール装着部に断面が正八角形の回転停止部位３３と緩衝用コイルバネ受けフランジ３と後部には連装用取り付け部位となる多角形軸部３８が設けられている。ケース５には、結合用ガイド側溝３６二か所と結合用長穴３４二か所と、この結合用長穴３４二か所の半ばまで伸びた結合解除用押しバネ７二個がそれぞれ対象に設けられている。回転用外輪４は、ケース５にフェルールホルダ２が、嵌入された後、フェルールホルダ２の後部に圧入してなる。光ファイバ素線２１と光ファイバ芯線２２は、フェルール１とフェルールホルダ２によって保持される。
図１、図２によりアダプタＢを説明する。
対向して接合する二本のフェルール１は、スリーブ１１によって保持される。このスリーブ１１を収装するシェル１２は、二つ割りで構成され、この内壁は八面体で、スリーブ１１はこの面で保持される。また、このシェル１２には、フェルール装着部に設けられた回転停止部位３３の八面体の側面二か所に密接するように形成された、弾性を有する回転停止板１３を、その両端面の所定の位置に対象に設けられている。また、弾性を有する回転停止板１３の外壁とアダプタ本体１４の内壁との間に弾性を有する回転停止板用撓み空間３７が設けられている。アダプタ本体１４には、プラグＡのケース５の結合用長穴３４に係止させる、結合用フック付き係止桿１５と、プラグＡの結合用側溝３６に嵌着する、位置あわせガイド１６が、両端面の所定の位置にそれぞれ二か所設けられている。このアダプタ本体１４にシェル１２を収装し、ノックピン１７で固定して、アダプタＢは完成する。
図２において、シリコーン低架橋密度ゲル４１の封入は、光ファイバ用接合材射出器を用いて、一方のフェルール端面３１に塗布し、アダプタＢの双方の挿入口よりプラグＡ二個を挿入し、結合することにより完了する。
図１において、アダプタＢとプラグＡの結合は、プラグＡの先端に突出しているフェルール１をアダプタＢの中心に開口している挿入口に入れ、アダプタＢの位置合わせガイド３６をプラグＡの結合用ガイド側溝３６にあわせて、そのまま押し込むと、連携して移動するフック付き係止桿１５が、プラグＡとの結合部となるケース５に設けられた結合用長穴３４に係止される。
図１において、アダプタＢとプラグＡの結合解除は、ケース５に設けられた結合解除用バネ７を内側に押し込むことにより、フック付き係止桿１５のフックをはずし、そのままプラグＡを引き抜くことで完了する。
光ファイバ素線２１と光ファイバ素線２１の中心軸の位置ズレを補正する中心軸位置あわせ機構を、図１、図２により説明する。
図２において、光ファイバ素線２１を嵌着したフェルール１およびフェルールホルダ２二本は、アダプタＢを介して、対向して接合する。この時、二本の光ファイバ素線２１は、中心軸上に位置することは、ほとんどない。これを、双方のフェルールホルダ２の回転用外輪４を同時に回しながら位置の補正を行う。すなわち、フェルールホルダ２の停止保持は、フェルール装着部に設けられた断面が多角形で形成する回転停止部位３３の二面を、アダプタ本体１４に収納されたシェル１２に設けられた弾性を有する回転停止板１３が密接して押さえることでなる。これを、フェルールホルダ２に設けられた回転用外輪４を回すことにより、多角形で形成する回転停止部位３３も連動して回る。この時、多角形で形成する回転停止部位３３の角部は、弾性を有する回転停止板１３を外側に撓ませ、回転し、平面部で停止する。つまり、弾性を有する回転停止板１３とアダプタ本体１４の内壁との間に、多角形の一辺の長さの約十五分の一の弾性を有する回転停止板１３用撓み空間３７を設けることで、弾性を有する回転停止板１３の膨らみを利用し、プラグＡがアダプタＢに結合されたままで、フェルールホルダ２の後部に設けられた回転用外輪４を回すことにより、光ファイバ素線２１と光ファイバ素線２１の中心軸の位置ズレを補正することができる。
中心軸の位置ズレの補正の確認は、図２、図３により説明する。
アダプタＢとプラグＡ二個の結合が完了し、シリコーン低架橋密度ゲル４１が封入された時点で、フリーとなっている二個のプラグＡ２、Ａ４を、測定機の入射部（発信部）と出射部（受信部）にそれぞれ接続し、アダプタＢに結合している二個のフェルールホルダ２を、回転用外輪４を１ノッチづつ回しながら、測定機の接続損失表示数置を確認し、最良の数値を示した位置で回転を停止する。この調整に用いる測定機は、現場施工のとき用いる携帯用光マルチメータまたは研究用光マルチメータのいづれでもよい。
光ファイバ素線と光ファイバ素線の中心軸の位置ズレを補正する中心軸位置あわせ機構の内、フェルールホルダに設ける回転停止部位は、その断面を正八角形としたが、微調整を必要とする場合は、その角数を増すことで要求を満たす。また、奇数角の場合は、回転停止板は一枚となる。
光ファイバ素線と光ファイバ素線の中心軸の位置ズレを補正する中心軸位置あわせ機構の内、弾性を有する回転停止板はアダプタ本体に取り付けられるとしたが、これに限定されることはなく、フェルールホルダに取り付けても良い。この際、フェルールホルダに設ける回転停止部位と回転停止板とをプラグ側とは反対側に取り付けることにより、ＪＩＳＣ５９７０に規定される既存の光ファイバコネクタ等に適用することができることになる。
フェルール装着部に設けられた断面が多角形で形成する回転停止部位３３の二面を、アダプタ本体１４に収納されたシェル１２に設けられた弾性を有する回転停止板１３が密接して押さえることでなる。
フェルールホルダの構成は、フェルール装着部、回転停止部位、緩衝用バネ受けフランジ、多角形軸部を一体化し、回転用外輪を圧入する方法を採用したが、もう一つの方法として、フェルール装着部と緩衝用バネ受けフランジを切り離し、他の部分を一体化した機能ホルダとし、フェルール装着部と緩衝用バネ受けフランジの部分をフェルールホルダとして、この接続はメネジとオネジによる固着としてもよい。上述の材質は、軽合金を用いたが、同等の強度を持つエンジニァリングプラスチックスを選び出せば、それに置き換えることができる。
ケースは、エンジニァリングプラスチックスの一つＡＢＳ樹脂を用い成型し、これに取り付けられる結合解除用押しバネは、板バネとしたが、エンジニァリングプラスチックスの中で、弾性を持ち衝撃に強いものを選び出すことができれば、これもまた、エンジニァリングプラスチックスに置き換え、かつ、ケースとバネを一体化することができる。これは軽量化に寄与する。
アダプタは、アダプタ本体とこれに設けられる結合用フック付き係止桿と位置あわせガイドは、弾性を有するエンジニァリングプラスチックスの一つＰＯＭ樹脂を用い、一体化成型して成る。シェルは、二つ割りで、それぞれの端面に弾性を有する回転停止板を有し、合わせたとき、スリーブを収納する空間の断面は多角形である。これも、弾性を有するエンジニァリングプラスチックスの一つＰＯＭ樹脂を用い、一体化成型して成る。
アダプタとプラグの結合は、プラグの結合用ガイド側溝をアダプタの位置あわせガイドに合わせて押し込むワンタッチ操作で完了する。結合解除は、プラグの結合解除用押しバネを押し込み、そのまま引き抜くことで完了する。
シリコーン低架橋密度ゲルの接続空間への封入は、光ファイバ接合剤射出器を用いて作業を行うと、正確な封入と作業時間の短縮に大きく寄与する。一つの接続点でのシリコーン低架橋密度ゲルの封入時間は、わずか１０秒で完了する。
本発明によるアダプタとプラグの外形は、一定の外形をもつ円筒形である。従って、この円筒の一部をくぼませて、取り付け部とし、これの収納容器を作成すれば、二芯プラグまたは多芯プラグ、あるいは、連装用分配箱の形成は容易である。このプラグを構成するフェルールホルダの一部に断面が多角形である軸部を設け、これを収納容器へ嵌着する取り付け部とした。
また、本発明によるアダプタとフェルールホルダの外形は円筒形であるとしたが、これに限定されることはなく、多角形状を用いてもよいことは言うまでもない。
産業上の利用可能性
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載される効果を奏する。
実験の結果は、シングルモード用ＦＣ型光ファイバコネクタ（フェルール端面は平面研磨）と本発明による光ファイバコネクタ機構との接続損失の比較である。通常、シングルモード用ＦＣ型光ファイバコネクタの接続損失は、０．２ｄＢ／ｍ以下とされている。左側のＦＣ型光ファイバコネクタ試料５本は、２０本測定したものの中から、それぞれ接続損失の異なったものを５段階に選び出したもの。右側は、本発明による光ファイバコネクタ機構の内、アダプタを上記ＦＣ型光ファイバコネクタのプラグに合わせて作成し、その試料５本に、それぞれシリコーン低架橋密度ゲルを用いて、接続損失を測定したもの。

上記の接続損失の対比から、光ファイバ素線と光ファイバ素線の中心軸の位置ズレを補正する中心軸位置あわせ機構とその接続空間を極限近くまで縮小可能なシリコーン低架橋密度ゲルを中継用伝導体として封入する、二つの方法を同時に実行すれば、光ファイバの自己伝送損失を除き、接続損失はゼロに近付くことがわかる。試料１、２の左側数値は、ＦＣ型光ファイバコネクタの規定の接続損失０．２ｄＢ／ｍ以内にはいるものである。対比する右側数値は本発明によるもので、その接続損失は０．００１ｄＢ以内となり、接続損失を限りなくゼロに近付けることができる。この光透過率は、前者が９５．４９９２％対し、本発明によるものの光透過率は、９９．９９７８％である。試料３、４は、規定外のものであるが、本発明によるものは、その接続損失を０．０２ｄＢ内とすることができる。この規定外の内、接続損失の大きなものは０．６６１１ｄＢで、その光透過率は、８５．８７９５％で、本発明によるものの光透過率は、９９．５４０５％である。試料５、参考６は、研磨工程のうち、仕上げ工程を省いたものであるが、これもまた、本発明によるものでは接続損失を０．０２ｄＢ以内とすることができる。試料１が、プラスとなったのは、マスタコードの性能を上回ったものであり、シリコーン低架橋密度ゲルにより増幅されたものではない。試料の長さは、一本あたり３ｍであった。
次に、ＦＣ型光ファイバコネクタ試料２０本の中から接続損失０．２ｄＢ／ｍ以下のもの３本を任意に選び、それぞれの接続損失が０．０９９９ｄＢ、０．１８８８ｄＢ、０．１９３１ｄＢであるものの連結接続損失を測定する。接続点は三か所となり、この接続損失の和は、０．８７５８ｄＢであった。この接続点三か所に、前項記載のアダプタを用いて、本発明による二つの方法を同時に実施すると、その接続損失の和は、０．０３２７ｄＢであった。前者の光透過率は、８１．７３７２％に対し、本発明によるものの光透過率は、９９．２４９８％である。
さらに、アダプタの替わりに割りスリーブのみを用いて、これにプラグを挿入し、その開放された接続空間にシリコーン低架橋密度ゲルを注入し、そのまま水中に投下し、シリコーン低架橋密度ゲルを水中に暴露したままで、接続損失を測定したところ、この数値は、時間の経過に拘らず、安定したものであった。このことは、粉塵や蒸気の侵入防止、結露による機能劣化などを防止するに最適の機能を有するもので、該シリコーン低架橋密度ゲルを用いることで、既存の光ファイバコネクタの構造を変えることなく、用途の拡大が可能となった。
融着接続法と固定式接続法の接続損失の規定は、０．０１ｄＢ／ｍされている。従って、本発明による二つの方法を同時に実行すると、この規定をも十分満たすこととなる。
【図面の簡単な説明】
図１は、光ファイバコネクタの実施例を示す縦断面図である。プラグは左右とも同一構造であるから、片側のみ示す。
図２は、アダプタとプラグの結合部の実施例を示す水平断面図である。
図３は、光ファイバコネクタの構成単位の外観図である。本発明の一実施形態に係る計測装置Ａの概略図である。

Claims (9)

1. 第１の光ファイバ素線が同軸に配設された第１の光ファイバ芯線を、該第１の光ファイバ素線が突出する状態で保持する第１のプラグと、
   第２の光ファイバ素線が同軸に配設された第２の光ファイバ芯線を、該第２の光ファイバ素線が突出する状態で保持する第２のプラグと、
   前記第１及び第２のプラグを、前記第１及び第２の光ファイバ素線の端面同士が互いに対面する状態で連結するアダプタとを備えた光ファイバコネクタにおいて、
   前記第１及び第２のプラグの各々が、光ファイバ素線を保持するフェルールが装着されたフェルールホルダと、このフェルールホルダを収納するケースとを備え、
   前記第１及び第２のプラグの少なくとも一方のフェルールホルダが、対応するケースに対して中心軸周りに回転自在に支持されており、
   前記回転自在に支持されたフェルールホルダは、その一部に断面多角形状に形成された回転停止部を備え、
   前記回転停止部の外周に形成された複数の側面に選択的に係合する回転停止板を更に備え、
   該回転停止板は、弾性を有して形成されており、
   該回転停止板が前記複数の側面の一に選択的に弾性的に係合することにより、前記フェルールの回転位置を規定することを特徴とする光ファイバコネクタ。
2. 前記回転停止板は、前記アダプタに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバコネクタ。
3. 前記回転停止部は、前記アダプタに対向する端部に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバコネクタ。
4. 前記アダプタは、前記フェルールが回転自在に挿通されるシェルを備え、
   前記回転停止板は、前記シェルの前記回転停止部に対向する一端から、該回転停止部に向けて延出するように取り付けられている事を特徴とする請求項３に記載の光ファイバコネクタ。
5. 前記シェルは、内部に、前記第１及び第２のプラグのフェルールが両端から夫々挿入されるスリーブを備えることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバコネクタ。
6. 前記スリーブ内において、前記第１及び第２の光ファイバ素線が互いに対面する空間により接続空間が規定され、
   この接続空間が、該光ファイバ素線と同等の屈折率を有する透明シリコーン低架橋密度ゲルで満たされていることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバコネクタ。
7. 前記第１及び第２の光ファイバ素線が互いに対面する空間により接続空間が規定され、この接続空間が、該光ファイバ素線と同等の屈折率を有する透明シリコーン低架橋密度ゲルで満たされていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバコネクタ。
8. 前記第１及び第２のプラグの各々のフェルールホルダが、対応するケースに対して中心軸周りに回転自在に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバコネクタ。
9. 前記回転可能に支持されたフェルールホルダの外周には、回転用外輪が固定され、
   この回転用外輪を回転させることにより、該フェルールホルダを回転位置にもたらす事を特徴とする請求項１に記載の光ファイバコネクタ。

Images