JP4593452B2

JP4593452B2 - 光コネクタ

Info

Publication number: JP4593452B2
Application number: JP2005357230A
Authority: JP
Inventors: 克輝末松; 隆茂永
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2025-12-12
Also published as: JP2007163626A

Description

本発明は、光通信における光ファイバ相互の接続部や、光半導体等の光モジュールの接続部で使用される光コネクタに関するものである。

この種の光コネクタは、一端に光ファイバ挿入穴が形成され他端に前記挿入穴に連通した１乃至複数の微細孔が形成されたフェルールに、１乃至複数本の光ファイバが前記光ファイバ挿入穴の側から挿入され、他端の微細孔から前記光ファイバの端面を臨むように配置されたもので構成されたものやこのようにして構成されたフェルールにハウジングが被せられて構成される。

図１１はその一例の光コネクタ１を図示したもので、１０はフェルール、２０は接続される複数の光ファイバ２１を含む光ファイバテープ心線である。（例えば特許文献１〜２参照）
フェルール１０は、一端部１１に光ファイバ挿入穴１２が形成され、他端部１３に複数の微細孔１４が光ファイバ挿入穴１２に連通して形成され、上面に前記光ファイバ挿入穴１２等に連通する接着剤注入窓１５が形成され、更に、複数の微細孔１４で構成される微細孔群の外側に前記一端部１１から他端部１３に渡って微細孔１４と平行にガイド孔１６が形成されている。このようなフェルール１０は図１１に示すように１対用意され、その一方のガイド孔１６には、ガイドピン１７の一部が嵌入されている。

接続される光ファイバテープ心線２０は、その端部の被覆層２２が剥ぎ取られて一定長の光ファイバ２１が露出するように加工され、この光ファイバテープ心線２０が図１２に示すように、光ファイバ挿入穴１２の側から挿入され、複数の光ファイバ２１がそれぞれ微細孔１４に挿入され、その端面２１'が微細孔１４の端面に一致するように配置され、更に接着剤注入窓１５から接着剤１８（図１３参照）が注入されて、光ファイバテープ心線２０がフェルール１０に固着される。図１２において、３０は突き当て部材であり、この突き当て部材３０はフェルール１０の他端部１３側の端面（接続端面１３'）に押付けられて配置され、接着剤１８を前記のように注入する際に、光ファイバ２１の端面２１'がフェルール１０の接続端面１３と一致するように配置させる役目を成す。

このようにして構成された一対の光コネクタ１は、一方の光コネクタ１に嵌められたガイドピン１７が他方の光コネクタ１のガイド孔１６に差込まれ、互いの光コネクタ１を図示しないクリップにより、互いの光コネクタ１が近づくように押圧するように配置される。これにより、互いの光コネクタ１に配置された光ファイバ２１は、軸心を一致して一直線状に配置され、光接続が成される。

このように構成された光コネクタ１は、光学特性において、初期的な接続損失特性は良好で満足できるものであるが、安定的に良好な光学特性を維持することが困難であった。具体的には温度環境変化時に光コネクタ１の光学特性を損なうことがあった。特にヒートサイクル試験時、高温試験時において接続損失の増大が発生することがあった。

接続損失の増大は以下のような原因により発生する。前記のように光ファイバ２１の端面２１'をフェルール１０の接続端面１３'に一致するように配置して位置決めし、接着剤注入窓１５から接着剤１８を注入して光ファイバテープ心線２０をフェルール１０に接着固定したものでは、微細孔１４に挿入された光ファイバ２１は微細孔１４との隙間が非常に微小なため、微細孔１４内に接着剤１８がほとんど流れ込まない。このため、微細孔１４内は図１２に示すようにエア空間１９が形成されてその中にエア１９'が内在する状態の光コネクタ１と成る。

また前記光コネクタ１は、フェルール１０に固定された光ファイバ２１の端面２１'の位置がフェルール１０の接続端面１３'に一致するように位置決めされているものの、そのフェルール１０の接続端面１３'からの長手方向の位置ずれを完全に０（ゼロ）にすることや、光ファイバ２１の端面２１'を完全に垂直平面状態にすることは極めて困難であるため、光コネクタ１を相互に接続した場合、光ファイバ２１の端面２１'が互いに接触している場合もあるが、微小に離れている場合の方が多い。このため、図１４に示すように、光ファイバ２１の端面２１'に屈折率整合剤（マッチング液）３４を塗布して光コネクタ１の相互を配置させることが行われている。互いに突き合わされた光ファイバ２１の端面相互の隙間が微小ならば、屈折率整合剤３４を光コネクタ１の接続端面１３'に塗布し、光ファイバ２１の相互の隙間に介在させれば初期的な接続損失特性には影響なく良好な特性を満足することができる。

特開2 0 0 0 - 2 5 8 6 6 2号公報特開平0 8 - 2 4 8 2 6 5号公報特開2 0 0 0 - 0 0 9 9 6 3号公報

しかしながら、このように構成しても、ヒートサイクル試験時や、高温試験時には、前記光コネクタ１内のエア空間１９に内在するエア１９'が温度変化により収縮膨張し、エア１９'が移動すること、または単にエア１９'が膨張することで、図１５に示すように嵌合状態の光ファイバ２１間の微小な隙間にエア１９'が到達し、よって接続損失の増大が引き起こされてしまうことがあった。

接続損失の増大の原因がエア１９'によることは、図１６に示すような測定装置にてエア１９'が光ファイバ２１の端面に発生することを観察し確認した。即ち、図１６は、ヒートサイクル試験におけるエアの発生状況を調べる測定装置の構成を示したものである。
図１６において、３５は顕微鏡、３６は透明ガラス板、３７はクリップであり、測定される光コネクタ１の接続端面１３'に屈折率整合剤が塗布されて透明ガラス板３６が被せられ、この両者を外側からクリップ３７で押さえ、顕微鏡３５にて前記透明ガラス板３６を介して光コネクタ１の接続端面１３'を臨むように構成されている。このような状態で、光コネクタにヒートサイクルを与え、初期状態で図１７の左図に示すように接続端面にエアの存在しないものが、図１７の右図に示すようにエア１９'が発生するか否かを確認した。

本発明は上記接続損失が増大する点に鑑みてなされたもので、信頼性、特にヒートサイクル時における高温時に、エア空間１９からのエア１９'の接続点への発生を防止し、光コネクタ接続損失の増大を防止し、温度環境変化時の光学特性を損なわない光コネクタを提供することを目的とする。

その本発明の構成は、一端部に光ファイバ挿入穴が形成され他端部に前記挿入穴に連通した微細孔が形成されたフェルールに、光ファイバが前記光ファイバ挿入穴の側から挿入され、他端部の微細孔から前記光ファイバの端面を臨むように配置され、その光ファイバの端面に屈折率整合剤が配置された光コネクタにおいて、フェルールは前記他端部側で露出する微細孔の縁が面取りされ、前記光ファイバはその端面が前記面取りされた範囲内に配置されてフェルールに固定されていることを特徴とする。

本発明は、上記により、微細孔内のエアが光ファイバの端面にたどり付くことがなく、温度環境変化時に接続損失の増大を起こすことがない、信頼性面で安定した光コネクタを提供することができる。

本発明は、以下に示す各種の実施形態を採用することができる。
即ち、微細孔の縁の面取り形状は、Ｒ形状、或いは、テーパ形状、或いは、座ぐり形状である。

また、微細孔の縁の面取り寸法は、１０μm以上３０μm以下である。また、Ｒ形状の面取りは、研磨加工処理により形成されたことを特徴とする。

図１〜３は本発明の一実施例を示したものである。図１〜３において、４０は本実施例において用いられる光コネクタであり、その一端部１１には、従来例におけるフェルール１０と同様に光ファイバ挿入穴１２が形成され、他端部１３に複数の微細孔１４が光ファイバ挿入穴１２に連通して形成され、上面に接着剤注入窓が形成され、更に、複数の微細孔１４で構成される微細孔群の外側に前記一端部１１から他端部１３に渡って微細孔１４と平行にガイド孔１６が形成されている。

従来例におけるフェルール１０と比較して、本実施例で用いられるフェルール１０は接続端面１３'における微細孔１４の縁１４'が円弧状に面取りされている点が異なっている。更に本発明の光コネクタ４０は、光ファイバ挿入穴１２の側から挿入され、他端部の微細孔１４から臨むように配置された光ファイバ２１の端面が面取りされた範囲内に配置されている点が異なっている。
即ち、微細孔１４の長手方向に沿った光ファイバ２１の端面２１'と接続端面１３'との距離Ｘは、図１に示すように、面取りされた接続端面１３'からの距離がＰであるとき、０＜Ｘ＜Ｐの範囲に配置されている。

上記実施例においても微細孔１４と光ファイバ２１との間には、従来と同様に屈折率整合剤３４が満たされないエア空間１９にエア１９'が存在する。
しかしながら本実施例における光コネクタ４０は、図４・図５に示すように、嵌合状態における接続端部において、面取り部と光ファイバ２１の外周が形成する空間に、従来例と比較して面取りされている分だけ空間容積が増し、その部分に屈折率整合剤３４がより多く充填され、光コネクタを接続するための嵌合力によりより多くの屈折率整合剤３４が密閉封止される。また従来例に比較して、面取りされた長さ分だけ、微細孔１４の長手方向に屈折率整合剤３４がより深く充填される。

このため、従来例のフェルール１０による光コネクタ１では、温度環境変化により、エア空間１９に内在するエア１９'が移動・膨張し、光コネクタの接続端面における光ファイバの相互端面間にエア１９'が到達したが、本発明における光コネクタ４０においては、屈折率整合剤３４がより多く光ファイバ２１の接続部付近に充填封止され、かつフェルール１０の内部長手方向により深く充填されることにより、内在するエア１９'が光ファイバ２１の相互端面間に到達され難くなる。

図６に、図１６に示す観察装置によって観察した本実施例と、従来例とにおけるエア発生率の特性を示した。ここで、光コネクタの耐環境試験方法として、最高温度条件は＋８５℃ が一般的である。本結果より従来品においては、＋８５℃以下でもエアの発生が頻発することが観察確認されており、事実、従来品の光コネクタの高温での特性は接続損失の増大が発生していることと整合する。一方、本実施例においては光コネクタにおける一般的な試験温度の＋８５℃より１０℃も高温である＋９５℃にもかかわらず、エアの発生はほとんど確認されない。よって、いうまでもなく本発明の光コネクタの接続損失特性は＋８５℃以下において、極めて安定し良好な接続損失特性を維持することができる。
同様に、ヒートサイクル試験を想定し、低温と高温を繰り返した試験においてもエアの発生は見られず、また本発明コネクタのヒートサイクル試験においても、接続損失の増大は発生せず、良好な接続損失特性が維持されることを確認した。

ここで常温（２５℃ ）から８５℃に温度が上昇した場合、エア空間１９内のエア１９'の体積は８５℃（３５８Ｋ）/２５℃ （２９８Ｋ）＝１．２倍程度に膨張するため端面にエアが発生する恐れがあるが、エア１９'の発生がほとんど確認されなかったのは、接続端面１３'間に押圧がかかっているため光ファイバ２１の端面２１'間が密閉状態になりエア１９'の膨張が起こらなかったものと思われる。

また仮に接続端面１３'の相互の密着状態が粗悪であり光ファイバ２１の端面２１'間が密閉状態とならない場合にエア空間１９内のエア１９'の膨張により、エア１９'が光ファイバ２１の端面２１'に発生する恐れがあるが、面取り空間があることで発生したエア１９'が光ファイバ２１の端面２１'間に到達することが、計算上以下のことが言えるため、防止することができる。

即ち、図９に示すように、エア空間１９の体積Ａは、
光ファイバ２１の外径が０．１２５ mmφ 、微細孔１４の内径が０．１２６ mmφ 、微細孔１４の長手方向長さ０．３ mm（フェルールの一般的寸法）であるとすると、
Ａ＝３．１４１× （０．１２６／２）² × ０．３−３．１４１× （０．１２５／２）² × ０．３＝約０．００００５９ mm³
で表される。
膨張時（８５℃ ）エア体積Ｃ：Ｃ＝Ａ×１．２＝約０．００００７１mm³
面取り部に漏れ出るエア体積：Ｃ − Ａ＝約０．００００１２mm³
また、面取り部体積（座ぐり１０μm：テーパ形状の場合）Ｂは、同じく図９に示すように、光ファイバの外径が０．１２５ mmφ 、座ぐり０．０１mm、であるとすると、
Ｂ＝３．１４１×（（０．１２５＋０．０２）／２）²×（０．１２５＋０．０２）／２×１／３
−３．１４１×（０．１２５５／２）² ×０．１２５／２×１／３（Ｃ部分）
−３．１４１×（０．１２５／２）² ×０．０１（Ｄ部分）
＝約０．００００２１mm³となる。

以上により、面取り部体積＞漏れ出しエア体積の関係が成り立つ。従って、仮にエア空間１９内のエア１９'が膨張しても端面に漏れ出すエア１９'の体積は、面取り部の体積より小さいため光ファイバ２１間にエアが到達することを防止することができる。

上記実施例は微細孔１４の縁１４'の面取り形状が円弧状であるＲ形状を説明したが、本発明は、微細孔１４の縁１４'の面取り形状が図７に示すように断面が三角形状であるテーパ形状であっても良く、これによっても上記実施例と同様の理由によって良好な特性を得ることができる。
また図８に示すように、微細孔１４の縁１４'の面取り形状が断面を矩形状に刳り抜いた座ぐり形状であっても、上記と同様の理由により良好な特性を得ることができる。
また、その他の面取り形状でも同等の効果が得られるが、本構造を成すためのフェルールの成形技術、加工技術等の製造技術においては以上の面取り形状が現実的である。

また、ここで、面取りの大きさとしては１０μmから３０μmとすることが好ましく、その理由を以下に述べる。
本発明が適用される光コネクタの組立技術においては、フェルールに端面を切断した光ファイバを挿入し、突き当て部材によりフェルール端面にファイバの切断面を位置決め固定するが、そのファイバ切断面の長手方向の位置精度は、範囲で１５μm程度のばらつきがあり、本精度よりばらつきを低減することは困難である。そのようにフェルール端面において１５μmのファイバ切断面の固定位置ばらつき有することに対して、面取りの深さを１０μmと設定すれば、組み立てられた光コネクタのファイバ切断面とフェルール内部側の面取り終了部の位置関係は、ほとんどファイバ切断面より面取り終了部が深くなる位置関係と成すことができる。

一方、逆に３０μm以上の面取りを施した場合、図９に示すように、光ファイバ２１は微細孔１４内で未固定であるため、面取り量が大きい分だけコネクタ端面でのファイバコア軸位置がばらつき光ファイバ２１の角度ずれや光ファイバ２１のコア軸ずれが大きくなり、接続損失が大きくなる課題が発生してくる傾向がある。従って、面取りの大きさは１０μmから３０μmとするのが望ましい。

以上理由により面取り量を１０μm〜３０μmに設定すると、光ファイバ２１の端面２１'より面取り終了部が深くなる位置関係と成すことができ、かつ、光ファイバ２１の角度ずれ、コア軸ずれによる接続損失への影響も少なく良好な接続損失をより安定的に維持できる光コネクタを得ることができる。

本構造のフェルールを製造する場合、面取り形状は、とくにＲ形状が形成しやすく、形成方法は遊離砥粒により研磨することでエッジを落とす方法が、砥粒の粒径や、研磨時間で面取りの寸法を制御可能なため、コスト的にも、面取り寸法をねらい通りに形成することにおいても好ましい。

フェルール自体の微細孔の縁の面取りについては、特開２０００−９９６３号公報（特許文献３）により開示されているが、この文献に記載された光ファイバの端面の配置位置は面取り範囲より深く侵入させたものであり、本発明で定める面取り終了部位置と光ファイバの端面関係とは異なるものである。また、当該特許文献３のように光ファイバの端面を配置させるものでは、前述の図１６による測定装置における測定の結果、８５℃ におけるエアの発生率が１０％程度と高い確率で発生することが確認され、本願発明のような効果が発生していないことを確認している。

本発明の一実施例を示す要部断面図。本発明の一実施例を示す断面図。図１に使用されたフェルールの拡大断面図。本発明の一実施例を用いた光コネクタ相互の接続状態における要部断面図。図４の拡大断面図。本発明の実施例と従来例とにおけるエア発生率を示す特性図。本発明の他の実施例に用いられるフェルールの例を示す要部断面図。本発明の更に他の実施例に用いられるフェルールの例を示す要部断面図。エア空間の体積と面取り部体積との関係を示す説明図。本願発明の更に他の実施例を示す要部断面図。従来の一例を示す斜視図。従来の一例における断面図。従来の一例における要部拡大断面図。従来の一例における接続状態を示す要部断面図。従来の一例の他の接続状態を示す要部断面図。光コネクタのエア発生を測定する測定手段の一例を示す構成図。図１６の測定手段により測定された光コネクタ端面を示す観察図。従来の他の例における要部断面図。

１０フェルール
１１一端部
１２光ファイバ挿入穴
１３他端部
１３' 接続端面
１４微細孔
１４縁
１４微細孔
１４' 縁
１５接着剤注入窓
１６ガイド孔
１７ガイドピン
１８接着剤
１９エア空間
１９' エア
２０光ファイバテープ心線
２１光ファイバ
２１' 端面
２２被覆層
３０部材
３４屈折率整合剤
３５顕微鏡
３６透明ガラス板
３７クリップ
４０光コネクタ

Claims

一端側の端面に光ファイバ挿入穴が形成され、他端側の接続端面に前記挿入穴に連通した微細孔が形成されたフェルールに、光ファイバが前記光ファイバ挿入穴の側から挿入され、他端部の微細孔から前記光ファイバの端面が露出するように配置され、その光ファイバの端面に屈折率整合剤が配置される光コネクタにおいて、
前記フェルールは前記他端部側の接続端面で露出する微細孔の縁が面取りされており、
前記微細孔に配置される前記光ファイバの端面と、前記フェルールの前記接続端面との距離を距離Ｘとし、前記フェルールの前記接続端面から前記微細孔内の面取り終了部までの距離を距離Ｐとしたとき、
前記光ファイバは、前記光ファイバの端面が前記フェルールの前記接続端面に対して０＜Ｘ＜Ｐの関係を満たすように配置されてフェルールに固定され、
前記光ファイバの外形および前記微細孔内径が、面取り部体積＞漏れ出しエアの体積の関係を満たす、
ことを特徴とする光コネクタ。
前記微細孔の縁の面取り形状は、Ｒ形状、或いは、テーパ形状、或いは、座ぐり形状である請求項１に記載の光コネクタ。
前記距離Ｐは、１０μm以上３０μm以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光コネクタ。
前記Ｒ形状の面取りは研磨加工処理により形成されたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の光コネクタ。