JP4606954B2 - 光レセプタクル用フェルール保持部材及びその製造方法並びにそれを用いた光レセプタクル - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバコネクタを受・発光素子に光学的に接続するため等に用いられる光レセプタクル用フェルール保持部材及びその製造方法並びにそれを用いた光レセプタクルに係り、特に、安価なスタブレスの光レセプタクル用フェルール保持部材及びその関連技術に関する。

周知のように、従来の光レセプタクルは、その一例として下記の特許文献１に開示されているように、スリーブの内孔の基端部に円柱状の内蔵フェルールを圧入または接着により挿着し、該スリーブの基端部外周にスリーブホルダーを外挿することにより構成される。そして、このスリーブの内孔の先端側にはフェルール（プラグフェルール）が挿入され、このプラグフェルール側の光ファイバと、内蔵フェルール側の光ファイバとが、それぞれの端面で接触することにより、光学的に接続されるものである。

また、これとは相違する従来の光レセプタクルとしては、例えば下記の特許文献２に開示されているように、半導体モジュールの本体に形成された内孔の基端部に、ガラスなどの光学材料で形成されたロッドを挿着し、このロッドの先端面と、前記内孔の先端側に挿入されたフェルールの端面とを接触させる形式のものが公知となっている。そして、前記ロッドにおけるフェルールの端面と接触する先端面（同文献ではＢ面）は、球面研磨されている。このようにロッドの先端面が球面研磨されている点と、その球面研磨された先端面を保護しつつロッドの固定作業を行なわねばならない点とを勘案すれば、このロッドも、モジュール本体の内孔に圧入または接着により挿着されていると解される。

特開平１０−３３２９８８号公報（図４） 特開平４−２２３４１２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された光レセプタクルは、内蔵フェルールを使用している関係上、プラグフェルールとの接続はＰＣ接続されており、最小限の接続損失に抑えるためには、内蔵フェルールの外径寸法、内径寸法及び同心度を高精度に仕上げねばならない。例えば、その精度は、外径寸法が１．２４９ｍｍ±０．５μｍ、内径寸法が１２６．５μｍ±０．５μｍ（直径１２５μｍの光ファイバ使用時）、外径と内径との同心度が１．４μｍ以下であり、サブミクロンの精度が必要になる。これが原因となって、製造コストの高騰を招いているのが実情である。尚、ＰＣ接続（Physical Contact Connection）とは、光ファイバコネクタにおいて、フェルール端面を研磨等によって凸球面などの形状に形成し、光ファイバのコア部をそのフェルール端面に密着させてフレネル反射を少なくする接続方法を言う。

また、内蔵フェルールの内孔に挿入されている光ファイバーは、接着剤で固定する必要があるが、この作業は手作業に頼らなければならず、多大な手間と費用を要する。更に、光ファイバーの外径と内蔵フェルールの内径の差、すなわちクリアランスは、１〜２μｍであり（偏芯量として最大１．０μｍ）、内蔵フェルールの内孔で光ファイバーが偏芯し、且つ外径と内径との同心度が最大１．４μｍ（偏芯量として最大０．７μｍ）であるため、接続損失の許容値である０．５ｄＢを超えるものが少なからず発生する。

ここで、理論的に偏芯量から接続損失を算出すると、次のようになる。即ち、偏芯量と接続損失との関係は、接続損失（ｄＢ）＝４．３４×Ｌ／（Ｄ／２）²で表わされる。尚、Ｌは、プラグフェルールに装着された光ファイバのコア部の中心と内蔵フェルールに装着された光ファイバのコア部の中心との距離（コア部間の距離）であり、Ｄは、モードフィールド径である。

上述のように、プラグフェルールと内蔵フェルールのそれぞれにおいて、内孔での光ファイバの偏芯量は最大で１μｍであり、外径と内径の同心度による最大の偏芯量は０．７μｍであるので、最大で合計１．７μｍの偏芯量になる。従って、理論上、最大でコア部間の距離は３．４μｍとなり、モードフィールド径を１０μｍとすると、最大で２．０ｄＢもの大きな接続損失が生じ得ることになる。

この場合、光通信用レセプタクルにおける接続損失の許容値は０．５ｄＢであり、必然的に、許容値よりも内蔵フェルールの寸法精度を高くせねばならないため、コストアップの要因となることは避けられない。しかも、環境変動に起因して、光ファイバーが内蔵フェルールの端面に対し、突き出したり、引き込んだりする虞があり、接続損失が大きくなり易く、場合によってはＰＣ接続できないこともある。

しかも、プラグフェルールと接触する側の内蔵フェルールの端面は、ＰＣ接続できるように凸球面に高精度に研磨しなければならないが、この作業も一度に１本又は数本の内蔵フェルールしか研磨できないので、量産性に劣っており、これも製造コストの上昇を招く要因となっている。加えて、内蔵フェルールの端面に研磨キズが入り易く、反射減衰量が小さくなるという問題をも有している。これらの問題は、上記特許文献２に開示された光レセプタクルについても、モジュール本体の内孔に挿着されるロッドの先端面を球面研磨せねばならないことを勘案すれば、同様にして生じ得る。

更に、内蔵フェルールは、剛体スリーブの基端部に圧入又は接着剤によって固定されているが、圧入の場合は、気温の変動によって内蔵フェルールの接着位置が変化する虞があり、また、接着剤による固定の場合は、高温高湿環境下において、接着剤が劣化しやすく、内蔵フェルールの接着位置が変化する虞がある。内蔵フェルールの接着位置が変化すると、発光素子や受光素子と内蔵フェルールとの距離が変化し、結合効率が低下する虞がある。この問題も、上記特許文献２に開示された光レセプタクルが、モジュール本体の内孔にロッドを圧入または接着剤により固定せねばならないことを勘案すれば、同様にして生じ得る。

本発明の技術的課題は、安価に製造でき、接続損失が小さく、先端側のフェルールの端面と接続する凸曲面を容易に且つ適切な形状及び特性を有するように形成することが可能で、しかも結合効率の低下を招く虞がない光レセプタクル用フェルール保持部材及びその製造方法並びにそれを用いた光レセプタクルを提供することにある。

上記技術的課題を解決するためになされた本発明に係る光レセプタクル用フェルール保持部材は、フェルールを挿入するための内孔を有するスリーブと、該スリーブの内孔に配設され且つ該スリーブの軸方向途中位置に前記フェルールの端面を接触させるための第１端面を有する透明体とを備え、前記透明体は中実の単一部材からなり、前記透明体の第１端面が、熱的処理により透明体前駆体を軟化させて得られた凸曲面からなると共に、前記透明体が、熱的処理により透明体前駆体を軟化させて、前記スリーブの内表面に直接固着してなることを特徴とするものである。この場合、透明体は、スリーブの軸方向途中位置好ましくは軸方向中央部位置に第１端面を有し、フェルール（プラグフェルール）と、光素子（発光素子や受光素子）との間の光の受け渡しをするものである。

このような構成によれば、光レセプタクル用フェルール保持部材は、スリーブと透明体とから構成され、フェルール（プラグフェルール）の端面と接触する透明体の第１端面が、熱的処理により透明体前駆体を軟化させて得られる凸曲面とされているため、安価に製造でき、且つ接続損失が小さくなる。すなわち、透明体は、内蔵フェルールと同様に、プラグフェルールと受光素子や発光素子との光の受渡しをする役目を果たすものであって、しかも光ファイバを必要としないことから、光ファイバを挿入・接着するための手間や労苦更には費用が不要となる。また、この透明体は、内蔵フェルールのように光ファイバなどの導波路構造を持たないので、対向するプラグフェルールの光ファイバのコアとの軸ずれがなく、ＰＣ接続しさえすればよく、偏芯による接続損失がない。接続損失はＰＣ接続面の表面品位と通信波長における透明体の光透過率のみを問題にすれば良く、０．５ｄＢを超えることは有り得ない。しかも、透明体の第１端面は、熱処理により透明体前駆体が軟化変形した後に固化して形成されるため、第１端面が表面張力等により適切な形状の凸曲面になると共に、その特性ないしは性状が鏡面または鏡面に近い面とすることができる。また、透明体前駆体の寸法精度が悪くても、透明体前駆体を熱的処理により軟化変形させて、第１端面を適切な形態の凸曲面とすることができる。そのため、透明体前駆体の寸法精度の許容範囲が大きく、歩留まりが向上し、透明体前駆体を安価に作製することができる。また、透明体の第１端面は、熱的処理により透明体前駆体が軟化して形成されるため、透明体前駆体の表面に有機物等の汚れが付着しても、ヒートクリーニングされ、汚れ等による光損失を抑制できる。加えて、透明体は、熱的処理により透明体前駆体を軟化させてスリーブの内表面に直接固着されてなるため、安価に製造でき、接続損失が小さく、しかも結合効率が低下する虞がない。そして、透明体には、光ファイバが装着されていないことから、既述のこれに伴なう利点を享受できる。更に、透明体前駆体の寸法精度が悪くても、透明体前駆体を軟化変形させてスリーブの内表面に透明体を熱的に固着できるため、透明体前駆体の寸法精度の許容範囲が大きく、歩留まりが向上し、透明体前駆体を安価に作製することができる。しかも、透明体は、熱的処理により透明体前駆体が軟化してスリーブ内表面に接着されてなるため、気温の変動や高温高湿環境下に曝されても、透明体の接着位置が変化することがなく、結合効率の低下を招く虞がなくなる。

上記の構成において、透明体の第１端面は、未研磨面であることが好ましい。

このようにすれば、既述のように、熱的処理により透明体の第１端面が鏡面または鏡面に近い面となるから、コストアップ要因となる研磨工程を省くことができ、且つ端面に研磨キズが入り難く、反射減衰量が小さくなることを抑制できるばかりでなく、研磨面よりも光学的に優れた性状の面とすることができる。

上記の構成において、透明体の第１端面におけるスリーブの軸中心線を中心とする半径７５μｍ以上の領域が、凸球状面であることが好ましい。この場合、凸球状面は、その全領域に亘って単一の曲率半径を有する凸球状面である必要はなく、異なる曲率半径を有する凸球状面が滑らかに連続して連なる面であればよい。

このようにすれば、スリーブの軸中心線を中心とした半径７５μｍ以上の領域が凸球状面であることにより、この透明体の第１端面と、フェルール（プラグフェルール）の端面とのＰＣ接続が安定して達成される。

上記の構成において、凸球状面の曲率半径ρとスリーブの内径ｄがρ＞ｄ／２の関係を有することが好ましい。

このような関係を有すれば、上記のように凸球状面を設定したことと相俟って、ＰＣ接続が容易となる。

上記の構成において、凸球状面の曲率半径ρが、３〜５０ｍｍであることが好ましい。

このようにすれば、透明体の第１端面とフェルールの端面とをＰＣ接続した際に、フェルール側の光ファイバ先端部に応力が集中し難くなり、当該先端部に傷が付き光の通過が阻害されるという不具合の発生確率が低下する。即ち、凸球状面の曲率半径が３ｍｍよりも小さいと、ＰＣ接続した際に、フェルール側の光ファイバ先端部に応力が集中し易くなり、また５０ｍｍよりも大きいと、反射戻り光が大きくなり、場合によってはＰＣ接続できなくなる虞がある。従って、曲率半径ρが上記の数値範囲内にあれば、このような不具合が効果的に回避される。凸球状面の曲率半径ρの好ましい範囲は、７〜２５ｍｍである。

以上の構成において、透明体の第１端面への凸曲面の形成と、透明体のスリーブの内表面への直接固着とが、同一の熱的処理により同時に行われたものであることが好ましい。

上記の構成において、スリーブと透明体との固着強度が、４９Ｎ以上であることが好ましい。

このようにすれば、固着強度が４９Ｎ以上であることから、透明体が緩むことを回避でき、耐久性の向上が図られる。

上記の構成において、８５°Ｃで且つ８５％Ｒｈの高温高湿下に２０００時間静置した後における前記スリーブと前記透明体との固着強度が、４９Ｎ以上であることが好ましい。

このようにすれば、いかなる環境下にあっても、光レセプタクルの特性が変化し難くなり、環境による悪影響を受ける確率が激減する。

上記の構成において、透明体とスリーブとが気密封止されてなることが好ましい。

このようにすれば、光モジュールにおいて、光レセプタクルと受発光素子との間に形成された空間の気密性を高く、具体的には１×１０^-9Ｐａ・ｍ³／ｓｅｃ以下という高い気密性に保つことができる。

上記の構成において、熱的処理を行なう手段は、アーク放電、レーザー、火炎または熱処理炉その他の間接加熱であることが好ましい。

なお、ここでいう熱的処理は、透明体の第１端面を凸曲面とするための熱的処理と、透明体をスリーブの内表面に固着するための熱的処理との両者を含む。そして、これらは、同一の熱的処理によって同時に実行されることが好ましい。また、レーザーとしては、ＣＯ₂レーザー（波長が１０μｍ）を使用することができ、熱処理炉としては電気炉を使用することができる。

上記の構成において、透明体の屈折率をｎｂとし、フェルールの内孔に装着される光ファイバーのコア部の屈折率をｎｆとした時、−１０Ｌｏｇ｛（ｎｆ−ｎｂ）²／（ｎｆ＋ｎｂ）²｝≧３７を満足することが好ましい。

このようにすれば、−１０Ｌｏｇ｛（ｎｆ−ｎｂ）²／（ｎｆ＋ｎｂ）²｝が３７以上となることにより、反射戻り光を抑制することができ、光学的特性に悪影響を及ぼすことが回避される。この場合、−１０Ｌｏｇ｛（ｎｆ−ｎｂ）²／（ｎｆ＋ｎｂ）²｝が４０以上となることがより好ましい。

上記の構成において、スリーブと透明体との３０〜３８０°Ｃにおける平均熱膨脹係数差が、８ｐｐｍ／°Ｃ以下であることが好ましい。

このようにすれば、使用温度条件下でのスリーブと透明体との平均熱膨脹係数差が不当に大きくならないことから、スリーブや透明体における割れやクラックの発生を好適に防止することができる。

上記の構成において、スリーブと透明体との３０〜３８０°Ｃにおける平均熱膨脹係数差が、１ｐｐｍ／°Ｃ以下であることがより好ましい。

このようにすれば、使用温度条件下でのスリーブと透明体との平均熱膨脹係数差がより適切値となることから、透明体中の応力を抑制できることになる。これにより、ＰＤＬ
（Polarization dependent loss）やＰＭＤ（Polarization mode dispersion）の増大を招く虞がなくなる。

上記の構成において、透明体は、肉厚１ｍｍでの波長８００〜１７００ｎｍにおける赤外域の光透過率が、８５％以上であることが好ましい。

このようにすれば、透明体が光通信波長を透過させる上で有利となり、光通信の用途に好適となる。

上記の構成において、透明体及びスリーブのうち少なくともいずれかの一部分又は全部は、肉厚１ｍｍでの波長３００〜４５０ｎｍにおける紫外域の光透過率が、７５％以上であることが好ましい。

このようにすれば、透明体及び／またはスリーブが紫外線を透過させる上で有利となり、例えばアイソレータチップを紫外線硬化型接着剤を使用して透明体の端面に固着する場合などに便利である。

上記の構成において、透明体が、ガラスからなることが好ましい。

このように、透明体がガラスからなると、耐候性に優れるという利点が得られる。

上記構成において、透明体が、ホウケイ酸ガラスからなることが好ましい。

このように、透明体がホウケイ酸ガラスからなると、スリーブ材質と近いまたは同じ熱膨張係数を有し、光ファイバーのコア部との屈折率差も小さく、耐候性に特に優れるため有利となる。

上記の構成において、具体的にホウケイ酸ガラスは、質量％で、ＳｉＯ₂ ６５〜８５％、Ｂ₂Ｏ₃ ８〜２５％、Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ １．５〜１０％、Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ ０〜５％含有することが好ましい。また、ホウケイ酸ガラスは、質量％で、ＳｉＯ₂ ６７〜８０％、Ｂ₂Ｏ₃ １２〜１９％、Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ ２〜９．５％、Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜６％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ ０〜３％、Ｆｅ₂Ｏ₃ ０〜０．０５％含有することが特に好ましい。
尚、上記した成分以外にも、ＰｂＯ、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、Ａｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｃｌ₂等の成分を少量であれば含有させることができる。

このようにすれば、透明体がホウケイ酸ガラスからなることによる既述の利点を、より一層的確に享受することができる。

上記の構成において、透明体の第１端面とは反対側の第２端面に、スリーブの軸直角面に対して傾斜した平面が形成されてなることが好ましい。

このようにすれば、透明体の第２端面での反射戻り光をカットすることができ、反射戻り光によって光学的な悪影響が及ぶことを効果的に回避することが可能となる。特に、上記平面が、スリーブの軸直角面に対して、４〜１５°の角度を有してなると、透明体の第１端面と反対側の第２端面に、スリーブの軸直角面に対して傾斜した平面が形成されてなることの既述の利点に加え、結合効率を高く維持できるという利点も享受できる。

上記の構成において、スリーブが、セラミックス、結晶化ガラス、金属または樹脂からなることが好ましい。

このようにすれば、透明体の外周を覆うスリーブとしての役割を適切に果たすことができ、特に、セラミックスまたは結晶化ガラスからなると耐熱性が高いため、透明体の母材を軟化変形させる際にも、スリーブの寸法が変化したり、劣化したりすることがなく、また耐候性にも優れるという利点が得られる。

上記の構成において、スリーブにスリットが形成されてなることが好ましい。この場合、スリットは、スリーブの軸芯に沿う方向と平行に延びるように形成されることが好ましい。

このようにすれば、スリーブと透明体の平均熱膨張差が大きくても、応力を逃がすことができるため、スリーブや透明体における割れやクラックの発生を防止できる。

上記第１の技術的課題及び第２の技術的課題は、上述のような構成とされた光レセプタクル用フェルール保持部材を用いてなる光レセプタクルによっても解決される。

一方、上記技術的課題を解決するためになされた本発明に係る光レセプタクル用フェルール保持部材の製造方法は、フェルールを挿入するための内孔を有するスリーブと、該スリーブの内孔に配設され且つ該スリーブの軸方向途中位置に前記フェルールの端面を接触させるための第１端面を有する透明体とを備えた光レセプタクル用フェルール保持部材を製造するに際して、前記スリーブの内孔に中実の単一部材からなる透明体前駆体を挿入した後、熱的処理手段を用いて前記透明体前駆体を軟化させて、前記第１端面に対応する前記透明体前駆体の端面を凸曲面に形成すると共に、前記透明体前駆体を前記スリーブの内表面に直接固着することを特徴とするものである。

このような方法によれば、スリーブの内孔に透明体前駆体を挿入して、熱的処理手段により透明体前駆体を軟化させることのみをもって、フェルール（プラグフェルール）の端面と接触する透明体の第１端面を、表面張力等により凸曲面とすることができるため、製造の低廉化及び接続損失の低下が実現する。しかも、透明体の第１端面は、熱処理手段により軟化変形した後に固化するため、その特性ないしは性状が鏡面または鏡面に近い面とすることができる。更に、透明体前駆体の寸法精度が悪くても、透明体前駆体を熱的処理により軟化変形させて、第１端面を適切な形態の凸曲面とすることができるため、透明体前駆体の寸法精度の許容範囲が大きく、歩留まりが向上し、透明体前駆体を安価に作製することができる。また、透明体の第１端面は、熱的処理により形成されるため、透明体前駆体の表面に有機物等の汚れが付着しても、ヒートクリーニングされ、光損失を増大させる汚れを効果的に除去できる。加えて、スリーブの内孔に透明体前駆体を挿入して、熱的処理手段により透明体前駆体を軟化させることのみをもって、透明体をスリーブの内表面に直接且つ熱的に固着できるため、製造の低廉化及び接続損失の低下が実現する。更に、透明体前駆体の寸法精度が悪くても、透明体前駆体を軟化変形させてスリーブの内表面に透明体を熱的に固着できるため、透明体前駆体の寸法精度の許容範囲が大きく、歩留まりが向上し、透明体前駆体を安価に作製することができる。しかも、透明体が熱的にスリーブ内表面に接着してなるため、気温の変動や高温高湿環境下に曝されても、透明体の接着位置が変化することがなく、結合効率の低下を招く虞がなくなる。

この方法においても、透明体の第１端面への凸曲面の形成と、透明体のスリーブの内表面への直接固着とは、同一の熱的処理手段により同時に行われることが好ましい。

上記の方法において、熱的処理手段は、アーク放電、レーザー、火炎または熱処理炉その他の間接加熱であることが好ましい。

このようにすれば、透明体前駆体を容易に軟化変形させて、表面張力等により透明体の第１端面を適切な凸曲面とすることができる。特に、レーザーまたは間接加熱（熱処理炉等）であると、凸曲面（凸球状面）の頂点と、スリーブ内径の中心とのずれ（偏芯）を少なくすることができる。間接加熱は、例えば、内孔に透明体前駆体を入れたスリーブを、熱処理炉を用いてその全体を加熱して行う。その際の熱処理温度は、スリーブの軟化点または融点よりも低く、ガラスロッドの軟化点より高い温度であれば良く、具体的には、５００〜８００°Ｃであり、好ましくは６００〜８００°Ｃであると、短時間で所望の曲率半径を有する凸球状面が得られるとともに、透明体の端面のヒートクリーニングも同時に行われる。この場合、熱処理時間が３時間以内であると、生産効率に優れるという利点が得られる。また、レーザーによる加熱方法では、使用するレーザーがＣＯ₂レーザーであると、透明体前駆体を短時間で軟化させることができる。

上記の方法において、透明体前駆体は、ガラスロッドまたは樹脂ロッドであることが好ましい。

このようにすれば、熱的処理手段によって透明体前躯体を、凸曲面を第１端面とする透明体に容易且つ確実に軟化・固化させ、或いはスリーブの内表面に透明体として容易且つ確実に熱的に固着させることができる。この場合、例えばガラスロッドは、質量％で、
ＳｉＯ₂ ６５〜８５％、Ｂ₂Ｏ₃ ８〜２５％、Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ １．５〜１０％、Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ ０〜５％含有することが、屈折率、熱膨張係数、軟化変形時の耐失透性の点で好ましい。また、樹脂ロッドも使用可能であり、具体的には、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂が使用可能である。

上記の方法において、ガラスロッドまたは樹脂ロッドの端面は、面取りされていることが好ましい。

このようにすれば、ロッドの端面の欠けがなく、凸球状面がいびつになり難くなると共に、透明体とスリーブ界面での這い上がり現象も起こり難くなるという利点が得られる。

以上のように本発明に係る光レセプタクル用フェルール保持部材及びその製造方法並びにそれを用いた光レセプタクルによれば、スリーブの内孔に挿着される透明体の第１端面を、熱的処理によって透明体前駆体を軟化させてなる凸曲面としたから、この第１端面の特性ないしは性状を鏡面または鏡面に近い好適な面とすることができると共に、製造の低廉化及び接続損失の低下が実現する。また、透明体前駆体の表面に有機物等の汚れが付着しても、透明体の第１端面がヒートクリーニングされ、清浄な面となり、汚れ等による光損失を抑制できる。

また、本発明に係る光レセプタクル用フェルール保持部材及びその製造方法並びにそれを用いた光レセプタクルによれば、スリーブの内孔に挿着される透明体を、透明体前駆体を軟化させてスリーブの内表面に直接固着させるようにしたから、両者の強固な固着がなされ、且つ製造の低廉化及び接続損失の低下が実現すると共に、透明体前駆体の寸法精度の許容範囲を大きくでき、更には気温の変動や高温高湿環境下に曝されても、透明体の接着位置が変化することがなくなり、結合効率の低下を可及的に抑制できる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る光レセプタクル用フェルール保持部材（以下、単にフェルール保持部材という）が装着された光レセプタクルを示す縦断正面図、図２は、本発明の実施形態に係るフェルール保持部材にプラグフェルールが挿入された状態を示す縦断正面図である。

図１に示すように、光レセプタクル１は、基端側の端部に鍔部２ａを有するホルダー２の内部に、フェルール保持部材３を装着したものである。このフェルール保持部材３は、ホルダー２の嵌挿孔に内嵌固定された円筒状のスリーブ４と、該スリーブ４の基端側の内表面に熱的に固着された円柱状の中実の透明体５とを構成要素としている。この場合、透明体５の先端側の第１端面５ａは、スリーブ４の軸方向途中（軸方向略中央部）に位置している。

図１及び図２に示すように、透明体５の第１端面５ａは、熱的処理により得られた凸曲面であり且つ未研磨面であると共に、スリーブ４の軸中心線Ｚを中心とする半径７５μｍ以上の領域が凸球状面とされている。この凸球状面の曲率半径ρと、スリーブ４の内径ｄとは、ρ＞ｄ／２の関係を有し、具体的には、凸球状面の曲率半径ρは、３〜５０ｍｍに設定されている。そして、スリーブ４の先端側から挿入されたプラグフェルール６の端面６ａが、透明体５の第１端面５ａにおける凸球状面に接触するように構成されている。この場合、プラグフェルール６の内孔に装着されている光ファイバ７は、コア部７ａの径が１０μｍ程度であり且つその外周側のクラッド部７ｂの径が１２５μｍ程度であって、透明体５の第１端面５ａの凸球面は、光ファイバ７のコア部７ａに接触するように構成されている。

更に、透明体５は、スリーブ４の内表面に直接且つ熱的処理により固着されると共に、この両者の固着強度は、４９Ｎ以上とされ、詳しくは、８５°Ｃで且つ８５％Ｒｈの高温高湿下に２０００時間静置した後であっても、４９Ｎ以上の強度となるように固着されている。また、透明体５とスリーブ４とは、気密封止されている。この場合、透明体５をスリーブ４の内表面に固着させるための熱的処理手段、及び透明体５の第１端面５ａを凸曲面とするための熱的処理手段としては、両者共に、アーク放電、レーザー、火炎、熱処理炉その他の間接加熱のいずれかが使用される。尚、レーザーとしては、ＣＯ₂レーザー（波長が１０μｍ）を使用し、間接加熱のうちの熱処理炉としては電気炉を使用することが好ましい。

また、透明体５の屈折率（ｎｂ）と、プラグフェルール６の内孔に装着される光ファイバ７のコア部７ａの屈折率（ｎｆ）とは、−１０Ｌｏｇ｛（ｎｆ−ｎｂ）²／（ｎｆ＋ｎｂ）²｝≧３７を満している。更に、スリーブ４と透明体５との３０〜３８０°Ｃにおける平均熱膨張係数差は、８ｐｐｍ／°Ｃ以下、好ましくは１ｐｐｍ／°Ｃ以下とされている。また、透明体５は、肉厚１ｍｍでの波長８００〜１７００ｎｍにおける赤外域の光透過率が８５％以上とされると共に、透明体５及びスリーブ４のうち少なくともいずれかの一部分又は全部（この実施形態では透明体５のみの全部）は、肉厚１ｍｍでの波長３００〜４５０ｎｍにおける紫外域の光透過率が、７５％以上とされている。そして、透明体５は、ガラスまたは樹脂、好ましくはホウケイ酸ガラスからなり、またホウケイ酸ガラスは、質量％で、ＳｉＯ₂ ６５〜８５％、Ｂ₂Ｏ₃ ８〜２５％、Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ １．５〜１０％、Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ ０〜５％含有することが好ましい。また、ホウケイ酸ガラスは、質量％で、ＳｉＯ₂ ６７〜８０％、Ｂ₂Ｏ₃ １２〜１９％、Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ ２〜９．５％、Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜６％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ ０〜３％、Ｆｅ₂Ｏ₃ ０〜０．０５％含有することが特に好ましい。

一方、スリーブ４は、円筒状の単一部材であって、セラミックス、結晶化ガラス、金属または樹脂から形成することができるが、この実施形態では、セラミックス（ジルコニア）又は結晶化ガラス（Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系で、主結晶相としてβ−スポジュメン固溶体を析出する結晶化ガラス）からなる。特にスリーブ４がＬｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系で、主結晶相としてβ−スポジュメン固溶体を析出する結晶化ガラスからなると、加熱延伸成形によって作製することが可能となるため、スリーブの内外径の寸法精度が極めて高くなり、プラグフェルールを挿入できなくなったり、プラグフェルールが緩んで把持できなくなったりすることがない。

また、透明体５の第１端面５ａと反対側（基端側）の第２端面５ｂは、スリーブ４の軸直角面（軸中心線Ｚに直角な面）８に対して４〜１５°の角度αを有する平面とされ、スリーブ４の基端側の端面４ｂも、これと面一で且つ同一傾斜角度αを有する平面とされている。

図３は、本発明の他の実施形態に係るフェルール保持部材が装着された光レセプタクルを示す縦断正面図である。図３に示すように、光レセプタクル２１は、鍔部２２ａを有するホルダー２２の内部に、フェルール保持部材２３を装着したものである。このフェルール保持部材２３は、セラミックス、結晶化ガラス、ガラスまたは樹脂から形成された絶縁材料からなり、かつ、ホルダー２２の嵌挿孔に内嵌固定された円筒状の肉厚のスリーブ２４と、該スリーブ２４の基端側の内表面に熱的に固着された円柱状の中実の透明体５とを構成要素としている。スリーブ２４は、その基端部のみをホルダー２２に圧入又は接着固定され、ホルダー２２は、スリーブ２４の先端部を覆わないような形状を有している。また、スリーブ２４は、図１に示す光レセプタクル１に使用されているスリーブ４よりも肉厚であるため、機械的強度に優れており、先端部がホルダー２２によって覆われていなくても破損しにくい。光レセプタクル２１がこのような構造を有していると、その先端部がアンテナとして電磁波を出したり、受信したりすることがなく（スリーブ２４の先端部がホルダー２２によって覆われていないため）、光レセプタクルを装着する送受信用電子部品（例えば、レーザーダイオード）に悪影響を及ぼしにくい。

以上のような構成を備えたフェルール保持部材３、２３は、以下に示すような方法により製造される。

先ず、図４に符号Ａで示すように、ガラス素材をドローイングして長尺な元ガラスロッド９を製作し、この製作された複数本の元ガラスロッド９を、同図に符号Ｂで示すように結束した後、その軸方向において所定寸法に切断し且つその両端面を粗研磨することにより、同図に符号Ｃで示すように、透明前躯体としての複数個のガラスロッド１０を一挙同時に得る。この後、同図に符号Ｄで示すように、それぞれのガラスロッドの両端面１１ａに面取り１１ｂを施し、この面取りされたガラスロッド１１を、同図に符号Ｅで示すように、セラミックス（ジルコニア）又は結晶化ガラス（Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系で、主結晶相としてβ−スポジュメン固溶体を析出する結晶化ガラス）からなる円筒状のスリーブ４の内孔に挿入する。

そして、スリーブ４の基端側の端面４ａとガラスロッド１１の基端側の端面１１ａとを合致させて組み込み体１２とした状態で、この組み込み体１２を電気炉中に入れ或いはレーザー光をそのスリーブ４の先端側開口部４ｃからガラスロッド１１に照射して、そのガラスロッド１１を軟化変形させる。これにより、ガラスロッド１１の先端側の端面（第１端面）１１ａが表面張力により凸曲面になると同時に、ガラスロッド１１がスリーブ４の内表面に熱的に固着される。この後、この組み込み体１２の基端側の端部を研磨することにより、その基端側の端部を傾斜状の平面とし、これにより上述のようなフェルール保持部材３が得られる。なお、以上の製造方法は、長尺の樹脂素材からなる元樹脂ロッドを出発物とした場合であっても、同様の手順で行なうことが可能である。

本発明の光レセプタクル用保持部材を、実施例に基づき詳細に説明する。この場合において、本発明の実施例として、異なるガラスロッド１１及びスリーブ４を使用して、異なる熱的処理を行ない、各種の評価を行なった。その結果を、以下に示す。尚、表１は、電気炉を用いた実施例１〜４を、表２は、炭酸ガスレーザーを用いた実施例５、６を示すものである。

＜ガラスロッドＡ＞
ホウケイ酸ガラス （組成：質量％で、ＳｉＯ₂ ７０％、Ａｌ₂Ｏ₃ ６％、Ｂ₂Ｏ₃ １３％、ＣａＯ １％、ＢａＯ ２％、Ｎａ₂Ｏ ６．５％、Ｋ₂Ｏ １％、Ｓｂ２Ｏ３ ０．５％、熱膨張係数：５．１ｐｐｍ／°Ｃ、屈折率（１３１０ｎｍ）：１．４７１、屈折率（１５５０ｎｍ）：１．４６９、面取りあり、高さ２ｍｍ×外径１．２４８ｍｍφの円柱体）

＜ガラスロッドＢ＞
ホウケイ酸ガラス （組成：質量％で、ＳｉＯ₂ ８０％、Ａｌ₂Ｏ₃ ３％、Ｂ₂Ｏ₃ １３％、Ｎａ₂Ｏ ４％、熱膨張係数３．２ｐｐｍ／°Ｃ、屈折率（１３１０ｎｍ）：１．４６８、屈折率（１５５０ｎｍ）：１．４６５、面取りあり、高さ２ｍｍ×外径１．２４８ｍｍφの円柱体）

尚、光ファイバー（ＳＭＦ）のコア部の波長１３１０ｎｍでの屈折率は、１．４５２であり、波長１５５０ｎｍでの屈折率は、１．４４９であった。

＜スリーブＡ＞
ＺｒＯ₂ （東陶機器株式会社製、熱膨脹係数８．３ｐｐｍ／°Ｃ、スリットなし、外径１．６０ｍｍ×内径１．２５ｍｍ）

＜スリーブＢ＞
Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系結晶化ガラス （日本電気硝子社製結晶化ガラススリーブ、熱膨張係数２．７ｐｐｍ／°Ｃ、スリットなし、外径１．８０ｍｍ×内径１．２５ｍｍ）

＜電気炉加熱＞
ガラスロッドをスリーブの内孔に挿入し、スリーブの基端側の端面とガラスロッドの基端側の端面とを合致させて組み込み体とした状態で、この組み込み体を表１に示す熱処理温度に設定した電気炉中に入れ、表１に示す熱処理時間保持してガラスロッドを軟化させ取り出し、実施例１〜４のフェルール保持部材を得た。尚、ガラスロッド（透明体）とスリーブとの３０〜３８０°Ｃにおける平均熱膨脹係数差は、実施例１〜３では、３．２ｐｐｍ／°Ｃであり、実施例４では、０．５ｐｐｍ／°Ｃであった。

＜レーザー＞
ガラスロッドをスリーブの内孔に挿入し、スリーブの基端側の端面とガラスロッドの基端側の端面とを合致させて組み込み体とした状態で、表２に示す条件でレーザー光を、スリーブの先端側開口部からガラスロッドに照射してガラスロッドを軟化変形させ実施例５、６のフェルール保持部材を得た。尚、ガラスロッド（透明体）とスリーブとの３０〜３８０°Ｃにおける平均熱膨脹係数差は、実施例５では、３．２ｐｐｍ／°Ｃであり、実施例６では、２．４ｐｐｍ／°Ｃであった。

評価方法

＜端部の曲率半径＞
干渉型コネクタ端面形状測定器（ＮＯＲＬＡＮＤ社製ＡＣＣＩＳ）によって求めた。この結果、上記の表１に示す電気炉加熱による実施例１〜４では、透明体の端部（第１端部）の曲率半径が３．０ｍｍ〜２０ｍｍであり、また上記の表２に示すレーザーによる実施例５、６では、同曲率半径が３．０ｍｍであって、いずれも好適な値であることが判明した。

＜固着強度＞
図５に示すように、スリーブ４におけるある基準面から透明体５までの距離Ｄを予め測っておき、所定の力を透明体５の第１端面５ａに所定時間（１０秒）加える。その後、再度距離Ｄを計測し、距離が測定誤差範囲内で変化していなければ、印加した力以上の固定強度があるものとする。このような技術的思想に基づく実験の結果、上記の表１に示す電気炉加熱による実施例１〜４や上記の表２に示すレーザーによる実施例５、６では、固着強度が９８Ｎを上回っており、いずれも充分な固着強度を示していることが判明した。

＜反射減衰量＞
スリーブの開口部からＯＴＤＲ（アンリツ製ＭＷ９０７０Ｂ）と接続したコネクタフェルールを挿入し、透明体端部とＰＣ接続させることによって、透明体とコネクタフェルールとの接続部における反射減衰量を測定した。なお、試作したサンプルの終端部（コネクタフェルールが挿入され、ＰＣ接続される側の反対の端部）を光軸の法線方向に対し８°斜めにフラット研磨することで終端部の反射を原理的に無視できるようにした。この結果、上記の表１に示す電気炉加熱による実施例１〜４では、反射減衰量が４３ｄＢ〜４９ｄＢであり、また上記の表２に示すレーザーによる実施例５、６では、反射減衰量が４３ｄＢであって、いずれも好適な値であることが判明した。

＜結合効率＞
上記の表３は、既述の実施例４のフェルール保持部材における第２端面をスリーブ４の軸直角面に対して４°、６°、８°、１５°の角度（平坦面の傾斜角）を有する平面としてそれぞれ構成した６個の光レセプタクルの結合効率を測定した結果を示すものである。結合効率の測定は、図６に示すように、まず、光ファイバ７を実装したフェルール６を光レセプタクル１に挿入して、約１ｋｇｆの押し圧力を印加した状態に保持する。次に、レーザーダイオード１２を直流安定化電源１３で定電流駆動して、レーザーダイオード１２から放射される光を集光レンズ１４で集光して透明体５の第２端面側から入射して、光ファイバ７との光学的結合効率が最大になるよう光軸を調整した際の光ファイバ７に伝達する光パワーを光パワーメータ１５で測定した値で結合効率を評価する。上記の表３には、その測定した値を示している。尚、比較対照として同じ条件で光レセプタクル１を介さず、フェルール６に実装した光ファイバ７へ直接結合した際の光ファイバ７に伝達する光パワーを光パワーメーター１５で測定した値（結合効率）は、５１２μＷであった。上記の表３からわかるように、平坦面の傾斜角が４〜１５°である実施例４のフェルール保持部材の結合効率は、高く保たれることが判明した。

本発明の実施形態に係るフェルール保持部材が装着された光レセプタクルを示す縦断正面図である。 本発明の実施形態に係るフェルール保持部材にフェルール（プラグフェルール）が挿入された状態を示す要部拡大縦断正面図である。 本発明の他の実施形態に係るフェルール保持部材が装着された光レセプタクルを示す縦断正面図である。 本発明の実施形態に係るフェルール保持部材の製造状況を示す概略図である。 本発明の実施例における実験結果を説明するための概略図である。 本発明の実施例における結合効率測定方法を説明するための概略図である。

符号の説明

１、２１ 光レセプタクル
２、２２ ホルダー
３、２３ フェルール保持部材（光レセプタクル用フェルール保持部材）
４、２４ スリーブ
５ 透明体
５ａ 第１端面（凸球状面）
５ｂ 第２端面
６ フェルール（プラグフェルール）
６ａ フェルールの端面
７ 光ファイバ
７ａ コア部
８ スリーブの軸直角面
１１ ガラスロッド
１１ｂ 面取り
１２ レーザーダイオード
１３ 直流安定化電源
１４ 集光レンズ
１５ 光パワーメータ
ｄ スリーブの内径
Ｚ スリーブの軸中心線

Claims (27)

1. フェルールを挿入するための内孔を有するスリーブと、該スリーブの内孔に配設され且つ該スリーブの軸方向途中位置に前記フェルールの端面を接触させるための第１端面を有する透明体とを備え、前記透明体は中実の単一部材からなり、前記透明体の第１端面が、熱的処理により透明体前駆体を軟化させて得られた凸曲面からなると共に、前記透明体が、熱的処理により透明体前駆体を軟化させて、前記スリーブの内表面に直接固着してなることを特徴とする光レセプタクル用フェルール保持部材。
2. 前記透明体の第１端面が、未研磨面であることを特徴とする請求項１に記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
3. 前記透明体の第１端面におけるスリーブの軸中心線を中心とする半径７５μｍ以上の領域が、凸球状面であることを特徴とする請求項１または２に記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
4. 前記凸球状面の曲率半径ρとスリーブの内径ｄが、ρ＞ｄ／２の関係を有することを特徴とする請求項３に記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
5. 前記凸球状面の曲率半径ρが、３〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項３または４に記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
6. 前記透明体の第１端面への凸曲面の形成と、前記透明体の前記スリーブの内表面への直接固着とが、同一の熱的処理により同時に行われたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
7. 前記スリーブと前記透明体との固着強度が、４９Ｎ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
8. ８５°Ｃで且つ８５％Ｒｈの高温高湿下に２０００時間静置した後における前記スリーブと前記透明体との固着強度が、４９Ｎ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
9. 前記透明体と前記スリーブとが気密封止されてなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
10. 前記熱的処理を行なう手段が、アーク放電、レーザー、火炎または熱処理炉その他の間接加熱であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
11. 前記透明体の屈折率をｎｂとし、フェルールの内孔に装着される光ファイバーのコア部の屈折率をｎｆとした時、−１０Ｌｏｇ｛（ｎｆ−ｎｂ）²／（ｎｆ＋ｎｂ）²｝≧３７を満足することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
12. 前記スリーブと前記透明体との３０〜３８０°Ｃにおける平均熱膨脹係数差が、８ｐｐｍ／°Ｃ以下であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
13. 前記スリーブと前記透明体との３０〜３８０°Ｃにおける平均熱膨脹係数差が、１ｐｐｍ／°Ｃ以下であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
14. 前記透明体は、肉厚１ｍｍでの波長８００〜１７００ｎｍにおける赤外域の光透過率が、８５％以上であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
15. 前記透明体及び前記スリーブのうち少なくともいずれかの一部分又は全部は、肉厚１ｍｍでの波長３００〜４５０ｎｍにおける紫外域の光透過率が、７５％以上であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
16. 前記透明体が、ガラスからなることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
17. 前記透明体が、ホウケイ酸ガラスからなることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
18. 前記ホウケイ酸ガラスは、質量％で、ＳｉＯ₂ ６５〜８５％、Ｂ₂Ｏ₃ ８〜２５％、Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ １．５〜１０％、Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ ０〜５％含有することを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
19. 前記透明体の第１端面とは反対側の第２端面に、前記スリーブの軸直角面に対して傾斜した平面が形成されてなることを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
20. 前記スリーブが、セラミックス、結晶化ガラス、金属または樹脂からなることを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
21. 前記スリーブにスリットが形成されてなることを特徴とする請求項１〜２０のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材。
22. 請求項１〜２１のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材を用いてなることを特徴とする光レセプタクル。
23. フェルールを挿入するための内孔を有するスリーブと、該スリーブの内孔に配設され且つ該スリーブの軸方向途中位置に前記フェルールの端面を接触させるための第１端面を有する透明体とを備えた光レセプタクル用フェルール保持部材を製造するに際して、前記スリーブの内孔に中実の単一部材からなる透明体前駆体を挿入した後、熱的処理手段を用いて前記透明体前駆体を軟化させて、前記第１端面に対応する前記透明体前駆体の端面を凸曲面に形成すると共に、前記透明体前駆体を前記スリーブの内表面に直接固着することを特徴とする光レセプタクル用フェルール保持部材の製造方法。
24. 前記熱的処理手段が、アーク放電、レーザー、火炎または熱処理炉その他の間接加熱であることを特徴とする請求項２３に記載の光レセプタクル用フェルール保持部材の製造方法。
25. 前記透明体前駆体が、ガラスロッドまたは樹脂ロッドであることを特徴とする請求項２３または２４に記載の光レセプタクル用フェルール保持部材の製造方法。
26. 前記ガラスロッドまたは樹脂ロッドの端面が、面取りされていることを特徴とする請求項２５に記載の光レセプタクル用フェルール保持部材の製造方法。
27. 前記透明体の第１端面への凸曲面の形成と、前記透明体の前記スリーブの内表面への直接固着とを、同一の熱的処理により同時に行うことを特徴とする請求項２３〜２６のいずれかに記載の光レセプタクル用フェルール保持部材の製造方法。

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