JP4833139B2 - 光コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、現場組立型の光コネクタに関し、特に光ファイバ内蔵型の光コネクタに関する。

光ファイバ先端への組立作業を接続現場にて行うことができる光コネクタの一例として、フェルールに予め内蔵光ファイバを内挿固定したものがある。この種の光コネクタでは、成端するべき光ファイバの端部を、内蔵光ファイバの端部と突き合わせ接続する。この突き合わせ部分における接続損失を抑えるため、接続部分にシリコーン系のグリスなどの屈折率整合剤を充填することが行われている（例えば、特許文献１および非特許文献１を参照）。
しかしながら、屈折率整合剤は温度によって性状が変化するため、環境条件によっては、使用は難しくなることがある。このため、屈折率整合剤を使用せず、光ファイバどうしをＰＣ接続（ＰＣ：physical contact）する接続方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
ＰＣ接続における接続損失を小さくするには、十分な力で光ファイバを互いに突き当てることが必要となる。
特許文献２には、２本の光ファイバを突き合わせたときの、突き当て方向の光ファイバの縮み量がある程度大きいと、損失が小さくなることが示されている。
特開２００２−３２３６４２号公報 特許第３２１０５４０号公報 「Ｆｉｂｅｒ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｎｔａｃｔ光コネクタの構造設計」、１９９７年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティー大会ＳＣ−５−３、Ｐ１５７〜５８

しかしながら、この種の光コネクタにおいては、光ファイバの突き当て力が大きすぎると、接続の長期安定性が低下することがあった。
また、通常、成端するべき光ファイバは、光ファイバカッターによってクリーブされ、その端部に前記光コネクタが組み立てられるが、その端面は光軸方向に垂直な面に対し傾斜する場合があり、これが接続損失の原因となることがあった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、長期間にわたって安定的な接続を実現できる光コネクタを提供することを目的とする。

本発明は、フェルールに内挿固定された内蔵光ファイバの後端部が、別の光ファイバの先端部に屈折率整合剤を用いずに突き合わせてＰＣ接続される光コネクタであって、前記フェルールを備えたコネクタ本体と、前記別の光ファイバを保持する引留部品と、前記コネクタ本体に取り付けられ、前記引留部品を引き留め可能な引留手段とを備え、前記内蔵光ファイバの後端部の端面が、球面状に形成され、前記別の光ファイバの先端面が、光ファイバカッターによるクリーブにより得られた略平坦面であり、この先端面の、光軸方向に垂直な面に対する傾斜角度が０．９°以下であり、かつ前記内蔵光ファイバに対する突き当て力が０．２Ｎ以下であり、前記内蔵光ファイバの後端部の端面の曲率半径は、０．０５〜０．４６ｍｍである光コネクタを提供する。

本発明の光コネクタによれば、内蔵光ファイバの後端部の端面の曲率半径を前記範囲とすることによって、これに突き合わせ接続される光ファイバの端面が光軸方向に垂直な面に対し傾斜している場合でも、接続損失を抑え、良好なＰＣ接続を実現できる。
また、前記光ファイバの突き当て力を低くするので、接続端面の劣化等を原因とする安定性の低下を防ぎ、長期間にわたって安定的な接続が可能となる。また、突き当て力を得るための構造を簡略にできる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態である光コネクタ６０を示す側断面図である。図２は、光コネクタ６０の外観を示す側面図である。図３は、光コネクタ６０に用いられている接続機構付きフェルール１Ａを示す側断面図である。図４は、図１に符号Ａ１で示す光ファイバ接続部分を拡大した図である。図５は、可動受け片２０および引留カバー４０を示す図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。図６は、引留部品３０を示す正面図である。図７および図８は、光コネクタ６０の引留部品３０のクランプ体２２を示す断面図である。図１０〜図１３は、光コネクタ６０の組み立て過程を示す工程図である。
以下の説明において、図１における左方、すなわちフェルール１の先端方向を前方といい、右方を後方ということがある。

図１に示すように、この光コネクタ６０は、コネクタ本体１０と、光ファイバ１３をコネクタ本体１０に引き留める引留機構５０とを備えている。
コネクタ本体１０は、接続機構付きフェルール１Ａと、接続機構付きフェルール１Ａの外側に装着されるプラグフレーム３と、プラグフレーム３に取り付けられたストップリング４と、ストップリング４内に設けられた付勢手段５とを備えている。

プラグフレーム３は、フェルール１を収納するスリーブ状に形成されている。
ストップリング４は、接続機構２を収納するスリーブ状に形成され、プラグフレーム３の後端に取り付けられている。
付勢手段５は、ストップリング４に反力をとって接続機構２を前方に押圧することで、接続機構付きフェルール１Ａを前方に付勢するものであり、この光コネクタ６０を他の光コネクタに接続するときにフェルール１に、相手側の光コネクタとの間の突き合わせ力を与える。付勢手段５としては、例えばコイルスプリングが使用できる。

図１および図３に示すように、接続機構付きフェルール１Ａは、フェルール１と、フェルール１の後端側に設けられた接続機構２とを備えている。
フェルール１には、中心軸線に沿って光ファイバ導入孔１ｂ（微細孔）が形成され、この光ファイバ導入孔１ｂ内には、内蔵光ファイバ６（光ファイバ裸線など）が挿入され固定されている。内蔵光ファイバ６の先端は、フェルール１の先端面１ａに露出され、後端はフェルール１の後端から突出し、接続機構２内に挿入されている。
フェルール１は、例えば、ジルコニア等のセラミックや、ガラスで形成されている。これらの材料は使用環境に応じて選択使用され、高温環境（例えば１００℃以上）で用いる場合にはガラスが好適に用いられる。
フェルール１の後端部には、後端面から光ファイバ導入孔１ｂに向かって徐々に径が小さくなるテーパー状の孔部である導入部１ｄが形成されている。

図３に示すように、接続機構２は、内蔵光ファイバ６の後端部６ａを、光ファイバ１３の先端部１３ａに突き合わせ接続するものであり、外筒体７と、外筒体７内に設けられた第１および第２キャピラリ８、９とを有する。
先端部１３ａは、例えば光ファイバ心線、光ファイバ素線などの被覆１３ｂ付き光ファイバである光ファイバ１３から口出しされた光ファイバであり、例えば光ファイバ裸線である。

外筒体７は、略円筒状に形成され、その前端部には、フランジ部７ａが形成されている。
フランジ部７ａは、外筒体７の外面から径方向外方に環状に突出して形成され、外面には、平坦部７ｂ、７ｂが形成されている。外筒体７は、金属、プラスチックなどで構成することができる。
外筒体７には、接着剤導入用の接着剤導入穴７ｃが形成されている。接着剤導入穴７ｃは、第１キャピラリ８に相当する位置に形成するのが好ましい。

キャピラリ８、９は、例えば、ジルコニア等のセラミック、ガラス、合成樹脂などで形成することができる。
第１キャピラリ８は、略円筒状に形成され、中心軸線に沿って、光ファイバ調心孔８ａが形成されている。光ファイバ調心孔８ａは、光ファイバ６、１３を挿脱自在に挿入することができる。光ファイバ調心孔８ａは、内蔵光ファイバ６と、光ファイバ１３の先端部１３ａとを位置決めする調心機構として機能し、光ファイバ６、１３を突き合わせ接続可能に形成されている。光ファイバ調心孔８ａは、光ファイバ裸線よりやや径が大きいが、光ファイバ６、１３を接続したときに、光ファイバ６のコアと光ファイバ１３のコアとが一致するように形成されている。
第１キャピラリ８の前端部には、前端面から光ファイバ調心孔８ａに向かって徐々に径が小さくなる孔部である導入部８ｂが形成されている。第１キャピラリ８の後端部には、後端面から光ファイバ調心孔８ａに向かって徐々に径が小さくなる孔部である導入部８ｃが形成されている。

第２キャピラリ９は、略円筒状に形成され、第１キャピラリ８の後端側に、中心軸線が一致するように整列されている。第２キャピラリ９には、中心軸線に沿って、光ファイバ１３が挿通する光ファイバ挿通孔９ｄが形成されている。
光ファイバ挿通孔９ｄは、第２キャピラリ９の前端部の端面から後方に延びる案内孔９ａと、案内孔９ａから後方に延びる導入孔９ｂと、導入孔９ｂから後方に延びて第２キャピラリ９の後端部端面に達する定径部９ｃとを有する。

案内孔９ａは、光ファイバ１３を第１キャピラリ８の光ファイバ調心孔８ａに導くものである。案内孔９ａは、光ファイバ１３の被覆１３ｂの外径にほぼ等しいか、または若干大きい内径を有し、光ファイバ１３の被覆１３ｂを挿脱自在に収納するようになっている。
導入孔９ｂは、光ファイバ１３を案内孔９ａに導くものであり、第２キャピラリ９の後端から案内孔９ａに向かって徐々に内径が小さくなるように形成されており、前端の内径は案内孔９ａの内径にほぼ等しくするのが好ましい。
定径部９ｃの内径は、ほぼ一定とされ、導入孔９ｂの最大径にほぼ等しいことが好ましい。

図４は、図１に符号Ａ１で示す内蔵光ファイバ６の後端部６ａの端面６ｂ（接続端面）を示す図である。端面６ｂは、球面状に形成されている。
端面６ｂは、アーク放電などにより溶融させることにより球面状とすることができる。具体的には、光ファイバカッタにより切断された光ファイバの後端部６ａをアーク放電などで加熱し溶融させることにより、端面６ｂを球面状とすることができる。
端面６ｂは、光ファイバに加えられる熱量に応じた形状となる。熱量が小さければ一部のみが球面状となった端面６ｂが得られ、熱量が大きければ全面が球面状となった端面６ｂが得られる。熱量が過剰に大きいと、光ファイバ６より径が大きい球状部分が形成されるため、アーク放電のパワーと処理時間を調節する必要がある。
端面６ｂをこの形状とすることによって、この端面６ｂと光ファイバ１３の先端面１３ｃとを密着させ、ＰＣ接続（ＰＣ：physical contact）することができる。

端面６ｂは、ＰＣ研磨によって球面状に形成することもできる。本発明では、ＳＰＣ研磨（Ｓ：Super）、ＡｄＰＣ研磨（Ａｄ：Advanced）、ＡＰＣ研磨（Ａ：Angled）もＰＣ研磨に含まれる。ＰＣ研磨とは、フレネル反射が低減するように、光ファイバ端面をＰＣ接続できる形状に研磨することである。
ＰＣ接続の採用により、屈折率整合剤が不要となり、接続作業が容易となる。また、気泡やダストの混入による接続損失も防止できる。
なお、端面６ｂは、光ファイバ１３の先端面１３ｃとの接続部分を含む一部のみが球面状であってもよいし、全面が球面状であってもよい。

内蔵光ファイバ６の後端部６ａの端面６ｂの曲率半径は、０．０５ｍｍ以上とされる。詳しくは、０．０５〜０．４６ｍｍとされる。
曲率半径をこの範囲とすることによって、光ファイバ１３の先端面１３ｃの傾斜角度が大きい場合でも、接続損失を低く抑えることができる。
曲率半径がこの範囲未満である場合には、接続損失が大きくなってしまう。また、曲率半径がこの範囲を越えると、光ファイバ１３の先端面１３ｃの傾斜角度が大きい場合に、接続損失が大きくなる。

図４に示すように、光ファイバ１３の先端部１３ａの先端面１３ｃは、略平坦となっている。この先端面１３ｃは、光ファイバ１３の光軸方向に垂直な面に対して傾斜していてもよく、傾斜角度は、０．９°以下とされる。傾斜角度がこの範囲を越えると、接続損失が大きくなってしまう。
光ファイバ１３の先端面１３ｃは、光ファイバカッターによって光ファイバ１３がクリーブされて形成された切断面（劈開面）である。通常、光ファイバカッターによるクリーブでは、切断面が光軸方向に垂直な面に対し傾斜することがあり、傾斜角度は最大で０．９°程度となる。

内蔵光ファイバ６に対する光ファイバ１３の突き当て力は、０．２Ｎ以下とされる。突き当て力をこの範囲とすることによって、接続端面の劣化等を原因とする安定性の低下を防ぎ、長期間にわたって安定的な接続が可能となる。また、突き当て力を得るための構造を簡略にできる。具体的には、後述するように、光ファイバ１３をたわませて突き当て力を得る構造を採用することができる。
突き当て力がこの範囲を越えると、接続の長期安定性が劣化することがある。また、後述するように、光ファイバ１３をたわませて突き当て力を得る構造を採用する場合には、上記範囲を越える突き当て力を得ることができる程度のたわみを光ファイバ１３に与えると、曲げ損失が発生するおそれがある。

図９は、内蔵光ファイバ６に対する光ファイバ１３の突き当て力と、端面６ｂの曲率半径との関係に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
この図は、前記傾斜角度を０．９°として、光ファイバ６、１３のＰＣ接続を試みた場合に、端面６ｂの曲率半径が光ファイバ６、１３の接続に及ぼす影響を示すものである。図中の曲線から上の領域では、光ファイバ６、１３はＰＣ接続されることになる。
このシミュレーションでは、接続損失がほとんどなく、良好な光接続がなされた場合をＰＣ接続が可能であったと認定した。
図９より、前記突き当て力が０．２Ｎであるときには、端面６ｂの曲率半径を０．０５〜０．４６ｍｍとすると、ＰＣ接続が実現できることがわかる。
この図より、端面６ｂの曲率半径をこの範囲とすることによって、光ファイバ１３の先端面１３ｃの傾斜角度が大きい場合でも、ＰＣ接続が可能となることがわかる。
光ファイバ６、１３としては、汎用の石英系光ファイバを使用できるが、種類は特に限定されない。

コネクタ本体１０としては、例えばＳＣ形光コネクタが使用できる。
図示例では、ツマミ（カップリング）（図示略）を外した状態（いわゆるＳＣ２形の状態）を示しており、ツマミを外側に装着することによって、ＳＣ形光コネクタとすることができる（ＳＣ:Single fiber Coupling optical fiber connector。ＪＩＳ Ｃ ５９７３に制定されるＦ０４形光コネクタ（光コネクタプラグ）など）。

図１および図２に示すように、引留機構５０は、コネクタ本体１０に前後動可能に設けられた可動受け片２０と、光ファイバ１３を保持する引留部品３０と、引留部品３０を引き留める引留カバー４０とを備えている。
図１および図５に示すように、可動受け片２０は細長板状の部材である。可動受け片２０は、ストップリング４の後端部に取付けられた後端ブロック部１１を前後に貫通する案内孔１４に挿入されており、光コネクタ６０の前後方向に沿ってスライド移動できる。
可動受け片２０は、このスライド移動によって、コネクタ本体１０から後方への突出長さが可変になっている。

図１、図２、図６に示すように、引留部品３０は、筒状のジャケット２１と、その内部に挿入されたクランプ体２２とを備えている。
ジャケット２１は、底板部２３と、その側縁から上方に延びる側板部２４、２４と、天板部２５とを備えた断面矩形の筒状とされている。ジャケット２１の底板部２３には、前後に貫通する収納孔２８が形成されている。
ジャケット２１は、収納孔２８に挿入された可動受け片２０の後端部に取り付けられている。
引留部品３０は、収納孔２８に可動受け片２０を差し込んだ状態で、可動受け片２０の長手方向に沿ってスライド移動する。

図１、図２、図７、図８に示すように、クランプ体２２は、素子ユニット２６と、素子ユニット２６をクランプ保持するクランプバネ２７とを備えている。素子ユニット２６は、２つの素子２６ａ、２６ｂからなり、クランプバネ２７の弾性により、素子２６ａ、２６ｂの間に光ファイバ１３を挟み込んで保持することができる。素子２６ａ、２６ｂの一方または両方には、光ファイバ１３が導入される導入溝２６ｃが形成されている。

図７および図８に示すように、楔１５を、素子ユニット２６の素子２６ａ、２６ｂの間に挿入し、素子２６ａ、２６ｂの隙間を広げた状態とすると、光ファイバ１３を導入溝２６ｃに導くことができる。楔１５を引き抜くと、クランプバネ２７のクランプ力によって、光ファイバ１３は素子２６ａ、２６ｂの間に挟み込まれ、光ファイバ１３はクランプ体２２に保持される。

図５、図１０および図１１に示すように、引留カバー４０は、細長板状の天板３１と、その両側に天板３１の長手方向に沿って設けられた側板３２とを備えている。
引留カバー４０は、後端ブロック部１１を介してコネクタ本体１０のストップリング４に取り付けられている。具体的には、引留カバー４０は、両側板３２の長手方向一端部に形成された軸孔３３に、後端ブロック部１１に形成された枢軸１１ａが嵌め込まれることによって、後端ブロック部１１に取り付けられている。
引留カバー４０は、枢軸１１ａを中心として回動できるようになっている。
すなわち、引留カバー４０は、可動受け片２０上に被せた位置（図１、図２参照。閉位置）と、この閉位置から上方に回転して可動受け片２０に対して開いた位置（可動受け片２０に対して垂直に立てた状態。図１１、図１２参照。開位置）とを、回動によって切り替えることができる。

図１０、図１１に示すように、コネクタ本体１０の後方へ引き出した可動受け片２０に取り付けられた引留部品３０は、可動受け片２０とともにコネクタ本体１０に向けて移動させることができる。
図１２、図１３に示すように、可動受け片２０に形成された当接突起１２が、ストップリング４後端（具体的には、後端ブロック部１１）に後から当接すると、引留部品３０のそれ以上の前方移動が規制される（この引留部品３０の位置を移動限界位置という）。

図３に示すように、この移動過程で、光ファイバ１３の先端部１３ａは、第２キャピラリ９の定径部９ｃ、導入孔９ｂを経て案内孔９ａに挿入される。この際、導入孔９ｂは前方に向けて徐々に径が小さくなっているので、光ファイバ１３がスムーズに案内孔９ａに導入される。
光ファイバ１３の先端部１３ａは、案内孔９ａを経て第１キャピラリ８の光ファイバ調心孔８ａに導入され、内蔵光ファイバ６と突き合わせ接続される。
光ファイバ１３の被覆１３ｂの一部は、案内孔９ａに挿入され、収納される。

引留部品３０は、光ファイバ１３が若干たわんだ状態となるように配置するのが好ましい。このたわみによって、光ファイバ１３の弾性により先端部１３ａは前方に付勢されるため、先端部１３ａは、十分な力で安定的に内蔵光ファイバ６に突き当てられ、光ファイバ１３と内蔵光ファイバ６の接続が維持される。符号１３ｄはたわみ部分を示す。

図１、図２に示すように、引留部品３０が移動限界位置に達した状態で、開位置にあった引留カバー４０を閉位置まで回動させると、引留カバー４０内に引留部品３０が収納される。
この閉位置では、引留カバー４０の長手方向他端部、すなわち、枢軸１１ａから最も遠い端部に形成されている引留用突起３４が、引留部品３０の後端側に配置される。この引留用突起３４は、引留部品３０の後方への移動を規制するストッパとして機能する（図５（ｂ）を参照）。
このため、引留カバー４０は、引留部品３０および光ファイバ１３を引き留めて、後方への移動を規制する引留手段として機能する。
なお、引留機構の構成は、光ファイバ１３の後方移動を規制する引留手段として機能するものであれば、図示例に限定されない。また、本発明の光コネクタは、引留手段を備えていない構成も可能である。

図１に示すように、引留カバー４０によって引留部品３０が引き留めされることによって、光ファイバ１３と内蔵光ファイバ６の接続が確実に維持される。
第２キャピラリ９の案内孔９ａに光ファイバ１３の被覆１３ｂが挿入されることによって、先端部１３ａの位置および方向が安定し、光ファイバ１３と内蔵光ファイバ６の接続が安定的に維持される。また、被覆１３ｂが案内孔９ａに挿入されることにより中心軸方向に向けられているため、たわみによる前方への付勢力が確実に先端部１３ａに伝えられ、光ファイバ１３と内蔵光ファイバ６の接続が安定化する。

本発明の光コネクタは、光ファイバ先端への光コネクタの組付けを簡便かつ迅速に行うこと等を目的として、各種光コネクタに適用可能である。また、装置、機器に組み込まれた既設の光コネクタ等に対しても、適用可能である。

本発明の第１実施形態である光コネクタを示す側断面図である。 図１に示す光コネクタを示す側面図である。 図１に示す光コネクタに用いられている接続機構付きフェルールを示す断面図である。 図１に示す光コネクタの光ファイバ接続部分を拡大した図である。 図１に示す光コネクタの可動受け片および引留カバーを示す図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。 図１に示す光コネクタの引留部品を示す正面図である。 図１に示す光コネクタの引留部品のクランプ体を示す断面図である。 図１に示す光コネクタの引留部品のクランプ体を示す断面図である。 試験結果を示すグラフである。 図１に示す光コネクタの組み立て過程において、コネクタ本体への引留部品の引き留めを説明するための工程図であり、光コネクタの側断面図である。 図１に示す光コネクタの組み立て過程において、コネクタ本体への引留部品の引き留めを説明するための工程図であり、光コネクタの側面図である。 図１０に続く工程図であり、光コネクタの側断面図である。 図１１に続く工程図であり、光コネクタの側面図である。

符号の説明

１・・・フェルール、１Ａ・・・接続機構付きフェルール、２・・・接続機構、６・・・内蔵光ファイバ、６ａ・・・後端部、６ｂ・・・後端部の端面、１０・・・コネクタ本体、１３・・・別の光ファイバ、１３ａ・・・先端部、１３ｃ・・・先端面、３０・・・引留部品、４０・・・引留カバー（引留手段）、５０・・・引留機構、６０・・・光コネクタ。

Claims (1)

1. フェルール（１）に内挿固定された内蔵光ファイバ（６）の後端部（６ａ）が、別の光ファイバ（１３）の先端部（１３ａ）に屈折率整合剤を用いずに突き合わせてＰＣ接続される光コネクタであって、
   前記フェルールを備えたコネクタ本体（１０）と、前記別の光ファイバを保持する引留部品（３０）と、前記コネクタ本体に取り付けられ、前記引留部品を引き留め可能な引留手段（４０）とを備え、
   前記内蔵光ファイバの後端部の端面（６ｂ）が、球面状に形成され、
   前記別の光ファイバの先端面（１３ｃ）が、光ファイバカッターによるクリーブにより得られた略平坦面であり、この先端面の、光軸方向に垂直な面に対する傾斜角度が０．９°以下であり、かつ前記内蔵光ファイバに対する突き当て力が０．２Ｎ以下であり、
   前記内蔵光ファイバの後端部の端面（６ｂ）の曲率半径は、０．０５〜０．４６ｍｍである光コネクタ（６０）。

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