JP4924024B2 - 光コネクタ - Google Patents

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Description

本発明は、光ファイバ同士の接続、特に、光ファイバの敷設現場においてシングルモードファイバとホーリーファイバを接続する光コネクタに関する。
図5に示すように、ホーリーファイバ51(ファイバ径φ:125μm)は、石英からなるクラッド52と、石英にGeを添加して屈折率をクラッド52よりもわずかに高くしたコア53と、コア53の周辺を囲む空孔54とからなり、その機能上、曲げに対する伝送損失の増加が極めて少なく、屋内(一般家庭、マンション、オフィス等)配線において取り扱いに優れ注目されている。
通常、光ファイバを敷設現場で接続するには、メカニカルスプライスや光コネクタが用いられている。一般に永久接続の場合はメカニカルスプライスが、また着脱が頻繁に行われる場合には光コネクタが有効であり、広く利用されている。これらは、いずれも光ファイバ端面に、軸方向の押圧力をかける物理的な接続であるが、光コネクタ接続の場合は、一般的に光ファイバが脆くて弱いため、光ファイバをフェルールに挿入して保護し、それにより光ファイバの端面の物理的接触を可能としている(特許文献1参照)。
このような従来の光コネクタの一例として、図6に示すような光コネクタ61がある。光コネクタ61は、フェルール62と、V溝基板63と、押さえ基板64と、ハウジング65とを有するコネクタ本体内部に、光ファイバ11aが内蔵されている。さらに、光コネクタ61としては、光ファイバ11aと接続する他の光ファイバ11bの接続端面間に、両ファイバ11a,11bのコアと同等、あるいは近似した屈折率を有する液状またはグリース状の屈折率整合剤または接着剤を介して接続するものが知られている(特許文献2〜5参照)。
実際に光ファイバの敷設現場では、図7、図8(a)および図8(b)に示すように、光コネクタ61を治具(ジグ)71に固定し、押さえ基板64とV溝基板63の隙間にくさび72を入れ、カットした光ファイバをV溝66に挿入し、屈折率整合剤r6を介して内蔵光ファイバと接続する。この方法は、屈折率整合剤または接着剤を光ファイバ端面に塗布または接続部に充填し、光ファイバ同士を突き合わせて接続する方法であり、それによって、接続端面への空気の侵入を防ぎ、空気によって生じるフレネル反射を回避し、接続損失を低減する方法である。
この他、上述した液状またはグリース状からなる屈折率整合剤に代えて、固体状の屈折率整合部材(例えば、フィルム)を用いる方法が検討されていることが知られている(特許文献6〜8)。
特開平8−114724号公報 特開2000−241660号公報 特開平11−72641号公報 特開平11−101919号公報 特開平8−122562号公報 特許第2676705号公報 特開2001−324641号公報 特開昭55−153912号公報
しかしながら、従来の方法を用いて、空孔を有するホーリーファイバ51を光コネクタ61に内蔵された光ファイバ11aと屈折率整合剤r6を介して接続する場合、屈折率整合剤r6として、シリコーン系やパラフィン系の液状あるいはグリース状のものを使用しているために、屈折率整合剤r6がホーリーファイバ51の空孔部54に侵入してしまう。そして、空孔部54に侵入した屈折率整合剤r6は、温度依存性により、屈折率が変化するため、著しく伝送損失が増加してしまう。
また、屈折率整合剤r6が空孔部54に侵入することにより、接続部のファイバ端面間の屈折率整合剤r6が減少し、端面間に空隙や気泡が発生しやすくなり、光学特性を著しく低下させる問題がある。
一方、ホーリーファイバ51端面の空孔部54を接続前に封止する方法もあるが、これを敷設現場で行うには専用の装置が必要となることや、処理に時間を要することになるため、コストがかかり、簡易的に接続を行うことができない。
液状またはグリース状からなる屈折率整合剤に代えて、固体状の屈折率整合部材であるフィルムを用いて、ホーリーファイバ51と光ファイバを接続する方法では、接続損失は良い特性を満たす。しかし、この方法では、接続直後または周囲温度変化時にフィルムにかかる圧縮応力またはフィルムの弾性による引張り応力により、フィルムの屈折率が時間的に増減変動し、反射減衰量も増減してしまうため、安定した光学特性を確保できない問題がある。
この他、融着接続という接続方法もあるが、これも融着機を必要とすることや、敷設現場で簡便に汎用的に行う接続用コネクタには適用できない問題がある。
そこで、本発明の目的は、ホーリーファイバを接続しても接続部の伝送損失の増加を抑制すると共に、反射減衰量の経時変動が小さい光コネクタを提供することにある。
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項1の発明は、フェルールと、該フェルールに接続されているV溝基板と、該V溝基板に開閉自在に設けられて該V溝基板上に重ね合わされる押さえ基板と、これら重ね合わせた前記V溝基板と前記押さえ基板の開閉側の側面を除いて取り付けられ、前記V溝基板と前記押さえ基板を閉まる方向に付勢するコ字状クランプとを備え、前記V溝基板上のV溝で光ファイバと他の光ファイバを突き合わせ接続する光コネクタにおいて、前記他の光ファイバが前記光ファイバの端面に設けられ、かつ、硬化した架橋硬化型屈折率整合剤を介して接続され、前記V溝に、前記架橋硬化型屈折率整合剤にかかる応力を緩和させる空間を設け、前記硬化した架橋硬化型屈折率整合剤が前記空間部に位置するようにした光コネクタである。
請求項の発明は、前記架橋硬化型屈折率整合剤は、屈折率1.46±0.05、光透過率80%以上、破断伸び50%以上、ガラス粘着力50g/10mm幅以上である請求項1に記載の光コネクタである。
請求項3の発明は、前記架橋硬化型屈折率整合剤の取付厚さが5〜100μmである請求項1またはに記載の光コネクタである。
請求項の発明は、前記他の光ファイバは、シングルモードファイバあるいはホーリーファイバである請求項1〜いずれかに記載の光コネクタである。
本発明によれば、ホーリーファイバを接続しても安定した接続損失および反射減衰量を得ることが可能となる。
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。
図1(a)は、本発明の好適な実施形態を示す光コネクタの部分縦断面図、図1(b)はV溝基板の横断面図である。
図1(a)および図1(b)に示すように、本実施形態に係る光コネクタ1は、基本的には、図6〜図8で説明した従来の光コネクタ61と同様の構成である。
すなわち、光コネクタ1は、コネクタ本体(メカニカルスプライス部)2と、そのコネクタ本体2の一端(図1(a)では左端)に接続されて一方の光ファイバの一端部が挿入固定されるフェルール3と、これらコネクタ本体2とフェルール3を収納するハウジング4とで主に構成される。
本発明の光コネクタは、現地(例えば、光ファイバの敷設現場など)で光ファイバ同士の接続を研磨処理や融着処理などを用いず簡易的に接続することができ、接続する光ファイバの端面をカットするのみで接続を可能とするものである。
コネクタ本体2は、細長いV溝基板5と、そのV溝基板5にヒンジなどで開閉自在に設けられてV溝基板5上に重ね合わされる押さえ基板6と、これら重ね合わせたV溝基板5と押さえ基板6の開閉側の側面を除いて取り付けられ、V溝基板5と押さえ基板6を閉まる方向に(図1では、上下両側から)付勢する横断面がほぼコ字状クランプ7とからなる。
V溝基板5の上面中央には、その長手方向に沿って接続する光ファイバ同士を載置して高精度に位置決めするためのV溝8が形成される。フェルール3の一端からV溝8の中央部までには、接続する一方の光ファイバ(内蔵ファイバ)として、シングルモードファイバ11が設けられる。このシングルモードファイバ11の他端面には、架橋硬化型屈折率整合剤rが設けられる。そして、この架橋硬化型屈折率整合剤rを介してホーリーファイバ51がシングルモードファイバ11と突き合わせ接続される。
シングルモードファイバ11は、より詳細には図2に示すように、コアとクラッドとからなるガラスファイバ21の外周に被覆層22が設けられたものである。V溝8に載置する前に、このシングルモードファイバ11の被覆層を所定長さ除去し、図2および図3に示すようにガラスファイバ21を露出させた後、ガラスファイバ21の他端面に架橋硬化型屈折率整合剤rを取り付け、これを硬化させてほぼ半球状あるいは側面視でほぼ台形状に形成する。
架橋硬化型屈折率整合剤整合剤rとしては、屈折率整合性を有する有機材料、例えば、アクリル系、エポキシ系、ビニル系、エチレン系、シリコーン系、ウレタン系、ポリアミド系、ポリイミド系、フッ素系、ポリブタジエン系、ポリカーボネート系などの樹脂から必要に応じた屈折率や光透過率などの光学特性を有するものから選択でき、特に限定するものではない。
架橋硬化型屈折率整合剤rとは、熱や光、湿気、電子線などにより架橋反応し、液状またはグリース状から弾性を有する固体状に変化するものであり、光ファイバ同士を接続してなる光ファイバ接続部での光伝送が可能なものであればよい。
架橋硬化型屈折率整合剤rの屈折率は1.46±0.05とするのが好ましい。この範囲を超えると接続損失の増加や反射減衰量の低下が著しくなるためである。架橋硬化型屈折率整合剤rは、好ましくは常温での屈折率が1.46±0.01とすることがよく、さらに好ましくは、−40〜−70℃において屈折率変化が±2%以内とすることがよい。
架橋硬化型屈折率整合剤rの光透過率を80%以上、より好ましくは90%以上とするのがよい。それより小さいと、光ファイバ接続部での接続損失が1dBを超えて大きくなるためである。
また、架橋硬化型屈折率整合剤rの破断伸びが50%以上、好ましくは100%以上とするのがよい。それより小さいと、光ファイバ接続時の押圧による変形の際に、架橋硬化型屈折率整合剤rに亀裂や崩れが生じやすくなるためである。
さらに、架橋硬化型屈折率整合剤rのガラス粘着力が50g/10mm幅以上のものを用いることが好ましい。これより小さいと、本実施形態に係る光コネクタ1のような接続用光コネクタでは、光ファイバの脱着がくり返し行われるため、架橋硬化型屈折率整合剤rが取れてしまう問題が生じやすいためである。
より詳細には、シングルモードファイバ11の他端面に取り付けた架橋硬化型屈折率整合剤r硬化後の表面のガラス粘着力を、シングルモードファイバ11と接続する他方の光ファイバの一端面側の粘着力より小さくすることがよい。これは接続用光コネクタでは、光ファイバの脱着が繰り返されるため、上述したガラス粘着力が粘着力と同等あるいはそれより強いと、他方の光ファイバ(接続ファイバ)を抜いた際に、抜いた他方の光ファイバ側に架橋硬化型屈折率整合剤rが付いてきてしまう問題が生じやすいためである。
ここで、ガラス粘着力とは、石英スライドガラス板上に厚さ100μmの架橋硬化型屈折率整合剤rのフィルム層を形成して硬化させたフィルムを、10mm幅の短冊状に加工し、JIS Z0237の「90°引きはがし法」に準拠し、剥離速度50mm/minで石英スライドガラスに対して90°剥離する際の荷重を求めたものである。
架橋硬化型屈折率整合剤rの取付厚さは、5〜100μm以下とするのが好ましい。5μmより薄いと屈折率整合剤が少ないため屈折率整合性が得にくくなるほか、ファイバ同士の接触が起こりやすく、端面にキズなどができやすくなる問題があるためである。また、100μmより厚くなると、ファイバ同士の端面間の間隔が広くなりやすく、軸ズレ7や温度による膨張・収縮の影響を受けやすくなるためである。好ましくは10〜60μm、さらに好ましくは15〜40μmがよい。
ここで取付厚さとは、シングルモードファイバ11の他端面から、シングルモードファイバ11の他端面にほぼ半球状あるいは側面視でほぼ台形状に形成して取り付けた架橋硬化型屈折率整合剤rの最も厚い部分の他端面までの厚さのことをいう。
V溝基板5上に形成したV溝8には、そのV溝8内に位置する架橋硬化型屈折率整合剤rに周囲温度の変化でかかる応力を緩和させる空間(空間部、あるいは凹溝)9,9が設けられる。本実施形態では、V溝8の両方の傾斜面8L,8Rに、それぞれ空間9,9を設けた。各空間9,9の形状は、V溝8の長手方向に沿ってほぼ半円柱状(横断面視でほぼ半円状)に形成される。
各空間9,9は、直径が5〜40μmであるとよい。5μmより小さいと硬化した架橋硬化型屈折率整合剤rが逃げる空間9,9の体積が足りなく、安定した反射減衰量特性を得ることができず、40μmより大きいと、V溝8で固定される接続する光ファイバに軸ズレが起きやすくなるためである。
次に、光コネクタ1の組み立て手順を説明する。
シングルモードファイバ11の他端部を端末処理して被覆層22を除去し、シングルモードファイバ11の他端面に、架橋硬化型屈折率整合剤rをポッティングにより塗布し、熱や光、湿気、電子線などにより架橋反応させ、硬化させる。
押さえ基板6を開き、架橋硬化型屈折率整合剤rを取り付けたシングルモードファイバ11を、一端側からフェルール3に挿入して固定し、他端部をV溝基板5のV溝8に載置する。このとき、硬化した架橋硬化型屈折率整合剤rが空間部9,9に位置するようにし、シングルモードファイバ11の一端面とフェルール3の一端面を一致させる。
その後、押さえ基板6を閉め、V溝基板5上に押さえ基板6を重ね合わせ、これらV溝基板5と押さえ基板6にクランプ7を取り付ける。これにより、光コネクタ1が組み立てられる。
続いて、光コネクタ1を用いた光ファイバの接続方法を、他方の光ファイバとしてホーリーファイバ51を用いる例で説明する。
まず、光コネクタ1を用意する。予めホーリーファイバ51の一端面をカットしておき、図7および図8で説明したのと同様にして、光コネクタ1を治具に固定し、V溝基板5と押さえ基板6の開閉側の側面に形成した隙間にくさびを入れ、ホーリーファイバ51をカットした一端面からコネクタ本体2内に挿入し、V溝8上で案内しながら硬化した架橋硬化型屈折率整合剤rにホーリーファイバ51の一端面を当接させる。
最後に、くさびを抜くと、コネクタ本体2にシングルモードファイバ11とホーリーファイバ51とが固定され、シングルモードファイバ11とホーリーファイバ51が硬化した架橋硬化型屈折率整合剤rを介して突き合わされ、光学的に接続される。
本実施形態の作用を説明する。
光コネクタ1は、シングルモードファイバ11の端面に架橋硬化型屈折率整合剤rを設け、V溝基板5上に形成したV溝8に、V溝8内に位置する硬化した架橋硬化型屈折率整合剤rにかかる応力を緩和させる空間9,9を設けている。
シングルモードファイバ11とホーリーファイバ51を接続した後の光コネクタ1は、架橋硬化型屈折率整合剤rが主に樹脂成分からなるため、周囲温度の変化により、膨張・収縮し、架橋硬化型屈折率整合剤rに引張り応力や圧縮応力などの応力が加わる。
光コネクタ1では、空間部9,9により、架橋硬化型屈折率整合剤rにかかる応力を、特に、膨張時に架橋硬化型屈折率整合剤rが空間9,9に逃げることで、引張り応力を緩和できる。
これにより、光コネクタ1は、光ファイバ同士の敷設現場接続において、ファイバ接続部の架橋硬化型屈折率整合剤rの温度依存性による伝送損失の増加を抑制することができ、反射減衰量の経時変動も小さくできる。
したがって、光コネクタ1によれば、安定した接続損失および反射減衰量特性を得ることが可能となる。
また、光コネクタ1は、シングルモードファイバ11の他端面に、ガラス粘着力が50g/10mm幅以上の架橋硬化型屈折率整合剤rを設けている。このため、光コネクタ1は、ホーリーファイバ51の空孔に架橋硬化型屈折率整合剤rが侵入しにくく、接続する光ファイバの端面間に位置する架橋硬化型屈折率整合剤rが必要以上に減少したり、接続する光ファイバの端面間にに空隙や気泡が発生したりすることもなく、光学特性が安定である。
さらに、光コネクタ1は、組み立ても簡単であり、光ファイバ同士の接続においても、ホーリーファイバ51の空孔を封止する専用の装置や、融着機などが不要であり、接続作業時間が短く、低コストで簡単に行うことができる。
本実施形態に係る光コネクタ1の空間部9,9の変形例としては、図4に示すように、V溝基板5上に形成したV溝8の傾斜面8L,8Rに、V溝8の長手方向に沿って立方体、あるいは直方体状の空間49,49を設けてもよく、上述と同じ作用効果が得られる。
この場合、各空間49,49の1辺が5〜40μmであるとよい。5μmより小さいと硬化した架橋硬化型屈折率整合剤rが逃げる空間49,49の体積が足りなく、安定した反射減衰量特性を得ることができず、40μmより大きいと、V溝8で固定される接続する光ファイバに軸ズレが起きやすくなるためである。
上記実施形態では、V溝8の両方の傾斜面8L,8Rにそれぞれ空間を設けた例で説明したが、いずれか一方の傾斜面に空間を設けてもよい。
また、上記実施形態では、コネクタに内蔵したシングルモードファイバ11とホーリーファイバ51を接続する例で説明したが、シングルモードファイバ同士を接続してもよい。
(実施例1、比較例1)
架橋硬化型屈折率整合剤rとして、n−ブチルアクリレート/メチルアクリレート/アクリル酸/2−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体(配合比=82/15/2.7/0.3)からなるアクリル系樹脂の50%酢酸エチル溶液100重量部に、コロネートL(日本ポリウレタン工業社製)1.0重量部を配合して混合した。
得られた架橋硬化型屈折率整合剤rとしてのアクリル系粘着材塗布液を、分光光度計にて1300〜1600nmの波長領域における光透過率を測定したところ、93〜95%であった。また、アクリル系粘着材塗布液をアッベ屈折率計で測定したところ、常温にて1.465±0.005であった。また、アクリル系粘着材塗布液から厚さ100μmのフィルムを作製し、10mm幅の短冊状試験片にて、引張速度50mm/minで破断伸びを測定したところ、200〜300%であった。石英スライドガラス板上に厚さ100μmの架橋硬化型屈折率整合剤rのフィルム層を形成し、硬化させたフィルムを、10mm幅の短冊状に加工し、JIS Z0237の「90°引きはがし法」に準拠し、剥離速度50mm/minで石英ガラスとの90°剥離する際の荷重を求めたところ、ガラス粘着力は500〜1000g/10mm幅であった。
上記のようにして得られた架橋硬化型屈折率整合剤rを、光ファイバ心線(日立電線社製 BBG−SM−WF、外径約250μm、ファイバ径125±1μm)の被覆層を約200mm除去し、除去されたガラスファイバ表面をアルコール洗浄した後、ガラスファイバの端部をファイバカッターにて、直角カット(角度1°以下)した端面にポッティングして付け、硬化させた。架橋硬化型屈折率整合剤rの取付厚さは20〜25μmとした。
得られた架橋硬化型屈折率整合剤r付き光ファイバ心線を、フェルール3に挿入固定し、フェルール3一端面でガラスファイバをカットし、端面を研磨処理したものを組み込んだ光コネクタ1(実施例1)を5個準備した。ただし、V溝基板5のV溝8には、1辺が10μmの立方体の空間49,49を設けた。
同様に、図7の従来の光コネクタ61(比較例1)を5個準備した。
次に、現地配線に使用するホーリーファイバ51(日立電線社製 BBG−HF、外径約250μm、ファイバ径φ125±1μm)の片端の被覆を除去し、除去部のガラス表面をアルコール洗浄した後、端部をファイバカッターにて直角カットし、準備した実施例1の光コネクタ1、比較例1の光コネクタ61にそれぞれ挿入してメカニカルスプライス接続を行った。接続したホーリーファイバ51の初期の接続損失、反射減衰量、24時間常温(23±2℃)放置中の損失増加量および反射減衰変動量を測定した。
(実施例2、比較例2)
架橋硬化型屈折率整合剤rとして、SD4590/BY24−741/SRX212/トルエン(=100/1.0/0.9/50(重量部))からなる付加型シリコーン系粘着材塗布液(いずれも東レ・ダウコーニング社製)を用意した。得られた架橋硬化型屈折率整合剤rとしての付加型シリコーン系粘着材塗布液を、分光光度計にて1300〜1600nmの波長領域における光透過率を測定したところ、92〜94%であった。また、シリコーン系粘着材塗布液の屈折率をアッベ屈折率計で測定したところ、常温にて1.465±0.005であった。
また、シリコーン系粘着材塗布液から厚さ100μmのフィルムを作製し、10mm幅の短冊状試験片にて、引張速度50mm/minで破断伸びを測定したところ200〜300%であった。石英スライドガラス板上に厚さ100μmの架橋硬化型屈折率整合剤rのフィルム層を形成し、硬化させたフィルムを、10mm幅の短冊状に加工し、JIS Z0237の「90°引きはがし法」に準拠し、剥離速度は50mm/minで石英ガラスとの90°剥離する際の荷重を求めたところ、ガラス粘着力は500〜1000g/10mm幅であった。
上記のようにして得られた架橋硬化型屈折率整合剤rを用い、実施例1と同様にして、光コネクタ1(実施例2)を5個準備し、図7の従来の光コネクタ61(比較例2)を5個準備し、それぞれホーリーファイバ51との接続を行い試験した。これらの結果を表1に示す。
Figure 0004924024
表1に示すように、V溝8に空間49,49を設けた実施例1,2の光コネクタ1は、接続時や周囲温度変化時に架橋硬化型屈折率整合剤rが空間49,49に逃げ、架橋硬化型屈折率整合剤rにかかる内部応力を緩和するため、反射減衰量の増減変動を3〜3.5dB内に抑制することができた。
これに対し、比較例1,2の光コネクタ61は、空間を設けていないV溝66なので、架橋硬化型屈折率整合剤rにかかる内部応力を緩和する作用効果が得られず、反射減衰量の増減変動が15〜18dBと大きかった。
図1(a)は本発明の好適な実施形態を示す光コネクタの部分縦断面図、図1(b)はV溝基板の一例を示す横断面図である。 シングルモードファイバのガラス端面に架橋硬化型屈折率整合剤を取り付けた概略図である。 シングルモードファイバ11のガラス端面に架橋硬化型屈折率整合剤を取り付けたガラス素線端面部の拡大写真である。 V溝基板の一例を示す横断面図である。 ホーリーファイバの一例を示す横断面図である。 従来の光コネクタの部分縦断面図である。 従来の光コネクタの接続手順を示す概略図である。 従来の光コネクタの接続手順のうち、図8(a)はくさび挿入前の正面図(または背面図)、図8(b)はくさび挿入時の正面図(または背面図)である。
符号の説明
1 光コネクタ
3 フェルール
5 V溝基板
8 V溝
9,9 空間
11 光ファイバ
51 他の光ファイバ

Claims (4)

  1. フェルールと、該フェルールに接続されているV溝基板と、該V溝基板に開閉自在に設けられて該V溝基板上に重ね合わされる押さえ基板と、これら重ね合わせた前記V溝基板と前記押さえ基板の開閉側の側面を除いて取り付けられ、前記V溝基板と前記押さえ基板を閉まる方向に付勢するコ字状クランプとを備え、前記V溝基板上のV溝で光ファイバと他の光ファイバを突き合わせ接続する光コネクタにおいて、
    前記他の光ファイバが前記光ファイバの端面に設けられ、かつ、硬化した架橋硬化型屈折率整合剤を介して接続され、
    前記V溝に、前記架橋硬化型屈折率整合剤にかかる応力を緩和させる空間部を設け、
    前記硬化した架橋硬化型屈折率整合剤が前記空間部に位置するようにしたことを特徴とする光コネクタ。
  2. 前記架橋硬化型屈折率整合剤は、屈折率1.46±0.05、光透過率80%以上、破断伸び50%以上、ガラス粘着力50g/10mm幅以上である請求項1に記載の光コネクタ。
  3. 前記架橋硬化型屈折率整合剤の取付厚さが5〜100μmである請求項1または2に記載の光コネクタ。
  4. 前記他の光ファイバは、シングルモードファイバあるいはホーリーファイバである請求項1〜3いずれかに記載の光コネクタ。
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