JP5027790B2 - 屈折率整合シート及びそれを用いた光コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、例えば光ファイバを挿通し固定する一対のフェルール間に設けられる屈折率整合シート及びそれを用いた光コネクタに関する。

従来より、光コネクタの接続部に、光損失を低減するための屈折率整合剤を介在させる方法が知られている。この方法は、屈折率整合剤として例えばグリース状のものが光ファイバ先端に塗布され、光ファイバ同士を突き合わせる際に、接続端面間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、光結合ロスを低減するものである。

また、光ファイバの接続部にグリース状のものではなく、単一層からなるシート状粘着材を、屈折率整合性を有する接続部材として、光ファイバを固定した１対のフェルール同士の間に挟んで光学接続する光コネクタが知られている（例えば特許文献１参照）。係るシート状粘着材を設けた光コネクタによれば、単純な構造で、光ファイバ同士を密着させることができ、また光ファイバ端面の研磨の有無に関らず光学安定性に優れ、さらに簡便に着脱が可能であり、良好な作業性を得ることができる。

特開２００５−３５１９９８号公報

しかしながら、従前のグリース状の屈折率整合剤では、熱膨張によって、流れたり、薄くなったりして間隙を生じる。また、メンテナンスの際には、古い屈折率整合剤を拭き取り、再度一定量塗布する作業が必要になるため、多大な労力を要し、作業性の悪い問題があった。また、屈折率整合シートを用いる場合では、繰り返しのコネクタ着脱が行われると、シートが光ファイバ端面から繰り返し荷重を受け、シート自体が破損する場合があった。このため、所定の光学特性（光結合ロス、反射特性）を長期的に確保することが困難であった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、コネクタ着脱によってシートに加わる荷重を緩和することができ、シートの破損を低減できる屈折率整合シート及びそれを用いた光コネクタを提供し、もって、耐久性を高め、光結合ロスの発生抑止を図ることを目的とする。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１） 光ファイバのコアと一致する屈折率を有し、該光ファイバを挿通し固定する一対のフェルール間、又は該フェルールを含む一対のプラグ間に設けられる屈折率整合シートであって、
粘着層と保護層との間に少なくとも１層の緩衝層を有したことを特徴とする屈折率整合シート。

この屈折率整合シートによれば、コネクタ着脱によってシートに加わる荷重が、緩衝層によって緩和され、光ファイバ先端の当たる粘着層に応力が集中せず、疲労が生じ難くなる。仮に粘着層が破れた場合であっても、光ファイバが緩衝層に当接し、保護層に直接当接することがない。

（２） （１）の屈折率整合シートであって、
シート厚が、２０〜６０μｍの範囲であることを特徴とする屈折率整合シート。

この屈折率整合シートによれば、２０μｍ以下とした場合の製造の困難性が回避され、６０μｍ以上とした場合の透過率の低下が回避でき、良好な製造性の下で、透過率が確保できる。

（３） （１）又は（２）の屈折率整合シートであって、
前記緩衝層が、前記保護層より柔らかく、前記粘着層より硬い貯蔵弾性率を有することを特徴とする屈折率整合シート。

この屈折率整合シートによれば、粘着層、緩衝層、保護層の順で、粘弾性（弾性と粘性の組み合わせ）が小さくなり（すなわち、硬くなり）、粘着層が直接保護層に積層される場合に比べ、応力が緩衝層に吸収される分、光ファイバから粘着層に加わる荷重が緩和される。仮に粘着層が裂けても、光ファイバが保護層に直に当接せず、保護層より柔らかい緩衝層に当接することで、保護層に当接する場合に比べ、光ファイバ先端との密着性・追従性が良好となり、光結合ロスを発生し難くできる。また、緩衝層が介在することで、粘着層と保護層との密着性を高めることができ、フェルールの先端面に対する追従性も高めることができる。

（４） （１）又は（２）の屈折率整合シートであって、
前記粘着層と前記保護層を積層したシートが、同一の積層向きで複数枚重ねられたことを特徴とする屈折率整合シート。

この屈折率整合シートによれば、粘着層と保護層を積層した第１のシートと、第２のシートが同一の積層向きで重ねられ、第１のシートの保護層に、第２のシートの粘着層が接着される。したがって、フェルールの先端面側から、粘着層、保護層、粘着層、保護層の順で積層され、最下層の粘着層と、最上層の保護層との間に、保護層と粘着層の２層が緩衝層となって挟まれる。したがって、簡素な２層構造のシート同士を貼り合わせることで、容易に緩衝層付きの屈折率整合シートを得ることができる。

（５） （１）〜（４）のいずれか１つの屈折率整合シートが、
光ファイバを挿通し固定するフェルールの光ファイバ保持孔の開口する先端面に設けられたことを特徴とする光コネクタ。

この光コネクタによれば、光ファイバから屈折率整合シートに加わる荷重が緩和され、シートの耐久性が高められ、繰り返しの着脱が可能となる。

本発明に係る屈折率整合シートによれば、光ファイバを挿通し固定する一対のフェルール間に設けられる屈折率整合シートであって、粘着層と保護層との間に少なくとも１層の緩衝層を設けたので、コネクタ着脱によってシートに加わる荷重を緩和することができ、シートの破損を低減できる。この結果、耐久性を高め、光結合ロスの発生を抑止することができる。

本発明に係る光コネクタによれば、粘着層と保護層との間に少なくとも１層の緩衝層を有した屈折率整合シートを、フェルールの光ファイバ保持孔の開口する先端面に設けたので、光ファイバから屈折率整合シートに加わる荷重を緩和し、シートの耐久性を高めることができる。この結果、繰り返しのコネクタ着脱を行っても、長期に渡って安定した光結合特性を維持できる。

以下、本発明に係る屈折率整合シート及びそれを用いた光コネクタの好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る屈折率整合シートの設けられたフェルールの断面図である。
本実施の形態に係る屈折率整合シート１は、光ファイバ３のコアと一致する屈折率を有し、光ファイバ３を挿通し固定する一対のフェルール５間、又はフェルール５を含む一対のプラグ（光コネクタ）間に設けられる。

図２は図１に示したフェルールの設けられた光コネクタの断面図である。
光コネクタ７は、被覆付き光ファイバ３に装着される光コネクタであって、被覆付き光ファイバ３を挿通し固定する本体部９と、この本体部９に嵌合すると共に、本体部９と同軸の光ファイバ保持孔１１を連通させた例えばジルコニア製などのフェルール５と、本体部９及び該本体部９から突出しているフェルール５の一部を覆うハウジング１３とから構成されている。

本体部９は、先端にフェルール５が嵌合装着されるベース部材１５と、該ベース部材１５の後方の切欠部１５ａ上に重ねられる余長収容部用蓋部材１７及び固定手段である固定用蓋部材１９と、ベース部材１５上に重ねられた各蓋部材１７，１９をベース部材１５と一体的に挟持固定するクランプ部材２１とから構成されている。ベース部材１５は、被覆付き光ファイバ３を挿通するファイバ挿通部２３が貫通形成されると共に、先端側にはフェルール５の基端部が嵌合するフェルール嵌合孔２５が形成されている。

ファイバ挿通部２３の上方には、被覆付き光ファイバ３の余長（撓み部分）３ａを収容する余長収容空間２７が画成される。クランプ部材２１は、例えば、ばね用の金属板のプレス成形により形成されたもので、各蓋部材１７，１９の上面とベース部材１５の下面とを挟持することにより、各蓋部材１７，１９をベース部材１５に固定する。

フェルール５の光ファイバ保持孔１１は、被覆付き光ファイバ３の外径と略同一内径を有する第１孔部２９と、被覆付き光ファイバ３の先端の被覆３ｂを除去した裸光ファイバ３１の外径と略同一の内径を有する第２孔部３３と、第１孔部２９と第２孔部３３との間に位置して被覆付き光ファイバ３の先端部で除去した被覆３ｂを収容する空間である被覆受け部３５とを備えている。

被覆受け部３５に臨む第２孔部３３の端部は、第１孔部２９側より挿入される被覆付き光ファイバ３の被覆３ｂが当接し、当該被覆３ｂを剥がす被覆除去部３７（図１参照）を形成している。被覆除去部３７は、第１孔部２９を挿通した被覆付き光ファイバ３に当接した際に、被覆３ｂに当接し、被覆除去を行うことができる。

第２孔部３３の開口するフェルール５の先端面５ａには、上記した屈折率整合シート１が貼付される。光ファイバの接続に使用する屈折率整合シートに求められる特性としては、光学特性と機械特性がある。光学特性としては透過率と屈折率があり、透過率は光結合ロス、屈折率は反射特性を決める要因となる。機械特性としては強度と粘着性があり、強度は繰り返しのコネクタ着脱に対しシート破損を生じさせない耐久性であり、粘着性は嵌合を外してもシートがフェルール先端面から剥がれることのない接着力を決める要因となる。

図３は図１に示した屈折率整合シートの構成例を（ａ）（ｂ）（ｃ）で表した断面図である。
屈折率整合シート１は、図３（ａ）に示すように、基本構成として粘着層（「ソフト層」とも称す。）４１と保護層（「ハード層」とも称す。）４３との間に少なくとも１層の緩衝層（「ミドル層」とも称す。）４５を有し、粘着層４１側がフェルール５の先端面５ａに貼り付けられる。フェルール５は、裸光ファイバ３１が先端面５ａより僅かに（使用状態において先端面５ａより後退しない突出量にて）突出しているので、屈折率整合シート１は、粘着層４１が裸光ファイバ３１の先端によって押圧された状態となる。光コネクタ７，７同士の接続時には、この突出量分だけ裸光ファイバ３１がフェルール５内に後退される。

屈折率整合シート１では、粘着層４１が先端面５ａ側に配置され、裸光ファイバ３１の先端面に発生する凹凸がこの粘着層４１で吸収され、裸光ファイバ３１の先端面を研磨する必要がなくなる。また、保護層４３が外側となり、タック性を弱めることで、屈折率整合シート１の相手コネクタヘの粘着が生じず、屈折率整合シート１のフェルール５の先端面５ａからの剥がれが防止できるようになされている。

屈折率整合シート１のシート厚Ｔは、２０〜６０μｍの範囲であることが好ましい。シート厚Ｔを２０〜６０μｍの範囲とすれば、２０μｍ以下とした場合の製造の困難性が回避され、６０μｍ以上とした場合の透過率の低下が回避でき、良好な製造性の下で、透過率が確保できる。

緩衝層４５は、保護層４３より柔らかく、粘着層４１より硬い貯蔵弾性率を有することが好ましい。貯蔵弾性率とは、フィルムのような粘弾性体（弾性と粘性の両方の性質をもつ物質）の性質の一つであり、試料の硬さを表す単位を言う。この貯蔵弾性率は、「加流ゴム及び熱可塑性ゴムの動的性質試験」（ＪＩＳ Ｋ ６３９４）（ＩＳＯ ４６６４）にて定める試験方法で求められる。屈折率整合シート１では、粘着層４１、緩衝層４５、保護層４３の順で、粘弾性（弾性と粘性の組み合わせ）が小さくなり（すなわち、硬くなり）、粘着層４１が直接保護層４３に積層される場合に比べ、緩衝層４５に吸収される分、光ファイバから粘着層に加わる荷重が緩和される。屈折率整合シート１の各層の推奨物性値を表１に示す。

図４は２層シートの繰り返し着脱時の挙動を説明する断面図である。
仮に緩衝層４５を有しない、粘着層４１と保護層４３のみからなる図４（ａ）に示す２層の屈折率整合シート５００を備えた光コネクタでは、着脱が繰り返し行われると、屈折率整合シート５００が厚み方向に圧縮・復元を繰り返し、特に僅かに突出した裸光ファイバ３１の当接部分に応力が集中し、５０回以上のコネクタ着脱が繰り返されれば、破れ４７が生じ易くなる。

これに対し緩衝層４５を設けた屈折率整合シート１では、コネクタ着脱によってシートに加わる荷重が、緩衝層４５によって緩和され、裸光ファイバ３１の先端の当たる粘着層４１に応力が集中せず、疲労が生じ難くなる。また、仮に粘着層４１が破れた場合であっても、裸光ファイバ３１が緩衝層４５に当接し、保護層４３に直接当接することがない。保護層４３より柔らかい緩衝層４５に当接することで、保護層４３に当接する場合に比べ、裸光ファイバ３１との密着性・追従性が良好となり、光結合ロスを発生し難くできる。また、緩衝層４５が介在することで、粘着層４１と保護層４３との密着性を高めることができ、フェルール５の先端面５ａに対する追従性も高めることができる。

また、屈折率整合シート１は、光ファイバ３が外力によって微少振動することを抑制する効果も有する。光ファイバ３は、外部で種々の物体に接しており、それらからの外力を内部に伝達する媒体にもなる。光ファイバ３が、外部の周期性振動を受け、その振動が機械的共鳴振動数近傍である場合、光ファイバ３の先端は共鳴振動を起こし、相手コネクタとの安定的な結合状態を低下させる。屈折率整合シート１は、このような振動の防止及び減衰にも有効となる。

さらに、屈折率整合シート１はフェルール５と光ファイバ３の熱膨張差を緩衝する効果も有し、相互の熱膨張係数差による応力や歪を光ファイバ３の先端と相手コネクタの接続部に集中させず、フェルール５の先端面５ａの全体に分散させる効果を有する。つまり、熱サイクルの劣化等を防止するためにも有効となる。

粘着層４１、緩衝層４５、保護層４３の材料にはアクリル、オレフィン、シリコーン、エポキシ、スチレン、フェノール系樹脂等を用いることができる。硬さ（貯蔵弾性率）を変えるには、上記材料に添加剤を添加することにより、任意に柔軟性を調節することができる。また、熱膨張特性の差を緩衝する効果を高めるためには、上記材料に透明な微粒子フィラー（例えば平均粒径数μｍ〜数１０μｍのシリカや粉砕石英など）を混合させることも有効となる。

また、屈折率整合シート１は、図３（ｂ）に示すように、粘着層４１と保護層４３を積層した屈折率整合シートを、同一の積層向きで２枚重ねた屈折率整合シート１Ａとして形成することもできる。粘着層４１と保護層４３を積層した第１のシート４９と、第２のシート５１が同一の積層向きで重ねられ、第１のシート４９の保護層４３に、第２のシート５１の粘着層４１が接着される。したがって、フェルール５の先端面５ａ側から、粘着層４１、保護層４３、粘着層４１、保護層４３の順で積層され、最下層の粘着層４１と、最上層の保護層４３との間に、保護層４３と粘着層４１の２層が緩衝層４５となって挟まれる。したがって、簡素な２層構造のシート４９，５１同士を貼り合わせることで、容易に緩衝層付きの屈折率整合シート１Ａを得ることができる。
なお、図３（ｂ）では、粘着層４１と保護層４３を積層した屈折率整合シートを２枚重ねした場合を示しているが、本願発明は、このような構成に限定されるものではなく、透過率の低下を招かない範囲で、３枚重ねあるいはそれ以上重ねても同様の効果を得ることができる。

さらに、屈折率整合シート１は、図３（ｃ）に示すように、粘着層４１や保護層４３と異なる材料からなる複数層４５ａ，４５ｂにて緩衝層４５を形成した屈折率整合シート１Ｂとすることもできる。

上記した各屈折率整合シート１、１Ａ、１Ｂによれば、光ファイバ３を挿通し固定する一対のフェルール５，５間に設けられる屈折率整合シートであって、粘着層４１と保護層４３との間に少なくとも１層の緩衝層４５を設けたので、コネクタ着脱によってシート１に加わる荷重を緩和することができ、シート１の破損を低減できる。この結果、耐久性を高め、光結合ロスの発生を抑止することができる。

また、屈折率整合シート１、１Ａ、１Ｂを備えた光コネクタ７によれば、粘着層と４１保護層４３との間に少なくとも１層の緩衝層４５を有した屈折率整合シート１、１Ａ、１Ｂを、フェルール５の光ファイバ保持孔１１の開口する先端面５ａに設けたので、光ファイバ３から屈折率整合シート１に加わる荷重を緩和し、シート１、１Ａ、１Ｂの耐久性を高めることができる。この結果、繰り返しのコネクタ着脱を行っても、長期に渡って安定した光結合特性を維持できる。

上記実施の形態に示した構成と同等の構成を有する屈折率整合シートを作成し、耐久性、光結合ロスを評価した。
図５（ａ）は実施例に係る屈折率整合シートの構成例を表した断面図、図５（ｂ）は他の実施例に係る屈折率整合シートの構成例を表した断面図である。
図５（ａ）示す屈折率整合シート６１は、図３（ｂ）に示した屈折率整合シート１Ａと同等に構成したもので、ソフト層、ミドル層１，ミドル層２，ハード層からなる。ソフト層、ミドル層１が、上記屈折率整合シート１Ａの第１のシート４９に相当し、ミドル層２，ハード層が、上記屈折率整合シート１Ａの第２のシート５１に相当する。この屈折率整合シート６１の貯蔵弾性率、各層の厚みを表２に示す。

図５（ｂ）示す屈折率整合シート６３は、図３（ａ）に示した屈折率整合シート１と同等に構成したもので、ソフト層、ミドル層、ハード層からなる。ソフト層が、上記屈折率整合シート１の粘着層４１に相当し、ミドル層が緩衝層４５に相当し、ハード層が保護層４３に相当する。この屈折率整合シート６３の貯蔵弾性率、各層の厚みを表３に示す。

図５（ａ）に示す表２の屈折率整合シート６１を用いることにより、着脱耐久性５０回以上でも破れが認められず、光結合ロスも０．２ｄＢ以下と小さい値にとどまることが分った。
また、図５（ｂ）に示す表３の屈折率整合シート６３は、屈折率整合シート６１と同等の結果が得られた。

なお、上記実施の形態では、被覆除去部３７の設けられるフェルール５を例に説明したが、本発明に係る屈折率整合シート及びそれを用いた光コネクタは、予め先端の被覆が除去されている被覆付き光ファイバを使って組み立てる研磨レスの簡易組立光コネクタに適用しても、上記同様の効果を奏するものである。

本発明に係る屈折率整合シートの設けられたフェルールの断面図である。 図１に示したフェルールの設けられた光コネクタの断面図である。 図１に示した屈折率整合シートの構成例を（ａ）（ｂ）（ｃ）で表した断面図である。 ２層シートの繰り返し着脱時の挙動を説明する断面図である。 実施例に係る屈折率整合シートの構成例を（ａ）（ｂ）で表した断面図である。

符号の説明

１ 屈折率整合シート
３ 光ファイバ
５ フェルール
５ａ 先端面
７ 光コネクタ（プラグ）
１１ 光ファイバ保持孔
４１ 粘着層
４３ 保護層
４５ 緩衝層
Ｔ シート厚

Claims (4)

1. 光ファイバのコアと一致する屈折率を有し、該光ファイバを挿通し固定する一対のフェルール間、又は該フェルールを含む一対のプラグ間に設けられる屈折率整合シートであって、
   粘着層と保護層との間に少なくとも１層の緩衝層を有し、
   前記緩衝層が、前記保護層より柔らかく、前記粘着層より硬い貯蔵弾性率を有することを特徴とする屈折率整合シート。
2. 光ファイバのコアと一致する屈折率を有し、該光ファイバを挿通し固定する一対のフェルール間、又は該フェルールを含む一対のプラグ間に設けられる屈折率整合シートであって、
   粘着層と保護層との間に少なくとも１層の緩衝層を有し、
   前記粘着層と前記保護層を積層したシートが、同一の積層向きで複数枚重ねられたことを特徴とする屈折率整合シート。
3. 屈折率整合シートの厚さが、２０〜６０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の屈折率整合シート。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の屈折率整合シートが、光ファイバを挿通し固定するフェルールの光ファイバ保持孔の開口する先端面に設けられたことを特徴とする光コネクタ。
   

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