JP5120094B2 - 光コネクタ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバに取り付けられる光コネクタ及びその製造方法に関するものである。

従来、光ファイバを接続するために使用される光コネクタには、光ファイバを挿入して径方向の位置決めをするフェルールが広く用いられている。フェルールに形成されている光ファイバ挿通孔の内径は、挿入される光ファイバの外径と略同等に形成されている。そして、光ファイバを精度良く位置決めする必要性から、フェルールの材質には金属やジルコニアなどの硬度の高いものを用い、切削加工等により光ファイバ挿通孔を形成したものが用いられることが多い。

一方で、エポキシ樹脂等の樹脂材料を用いてフェルールを形成することも知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２９６４５０号公報

金属やジルコニアなどを用いてフェルールを形成すると、材料コストが高くなる他、孔を形成する切削加工等の加工コストも高くなる。

フェルールに挿入する光ファイバの外径は数百μｍ程度であり、フェルールに形成する光ファイバ挿通孔の内径もそれに合わせた寸法とされる。光ファイバ挿通孔の長さは孔の内径に比べてはるかに長いものである。特許文献１のように樹脂によりフェルールを形成すると、金属やジルコニアを用いる場合より安価となるが、成型用の金型に細径で長いピンを設けることが必要となり、ピンの強度を確保することが困難となる。そのため、光ファイバ挿通孔の長さが内径の５倍程度まででないと必要な精度を得ることが難しい。

そこで、本発明の目的は、樹脂材料からなるフェルールを備え、挿入した光ファイバを精度良く位置決めすることのできる光コネクタ及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決することのできる本発明に係る光コネクタは、光ファイバが挿入される光ファイバ挿通孔を有するフェルールを備えた光コネクタであって、
前記フェルールは、樹脂により形成されており、前記光ファイバ挿通孔から前記フェルールの径方向外周面まで達するスリットが設けられていることを特徴とする。

本発明に係る光コネクタにおいて、前記フェルールの接続方向先端部は、前記光ファイバ挿通孔内の光ファイバの径方向への移動を規制する形状となっていることが好ましい。

本発明に係る光コネクタにおいて、前記フェルールは、当該光コネクタの筐体と一体的に形成されていることが好ましい。

本発明に係る光コネクタの製造方法は、光ファイバが挿入される光ファイバ挿通孔を有するフェルールを備えた光コネクタの製造方法であって、
前記フェルールを樹脂成型するための金型が、固定用金型と可動側金型からなり、
前記固定用金型と前記可動側金型の何れか一方に前記光ファイバ挿通孔を形成するためのピンを有するスライド部材が設けられ、
前記可動側金型に、前記光ファイバ挿通孔から前記フェルールの径方向外周面まで達するスリットを形成するためのスリット形成部材が設けられており、
前記金型を用いて前記フェルールを樹脂成型することを特徴とする。

本発明によれば、樹脂により形成されたフェルールの光ファイバ挿通孔から、フェルールの径方向外周面まで達するスリットが設けられているため、その箇所は金型のスリット形成部材をフェルールの径方向外側に抜くことで形成できる。したがって、光ファイバ挿通孔を形成するための金型のピンを短くすることができ、光ファイバ挿通孔を精度良く樹脂成型することができる。

以下、本発明に係る光コネクタ及びその製造方法の実施形態の例を、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の光コネクタに係る一実施形態を示す分解斜視図であり、図２（Ａ）〜（Ｄ）は図１の光コネクタにおける下筐体を示す平面図及び断面図、図３は図１の光コネクタにおける板バネの斜視図、図４（Ａ）は板バネの正面図、（Ｂ）は板バネの平面図、（Ｃ）は板バネの断面図、図５は光ファイバに沿った断面図、図７（Ａ）〜（Ｇ）は光コネクタの組み立て手順の前半を示す工程図、図８（Ａ）〜（Ｄ）は光コネクタの組み立て手順の後半を示す工程図、図９は板バネの弾性部を拡開するための治具の一例を示す斜視図である。

図１に示すように、本実施形態の光コネクタ１０は、下筐体１１と上筐体１２を有しており、上筐体１２を下筐体１１の上部開口に被せることにより、内部空間が形成される。上筐体１２及び下筐体１１は、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）等により成型することができる。

下筐体１１の前部（図１において左部分）には、光コネクタ１０を接続する際に相手側（レセプタクル）に挿入するために断面が小さくなった挿入部１４が設けられており、挿入部１４の前端面から、光ファイバ１３の先端部が挿通されるフェルール２０の先端部２０ａが突出して設けられている。さらに、挿入部１４には、フェルール２０先端部２０ａのスリット２２に連続して光ファイバ１３が挿通可能なスリット１４ａ（図５も参照）が設けられている。なお、スリット１４ａは、金型による成型時の型抜き用としても機能する。

また、挿入部１４の後方（図１において右側）の下筐体１１内部には、フェルール２０に挿入された光ファイバ１３を把持する光ファイバ把持部を含む板バネ３０を下側から支持するリブ１１ｇが設けられている。このリブ１１ｇは、前壁１１ｆ側が低く、後側が高くなるように傾斜している。これにより、下筐体１１内部に取り付けられた板バネ３０は、前下方へ傾斜することになる。

図２に示すように、フェルール２０の先端部２０ａには中心に光ファイバ挿通孔２１（例えば、内径１．２ｍｍ）が設けられており、フェルール２０の中央部及び後部には、光ファイバ挿通孔２１に連続する光ファイバ１３を挿通可能なスリット２２が設けられている。これにより、フェルール２０に長い細孔を形成する必要がなく、フェルール２０の作成が容易になる。なお、フェルール２０は、前述したような樹脂材料を用いて、下筐体１１と一体で成型することもできる。
また、光ファイバ挿通孔２１の横断面形状は円形であり全周が覆われているため、光ファイバ挿通孔２１内の光ファイバ１３の径方向への移動が規制される。したがって、フェルール２０の先端部２０ａにおいて光ファイバ１３の軸ずれが防がれる。また、スリット２２によって開口した部分は、光コネクタ１０が光源等のアダプタ側と嵌合した状態では覆われるため、通信に影響は生じない。

図２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、下筐体１１の内部には、各光ファイバ１３を挟んで光ファイバ把持部へガイドするための把持部側光ファイバガイドである光ファイバガイド１１ａが設けられている。光ファイバガイド１１ａは断面が凹字形状であり、上部に光ファイバ１３を挿入するＶ字形状の開口部を有している。この光ファイバガイド１１ａは、光ファイバ１３の左右方向の位置決めを行うとともに、板バネ３０の左右方向ずれ抑制ガイドの役割も果たしている。

また、光ファイバガイド１１ａ，１１ａの間には、板バネ３０の後端部を持ち上げた状態で支持する板バネ支持台１１ｂが設けられている。また、下筐体１１の後端部には、端部に所定長さの２本の光ファイバ１３を露出させた光ファイバコードの外被部分を把持して固定するケーブル把持部１１ｃが設けられている。また、下筐体１１の前部左右には、光ファイバ１３を把持する際に板バネ３０を拡開するための治具４０（図８参照）を挿入する貫通穴１１ｅが設けられている。光ファイバコードを把持して固定するケーブル把持部１１ｃが下筐体１１に一体的に設けられているので、別個の把持部を設ける必要がなく、コネクタの低コスト化を図ることができる。

なお、２本の光ファイバ１３を一括被覆したタイプの光ファイバコードでは、外被を付けたままのコードの状態で１本ずつの光ファイバ１３に分離できないため、光ファイバ１３が光コネクタ内でＶ字状に開いた状態となるが、光ファイバガイド１１ａによって左右方向の位置を規制しながら、２本の光ファイバを同時に板バネ３０に向けて導入することができる。

なお、下筐体１１の外側面には上筐体１２係止用の突起１１ｄが複数個設けられている。これにより、下筐体１１に上筐体１２を被せたときに、上筐体１２が脱落しないように係止している。また、挿入部１４の下側には、相手側に接続した際の脱落防止用の係止爪１５が上方へ弾性変形可能に設けられている。

図３及び図４に示すように、板バネ３０は、板状の基盤３１と、この基盤３１の左右（図４（Ａ）において左右）両側に一体的に設けられた弾性部３２，３２とを備えている。基盤３１には段部３３が設けられていて、この段部３３に沿って、基盤３１と弾性部３２との間に光ファイバ１３を保持する光ファイバ把持部である光ファイバ保持空間３０ａが左右に設けられている。そして、光ファイバ保持空間３０ａの後方には、基盤３１が後方へ一体的に延びた光ファイバガイド面３１ｂが設けられている。

光ファイバガイド１１ａは、この光ファイバガイド面３１ｂを介して、光ファイバ保持空間３０ａに光ファイバ１３を導くように配置されている。また、段部３３は、基盤３１から斜め下方へ折り曲げてその後、水平に折り曲げることにより形成することができ、段部３３の高さは、保持する光ファイバ１３の外径よりも小さくしておく。そして、弾性部３２，３２が、基盤３１に接近する方向、すなわち光ファイバ１３を挟持する方向（図４（Ａ）中矢印方向）に付勢されている。

これにより、光ファイバ１３は弾性部３２によって基盤３１の水平面及び段部３３に押し付けられることになり、直接光ファイバ１３に接触する接触面積を大きくすることができ、保持力が増加する。また、光ファイバ１３の外周が３箇所以上の接触点で保持されるため、その位置が安定する。
また、保持した光ファイバ１３の最外層がプラスチックであると、光ファイバ１３と基盤３１及び弾性部３２の接触端部でプラスチックが微小変形し、それにより基盤３１及び弾性部３２に対して光ファイバ１３が係止されるため、保持力を強めることができる。光ファイバ１３として、光ファイバ素線あるいは光ファイバ心線と呼ばれる形態のものを使用でき、例えば、外径１２５μｍのガラスファイバの外周に外径２５０μｍで紫外線硬化型樹脂が被覆されたものを好適に使用可能である。また、少なくともクラッドがプラスチックからなるプラスチックファイバの上に、プラスチックの被覆を施した光ファイバも使用可能である。

なお、基盤３１には、左右の弾性部３２，３２を押し上げて弾性部３２と基盤３１との間の隙間を拡開するための貫通孔３１ａ，３１ａが、下筐体１１に設けられている貫通穴１１ｅに対応して設けられている。したがって、基盤３１の下方から貫通孔３１ａを貫通して治具４０（図８参照）を上方へ押し上げることにより、弾性部３２，３２を押し上げて、光ファイバ１３を挿入する空間（光ファイバ保持空間３０ａ）を拡開することができる。

また、基盤３１の後方（図４（Ｂ）において上方）には、板バネ支持部３４が設けられている。板バネ支持部３４は、基盤３１から一端上方へ曲げ上げられ、さらに水平に後方へ延びた後、下方へ折り曲げられ、端部はＶ字状に上方へ折り曲げられて係止部３４ａが形成されている。基盤３１、左右の弾性部３２，３２及び板バネ支持部３４は、一枚の弾性体を折り曲げることによって形成されている。

図５に示すように、光コネクタ１０では、光ファイバ把持部を含む板バネ３０の弾性部３２の下側（光ファイバ保持空間３０ａ）に光ファイバ１３を導く光ファイバガイド面３１ｂは、フェルール２０の先端部２０ａの底面すなわち光ファイバ挿通孔２１に対して傾斜している。そして、フェルール２０の先端部２０ａの底面の後端部の高さよりも、光ファイバ把持部の底面である基盤３１の上面先端部の高さの方が上であることが望ましい。

ここで、各部を下記のように記号化して示す。（入口：光コネクタの接続方向後方側（光ファイバ導入側）、出口：光コネクタの接続方向前方側）
・フェルール２０の先端部２０ａの入口Ｂ（すなわち挿入部１４の前端面）、出口Ａ（すなわちフェルール２０の前端面であり光の入射、出射端）
・フェルール２０の先端部２０ａへのスリット１４ａの入口Ｄ、出口Ｃ
・光ファイバ保持空間３０ａの部分の基盤３１の前部の入口Ｆ、出口Ｅ
・光ファイバ保持空間３０ａへ光ファイバを導く光ファイバガイド面３１ｂの入口Ｈ、出口Ｇ
・光ファイバ保持空間３０ａへの光ファイバガイド１１ａの入口Ｉ、出口Ｈ
つまり、光ファイバ導入側から、Ｉ→Ｈ→Ｇ→Ｆ→Ｅ→Ｄ→Ｃ→Ｂ→Ａとする。

このとき、各部の底面の高さ位置をＩ＞Ｈ＞Ｇ＝Ｆ＞Ｅ＞Ｄ≧Ｃ＝Ｂ≧Ａの関係とする。さらに、Ｈ／Ｉ傾斜角度≧Ｇ／Ｈ傾斜角度＝Ｆ／Ｅ傾斜角度＞Ｄ／Ｃ傾斜角度＝Ｂ／Ａ傾斜角度≧０°とする。すなわち、フェルール２０の底面は貫通穴２１の底面であり、この底面を基準面（水平）とすると、傾斜角度はゼロである。一方、基盤３１は、板バネ支持部３４の係止部３４ａを下筐体１１の板バネ支持台１１ｂに載せることにより後方が高くなるように傾斜している。すなわち、光ファイバ把持部である基盤３１の前部及び光ファイバガイド面３１ｂである基盤３１の後部が傾斜することになる。基盤３１の傾斜角度θは、１°以上１０°以下が好ましく、例えば、３°程度に設定すると良い。なお、Ｄ〜Ｅ間の隙間における傾斜角度差や段差（高さ位置の差）は、光ファイバ１３の許容曲げ半径を考慮して設計するもので、光ファイバ挿入性には関係せず、傾斜角度、段差を小さく設定すれば、光コネクタ１０の全長を短くすることができる。

次に、光コネクタ１０の製造方法について説明する。
図６に示す例は、フェルール２０と下筐体１１を一体に成型するものであり、固定用金型５１と可動側金型５２からなる金型５０内に樹脂が充填された状態を示している。固定用金型５１には、フェルール２０及び下筐体１１を成型するための型形状が形成されているとともに、フェルール２０の先端部に光ファイバ挿通孔２１を形成するためのピン５４を有するスライド部材５３が設けられている。スライド部材５３は、光ファイバ挿通孔２１の軸方向にスライド可能とされている。可動側金型５２には、下筐体１１を成型するための型形状が形成されているとともに、光ファイバ挿通孔２１からフェルール２０の径方向外周面まで達するスリット２２を形成するための板状のスリット形成部材５５が設けられている。可動側金型５２は、図６に示す向きで固定用金型５１に対して上下に接離可能であり、スリット形成部材５５も固定用金型５１とともに移動可能である。

図６（Ａ）は、固定用金型５１と可動側金型５２を突き合わせて金型５０を閉じた状態であり、この状態で金型５０内に樹脂（ＰＢＴ、ＰＥＳ、ＰＥＩ等）が充填される。なお、ピン５４の下端部とスリット形成部材５５の下端部とは上下位置が揃っている。そして、金型５０内の樹脂が固まったら、図６（Ｂ）に示すように可動側金型５２を上方向に移動させて固定用金型５１から離し、それに伴いスリット形成部材５５を樹脂内から抜く。また、固定用金型５１内のスライド部材５３をフェルール２０の前方（図中右方向）へスライドさせて、ピン５４を樹脂内から抜く。これにより、フェルール２０の先端部には短い光ファイバ挿通孔２１が形成されるとともに、光ファイバ挿通孔２１から連続しフェルール２０の径方向外周面まで達するスリット２２が形成される。なお、スリット２２の下端部は、光ファイバ挿通孔２１から軸方向に延びた位置上にある。

このように、フェルール２０にスリット２２を形成することによって長い光ファイバ挿通孔２１を形成する必要がなくなり、フェルール２０の作成が高精度かつ容易になる。なお、フェルールにスリットを設けない従来構造で樹脂成型する場合には、光ファイバ挿通孔を形成するピンが長くなり、例えば直径３５０μｍで９．４ｍｍの長さを要する。これに対して、本実施形態のフェルール２０の場合は、ピン５４を、直径３５０μｍで１．１ｍｍの長さのものとすることができる。光ファイバ挿通孔を形成するピンを短くできるので、金型の強度を確保して細い径の孔を形成でき、孔の中心位置のばらつきも抑えることができる。

このようにして形成したフェルール２０及び下筐体１１を用いて、光コネクタ１０を組み立てる。
次に、光コネクタ１０の組み立て手順について説明する。
図７（Ａ）に示すような下筐体１１の内部空間の先端部に、図７（Ｂ）に示すように板バネ３０を取り付ける。図７（Ｃ）に示すように、板バネ３０は、前端を下筐体１１の前壁１１ｆに当接させ、基盤３１を一対の光ファイバガイド１１ａ，１１ａの間にはめ込んでリブ１１ｂの上に当接させ、板バネ支持部３４の係止部３４ａを板バネ支持台１１ｂに係止して取り付け、基盤３１（図５におけるＥ〜Ｈ間）がリブ１１ｂの勾配に沿って前方下向きに傾斜した状態で取り付ける。

次いで、図７（Ｄ）に示すように、下筐体１１を治具４０の上に載せて、板バネ３０の左右の弾性部３２，３２を上方へ弾性変形させて、光ファイバ１３の挿通路を拡開する。なお、治具４０としては、図９に示すように、基台４１の上で上向きに円柱４２，４２が立設されたものを例示することができる。円柱４２の外径は、板バネ３０の基盤３１に設けられている貫通孔３１ａの内径よりも若干小さく、円柱４２，４２の間隔は左右の貫通孔３１ａ，３１ａの間隔と等しくなっている。また、円柱４２の高さは、下筐体１１を基台４１に載せたときに、弾性部３２，３２を上向きに変形させて、光ファイバ１３の挿通路を確保することができる高さとなっている。このように、下筐体１１を治具４０に載せることにより、板バネ３０の弾性部３２，３２は上方へ拡開することになる。

次いで、図７（Ｅ）に示すように、光ファイバ１３を光ファイバガイド１１ａに嵌めて、光ファイバ１３の幅（左右）方向位置を決め、光ファイバ１３の先端を板バネ３０の基盤３１の後部の光ファイバガイド面３１ｂに光ファイバ１３を押しつけて撓ませた状態とする。このとき、光ファイバ１３は光ファイバガイド１１ａによって左右方向の位置が規制されているのみで、上下方向にはフリーの状態である。そして、その撓み状態を維持しながら、光ファイバ１３を光ファイバガイド面３１ｂ上に沿って前方向にスライドさせて、板バネ３０における基盤３１と拡開された弾性部３２との間を段部３３に沿って挿入する。その際、光ファイバ１３に曲げ癖があっても光ファイバ１３を光ファイバガイド面３１ｂに沿わせて光ファイバ保持空間３０ａに導入することが容易である。さらに、光ファイバ１３を前方に進ませて挿入部１４のスリット１４ａに挿入し、フェルール２０の光ファイバ挿通孔２１に挿入して、光ファイバ１３の端部をフェルール２０の前端面から突出させる。

このとき、光ファイバガイド面３１ｂにおける光ファイバ傾斜角度（図５中Ｇ〜Ｈ間）はフェルール２０における傾斜角度（図５中Ｃ〜Ｄ間）よりも大きい（すなわち下向き）ので、光ファイバ１３はフェルール２０のスリット２２の底面に押し付けられながら挿入される。さらに、フェルール２０の先端部２０ａの底面の傾斜はゼロ（水平）であり、挿入部１４のスリット１４ａの底面の傾斜角度の方が大きいので、スリット１４ａから挿入された光ファイバ１３は先端部２０ａの光ファイバ挿通孔２１の底面に押し付けられることになる。これにより、光ファイバ１３の曲げ癖にかかわらず、スリット１４ａの底面に光ファイバ１３が沿わされて先端部２０ａまでスムースに挿入される。

図７（Ｆ）に示すように、光ファイバ１３の挿入が完了したら、光ファイバ１３をケーブル把持部１１ｃによって把持して固定し、図７（Ｇ）に示すように、上筐体１２を下筐体１１に被せて、光コネクタ１０を形成する（図８（Ａ）参照）。

次いで、図８（Ｂ）に示すように、光コネクタ１０を治具４０から取り外し、図８（Ｃ）に示すように、フェルール２０の先端部２０ａから突出している光ファイバ１３を、専用のファイバカッターを用いて、先端部２０ａの前面に合わせてカットする。そして、図８（Ｄ）に示すように、光コネクタ１０が完成する。

このように、光コネクタ１０によれば、光ファイバ把持部である光ファイバ保持空間３０ａに光ファイバ１３を導く光ファイバガイド面３１ｂをフェルール２０の先端部２０ａの底面に対して傾斜させているため、光ファイバ挿入時には曲げ癖にかかわらず光ファイバ１３は下方へ押し付けられる。このため、光コネクタ１０は簡易な構成でありながら、上下方向の位置調整を行うことなく、光ファイバ１３の左右方向の位置を規制するだけで光ファイバ１３の挿入を行うことができ、光ファイバ１３の曲がり癖の影響を受け難く、光ファイバ挿入性に優れている。
また、この構造であれば、各部の中心軸の位置管理の代わりに底面位置の寸法管理となるため、ある程度寸法管理を緩く設定することができ、安価な製造方法を選択することができるため、製造コストを低減することが可能となる。

なお、前記実施形態においては、２本の光ファイバ１３を接続する光コネクタ１０について説明したが、３本以上の光ファイバ１３を接続する構造についても適用することができる。
また、前記実施形態においては、光ファイバガイド面３１ｂを板バネ３０に一体的に設けた場合を例示したが、光ファイバガイド面３１ｂを板バネ３０とは別部品として設けることも可能である。

本発明の光コネクタに係る一実施形態を示す分解斜視図である。 図１に示した下筐体を示す平面図及び断面図である。 図１に示した板バネの斜視図である。 図１に示した板バネを示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は断面図である。 光ファイバに沿った断面図であり、光ファイバの傾斜角度を示す説明図である。 フェルールと下筐体を樹脂成型する状態を示す断面概略図である。 光コネクタの組み立て手順の前半を示す工程図である。 光コネクタの組み立て手順の後半を示す工程図である。 板バネの弾性部を拡開するための治具の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１０…光コネクタ、１１ａ…光ファイバガイド、１３…光ファイバ、２０…フェルール、２１…光ファイバ挿通孔、２２…スリット、３０…板バネ、３０ａ…光ファイバ保持空間、３１ｂ…光ファイバガイド面、５０…金型、５１…固定側金型、５２…可動側金型、５３…スライド部材、５４…ピン、５５…スリット形成部材

Claims (3)

1. 光ファイバが挿入される光ファイバ挿通孔を有するフェルールを備えた光コネクタであって、
   前記フェルールは、樹脂により形成されており、その接続方向先端部は、前記光ファイバ挿通孔内の光ファイバの径方向への移動を規制する形状となっており、その接続方向中央部から後端部にわたって、前記光ファイバ挿通孔から連続して前記フェルールの径方向外周面まで達し、光ファイバを挿通可能なスリットが設けられていることを特徴とする光コネクタ。
2. 請求項１に記載の光コネクタであって、
   前記フェルールは、当該光コネクタの筐体と一体的に形成されていることを特徴とする光コネクタ。
3. 光ファイバが挿入される光ファイバ挿通孔を有し、その接続方向先端部は、前記光ファイバ挿通孔内の光ファイバの径方向への移動を規制する形状となっているフェルールを備えた光コネクタの製造方法であって、
   前記フェルールを樹脂成型するための金型が、固定用金型と可動側金型からなり、
   前記固定用金型と前記可動側金型の何れか一方に前記光ファイバ挿通孔を形成するためのピンを有するスライド部材が設けられ、
   前記可動側金型に、前記フェルールの接続方向中央部から後端部にわたって、前記光ファイバ挿通孔から連続して前記フェルールの径方向外周面まで達し、光ファイバを挿通可能なスリットを形成するためのスリット形成部材が設けられており、
   前記金型を用いて前記フェルールを樹脂成型することを特徴とする光コネクタの製造方法。

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