JP5136499B2

JP5136499B2 - フェルール製造方法および屈折率調整膜付きフェルール

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Publication number: JP5136499B2
Application number: JP2009081528A
Authority: JP
Inventors: 和典田中
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: JP2010231151A

Description

本発明は、２層からなる屈折率調整膜を一端部に形成するフェルール製造方法および屈折率調整膜付きフェルールに関する。

光ファイバを接続するには、光ファイバ同士、あるいは光ファイバを挿入したフェルール同士を突き合わせる物理的な接続が一般的に行われるが、光ファイバ端面の角度ずれや端面荒れが生じていると、突き合わせた光ファイバ端部間に空気が入り、接続端面でフレネル反射が大きくなるため、接続損失が大きくなる問題がある。そこで、単一層からなるシート状粘着材（例えば、特許文献１参照）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接続する光コネクタが知られている。

この光コネクタでは、光ファイバを切断して端面を研磨しないでフェルールに差す。この際、端面が研磨されていないので微少な凹凸が存在している。光ファイバ保持孔の開口するフェルールの先端面にはシート状粘着材が設けられているので、端面の微少な凹凸が吸収される。したがって、この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る。また、光ファイバ端面の研磨の有無に関らず光学特性が安定し、簡便に光コネクタの着脱が行え、作業性の向上が期待できた。

特開２００５−３５１９９８号公報

しかしながら、シート状粘着材を１対のフェルール同士の間に挟んで光接続する光コネクタにおいて、コネクタ接続時の押圧を低減させる為に、例えばシート状粘着材がソフト材層とハード材層からなる二層屈折率調整シートを使用する場合があるが、特定の屈折率を有する必要がある為、使用する部材が非常に高額になる。かかる２層屈折率調整シート製造時においては、２層構造からなる一定サイズの屈折率シートを作製し、それを一定形状（小さな丸形）になるように当該シートを打ち抜いていたが、活用されない部分が大量に残留し、その分２層屈折率調整シート製造単価が高くなるという問題があった。また、微細な丸形打ち抜き加工のなされた屈折率調整シートを光ファイバ保持孔に一致させてフェルール先端部分に貼り付けなければならないため、加工性が悪く、作業コストが高くなる問題があった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、加工が良好で高額な材料の利用率が高いフェルール製造方法および屈折率調整膜付きフェルールを提供し、もって、光コネクタとしての機能を十分に発揮し、且つ屈折率調整膜付きフェルールを安価に得ることを目的としている。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）フェルールの一端部に紫外線硬化型樹脂を付着し、
該紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射し硬化させてソフト材層を形成し、
該ソフト材層の上に別の硬化後のヤング率の大きい紫外線硬化型樹脂を付着し、
該別の紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射し硬化させてハード材層を形成することにより、２層からなる屈折率調整膜をフェルールの一端部に形成することを特徴とするフェルール製造方法。

このフェルール製造方法によれば、フェルールの一端部に付着した紫外線硬化型樹脂が紫外線の照射により硬化してソフト材層、ハード材層を形成し、フェルール先端部分に別途屈折率調整シートを貼り付ける必要がなくなる。これにより、高額な屈折率調整シート（ハード材）や、加工性の悪い作業が不要となる。

（２）（１）のフェルール製造方法であって、
前記ソフト材層を形成するときにフェルール先端部分を、ソフト材層用紫外線硬化型樹脂液中に浸漬してフェルールの内部の一部および一端部に該ソフト材層用紫外線硬化型樹脂を付着させ、
フェルールの他端部をキャップで封止してフェルールを前記ソフト材層用紫外線硬化型樹脂液から取り出し、
紫外線を照射し前記ソフト材層用紫外線硬化型樹脂を硬化させ、
前記ソフト材層の上にハード材層用紫外線硬化型樹脂を付着させ、
紫外線を照射し前記ハード材層用紫外線硬化型樹脂を硬化させることを特徴とするフェルール製造方法。

このフェルール製造方法によれば、フェルール先端部分がソフト材層用紫外線硬化型樹脂液に漬されると、フェルール先端部分に開口した内部（光ファイバ保持孔）にソフト材層用紫外線硬化型樹脂液が毛細管現象により吸い上げられる。フェルールの他端部がキャップにて封止されることで、内部に吸い上げられたソフト材層用紫外線硬化型樹脂液の落下が阻止される。ソフト材層用紫外線硬化型樹脂液から取り出された状態で、フェルール先端部分に紫外線が照射されることで硬化したソフト材層用紫外線硬化型樹脂にてソフト材層が形成される。ソフト材層が上側となるようにフェルールが起立され、そのソフト材層を土台に滴下されたハード材層用紫外線硬化型樹脂に紫外線が照射されることでハード材層が積層され、２層からなる屈折率調整膜が形成される。

（３）（１）または（２）のフェルール製造方法であって、
前記一端部を下端にして起立させた前記フェルールの下方から紫外線を照射し前記ソフト材層を硬化させることを特徴とするフェルール製造方法。

（４）（２）のフェルール製造方法であって、
前記キャップに透明な部材を使用して前記一端部を上端にして起立させた前記フェルールの上方から紫外線を照射し前記ソフト材層を硬化させることを特徴とするフェルール製造方法。

（５）（１）ないし（４）のいずれか１つのフェルール製造方法で製造されたフェルールであって、
前記ソフト材層がフェルールの内部の一部に進入していることを特徴とする屈折率調整膜付きフェルール。

この屈折率調整膜付きフェルールによれば、フェルールの光ファイバ保持孔の内周面にソフト材層の外周面が接着し、フェルールに対するソフト材層の接合強度が高まる。また、ソフト材層を、フェルールの先端面から突出させることなく、ソフト材層の厚さを増すことができ、ソフト材層の緩衝効果を増加することができる。

本発明に係るフェルール製造方法によれば、フェルール先端部分に別途屈折率調整シートを貼り付ける必要がない。この結果、光コネクタの加工性を向上させ、加工時間を短縮できる。また、材料の利用率が高まり製品コストを大幅に低減できる。

本発明に係る屈折率調整膜付きフェルールによれば、ソフト材層がフェルールの内部の一部に進入しているので、フェルールに対するソフト材層の接合強度を高めることができるともに、ソフト材層の緩衝効果を増加できる。

本発明に係るフェルール製造方法の手順を表すフローチャートである。図１に示した前段の手順を模式的に（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）または（ｅ）で表した製造工程図である。図１に示した後段の手順を模式的に（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）で表した製造工程図である。本発明に係るフェルール製造方法にて製造されたフェルールの単心光ファイバを接続する場合の一例を表す屈折率調整膜近傍の要部拡大断面図である。屈折率調整膜の形成されたフェルールを備える光コネクタの断面図である。

以下、本発明に係るフェルール製造方法の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るフェルール製造方法の手順を表すフローチャート、図２は図１に示した前段の手順を模式的に（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）で表した製造工程図、図３は図１に示した後段の手順を模式的に（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）で表した製造工程図である。
本実施の形態によるフェルール製造方法は、例えば現地付け光コネクタに取り付けられる屈折率調整膜付きフェルールの製造方法について説明する。本製造方法は、フェルールに２層からなる屈折率調整膜を成形することに特徴を有する。

２層からなる屈折率調整膜付きフェルールを製造するには、先ず、所定のフェルールを準備する。本実施の形態では、フェルールの外径は１．５〜２．０ｍｍ、光ファイバ保持孔の内径は０．１３ｍｍに形成されている。このフェルールの一端部（別の光コネクタと接続される部分）に紫外線硬化型樹脂を付着する。より具体的には、図１の処理Ｓ１，図２（ａ）に示すように、ソフト材層を形成するため、フェルール１１の先端部分を一定の浸漬長さＡで、一定時間、ソフト材層用紫外線硬化型樹脂液１５中に、鉛直方向に起立させた姿勢で浸漬する。これにより、フェルール１１の内部（光ファイバ保持孔１３）の一部および一端部１１ａに、ソフト材層用紫外線硬化型樹脂１５を付着させる。

光ファイバ保持孔１３には、フェルール１１の一端部１１ａを浸漬することで、ソフト材層用紫外線硬化型樹脂１５が毛細管現象により液面Ｂよりも高くなって一定量吸い上げられる。これにより、ソフト材層用紫外線硬化型樹脂１５をフェルール内部に必要量を入れる。

ソフト材層用紫外線硬化型樹脂１５としては、例えばアクリル樹脂が用いられ、その粘度は１０〜１０００ｍＰａ・Ｓ（毛細管現象で上がってくる程度）の範囲が好適となる。フェルール１１の浸漬長さＡは、例えば４０μｍ以下となるように制御される。また、浸漬時間は、数秒ないし１０数分程度であり、主に紫外線硬化型樹脂剤の粘度、フェルール内部の濡れ性、フェルール先端・内部形状、フェルール１１の材質によって最終的な浸漬時間が決まる。

次いで、図１の処理Ｓ２、図２（ｂ）に示すように、一定時間フェルール内部にソフト材層用紫外線硬化型樹脂１５を付着させた後に、フェルールの他端部（フェルール後端部分）１１ｂをキャップ１７で密閉封止して、図１の処理Ｓ３、図２（ｃ）に示すように、フェルール１１をソフト材層用紫外線硬化型樹脂液１５から取り出す。他端部１１ｂがキャップ１７にて密閉されていることで、大気圧、フェルール内部の圧力、ならびにソフト材層用紫外線硬化型樹脂１５の表面張力および重力のバランスにより光ファイバ保持孔１３から流出しなくなる。

次いで、図１の処理Ｓ４、図２（ｄ）に示すように、ソフト材層用紫外線硬化型樹脂液１５から引き上げたフェルール１１は、内部にソフト材層用紫外線硬化型樹脂１５が入ったままの状態で紫外線１９を照射する。これにより、一端部１１ａに付着したソフト材層用紫外線硬化型樹脂１５を硬化させる。

紫外線１９は、図２（ｄ）の左図に示すように、フェルール１１の一端部１１ａを下端にして、起立させたフェルール１１の下方から光源１６にて照射し、ソフト材層用紫外線硬化型樹脂１５を硬化させる。

また、紫外線１９は、図２（ｅ）の例に示すように、一端部１１ａを上端にして起立させたフェルール１１の上方から照射し、ソフト材層用紫外線硬化型樹脂１５を硬化させるようにしてもよい。図２（ｄ）の場合も図２（ｅ）の場合も樹脂が硬化する時の収縮によってソフト材層２１が硬化収縮する。

これにより、図３（ｅ）に示すように、ソフト材層２１が形成される。紫外線１９の照射には光源１６として市販のスポット照明器等を用いることができる。硬化時間は概ね数秒〜数分程度が好適となる。ＵＶ硬化の際、キャップ１７は取り外さない。硬化していない場合、フェルール１１からソフト材層用紫外線硬化型樹脂１５が流れ出る可能性があるためである。ＵＶ硬化後における光ファイバ保持孔１３の内部でのソフト材層２１の長さＬ１は、概ね２０〜１００μｍが適当で、２０〜４０μｍがより好適となる。

あとで光ファイバをフェルールに挿入する際、ソフト材層が光ファイバに押されて扁平化するので、ＵＶ粘着型のソフト材としては、屈折率１．４４〜１．４８程度のアクリル系樹脂をベースとする光重合型の樹脂組成物を使用するのが好ましい。

ソフト材層２１が形成されたフェルール１１は、図３（ｅ）に示すように、ハード材層を形成する次の工程に備え、一端部１１ａを上端にして起立させる。紫外線１９の照射時に、図２（ｅ）の例のように、予め上下反転されていればここでの上下反転は不要となる。

ハード材層の形成工程に入る前に、一端部１１ａにおける周りに付着した余分な樹脂２３は除去してもよい。樹脂２３を硬化する前に除去してもよい。一端部１１ａの先端面２５には後述のハード材層が形成されることになるので、先端面２５は可能な限り平滑であることが好ましい。

次いで、図１の処理Ｓ５、図３（ｇ）に示すように、ソフト材層２１の上に別の紫外線硬化型樹脂であるハード材層用紫外線硬化型樹脂２７を付着する。例えば、滴下ノズル２９よりハード材層用紫外線硬化型樹脂２７を滴下する。ハード材層用紫外線硬化型樹脂２７は、ウレタンアクリレート樹脂（架橋密度調整用）、フッ化アクリレート樹脂（屈折率低減用）、シリコーン樹脂を混ぜて得ることができる。ハード材層用紫外線硬化型樹脂２７の滴下は、上記したソフト材層用紫外線硬化型樹脂１５の凹み２１ａに、厚さ１５〜４０μｍとなるように滴下する。

なお、本実施の形態では、ハード材層用紫外線硬化型樹脂２７の付着を、滴下ノズル２９からの滴下によって行うが、この他、付着は刷毛による塗布、スキージを用いた印刷、インクジェット方式による印刷等により付着してもよい。

ハード材層用紫外線硬化型樹脂２７は、ソフト材層２１上に一定量で付着した後、図１の処理Ｓ６、図３（ｈ）に示すように、紫外線１９を照射し、ハード材層用紫外線硬化型樹脂２７を硬化させる。なお、硬化されたハード材層３１の長さＬ２としては、概ね１００μｍ以下が適当で、１５〜４０μｍがより好適となる。ＵＶ硬化時間は、概ね１０秒〜３分程度が好適となる。

以上により、ソフト材層２１とハード材層３１の２層からなる屈折率調整膜３３を一端部１１ａに形成した屈折率調整膜付きフェルール１１を得て、製造を終了する。

図４は本発明に係るフェルール製造方法にて製造されたフェルールに単心光ファイバを接続する場合の一例を表す屈折率調整膜近傍の要部拡大断面図である。
フェルールを図５に示すようにコネクタに取り付けて光ファイバを挿入した後、試験工程が行われる。試験工程では、試験対象のコネクタと別のコネクタ（ＳＣコネクタ等）との接続を行う。次いで、光ファイバ３５側から通信光を入れて、光学特性（接続ロス・反射ロス）を確認する。接続ロスは、０．７ｄＢより小さければ良「○」とし、これ以上の値では、不良「×」とする。反射ロス値は、４０ｄＢより大きければ良「○」とし、これ以下の値では不良「×」とする。

屈折率調整膜３３は、内側にソフト材層２１が設けられていることが必須となる。これは、光ファイバ３５の挿入時に、屈折率調整膜３３が光ファイバ３５と直ちにくっ付くことが必要であるからである。そして、光ファイバ３５の挿入時に、ソフト材層２１を破壊してしまう可能性や、別の光コネクタとの繰り返しの接続作業により、せん断力がソフト材層２１等全体に付与されソフト材層２１がフェルールやガラスファイバから剥離することがあるため、ソフト材層２１の上（外側）に、ハード材層３１を設けることが必要となる。

ソフト材層２１は、フェルール１１の内部に一定厚Ｌ１の膜として成形することが必要となる。この際（ソフト材層２１を光ファイバ保持孔１３に膜として設ける場合）、毛細管現象等を用いて、ソフト材層用紫外線硬化型樹脂液１５を光ファイバ保持孔１３内に所定長Ａだけ吸い上げる必要がある。これらの吸い上げ量（ソフト材層２１の膜厚Ｌ１）は、フェルール浸漬時における樹脂温度（正確には浸漬時温度によって変化する「粘度」）、および浸漬時間等が重要な制御因子となる。

屈折率調整膜３３は、一定の厚み（Ｌ１＋Ｌ２）を確保する必要がある。これは、コネクタ着脱時、およびファイバ挿入時における機械特性を維持するためである。すなわち、着脱時における屈折率調整膜３３の破壊を防止することを目的として、ハード材層３１を一定膜厚Ｌ２にすることが必要となる。また、屈折率調整膜３３が一定以上の長さを有することができないのは、屈折率調整膜３３が厚膜になると、シート内を透過する光の膜透過性が低減してしまうためである。

次に、上記した屈折率調整膜付きフェルール１１を利用する光コネクタにつてい説明する。
図５は屈折率調整膜の形成されたフェルールを備える光コネクタの断面図である。
屈折率調整膜３３は、光ファイバ３５を挿通し固定するフェルール１１、又はフェルール１１を含むプラグ（光コネクタとも称す。）の先端に設けられる。

なお、本明細書中で、フェルール１１とは、光ファイバ３５を整列するための光ファイバ保持孔１３を有し、この光ファイバ保持孔１３内に光ファイバ３５を固定するもので、光ファイバ３５を保護しながら接続するものである。また、プラグとは、フェルール１１を固定し、接続時の取り扱い性を高め、他の接続部材、例えばアダプタなどと嵌合させるために用いられるものである。

プラグである光コネクタ（現地付け光コネクタ）１００において光接続される光ファイバ３５は、本数、種類、材料等が何等限定されるものではなく、その用途などに応じて適宜選択することができる。例えば、光ファイバ３５の種類としては、シングルモードファイバ、マルチモードファイバ、ホールアシストファイバ等、材料としては、石英、プラスチック等を用いることができる。光ファイバ３５は、ガラスファイバ３ａに外被３ｂを被覆されたものである。フェルール１１の光ファイバ保持孔１３には、光ファイバ３５の外被３ｂを除去したガラスファイバ３ａが挿通される。

光コネクタ１００は、布設された光ファイバ３５の端部に取り付けられる。現地付けの光コネクタ１００では、光ファイバ３５を切断して端面３５ａ（図４参照）を研磨しないでフェルール１１に差す。この際、端面３５ａが研磨されていないので微少な凹凸がある。相手の光ファイバは工場でコネクタ付けされたものであり、端面が研磨されている。これらを接続すると、両者の間に微少な隙間ができる。そこで接続損失が大きくなる。これをなくすために屈折率調整膜３３を両者の間に入れる。屈折率調整膜３３は、このために光ファイバ保持孔１３の開口するフェルール１１の先端面２５に設けられている。

柔らかいソフト材層２１を現地付け光コネクタ１００側にして、光ファイバ３５の端面３５ａの微少な凹凸を吸収して屈折率調整膜３３を光ファイバ端面３５ａに密着させる。相手側の光コネクタの光ファイバ端面がハード材層３１に当たるが、光ファイバ端面が研磨されているので、ハード材層３１は光ファイバ端面に密着する。

光ファイバ３５は、ガラスファイバ３ａを、屈折率調整膜３３の設けられていない他端部１１ｂ側から差し入れて屈折率調整膜３３に突き当てる。ガラスファイバ３ａに押されて少し屈折率調整膜３３が押し上げられる（突出される）ことがあってもよい。

光ファイバ３５は、従来通り外被３ｂを除去してガラスファイバ３ａを露出させてフェルール１１に差し入れるものであってもよい。光コネクタ１００は、光ファイバ３５を挿通し固定する本体部３７と、この本体部３７に嵌合すると共に、本体部３７と同軸の光ファイバ保持孔１３を連通させた例えばジルコニア製のフェルール１１と、本体部３７およびこの本体部３７から突出しているフェルール１１の一部を覆うハウジング３９とから構成されている。

本体部３７は、先端にフェルール１１が嵌合装着されるベース部材４１と、このベース部材４１の後方の切欠部４１ａ上に重ねられる余長収容部用蓋部材４３、および固定手段である固定用蓋部材４５と、ベース部材４１上に重ねられた各蓋部材４３，４５をベース部材４１と一体的に挟持固定するクランプ部材４７とから構成されている。ベース部材４１は、光ファイバ３５を挿通するファイバ挿通部４９が貫通形成されると共に、先端側にはフェルール１１の基端部が嵌合するフェルール嵌合孔５１が形成されている。

ファイバ挿通部４９の上方には、光ファイバ３５の余長（撓み部分）３ｄを収容する余長収容空間５３が画成される。クランプ部材４７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４３，４５の上面とベース部材４１の下面とを挟持することにより、各蓋部材４３，４５をベース部材４１に固定する。

本実施の形態の光コネクタ１００は、光ファイバ３５を撓ませて余長収容空間５３に収容する。被覆除去部５５から先は光ファイバ先端の外被３ｂを除去したガラスファイバ３ａが光ファイバ保持孔１３に差し通されている。光コネクタ１００に挿入する光ファイバ３５の長さを光コネクタ１００の長さよりも長く押し込んで余長収容空間５３で光ファイバ３５を撓ませて撓み部分３ｄを形成する。その状体で固定用蓋部材４５にて光ファイバ３５を固定する。これにより余長収容空間５３内において光ファイバ３５が撓み形状に固定される。光コネクタ１００は、光ファイバ３５の外被を除去してから挿入せずとも光ファイバ３５を挿入して固定するだけの簡易な作業で光ファイバ３５にコネクタ付けができるようになっている。

フェルール１１の一端部にには２層からなる屈折率調整膜３３が形成されている。

上記した実施の形態では、単一のフェルール１１に屈折率調整膜３３を形成する製造方法を説明したが、本発明に係るフェルール製造方法は、多数本のフェルール１１を同時に製造するものであっても勿論よく、この場合、生産性を高めて、フェルール１１の製造コストをさらに低減することができる。

１１フェルール（屈折率調整膜付きフェルール）
１１ａ一端部
１１ｂフェルールの他端部
１３光ファイバ保持孔（フェルールの内部の一部）
１５ソフト材層用紫外線硬化型樹脂
１７キャップ
１９紫外線
２１ソフト材層
２７ハード材層用紫外線硬化型樹脂
３１ハード材層
３３２層からなる屈折率調整膜
１００光コネクタ

Claims

フェルールの一端部に紫外線硬化型樹脂を付着し、
該紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射し硬化させてソフト材層を形成し、
該ソフト材層の上に別の硬化後のヤング率の大きい紫外線硬化型樹脂を付着し、
該別の紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射し硬化させてハード材層を形成することにより、２層からなる屈折率調整膜をフェルールの一端部に形成することを特徴とするフェルール製造方法。
請求項１に記載のフェルール製造方法であって、
前記ソフト材層を形成するときにフェルール先端部分をソフト材層用紫外線硬化型樹脂液中に浸漬してフェルールの内部の一部および一端部に該ソフト材層用紫外線硬化型樹脂を付着させ、
フェルールの他端部をキャップで封止してフェルールを前記ソフト材層用紫外線硬化型樹脂液から取り出し、
紫外線を照射し前記ソフト材層用紫外線硬化型樹脂を硬化させ、
前記ソフト材層の上にハード材層用紫外線硬化型樹脂を付着させ、
紫外線を照射し前記ハード材層用紫外線硬化型樹脂を硬化させることを特徴とするフェルール製造方法。
請求項１または請求項２に記載のフェルール製造方法であって、
前記一端部を下端にして起立させた前記フェルールの下方から紫外線を照射し前記ソフト材層を硬化させることを特徴とするフェルール製造方法。
請求項２に記載のフェルール製造方法であって、
前記キャップに透明な部材を使用して前記一端部を上端にして起立させた前記フェルールの上方から紫外線を照射し前記ソフト材層を硬化させることを特徴とするフェルール製造方法。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のフェルール製造方法で製造されたフェルールであって、
前記ソフト材層がフェルールの内部の一部に進入していることを特徴とする屈折率調整膜付きフェルール。