JP5579301B2

JP5579301B2 - フェルール、光ファイバ固定具、光ファイバコネクタおよび光伝送体

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Publication number: JP5579301B2
Application number: JP2013085685A
Authority: JP
Inventors: 利幸水越; 善宏小林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2029-03-25
Also published as: JP2010197982A; JP2013140399A; JP5253616B2; JP5253257B2; JP2013156654A; JP2013008066A

Description

本発明は、光通信等の光ファイバ間の接続に用いられるフェルールおよびそれを用いた光ファイバ固定具とその製造方法に関する。

従来、光通信システムにおいて装置の取り替え、装置の調整、測定等のために、送受信ポートを脱着自在に光接続することが必要な箇所には、光ファイバ同士を光学的に接続する光ファイバコネクタが使用されている。

光ファイバコネクタは石英からなる光ファイバをフェルールの貫通孔に挿通固定した光ファイバ固定具が主要部品であり、この光ファイバ固定具の他にハウジング、バネ、光ファイバ屈曲防止ブーツ等から構成されている。

一対の光ファイバ固定具のフェルールの先端部同士を当接させることによって光ファイバの先端同士を当接させ、光接続させる。これにより、２本の光ファイバ間の光伝送が行われる。

従来の光ファイバ固定具５０は、図５に示すように、先端部５１ａ、外周部５１ｂ、貫通孔５１ｃ、先端Ｃ面５１ｄ、コーン部５１ｅを有する円筒形状のフェルール５１の後端側にフランジ５２を固定し、光ファイバ５３のコアをフェルール５１の軸方向に設けられた貫通孔５１ｃに挿入固定した構成となっている。

効率のよい光伝送をするには、一対のフェルール５１内の光ファイバ５３の横方向のずれ、すなわち光ファイバの軸がフェルールの中心軸からずれる軸ずれを小さくすることが望ましい。軸ずれは、フェルール５１の外周部５１ｂに対する貫通孔５１ｃの偏心量と、貫通孔５１ｃ内の光ファイバ５３の偏心量とによって複合的に生じる。

フェルール５１の貫通孔５１ｃはクリアランスを持たせて、光ファイバ５３のコア直径よりも若干大きく形成されている。そのため、光ファイバ５３には、このクリアランス分の軸ずれが生じてしまう。貫通孔５１ｃ内に光ファイバ５３が固定される場所によって光接続損失が大きくなったり、小さくなったりする。

フェルール５１内での光ファイバ５３の軸ずれを一定にするために、光ファイバ５３が貫通孔５１ｃで動き得る機能を利用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、図６に示すように、外周部５１ｂの中心（中心軸）からの貫通孔５１ｃの偏心量が１μｍの大きさであり、その方向が０°の位置にあるとする。この場合、光ファイバ５３を、貫通孔５１ｃが偏心した方向から１８０°ずれた方向に配置させれば、光ファイバ５３の軸ずれは、貫通孔５１ｃの直径と光ファイバ５３の直径の差の半分だけ減少する。

よって、貫通孔５１ｃが１２６μｍの直径を有し、光ファイバ５１が１２５μｍの直径を有する例を仮定すると、光ファイバ５３を貫通孔５１ｃの偏心した方向と反対方向において貫通孔５１ｃ内に配置した場合、結局、光ファイバ５３の偏心量は０．５μｍとなる。これとは逆に、光ファイバ５３を貫通孔５１ｃの偏心方向と同一方向に配置させた場合には、光ファイバ５３の軸ずれは１．５μｍとなる（特許文献１参照）。

また他の提案として、光ファイバ固定具６０において、図７に示すように、フェルール６１の貫通孔６１ｃ内に搭載された光ファイバ６３の軸ずれを一定方向にする方法が示されている（例えば、特許文献２参照）。光ファイバ固定具６０において、貫通孔６１ｃの偏心を補償するために、光ファイバ６３を貫通孔６３ｃ内に固定する接着剤が硬化する前に、貫通孔６１ｃ内の所望の位置に光ファイバ６３を位置させる。貫通孔６１ｃから突出した光ファイバ６３の端部に力を加えることにより所望位置に偏心させるもので、光ファイバ６３に重り（ウエイト）をかけるか、もくしは圧縮流体のジェット流を用いて光ファイバに一定方向の力を加えることが提案されている。力を加える点とその力の大きさと接着剤の粘度を、最小の光ファイバ６３の曲げしか発生しないように選定し、それにより、貫通孔６１ｃに沿ってフェルール６１の先端開口部６１ｇの所定位置に光ファイバ６３を配置することが提案されている。

米国特許第４８８０２９１号公報特表２００５−５０８０１９号公報

上記従来の第１例では、光ファイバ５３を貫通孔５１ｃの一方の側に押しつけることにより、光ファイバ５３のフェルール先端開口部５１ｇにおける軸ずれを一定程度改善できる。しかし、図８に示すように、光ファイバ５３を貫通孔５１ｃの一方の側に押しつけるように光ファイバ５３に力を加えると、光ファイバ５３が貫通孔５１内で曲がり、おじぎをするように光ファイバ５３が配置される。この状態で光ファイバ５３の端部が切断され、その後、フェルール６１先端の当接による接続性をよくするために光ファイバ５３とフェルール６１との先端を研磨すると、研磨量によって、研磨前の光ファイバ５３の軸位置からかなりずれることがある。

また、従来の第２例では、最小の光ファイバ６３の曲げしか発生しないように、力を加える点とその力の大きさと接着剤の粘度を選定したのちに、力を加えるのであるが、例えば、接着剤の粘度は同一品で同一ロットの製造品であっても、ばらつきがかなり大きく、その都度力の大きさを選定しなければならない。また、力を加える装置および治具が複雑な構成および形状となることにより、設備費および作業時間がかかり、光ファイバ固定具の製造コストを増大させてしまう。

上記課題に鑑みて、本発明は、フェルールの貫通孔内における偏心方向の管理が容易で、製造容易なフェルールを提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係るフェルールは、軸方向に設けられた内径が１２５μｍ乃至１３２μｍの貫通孔に光ファイバを挿入固定する円筒形状のフェルールにおいて、前記フェルールは前記貫通孔の先端開口の中心および後端開口の中心を結ぶ直線を中心軸としており、前記貫通孔は、先端開口部において前記中心軸に同軸の部分を有するとともに、前記中心軸方向の中央部で前記中心軸から偏心しており、前記中央部が前記先端開口部と後端開口部との間で湾曲していることを特徴とする。

なお、上記フェルールにおいて、前記貫通孔は、前記先端開口部および前記後端開口部から前記中央部にかけて滑らかな曲面で結ばれていることが好ましい。

また、前記貫通孔の偏心距離は、３０μｍ乃至３００μｍであることが好ましい。

また、前記貫通孔の内周面が凹凸面であることが好ましい。

また、前記凹凸面が前記貫通孔の内周面に溝が生じることによって形成されていることが好ましい。

また、前記フェルールがジルコニアを主成分とするのが好ましい。
また、前記貫通孔は中央部で湾曲しているのが好ましい。

本発明の一実施形態に係る光ファイバ固定具は、上記いずれかのフェルールと、前記フェルールの後端部に固定されたフランジと、前記貫通孔に挿入された光ファイバとを備えたことを特徴とする。

なお、上記光ファイバ固定具において、前記貫通孔の内部に挿入された前記光ファイバは、前記先端開口部において前記表示方向側に偏らせて挿入されていることが好ましい。

本発明の一実施形態に係る光ファイバ固定具の製造方法は、前記フェルールに前記フランジを固定した後、前記光ファイバを前記フェルールの後端部側から前記貫通孔に挿入して固定し、前記フェルールの先端面を研磨仕上げしたことを特徴とする。

本発明によれば、軸方向に設けられた貫通孔に光ファイバを挿入固定する円筒形状のフェルールにおいて、貫通孔は、この貫通孔の中央部でフェルールの先端開口部および後端開口部を結ぶ線上から偏心させて形成されていることにより、光ファイバをフェルールの後端部側から貫通孔に挿入して固定することにより、光ファイバの先端が光ファイバの弾力によって自然に貫通孔の先端開口部の一定方向に偏心して固定される。これにより、フェルール内での光ファイバの軸ずれ方向を一定に揃えることが可能となり、簡便な方法で接続損失の小さな光ファイバ固定具を得ることができる。

本発明のフェルールの実施の形態の一例を示す断面図である。本発明の光ファイバ固定具の実施の形態の一例を示す断面図である。（ａ）本発明のフェルールの製造方法の一例を説明する金型の概略側断面図であり、（ｂ）は成形体の形状を示す正面図である。本発明のフェルールの実施の形態の他の例を示す断面図である。従来の光ファイバ固定具の例を示す側断面図である。フェルールの先端開口部の軸ずれを説明する正面図である。従来の光ファイバ固定具のフェルール先端部分を示す側断面図である。従来の光ファイバ固定具のフェルール先端部分を示す側断面図である。

以下本発明の実施の形態の例を図を用いながら詳細に説明する。

図１は本発明のフェルール１を示す断面図である。フェルール１は、先端部１ａ、外周部１ｂ、貫通孔１ｃ、先端Ｃ面１ｄ、コーン部１ｅを有する円筒形状に形成される。貫通孔１ｃは、貫通孔１ｃの軸方向の中央部１ｆにおける軸方向に垂直な断面の中心がフェルール１の先端開口部１ｇの中心および後端開口部１ｈの中心を結ぶ線上から偏心させて設けられている。

光ファイバ３を貫通孔１ｃに挿通した場合に、光ファイバ３が弾力によって真直ぐになろうとし、先端開口部１ｂおよび後端開口部１ｈにおいて、中央部１ｆが偏心している方
向の先端開口部１ｂおよび後端開口部１ｈの周囲に接触する配置になる。

また、貫通孔１ｃは、図１に示すように、先端開口部１ｇおよび後端開口部１ｈから中央部１ｆにかけて滑らかに屈曲する曲面で結ばれているのがよい。光ファイバ３を貫通孔１ｃにスムーズに挿通できる。

さらに、貫通孔１ｃの偏心距離が、３０μｍ〜３００μｍであることが望ましい。これは３０μｍ未満であれば、偏心距離が短いために光ファイバ３が自動的に表示方向１ｉ側に偏って配置されない場合があるからであり、３００μｍを超えると偏心距離が長くなるために、貫通孔１ｃ内部に挿入して固定された光ファイバ３の強度を劣化させるおそれが生じる場合があるからである。

また、中央部１ｆの偏心方向を示す表示１ｉをフェルール１の外周面１ｂに設けておくのが好ましい。この表記１ｉにより、光ファイバ固定具１０として組み立てられた状態においても、光ファイバ３の軸ずれ（偏心）方向を容易に判断することができる。

また、フェルール１は先端部１ａの周囲にＣ面加工を施した先端Ｃ面１ｄを設けている。この場合、表示１ｉは、先端Ｃ面１ｄに設けられていることがさらに望ましい。これは、外周部１ｂに表示１ｉを形成すると、表示１ｉが溝として形成されている場合にごみが入り込む可能性がありまた、突起として形成されていれば、割スリーブによりフェルールが均等に把持されなくなることとなって、割スリーブにフェルール１をスムーズに挿入できなくなる場合が生じるが、先端Ｃ面１ｄに設けることにより割スリーブ内周面でのフェルールの外周部１ｂを把持することに対する影響は生じない。なお、表示１ｉは、突起状に設けるよりも、切り込んで凹んだ溝状にするのが好ましい。

ここで、フェルール１はセラミック、金属、樹脂、複合材料等いかなる材質ものであってもかまわないが、セラミックとしては、特にジルコニアを主成分とするセラミックスが最適である。具体的には、ＺｒＯ₂を主成分とし、安定化剤としてＹ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｃａ
Ｏ、ＣｅＯ₂、Ｄｙ₂Ｏ₃等の一種以上を含有するもので、正方晶の結晶を主体とした部分
安定化ジルコニアセラミックスが好適である。ジルコニアセラミックスは、平均結晶粒径が０．１〜１．０μｍでり、かつ気孔率が３％以下であるものが好ましい。ここで平均結晶粒径が１．０μｍを超えると結晶間の空隙が大きくなり良好な外周面が得られない傾向がある。一方、原料混合時ボールミル等で粉砕を行なうときに安定して０．１μｍ以下に粒度を調整することが困難であり、焼成後は結晶が粒成長してさらに径が大きくなるために平均結晶粒径を０．１μｍ以上とするのが好ましい。気孔率はフェルール１の固体中に含まれる空隙の割合を百分率であらわしたもので３％を超えると気孔部分が先端面１ａの面粗さを悪化させてしまう。

次に、図２に示すように、本発明のフェルール１の後端開口部１ｈおよびコーン部１ｅがある後端部１ｈにフランジ２を圧入もしくは接着することによって固定し、光ファイバ３をフランジ２およびフェルール１の後端部１ｈ側から貫通孔１ｃに挿入して固定する。光ファイバ３は、先端開口部１ｇにおいて自動的に表示１ｉ方向側に偏り、エポキシ樹脂、嫌気性の接着剤等で固定される。しかる後、フェルール１の先端面１ａを研磨仕上げし、光ファイバ固定具１０を得ることができる。

ここで上記フェルール１の後端部に固定されるフランジ２の材質は、ステンレス鋼、銅合金にニッケルメッキ仕上げしたもの、真鍮にニッケルメッキ仕上げしたもの、洋白にニッケルメッキ仕上げしたもの等の金属製を用いることができる。

また、ここで、光ファイバは石英ガラス製のシングルモード光ファイバ、マルチモード
光ファイバ、分散シフト光ファイバ、偏波依存光ファイバ等を用いることができる。

次に、フェルール１の製造方法の一例について、ジルコニアセラミックスを用いる場合を図３を用いて説明する。

まず、ＺｒＯ₂を主成分とし、安定化剤としてＹ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ₂、Ｄｙ₂Ｏ₃等の一種以上を含有させ正方晶の結晶を主体とした部分安定化ジルコニアセラミックスの原料粉末を混合し、バインダー等を混入して、射出成型用の流状物を準備する。その後、射出成型機にて所定形状に成形する。

図３（ａ）は射出成形するときの、金型と成形されるフェルール成形体２０の断面図を示す。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）の金型を左方から見たときの成形体の形状を模式的に示す正面図である。

成形金型３０は金型ボア３１、コアピンキャッチャー３２、コアピン３３からなり、成形体２０はフェルール本体部２１、ゲート２２、ランナー（不図示）、スプール（不図示）から成る。コアピン３３の先端はコアピンキャッチャー３２のストッパー部３２ａに突き当たることにより、金型ボア３１の空洞部より少し長いコアピン３３が中央部にて湾曲する。この湾曲が３０〜３００μｍになるようにコアピン３３を長く作製しておく。コアピン３３はフェルール１を焼成後に貫通孔１ｃの内径が１２２〜１３２μｍとなる太さにしてある。

次に、表示１ｉと貫通孔１ｃの曲がり方向を一致させる方法であるが、成型金型のコアピンキャッチャー３２の先端Ｃ面１ｄの貫通孔１ｃが偏心する方向に対応する部分に、表示１ｉとなる突起を金型に形成しておく。表示１ｉはフェルール１の先端Ｃ面１ｄに凹部として形成することが望ましい。すなわち、金型上には突起として形成しておくのが望ましい。

次に、図３（ｂ）に示すように、成形体２０のフェルール本体２１の上側にあたる方向のゲート２２ａの太さを下側部分のゲート２２ｂより太くしておき、流状物を両ゲートより流す。このようにゲート２２の太さを調整することにより、コアピン３３をゲート２２が細い方に屈曲させることができる。

ここで、上下のゲート２２ａ，２２ｂの太さを変えた際に、成形品が異型にならないように、射出速度、補圧条件等、成形条件を調整すれば、均質な円筒形状を有するフェルール１を得ることができる。

射出速度、補圧条件等の成形条件を調整すると、図４に示すように、貫通孔１ｃの内周面１ｊに凹凸形状を形成することが可能となる。内周面１ｊに凹凸を設けることにより、貫通孔１ｃと光ファイバ３との接着強度を向上させることができる。そして、接着剤が貫通孔１ｃの内周面１ｊに強固に接着されて剥離を来たし難くなるので望ましい。

この凹凸状の内周面１ｊ形成方法は、射出成形の成形段階における補圧条件を調整することによって実現できる。流状物は、ゲート２２から流入して後端部１ｈに向けて進んでいく。このときに、金型に接触している部分が摩擦力により緻密化されないで貫通孔１ｃ表面と外周部１ｂ表面に凹凸形状が生じる。成型の最終段階で、更に補圧として、一定時間一定圧力をかけて保持すると、流状物が緻密化されて、表面の凹凸形状が消失するのであるが、完全緻密な成形体に成形される寸前に、補圧を調整すると凹凸形状を残した成形体を得ることができる。凹凸は、図４および図４の部分拡大図に示すように、流状物の流動に応じて、内周面１ｊに不定形の溝が生じることによって形成される。

射出成形終了後、成形体２０を離型して、フェルール本体部２１を成形体２０から切断してから、焼成することにより、フェルール１を得ることができる。この貫通孔１ｃの内周面１ｊに凹凸形状を有する場合は、図４に示すような内周面１ｊに凹凸形状を有するフェルール１を得ることができる。

この後、外周部１ｂは研削加工を行なって平滑な面に仕上げられる。貫通孔１ｃの孔壁面１ｊに対しては研磨加工を施しても、施さなくても良いが、研磨加工を行なう場合には、次のようにして行なうことができる。

貫通孔１ｂの内径を１２５μｍ〜１２７μｍとなるように仕上げ研磨加工する場合、研磨加工は、貫通孔１ｂの下穴にワイヤを通しワイヤ上に付されたダイヤモンドペースト等によって下穴を磨く加工を行なえばよい。また、フッ酸等の溶液で下穴の壁面をエッチングすることにより、平滑な面を得る加工を用いてもよく、研磨加工と同等の効果を奏することが出来る。

その後、寸法詰め加工、外周部１ｂ研磨、先端部１ａ研磨等の機械加工を経て、フェルール１の製品を得ることができる。

なお、本発明は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形態の一例ではフェルール１とフランジ２が別体であるが、一体ものとしてもよい。

また、上記実施の形態の説明において上下左右という用語は、単に図面上の位置関係を説明するために用いたものであり、実際の使用時における位置関係を意味するものではない。

１：フェルール
１ａ：先端部
１ｂ:外周部
１ｃ：貫通孔
１ｄ：先端Ｃ面
１ｅ：コーン部
１ｆ：中央部
１ｇ：先端開口部
１ｈ：後端開口部
１ｉ：表示部
２：フランジ
３：光ファイバ
１０：光ファイバ固定具
２０：成形体
２１：フェルール本体部
２２：ゲート
３０：金型
３１：金型ボア
３２：コアピンキャッチャー
３３：コアピン

Claims

軸方向に設けられた内径が１２５μｍ乃至１３２μｍの貫通孔に光ファイバを挿入固定する円筒形状のフェルールにおいて、
前記フェルールは前記貫通孔の先端開口の中心および後端開口の中心を結ぶ直線を中心軸としており、
前記貫通孔は、先端開口部において前記中心軸に同軸の部分を有するとともに、前記中心軸方向の中央部で前記中心軸から偏心しており、前記中央部が前記先端開口部と後端開口部との間で湾曲していることを特徴とするフェルール。
前記貫通孔は、前記先端開口部および前記後端開口部から中央部にかけて滑らかな曲面で結ばれていることを特徴とする請求項１記載のフェルール。
前記貫通孔の偏心距離が、３０μｍ乃至３００μｍであることを特徴とする請求項１または２記載のフェルール。
前記貫通孔の内周面が凹凸面であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフェルール。
前記凹凸面が前記貫通孔の内周面に溝が生じることによって形成されていることを特徴とする請求項４に記載のフェルール。
前記フェルールがジルコニアを主成分とすることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のフェルール。
前記貫通孔は中央部で湾曲していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のフェルール。
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のフェルールと、前記フェルールの後端部に固定されたフランジとを備えたことを特徴とする光ファイバ固定具。
前記貫通孔に挿入された光ファイバをさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載の光ファイバ固定具。
請求項９に記載の光ファイバ固定具と、ハウジング、バネおよび光ファイバ屈曲防止ブ
ーツとを備えたことを特徴とする光ファイバコネクタ。
請求項９に記載の光ファイバ固定具を２つ備えるとともに、前記フェルールの先端部同士を当接させることによって光接続したことを特徴とする光伝送体。