JP6491418B2

JP6491418B2 - 光ファイバコネクタ

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Publication number: JP6491418B2
Application number: JP2014052341A
Authority: JP
Inventors: 正嗣小島
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2019-03-27
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: JP2015175979A

Description

本発明は、光ファイバと光デバイス等との光学的な接続に好適な光ファイバコネクタに関する。

光ファイバを光デバイス等に光学的に接続する際には、図６に示すように、光ファイバ６０１と、光ファイバ６０１が光学的に接続される光学部品６０２と、光ファイバ６０１の端末を保持すると共に光ファイバ６０１の光軸と光学部品６０２の光軸とを調芯する調芯溝６０３を有する保持部品６０４と、光ファイバ６０１の端末を保持部品６０４に押さえ付ける押さえ部品６０５と、を備える光ファイバコネクタ６００が広く使用されている。

光ファイバコネクタ６００では、図７及び図８に示すように、硬化後のヤング率が１００ＭＰａ以上である屈折率整合接着剤６０６により光ファイバ６０１が押さえ部品６０５と共に保持部品６０４に強固に固定されている。

特開２００８−１５１８４３号公報特許第４７４２７２９号公報特開平６−１８７４５号公報

ところで、光ファイバ６０１と押さえ部品６０５は、石英ガラスで形成されており、光学部品６０２と保持部品６０４は、石英ガラスよりも線膨張係数が大きな材料、例えば、ポリエーテルイミド樹脂で形成されている。

このように、光ファイバ６０１と保持部品６０４は、線膨張係数が相互に異なる材料で形成されているため、光ファイバコネクタ６００が高温環境下において使用された場合には、線膨張係数差に起因して光ファイバ６０１と保持部品６０４との間の寸法誤差が大きくなる。

そうすると、屈折率整合接着剤６０６が僅かしか存在していない部分、例えば、光ファイバ６０１と調芯溝６０３とが接触している部分６０７に応力集中が発生し、その部分６０７を起点にして屈折率整合接着剤６０６が剥離したり、屈折率整合接着剤６０６の剥離に伴って光ファイバ６０１が損傷を受ける虞がある。

また、屈折率整合接着剤６０６を注入したときに、屈折率整合接着剤６０６が光ファイバ６０１の先端部まで十分に浸透しているか否かを目視にて確認することができるように、押さえ部品６０５は、光ファイバ６０１の先端部を除く端末を保持部品６０４に押さえ付けている。

そのため、光ファイバ６０１の先端部を除く端末は、光ファイバ６０１と同様に線膨張係数が比較的小さい石英ガラスで形成された押さえ部品６０５と共に保持部品６０４に強固に固定されており、屈折率整合接着剤６０６の剥離等が発生し難いが、光ファイバ６０１の先端部は、押さえ部品６０５と共に保持部品６０４に固定されていないため、光ファイバ６０１と保持部品６０４との線膨張係数差に起因する応力集中が発生し易くなっている。

なお、光ファイバ６０１の端面と光学部品６０２との間の距離Ｌを調整することにより、高温環境下における調芯溝６０３の伸び量を吸収する方法も考えられるが、光ファイバ６０１の端面は切断時に発生したバリ６０８を含んでいるため、距離Ｌを正確に管理することは困難であり、また光ファイバ６０１の端面は略垂直に切断されており、応力集中が発生し易い角部６０９を含んでいるため、距離Ｌを調整するだけでは接着剤６０６の剥離や光ファイバ６０１の損傷を防止することはできない。

そこで、本発明の目的は、光ファイバの先端部に発生する応力集中を緩和して屈折率整合接着剤の剥離や光ファイバの損傷が発生し難い光ファイバコネクタを提供することにある。

この目的を達成するために創案された本発明は、光ファイバと、前記光ファイバが光学的に接続される光学部品と、前記光ファイバの端末を保持すると共に前記光ファイバの光軸と前記光学部品の光軸とを調芯する調芯溝を有する保持部品と、前記光ファイバの端末を前記保持部品に押さえ付ける押さえ部品と、を備え、前記光ファイバと前記保持部品は、線膨張係数が相互に異なる材料で形成されており、前記光ファイバは、先端部が先球化されており、端末が屈折率整合接着剤により前記押さえ部品と共に前記保持部品に固定されている光ファイバコネクタである。

前記光ファイバは、先端部が前記光学部品に当接していると良い。

前記保持部品は、前記調芯溝の先端を横断して形成されると共に、前記光ファイバの先端部を前記調芯溝から露出させる凹溝を更に有しており、前記光ファイバは、先端部が前記凹溝に充填された前記屈折率整合接着剤により前記保持部品に固定されていると良い。

前記凹溝は、少なくとも先球化された前記光ファイバの先端部の全体を前記調芯溝の先端から露出させる幅を有していると良い。

前記凹溝は、前記調芯溝よりも深く形成されていると良い。

前記屈折率整合接着剤は、硬化後のヤング率が１００ＭＰａ以上であると良い。

前記光ファイバと前記押さえ部品は、石英ガラスで形成されており、前記保持部品は、石英ガラスよりも線膨張係数が大きな材料で形成されていると良い。

本発明によれば、光ファイバの先端部に発生する応力集中を緩和して屈折率整合接着剤の剥離や光ファイバの損傷が発生し難い光ファイバコネクタを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る光ファイバコネクタを示す前方斜視図である。本発明の実施の形態に係る光ファイバコネクタを示す後方斜視図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。本発明の変形例に係る光ファイバコネクタを示す後方斜視図である。図４のＢ−Ｂ線断面図である。従来技術に係る光ファイバコネクタを示す前方斜視図である。図６のＣ−Ｃ線断面図である。図６のＤ−Ｄ線断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１から図３に示すように、本実施の形態に係る光ファイバコネクタ１００は、光ファイバ１０１と、光ファイバ１０１が光学的に接続される光学部品１０２と、光ファイバ１０１の端末を保持すると共に光ファイバ１０１の光軸と光学部品１０２の光軸とを調芯する調芯溝１０３を有する保持部品１０４と、光ファイバ１０１の端末を保持部品１０４に押さえ付ける押さえ部品１０５と、を備えている。

ここでは、光ファイバ１０１と保持部品１０４は、線膨張係数が相互に異なる材料で形成されており、光ファイバコネクタ１００が高温環境下において使用された場合には、線膨張係数差に起因して光ファイバ１０１と保持部品１０４との間に寸法誤差が発生することを前提としている。

光ファイバ１０１は、周囲が被覆層１０６により長手方向に亘って被覆されており、端末において被覆層１０６から露出されている。被覆層１０６から露出された光ファイバ１０１は、調芯溝１０３に収容されており、押さえ部品１０５により調芯溝１０３の底部に向けて押さえ付けられている。

なお、押さえ部品１０５は、被覆層１０６から露出された光ファイバ１０１のみならず被覆層１０６で被覆された光ファイバ１０１をも保持部品１０４に向けて押さえ付けるように形成されていても構わない。

また、図面では、複数本の光ファイバ１０１のそれぞれを独立したものとして描いているが、複数本の光ファイバ１０１と、複数本の光ファイバ１０１の周囲を一括して被覆する一括被覆層と、を有する光ファイバテープを使用することにより、光ファイバ１０１の取扱性や端末加工性を向上させることが可能となる。

更に、一部の図面では、保持部品１０４の構成を把握し易くするため、光ファイバ１０１を破線で描いており、更に押さえ部品１０５が分解された状態を描いている。

光学部品１０２は、例えば、並列に配置された複数個のレンズ１０７を有するレンズアレイからなる。また、光学部品１０２は、樹脂成形技術を使用して保持部品１０４と一体的に形成されており、光学部品１０２のレンズ１０７と保持部品１０４の調芯溝１０３との位置関係が固定されている。

調芯溝１０３は、例えば、横断面がＶ字形状のＶ溝からなり、被覆層１０６から露出された光ファイバ１０１を調芯溝１０３に収容して押さえ部品１０５により調芯溝１０３の底部に向けて押さえ付けるだけで、光ファイバ１０１の光軸と光学部品１０２の光軸とが自動調芯されるように形成されている。

なお、調芯溝１０３を横断面がＵ字形状のＵ溝や矩形状の矩形溝により形成したり、調芯溝１０３に代えて丸孔を形成したりすることもできるが、これらは光ファイバ１０１を収容するために光ファイバ１０１よりも寸法を大きく形成しておく必要があり、光ファイバ１０１がＵ溝や丸孔に収容されたときにがたつく虞があり、光ファイバ１０１の光軸と光学部品１０２の光軸とが自動調芯されるようにすることは困難である。

保持部品１０４は、調芯溝１０３が形成されると共に被覆層１０６から露出された光ファイバ１０１が保持される保持部１０８と、樹脂成形技術を使用して保持部１０８と段差部１０９を介して一体的に形成されると共に被覆層１０６で被覆された光ファイバ１０１が固定される固定部１１０と、を備えている。

段差部１０９は、被覆層１０６から露出された光ファイバ１０１を保持部１０８に保持させると共に被覆層１０６で被覆された光ファイバ１０１を固定部１１０に固定したときに、被覆層１０６から露出された光ファイバ１０１と被覆層１０６で被覆された光ファイバ１０１との間で光ファイバ１０１の光軸を略直線に維持して光学特性の劣化が防止されるように、被覆層１０６から露出された光ファイバ１０１と被覆層１０６で被覆された光ファイバ１０１との間の外径差を吸収できるような高さに形成されている。

これらの構成部品のうち、光ファイバ１０１と押さえ部品１０５は、石英ガラスで形成されており、光学部品１０２と保持部品１０４は、石英ガラスよりも線膨張係数が大きな材料、例えば、ポリエーテルイミド樹脂で形成されている。つまり、光ファイバ１０１と保持部品１０４は、線膨張係数が相互に異なる材料で形成されている。

光ファイバコネクタ１００を製造する際には、予め保持部品１０４を準備しておき、光ファイバ１０１を端末処理して被覆層１０６から光ファイバ１０１を露出させた後、被覆層１０６から露出された光ファイバ１０１を保持部１０８に保持させると共に被覆層１０６で被覆された光ファイバ１０１を固定部１１０に固定して光ファイバ１０１の端末を調芯溝１０３に収容する。

その後、被覆層１０６から露出された光ファイバ１０１を押さえ部品１０５により調芯溝１０３の底部に向けて押さえ付けた状態で、光ファイバ１０１を保持部品１０４に固定するための屈折率整合接着剤１１１を調芯溝１０３の後端１１２から注入し、毛細管現象により屈折率整合接着剤１１１を被覆層１０６から露出された光ファイバ１０１の先端部１１３まで浸透させて、光ファイバ１０１を押さえ部品１０５と共に保持部品１０４に固定する。

このとき、硬化後のヤング率が１００ＭＰａ以上である屈折率整合接着剤１１１を使用することにより、光ファイバ１０１と押さえ部品１０５とを保持部品１０４に強固に固定することができる。

さて、本実施の形態に係る光ファイバコネクタ１００では、光ファイバ１０１は、先端部１１３がＣＯ₂レーザ等を使用して先球化されており、端末が屈折率整合接着剤１１１により押さえ部品１０５と共に保持部品１０４に固定されている。

これにより、光ファイバ１０１の端面にバリや角部が存在しないため、光ファイバ１０１の先端部１１３に発生する応力集中を緩和して屈折率整合接着剤１１１の剥離や光ファイバ１０１の損傷を防止することが可能となる。

更に、光ファイバ１０１の先端部１１３が先球化されていることで、従来に比べて多量の屈折率整合接着剤１１１を光ファイバ１０１の先端部１１３の周囲に充填することができるため、光ファイバ１０１の先端部１１３において、光ファイバ１０１と調芯溝１０３とが接触している部分を完全に排除することが可能となる。

そのため、光ファイバ１０１が保持部品１０４に十分に固定されることになり、光ファイバ１０１の先端部１１３において、屈折率整合接着剤１１１の剥離が発生し難くなり、これに伴う光ファイバ１０１の損傷も防止することができる。

また、従来技術に係る光ファイバコネクタ６００では、光ファイバ６０１の切断時に端面にバリ６０８が発生するため、光ファイバ６０１の端面と光学部品６０２との間の距離Ｌを正確に調整することは困難であり、光ファイバ６０１の端面を光学部品６０２の焦点位置に高精度に一致させることはできなかった。

これに対して、本実施の形態に係る光ファイバコネクタ１００では、光ファイバ１０１の先端部１１３が先球化されているため、光ファイバ１０１の端面にバリや角部が存在せず、光ファイバ１０１の先端部１１３を光学部品６０２に当接させるだけで光ファイバ１０１の端面を常に同一位置に配置することができ、光ファイバ６０１の端面を光学部品６０２の焦点位置に容易に一致させることが可能となる。

また、光ファイバ１０１の先端部１１３を光学部品６０２に当接させたとしても、光ファイバ１０１の先端部１１３が先球化されているため、当接した光学部品６０２から受ける応力を分散させることができ、光ファイバ１０１の端面の損傷を抑制することが可能となる。特に、光ファイバ１０１の先端部１１３を真円形状に先球化することにより、より効果的に応力の分散が行える。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものでは無く、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、図４及び図５に示すように、保持部品１０４は、調芯溝１０３の先端１１４を横断して形成されると共に、光ファイバ１０１の先端部１１３を調芯溝１０３から露出させる凹溝１１５を更に有しており、光ファイバ１０１は、先端部１１３が凹溝１１５に充填された屈折率整合接着剤１１１により保持部品１０４に固定されている光ファイバコネクタ４００としても構わない。

この場合、凹溝１１５は、少なくとも先球化された光ファイバ１０１の先端部１１３の全体を調芯溝１０３の先端１１４から露出させる幅を有しており、調芯溝１０３よりも深く形成されていることが好ましい。

これにより、光ファイバ１０１の先端部１１３の近傍から応力集中が発生し易い箇所を完全に排除することができ、より効果的に屈折率整合接着剤１１１の剥離や光ファイバ１０１の損傷を防止することが可能となる。

なお、凹溝１１５は、樹脂成形技術を使用して保持部品１０４を作製するための金型に予め凹溝１１５に相当する部分を形成しておき、この金型を使用して保持部品１０４を作製することにより、容易に形成することができる。

１００光ファイバコネクタ
１０１光ファイバ
１０２光学部品
１０３調芯溝
１０４保持部品
１０５押さえ部品
１０６被覆層
１０７レンズ
１０８保持部
１０９段差部
１１０固定部
１１１屈折率整合接着剤
１１２後端
１１３先端部
１１４先端
１１５凹溝
４００光ファイバコネクタ

Claims

光ファイバと、
前記光ファイバが光学的に接続される光学部品と、
前記光ファイバの端末を保持すると共に前記光ファイバの光軸と前記光学部品の光軸とを調芯する調芯溝を有する保持部品と、
前記光ファイバの端末を前記保持部品に押さえ付ける押さえ部品と、
を備え、
前記光ファイバと前記保持部品は、線膨張係数が相互に異なる材料で形成されており、
前記光ファイバは、先端部が屈折率整合接着剤により覆われていると共に、端末が前記屈折率整合接着剤により前記押さえ部品と共に前記光ファイバの先端部が前記光学部品に当接するように前記保持部品に固定されており、
前記屈折率整合接着剤により覆われている前記光ファイバの先端部が角部が存在しないように先球化されていることにより、前記光ファイバの先端部に発生する応力集中が緩和されることを特徴とする光ファイバコネクタ。
前記保持部品は、前記調芯溝の先端を横断して形成されると共に、前記光ファイバの先端部を前記調芯溝から露出させる凹溝を更に有しており、
前記光ファイバは、先端部が前記凹溝に充填された前記屈折率整合接着剤により前記保持部品に固定されている請求項１に記載の光ファイバコネクタ。
前記凹溝は、少なくとも先球化された前記光ファイバの先端部の全体を前記調芯溝の先端から露出させる幅を有している請求項２に記載の光ファイバコネクタ。
前記凹溝は、前記調芯溝よりも深く形成されている請求項２又は３に記載の光ファイバコネクタ。
前記屈折率整合接着剤は、硬化後のヤング率が１００ＭＰａ以上である請求項１から４の何れか一項に記載の光ファイバコネクタ。
前記光ファイバと前記押さえ部品は、石英ガラスで形成されており、
前記保持部品は、石英ガラスよりも線膨張係数が大きな材料で形成されている請求項１から５の何れか一項に記載の光ファイバコネクタ。