JPH08201655A

JPH08201655A - 光ファイバコネクタ用部材

Info

Publication number: JPH08201655A
Application number: JP7014819A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Matsushita; 伸彦松下; Yoshihiro Kobayashi; 善宏小林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1996-08-09
Anticipated expiration: 2016-09-25
Also published as: JP3210824B2

Abstract

(57)【要約】【構成】光ファイバコネクタ用部材を、ＺｒＯ₂を主成
分として０．５〜４．０モル％のＤｙ₂Ｏ₃と２〜１０
モル％のＣｅＯ₂とを合計６モル％以上含有するジルコ
ニア焼結体で構成する。【効果】高温での強度劣化を極めて小さくし、格段に対
熱劣化性を改善することができるため、光ファイバコネ
クタを熱水下で使用する際に、欠け、破損の恐れが少な
く信頼性の高い光ファイバコネクタ用部材を提供でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信等に使用され
る、光ファイバを接続する光ファイバコネクタ用部材に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光ファイバ同士、あるいは光フ
ァイバと各種発光受光素子とを接続する場合に光コネク
タが用いられている。例えば光ファイバ同士を接続する
コネクタの場合、一対の光ファイバをそれぞれ中心に貫
通孔を有するフェルールに挿入・固定し、この一対のフ
ェルールをスリーブの両端より挿入して互いの端面を突
き合わせる構造となっている。

【０００３】そして、上記フェルールやスリーブ等のコ
ネクタ用部材の材質としては、セラミックス、プラスチ
ック、金属、及びガラスが広く使われている。これらの
中で、プラスチックは繰り返し挿抜後に異常な摩耗を生
じ、また金属は精度良く作製することが困難であり、さ
らにガラスは強度が弱いという問題があるため、セラミ
ックスが一般的に用いられている。

【０００４】セラミックス製の光ファイバコネクタ用部
材としては、アルミナとジルコニアの２種類があるが、
材料強度が高い点からジルコニア製のフェルールやスリ
ーブが広く使用されている（特開昭６１−１７０７０９
号公報等参照）。このジルコニアセラミックスは、Ｚｒ
Ｏ₂を主成分とし、安定化剤としてＹ₂Ｏ₃、ＣａＯ、
ＭｇＯ等を含有するものであり、Ｙ₂Ｏ₃の場合はジル
コニア全量に対して１０モル％以下、特に１〜５モル％
の含有量で、ＣａＯの場合は１〜９％程度の含有量とな
っている。

【０００５】また、特公平６−７２０４９号公報には、
ＣｅＯ₂を３〜２０％含み残部が実質的にＺｒＯ₂から
なるジルコニア焼結体で光コネクタ用部品を形成するこ
とが示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の如き
Ｙ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ₂の一種以上を安定
化剤として用いたジルコニア焼結体から成るフェルール
やスリーブ等の光コネクタ用部材は、１００℃以上の高
温下で水蒸気の多い環境にさらされた場合、結晶相の相
変態（正方晶→単斜晶）が進み、相変態時に６％の体積
膨張が生じるため、製品にマイクロクラックが発生する
という不具合があった。そして、フェル−ルやスリーブ
にマイクロクラックが発生することにより焼結体の強度
劣化を生じ、コネクタを着脱する際にフェルールやスリ
ーブに無理な力が加わると破損しやすくなるという問題
点があったまた、ＣｅＯ₂のみを含むジルコニア焼結体は曲げ強度
が低いため、欠けや割れが生じやすいという問題点があ
った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記に鑑みて本発明は、
光ファイバコネクタ用部材を、ＺｒＯ₂を主成分として
０．５〜４．０モル％のＤｙ₂Ｏ₃と２〜１０モル％の
ＣｅＯ₂とを合計６モル％以上含有するジルコニア焼結
体で形成したことを特徴とする。

【０００８】また、本発明は、上記ジルコニア焼結体の
平均結晶粒径を１．０μｍ以下とし、曲げ強度１００ｋ
ｇ／ｍｍ²以上としたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明によれば、Ｄｙ₂Ｏ₃−ＣｅＯ₂を安定
化剤として用いることにより、ジルコニア焼結体の高温
での強度劣化を極めて小さくすることができるため、熱
水中等で使用しても破損の恐れがなく、信頼性の高い光
ファイバコネクタ用部材とできる。

【００１０】

【実施例】以下本発明実施例を説明する。

【００１１】図１に示すように、本発明の光ファイバコ
ネクタ用部材を成すフェルール１は、中央に貫通孔１ａ
を有する円筒状体であり、一方の端部に金具２を取り付
け、この金具２側より光ファイバー（不図示）を挿入し
て上記貫通孔１ａ内に固定するようになっている。ま
た、スリーブ３は、一部にスリット３ａを有する円筒状
体で、両端部から上記フェルール１を挿入し、中央部で
両者を突き合わせて接続するようになっている。

【００１２】そして、上記フェルール１及びスリーブ３
はいずれもジルコニア焼結体より形成されており、その
組成はＺｒＯ₂を主成分とし、安定化剤として０．５〜
４．０モル％のＤｙ₂Ｏ₃と２〜１０モル％のＣｅＯ₂
とを含有すると共にＤｙ₂Ｏ₃とＣｅＯ₂の合計量が６
モル％以上である事を特徴としている。

【００１３】ここで、安定化剤の量を上記範囲としたの
は、Ｄｙ₂Ｏ₃が０．５モル％未満であれば、焼成時に
単斜晶相が５０％以上生じてクラックが発生しやすくな
り、逆に４．０モル％を越えた場合には強度が顕著に低
下するためである。また、ＣｅＯ₂が２モル％未満で
は、単斜晶相が５０％以上生じて焼結時にクラックが発
生し、逆に１０モル％を越えた場合は強度が低下するた
めである。さらに、Ｄｙ₂Ｏ₃とＣｅＯ₂の合計量が６
モル％未満であると、高温条件下にて単斜晶量が５０モ
ル％以上に増加するためであり、好ましくはＤｙ₂Ｏ₃
とＣｅＯ₂の合計含有量は８〜１０モル％の範囲が良
い。このように、本発明では、Ｄｙ₂Ｏ₃とＣｅＯ₂の
両方を安定化剤として含有することを特徴とし、これに
より、特に高温での強度劣化を極めて小さくできるので
ある。

【００１４】また、これら以外の成分として、例えばＤ
ｙ₂Ｏ₃及びＣｅＯ₂の安定化剤の３０重量％以内を、
他の安定化剤である希土類元素酸化物、ＣａＯ、ＭｇＯ
等で置換しても良い。さらに、原料中の不純物や製造工
程中に混入する成分として、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｆ
ｅ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等を合計で焼結体全体の３重量％ま
で含んでいても良い。また、ＺｒＯ₂原料中には分離が
困難なＨｆＯ₂を含有してもよい。

【００１５】さらに、上記ジルコニア焼結体の結晶相は
主として正方晶相または、正方晶相と立方晶相の混合相
からなり、正方晶相が８０モル％以上存在することが好
ましい。これは、正方晶相が８０モル％未満では強度、
靱性が低くなるためである。

【００１６】また、上記ジルコニア焼結体の平均結晶粒
径は１．０μｍ以下とし、好ましくは０．４μｍ以下が
良い。これは、結晶粒径がこの範囲内にあれば、単斜晶
相の析出が抑えられ、曲げ強度が１００ｋｇ／ｍｍ²以
上の高強度ジルコニア焼結体とできるためである。

【００１７】以上のような本発明の光ファイバコネクタ
用部材を成すジルコニア焼結体の製造方法は以下の通り
である。まず原料として、上記組成となるように各種成
分を粉体混合しても良いが、好ましくは共沈法により予
め所定量のＤｙ₂Ｏ₃−ＣｅＯ₂を含むＺｒＯ₂の共沈
原料を用意する。この原料粉末をプレス成形、押出成
形、射出成形等の手段によって所定形状に成形した後、
１４１０〜１５００℃で焼成すれば良い。

【００１８】実験例１ここで、本発明のジルコニア焼結体からなるフェルール
と、比較例として従来のＹ₂Ｏ₃系ジルコニア焼結体か
らなるフェルールを用意し、それぞれ比重、平均結晶粒
径、曲げ強度を測定した後、熱劣化テストを行い、テス
ト後の強度の変化を測定した。

【００１９】なお、フェルールは外径２．５ｍｍ、貫通
孔の内径０．１２５ｍｍで、長さ１０．５ｍｍの円筒形
状とした。また、熱劣化テストはジルコニアの相変態を
加速させて行うための評価テストで、高温、高湿、高圧
条件下にて実施した。実験条件は、エージング条件１２
１℃、エージング圧力２気圧、エージング時間は１００
時間、雰囲気は熱水中に設定した。さらに、曲げ強度は
ＪＩＳ−Ｒ−１６０１の３点曲げ試験法から求め、１０
個の平均値とした。

【００２０】結果を表１に示す通り、ＣｅＯ₂のみを含
むジルコニア焼結体からなる比較例（Ｎｏ．４）は曲げ
強度が４２ｋｇ／ｍｍ²と、光コネクタ用部材として用
いるには低すぎるため、熱劣化テストを行わなかった。
また、Ｙ₂Ｏ₃系ジルコニア焼結体からなる比較例（Ｎ
ｏ．３）では初期強度は高いものの、熱劣化テスト後の
強度が初期強度の７８．１％まで低下した。

【００２１】これらに対し、本発明のフェルール（Ｎ
ｏ．１，２）は、曲げ強度が１００ｋｇ／ｍｍ²以上と
高く、熱劣化テストの後でも初期強度の９１〜９６％と
高い強度を保っており、熱劣化が極めて少ないことがわ
かる。

【００２２】

【表１】

【００２３】次に表１のＮｏ．１〜３について、熱劣化
テスト前後におけるジルコニアの結晶相の変化をＸ線回
折法にて求めた。

【００２４】ジルコニア製フェルール中の単斜晶相の量
は、Ｒ．Ｃ．ＣａｒｖｉｅａｎｄＰ．Ｓ．Ｎｉｃｈｏ
ｌｓｏｎａのＪ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．Ｖｏｌ．
５５，Ｎｏ．６，ｐ．３０３−３０５（１９７２）に記
載されたＸ線回折法により求めた。即ち、数１により単
斜晶相の量（モル％）を求めた。

【００２５】

【数１】

【００２６】結果を表２に示す通り、比較例であるＮ
ｏ．３は熱劣化テスト後で単斜晶相が８６モル％増加し
たのに対し、本発明実施例であるＮｏ．１，２では、熱
劣化テスト前後で単斜晶相量が６〜８モルしか増加しな
かった。

【００２７】なお、以上の実験例では比較例としてＹ₂
Ｏ₃系ジルコニアとＣｅＯ₂系ジルコニアを示したが、
この他にＭｇＯ系ジルコニア、ＣａＯ系ジルコニアにつ
いても同様の実験を行ったところ、いずれも初期強度が
低く、しかも熱劣化テスト後の強度変化が大きく、単斜
晶相の増加も大きかった。

【００２８】したがって、本発明のジルコニア製フェル
ールは、安定化剤としてＤｙ₂Ｏ₃とＣｅＯ₂を両方含
んでいることにより、正方晶から単斜晶への相変態が生
じにくく、そのために熱劣化特性が優れていることがわ
かる。

【００２９】

【表２】

【００３０】実験例２次に、本発明及び比較例のジルコニア製フェルールの破
壊試験を行った。

【００３１】本発明実施例として、表１、２中Ｎｏ．１
のジルコニア製フェルールと、比較例ろしてＮｏ．のジ
ルコニア製フェルールをそれぞれ用意した。いずれもフ
ェルールの外径は２．５ｍｍとし、図２に示すようにフ
ェルール１の一端を金具２に圧入して金具から先端まで
の長さを８ｍｍとし、フェルール１が水平方向となるよ
うに金具２を支持台４で保持し、フェルール１の先端か
ら１．５ｍｍの点に鉛直方向に荷重５を加え、フェルー
ル１が破断した時の破壊荷重を求めた。

【００３２】それぞれ、初期の破壊荷重と、前記実験例
１と同様の熱劣化テストを行った後の破壊荷重を求め
た。結果は表３に示す通りである。

【００３３】この結果からも明らかなように、本発明の
ジルコニア製フェルールは熱劣化テスト後の曲げ強度の
劣化が極めて小さいことがわかる。

【００３４】なお、以上の実験例では、光ファイバコネ
クタ用部材を成すフェルールについてのみ述べてきた
が、スリーブであっても同様であることは言うまでもな
い。

【００３５】

【表３】

【００３６】実験例３さらに、表１、２中のＮｏ．１の組成を持った本発明の
Ｄｙ₂Ｏ₃−ＣｅＯ₂系ジルコニア焼結体において、焼
成温度を変化させて平均結晶粒径の異なるものを用意
し、それぞれ曲げ強度を測定した。結果は表４に示すよ
うに、平均結晶粒径を１．０μｍ以下とすれば曲げ強度
を１００ｋｇ／ｍｍ²以上とでき、光ファイバコネクタ
用部材として好適に使用できることがわかる。また、よ
り好適には平均結晶粒径を０．４μｍ以下として曲げ強
度を１１０ｋｇ／ｍｍ²以上としたものが良い。

【００３７】

【表４】

【００３８】

【発明の効果】このように、本発明によれば光ファイバ
コネクタ用部材を、ＺｒＯ₂を主成分として０．５〜
４．０モル％のＤｙ₂Ｏ₃及び２〜１０モル％のＣｅＯ
₂を合計量６モル％以上含有するジルコニア焼結体で構
成したことによって、高い曲げ強度を有し、高温での強
度劣化を極めて小さくし、格段に対熱劣化性を改善する
ことができる。したがって、光ファイバコネクタを熱水
下で使用する際に、フェルールやスリーブ等のコネクタ
の欠け、破損の恐れが少なくなり、信頼性の高い光ファ
イバコネクタ用部材を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバコネクタ用部材であるフェ
ルールとスリーブを示す図である。

【図２】本発明の光ファイバコネクタ用フェルールの破
壊試験方法を説明するための図である。

【符号の説明】

１：フェルール２：金具３：スリーブ４：支持台５：荷重

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバを接続するために用いる部材で
あって、ＺｒＯ₂を主成分として０．５〜４．０モル％
のＤｙ₂Ｏ₃と２〜１０モル％のＣｅＯ₂とを合計６モ
ル％以上含有するジルコニア焼結体から成ることを特徴
とする光ファイバコネクタ用部材。
【請求項２】上記ジルコニア焼結体の平均結晶粒径が
１．０μｍ以下であり、曲げ強度が１００ｋｇ／ｍｍ²
以上であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ
コネクタ用部材。