JPH09243860A - 石英系ガラス製フェルールおよびその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石英系ガラスを材料としながら、十分に使用
可能な強度を有するフェルールを得る。 【解決手段】 石英系ガラス母材１を加熱炉１１に導入
して溶融線引して細径化した後、冷却水を満たした冷却
ポット１２に導入して急冷し、これを所定の長さに切断
して石英系ガラス製フェルール３を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバ心線や光
ファイバコードなどのコネクタ接続に用いられる光コネ
クタのフェルールおよびその製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光コネクタのフェルールは、接続される
べき光ファイバ心線や光ファイバコードなどの光ファイ
バ裸線部分を強固にかつ正確に保持、固定するための部
品であり、例えば単心用のフェルールは、通常外径２．
５ｍｍ、長さ５〜１５ｍｍの円柱状のものであって、そ
の中心に内径１２５μｍの細径の貫通孔が穿設されてお
り、この貫通孔に光ファイバ裸線部分が挿入され、接着
剤で固定されるようになっている。

【０００３】この光コネクタのフェルールは、アダプタ
を介して他のフェルールとその先端部において当接し、
両者間で光接続が行われる構造となっており、接続損失
が小さいこと、着脱を繰り返しても接続損失の変動がな
いことなどが要求され、その寸法精度に極めて高いレベ
ルが求められている。例えば、フェルールの外径は、正
確に２４９９±０．５μｍの精度が必要とされ、貫通孔
の中心軸とフェルールの中心軸とが正確に一致し、かつ
貫通孔の内径は正確に１２５〜１２６μｍであることが
必要となっている。

【０００４】このような高度の寸法精度、寸法安定性を
満たすため、現在のフェルールはジルコニア（酸化ジル
コニウム）を原料として製造されている。このジルコニ
ア製フェルールは強靱で、寸法精度、寸法安定性に優
れ、信頼性が高く、特性が優れているが、セラミック製
であるため、焼成、研削などの手間を必要とし、製造が
難しく、高価であるという欠点がある。また、ジルコニ
アフェルールは光ファイバの材料である石英系ガラスと
比較して、研磨特性が大幅に異なるため、光接続のため
にコネクタ端面研磨にはダイヤモンド等の高価な研磨材
と長い研磨時間を必要とし、研磨コストが高価となる欠
点がある。さらに、ジルコニアの線膨張率８．３×１０
^-6／℃は光ファイバの材料である石英系ガラスの線膨張
率５．４×１０^-7／℃より大幅に大きいため、コネクタ
の使用環境温度の変化により、光ファイバの突き出しや
引き込みが生じ易いという欠点もあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このため、比較的安価
なフェルールとして、製造性の高いガラスフェルールが
提案されている。特に石英系ガラスを材料としたフェル
ールは、材質が安定しており、表面硬度も高く、挿抜に
よる摩耗の問題や長期信頼性の問題が少ない点で好まし
い。しかしながら石英系ガラス製フェルールは、表面に
微小な外傷が生じた場合、フェルールに曲げ応力が加わ
ると傷が成長してフェルールが破断し易くなるので、実
際の破断強度が低いという問題点がある。よって、本発
明における課題は、石英系ガラスを材料としながら、十
分に使用可能な強度を有するフェルールを得ることにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに本発明の請求項１記載の石英系ガラス製フェルール
は、石英系ガラス母材を溶融線引して作製したフェルー
ルであって、前記石英系ガラス母材を溶融線引後、急冷
することにより応力が付与されていることを特徴とする
ものである。また本発明の請求項２記載の石英系ガラス
製フェルールの製造装置は、石英系ガラス母材を溶融線
引する線引手段と、該石英系ガラス母材を線引した後急
冷する冷却手段とを有することを特徴とするものであ
る。本発明の請求項３記載の石英系ガラス製フェルール
の製造装置は、前記冷却手段として、冷却水を用いるこ
とを特徴とするものである。本発明の請求項４記載の石
英系ガラス製フェルールの製造装置は、前記冷却手段と
して、冷却ドラムを用いることを特徴とするものであ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の石英系ガラス製フェルール（以下、単にフェル
ールという）は、光ファイバをコネクタ接続するための
フェルールであって、構成材料として石英系ガラスを用
いたものである。フェルールの形状は特に限定されな
い。石英系ガラスを構成材料としたフェルールは、製造
性が良く比較的安価に供給できるうえ、材質が安定して
おり、表面硬度も高く、挿抜による摩耗の問題や長期信
頼性の問題が少ないという利点を有する。また一般に、
石英系ガラスは、表面に微小な外傷が生じた場合に曲げ
応力が加わると、傷が成長して破断し易くなることが知
られており、本発明のフェルールは、石英系ガラスを主
成分材料としながら十分に使用可能な強度を確保するた
めに、後述するように、石英系ガラス母材を溶融線引後
に急冷する工程を経て良好に製造される。

【０００８】図１は本発明のフェルールの製造装置の第
１の実施例を示した概略構成図である。ここでは、石英
系ガラス母材として石英系ガラス管を用いて、円筒形の
単心用フェルールを製造する例について説明する。図中
符号１は石英系ガラス管（石英系ガラス母材）、２は石
英系ガラス細管、３はフェルール、１１は加熱炉、１２
は水冷ポット、１３は拭き取り装置、１４はキャタピラ
である。

【０００９】本発明で用いられる線引手段は、出発母材
である石英系ガラス管１を加熱溶融させて細径化するた
めの加熱炉１１と、加熱炉１で細径化して得られた石英
系ガラス細管２を引き取るためのキャタピラ１４とから
概略構成されている。加熱炉１１は石英系ガラス管１を
溶融点以上に加熱して、溶融した先端を落下させる機構
を有するものであれば適宜の構成とすることができる。
キャタピラ１４は、加熱炉１１で溶融線引された石英系
ガラス細管２を挾持するベルト１４ａと、このベルト１
４ａを、石英系ガラス細管２を下方に移動させる方向
に、一定速度で駆動させる機構とからなっている。ベル
ト１４ａは、石英系ガラス細管２の表面に傷をつけない
材質からなるもので、例えばゴム製のベルト等が好適に
用いられる。キャタピラ１４は石英系ガラス細管２の少
なくとも表面部分が固化された後の位置に設けられる。
キャタピラ１４のベルト１４ａの駆動速度を変化させる
ことによって、石英系ガラス細管２の引き取り速度、す
なわち線引速度を制御することができる。尚、石英系ガ
ラス細管２を引き取る装置としては、このキャタピラ１
４に限らず適宜の構成のものを用いることができる。

【００１０】本実施例において、線引手段の加熱炉１１
とキャタピラ１４との間には、水冷ポット１２および拭
き取り装置１３が順次設けられている。水冷ポット１２
は、加熱炉１１で溶融され細径化された石英系ガラス細
管２を、その表面温度が高いうちに急冷するもので、有
底中空状のポット本体１２ａの底部に石英系ガラス細管
２が挿通される貫通孔が形成されている。そしてポット
本体１２ａの内部には冷却水が満たされており、底部の
貫通孔には、石英系ガラス細管２が移動可能に挿通さ
れ、かつ該貫通孔を水密に閉じるコーン状のシリコーン
ゴム製チューブ１２ｂが取り付けられてる。冷却水は一
定の温度に保たれるようになっている。冷却ポット１２
が設けられる位置は、加熱炉１１の下方であって、加熱
炉１１から出てきた石英系ガラス細管２の少なくとも表
面が固化しており、かつ内部が固化していない状態の位
置とされる。この冷却ポットにおける冷却条件は、加熱
炉１１と冷却ポット１２との距離、冷却ポット１２内の
冷却水の深さ、冷却水の温度、および線引速度を変える
ことによって制御することができる。拭き取り装置１３
は、水冷ポット１２通過後の石英系ガラス細管２の表面
に付着している水分を拭き取るためのもので、例えばフ
ェルト、エアワイパー等が用いられる。

【００１１】このような構成の装置を用いて、フェルー
ルを製造する方法について説明する。まず、出発母材で
ある石英系ガラス管１を用意する。石英系ガラス管１と
しては純粋石英からなるもの、あるいは石英に適宜の添
加剤を添加したもの（石英を主成分とする石英系ガラ
ス）などを用いることができる。そして、石英系ガラス
管１を加熱炉１１内に垂直に入れ、溶融線引して細径化
する。このようにして得られる石英系ガラス細管２の外
径と内径との比は、出発母材である石英系ガラス管１の
内径と外径との比に対応するので、例えば外径２．５ｍ
ｍ±０．００１ｍｍ、内径１２５（〜１２６）μｍのフ
ェルールを製造する場合には、内径３ｍｍ、外径６０ｍ
ｍ±０．０２４ｍｍの石英系ガラス管１を好適に用いる
ことができる。

【００１２】続いて加熱炉１１から出てきた石英系ガラ
ス細管２を、その表面温度が高いうちに加熱炉１１の下
方に設けられている水冷ポット１２に導入し、冷却水中
を通過させることによって急冷する。この急冷によって
石英系ガラス細管２の表面は収縮し、冷却ポット１２通
過後に石英系ガラス細管２の内部が徐々に冷却され収縮
することによって、石英系ガラス細管２の表面に圧縮歪
みが生じる。

【００１３】この後、冷却ポット１２を通過した石英系
ガラス細管２を拭き取り装置１３に導入し、ここを通過
させることによって表面に付着している水分を除去す
る。そして石英系ガラス細管２の内部まで冷却した後
に、これを切断装置（図示略）で所定のフェルール３の
長さに切断し、先端部を面取り加工するなど適宜の加工
を施して、目的とするフェルール３が得られる。ここで
石英系ガラス細管２を切断する際の長さは、通常、得よ
うとするフェルール３の長さに端面研磨のための適宜の
長さを加えた長さとされる。

【００１４】このようにして得られたフェルール３は、
その表面に圧縮歪みが加えられているので、表面に外傷
が生じた場合に傷の成長が抑えられることになり、破断
強度が向上する。フェルール３の強度は、冷却条件を変
えることによって制御することができる。本実施例では
冷却手段として冷却水を用いているので、冷却水の深さ
や温度を容易に調節することができ、冷却条件の制御を
容易に行うことができる。このように本実施例の製造方
法によれば、フェルール３を製造する際に水冷を行うだ
けで、石英系ガラス製フェルールの強度を向上させるこ
とができる。この水冷はインラインで行うことができる
ので、工程数が増えず、溶融線引ラインを改造するだけ
で、特別な材料を必要せずに容易に、かつ低コストで実
施することができる。また本実施例の装置では冷却手段
として冷却水を用いているので、冷却水の深さや温度を
容易に調節することができ、冷却条件の制御を容易に行
うことができる。

【００１５】図２は本発明のフェルールの製造装置の第
２の実施例を示した概略構成図である。本実施例が上記
第１の実施例の装置と大きく異なるのは、冷却手段とし
て冷却水に代えて冷却ドラムが用いられている点であ
る。なお、図２において図１と同一の構成要素には同一
符号を付してその説明を簡略化する。図中符号２２は冷
却ドラムを示す。

【００１６】本実施例で用いられる冷却ドラム２２は、
石英系ガラス細管２を２方向から挾む一対の回転体２２
ａ，２２ｂで構成されている。回転体２２ａ，２２ｂは
石英系ガラス細管２の線引速度と同じ速度で回転し、か
つ周面が石英系ガラス細管２と接触するように構成され
る。そして回転体２２ａ，２２ｂの周面が石英系ガラス
細管２の表面と接触することによって石英系ガラス細管
２の表面から熱を奪い、石英系ガラス細管２の表面を急
冷させるようになっている。冷却ドラム２２が設けられ
る位置は、加熱炉１１の下方であって、加熱炉１１から
出てきた石英系ガラス細管２の少なくとも表面が固化し
ており、かつ内部が固化していない状態の位置とされ
る。図２の例では２つの回転体２２ａ，２２ｂで石英系
ガラス細管２を２方向から挾むように構成されている
が、回転体の数をこれ以上として多方向から石英系ガラ
ス細管２を挾むように構成することもできる。石英系ガ
ラス細管２と冷却ドラム２２との接触面積が大きいほ
ど、石英系ガラス細管２は急激に冷却される。

【００１７】冷却ドラム２２の回転体２２ａ，２２ｂの
材質は特に限定されないが、熱伝導率が大きい材質が好
ましく、例えば銅などの金属を好適に用いることができ
る。また回転体２２ａ，２２ｂの大きさも特に限定され
ないが、石英系ガラス細管２との接触部分で石英系ガラ
ス細管２から奪った熱を、１回転して再度石英系ガラス
細管２と接触するまでに放熱できるだけの十分な大きさ
が必要である。この冷却ドラム２２による冷却条件は、
加熱炉１１と冷却ドラム２２との距離、冷却ドラム２２
と石英系ガラス細管２との接触面積、および線引速度を
変えることによって制御することができる。

【００１８】このような構成の装置を用いて、フェルー
ルを製造する方法について説明する。まず、上記第１の
実施例と同様にして石英系ガラス管１を用意し、これを
加熱炉１１内に垂直に入れ、溶融線引して細径化する。
続いて加熱炉１１から出てきた石英系ガラス細管２を、
その表面温度が高いうちに加熱炉１１の下方に設けられ
ている水冷ドラム２２で挟み、回転体２２ａ，２２ｂに
接触させることによって急冷する。この急冷によって石
英系ガラス細管２の表面は収縮し、冷却ドラム２２通過
後に石英系ガラス細管２の内部が徐々に冷却され収縮す
ることによって、石英系ガラス細管２の表面に圧縮歪み
が生じる。そして石英系ガラス細管２の内部まで冷却し
た後に、これを切断装置（図示略）で所定のフェルール
３の長さに切断し、先端部を面取り加工するなど適宜の
加工を施して、目的とするフェルール３が得られる。

【００１９】このようにして得られたフェルール３は、
その表面に圧縮歪みが加えられているので、表面に外傷
が生じた場合に傷の成長が抑えられることになり、その
結果破断強度が向上する。フェルール３の強度は、冷却
条件を変えることによって制御することができる。この
ように本実施例の製造方法によれば、フェルール３を製
造する際に冷却ドラムを用いた急冷を行うだけで、石英
系ガラス製フェルールの強度を向上させることができ
る。この冷却ドラムによる急冷はインラインで行うこと
ができるので、工程数が増えず、溶融線引ラインを改造
するだけで、特別な材料を必要とせずに容易に、かつ低
コストで実施することができる。また本実施例の装置で
は、冷却手段として液体を使用しないので、製造ライン
のメンテナンスが簡単であり、拭き取り装置も必要とし
ない。

【００２０】なお、上記第１の実施例および第２の実施
例では単心用のフェルールを例に挙げて説明したが、フ
ェルールの形状はこれに限られるものではない。本発明
の製造装置は石英系ガラス母材を溶融線引により製造で
きるものであれば、任意の形状のフェルールに適用する
ことができる。

【００２１】

【実施例】

（実施例１）図１に示す装置を用いてフェルールを作製
した。加熱炉から水冷ポットまでの距離は３０ｃｍと
し、冷却ポット内の冷却水の深さは３０ｃｍとし、冷却
水の温度は１０℃に保つようにした。まず外径６０ｍ
ｍ、内径３ｍｍの石英系ガラス管を加熱炉に入れて溶融
線引を行い外径２．５ｍｍ、内径１２５μｍの石英系ガ
ラス細管とした。線引速度は５ｍ／分とした。この石英
系ガラス細管が水冷ポット、および拭き取り装置を順次
通過した後、これを長さ４０ｍｍに切断して強度試験用
フェルールサンプルを得た。得られたフェルールサンプ
ル５０個について破断曲げ強度を測定し、その平均値を
求めたところ、３００ＭＰａであった。ここで、フェル
ールの破断曲げ強度はフェルールの２点を支持してその
中央に応力を加え、破断時の応力を測定した。

【００２２】（実施例２）図２に示す装置を用いてフェ
ルールを作製した。加熱炉から冷却ドラム（冷却ドラム
と石英系ガラス細管との接触位置）までの距離は３０〜
５０ｃｍとした。冷却ドラムは半径２００ｍｍの銅製の
円筒形回転体を４つ用い、石英系ガラス細管の長さ方向
の異なる２つの位置（第１の冷却位置と第２の冷却位
置）においてそれぞれ２つのドラムで石英系ガラス細管
を挾んだ。第１の冷却位置と第２の冷却位置とでは、回
転体で石英系ガラス細管を挾む方向を変え、石英系ガラ
ス細管の４方向の周面がそれぞれ回転体と接触するよう
にした。上記実施例１と同様にして石英系ガラス管を加
熱炉に入れて溶融線引し、石英系ガラス細管とした。こ
の石英系ガラス細管が冷却ドラムを通過した後、これを
長さ４０ｍｍに切断して強度試験用フェルールサンプル
を得た。得られたフェルール５０個について、上記実施
例１と同様にして破断曲げ強度を測定し、その平均値を
求めたところ、２７０ＭＰａであった。

【００２３】（比較例１）上記実施例１において、溶融
線引後の急冷を行わない以外は同様にしてフェルールを
作製した。すなわち、水冷ポットおよび拭き取り装置を
用いず、溶融線引後の石英系ガラス細管が内部まで徐冷
された後に、長さ４０ｍｍに切断してフェルールを得
た。得られたフェルール５０個について、上記実施例１
と同様にして破断曲げ強度を測定し、その平均値を求め
たところ、１６７ＭＰａであった。

【００２４】上記実施例１，２および比較例１の結果よ
り、溶融線引後の石英系ガラス細管の表面を急冷するこ
とによって、フェルールの破断曲げ強度が向上すること
が認められた。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明のフェルール
は、石英系ガラス母材を溶融線引して作製したフェルー
ルであって、前記石英系ガラス母材を溶融線引後、急冷
することにより応力が付与されていることを特徴とする
ものである。本発明のフェルールによれば、石英系ガラ
ス母材を溶融線引後に急冷することによってフェルール
の表面に圧縮応力が加えられているので、フェルール表
面に外傷が生じた場合に傷の成長が抑えられる。したが
って、製造性が良く比較的安価に供給できるうえ、材質
が安定しているので寸法精度、寸法安定性に優れ、表面
硬度も高く、挿抜による摩耗の問題や長期信頼性の問題
が少ないという利点を有する。

【００２６】また本発明のフェルールの製造装置は、石
英系ガラス母材を溶融線引する線引手段と、該石英系ガ
ラス母材を線引した後急冷する冷却手段とを有すること
を特徴とするものである。この装置によれば、石英系ガ
ラス母材を溶融線引後に急冷する工程を経てフェルール
を製造することができる。このようにして製造されたフ
ェルールは、急冷の際にフェルールの表面に圧縮歪みが
加えられるので、フェルール表面に外傷が生じた場合に
傷の成長が抑えられるようになる。その結果、フェルー
ルの破断強度が向上する。したがって、石英系ガラスを
主成分材料としながら、十分に使用可能な強度を有する
フェルールを得ることができる。また本発明のフェルー
ルの製造装置は、従来のフェルール製造ラインを改造し
て冷却手段を設けるだけで、石英系ガラス製フェルール
の強度向上を容易に、かつ低コストで図ることができ
る。

【００２７】前記冷却手段として冷却水を用いた場合に
は、冷却水の深さや温度を変えることにより、石英系ガ
ラス製フェルールの強度を容易に制御することができ
る。また前記冷却手段として冷却ドラムを用いた場合に
は、冷却手段として液体を使用しないことから、製造ラ
インのメンテナンスが簡単である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の石英系ガラス製フェルール製造装置
の第１の実施例を示した概略構成図である。

【図２】 本発明の石英系ガラス製フェルール製造装置
の第２の実施例を示した概略構成図である。

【符号の説明】

１…石英系ガラス母材、３…石英系ガラス製フェルー
ル、１１…加熱炉（線引手段）、１２…水冷ポット（冷
却手段）、１４…キャタピラ（線引手段）、２２…冷却
ドラム（冷却手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 善明 東京都新宿区西新宿３丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 長瀬 亮 東京都新宿区西新宿３丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 三田地 成幸 東京都新宿区西新宿３丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石英系ガラス母材を溶融線引して作製し
   たフェルールであって、前記石英系ガラス母材を溶融線
   引後、急冷することにより応力が付与されていることを
   特徴とする石英系ガラス製フェルール。
2. 【請求項２】 石英系ガラス母材を溶融線引する線引手
   段と、該石英系ガラス母材を線引した後急冷する冷却手
   段とを有することを特徴とする石英系ガラス製フェルー
   ルの製造装置。
3. 【請求項３】 前記冷却手段として、冷却水を用いるこ
   とを特徴とする請求項２記載の石英系ガラス製フェルー
   ルの製造装置。
4. 【請求項４】 前記冷却手段として、冷却ドラムを用い
   ることを特徴とする請求項２記載の石英系ガラス製フェ
   ルールの製造装置。