JPH1172641A

JPH1172641A - メカニカルスプライス部品

Info

Publication number: JPH1172641A
Application number: JP5330398A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Katagiri; 敏昭片桐; Shinji Nagasawa; 真二長沢; Masaaki Takatani; 雅昭高谷
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 1999-03-16
Anticipated expiration: 2018-03-05
Also published as: JP3383569B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光ファイバを突き合わせて、これを機械的に
把持して接続するメカニカルスプライス技術を提供する
ことを課題とする。【解決手段】光ファイバ１，１を突き合わせ、突き合
わせた前記光ファイバを把持し、接続するメカニカルス
プライス部品において、前記メカニカルスプライス部品
の中央部から端部に向かって横弾性率が小さくなるよう
に、裸光ファイバ１−１を把持するための横弾性率の相
異なる２つ以上の把持部材６，７−１，７−２で構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを突き
合わせて、これを機械的に把持して接続するメカニカル
スプライス技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１６は従来のメカニカルスプライス部
品の基本構成を示す図である。メカニカルスプライス部
品は、光ファイバ１（裸光ファイバ１−１，光ファイバ
被覆部１−２から構成される）の押さえ基板２、Ｖ溝基
板３、上記両基板２，３で光ファイバ１を把持する力を
発生する保持バネ４、および光ファイバ１が突き合わさ
れる両基板２，３の中央部に入れた屈折率整合剤５の、
複数のスプライス部材で基本構成されている。メカニカ
ルスプライス部品による光ファイバ接続概要は、次の通
りである。光ファイバ心線端部の被覆を除去し、光ファ
イバ表面に残留している光ファイバプライマリコート
を、エチルアルコールを含ませたレンズぺーパー等を用
いてふき取った後、裸部の光ファイバ長がある値になる
ように光ファイバを切断する。この様にして端末形成さ
れた光ファイバ１を、該光ファイバの端面同士が対向す
るようにメカニカルスプライス部品に挿入し、押さえ基
板２、Ｖ溝基板３中央部で光ファイバの端面同士が軽く
接触する程度の突き合わせ力で光ファイバを突き合わ
せ、Ｖ溝基板３によって光ファイバ１，１同士を軸合わ
せし、対向する光ファイバ１，１の端面間に屈折率整合
剤５を介在させた状態で、保持バネ４によって押さえ基
板２を介して光ファイバを把持して接続する。なお、屈
折率整合剤５は、マッチングオイルあるいはマッチング
ゲルなどと呼ばれている。また、光ファイバ把持に関
し、基板（表面）自体の弾性変形（バネ効果）を期待で
きる場合には、保持バネ４に代わって、バネ効果のない
基板留め具を用いるメカニカルスプライス部品もある。

【０００３】また、「電子情報通信学会論文誌Ｃ−II、
Vol.Ｊ７９−Ｃ−II、No. １１、p.６３３」などに見ら
れる如く、光ファイバ同士を軸合せする機能を有するＶ
溝基板３の代わりに、ガラスキャピラリを用いている場
合もある。

【０００４】従来のメカニカルスプライス部品による接
続は、メカニカルスプライス部品内部の光ファイバ１の
裸部分の一部が（１）同一材質（たとえば、アルミニウ
ム）の基板２，３（基板２，３を一体構造で加工した場
合もある）、あるいは、（２）押さえ基板２とＶ溝基板
３の材質が互いに異なる時も、光ファイバ１，１の裸部
分１−１，１−１について、光ファイバの軸方向には同
一材質で把持されていた。ただし、メカニカルスプライ
ス部品内部において、光ファイバ１の被覆が除去されて
いない光ファイバ被覆部１−２も、押さえ基板２とＶ溝
基板３とで把持している場合もあるが、実施の形態で後
述するように、引張力が加わったときなど、光ファイバ
心線では、被覆の光ファイバに対する応力分担率は、通
常（φ０．２５ｍｍ素線を使用している場合など）僅少
である。さらに、光ファイバ突き合わせ部と光ファイバ
１−２の被覆が除去されていない部分の２箇所を強く把
持すると、ヒートサイクル時基板２，３の温度伸縮に伴
い、光ファイバ１の線膨張係数が小さいため、左記２箇
所間の光ファイバ（区間）に曲げや引張り力が作用し、
損失変動等の問題が発生することが多い。

【０００５】メカニカルスプライス接続部のハンドリン
グ時等に、メカニカルスプライス接続部内の光ファイバ
に引張り力などの外力を加えたり、また、メカニカルス
プライス接続部が周囲温度変化に伴い伸縮して、光ファ
イバに熱応力が発生したりすると、メカニカルスプライ
ス部品内部の光ファイバ心線あるいは該光ファイバに剪
断力が作用する。このとき、外力あるいは熱応力によっ
て、光ファイバに軸力が発生し、メカニカルスプライス
部品内で突き合わせた光ファイバ端面同士の相対的位置
関係が変化し、次のような（１）乃至（４）の問題が発
生する。

【０００６】（１）図１７は屈折率整合剤無しのメカニ
カルスプライス部品を用いて、−４０〜＋７５℃のヒー
トサイクルをかけた場合、接続部の損失変動を示す１例
である（損失変動は記号「°」で示す）。接続部を通過
する光パワーを測定すれば、光ファイバの端面同士の間
隔変化などが接続損として、屈折率整合剤の影響を受け
ずに、フレネル損を含んだ値で検出できる。図１７か
ら、メカニカルスプライス部品内で突き合わされた光フ
ァイバの端面間隔が周囲温度変化に応じて変化している
ことが分かる。これは、端面間隔に応じた損失変動、あ
るいは、通常、光ファイバの端面同士が接触するのは、
−４０℃へ温度降下する場合であり、ある程度以上の突
き合わせ力が作用すると、突き合わせた光ファイバ同士
が曲がり（光ファイバ軸同士の角度変化）、軸ズレなど
によって損失変動（通常、損失増）が発生する。本損失
変動と同時に、反射減衰量変化も問題になる。以上のよ
うに、光の結合状態は接続当初の状態から大きく変化す
る。また、低温側へ温度降下する場合、対向した光ファ
イバの端面同士が接触し光ファイバ端面に傷を付ける危
険がある。また、光ファイバ端面突き合わせ部に屈折率
整合剤を用いたメカニカルスプライス接続部のヒートサ
イクル試験においても、低温側へ温度降下する場合、光
ファイバ端面同士が、相対的に軸ズレ、角度変化などの
形で立体的に動き、２０〜３０ｄＢ程度の損失増が確認
される場合もあった。また、同様に、低温側へ温度降下
する場合、反射減衰量も３０ｄＢを超える反射減衰量増
が確認される場合があった。

【０００７】（２）外力あるいは熱応力によって、光フ
ァイバ１と、該光ファイバ１を把持する押さえ基板２や
Ｖ溝基板３との間に滑りが発生すると、裸光ファイバ１
−１表面が基板２，３で擦られる。このとき、該裸光フ
ァイバ１−１の引張り強度は、光ファイバを端末形成し
た直後の初期引張り強度に対して、次第に低下してい
き、時間の経過に従って、光ファイバが破断する累積破
断確率が、接続当初の計算値に対して、次第に高くなっ
ていく問題がある。周知の通り、光ファイバ接続時に、
被覆除去した光ファイバの表面に残留したプライマリコ
ートを除去するため、光ファイバ表面に傷を付けにくい
レンズペーパーなどにアルコールを含ませて該表面を擦
るだけでも、光ファイバの初期引張り強度は、端末形成
の工程だけでも、表面に傷の無い光ファイバの引張り強
度と比較して、通常、数分の１以下まで低下する。

【０００８】（３）実際のヒートサイクル試験において
は、単心線と比較して、４心テーブ心線接続の方が、損
失変動の発生する確率が高い。この理由は、４心の各光
ファイバが、それぞれ等しい大きい力で把持されず、４
心のうち滑りやすい光ファイバと滑りにくい光ファイバ
とができるためである。すなわち、ファイバ外径精度、
押さえ基板２やＶ溝基板３など把持部品の加工寸法精
度、光ファイバを把持する基板表面粗さが原因であり、
該精度、粗さに対する要求精度は、単心線より４心テー
プ心線の接続の場合の方が厳しくなる。各材の寸法精
度、粗さのバラツキの大きさに応じて、各光ファイバに
発生する剪断力にバラツキが発生する。このため、４心
の各光ファイバ毎に滑りに対する耐力が異なり、引張り
強度、損失変動、反射減衰量変動、累積破断確率の増大
へ直接的に影響する。

【０００９】（４）端末形成時の裸部の光ファイバ長さ
は、通常１０ｍｍで、現在のところ安定して切断できる
該長さの下限値は、７〜８ｍｍ程度である。裸部の光フ
ァイバを７〜１０ｍｍ程度全長を（長く）把持すると、
周囲温度降下時に基板収縮し光ファイバ端面同士を強く
突き合わせる圧縮力が作用するため、端末形成した光フ
ァイバ心線を、突き合わせ端面部の一部の裸部（例え
ば、片側３ｍｍ長）と、被覆剥き際の被覆部とを基板で
把持するとき、両部分の間に、全く拘束されていない裸
ファイバ部（例えば、片側４〜７ｍｍ長）が発生する。
基板が温度変化によって伸縮（例えば、数μｍ）すると
き、全く拘束されていない裸ファイバ部において曲げが
発生する。このとき、損失増や折損する問題が発生す
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】メカニカルスプライス
部品内で、光ファイバと該光ファイバ把持部材との間に
滑りが発生し、光ファイバ突き合わせ部の光ファイバ端
面同士の接続状態（相対的位置関係）が変わると、大き
な損失変化や反射減衰量変化が発生する。滑りによって
光ファイバ表面に傷がつくと、メカニカルスプライス部
品内の光ファイバの累積破断確率が増大する問題があ
る。とくに、周囲温度降下時に、接続部内に全く拘束さ
れていない裸ファイバ部に曲げが発生すると、損失変動
したり、端末形成時の初期表面傷が成長し累積破断確率
が接続当初の確率より高くなっていく。その結果、該接
続部の長期信頼性が低下したり、伝送特性が悪化したり
する問題がある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する［請
求項１］にかかる本発明のメカニカルスプライス部品
は、光ファイバを突き合わせ、突き合わせた光ファイバ
をメカニカルスプライス部品で把持し接続するメカニカ
ルスプライス部品において、メカニカルスプライス部品
内部の裸光ファイバ部を、メカニカルスプライス部品の
中央部から端部に向かって横弾性率が小さくなるよう
に、横弾性率の相異なる２つ以上の把持部材で把持する
構成にしたことを特徴とする。

【００１２】［請求項２］にかかる本発明のメカニカル
スプライス部品は、請求項１記載のメカニカルスプライ
ス部品において、光ファイバの押さえ基板と、該光ファ
イバを光ファイバ突き合わせ部で軸合せするＶ溝基板
と、光ファイバ被覆剥き際部の裸光ファイバ部側に、該
押さえ基板と該Ｖ溝基板とに設けた接着剤充填空間と、
少なくともどちらか一方の前記基板に設けた接着剤注入
孔と、該接着剤注入孔から光ファイバ突き合わせ部と該
接着剤充填空間とに充填する接着剤であって、硬化後発
現する横弾性率が両基板の横弾性率より小さく、かつ、
硬化後の屈折率が石英ガラスの屈折率に近い接着剤と、
該両基板に光ファイバを把持する力を付与する保持バ
ネ、または該両基板のうち少なくとも一方の基板自体に
光ファイバ把持によって弾性変形に伴う復元力が存在す
るときは該両基板の留め具とから構成したことを特徴と
する。

【００１３】［請求項３］にかかる本発明のメカニカル
スプライス部品は、請求項１記載のメカニカルスプライ
ス部品において、接着剤を光ファイバ突き合わせ部の近
傍だけ充填せずに、押さえ基板またはＶ溝基板の中央部
に屈折率整合剤充填用穴を設けて、光ファイバ端面突き
合わせ部の空隙を屈折率整合剤で充填する構成にしたこ
とを特徴とする。

【００１４】［請求項４］にかかる本発明のメカニカル
スプライス部品は、請求項１記載のメカニカルスプライ
スにおいて、光ファイバの押さえ基板と、該光ファイバ
を光ファイバ突き合わせ部で軸合せするＶ溝基板と、光
ファイバ被覆剥き際部の裸光ファイバ部側に、該押さえ
基板と該Ｖ溝基板とに設けた薄板固着空間と、横弾性率
が両基板の横弾性率より小さい薄板と、該両基板に光フ
ァイバを把持する力を付与する保持バネ、または該両基
板のうち少なくとも一方の基板に光ファイバ把持によっ
て弾性変形に伴う復元力が存在するときは該両基板の留
め具と、押さえ基板とＶ溝基板の中央部間隙に入れた屈
折率整合剤とから構成したことを特徴とする。

【００１５】［請求項５］にかかる本発明のメカニカル
スプライス部品は、請求項１記載のメカニカルスプライ
スにおいて、光ファイバを突き合わせ部の裸光ファイバ
と光ファイバ被覆剥き際の裸光ファイバ部とを別々に把
持するため、メカニカルスプライス部品の中央部と両端
部に３分割された押さえ基板であって、両端部の横弾性
率が中央部の横弾性率より小さい押さえ基板と、該裸光
ファイバを光ファイバ突き合わせ部で軸合せするＶ溝基
板と、押さえ基板とＶ溝基板を介して光ファイバを把持
する力を付与する保持バネ、または該両基板のうち少な
くとも一方の基板自体に光ファイバ把持によって弾性変
形に伴う復元力が存在するときは該両基板の留め具と、
押さえ基板とＶ溝基板の中央部間隙に入れた屈折率整合
剤とから構成したことを特徴とする。

【００１６】［請求項６］にかかる本発明のメカニカル
スプライス部品は、光ファイバ突き合わせ部の裸光ファ
イバと、光ファイバ被覆剥き際の被覆部とをそれぞれ把
持する押さえ基板とＶ溝基板であって、前記両基板の中
央部の裸光ファイバを把持し、かつ、該被覆内部の光フ
ァイバを前記両基板の横弾性率より小さい横弾性率を有
する該被覆層を介して把持し、光ファイバ被覆剥き際部
で拘束されていない裸光ファイバ長を短くするように構
成した押さえ基板とＶ溝基板と、前記両基板を介して裸
光ファイバと被覆部とを把持する力を付与する保持バ
ネ、または該両基板のうち少なくとも一方の基板自体に
裸光ファイバ把持によって弾性変形に伴う復元力が存在
するときは該両基板の留め具と、押さえ基板とＶ溝基板
の中央部間隙に入れた屈折率整合剤とから構成したこと
を特徴とする。

【００１７】［請求項７］にかかる本発明のメカニカル
スプライス部品は、光ファイバをメカニカルスプライス
部品の中央部で突き合せ、該突き合わせた光ファイバを
基板で把持し、接続するメカニカルスプライス部品にお
いて、（1)光ファイバを引っ張る場合、或いは（2)接続
部が温度降下して光ファイバに圧縮力が加わる場合に、
上記光ファイバと基板との間に発生する剪断力の絶対値
を次式（Ｉ）により、光ファイバ把持端部から光ファイ
バ突き合わせ部に向かって低減しつつ作用するとした場
合であって、

【数２】Ｔｆ＝Ｔｍｉｎ・ｃｏｓｈ（ｘ／ｃ）・・・（Ｉ）但し、Ｔｍｉｎは基板の中央の光ファイバ突き合わせ点
に作用する最小剪断力であって、（1)引っ張る場合は、
Ｔｍｉｎ＝ｃＧＦ／｛ｓｉｎｈ（ｌ／ｃ）・Ａｆ・Ｅ
ｆ｝であり、（2)圧縮力が加わる場合は、Ｔｍｉｎ＝Ｆ
₀／｛ｃ・ｓｉｎｈ（ｌ／ｃ）｝であり、Ｆ₀は熱応力
による光ファイバ突き合わせ点での光ファイバ突き合わ
せ力であり、Ｆ₀＝Ｅｆ・Ａｆ・Ｔ｛αｆ−（Ｅａ・α
ａ・Ａｓ＋Ｅｆ・αｆ・Ａｆ）／（Ｅａ・Ａｓ＋Ｅｆ・
Ａｆ）｝である。ここで、Ｔｆは光ファイバと基板との
間に作用する剪断力、Ｆは光ファイバ引張り力、ｘは基
板の中心からその長手方向への距離、ｌは基板が光ファ
イバを直接把持している長さの半分，Ａｆは光ファイバ
の断面積、Ｅｆは光ファイバのヤング率、Ａｓは光ファ
イバを把持している基板の合計断面積、Ｇは弾性体又は
基板の横弾性率、Ｅａは弾性体又は基板のヤング率ｃ≒
Ｇ／（Ａｆ・Ｅｆ）は定数、αａは弾性体又は基板の線
膨張係数、αｆは光ファイバの線膨張係数、Ｔは温度変
化量とする。（1)引っ張る場合、ある引張り力に対して、光ファイバ
把持端部から剪断力の絶対値が概ね零になる点までの長
さＬ₁を算出し、基板で光ファイバを把持する長さをＬ
₁の２倍以上とすること、（2)圧縮力が加わる場合、あ
る温度での光ファイバ突き合わせ力に対して、光ファイ
バ把持端部から剪断力の絶対値が概ね零になる点までの
長さＬ₂を算出し、基板で光ファイバを把持する長さを
Ｌ₂の２倍以下とすること、のうち、上記（１）引っ張
る場合の長さＬ₁或いは（２）圧縮力が加わる場合の長
さをＬ₂、若しくは両方の長さＬ₁，Ｌ₂に基づき、基
板で光ファイバを把持する長さを決定してなることを特
徴とする。

【００１８】すなわち、本発明は、光ファイバをメカニ
カルスプライス部品の中央部で突き合わせ、メカニカル
スプライス部材で把持するメカニカルスプライス部品に
おいて、メカニカルスプライス部品内部の裸光ファイバ
を、メカニカルスプライス部品の中央から端部に向かっ
て、光ファイバ突き合わせ部と光ファイバ被覆剥き際部
の２部分以上に分けて、光ファイバ被覆剥き際部の裸光
ファイバ部分側は、横弾性率（ヤング率）の小さい接着
剤を充填したり、あるいは横弾性率の小さい薄板の設け
て把持したりし、一方、光ファイバ突き合わせ部分側
は、裸光ファイバを把持する部材の横弾性率（ヤング
率）を、光ファイバ被覆剥き際部の該把持部材の横弾性
率（ヤング率）より大きくして構成したものである。ま
た、端末形成時の裸部の光ファイバ長さを短く（５ｍｍ
程度に）切断し、メカニカルスプライス部品の中央部
で、該裸光ファイバの概ね全長を把持し、かつ、メカニ
カルスプライス部品の中央部以外では、該裸光ファイバ
と連続するように、横弾性率（ヤング率）の小さい光フ
ァイバ被覆自体を介して該被覆内部の光ファイバを把持
し、光ファイバ被覆剥き際部の裸光ファイバ長を短くす
るように構成したことを特徴とする。

【００１９】［作用］引張り外力に関して、光ファイバ
突き合わせ部の裸光ファイバを短く剛把持すること、お
よび光ファイバ被覆剥き際側の裸光ファイバを柔把持す
ることによって、引張り力を両把持部においてそれぞれ
基板に分担させる結果、発生する最大剪断応力を小さく
でき、光ファイバとその把持部材の間の滑りが抑制され
る。一方、周囲温度降下時に基板収縮によって発生する
熱応力に関して、光ファイバ被覆剥き際側の裸光ファイ
バを柔把持して拘束することによって曲げの発生を抑制
し、同時に該裸光ファイバの表面を保護し、したがっ
て、光ファイバ突き合わせ部の剛把持長を短くすること
が可能になる結果、端末形成時の裸光ファイバ表面上の
初期傷の成長を抑制し、光ファイバ端面に作用する突き
合わせ力を抑制できる。ただし、光ファイバ柔把持部の
ヤング率が小さいため、柔把持部に起因する突き合わせ
力の増し分は剛把持部で発生する突き合わせ力と比較し
て小さくなる。

【００２０】以上から、光ファイバ突き合わせ部におい
て、光ファイバ端面同士の相対的位置関係（光結合状
態）が当初の接続状態のまま保持されるようになり、メ
カニカルスプライス部品による接続部の損失変動、反射
減衰量変動、また、光ファイバ破断に対する危険を回避
あるいは抑制する効果がある。その結果、メカニカルス
プライス部品による接続部の伝送特性の劣化がなく、長
期信頼性を向上できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる発明の実施
の形態を図面を参照して説明する。

【００２２】メカニカルスプライス部品による光ファイ
バ接続部の周囲温度が変化して、メカニカルスプライス
部品内部の光ファイバに熱応力が作用したり、あるいは
周囲温度が一定でも、該光ファイバ接続部をハンドリン
グ中に、メカニカルスプライス部品外部の光ファイバ心
線部に引張り力が加わり、この引張り力がメカニカルス
プライス部品内部の光ファイバの突き合わせ端面部まで
作用したりする。外力あるいは熱応力のうち、実際上、
問題が発生する次の２つの場合について解析した。（１）接続部の外に出ている光ファイバ心線に引っ張り
外力が加わった場合について、接続部内部（の光ファイ
バを把持する面）に発生する剪断力、および接続部内部
の裸光ファイバ１−１に発生する引っ張り力を解析し
た。（２）接続部の周囲温度が下がり、接続部自体がその長
手方向に収縮した場合について、接続部内部に発生する
剪断力、および接続部内部の裸光ファイバ１−１に発生
する圧縮力を解析した。

【００２３】図１は光ファイバを弾性体を介して２枚の
基板で把持する計算モデルを示す。同図中、符号１は光
ファイバ、１−１は裸光ファイバ、１−２は光ファイバ
被覆部、６は弾性体、７−１，７−２は基板、８は光フ
ァイバ端面突き合わせ部、９は光ファイバ心線剥き際の
裸光ファイバ部、及び１０は光ファイバ突き合わせ部の
裸光ファイバ部を各々図示する。なお、後述する実施の
形態においても図１で用いた同符号を用いて説明する。
ここで、上記基板７−１，７−２が裸光ファイバ１−１
を直接把持している部分の長さを２ｌ（エル）とする。

【００２４】図１は、裸光ファイバ１−１を弾性体６を
介して基板７−１と基板７−２で把持する計算モデルを
示す。ただし、図１は、弾性体６の横弾性率（横弾性率
とヤング率の関係式、Ｇ＝Ｅ／（２（１＋ν））、νは
ポアソン比））と断面積との積が基板７−１，７−２の
それと比較して十分小さい場合である。押さえ基板２あ
るいはＶ溝基板３が弾性体６の作用をする場合には、弾
性体６を考えなくてもよい。また、弾性体６は、裸光フ
ァイバ１−１と基板７−１，７−２間にあって、裸光フ
ァイバ１−１と基板７−１，７−２とに剪断力をそれら
の長手方向だけに伝える媒体として作用する。一般に、
弾性体６の横弾性率が小さければ、裸光ファイバ１−１
と基板７−１，７−２との相互作用は小さくなり、逆
に、弾性体６の横弾性率が大きければ、両者の相互作用
は大きくなる。なお、実際の設計においては、弾性体６
のヤング率の温度特性も考慮する必要がある。

【００２５】本解析においては、保持バネ４の効果は、
基板７−１と７−２を介して、光ファイバに把持力を与
えるだけと仮定して解析した。保持バネ４は、押さえ基
板２やＶ溝基板３と摩擦接触しているが、通常、摩擦係
数は、０．１程度と小さい。このため、光ファイバに作
用する力（外力など）は、基板７−１，７−２だけで分
担し、また、光ファイバに作用する熱応力は、基板の周
囲温度変化による伸縮量だけに起因して発生すると仮定
した。たとえば、材質がリン青銅などの、薄い保持バネ
を用いる場合、保持バネの効果を無視しても、これによ
る誤差は僅少となる。厳密には、各部材の線膨張係数
α、ヤング率Ｅ、断面積Ａ、保持バネと基板との摩擦係
数などを考慮して解析する必要がある。図１を用いた以
下の解析は、基板，弾性体，光ファイバの長手方向だけ
について、一次元で行う。

【００２６】第１に、接続部の外に出ている光ファイバ
心線に引張り外力が加わった場合、接続部内部に発生す
る剪断力と引張り力を解析する。図２は、裸光ファイバ
１−１と弾性体６、弾性体６と基板７−１，７−２との
間に作用する剪断力Ｔ_fの一例を示す図である。

【００２７】図２において、剪断力Ｔ_f曲線の波形は、
光ファイバ端面突き合わせ部８（光ファイバ軸方向に関
し、基板７−１，７−２の中心（図１で点Ｏ）からの距
離をｘとし、光ファイバの断面積をＡｆ、光ファイバの
ヤング率をＥｆとし、基板と弾性体の合計断面積をＡ
ｓ、弾性材６の横弾性率をＧ（ヤング率Ｅａ）とし、Ａ
ｓ・Ｅａ＞＞Ａｆ・Ｅｆであるため、定数ｃ≒Ｇ／（Ａ
ｆ・Ｅｆ）とすると、単位長さ当たり、光ファイバまた
は基板に作用する剪断力Ｔ_f（ｋｇｆ／ｍｍ）は「Ｔ_f
＝Ｔ_minｃｏｓｈ（ｘ／ｃ）」となる。また、図３に示
すように、裸光ファイバ１−１に作用する引張り力ｆｘ
（ｋｇｆ）は、「ｆｘ＝Ｆ＋Ｔ_min・ｃ・｛ｓｉｎｈ
（ｘ／ｃ）−ｓｉｎｈ（１／ｃ）｝」となる。引張り力
Ｆは弾性体６（Ｔ_f）を介して基板７−１，７−２に伝
達され、基板に分担される。ただし、Ｔ_minは基板７−
１，７−２の中心（通常８と一致）において作用する最
小剪断力で、Ｔ_min＝ｃＧＦ／｛ｓｉｎｈ（１／ｃ）・
Ａｆ・Ｅｆ｝である。

【００２８】図２において、光ファイバの引張り力Ｆ
は、Ｔ_fの積分値であるため、光ファイバ心線被覆剥き
際から光ファイバ突き合わせ方向に向かって徐々に小さ
くなる。（ア）弾性体６の横弾性率（ヤング率Ｅａ）が
大きくなるほど、光ファイバに作用する剪断力は、光フ
ァイバ把持端部から光ファイバ突き合わせ部に向かっ
て、ｘ軸方向に短い距離（区間）で基板７−１，７−２
に分担されていくが、その分だけ大きな剪断力Ｔ_fが光
ファイバ心線被覆剥き際側の裸光ファイバ部９に作用す
ることが分かる。逆に（イ）弾性体６の横弾性率（ヤン
グ率Ｅａ）が小さくなるほど、光ファイバ１に作用する
剪断力は、ｘ軸方向に長い距離（区間）にわたって、基
板７−１，７−２に分担されるが、その分だけ剪断力Ｔ
_fの最大値は小さくなる。場合により、光ファイバ心線
被覆剥き際部の裸光ファイバ部９から光ファイバ端面突
き合わせ部１０まで作用することもある。以上を換言す
れば、Ｔ_fをｘについて積分した値が、基板７−１，７
−２が当該部分（区間）で分担している引張り力Ｆと等
しくなる。ただし、図２，図３に関し、基板あるいは弾
性体のヤング率Ｅａの大小と引張り力ｆｘとの関係は、
剪断力Ｔ_fと同様に考えることができる。

【００２９】上述したように、弾性体６あるいは基板の
横弾性率や寸法等を選定すれば、引張り力Ｆが光ファイ
バ端面の突き合わせ部８まで伝搬しない様にも設計でき
る。一旦、裸光ファイバ１−１と該光ファイバ把持部材
である基板７−１，７−２との間に滑りが発生したり、
あるいは接着剤の場合は両者間に剥離が発生すると、剪
断力が作用する箇所が基板７−１，７−２の端部側（す
なわち、光ファイバ心線被覆剥き際）から中央部側の光
ファイバ突き合わせ部８に向かって移動していき、最悪
外力によって発生する最大剪断力が、光ファイバ突き合
わせ部８に直接作用するようになる。このとき、光ファ
イバ端面は、その引張り方向に移動し、たとえば、光フ
ァイバ端面同士が離れたり、光ファイバ心線が接続部か
ら引き抜ける。

【００３０】第２に、接続部の周囲温度が下がり、接続
部自体がその長手方向に収縮した場合について、接続部
内部に発生する剪断力、および接続部内部の裸光ファイ
バ１−１に発生する圧縮力を解析する。光ファイバまた
は基板に作用する単位長さ当たりの剪断力Ｔ_f（ｋｇｆ
／ｍｍ）は「Ｔ_f＝−Ｔ_0min・ｃｏｓｈ（ｘ／ｃ）」と
なる。また、裸光ファイバ１−１に作用する圧縮力ｆ_x
（ｋｇｆ）は、ｆ_x＝Ｆ₀−Ｔ_0min・ｃ・ｓｉｎｈ（ｘ
／ｃ）」となる。Ｆ₀は、光ファイバ突き合わせ部８に
おける突き合わせ力で、基板と光ファイバとに滑りがな
り条件で求めた熱応力に等しく、Ｆ₀＝Ｅｆ・Ａｆ・Ｔ
｛α_f−（Ｅａ・α_a・Ａｓ＋Ｅｆ・α _f・Ａｆ）／
（Ｅａ・Ａｓ＋Ｅｆ・Ａｆ）｝。但し、α_aは弾性体又
は基板の線膨張係数、α_fは光ファイバの線膨張係数、
Ｔは温度変化量である。Ｔ_0min＝Ｆ ₀／｛ｃ・ｓｉｎｈ
（ｌ／ｃ）｝であり、基板７−１，７−２の中心（通常
８と一致）において作用する最小剪断力である。基板収
縮によって光ファイバ軸方向に発生する圧縮力は、剪断
力を介して、基板の光ファイバ把持端部から基板中央に
向かって、光ファイバ軸に沿って足し算されていく。

【００３１】上述したように、基板や弾性体６の横弾性
率や寸法等を選定すれば、圧縮力が光ファイバ端面の突
き合わせ部８まで伝搬する力を小さく設計できる。すな
わち、弾性体６の横弾性率が小さければ、光ファイバ心
線被覆剥き際部の裸光ファイバ部９に、基板端部から基
板中央部に向かって作用する圧縮力は小さくなる。ま
た、弾性体６、あるいは基板７−１，７−２の裸光ファ
イバ１−１の把持長さ２ｌ（エル）を短くしても、光フ
ァイバ心線被覆剥き際部の裸光ファイバ部９に作用する
圧縮力は小さくなる。

【００３２】図４は、図２および図３の計算結果を用い
て、次の二つ裸光ファイバ把持条件（Ａ），（Ｂ）につ
いて、ある大きさの引張り力Ｆが接続部外部の心線に加
わったとき、裸光ファイバに作用する剪断力Ｔ_fと引張
り力ｆｘの分布曲線を模擬的に示した図である。図４
中、（Ａ）は、光ファイバ心線被覆の剥き際の裸光ファ
イバ部分９と光ファイバ突き合わせ接続部の裸光ファイ
バ部分１０とも、裸光ファイバを同じ材料（横弾性率）
の基板７−１，７−２を、長さ方向に等しい力で把持し
て光ファイバを引っ張る場合の光ファイバの把持条件を
模式的に示す図である。

【００３３】図４中、（Ｂ）は、光ファイバ心線被覆の
剥き際の裸光ファイバ部分９では、光ファイバ１−１を
把持する部材の横弾性率を小さくして、光ファイバを軸
方向に長い区間で剪断力を受けるようにし、一方、光フ
ァイバ突き合わせ接続部の裸光ファイバ部分１０では、
光ファイバ１−１を把持する部材の横弾性率を大きくし
て、相対的に短い区間で剪断力を受ける場合の裸光ファ
イバの把持条件を模式的に示す図である。ただし、
（Ｂ）に関し、裸光ファイバ部分９と裸光ファイバ部分
１０を把持する部材の横弾性率の大小関係を逆にする
と、必ず、裸光ファイバ部分９において剪断力の最大値
が発生し外力Ｆが分担されるようになり、裸光ファイバ
部分９と裸光ファイバ部分１０の両方で剪断力を分担す
る効果が通常なくなる。

【００３４】図４から、（Ａ）の場合と（Ｂ）の場合と
を比較すると、光ファイバ心線被覆剥き際の裸光ファイ
バ部分９と裸光ファイバ部分１０とでそれぞれ剪断力を
分担することにより、発生する剪断力最大値を低減で
き、光ファイバと弾性体の滑りが抑制される。具体的に
は、弾性体６の長さと横弾性率を設計する必要がある。
また、（Ａ）と（Ｂ）とも、裸ファイバ長について、剪
断力Ｔ_fの分布曲線を、裸光ファイバ長についてｘで積
分した値は引張り力Ｆに等しくなる。ただし、剪断力Ｔ
_fは、接着剤の場合には、光ファイバと弾性体との間の
剪断接着強さ、あるいは光ファイバと基板７−１，７−
２（押さえ基板２、Ｖ溝基板３に相当）との間の最大静
止摩擦力より小さくなるように設計する必要がある。

【００３５】光ファイバ心線被覆の剥き際側の裸光ファ
イバに作用する最大剪断力Ｔ_fmaxと、弾性体６の横弾性
率との関係を、図１の計算モデルを用いて具体的数値計
算例で示す。ここで、計算パラメーターは、引張り力Ｆ
＝１ｋｇｆ、裸光ファイバ部の長さ２ｌ（エル）＝８ｍ
ｍ、裸光ファイバ把持部の基板７−１，７−２と弾性体
の断面積の合計Ａｓ＝１６ｍｍ²、基板７−１，７−２
のヤング率２０００ｋｇｆ／ｍｍ²、光ファイバ直径
０．１２５ｍｍ、光ファイバのヤング率７３００ｋｇｆ
／ｍｍ²の場合、弾性体６のヤング率が２００（＝横弾
性率８０）とヤング率２０００（＝横弾性率８００）ｋ
ｇｆ／ｍｍ²に対して、Ｔ_fmaxはそれぞれ約０．９６ｋ
ｇｆ／ｍｍ、３．０ｋｇｆ／ｍｍと計算される。計算例
から、弾性体の横弾性率を小さくすると、最大剪断力を
小さく抑制できることが分かる。ただし、ポアソン比ν
＝０．２５として概算した。

【００３６】また、光ファイバ心線被覆の剥き際の裸光
ファイバ部９に作用する引張り力ｆｘと、弾性体６の横
弾性率との関係を、図１の計算モデルによる計算例で示
す。計算パラメータが前記と同じ場合、弾性体６のヤン
グ率が２００（＝横弾性率８０）とヤング率２０００
（＝横弾性率８００）ｋｇｆ／ｍｍ²に対して、ｆｘは
引張り端で共に１ｋｇｆであり、ｆｘがＴ_fを介して基
板に分担され、約０ｋｇｆとなるまでの基板長さは、そ
れぞれ約３．４ｍｍ弱、約２．０ｍｍと計算される。計
算例から、裸光ファイバ把持部材の横弾性率を大きくし
て基板長さを選べば、引張り力（最大剪断力）が光ファ
イバ突き合わせ部まで作用しないようにすることができ
る。また、該弾性体の横弾性率を小さくし過ぎると、光
ファイバと基板との間に滑りが発生し、最大剪断力が光
ファイバ突き合わせ部まで作用する場合も出てくること
が分かる。

【００３７】次に、引張り力Ｆが２ｋｇｆのとき、裸光
ファイバをヤング率２０００（＝横弾性率８００）ｋｇ
ｆ／ｍｍ²の基板だけで把持するとき、引張り力Ｆが、
上記剪断力の式に従って、裸光ファイバから基板に分担
されていくｘ方向の距離を計算した。基板による光ファ
イバ把持端部から（ｘ方向）長さ約２ｍｍの範囲にわた
って分担される。ただし、光ファイバ心線被覆の剥き際
に作用する剪断力は５．９８ｋｇｆ／ｍｍと大きくな
る。裸光ファイバ把持の前提として、基板と裸光ファイ
バとの間に十分な摩擦力が作用するようにしっかり把持
するには、たとえば、基板が裸光ファイバを把持する
（バネ）力をマージンをみて設計したり、あるいは基板
の塑性変形による裸光ファイバ把持面積を増加するなど
する必要がある。

【００３８】一方、図５は、図４で上述した裸光ファイ
バ把持条件（Ａ），（Ｂ）について、図１モデルの計算
結果を用いて、基板の収縮により、弾性体を介して光フ
ァイバに圧縮力（図５において、把持端部（中心側）の
値Ｆ₀，Ｆ₁，Ｆ₂）が加わったとき、裸光ファイバに
作用する剪断力Ｔ_fと圧縮力ｆｘの分布曲線を模擬的に
示した図である。図５から、（Ａ）の場合と（Ｂ）の場
合とを比較して考察すると、（Ｂ）の場合、光ファイバ
端面の突き合わせ力は、裸光ファイバ把持部分９と１０
とで発生する突き合わせ力の和である。光ファイバ心線
被覆の剥き際側の裸光ファイバ部分９を把持する部材の
横弾性率（ヤング率）は小さいため、突き合わせ力への
影響は小さい。光ファイバ被覆剥き際側９の裸光ファイ
バを柔把持しているから、光ファイバ突き合わせ部の剛
把持長を短くすることが可能になり、光ファイバ端面に
作用する突き合わせ力を抑制できる。このとき、柔把持
を省略すると、光ファイバ端面がその軸方向に数μｍ動
くだけでも、裸光ファイバ把持部分９において、該軸に
直交する方向に０．１ｍｍオーダーの撓みが発生した
り、曲げ（光ファイバの曲げ応力、曲げ損失）が問題に
なってくる。

【００３９】このことを詳細に説明すると、（Ｂ）の場
合、光ファイバ心線被覆の剥き際の裸光ファイバ部分９
では、横弾性率が小さい弾性体を選定するため作用する
圧縮力は小さくなる。光ファイバ突き合わせ接続部の裸
光ファイバ部分１０では、横弾性率が大きい弾性体を選
定するため作用する圧縮力は大きくなる。しかし、該部
分１０では、裸光ファイバ把持長が短いため、（Ａ）の
場合と比較して把持長が短くなった分だけ作用する圧縮
力は小さくなる。また、（Ａ）と（Ｂ）とも、裸ファイ
バ長について、剪断力Ｔ_fの分布曲線をｘで積分した値
は圧縮力に等しくなる。ただし、剪断力Ｔ_fは、接着剤
の場合には、光ファイバと弾性体との間の剪断接着強
さ、あるいは光ファイバと基板７−１，７−２（押さえ
基板２、Ｖ溝基板３に相当）との間の最大静止摩擦力よ
り小さくなるように、光ファイバと弾性体、弾性体と基
板との間の滑りが発生しないように設計する必要があ
る。

【００４０】周囲温度が下がり、接続部自体が収縮した
場合について、光ファイバ心線被覆の剥き際の裸光ファ
イバに作用する圧縮力ｆｘと、弾性体６の横弾性率との
関係を、図１の計算モデルによる具体的計算例で示す。
ここで、計算パラメーターは、接続部作成時の温度に対
する温度差５０℃、裸光ファイバ部の長さ２１（エル）
＝８ｍｍ、裸光ファイバ把持部の基板７−１，７−２の
弾性体の断面積の合計Ａｓ＝１６ｍｍ²、基板７−１，
７−２のヤング率２０００ｋｇｆ／ｍｍ²、光ファイバ
直径０．１２５ｍｍ、光ファイバヤング率７３００ｋｇ
ｆ／ｍｍ²の場合、弾性体６のヤング率２００（＝横弾
性率８０）とヤング率２０００（＝横弾性率８００）ｋ
ｇｆ／ｍｍ²に対して、基板収縮による光ファイバ端面
突き合わせ力はそれぞれ約４２ｇｆ、約４３ｇｆと計算
される。計算例から、突き合わせ力はほぼ等しいが、前
者の場合、ｆｘがＴｆを介して基板に分担され、端部か
ら突き合わせ部に向かって低減していくが、ｆｘは基板
長さ４ｍｍ全長にわたって分担される。後者の場合、ｆ
ｘは基板長さ約２ｍｍにわたって一部区間で分担され
る。弾性体の横弾性率を小さくすると、圧縮力はより長
い区間にわたって基板に分担される。また、圧縮力の大
きさから分かるように、剪断力はヤング率２００ｋｇｆ
／ｍｍ²のとき４０ｇ、ヤング率２０００ｋｇｆ／ｍｍ
²のとき１２８ｇと小さい。ただし、ポアソン比ν＝
０．２５として概算した。

【００４１】さらに、図４の（Ｂ），図５の（Ｂ）に示
すように、剛把持と柔把持を組み合わせたときの（外力
による）引張り力と（温度差による）圧縮力を計算例で
考察する。端末形成時の裸光ファイバ１−１長が１０ｍ
ｍ（２ｌ（エル）＝２０ｍｍ）、基板７−１，７−２中
央部１０の裸光ファイバの剛把持長が８ｍｍ、したがっ
て、基板７−１，７−２の端部側９の柔把持長はそれぞ
れ６ｍｍとなり、剛把持部のヤング率が２０００ｋｇｆ
／ｍｍ²、柔把持部のヤング率が２００ｋｇｆ／ｍｍ²
の場合、１ｋｇｆの引張り外力が加わると、外力は柔把
持部でおおむね基板に分担される。この理由は、１ｋｇ
ｆの引張り外力は、柔把持部の全長６ｍｍで約９７０ｇ
ｆ受け持たれるからである。また、接続部作成時の温度
に対して５０℃温度が下がった場合、基板収縮により光
ファイバ端面に発生させる突き合わせ力は剛把持部だけ
で独立して計算すると約４３ｇｆ、柔把持部だけで独立
して独立して計算すると約４２ｇｆであり、合計約８５
ｇｆ程度と見積もられる。以上の計算は、基板としての
ヤング率が光ファイバの接触する基板表面のヤング率と
等しいと仮定している。上記計算式の基板寸法等の定
数、把持力と滑りが発生しない条件の検討は、実際的に
は、引張りに対しては、光ファイバ１本あたり例えば数
秒間数百ｇｆの引き抜き力が光ファイバが滑ることなく
達成されること、圧縮に対しては、突合せ力に相当する
引張りが２４時間光ファイバが滑ることなく達成される
ことなど、心線の引き抜き試験によってできる。一般的
に、光ファイバと基板との間に作用する剪断力は、部品
と適用温度範囲によってある値になるが、上記数式を用
いて具体的に基板寸法などを設計して、剪断力の最大値
を小さく抑制するようにすれば、光ファイバと基板との
間の滑りに対する潜在能力を向上できる。その結果、光
ファイバ突き合わせ端面同士の初期位置関係が維持され
るようになり、損失変動，反射減衰量変動，光ファイバ
端面同士の接触がなくなる。なお、光ファイバと基板と
の間に剪断力が作用しても、小さければ、両者間に滑り
は発生しない。

【００４２】＜第１の実施の形態＞図６及び図７は、本
発明の第一の実施の形態であって、メカニカルスプライ
ス部品の構成を説明する図である。光ファイバ押さえ基
板２と、光ファイバ軸合せ用Ｖ溝基板３と、光ファイバ
被覆剥き際の裸光ファイバ部９を挟むように、該押さえ
基板２とＶ溝基板３とに設けた接着剤充填空間１３と、
少なくともどちらか一方の基板２または３に設けた接着
剤注入孔２−３，２−４と、該接着剤注入孔２−３，２
−４から光ファイバ突き合わせ部と該接着剤充填空間と
に充填する接着剤であって、硬化後に発現する横弾性率
が押さえ基板２あるいはＶ溝基板３の横弾性率と比較し
て小さく、かつ、硬化後の屈折率が石英ガラスの屈折率
に近い接着剤１４と、上記の押さえ基板２とＶ溝基板３
とを介して光ファイバを把持する力を与える保持バネ４
とから構成される。接着剤１４の横弾性率は、同じ材料
でも接着剤充填空間１３の深さ（すなわち、接着剤の厚
さ）を大きくすれば、該横弾性率を小さくしたことにな
る。また、基板自体に光ファイバを把持するバネ効果が
ある場合には、光ファイバが接触する基板の表面層の弾
性変形による復元力を利用できるため、該復元力を得る
ために必要な歪みを基板２，３の光ファイバ把持面に付
与する基板留め具４−１で、光ファイバを挟持してもよ
い。また、光ファイバ軸合せ用Ｖ溝基板３は、図６
（ａ）に示すように、光ファイバ挿入ガイド斜面１８を
有する構造にすると急激な剪断力を回避できる。なお、
押さえ基板２とＶ溝基板３の具体的材料としては、低線
膨張係数を有するガラス粒子あるいはガラス繊維を骨材
としてエポキシ樹脂で固めたもの、あるいは、アルミニ
ウムなどがある。接着剤１４の具体的材料としては、屈
折率が石英ガラスと等しくなるように調整されたフッ素
系、あるいは、エポキシ系接着剤などがある。

【００４３】光ファイバを接続するには、（１）まず、
保持バネ４を開放し、端末形成した光ファイバ１をメカ
ニカルスプライス部品内部に挿入できる状態にする。例
えば、光ファイバ軸と直交する方向から、基板２，３の
間に楔を挿入する構造とすればよい。（２）端末形成し
た光ファイバをメカニカルスプライス部品内部に挿入
し、光ファイバ端面突き合わせ部８、すなわち基板の中
央部で突き合わせる。（３）保持バネ４を閉じ、両基板
２，３で突き合わせた光ファイバを把持する。たとえ
ば、前記楔を抜くなどすればよい。（４）接着剤１４
が、光ファイバ部突き合わせ部８から光ファイバ被覆剥
き際の裸光ファイバ部９まで全体的に回り込むように、
該接着剤注入孔２−３，２−４から接着剤１４を押さえ
基板２とＶ溝基板３との間の接着剤充填空間１３に注入
し、接続が完了する。この時点では、接着剤１４の接着
力が十分発現していないため、光ファイバ１に過大な外
力（引張り、曲げ、ねじり）を加えないようにする必要
がある。ところで、接着剤硬化後、この外力が直接裸光
ファイバ部に作用しないようにするには、接着剤充填空
間１３（の軸方向位置）は、図６に示すように、光ファ
イバ突き合わせ部から見て、光ファイバ被覆剥き際より
外側の光ファイバ被覆部の一部（たとえば、２〜３ｍ
ｍ）までとっておくとよい。なお、接着剤１４が紫外線
硬化樹脂の場合、上記手順（４）の直前に、ある時間だ
け、紫外光を接着剤１４に照射しておくと、接着剤硬化
を円滑に進めることができる。ただし、接着剤１４の接
着力が発現していなくても、光ファイバ１は、光ファイ
バ突き合わせ部８で、押さえ基板２とＶ溝基板３とによ
って機械的に把持されており、通常、把持力の大きさは
接着剤硬化後に許容される引張り外力の半分程度の大き
さになるように設計できる。また、Ｖ溝だけで光ファイ
バを把持する場合、通常、光ファイバは３本の線で把持
されるのに対して、接着剤１４を用いる場合、光ファイ
バ挟持に関する基板精度が多少無くても、裸光ファイバ
全体を面的に把持できるため、光ファイバ把持力が大幅
に向上する。その結果、外力や熱応力に対して、光ファ
イバとメカニカルスプライス部品との滑りに対する耐力
が大幅に向上する。

【００４４】＜第２の実施の形態＞図８及び図９は、本
発明の第二の実施の形態であって、メカニカルスプライ
ス部品の構成を説明する図である。第二の実施の形態
は、第一の実施の形態において、屈折率整合剤を光ファ
イバ突き合わせ部に注入するため、光ファイバ押さえ基
板２の中央部に設けた注入穴１５と、光ファイバ端面突
き合わせ部８の空隙を充填する屈折率整合剤５とを追加
したものである。なお、注入穴１５の位置は、基板中央
部に設けるが、光ファイバの軸合わせに影響しない箇所
に設ける。また、両基板２，３の隙間から屈折率整合剤
を注入する場合には、屈折率整合剤の注入穴１５の機能
は、光ファイバ端面突き合わせ部８にある空気の空気抜
きとして作用し、屈折率整合剤を狭い空隙に確実に充填
できる。

【００４５】光ファイバを接続するには、第一の実施の
形態で上述した（１），（２），（３）手順の後、（３
−１）光ファイバ部突き合わせ部８近傍を除き、接着剤
１４が光ファイバ被覆剥き際側の裸光ファイバ部９へ回
り込むように、接着剤注入孔２−３，２−４から接着剤
充填空間１３に接着剤１４を注入する。このとき、たと
えば、接着剤が紫外線硬化樹脂の場合、少なくとも、光
ファイバ部突き合わせ部８に近い部分の接着剤は、紫外
光を、注入直前の、あるいは両基板２，３の隙間などか
ら接着剤１４に照射（必要により、照射量を調節す
る。）して確実に硬化させる。この後、（３−２）屈折
率整合剤５を注入穴１５から光ファイバ突き合わせ部８
に送り込み、光ファイバ端面間を充填する。

【００４６】本実施の形態は、第一の実施の形態と比較
して、屈折率が石英ガラスの屈折率に近い接着剤が高価
な場合に使用できる。光ファイバ被覆剥き際側の裸光フ
ァイバ部９が屈折率整合剤で濡れていなければ、通常の
接着が可能である。また、注入穴１５の個数は、光ファ
イバ端面間の空気抜きを考慮して、複数個設けてもよ
い。通常は、押さえ基板２とＶ溝基板３との隙間が空気
抜きの役目を果たす。

【００４７】＜第３の実施の形態＞図１０及び図１１
は、本発明の第三の実施の形態であって、別のメカニカ
ルスプライス部品の構成を説明する図である。押さえ基
板２と、Ｖ溝基板３と、横弾性率が両基板の横弾性率よ
り小さい材質であって、光ファイバ被覆剥き際側の裸光
ファイバ部９を把持する薄板１６と、該薄板を収容かつ
固定する薄板固着空間１７と、押さえ基板２とＶ溝基板
３を介して光ファイバを把持する力を付与する保持バネ
４と、押さえ基板とＶ溝基板の中央部間隙に入れた屈折
率整合剤とから構成される。本メカニカルスプライス部
品で光ファイバを接続する手順は、上記第一の実施の形
態の（１），（２），（３）である。

【００４８】従来技術を示す図１６において、薄板１６
で光ファイバ心線被覆１−２も把持する場合、押さえ基
板２あるいはＶ溝基板３とメカニカルスプライス部品内
の光ファイバ心線被覆部１−２とが接触しても、光ファ
イバ突き合わせ部１０および光ファイバ被覆剥き際側９
の裸光ファイバ部がそれぞれ十分な把持力で把持される
ように、光ファイバ心線（１−２）被覆把持部の押さえ
基板２（後述する、図１２，図１３の第四の実施の形態
では、２−２）あるいはＶ溝基板３に対して、該光ファ
イバ心線被覆の厚み（外径）を目安として、被覆厚から
その被覆に加える変形量を差し引いた分だけ逃げる加工
を施しておくとよい。接続部外部の心線に加わる外力が
接続部内の裸光ファイバに直接的に作用しないように、
該光ファイバ心線被覆も軽く把持されるようにするのが
よい。

【００４９】＜第４の実施の形態＞図１２及び図１３
は、本発明の第四の実施の形態であって、別のメカニカ
ルスプライス部品の構成を説明する図である。光ファイ
バを突き合わせ部８の裸光ファイバ１−１と光ファイバ
被覆剥き際の裸光ファイバ部９とを別々に把持するた
め、中央部と両端部に３分割された押さえ基板２−１，
２−２であって、両端部２−２の横弾性係数が中央部２
−１の横弾性係数より小さい押さえ基板２−１，２−２
と、Ｖ溝基板３と、押さえ基板２−１，２−２とＶ溝基
板３とを介して、光ファイバを把持する力を付与する保
持バネ４と、押さえ基板とＶ溝基板の中央部間隙に入れ
た屈折率整合剤とから構成される。光ファイバを接続す
るには、上記手順（１），（２），（３）であり、接続
が完了する。ただし、手順（１）において、３分割され
た押さえ基板を一緒に動かせるように、例えば、押さえ
基板２−１，２−２と、Ｖ溝基板３との間に、光ファイ
バ軸と直交する方向から楔を挿入する構造とすればよ
い。

【００５０】＜第５の実施の形態＞図１４及び図１５
は、本発明の第五の実施の形態であって、別のメカニカ
ルスプライス部品の構成を説明する図である。光ファイ
バ突き合わせ部の裸光ファイバ１−１（図１１におい
て、９と１０の両部分）と、光ファイバ被覆剥き際の被
覆部１−２とをそれぞれ把持する押さえ基板２とＶ溝基
板３であって、前記両基板の中央部の裸光ファイバ１−
１を把持し、かつ、該被覆内部の光ファイバを前記両基
板の横弾性率より小さい横弾性率を有する該被覆部１−
２を介して把持し、光ファイバ被覆剥き際部で拘束され
ていない裸光ファイバ長を短くするように構成した押さ
え基板２とＶ溝基板３と、前記両基板２，３を介して裸
光ファイバ１−１と被覆部１−２とを把持する力を付与
する保持バネ４、または該両基板２，３のうち少なくと
も一方の基板自体に裸光ファイバ把持によって弾性変形
に伴う復元力が存在するときは該両基板の留め具と、押
さえ基板２とＶ溝基板３の中央部間隙に入れた屈折率整
合剤５とから構成される。なお、押さえ基板２は、図１
２のように、裸光ファイバ１−１と被覆部１−２をそれ
ぞれ確実に押さえるように、３分割してもよい。さら
に、保持バネ４も３分割した押さえ基板に対応して３分
割構造としてもよい。この場合、光ファイバを把持した
とき、被覆部１−２の厚みの製造誤差が比較的大きくて
も吸収され、光ファイバ１は確実に保持される。光ファ
イバを接続するには、上記手順（１），（２），（３）
により、接続が完了する。

【００５１】光ファイバの被覆材料として、通常用いら
れる被覆のヤング率は１００ｋｇｆ／ｍｍ²前後であ
り、基板のヤング率２０００ｋｇｆ／ｍｍ²と比較して
十分小さい。光ファイバ突き合わせ部の裸光ファイバ部
１０は基板自体２，３によって剛に短く把持され、一
方、光ファイバ被覆剥き際側の被覆部内部の光ファイバ
は、該被覆がヤング率の小さい弾性体として作用した柔
に把持される。この場合、端末形成時の裸部の光ファイ
バ長さを短く（５ｍｍ程度）安定して切断できる切断器
を開発すると有効である。光ファイバ被覆剥き際におい
て、両基板に全く把持されない裸ファイバ部の長さはで
きるだけ短かい（０．５ｍｍ程度）ほうがよい。すなわ
ち、端末形成時に光ファイバ表面に傷を付けてしまった
裸ファイバ長さが、短くなった分だけ、光ファイバの累
積破断確率が小さくなる。また、裸ファイバ長さが短い
ため、座屈、すわなち曲げの発生が抑制される。

【００５２】本第五の実施の形態の場合、光ファイバ被
覆剥き際の被覆内部の光ファイバと該被覆との間、ある
いは、該被覆と押さえ基板またはＶ溝基板との間におい
て、滑りが発生する危険がある。しかし、該滑りが発生
するまでは、第四の実施の形態までと全く同等の作用効
果が得られる。該滑りが発生した後は、外部引張り力、
あるいは基板収縮による熱応力が接続部に作用しても、
両基板に把持された該被覆自体が光ファイバにその軸方
向に力を発生することはなく（僅少であり）、悪影響は
ない。このように、前記の作用効果に準じた作用効果を
期待できる。すなわち、被覆内部の光ファイバは、両基
板に擦られないし、曲げも発生しない（大幅に抑制され
る）し、被覆内の光ファイバ表面に傷がないため破断す
る危険はない。また、光ファイバ突き合わせ部の光ファ
イバ端面間の位置関係を変えるような力を増大させるこ
とはない。本実施の形態は、第一、二、三、四の実施の
形態と比較して、部品構成が簡単なため、経済性に優れ
ている特徴がある。

【００５３】以上、図５から図９の第１から第５の実施
の形態において、各々の図中の（ａ）の断面を示す
（ｂ）は光ファイバ突き合わせ部の裸光ファイバ部１０
を示す、（ｃ）は光ファイバ被覆剥き際の裸光ファイバ
部９を示し、（ｂ）の光ファイバ突き合わせ部の裸光フ
ァイバ部１０では裸光ファイバを剛に、（ｃ）の光ファ
イバ被覆剥き際の裸光ファイバ部９では裸光ファイバを
柔に把持する。接着剤１４、あるいは薄板１６は、材料
がエポキシ樹脂、プラスチック等で、光ファイバ突き合
わせ部８で光ファイバ１−１を把持する押さえ基板２、
Ｖ溝基板３の横弾性率（通常、ヤング率が２０００から
５０００ｋｇ／ｍｍ²）より小さい横弾性率（通常、ヤ
ング率が１０ｋｇ／ｍｍ²から１００ｋｇ／ｍｍ²前
後）を有する材料を用いる。なお、（ｄ）の部分では、
接続部外部の光ファイバ心線や曲げやねじりが、端末形
成された光ファイバ部に直接的に作用しない程度に、両
基板２，３によって光ファイバ被覆部１−２を軽く把持
するとよい。

【００５４】以上のように構成すれば、引張り力外力に
関して、光ファイバ突き合わせ部の裸光ファイバを短く
剛把持すること、および光ファイバ被覆剥き際側の裸光
ファイバを柔把持することによって、両把持部それぞれ
から基板に引張り力を分担させる結果、接続部に発生す
る最大剪断応力が小さくなる。

【００５５】一方、周囲温度降下時基板収縮によって発
生する熱応力に関して、光ファイバ被覆剥き際側の裸光
ファイバを柔把持して曲げの発生を抑制し、同時に該裸
光ファイバの表面を保護し、したがって、光ファイバ突
き合わせ部の剛把持長を短くすることが可能になる結
果、端末形成時の裸光ファイバ表面上初期傷の成長を抑
制し、光ファイバ端面に作用する突き合わせ力を抑制で
きる。ただし、光ファイバ柔把持部のヤング率が小さい
ため、柔把持部に起因する突き合わせ力の増し分は剛把
持部で発生する突き合わせ力と比較して小さくなる。

【００５６】本発明の効果を確認するため、第一の実施
の形態により、裸光ファイバ部突き合わせ部１０（＝剛
把持部）の長さ８ｍｍ、被覆剥き際側の裸光ファイバ９
（＝柔把持部）の長さ（それぞれ）６ｍｍ、接着剤充填
空間の深さ０．５ｍｍの基板を用いて、常温でのヤング
率が数十ｋｇｆ／ｍｍ²で、−４０℃のヤング率が約２
００ｋｇｆ／ｍｍ²（推定値）のヤング率温度特性を有
するフッ素系接着剤を用いて、８５℃の高温試験と、９
５％の高湿で６０℃の温度試験と、−４０℃〜７５℃の
８時間／サイクルのヒートサイクル試験を順に各７日間
行った。その結果、良好な損失変動特性±０．１ｄＢ以
下が得られ、光ファイバと基板２，３との滑りの影響が
小さいことを確認した。また、試験前後、室温におい
て、反射減衰量は最大−４０ｄＢで良好であった。

【００５７】以上の説明から、光ファイバ突き合わせ部
において、光ファイバ端面同士の相対的位置関係（光結
合状態）が当初の接続状態のままほぼ維持されるように
なり、接続部での損失変動、反射減衰量変動、また、光
ファイバ端面損傷に対する危険を回避あるいは抑制する
効果がある。したがって、メカニカルスプライス部品に
よる接続部の伝送特性の悪化がなく、また接続部の信頼
性を向上できる。

【００５８】以上の説明では単心線の接続を主体に述べ
たが、４心など複数心のテーパ心線の場合も同様であ
る。ただし、保持バネ４などによる基板同士の把持力を
約１〜２倍に増加する必要がある。とくに、４心テープ
心線の場合、従来技術で上述したように、４本の各裸光
ファイバが等しい力で把持されない危険が大きいが、各
部材の寸法精度、加工精度や表面粗さのバラツキがある
程度存在しても、光ファイバ心線被覆剥き際側の裸光フ
ァイバ部（＝柔把持部）９において、光ファイバは小さ
いヤング率を有する薄板などで把持されるため、４心テ
ープ心線の場合、把持力に幾分差異が生ずるが、大きい
ヤング率を有する把持部材で光ファイバを把持する場合
と比較して、４心光ファイバ間の把持力の差異を小さく
できる。換言すれば、メカニカルスプライス部品や光フ
ァイバの寸法精度や表面粗さのバラツキを吸収するマー
ジンとなる。

【００５９】以上の説明では、相異なる２種類の横弾性
率を有する部材で、光ファイバを把持する場合について
説明したが、メカニカルスプライス部品の中央から該部
品の端部に向かって横弾性率が漸減していくように、相
異なる横弾性率を有する２種類以上の部材で、メカニカ
ルスプライス部品内部の裸光ファイバを把持してもよ
い。また、メカニカルスプライス部品の中央から該部品
の端部に向かって、薄板あるいは接着剤の厚みを徐々に
厚くするなどして、横弾性率を徐々に小さくしていき、
該裸光ファイバを把持するようにしてもよい。

【００６０】

【発明の効果】メカニカルスプライス部品による光ファ
イバ接続部に加わる引張外力、あるいは周囲温度変化に
伴い光ファイバ接続部に加わる熱応力に対して、メカニ
カルスプライス部品と内部の光ファイバとの滑りに対す
る耐力が大きくなる。このため、本発明により、ハンド
リング中に発生する接続部の故障を回避でき、また、周
囲温度変化を伴う屋外環境で使用しても、損失変動や反
射減衰量変動が小さくなり、メカニカルスプライス部品
内部の光ファイバの累積破断確率も上昇しない。したが
って、伝送特性の劣化がなく、長期信頼性が向上する利
点がある。応用分野として、本発明のメカニカルスプラ
イスは、ファイバ・トゥ・ザ・ホーム（ＦＴＴＨ）の実
現において、架空光ケーブルからユーザ宅への引き込み
など、屋外環境という比較的環境条件の厳しい箇所へ適
用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光ファイバを弾性体を介して２枚の基板で把持
する計算モデルを示す。

【図２】光ファイバに引張り力が加わったとき、光ファ
イバあるいは基板に作用する剪断力の一例を示す図であ
る。

【図３】光ファイバに引張り力が加わったとき、光ファ
イバあるいは基板に作用する引張り力の一例を示す図で
ある。

【図４】（Ａ）と（Ｂ）の光ファイバ把持条件に対し
て、引張り力Ｆが加わったとき、裸光ファイバ部に作用
する剪断力分布と引張り力分布とを模式的に示した図で
ある。（Ａ）は、全裸光ファイバを同じ材料（横弾性
率）の基板で把持する場合の光ファイバ把持条件を模式
的に示した図である。（Ｂ）は、裸光ファイバ部を二分
し、横弾性率の相異なる把持部材で把持した場合の光フ
ァイバ把持条件を模式的に示した図である。

【図５】（Ａ）と（Ｂ）の光ファイバ把持条件に対し
て、基板の収縮により光ファイバに圧縮力が加わったと
き、裸光ファイバ部に作用する剪断力分布と圧縮力分布
とを模式的に示した図である。（Ａ）は、全裸光ファイ
バを同じ材料（横弾性率）の基板で把持する場合の光フ
ァイバ把持条件を模式的に示した図である。（Ｂ）は、
裸光ファイバ部を二分し、横弾性率の相異なる把持部材
で把持した場合の光ファイバ把持条件を模式的に示した
図である。

【図６】本発明の第一の実施の形態であって、メカニカ
ルスプライス部品の構成を説明する図である。

【図７】本発明の第一の実施の形態であって、メカニカ
ルスプライス部品の構成を説明する図である。

【図８】本発明の第二の実施の形態であって、第一の実
施の形態に関連したメカニカルスプライス部品の構成を
説明する図である。

【図９】本発明の第二の実施の形態であって、第一の実
施の形態に関連したメカニカルスプライス部品の構成を
説明する図である。

【図１０】本発明の第三の実施の形態であって、別のメ
カニカルスプライス部品の構成を説明する図である。

【図１１】本発明の第三の実施の形態であって、別のメ
カニカルスプライス部品の構成を説明する図である。

【図１２】本発明の第四の実施の形態であって、別のメ
カニカルスプライス部品の構成を説明する図である。

【図１３】本発明の第四の実施の形態であって、別のメ
カニカルスプライス部品の構成を説明する図である。

【図１４】本発明の第五の実施の形態であって、別のメ
カニカルスプライス部品の構成を説明する図である。

【図１５】本発明の第五の実施の形態であって、別のメ
カニカルスプライス部品の構成を説明する図である。

【図１６】従来のメカニカルスプライス部品の基本構成
を示す図である。

【図１７】屈折率整合剤なしメカニカルスプライス部品
を用いて、ヒートサイクルをかけた場合の接続部の損失
変動を示す１例である。

【符号の説明】

１光ファイバ１−１裸光ファイバ１−２光ファイバ被覆部２，２−１，２−２押さえ基板３Ｖ溝基板４保持バネ４−１基板留め具５屈折率整合剤６弾性体７−１基板７−２基板８光ファイバ端面突き合わせ部９光ファイバ心線剥き際の裸光ファイバ部１０光ファイバ突き合わせ部の裸光ファイバ部１３接着剤充填空間１４接着剤１５注入穴１６薄板１７薄板設置空間１８光ファイバ挿入ガイド斜面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバを突き合わせ、突き合わせた
光ファイバをメカニカルスプライス部品で把持し接続す
るメカニカルスプライス部品において、メカニカルスプ
ライス部品内部の裸光ファイバ部を、メカニカルスプラ
イス部品の中央部から端部に向かって横弾性率が小さく
なるように、横弾性率の相異なる２つ以上の把持部材で
把持する構成にしたことを特徴とするメカニカルスプラ
イス部品。
【請求項２】光ファイバの押さえ基板と、該光ファイ
バを光ファイバ突き合わせ部で軸合せするＶ溝基板と、
光ファイバ被覆剥き際部の裸光ファイバ部側に、該押さ
え基板と該Ｖ溝基板とに設けた接着剤充填空間と、少な
くともどちらか一方の前記基板に設けた接着剤注入孔
と、該接着剤注入孔から光ファイバ突き合わせ部と該接
着剤充填空間とに充填する接着剤であって、硬化後発現
する横弾性率が両基板の横弾性率より小さく、かつ、硬
化後の屈折率が石英ガラスの屈折率に近い接着剤と、該
両基板に光ファイバを把持する力を付与する保持バネ、
または該両基板のうち少なくとも一方の基板自体に光フ
ァイバ把持によって弾性変形に伴う復元力が存在すると
きは該両基板の留め具とから構成したことを特徴とする
請求項１記載のメカニカルスプライス部品。
【請求項３】接着剤を光ファイバ突き合わせ部の近傍
だけ充填せずに、押さえ基板またはＶ溝基板の中央部に
屈折率整合剤充填用穴を設けて、光ファイバ端面突き合
わせ部の空隙を屈折率整合剤で充填する構成にしたこと
を特徴とする請求項２記載のメカニカルスプライス部
品。
【請求項４】光ファイバの押さえ基板と、該光ファイ
バを光ファイバ突き合わせ部で軸合せするＶ溝基板と、
光ファイバ被覆剥き際部の裸光ファイバ部側に、該押さ
え基板と該Ｖ溝基板とに設けた薄板固着空間と、横弾性
率が両基板の横弾性率より小さい薄板と、該両基板に光
ファイバを把持する力を付与する保持バネ、または該両
基板のうち少なくとも一方の基板に光ファイバ把持によ
って弾性変形に伴う復元力が存在するときは該両基板の
留め具と、押さえ基板とＶ溝基板の中央部間隙に入れた
屈折率整合剤とから構成したことを特徴とする請求項１
記載のメカニカルスプライス部品。
【請求項５】光ファイバを突き合わせ部の裸光ファイ
バと光ファイバ被覆剥き際の裸光ファイバ部とを別々に
把持するため、メカニカルスプライス部品の中央部と両
端部に３分割された押さえ基板であって、両端部の横弾
性率が中央部の横弾性率より小さい押さえ基板と、該裸
光ファイバを光ファイバ突き合わせ部で軸合せするＶ溝
基板と、押さえ基板とＶ溝基板を介して光ファイバを把
持する力を付与する保持バネ、または該両基板のうち少
なくとも一方の基板自体に光ファイバ把持によって弾性
変形に伴う復元力が存在するときは該両基板の留め具
と、押さえ基板とＶ溝基板の中央部間隙に入れた屈折率
整合剤とから構成したことを特徴とするメカニカルスプ
ライス部品。
【請求項６】光ファイバ突き合わせ部の裸光ファイバ
と、光ファイバ被覆剥き際の被覆部とをそれぞれ把持す
る押さえ基板とＶ溝基板であって、前記両基板の中央部
の裸光ファイバを把持し、かつ、該被覆内部の光ファイ
バを前記両基板の横弾性率より小さい横弾性率を有する
該被覆層を介して把持し、光ファイバ被覆剥き際部で拘
束されていない裸光ファイバ長を短くするように構成し
た押さえ基板とＶ溝基板と、前記両基板を介して裸光フ
ァイバと被覆部とを把持する力を付与する保持バネ、ま
たは該両基板のうち少なくとも一方の基板自体に裸光フ
ァイバ把持によって弾性変形に伴う復元力が存在すると
きは該両基板の留め具と、押さえ基板とＶ溝基板の中央
部間隙に入れた屈折率整合剤とから構成したことを特徴
とするメカニカルスプライス部品。
【請求項７】光ファイバをメカニカルスプライス部品
の中央部で突き合せ、該突き合わせた光ファイバを基板
で把持し、接続するメカニカルスプライス部品におい
て、（1)光ファイバを引っ張る場合、或いは（2)接続部が温
度降下して光ファイバに圧縮力が加わる場合に、上記光
ファイバと基板との間に発生する剪断力の絶対値を次式
（Ｉ）により、光ファイバ把持端部から光ファイバ突き
合わせ部に向かって低減しつつ作用するとした場合であ
って、【数１】Ｔｆ＝Ｔｍｉｎ・ｃｏｓｈ（ｘ／ｃ）・・・（Ｉ）但し、Ｔｍｉｎは基板の中央の光ファイバ突き合わせ点
に作用する最小剪断力であって、（1)引っ張る場合は、
Ｔｍｉｎ＝ｃＧＦ／｛ｓｉｎｈ（ｌ／ｃ）・Ａｆ・Ｅ
ｆ｝であり、（2)圧縮力が加わる場合は、Ｔｍｉｎ＝Ｆ
₀／｛ｃ・ｓｉｎｈ（ｌ／ｃ）｝であり、Ｆ₀は熱応力
による光ファイバ突き合わせ点での光ファイバ突き合わ
せ力であり、Ｆ₀＝Ｅｆ・Ａｆ・Ｔ｛αｆ−（Ｅａ・α
ａ・Ａｓ＋Ｅｆ・αｆ・Ａｆ）／（Ｅａ・Ａｓ＋Ｅｆ・
Ａｆ）｝である。ここで、Ｔｆは光ファイバと基板との
間に作用する剪断力、Ｆは光ファイバ引張り力、ｘは基板の中心からその長手方向への距離、ｌは基板が光ファイバを直接把持している長さの半分，Ａｆは光ファイバの断面積、Ｅｆは光ファイバのヤング率、Ａｓは光ファイバを把持している基板の合計断面積、Ｇは弾性体又は基板の横弾性率、Ｅａは弾性体又は基板のヤング率ｃ≒Ｇ／（Ａｆ・Ｅｆ）は定数、 αａは弾性体又は基板の線膨張係数、 αｆは光ファイバの線膨張係数、Ｔは温度変化量とする。（1)引っ張る場合、ある引張り力に対して、光ファイバ
把持端部から剪断力の絶対値が概ね零になる点までの長
さＬ₁を算出し、基板で光ファイバを把持する長さをＬ
₁の２倍以上とすること、（2)圧縮力が加わる場合、ある温度での光ファイバ突き
合わせ力に対して、光ファイバ把持端部から剪断力の絶
対値が概ね零になる点までの長さＬ₂を算出し、基板で
光ファイバを把持する長さをＬ₂の２倍以下とするこ
と、のうち、上記（１）引っ張る場合の長さＬ₁或いは（２）圧縮力
が加わる場合の長さをＬ₂、若しくは両方の長さＬ₁，
Ｌ₂に基づき、基板で光ファイバを把持する長さを決定
してなることを特徴とするメカニカルスプライス部品。