(57)【要約】【課題】安価で信頼性の高い光ファイバの永久接続を実現すること。【解決手段】被覆付き光ファイバ心線部１１の接続しようとする一端の被覆を除去して裸光ファイバ素線部１２とし、その先端を劈開して形成した接続端面（劈開端面）１３を有する光ファイバ１０Ａ，１０Ｂについて、（ｉ）当該劈開端面１３同士を、光ファイバ調心機構を用いてコア中心が対向するように調心して突き合わせ、（ii）劈開端面１３同士が十分に密着するように光ファイバ１０Ａ，１０Ｂ相互間に押圧力Ｐをかけ、さらに（iii）この状態で当該密着した劈開端面１３同士の周囲に接着剤２０を注入し、固定することで、当該接着剤２０の接着力によって密着状態を保ち、光ファイバの永久接続を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
劈開した接続端面を有する光ファイバ同士を接続する方法であって、
接続しようとする光ファイバの当該劈開した接続端面同士を、光ファイバ調心機構を用いて突き合わせてコア中心が対向するように調心し、
接続端面同士が十分に密着するように光ファイバ相互間に押圧力を付与し、
この状態で当該密着した接続端面同士の周囲を接着剤で固定する
ことを特徴とする光ファイバの接続方法。
【請求項２】
劈開した後、周縁部の角を削り落とした接続端面を有する光ファイバを用いた
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの接続方法。
【請求項３】
研磨処理により平滑化した接続端面を有する光ファイバを用いた
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの接続方法。
【請求項４】
使用する接着剤の剪断接着強度が１４．９ｋｇｆ／ｃｍ2以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの接続方法。
【請求項５】
使用する接着剤のヤング率が８８０ＭＰａ以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの接続方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の光ファイバの接続方法を実行する装置であって、
接続しようとする光ファイバの被覆付き光ファイバ心線部を把持するための機構と、
接続しようとする光ファイバの裸光ファイバ素線部を保持し、接続端面同士を突き合わせてコア中心が対向するように調心するための機構と、
接続端面同士が十分に密着するように光ファイバ相互間に押圧力を付与するための機構と、
密着した接続端面同士の周囲に接着剤を注入するための機構とを備えた
ことを特徴とする光ファイバ接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバ同士を接続する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の技術は、コネクタに代表される着脱自在な一時接続と、融着接続やメカニカルスプライスに代表される永久接続とに大別される。
【０００３】
永久接続において、融着接続は２本の光ファイバの端部を放電などの熱で溶融して結合させる接続方法であり、他の実用的な接続方法と比較して接続損失や反射減衰量に優れる。また、メカニカルスプライスは簡易な調心ガイド上に光ファイバを固定し、光ファイバ端面間には屈折率整合材を介在させて接続点での反射を抑制する技術であり、比較的安価な工具を用いて、簡易な作業で接続できるという特徴がある（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「光ファイバ・ケーブル接続」、光通信技術ハンドブック  第４部、オプトロニクス社、２００３、pp.245-247
【非特許文献２】「ファイバ端面研磨が不要な現場組立ＰＣコネクタの検討」、電子情報通信学会２００８年総合大会講演論文集、Ｂ−１３−１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、融着接続では光ファイバの端部を溶融するための放電装置などの大掛かりで高価な機材が必要であるという問題があり、また、メカニカルスプライスでは屈折率整合材が端面間に十分に充填されていない場合に整合材と空気との界面での散乱による損失が生じたり、端面間隔が拡大した場合に損失や反射量が大きくなるという問題があった。
【０００６】
本発明では、上記の問題点を解決するために、比較的安価な装置を用いて、信頼性の高い光ファイバの永久接続状態を形成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記の課題を鑑みて行われたもので、図１に示すように、接続しようとする光ファイバ１０Ａ，１０Ｂ、即ち被覆付き光ファイバ心線部１１の接続しようとする一端の被覆を除去して裸光ファイバ素線部１２とし、その先端を劈開して形成した接続端面（劈開端面）１３を有する光ファイバ１０Ａ，１０Ｂについて、（ｉ）当該劈開端面１３同士を、図示しない光ファイバ調心機構を用いてコア中心が対向するように調心して突き合わせ、（ii）劈開端面１３同士が十分に密着するように光ファイバ１０Ａ，１０Ｂ相互間に押圧力Ｐ（対向する矢印で示した２つの押圧力のトータルの押圧力）をかけ、さらに（iii）この状態（劈開端面同士が十分に密着した状態になった状態）で当該密着した劈開端面１３同士の周囲に接着剤２０を注入し、固定することで、当該接着剤２０の接着力によって密着状態を保ち、光ファイバの永久接続を行うものである。
【０００８】
また、図２に示すように、劈開した後、周縁部の角を削り落とした接続端面（劈開面取端面）１４を有する光ファイバを用いた場合でも、前記同様に接続することができる。こうすることで端面同士の密着のために光ファイバに付与すべき押圧力を下げることができる。
【０００９】
周縁部の角を削り落とした後の残りの端面径ｄ［ｍｍ］と端面同士の密着に必要な押圧力Ｐ［Ｎ（ニュートン）］との関係は、例えば非特許文献２に示されている。この文献によれば、劈開端面の端面角度が１．０°の場合、その関係は、
Ｐ＝１２．４ｄ−０．１２
となることが分かる。このことから、周縁部の角を削り落とさない場合の端面径ｄ＝０．１２５ｍｍでは必要な押圧力Ｐが１．４３Ｎ以上なのに対して、角を削ることで、削る量に応じて押圧力Ｐを小さくできることが分かる。
【００１０】
逆に、端面の周縁部の角を全く削らない場合、端面角度が１．０°であれば、１，４３Ｎ以上の押圧力Ｐが端面同士の密着に必要なことになる。この押圧力Ｐは硬化後の接着剤によって保持されなければならないので、接着剤は１．４３Ｎの剪断力に耐える必要がある。
【００１１】
接着剤による光ファイバ同士の固定部分の長さをｌ［ｃｍ］とすると、一般的な光ファイバの外径は１２５μｍであるので、接着剤に求められる剪断接着強度は（３．７２／ｌ）［ｋｇｆ／ｃｍ2］以上となる。ここで、メカニカルスプライスや融着接続では接続部品の長さは一般的に数ｃｍ程度であることから、本発明において同程度の体積規模での接続を実現するには、ｌは数ｃｍ〜数ｍｍであることが望ましい。そこで、ｌ≧２．５ｍｍとすると、接着剤に求められる剪断接着強度は１４．９ｋｇｆ／ｃｍ2以上となる。
【００１２】
例えば、ガラス用の瞬間接着剤として利用可能なエポキシ系接着剤では、硬化時間１分で対ガラスの剪断接着強度が１７ｋｇｆ／ｃｍ2に達するものがあり、この接着剤を利用することが可能である。なお、一般的にエポキシ系接着剤は硬化時間が長くなるほど、強度は上昇する。
【００１３】
また、光ファイバ（ここではガラス製の光ファイバ）の弾性よりも接着剤の弾性が小さくないと、接着剤によって光ファイバの密着状態を保つことができない。弾性（バネ係数）はヤング率と断面積との積で表されるので、光ファイバの断面積をＳ1、接着剤の断面積をＳ2、光ファイバのヤング率をＥ［Ｐａ（パスカル）］とおくと、接着剤のヤング率は（Ｅ・Ｓ1／Ｓ2）［Ｐａ］以上でなければならない。ここで、硬化後の接着剤の断面積を１ｍｍ2とすると、光ファイバのヤング率は７１．２ＧＰａなので、接着剤に必要なヤング率は８８０ＭＰａ以上となる。
【００１４】
例えば、ガラス用の瞬間接着剤として利用可能なエポキシ系接着剤では、ヤング率が１０００ＭＰａ以上のものがあり、この接着剤を利用することが可能である。なお、必要に応じて接着剤の見かけ上のヤング率を上げるために、接着剤に光ファイバと概ね等しいかそれ以上のヤング率を有する充填剤を混ぜても良く、この充填剤としては微細なガラスやケイ素、炭素の粉末を使用することができる。この際、接着作業の間に、ファイバ端面は密着しているので、充填剤がファイバ端面間に侵入する可能性はなく、充填剤の存在が光学特性に影響を及ぼすことはない。
【００１５】
さらにまた、図３に示すように、劈開した接続端面を有する光ファイバの代わりに、劈開もしくはそれ以外の手段により切断した後、研磨処理により平滑化した接続端面（研磨端面）１５を有する光ファイバを用いた場合でも、前記同様に接続することができる。こうすることで端面同士の密着のために光ファイバに付与すべき押圧力を著しく下げることができる。
【００１６】
非特許文献２に示された、端面角度毎の残りの端面径と密着に必要な押圧力との関係から、端面角度１．０°，０．６°，０．３°において端面径０．１２５ｍｍの時の必要な押圧力Ｐは １．４３Ｎ， １／１３Ｎ，０．８１Ｎと推定することができ、端面角度に応じて小さくなっていくことが分かる。このことから、研磨により端面を角度０．３°以下に平滑化した場合は、押圧力Ｐが０．８１Ｎあれば端面同士が密着するのに十分であることが分かる。
【００１７】
また、前述した光ファイバの接続方法を実行する光ファイバ接続装置は、
接続しようとする光ファイバの被覆付き光ファイバ心線部を把持するための機構（光ファイバ把持機構）と、
接続しようとする光ファイバの裸光ファイバ素線部を保持し、接続端面同士を突き合わせてコア中心が対向するように調心するための機構（光ファイバ調心機構）と、
接続端面同士が十分に密着するように光ファイバ相互間に押圧力を付与するための機構（光ファイバ押圧機構）と、
密着した接続端面同士の周囲に接着剤を注入するための機構（接着剤注入機構）とによって実現することができる。
【００１８】
ここで、光ファイバ把持機構としては、一般的なファイバホルダを利用できる。
【００１９】
また、光ファイバ調心機構としては、一般的なファイバガイドを利用できる。より具体的には、Ｖ溝を有する本体部と当該本体部に対して開閉自在な蓋部との２つの部品からなるファイバガイドでも良く、調心用のキャピラリ（マイクロキャピラリ）を有する１つの部品からなるファイバガイドでも良い。また、ファイバガイドは一接続毎に新しいものを用意する使い捨て型でも構わない。
【００２０】
光ファイバ押圧機構としては、光ファイバを把持した前記ファイバホルダを、前記ファイバガイドのガイド方向（ファイバガイドに保持された光ファイバの軸方向）に沿い且つ当該ファイバガイドに近づく方へ移動させることで実現できる。より詳細には、ファイバガイドに対しそのガイド方向に沿ってファイバホルダを移動自在に支持する手段と、ファイバホルダをファイバガイドに近づく方へ移動させる手段とで実現できる。なお、このファイバホルダを移動させる手段としては、作業者の手作業によるものでも良く、バネの復元力などを用いるものでも良い。
【００２１】
接着剤注入機構としては、前記ファイバガイドのファイバ接続部付近に接着剤注入用の細孔を設けることで実現できる。
【００２２】
以上の機構により、パッシブな機構のみで光ファイバ接続装置を構成することが可能であるが、場合によってはアクティブな機構を用いても良い。例えば、接着時に接着剤の硬化を促進するために過熱するなどの手法をとることもでき、そのためのマイクロヒータなどを光ファイバ調心機構のファイバ接続部近傍に設置しても良い。また、光ファイバ押圧機構ではファイバホルダを移動させるために電磁力などを利用しても良い。
【００２３】
また、上記の構成に加え、更なる信頼性向上のために光ファイバ同士の接続部分を補強スリーブなどで補強しても良い。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光ファイバを調心し、密着させた状態で接着剤によって光ファイバを固定するので、接続後の光ファイバの軸ずれや端面間に間隙が生じることを避けることができる。
【００２５】
また、屈折率整合材を用いずに光ファイバ端面の密着により接続を行うことで、屈折率整合材の充填不足や移動による故障を避けることができる。また、光ファイバが密着していることから環境による影響も受け難い。
【００２６】
また、本発明では接続に必要な機構が光ファイバ把持機構、光ファイバ調心機構、光ファイバ押圧機構、接着剤注入機構であり、前述した通り、全て電源等を必要としないパッシブな部品で構成することが可能である。このため、光ファイバ接続装置を安価に構成することができる。また、接着後はこれらの機構を用いずとも光ファイバの接続状態が維持されるため、これらの機構は光ファイバ接続装置に搭載された状態で繰り返し使用が可能であり、これにより更なる低コスト化が可能である。但し、これは電源等を必要とするアクティブな部品を用いることを妨げるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の光ファイバの接続方法の一例を示す説明図
【図２】本発明の光ファイバの接続方法の他の例を示す説明図
【図３】本発明の光ファイバの接続方法のさらに他の例を示す説明図
【図４】本発明の光ファイバ接続装置の実施の形態の一例を示す構成図
【図５】本発明の光ファイバ接続装置による接続工程を示す説明図
【図６】本発明の光ファイバ接続装置による接続工程を示す説明図
【図７】本発明の光ファイバ接続装置による接続工程を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を説明するが、これにより本発明の範囲が制限されるものではない。
【００２９】
図４は本発明の光ファイバ接続装置の実施の形態の一例を示すもので、本発明の光ファイバ接続装置は、２つのファイバホルダ３０，４０、ファイバガイド５０及び基台６０で構成されている。
【００３０】
ファイバホルダ３０，４０はそれぞれ、基台６０のレール６１に沿って移動自在に支持された本体部３１，４１と当該本体部３１，４１に対して開閉自在な蓋部３２，４２との２つの部品からなっている。ファイバホルダ３０は本体部３１と蓋部３２との間で、また、ファイバホルダ４０は本体部４１と蓋部４２との間で、接続しようとする光ファイバの被覆付き光ファイバ心線部を十分な力で把持できるように構成されている。
【００３１】
ファイバガイド５０は、基台６０のほぼ中央に固定的に設置された本体部５１と当該本体部５１に対して開閉自在な蓋部５２との２つの部品からなっている。本体部５１はそのガイド方向がレール６１によるファイバホルダ３０，４０のスライド方向と一致するＶ溝５１ａを有し、本体部５１と蓋部５２との間で、接続しようとする光ファイバの裸光ファイバ素線部を保持し、接続端面同士を突き合わせてコア中心が対向するように調心可能に構成されている。また、蓋部５２には、当該ファイバガイド５０のファイバ接続部付近に接着剤を注入するための貫通した細孔５２ａが設けられている。
【００３２】
基台６０は、前記の如く、ファイバガイド５０を固定的に支持するとともにファイバホルダ３０，４０をレール６１に沿って移動自在に支持することにより、前述した、ファイバガイドに対しそのガイド方向に沿ってファイバホルダを移動自在に支持する手段を構成している。そして、作業者の手作業、またはバネの復元力や電磁力などを利用して、ファイバホルダ３０，４０をファイバガイド５０に近づく方へ移動させることによって、接続端面同士が十分に密着するように光ファイバ相互間に押圧力を付与する機構を構成する如くなっている。
【００３３】
なお、ファイバホルダ３０，４０及びファイバガイド５０の蓋部は、図示例のように大きく開くものでも、クサビなどを用いて僅かに開くものでも良い。また、加熱により接着剤の硬化を促進するため、ファイバガイド５０全体、またはその本体部５１もしくは蓋部５２のいずれかのファイバ接続部近傍にマイクロヒータを埋め込んでも良い。また、ファイバホルダ３０，４０のうち、移動自在とするのは一方のみで、他方は固定としても良い。
【００３４】
図５乃至図７は図４に示した装置を用いて光ファイバを接続する場合の手順を示すものである。
【００３５】
即ち、図５に示すように、接続しようとする一端の被覆を除去し、その先端を劈開して接続端面を形成した２本の光ファイバ１０Ａ，１０Ｂの被覆付き光ファイバ心線部１１をそれぞれファイバホルダ３０，４０で把持する。次に、図６に示すように、蓋部５２が開いた状態のファイバガイド５０に近づく方へファイバホルダ３０，４０を基台６０のレール６１に沿って移動させることで、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂの裸光ファイバ素線部１２をファイバガイド５０の本体部５１のＶ溝５１ａに収容して突き合わせる。
【００３６】
さらに、図７に示すように、ファイバガイド５０の蓋部を閉じ、コア中心が対向するように調心された状態で、ファイバホルダ３０，４０をファイバガイド５０側へ移動させる（押し付ける）ことにより、接続端面同士が十分に密着するように光ファイバ１０Ａ，１０Ｂ相互間に押圧力を付与する。この状態（接続端面同士が十分に密着した状態になった状態）を保ったままで、ファイバガイド５０の蓋部５２の細孔５２ａから接着剤を注入することにより、密着した接続端面１３同士の周囲に接着剤を注入し、固定する。
【００３７】
固定した後、ファイバホルダ３０，４０及びファイバガイド５０から接着された光ファイバ１０Ａ，１０Ｂを取り外すものとする。この状態で２本の光ファイバは互いに調心され、端面同士が密着しているので、互いに伝搬光を導通することができる。
【００３８】
なお、接着はファイバガイドの本体部や蓋部を光ファイバと一緒に接着するものでも良い。この場合、接続作業毎にファイバガイドを取り替えるものとする。また、接着後、熱収縮スリーブなどによって補強するものでも良い。この場合、熱収縮スリーブによって、単純に外力に対する接着部の耐性を向上するのみならず、調心や押圧力を補強するものであっても良い。
【００３９】
また、接着剤は光ファイバ端面間に浸透する形態であっても、突合端面部を含む対向光ファイバの側面のみに塗布される形態であっても構わないが、光ファイバ端面間に接着剤が浸透する形態とする場合には、接続点での反射光の発生を抑制するために接着剤の屈折率はコア屈折率と比べて比屈折率差が±４０％以下であることが望ましい。
【００４０】
更にまた、本発明の接続方法及び装置は、単心、多心、被覆付き光ファイバ、あるいはコードやテープ形態の光ファイバなど、任意の形状に対して適用可能であるが、被覆及び外皮を含む状態での接続では、これらの肉厚の偏りなどの影響による光ファイバ偏心の増加を考慮する必要が生じる。
【符号の説明】
【００４１】
１０Ａ，１０Ｂ：光ファイバ、１１：被覆付き光ファイバ心線部、１２：裸光ファイバ素線部、１３，１４，１５：接続端面（１３：劈開端面、１４：劈開面取端面、１５：研磨端面）、２０：接着剤、３０，４０：ファイバホルダ、３１，４１：本体部、３２，４２：蓋部、５０：ファイバガイド、５１：本体部、５１ａ：Ｖ溝、５２：蓋部、５２ａ：細孔、６０：基台、６１：レール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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