(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを挿入する為の貫通孔を設けたセラミックス製の光コネクタ用フェルールにおいて、
前記貫通孔の内面に、焼成面と研磨面とが混在し、
前記焼成面の面積が、前記貫通孔の内面全体の面積の２０〜８０％であり、前記研磨面の面積が、前記貫通孔の内面全体の面積のうち当該焼成面の面積以外の面積であることを特徴とする光コネクタ用フェルール。
【請求項２】
光ファイバを挿入する為の貫通孔を設けたセラミック製の光コネクタ用フェルールの加工方法であって、
前記フェルールに、焼成後の内径が１２２〜１２５μｍとなる貫通孔の下孔を形成した後、その内径が１２５〜１２７μｍとなるように仕上げ研磨加工することにより、貫通孔の内面に、焼成面と研磨面とを混在し、
前記焼成面の面積が、前記貫通孔の内面全体の面積の２０〜８０％であり、前記研磨面の面積が、前記貫通孔の内面全体の面積のうち当該焼成面の面積以外の面積であることを特徴とする光コネクタ用フェルールの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光ファイバを収容する光コネクタ用フェルールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信システムにおける装置の切り替え、送受信ポートの取り外し、装置の調整、測定等の脱着自在な光接続が必要な箇所には、光ファイバ同士を光学的に接続する光ファイバコネクタが使用されている。
【０００３】
図５にその概略図を示すように、石英からなる光ファイバー５を貫通孔１２に挿通固定した光コネクタ用フェルール（以降フェルール１）の先端面１１同士を当接させて光接続するようになっている。そして、先端面１１間における光損失は極力低減する必要があることから、低損失接続を実現する方法として、フェルール１の先端面１１を光ファイバ５の先端面ととともに曲率半径１０〜２５ｍｍ程度の略凸球面状に鏡面に形成している。
【０００４】
このフェルール１の製造方法としては、中心に光ファイバ５を挿入するための貫通孔１２の下穴をあけたセラミックス製の円筒状成形体を焼成してフェルール１の焼結体を作り、前記下穴にワイヤを通しワイヤ上に付されたダイヤモンドペースト等によって下穴を磨くことにより貫通孔を仕上げる工程を含む製造方法が開示されている（特公平１−４５０４２号公報参照）。
【０００５】
又、フェルール１をセラミック粉末とバインダとの混合物から射出成形等で成形し、その後貫通孔１２には加工を行わず、貫通孔１２内面が焼成面であるフェルール１が開示されている（特開平７−２５３５２１号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の第一の従来例においては、フェルール１の貫通孔１２ の下穴の内面を研磨するが、セラミックス製のため研磨に多大の時間がかかるという問題が生じている。さらに、貫通孔１２の内面は研磨面で構成されており、平坦な鏡面となっているため、貫通孔１２に光ファイバ５を接着固定した後、温度サイクル試験を行うと研磨面の接着剤が膨張収縮して貫通孔１２と接着剤との界面で剥離が生じ、その状態で光ファイバ５に僅かな引っ張り力を加えただけで接着剤が貫通孔１２の内面から移動し、ついには光ファイバ５が破断してしまうという課題があった。
【０００７】
又、上記第二の従来例においては、貫通孔の内面は焼成面で構成されているために表面が粗く、接着剤とは実質的に点でしか接触していないことになる。そのために、貫通孔１２に光ファイバ５を接着固定した後、高温高湿試験を行うと、焼成面の結晶粒子と接着剤は点でしか接合しておらず、その間隙をぬって湿気が内部奥深くまで進行し、ついには焼成面の粒子に接触している接着剤を変質させてしまい、接触していた点さえもない状態となってしまう。その状態で光ファイバ５に僅かな引っ張り力を加えただけで接着剤が貫通孔１２の内面から移動し、ついには光ファイバ５が破断するという課題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記に鑑みて本発明は、光ファイバを挿入する為の貫通孔を設けたセラミックス製の光コネクタ用フェルールにおいて、前記貫通孔の内面に、焼成面と研磨面とが混在し、前記焼成面の面積が、前記貫通孔の内面全体の面積の２０〜８０％であり、前記研磨面の面積が、前記貫通孔の内面全体の面積のうち当該焼成面の面積以外の面積である。
【０００９】
又、光ファイバを挿入する為の貫通孔を設けたセラミック製の光コネクタ用フェルールの加工方法であって、前記フェルールに、焼成後の内径が１２２〜１２５μｍとなる貫通孔の下孔を形成した後、その内径が１２５〜１２７μｍとなるように仕上げ研磨加工することにより、貫通孔の内面に、焼成面と研磨面とを混在し、前記焼成面の面積が、前記貫通孔の内面全体の面積の２０〜８０％であり、前記研磨面の面積が、前記貫通孔の内面全体の面積のうち当該焼成面の面積以外の面積である。
【００１０】
【作用】
本発明によれば、貫通孔の内面に焼成面と研磨面とを混在させたことで、温度サイクル試験において研磨面が剥離を起こしても、焼成面の凹凸がくさび効果となり、引っ張り力を加えても光ファイバ５が破断することを防止できる。また、高温高湿試験においても焼成面を伝ってきた湿気は研磨面の部分でその進行を阻まれ、内部奥深くまで到達せず、界面での剥離がごく一部のみですみ、光ファイバ５に引っ張り力を加えても光ファイバ５が破断することを防止できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図によって説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施形態を示す光コネクタ用フェルールの断面図で、フェルール１の略凸球面状の先端面１１と外周面１３とのつなぎ部分にスリーブ挿入ガイド１４を設け、該フェルール１の中心には先端面１１から軸方向に貫通孔１２が円錐状のファイバ挿入ガイド１６につながり後端部１５まで伸びた構造となっている。挿入孔１２の内面は焼成面と研磨面とが混在した表面状態になっている。又、後端部１５にはフランジ２が固定されている。
【００１３】
図２、３に示すように上述したフランジ２をバネ３等で付勢した状態でプラグハウジング４内に配置し、該プラグハウジング４の外周にネジ等の取付部材６を備え、上記フェルール１の貫通孔１２に光ファイバ５を挿入しエポキシ接着剤等の接着剤を用いて固定して、光コネクタプラグ８を構成する。一方、アダプタ９には上記フェルール１を挿入するためのスリーブ７と、取付部材６に合致するようなネジ９１を備えている。
【００１４】
いま、アダプタ９の両側からコネクタプラグ８を挿入して、フェルール１をスリーブ７内に挿入し、互いのフェルール１の先端面１１同士を当接させ、取付部材６で固定すれば光ファイバコネクタを構成することが出来る。
【００１５】
該フェルール１は外径Ｄ＝φ２．５ｍｍ、長さＬ＝１０．５ｍｍ、貫通孔ｄ＝φ０．１２６ｍｍ、が一般的な寸法である。
【００１６】
又、フェルール１の材質としては、セラミックス、ガラス等の広義のセラミックスを用いるが、特にジルコニアを主成分とするセラミックスが最適である。具体的には、ＺｒＯ2を主成分とし、安定化剤としてＹ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ2、Ｄｙ2Ｏ3等の一種以上を含有するもので、正方晶の結晶を主体とした部分安定化ジルコニアセラミックスを用いる。
【００１７】
又、この様なジルコニアセラミックス製のフェルール１を製造する場合は、上記の原料粉末を用い、押出成形や射出成形もしくはプレス成形等で所定形状に成形した後、焼成することによって得られる。
【００１８】
このジルコニアセラミックスは、平均結晶粒径が０．１〜１．０μｍであり、かつ気孔率が３％以下であるものを適用できる。ここで平均結晶粒径が１．０μｍを越えると結晶間の空隙が大きくなり良好な外周面が得られず、又、原料混合時ボールミル等で粉砕を行う時に安定して０．１μｍ以下に粒度を調整することが困難であり、焼成後は結晶が粒成長するため更に径が大きくなる為に０．１μｍ以上とした。気孔率はフェルールの固体中に含まれる空隙の割合を百分率であらわしたもので３％を越えると気孔部分が先端面１１の面粗さを悪化させてしまうことになる。
【００１９】
上記フェルール１の後端部１５に固定されているフランジ２の材質はステンレス鋼、銅合金にニッケルメッキ仕上げしたもの、真鍮にニッケルメッキ仕上げしたもの、洋白にニッケルメッキ仕上げしたもの等の金属製を用いることができる。
【００２０】
このフェルール１はシングルモ−ド、マルチモード共に適用できる。
【００２１】
次に、図４に貫通孔１２に光ファイバ５が接着固定された状態での拡大図を示すようにフェルール１の貫通孔１２の内面は焼成面１７と研磨面１８が混在した状態であり、接着剤１００を介して光ファイバ５が接着されている。
【００２２】
ここで、焼成面１７とは、セラミックスの原料を成形、焼成した後、その表面に一切の加工を行わない状態のままの面をいい、ジルコニアセラミックスの場合の面粗さはＲａ０．１〜０．２μｍである。焼成面１７を走査電子顕微鏡で１０、０００倍に拡大して観察するとセラミックスの結晶粒子が球状に確認出来る。
【００２３】
これに対し、研磨面１８とは焼成面１７に研磨加工を行い、表面を平坦にしかも鏡面にした面をいい、ジルコニアセラミックスの場合の面粗さはＲａ０．０１〜０．０５μｍである。研磨面１８を走査電子顕微鏡を用いて１０、０００倍に拡大して観察するとセラミックスの結晶粒子の球形が判断出来ない程破壊された状態で確認出来る。
【００２４】
従来例で示したように、貫通孔１２の内面が研磨面１８のみで構成された場合、光ファイバ５を接着固定した後、温度サイクル試験を行うと研磨面１８の接着剤１００が膨張収縮して貫通孔１２と接着剤１００との界面で剥離が生じ、その状態で光ファイバ５に僅かな引っ張り力を加えただけで接着剤１００が貫通孔１２の内面から移動し、しまいには光ファイバ５が破断してしまう。
【００２５】
又、貫通孔１２の内面が焼成面１７のみで構成された場合、光ファイバ５を接着固定した後、高温高湿試験を行うと焼成面１７の結晶粒子と接着剤１００は点でしか接合しておらずその間隙をぬって湿気が内部奥深くまで進行し、しまいには焼成面１７の粒子に接触している接着剤を変質させて接触していた点さえもない状態となってしまう。その状態で光ファイバ５に僅かな引っ張り力を加えただけで接着剤１００が貫通孔１２の内面から移動し、しまいには光ファイバ５が破断してしまう。
【００２６】
これに対し、本発明では、図４に示すように貫通孔１２の内面に焼成面１７と研磨面１８とを混在させたことによって、温度サイクル試験においては研磨面１８は剥離を起こしても、焼成面１７の凹凸がくさび効果となり、引っ張り力を加えても光ファイバ５が破断することを防止できる。又、高温高湿試験においても焼成面１７を伝ってきた湿気は研磨面１８の部分でその進行を阻まれ、内部奥深くまで到達せず、界面での剥離がごく一部のみですみ光ファイバ５に引っ張り力を加えても光ファイバ５が破断することを防止できる。
【００２７】
ここで、焼成面１７と研磨面１８の面積比については、貫通孔１２の内面全体に対して焼成面１７の面積比が２０〜８０％、残部が研磨面１８であれば良い。これは、これ以外の範囲で有れば混在の効果がほとんどなくなるからである。そして、好ましくは焼成面１７の面積比が４０〜６０％、残部が研磨面１８であれば良い。
【００２８】
又、研磨面１８と焼成面１７の混在の状態は、交互に無数に構成されていることが望ましいが、少なくともいずれかの面が２箇所以上で残りの面が１箇所以上有れば良い。これは共に１箇所しかなければ、焼成面１７の存在する側に引っ張り力を加えるとくさび効果を奏することが出来ないからである。
【００２９】
次に製造方法について説明する。
【００３０】
フェルール１に、焼成後の内径が１２２〜１２５μｍとなるような貫通孔１２の下穴を形成した後、この内径を１２５μｍ〜１２７μｍとなるように仕上げ研磨加工することにより、貫通孔１２の内面を部分的に研磨することができ、焼成面１７と研磨面１８とを混在させることが出来る。
【００３１】
ここで貫通孔１２下穴の内径を１２２〜１２５μｍ、研磨加工後の内径を１２５μｍ〜１２７μｍとしたことにより、例えば下穴の内径を１２２μｍとした場合、長手方向の真直度を５μｍ以上にしておけば内径を１２７μｍで研磨面１８を作成した場合でも、一部に研磨されない焼成面１７が残る。又、逆に内径を１２５μｍで下穴を形成し、長手方向の真直度が０．１μｍ以上あれば内径を１２５μｍで研磨面１８を形成した場合でも一部に研磨されない焼成面１７が残る。以上の理由により、下穴の内径を１２２μｍ〜１２５μｍ、研磨加工後の内径を１２５μｍ〜１２７μｍとした。
【００３２】
研磨加工は、貫通孔１２の下穴にワイヤを通しワイヤ上に付されたダイヤモンドペースト等によって下穴を磨く加工もあるが、フッ酸等の溶液で下穴内面をエッチングする方法でも、平滑な面を作る加工であれば同等の効果を奏することが出来る。
【００３３】
【実施例】
ここで、以下に示す方法で実験を行った。
【００３４】
ジルコニアセラミックス製のシングルモードフェルールで、外径Ｄ＝φ２．５ｍｍ、長さ１０．５ｍｍ、貫通孔ｄ＝φ０．１２６ｍｍとし、本発明実施例として貫通孔１２の内面に焼成面１７と研磨面１８とを混在させたサンプルを４０個準備した。また、比較例として従来の貫通孔１２の内面が研磨面のみのサンプル、および貫通孔１２の内面が焼成面のみのサンプルをそれぞれ４０個準備した。
【００３５】
それぞれ貫通孔１２に光ファイバ５を挿入し接着固定後、フェルール１の先端面を光ファイバ５とともにＲ１５ｍｍの凸球面形状に研磨し、温度サイクル試験器、高温高湿試験器にそれぞれのサンプルを２０個ずつ投入し、一定期間放置した後、取り出して、フェルール１を固定し光ファイバ５に１Ｋｇの引っ張り荷重を与えた後、接続損失を測定した。
【００３６】
温度サイクル試験条件は、−４０℃〜常温〜＋８５℃〜常温のサイクルとなっており、高低温は各３０分、常温は５分の１サイクルあたり７０分の試験であり、５００サイクル放置した。又、高温高湿試験条件は、＋８５℃×８５％で１０００時間放置した。
【００３７】
その結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
0004493138.tif 000002
【００３９】
表の分母が試験サンプルの数量で分子が接続損失の試験前後の変動が０．５ｄＢ以上あったサンプルの数量である。接続損失の試験前後の変動が０．５ｄＢ以上あったサンプルの内部を解体してみると光ファイバの破断であった。
【００４０】
この結果より、従来例の貫通孔１２の内面が研磨面のみのサンプルは温度サイクル試験後、接着力が低下していることがわかる。又、貫通孔１２の内面が焼成面のみのサンプルは高温高湿試験後、接着力が低下していることがわかる。
【００４１】
これに対し、本発明の貫通孔１２の内面に焼成面１７と研磨面１８とが混在しているサンプルは温度サイクル試験後および高温高湿試験後において接着力の低下が認められなかった。
【００４２】
従って、本発明実施例であるフェルール１の貫通孔１２の内面に焼成面１７と研磨面１８とを混在させる事により、温度サイクル試験や高温高湿試験において光ファイバ破断を生じさせないという効果が得られた。
【００４３】
【発明の効果】
このように本発明によれば、光ファイバを挿入する為の貫通孔を設けたセラミックス製の光コネクタ用フェルールにおいて、貫通孔内面に焼成面と研磨面とを混在させることにより、温度サイクル試験や高温高湿試験において光ファイバ破断が生じることを防止し、耐久性に優れた光コネクタ用フェルールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光コネクタ用フェルールを示す断面図である。
【図２】本発明の光コネクタ用フェルールを用いた光コネクタの斜視図である。
【図３】本発明の光コネクタ用フェルールを用いた光コネクタの断面図である。
【図４】本発明の光コネクタ用フェルールの貫通孔に光ファイバを接着固定した状態での拡大断面図である。
【図５】従来の光コネクタ用フェルールの先端同士が接合している状態を表す概略図である。
【符号の説明】
１      フェルール
１１    先端面
１２    貫通孔
１３    外周面
１４    スリーブ挿入ガイド
１５    後端部
１６    ファイバ挿入ガイド
１７    焼成面
１８    研磨面
２      フランジ
３      バネ
４      プラグハウジング
５      光ファイバ
６      取付部材
７      スリーブ
８      光コネクタプラグ
９      アダプタ
９１    ネジ
１００  接着剤
【図１】
0004493138.tif 000003
【図２】
0004493138.tif 000004
【図３】
0004493138.tif 000005
【図４】
0004493138.tif 000006
【図５】
0004493138.tif 000007