(57)【要約】【課題】接着剤の影響を最小限に止めて、長期的に信頼性の高い光フェルールを提供する。【解決手段】  端部において被覆を除去されて、所定長の光ファイバ１１を露出させた光ファイバ心線１０を収容するものであって、相互に連結一体化されたフランジ部１５とジルコニア部１６とを備え、フランジ部１５は、被覆収納孔１８の内部で光ファイバ心線の被覆１２を接着剤２５で固定し、ジルコニア部１６は、光ファイバ収納孔１７の内部で光ファイバ１１を接着剤２５で固定し、被覆収納孔１８と光ファイバ心線１０の被覆１２との間隙であって、接着剤２５を充填した部分の厚みは、０．２ｍｍ以下で０．０１ｍｍ以上とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部において被覆を除去されて、所定長の光ファイバを露出させた光ファイバ心線を収容するものであって、
相互に連結一体化されたフランジ部とセラミックスリーブとを備え、
前記フランジ部では、被覆収納孔の内部で前記光ファイバ心線の被覆が接着剤で固定され、
前記セラミックスリーブでは、光ファイバ収納孔の内部で前記光ファイバが接着剤で固定され、
前記被覆収納孔と前記光ファイバ心線の被覆との間隙であって、前記接着剤を充填した部分の厚みを、０．２ｍｍ以下で０．０１ｍｍ以上としたことを特徴とする光フェルール。
【請求項２】
請求項１に記載の光フェルールにおいて、
前記接着剤を充填した部分の厚みは、０．０２ｍｍ以上であることを特徴とする光フェルール。
【請求項３】
請求項１に記載の光フェルールにおいて、
前記接着剤を充填した部分の厚みは、０．０８ｍｍ以下であることを特徴とする光フェルール。
【請求項４】
請求項１に記載の光フェルールにおいて、
硬化後に被覆より硬い材質の接着剤であることを特徴とする光フェルール。
【請求項５】
請求項１に記載の光フェルールにおいて、
前記接着剤は、エポキシ樹脂系接着剤であることを特徴とする光フェルール。
【請求項６】
請求項１に記載の光フェルールにおいて、
前記接着剤は、前記フランジ部の被覆収納孔と被覆との間隙を全て埋めるように流し込まれていることを特徴とする光フェルール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフェルール内部に固定された光ファイバの信頼性を向上させた光フェルールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信用光ファイバの接続部には、光フェルールが使用されている。光ファイバの端部はセラミック製や金属製の光フェルール内部に接着剤により固定される。ところが、その接着剤が、光フェルールの信頼性に悪影響を及ぼすことがある。その原因は、接着剤の硬化歪みが光ファイバに加わるためという研究がなされている（非特許文献１）。
【非特許文献１】２００２年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会「ＦＢＧを使った歪み解析による高信頼性光コネクタの検討」（予稿集２１１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
光フェルールに光ファイバ心線の端末を固定するには、長期的に安定で信頼性のある手段が望ましい。従って、従来からエポキシ樹脂系接着剤による固定が一般的に採用されていた。しかしながら、その硬化時に発生する歪みは全体的に不均一であって、光ファイバへの影響に大きなばらつきがある。また、常温硬化性の接着剤でもこの現象を十分に抑えることは難しい。本発明は以上の点に着目してなされたもので、接着剤の影響を最小限に止めて、長期的に信頼性の高い光フェルールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の各実施例においては、それぞれ次のような構成により上記の課題を解決する。
〈構成１〉
端部において被覆を除去されて、所定長の光ファイバを露出させた光ファイバ心線を収容するものであって、相互に連結一体化されたフランジ部とセラミックスリーブとを備え、上記フランジ部では、被覆収納孔の内部で上記光ファイバ心線の被覆が接着剤で固定され、上記セラミックスリーブでは、光ファイバ収納孔の内部で上記光ファイバが接着剤で固定され、上記被覆収納孔と上記光ファイバ心線の被覆との間隙であって、上記接着剤を充填した部分の厚みを、０．２ｍｍ以下で０．０１ｍｍ以上としたことを特徴とする光フェルール。
【０００５】
被覆収納孔に充填された接着剤を十分に薄くすることにより、光ファイバの被覆に応力が加わって光ファイバの伝送特性に影響を及ぼすのを防止できる。
【０００６】
〈構成２〉
構成１に記載の光フェルールにおいて、上記接着剤を充填した部分の厚みは、０．０２ｍｍ以上であることを特徴とする光フェルール。
【０００７】
接着剤を充填する隙間をある程度以上にして、均一な充填を可能にした。
【０００８】
〈構成３〉
構成１に記載の光フェルールにおいて、上記接着剤を充填した部分の厚みは、０．０８ｍｍ以下であることを特徴とする光フェルール。
【０００９】
接着剤の厚みを０．０８ｍｍ以下にすると、通常の光ファイバ心線の被覆に対して与える機械的応力はほぼ無視できる程度まで減少する。そのため、光ファイバに対する長手方向の引っ張り力や圧縮力による歪みが、フランジ部とセラミックスリーブの間に集中するのを防ぐことができる。
【００１０】
〈構成４〉
構成１に記載の光フェルールにおいて、硬化後に被覆より硬い材質の接着剤であることを特徴とする光フェルール。
【００１１】
硬化後に光ファイバの被覆より硬くなるから、本発明の採用による効果が大きい。
【００１２】
〈構成５〉
構成１に記載の光フェルールにおいて、上記接着剤は、エポキシ樹脂系接着剤であることを特徴とする光フェルール。
【００１３】
エポキシ樹脂系接着剤は、硬化時に伸縮し、硬化後に光ファイバの被覆より硬くなるから、本発明の採用による効果が大きい。
【００１４】
〈構成６〉
構成１に記載の光フェルールにおいて、上記接着剤は、上記フランジ部の被覆収納孔と被覆との間隙を全て埋めるように流し込まれていることを特徴とする光フェルール。
【００１５】
フランジ部の被覆収納孔と被覆との間隙を全て埋めるように均一に構成すると、接着剤から被覆に伝わる応力が不均一になるのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を実施例ごとに詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明による光フェルールの組み立て図である。
光ファイバ心線１０は、その端部において被覆１２を除去されて、所定長の光ファイバ１１を露出させている。また、光フェルールは、フランジ部１５とジルコニア（酸化ジルコニウム）部１６を備える。フランジ部１５は、被覆収納孔１８の内部で光ファイバ心線１０の被覆１２を固定する機能を持つ。ジルコニア部１６は、光ファイバ収納孔１７の内部で光ファイバ１１を固定する機能を持つ。ジルコニア部１６の接続端面２３は、他の光フェルールと突き合わせによる光ファイバ１１の光接続部を構成する。ジルコニア部１６の右端部は、フランジ部１５の受孔２２にはめ込まれ、フランジ部１５とジルコニア部１６とが連結一体化される。ジルコニア部１６はセラミック製のスリーブであって、光ファイバと近似した熱的機械的特性を有するものである。
【００１８】
ジルコニア部１６の光ファイバ収納孔１７には、光ファイバ１１が接着剤２５で固定される。フランジ部１５の被覆収納孔１８にも、被覆１２が接着剤２５で固定される。フランジ部１５の被覆収納孔１８の右端部では、光ファイバ心線１０の被覆１２をフランジ部１５に固定するように接着剤２６が付けられている。ジルコニア部１６のテーパ孔２１にも接着剤を満たす。
【００１９】
本発明では、光ファイバ１１に対して加わる応力を十分に低くする。実施例では、光ファイバ１１の被覆１２の外径が０．２５ｍｍのものと、０．４ｍｍのものとを使用した。フランジ部１５に設けた被覆収納孔１８は、０．４ｍｍと０．５ｍｍのものを使用した。比較例として内径０．９ｍｍの被覆収納孔１８を持つフランジ部１５に、被覆１２を有する外径０．４ｍｍの光ファイバ心線１０を挿入した。なお、ジルコニア部１６に挿入する光ファイバ１１の外径は１２５μｍ、ジルコニア部１６の光ファイバ収納孔１７の内径は１２６μｍである。ジルコニア部１６側の設計は、実施例も比較例も同様にした。
【００２０】
図２は、比較実験のために製造した比較例の光フェルールの縦断面図である。
図のように、ジルコニア部１６の構造は本発明のものも従来のものも変わらない。フランジ部５の被覆収納孔内径が被覆１２の外径に対して十分に大きく選定されている。フランジ部５の被覆収納孔には、被覆１２を取り巻くように接着剤６が充填されている。この構造では、接着剤６が硬化するときに発生する歪みが被覆１２の周囲に強く加わる。接着剤６の体積が被覆１２に比べて大きいので、被覆１２は緩衝材として機能しない。また、解析の結果によれば、ジルコニア部１６とフランジ部５では光ファイバに圧縮歪みが加わり、その境界部分には引っ張り歪みが加わることがわかった。従って、ジルコニア部１６とフランジ部５の境界部分に応力が集中して、光ファイバ１１が断線することもある。また、使用環境によっては、外気温の変化による接着剤６の熱伸縮の応力も無視できない。
【００２１】
図３は、光フェルールの特性試験装置の説明図である。
以上の試料を、次の構成の測定器で測定して評価した。この測定器は、光ファイバ心線１０の一端から広帯域光源により測定光を入力する。この測定光は、光ファイバ１１内部の歪み等を原因とする散乱により、光フェルール１で反射して入力端に戻る。この測定光をサーキュレータ３１を経由させて、スペクトルアナライザ３２に受け入れる。そして、その光の強度を測定する。これは、上記非特許文献１でも紹介されたＦＢＧ法である。
【００２２】
図４は、比較例の光フェルールの特性試験結果の説明図である。
図中のグラフにおいて、横軸は測定に使用した光の波長（ｎｍ）、縦軸は光の反射率（％）である。また、実線は接着剤が硬化後の特性で、破線は、接着剤が硬化前の特性である。フランジ部５の被覆収納孔１８に被覆１２を挿入して、その間隙に接着剤２５を充填し、接着剤２５を硬化させると、硬化時の体積変化により生じた応力が被覆１２を通じて光ファイバ１１に及ぶ。被覆１２は若干弾力性のある材料であるが、フランジ部５は固い材料であるから接着剤２５による応力は全て被覆１２に加わり、光ファイバ１１に対して強くかつ不均一な圧力を加える。被覆１２が接着剤２５よりも機械的強度が低いと、被覆１２は大きく歪み、その圧力を光ファイバ１１に加える。従来のように、被覆収納孔１８と被覆１２の間に接着剤２５が大量にあると、被覆１２は光ファイバ１１を機械的に保護できなくなる。
【００２３】
図のグラフで、接着剤が硬化する前の特性は、波長１５５０ｎｍ付近にピークを持つのみであって、他の波長に対しては伝送特性に影響を与えないレベルにある。しかしながら、接着材が硬化した後は、波長１５４５ｎｍ以上の広範囲にわたって、大幅に光反射量が増加している。グラフ中で、Ａの反射ピークは、主としてフランジ部５における反射によるものである。Ｂの反射ピークは、主としてジルコニア部１６における反射によるものである。Ｃの反射ピークは、主として両者の境界のテーパ孔２１における反射によるものである。実験によれば、光ファイバに伸び歪みを与えると、反射ピークが長波長側にシフトする。一方、光ファイバに圧縮歪みを与えると反射ピークが短波長側にシフトする。
【００２４】
図５は本発明の光フェルールの特性試験結果の説明図である。
図のように、接着材が硬化した後は、波長１５４７ｎｍと１５４９ｎｍの部分に反射のピークがあるが、その他の部分では、図４の場合と比較して大幅に特性が改善されている。グラフ中で、Ａの反射ピークは、主としてフランジ部１５における反射によるものである。Ｂの反射ピークがは、主としてジルコニア部１６における反射によるものである。両者の境界のテーパ孔２１における反射によるものがほとんど消滅している。
【００２５】
図６は、原因解析のための説明図である。
図６の（ａ）は本発明の光フェルールの、テーパ孔２１の近傍の縦断面図である。
図のように、光ファイバ１１とジルコニア部１６の間及び被覆１２と、フランジ部１５の間に存在する接着剤２５の層の厚みが十分に薄いので、接着剤２５の硬化時に発生する応力が十分小さい。矢印Ｘ１とＸ２とは光ファイバ１１や被覆１２に加わる応力の方向と大きさを表したベクトルである。このように、光ファイバ１１や被覆１２には半径方向に比較的小さい圧縮力が加わる。しかし、光ファイバ１１に引っ張り力を加えるような、過大な長手方向の圧縮は発生していない。一方、（ｂ）は従来の光フェルールの対応する部分の縦断面図である。図のように、接着剤６が大きな厚みを持つので、光ファイバ１１に過大な長手方向の圧縮力が生じやすくなる。従って、図の矢印Ｙ１とＹ２のように、比較的大きく、図の右方向に向いた応力が境界部分の光ファイバ１１に加わる。図の（ａ）と（ｂ）の差が、その特性に顕著に表れた。
【００２６】
以上のとおり、本発明では、被覆１２の外径と被覆収納孔１８の内径との差を十分に小さくして、接着剤２５の厚みを薄くした。特性試験の結果、被覆１２の外径が０．２５ｍｍの場合も０．４ｍｍの場合も、共に接着剤２５の厚みが０．２ｍｍを超えると、光ファイバ１１の特性に大きく悪影響を及ぼすことがわかった。また、実験によれば、接着剤２５の厚さを、０．０８ｍｍ以下にすると、さらに応力による影響を弱めることができた。
【００２７】
以上の結果、厚さ０．０１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の厚みで気泡等が存在しないように、接着剤２５で光ファイバ１１の被覆１２をフランジ部１５に固定することにより、光フェルールの機械的な特性と、光ファイバ１１の伝送特性の双方を実用的な範囲に最適化できることが実証された。なお、被覆１２の外径精度や被覆１２のヤング率を考慮すると、接着剤２５の厚みは０．０２ｍｍ以上あったほうが、フランジ部１５の加工精度を低く抑えて、歩留りを良くすることができる。一方、被覆１２は、フランジ部１５の中心に強固に接着固定しなければならないため、接着剤２５を均一に被覆１２に塗布して接着処理をするには、少なくとも接着剤２５の厚さが０．０１ｍｍ以上ほしい。接着剤２５は、フランジ部１５の被覆収納孔１８と被覆１２との間隙を全て埋めるように流し込まれることが好ましい。さもないと、接着剤２５に気泡や亀裂が入り、フランジ部１５と被覆１２との間の接着力が弱まる。しかも、部分的に被覆１２の外周に付いた接着剤２５が被覆１２に不均一な圧力を加えるから、光ファイバ１１にマイクロベンドが加わり特性を悪化させる。
【００２８】
また、接着剤２５にはエポキシ樹脂系接着剤を使うことが好ましい。さらに、被覆より固い接着剤２５を使用することから、その接着剤２５の伸縮力が光ファイバ１１に及ぶ。硬化後に被覆より柔軟な材質の接着剤２５では、こうした問題は発生しない。しかし、それでは、光ファイバ心線に加わる張力に耐えることができない。従って、被覆より高い硬度の接着剤が好ましい。
【００２９】
図７は、光ファイバの歪み発生にのみ着目して実施例と比較例の特性判定をした結果を示す説明図である。
この実験では、被覆外径が０．２５ｍｍ、光ファイバ外径が１２５μｍの心線と、被覆外径が０．４ｍｍ、光ファイバ外径が２５０μｍの心線を使用した。被覆樹脂は紫外線硬化型樹脂であり、光ファイバはいずれも、ＧＩ型の石英ファイバである。また、フランジ部１５はステンレス製、接着剤はエポキシ樹脂系である。評価は、接着剤の硬化直後の特性を測定するとともに、ヒートサイクル試験（−６０°Ｃ〜８５°Ｃの温度範囲で２０サイクル）を行って、光ファイバの破断や著しい特性劣化が生じるか否かを確認した。さらに、光ファイバ心線に張力を加えて、引き抜き力の試験を行った。接着剤の厚みが０．３ｍｍ以上の比較例では、基準回数以下のヒートサイクルにより光ファイバの破断が発生した。一方、接着剤の厚みが０．００５ｍｍ以下の比較例では、引き抜き力が弱くなり、光ファイバが破断するものがあった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による光フェルールの組み立て図である。
【図２】比較実験のために製造した比較例の光フェルールの縦断面図である。
【図３】光フェルールの特性試験装置の説明図である。
【図４】比較例の光フェルールの特性試験結果の説明図である。
【図５】本発明の光フェルールの特性試験結果の説明図である。
【図６】原因解析のための説明図で、（ａ）は本発明の光フェルールの、テーパ孔の近傍の縦断面図、（ｂ）は従来の光フェルールの対応する部分の縦断面図である。
【図７】光ファイバの歪み発生にのみ着目して実施例と比較例の特性判定をした結果を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  光ファイバ心線
１１  光ファイバ
１２  被覆
１５  フランジ部
１６  ジルコニア部
１７  光ファイバ収納孔
１８  被覆収納孔
２１  テーパ孔
２２  受孔
２３  接続端面
２５  接着剤
【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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