(57)【要約】【課題】ホルダに挿入されるフェルールの内孔径の収縮を防止する。【解決手段】内孔１ａで光ファイバを保持する第１の筒体１と、一端部がホルダ３の内部に挿入され、かつ少なくとも挿入部位３ａにおける第１の筒体１の外周面に配された第２の筒体２と、を備え、第２の筒体は、少なくともアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素のうち、いずれか１種からなるセラミックスを含んでなり、前記第１の筒体１は、ジルコニアを含んでなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内孔で光ファイバを保持する第１の筒体と、一端部がホルダの内部に挿入され、かつ少なくとも前記挿入部位における前記第１の筒体の外周面に配された第２の筒体と、を備え、
前記第２の筒体は、少なくともアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素のうち、いずれか１種からなるセラミックスを含んでなり、前記第１の筒体は、ジルコニアを含んでなることを特徴とするフェルール。
【請求項２】
前記第２の筒体の肉厚は、前記第１の筒体の肉厚より大きいことを特徴とする請求項１に記載のフェルール。
【請求項３】
前記第１の筒体の少なくとも一端面は、外部に向かって突出する凸曲面であることを特徴とする請求項１または２に記載のフェルール。
【請求項４】
第１の筒体となる第１の成形体が押出成形によって成形される工程Ａと、
第２の筒体となる第２の成形体が押出成形によって成形される工程Ｂと、
前記第２の成形体の内周面に前記第１の成形体の外周面が当接するように配置するとともに前記第１の成形体および前記第２の成形体を同時焼成する工程Ｃと、を備えるフェルールの製造方法。
【請求項５】
ホルダと、該ホルダの内部に、一端部が挿入固定された請求項１または２に記載のフェルールと、を備えてなるホルダ付フェルール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用光コネクタに用いられるフェルール、およびホルダ付フェルールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信における情報量の増大に伴い、光ファイバを用いた光通信が使用されている。この光通信においては、光ファイバ同士を接続するために、該光ファイバを貫通孔で保持する円筒状のフェルールが用いられる。
【０００３】
そして、フェルールの材質としてはセラミックス焼結体、金属、プラスチック、ガラス等、さまざまなものが試作されてきたが、現在は大半がセラミックス製となっている。
【０００４】
このように、セラミックスが主流となった理由は、セラミックスは加工精度を高くすることができるため、フェルールの内径、外径の公差を１μｍ以下と高精度にすることができるからである。さらに、セラミックス焼結体は一般的に摩擦係数が低いため光ファイバの挿入性に優れ、剛性が高く熱膨張係数が低いことから外部応力や温度変化に対して安定であり、耐食性にも優れているためである。
【０００５】
さらに、上記フェルールのセラミックス焼結体としては、近年、アルミナからジルコニアに大半が置き代わりつつある。このジルコニア焼結体はヤング率がアルミナの約半分と低いため、２つの光ファイバ同士を接続するために２個のフェルールの先端面同士を当接する際に、小さな応力で密着性を高めることができ、また強度、靱性が高いことから、光通信をする際の信頼性を向上できる（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
実際の光通信を行う製品は、ジルコニア製フェルールの一端部が金属で製作されるホルダに圧入固定され、このホルダ付きフェルールの貫通孔に光ファイバが接着固定されることによって作製されている。このとき、光ファイバが接着固定されたホルダ付きフェルールは、その先端が曲面状に加工されるとともに鏡面になるように研磨される。このような先端が曲面状に鏡面研磨されたホルダ付きフェルールは、光コネクタハウジングに収納され、光コネクタとなる。一対の光コネクタは、一つの光アダプタの中で接合されて光ファイバを介して光信号が伝送される。
【０００７】
上述したように、フェルールには光ファイバを収容するための貫通孔が設けられている。そして、この貫通孔の直径は、光ファイバを貫通孔に挿入する必要があるため、光ファイバの外径より大きくなければならない。しかし、この光ファイバの貫通孔の直径が過剰に大きく設定されると、光ファイバが貫通孔の中心からずれるという問題が発生していた。このように貫通孔の中心から光ファイバがずれて固定されると、一対の光コネクタをアダプタ内で接合させた時に、一対のファイバ同士の中心がずれてしまい、結果的に光信号を効率よく伝達させることができなくなる場合があった。
【０００８】
そのため貫通孔の直径は、光ファイバの外径の大きさより１μｍ以内とされるのが一般的であり、具体的には、貫通孔の直径は、φ０．１２５０〜φ０．１２６０ｍｍ、またはφ０．１２５５〜φ０．１２６５ｍｍで設計されていた。
【特許文献１】特開平５−３３３２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のフェルールでは、フェルールの一端が金属製ホルダに圧入されると、その圧入力により、フェルールが圧入された部分が中心方向、すなわち、貫通孔の径方向に向かって縮径する場合があった。そのため、フェルールがホルダに圧入された部分においては、光ファイバをフェルールの貫通孔に挿入できないという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のフェルールは、内孔で光ファイバを保持する第１の筒体と、一端部がホルダの内部に挿入され、かつ少なくとも前記挿入部位における前記第１の筒体の外周面に配された第２の筒体と、を備え、前記第２の筒体が、少なくともアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素のうち、いずれか１種からなるセラミックスを含んでなり、前記第１の筒体が、ジルコニアを含んでなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明において、前記第２の筒体の肉厚は、前記第１の筒体の肉厚より大きいことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明において、前記第１の筒体の少なくとも一端面は、外部に向かって突出する凸曲面であることを特徴とする。
【００１３】
本発明のフェルールの製造方法では、第１の筒体となる第１の成形体が押出成形によって成形される工程Ａと、第２の筒体となる第２の成形体が押出成形によって成形される工程Ｂと、前記第２の成形体の内周面に前記第１の成形体の外周面が当接するように配置するとともに前記第１の成形体および前記第２の成形体を同時焼成する工程Ｃと、を備える
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明のフェルールによれば、光ファイバが保持されるジルコニアを含んでなる第１の筒体の外周面にジルコニアよりも機械的作用によって変形が生じにくいセラミックを含んで構成される第２の筒体が配されているため、フェルールがホルダに圧入されても、第２の筒体によって光ファイバが保持される第１の筒体の内孔の変形、すなわち、内径の縮径を抑制することができる。したがって、本発明のフェルールでは、第１の筒体の内孔に対して、容易に光ファイバを挿入することができる。
【００１５】
また、本発明においては、第２の筒体の肉厚を第１の筒体の肉厚より大きく形成することによって、第１の筒体に作用する圧入力を低減することができるため、第１の内孔の変形をより低減させることができる。
【００１６】
また、本発明においては、第１の筒体の一端面を外部に向かって突出する凸曲面に形成すれば、２つのフェルールの端面を光コネクタ内で当接させてフェルールの内部に保持された光ファイバ同士を光学的に結合させる際に、フェルールの一端面に形成された凸部曲面同士の当接部に圧力を集中させることができる。そのため、本構成によれば、フェルールの一端部同士を効率良く弾性変形させることができるため、光ファイバ同士の密着性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
本発明のフェルール１０は、図１に示すように、内孔１ａを有する第１の筒体１と、内孔２ａを有する第２の筒体２と、を備えている。また、本発明のホルダ付フェルール１００は、図２に示すように、フェルール１０および該フェルール１０を保持するホルダ３を備えている。
【００１９】
第１の筒体１は、たとえば円筒状で構成され、長手方向に沿って光ファイバを保持するための内孔１ａ（貫通孔）が形成されている。なお、第１の筒体１は、光ファイバを保持するための内孔１ａが形成されていれば足り、必ずしも円筒状で構成されることはない。そのため、第１の筒体１は、たとえば三角柱、四角柱等の角柱に内孔１ａが形成されている形態であってもよい。この第１の筒体１は、主としてジルコニアセラミックスを含んで形成されるが、副成分として、イットリア、アルミナ、およびシリカを含んでいてもよい。具体的に、主成分のジルコニアは９１〜９６質量％、副成分は、イットリアが４〜７質量％、アルミナが１．０質量％以下、シリカが０．１質量％以下である。
【００２０】
第２の筒体２は、たとえば円筒状で構成され、長手方向に沿って第１の筒体１を保持するための内孔１ａ（貫通孔）が形成されている。第２の筒体２は、第１の筒体１の外周面に配され、第１の筒体１の外周面を第２の筒体の内孔２ａ内で保持する機能を有する。この第２の筒体２は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素のうち、いずれか１種からなるセラミックスを主成分として構成される。ここで、第２の筒体２がアルミナ、窒化珪素、および炭化珪素を主成分とするのであれば、その含有量は９０質量％以上、一方、窒化アルミニウムを主成分とするのであれば、その含有量は９９質量％以上となる。なお、第２の筒体２は、比較的高い剛性を有することに起因する圧入による変形防止という観点と、ジルコニアとの同時焼成を容易に実現できるという製法上の観点から、主成分にアルミナを用いることが好ましい。また、第２の筒体２の一端部には、図１に示すようなＣ面、もしくはＲ面が形成されることが好ましい。このように、第２の筒体２の一端部にＣ面もしくはＲ面を形成した構成によれば、たとえばフェルール１０を円筒状のスリーブのような光コネクタで接続する場合には、スリーブへの挿入を容易にすることができる。
【００２１】
上記した第１の筒体１および第２の筒体を構成するセラミックスのヤング率は、一般的にＪＩＳ  Ｒ  １６０２によって規定され、ジルコニアが２００ＧＰａ、アルミナが３８０ＧＰａ、窒化アルミニウムおよび窒化珪素が３００ＧＰａ、炭化珪素が４１０ＧＰａである。このように、本発明では、第１の筒体１を構成するジルコニアよりも比較的高いヤング率を有するセラミックスで第２の筒体２を構成しているため、フェルール１０の一端部（第１の筒体１および第２の筒体２の一端部）がホルダに圧入されても、第２の筒体２のヤング率が高いことから、圧入で生じる力の第１の筒体１に対する影響を抑制することができる。
【００２２】
ホルダ３は、フェルール１０を保持する機能を有し、フェルール１０の一端が挿入される挿入部位３ｂを有した貫通孔３ａが形成されている。このホルダ３は、たとえばＳＵＳ３０３等のステンレス鋼、あるいは亜鉛と銅との合金で構成される。このホルダ３は、たとえば切削加工、または金型を用いたＭＩＭ（メタルインジェクションモールディング）等の方法によって作製される。
【００２３】
また、本発明のフェルール１０では、図１（ａ）に示すように、第２の筒体２の肉厚２ｂを第１の筒体１の肉厚１ｂより大きくすることが好ましい。これは、第２の筒体２の肉厚２ｂが第１の筒体１の肉厚１ｂより小さいと、第２の筒体２の剛性が弱まるため、ホルダの圧入力を第２の筒体２で十分に抑制することが困難になる可能性がある。なお、本発明のフェルール１０では、少なくともフェルール１０が挿入されるホルダ３の挿入部位３ｂにおける肉厚１ｂと肉厚２ｂが上記したような大小関係を有していれば足りることは言うまでもない。また、第１の筒体の肉厚１ｂとは、第１の筒体１の外周面から第１の筒体１の内周面までの距離を示す。また、第２の筒体の肉厚２ｂとは、第２の筒体２の外周面から第２の筒体２の内周面までの距離を示す。
【００２４】
本発明のフェルール１０では、図１（ｂ）に示すように、他のフェルール（図示なし）と当接して光学的な結合を実現する第１の筒体１の一端面１ｃが外部に向かって突出する凸曲面であることが好ましい。このような構成によれば、２つのフェルールの端面を光コネクタ内で当接させてフェルールの内部に保持された光ファイバ同士を光学的に結合させる際に、フェルールの一端面に形成された凸部曲面同士の当接部に圧力を集中させることができる。そのため、本構成によれば、フェルールの一端部同士を効率良く弾性変形させることができるため、光ファイバ同士の密着性を向上させることができる。この凸曲面は、第１の筒体１の一端面を、たとえばダイヤモンド砥石で研磨することによって形成することができる。
【００２５】
次に、本発明のフェルールおよびホルダ付フェルールの製造方法を図３に基づいて説明する。なお、以下の説明においては、第１の筒体１がジルコニア、第２の筒体２がアルミナで形成されたフェルール１０について詳述する。
【００２６】
まず、フェルール１０の前駆体である成形体を作製するための押し出し成形金型について説明する。押し出し成形金型４は、図３に示すように、本体４ａ、中央部に第１の筒体１の内孔１ａを形成するためのコアピン４ｂ、第１の原料が流れる流路４ｃ、第２の原料が流れる流路４ｄ、流路４ｂおよび流路４ｃを分離するための分離管４ｅ、流路４ｄに第２の原料を導入するための供給管４ｆを備えている。なお、押し出し成形金型４の各部材には、耐摩耗性という観点から超硬材が用いられるのが好ましいが、ステンレス等を用いても良い。
【００２７】
具体的には、まず、ジルコニア原料粉とバインダーを混合してなるジルコニア坏土を、押し出し成形金型４の流路４ｃに流し込む。一方で、アルミナ原料粉とバインダーを混合してなるアルミナ坏土を供給管４ｆから流路４ｄに流し込む。そして、これらの原料は、コアピン４ｂに沿って押し出し成形金型４の出口に向かって押し出されて成形される。この押し出し成形工程において、この２種類の坏土は、分離管４ｅによって互いに混ざり合うことを抑制される。なお、この２種類の坏土は、押し出し成形金型４の出口部で合流するが、それぞれ金型内で圧縮されているため、互いに所定の硬度を有する。その結果、この２種類の坏土は、界面で若干混ざり合うこともあり得るものの、本質的には分離されたまま押し出し成形金型４の出口部から押し出される。この押し出し成形金型４で作製されたセラミック成形体は、中心に内孔１ｂ（貫通孔）を有するジルコニアからなる第１の筒体１と、その外周部に当接するように配されたアルミナからなる第２の筒体２の２重構造を有している。
【００２８】
上記の成形工程で得られた成形体を乾燥させた後に、１５００℃前後の焼成温度で同時焼成することによって、フェルール１０が作製される。さらに、上記した製造方法で得られたフェルール１０を、圧入治具（不図示）内に保持したホルダ３に、ハンドプレスで圧入することにより、ホルダ付フェルール１００が作製される。
【００２９】
なお、本発明のフェルール１０の前駆体である成形体の作製は、たとえばプレス成形やインジェクション成形等でも作製可能ではあるが、上述した押し出し成形によって作製するほうが、高精度に設計された金型を必要としないため、製造工程の簡易化という点で好適である
【実施例】
【００３０】
本実施例では、本発明の一実施例であるフェルール１０を用いて作製したホルダ付フェルール１００について、ファイバの挿入不良を検証した。
【００３１】
以下に、本実施例のフェルール１０の製造方法について説明する。まず、ジルコニア原料粉とバインダーを混合してなるジルコニア坏土を、押し出し成形金型４の流路４ｃに流し込む。一方で、アルミナ原料粉とバインダーを混合してなるアルミナ坏土を供給管４ｆから流路４ｄに流し込む。そして、これらの原料が、コアピン４ｂに沿って押し出し成形金型４の出口に向かって押し出されて成形されることによって、中心に内孔１ｂ（貫通孔）を有するジルコニアからなる第１の筒体１と、その外周部に配されたアルミナからなる第２の筒体２の２重構造を有するフェルール１０の前駆体である成形体が作製される。そして、上記の成形工程で得られた成形体を乾燥させた後に、１５００℃前後の焼成温度で焼成してフェルール１０を作製した。なお、フェルール１０の内孔１ｂの径は、φ０．１２５０〜φ０．１２６０ｍｍである。
【００３２】
最後に、上記した製造方法で得られたフェルール１０を、圧入治具（不図示）内に保持したホルダ３に、ハンドプレスで圧入してホルダ付フェルール１００を作製した。
【００３３】
また、比較例として、分離管４ｅを除去して構成された押し出し成形金型４に、ジルコニア坏土を導入して得たジルコニアセラミックスからなるフェルールを作製した。なお、このフェルールの寸法およびジルコニア材料は、本発明の実施例と同等である。そして、このフェルールに本実施例で用いたホルダに圧入して比較例のホルダ付フェルールを作製した。
【００３４】
次に、上記の工程で作製したホルダ付フェルールを用いて光ファイバ挿入試験を行った。この光ファイバ挿入試験には、光ファイバの径がφ０．１２５ｍｍを使用し、本実施例および比較例のホルダ付フェルール１０００個ずつに対して実施した。具体的には、ホルダに圧入されたフェルールの一端側からフェルールの内孔１ｂに光ファイバを挿入する際に、光ファイバを挿入できない場合をファイバ挿入不良とし、そのファイバ挿入不良率を検証した。
【００３５】
この結果、本発明の比較例のフェルールでは、単一のジルコニアセラミックスで構成されているため、フェルールのホルダ挿入部位において、フェルールの内孔が縮径するサンプルが生じた。そのため、比較例のフェルールでは、内孔の径が光ファイバの径よりも小さくなり、光ファイバを挿入できないサンプルが２５個（ファイバ挿入不良率が２．５％）発生した。これに対し、本発明の実施例では、ジルコニア層の外周に配されたアルミナ層がフェルールの内孔を縮径する方向に作用する力を抑制できたため、フェルールの内孔（内孔１ａ）が変形しなかった。その結果、本実施例のホルダ付フェルールでは、ファイバの挿入不良は発生しなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明のホルダ付フェルールの断面図である。
【図３】本発明のフェルールを製造するための押し出し成形金型を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０・・・フェルール
１００・・・ホルダ付フェルール
１・・・第１の筒体
１ａ・・・内孔
１ｂ・・・肉厚
１ｃ・・・端面
２・・・第２の筒体
２ａ・・・内孔
２ｂ・・・肉厚
３・・・ホルダ
４・・・押し出し成形金型
４ａ・・・本体
４ｂ・・・コアピン
４ｃ、４ｄ・・・流路
４ｅ・・・分離管
４ｆ・・・供給管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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