JPH06174971A - 光コネクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】反射減衰量が５５dB以上の超低反射接続が実現
できる高性能光コネクタを提供する。 【構成】フェルール体２を加圧無しに接触させた時に
は、図１（ａ）に示すようにフェル−ル３同士は先端で
接触しているが、光ファイバ４同士は接触しないでファ
イバ間隔ｕをもって離れている。本発明の光コネクタを
接続した時には、図１（ｂ）に示すように前記フェルー
ル体２が加圧され前記フェルール３同士は加圧力により
変形するので、前記光ファイバ４同士が接触して該光フ
ァイバ４の先端が僅かに変形するようになる。 【効果】光コネクタを接続したときの光ファイバに、過
大な圧縮力が加わらないので、光ファイバの光学特性を
損なうこと無しに超低反射光コネクタが実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信分野で用いられ
る光コネクタのフェル−ルと光ファイバの構成に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光通信の伝送路である光ファイバを接続
するのに光コネクタが用いられている。例えば半導体レ
ーザモジュールのように反射光による雑音の発生を防止
する必要のある伝送路、特にＣＡＴＶ、映像通信等の高
速大容量通信における伝送路の接続には、接続箇所での
信号損失が少ない高性能光コネクタが求められている。

【０００３】一般に光コネクタは光ファイバが挿入固定
されているプラグと、このプラグ同士を嵌合整列させる
ための機構を備えたアダプタとから構成される。特に従
来の電気コネクタと異なり、接続する２本の光ファイバ
の相対位置を正確に合わせることが重要である。この為
光ファイバ同士の軸ズレ角度曲がり等を極めて少なくし
なければならない。したがって光ファイバを、外形が規
定寸法に仕上げられたフェル−ルの中心に一致させ、接
着固定し、そのフェル−ル体をアダプタ内に組み込まれ
たスリ−ブの両端から挿入して突き合わせる方法が良く
用いられる。

【０００４】以下、図面に基づき従来技術の構成を説明
する。図７は従来用いられている光コネクタの代表的な
一例を示す接続断面図であり、左右対称である図面の左
端は省略してある。４は石英ガラスからなる光ファイ
バ、３はアルミナやジルコニア等のセラミックスからな
るフェル−ルで、該フェル−ル３の中心に前記光ファイ
バ４を図示しない接着材で軸中心を一致させて接着固定
してある。２は該フェル−ル３と前記光ファイバ４とを
一体に組み立てたフェル−ル体、７は前記フェル−ル体
２を保持して加圧手段であるバネ６により加圧するため
のフェル−ルフランジ、８は該フェル−ルフランジ７を
受けるプラグフレ−ム、９はナット、１０は光ファイバ
４を中に通し、前記プラグフレ−ム８と共に前記フェル
−ルフランジ７及び前記バネ６を中に組み込み、該バネ
６の力を受けるブッシュである。１はプラグであり、前
記光ファイバ４、前記フェル−ル３、前記バネ６、前記
フェル−ルフランジ７、前記プラグフレ−ム８、前記ナ
ット９及び前記ブッシュ１０からなる。１１はアダプ
タ、１２は該アダプタ１１に組み込まれた割スリ−ブで
ある。

【０００５】図８は前記フェル−ル体２先端の拡大断面
図である。３はフェル−ル、４は光ファイバで、ここで
該光ファイバ４の寸法は特に極端に拡大してある。前記
フェル−ル３の先端は曲率半径Ｒの凸球面をなし、前記
光ファイバ３の先端は該凸球面から僅かに引っ込んだ略
凸球面をなしている。前記曲率半径Ｒは１０〜６０mmが
多く用いられる。

【０００６】次に前記光コネクタの接続は、前記フェル
−ル体２に、前記バネ６で前記フェル−ルフランジ７を
介して前記フェル−ル３を加圧するように前記プラグ１
を組み込み、２組の該プラグ１を予め割スリ−ブ１２を
中央に組み立てた前記アダプタ１１の両側から挿入し、
前記ナット９をそれぞれねじ込み固定することによって
完了する。前記割スリ−ブ１２によって前記光ファイバ
４を同心に整列させ、０．８〜１．２kgの強さのかかる
前記バネ６で両側から前記フェル−ル体２同士を加圧し
て、接続の安定化を図っている。

【０００７】次に前記フェル−ル体２先端の加工方法を
説明する。まずダイアモンド砥石を用いて円錐状に研削
加工を行い、次に強く張ったプラスチックフィルムにダ
イアモンド砥粒を供給しながら前記フェル−ル体２先端
を回転させながら押しつけて研磨加工を行い、前記光フ
ァイバ４及び前記フェル−ル３先端を同時に凸球面状に
する方法をとっている。

【０００８】以上のような従来の光コネクタで問題とな
るフェル−ル体２のフェル−ル３と光ファイバ４との位
置関係を図８によって説明する。前記フェル−ル３と前
記光ファイバ４との相対位置は、一般的に引き込み量
ｄ、即ち前記フェル−ル３の軸中心線と曲率半径Ｒの凸
球面との交点Ｑと前記光ファイバ４先端との距離で表す
が、前記光ファイバ４先端が凸球面内側にある場合には
−、同外側にある場合には＋の符号を付けて表すと、ｄ
＝−５０〜＋１００nmの範囲で使うのが一般的であっ
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来方
法の光ファイバの引き込み量ｄの前記範囲は、光コネク
タの持っている性能を十分引き出すには不適切で、光フ
ァイバの光学特性を十分保護するものとはなっていな
い。以下にこの問題点を図８及び図９を用いて説明す
る。

【００１０】図９は曲率半径Ｒの従来の光コネクタのフ
ェルール体を突き合わせた部分拡大断面図であり、光フ
ァイバ部の寸法を特に極端に拡大してある。数多く使わ
れている例として、曲率半径Ｒ＝２０mmのフェル−ル３
に直径０．１２５mmの光ファイバ４を用いた場合で説明
する。図８でフェルール３の先端と交点Ｑとの間の距離
は計算により９８nmとなり、引き込み量ｄが前記フェル
−ル３に対して最も引っ込んだ下限の−５０nmであった
としても、前記光ファイバ４先端が前記フェルール３先
端よりも既に４８nm突き出ていることになる。したがっ
て、このようなフェル−ル体２を用いた光コネクタを接
続固定する時に、まず加圧なしにフェル−ル体２先端同
士を接触させた時には、図９（ａ）に示すように光ファ
イバ４の先端がフェル−ル３よりも先に接触することに
なり、これを加圧した場合には図９（ｂ）に示すよう
に、前記フェル−ル３が密着して変形するまで加圧され
るので前記光ファイバ４に対する極端に強い圧縮力が加
わることになって、該光コネクタの性能を悪化させてい
た。

【００１１】また、前述したフェル−ル体先端の加工方
法では、光ファイバ先端の表面部に加工変質層が残留し
反射減衰量を少なくすることが出来ず、反射減衰量は４
０dB程度が限界であった。そして加工変質層を除去しよ
うとしてフェル−ル体表面の研磨を行うと、引き込み量
ｄが大きくなって前述の範囲をはみ出してしまう。

【００１２】引き込み量ｄを従来の−５０〜＋１００nm
の範囲になるようにして加工変質層を除去するには、例
えば「５０dB以上の反射減衰量を有するＰＣ光コネク
タ」（１９９１年電子情報通信学会秋季大会講演論文集
Ｃ−２２４）で提案されているようにフェルールを予
め球面研磨しておき、次に光ファイバを組み込み接着し
た後、光ファイバをフェルール先端より僅かに突き出た
寸法にしてから、光ファイバ先端の球面研磨をする。こ
の後に加工変質層の除去を行う。光ファイバをフェル−
ル先端より予め突き出しておいてから加工変質層を除去
するので、加工変質層の除去をしても引き込み量が所定
の範囲内に入る。しかしながらこの方法では、フェルー
ルと光ファイバとの球面加工が別工程で行われるため
に、曲率半径の中心がずれて偏芯を起こすことと、前述
のように光ファイバに極端に強い圧縮力が加わり性能を
悪化させる欠点を有する。

【００１３】以上述べたように、従来の引き込み量ｄの
範囲では、加工変質層を問題無く除去するのは容易では
なく、だからといって加工変質層を残した状態でのフェ
ル−ル体の使用では、光伝送の高速化高性能化の要求を
満足させ、反射戻り光による雑音の発生を防止するに足
る光コネクタを提供するのは不可能である。本発明の目
的は、上記問題点を解決し、反射減衰量が５５dB以上の
超低反射接続が実現できる高性能光コネクタを提供する
ことである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成は、フェル−ルに光ファイバを接着剤を
介して組み立てた２組のフェルール体を加圧手段によっ
て突き合わせてなる光コネクタにおいて、前記２組のフ
ェルール体の先端を対向させ、加圧無しに接触させた時
に光ファイバ同士は接触しないで離れており、前記加圧
手段によって加圧した時に光ファイバ同士が接触してな
ることを特徴とする。

【００１５】更に、２組のフェルール体を対向させ、加
圧無しで接触させた時の光ファイバ同士の間隔は、フェ
ルールの弾性限界内で加圧した時に、その加圧力により
決まる該フェルールの変形量以内にあることを特徴とす
る。

【００１６】

【作用】本発明の光コネクタの接続方法は、加圧なしに
突き合わせ接触させた時のフェルール体の光ファイバ同
士の間隔（以下これをファイバ間隔と称す）を、フェル
ールを押すバネの強さにより決まる該フェルールの弾性
変形量以内にすることにより、前記光ファイバの境界面
での圧縮荷重を極力少なくして光学特性の劣化を招くこ
となしに光コネクタ同士を接続することを可能にする。

【００１７】

【実施例】以下図面により本発明の一実施例を詳述す
る。図１は本発明の一実施例である光コネクタのフェル
−ル体突合わせ部の拡大断面図であり、特に光ファイバ
部を極端に拡大してある。図２は理論計算用のフェル−
ル体の模式図であり、図３は接続した前記光コネクタに
おける反射減衰量とファイバ間隔の実験結果を表すグラ
フであり、図４は同じく反射減衰量とバネ強さの関係の
実験結果を表すグラフであり、図５は、同じく温度を変
化させた時の反射減衰量の変化の実験結果を表すグラフ
であり、図６は他の実施例の光コネクタのフェルール体
の先端を表す拡大断面図である。

【００１８】以下本発明の実施例について、図面を用い
て詳細に説明する。図１において、３はジルコニアから
なるフェルール、４は石英ガラスからなる光ファイバ、
２は前記フェル−ル３に該光ファイバ４を軸中心を一致
させて、例えばエポテック３５３ＮＤのような接着剤５
で接着固定したフェル−ル体、ｕはファイバ間隔、ｇは
フェル−ル先端と光ファイバ先端との距離（以下これを
端面距離と称す）を表す。その他の構成、組み立て方法
及び接続方法は図７に表した従来例と同様なので説明を
省略する。

【００１９】前記フェル−ル３と前記光ファイバ４の両
先端は、ともに略同一曲率半径の凸球面に加工してあ
り、両者の相対位置関係が本発明の特徴である。図１
（ａ）は、フェルール体２を加圧無しに接触させた状態
を示し、フェル−ル３同士は先端で接触しているが、光
ファイバ４同士は接触しないでファイバ間隔ｕをもって
離れている。本発明の光コネクタを接続した時には、図
１（ｂ）に示すように前記フェルール体２が加圧され前
記フェルール３同士は加圧力により変形するので、前記
光ファイバ４同士が接触して該光ファイバ４の先端が僅
かに変形するようになる。

【００２０】ここで、２組のフェル−ルの先端を対向さ
せ、両側からバネで加圧接触させた時のフェルールの変
形量を弾性歪理論に基づき求める。図２（ａ）は荷重Ｗ
で双方から加圧して突き合わせたフェル−ル体の模式図
であり、該フェル−ル体は直径ｄ₁ の円筒部Ｐ₁ 及び曲
率半径Ｒの球体部Ｐ₂ からなるフェル−ルと、ここでは
省略した光ファイバとからなる。図２（ｂ）は前記フェ
ルールの先端の部分拡大断面図であり、ｄ₂ は該フェル
−ルの内径、ｘは曲率半径Ｒの凸球面と該フェル−ルの
軸中心線とが交差する交点Ｑからの球体部Ｐ₂ の任意の
位置までの距離を表す変数、ｘ₁ は前記交点Ｑとフェル
−ル先端との距離、ｘ₂ は球体部Ｐ₂ の端面までの距離
をそれぞれ表す。

【００２１】ここで、フェルールのヤング率をＥ、バネ
の強さをＷ、円周率をπとする。円筒部Ｐ₁ の変形量を
λ₁ 、球面部Ｐ₂ の変形量をλ₂ とすると数１が導かれ
る。

【数１】

【００２２】ここで数１に実施例のフェルールの数値、
即ち、Ｅ＝１００００kg/mm²、Ｗ＝１kg、ｄ₁ ＝２．５
mm、ｌ₁ ＝１０mm、Ｒ＝２０mm、ｄ₂ ＝０．１２５mmを
それぞれ代入すると、λ₁ ＝１３６、λ₂ ＝８が得られ
る。総変形量をλとするとλ＝λ₁ ＋λ₂ ＝１３６＋８
＝１４４nmとなる。得られた結果は、曲率半径２０mmの
ジルコニアフェルールを突き合わせ、強さ１kgのバネで
双方から加圧した場合の該ジルコニアフェルールの一方
の変形量を表し、該変形量のほとんどは円筒部Ｐ₁ で決
まり、球面部Ｐ₂ の効き量は小さいことを示している。

【００２３】よって端面距離ｇが、前記変形量１４４nm
以内であれば、バネで圧縮されたフェルール先端の変形
により光ファイバの先端がフェルール先端から飛び出
し、対向する光ファイバの先端に接触する。即ち、ファ
イバ間隔ｕが１４４×２＝２８８nm以内であれば、対向
する光ファイバの先端同士は、相互に接触することが、
計算によって予測される。

【００２４】次に本発明の光コネクタのフェル−ル体の
先端形状の加工工程の説明をする。ダイアモンド砥粒に
よる研磨工程までは従来の工程と同じである。この研磨
工程では、光ファイバとフェルールの端面は、ほぼ段差
無しに加工できるが、光ファイバ表面に加工変質層が生
じる。この為、加工変質層を除去する為に、Ｓi Ｏ₂又
は、Ｃe Ｏ₂ 等の微粒子研磨剤を用いて平面ラップを行
う。

【００２５】アルミナやジルコニア等のセラミックスか
らなるフェルールと、石英ガラスからなる光ファイバと
の間には硬度差がある為、微粒子材を用いた平面ラップ
工程では、光ファイバとフェルールとの先端部を同一面
に仕上げ研磨することは難しく、研磨量に比例して光フ
ァイバとフェルールとの先端部に光ファイバが引っ込む
ような段差が生じる。

【００２６】本発明では、先に理論検討したように、フ
ェル−ル体の端面距離ｇが１４４nmの、光ファイバ端面
がフェル−ル先端より引っ込んだ形状を許容できること
を予測している。従って、加工変質層を除去するための
上記研磨工程において略１４４nm迄の段差が生じても構
わない。即ち加工変質層を除去することは容易となると
いう効果が生ずる。

【００２７】次に本発明による光コネクタの性能を確認
するために、上記詳述した工程にて実施例と同じフェル
−ル体のサンプルを各種作製し、性能を測定した結果を
図を用いて説明する。図３には各種ファイバ間隔のサン
プルの反射減衰量をプロットしてある。ファイバ間隔が
大きくなるにつれて反射減衰量は向上し６０dBを超える
が、ファイバ間隔が２５０nm付近以上になると光ファイ
バ同士が離れて空隙ができるため、反射減衰量は極端に
低下している。即ち、ファイバ間隔がフェルールの２組
分の変形量以内であれば、光ファイバにかかる圧縮力が
小さいほど反射減衰量が向上すると理解できる。

【００２８】従来の光ファイバ引き込み量ｄが−５０〜
＋１００nmの範囲で、且つプラスチックフイルムによる
ダイアモンド砥粒の研磨加工では、せいぜい４０dB止ま
りであった反射減衰量が大幅に改善され５５dB以上の特
性が得られた。本実験におけるファイバ間隔０〜２５０
nmを引き込み量ｄに当てはめてみると、ｄはフェル−ル
の軸中心線と曲率半径Ｒの凸球面との交点と光ファイバ
先端との距離であるから、該交点と該フェル−ルの先端
までの距離即ち先に計算した９８nmと、端面距離即ちフ
ァイバ間隔の半分との和に等しい。したがって、曲率半
径Ｒ＝２０mmのフェルール体の引き込み量ｄは−（９８
＋０）〜−（９８＋１２５）即ちほぼ−１００〜−２２
５nmの範囲に相当する。

【００２９】本発明では、光ファイバー間隔を非接触に
なるぎりぎりの領域をモデル計算により求め、更に実験
によって検証したが、実際の使用に当たってはバネ圧の
バラツキ、フェルールと光ファイバの熱膨張率の差によ
る影響などを考慮にいれて、環境条件や製造品質の変化
によって接触状態が解除されない領域を設定する必要が
ある。

【００３０】そこで、反射減衰量の低下したサンプルで
強さ１kgのバネを使用したものを用いて、片方のバネだ
けを強いバネに交換した時の、反射減衰量の実測値の変
化を図４に示す。計算によれば、共に強さ１kgのバネを
使用した場合の両フェル−ルの変形量は２８８nmだが、
片方のバネを強さ１．２５kgのものに交換すれば該変形
量は３２４nm、強さ１．５kgのバネに交換した場合の該
変形量は３６０nmとなる。変形量の差は、それぞれ３６
nm及び７２nmとなる。一方、実際のファイバ間隔ｕが２
７４nmのサンプルＡと２９１nmのサンプルＢとは、先の
実験でのファイバ間隔の限界値であった２５０nmに対し
て、ファイバ間隔の差はそれぞれ２４nm、４１nmである
から、サンプルＡについては強さ１．２５kgのバネ交換
で、サンプルＢについては強さ１．５kgのバネ交換では
特性が改善されるであろうことは理論上から予測された
が、図４の実験結果と一致している。

【００３１】次に反射減衰量の温度による影響について
調査した結果を、図５によって説明する。室温から０℃
→−２５℃→０℃→２５℃→５０℃→７５℃→５０℃→
２５℃と温度を変化させ、各温度の滞留時間をそれぞれ
１時間、次の温度への変化時間をそれぞれ３０分に設定
した。サンプルＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ及びＨのファイバ間
隔ｕは、それぞれ５６、９３、１６０、１９５、２４
６、２５２nmである。実線は設定温度を示し、１点鎖線
はサンプルＦの、破線はサンプルＧの反射減衰量の変化
を示す。ファイバ間隔ｕがそれぞれ２００nm以下のサン
プルＣ、Ｄ、Ｅ及びＦの反射減衰量は殆ど変化しなかっ
た。その様子を代表してサンプルＦで示す。ファイバ間
隔ｕが２５０nm付近のサンプルＧ及びＨは５０℃から７
５℃の間で急激に反射減衰量が低下している。その様子
を代表してサンプルＧで示す。即ち、１００℃の温度変
化に対して性能を維持するのには、ファイバ間隔ｕは５
０nm程度小さくすればよい。

【００３２】尚、加工変質層を除去するのに好適な本発
明の他の実施例である光コネクタのフェルール体先端の
断面図を図６に示す。ここで構成要素は図８と同じなの
で、同じ構成要素には同じ番号を付し、説明を省略す
る。この実施例は、円錐研削加工後に行う凸球面形状研
磨加工に工夫を施したものである。即ち、プラスチック
フイルムを強く張ってテンションを一定にコントロール
し、更に、このプラスチックフイルムに対するフェルー
ル体２先端の押し力を一定にコントロールしながらフェ
ルール体２の最先端形状を凸球面研磨し、同時に円錐部
分を鏡面に研磨する。この加工法によれば光ファイバ４
がフェルール３の先端部から突き出した加工が可能とな
り、加工変質層の厚さが大きい場合にも対応できる。

【００３３】

【発明の効果】上記のように本発明によれば、対向する
２組の光コネクタを接続したときの光ファイバに、過大
な圧縮力が加わらない。また、光ファイバの加工変質層
の除去を容易に行えることとも合わせて、光ファイバの
光学特性を損なうこと無しに反射減衰量が５５dB以上の
超低反射光コネクタが実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である光コネクタの部分拡大
断面図。

【図２】理論計算用のフェル−ル体の模式図。

【図３】反射減衰量とファイバ間隔の関係を表すグラ
フ。

【図４】反射減衰量とバネ強さの関係を表すグラフ。

【図５】温度による反射減衰量の変化を表すグラフ。

【図６】本発明の他の実施例のフェルール体の部分拡大
断面図。

【図７】従来の光コネクタの接続断面図。

【図８】従来のフェルール体の部分拡大断面図。

【図９】従来のフェルール体の突き合わせ部分拡大断面
図。

【符号の説明】

２ フェルール体 ３ フェルール ４ 光ファイバ ５ 接着剤 ６ バネ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フェル−ルに光ファイバを接着剤を介し
   て組み立てた２組のフェルール体を加圧手段によって突
   き合わせてなる光コネクタにおいて、前記２組のフェル
   ール体の先端を対向させ、加圧無しに接触させた時に光
   ファイバ同士は接触しないで離れており、前記加圧手段
   によって加圧した時に光ファイバ同士が接触してなるこ
   とを特徴とする光コネクタ。
2. 【請求項２】 ２組のフェルール体を対向させ、加圧無
   しで接触させた時の光ファイバ同士の間隔は、フェルー
   ルの弾性限界内で加圧した時に、その加圧力により決ま
   る該フェルールの変形量以内にあることを特徴とする請
   求項１の光コネクタ。