JPH09512647A

JPH09512647A - 光ファイバー・フェルール

Info

Publication number: JPH09512647A
Application number: JP7528936A
Authority: JP
Inventors: ジー．フリー，ロバート; ディー．フレッチャー，ティモシー
Original assignee: ミネソタマイニングアンドマニュファクチャリングカンパニー
Priority date: 1994-04-29
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 1997-12-16
Also published as: US5631986A; KR970702996A; WO1995030915A3; CN1147303A; EP0757800A1; WO1995030915A2; CA2187882A1

Abstract

(57)【要約】セラミック光ファイバー・フェルール（12）を、CaTiO₃（チタン酸カルシウム）又はCeO₂−ZrO₂（セリア−ジルコニア）から構築する。このフェルール（12）は、PC−丸みであり、そしてそれ故、所定の曲率半径をもつ第１の、凸端（14）、第２端（16）、及びその第１端と第２端を結ぶ軸孔（18）を含む。光ファイバーは、その孔内に固定して置かれることができ、そしてその光ファイバーの終末端は、標準的なみがき又は研磨技術により作り出されることができ、これは、そのフェルールの第１の、凸端と同一平面内にある。

Description

【発明の詳細な説明】光ファイバー・フェルール本発明の背景本発明は、光ファイバー・コネクターのためのフェルール（ferrules）、そしてより特に、物理的接触(physical contact(PC))仕上げをもつCaTiO₃又はCeO₂− ZrO₂フェルールに関する。光シグナルを介しての高速通信及びデータ伝達のための光ファイバーの使用が、かなり確立されるようになってきた。この目的のために、光ファイバー・コネクターが、光ファイバーが他の光ファイバー又は光学デバイス（すなわち、光信号の源又はレシーバー）に接続され、そしてそれから脱着されることを許容するように開発されてきた。このようなコネクターは、高レベルの光伝達を保証するために接続されたファイバー末端において正確な芯合せ及び最小の空間を提供しなければならない。さらに、これらのコネクターは、容易に、かつ、信頼性をもって接続され、脱着され、そして再接続されなければならない。このようなコネクターの例は、例えば、米国特許第5,101,463 号；同第5,134,677 号；同第5,05 2,774 号；同第5,212,752 号；及び同第5,222,169 号中に示されている。本明細書中に使用するとき、用語“コネクター (connector)”は、２つの光ファイバーの又は光ファイバーと光デバイスの接続、脱着及び再接続を許容する機器を意味し、これに反し、“スプライス（splice）”は、通常、ファイバー間の永久的接続を意味する。光ファイバー・コネクターの決定的部品は、フェルールである。フェルールは、接続点又は終結点において光ファイバーのこわれ易い端を芯合せし、保持し、そして保護するために使用され、そしてそれ故、正確な寸法公差をもつ。光ファイバーの末端がフェルール内に挿入され、そして固定され（通常、接着される）とき、それらに損傷を与える可能性は、特に、ファイバー末端上になめらかな端外面を作り出すのに必要な研磨（grindi ng）及び／又はみがき（pdishing）工程の間に、かなり減少される。コネクターが、現場に設置(install)されるとき、ラッピング及びみがき工程が手により行われ、そしてそれ故、制御が困難である。フェルールは、好ましくは、低い熱膨張係数、高弾性モジュラス、及び高硬質をもつ材料から作られる。セラミックは、選ばれた材料である。なぜなら、それらは、上記特性を示し、そして高いなめらかさ及び平面度（flatness）までみがかれることができるからである。特に有利なコネクターのタイプは、物理的接触（PC）みがきをもつフェルールを利用するものである。PC−仕上げフェルールは、丸みを与えられた（すなわち、凸の）接触表面をもつ。このフェルールの接触表面は、光ファイバーの末端が位置するところの表面であり、そしてそれは、接続されたファイバーの２つの末端の間に光学的接続を作るために他のフェルールの接触表面と接するようにもっていかれる。この接触表面は、光信号を生成するデバイス、例えば、レーザー又は光ダイオードと接するようにもっていかれることもでき、それにより、その光ファイバーがその信号を伝達するようにそのフェルール内で終わることを許容する。同様に、その接触表面は、フェルール−終結光ファイバーにより運ばれる光信号を受容するデバイス、例えば、光電セル(photocell)に対して隣接されることができる。PC−仕上げフェルールを使用するコネクターは、一般に、例えば、他のコネクターに接続されるとき、両フェルールの接触表面が互いに接触するように力を加えられるように、そのコネクターから遠くにそのフェルールの接触表面を軸方向にバイアスするための手段（例えば、スプリング）を、提供する。これが生じるとき、丸みを与えられた接触表面は、好ましくは、互いにいくぶん平らにされ、それにより、２つのフェルールの接触表面間のヘルツ（Hertzian）接触の領域を広げることによりそれらのファイバー末端間の密な接触の傾向を改善する。例えば、典型的な、 2.5mm の外直径をもつPC−仕上げジルコニア・フェルールの対は、慣用のPCコネクターにより互いに対して加圧されるとき、約200mm の平らな接触パッチをもつであろう。歴史的には、アルミナが、フェルールを作るために使用された最初のセラミックであった。しかしながら、PC−仕上げフェルールの出現により、本産業は、フェルールを作るためにジルコニアを使用する利点を認識した。ジルコニアは、アルミナよりもいくぶん柔らかいけれども、より低い弾性モジュラスをもち、そしてそれ故、圧力下より容易に変形する。このような低いモジュラスは、その丸みを与えられたフェルールの間のヘルツ接触の面積を増加させて、良好な光学的接触が生じる傾向を強化する。ジルコニアが、成形／焼結物品、例えば、光ファイバー・フェルールを作るために使用されるとき、それは、正方晶相（tetragonal phase）を安定化させるために、そして、あるいは、高温焼結の間のより熱力学的に安定な単斜晶相（monoclinic phase）への転移を伴う縮みにより引き起こされるであろう割れ（fracture）を防ぐために、少量（約２〜５モル％）の安定剤を含まなければならない。典型的な安定化剤は、イットリア（Y₂O₃）、酸化カルシウム(CaO)、及び酸化マグネシウム(MgO)を含む。最も一般的な安定化剤は、イットリア（Y₂O₃）である。アルミナとイットリア−ジルコニアの両方が、コネクターにより接続された典型的なガラス・ファイバー末端よりもかなり硬い。この硬度のミスマッチは、セラミック・フェルールよりもそのファイバーが速くみがかれることを引き起こす。いくぶんの誤解は、硬いフェルールが“みがき止め (polish stop)”として作用する、すなわち、それがそのフェルール表面と同一平面にあるところまで、それが“みがき下げられる(polish down)”とき、そのファイバーの端外面のみがきが止み、それ故、いずれかのファイバーが“アンダー・カット(under-cut)”されることを回避する観念である。ファイバーのみがき速度は同一平面性が達成されるとき大きく減少されることは確かである。しかしながら、より柔らかいガラス・ファイバーは、しばしば、その周囲のセラミック・フェルールよりも大きな速度で磨耗され続ける。これは、そのファイバ一端外面の“アンダー・カット(undercut)”を作り出す（すなわち、そのファイバー端は、そのフェルールの接触表面の平面下にみがかれる。）このようなアンダーカッティングを、図１に示す。ここで、典型的なアルミナ又はイットリア−ジルコニア・フェルール（１）が示される。光ファイバー（３）の端外面（２）は、フェルール（１）の接触表面（４）の下までみがかれている。これは、光ファイバー（３）の端外面（２）とフェルール（１）の接触表面（４）の間の空気の隙間をもたらす。このような空気の隙間は、典型的には、深さ数十ミクロンである。このファイバー・フェルール端外面はもはや同一平面にないので、ファイバー端が接するようにもっていくために必要な変形を作り出すために、より大きな力がそのフェルールに加えられなければならない。ファイバー端が互いに接するようにもっていかれないような不十分な力が適用される場合、そのファイバー端の間に生じた空気の隙間は、逆反射及びその伝達された光信号内に生じる他のタイプの信号損失現象を引き起こす。さらに、このアンダー・カットは、みがきくずを捕獲し、そして保持し、これは、その後、追い出され、そして２つのフェルールが光コネクター内で接合されるときファイバー間に増加した空間をもたらすフェルール／ファイバー間接触を妨害する。（みがき工程を有益にスピード・アップしながら）アンダー・カットを減少させる１つのアプローチは、フェルールを作るためにより柔らかいセラミックを使用することにより光ファイバーとフェルールの間の硬さのミスマッチを減少させることであろう。しかしながら、ジルコニア又はアルミナ・セラミックの認められた大きさをあきらめることにかなりの抵抗があり、使用環境において遭遇する苛酷さにフェルールが耐えるかどうかについて当業者の信念が必要とされる。この点で特に関心があるのは、（例えば、その内でフェルールの寿命の間に１回だけそのフェルールがカップリング動作を受けるスプライシング・デバイスに対して）光ファイバー・コネクター内で使用されるときにそのフェルールが受ける反復カップリッグ／デカップリング動作である。使用において、コネクター・フェルールは、繰り返し挿入され、そしてそれらが他のフェルール又は光デバイスと結合され／脱結合されるときカプラーとして知られる金属又はセラミックのスリーブから取り外される。フェルールとカプラーの間の隙間は、摩擦力が、そのフェルールが挿入され、そしてカプラーから取り外される毎にそのフェルールとカプラーの間に生じるように小さいものである。このような摩擦力は、磨耗を引き起こし、これは、次に、そのコネクター内でのくず（磨耗粒子）の構築を作り出す。ある量の磨耗は不可避であるけれども、過剰な磨耗は、信号損失と反射率の両方を増加させることにより性能を低下させるコネクター・アセンブリー内の磨耗粒子の保持を引き起こすことができる。それがカプラーから取り外される時にコネクターの両側をクリーンにすることは、しばしば実施不能である。それ故、コネクターがクリーニングされずに繰り返し再接続されるように適切にクリーンにされることができなければならない。従って、光学的接続点における繰り返しのカップリング／デカップッリング動作から作り出された過剰の磨耗及びくずのために、一定時間にわたり未熟の又は高い信号損失を伴わずに光ファイバーとフェルールの間の硬さのミスマッチを減少させるであろう改良された、より柔らかいセラミックについての必要性が本分野において存在する。本発明の要約本発明の１の態様は、光ファイバー・フェルールであって：ａ）所定の曲率半径をもつ第１の、凸端；ｂ）第２端；そしてｃ）上記第１端と第２端を結ぶ孔、を含んで成り、そのフェルールが、CaTiO₃とCeO₂−ZrO₂から成る群から選ばれたセラミック材料から作られることを特徴とするフェルールを提供する。本発明の第２の態様は、光ファイバー・コネクターであって：ａ）上記のようなCaTiO₃又はCeO₂−ZrO₂フェルール；ｂ）第１端と第２端をもつハウジングであって、上記フェルールの第１端がそのハウジングの第１端から延びることができるように、そのフェルールがそのハウジング内に収納されており；及びｃ）上記ハウジングの及び上記フェルールの第２端から延び、そしてそのフェルールの孔内に固定して置かれた光ファイバーであって、そのフェルールの第１端の近くに終末端をもつような光ファイバー、を含んで成るコネクターを提供する。本発明の第３の態様は、フェルール内での光ファイバーの終結方法であって、以下の段階：ａ）所定の曲率半径をもつ第１の、凸端、第２端、及び第１端と第２端を結ぶ孔を含むフェルールであって、CaTiO₃とCeO₂−ZrO₂から成る群から選ばれたセラミック材料から作られていることを特徴とするものを提供し；ｂ）その光ファイバーの終末部分が上記フェルールの第１端から突出するように、そのフェルールの第２端を通して、かつ、その孔内に光ファイバーを挿入し；ｃ）上記光ファイバーの研磨又はみがき可能な部分が上記フェルールの第１端から延びたままであるようにその終末端部分を割り；そしてｄ）上記光ファイバーの上記研磨又はみがき可能な部分を研磨又はみがいて、上記フェルールの第１端と実質的に同一平面内にある終末端を形成する、を含んで成る方法を提供する。本発明に係るフェルールは、イットリア−ジルコニア(yttria-zirconia)又はアルミナ(alumina)フェルールよりも柔らかい。この結果として、ガラスの光ファイバーの末端とフェルールの間の硬さのミスマッチはより小さい。イットリア −ジルコニアとアルミナは、それぞれ、約11−13GPa と15−18GPa のビッカース挿入硬度（Vickers penetration hardness）をもち、CaTiO₃（チタン酸カルシウム）は、約７−９GPa のビッカース挿入硬度を、そしてCeO₂−ZrO₂（セリア−ジルコニア）は、約８−10GPa のビッカース挿入硬度をもつ。ガラス光ファイバーは、典型的には、約４−６GPa のビッカース挿入硬度をもつ。フェルールとファイバー末端の間の硬さのミスマッチを減少させることにより、そのファイバー端−外面／フェルール接触表面をみがくことにおいて作り出されるアンダー・カットの量は、実質的に減少され又は除去される。結果として、隣接ファイバー末端間の空気の隙間も、実質的に減少され、又は除去され、それにより、信号損失を防止する。さらに、より柔らかいセラミックからフェルールを作るための強い経済的な動機がある。研磨時間とツールの磨耗の両方が、フェルールのために特定された正確な寸法公差を作り出すために使用される研磨及びみがき工程の間に減少される。驚ろくべきことに、本発明に係るチタン酸カルシウム・フェルールは、慣用のイットリア−ジルコニア又はアルミナ・フェルールよりも柔らかいけれども、このチタン酸カルシウム・フェルールは、イットリア−ジルコニア・フェルールよりも一定時間にわたり信号損失において僅かな増加を示すことが発見された。以下の実施例４に示すように、チタン酸カルシウム及びイットリア−ジルコニア・フェルールがカプラーから繰り返し挿入され、そして取り外されるとき、このチタン酸カルシウム・フェルールは、繰り返しの挿入に伴い信号損失における増加を全く示さず、一方、イットリア−ジルコニア・フェルールは、繰り返しの挿入に伴い計測可能な信号損失を示した。従って、本発明に係るチタン酸カルシウム・フェルールは、高い及び／又は未熟の信号損失の欠点を伴わずにより柔らかいフェルールに関連する上述の利点の全て（すなわち、その光ファイバー終末端のより容易なみがき及び全く存在しないアンダーカッティング）を有する。図面の簡単な説明図１は、標準的なイットリア−ジルコニア又はアルミナから作られた慣用のフェルールの部分断面図であり、そしてこのようなフェルール内で生じることができる光ファイバーのアンダー・カッティングを示し；図２は、その内に、本発明に係るPC−仕上げフェルールをもつ標準光ファイバー・コネクターの断面図であり；図３は、その孔内に固定して置かれた光ファイバーをもつ本発明に係るPC−仕上げフェルールの断面図であり；図４は、図２中に示したフェルールの部分断面図であり、そしてそのフェルールの接触表面も、光ファイバー端−外面の同一平面性を示し；図５は、本発明のフェルールの他の態様の部分断面図であり、ここで、その接触表面は、逆反射を最小化するために傾けられており；そして図６は、その内に、接着材料を含むリザーバーをもつ本発明に係るフェルールの断面図である。好ましい態様の詳細な説明図２を見ると、光ファイバー・コネクター（10）が、本発明に係るフェルール（12）と一緒に示されている。コネクター（10）は、例えば、商品名ST，SC，FC ，D4又はFDDIの下で販売されたものの如き、いずれかのタイプの光ファイバー・コネクターであることができる。例えば、このようなコネクターについて記載する、米国特許第5,274,729 号、同第5,222,169 号、同第5,212,752 号、同第5,13 4,677 号、同第5,101,463 号、及び同第5,052,774 号を参照のこと。以下に、より詳細に説明するように、フェルール（12）は、CaTiO₃（チタン酸カルシウム）又はCeO₂−ZrO₂（セリア−ジルコニア）のセラミック体を含む。フェルール（12 ）のセラミック体は、所定の曲率半径をもつ第１の凸端（14）、第２端（16）、及び第１と第２端（14と16 ）を結ぶ上記体を通る孔（18）を含む。コネクター（10）は、第１端（22）と第２端（24）をもつハウジング（20）を含む。フェルール（12）は、ハウジング（ 20）内に収納され、そして一般には、そのフェルールの第１端（14）がハウジング（20）の第１端（22）から延びることができるように置かれる。コネクター（ 10）は、慣用には、引っ張り緩和ブーツ(strain-relief boot)(23)とカラー（25 ）を含む。ブーツ（23）は、光ファイバー（26）の保護ジャケット（28）の周りに圧縮して固定されており、一方、それから保護ジャケット（28）が剥ぎ取られたバッファー・コーティング（29）の部分がカラー（25）内に収納される。光ファイバー（26）は、ハウジング（20）の第２端を通って、フェルール（12 ）の第２端（16）を通って延び、そして例えば、接着剤により、フェルールの孔（18）内に置かれる。慣用には、保護ジャケット（28）とバッファー・コーティング（29）は、フェルール（12）の孔（18）内に光ファイバーを挿入する前に光ファイバー（26）の端から所定の距離剥されている。光ファイバー（26）の終末端（30）は、フェルール（12）の第１端の近位にある。より特に、終末端（30）は、フェルール（12）の第１端（14）と同一平面上にある。慣用のコネクターと同様に、図２中に矢印で示すように、フェルール（12）は、第１と第２端（22，24）を通って延びる線に平行な方向で、ハウジング（20）内にスライド可能な状態で収納される。スプリング（32）のような手段が、ハウジング（20）の第２端（24）から遠くにフェルール（12）をバイアスするために、提供されることができる。図示するように、フェルール（12）の第２端（16）は、カラー（25）内に収納され、これは、次に、スプリング（32）によりバイアスされる。このやり方で、フェルール（12）の第１端（14）が、光学的接続を作るために所望の外表面（例えば、他のフェルールのファイバー終末端、あるいは、光信号の源又はレシーバー）に対して押し付けられることができる。押出し又は射出成形に好適なチタン酸カルシウム・セラミックは、多くの源から商業的に入手可能である。例えば、チタン酸カルシウム粉末は、Tam Ceramics ，Inc.，Niagara Falls，NY ；又はFerro Cort.，Transelco Div.，Penn Yau，N Y から得られることができる。チタン酸カルシウム粉末は、典型的には、異なるサイズの、一般的には、 0.3−10mmのサイズのレンジ内にある粒子の混合物から成る。所望により、チタン酸カルシウム・フェルールは、場合により、追加の材料を含むことができる。例えば、この構築物は、場合により、約０−20のレンジにある重量パーセントにおいてTiO₂（２酸化チタン）を含むことができる。２酸化チタンは、 Tam Ceramics，Inc.，Kronos，Inc.，Houston，TX；Whittaker，Clark ，and Daniels，South Plainfield，NJ ；及びReade Advanced Materials，Pro ridence，RI から入手可能である。２酸化チタンは、チタン酸カルシウムよりも低い熱膨張係数をもち（８−10×10^-6／℃対10−12×10^-6／℃）、そしてそれ故、そのフェルールの総熱膨張係数を下げるために使用されることができる。本発明に係るフェルールは、あるいは、セリア−ジルコニア（ceria-zirconia ）から構築されることができる。セリアは、約12−21のレンジにある重量パーセントにおいてそのセラミック体中に存在することができ、そしてジルコニアは、約79−88のレンジにある重量パーセントにおいて存在することができる。セリア −ジルコニア・フェルールの利点は、アルミナ又はイットリア−ジルコニアと比べてのそれらの相対的靭性(toughness)である。セリア−ジルコニアは、典型的には、約15−17MPa(mm)^1/2のKIC 破断靭性（KIC fracture toughness）をもち、一方、アルミナ及びイットリア−ジルコニアは、一般的に、それぞれ、３−５と８−10MPa(mm)^1/2のKIC 破断靭性をもつ。セリア−ジルコニアのより高い靭性は、有利である。なぜなら、このようなフェルールは、使用環境において、落とされ又は他の高い衝撃を受けたときに、折れ又はかける傾向が小さいからである。セリア−ジルコニア・セラミック粉末は、例えば、Tosoh USA，Inc.，Atlanta，GA；Unitec Ceramics Limited，Staffor d，England；及びZirconia Sales(America)，Inc.，Atlanta，GA から商業的に入手可能である。セリア−ジルコニア粒子は、一般に、 0.1−５mmのサイズのレンジにある。本発明に係るチタン酸カルシウム又はセリア−ジルコニア・フェルールは、いずれかの慣用のセラミック製造工程により慣用のバインダー及び添加物を用いて製造されることができる。チタン酸カルシウム又はセリア−ジルコニア粉末に加えて、セラミック成形供給原料中で使用されることができるバインダーは、例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、パラフィン・ワックス、ポリプロピレン、ポリアクリル樹脂、ポリアミド、エチレン−ビニル・アセテート・コポリマー、及び蜜蝋(beeswax)を含む。慣用には、可塑剤／潤滑剤、例えば、石油、ステアレート、ステアリン酸、オレイン酸、ワックス、ポリエチレン・グリコール、ジブチル・フタレート、又はパラフィン・ワックスも、この供給原料に添加されることができる。界面活性剤、例えば、ニシン（menhaden）魚油、ホスフェート・エステル、グリセリル・トリオレエート、ポリマー脂肪エステル、ポリエチレン− イミン、ナトリウム・ポリアクリレート、ナトリウム・ジオクチル・スルホスクシネート、アンモニウム・ポリアクリレート、及びアンモニウム・シトレートも、典型的には、セラミック成形供給原料に含まれる。これらのフェルールは、慣用のインジェクション又はエクストルージョン形成技術、例えば、押出し成形、射出成形、粉末成形、又は平衡圧縮により調製されることができる。例えば、チタン酸カルシウムは、米国特許第4,456,713 号、同第5,087,594 号、又は同第5,248,463 号（これらの開示を引用により本明細書中に取り込む。）中に開示された技術に従って形成されることができる。セリア− ジルコニア・フェルールは、米国特許第4,690,911 号（この開示を引用により本明細書中に取り込む。）中に開示された方法により調製されることができる。一般に、慣用の射出成形機器及び型を使用して、射出圧力は、約 1,000−10,000ps i(70kg／cm² − 700kg／cm²)のレンジにあることができ、射出速度は、約0.04− ４インチ／秒(0.1−10cm／秒)のレンジにあることができ、射出ノズル温度は、約 175− 250°Ｆ(80−120)のレンジにあることができ、そして型空隙温度は、約70− 110°Ｆ（20−45℃）のレンジにあることができる。チタン酸カルシウムの場合には、その射出成形供給原料は、約 0.1−３℃／分のレンジにある加熱速度において約1100−1350℃のレンジにある温度まで熱せられるであろう。セリア −ジルコニア供給原料は、約 0.1−３℃／分のレンジにある加熱速度において約 1350−1600℃のレンジにある温度まで熱せられるであろう。よく知られているように、上記の処理パラメーターは、好ましくは、熱せられたセラミックの最大密度付近を達成するのに必要なように調整される。上記形成工程が終了し、そしてそのセラミック部分が熱せられた後、セラミック・フェルール“ブランク(blank)”が作られる。このブランクは、次に慣用の手段により研磨され、そして／又はみがかれて本発明に係るフェルールが作られる。このようなフェルールを図３に示す（以下に説明するように、光ファイバーが、その後に挿入される。）。慣用には、このようなフェルールは、一般には、５−15mmのレンジにある長さ及び１−４mmのレンジにある直径をもつ円筒形状をもつ。さらに、孔（18）は、典型的には、0.05−1.0m m のレンジにある均一サイズの直径をもつ。しかしながら、当業者には自明であろうが、これまでの寸法は決定的ではなく、そして、本発明に係るフェルールが使用されるであろう特定の用途の必要性に適合するように適宜変えられることができる。研磨及びみがき工程の間、フェルール（12）の第１端（14）は、丸みを与えられて凸の接触表面を形成される。あるいは、第１端（14）は、光ファイバーがその孔（18）内に挿入された後に丸みを与えられることができる。慣用には、第１端（14）の曲率半径は、約２−30mmの、好ましくは、15−20mmのレンジにある。しかしながら、本発明の範囲から逸脱せずに他の曲率半径が使用されることができる。第１端（14）の曲率半径は、いずれかの好適な研磨又はみがき工程、例えば、硬質研磨材料（例えば、ダイアモンド）を使用した弾性裏材上の外形研磨（ profile grinding）又は多段研磨（multistep grinding）により提供されることができる。フェルール（12）の製造後、光ファイバーが、孔（18）内に挿入されるであろう。これは、そのフェルールが製造された直後に生じることができ、又はそれは、例えば、光ファイバーが光学又は光電子デバイスに、又は他の光ファイバーに接続されるであろう分野において、その後に生じることもできる。いずれの事件においても、保護バッファー・コーティングの所定の長さが、まず、光ファイバーの終末端から剥がされる。図３に示すように、光ファイバー（26 ）は、次に、そのファイバー（26）の一部（40）が第１端（14）から突き出すまで、第２端（16）を通って孔（18）内に挿入される。導入ファンネル(lead-in f unnel)(34)が便利には、第２端（16）に提供されて、上記挿入操作を容易にする。光ファイバー（26）は、いずれかの慣用手段により、例えば、接着剤又はファイバー・クランプを用いて孔（18）内に固定して置かれることができる。図示のように、接着剤（36）が、孔（18）を定めるフェルール（12）のその部分に光ファイバー（26）を固定するために使用される。いずれかの好適な接着剤、例えば、熱硬化（例えば、エポキシ）又は熱可塑性（例えば、ホット−メルト）接着剤が、使用されることができる。好適なエポキシは、RE 34,005 、米国特許第4,79 0,622 号のレイシュー中に開示されており、一方、好適なホット−メルト接着剤は、米国特許第4,984,865 号中に開示されている。好ましくは、接着剤（36）は、孔（18）の内側に小分けされ、そして接着剤ビーズ（38）が、フェルール（12 ）内への光ファイバー（26）の挿入に先立って第１端（14）上に形成される。接着剤が、溶融又は硬化前状態にある間、部分（40）が第１端（14）及びビーズ（ 38）から突き出すまで孔（18）を通って押される。接着剤（36）の冷却又は硬化の間、接着剤ビーズ（38）が、固化して、光ファイバー（26）の突出部分（40）の横方向のサポートを提供する。このサポートの結果として、光ファイバー（26）の突出部分（40）は、割られ、次に研磨仕上げ、例えば、研磨又はみがき処理されることができる。慣用には、この突出部分（ 40）は、接着剤ビーズ（38）により取り囲まれた光ファイバー（26）の研磨可能又はみがかれることができる部分（44）だけが、フェルール（12）の第１端から延びて残るように、接着剤ビーズ（38）の先端（42）において、割られる。部分（44）と接着剤ビーズ（38）は、次に同時に、研磨され又はみがかれて、光ファイバー（26）上に終末端−外面を形成される。研磨又はみがきは、いずれかの好適な手術により、例えば、米国特許第4, 815,809 号又は、日本国公開特許出願番号昭63〔1988〕−205618中に開示された技術に従って、行われることができる。好ましくは、研磨又はみがきは、図４に図示するように、フェルール（12）の第１端と実質的に同一平面上にある終末端（30）が、作られるまで、続けられる。用語“同一平面(coplaner)”とは、終末端（30）の曲率半径がフェルール（12）の第１端（12）のものと実質的に同じであり、そして終末端（30）が、第１端（14）と実質的に面一であることを意味する。第１端（14）と終末端（30）の曲率は、ひじょうに僅かであるので、これらの２つの表面は、それらの交差の近傍に平面を、有効に、形成する。標準的なイットリア−ジルコニア又はアルミナ・フェルールに比べて、本発明に係るチタン酸カルシウム又はセリア−ジルコニア・フェルールは、そのフェルールとガラス光ファイバーの間のより近い硬度のマッチのために、このような同一平面性をより容易に達成できるようにする。すなわち、イットリア−ジルコニアとアルミナは、それぞれ、約11−13GPa と15−18GPa のビッカース挿入硬度をもち、チタン酸カルシウムは、約７−９GPa のビッカース挿入硬度を、そしてセリア−ジルコニアは、約８−10GPa のビッカース挿入硬度をもつ。ガラス光ファイバーは、典型的には、約４−６GPa のビッカース挿入硬度をもつ。フェルール（12）と光ファイバー（26）の間の硬さのミスマッチを減少させることにより、光ファイバー（26）の残りの部分（44）と周囲の接着剤ビーズ（38）をみがき又は研磨しながら作られたアンダーカットの量は、実質的に減少され又は除去される。この結果として、終末端（30）は、図４に示すように、第１端（14）と同一平面に容易に作られることができる。このやり方で、フェルール（12）の第１端（14）が光デバイス又は他のフェルールと光学的に接するようにもっていかれるとき、空気の隙間は、終末端（30）と他の光学表面の間に生じないであろう。従って、本発明に係るフェルールは、逆反射及び他のタイプ信号損失であって、空気の隙間がその光学接続に存在する場合にその光学接続にその他の方法で生じるであろうものの傾向を減少させる。ここで図５を見ながら、本発明の他の態様を説明する。フェルール(112)は、フェルール（12）に全ての点で類似する。但し、フェルール(112)は、孔（18）に対し０−10°のレンジにある角度“Ａ”において傾いた第１の、凸端(114)をもつ。第１端(114)の曲率半径は、未だ２−30mmであることができる。しかしながら、第１端(114)の凸形状の先端（46）は、孔（18）から０−10°程オフセットされている。第１端(114)との、光ファイバー（26）の終末端（30）の同一平面性に加えて、この形状は、終末端（30）と光デバイスは他の光ファイバーとの間の光学的接続の部位における信号減少性の逆反射をさらに減少させることを助ける。この技術は、米国特許第4,978,193 号中にさらに記載されている。図６は、本発明の他の態様を示し、ここで、フェルール(212)は、孔（18）と液体で連絡されたリザーバー（48）を含む。リザーバー（48）は、フェルール(2 12)の第２端に置かれ、そしてその内に接着剤(136)を含む。好ましくは、接着剤は、ホット−メルト接着剤である。これは、接着剤を溶融させるためにそのフェルール(212)を単に加熱し、そして次にそのファイバーが第１端（14）から突き出すまで孔（18）を通して光ファイバーの末端を挿入することにより、そのフェルール内への光ファイバーの容易な現場設置を許容する、冷却の間、光ファイバーの突出部分を割り、そして次に研磨し、そして／又はみがいて、第１端（14）と同一平面にある末端を形成する。本発明をこれから以下の非限定的実施例によりさらに説明する。実施例実施例１多数のチタン酸カルシウム・フェルールを、チタン酸カルシウム：２酸化チタンの95：05重量パーセント混合物を射出成形することにより作った。“タイコン 65 Ticon 65)”チタン酸カルシウム粉末と“タイコンTO-(HG)(Ticon TO-(HG))” 、両者Tam Ceramics，Inc.からのものを使用した。フェルール・ブランクを作るために使用した粉末調製及び射出成形工程は、米国特許第5,087,594 号及び同第 5,248,463 号中に開示されたものと類似していた。これらのフェルールを４時間 1240℃において焼結した。冷却の間、これらのフェルールを研磨して、ST−タイプPC−仕上げフェルール、すなわち、15mmの曲率半径をもつ接触端、10.5mmの長さ、2.499mの外直径、及び0.127mm の孔直径をもつフェルールを作った。実施例２実施例１のチタン酸カルシウム・フェルールを、ホット−メルト接着剤を使用して各フェルールの孔内にむきだしのファイバー末端を接着剤により接着することによりST−タイプのジャンパー(jumpers)を作るために使用した。使用したホット−メルト接着剤は、米国特許第4,984,865 号中に開示されている。対照群であって、標準的な商業的に入手可能なST−タイプのイットリア−ジルコニア・フェルールから作られたSTの商標の下で販売されている類似の多数のジャンパーから成るものも、調製した。使用した光ファイバーは、本産業において広く使用され、そして商業的に入手可能な標準的な62.5／125 マイクロメーターのマルチ− モード・ファイバーであった。各々のフェルールの丸みを与えられた端を超えて延びる余分のファイバーを、そのフェルール表面付近でそのファイバーを割ることにより除去した。最後に、割られたファイバー先端を、以下の３段階のみがき工程を用いてみがいた：段階１−36秒間の６マイクロメーターのダイアモンド・ラッピング・フィルム（diamond lapping film）によるみがき；段階２−42秒間の1.5 マイクロメーターのダイアモンド・ラッピング・フィルムによるみがき；段階３−７秒間の0.05マイクロメーターのダイアモンド・ラッピング・フィルムによるみがき。実施例３実施例２からのチタン酸カルシウムとイットリア−ジルコニア・ジャンパーのそれぞれを、光ファイバー終末端とフェルールの丸みを与えられた端の間の同一平面性について計測した。同一平面性(Coplanarity)は、標準的な光学干渉計使用法（optical interferometry methods）、例えば、Polarized Light Microsco py ，McCrone et al.，Ann Arbor Science Publishing，Ann Arbor，MI，1978 中に記載されたものを使用して計測した。より特に、光学干渉計を、各フェルールの丸みを与えられた端の表面に対して、光ファイバー終末端のアンダーカットの量を計測するために使用した。チタン酸カルシウム・ジャンパーは、上記ファイバー・フェルール境界において本質的に同一平面にあり、一方、イットリア−ジルコニア・ジャンパーは、ガラス・ファイバー終末端の、数十マイクロメーターのアンダー−カッティングをもっていた。これらの結果は、ファイバーとフェルールの間の大きな硬度のミスマッチをもつ硬いイットリア−ジルコニア・フェルールが、計測可能なファイバーのアンダーカッティングを作り出し、一方、より小さい硬度のミスマッチをもつ柔（軟）かいチタン酸カルシウム・フェルールが、有効に同一平面にあるみがかれたファイバー／フェルール端外面を作り出すという推定を確信させた。実施例４実施例２のチタン酸カルシウムとイットリア−ジルコニア・ジャンパーの耐久性（durability）を、Bellcore Technical Reference TR-NTW-000326，Issue 3 ，June 1992，Section 4.1.5 中に記載された耐久性テスト(Durability Test)に従って評価した。使用したクリーニング手順は、セクション5.3.1 中に記載されている。この耐久性テストの目的は、繰り返しの挿入によるコネクターの性能における総合的な変化(over all change)並びにテストの間の繰り返しの挿入によるコネクターの性能における変化（variations）の両方を観察することである。この目的のために、２対のチタン酸カルシウム・ジャンパー（チタン酸カルシウム対チタン酸カルシウム）及び２混合対のジャンパー（イットリア−ジルコニア対チタン酸カルシウム）を、500 挿入耐久性テストに供した。25挿入のそれぞれの後に、コネクターを、Bellcore Test Method-Section 5.3.1に従ってクリーンにし、そして再挿入の間の、それぞれの対の光学的損失について計測し、そして記録した。これらの結果を、表１に示す。このデータは、驚ろくべきことに、より軟かいチタン酸カルシウム・フェルールが、挿入テストの間、より硬いイットリア−ジルコニア・フェルールに対して信号損失におけるいずれの計測可能な増加をも示さなかったことを示している。従来の知見は、より軟かいチタン酸カルシウム・フェルールが、繰り返しの挿入の間により大きな摩耗を示すであろうし、次に、これは、テストの進行に伴って、より大きな挿入損失を導くであろうということを予言するであろう。しかしながら、事実はその通りではなかった。本発明に係るチタン酸カルシウム・フェルールは、500 回挿入耐久性テストの経過にわたりそのテスト装置の 0.01dB感度限界を超える挿入損失における増加を全く示さなかった。これに対し、混合ジルコニア−チタン酸カルシウム対は、0.08dB程の高い損失を示した。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年５月８日【補正内容】請求の範囲１．光ファイバー・フェルール（12）であって：ａ）第１端（14）、ｂ）第２端（16）、及びｃ）上記第１端と第２端（14，16）を結ぶ孔（18）、を含んで成り、 −上記第１端（14）が所定の曲率半径をもって凸であり、そして −そのフェルールが、CaTiO₃セラミック材料から作られる、ことを特徴とするフェルール。２．請求項１に記載のフェルールであって、光ファイバー（26）が接着剤によりその孔（18）内に固定され、その接着剤（36，38）がその孔（18）を定めるそのフェルールの部分にその光ファイバー（26）を固定することを特徴とするフェルール。３．請求項２に記載のフェルールであって：その光ファイバー（26）が終末端（30）をもち、そしてそのファイバー（26）の終末端（30）が、そのフェルールの第１の、凸端（14 ）と実質的に同一平面にある、ことを特徴とするフェルール。４．光ファイバー・コネクターであって：ａ）フェルール（12）であって：１）所定の曲率半径をもつ第１の、凸端（14）、２）第２端（16）、及び３）上記第１端と第２端（14，16）を結ぶ孔（18）、をもち、そのフェルール（12）が、CaTiO₃セラミック材料から作られることを特徴とするフェルール、ｂ）第１端（22）と第２端（24）をもつハウジング（20）であって、上記フェルール（12）の第１端（14）がそのハウジング（20）の第１端（22 ）から延びるように、上記フェルール（12）がそのハウジング（20）内に収納されているようなハウジング、並びにｃ）上記ハウジング（20）の第２端（24）及び上記フェルール（12）の第２端（16）を通って延びる光ファイバー（26）であって、そのフェルール（12）の孔（18）内に固定して置かれ、そしてそのフェルール（12）の第１端（14）の近傍に終末端（30）をもつような光ファイバー、を含んで成るコネクター。５．請求項４に記載のコネクターであって： −そのフェルール（12）が、そのハウジング（20）の第１端と第２端（22，24 ）を通って延びる線に平行である方向においてそのハウジング（20）内にスライド可能な状態で収納され：そして −そのコネクターが、そのフェルール（12）の第１端（14）が外表面に対して押し付けられることができるように、そのハウジング（20）の第２端（24）から遠くにそのフェルール（12）をバイアスさせるための手段（32）を含む、ことを特徴とするコネクター。６．請求項５に記載のコネクターであって、その光ファイバー（26）が、接着剤（36，38）によりその孔（18）内に固定され、その接着剤（36，38）が、その孔（18）を定めるフェルール（12）の部分にその光ファイバー（26）を固定することを特徴とするコネクター。７．請求項４に記載のコネクターであって、その光ファイバー（26）の終末端（30）が、そのフェルール（12）の第１の、凸端（14）と実質的に同一平面内にあることを特徴とするコネクター。８．フェルール内での光ファイバーの終結方法であって、以下の段階：ａ）所定の曲率半径をもつ第１の、凸端（14）、第２端（16）、及びその第１端と第２端（14，16）を結ぶ孔（18）を含んで成り、CaTiO₃セラミック材料から作られることを特徴とするフェルール（12）を用意し、ｂ）光ファイバー（26）の終末部分（40）がそのフェルール（12）の第１端（ 14）から突き出すように、そのフェルール（12）の第２端（16）を通って、そしてその孔（18）内にその光ファイバー（26）を挿入し、ｃ）その光ファイバー（26）の研磨又はみがき可能な部分がそのフェルール（ 12）の第１端（14）から延びて残るように上記終末部分（40）を割り、そしてｄ）上記光ファイバー（26）の研磨又はみがき可能な部分を研磨し又はみがいて、上記フェルール（12）の第１端（14）と実質的に同一平面内にある終末端（ 30）を形成する、を含んで成る方法。９．請求項８に記載の方法であって、その光ファイバー（26）が、接着剤（36 ，38）によりその孔（18）内に固定され、その接着剤（36，38）が、その孔（18 ）を定めるそのフェルール（12）の部分にその光ファイバー（26）を固定することを特徴とする方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者フレッチャー，ティモシーディー. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427, セントポール，ポストオフィスボックス 33427 （番地なし)

Claims

【特許請求の範囲】１．光ファイバー・フェルール（12）であって：ａ）所定の曲率半径をもつ第１の、凸端（14）；ｂ）第２端（16）；及びｃ）上記第１端と第２端を結ぶ孔（18）、を含んで成り、そのフェルールが、CaTiO₃及びCeO₂−ZrO₂から成る群から選ばれたセラミック材料から作られることを特徴とするフェルール。２．請求項１に記載のフェルールであって、CeO₂が約12−21のレンジにある重量パーセントにおいてそのフェルール中に存在し、そしてZrO₂が約79−88のレンジにある重量パーセントにおいてそのフェルール中に存在することを特徴とするフェルール。３．請求項１に記載のフェルールであって、光ファイバー（26）が接着剤によりその孔内に固定され、その接着剤がその孔を定めるそのフェルールの部分にその光ファイバーを固定することを特徴とするフェルール。４．請求項３に記載のフェルールであって：その光ファイバーが終末端（30）をもち；そしてそのファイバーの終末端が、そのフェルールの第１の、凸端と実質的に同一平面にある、ことを特徴とするフェルール。５．光ファイバー・コネクター（10）であって：ａ）フェルール（12）であって：１）所定の曲率半径をもつ第１の、凸端（14）、２）第２端（16）、及び３）上記第１端と第２端を結ぶ孔（18）、を含んでなり、そのフェルールが、CaTiO₃及びCeO₂−ZrO₂から成る群から選ばれたセラミック材料から作られることを特徴とするフェルール；ｂ）第１端（22）と第２端（24）をもつハウジングであって、上記フェルールの第１端がそのハウジングの第１端から延びるように、上記フェルールがそのハウジング内に収納されているようなハウジング；並びにｃ）上記ハウジングの第２端及び上記フェルールの第２端を通って延びる光ファイバー（26）であって、そのフェルールの孔内に固定して置かれ、そしてそのフェルールの第１端の近傍に終末端（30）をもつような光ファイバー、を含んで成るコネクター。６．請求項５に記載のコネクターであって：そのフェルールが、そのハウジングの第１端と第２端を通って延びる線に平行である方向においてそのハウジング内にスライド可能な状態で収納され；そしてそのコネクターが、そのフェルールの第１端が外表面に対して押し付けられることができるように、そのハウジングの第２端から遠くにそのフェルールをバイアスさせるための手段（32）を含む、ことを特徴とするコネクター。７．請求項５に記載のコネクターであって、その光ファイバーが、接着剤によりその孔内に固定され、その接着剤が、その孔を定めるフェルールの部分にその光ファイバーを固定することを特徴とするコネクター。８．請求項５に記載のコネクターであって、そのファイバーの終末端が、そのフェルールの第１の、凸端と実質的に同一平面内にあることを特徴とするコネクター。９．フェルール（12）内での光ファイバー（26）の終結方法であって、以下の段階：ａ）所定の曲率半径をもつ第１の、凸端（14）、第２端（16）、及びその第１端と第２端を結ぶ孔（18）を含んで成り、CaTiO₃及びCeO₂−ZrO₂から成る群から選ばれた材料から作られることを特徴とするフェルール（12）を用意し；ｂ）光ファイバーの終末部分がそのフェルールの第１端から突き出すように、そのフェルールの第２端を通って、そしてその孔内にその光ファイバー（26）を挿入し；ｃ）その光ファイバーの研磨又はみがき可能な部分がそのフェルールの第１端から延びて残るように上記終末端を割り；そしてｄ）上記光ファイバーの研磨又はみがき可能な部分を研磨し又はみがいて、上記フェルールの第１端と実質的に同一平面内にある終末端（30）を形成する、を含んで成る方法。 10．請求項９に記載の方法であって、その光ファイバーが、接着剤によりその孔内に固定され、その接着剤が、その孔を定めるそのフェルールの部分にその光ファイバーを固定することを特徴とする方法。