JP3659671B2 - 光ファイバ端面研磨機及び研磨方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ファイバ通信において用いられる光ファイバの端面を斜め凸球面に研磨するための光ファイバ端面研磨機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信において用いられる光コネクタには、挿入損失が小さく、かつ反射戻り光が少ないことが要求される。この要求を同時に満たすために、現在まで様々な提案がなされてきたが、現時点でこの要求に最も合致する光コネクタは、フェルールに保持された光ファイバの端面をフェルール端面と共に、光ファイバの軸に垂直な面に対して斜めに、かつ凸球面に研磨した光コネクタが最有力である。このコネクタは、通常「斜めＰＣコネクタ」と呼ばれている。この斜めの角度は、光ファイバの軸に垂直な面に対して通常ある規格化角度Θに設定するよう取り決められている。この規格化角度Θは、挿入損失が小さく、かつ、反射戻り光が少ないという観点から最適な角度として、光ファイバの種類により例えば８度、１０度、１２度という値が選ばれている。斜めＰＣコネクタにおいては、この規格化角度Θは、図２に示すように光ファイバの軸と凸球面との交点での接平面と、光ファイバの軸に垂直な面とのなす角度Θのことである。
【０００３】
このコネクタの端面形成は従来以下の様に行われていた。従来の方法を図３に示す。図３（ａ）に示すように、まず被研磨物であるフェルールを所定の角度θだけ傾けた状態で、表面が平坦である研削砥石円盤に押し付け斜め研磨を行う。次に、図３（ｂ）に示すように、前記フェルールを同じ角度θだけ傾けたまま、平坦定盤の上に弾性体４と研磨シート５が設けられた研磨盤に押し付け研磨する。この際、弾性体４が球形にたわむため、フェルール端面は、斜め凸球面に研磨される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
斜めＰＣコネクタの、低損失・低反射という性能を充分に発揮するためには、研磨によって形成された球面の斜めの角度、すなわち光ファイバの軸と凸球面との交点での接平面と光ファイバの軸に垂直な面とのなす角度（すなわち光ファイバ中心点における法線とフェルールの軸との角度）Θ’が、規格化された角度Θになっている事が重要である。これは、規格化された角度で凸球面頂点がフェルール軸心（すなわち光ファイバの中心）に一致する事を意味する。
【０００５】
ところで、通常フェルールには、円筒スリーブを介して光コネクタを対向接続する際にフェルールが円筒スリーブが入りやすいように先端に外周部を細くした面取りが施してある。この面取りをしたフェルールを前述した研磨方法を用いて、規格化角度Θ傾けた状態（θ＝Θ）で研磨すると以下のような理由で規格化角度Θで凸球面研磨されない。
【０００６】
前述した研磨方法において、弾性体上の研磨シートに押し当てられたフェルール端面の最外周部から同心円状に研磨除去が進む。この結果、研磨終了時には、図３（ｂ）に示すように、凸球面の頂点は、面取り部上にある二つの点であるＡ点とＢ点の中点Ｐへと移り光ファイバの中心Ｆからずれてしまう難点がある。 このずれ量ｄは、以下の様に求められる。
【０００７】
図３において、ｒはフェルールの半径（通常１．２５ｍｍ）、αはフェルール先端部の面取り角度、Ｌは面取りの長さ、θはフェルールの軸と研磨定盤に立てた垂線とのなす角度、Ｒは凸球面研磨されたフェルール端面の曲率半径、凸球面上の点Ｆは光ファイバの軸心上に位置する点、Θ’は研磨の結果形成された球面の点Ｆでの法線とフェルールの軸との間の角度、ｄは点Ｐと点Ｆとの間の直線的距離を示している。
【０００８】
ｄおよびΘ’は、幾何計算により、
d ≒(L*tanα-1)(tan α*tanθ)/(tanα*tanθ-1) ▲１▼
Θ'=tan ^-1｛(R*sinθ-d)/ R²-(R*sin θ-d)^{2 1/2} ｝ ▲２▼
と表されることがわかる。ここで、式に通常のフェルールの寸法α＝３０度、Ｌ＝０．５ｍｍを代入し、θ＝Θ＝８度とすると、光ファイバ軸心と凸球面頂点とのずれ量ｄは、ｄ≒９０μｍとなる。また、式にＲ＝２０ｍｍを代入すると、Θ’≒７．７５度となる。このＲは、研磨シート下の弾性体の硬度、フェルールへの加圧力等の研磨条件によって決まり、実験によって求められる。従って、上記のようにして研磨したフェルールを持つ光コネクタを両側から突き合わせた場合、光ファイバ端面はＦ点で接するが、Ｆ点での球面の法線と光軸とのなす角は７．７５度となり、実質上７．７５度で斜め研磨したことになる。従って、θ＝８度では斜め凸球面研磨の規格化角度Θ＝８度に研磨できない。
【０００９】
この問題は、フェルールの先端外周部の面取り部をなくす（α＝０）ことで改善に向かうが、斜め研磨角度を完全に８度にすることはできない。又、この面取り部は、フェルールを円筒スリーブに挿入して対向接続する際、挿入のしやすさ、ゴミ発生防止等の理由で、必ず設けられなければならない。
【００１０】
本発明の課題は、先端外周部に面取り部が設けられた通常の形状のフェルールを斜め凸球面に研磨した際に、所定の規格斜め研磨角度Θを得ることにある。
【００１１】
【問題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、弾性体を使用した凸球面加工の上記の様な特性に注目し、Θ’（研磨上がり角度）＝Θ（規格化された角度）を実現するために凸球面加工時のフェルールと研磨定盤との角度θを規格化された角度Θ＋微小角度△とする事ことを特徴とする。
【００１２】
【作用】
式▲１▼及び式▲２▼に使用するフェルール等の条件を入力しΘ’＝Θとなるような研磨角度θを得る事により目的を達成する事ができる。
例えば、上記条件通りのフェルールを用いた場合、角度θを８．２５度にする事により、Θ’＝８度を得る事ができる。
【００１３】
なお、この角度補正は、凸球面加工時にのみ必要であり、凸球面加工に先立ってする斜め平面加工時には必要とならない。
【００１４】
【実施例】
図１に本発明の光ファイバ端面研磨機の断面図を示す。１は光ファイバをその軸中心の微少貫通孔に保持したフェルール、２はフェルール１を規格化された角度Θだけ内側に傾けて保持するフェルール押さえ治具、１１は基台、３は基台１１上に設けられる研磨定盤、４は研磨定盤３の上に貼られた弾性体、５は弾性体４の上に貼られた研磨シートである。研磨定盤３は図示されない駆動機構によって自転運動及び公転運動をする。研磨定盤３は外周から中心に向かって回転軸（自転軸あるいは公転軸）と垂直な平面とのなす角度が微小角度△で高さが増加している円錐形状である。フェルール１は、フェルール保持部を形成するフェルール押さえ治具２と加圧軸４０によって研磨シート５に押し付けられている。また、フェルール押さえ治具２は、支持棒４１により、研磨定盤３の回転につられて回転しないようになっている。
【００１５】
上記研磨機においては、フェルールはフェルール押さえ治具２に研磨定盤３の回転軸に対して角度Θだけ傾いて固定されており、また、研磨定盤３が、フェルールの軸と研磨定盤３への垂線とのなす角がΘからさらにΔ増加するように傾いていることから、このΔを最適に設定することにより、フェルールの端面は規格化された斜め研磨角度Θで斜め凸球面に研磨される。
【００１６】
上記研磨機において、予め研磨定盤の回転軸に垂直な表面を持つ平面研磨砥石研磨盤を用いてフェルール端面を角度Θで平面斜め研磨をしておき、次に、上記平面研磨砥石研磨盤表面に対しΔ傾き上記回転軸上に頂点を持つ、上面に弾性体と研磨シートが設けられた円錐状研磨盤３を用いて凸球面斜め研磨することにより短時間で任意の狙い値をもつ斜め凸球面光ファイバを得ることができる。
【００１７】
研磨定盤の微小角度△は、式▲１▼及び式▲２▼からΘ’＝Θとなるようなθの値を求め、このθの値から規格化された角度Θを引いた値である。よって，面取り長さＬ、面取り角度α、曲率半径ＲがわかればΔの値が求まる。式▲１▼及び式▲２▼で用いる凸球面の曲率半径Ｒは、研磨シートの下に配置された弾性体の硬度、フェルールへの加圧力等研磨条件に左右されるため、実験によって求められる。
【００１８】
本実施例では、研磨定盤に補正角度△をもたせる事によって、フェルールと研磨定盤の間の相対角度をθ＝Θ＋△としたが、平坦な研磨定盤を用い、フェルールの角度をθ＝Θ＋△傾けて研磨しても当然同じ結果を得る事ができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明によれば、上記簡便な構成で、フェルールを任意の目標角度に斜め球面研磨することができる。従って、低損失・低反射という観点から規格化された角度（８度、１０度、１２度等）を持つ斜め凸球面研磨光ファイバ端面を、簡便に得ることができる。
【００２０】
また予め、回転軸に対して垂直な表面を持つ平面研磨定盤を用いて平面斜め研磨をしておき、次に、上記表面に対しΔ傾いた円錐状研磨定盤を用いて凸球面斜め研磨することにより短時間で任意の狙い値をもつ斜め凸球面光ファイバ端面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ端面研磨機を示す断面図である。
【図２】斜め凸球面研磨の規格化角度Θを示すためのフェルール端部の側面図である。
【図３】従来の斜め凸球面研磨方法を説明するためのフェルール端部の側面図である。
【符号の説明】
１ フェルール
２ フェルール押さえ治具
３ 研磨定盤
４ 弾性体
５ 研磨シート
Θ 規格化された角度
θ 研磨定盤に立てた垂線とフェルールの軸とのなす角度
Θ’凸球面の光ファイバ中心での垂線とフェルール軸との間の角度
Ｒ 凸球面の曲率半径

Claims (2)

1. 基台１１に対して回転する研磨定盤３と、該研磨定盤３上に置かれた弾性体４と、該弾性体４上に置かれた研磨シート５と、光ファイバを保持するフェルール１と、該研磨シート５に該フェルール１を加圧付勢して保持するフェルール保持部とからなり、該フェルール１に保持された光ファイバの端面をその光軸に対して傾斜した凸球面状に研磨形成する光ファイバ端面研磨機において、
   前記研磨定盤３は駆動機構によって自転及び公転可能に形成され、その形状は、その回転中心を突端とした微小角度△をなす円錐形状であり、
   前記研磨シート５は、弾性体４を介して前記研磨定盤３の上に載置されており、前記フェルール保持部は、複数個のフェルール１を保持しその軸の取付角度を前記研磨定盤３の自転中心軸に対して所定角度Θだけ傾けて固定するフェルール押え治具２と、該フェルール押え治具２を介して前記複数個のフェルール１を前記研磨シート５表面に押しつけ加圧する加圧軸４０とからなり、
   前記フェルール押え治具２に保持固定された前記フェルール軸と前記研磨シート５の面に立てた垂線とのなす角θがΘ＋△であることを特徴とする光ファイバ端面研磨機。
2. フェルール１に保持された光ファイバ端面を傾斜させて回転研磨砥石盤に押し当てて、前記光ファイバの光軸に対して前記所定角度Θの平面に形成する平面研磨工程と、
   前記平面研磨工程により先端が傾斜研磨された前記光ファイバを保持したフェルール１を複数個準備する準備工程と、
   傾斜角△の円錐形状の研磨盤に研磨シートが設けられた光ファイバ端面研磨機を用意し、前記準備工程によりその端面が平面研磨された光ファイバを前記光ファイバ端面研磨機に設置して、前記研磨シートに押し当てさらに前記研磨盤を自転運動及び公転運動させて、光ファイバの端面をその光軸に対して傾斜した凸球面状に研磨する工程とからなり、
   所定の斜め角度Θを持つ凸球面光ファイバ端面を得ることを特徴とする光ファイバ端面研磨方法。

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