JPH0789168B2 - 光コネクタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光通信において光ファイバ相互間の接続に使
用される光コネクタに関するものである。

（従来の技術） 従来、光ファイバ相互間の接続において用いられる光コ
ネクタは、種々のものが知られている。その代表的なも
のとしては、例えばJIS C 5970に規定されているF01形
単心光ファイバコネクタのように、光ファイバを円筒棒
状のフェルールの中心に固定し、これを精密な内径を有
する中空円筒状の整列スリーブ内に挿入してフェルール
の端面同士を突当てるものがある。

このフェルールを構成する材料としては、金属、セラミ
ック、プラスチック等があるが、光ファイバのコアの直
径が10μｍ程度である単一モード光ファイバの接続に用
いられる高精度なフェルールとしては、嵌挿部をステン
レスで作り、光ファイバを中心に接着固定するアルミナ
セラミック製の円筒棒をその先端部に圧入して構成した
キャピラリ形フェルールと呼ばれるものが広く使われて
いる。また、キャピラリ形フェルールと同等以上の精度
を有し、経済性、特性安定性、研磨の容易さ等優れた特
徴を有する、ジルコニアフェルールと呼ばれる嵌挿部を
一体のジルコニアセラミックで構成したフェルールも実
用に供されている。

また整列スリーブとしては、円筒棒の軸方向にスリット
を入れ、フェルールを挿入したときに整列スリーブがわ
ずかに弾性変形することによってフェルールを整列、保
持する構造の割りスリーブと呼ばれるものが広く用いら
れている。割りスリーブとして機能させるためには、ば
ね性を有する材料を必要があるため、一般にリン青銅製
のものが用いられているが、他の材料としてジルコニア
セラミック製のものも作られている。

（発明が解決しようとする課題） 前述のように、フェルール及び割りスリーブには様々な
材料が用いられているが、それらの材料の硬度に着目す
ると、組合せによっては以下のように種々の問題を生ず
る。

（ｉ）フェルールの硬度が割りスリーブの硬度より低い
場合 光コネクタの結合の際には、フェルール外周と割りスリ
ーブ内面とは互いに擦り合わされるため、フェルールの
硬度が割りスリーブの硬度より低い場合には着脱を繰り
返すうちにフェルールが摩耗する。高精度に仕上げられ
たフェルール外周が摩耗することにより、互いに付き合
わされたフェルール同士の間で軸ずれが生じ、光コネク
タの接続損失が増大する。第15図はこの場合の例として
キャピラリ形フェルールとジルコニア割りスリーブを用
いて単一モード光コネクタを構成し、繰り返し着脱試験
を行った結果を示す図である。図において縦軸が接続損
失を、横軸が着脱回数を表わしている。この図より着脱
回数が100回に満たないうちに接続損失が劣化する様子
が分かる。

（ii）フェルールの硬度が割りスリーブの硬度より高い
場合 フェルールの硬度が割りスリーブの硬度より高い場合に
は、光コネクタの着脱にともなって割りスリーブ内面が
摩耗する。割りスリーブは自身の弾性によってフェルー
ルを保持しているため、内面に多少傷が付いてもフェル
ール同士の高精度な接続には影響しない。ところが、割
りスリーブ内面の摩耗にともなって発生する割りスリー
ブの切り粉がフェルール先端に付着しやすいという問題
がある。フェルール端面を凸球面研磨した構造を持つPC
形光コネクタの場合には、フェルール先端に異物が付着
すると対向する光ファイバ端面間に間隙を生じ、接続部
における反射減衰量が劣化する。

第14図（ｂ）はジルコニアフェルール及びリン青銅割り
スリーブを用いて単一モード光コネクタを構成し、その
繰り返し着脱試験を行った結果の一例を示す図である。
図において、縦軸が反射減衰量を、横軸が着脱回数を表
わす。この図より明らかな如く光コネクタプラグの挿抜
を100回ほど繰り返すとフェルール端面にゴミが付着し
て反射減衰量が劣化する。ここでフェルール端面を清掃
（図において○印で示す）すると第14図（ｂ）に示すよ
うに反射減衰量は元の値に戻るが、さらに挿抜を繰り返
すと再び反射減衰量が劣化する現象を繰り返す。

以上述べたように、フェルールと割りスリーブに硬度の
異なる材料を組み合わせた場合、どちらの硬度が高い場
合であってもそれぞれ問題が生ずる。すなわち、光コネ
クタの着脱を繰り返した場合、フェルールの硬度が割り
スリーブの硬度より低い場合には接続損失が劣化し、逆
の場合には反射減衰量が劣化する現象が起る。

また、前述の構造を持つ光コネクタの場合、プラグハウ
ジングの寸法公差や外力による影響を避けるためにフェ
ルール及び割りスリーブはそれぞれプラグハウジング及
びアダプタハウジングに固定されず浮動する構造となっ
ている。これにより割りスリーブはアダプタハウジング
内で自由に回転できるようになっているが、割りスリー
ブとフェルールとが接触する場所は通常割りスリーブの
中心軸回りに均一な分布とはならない。このため、光コ
ネクタプラグを着脱する度にフェルールに対し割りスリ
ーブが回転して接触する位置が変化し、互いに付き合わ
されるフェルール同士の位置が微小に変化することによ
って接続特性が変化する。

本発明の目的は、前述の問題点に鑑み、着脱を繰り返し
ても接続特性が劣化しない、信頼性の高い光コネクタを
提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は前述の目的を達成するため、請求項１では、光
ファイバの端部がそれぞれ固定される一対のフェルール
と、軸方向にスリットが形成され一対のフェルールが嵌
挿され突合わされる割りスリーブと、各フェルールに軸
方向の押圧力を印加するばねと、各フェルールを収納す
る一対のプラグハウジングと、割りスリーブを収納する
アダプタハウジングとを備えた光コネクタにおいて、各
フェルール及び割りスリーブをともに同一材質のジルコ
ニアセラミックから形成し、且つ両者の硬度を一致させ
た。

請求項２では、割りスリーブのスリットの軸方向内縁に
沿って面取りを施した。

請求項３では、アダプタハウジング内に割りスリーブの
スリットに係止する突起を設けた。

（作 用） 請求項１によれば、各フェルール及び割りスリーブをと
もに同一材質のジルコニアセラミックから形成し、且つ
両者の硬度を一致させているので、光コネクタプラグの
着脱を繰り返し行ってもフェルール及び割りスリーブの
接触による互いの摩耗を抑制し得る。請求項２によれ
ば、割りスリーブのスリットの軸方向内縁に沿って面取
りを施したので、ジルコニアセラミックのような脆い材
料を割りスリーブに用いても、フェルール挿入時におけ
るスリットの内縁の欠損を防止できる。

請求項３では、アダプタハウジングの内面に割りスリー
ブのスリットに係止する突起を設けたので、割りスリー
ブの回転を拘束し、フェルールと割りスリーブが接触す
る位置を常に一定に保つことができる。

（実施例） 本発明の一実施例として、割りスリーブ内径2.495mm、
厚み0.35mm、長さ11.4mm、スリットの幅0.45mmのジルコ
ニアの割りスリーブ及び外径2.499±0.0005mmのジルコ
ニアフェルールを用いた光コネクタを構成し、その接続
特性を調べた。第１図は本実施例の光コネクタの構成図
であり、１は一対の光ファイバ、２は一対の光ファイバ
１の各端部が固定される一対のフェルール、３は割りス
リーブ、４は前記各フェルール２に軸方向の押圧力を印
加する押圧ばね、５は前記各フェルールを押圧ばね４と
ともに収納する一対のプラグハウジング、６は前記割り
スリーブを収納するアダプタハウジング、７はプラグハ
ウジング５とアダプタハウジング６を結合する結合子で
ある。第２図は本実施例のフェルール２の断面図であ
り、ジルコニアセラミックで構成した嵌挿部21をフラン
ジ部22に圧入した構造となっている。第３図（ａ）
（ｂ）は本実施例の割りスリーブ３の断面図である。両
端面の内縁には面取り3a,3bが施され、また軸方向にス
リット31を設けている。このように構成された同一の単
一モード光コネクタプラグを用い、波長1.3μｍの半導
体レーザ光を使用し100個の割りスリーブについて接続
損失を測定した結果を第13図に示す。接続損失は平均0.
1dBと良好な値が得られた。

第14図に本実施例による光コネクタと従来のリン青銅割
りスリーブを用いた光コネクタについて繰り返し着脱試
験を行った結果を示す。本試験は10回接続する毎に反射
減衰量を測定し、その値が25dB以下となった場合にはフ
ェルール端面を清掃して試験を続行したものである。第
14図（ｂ）に示すように、リン青銅割りスリーブを用い
たものは100回以前に反射減衰量が劣化しているが、第1
4図（ａ）に示す本発明による光コネクタの場合には着
脱を200回以上繰り返してもフェルール端面にゴミが付
かず、安定した接続特性を保っていることがわかる。

第４図は他の実施例を示すもので、割りスリーブ３のス
リット31の軸方向内縁に沿って面取り32を施したもので
ある。

次に、ジルコニアセラミックを用いる場合の割りスリー
ブの設計について述べる。第７図はジルコニア割りスリ
ーブにジルコニアフェルールを挿入したときの、割りス
リーブ内面のフェルール端面近傍を真円度測定機により
測定した結果の一例を示すものである。フェルールの真
円度はスリーブに比べてはるかに高いため、第７図にお
ける内接円が挿入したフェルールに相当すると考えるこ
とができる。第７図に明らかなように、割りスリーブと
フェルールとは、スリットの部分及びスリットと反対側
のところで接している。そこで、これらの部位に集中荷
重が働いているこ仮定して割りスリーブの変形を有限要
素法を用いて計算し、割りスリーブの内接円の直径がフ
ェルールの外径に一致した時点をフェルール挿入状態と
仮定して前記集中荷重の反力Frを求めた。Frを把持力と
定義する。計算にあたっては、ジルコニアセラミックの
ヤング率を20000kgf/mm²、ポアソン比を0.31とした。

ここで、計算の妥当性を確認するため、割りスリーブの
評価値であるフェルール抜力の実測値と、前記把持力と
を比較した結果を第８図に示す。第８図に明らかなよう
に、把持力なフェルール抜力とフェルール挿入長さの積
に比例しており、フェルール抜力が把持力による静止摩
擦力であるとする従来の考え方に一致した。但し、フェ
ルール抜力は割りスリーブに双方からフェルールを挿入
した状態から、片方のフェルールを抜去するのに必要な
力として、測定には従来の方法と同じくステンレス製の
フェルールを用いた。

第９図に第８図の結果を基にして、フェルール外径2.5m
m、スリーブの長さ11.4mmの場合について、フェルール
抜力と、割りスリーブの初期の内径で把持力を規格化し
た値（規格化荷重Fr/（１−Din/Df）の関係を示す。但
し、Dinは割りスリーブの内径、Dfはフェルールの外径
である。さらに、変形時に割りスリーブに発生する最大
応力を求め、ジルコニアセラミックの許容応力に対し安
全係数＝８及び安全係数＝10を確保できる範囲を合わせ
て示した。また、第10図に割りスリーブの厚みｔと前記
規格化荷重の関係を示す。ただし、スリットの幅を0.45
mmとした。

第９図及び第10図により目標とするフェルール抜力か
ら、割りスリーブの強度を保証できる範囲内で割りスリ
ーブの各部寸法を決定することができる。JIS C 5970に
規定されているF01形単心光ファイバコネクタの規格に
準拠し、現在広く使われているFC形光コネクタの場合に
は、フェルール抜力として300〜600gの値が用いられて
おり、この値を得るためには第９図及び第10図により、
割りスリーブの厚みを0.35mmとすればスリーブ内径を2.
491〜2.495mmの範囲にすれば良く、この場合安全係数を
８以上とすることができる。また、割りスリーブの厚み
を0.4mmとすればスリーブ内径を2.493〜2.497mmの範囲
にすれば良く、この場合は安全係数を10以上とることが
できる。

また、フェルール外径が1.25mm、割りスリーブの長さが
7.2mmの場合には、フェルール抜力と規格化荷重の関係
は第11図、規格化荷重と割りスリーブの厚みとの関係は
第12図のようになる。ただし、スリットの幅を1.22mmと
した。これにより、割りスリーブの厚みを0.15mmとすれ
ばスリーブ内径1.242〜1.246mmの範囲でフェルール抜力
は100〜200g、厚み0.2mmとすればスリーブ内径1.244〜
1.248の範囲でフェルール抜力は100〜300g、厚み0.25mm
とすればスリーブ内径1.245〜1.248mmの範囲でフェルー
ル抜力は150〜400gとなり、それぞれにおいて安全係数
を５以上とることができる。フェルール抜力の値は特願
昭62−064371号の実施例に記載されている120〜400gと
いう値を目標にした。安全係数を外径2.5mmのフェルー
ルの場合より小さくしたのは、外径2.5mmのフェルール
が主に単に単心コネクタとして使われ、操作時にフェル
ールをこじる方向、すなわち割りスリーブを広げる方向
に力が働き易いのに比べ、外径1.25mmのフェルールの場
合には用途として主に多心コネクタが考えられるため、
外力により割りスリーブに発生し得る力は小さいと考え
られるからである。

ここで、以上の計算は従来の割りスリーブと同じく、ス
リットの幅がスリーブの直径に比べて比較的小さい場合
について行ったものであるが、先に述べたように割りス
リーブとフェルールとはスリットの部分及びスリットと
反対側の部分で接しているため、逆にスリットの幅を広
げることによって前記把持力の作用点をフェルールの中
心軸回りに対象に配置することが可能である。第５図は
スリット31の幅を割りスリーブ３の中心軸に対する開き
角にして120゜にとった割りスリーブの形状を示す図で
ある。このような形状にすることによって、フェルール
に作用する把持力の作用点を中心軸に対し均等に３箇所
に配分することができる。

また、把持力の分布が中心軸回りに均一でない場合にお
いても、第６図に示すようにアダプタハウジングの内面
に突起61を設け、この突起61を割りスリーブ３のスリッ
ト31に係止させアダプタハウジング内での割りスリーブ
３の自由な回転を拘束することによって、フェルールに
対し常に一定の方向に把持力が働くため、光コネクタの
着脱を繰り返しても接続特性の変動が少ない光コネクタ
を実現することができる。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項１によれば、各フェルール
及び割りスリーブをともに同一材質のジルコニアセラミ
ックから形成し、且つ両者の硬度を一致させているの
で、繰り返し着脱を行っても摩耗及び摩耗により切り粉
の発生がなく、摩耗によるフェルール同士の軸ずれ及び
摩耗粉の付着による反射減衰量の劣化を確実に防止し
て、接続特性を良好に維持することができる。請求項２
によれば、割りスリーブのスリットの軸方向内縁に面取
りを施したので、脆い材料を割りスリーブに用いても、
信頼性の高い光コネクタを実現することができる。請求
項３によれば、アダプタハウジングの内面に割りスリー
ブのスリットに係止する突起を設けて割りスリーブの回
転を拘束するようにしたので、フェルールと割りスリー
ブが接触する位置を常に一定に保つことができる。以上
により着脱を繰り返しても接続特性の変動が少ない光コ
ネクタを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光コネクタの一実施例を示す断面
図、第２図は本発明による光コネクタのフェルールの構
造を示す断面図、第３図（ａ）（ｂ）は本発明による割
りスリーブの形状を示す断面図、第４図は割りスリーブ
のスリットの面取りの状態を示す図、第５図はスリット
が広い割りスリーブの形状を示す図、第６図は割りスリ
ーブの回転止めの構造を示す断面図、第７図はフェルー
ル挿入時の割りスリーブの形状を示す図、第８図はフェ
ルール抜力と把持力の関係を示す図、第９図は外径2.5m
mのフェルールについてフェルール抜力と規格化荷重の
関係を示す図、第10図は外径2.5mmのフェルールについ
て割りスリーブの厚みと規格化荷重の関係を示す図、第
11図は外径1.25mmのフェルールについてフェルール抜力
と規格化荷重の関係を示す図、第12図は外径1.25mmのフ
ェルールについて割りスリーブの厚みと規格化荷重の関
係を示す図、第13図は本発明による光コネクタの一実施
例における接続損失の測定結果を示す図、第14図（ａ）
（ｂ）は本発明による光コネクタ及び従来の光コネクタ
により繰り返し着脱試験を行った結果を示す図、第15図
はジルコニア割りスリーブとキャピラリ形フェルールを
用いて繰り返し着脱試験を行った結果を示す図である。 図中、１……光ファイバ、２……フェルール、３……割
りスリーブ、４……押圧ばね、５……プラグハウジン
グ、６……アダプタハウジング、21……嵌挿部、22……
フランジ部、31……スリット、32……面取り、

フロントページの続き (72)発明者 岩野 真一 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 杉田 悦治 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 安東 泰博 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−13205（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−170709（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−125706（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−43921（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバの端部がそれぞれ固定される一
   対のフェルールと、軸方向にスリットが形成され一対の
   フェルールが嵌挿され突合わされる割りスリーブと、各
   フェルールに軸方向の押圧力を印加するばねと、各フェ
   ルールを収納する一対のプラグハウジングと、割りスリ
   ーブを収納するアダプタハウジングとを備えた光コネク
   タにおいて、 各フェルール及び割りスリーブをともに同一材質のジル
   コニアセラミックから形成し、且つ両者の硬度を一致さ
   せた、 ことを特徴とする光コネクタ。
2. 【請求項２】割りスリーブのスリットの軸方向内縁に沿
   って面取りを施した、ことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の光コネクタ。
3. 【請求項３】アダプタハウジング内面に、割りスリーブ
   のスリットに係止する突起を設けた、ことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の光コネクタ。