JP2003107281A - 光ファイバ固定具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】半田固定部の光ファイバの引っ張り強度が、光
ファイバと半田とフェルールの熱膨張率の差に起因する
内部応力及び熱応力により破断することを防止する。 【解決手段】光ファイバ１の先端をフェルールの貫通孔
３ａに挿通し、接合してなる光ファイバ固定具におい
て、上記フェルール３の先端部３ｃの外径を本体部３ｄ
の外径よりも小さくし、また、更に、上記フェルール３
の先端部３ｃを円錐形状の孔を有するものとし、先端部
の円錐形状の孔に隣接する内孔が内径０．１５〜０．３
ｍｍ長さ０．５〜２ｍｍとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は光通信等に使用され
る。光ファイバを固定するためのフェルールを用いた光
ファイバ固定具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光通信などの光信号処理に用いら
れる光半導体素子を組み込んだモジュールにおいて、光
半導体素子からの放出光を光ファイバに結合する方法と
して、レンズを用いたレンズ結合系や光ファイバ先端を
レンズに形成した先球光ファイバ結合系などが知られて
いる。このとき、光ファイバを固定するための光ファイ
バ固定具は半導体レーザーモジュール等に用いられてい
るが、近年では海底用としても用いられ、信頼性確保の
ため気密封止構造も求められている。

【０００３】従来の光ファイバ固定具は図６に示すよう
に光ファイバ１の先端をフェルール３に挿通して、エポ
キシ樹脂６で封止し、更にパッケージと一体に形成され
た円筒形状の導入部内１４に、低融点ガラス１５などで
接着して気密封止していた（特開平７−９２３３５号公
報参照）。

【０００４】また、フェルール３の外周側面を半田また
は溶接にてパッケージ等に固定される場合もあり、光フ
ァイバ１の先端側（図面の上側）のパッケージ内にはレ
ーザーダイオード等の素子が配置されているものもあっ
た。

【０００５】更に、他の構造として、図７に示すよう
に、フェルール３の端部にＰｂＳｎ半田やＡｕＳｎ半田
を用いて、メニスカス形状に半田７を備えて、光ファイ
バ１とフェルール３を接合した光ファイバ用固定部材も
あった（特開昭６１−３３００５号公報及び、特開平３
−１１２７１０号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
６に示す光ファイバ固定具では、エポキシ樹脂６や低融
点ガラス１５は、低い熱で焼損または溶融するため、後
加工での更なる半田による加熱に適さないという問題が
あった。

【０００７】また、図７に示す光ファイバ固定具におい
てＰｂＳｎ半田を用いると融点が１８０℃程度と低いた
め、後工程での加熱時に調芯がずれる恐れがあり、Ｐｂ
の使用自体が環境上問題視されている。さらに、ＡｕＳ
ｎ半田を用いるとは融点が高く硬度が硬過ぎるため、被
覆が焼損しやすく、内部応力が高くなりヒートサイクル
時にファイバ折れなどの問題が発生しやすい傾向があ
り、特に、半田７の表面が光ファイバ１に対して垂直に
近いほど横荷重からの曲げに対し弱く、折れやすいとい
う問題があった。

【０００８】また、図７の構造において半田７の表面と
光ファイバ１の角度を小さくし、メニスカス形状にする
ことで応力が緩和されるが、角度を小さくすると必然的
に半田７は長く突出するため、光ファイバ１の先端部の
フェルール３からの突き出し量が少ない場合は、半田７
が光ファイバ１の先端部を覆ってしまうという不具合が
あった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記に鑑みて本発明は、
光ファイバの先端をフェルールの貫通孔に挿通し、半田
接合してなる光ファイバ固定具において、上記フェルー
ルの先端領域の外径と内径を他の領域の外径と内径より
も小さくしたことを特徴とする。

【００１０】また、上記フェルールの先端領域に円錐形
状の孔を有することを特徴とする。

【００１１】更に、上記フェルールの先端領域の内孔が
内径０．１５〜０．３ｍｍ、且つ、長さ０．５〜２ｍｍ
であることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図によっ
て説明する。

【００１３】図１は本発明の光ファイバ固定具の断面図
である。

【００１４】フェルール３は貫通孔３ａを有し、その先
端領域である先端部３ｃの外径ｖと内径ｕは、それぞれ
他の領域である本体部３ｄの外径ｔと内径ｓよりも小さ
くなっており、光ファイバ１がフェルール３の貫通孔３
ａに挿入され、フェルール３の先端面３ｂから突出した
光ファイバ１の被覆除去部１ａと先端面３ｂとの間を半
田２で接合している。

【００１５】先端部３ｃの外径ｖを小さくして肉厚ｗを
薄くしていることにより、被覆除去部１ａと先端部３ｃ
の熱膨張差に起因する被覆除去部１ａにかかる応力を低
減している。

【００１６】フェルール先端部３ｃの肉厚ｗは０．１ｍ
ｍから０．３５ｍｍとすることが好ましく、これによっ
てフェルール３の熱膨張による変化量をおさえることに
より、光ファイバ１の引っ張り強度１０００ｇｆ以上を
維持することができる。

【００１７】ここで、肉厚ｗが０．１ｍｍより小さいと
き、特にフェルール３からの熱伝搬を利用して半田プリ
フォームを溶融する場合には、フェルール３の先端面３
ｂからの熱伝導が悪く溶融が困難になり、半田付け部分
の気密特性が悪化する。

【００１８】また、フェルール先端部３ｃの内孔３ｊの
内径ｕを０．１５から０．３０ｍｍ、長さｚを０．５か
ら２ｍｍとすることで、半田２を毛管現象を利用して内
孔３ｊに充填できるため、気密特性の点で望ましい。

【００１９】ここで、内径ｕが０．１５ｍｍよりも小さ
いとき、内孔３ｊと被覆除去部１ａの間に十分な半田２
が充填されず、また、０．３ｍより大きいとき、毛管現
象が作用せず均一な充填ができなくなる。

【００２０】また、長さｚが０．５ｍｍより小さいと
き、半田付けされる表面積が短くなるため十分な半田２
が充填されず、また、２ｍｍより大きいと毛管現象が弱
くなり均一な充填ができなくなる。

【００２１】尚、本体部３ｄの内径ｓも細くしてしまう
と光ファイバ１の被覆部１ｂがフェルール３の貫通孔３
ａに挿入できない場合があり、被覆除去部１ａの保護が
できないという点で制約が発生するため、この内径ｓは
内孔３ｊの内径ｕよりも大きくしてある。

【００２２】また、レンズ加工等が施されているのは、
フェルール３から突き出た光ファイバ１の被覆除去部１
ａの先端側（図１の上部側）であり、反対側には、光フ
ァイバ１の被覆部１ｂがのびている。

【００２３】ここで、半田２の材料としてはＡｕＳｎ、
ＡｇＳｎ、ＰｂＳｎ半田が用いられるが、本発明におい
ては、ＡｕＳｎ半田を用いている。

【００２４】ＡｕＳｎ半田はＡｇＳｎ、ＰｂＳｎ半田に
比較して強度が高いこと、また、ＡｇＳｎ半田の融点２
２０℃やＰｂＳｎ１８０℃に比較するとＡｕＳｎ半田の
融点２８０℃は後加工での負荷や加熱に対し高い耐久性
をもつ点で特に好ましい。

【００２５】更に半田２の組成としては、Ａｕの組成比
が７６〜８０重量％の範囲で残りがＳｎの合金半田を用
いており、Ａｕの組成比が７９〜８０重量％であると好
ましい。尚、Ａｕ、Ｓｎ以外の成分を若干含ませること
も可能である。

【００２６】フェルール３には、通常、鉄、コバルト、
ニッケルからなるコバール系合金のチューブ状のフェル
ールを用いるが、ステンレス製の金属、ジルコニア、ア
ルミナなどのセラミックスやガラス等の非金属材料でも
良い。

【００２７】フェルール３の先端面には半田２に対する
ぬれ性をよくする目的で金メッキを形成し、メッキ厚み
は、０．２〜１０μｍの範囲、好ましくは、０．５〜５
μｍで制御する。

【００２８】金メッキの下地のメッキは、通常ニッケル
などが使用されるが、金メッキとの密着性がよければ特
に限定はせず、下地のメッキ厚みは金メッキと同様、
０．２〜１０μｍの範囲で制御され、好ましくは、０．
５〜５μｍで制御するものとしている。

【００２９】光ファイバ１について、シングルモードあ
るいはマルチモードの石英ガラス製ファイバを用いるこ
とができ、そして、樹脂からなる被覆部１ｂを除去し、
内側の直径０．１２５ｍｍの石英部分を露出せしめた被
覆除去部１ａの先端をクリーバーでクリーブエンド、レ
ンズ加工し、被覆除去部１ａにメタライズを介してメッ
キを施している。

【００３０】被覆除去部１ａとメッキの間のメタライズ
については、ＣＶＤまたはＰＶＤなどの成膜を施してお
くことが、密着性の点で望ましいが、成膜材料は石英と
メッキ両方と密着性が良いことが必要である。

【００３１】図２は本発明の他の実施形態を示す断面図
である。

【００３２】第一実施形態同様に光ファイバ１とフェル
ール３が半田２で接合されたものであるが、フェルール
先端面３ｂに円錐孔８が設けられ、これに隣接するよう
に内孔３ｊを備えている。

【００３３】この円錐孔８により、被覆除去部１ａに応
力の集中しやすいフェルール先端面３ｂ付近の肉厚ｗを
薄くすることで、引っ張り強度を向上させている。この
場合は先端面３ｂでの肉厚ｗを０．１〜０．３５ｍｍと
しておくことが好ましい。

【００３４】また、この円錐孔８は漏斗の効果があり、
溶融した半田２がフェルール３の内孔３ｊに充填されや
すいという利点もある。更に、溶融した半田２がフェル
ール先端面３ｂからフェルール３の外周側面３ｉに漏れ
てしまい、アッセンブルするパッケージに干渉してしま
うことを防止できる。

【００３５】次に本発明の光ファイバ固定具の組み立て
方法について説明する。

【００３６】図３に示すように光ファイバ１の先端部を
フェルール３の貫通孔３ａに挿入し、フェルール３の先
端面３ｂから突出した光ファイバ１の周囲に半田プリフ
ォーム４を挿入して、フェルール３の先端面３ｂ近傍を
加熱することにより、半田プリフォーム４を溶融して光
ファイバ１の先端部とフェルール３を接合する。

【００３７】図１、２の光ファイバ固定具を組み立てる
方法は、フェルール３の先端面３ｂ近傍を加熱して半田
プリフォーム４を溶融することにより、半田２による気
密を保ちつつ光ファイバ１を半田接合で固定することが
できる。尚、フェルール３の先端面３ｂ近傍を加熱する
方法としては、高周波加熱、レーザー加熱などを用いる
ことができる。

【００３８】以上、上記フェルール３の先端面３ｂの外
径ｖを本体部３ｄの外径ｔよりも小さくし、特に先端面
３ｂが円錐孔８を有することで、引っ張り強度の高い信
頼性をもつ効果が得られた。

【００３９】

【実施例】ここで以下に示す方法で実験を行った。

【００４０】Ａｕ８０重量％、Ｓｎ２０重量％の半田２
を用いて図１、２に示す本発明の光ファイバ固定具を製
作し、比較例として、図６に示す外径ｔが同じであるフ
ェルール３を用いた光ファイバ固定具を製作した。

【００４１】フェルール３の材料には鉄７０重量％、Ｃ
ｏ１７重量％、Ｎｉ３重量％のコバールを用いた。

【００４２】各サンプルのヒートサイクルテストを施し
て、引っ張り強度を測定した。

【００４３】ここでヒートサイクル条件は、温度範囲−
４０℃〜＋８５℃、温度昇降速度１０℃／分、温度滞留
時間３０分で制御され、１００、５００、２０００サイ
クルでサンプルを抜き取り測定した。

【００４４】更に、引っ張り強度の測定方法は図４に示
すように、フェルール３を固定し光ファイバ１の先端を
保持して負荷方向５へ引っ張り、ファイバ１が破断した
ときの負荷をプッシュプルゲージで測定して引っ張り強
度とした。

【００４５】その結果を図５（各サイクル数毎ｎ＝３０
の平均値）に示す。

【００４６】以上の結果より、従来例は、初期及び２０
００サイクル後の引っ張り強度が１０００ｇに達しない
ため、使用できない。

【００４７】これと比較して本発明実施例１、２を用い
たものは、後工程での使用上格段に優れていた。

【００４８】

【発明の効果】このように、本発明によれば、光ファイ
バの先端をフェルールの貫通孔に挿通し、半田接合して
なる光ファイバ固定具において、上記フェルールの先端
領域の外径と内径を他の領域の外径と内径よりも小さく
することで、引っ張り強度の高い信頼性の光ファイバ固
定具を提供できる。

【００４９】また、上記フェルールの先端領域に円錐形
状の孔を有し、更に、上記フェルールの先端領域の内孔
が内径０．１５〜０．３ｍｍ、且つ、長さ０．５〜２ｍ
ｍとすることで更に引っ張り強度の高い信頼性の光ファ
イバ固定具を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバ固定具を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の光ファイバ固定具の他の実施形態を示
す断面図である。

【図３】本発明の光ファイバ固定具の組み立て方法を示
す断面図である。

【図４】引っ張り強度の評価方法を示す図である。

【図５】引っ張り強度のサイクルテスト依存性を示すグ
ラフである。

【図６】従来の光ファイバ固定具の実施形態を示す断面
図である。

【図７】従来の光ファイバ固定具の実施形態を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ 光ファイバ １ａ 被覆除去部 １ｂ 被覆部 ２ 半田 ３ フェルール ３ａ 貫通孔 ３ｂ 先端面 ３ｃ 先端部 ３ｄ 本体部 ｓ 内径 ｔ 外径 ｕ 内径 ｖ 外径 ｗ 肉厚 ３ｉ 外周側面 ３ｊ 内孔 ｚ 内孔長 ４ 半田プリフォーム ５ 負荷方向 ６ エポキシ樹脂 ７ 半田 ８ 円錐形状 ９ 固定部 １４ 円筒形状導入部内 １５ 低融点ガラス

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバの先端をフェルールの貫通孔に
   挿通し、半田接合してなる光ファイバ固定具において、
   上記フェルールの先端領域の外径と内径が、他の領域の
   外径と内径よりも小さいことを特徴とする光ファイバ固
   定具。
2. 【請求項２】上記フェルールの先端領域に円錐形状の孔
   を有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ固
   定具。
3. 【請求項３】上記フェルールの先端領域の内孔が内径
   ０．１５〜０．３ｍｍ、且つ、長さ０．５〜２ｍｍであ
   ることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ固定具。