JP2003161840A

JP2003161840A - 光ファイバ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003161840A
Application number: JP2001363266A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Tanaka; 浩貴田中
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2003-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】光ファイバの被覆除去部における引っ張り強度
が悪いという課題があった。【解決手段】先端の被覆を除去した光ファイバであっ
て、残された被覆部の先端をテーパー状とする。

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
れる光ファイバに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、図１２に示すように、光ファイバ
ピグテイル１は光パッケージ３の内部で発光源２と共に
組み込まれレーザダイオードモジュール（以降ＬＤモジ
ュール）４として形成される。上記光ファイバピグテイ
ル１は光パッケージ３に組み込まれる際に、光軸合わせ
をしたのち半田５にて光パッケージ３に固定される。

【０００３】光パッケージ３の内部は長期稼働中に空中
の酸素や湿度により内部の部品が酸化し、それによる通
信不良等の不具合を発生させないように、内部空間には
金属と反応しない窒素を封入し、酸素や湿度が流入しな
いように開口部を気密封止している。光ファイバピグテ
イル１と光パッケージ３を固定するために半田５を使用
するのは気密封止するための最適な方法であるからであ
る。

【０００４】従来は、専用のストリッパ等で機械的に被
覆を除去することにより光ファイバピグテイル１を形成
するため、図１５に示すように光ファイバにおける被覆
部６の先端部９は石英ガラス部７の表面に対してほぼ垂
直となっている。

【０００５】また、この先端部９を加熱溶融することに
より平滑な面としコネクタとの接着時におけるマイクロ
ベンデイングの発生を防止することも提案されている
（特開平５−１５７９３８号公報参照）。

【０００６】さらに、光ファイバピグテイル１と光パッ
ケージ３との接合部分としては、光ファイバの表面にク
ロム、クロム−金合金、金の順で薄膜が形成され、その
上にニッケル、金の厚膜を形成した構造になっており、
この厚膜部分を半田５で接合することを本出願人は提案
している（特開２００１−４２１７２号公報参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光ファイバピグテイル１は、地上系で採用される場合問
題が生じなかったが、光ファイバの普及により海底ケー
ブルの中継器内で採用されることとなり、万一故障した
場合、引き上げ交換する経費が膨大に掛かるために、特
に厳しい信頼性を要求される様になった。

【０００８】これにより、物理的に被覆を除去する場合
に生じる石英ガラス表面のキズを防止する必要性がある
とともに、特開平５−１５７９３８号の様に被覆部の先
端部を加熱溶融した場合、特にその部位で破断しやすく
なるという問題があった。

【０００９】また、半田接合時により強い引っ張り強度
の信頼性を満足させるためには、被覆を除去した石英ガ
ラス部７から被覆の先端部９までに均一な厚みのメタラ
イズを蒸着しなければならない。

【００１０】しかし、クロム、クロム−金合金、金の薄
膜を蒸着する時、図１６の斜め方向から飛来した粒子１
０は、被覆部６の端面が遮蔽物となり端面境界付近にメ
タライズ部８が形成されない。そのため、メッキ加工後
も先端部９付近にはメッキが形成されず、石英ガラス部
７と被腹部６の境界付近にて応力が発生するため、引っ
張り強度が更に低下するという課題があった。

【００１１】光ファイバをなす石英ガラスの熱膨張係数
が０．５×１０^-6／℃であるのに対して、クロムの熱膨
張係数が４５×１０^-6／℃、ニッケルの熱膨張係数が１
３〜１４×１０^-6／℃と大きいことから石英ガラス表面
のマイクロクラックが増長したものと推測できる。

【００１２】また、上記のようにメタライズをしない場
合でも、図１５の光ファイバの被覆部６に引っ張り方向
の負荷がかかったとき、石英ガラス部７と被覆部６の境
界付近にて応力が発生するため、引っ張り強度が低下す
るという課題があった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、先端の
被覆を除去した光ファイバであって、残された被覆部の
先端をテーパー状としたことを特徴とする。

【００１４】また、上記被覆部の先端のテーパー角度が
２０〜６０°であることを特徴とする。

【００１５】更に、上記光ファイバの被覆除去部から被
覆部まで連続してメタライズが施されていることを特徴
とする。

【００１６】また、光ファイバを薬液に浸漬して被覆を
化学的に除去し、薬液の液面を制御することにより被覆
部の先端をテーパー状にすることを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を説明す
る。

【００１８】図１は本発明の第一実施形態を示す光ファ
イバの側面図である。

【００１９】被覆が除去されて石英ガラス部７が形成さ
れるが、残された被覆部６の先端部９が角度Ｒのテーパ
ー状となっている。

【００２０】このようなテーパー状とするためには、図
６に示すように薬液２１に光ファイバ２３を浸漬して、
被覆部６を化学的に除去し石英ガラス部７を露出させる
が、このとき薬液の液面の高さが均一な速度に減少する
ように制御することにより、被覆部６の先端部９をテー
パー状にすることができる。

【００２１】薬液２１に含まれる水分が蒸発していくこ
とにより、被覆部６が薬液２１と接触している時間が短
いと被覆が厚く残り、時間が長いと被覆は薄くなる。薬
液２１の液面の高さを均一な速度で減少するように制御
するには、薬液２１の温度を８０℃付近に固定されるよ
うにサーモスタット等の温度調節器で制御する。

【００２２】テーパー角度Ｒの定義は、石英ガラス部７
と被覆部６との境界から被覆部６の外径が最大になる部
分までを結んだ直線と、上記境界における垂線とのなす
角度となる。ここで、角度Ｒが２０°より小さいと、先
端部９で曲げ方向からの負荷に弱く、組み立て後の引っ
張り強度が劣化する要因となる。また、角度Ｒが６０°
より大きいと先端部９で被覆が剥離しやすくなり組み立
て後の光パッケージ内の汚染の要因となる。

【００２３】図２は本発明の第二実施形態を示す光ファ
イバの側面図であり、被覆部６の先端部９が凸面状のテ
ーパーになっている。これは薬液２１の液面の高さが加
速度的に遅く減少するように制御することにより、被覆
部６の先端部９を凸面状にすることができる。薬液２１
の液面の高さが加速度的に遅く減少するように制御する
には、薬液２１の温度を８０℃から７０℃に下降させて
いき、水分の蒸発量を減らしていくようにサーモスタッ
ト等の温度調節器で制御する。

【００２４】図３は本発明の第三実施形態を示す光ファ
イバの側面図であり、テーパー状の先端部９が凹面状に
なっている。これは薬液の液面の高さが加速度的に早く
減少するように制御することにより、被覆部６の先端部
９を凹面状にすることができる。薬液２１の液面の高さ
が加速度的に早く減少するように制御するには、薬液２
１の温度を８０℃から９０℃に上昇させていき、水分の
蒸発量を増やしていくようにサーモスタット等の温度調
節器で制御する。

【００２５】また、図４は本発明の第四実施形態を示す
光ファイバの側面図であり、先端部９に段部９ａを備え
たものである。この場合、段部９ａの大きさａが２０μ
ｍ以下であれば、段部９ａが遮蔽物となりメタライズ部
の形成を妨げることはない。

【００２６】次に光ファイバの先端面の形とさまざまな
例を説明する。図５（ａ），（ｂ）は光ファイバ径と同
等もしくはそれ以上の径にした球面形状、（ｃ）〜
（ｆ）は光ファイバ外周に対し直角の平面もしくは斜面
またはそれにＲ形状をつけた斜め球面形状のもの、
（ｇ）はクサビ形状である。この様な様々な先端面１１
の形状とすることで、レンズ作用や反射防止作用を持た
せることができ、使用用途に合わせ用いることが出来
る。

【００２７】前述したように図６のように構成される薬
液槽の薬液２１に光ファイバ２３を浸漬して、被覆部６
を除去する。このとき薬液２１の液面高さの管理幅と薬
液２１の温度条件で図１〜４の様に先端部９のテーパー
形状は制御でき、曲げ方向からの負荷に対する先端部９
での石英ガラス部７への応力集中を緩和することができ
る。

【００２８】薬液２１には濃硫酸などを使用するのが一
般的であるが、石英ガラス部７に損傷を与えずに被覆部
６の被覆を除去できる薬液であればよい。

【００２９】本発明に係わる光ファイバは、被覆部６の
一部を除去した石英ガラス部７から被覆部６までメタラ
イズ部８を形成することができる。このとき、先端部９
をテーパー状としてあることことにより、図１６に示す
従来例のような不都合が生じることなく、連続したメタ
ライズ部８を形成できる。このメタライズ部８は、図８
に示すようにクロム１２、クロム−金合金１３、金１４
の薄膜を形成し、その上に金１５、ニッケル１６、金１
７の順で厚膜を形成したものである。

【００３０】メタライズ部８として、石英ガラス部７の
表面から順にクロム１２、クロム−金合金１３、金１４
としたのは、石英ガラス部７の熱膨張係数が０．５×１
０^-6／℃と小さいために、石英ガラスと濡れ性が良くし
かも熱膨張係数が２３×１０ ^-6／℃と低熱膨張係数のク
ロム１２を石英ガラス部７に直付けする金属として採用
した。又、厚膜が酸化されないように、最外周に耐食
性、耐熱性に優れ特に空気中及び水中では永久に酸化し
ない金１４を用いる必要がある。そのため、熱膨張係数
が１１８×１０^-6／℃の金と低熱膨張係数のクロムとの
中間的な熱膨張係数でしかも金、クロムともに濡れ性が
良い、両金属を溶け合わせたクロム−金合金１３を採用
した。

【００３１】被覆部６までを均一な膜厚で蒸着するに
は、蒸着膜を形成する粒子の付着を遮蔽するものがない
ように、被覆部６の先端部９を約２ｍｍ程露出させてお
く必要がある。

【００３２】その結果、図７のように被覆部６及び先端
部９にメタライズされた領域の幅ｂが１〜３ｍｍのメタ
ライズ部８を形成することが好ましい。幅ｂの寸法が３
ｍｍより大きくなるとき、被覆部６と蒸着膜の密着性が
悪いため剥離する部分が多くなり、１ｍｍより小さくな
るとき、境界部９までを均一な膜厚で蒸着することがで
きなくなる。

【００３３】上記薄膜上に厚膜を形成した理由は、光フ
ァイバピグテイル１を光パッケージ３に半田固定すると
きに、薄膜だけであると光ファイバピグテイル１の石英
ガラス部７に形成された薄膜が半田に吸い取られる「半
田食われ現象」が生じ、石英ガラス部７と薄膜との密着
性がなくなり、気密がとれなくなる。その為に、上記薄
膜上に厚膜を形成する必要が生じる。

【００３４】又、上記厚膜を金１５、ニッケル１６、金
１７としたのは、厚膜を金だけで形成すると、貴金属で
高価な金を豊富に使うと光ファイバピグテイル１のコス
トが高くなってしまうからである。その為に、比較的安
価でしかも厚膜を形成しやすいニッケル１６を形成し、
最外周には上記薄膜同様、耐食性、耐熱性に優れ特に空
気中及び水中では永久に酸化しない金１７を用いる必要
がある。

【００３５】また、金１５は石英ガラス部７とニッケル
１６の熱膨張率差により発生する応力をその延性によっ
て応力緩和させるために設けられている。金１４の上に
さらに金１５を設けるのは、金１４の成膜速度が遅いた
めであり、金１５をメッキ等で仕上げることによって成
膜速度を速くできる。また、金１５がイオンプレーティ
ングもしくはスパッタリングで形成される場合、内部応
力が高くなり強度を低下させるため、金１４は金１５と
密着性を良くする程度に薄く形成し、大部分は内部応力
の少ない電気メッキで金１５を形成すればよい。

【００３６】本発明において、薄膜とは膜厚０．１μｍ
程度未満の膜をいい、スパッタもしくはイオンプレーテ
ィングで膜を形成し、光ファイバピグテイル１において
は石英ガラス部７の表面とメタライズ部８との気密特性
及び密着性を維持する効果を奏する。

【００３７】又、厚膜とは膜厚０．１μｍ程度以上の膜
をいい、電気メッキなどにより薄膜上に厚膜を付け、こ
れを光パッケージ３へ半田付けする等の高温作用時にお
いても、石英ガラス−金属膜間の膜剥離を生じさせな
い。

【００３８】尚、薄膜と厚膜とは膜厚０．１μｍを境に
区別するものではなく、膜形成方法をも含めて分類して
いる。上記膜厚の測定方法は、膜を形成した石英ガラス
部７をレーザー切断して端面を仕上げ、ＴＥＭ分析して
ＥＤＳ解析した時に、各元素別に分離されて表される
が、金薄膜１４と金厚膜１５の界面は膜密度の差から明
暗が生じて、容易に判別することが可能である。

【００３９】次に、薄膜形成方法について説明する。

【００４０】石英ガラス部７への金属薄膜形成方法は蒸
着、気相成長、スパッタ、イオンプレーティングの４方
法が考えられる。

【００４１】蒸着は、るつぼとそれを加熱するヒータ、
蒸発した蒸気を付着させる基板があり、基板とるつぼの
間にシャッタをおいて蒸発の初期に出てくる不純物を基
板の方へ行かないようにし、ついでシャッタを開けて目
的の薄膜を基板につける方法であるが、形成される膜は
ヒータに近いところが厚くなり、基板に均一の膜厚とな
らないために高温作用時に熱応力の不均一から膜剥離が
生じて好ましくない。

【００４２】又、気相成長は、膜とする元素を含んだ蒸
発しやすい気体を高温に加熱した基板表面に送り、分
解、酸化、還元、置換などの化学反応により薄膜を形成
する方法であるが、酸化物、窒化物、炭化物などの安定
した化合物の薄膜生成に用いられ、石英ガラス部７にお
ける金属単体の薄膜には好ましくない。

【００４３】次に本発明に適用できる薄膜形成方法を図
９，図１０を用いて説明する。

【００４４】図９はスパッタを示す概要図である。スパ
ッタは、プラズマ中のＡＲイオン３１がターゲット３２
の表面にある粒子３３をはねとばし、はねとばされた粒
子３３がターゲット３２の近くにおかれた基板３４の上
に均一なスパッタ膜３５を形成する方法で、ターゲット
の温度を上げる必要がないことが特徴であり、樹脂製被
覆をもつ石英ガラス部７の金属薄膜形成方法として適し
ている。

【００４５】図１０はイオンプレーティングを示す概要
図である。イオンプレーティングは、るつぼ４１から蒸
発させながら、スパッタにおけるターゲット３２を基板
４２として蒸着膜４３を付ける方法であり、蒸着とスパ
ッタの中間的な方法である。この方法では、基板４２は
スパッタのターゲットと同様にイオンによって表面がス
パッタされ清浄化されるのと同時に高温になるので、付
着強度が大きくなり、石英ガラス部７には最も適した方
法である。以上より、本発明の光ファイバピグテイル１
を形成する方法としてはスパッタ又はイオンプレーティ
ングを用いることが出来、いずれの方法においても半田
付けする等の高温作用時においても石英ガラス部７と金
属膜間の剥離は生じない。

【００４６】スパッタ及びイオンプレーテイングいずれ
の成膜方法でも、クロム薄膜１２、クロム−金合金薄膜
１３、金薄膜１４のそれぞれの最適な膜厚範囲０．０１
〜０．０９μｍ程度に形成することができる。

【００４７】次に、厚膜形成方法について説明する。

【００４８】光ファイバピグテイル１の薄膜形成後の厚
膜形成方法は電気メッキ、置換メッキ、化学還元メッキ
の３方法が考えられる。

【００４９】置換メッキは、電解質溶液中の異種金属間
の電位差を利用したものであるが、被メッキ品表面上を
置換した金属で被覆されると反応は停止するために、析
出膜厚は薄く、しかも素材との密着性も悪いので光ファ
イバピグテイルに採用することは好ましくない。

【００５０】又、化学還元メッキは一般的には無電解メ
ッキといい、金属塩を含む溶液は可溶性の還元剤、ｐｈ
調整剤、メッキ液の安定剤等からなり、上記溶液中に被
メッキ品を浸漬すると、還元剤の酸化によって放たれる
電子が金属イオンに転移し、金属皮膜が得られるもので
ある。しかし、無電解金メッキは膜厚が１．５μｍ以下
ではピンホール数が極端に多く、半田付け時に高温加熱
することにより下地のニッケルが酸化し褐色に呈色す
る。又、金は貴金属のため高価なので膜厚を１．５μｍ
以上にすることはコスト上昇につながり、現実的なもの
とならない。

【００５１】そこで、本発明に適用できうる厚膜形成方
法を図１１を用いて説明する。

【００５２】図１１は電気メッキを示す概要図である。
電気メッキはメッキ液５１、陽極５２、直流電源５３と
からなり、被メッキ品５４を陰極にし外部からの電気エ
ネルギーを用いて被メッキ品５４に所望の金属を析出さ
せるものである。同時に金属源が陽極５２から溶解して
補給されるため、一度建浴すると経時変化するものが少
なく、液組成分中不足分を補給するだけで半永久的に使
用できる。

【００５３】その為に、密着性、経済性ともに３方法の
中で最も優れており、本発明の光ファイバピグテイル１
の厚膜形成方法として最も適している。

【００５４】厚膜の厚みは半田の上記半田食われ現象に
鑑みたとき、ニッケル厚膜１６は１．５〜３μｍ、金厚
膜１７は０．５〜１．５μｍが適当である。

【００５５】金厚膜１５はニッケル厚膜１６で保護され
るため半田食われ現象の影響を受けないが、応力緩和の
効果が顕著に得られる膜厚範囲は、０．１μｍ〜１．５
μｍの範囲である。金厚膜１５が０．１μｍ未満では引
っ張り強度特性が急速に劣化し、また、１．５μｍを超
えると引っ張り強度特性への効果が鈍くなり、金消費量
を増加させるだけになる以上のようにして得られた本発
明の光ファイバピグテイル１は、図１２のような光ファ
イバモジュールにて、メタライズ部８を半田で固定する
ことによって、好適に用いることができる。

【００５６】

【実施例】ここで、以下に示す方法で実験を行った。

【００５７】被覆除去方法として本発明の実施例は図６
に示すケミカルストリップを行い、比較例はメカニカル
ストリップで実施した。ケミカルストリップは６０℃の
熱濃硫酸６０℃に２０分間浸漬しながら、補充する硫酸
の滴下量を調節ることにより、液面の高さが一定の速度
で変化する様にしたり、あるいは、変速的に変化する様
にすることで図１〜４のような形状とした。

【００５８】たとえば、図４の場合では、前半の１０分
間を一定の速度で液面が下がる様に調節して、後半の１
０分間を同一の液面高さで固定して被覆除去した場合で
ある。メカニカルストリップは１００℃に加熱したブレ
ードで被覆部を狭みこんで被覆を除去するタイプのスト
リッパを使用した。

【００５９】本発明の実施例１（図１）の形状に４０
本、本発明の実施例２（図２）の形状に２０本、本発明
の実施例３（図３）の形状に２０本、本発明の実施例４
（図４）の形状に２０本それぞれ２０ｍｍストリップ
し、それぞれの角度Ｒは４０°とした。図１の４０本の
内から２０本を本発明の実施例５（図７）のようにクロ
ム、クロム−金合金、金の順に薄膜をイオンプレーティ
ングでそれぞれ０．１μｍ以下の膜厚で形成し、薄膜の
上に金、ニッケル、金の順に厚膜を電気メッキでそれぞ
れ２μｍの膜厚で形成した。

【００６０】比較例として、光ファイバをメカニカルス
トリップで比較例１（図１５）の形状に４０本作成し
た。その内の２０本に比較例２（図１６）の形状にクロ
ム、クロム−金合金、金の順に薄膜をイオンプレーティ
ングでそれぞれ０．１μｍ以下の膜厚で形成し、薄膜の
上に金、ニッケル、金の順に厚膜を電気メッキでそれぞ
れ２μｍの膜厚で形成した。

【００６１】それぞれ図１３示すように、光ファイバの
石英ガラス部６３を固定冶具６４で固定し、被覆部６２
をプッシュプルゲージ６５に固定して、引っ張り方向６
１に引くことで引っ張り強度を測定した。

【００６２】ベルコア規格に準拠した−４０°〜＋８５
°の液相における熱衝撃試験を行った後、上記引っ張り
強度を測定した結果を図１４に示す。

【００６３】繰り返し回数２１回において、本発明の実
施例１〜４では、比較例１の３倍以上の引っ張り強度を
維持している。これは被覆部６の先端をテーパー状にし
た事により、図１３のように被覆部６２に引っ張り方向
６１の負荷がかかったとき、石英ガラス部６３と被覆部
６２の境界付近にて発生する応力を緩和することができ
るためである。

【００６４】これは、従来例１では、破断する箇所が、
石英ガラス部６３と被覆部６２の境界付近に集中してい
ることに対して、本発明の実施例１〜４では、石英ガラ
ス部６３の全域において不特定な位置で破断しているこ
とから推測される。

【００６５】また、実施例１をメタライズした本発明の
実施例５は、比較例１をメタライズした比較例２の２倍
以上の引っ張り強度を維持している。

【００６６】この結果より、従来の光ファイバは引っ張
り強度が弱く良好でない結果となった。これに対し、本
発明の実施例は、引っ張り強度が強く良好な光ファイバ
ピグテイルが得られた。

【００６７】従って、本発明の実施例である光ファイバ
の先端の被覆を薬液にて化学的に除去してなる光ファイ
バにおいて、薬液の液面を制御して、被覆部の先端を２
０〜６０°のテーパー状に形成することにより、引っ張
り強度性に優れた効果があらわれた。

【００６８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、先端の
被覆を除去した光ファイバであって、残された被覆部の
先端をテーパー状とすることにより、被覆部先端での光
ファイバの引っ張り強度を向上させることができる。

【００６９】また、該光ファイバを薬液に浸漬して被覆
を化学的に除去し、該薬液の液面を制御することにより
被覆部の先端をテーパー状にすることを可能にした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバの実施形態を示す側面図で
ある。

【図２】本発明の光ファイバの実施形態を示す側面図で
ある。

【図３】本発明の光ファイバの実施形態を示す側面図で
ある。

【図４】本発明の光ファイバの実施形態を示す側面図で
ある。

【図５】本発明の光ファイバの先端形状を説明する図で
ある。

【図６】本発明の光ファイバ被覆除去方法を説明する図
である。

【図７】本発明の光ファイバの実施形態を示す側面図で
ある。

【図８】本発明の光ファイバにおけるメタライズ部の膜
構成断面を説明する断面図である。

【図９】光ファイバへのスパッタリング方法を説明する
図である。

【図１０】光ファイバへの蒸着方法を説明する図であ
る。

【図１１】光ファイバへのメッキ方法を説明する図であ
る。

【図１２】光ファイバをレーザーモジュールにアッセン
ブルした概要図である。

【図１３】光ファイバの引っ張り強度測定方法を示す図
である。

【図１４】光ファイバの引っ張り強度測定結果を示す図
である。

【図１５】従来例の光ファイバを示す図である。

【図１６】従来例の光ファイバを示す図である。

【符号の説明】

１：光ファイバピグテイル２：発光源３：光パッケージ４：ＬＤモジュール５：半田６：被覆部７：石英ガラス部８：メタライズ部９：先端部１０：粒子１１：先端面１２：クロム１３：クロムー金合金１４：金１５：金１６：ニッケル１７：金２１：薬液

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端の被覆を除去した光ファイバであっ
て、残された被覆部の先端をテーパー状としたことを特
徴とする光ファイバ。
【請求項２】上記被覆部の先端のテーパー角度が２０〜
６０°であることを特徴とする請求項１記載の光ファイ
バ。
【請求項３】上記光ファイバの被覆除去部から被覆部ま
で連続してメタライズが施されていることを特徴とする
請求項２記載の光ファイバ。
【請求項４】光ファイバを薬液に浸漬して被覆を化学的
に除去し、薬液の液面を制御することにより被覆部の先
端をテーパー状にすることを特徴とする請求項１〜３の
いずれかに記載の光ファイバの製造方法。