JP2004062007A - 光通信用部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバをフェルールに固定してなる光通信用部品において、引っ張り強度が強く気密性の高い光通信用部品を提供する。
【解決手段】貫通孔９を有する円柱状のフェルール１に光ファイバ芯線３の端部を固定してなる光通信用部品において、少なくともフェルール１の貫通孔９全域に被着した金属材料から成る被膜５、７を介して光ファイバ芯線６に固定した構成である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等に使用され、フェルールに光ファイバ端部を固定して成る光通信用部品及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から光ファイバをフェルールに半田固定または低融点ガラス固定、もしくはフェルールを変形させて光ファイバをかしめ固定してなる光通信用部品が多数使用されており、その性能は引っ張り強度、気密特性、半田濡れ性、低融点ガラス濡れ性等、多岐にわたり、且つ高い性能が要求される。
【０００３】
このような光ファイバをホルダやフェルール等の固定具に半田固定または低融点ガラス固定して使用する光通信用部品の例として、図３（ａ）、フェルールを変形させて光ファイバをかしめ固定して使用する光通信用部品の例として図３（ｂ）に示すフェルール付き光ファイバを用いて説明する。
まず、半田固定または低融点ガラス固定してなる光通信用部品図３（ａ）について説明する。
フェルール付き光ファイバは、中心に貫通孔１８を有する円柱状のフェルール１３と光ファイバ１４、更にフェルール１３と光ファイバ１４を固定するための半田１５で構成される。
【０００４】
フェルール１３の母材の材質には主にステンレスやコバール等の金属材料を使用し、切削加工や引き抜き加工等の抽伸加工にて約φ１ｍｍ程度の外形と貫通孔１８として光ファイバ１４の芯線１６の外径より若干大きいφ０．２ｍｍ程度に成形した後、後述するフェルール１３と光ファイバ１４とを半田固定するが、その固定に際して濡れ性を良くするため、または各種光学機器や検査装置等に組み込む際に相手部品に半田固定する時のために、フェルール１３表面に、金、ニッケル、銅、錫、亜鉛、鉛、クロム等の金属材料を電解メッキ、もしくは無電解メッキの被膜加工により被膜１３ａを形成したものを使用していた。
【０００５】
一方、光ファイバ１４は、主にシングルモード（ＳＭ）もしくはマルチモード（ＭＭ）で芯線１６が石英ガラスのものを使用し、図３に示す様な２層の合成樹脂の外皮１７で覆われた心線タイプのものだけでなく、外皮が１層の素線タイプ（非図示）のどちらかを用いていた。
その製造方法は、まず、光ファイバ１４の芯線１６外周にクラッドされている合成樹脂製の外皮１７をフェルール１３に挿通する分だけ剥ぎ、芯線１６を露出して、その外周側面には金、ニッケル等を例えば電解メッキによる被膜加工で被膜１４ａを形成する。
【０００６】
次に、金／錫半田等の材質で、フェルールと同程度の外径で中心に孔の開いたリング状の半田プリフォームを図３（ａ）のようにフェルール１３の端面及び被膜１４ａが形成された芯線１６の境界領域Ｘにおき、窒素雰囲気中で約２２０℃〜３３０℃程度の温度に加熱溶融して、フェルール１３の被膜１３ａと光ファイバ１４の被膜１４ａを介して固定を行っていた。このように溶融する半田１５は、被膜１４ａが被着された芯線１６とフェルール１３の貫通孔１８との隙間に毛細管現象により入り込み、貫通孔１８内部でも半田固定されることとなる。
【０００７】
なお、半田１５は、フェルール１３と光ファイバ１４とを固定する目的の他に、フェルール１３と光ファイバ１４との気密を確保する目的がある。これは、フェルール付き光ファイバが各種光学機器に組み込まれた際に、外部からのアウトガスの進入を防ぎ、内部の光学特性を維持する必要がある為である。
【０００８】
次に、フェルールを変形させて光ファイバ１４をかしめ固定して使用する光通信用部品図３（ｂ）について説明する。
【０００９】
このフェルール付き光ファイバは、上述の半田固定品同様に中心に貫通孔１８を有する円柱状のフェルール１３と光ファイバ１４で構成され、フェルール１３の先端部を貫通孔の中心に向かって収束力を加えて変形させて光ファイバ１４を固定する。
【００１０】
使用するフェルール１３の形状及び材質は上述した半田固定品と同様で、その表面は、主に被膜加工されていないものを使用していたが、かしめ時に光ファイバ１４への攻撃性を低減させる目的で、不図示であるが予め被膜加工したものを使用する場合もあった。
【００１１】
また、光ファイバ１４についても上述したフェルール１３同様に形状及び材質は半田固定品と同様で、その表面は、主に被膜加工されていないものを使用していたが、かしめ時に光ファイバへの攻撃性を低減させる目的で、不図示であるが予め被膜加工したものを使用する場合もあった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記半田付け品の従来例において、上述の半田１５を加熱溶融させた場合、半田１５の量やフェルールの貫通孔１８の孔径、もしくは加熱する温度等の条件によっては半田１５が溶融して貫通孔１８に入り込む距離が短くなるだけでなく、貫通孔１８内において半田１５とフェルール１３の被膜１３ａ、芯線１６に形成した被膜１４ａの被着状態（被膜の厚みのバラツキ等）が悪い場合は、いずれも半田濡れ性が悪くなり、光ファイバ１４とフェルール１３との引っ張り強度が低下するとともに、半田１５の濡れ性が悪い部分が存在すると気密が劣化するという問題点があった。
【００１３】
また、半田を約２２０℃〜３３０℃という温度で加熱溶融し、フェルール１３を光ファイバ１４に固定すると、加熱する温度が非常に高いため光ファイバ１４が熱劣化を起こし、フェルール１３からの引っ張り強度が低下するという問題があった。
【００１４】
さらに、図３（ａ）に示すようなフェルール１３後端側に光ファイバ１４外皮を挿入させる場合には、高温で加熱した温度がフェルール１３を伝わって光ファイバ１４の外皮１７を溶かしてしまう場合があり、その結果ハンドリング時に光ファイバを破断してしまうことがあった。
【００１５】
さらに、フェルール１３の貫通孔１８は光ファイバ芯線１６を挿通させるため、光ファイバ芯線１６より大きい孔にしているが、光ファイバ芯線１６の挿通時の偏りもしくは半田１５の接合時の引っ張りにより、その貫通孔１８の上下左右のどちらかに光ファイバ芯線１６が寄ったまま固定され、フェルール１３外径に対する光ファイバ芯線１６の同芯度がずれてしまい、その結果各種光学機器や検査装置に組み込まれる際に、相手部品との光軸が合わせられないといった問題もあった。
【００１６】
また、フェルール付き光ファイバを各種光学機器や検査装置等に組み込む際に、フェルール１３外周をＹＡＧ溶接にて相手部品に固定する場合があるが、フェルール１３に被膜１３ａとして金等の反射率の高い金属が被着されていると、溶接時のＹＡＧ光が被膜１３ａによって反射してしまい溶接できない場合がある。この場合、光ファイバの芯線１６との半田固定のために施した被膜１３ａが災いしてしまうため、フェルール１３外周の被膜１３ａだけを切削加工により削ぎ落としたり、剥離液に浸して剥離する等して一度成膜した膜を剥がすという２度手間をかけていた。
【００１７】
一方、上記かしめ固定による従来例においては、光ファイバ芯線１６がガラスで出来た非常に繊細な部位のため、フェルール１３をかしめ過ぎた場合には光ファイバの芯線１６が破断してしまい、反対にかしめ量が少ない場合には、フェルール１３と光ファイバ芯線１６との気密性が確保できなくなるため、かしめ条件が非常に狭く、且つ条件を見出すのに膨大な労力を費やしていた。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の問題点に鑑み案出されたもので、本発明の光通信用部品は、貫通孔を有する円柱状のフェルールに光ファイバ芯線の端部を固定してなる光通信用部品において、少なくともフェルールの貫通孔全域に被着した金属材料から成る被膜を介して前記光ファイバ芯線を固定したことを特徴とするものである。
【００１９】
また、前記フェルールが、コバール、銅、ステンレス、鉄／ニッケル合金、鉄／ニッケル／クロム合金、鉄／クロム合金、アルミニウム、マグネシウムの少なくとも１種類の金属材料からなり、また、前記被膜は、金、銀、銅、錫、鉛、亜鉛、ニッケル、クロムの少なくとも１種類の金属材料からなることを特徴とするものである。
【００２０】
さらに、本発明の光通信部品の製造方法においては、貫通孔を有する円柱状のフェルールに光ファイバ芯線の端部を挿入した後、被膜加工により少なくとも前記光ファイバを挿入したフェルールの貫通孔全域に金属材料を被着して被膜を形成し、該被膜を介して前記光ファイバを固定することを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明による光通信用部品の実施形態について図１（ａ）〜（ｂ）を用いて説明する。
【００２２】
図１（ａ）は、光ファイバ２をフェルール１に挿通し、被膜加工を施すことにより成膜した被膜５を介して光ファイバ２とフェルール１を固定した本発明の光通信用部品を示す。
【００２３】
本発明の被膜加工には金、銀、ニッケル、銅、錫、亜鉛、鉛、クロム等の金属材料が用いられ、その被膜加工としては蒸着やスパッタリング、またはイオンプレーティングや無電解メッキ、もしくは電解メッキが用いられる。
【００２４】
まず、使用する光ファイバ２の構成を説明する。ここで用いる光ファイバ２はシングルモード（ＳＭ）、マルチモード（ＭＭ）に依らず使用でき、ＰＭＦ（ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ　ＭＡＩＮＴＥＮＡＮＣＥ　ＦＩＢＥＲ）のような偏光の極性を維持した光ファイバ２でも支障なく使用することができる。また、上述したような２層の外皮で覆われた心線タイプもしくは１層の外皮で覆われた素線タイプのどちらでも使用可能であり、本図１（ａ）に示す図はその代表例として、心線タイプを示す。心線タイプの光ファイバ２は、外径が約φ０．１２５ｍｍ程度の石英ガラスの芯線３と、その芯線３の外周にクラッドされている２層の合成樹脂外皮４からなり、後述するフェルール１の貫通孔に挿通する長さ分だけその外皮４を除去し、芯線３を露出して使用する。この場合、芯線３は、その表面は電気が通電しないため、フェルール１との固定は無電解メッキによる被膜５を形成しても良い。
【００２５】
ここで、除去する外皮４の長さは、図１（ａ）に示すようにフェルール１後方まで除去することに限らず、図１（ｂ）に示すような外皮４をフェルール１後端側に覗き込ませて使用し、ハンドリング時に芯線３が破断しないようにすることも可能である。また、露出した芯線３の表面は、フェルール１に被膜固定する際、膜厚を上げて引っ張り強度をさらに増すために、図１（ｂ）で示すように蒸着やスパッタリングにより金、銀等の被膜６を予め成膜したものを使用しても良い。この場合、予め芯線３の表面は導電性が確保され、フェルール１との固定は電解メッキによる被膜８でも固定可能となる。
【００２６】
次にフェルール１について説明する。まずフェルール１の母材質としては、膨張係数が小さいステンレスを使用することが望ましいが、それ以外の金属もしくは非鉄金属の使用も可能である。例えば、金属ではコバール、鉄／ニッケル合金、鉄／ニッケル／クロム合金、鉄／クロム合金等があり、非鉄金属では、銅、アルミニウム、マグネシウム等がある。
【００２７】
これらの材質が用いられるのは、前述したように被膜固定する時の被膜金属との密着性が良くなり、光ファイバ２の引っ張り強度を向上することが可能になるからである。また、各種光通信用機器や検査装置等に組み込む際に、相手部品の材質の熱膨張係数に合わせることにより各種機器からの脱落を防ぐ目的もある。さらには、各種光通信用機器や検査装置等に組み込む際に、フェルール１に直接ＹＡＧ溶接固定する場合の溶接性を良くする目的もある。
【００２８】
また、フェルール１の表面は、図１（ｂ）に示すように、前述した光ファイバ２と同様、予め被膜８を成膜したものを使用することで光ファイバ２の引っ張り強度をさらに増すことも可能である。
【００２９】
また、フェルール１の形状については、外径形状は主に、各種光学機器や計測器に固定される相手部品の形状に合わせた中心に貫通孔９を有する円柱形状であり、引き抜き加工や切削加工等による機械加工によって約φ１．０ｍｍ前後程度のものが使用される。
【００３０】
貫通孔９に関しては、芯線３の径より０．００５〜０．２ｍｍ大きい径が望ましい。０．００５ｍｍより小さい場合には芯線３をフェルールに挿入するのが非常に困難になり作業性が悪化する。また、０．２ｍｍより大きい場合には芯線３とのクリアランスが余りにも大きいため、被膜の積層（固定）に非常に時間を要したり、膜厚が確保できないことにより被膜固定できない場合があるからである。
【００３１】
以上のような構成により、貫通孔９を有する円柱状のフェルール１に光ファイバ２の芯線３の端部を固定して光通信用部品が構成できることになる。この場合、少なくともフェルールの貫通孔９の全域に被着した被膜５、７を介して光ファイバ２の芯線３に固定したので、被膜５、７により緻密にフェルール１と光ファイバ芯線３とを被着することができ気密性を向上させることができるとともに、被膜５、７がフェルールの貫通孔９の全域に被着されているため貫通孔９と光ファイバ芯線３との接触面積が増えることから引っ張り強度を向上させることができる。
【００３２】
なお、本発明の実施の形態によれば、フェルール１の貫通孔９全域だけでなく、フェルール１の端面にも被膜５、７が形成されているので、フェルール１端面の被膜５と芯線３表面に形成する被膜５との接合部が厚く形成されて肉厚被膜が形成され引っ張り強度を向上することができるものである。
【００３３】
さらに、不図示であるが、このように被膜５、７を形成した後にフェルール１先端をかしめる処理を行うことで引っ張り強度をさらに向上することができるものである。
【００３４】
次に上記フェルール付き光ファイバ２の製造方法について、図２（ａ）〜（ｂ）を用いて説明する。
【００３５】
まず、光ファイバ２の外皮を削いで芯線を露出し、必要に応じて表面を被膜加工（図は被膜処理無し）した光ファイバ２の芯線３を、必要に応じて表面を被膜処理（図は被膜処理無し）したフェルール１の貫通孔９に挿通する（図２（ａ）参照）。
【００３６】
次に、フェルール１先端からファイバ先端の出寸法を所望の位置に調整した後、２枚組の段付き仮固定治具１２の間にフェルール１及び光ファイバ２を挟み込み、メッキ液に漬けて被膜加工を行って、光ファイバ２とフェルール１を固定する（図２（ｂ）参照）。
【００３７】
この時、反射率の高い金で被膜を形成する場合、フェルール１外周は仮固定治具に覆われおり被膜されることがないため、各種光学機器や検査装置に組み込む際にＹＡＧ溶接ができなくなるといったことがなくなる。
【００３８】
【実施例】
ここで、以下に示す方法で実験を行った。
【００３９】
本発明の実施例として図１（ｂ）に示す上記光通信部品と、比較例として、図３（ａ）に示す従来のフェルール付き光ファイバ２をそれぞれ１０個ずつ作製し、各々の光ファイバ２の引っ張り強度を測定した。
【００４０】
本発明の実施例、従来例ともにフェルールの外径φ１．００ｍｍ、内径φ０．１３５ｍｍとし、母材をステンレスのＳＵＳ３０４を用いた。
【００４１】
また、光ファイバ２は両サンプル共に、シングルモードファイバを用い、予めニッケル及び金メッキを被膜したものを使用した。
【００４２】
また、固定時に施す被膜材質はニッケル及び金を被膜し、フェルール外周は仮固定治具で覆うようにして成膜した。
【００４３】
以上のサンプルでの評価結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】

【００４５】
表１に示すように、従来の光通信用部品の引張り強さの最大値１１．０３（Ｎ）、最小値６．２６（Ｎ）、平均値８．５６（Ｎ）だったのに対し、本発明品は最大値１７．８３（Ｎ）、最小値１３．９８（Ｎ）、平均値１５．６７（Ｎ）となり、本発明品の最小値が従来品の最大値をも上回る結果となった。
【００４６】
以上より、従来品より引っ張り強度が向上し、より性能の高い固定が出来ることを確認できた。
【００４７】
【発明の効果】
以上本発明によれば、半田を用いることなくフェルールの貫通孔全域に光ファイバ芯線３が被膜を介して接続しているために、被膜により緻密にフェルールと光ファイバ芯線とを被着することができ気密性を向上させることができるとともに、フェルールの貫通孔と光ファイバ芯線３との接触面積が増えることから引っ張り強度を向上させることができる。
【００４８】
また、半田固定時のような高温加熱をする必要がないため、光ファイバ２の熱劣化がなくなり、その結果、フェルールからの引っ張り強度が低下するといったこともなくなる。
【００４９】
さらに、光ファイバの外皮をフェルール後端側に挿入して使用する場合には、接合に熱を用いないために、光ファイバの外皮が溶けることもなく、ハンドリング時に石英ガラスからなる芯線が破断するといったこともなくなる。
【００５０】
また、フェルールと光ファイバ芯線は、被膜加工による緻密な積層被膜を介して固定されるため、フェルールの貫通孔に均一的に金属が積層されて光ファイバ芯線が固定、フェルールの外周に対する光ファイバの同芯度が保たれる。その結果、各種光通信機器や検査装置等に組み込まれた際に、相手部品との光軸が合わなくなるといったこともなくなる。
【００５１】
一方、フェルールが、コバール、銅、ステンレス、鉄／ニッケル合金、鉄／ニッケル／クロム合金、鉄／クロム合金、アルミニウム、マグネシウムの少なくとも１種類の金属材料からなり、また、前記被膜は、金、銀、銅、錫、鉛、亜鉛、ニッケル、クロムの少なくとも１種類の金属材料からなるために、フェルールと被膜する金属材料との密着性が良くなり、光ファイバの引っ張り強度を向上することが可能になる。
【００５２】
また、本発明の光通信部品の製造方法においては、貫通孔を有する円柱状のフェルールに光ファイバ芯線の端部を挿入した後、被膜加工により少なくとも前記光ファイバを挿入したフェルールの貫通孔全域に被着した金属材料から成る被膜を介して前記光ファイバに固定したために、半田固定時のような高温加熱をする必要がなく、これにより、光ファイバの熱劣化がなくなり、その結果、フェルールからの引っ張り強度が低下するといったこともなく、製造時の歩留まりが向上した良好な光通信用部品を提供することができるものである。
【００５３】
また、２枚組の段付き治具の間にフェルール及び光ファイバの外周を挟み込み、被膜加工を行うことができるため、フェルール外周の被膜する必要のない部分をマスキングすることが可能となり、各種光学機器や計測機への組み込み時にＹＡＧ溶接等で固定する場合においても、ＹＡＧ光の反射等の問題もなく固定することが可能となり、半田付け時のように被膜後にフェルール外周のみ被膜を除去するといった２度手間が必要なくなるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｂ）は本発明の光通信用部品のさまざまな実施形態を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｂ）は本発明の光通信用部品の製造工程を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｂ）は従来の光通信用部品の断面図である。
【符号の説明】
１　　：フェルール
２　　：光ファイバ
３　　：芯線
４　　：外皮
５〜８：被膜
９　　：貫通孔
１２　：仮固定治具
１３　：フェルール
１３ａ：被膜
１４　：光ファイバ
１４ａ：被膜
１５　：半田
１６　：芯線
１７　：外皮
１８　：貫通孔

Claims (3)

1. 貫通孔を有する円柱状のフェルールに光ファイバ芯線の端部を固定してなる光通信用部品において、少なくともフェルールの貫通孔全域に被着した金属材料から成る被膜を介して前記光ファイバ芯線を固定したことを特徴とする光通信用部品。
2. 前記フェルールが、コバール、銅、ステンレス、鉄／ニッケル合金、鉄／ニッケル／クロム合金、鉄／クロム合金、アルミニウム、マグネシウムの少なくとも１種類の金属材料からなり、また、前記被膜は、金、銀、銅、錫、鉛、亜鉛、ニッケル、クロムの少なくとも１種類の金属材料からなることを特徴とする請求項１記載の光通信用部品。
3. 貫通孔を有する円柱状のフェルールに光ファイバ芯線の端部を挿入した後、被膜加工により少なくとも前記光ファイバを挿入したフェルールの貫通孔全域に金属材料を被着して被膜を形成し、該被膜を介して前記光ファイバを固定することを特徴とする光通信用部品の製造方法。

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