JP2005004166A

JP2005004166A - 光レセプタクル

Info

Publication number: JP2005004166A
Application number: JP2003332307A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Matsumoto; 俊之松本; Hiroki Ito; 宏樹伊藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: JP4038163B2

Abstract

【課題】光レセプタクルにおいて、短尺化を実現させ、かつプラグフェルールを挿抜した際の力を安定させ、かつ接続損失の再現性が良好な光レセプタクルを提供する。
【解決手段】フェルールの貫通孔に光ファイバを挿入固定したファイバスタブの後端部をホルダに固定し、ファイバスタブの先端面に接続されるプラグフェルールを保持するためのスリーブに、上記ファイバスタブの先端部を保持してなる光レセプタクルにおいて、上記スリーブの一端に肉厚部を形成し、該肉厚部側に上記ファイバスタブを挿入保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信用モジュール等に使用されるレセプタクルに関するものである。

光信号を電気信号に変換するための光モジュールは、半導体レーザーやフォトダイオード等の光素子をケース内に収納し、光ファイバを通じて光信号を導入又は導出するような構造となっている（特許文献１参照）。

上記光モジュールのうちコネクタを接続するようにしたレセプタクル型の光モジュールは、図３に示すような光レセプタクル１４の一端に光素子２２を備えるとともに、他端に光コネクタ（ＳＣコネクタ）のプラグフェルール１５を接続するものである。

上記光レセプタクル１４は、図３に示すようにジルコニア、アルミナ等のセラミック材料からなるフェルール１７と、該フェルール１７の貫通孔に石英ガラス等からなる光ファイバ１８を挿入固定して得られたファイバスタブ１６の後端部をホルダ２０に圧入により固定し、先端部をスリーブ１９の内孔に挿入するとともに、それらをスリーブケース２１に圧入又は接着固定することによって構成されている。

近年、高密度実装の要求から光モジュールの小型化が求められており、光レセプタクルの全長も短くすることが求められている。また光レセプタクルに接続されるコネクタもＳＣコネクタ等からＬＣコネクタ等のより小さなコネクタが使用されている。そこで図４に示すように、フェルール１７の貫通孔に光ファイバ１８を挿入固定したファイバスタブ１６、ファイバスタブ１６の先端面に接続されるプラグフェルール１５を保持するためのスリーブ１９、スリーブ端部外周に圧入されたスリーブ端部の自由な変形を拘束する把持リング２５からなる光レセプタクル２６が考案された。上記ファイバスタブ１６を保持したスリーブの外側に把持リング２５を圧入し、スリーブ１９の自由な変形を拘束することによって、ファイバスタブ１６がスリーブ１９に保持されている長さＬ２を短くしても十分なファイバスタブ１６の保持力を得ている（特許文献２参照）。

上述の光レセプタクル２６を用いて光モジュールを構成する場合は、図５に示すように光レセプタクル２６のファイバスタブ１６を備えた後端面側に、光素子２２とレンズ２３を備えたケース２４を溶接により接合し、光レセプタクル２６のもう一方の端面側よりスリーブ１９内にプラグフェルール１５を挿入し、光ファイバ端面を当接させ、光信号のやりとりを行うことができる。

このときフェルール１７の外径は、ＳＣコネクタを接続するタイプのものがφ
２．５ｍｍ程度、ＬＣコネクタを接続する小型タイプのものがφ１．２５ｍｍ程度で、外径公差は±１μｍ以下で、その貫通孔に備えられた光ファイバ１８の外径は１２５μｍ程度で、外径公差は±１μｍ程度とJIS規格やIEC規格等で規定されているが、従来から、光ファイバ１８の中心に形成された光信号を伝搬する直径１０μｍ程度のコア（不図示）同士を損失の少ない接続とするため、それぞれの部品（スリーブ１９、フェルール１７等）は高精度に加工されており、スリーブ１９によってファイバスタブ１６及びプラグフェルール１５を安定且つ高精度に保持する構造となっている。

さらに、上記ファイバスタブ１６における光ファイバ１８の端面は、当接時の接続損失を減らすために曲率半径５〜３０mm程度の曲面に鏡面研磨されており、反対側の端面は、ＬＤ等の光素子２２から出射された光が光ファイバ１８の先端部で反射して光素子に戻る反射光を防止するため、光ファイバ１８を挿通するフェルール１７とともに４〜１０°程度の傾斜面に鏡面研磨されている。
特開２００１−６６４６８号公報特許第３３１４６６７号

しかしながら図３に示す従来の光レセプタクル１４の場合、小型化の要求に応えるためＳＣコネクタのφ２．５ｍｍフェルールからＬＣコネクタのφ１．２５ｍｍフェルールに寸法を変更した場合、フェルールの外径が小さくなることに伴いフェルール外径面積は約１/２に減少するため、従来と同様のファイバスタブ固定方法、例えばファイバスタブがホルダに固定されている長さL3やファイバスタブ１６の外径Dと、ホルダ２０のファイバスタブ固定部の内径D1の関係をそのまま適用した場合、ホルダ２０とファイバスタブ１６の接触面積が大きく減少するために固定強度が非常に小さくなり、光コネクタ接続の際にファイバスタブ１６が動いて接続損失の再現性を悪くしてしまうという問題があった。

また、図４に示すような光レセプタクル２６の場合、把持リング２５がスリーブ１９の自由な変形を拘束するため、プラグフェルール１５をスリーブ１９に挿入、抜去した際のスリーブ１９の変形が不均一となるので挿入力、抜去力が不安定となり、着脱性が悪くなるという問題があった。

さらに、ファイバスタブ１６がスリーブ１９に保持されている長さＬ２を短くしているため、ファイバスタブ１６の保持状態が不安定となり、プラグフェルール１５を当接する毎にスリーブ１９によるファイバスタブ１６の保持状態が異なり、接続損失の再現性を悪くするという問題があった。

また近年、プラグフェルール１５に光軸と垂直方向に懸かる荷重に対する挿入損失変動、反射減衰量変動の特性（ウイグル特性）が重要視されてきており、ファイバスタブ１６がスリーブ１９に保持されている長さL２が短くなると、このウイグル特性が悪化する。

またさらに、保持状態が不安定であるため、相互の光ファイバ接続部にすべりが生じ、光ファイバ１８の端面に傷をつけることがあり、光信号の導入導出が不能になる問題があった。

上記に鑑みて本発明の光レセプタクルは、フェルールの貫通孔に光ファイバを挿入固定したファイバスタブの後端部をホルダに固定し、ファイバスタブの先端面に接続されるプラグフェルールを保持するためのスリーブに、上記ファイバスタブの先端部を保持してなる光レセプタクルにおいて、上記スリーブの一端に肉厚部を形成し、該肉厚部側に上記ファイバスタブを挿入保持したことにより、ファイバスタブ側の単位長あたりの保持力を増加させ、かつファイバスタブ挿入による応力以外に外部からスリーブに応力がかからないことを特徴とした光レセプタクルである。

またさらに、上記スリーブにおいて外径の大きい部分の段長がファイバスタブのスリーブへの挿入長よりも短いことを特徴とするものである。

またさらに、本発明の光レセプタクルは、上記ファイバスタブをホルダに接着または圧入と接着の併用によって固定したことを特徴とするものである。

またさらに、プラグフェルール挿入側のファイバスタブC面またはRを0.1mm以下にしたことを特徴とするものである。

本発明の光レセプタクルによれば、フェルールの貫通孔に光ファイバを挿入固定したファイバスタブの後端部をホルダに固定し、ファイバスタブの先端面に接続されるプラグフェルールを保持するためのスリーブに、上記ファイバスタブの先端部を保持してなる光レセプタクルにおいて、上記スリーブの一端に肉厚部を形成し、該肉厚部側に上記ファイバスタブを挿入保持したことにより、ファイバスタブ側の単位長あたりの保持力を増加させ、かつプラグフェルール挿入側ファイバスタブのC面またはRを０．１mm以下に管理し、かつファイバスタブ挿入による応力以外に外部からスリーブに応力がかからないことを特徴とした光レセプタクルにより、たとえファイバスタブのスリーブによる保持部が短くても、ファイバスタブを安定した保持状態とすることが出来るため、プラグフェルールを接続するたびにスリーブ４によるファイバスタブ３の保持状態が異なることなく、高い接続損失の再現性が得られ、更には、安定した保持状態であるため、相互の光ファイバ接続部にすべりが生じることなく、光ファイバの端面を痛めず、光信号の導入導出に於ける信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。

図１は、本発明の光レセプタクル７の一実施形態を示す断面図であり、フェルール２に光ファイバ３を挿入固定してなるファイバスタブ１と、ファイバスタブ１の後端部を固定するホルダ５及びスリーブケース６と、ファイバスタブの先端面に接続されるプラグフェルール１０を保持するためのスリーブ４とからなり、該スリーブ４にファイバスタブ１の先端部を挿入保持してある。

この際使用されるスリーブ４は図１のように、ファイバスタブ１を挿入保持する側の端部の外径を段形状に加工して、その肉厚がプラグフェルール１０を保持する部分の肉厚より大きくなるような肉厚部４ａを形成してある。これによって、肉厚部４ａの保持力を高めることができる。

また肉厚部４ａの厚みはその他の部分と比較して１．５倍〜２．５倍の厚みとすることが好ましい。これは、肉厚部４ａがこれよりも薄くなると十分なファイバスタブ保持ができなくなり、またこれよりも厚くなるとスリーブ４への応力の増加による破壊や、プラグフェルール１０の挿入力が挿入が困難になる恐れが生じるためである。

また肉厚部４ａの長さＬ４はファイバスタブ１の挿入長さＬ２の４/５〜１/５の範囲とすることが好ましい。これは、長さＬ４が上記範囲よりも長い場合は、プラグフェルール１０の挿入が困難になり、またそれより短いとファイバスタブの保持力が十分でなくなるためである。

肉厚部４ａを上記の範囲とすることにより、ファイバスタブ１の保持部が短くても十分な保持力が得られ、またプラグフェルール１０側の挿入力を適当なレベルに管理することができる。

この肉厚部４ａの形成については、上記以外に図２の（ａ）図のようなテーパ状あるいは、（ｂ）図のような曲面状、または（ｃ）図のように一体ではなく別部材をかぶせることにより形成しても良い。

ファイバスタブ３を構成するフェルール２はステンレス、りん青銅等の金属、エポキシ、液晶ポリマー等のプラスチックス、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスからなり、特にジルコニアセラミックで形成することが好ましい。具体的には、ＺｒＯ₂を主成分とし、Ｙ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ₂、Ｄｙ₂Ｏ₃などの少なくとも一種を安定化剤として含み、正方晶の結晶を主体とする部分安定化ジルコニアセラミックスを用いることが好ましく、このような部分安定化ジルコニアセラミックスは、優れた耐摩耗性を有するとともに、適度に弾性変形することから、圧入によって固定する際に有利である。

上記フェルール２の加工方法としては、先ず、フェルール２を例えばジルコニアセラミックスから形成する場合、予め射出成形、プレス成形、押出成形等の所定の成形法によってフェルール２となる円柱状もしくは直方体形状の成形体を得、その後、該成形体を１３００〜１５００℃で焼成し、所定の寸法に切削加工または研磨加工を施す。なお、成形体に切削加工等によって予め所定の形状を形成しておき、その後焼成を行ってもよい。

ファイバスタブ３の先端部の端面８は、光コネクタとの接続損失を低減させるため曲率半径５〜３０mm程度の曲面状に加工され、端面９はＬＤ等の光素子から出射された光が光ファイバ３の端面で反射して光素子に戻る反射光を防止するため４〜１０°程度の傾斜面に鏡面研磨されている。またプラグフェルール側C面またはRについては0.1mm以下に加工されているか、あるいはこの面取りはなくても良い。

さらにスリーブ４はジルコニア、アルミナ、銅などの材料からなっている。主には耐摩耗性を考慮して、ジルコニアなどのセラミックス材料からなることが多い。その加工方法としては、たとえばジルコニアなどのセラミックス材料により、形成する場合、予め射出成形、プレス成形、押出成形等の所定の成形法によってスリーブ４となる円筒状もしくは円柱状の成形体を得、その後、該成形体を１３００〜１５００℃で焼成し、所定の寸法に切削加工または研磨加工を施して肉厚部４ａを形成する。なお、成形体に切削加工等によって予め所定の形状を形成しておき、その後焼成を行ってもよい。

また、スリーブ４の内径の表面荒さは挿入性を考慮して、算術平均粗さ（Ｒａ）０．２μｍ以下が望ましく、ファイバスタブ１の外径とスリーブ４の内径公差は低い接続損失を得るため、±１μｍ以下が望ましく、スリーブ４の内径寸法はファイバスタブ１を確実に保持するために、０．９８Ｎ以上の挿入力になるよう設計することが望ましい。

ファイバスタブ１はホルダ５に圧入または接着または圧入と接着を併用することによって固定されている。

さらにホルダ５は光モジュールとしてケース２４（図３参照）と溶接することが多いため、ステンレス、銅、鉄、ニッケルなどの溶接が可能な材料からなっている。主には耐腐食性と溶接性を考慮して、ステンレスが用いられる。

さらにまた、スリーブケース６は耐摩耗性、溶接性を配慮する必要がないため、ステンレス、銅、鉄、ニッケル、プラスチック、ジルコニア、アルミナなどの幅広い材料が用いられる。主にはホルダ５と熱膨張係数を合わせ、信頼性を高めるため、ホルダ５と同様、ステンレスが用いられることが多い。

本発明の光レセプタクル７では、スリーブ４の自由な変形を拘束する把持リングが無いため、プラグフェルール１０をスリーブ４に挿入、抜去した際に、スリーブ４が自由に変形することが可能であり、挿入力、抜去力を安定させ、良好な着脱性を得ることが出来る。また短尺化のためにファイバスタブのスリーブへの挿入長を短くできる。すなわちファイバスタブ側のスリーブの肉厚を大きくしているため、ファイバスタブのスリーブへの挿入長が短くても、十分なファイバスタブ側のスリーブの保持力が得られる。

またさらにプラグフェルールへの光軸と垂直方向の荷重に対する接続損失、反射減衰量変動をおさえるため、ファイバスタブについてプラグフェルール側のC面またはRは０．１mm以下に管理されており、ウイグル特性についての安定性を向上させている。

さらには、安定した保持状態であるため、相互の光ファイバ接続部にすべりが生じることなく、光ファイバ３の端面を痛めず、光信号の導入導出に於ける信頼性を向上させることができる。

本発明の実施例を説明する。

（実験１）
先ず、本発明実施例として図１に示す光レセプタクルと、比較例として図４に示す光レセプタクルを作製した。なお光レセプタクルに接続される光コネクタはＬＣコネクタとした。

図１の光レセプタクル用のスリーブについては、肉厚部４ａの厚みが他の部分に比べて２倍となるようにし、また肉厚部４ａの長さＬ４が、ファイバスタブのスリーブへの挿入長Ｌ２の１／３となるように作製した。

各ファイバスタブに用いたフェルールは、ジルコニアセラミックスからなり、押し出し成形によって円筒状のセラミックス成形体を得て焼成工程で焼き固め、切削加工を行って図1に示す形状のフェルール試料と図３に示す形状のフェルール試料を得た。

こうして得られたそれぞれのフェルールの貫通孔に光ファイバを挿入固定し、先端面を曲率半径２０ｍｍ程度の曲面に鏡面研磨し、反対側の後端部は、ＬＤ等の光素子から出射された光が光ファイバの先端部で反射して光素子に戻る反射光を防止するため、８°の傾斜面に鏡面研磨を行い、ファイバスタブとした。

ついで得られたファイバスタブの先端側をスリーブへ挿入したものを金具へ挿入し、図１の本発明試料の場合はファイバスタブの後端側をホルダへ圧入、比較例の試料はスリーブへファイバスタブを挿入した後、スリーブ外側に把持リングを圧入し、最後にファイバスタブ、スリーブ、把持リングの組立体をスリーブケースへ圧入することによって光レセプタクルを作製した。

そして、各光レセプタクル試料の先端側から光コネクタのプラグフェルールを繰り返し挿抜して、プッシュプルゲージにて挿入、抜去力の測定と、パワーメータにて接続損失の測定を行った。

表１より明らかなように、本発明の光レセプタクルの挿入、抜去力は１．7８〜２．１０Ｎの範囲で安定しており、また接続損失も０．０２〜０．１２ｄＢの範囲で安定している。これに対し従来の光レセプタクルの挿入、抜去力は０．８４〜４．１５Ｎの範囲でバラツキが大きく、接続損失も０．０２〜０．６７ｄＢ
の範囲で再現性が悪いことがわかる。

（実験２）
次にスリーブ、ファイバスタブ長以外は同構造の図３の光レセプタクルとの抜去力、挿入損失、横方向荷重による挿入損失変動についての比較を行った。

表２から、今回実験にて作成した図１の光レセプタクルにおいてファイバスタブ長を図３のものより、23％削減したものにおいても、通常品と同様の特性が得られた。この際、ホルダへのファイバスタブの圧入代は同等とした。

なお図１のような段付スリーブを使用せず、図３の構造にてファイバスタブ長を23%削減したものでの挿入損失、横方向荷重時の挿入損失変動のデータをとろうとしたが、測定値の変動が非常におおきく安定した測定ができなかった。これはすなわち図３構造での短尺化の限界を表している。

（実験３）
次に図６のように、ファイバスタブのプラグフェルール接続側にC面２７を通常のフェルールのように加工したもの（LCコネクタの場合ファイバスタブ長手方向C面長が0.3〜0.4mm程度）と図１のようにそのC面長が0.1mm以下のもので横方向荷重時の挿入損失、反射減衰量の変動について比較を行った。

結果を図７、８に示す。図７，８ともに横軸には光軸と垂直方向にかけた荷重、すなわち横方向荷重値をあらわし、縦軸には、初期値（荷重無しの場合）を“0”とした場合の損失変動をあわらしている。

図７，８から、C面を通常のコネクタ用フェルールと同じくした場合に比較してC面を0.1mm以下に管理したものについて横方向荷重時の特性が大幅に改善している。とくに反射減衰量の点でC面を０．１ｍｍ以下にしたものは600gfの荷重までファイバ間で良好なPC接続を保持している。

本発明の光レセプタクルの一実施形態を示す断面図である。（ａ）〜（ｃ）は本発明の光レセプタクルに用いるスリーブの他の実施形態を示す断面図である。従来の光モジュールを示す断面図である。従来の光レセプタクルを示す断面図である。従来の他の光モジュールを示す断面図である。従来の光レセプタクルを示す断面図である。光モジュールにおける荷重と接続損失の関係を示すグラフである。光モジュールにおける荷重と接続損失の関係を示すグラフである。

符号の説明

１：ファイバスタブ
２：光ファイバフェルール
３：光ファイバ
４：スリーブ
４ａ：肉厚部
５：ホルダ
６：スリーブケース
７：光レセプタクル
８：ファイバスタブの先端面
９：ファイバスタブの先端面
１０：プラグフェルール
１４：光レセプタクル
１５：プラグフェルール
１６：ファイバスタブ
１７：フェルール
１８：光ファイバ
１９：スリーブ
２０：ホルダ
２１：スリーブケース
２２：光素子
２３：レンズ
２４：ケース
２５：把持リング
２６：光レセプタクル
２７：スタブＣ面部

Claims

フェルールの貫通孔に光ファイバを挿入固定したファイバスタブの後端部をホルダに固定し、ファイバスタブの先端面に接続されるプラグフェルールを保持するためのスリーブに、上記ファイバスタブの先端部を保持してなる光レセプタクルにおいて、上記スリーブの一端に肉厚部を形成し、該肉厚部側に上記ファイバスタブを挿入保持したことを特徴とする光レセプタクル。
上記スリーブの肉厚部の長さがファイバスタブの挿入長さよりも短いことを特徴とする請求項１記載の光レセプタクル。
上記肉厚部の厚みは他の部分の厚みに比べて１．５〜２．５倍であることを特徴とする請求項１又は２記載の光レセプタクル。
上記肉厚部は、内径が他の部分と等しく、外径が他の部分よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光レセプタクル。
上記ファイバスタブの先端部周囲の面取りが０．１mm以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光レセプタクル。