JP2006039273A - 光ファイバ取付部の気密封止構造 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融温度が高いために半田加熱時にファイバの被覆が溶けるか、または炭化するか、更には金属スリーブ２の端面で光ファイバが屈曲するという問題があった。
【解決手段】樹脂被覆光ファイバを金属スリーブに貫通させた光ファイバ取付部の気密封止構造において、上記金属スリーブ内部に位置する上記樹脂被覆光ファイバの少なくとも一部の被覆部を除去した部分にメタライズ層を有するとともに、上記金属スリーブとメタライズ層の間を半田で気密封止し、且つ上記金属スリーブ内部に位置する被覆部の少なくとも一部を耐熱性熱収縮チューブで被覆するとともに、上記被覆部と耐熱性熱収縮チューブとを金属スリーブに接着固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、機器および部品などにおける光ファイバ取付部の気密封止構造に関するものである。

光通信システムに使用される機器および部品には高い長期信頼性が求められるため、これらは金属製でかつ気密構造にする場合が多く、光ファイバを使用する機器・部品においては、その光ファイバ取付部をどのような構造にするかが重要な問題になる。

図８に示すようにφ０．９mm心線タイプナイロン製の樹脂被覆光ファイバ１を内径φ１ｍｍの円筒状の金属スリーブ２に通し、金属スリーブ２の中央部の穴から気密封止用半田４を流し込んで、樹脂被覆光ファイバ１のメタライズ層１ａと金属スリーブ２の間を気密封止用半田４で気密封止し、金属スリーブ２の両端と樹脂被覆光ファイバ１の被覆部１ｂは、エポキシ系樹脂の接着剤５で固定される（特許文献１参照）。

また近年、ヨーロッパ及びアメリカを中心に、錫−鉛系の共晶系半田による鉛環境汚染の問題が指摘され、規制法案化が活発に議論されており、これに対応すべく半田材料として鉛の使用量を減らすための検討や、鉛を含まない無鉛半田材料の開発が求められている（特許文献２参照）。
特開平７−９２３３４号公報 特開２００１−３０５３８０号公報

しかしながら、このような無鉛半田は、現状で多く用いられている錫６３重量％と鉛３７重量％の共晶温度が１８３℃である半田に比べて、溶融温度が高いために半田加熱時にファイバの被覆が溶けるか、または炭化するか、更には金属スリーブ２の端面で光ファイバが屈曲するという問題があった。

他方、一般に低温半田と言われる共晶温度が１８３℃以下の半田は、機械的特性に劣り、クラックを発生し易いため気密封止を行うには適さないことがわかっている。

上記問題点に鑑みて本発明の光ファイバ取付部の気密封止構造は、樹脂被覆光ファイバを金属スリーブに貫通させた光ファイバ取付部の気密封止構造において、上記金属スリーブ内部に位置する上記樹脂被覆光ファイバの少なくとも一部の被覆部を除去した部分にメタライズ層を有するとともに、上記金属スリーブとメタライズ層の間を半田で気密封止し、且つ上記金属スリーブ内部に位置する被覆部の少なくとも一部を耐熱性熱収縮チューブで被覆するとともに、上記被覆部と耐熱性熱収縮チューブとを金属スリーブに接着固定したことを特徴とする。

また、樹脂被覆光ファイバを金属スリーブに貫通させた光ファイバ取付部の気密封止構造において、上記金属スリーブ内部に位置する上記樹脂被覆光ファイバの少なくとも一部の被覆部を除去した部分にメタライズ層を有するとともに、上記金属スリーブとメタライズ層の間を半田で気密封止し、且つ該金属スリーブの両端に他のスリーブを固定するとともに、前記被覆部と上記他のスリーブを接着固定したことを特徴とする。

また、上記耐熱性熱収縮チューブがフッ素樹脂にて成形されていることを特徴とする両端の内径が、ファイバ取付部の内径より相対的に大きいことを特徴とする。

また、上記半田の共晶温度が２００±２０℃であり、且つ鉛を含有しないことを特徴とする。

さらに、上記半田の組成がＳｎ―Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ合金またはＳｎ−Ｚｎ−Ｉｎ合金のいずれかであることを特徴とする。

このように本発明によれば、被覆部が除去されていない部分については、耐熱性熱収縮チューブで覆うことにより、樹脂被覆光ファイバのメタライズ層が形成された部分を金属スリーブに気密封止用半田で封止する際にも、金属スリーブの熱によりファイバの被覆が溶ける、または炭化する、更には金属スリーブの端面で樹脂被覆光ファイバが屈曲することを防げるようになり、被覆部部分を接着剤で金属スリーブに固定することにより、樹脂被覆光ファイバの曲げ応力および引っ張り応力などの影響が半田封止部分に及ぶのを防ぐことができる。

特にフッ素樹脂系の耐熱性熱収縮チューブを使用することにより、樹脂被覆光ファイバの樹脂被覆耐熱温度を考慮せずに共晶温度２００±２０℃の無鉛半田も選択使用可能となる。

また樹脂被覆光ファイバのメタライズ層が形成された部分を金属スリーブに気密封止用半田で封止した後、他の金属スリーブを圧入し該金属スリーブに被覆部部分を接着剤で貫通部に固定することによっても、全く同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の光ファイバ取付部の気密封止構造の一実施形態について図１〜５に基づいて説明する。

図１において樹脂被覆光ファイバ１には半田封止する個所の被覆を除去し、ガラス表面に半田のヌレ性を能くすためメタライズ等の表面処理をほどこしたものを用い、事前に予備半田付けを行う。

ここで樹脂被覆光ファイバ１の被覆層については、化学処理により被覆を溶かして除去すれば、クラッド部への物理的損傷を皆無とすることができる。

金属スリーブ２の中程において内側へ気密封止用半田４を充填するための横穴を設けるが、この穴は円形でも良いが、気密封止用半田４の充填具合を確認するためにも矩形の長穴の方がより良い。

また金属スリーブ２の材質は、半田のヌレ性が良くなるようにニッケル、もしくは金メッキを施した金属でも良いが、熱膨張係数の小さなセラミック系材料、ガラス系材料にメタライズ等の表面処理を内外面に施したものに代替してもよい。

樹脂被覆光ファイバメタライズ層１ａの両側の被覆部１ｂに、耐熱性熱収縮チューブ３を付けた樹脂被覆光ファイバ１を、前記金属スリーブ２の横穴位置に樹脂被覆光ファイバメタライズ層１ａを合わせるように金属スリーブ２に通す。このとき樹脂被覆光ファイバ１の折れ防止のため、金属スリーブ２の両端部では樹脂被覆光ファイバ１が樹脂被覆光ファイバ被覆部１ｂ及び耐熱性熱収縮チューブ３で覆われている状態となるように金属スリーブ２の長さを設定する。

耐熱性熱収縮チューブ３には高温に耐えうるためにフッ素樹脂系の材質で薄手のものを使用することが好ましい。たとえば、ペンニットー株式会社製のフッ素樹脂収縮チューブＳＬＷシリーズなどが良い。

金属スリーブ２の横穴より気密封止用半田４を金属スリーブ２内へ溶かし込み、樹脂被覆光ファイバ１と金属スリーブ２内側とを気密封止する。

図２にて熱伝導経路を矢印にて示す。

耐熱性熱収縮チューブ３により金属スリーブ２から樹脂被覆光ファイバ被覆部１ｂへの熱の伝導を防止する。

金属スリーブ２の両端で、樹脂被覆光ファイバ被覆部１ｂ及び耐熱性熱収縮チューブ３を金属スリーブ２に接着剤５にて固定し、以後樹脂被覆光ファイバ１からの負荷が樹脂被覆光ファイバメタライズ層１ａへ影響しないようにする。

なおフッ素系熱収縮チューブは耐薬品性が高く、接着剤５にて接着できないため、接着剤５では樹脂被覆光ファイバ被覆部１ｂを必ず接着するようにする。

また使用する接着剤５はエポキシ系接着剤のように硬化後の硬度が高くなる接着剤が良い。

またフッ素系熱収縮チューブでも溶融するような更に高い高温半田を使用する場合や、または何らかの理由により耐熱性熱収縮チューブ３が使用できない場合には、図３のように金属スリーブ２を封止スリーブ８、補強スリーブ９と３分割することもできる。これにより樹脂被覆光ファイバ被覆部１ｂへ熱的影響の全くなく、かつ接着剤５にて樹脂被覆光ファイバ被覆部１ｂを補強スリーブ９へ固定することにより、樹脂被覆光ファイバ１からの負荷が樹脂被覆光ファイバメタライズ層１ａへ影響しなくなる。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、樹脂被覆光ファイバメタライズ層１ａへ予備半田１０の形成を行った後、補強スリーブ９、封止スリーブ８を樹脂被覆光ファイバ１へ通す。

次に封止スリーブ８の横穴より気密封止用半田４を封止スリーブ８内へ溶かし込み、樹脂被覆光ファイバメタライズ層１ａと封止スリーブ８の内側との気密封止を行った後、補強スリーブ９を封止スリーブ８へ圧入固定し、その後樹脂被覆光ファイバ被覆部１ｂを補強スリーブ９へ接着固定する。ここで封止スリーブ８は、半田封止する部分の内径を小さくし、気密封止用半田４による気密封止を確実にできるようにするとともに、樹脂被覆光ファイバ被覆部１ｂに熱が伝わらないよう圧入する部分の内径との差を大きくするほうが良い。

また補強スリーブ９の材質は熱伝導性が低いものが良く、金属ではSUS３０３等SUS系の物でも良いが、ジルコニア，アルミナ等のセラミックがより良い。

一方完成後での物理負荷が小さく、また耐熱の必要もない場合は、図５のように封止スリーブ８よりも補強スリーブ９の外径を大きくすることにより、小型化することが可能である。

ここで使用する半田は環境的にも好ましく、また樹脂被覆光ファイバ１への熱応力も小さくなることより共晶温度２００±２０℃の無鉛半田を使用することが好ましい。

なおこの共晶温度２００±２０℃の無鉛半田としては、Ｓｎ―Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ合金またはＳｎ−Ｚｎ−Ｉｎ合金が使用可能である。

図６は応用例として樹脂被覆光ファイバ１の気密封止を行ったものを、数本まとめて使用することによりバルクヘッドを構成したものの断面図である。

ここで使用する各光ファイバ取付部の気密封止構造の断面図を図７に示す。

この各光ファイバ取付部は外形に段差を設けることにより、バルクヘッドベース２３に固定半田２１による気密封止が容易にできる形状となっている。

次に、本発明の実施例を示す。

本発明の実施例として径０．９ｍｍナイロン被覆心線光ファイバを耐熱性熱収縮チューブ（ペンニットー株式会社製 SMT AWG−２２）で覆った樹脂被覆光ファイバと、比較例として耐熱性熱収縮チューブで覆わない同樹脂被覆光ファイバを内径１．４（＋０．１／＋０．０５）ｍｍ、外径φ２．４（＋−０．１）ｍｍのニッケルメッキ真鍮製の筒に通し、半田こてより４．５ｍｍの距離での被覆の溶け具合を各条件３本で観察した。

結果は表１に示す通りである。

表１より比較例では、半田こての温度が２３０℃のとき８秒で被覆が溶け出しているが、本発明の方法によるものは２３０℃では溶けなく、実質３００℃まで使用可能であることが分かる。これにより比較例では、共晶温度が１８３℃による半田封止には８秒以下での作業で可能であるが、共晶温度が２００℃以上による半田封止には２３０℃：８秒，または２５０℃：５秒では完全な半田封止が不可能なため、本発明の有効性が認められる。

また上記実験にて使用した樹脂被覆光ファイバ、耐熱性熱収縮チューブ、金属スリーブにて図７に示す本発明の光ファイバ取付部の気密封止構造においてのヘリウムリーク試験を本発明品（耐熱性熱収縮チューブ有り）と従来品（耐熱性熱収縮チューブ無し）各１０本行った結果を表２に示す。但し使用ハンダは共晶温度が２２０℃のハンダを使用し、ハンダこて温度は２５０℃に設定した。

表２より従来品は一本被覆溶けによる屈曲のため使用不能となった。それ以外の気密度は本発明品も従来品も全く同様１．０×１０^−９Pa・ｍ^３／秒までの気密度を確保でき、本発明の耐熱効果が確認できる。

本発明の光ファイバ取付部の気密封止構造の断面図である。 本発明の光ファイバ取付部の気密封止構造においての半田付け時の熱の移動を示す断面図である。 本発明のスリーブを３分割した光ファイバ取付部の気密封止構造の断面図である。 本発明のスリーブを３分割した光ファイバ取付部の気密封止構造の組込みを示す（ａ）は半田封止前の状態の断面図、（ｂ）は半田封止後で圧入前の断面図である。 本発明のスリーブを３分割した光ファイバ取付部の別形態気密封止構造の断面図である。 本発明を応用したバルクヘッドの断面図である。 図６のバルクヘッドに使用したファイバ取付部の気密封止構造の断面図である。 従来例の光ファイバ取付部の気密封止構造の断面図である。

符号の説明

１ 樹脂被覆光ファイバ
１ａ メタライズ層
１ｂ 被覆部
２ 金属スリーブ
３ 耐熱性熱収縮チューブ
４ 気密封止用半田
５ 接着剤
６ 半田
７ 半田こて
８ 封止スリーブ
９ 補強スリーブ
１０ 予備半田
１１ 光ファイバ取付部
２１ 固定半田
２２ ポッティング剤
２３ バルクヘッドベース

Claims (6)

1. 樹脂被覆光ファイバを金属スリーブに貫通させた光ファイバ取付部の気密封止構造において、上記金属スリーブ内部に位置する上記樹脂被覆光ファイバの少なくとも一部の被覆部を除去した部分にメタライズ層を有するとともに、上記金属スリーブとメタライズ層の間を半田で気密封止し、且つ上記金属スリーブ内部に位置する被覆部の少なくとも一部を耐熱性熱収縮チューブで被覆するとともに、上記被覆部と耐熱性熱収縮チューブとを金属スリーブに接着固定したことを特徴とする光ファイバ取付部の気密封止構造。
2. 樹脂被覆光ファイバを金属スリーブに貫通させた光ファイバ取付部の気密封止構造において、上記金属スリーブ内部に位置する上記樹脂被覆光ファイバの少なくとも一部の被覆部を除去した部分にメタライズ層を有するとともに、上記金属スリーブとメタライズ層の間を半田で気密封止し、且つ該金属スリーブの両端に他のスリーブを固定するとともに、前記被覆部と上記他のスリーブを接着固定したことを特徴とする光ファイバ取付部の気密封止構造。
3. 上記耐熱性熱収縮チューブがフッ素樹脂にて成形されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ取付部の気密封止構造。
4. 上記金属スリーブの貫通孔の両端の内径が、ファイバ取付部の内径より相対的に大きいことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ取付部の気密封止構造。
5. 上記半田の共晶温度が２００±２０℃であり、且つ鉛を含有しないことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバ取付部の気密封止構造。
6. 上記半田の組成がＳｎ―Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ合金またはＳｎ−Ｚｎ−Ｉｎ合金のいずれかであることを特徴とする請求項１〜５にいずれかに記載の光ファイバ取付部の気密封止構造。

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