JP2008015183A - 光ファイバ保持構造および光ファイバ保持構造の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ファイバと保持部材を低い処理温度で接着でき、接着部の劣化を低減できる光ファイバ保持構造およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 光ファイバ１と保持部材１１とを常温ガラス反応液によって接着し、ファイバ１と保持部材１１との間に常温ガラス材によって形成された接着部を設けた光ファイバ保持構造とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は保持部材に光ファイバを保持する光ファイバ保持構造、光ファイバ保持構造の製造方法に関する。

光ファイバを接続するためにフェルールの光ファイバ孔に光ファイバを保持させ、アダプタによって２つのフェルールの先端同士を突き合わせる方法、２つの光ファイバを接続したのち、接続部分をスリーブで覆って補強する方法などが知られている。

特許文献１には、フェルールの光ファイバ孔にエポキシ樹脂などの樹脂系接着剤で接着したフェルール構造が開示されている。

特許文献２には、光ファイバを融着接続後、接続部分をスリーブで覆い、スリーブを接着用樹脂で固定する光ファイバの接続方法が開示されている。

特許文献３には、フェルールの光ファイバ孔に低融点ガラスで接着したフェルール構造が開示されている。
特開２００４−０８６２０４号公報（段落［００２３］、図３） 特開２００３−３１５５９６号公報（段落［００２１］） 特開２００５−２４１７０３号公報（段落［００１４］、図１）

しかしながら、特許文献１のように樹脂系接着剤を使用した場合、接着剤からガス状物質が発生し光ファイバ端面に付着してファイバ端面が曇るという問題点があった。近年、加工用などに使用するために光ファイバを通る光の強度が大きくなっている。この場合には、光ファイバ端面が曇る程度がひどくなる。ガス状物質の発生も樹脂系接着剤の劣化となるが、樹脂系接着剤はその他種々の原因によって劣化する。光ファイバ端面が曇ると、端面における光損失が大きくなると共に、接着剤からのガス状物質の発生や接着剤の劣化も大きくなるという悪循環となる。特許文献２の場合も光ファイバの接続部分から漏れる光や発生する熱によって樹脂系接着剤が劣化する問題点があった。

一方、特許文献３のように低融点ガラスを使用した場合、ガラスを溶融させて接着する必要があるため、２００℃よりはるかに高い処理温度が必要である。このため、光ファイバなどに悪影響があり、かつ特別の装置が必要でありコストアップする問題点があった。

本発明は上記課題を解決したもので、光ファイバと保持部材を低い処理温度で接着でき、かつ接着部の劣化を低減できる光ファイバ保持構造および光ファイバ保持構造の製造方法を提供する。

上記技術的課題を解決するために、請求項１の発明では、光ファイバと、前記光ファイバを保持する保持部材と、常温ガラス材によって形成され前記光ファイバと前記保持部材を接着する接着部が設けられていることを特徴とする光ファイバ保持構造としている。

請求項２の発明では、前記保持部材が光ファイバ孔を備えたフェルールであり、前記光ファイバ孔に挿入された前記光ファイバと前記フェルールとの間に前記接着部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ保持構造としている。

請求項３の発明では、前記保持部材がスリーブであり、前記スリーブの内部に挿入された一対の前記光ファイバと前記スリーブとの間に前記接着部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ保持構造としている。

請求項４の発明では、光ファイバと、前記光ファイバを保持する保持部材とを常温ガラス材によって接着することを特徴とする光ファイバ保持構造の製造方法としている。

請求項５の発明では、前記保持部材の保持位置に前記光ファイバを位置決めする第１工程と、前記保持部材と前記光ファイバとの間に常温ガラス反応液に浸透させる第２工程が設けられていることを特徴とする請求項４記載の光ファイバ保持構造の製造方法としている。

請求項６の発明では、前記保持部材が前記光ファイバを挿入可能な光ファイバ孔を備えており、前記光ファイバ孔に前記光ファイバを挿入する第１工程と、前記光ファイバ孔の一方端を常温ガラス反応液に浸漬する第２工程が設けられていることを特徴とする請求項４記載の光ファイバ保持構造の製造方法としている。

請求項１の発明によれば、光ファイバと保持部材を接着する接着部が常温ガラス材で形成されているので、２００℃以下という低温で接着できる効果がある。この結果、光ファイバなどへの悪影響を低減でき、かつ製造コストも低減できる。また接着部が常温ガラス材で形成されているので、接着部の劣化を低減できる。

請求項２の発明によれば、フェルールの光ファイバ孔と光ファイバを接着する接着部が常温ガラス材で形成されているので、光ファイバフェルールを２００℃以下という低温で製造できる効果がある。また、接着部からガス状物質が発生しないので、光ファイバ端面の曇りの発生がなく、信頼性に優れた光ファイバフェルールが得られる効果がある。

請求項３の発明によれば、スリーブと光ファイバを接着する接着部が常温ガラス材で形成されているので、光ファイバフェルールを２００℃以下という低温で製造でき、かつ接着部の劣化を低減できる効果がある。

請求項４の発明によれば、光ファイバと保持部材を常温ガラス材で接着しているので、２００℃以下という低温で接着できる効果がある。この結果、光ファイバなどへの悪影響を低減でき、かつ製造コストも低減できる。また常温ガラス材で接着しているので、接着部の劣化を低減できる。

請求項５の発明によれば、保持部材と光ファイバとの間に常温ガラス反応液に浸透させて保持部材と光ファイバを接着させるので、毛細管現象により常温ガラス反応液が浸透し接着部を形成することができるため接着部を薄くすることができる効果がある。

請求項６の発明によれば、光ファイバ孔に光ファイバを挿入した後に光ファイバ孔の一方端を常温ガラス反応液に浸漬するので、毛細管現象により常温ガラス反応液が浸透するため光ファイバ孔中心に光ファイバを自動調芯することができる効果がある。

図１は第１実施形態の光ファイバフェルールの断面説明図である。光ファイバフェルールはフェルール１０の内部に光ファイバ１を接着固定した構造である。フェルール１０は、先端に位置するキャピラリ１１（セラミックス製：ジルコニア）と、キャピラリ１１を保持するフランジ１２（金属製：ステンレス）から形成されている。キャピラリ１１は略円柱形状で、その内部には軸方向にのびる光ファイバ孔１１ａが貫通している。光ファイバ孔１１ａは光ファイバ１が挿入される孔である。フランジ１２には軸方向に貫通する空隙部１２ａが設けられている。光ファイバ１はコアの周囲をクラッドで包んだ芯線をジャケット被覆（被覆層）した構造である。光ファイバ１は先端部分の被覆層を剥離して使用する。被覆層が剥離されている先端部分を芯線部１ａ、被覆層が存在する部分を被覆部１ｂという。光ファイバ１はフェルール１０の内部に挿入されている。具体的には、キャピラリ１１の光ファイバ孔１１ａに芯線部１ａが挿入される。被覆部１ｂはフランジ１２の空隙部１２ａに位置している。

光ファイバ１の芯線部１ａとキャピラリ１１とは接着部２によって接着されている。また光ファイバ１（主に被覆部１ｂ）とフランジ１２とは接着部３によって接着されている。接着部２および接着部３は、いずれも常温ガラス材によって形成されている。こうして光ファイバ１をフェルール１０の光ファイバ孔１１ａに常温ガラス材によって接着した光ファイバ保持構造（光ファイバフェルール構造）が形成されている。

常温ガラス材とは、加水分解可能な有機金属化合物を反応液中において、加水分解、脱水縮合させて形成されたガラスのことである。有機金属化合物としては、アルコキシド系を部分的に加水分解して得られる低縮合物やアルコキシシランが利用できる。加水分解、脱水縮合させる方法としてはホウ素イオンの存在下で触媒としてハロゲンイオンを添加する方法がある。常温ガラス材を形成する反応液を常温ガラス反応液という。この常温ガラス反応液は、反応の制御を容易にするために希釈することが望ましい。希釈液としては、加水分解可能な有機金属化合物を溶解することができ、しかも水を一定の割合で均一に混合できるものであればよい。例えば、メタノール、エタノール、ｉ−プロパノール、ｎ−プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのアルコール類、ブタノールとセルソルブとブチルセルソルブとの混合溶剤、又はキシレンとシクロヘキサンとの混合溶剤等が例示できる。また常温ガラス反応液に用いる溶媒として、水および有機金属化合物を溶解することができ、かつ水と均一に混合することができるものが利用できる。例えば、希釈液と同様のアルコール類やブタノール＋セロソルブ＋ブチルセロソルブ、あるいはキシロール＋セロソルブアセテート＋メチルイソブチルケトン＋シクロヘキサン等の混合溶媒が例示できる。加水分解、脱水縮合の反応は常温で進行するため常温ガラスと呼ばれている。しかし反応速度を制御するため２００℃以下の温度を加えてもよい。常温ガラス反応液はコーティング材として利用されてきたもので、接着剤として利用した例はない。

次に、光ファイバフェルールの製造方法について、図２、３を参照して説明する。図２はフェルールに光ファイバを挿入した状態を説明する説明図である。図３は光ファイバフェルールを常温ガラス反応液に浸漬した状態を示す説明図である。

光ファイバ１は先端部分の被覆層を剥離して芯線部１ａが形成された状態にする。フェルール１０のフランジ部１２側から空隙部１２ａに芯線部１ａを挿入し、図２のように芯線部１ａを光ファイバ孔１１ａに挿入し芯線部１ａの先端がわずかに外部に出た状態にする。光ファイバ１としては、芯線部１ａの外径（クラッド径）が約１２５μｍ、被覆部１ｂの外径が２５０μｍのものを用いた。光ファイバ１は、芯線部１ａのコアもクラッドも石英ガラスで形成されたガラス製で、１５６０ｎｍ光を導光するシングルモードファイバである。

光ファイバ孔１１ａの孔径は約１２６μｍである。クラッド径にも光ファイバ孔１１ａ孔径にも公差があるので、芯線部１ａと光ファイバ孔１１ａとの隙間は０．５〜１μｍ（径換算で１〜２μｍ）である。光ファイバ１の被覆部１１ｂとフランジ１２の最小の隙間は片側で約４５０μｍである。

図３に示すように、フェルール１０に光ファイバ１を挿入した状態で、容器２０に入れた常温ガラス反応液４にキャピラリ１１の先端を２〜３ｍｍ程度浸漬させた。常温ガラス反応液４としては（株）日興製ヘリオスコートＫＴを使用した。この常温ガラス反応液４には希釈液、溶媒としてイソプロピルアルコールが用いられている。この常温ガラス反応液４の粘度は０．００２〜０．０１Ｐａ・ｓと低いので、光ファイバ１の芯線部１ａとキャピラリ１１の間の空隙に毛細管現象により容易に浸透していく。常温ガラス反応液４に浸漬後１５〜３０秒程度で常温ガラス反応液は光ファイバ孔１１ａ内全体に充填される。充填完了後、１〜２分程度すると充填された常温ガラス反応液の粘度が高くなる。次に常温ガラス反応液をフランジ１２側の空隙部１２ａにスポイト等で自然落下する様に注入する。こうして光ファイバ光１１ａ、空隙部１２ａに常温ガラス反応液を充填した後、フェルール１０を光ファイバ１と一緒に常温ガラス液４から引き上げ、常温で７〜８時間自然放置すると、常温ガラス反応液が固化し、フェルール１０と光ファイバ１が接着される。環境温度にも左右されるが、２４Ｈ程度放置すると実用上十分な強度になる。以上の光ファイバ孔１１ａおよび空隙部１２ａへの常温ガラス反応液充填と常温放置をさらに２回繰り返した。その後、キャピラリ１１の端面１１ｂを研磨し、端面１１ａに付着した余分な常温ガラス材を取り除くとともに芯線１ａの端面をキャピラリ１１の端面１１ａと同じ平面上となるようにした。

製造されたキャピラリ１１の端面１１ａを観察したところ、常温ガラス反応液充填時には光ファイバ孔１１ａ内の芯線部１ａの位置は固定されていないにもかかわらず芯線部１ａは光ファイバ孔１１ａの中心に自動的に調芯されていた。この結果、この光ファイバフェルールを光コネクタに使用すると、光コネクタにおける光の結合効率が向上することができる。常温ガラス材を用いて接着すると、接着部分に容易に浸透でき、かつ常温で反応させることができるため、真空引きや加温のため特別な装置の必要はなく、低コストで製造できる。仮に加温が必要な場合も、２００℃以下と低温であるため、低融点ガラスに比べて、はるかに低温で処理することができる。

光ファイバ１に波長１５６０ｎｍ、光強度１Ｗのレーザ光を導光し、芯線部１ａの端面から放射する試験を行った。試験時間９０００時間後に芯線部１ａの端面を観察したが、端面に曇りの発生は見られなかった。これに対して接着剤にエポキシ樹脂を使用した従来例では試験時間５００時間で端面に曇りが発生した。

常温ガラス材はエポキシ系等の樹脂系接着剤に比べて数倍熱伝導率が大きいため、光ファイバ端面などから発生する熱を効率的に放熱できる効果もある。キャピラリの材質をジルコニアに替えてステンレスなどの金属を使用すると熱伝導率が２５倍以上大きいのでさらに大きな放熱効果が得られる。

加工用レーザ等ではフェルールに導光するレーザは１０Ｗ以上になる。このような高出力になるとファイバ及びフェルール端面にＡＲコーティングをしても上記端面はわずかな熱損出（例えば２０ｍｗ程度）を持つ。このわずかな熱損出でもファイバ端面は局部的に加熱され、熱が蓄積されると局部的に高熱となり、熱損傷を起こしやすい。一方、接着部に樹脂系接着剤が使用されていると、ファイバ端面が５０〜６０℃になると充填されてる樹脂系接着剤からガス状物質がフェルール端面からわずかながら発生する。このわずかなガスの影響でファイバ端面が曇り出すと、さらに熱損出が増えるため、さらに端面が曇ると言う悪循環に陥る。すなわち、わずかな曇り現象のきっかけがあるとファイバ端面はたちどころに熱損傷を受けてしまう。しかし、第１実施形態のように、接着部に常温ガラス材を使用するとガス状物質の発生がないので光ファイバ端面の曇り現象は発生しない。この結果、放熱の向上とともに信頼性に優れた光ファイバフェルールが得られる。

なお、第１実施形態では、接着部２、３ともに常温ガラス材によって形成されているが、接着部３はエポキシ樹脂等の樹脂系接着剤を使用してもよい。またキャピラリ１１の端面を常温ガラス反応液に浸漬させたが、空隙部１２ａに常温ガラス反応液を注入する方法で、光ファイバ孔１１ａ内に常温ガラス反応液を浸透させてもよい。

第２実施形態について図４を用いて説明する。図４はスリーブにより一対の光ファイバを結合させた光ファイバ保持構造を説明する説明図である。一対の光ファイバ１、１それぞれの一方端側の被覆をはぎ取り芯線部１ａ、１ａが形成されている。芯線部１ａ、１ａの先端を互いに当接させ融着接続により接続部１ｃが形成されている。スリーブ５の光ファイバ孔５ａ内に接続部１ｃが位置するように芯線部１ａ、１ａはスリーブ５で覆われている。スリーブ５は第２実施形態の保持部材である。光ファイバ孔５ａ内は常温ガラス材が充填され、光ファイバとスリーブとを接着する接着部６が形成されている。芯線部１ａの外径は１２５μｍ、光ファイバ孔５ａの孔径は２５０μｍである。

第２実施形態の製造方法を説明する。はじめに一対の光ファイバ１、１それぞれの一方端側の被覆をはぎ取り芯線部１ａ、１ａを形成する。一方の芯線部１ａにスリーブ５を挿入し、この芯線部１ａの先端に他方の芯線部１ａの先端を突き合わせて、融着によって接続し接続部１ｃを形成する。融着接続後、スリーブ５を接続部１ｃを覆う位置に移動する。接続部１ｃが光ファイバ孔５ａのほぼ中心になるようにすることが望ましい。その後、光ファイバ孔５ａの一端側から常温ガラス反応液を充填する。芯線部１ａとスリーブ５の間の隙間は非常に狭く、かつ常温ガラス反応液は粘性が低いので、光ファイバ孔５ａの端に反応液を付着させると毛細管現象により光ファイバ孔５ａ内に浸透する。こうして常温ガラス反応液は光ファイバ孔５ａ内全体に充填される。充填完了後、常温で放置すると、第１実施形態同様、常温ガラス反応液が固化し、光ファイバ１とスリーブ５が接着される。第２実施形態の場合も、第１実施形態同様、必要に応じて常温ガラス反応液充填、反応固化を数回繰り返す。

この場合も、接着部６に樹脂系接着剤を使用すると接続部１ｃから漏れた光や熱によって接着部６が劣化するが、接着部６に常温ガラス材を使用すれば接着部６の劣化を低減できる。また第１実施形態と同様、放熱効果も向上できる、製造コストも低減できる。

第３実施形態について図５を用いて説明する。図５はＶ溝付保持部材のＶ溝に光ファイバを固定した光ファイバ保持構造の説明図である。保持部材６はセラミックス、金属などであり、一面にＶ溝７が形成されている。この溝に光ファイバ１の芯線部１ａが載置されている。Ｖ溝は円筒状の光ファイバを正確に位置決めし、光ファイバ同士を光結合するためなどに用いられる。芯線部１ａと保持部材６は常温ガラス材から形成された接着部８により接着されている。

第３実施形態の製造方法を説明する。はじめにＶ溝付きの保持部材６を用意する。そのＶ溝７に光ファイバ１の芯線部１ａを載置する。次に、芯線部１ａに沿って常温ガラス反応液をＶ溝７中に充填する。充填完了後、常温で放置すると、第１実施形態同様、常温ガラス反応液が固化し、光ファイバ１と保持部材６が接着される。第２実施形態の場合も、第１実施形態同様、必要に応じて常温ガラス反応液充填、反応固化を数回繰り返す。なお、常温ガラス反応液の最初の充填時には、芯線部１ａをＶ溝７に載置する前に、Ｖ溝７に常温ガラス反応液を必要量塗布し、すばやく芯線部１ａをＶ溝７に載置するようにしてもよい。

この場合も、第１実施形態と同様、接着部の劣化を防止する効果、光ファイバ端面の曇りを防止する効果、放熱を向上する効果がある。

なお、第１〜３実施形態では一つまたは一対の光ファイバを用いたもので説明したが、複数または複数対の光ファイバいわゆる多芯型の場合にも適用できることはいうまでもない。また光ファイバフェルール、スリーブを用いた接続構造、Ｖ溝を用いた保持構造で説明したが、他の構造の保持構造にも適用できる。

第１実施形態の光ファイバフェルールの断面説明図 フェルールに光ファイバを挿入した状態を説明する説明図 光ファイバフェルールを常温ガラス反応液に浸漬した状態を示す説明図 スリーブにより一対の光ファイバを結合させた光ファイバ保持構造を説明する説明図 Ｖ溝付保持部材のＶ溝に光ファイバを固定した光ファイバ保持構造の説明図

符号の説明

１…光ファイバ
１ａ…芯線部
２、３、６、８…接着部
４…常温ガラス反応液
５…スリーブ（保持部材）
６…保持部材
７…Ｖ溝
１０…フェルール（保持部材）
１１…キャピラリ（保持部材）
１１ａ…光ファイバ孔

Claims (6)

1. 光ファイバと、前記光ファイバを保持する保持部材と、常温ガラス材によって形成され前記光ファイバと前記保持部材を接着する接着部が設けられていることを特徴とする光ファイバ保持構造。
2. 前記保持部材が光ファイバ孔を備えたフェルールであり、前記光ファイバ孔に挿入された前記光ファイバと前記フェルールとの間に前記接着部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ保持構造。
3. 前記保持部材がスリーブであり、前記スリーブの内部に挿入された一対の前記光ファイバと前記スリーブとの間に前記接着部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ保持構造。
4. 光ファイバと、前記光ファイバを保持する保持部材とを常温ガラス材によって接着することを特徴とする光ファイバ保持構造の製造方法。
5. 前記保持部材の保持位置に前記光ファイバを位置決めする第１工程と、前記保持部材と前記光ファイバとの間に常温ガラス反応液に浸透させる第２工程が設けられていることを特徴とする請求項４記載の光ファイバ保持構造の製造方法。
6. 前記保持部材が前記光ファイバを挿入可能な光ファイバ孔を備えており、前記光ファイバ孔に前記光ファイバを挿入する第１工程と、前記光ファイバ孔の一方端を常温ガラス反応液に浸漬する第２工程が設けられていることを特徴とする請求項４記載の光ファイバ保持構造の製造方法。

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