JP2009244618A - 光入出力端子 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、光ファイバに対する応力や熱的ダメージを低減する光入出力端子を提供すること。
【解決手段】光ファイバと該光ファイバを被覆する光ファイバ被覆部とを含んでなり、光ファイバ被覆部の少なくとも一部において、光ファイバが露出した光ファイバ露出部を有する光ファイバ体と、少なくとも光ファイバ露出部が収容される内孔を有する筒状体と、筒状体の内周面と光ファイバ露出部との間に配置され、内孔の一部を塞ぐ封止剤と、筒状体を保持する貫通孔を少なくとも１つ有し、貫通孔に筒状体の少なくとも一部が挿入されて筒状体を固定する基体と、を設け、光ファイバ露出部は、筒状体の貫通孔に挿入された挿入部において、筒状体の内周面と空隙を介して離間しており、封止剤は、前記挿入部を除く筒状体の非挿入部の内周面と光ファイバ露出部との間に配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光通信システム等に用いられる機器および部品の光ファイバ取付部に使用される光入出力端子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は、使用する環境および期間に応じて、長期信頼性が求められるものがある。例えば、海底光ケーブル中継器等の機器および部品は、交換作業が煩雑であるため、比較的高い長期信頼性が求められる。当該機器もしくは部品の外被は金属で構成されかつ外部からの水分等の浸入を防止すべく、気密がとれる構造としている。そのため、このような機器・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。

特に、光通信に使われる半導体レーザモジュールや半導体アンプモジュール等の光通信モジュールにおいては、筐体内部に格納されている半導体レーザ等の光素子が結露等により劣化するのを防止するため、気密性を有する筐体が使われており、上記光素子からの光を外部に取り出すためには筐体の気密性を損なうことなく光ファイバを筐体内に導入することが必要である。

このような気密構造を実現する方法として、外表面に金属膜が施された光ファイバを、金属製筒体（光ファイバ固定部）に挿入し、金属膜が施された光ファイバと金属製筒体とを半田で固定することにより光ファイバと金属製筒体との間の気密性を確保していた。さらに、上記金属製筒体は、筐体壁面に設けられた開口部に挿入され、外部との気密性を確保するために、半田や溶接で筐体と固定されていた。このような構造によって、光ファイバは、外部に対する気密性が確保されつつ、光通信モジュールの筐体内に導入されていた。

そして、この方法を用いた従来例として、図５に示すように、光ファイバ素線の外表面に金属膜を施した光ファイバをパイプ部材（金属製筒体）内に挿入し、パイプ部材内に半田を流し込んで光ファイバ素線間との気密封止を行い、かつ、パイプ部材と光ファイバ被覆部分間を接着剤にて固定した後、上記筐体壁面の開口部にパイプ部材を溶接して取り付けてなる光入出力端子が提案されている（特許文献１参照）。
特開平８−１５５７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された光入出力端子においては、半田封止部が別体の基体内に囲まれるため、熱膨張係数の差異により半田封止部に応力が集中し、半田封止部の気密特性に影響を与える可能性があった。さらに、この光入出力端子では、上記応力集中によって光ファイバのガラス部分にマイクロクラックが発生し、光ファイバが破損する可能性もあった。

本発明はこの様な問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、光ファイバに作用する応力が低減された長期信頼性に優れる光入出力端子を提供することにある。

上記問題点に鑑みて、本発明に係る光入出力端子は、光ファイバと該光ファイバを被覆する光ファイバ被覆部とを含んでなり、前記光ファイバ被覆部の少なくとも一部において、前記光ファイバが露出した光ファイバ露出部を有する光ファイバ体と、少なくとも前記光ファイバ露出部が収容される内孔を有する筒状体と、前記筒状体の内周面と前記光ファイバ露出部との間に配置され、前記内孔の一部を塞ぐ封止剤と、前記筒状体を保持する貫通孔を少なくとも１つ有し、前記貫通孔に前記筒状体の少なくとも一部が挿入されて前記筒状体を固定する基体と、を備え、前記光ファイバ露出部は、前記筒状体の前記貫通孔に挿入された挿入部において、前記筒状体の内周面と空隙を介して離間しており、前記封止剤は、前記挿入部を除く前記筒状体の非挿入部の内周面と前記光ファイバ露出部との間に配置されていることを特徴とする。

また、本発明において、前記筒状体は、前記封止剤が配置される部位の内周面に溝部を有し、該溝部に前記封止剤の一部が入り込んでいることが好ましい。

さらに、本発明において、前記溝部は、前記封止剤が配置される部位の内周面の全周に亘って形成されていることが好ましい。

さらに、本発明において、前記筒状体は、外周面に前記貫通孔の径よりも大きい段差部を有し、該段差部で前記基体の表面部に当接して固定されていることが好ましい。

さらに、本発明において、前記段差部と前記基体の表面部とを接着剤で固定することが好ましい。

さらにまた、本発明において、前記封止剤が、低融点ガラスからなることが好ましい。封止剤が低融点ガラスからなることにより、光ファイバ露出部へのメタライズ処理等の前処理が不要となる。

さらに、本発明において、前記接着剤は、前記封止剤よりも融点が低いことが好ましい。

このように、本発明によれば、光ファイバが筒状体の内周面に対して空隙を介して離間しており、かつ筒状体の基体への非挿入部における内周面と光ファイバとの間を封止剤で封止しているため、基体と封止部との熱膨張係数差異による封止部への応力集中を低減し、封止部の気密特性を安定にすることができる。さらには、封止部の応力集中を低減しているため、当該応力集中によって生じる光ファイバのマイクロクラックの発生を低減することができる。

また、本発明において、前記筒状体が、前記封止剤が配置される部位の内周面に溝部を有し、かつ該溝部に前記封止剤の一部が入り込んでいれば、封止剤の位置を制御できるため、封止を安定した条件で行うことができる。

また、本発明において、前記溝部が、前記封止剤が配置される部位の内周面の全周に亘って形成されていれば、封止剤が他の部位へ流れ出るのを効率良く制御することができ、より安定した位置で固定することができる。

また、本発明において、前記筒状体が、外周面に前記貫通孔の径よりも大きい段差部を有し、該段差部で前記基体の表面部に当接して固定されていれば、基体と筒状体の接合を安定した条件で行える。

また、本発明において、前記封止剤を低融点ガラスとすれば、光ファイバ露出部へのメタライズ処理等の前処理が不要となる。

また、本発明において、前記接着剤の融点が前記封止剤よりも融点が低ければ、基体と筒状体の接合において、封止剤を軟化させることがないため、気密不良を低減することができる。

したがって、本発明によれば、光ファイバに対する応力や熱的ダメージが低減された長期信頼性に優れる光入出力端子を提供することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る光入出力端子について説明する。
本発明の実施の形態に係る光入出力端子１は、図１に示すように、光ファイバ２ａの一部が露出した光ファイバ露出部２ｃと光ファイバ２ａが樹脂等で覆われた光ファイバ被覆部２ｂとを有する光ファイバ体２と、少なくとも光ファイバ露出部２ｃを収容する筒状体３と、筒状体３の内孔３ａを塞ぐように配置された封止剤４と、筒状体３を固定する基体５と、を有する。なお、光ファイバ露出部２ｃとは、光ファイバ体の周囲に施されている樹脂製の被覆を除去した部位を指している。具体的には、この光ファイバ露出部２ｃとは、コアと該コアの周囲を被覆するクラッドとで構成されている部分を指している。

光ファイバ露出部２ｃは、筒状体３の挿入部３ｃにおいて、筒状体３の内周面３ｂと空隙を介して離間しており、封止剤４は、挿入部３ｃを除く筒状体３の非挿入部３ｄにおいて内周面３ｂと光ファイバ露出部２ｃとの間に配置されている。ここで、挿入部３ｃとは、筒状体３の中で基体５の貫通孔５ａに挿入されている部分をいい、図１において二重実線で示している。また、非挿入部３ｄとは、筒状体３の中で基体５の貫通孔５ａに挿入されていない部分をいい、図１において二重点線で示している。

従来の光入出力端子では、封止剤４が、筒状体３の挿入部３ｃにあるため、基体５との線膨張係数差異による封止剤４への応力集中を排除することができなかった。しかしながら、本発明では、封止剤４を筒状体３の非挿入部３ｄに設けたことにより、基体５との線膨張係数差異による封止剤４への応力集中を排除することができ、光ファイバ露出部２ｃの破損を抑制することができる。

筒状体３は、開口部３ｅおよび溝部３ｆを有している。開口部３ｅは、封止剤４を注入するためのものであって、封止剤４は筒状体３の開口部３ｅから注入され、図１に示すように、開口部３ｅ、溝部３ｆの位置において、筒状体３の内孔３ａを封止する。溝部３ｆは、筒状体３の内周面３ｂにおいて開口部３ｅに対向して形成してもよいし、筒状体３の長手方向に関して開口部３ｅと同位置に内周面３ｂの周回方向に形成してもよい。溝部３ｆを筒状体３の長手方向に関して開口部３ｅと同位置に内周面３ｂの周回方向に形成する場合、溝部３ｆと開口部３ｅとは連続していてもよいし、離れていてもよい。溝部３ｆと開口部３ｅとが連続していれば、開口部３ｅから注入された封止剤４は内周面３ｂに形成された溝部３ｆを伝って充填されるため、封止剤４は溝部３ｆと開口部３ｅの位置と異なる位置に流動しにくくなる。また、封止剤４が固まった後においては、上述したような溝部３ｆを形成することにより、封止剤４と筒状体３との係止部分がより大きくなるため、封止剤４の筒状体３に対する係止が良好なものとなる。さらに、上述したように、溝部３ｆを内周面３ｂの周回方向に沿って形成することにより、より封止剤４の筒状体３に対する係止が良好なものとなる。

また、光入出力端子１は、図１に示すように、筒状体３と光ファイバ体２との間に耐熱性を備えた保護チューブ８を有していてもよく、保護チューブ８は筒状体３の両端にそれぞれ挿嵌され両保護チューブ８に光ファイバ体２が挿入されている。このような構成とすることにより、封止時における熱の影響から、光ファイバ被覆部２ｂを保護することができる。

さらに、筒状体３は、図２に示すように、段差部３ｇが設けられていてもよい。この場合、段差部３ｇは、基体５の貫通孔５ａ周辺の壁部５ｂに当接され、筒状体３は接合剤６で基体５に固定される。このように、光入出力端子１では、段差部３ｇを設け基体５の貫通孔５ａ周辺の壁部５ｂに当接させて筒状体３を接合剤６で基体５に固定することにより、位置決め精度を向上させることができるとともに、筒状体３の基体５に対する固定を強固なものとすることができる。また、接合剤６が固まる前においては、筒状体３は基体５に対してずれやすいが、段差部３ｇを基体５の壁部５ｂに当接させることにより接合剤６が固まる前であっても筒状体３は基体５に対してずれにくくなる。

以下、各部材の具体的な構成について説明する。
光ファイバ体２は、図１に示すように、光ファイバ２ａと光ファイバ２ａを被覆する光ファイバ被覆部２ｂとを有する。さらに、光ファイバ体２は、光ファイバ被覆部２ｂの少なくとも一部が取り除かれ、光ファイバ２ａが露出した光ファイバ露出部２ｃを有する。光ファイバ２としては、如何なるものを用いてもよいが、例えば石英系光ファイバなどを用いることができる。

筒状体３は、光ファイバ体２を保持するものであって、後述の基体５の貫通孔５ａに挿入される。挿入状態においては、光ファイバ体２の光ファイバ露出部２ｃは、筒状体３の内孔３ａ内に配置される。また、筒状体３は、図１に示すように、封止剤４の位置決めを行うための開口部３ｂ、溝部３ｃを有していてもよい。
また、基体５の挿入孔５ａとの当接固定のため、図２に示すように、筒状体３には、挿入孔５ａより径の大きい段差部３ｇを有していてもよい。

筒状体３を構成する材料としては、例えば金属（ステンレス、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、銅、鉄およびニッケルなど）、セラミックス（酸化アルミニウム（アルミナ）および酸化ジルコニウム（ジルコニア）など）、ガラス（石英など）などが挙げられる。この中でも光ファイバ露出部２ｃとの接合で低融点ガラスを用いる場合を考慮し、熱膨張係数を合わせて信頼性を高めるため、基体５と同様、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を用いるのが好ましい。

封止剤４は、筒状体３の内孔３ａに充填されるものであり、光ファイバ露出部２ａにおける光ファイバ２と筒状体３の内周面３ｂとの間を完全に封止する。封止剤４の材料は、半田でも低融点ガラスでもよい。封止剤４として半田を用いる場合は、予め光ファイバ露出部２ｃにおける光ファイバ２ａの表面に、半田のぬれ性を良くするという観点から、例えば、無電解めっきで金属膜を施してもよい。このような金属膜は、例えば、Ｎｉ層を下地としてその上にＡｕをめっきしたものを用いると良い。また、封止剤４として低融点ガラスを用いる場合は、光ファイバ２ａへの前処理が不要であるため、コストメリットがある。

半田の種類は、Ｐｂ／Ｓｎ半田、Ａｕ／Ｓｎ半田、Ａｇ／Ｓｎ半田などいずれでも良いが、欧州のＲｏＨＳ規制を考慮し、無鉛半田を用いることが望ましい。

低融点ガラスの種類は、酸化鉛、酸化ホウ素などを主成分としたものがあるが、光ファイバ２ａへの圧縮応力がかかるように光ファイバ露出部２ｃの熱線膨張係数より大きいもの、例えば、０．５〜１０×１０^−６／℃のものを選定することが望ましい。

例えば、このような熱膨張係数を有する部材の組合せの一例としては、光ファイバ２ａが石英（熱膨張係数：０．５×１０^−６／℃）、封止剤４が、酸化鉛、酸化ホウ素、および酸化ビスマス材料を含んでなる低融点ガラス（熱膨張係数：８×１０^−６／℃、ガラス転移点：２１５℃）が挙げられる。

また、封止剤４の粘度は、１０Ｐａ・ｓ〜３００Ｐａ・ｓであることが好ましく、３０Ｐａ・ｓ〜２００Ｐａ・ｓであることがさらに好ましい。封止剤４の粘度が、このような範囲にあれば、封止剤が内孔を伝って流動しにくくなり、かつ開口部３ｂ、溝部３ｃの位置において内孔３ａを精度よく封止できる。

保護チューブ８は、封止時における熱の影響から、光ファイバ被覆部２ｂの被覆樹脂部を保護するために筒状体３と光ファイバ被覆部２ｂの間に挿入される。このように保護チューブ８を配置することにより、筒状体３から光ファイバ被覆部２ｂへの熱の伝導を防止することができる。保護チューブ８と光ファイバ２とは、接着剤７で固定される。また、保護チューブ８は、光ファイバ体２ａへの引っ張りが発生しても光ファイバ露出部２ｃが破損しないように、ベンドリミッタの役割も担う。保護チューブ８の材料としては、耐熱性のポリイミド系やフッ素系樹脂が望ましい。これらは、高温に耐えることができるため好ましい。

接合剤６は、筒状体３を基体５に接合固定するためのものである。このような接合剤６としては、半田、低融点ガラス、セラミック系接着剤、ポリイミド系接着剤、またはエポキシ系接着剤を用いることができる。また、接合剤６は、封止剤４よりも融点が低いことが好ましい。これにより、基体５と筒状体３の接合において、接合剤６を溶かすために熱を加えたとしても、当該熱による封止剤４の軟化を防ぐことができるため、封止剤４の融解による気密不良の発生をより減少させることができる。

接着剤７は、保護チューブ８を筒状体３に接着固定するためのものである。このような接着剤７としては、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤、またはシアノアクリレート系接着剤を用いることができる。エポキシ系接着剤は、熱硬化後硬度が上がり接着性に優れるため好適に用いられる。

図３は、本発明に係る光入出力端子を複数備えた形態を示している。本形態では、各光入出力端子が、同一の基体５に固定されている。光入出力端子は、用途によって、複数本の光ファイバを必要することがあるため、上記形態のように、共通の基体５でもって固定された複数の光入出力端子を備えていてもよい。このような形態は、たとえば外部と気密性を確保したい筐体の一部に組み込むことによって、外部と筐体との間の気密を維持しつつ、外部から筐体内部に光ファイバを導入することが可能となる。

（光入出力端子の製造方法）
以下、本発明に係る光入出力端子の製造方法について具体的に説明する。

まず、光ファイバ２ａが光ファイバ被覆部２ｂにより被覆された光ファイバ体２を準備する。そして、図４（ａ）に示すように、封止箇所において光ファイバ２ａから光ファイバ被覆部２ｂを除去し、光ファイバ露出部２ｃを形成する。ここで、光ファイバ被覆部２ｂの除去は、化学処理により光ファイバ被覆部２ｂを溶かすことにより行うことができ、この場合、光ファイバ２ａへの物理的損傷を効率良く低減することができる。また、封止剤４として半田を用いる場合は、光ファイバ露出部２ｃにおける光ファイバ２ａの表面に対して、メタライズ等の表面処理を施してもよく、これにより半田の濡れ性を向上させることができる。

つづいて、貫通孔を有する２つの保護チューブ８を準備する。図４（ｂ）に示すように、これらの保護チューブ８に光ファイバ２を挿入して、保護チューブ８を、光ファイバ露出部２ｃの両側の光ファイバ被覆部２ｂにそれぞれ配置し固定する。保護チューブ８と光ファイバ２との固定は、接着剤を用いて行ってもよいし、光ファイバ被覆部２ｂより小さい径を有する保護チューブ８を光ファイバ被覆部２ｂに装着することにより行ってもよい。

さらに、上述のように保護チューブ８が装着された光ファイバ２を、図４（ｃ）に示すように、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の筒状体３の内孔３ａに挿入し、光ファイバ露出部２ｃが内孔３ａ内に位置するように筒状体３を配置する。保護チューブ８は、筒状体３と光ファイバ２の間に配置され、ベンドリミッタの役割を担う。
なお、筒状体３の外表には、基体５との半田接合を考慮し、Ｎｉを下地にした金メッキを施してもよい。
筒状体３の大きさは任意であり、組み込まれる光ファイバ及び保護チューブ８の寸法を考慮して適宜設定される。

つづいて、図４（ｃ）に示すように、筒状体３に形成された開口部３ｂから酸化鉛、酸化ホウ素、および酸化ビスマス材料を含んでなる低融点ガラス（封止剤４）を投入し、高周波誘導加熱装置等でその部分を局所加熱し、封止剤４を溶融し封着させる。

次に、図４（ｄ）に示すように、光ファイバ露出部２ａが封止剤４で封着された筒状体３を基体５の貫通孔５ａに挿入し、筒状体３に形成された段差部３ｇを基体５の貫通孔５ａ周辺の壁部５ｂに当接させて筒状体３を基体５に固定する。その状態で、高周波誘導加熱装置等によりその部分を局所加熱し、例えば、Ａｕ／Ｓｎ半田等の接合剤６で接合を行う。

最後に、筒状体３と保護チューブ８、光ファイバ２を接着剤７で固定する。保護チューブ８と筒状体３との接合は、図１に示すように、保護チューブ８の外表および筒状体３の端面により形成される領域Ａに接着剤７を塗布することにより行うことができる。
上述の製造方法により、本発明に係る、長期信頼性に優れる光入出力端子を作製することができる。

本発明のある実施の形態に係る光入出力端子の断面図である。 本発明の別の実施の形態に係る光入出力端子の断面図である。 本発明の光入出力端子を用いた光海底ケーブル中継器の断面図である。 本発明に係る光入出力端子の製造方法の工程図である。 従来例の光入出力端子の断面図である。

符号の説明

１ 光入出力端子
２ 光ファイバ体
２ａ 光ファイバ
２ｂ 光ファイバ被覆部
２ｃ 光ファイバ露出部
３ 筒状体
３ａ 内孔
３ｂ 内周面
３ｃ 挿入部
３ｄ 段差部
３ｅ 開口部
３ｆ 溝部
３ｇ 段差部
４ 封止剤
５ 基体
５ａ 挿入孔
５ｂ 壁部
６ 接合剤
７ 接着剤
８ 保護チューブ

Claims (7)

1. 光ファイバと該光ファイバを被覆する光ファイバ被覆部とを含んでなり、前記光ファイバ被覆部の少なくとも一部において、前記光ファイバが露出した光ファイバ露出部を有する光ファイバ体と、
   少なくとも前記光ファイバ露出部が収容される内孔を有する筒状体と、
   前記筒状体の内周面と前記光ファイバ露出部との間に配置され、前記内孔の一部を塞ぐ封止剤と、
   前記筒状体を保持する貫通孔を少なくとも１つ有し、前記貫通孔に前記筒状体の少なくとも一部が挿入されて前記筒状体を固定する基体と、を備え、
   前記光ファイバ露出部は、前記筒状体の前記貫通孔に挿入された挿入部において、前記筒状体の内周面と空隙を介して離間しており、
   前記封止剤は、前記挿入部を除く前記筒状体の非挿入部の内周面と前記光ファイバ露出部との間に配置されていることを特徴とする光入出力端末。
2. 前記筒状体は、前記封止剤が配置される部位の内周面に溝部を有し、該溝部に前記封止剤の一部が入り込んでいることを特徴とする請求項１記載の光入出力端子。
3. 前記溝部は、前記封止剤が配置される部位の内周面の全周に亘って形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光入出力端子。
4. 前記筒状体は、外周面に前記貫通孔の径よりも大きい段差部を有し、該段差部で前記基体の表面部に当接して固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光入出力端子。
5. 前記段差部と前記基体の表面部とを接着剤で固定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光入出力端子。
6. 前記封止剤が、低融点ガラスからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光入出力端子。
7. 前記接着剤は、前記封止剤よりも融点が低いことを特徴とする請求項６記載の光入出力端子。

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