JP3293958B2 - 光ファイバ引出封止機構を有する光素子筐体構造物、およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ引出封止機構
を有する光素子筐体構造物およびその製造方法に関する
ものである。更に詳しく述べるならば、本発明は、例え
ばＬｉＮｂＯ ₃ といった電気光学結晶基板上に形成され
た光導波路、およびこの光導波路中を伝播する光波を外
部電界により制御するための電極を備えた導波路型光素
子、例えばＴｉ導波路型ＬｉＮｂＯ₃ 光変調器、光スイ
ッチ等を実装するための光素子筐体構造物およびその製
造方法に関するものである。特に本発明は、非常に高い
信頼度を要求される光通信システムでの使用にかなう光
部品を作製するための筐体構造物およびその製造方法の
うち、光ファイバを気密に筐体中に導く構造物、および
その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信技術が公衆通信手段として注目さ
れるにしたがい、光通信システムを構成する光部品の開
発において、その性能のみでなく、信頼性についても重
要視されるに至った。電気光学結晶基板上に形成された
光導波路およびこの光導波路中を伝播する光波を外部電
界により制御するための電極を備えた、いわゆる導波路
型光素子においても、光部品としての高信頼化を図るた
めに様々な工夫がなされている。

【０００３】しかし、これら電気光学結晶を用いた光部
品の製造工程において、本光部品を構成する光導波路素
子を、導波路型光素子を収容し外界に対し気密封止する
ための筐体構造、およびその実装技術は、未だ開発途上
である。

【０００４】光素子を収納し、かつ封止が可能な従来の
筐体構造物およびその実装方法では、光ファイバ引出部
（スリーブ）の構造として、スリーブ部の貫通孔に光フ
ァイバを通した後に生ずるわずかな隙間を、接着剤ある
いは充填剤で充填固定する構造、あるいはゴムのような
弾性体、ソフトメタルといった材質で作製されたスリー
ブ中子を光ファイバに密着させる構造、を採用してい
る。つまりこれらのスリーブ構造では、一般にナイロン
のような樹脂で構成される光ファイバの保護被覆表面
に、エポキシ系接着剤、ゴム、金属といった異種材料を
機械的に密着あるいは圧着させることにより、封止を行
なっている。

【０００５】また、従来の他の光ファイバ貫入部の封止
機構では、上記で生ずる問題点、つまり従来の筐体スリ
ーブ構造で採用されているような、一般にナイロンのよ
うな樹脂で構成される光ファイバの保護被覆表面に、エ
ポキシ系接着剤、ゴム、金属といった異種材料を機械的
に密着あるいは圧着させることにより封止を行なう機構
で問題となる、異種材料間の界面の密着度の経年変化予
想の困難さを改善し、さらに、光ファイバ貫通部の構造
を単純にし構成部品の点数・煩雑さを減らすことによ
り、高い信頼度を獲得する目的で、光素子を収納する筐
体に光ファイバを貫通させる部分のスリーブ構造を、ス
リーブ材質を樹脂とし、光ファイバの保護被覆部分をス
リーブと内接させ、スリーブと光ファイバの接触部分を
融着（メルト）することにより一体化できる構造として
いる。

【０００６】従来の、接着・圧着・かしめ・融着等の手
法を用いた封止型の光ファイバ引出部構造によっても、
封止に対する初期性能（例えば、連続動作期間数十日程
度に渡る、湿度雰囲気下での素子の性能テスト）は満足
できるが、実際の長期（数十年）に渡る連続使用につい
ては、その封止性能に疑問が生ずる。なぜなら、これら
の方法では、ファイバの保護被覆も含めて、封止に関わ
る部材が樹脂であるため、仮に界面リークの問題が解決
されたにせよ、その封止性は、樹脂固有の透湿性・気密
性に左右されるためである。

【０００７】樹脂製封止材の透湿性については、例え
ば、北沢、貝津らによる「海底中継器筐体の透湿設
計」、電子通信学会通信方式研究会資料、ＣＳ７２−１
２２（１９７２）Ｐ１．に、ポリエチレンを例にとって
詳述されており、その設計指針も示されている。中継器
のような１ｍ長にも及ぶ大型の筐体では、予め透湿量が
明かにされている樹脂の使用体積を、可能な限り減らす
ことで、筐体中へのリーク量を相対的に減ずることがで
き、数十年に渡る使用に耐える封止を実現することがで
きる。しかし、例えば光強度変調器のような、１０cm長
程度の小型筐体となると、樹脂封止箇所からのリーク量
は相対的に大きくなり、長期使用に耐えない可能性がで
でくる。

【０００８】樹脂封止の欠点を解決する方法として、樹
脂よりも低い透湿性を有するガラス・金属による封止法
があり、半導体素子用筐体構造として既に一般化してい
る（例えば、R.R.Tummala & E.J.Rymaszewski 編「マイ
クロエレクトロニクス パッケージング ハンドブッ
ク」日経ＢＰ社（１９９１））。このようなガラス封止
法は、ガラスを溶融できる高い温度を経るプロセスが必
要となるため、光ファイバ引出部のような最終実装段階
で用いるには不適切であり、２００℃以下という比較的
低温で処理可能な金属封止法が適当である。

【０００９】半田を用いた光ファイバ貫通部を金属封止
する場合、光ファイバは、必要箇所の保護被覆を除去し
て、露出させた裸光ファイバ表面にメタライジング処理
を施し、半田接合可能な状態とし、筐体に貫入した金属
パイプに半田付けされている。一方、ファイバの先端
は、適当な補強治具（キャピラリなど）を介して、光素
子端に接着固定されている。従って光ファイバは、素子
端と半田付け部の少なくとも二カ所で固定されている。
さらに、ファイバを素子端に接着する際の光軸調整を容
易にする等の目的で、素子端から半田付け部までのファ
イバ長さを１０〜３０mm程度にとることが多い。しか
し、このように離間長を長くするにしたがい、光ファイ
バと金属筐体の熱膨張率差に基づく熱応力が大きくな
り、固定部分の機械的信頼性が低くなる。また、露出し
た裸光ファイバ部分が長くなるため、表面傷によるファ
イバ破断の危険性も高くなる。

【００１０】従って、以上のような問題点、特に熱応力
・機械的衝撃等によるファイバ破断を防止できる金属封
止法を用いた、光ファイバ引出部筐体構造が必要とされ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】公衆通信手段としての
光通信システムを構築するための、高い信頼度を有する
光部品、例えば電気光学結晶基板上に形成された光導波
路およびこの光導波路中を伝播する光波を外部電界によ
り制御するための電極を備えた導波路型光素子の製造工
程において、その信頼性を左右する重大要素の一つとし
て、気密封止可能な光素子筐体の、光ファイバ引出部
（スリーブ）構造が重要である。本発明は、従来技術の
前述の問題点を解決し、信頼性が高い、光ファイバ引出
封止機構を有する光素子筐体構造物、およびその製造方
法を提供しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバ引出
封止機構を有する光素子筐体構造物は、光素子を収納
し、かつ光ファイバ引出用透孔が形成されている端部を
有する筐体と、裸光ファイバおよびそれを被覆保護して
いる被覆層とからなり、前記筐体の透孔を通って前記光
素子に接続されている光ファイバと、前記筐体の端部
に、前記透孔を封止するように連結され、前記光素子に
接続された光ファイバを前記筐体の外に引き出し、かつ
これを気密に封止するスリーブ部とを有し、 前記スリーブ部が下記要素： （Ａ）光ファイバ端部封止部材、および （Ｂ）光ファイバ固定部材、 を有し、前記光ファイバ端部封止部材（Ａ）は、前記光
ファイバと前記光素子との接続部の外側に配置され、前
記筐体端部に気密に接続された周縁部と、この周縁部に
連続し、かつ貫通孔を有する中央部とを有し、前記中央
部の貫通孔には前記被覆層が除去されている裸光ファイ
バ端部が通され、この貫通孔と、前記裸光ファイバ端部
との間の間隙は気密に接続封止されており、かつ前記光
ファイバ端部封止部材（Ａ）は熱応力に対し変形可能な
金属薄板により成形されており、前記光ファイバ固定部
材（Ｂ）は、前記光ファイバ端部封止部材（Ａ）の外側
に配置され、前記筐体端部に接続されている周縁部と、
ほゞ中央部に形成された貫通孔とを有し、前記貫通孔に
は、前記光ファイバが通され、この光ファイバの被覆層
が、前記貫通孔の内壁面に密着し、それによって前記光
ファイバが保持固定されている、ことを特徴とするもの
である。

【００１３】本発明の光素子筐体構造物において、前記
光ファイバ端部封止部材（Ａ）は、円筒体形状を有し、
この円筒体の一端に、前記中央部として前記貫通孔を有
する底面部が形成されており、かつ他端の周縁部が、前
記筐体端部に、気密に接合されているものであってもよ
い。

【００１４】本発明の光素子筐体構造物において、前記
光ファイバ端部封止部材（Ａ）はその中央部に収斂する
ロート状の形状を有し、この収斂中央部に前記貫通孔が
形成され、その外周縁部が、前記筐体端部に気密に接合
されているものであってもよい。

【００１５】本発明の光素子筐体構造物において、前記
光ファイバ端部封止部材（Ａ）は、ほゞ平板状の形状を
有し、そのほゞ中央部に前記貫通孔が形成されており、
その外周縁部が前記筐体端部に気密に接合されているも
のであってもよい。

【００１６】前記光ファイバ引出封止機構を有する光素
子筐体構造物を製造するための本発明方法は、光素子を
収納し、かつ、光ファイバ引出し用透孔が形成されてい
る端部を有する筐体と、裸光ファイバおよびそれを被覆
保護している被覆層とからなる光ファイバと、（Ａ）光
ファイバ端部封止部材、および（Ｂ）光ファイバ固定部
材を有するスリーブとを用い、但し、前記光ファイバ端
部封止部材（Ａ）は、周縁部と、この周縁部に連続し、
かつ貫通孔とを有する中央部とを有し、かつ、前記光フ
ァイバ端部封止部材（Ａ）は、熱応力に対し、変形可能
な金属薄板により形成されており、前記光ファイバ固定
部材（Ｂ）は、周縁部と、それに連続する中央部と、こ
の中央部に形成された貫通孔とを有するものであって、
前記光ファイバ固定部材（Ｂ）の光ファイバ貫通孔に、
前記光ファイバを通し、前記光ファイバの、前記被覆層
を除去された裸光ファイバの端部を、前記光ファイバ端
部封止部材（Ａ）の貫通孔に通し、前記裸光ファイバ端
部端面を、前記筐体中の光素子に接続し、前記光ファイ
バ端部封止部材（Ａ）を前記光ファイバと前記光素子と
の接続部の外側に配置して、その周縁端を、前記筐体端
部に気密に接合封止し、前記光ファイバ端部封止部材
（Ａ）の貫通孔と、それを通る光ファイバ端部との間の
隙間を気密に接合封止し、前記光ファイバ固定部材
（Ｂ）を前記光ファイバ端部封止部材（Ａ）の外側に配
置し、この光ファイバ端部封止部材（Ａ）の貫通孔と、
それを通る光ファイバの被覆層とを密着させて、それに
よって光ファイバを保持固定し、前記光ファイバ固定部
材（Ｂ）の周縁端を、前記筐体に接合する、ことを特徴
とするものである。

【００１７】

【作用】先ず、従来の光ファイバ引出封止機構の一例を
図１に示す。図１において、金属製筐体１中に光素子２
が収納されており、この光素子２は、筐体１の底面上
に、接着剤３により固定されたセラミック製固定治具４
により保持されている。光ファイバ５は、裸光ファイバ
６およびその保護被覆層７よりなり、この光ファイバ５
は筐体１の側壁部８に貫通されたパイプ９を通って筐体
１内に導入されている。また光ファイバ５の先端部分
は、その被覆層が除去され、金メッキされた裸光ファイ
バ６が露出している。裸光ファイバ６とパイプ９とは半
田１０により接着され、その間隙が封止されている。光
ファイバ５の裸光ファイバ６の先端は、光素子の端部
に、光学的接着剤１１により接着されており、この接合
部は、セラミック固定具１２により補強されている。

【００１８】上記のような従来の光ファイバ引出封止機
構においては、光ファイバは、光素子端部と、パイプと
の２ケ所において接着固定されており、この固定個所の
間隔は、前述のように一般に１０〜３０mm程度になり、
このため、光ファイバと、筐体の熱膨張率の差に基づ
き、光ファイバと光素子の接合部に負荷される熱応力が
大きく、この接合部の信頼性が不十分になる。また、裸
光ファイバの露出部が長いため、その表面に損傷を生ず
る危険性が大きくなる。

【００１９】本発明の光素子筐体構造物において光素子
を収納する金属製筐体に、前記光素子に光を入出力する
ための光ファイバを貫通させる部分、いわゆるスリーブ
構造部における上記の問題を改善するための基本構造と
して、前記筐体の、少なくとも光ファイバが貫入する端
部には、薄い金属板部品が、（すなわち、光ファイバ端
部封止部材）溶接あるいは半田により接合されており、
前記金属薄板部品の光ファイバ貫入部は、少なくとも裸
光ファイバを貫通できる大きさの孔が設けられており、
この孔の部分で、貫通した前記光ファイバが半田付され
ていることにより、まず金属封止法により気密封止でき
る、光ファイバ貫入筐体を与えることができる。

【００２０】一般的な実装手順としては、筐体中に納め
られた素子端に光ファイバを光軸調整し、両者を光学用
紫外線硬化接着剤等により固定した後に、筐体とファイ
バを半田封止することが多い。従って、前記金属薄板の
ファイバ貫通孔の大きさを、裸光ファイバの直径よりも
大きく光ファイバ保護被覆の直径程度の大きさよりも小
さいこと、つまり、孔の直径を０．１２５mmより大き
く、１mm以下とすることにより、前記金属薄板を予めフ
ァイバに通しておくことも可能で、かつ半田付け面積を
小さくすることができる。半田付け部分を金属薄板とす
る理由の一つは、この部分の熱容量をできる限り小さく
することにより、局所加熱による半田付けを可能にし、
光ファイバ端と素子端との接着部分の熱劣化を防ぐこと
であり、当然半田でふさぐべき孔の大きさも小さい方が
望ましい。

【００２１】熱応力の問題を避ける手段の一つとして、
上記筐体構造において、素子端と接着固定されたファイ
バ端から、ファイバの半田付け箇所、つまり金属薄板ま
での距離を可能な限り短くする方法が効果的である。

【００２２】仮に筐体を真鍮あるいはステンレスで作製
するとし、光ファイバとの熱膨張率差により発生する熱
応力σを計算すると、真鍮の熱膨張率が１７．５×１０
^-6（ステンレスも同程度）、石英ガラスの熱膨張率が
０．５５×１０^-6であるから、離間長さをＬ〔単位
ｍ〕、温度差を１００℃とすると、 σ＝Ｅ×｛（１７．５−０．５５）×１０^-6）×１００
×Ｌ Ｅは真鍮のヤング率で、１０．０６×１０^-10 〔Ｎ
ｍ^-2〕であるから、 σ＝１．２６×１０⁸ ×Ｌ〔Ｐａ〕 となる。

【００２３】図２に、ファイバ離間長さＬ、と応力の関
係を示した。Ｌ＝２０mmとすると、上式より単純計算し
た熱応力は２ＭＰａを越えることがわかる。一方、紫外
線硬化接着剤によるファイバと素子の接着強度（引張強
度）は、図３、および図４に示すように、０．３〜１ｋ
ｇｆである。

【００２４】図５には、光ファイバの裸光ファイバの半
田付け部分に引張力を与えて破断する試験方法およびそ
の破断モードが示されている。図５（１）に示されてい
るように、裸光ファイバ２１（金メッキ部２２、非メッ
キ部２３とからなるを、基板２４の孔に通し、高さ約１
mmの錫鉛ハンダ層２５により接着し、これに矢印ａ方向
の引張力を与えて破断試験を行ったとき、裸光ファイバ
２１は、図５（２）に示すように金属メッキ部２２と、
非メッキ部２３の境界部で破断する破断モード（Ａ）、
図５（３）に示されているように、金メッキ部２２内に
おいて破断する破断モード（Ｂ）、および図５（４）に
示されているように、金メッキ部２２と基板との接合部
で破断する破断モード（Ｃ）とがある。

【００２５】図６および図７に示されているように、光
ファイバの半田付け部分の引張強度は破断モード（Ａ）
〜（Ｃ）において、３００〜１０００ｇｆ程度である。
図７において、供試光ファイバは、保護被覆層を濃硫酸
により分解除去した後にメッキ処理を施したものであっ
た。後述するように、これらの破壊はそれぞれ形態が種
々異なるため、一括した比較、さらには単純計算した熱
応力との比較は困難であるが、簡単な見積を行うため
に、仮に破壊が接合界面つまりファイバ側面（およそ、
φ０．１２５×π×Ｌ１．５＝０．５８９mm² ）で生じ
たものとすると、接合部の強度は５〜１７Ｍｐａとな
る。これは、図２に示した熱応力の計算値と同じオーダ
ーであり、より高い信頼度を確保するためには、可能な
限り離間長を短くする必要がある。上記の単純化した計
算結果より見積もると、前記筐体中に収納された素子端
に接続された光ファイバ先端から、前記金属薄板に半田
付けされた部分までの長さが、２０mm以下であることが
好ましい（熱応力による接合部の引張力が、接合強度の
約半分）。

【００２６】ここで、上記で参照した諸データの測定条
件を説明しておく。図３は、代表的な紫外線硬化型接着
剤ＮＯＡ６１（ノーランド社、米国）とＮ５７（ＮＴＴ
開発品、ダイキン社のＵＶ−１０００に相当）について
行った引張強度試験の結果である。サンプルは、アセト
ン洗浄した裸光ファイバ（直径０．１２５mm）を、内径
０．１２８〜０．１２９mm、外径１mm、長さ１．５〜２
mmの石英ガラスキャピラリーに通し、ニオブ酸リチウム
基板に接着した。硬化条件は、各接着剤に規定された指
示にしたがった。また、温度環境の接着強度に対する影
響をみるため、７０℃・室温（ＲＴ）でそれぞれ１５時
間保持した後に強度測定を行った。接着部の破壊形態
は、キャピラリーを基板に残したままファイバがキャピ
ラリーから抜けるもの（図中○）がほとんどであった。
稀ではあるが、ファイバがキャピラリー近傍で破断する
もの（●）もあり、これは、キャピラリーにファイバを
通す際に付いたファイバ表面傷によるものと考えられ
る。

【００２７】図４は、ＮＯＡ６１について調べた、接着
処理条件の影響を示している。接着剤容器から新たに出
した接着剤を用いた場合（図中Ｎｅｗ）と、別容器に小
分けされ何度も大気中に晒された経歴の接着剤を用いた
場合（Ｕｓｅｄ）、の強度を比較すると、後者では強度
が劣化し易いことがわかる。また、ファイバ表面を濃硫
酸で洗浄した場合と、アセトンで洗浄した場合の比較で
は、前者の方が高い接着強度が得られた。

【００２８】以上、図３、および図４の結果より、光フ
ァイバと光素子の接着強度はプロセス、環境に大きく依
存し、引張強度０．３〜１ｋｇｆの範囲にばらついてい
ることがわかる。

【００２９】熱応力による固定部あるいはファイバの破
損を防止する手段として、前記金属薄板部品を変形自在
な材質・厚さとすることにより、熱応力による歪を、前
記金属薄板部品の変形により逃がすことも好適である。
薄板の変形特性は、その材質・形状により著しく異なる
ため、その厚さをいちがいに規定できないが、例えば、
金メッキした厚さ０．１mm程度以下のステンレス薄板等
を使用することができる。

【００３０】前述の図３〜７で示したように、半田ある
いは接着によるファイバ固定部の強度は０．３〜１ｋｇ
ｆである。しかしこの値は、部品の機械的信頼性を確保
するには不十分である。例えば、「Reliability Assura
nce Practices for Optoelectronic Devices in Intero
ffice Application 」Bellcore Technical ReferenceTR
-NWT-000468 Issue 1,December 1991では、レーザモジ
ュールの機械的信頼度試験として、“＞１ｋｇで３回”
のファイバ引張試験を指示している。従って筐体に金属
封止固定されたファイバを、その外側で、１ｋｇｆより
も十分に大きい固定強度を有する手段で保持する必要が
ある。つまり、前記金属筐体の封止壁面をなす前記金属
薄板に貫通し、半田付けにより封止固定された、前記光
ファイバが、この封止固定部分よりさらに筐体外側にの
びた、第二のファイバ固定具（スリーブ）を貫通してお
り、前記第二のファイバ固定具は、前記筐体端に接着・
かしめ・ネジ止め等の方法により固定されており、さら
に前記光ファイバと前記ファイバ固定具のファイバが貫
通部も、接着あるいはかしめ等の方法により固定されて
いることが好適である。

【００３１】第二のファイバ固定具（真鍮）と光ファイ
バ保護被覆（ナイロン）を、室温硬化型エポキシ接着剤
（例えば、住友３Ｍ、１９０Ｇｒａｙ）で接着した場
合、その引張強度は、図８に示すように２ｋｇｆより大
きく、上記の要求を満たすことができる。図８では、サ
ンプルを、室温（ＲＴ）乾燥雰囲気（○）、５０℃乾燥
雰囲気（●）、５０℃飽和水蒸気圧下（△）、に長期間
保持した場合の強度変化を示している。また、破壊はい
ずれも、ファイバ保護被覆の伸び変形あるいは破断によ
り生じ、接着界面での剥離によるものではなかった。

【００３２】半田付けされる光ファイバ表面は、メタラ
イズ処理されている必要があり、またファイバに表面傷
が導入されファイバが破断してしまうことを防ぐため
に、つまり前記金属薄板を通って前記筐体に貫入し、筐
体中に収納された光素子と接合される光ファイバは、そ
の保護被覆を除去された裸光ファイバの状態であり、前
記裸光ファイバのうち、少なくとも前記金属薄板と半田
接合される部分は金属メッキされており、この半田接合
された部分から外側、つまり半田付け部分から前記筐体
に固定された前記第二のファイバ固定具にのびる部分
は、少なくとも一層の保護被覆で覆われたままの状態で
あることが好ましい。

【００３３】本発明の実施例を図９に示す。図９（１）
および図９（２）において筐体３１は真鍮あるいは金メ
ッキされたステンレス製であり、光ファイバを貫入させ
る端部３２は、薄肉厚の円筒状に成形されていて、透孔
３２ａを有している。光素子３３の端部は、筐体端部３
２の透孔３２ａ内に収容されていて、それに光ファイバ
を光軸調整して接着固定する作業を容易に行えるよう、
前記円筒状端部３２からわずかに突出するように配置さ
れている。

【００３４】一方光ファイバ３４は、裸光ファイバ３５
と、被覆層３６とから構成され、その先端部の被覆層が
除去され、裸光ファイバの露出部３７には、例えば無電
解メッキ法により金メッキが施されている。

【００３５】光ファイバの接着封止のためのスリーブ部
３８は、図９（１）に示されているように光ファイバ端
部封止部材４０と、光ファイバ固定部材４１とを有し、
好ましくは更に光ファイバ端面接続キャピラリー部材３
９を有している。キャピラリー部材３９は、キャピラリ
ー状透孔を有し、この透孔中に光ファイバの先端部（金
メッキ裸光ファイバ３７）が通され、その端面は、光素
子３３の接続端面に対向している。

【００３６】光ファイバ端部封止部材４０は、光ファイ
バ端面と光素子との接続部の外側、（或はキャピラリー
部材３９の外側）に配置され、さらにその外側に光ファ
イバ固定部材４１が配置されている。光ファイバ端部封
止部材４０は、金属薄板により形成されている。

【００３７】図９（２）に示されているようにキャピラ
リー部材３９の透孔に通された裸光ファイバ端部３７の
先端面は、光素子３４の端面に接着固定される。このと
き、キャピラリー部材の接続端面も接着固定される。

【００３８】図９（１）に示めされているように封止部
材４０は、円筒形状を有していて、その一端に中央底面
部４２が形成され、そのほゞ中心部に貫通孔４３が形成
されており、この貫通孔４３に、裸光ファイバ端部３７
が通されている。また、円筒形状の封止部材４０の他の
端部は開放され、筐体端部３２に対向している。

【００３９】図９（２）に示めされているように、封止
部材４０は筐体端部３２に嵌合され、その周縁部４０ａ
の開放端は、筐体端部３２に、半田４４により気密に接
着封止されている。また、封止部材４０の中央部４２の
貫通孔４３と、裸光ファイバ端部３７との間の隙間も半
田４５により気密に封止される。

【００４０】光ファイバ固定部材４１は、ほゞロート状
の形状を有する周縁部４７と収斂中央部４６とを有し、
中央部４６には、貫通孔が形成されていて、この貫通孔
に光ファイバ３４（被覆層３６つき）が通されている。
固定部材４１の貫通孔の内壁面は光ファイバ３４の被覆
層３６表面に密着しており、必要により接着されてい
て、それによって光ファイバを保持固定している。ま
た、固定部材４１の周縁部４７の端部は、筐体３１端面
に接合される。この接合は、接着剤による接着であって
もよく、また螺号（ネジ止め）であってもよい。

【００４１】図９（１）および（２）示されている本発
明の光素子構造物の態様において、筐体端部３２が円筒
状をなして突出し、かつ封止部材４０が円筒状をなして
上記筐体端部３２と嵌合し、封止されるため下記の効果
を示すことができる。 （１）筐体と、封止部材４０との接合封止（半田付け）
箇所を、光ファイバ端面と、光素子との接着箇所から離
間させ、それによってこの接着箇所の接着剤の熱劣化を
防止できる。 （２）筐体端部と、封止部材とを肉薄にすることがで
き、従って半田接着が容易になる。 （３）各部材の位置ぎめが容易になる。

【００４２】図１０に、本発明の光ファイバ引出封止機
構を有する光素子筐体構造物を製造する方法の手順が示
されている。すなわち、光ファイバ３４を固定部材４１
の収斂中央部４６の貫通孔に通し、光ファイバ３４の、
被覆層を除去した端部３７を、封止部材４０の貫通孔４
３に通し、更に必要により端部３７を、キャピラリー部
材３９のキャピラリー状透孔に通し、この光ファイバ端
面を（必要によりキャピラリー部材３９とともに）光素
子３３の接続面に接着固定する。次に、封止部材４０の
周縁部を、筐体端部４２に嵌合し、その隙間を半田によ
り気密に接着封止し、封止部材４０の貫通孔４３と、光
ファイバ端部３７との間の隙間を半田により気密に接着
封止する。次に、固定部材４１の周縁部４７の端部を筐
体３１に接着固定し、固定部材４１の貫通孔と光ファイ
バ３４とを密着固定する。

【００４３】図１１（１）および（２）には、本発明の
光素子構造物の他の実施態様が示されている。すなわ
ち、図１１（１）に示されているように、封止部材４０
がロート状の形状をなす周縁部４０ａを有していて、そ
の収斂中央部４２に光ファイバ端部３７を通すための貫
通孔４３が形成されていて、図１１（２）に示されてい
るように筐体端部３２と、固定部材４１の周縁部４７と
が、封止部材４０の周縁部４０ａを介して半田４４によ
り接合されている。また、固定部材４１の貫通孔と、そ
れを通る光ファイバ３４の被覆層とは、接着剤４８によ
り接着封止されている。

【００４４】図１２（１）および図１２（２）には、本
発明の光素子構造物の他の一実施態様が示されている。
図１２（１）に示されているように、スリーブ部３８の
封止部材４０はほゞ平板状の形状をなしていて、その中
央部４２に光ファイバ端部３７を通すための貫通孔４３
が形成されている。この円板状封止部材４０は、図１２
（１）および（２）に示されているように、その中央部
が、光素子３３に対して凹に湾曲していてもよく、この
湾曲度が大きくなると図１１（１）および（２）に示さ
れているようなロート状になる。図１２（２）に示され
ているように、封止部材４０の周縁部４０ａは、筐体端
部３２と、固定部材４１の周縁部４７との間にはさま
れ、これらが半田４４により気密に接着されている。

【００４５】

【発明の効果】本発明により光素子筐体の光ファイバ引
出封止が容易かつ確実になり、光素子構造物の性能の信
頼度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は従来の光素子筐体の光ファイバ引出封止
構造の一例を示す断面説明図。

【図２】図２は光ファイバ固定部離間長さＬと、筐体熱
膨張による熱応力との関係の一例を示すグラフ。

【図３】図３は種々の環境条件に保持後の光ファイバの
接着強度を例示するグラフ。

【図４】図４は種々の硬化条件、又は環境条件における
光ファイバの接着強度を例示するグラフ。

【図５】図５（１）は裸光ファイバの引張試験方法を示
す説明図。図５（２）は上記試験における破断モード
（Ａ）を示す説明図。図５（３）は上記試験における破
断モード（Ｂ）を示す説明図。図５（４）は上記試験に
おける破断モード（Ｃ）を示す説明図。

【図６】図６は光ファイバの破断モードと、引張強度と
の関係を例示するグラフ。

【図７】図７は光ファイバの破断モードと、引張強度と
の関係の他の例を示すグラフ。

【図８】図８は光ファイバの被覆層（ナイロン）と、光
ファイバ固定具（真鍮）とを室温硬化型エポキシ接着剤
で接着した場合の貯蔵時間と、引張強度との関係を示す
グラフ。

【図９】図９（１）は本発明の光素子筐体と、スリーブ
部の構成一例を示す断面説明図。図９（２）は上記光素
子筐体と、スリーブ部との接合構造を示す断面説明図。

【図１０】図１０は本発明方法により光ファイバと、ス
リーブ部と、光素子筐体を接合する手順を例示する説明
図。

【図１１】図１１（１）は本発明の光素子筐体と、スリ
ーブ部の構成の他の例を示す断面説明図。図１１（２）
は上記光素子筐体と、スリーブ部との接合構成を示す説
明図。

【図１２】図１２（１）は本発明の光素子筐体と、スリ
ーブ部の構成の他の例を示す断面説明図。図１２（２）
は上記光素子筐体と、スリーブ部との接合構成を示す断
面説明図。

【符号の説明】

１…筐体 ２…光素子 ３…接着剤 ４…セラミック固定治具 ５…光ファイバ ６…金メッキ裸光ファイバ ７…被覆層 ８…筐体端面 ９…金属パイプ １０…半田 １１…光学的接着剤 １２…セラミック固定治具 ２１…裸光ファイバ ２２…金メッキ部 ２３…非メッキ部 ２４…基板 ２５…半田 ａ…引張力方向 ３１…筐体 ３２…端部 ３２ａ…透孔 ３３…光素子 ３４…光ファイバ ３５…裸光ファイバ ３６…被覆層 ３７…裸光ファイバ端部 ３８…スリーブ部 ３９…光ファイバ端面接続キャピラリー部材 ４０…光ファイバ端部封止部材 ４０ａ…周縁部 ４１…光ファイバ固定部材 ４２…底部中央部（中央底面部、収斂中央部） ４３…貫通孔 ４４，４５…半田 ４６…収斂中央部 ４７…周縁部 ４８…接着剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 勉 千葉県船橋市豊富町585番地 住友セメ ント株式会社 光電子事業部内 (56)参考文献 特開 平１−304406（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/30 G02B 6/42

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光素子を収納し、かつ、光ファイバ引出
   し用透孔が形成されている端部を有する筐体と、裸光フ
   ァイバおよびそれを被覆保護している被覆層とからな
   り、前記筐体の透孔を通って前記光素子に接続されてい
   る光ファイバと、前記筐体の端部に、前記透孔を封止す
   るように連結され、前記光素子に接続された光ファイバ
   を前記筐体の外に引き出し、かつこれを気密に封止する
   スリーブ部とを有し、 前記スリーブ部が下記要素： （Ａ）光ファイバ端部封止部材、および （Ｂ）光ファイバ固定部材 を有し、 前記光ファイバ端部封止部材（Ａ）は、前記光ファイバ
   と前記光素子との接続部の外側に配置され、前記筐体端
   部に気密に接続された周縁部と、この周縁部に連続し、
   かつ貫通孔を有する中央部とを有し、前記中央部の貫通
   孔には、前記被覆層が除去されている裸光ファイバ端部
   が通され、この貫通孔と、前記裸光ファイバ端部との間
   の間隙は気密に接合封止されており、かつ、前記光ファ
   イバ端部封止部材（Ａ）は、熱応力に対し、変形可能な
   金属薄板により形成されており、 前記光ファイバ固定部材（Ｂ）は、前記光ファイバ端部
   封止部材（Ａ）の外側に配置され、前記筐体端部に接続
   されている周縁部と、この周縁部に連続する中央部と、
   これに形成された貫通孔とを有し、前記貫通孔には、前
   記光ファイバが通され、この光ファイバの被覆層が、前
   記貫通孔の内壁面に密着し、それによって前記光ファイ
   バが保持固定されている、 ことを特徴とする、光ファイバ引出封止機構を有する光
   素子筐体構造物。
2. 【請求項２】 前記光ファイバ端部封止部材（Ａ）が、
   円筒体形状を有し、この円筒体の一端に、前記貫通孔を
   有する中央底面部が形成されており、かつ他端の周縁部
   が、前記筐体端部に、気密に接合されている、請求項１
   に記載の光素子筐体構造物。
3. 【請求項３】 前記光ファイバ端部封止部材（Ａ）が、
   その中央部に収斂するロート状の形状を有し、この収斂
   中央部に前記間貫通孔が形成され、その外周縁部が、前
   記筐体端部に気密に接合されている、請求項１に記載の
   光素子筐体構造物。
4. 【請求項４】 前記光ファイバ端部封止部材（Ａ）が、
   ほゞ平板状の形状を有し、その中央部に前記貫通孔が形
   成されており、その外周縁部が前記筐体端部に気密に接
   合されている、請求項１に記載の光素子筐体構造物。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいづれか１項に記載の光
   素子筐体構造物を製造するために、 光素子を収納し、かつ、光ファイバ引出し用透孔が形成
   されている端部を有する筐体と、裸光ファイバおよびそ
   れを被覆保護している被覆層とからなる光ファイバと、
   （Ａ）光ファイバ端部封止部材、および（Ｂ）光ファイ
   バ固定部材を有するスリーブとを用い、但し、 前記光ファイバ端部封止部材（Ａ）は、周縁部と、この
   周縁部に連続し、かつ貫通孔とを有する中央部とを有
   し、かつ、前記光ファイバ端部封止部材（Ａ）は、熱応
   力に対し、変形可能な金属薄板により形成されており、 前記光ファイバ固定部材（Ｂ）は、周縁部と、それに連
   続する中央部と、この中央部に形成された貫通孔とを有
   するものであって、 前記光ファイバ固定部材（Ｂ）の光ファイバ貫通孔に、
   前記光ファイバを通し、 前記光ファイバの、前記被覆層の除去されている裸光フ
   ァイバの端部を、前記光ファイバ端部封止部材（Ａ）の
   貫通孔に通し、 前記裸光ファイバ端部端面を、前記筐体中の光素子に接
   続し、 前記光ファイバ端部封止部材（Ａ）を、前記光ファイバ
   と前記光素子との接続部の外側に配置してその周縁端
   を、前記筐体端部に気密に接合封止し、 前記光ファイバ端部封止部材（Ａ）の貫通孔と、それを
   通る裸光ファイバ端部との間の隙間を気密に接合封止
   し、 前記光ファイバ固定部材（Ｂ）を、前記光ファイバ端部
   封止部材（Ａ）の外側に配置し、この光ファイバ固定部
   材（Ｂ）の貫通孔と、それを通る光ファイバの被覆層と
   を密着させて、それによって光ファイバを保持固定し、 前記光ファイバ固定部材（Ｂ）の周縁端を、前記筐体に
   接合する、 ことを特徴とする、光ファイバ引出封止機構を有する光
   素子構造物の製造方法。