JP3766684B2 - 光デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝送媒体として光ファイバーを使用する光通信用の光デバイスに関し、とくに、中子を用いて光ファイバを光ユニットに接続する機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信用光デバイスとして、中子を用いて光ファイバを光ユニットに接続する光モジュールが多用されている。図７は従来例拡大断面図であり、中子付き光モジュールの光ファイバ接続部分を表している。なお、説明の便宜のため、本明細書及び図１〜図７では紙面に向かって右方向を前方、左方向を後方として表示する。
【０００３】
図７を参照して、光ファイバ１は、図外の光ユニット部の前方に設けられた中子３ａに前方から挿入され光ユニット部へ固定される。以下その構造を説明する光ファイバー１は、ガラス部１ａ（クラッドおよびコア部から構成されるガラス部分）をＵＶ樹脂層１ｂで覆い、さらにその外側をナイロン又はエストラマー材からなる被覆層１ｃで覆う構造を有している。
【０００４】
光ファイバ１後端（図面左方向）近傍は、ガラス部１ａが露出され、そのガラス部１ａ後端はジルコニア製のキャピラリ３ａ−２に圧入されている。このキャピラリ３ａ−２後端面は、光ファイバー１のガラス部１ａとともに研磨加工されている。光ファイバ１およびキャピラリ３ａ−２は、金属製のブランク３ａ−１で覆われ、さらに光ファイバー１は、ブランク３ａ−１へエポキシ樹脂などの接着剤（図７中の固定結合部２に該当する）で固定される。光ファイバ１が圧入されたキャピラリ３ａ−２及びブランク３ａ−１は、光部品が収容された図外のケースの前方に固設されて光ユニット部の一部をなし、中子を構成する。
【０００５】
上述したように、従来の光デバイスでは、伝送媒体である光ファイバは、接着剤などによってユニット部（ここではブランク３ａ−１）へ固定される。このような光ファイバ１を固定して接続する光デバイスでは、中子及び中子の前方に表出する光ファイバ１の外周面に、ゴムやエラストマー材等の可とう性材料からなる可とう性チューブ５（キャップ）を被せる。こうして、光ファイバー１の曲げ径をできるだけ大きくし、光ファイバ１にかかる曲げ応力を低減させて光ファイバ１の破断を抑制している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、可とう性チューブを被せた従来の光デバイスでは、光デバイスの取付作業等の際に光ファイバー１の破断が発生することがあった。かかる破断の問題は、可とう性チューブ５内に弾性体（具体的にはコイルバネ）よりなる保護部材を配置して補強しても、ファイバー破断荷重（破断耐量）は変わらず、この方法では解決することが困難であった。
【０００７】
本発明は、光ファイバを光ユニット部へ固定接続する光デバイスにおいて、光ファイバの破断耐量を向上することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者が破断した光ファイバを観察したところ、光ファイバの破断が起きる場所は、図７を参照して、光ファイバ１とブランク３ａ−１とを接着剤で固定した固定結合部２の先端８付近に集中していることが明らかになった。本発明の発明者はこの知見に基づいて鋭意検討したところ、固定結合部を覆う剛体パイプを配置すると、光ファイバに曲げが加わったときの固定結合部先端への応力集中が緩和され、光ファイバの破断耐量が向上することを見出した。本発明はかかる剛体パイプを配置した光デバイスに関する。
【０００９】
図１は本発明の第１実施形態例断面図であり、光ファイバを光ユニット部へ中子を用いて固定接続する光デバイスを表している。図２は、本発明の第１実施形態例拡大断面図であり、図１の固定接続部近傍の詳細構造を表している。
本発明の第１の構成は、前方へ延在する光ファイバ１をユニット部３へ固定する固定結合部２と、前記光ファイバ１との間に遊びをもたせるための隙間を介して前記光ファイバ１外周を覆う先端部４ａを有し、前記先端部４ａから後方へ延在して前記光ファイバ１および前記固定結合部２の外周を覆う剛体パイプ４とを備える。
【００１０】
上記の第１の構成では、固定結合部２の外周を覆い、さらに固定結合部２前方の光ファイバ１外周にまで延在する剛体パイプ４を備える。この剛体パイプ４の先端部４ａ（前方側の先端部分）は、光ファイバ１外周面との間に隙間を有し、光ファイバ１の曲げに対して遊びをもたせている。
この構成では、上述したように、剛体パイプ４の設置が光ファイバ１の破断耐量を向上させる。加えて、剛体パイプ４の先端部４ａは、光ファイバ１との間に遊びがあるため、剛体パイプ先端（前端）での応力集中も回避することができる。従って、剛体パイプ先端での光ファイバ１の破断耐量が向上する。
【００１１】
また、剛体パイプ４の先端部４ａよりも前方に延在する光ファイバ１を覆う可とう性チューブ５を設けることで、光ファイバ１の曲げを更に抑制することができる。この可とう性チューブ５は、剛体パイプ４を覆い、かつその先端（前端）が剛体パイプ４の先端部４ａよりも前方に位置するように配置することができる。また、可とう性チューブ５は、剛体パイプ先端に接合されてもよい。
【００１２】
上記剛体パイプ４は、光ファイバ１の曲げを効果的に抑制できるだけの剛性を有すればよく、剛性の高い材料により又は剛性の高い構造により実現することができる。例えば剛体パイプ４を金属製とすることができる。具体的には、Ｆｅ、Ｃｕ又はＡｌを主成分とする金属でもよく、さらにこれらの金属を主成分とする合金であってもよい。また、剛体パイプ４を樹脂製、又はセラミック製とすることもできる。
【００１３】
上記剛体パイプ４は、ユニット部３とは別部品として構成することができる。この場合、この剛体パイプ４がユニット部３および光ファイバ１に対して、少なくとも径方向に移動自由に支持することができる。これにより、光ファイバ１に曲率半径の小さな曲げ（以下「急激な曲げ」という。）が加わることを防止することができる。
【００１４】
また、上記剛体パイプ４は、ユニット部３と一体に成形することもできる。この場合、剛体パイプ４の形状を、先端部４ａを肉薄にして可とう性をもたせ、かつ固定結合部２を覆う部分を肉厚にすることができる。これにより、剛体パイプ先端で、光ファイバ１に急激な曲げが加わることを防止することもできる。
また、剛体パイプ４の先端部４ａの内径部に斜面の面取り部を設けることで、光ファイバ１の急激な曲げを防止することもできる。また、その面取り部を、丸みをもった面取り部とすることで、光ファイバ１の急激な曲げをより有効に防止することもできる。さらに、上記面取り部が設けられた剛体パイプ４の先端部４ａを、後端部４ｂより肉厚とすることで、光ファイバ１の急激な屈曲を抑制することができる。
【００１５】
また、光ファイバ１を固定する固定結合部２は、光ファイバ１とユニット部３とを接着固定するものでもよく、または、光ファイバ１とユニット部３とをかしめ固定してもよい。
図６は本発明の第５〜７実施形態例を説明するための断面図であり、図６（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ第５〜７実施形態例での剛体パイプの位置を、図６（ａ）は比較のために第１実施形態例での剛体パイプの位置を表している。なお、第５〜７実施形態例では、光ファイバ１、ユニット部３、固定結合部２及び可とう性チューブ５等の剛体パイプ以外の部分については第１実施例と同様なので、図６を参照する説明では同時に図１及び図２中の符号を参照している。
【００１６】
本発明の発明者は、光ファイバ１とユニット部３の固定結合部２を覆う剛体パイプ４が、可とう性チューブ５の外側に設けられた場合であっても、上述した第１の構成と同様に光ファイバ１の破断耐量が向上することを見出した。
かかる知見に基づいて発明された本発明の第２の構成は、図６（ｂ）を参照して、光ファイバ１をユニット部３へ固定する固定結合部２と、前記固定結合部２および前記光ファイバ１の外周を覆う可とう性チューブ５と、前記可とう性チューブ５の外周に設けられ、すくなくとも前記固定結合部２の外周を覆う剛体パイプ４とを有することを特徴とする。
【００１７】
この剛体パイプ４は可とう性チューブ５とは別部品とすることができる。さらには、その剛体パイプ４を、可とう性チューブ５に対してはめ込み固定とすることができる。
さらに本発明の発明者は、光ファイバ１ユニット部３との固定結合部２を覆う剛体パイプ４が、可とう性チューブ５の中に埋め込まれた場合であっても、同様に光ファイバの破断耐量が向上することを見出した。
【００１８】
かかる知見に基づく本発明の第３の構成は、図６（ｃ）を参照して、光ファイバ１をユニット部３へ固定する固定結合部２と、前記固定結合部２および前記光ファイバ１外周を覆う可とう性チューブ５と、前記可とう性チューブ５に埋め込まれ、すくなくとも前記固定結合部２の外周を覆う剛体パイプ４とを有することを特徴とする。
【００１９】
さらに本発明の発明者は、光ファイバ１とユニット部３との固定結合部２を覆う剛体パイプ４の外側に、剛体パイプ４の先を延長する延長パイプ９を設けることで、光ファイバ１が急激に曲げられることが防止され、破断耐量が更に向上することを見出した。
図４は本発明の第３実施形態例断面図であり、延長パイプを備えた中子を表している。
【００２０】
上述の延長パイプに関する知見に基づく本発明の第４の構成は、図４を参照して、前方へ延在する光ファイバ１をユニット部３へ固定する固定結合部２と、前記光ファイバ１との間に遊びをもたせるための隙間を介して前記光ファイバ１外周を覆う先端部４ａを有し、前記先端部４ａから後方へ延在して前記光ファイバ１および前記固定結合部２の外周を覆う剛体パイプ４と、前記剛体パイプ４の先端部４ａの少なくとも一部と重なるとともにそれより前方に設けられ、前記剛体パイプ４より大きい内径を有する延長パイプ９とを備えることを特徴とする。この延長パイプ９は、剛体パイプ４の先端部４ａより前方に位置する光ファイバ１の曲がりを制限するものであれば、剛体であっても可撓性であってもよい。
【００２１】
第４の構成において、延長パイプ９を少なくともその径方向に前記剛体パイプ４に対して移動自由に設けることで、光ファイバ１の破断耐量を大きくすることができる。なお、前記延長パイプ９は前記剛体パイプ４と同じ材料で構成することができる。
上述した本発明に係る剛体パイプは、図６（ｄ）を参照して、その先端部４ａの内径を、固定結合部を覆う部分の内径よりも小径にすることができる。これにより、先端部４ａにおける光ファイバ１の自由度が制限され、固定結合部２を支点とする光ファイバ１の曲げが小さくなり、破断耐量が向上する。
【００２２】
上述したように、図２を参照して、本発明では剛体パイプ４の先端部４ａが固定結合部２よりも前方に位置することにより、光ファイバ１の破断耐量を向上していることから、本発明の第５の構成は、前方へ延在する光ファイバ１をユニット部３へ固定する固定結合部２と、前記光ファイバ１との間に遊びをもたせるための隙間を介して前記光ファイバ１外周を覆う先端部４ａを有し、前記先端部４ａから後方へ延在して前記光ファイバ１および前記固定結合部２の外周を覆う剛体パイプ４とを備えた光デバイスの製造方法において、前記固定結合部２が前記剛体パイプ４の先端部４ａを越えないように前記固定がなされることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明を実施形態例に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１実施形態例は、剛体パイプと、これを覆う可とう性チューブを用いた光デバイスに関する。図１，２を参照して、光ファイバー１は、コア及びクラッドからなるガラス部１ａと，その外周に設けられたUV樹脂層１ｂ，最外周に設けられたナイロンやエラストマー材よりなる被覆層１ｃよりなっている。
【００２４】
光ファイバ１の後端は中子３ａに装着されている。中子３ａは、光ファイバ１とキャピラリ３ａ−２（ジルコニアなどからなり、ガラス部１ａが圧入されている）を金属製のブランク３ａ−１で覆った構造となっており、光ファイバ１はブランク３ａ−１の先端、即ち中子３ａの先端において、接着剤で固定されている。この接着剤による固定部は、光ファイバ１をユニット部３（本実施例ではブランク３ａ−１）へ固定する固定結合部２を構成する。なお、固定結合部２は、接着固定のほか、機械的なカシメ固定であってもよい。
【００２５】
剛体パイプ４は、ブランク３ａ−１の一部及び固定結合部２を覆い、その先端部４ａは固定結合部２の前方に表出する光ファイバ１の外側まで延在する。その先端部４ａは、光ファイバ１との間に遊びをもたせるための隙間が設けられている。
本実施形態例の剛体パイプ４は、例えばステンレスパイプ等の金属パイプが用いられる。また、剛体パイプ４は、ブランク３ａ−１に対して非固定で移動自由に装着される。この剛体パイプ４の先端４ｃには、その内径に面取りが施されている。なお、剛体パイプ４の材料として、ステンレスのほか、Ｆｅ，Ｃｕ，Ａｌのいずれか一つあるいは複数を含む金属あるいは合金（たとえば、黄銅）を採用することができ、また、これら金属材料のほか、硬質樹脂やセラミックスを採用することができる。
【００２６】
中子３ａおよび剛体パイプ４は、可とう性チューブ５により覆われている。この可とう性チューブ５は、たとえばゴムからなる可とう性をもった筒体である。本実施形態例では、可とう性チューブ５は、剛体パイプ４を覆っているだけで、固着されてはいない。
このような構造を採用した本実施形態例によれば、曲げ応力に対し強度が高いので、光ファイバー破断荷重を向上させることができる。
【００２７】
以上説明した第１の実施形態例では、可とう性チューブ５が設けられているが、これを設けない構造であっても同様の効果を発揮する。図３は本発明の第２実施形態例断面図であり、可とう性チューブを有しない光デバイスの固定結合部近傍の構造を表している。
図３を参照して、本実施例では上述した第１の実施形態例から可とう性チューブ５を除外した構造をしており、その他の構成は第１の実施形態例と同様である。本実施形態例の構造であっても、金属パイプからなる剛体パイプ４を設けたことで、上述した従来例に比べて、破断荷重耐量が向上する。
【００２８】
本発明の発明者が行った、第１及び第２の実施形態例と、従来例として説明した構造（剛体パイプがなく，可とう性チューブを設けたもの）とについての破断荷重量の比較実験によれば、従来例の破断荷重量を１とすると、第１の実施形態例の破断荷重量は従来例の４．５倍、第２の実施例の破断荷重量は従来例の２倍であった。
【００２９】
本発明の第３の実施形態例は、延長パイプを設けた例である。本実施形態例は、上述した第１及び第２の実施形態例と基本構成は同じであるが、剛体パイプ４の先端部４ａ外周を覆い、先端部４ａの前方に延在する光ファイバにまで延在する延長パイプ９が設けられている。本実施形態例では、延長パイプ９によって、光ファイバ１の曲げ角度が急激になることが抑制されるので、剛体パイプ４のみを設けるよりも更に破断荷重耐量が向上する。
【００３０】
図５は本発明の第４実施形態例断面図であり、中子と一体に成形された剛体パイプを表している。第１乃至第３の実施形態例では、剛体パイプは中子を構成するブランクに対して移動自由に設けられていた。これに対して、本実施形態例では、図５を参照して、剛体パイプ４とブランク３ａ−１とを一体化し、両者を固定した態様とする。
【００３１】
一体化については、ブランク３ａ−１の加工時に先端部分を光ファイバ線１に対して遊びをもった隙間ができるように製作し、この先端部分が剛体パイプ４となるようにすることができる。また、剛体パイプとなる別部品を、ブランク３ａ−１とねじ込みまたは溶接固定することで一体とすることもできる。本実施形態例において、ブランク３ａ−１の先端部（即ち、ブランク３ａ−１と一体化した剛体パイプ４）が、光ファイバ１との間に遊びをもった隙間を構成する。このため、ブランク３ａ−１の先端が剛体パイプ４として機能し、光ファイバ１の破断耐量が向上する。
【００３２】
本発明の第５実施形態例は、剛体パイプを可とう性チューブに埋め込んだ例である。上述の第１の実施形態例では、図６（ａ）を参照して、可とう性チューブ５の内径面に沿って剛体パイプ４が設けられていた。本実施形態例では、図６（ｃ）を参照して、この剛体パイプ４が可とう性チューブ５のなかに埋め込まれている。本実施形態例においても剛体パイプ４を設けたことによって、既述の従来例に比べて破断荷重耐量が向上してる。
【００３３】
本発明の第６の実施形態例では、図６（ｂ）を参照して、可とう性チューブ５の外側に剛体パイプ４として金属パイプを配設する。本実施形態例では、この剛体パイプ４は可とう性チューブ５とは別部品であり、可とう性チューブ５の外側に圧入されて装着される。本実施形態例においても剛体パイプ４である金属パイプを設けたことによって、既述の従来例に比べて破断荷重耐量が向上してる。
【００３４】
本発明の第７実施形態例は、第１実施形態例における剛体パイプの形状を変更した例である。本実施形態例に係る剛体パイプは、図６（ｄ）を参照して、剛体パイプ４の先端部４ａが肉厚に形成され、先端部４ａの内径部に面取り部１０が形成されている。本実施形態例では、面取りされる部分が肉厚なので、光ファイバ１が剛体パイプ４の先端において急激に曲がることが抑制され、剛体パイプ４による破断耐量向上という本発明の効果がさらに向上する。なお、本実施形態例あるいは第１実施形態例で説明した、剛体パイプ４の先端部４ａの面取りは、平面的な斜面による面取りのほか、曲面からなる丸みをもった面取りであってもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、光ファイバをユニット部へ固定する固定結合部での光ファイバの破断耐量が向上し、信頼性の高い光デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例断面図
【図２】本発明の第１実施形態例拡大断面図
【図３】本発明の第２実施形態例断面図
【図４】本発明の第３実施形態例断面図
【図５】本発明の第４実施形態例断面図
【図６】本発明の第５〜７実施形態例を説明するための断面図
【図７】従来例拡大断面図
【符号の説明】
１ 光ファイバ
１ａ ガラス部（クラッド、コア部）
１ｂ ＵＶ樹脂層
１ｃ 被覆層
２ 固定結合部
３ ユニット部
３ａ 中子
３ａ−１ ブランク
３ａ−２ キャピラリ
３ｂ ケース
４ 剛体パイプ
４ａ 先端部
４ｂ 後端部
４ｃ 先端
５ 可とう性チューブ
８ 固定結合部先端
９ 延長パイプ
１０ 面取り部

Claims (16)

1. ユニット部に前方から挿入された光ファイバをユニット部へ固定する固定結合部と、
   前記光ファイバとの間に遊びをもたせるための隙間を介して前記光ファイバ外周を覆う先端部を有し、前記先端部から後方へ延在して前記光ファイバおよび前記固定結合部の外周を覆う剛体パイプと、
   前記剛体パイプと前記先端部より前方に延在する前記光ファイバとを覆う可とう性チューブと、を備え、
   前記剛体パイプは、その径が前記先端部に向かって次第に小さくなり、前記先端部において前記光ファイバの外周面に近接する部分を有し、
   前記可とう性チューブは前記剛体パイプの後端部よりも先端部において肉厚であり、
   前記剛体パイプが、前記ユニット部及び前記可とう性チューブに対して、非固定で移動自由に支持されることを特徴とする光デバイス。
2. 前記剛体パイプは、金属製であることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
3. 前記剛体パイプは、Ｆｅ、Ｃｕ及びＡｌから選択された一または複数の元素を含む金属からなることを特徴とする請求項２記載の光デバイス。
4. 前記剛体パイプは、樹脂製であることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
5. 前記剛体パイプは、セラミック製であることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
6. 前記剛体パイプは、前記先端部を肉薄として可とう性をもたせ、かつ前記固定結合部を覆う部分を肉厚としたことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
7. 前記剛体パイプの前記先端部の内径部に、斜面の面取り部が設けられたことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
8. 前記剛体パイプの先端部の内径部に、丸みをもった面取り部が設けられたことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
9. 前記面取り部が設けられた前記剛体パイプの先端部は、その後端部より肉厚であることを特徴とする請求項７または８記載の光デバイス。
10. 前記固定結合部は、前記光ファイバと前記ユニット部とを接着して固定したことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
11. 前記固定結合部は、前記光ファイバと前記ユニット部とをかしめて固定したことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
12. ユニット部に前方から挿入された光ファイバをユニット部へ固定する固定結合部と、
    前記光ファイバとの間に遊びをもたせるための隙間を介して前記光ファイバ外周を覆う先端部を有し、前記先端部から後方へ延在して前記光ファイバおよび前記固定結合部の外周を覆う剛体パイプと、
    前記剛体パイプの先端部の少なくとも一部と重なるとともにそれより前方に設けられ、少なくとも重なる部分は前記剛体パイプより大きい内径を有する延長パイプと、
    を備えることを特徴とする光デバイス。
13. 前記延長パイプは、少なくともその径方向に前記剛体パイプに対して移動自由に設けられたことを特徴とする請求項１２記載の光デバイス。
14. 前記延長パイプは、前記剛体パイプと同じ材料からなることを特徴とする請求項１２記載の光デバイス。
15. 前記剛体パイプの前記先端部の内径は、前記固定結合部を覆う部分における前記剛体パイプの内径よりも小さいことを特徴とする請求項１または１２記載の光デバイス。
16. ユニット部に前方から挿入された光ファイバをユニット部へ固定する固定結合部と、
    前記光ファイバとの間に遊びをもたせるための隙間を介して前記光ファイバ外周を覆う先端部を有し、前記先端部から後方へ延在して前記光ファイバおよび前記固定結合部の外周を覆う剛体パイプと、
    前記剛体パイプと前記先端部より前方に延在する前記光ファイバとを覆う可とう性チューブと、を備え、
    前記剛体パイプは、その径が前記先端部に向かって次第に小さくなり、前記先端部において前記光ファイバの外周面に近接する部分を有し、
    前記可とう性チューブは前記剛体パイプの後端部よりも先端部において肉厚であり、
    前記剛体パイプが、前記ユニット部及び前記可とう性チューブに対して、非固定で移動事由に支持される光デバイスの製造方法において、
    前記固定結合部が前記剛体パイプの先端部よりも後方で前記固定がなされることを特徴とする光デバイスの製造方法。

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