JP4364060B2 - 光レセプタクルおよび光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光通信に用いられる光レセプタクルおよび光モジュールに関するものである。

光信号を電気信号に変換するための光モジュールは、半導体レーザーやフォトダイオード等の光素子をケース内に収納し、光ファイバを通じて光信号を導入又は導出するような構造となっている。

近年光通信の普及に伴いデータの送受信量が増加しており、伝送信号の高速化、光モジュールの小型化が求められている。

また、伝送信号の高速化に伴い、妨害雑音を発生させにくい特性や、妨害雑音の影響を受けにくくなるような特性が重要視されている。

そこで図３に示すような、嵌合ツメ２１ａを形成した樹脂製のスリーブケース２１と該勘合ツメ２１ａとはめ合わされる嵌合ツメ２２ａが形成されたホルダ２２とからなり、該嵌合ツメ同士を嵌め合わせる構造の光レセプタクル２０が考案された。上記スリーブケース２１が樹脂で形成されているため、金属部分の割合を低減出来、妨害雑音のアンテナになる部分が少なくなるため、妨害雑音の影響を受けにくくなる効果がある（特許文献１参照）。
特開２００１−６６４６８号公報

しかしながら、図３に示すような従来の構造のレセプタクルの場合、スリーブケースとホルダを嵌合ツメ同士のはめ合わせで組み立てるため、スリーブケースとホルダ間の機械的強度に乏しく、Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ等の規格で定められている振動試験や衝撃試験に弱く、十分な機械的強度の信頼性が得られないという問題があった。

また、樹脂は空気中の湿度を吸収して劣化する性質があるため、湿度が高い環境ではスリーブケースとホルダの嵌合ツメ部分が劣化し、機械的強度が低下してしまい、Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ等の規格で定められている耐湿試験や高温高湿試験に弱く、十分な信頼性が得られないという問題があった。

さらにスリーブケースとホルダを嵌合ツメ同士のはめ合わせで組み立てる際は、樹脂で出来ているスリーブケースが変形して嵌合ツメ同士のはめ合わせがなされるが、樹脂性スリーブケースは完全弾性変形しないので、はめ合わせ前の寸法に戻らず、寸法精度がわるくなってしまうという問題があった。近年の光モジュールの小型化の要求に伴い、光レセプタクルには小型かつ高精度の寸法が要求されており、この要求を満足させることが困難であった。

本発明は、上述の欠点に鑑み案出されたものであり、その目的は容易かつ確実に光レセプタクルの妨害雑音を向上するとともに、機械的強度、長期信頼性に優れた光レセプタクルを提供することにある。

本発明の一つの態様によれば、光レセプタクルは、ファイバスタブと、スリーブと、ホルダと、スリーブケースとを備えている。ファイバスタブは、光ファイバが挿入された貫通孔を有しており、光ファイバを固定している。スリーブは、ファイバスタブを保持しているとともに、ファイバスタブの先端面に当接するプラグフェルールを保持している。ホルダは、ファイバスタブを保持しており、金属からなる。スリーブケースは、スリーブが収納された貫通孔を有しており、樹脂部分と金属部分とを含んでいるとともに、インサート成形された複合体である。金属部分は、ホルダに固定されている。

本発明の他の態様によれば、光モジュールは、光レセプタクルと、光レセプタクルに取り付けられたケースと、ケースに収納された光素子とを備えている。

本発明によれば、金属部分の割合を低減出来、妨害雑音のアンテナになる部分が少なくなるため、周囲からの妨害雑音の影響を受けにくくなる。

また、スリーブケースとホルダを組み合わせる部分が金属であるため、外形寸法の精度がほとんど変化することなく、高精度かつ小型の形状を実現出来る上、空気中の湿度を吸収しても機械的強度が低下しない優れた高信頼性、高精度の光レセプタクルを実現することが出来る。

また、より強固に金属部分と樹脂部分が固定されるため、機械的強度に優れた高信頼性の光レセプタクルを安価で容易に実現出来る。

さらに、スリーブケースをホルダに固定する際にツバ部分を利用して固定できるため、スリーブケースの樹脂部分を破損させることなく、安価で容易に光レセプタクルを実現出来る。

また、安価に金属部分と樹脂部分が強固に接合したスリーブケースを実現することが出来る。

以上のように、本発明の光レセプタクルを用いて光モジュールを作成すれば、容易かつ確実に妨害雑音の影響を受けにくくなる効果が得られるとともに、機械的強度、信頼性に優れた高精度な光モジュールを実現することが出来る。

以下、本発明の第１の実施形態を図面に基いて説明する。

図１は、本発明の光レセプタクルの一実施形態を示す断面図である。

図２は、本発明の光レセプタクルを用いた光モジュールを示す断面図である。

図１に示すように、本発明の光レセプタクル１０は貫通孔５ａが形成されたホルダと、フェルールの中央に形成した貫通孔に光ファイバを固定したファイバスタブを有し、上記ホルダ５の貫通孔５ａファイバスタブ１の後端部を保持し、上記ファイバスタブ１の先端面１ａと当接するプラグフェルール１１を保持するスリーブ４と該スリーブ４を収納するスリーブケース６からなり、上記スリーブケース６が金属部分７と樹脂部分８の複合体からなるものである。

上記スリーブケース６は光レセプタクル１０となったときの露出表面がほとんど樹脂で形成されており金属部分の割合を低減しているため、妨害雑音のアンテナになり得る部分が減少するので、放射をしたり周囲から受ける妨害雑音の影響を少なくすることが出来る。

また近年の光トランシーバ小型化の動きに対応するため、送信光モジュールと受信光モジュールが近接して配置されることが多いが、この場合に送受信光モジュール間が近いことにより発生する干渉雑音に対しても、アンテナになり得る部分が減少するために影響を低減することが可能となる。

スリーブケース６とホルダ５の固定に関しては、スリーブケース６の金属部分７をホルダ５に圧入固定、もしくは溶接固定する方法が望ましい。これらの方法を用いて固定した場合、容易かつ安価にスリーブケース６とホルダ５を強固に固定出来るため、十分な機械的強度を実現出来るため、Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ等の規格で定められている振動試験や衝撃試験に対して十分な特性を得ることが出来る。

溶接固定の手段としては、銀ローやスポット溶接、ＹＡＧ溶接等が考えられるが、費用や溶接強度の点からＹＡＧ溶接を用いるのが最も望ましい。

スリーブケースの金属部分には、図１に示すような突起または溝による抜け止め部９を１つ以上形成することが望ましい。上記突起または溝が、インサート成形後の樹脂部分の抜け止めとして機能して、より確実にスリーブケース６の金属部分７と樹脂部分８を固定出来るため、機械的強度に優れた高信頼性の光レセプタクルを提供出来る。上記突起または溝は樹脂部分の抜け止めとして機能すれば良く、金属部分を全周あるいは部分的に設け、突起と溝の両方を組み合わせて抜け止め部９を形成する。

またスリーブケース６の金属部分７には、図１に示すようなツバ部７ａを設けることが望ましい。スリーブケース６の金属部分７をホルダ５に圧入固定する際に、樹脂部分８を押して圧入作業を行った場合、樹脂の強度が圧入加重に耐えられずに破損する恐れがある。

しかしスリーブケース６の金属部分７に上記ツバ部７ａを設ければ、スリーブケース６の金属部分７をホルダ５に圧入固定する際にツバ部７ａを利用して圧入が可能となるため、樹脂部分８を破損させる恐れが無くなり、安全かつ容易に圧入作業を行うことが出来る。

スリーブケース６は金属部分７と樹脂部分８の複合体であるため、製造方法としては、接着、圧入、インサート成形等が挙げられる。

しかし接着の場合は、接着剤自信も樹脂であるため、吸湿による劣化が起こり高信頼性を得られない上、圧入に比べて接着剤を硬化させる必要があるために固定する時間が長くなってコストがかかってしまう。

また樹脂の圧入による場合には樹脂の塑性変形が起こるために確実に固定できない上、樹脂部分８の圧入される部分の寸法制御も困難となり、実現が非常に困難となる。

上述の点から、インサート成形により製造することが最も望ましい。

ファイバスタブ１を構成するフェルール２はステンレス、りん青銅等の金属、エポキシ、液晶ポリマー等のプラスチックス、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスからなり、特に、ジルコニアセラミックスで形成することが好ましい。具体的には、ＺｒＯ₂を主成分とし、Ｙ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ₂、Ｄｙ₂Ｏ₃などの少なくとも一種を安定化剤として含み、正方晶の結晶を主体とする部分安定化ジルコニアセラミックスを用いることが好ましく、このような部分安定化ジルコニアセラミックスは、優れた耐摩耗性を有するとともに、適度に弾性変形することから、ホルダ５にファイバスタブ１を圧入によって固定する際に有利である。

上記フェルール２の加工方法としては、先ず、フェルール２を例えばジルコニアセラミックスから形成する場合、予め射出成形、プレス成形、押出成形等の所定の成形法によってフェルール２となる円柱状もしくは直方体形状の成形体を得、その後、その成形体を１３００〜１５００℃で焼成し、所定の寸法に切削加工または研磨加工を施す。

なお、成形体に切削加工等によって予め所定の形状を形成しておき、その後焼成を行ってもよい。

ファイバスタブ１の先端面１ａは、光コネクタとの接続損失を低減させるため曲率半径５〜３０mm程度の曲面状に加工され、後端部の端面はＬＤ（レーザダイオード）等の光素子１２から出射された光信号が光ファイバ３の端面で反射して光素子１２に戻る反射光を防止するため４〜１０°程度の傾斜面に鏡面研磨されている。

ホルダ５はファイバスタブ１の先端部がスリーブケース６に収納されたスリーブ４に挿入固定された状態で、そのスリーブケース６の外周に嵌り込んで収納する円筒状の収納部５ｂと、その収納部５ｂのほぼ中心に形成しファイバスタブ１の後端部が固定される貫通孔５ａから成る。

ホルダ５は光モジュールとして図２の光素子１２等を収納するケース１４と溶接することが多いため、ステンレス、銅、鉄、ニッケルなどの溶接が可能な材料が用いられるが、主には耐腐食性と溶接性を考慮して、ステンレスが用いられる。

また半田との密着性を考慮して金メッキ等を外表面に施しても良い。

スリーブ４は全体がスリーブケース６に完全に収納されており、その材質としてはジルコニア、アルミナ、銅などの材料が用いられるが、主に耐摩耗性を考慮して、ジルコニアセラミックス材料が用いられる。

また、スリーブ４の内径の表面荒さは挿入性を考慮して、Ｒａ０．２μm以下が望ましく、ファイバスタブ１の外径とスリーブ４の内径公差は低い接続損失を得るため、±１μm以下が望ましく、スリーブ４の内径寸法はファイバスタブ１を確実に保持するために、０．９８Ｎ以上の圧入になるよう設計することが望ましい。

スリーブケース６の金属部分７は、ステンレス、銅、黄銅などの銅合金、鉄、ニッケル、アルミニウムなどの幅広い材料を用いることが出来るが、ホルダ５との溶接固定を考慮し、熱膨張係数を合わせて信頼性を高めるため、ホルダ５と同様、ステンレスを用いるのが好ましい。

スリーブケース６の樹脂部分８は、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、ポリエステル等の各種エラストマー、ナイロン、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＢＴ、ＰＥＩ、ＰＣなどの幅広い材料を用いることが出来るが、インサート成形による製作性と絶縁性を考慮し、ＰＢＴ、ＰＥＩ等の絶縁特性に優れた熱可塑性樹脂を用いるのが望ましい。

また、上記の樹脂に機械的強度を向上させる目的で、ガラス繊維、ガラス粉等を添加するのが望ましい。

次に、図１に示す本発明の光レセプタクル１０を用いて光モジュール１５を構成する場合は、図２に示すように光レセプタクル１０のファイバスタブ１を備えた一方側に、光素子１２とレンズ１３を備えたケース１４を溶接等により接合する。

なお、図２に示す実施形態では、ファイバスタブ１を用いた光レセプタクル１０により構成された光モジュール１５を取り上げたが、ファイバスタブ１を用いない場合の光レセプタクル１０により構成された光モジュール１５においても、本発明は有効である。

本発明の実施例を説明する。

図１に本発明の実施例として光レセプタクル１０、図３に比較例として光レセプタクル２０を示した。
各ファイバスタブに用いたフェルールは、ジルコニアセラミックスからなり、押し出し成形によって円筒状のセラミックス成形体を得て焼成工程で焼き固め、切削加工を行って所定の形状のフェルール試料を得た。

こうして得られたそれぞれのフェルールの貫通孔に光ファイバを挿入固定し、先端面を曲率半径２０ｍｍ程度の曲面に鏡面研磨し、反対側の後端部は、ＬＤ等の光素子から出射された光が光ファイバの先端部で反射して光素子に戻る反射光を防止するため、光ファイバの後端面を６°の傾斜面に切断しファイバスタブとした。

次いで、得られたファイバスタブの後端部をホルダに挿入固定し、スリーブ４をファイバスタブ１の先端部に挿入固定した。

図１に示す本発明の試料の場合は、ステンレスを切削加工した部品をインサート成形によりＰＥＩを付けてスリーブケース6とし、そのステンレス部分をホルダ５に圧入して、光レセプタクル１０を１０個作製した。

一方、図６の比較例の光レセプタクル２０の場合は、ＰＥＩを切削加工して嵌合ツメ２１ａを設けたスリーブケース２１とし、ホルダ２２に設けた嵌合ツメ２１ａとはめ合わせて光レセプタクル２０を１０個作製した。

そして、それぞれの光レセプタクルの初期状態のスリーブケースとホルダ間の強度と、高温高湿試験を行った後のスリーブケースとホルダ間の強度を各５ｐづつ測定した。

高温高湿試験は８５℃８５％の環境に保った恒温槽に各レセプタクルを１０００時間放置して行った。

また、スリーブケースとホルダ間の強度は、ホルダを治具にＹＡＧ溶接固定し、スリーブケースを引っ張り試験機にて引っ張ることで測定した。

その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、本発明の光レセプタクル１０は、高温高湿試験を行った後でも、スリーブケース６とホルダ５間の強度は、試験前の初期状態とほぼ同じ約１２０Ｎであり、高温高湿試験により強度が低下しないことがわかった。

これに対し、従来の光レセプタクル２０では、高温高湿試験を行った後では、スリーブケース２１とホルダ２２間の強度は、試験前の初期状態と比べ約３０％程度減少しており、高温高湿試験により強度が低下することが分かった。

さらに、実施例として、上記と同じ方法で、ステンレスを切削加工し、樹脂部分の抜け止め９として外周に１本の溝を設けた部品をインサート成形によりＰＥＩを付けてスリーブケース6とし、スリーブケース6のステンレス部分をホルダ５に圧入して、図１に示す光レセプタクル１０を１０個作製した。

また比較例として、上記と同じ方法で、図１のスリーブケース６の樹脂部分８の抜け止め部９を設けていない場合の光レセプタクル（不図示）を１０個作製した。

そして、それぞれの光レセプタクルのスリーブケースの樹脂部分８を引っ張り試験機にて引っ張り、樹脂部分８と金属部分７の固定強度を測定した。

表２から明らかなように、スリーブケース６の樹脂部分８の抜け止め部９として外周に１本の溝を設けた光レセプタクル１０のスリーブケース６の樹脂部分８と金属部分７の固定強度は約４８０Ｎであったのに対し、スリーブケース６の樹脂部分８の抜け止め部９を設けていない光レセプタクルでは固定強度が約２３０Ｎと小さいことが分かった。

本発明の光レセプタクルの実施形態を示す断面図である。 本発明の光レセプタクルを用いた光モジュールを示す断面図である。 従来の光レセプタクルを示す断面図である。

符号の説明

１：ファイバスタブ
１ａ：先端面
２：フェルール
２ａ：貫通孔
３：光ファイバ
４：スリーブ
５：ホルダ
５ａ：貫通孔
５ｂ：収納部
６：スリーブケース
７：金属部分
７ａ：ツバ部
８：樹脂部分
９：抜け止め部
１０：光レセプタクル
１１：プラグフェルール
１２：光素子
１３：レンズ
１４：ケース
１５：光モジュール
２０：光レセプタクル
２１：スリーブケース
２１ａ：嵌合ツメ
２２：ホルダ
２２ａ：ホルダ嵌合ツメ

Claims (6)

1. 光ファイバが挿入された貫通孔を有しており、前記光ファイバを固定しているファイバスタブと、
   前記ファイバスタブを保持しているとともに、前記ファイバスタブの先端面に当接するプラグフェルールを保持するスリーブと、
   前記ファイバスタブを保持しており、金属からなるホルダと、
   前記スリーブが収納された貫通孔を有しており、樹脂部分と金属部分とを含んでいるとともに、インサート成形された複合体であり、前記金属部分が前記ホルダに固定されたスリーブケースと、
   を備えた光レセプタクル。
2. 前記スリーブケースの前記金属部分が、溝または突起による前記樹脂部分の抜け止め部を有していることを特徴とする請求項１記載の光レセプタクル。
3. 前記スリーブケースの前記金属部分が、前記ホルダに圧入固定されていることを特徴とする請求項１記載の光レセプタクル。
4. 前記スリーブケースの前記金属部分が、前記ホルダに接しているツバ部を有していることを特徴とする請求項３記載の光レセプタクル。
5. 前記スリーブケースの前記金属部分が、前記ホルダに溶接固定されていることを特徴とする請求項１記載の光レセプタクル。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の光レセプタクルと、
   前記光レセプタクルに取り付けられたケースと、
   前記ケースに収納された光素子と、
   を備えた光モジュール。

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