JP6338927B2

JP6338927B2 - 光デバイス用筐体構造及びレーザモジュール

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Publication number: JP6338927B2
Application number: JP2014103191A
Authority: JP
Inventors: 弘範田中; 田端　学; 学田端
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2018-06-06
Anticipated expiration: 2034-05-19
Also published as: JP2015219394A

Description

本発明は、光デバイス用筐体構造に係り、特に光デバイスから延びる光ファイバを保持する構造に関するものである。

光デバイスを収容した光モジュールにおいては、枠体の内部に光デバイスが配置され、枠体に形成した挿通孔に光ファイバが挿通され、枠体内部の光デバイスと光ファイバとが光学的に結合される。このような光モジュールに用いられる光ファイバは、光モジュールへの搭載時に不意な引っ張りや曲げを受けることが多い。このため、枠体の近傍で光ファイバに小径の曲げが生じ、光ファイバがその許容曲げ径以下に曲げられることで破断してしまうことがある。

このような光ファイバの破断を防止するために、枠体と一体に筒状部を形成して筒状部及び挿通孔に光ファイバを挿通し、ゴム製のブーツを筒状部の外側に被せて光ファイバを保護する構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このゴム製のブーツは、光ファイバに対して根元から曲げるような力が光ファイバに加わった場合に、適度に変形しながら光ファイバを曲げる応力を緩和させ、光ファイバの曲げ径を大きく維持することで光ファイバの破断を防ぐものである。

このようなブーツを筒状部の外側に取り付けるためには、筒状部や枠体とブーツとを係合させる必要がある。このためには、筒状部や枠体に突起などを追加で形成する必要があるため、部材の形状が複雑化するとともに製造コストも高くなる。また、ブーツにも係合部などを形成する必要があるため、ブーツの作製に際しては複雑な形状の金型が必要となり製造の初期コストが高くなってしまう。

特開２００５−１６５２００号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、安価かつ簡単な構成で曲げによる光ファイバの破断を防止することができる光デバイス用筐体構造を提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、安価かつ簡単な構成で曲げによる光ファイバの破断を防止することができるレーザモジュールを提供することを第２の目的とする。

本発明の第１の態様によれば、安価かつ簡単な構成で曲げによる光ファイバの破断を防止することができる光デバイス用筐体構造が提供される。この光デバイス用筐体構造は、光ファイバを挿通させる挿通孔が形成された側壁を有する枠体と、上記挿通孔の周囲の上記側壁から上記枠体の外側に向かって突出する突出部と、上記枠体の外側に向かって上記突出部よりも長く延びた状態で上記突出部の内面の内側に固定される円筒状のパイプとを備えている。このパイプの内部には上記光ファイバが挿通される。上記突出部は、上記挿通孔の中心軸の周囲に形成される複数の突起から構成されている。上記パイプは、内部に挿通された上記光ファイバの曲げ径を該光ファイバの許容曲げ径よりも大きく維持できるような弾性を有することが好ましい。

このように、本発明によれば、枠体の外側に向かって突出部よりも長く延びるパイプを設けているので、パイプに曲げる力が作用した場合には、突出部から外側にあるパイプの部分が変形することによって、光ファイバが一定の径以下で曲がらないようになる。したがって、簡単な構造で曲げによる光ファイバの破断を防止することができる。また、パイプとしては簡単な構造で安価な市販のパイプを用いることができるので、安価かつ簡単な構成で曲げによる光ファイバの破断を防止することができる。

上記枠体の側壁に平行な面での断面における上記突出部の内面の形状は、円状又は円弧状であることが好ましい。このような構成により、突出部の内面を円筒状のパイプの外周面に対応させることができるので、パイプを突出部の内面の内側に確実に保持することができる。

上記突出部は、上記枠体の側壁から外側に向かうにつれ次第に幅が減少するように形成されていることが好ましい。このように、枠体の側壁から外側に向かうにつれて突出部の幅を次第に減少させて先細形状とすれば、突出部は容易に金型から抜くことができる形状となる。したがって、金型を用いて枠体と突出部とを一体に成形する場合においても、生産性の高い金属粉末射出成形法（ＭＩＭ）などの方法を用いることができ、生産性を向上することができる。

この場合において、上記突出部の内面が、上記枠体の側壁から外側に向かうにつれ上記挿通孔の中心軸から次第に離れるように形成されていることが好ましい。このように突出部の内面をテーパ状にすることにより、パイプを突出部の内面の内側に固定する際に、パイプの端面を突出部の内面に沿ってガイドさせながら突出部の内面の内側にパイプを挿入することができるので、パイプを抵抗なく突出部の内面の内側に嵌め込むことができる。

また、上記突出部の外面は、上記枠体の側壁から外側に向かうにつれ上記挿通孔の中心軸に次第に近づくように形成されていることが好ましい。このように突出部の外面をテーパ状にすることにより、突出部を容易に金型から抜くことができ、ＭＩＭなどの方法により生産性を向上することができる。

突出部を挿通孔の中心軸の周囲に形成される複数の突起により構成することで、複数の突起の間に隙間を形成することができる。したがって、この隙間から接着剤等を枠体の側壁とパイプとの間に供給することが可能となる。また、この隙間からパイプの嵌まり具合や接着剤の充填具合を目視により確認することができる。

この場合において、上記複数の突起のうち隣接する突起の間に形成される隙間の最小幅が、上記パイプの外径よりも小さいことが好ましい。このような構成により、隣接する突起の間からパイプが抜け出ることを防止でき、パイプを突出部の内面の内側に確実に保持することができる。

また、上述した突起の間の隙間をパイプの下方に形成することにより、上記挿通孔の中心軸を低く、例えば上記枠体の側壁の高さの１／２未満の位置にすることができる。

また、上記枠体の側壁の上記挿通孔の周囲には、上記パイプの外径よりも大きな径の座ぐり孔が形成されていることが好ましい。このような座ぐり孔を形成することにより、パイプを突出部の内面の内側に挿入しやすくなる。さらに、上記枠体の側壁には、上記座ぐり孔に接着剤を供給するための接着剤充填溝が形成されていることが好ましい。

本発明の第２の態様によれば、安価かつ簡単な構成で曲げによる光ファイバの破断を防止することができるレーザモジュールが提供される。このレーザモジュールは、上述した光デバイス用筐体構造と、上記光デバイス用筐体構造の内部に設置される半導体レーザダイオードと、上記半導体レーザダイオードから発せられるレーザ光を伝搬する光ファイバとを備えている。上記光ファイバは、上記光デバイス用筐体構造の挿通孔及びパイプに挿通される。

この場合において、上記パイプをポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から形成することが好ましい。このようにレーザモジュールにおける筐体構造のパイプを難燃性のＰＥＥＫとすることで、レーザモジュールの出力が高くなった場合においてもレーザモジュールの発火を防止することができる。

本発明によれば、枠体の外側に向かって突出部よりも長く延びるパイプを設けているので、パイプに曲げる力が作用した場合には、突出部から外側にあるパイプの部分が変形することによって、光ファイバが一定の径以下で曲がらないようになる。したがって、簡単な構造で曲げによる光ファイバの破断を防止することができる。また、パイプとしては簡単な構造で安価な市販のパイプを用いることができるので、安価かつ簡単な構成で曲げによる光ファイバの破断を防止することができる。

本発明の一実施形態におけるレーザモジュールを示す平面図である。図１の左側面図である。図２のＡ−Ａ線部分断面図である。図２のＢ−Ｂ線部分断面図である。

以下、本発明に係る光デバイス用筐体構造を備えたレーザモジュールの実施形態について図１から図４を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明に係る光デバイス用筐体構造をレーザモジュールに利用した例について説明するが、本発明に係る光デバイス用筐体構造は、レーザモジュール以外の光デバイスにも適用できることは言うまでもない。なお、図１から図４において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は本発明の一実施形態におけるレーザモジュール１００を示す平面図、図２は左側面図、図３は図２のレーザモジュール１００をＡ−Ａ線で切った部分断面図、図４は図２のレーザモジュール１００をＢ−Ｂ線で切った部分断面図である。図１から図４に示すように、本実施形態におけるレーザモジュール１００は、４つの側壁を有する枠体１０と、平板状の底板２０と、平板状のカバー２２（図１ではカバー２２を透視している）と、底板２０上に載置されたレーザマウント３０と、レーザマウント３０上に載置された半導体レーザダイオード４０と、底板２０上に載置されたファイバマウント５０とを備えている。

図１に示すように、枠体１０は、Ｙ方向に沿って延びる側壁１１と、側壁１１に対向してＹ方向に沿って延びる側壁１２と、側壁１１と側壁１２との間でＸ方向に沿って延びる側壁１３と、側壁１３に対向してＸ方向に沿って延びる側壁１４とを含んでいる。

図２から図４に示すように、枠体１０の側壁１１には、Ｘ方向に沿って側壁１１を貫通する挿通孔７０が形成されており、この挿通孔７０にはＸ方向に延びる光ファイバ６０が挿通される。挿通孔７０に挿通された光ファイバ６０の端部は、図１に示すように、ファイバマウント５０上に例えば半田５２によって固定される。このとき、光ファイバ６０は、半導体レーザダイオード４０から出射されたレーザ光が光ファイバ６０の先端部６０Ａに結合するように配置され、半導体レーザダイオード４０から出射されたレーザ光が、光ファイバ６０の先端部６０Ａに入射して光ファイバ６０内を伝搬するようになっている。

図１から図３に示すように、枠体１０の側壁１１の挿通孔７０の周囲には、枠体１０の外側に（Ｘ方向に）向かって突出する２つの突起８１，８２からなる突出部８０が形成されている。本実施形態においては、これらの突起８１，８２は、挿通孔７０のＹ方向両側の側壁１１から突出している。これらの突起８１，８２は枠体１０と一体に形成されている。

突起８１と突起８２の間には、円筒状のパイプ９０が突起８１，８２の内面８１Ａ，８２Ａの内側に保持された状態で固定されている。このパイプ９０は、適度な弾性を有する材料からなり、パイプ９０の内部に光ファイバ６０を挿通させてこれを保護する。パイプ９０としては、安価な市販の樹脂チューブ、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの樹脂からなるチューブを用いることができる。パイプ９０は接着剤により突起８１，８２及び側壁１１に固定されているが、図２から図４においては簡略化のため接着剤の図示を省略している。

図２に示すように、ＹＺ平面における突起８１，８２の内面８１Ａ，８２Ａの断面形状はそれぞれ円弧状となっており、これら突起８１，８２の内面８１Ａ，８２Ａの形状が円筒状のパイプ９０の外周面に対応するようになっている。これらの突起８１，８２の内面８１Ａ，８２Ａの円弧形状の径はパイプ９０の外径Ｄ_Pよりも大きくなっている。このような構成により、パイプ９０を突起８１，８２の内面８１Ａ，８２Ａの内側に保持できるようになっている。

図２に示すように、突起８１と突起８２との間に形成される隙間の最小幅Ｗ_minはパイプ９０の外径Ｄ_Pよりも小さくなっている。このようにすることで、上下方向に曲げる力がパイプ９０に作用した場合においても、突起８１と突起８２との間の隙間からパイプ９０が抜け出てしまうことを防止でき、パイプ９０を突起８１，８２の内面８１Ａ，８２Ａの内側に確実に保持することができる。

図３に示すように、それぞれの突起８１，８２は、枠体１０の側壁１１から外側に向かうにつれてＹ方向の幅が次第に減少するように形成されている。より具体的には、突起８１，８２の内面８１Ａ，８２Ａは、枠体１０の側壁１１から外側に（Ｘ方向に）向かうにつれて挿通孔７０の中心軸Ｃ（図２参照）から次第に離れるように、すなわちＹＺ断面における円弧の径が次第に大きくなるように形成されている。このように突起８１，８２の内面８１Ａ，８２Ａをテーパ状にすることにより、パイプ９０を突起８１，８２の間に固定する際に、パイプ９０の端面を突起８１，８２の内面８１Ａ，８２Ａに沿ってガイドさせながら突起８１，８２の間にパイプ９０を挿入することができる。したがって、パイプ９０を抵抗なく突起８１，８２の間に嵌め込むことができる。一方、突起８１，８２の外面８１Ｂ，８２Ｂは、図３に示すように、枠体１０の側壁１１から外側に（Ｘ方向に）向かうにつれて挿通孔７０の中心軸Ｃに次第に近づくように形成されている。

このように、枠体１０の側壁１１から外側に（Ｘ方向に）向かうにつれて突起８１，８２のＹ方向の幅を次第に減少させて先細形状としているので、突起８１，８２を金型成形した場合に突起８１，８２を容易に金型から抜くことが可能となる。したがって、金型を用いて枠体１０と突起８１，８２とを一体に成形する場合においても、生産性の高い金属粉末射出成形法（ＭＩＭ）などの方法を用いることができ、生産性を向上することができる。このため、枠体１０及び突起８１，８２の材料としては、ＭＩＭによる成形が可能なＳＵＳ４４０などのステンレス鋼や亜鉛などを用いることが好ましい。

また、図１に示すように、パイプ９０は、枠体１０の側壁１１から枠体１０の外側に（Ｘ方向に）向かって突起８１，８２よりも長く延出している。これにより、パイプ９０に曲げる力が作用した場合には、突起８１，８２から外側にあるパイプ９０の部分が適度に変形し、光ファイバ６０が一定の径以下で曲がらないようになっている。換言すれば、パイプ９０は、光ファイバ６０の曲げ径を光ファイバ６０の許容曲げ径よりも大きく維持できるような弾性を有している。このように、パイプ９０の内部に挿通される光ファイバ６０の曲げ径を許容曲げ径より大きく維持することができるので、光ファイバ６０の破断を防止することができる。

また、パイプ９０が折れにくいことも重要である。パイプ９０が折れてしまうと、内部に挿通される光ファイバ６０も折れてしまう可能性があるため、パイプ９０は、ある程度の硬さと厚さを有する必要がある。本実施形態におけるパイプ９０は、曲げる力に対して折れにくい形状である円筒形状になっている。

図２及び図４に示すように、突起８１，８２の付け根部分の内側の側壁１１には、パイプ９０の外径Ｄ_Pよりも大きい径Ｄ_Hの座ぐり孔８４が形成されている。したがって、上述したようにパイプ９０を突起８１，８２の間に挿入した際に、パイプ９０の端面を座ぐり孔８４に挿入することができる。

また、枠体１０の側壁１１には、この座ぐり孔８４から上方に延びる接着剤充填溝８６が形成されている。パイプ９０を突起８１，８２の間に固定する際には、パイプ９０を突起８１，８２の間に挿入する前に接着剤充填溝８６から座ぐり孔８４に接着剤を供給しておき、この座ぐり孔８４に供給された接着剤によってパイプ９０の端面と側壁１１とを接着する。

本実施形態では、図２に示すように、パイプ９０の上部（及び下部）が突起８１，８２で覆われていない。すなわち、突起８１と突起８２の間の隙間がパイプ９０の上方及び下方に形成されている。したがって、パイプ９０を突起８１，８２の間に固定する際に、パイプ９０の上方（又は下方）からパイプ９０の嵌まり具合や接着剤の充填具合を目視により確認することができる。また、パイプ９０の下方に隙間が形成されているので、挿通孔７０の中心軸Ｃを低く、例えば枠体１０の側壁１１の高さＨ（図２参照）の１／２未満の位置にすることができる。

上述した実施形態においては、突出部８０が２つの突起８１，８２からなる例を説明したが、突出部８０を１つの突起により構成する、すなわち円筒状の突出部８０とすることも可能である。この場合には、ＹＺ平面での突出部８０の内面の断面形状は円形となる。ただし、挿通孔７０の周囲に形成した複数の突起により突出部８０を構成すれば、上述したように、複数の突起の間に隙間を形成することができるので、この隙間を介してパイプ９０の嵌まり具合や接着剤の充填具合を目視により確認することが可能となる。また、突出部８０を構成する突起の数は２個に限られるものではなく、３個以上の突起により突出部８０を構成することも可能である。

パイプ９０の材料は、適度な弾性を有するものであれば特に限定されないが、上述の実施形態のように、本発明に係る光デバイス用筐体構造を高出力のレーザモジュールに用いる場合には、パイプ９０の材料としてＰＥＥＫを用いることが好ましい。ＰＥＥＫは難燃性の材料であるため、ＰＥＥＫ製のパイプ９０を用いることで、レーザモジュールの出力が高くなった場合に起こり得るレーザモジュールの発火を防止することができる。

上述した実施形態におけるパイプ９０として、内径１．５ｍｍ、外径２．０ｍｍのＰＥＥＫチューブを長さ１５ｍｍに切断したものを用い、突起８１，８２の間の隙間の最小幅Ｗ_minを１．８ｍｍとした。パイプ９０の外周と座ぐり孔８４にエポキシ系接着剤を付け、パイプ９０の端面が側壁１１の座ぐり孔８４の表面に当接していることを目視確認しながらパイプ９０を突起８１，８２の間に固定した。このパイプ９０に光ファイバ６０を挿通した。

そして、レーザモジュール１００を保持した状態で、光ファイバ６０に２．２６Ｎの錘をぶら下げ、光ファイバ６０の中心に対して９０度ずつ角度を変えて４方向に曲げを５秒間ずつ印加した。この実験では光ファイバ６０が破断することはなく、本実験で用いた筐体構造は曲げに対して強いことがわかった。

なお、本明細書において使用した「上下方向」、「上方」、「上部」、「下方」、「下部」、その他の位置関係を示す用語は、図示した実施形態との関連において使用されているものであって、レーザモジュール１００内の構成要素の相対的な位置関係によって変化するものであることは理解できよう。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１０枠体
１１〜１４側壁
２０底板
２２カバー
３０レーザマウント
４０半導体レーザダイオード
５０ファイバマウント
５２半田
６０ファイバ
７０挿通孔
８０突出部
８１，８２突起
８４座ぐり孔
８６接着剤充填溝
９０パイプ
１００レーザモジュール
Ｃ中心軸

Claims

光ファイバを挿通させる挿通孔が形成された側壁を有する枠体と、
前記挿通孔の周囲の前記側壁から前記枠体の外側に向かって突出する突出部と、
前記枠体の外側に向かって前記突出部よりも長く延びた状態で前記突出部の内面の内側に固定される円筒状のパイプであって、内部に前記光ファイバが挿通されるパイプと、
を備え、
前記突出部は、前記挿通孔の中心軸の周囲に形成される複数の突起から構成される、
ことを特徴とする光デバイス用筐体構造。
前記パイプは、内部に挿通された前記光ファイバの曲げ径を該光ファイバの許容曲げ径よりも大きく維持できるような弾性を有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス用筐体構造。
前記枠体の側壁に平行な面での断面における前記突出部の内面の形状は円状又は円弧状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光デバイス用筐体構造。
前記突出部は、前記枠体の側壁から外側に向かうにつれ次第に幅が減少するように形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光デバイス用筐体構造。
前記突出部の内面は、前記枠体の側壁から外側に向かうにつれ前記挿通孔の中心軸から次第に離れるように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光デバイス用筐体構造。
前記突出部の外面は、前記枠体の側壁から外側に向かうにつれ前記挿通孔の中心軸に次第に近づくように形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の光デバイス用筐体構造。
前記複数の突起のうち隣接する突起の間に形成される隙間の最小幅が、前記パイプの外径よりも小さいことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光デバイス用筐体構造。
前記挿通孔の中心軸は、前記枠体の側壁の高さの１／２未満の位置にあることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の光デバイス用筐体構造。
前記枠体の側壁の前記挿通孔の周囲には、前記パイプの外径よりも大きな径の座ぐり孔が形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光デバイス用筐体構造。
前記枠体の側壁には、前記座ぐり孔に接着剤を供給するための接着剤充填溝が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光デバイス用筐体構造。
請求項１から１０のいずれか一項に記載の光デバイス用筐体構造と、
前記光デバイス用筐体構造の内部に設置される半導体レーザダイオードと、
前記半導体レーザダイオードから発せられるレーザ光を伝搬する光ファイバであって、前記光デバイス用筐体構造の挿通孔及びパイプに挿通される光ファイバと、
を備えたことを特徴とするレーザモジュール。
前記パイプはポリエーテルエーテルケトンから形成されることを特徴とする請求項１１に記載のレーザモジュール。