JPH03501171A - 堅固化構造を有する光ファイバ貫通アセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 堅固化構造を有する光フアイバ貫通アセンブリ発明の背景 産業上の利用分野 本発明は、オプトエレクトロニクスデバイスの為のパッケージの内部に光ファイ バを指向させる為の貫通アセンブリに関し、特に、その内部に堅固化構造を有す るこの種貫通アセンブリに関する。

従来の技術 伝送デバイスと受信デバイスとの間でインテリジェンスを伝達する為、光エネル ギを使用するオプトエレクトロニクス通信システムが知られている。この種シス テムの例は、米国特許第４．１１９，３８３号（カムリベル等）、同第４．６１ ５，０３１号（イールズ等）、同第４．４８２．２０１号（ドーセット）、同第 ４，４５８．３３４号（ヘンリー等）、同第４，３６０，９８５号（フジワラ） 、及び同第４．３３８，５７７号（サトー等）、英国特許第２．１３１，９７１ 号（ブレッセイ）、及び同第２．１２４．４０２号（スタンダード・テレフォン ・アンド・ケーブルズ）、並びにＥＰＯ出願第１８１．５３２号（シーメンス） 等に示される。

上記通信システムは、典型的には、固体レーザのような光源を使用した伝送デバ イスと、光応答性半導体を使用した受信デバイスとを含む。伝送デバイス及び受 信デバイスの機能素子は共に、１　ｘ　１１０−８ａｔ　−ｃｃ／ｓｅｃヘリウ ムと等しい若しくは未満の安定漏洩率を有する機密シールされたパッケージ内に 収納される。

上記システムにおいて使用される光信号は、伝送及び受信デバイス間を光フアイ バリンクに亘って移送される。英国特許第１．５８５，８９９号（ブレッセイ） 、及び同第２．１５０．８５８号（スタンダード・テレフォン・アンドーケーブ ルズ）は、この目的に有用な光ファイバの典型例を開示する。米国特許第４．５ ６５．５５８号（ケイル等）及び西ドイツ特許出願３，４０７．８２０号（シー メンス）は共に、光ファイバにレンズ状端部が配設され、従って、光エネルギが その内部で効果的に結合されるという技術に関する。

上記ファイバは、ファイバを包囲する金属スリーブからなる貫通アセンブリ内に 通常支持される。上記ファイバは、そのレンズ状端部に隣接して所定の間隔で保 護ジャケットが剥離される。上記スリーブはジャケットとしっかり接触するよう にクリンプ若しくは締結される。光ファイバのレンズ状端部は金属スリーブの端 部を通過して突出する。スリーブの内面及びファイバの露出外面間の環状部位は 、ガラスインサート等により機密シールされる。英国特許第１．５４１．４９５ 号（スタンダード・テレフォン・アンド・ケーブルズ）、並びに米国特許第４． ４３０．３７６号（ボックス）及び第４．５１３８．８９２号（エーテル）はガ ラス対金属シールを開示する。１９８６年１２月５日出願の英国特許出願１１１ ８２９１５８号からの優先権を主張し、本件と同時期に出願された同時係続の特 許出願（ケースＡ２３４５９）は、ファイバとスリーブとの間の機密シールを形 成するガラスインサートを有する光ファイバの為の貫通アセンブリを開示する。

この最後に言及した出願によれば、インサート上の全てのストレスは、発生若し くは繁殖するクラックの傾向を小さくする為、自然に圧搾可能である。

各パッケージには開口が配設され、従って、貫通アセンブリがその内部に導入可 能となる。貫通アセンブリは、伝送若しくは受信デバイスの機能素子に対して適 当な関係となるように、臨機応変にパッケージに対して適切に配置され、爾後レ ーザ溶接等により固定され、上記シール位置に保持される。

１９８７年４月３日出願の英国特許出願第８７０８０３２号は貫通部材がパッケ ージ内に保持されるようなレーザ溶接方法を開示する。

光ファイバがそのスリーブの一端部に隣接して機密シールにより取付けられ、し かし形成され、またそのファイバのジャケットがクリンプ等によりスリーブに取 付けられた状態が存在する時、［グローアウト（ｇｒｏｗ　ｏｕｔ）　Ｊとして 知られている現象が生じる。グローアウトは、熱サイクル下で、ジャケットが成 長し、またファイバに対して軸方向に収縮し、これらの取付は点の中間のグラス ファイバの部分が、カラムの湾曲をもたらす軸方向圧縮荷重を受ける傾向をいう 。上記湾曲はファイバが破壊するような大きさで、従って、光エネルギを伝達で きなくなる。上記グローアウトの傾向は、機密シールがいかなる態様であっても 、ジャケット及びスリーブ間の取付けがいかなる態様であっても、生じるであろ うことに留意すべきである。上記引用のイールズ特許に開示されるように、エポ キシ材料によるこれらの取付は点間の部位においてファイバを保護及びサポート する技術が公知である。上記エポキシをこれらの取付は点間の部位に導入するこ とにより、ファイバ及びそのジャケットは共に、共通のサポート部材に対して取 付けられ、従って、グローアウト効果を緩和できる。

小寸法及び近似公差故に、エポキシは真空理め戻しプロセスを使用して共通的に 導入される。光学スプライスを形成する為、ガラスチューブを満たすエポキシを 使用する技術もまた知られている。上記システムの例は、ＵＶＣ０ｐｔｉｃａｌ 　５ｐｌｉｃｅ及び５ｐｌｉｃｅ　ｆ’ｏｒ　Ｐｉｇｔａｌｌｓ　（Ｐ／Ｎ２０ １２Ｂ　）であり、これらはアメリカ合衆国、ニューシャーシー州、ニューブラ ンスイックのノーランド・プロダクツ・インコーホレーテッドから販売されてい る。

上記見地から、真空理め戻しプロセスを回避する一方、グローアウト効果を減少 させる光フアイバ貫通アセンブリを提供することが望ましいと信じられる。

発明の要約 本発明は、ファイバ及びスリーブ間で機密シールが規定された金属スリーブ及び 該スリーブ内の光ファイバを有するタイプの光フアイバ貫通アセンブリに関する 。ファイバはその上にジャケットを有し、ジャケットの一部はショルダを規定す るように除去され、ファイバの所定の軸方向長さがショルダ及びシール間で露出 するようにされる。ジャケットは、熱サイクルに応じてファイバに対してグロー アウトする性向を呈するタイプで、従ってファイバが座屈すると共に不連続にな る可能性がある。

本発明によれば、望ましくはチューブ状の堅固化部材が露出ファイバの軸方向伸 長長さを包囲及び支持する。チューブラインは、ファイバ及びスリーブ間の機密 シール内端部で隣接接触し、またショルダで隣接接触する。チューブ及びファイ バの組合わせはこれらに関連して堅固性を有し、ファイバは、破壊することなし に、ジャケットのグローアウト効果に耐え得る。特にチューブ及びファイバの組 合わせは十分堅固で、これを通る光を依然伝達するように、破壊なしで、−５５ ℃乃至１２５℃の少なくとも一回、より望ましくは１０回の熱サイクルに耐え得 る。

望ましくは、堅固化部材は、ファイバの熱特性に殆ど適合する熱特性を呈する、 石英のような材料から形成される。

図面の簡単な説明 本発明は、本出願の一部を形成する添付の図面に従ってなされる以下の詳細な説 明からより明確に理解されるであろう。

この図面は、本発明に係る光フアイバ貫通アセンブリの縦断側面図である。

発明の詳細な説明 符号１０で全体が指示されるファイバ貫通アセンブリは、ステンレス鋼のような 適当な溶接可能な材料から形成された外スリーブ１２を含み、ここで、本貫通ア センブリは、関連するファイバ光通信システムの構成部品のパッケージにしっか りと取付は支持される。パッケージの壁は図中破線で示され、符号Ｐで示される 。パッケージＰはここに形成された開口Ａを有し、これを通して貫通アセンブリ １ｏがパッケージＰの内部に導入可能となる。貫通アセンブリ１ｏは、溶接Ｗ等 によってパッケージに対して適当な位置に保持される。

スリーブ１２は主チューブ状部分１４を含み、これはスリーブ１２の開放端部１ ８に隣接して符合１６部分でテーバし、首部２０を形成する。首部２０はスリー ブ１２の主チューブ状部分１４におけるよりも比較的小さい直径を呈する。製造 を容易にする為、スリーブ１２は、望ましくは、符号２４で示されるように内側 が狭くなっている。

ファイバ光ケーブル３０がスリーブを通して延びる。ケーブル３０は周囲に配設 された保護ジャケット３４を有するグラスファイバ３２からなる。ファイバ３２ は適当なガラス若しくはプラスチック材料から形成可能である。１２５μｍの外 形を有する単−若しくは多モードシリカガラス光ファイバケーブル３０が望まし い。絶縁ジャケット３４は、ナイロン製の外バッファ層から形成され、シリコン 製の内バッファ層を有することが可能である。代わりに、外バッファ層は、アク リレートの内バッファ層を伴う、Ｈｙｔｒｅｌ　（登録商標）ポリエステル弾性 材とすることができる。ジャケット３４は、その端部近傍で所定長ファイバ３２ から剥離され、従ってショルダ若しくは隣接部３８が規定される。ファイバ３２ の端部４０は所望とあればレンズ状にすることができる。露出ファイバ３２の端 部４０はスリーブ１２の首部２ｏの開放端部１８を通過して所定距離４２伸長可 能である。ファイバ３゜のジャケット３４は、符号４４で示されるように、スリ ーブ１２に対してクリンプ等により固定的に取付けられる。図示の如く、クリン プ４４はショルダ３８から軸方向に適当な距離離間される。

露出ファイバ３２は、首部２０の近傍でスリーブ１２内部に対して、符号４６で 示されるように機密シールされる。

１９８６年１２月５日出願の英国特許出願第８６２９１５８号の優先権を主張し 、本件と同時期に出願された、同時係続特許出願（ケースＡ２３４５９）におい て開示され且つクレームされているように、圧縮機密シール構造を形成するよう にガラス予形成体を配設することが望ましいが、機密シール４６を規定するのに どのような適当な技術を使用することも可能である。上記同時係続出願に開示さ れるように、予形成体に望ましいガラスの候補には、０ｖｅｎｓ−１１１ｉｎｏ １ｓ　ＥＳＧ　１０１５　ｇｌａｓｓ　、及び０ｖｅｎｓ−１１１１ｎｏｉｓ　 ＰＰ−１００ｇｌａｓｓが含まれる。スリーブ１２に対して軸方向測定された、 ファイバ３２の所定長４８が、シール４６の軸方向内端部４６Ｅとショルダ３８ との間に非支持状態で残される。

この技術において、ファイバ３０がスリーブ１２内に配置され、またファイバ３ ０が、スリーブ１２に対して、クリンプ点４４及び機密シール４６部位のような ２つの軸方向離間位置で取付けられるような状態において、「グローアウト」と して知られている現象が生じることが一般的によく知られている。グローアウト は、熱サイクル下で、ジャケット部分３４が成長し、また軸方向に収縮し、グラ スファイバ３２の非支持長４８が、カラムの湾曲をもたらす軸方向圧縮荷重を受 ける傾向をいう。上記湾曲はファイバ３２が破壊するような大きさで、従って、 光エネルギを伝達できなくなる。上記グローアウトの傾向は、ファイバ３２及び スリーブ１２間の機密シール４６がいかなる態様であっても、ジャケット３４及 びスリーブ１２間の取付けがいかなる態様であっても、生じるであろうことに留 意すべきである。

本発明によれば、熱サイクル中のグローアウトによりファイバが破壊する傾向は 減少する。この為、露出ファイバ３２の非支持長４８が堅固化部材５０により包 囲される。部材５０はその上に第１端部５２及び第２端部５４を有する。部材５ ０はスリーブの内部に配置され、その端部５２がシール４６の内端部４６Ｅに隣 接する。堅固化部材５０及びシール４６間の隣接接触は機械的隣接若しくは融合 隣接の態様をとることができ、ここでシール４６の材料は、堅固化部材５０に対 して湿潤され、これと共に融合する。

部材５０の第２端部５４は点５８でジャケット３４のショルダ３８と隣接接触す るように配置される。部材５０とショルダ３８との隣接接触は下記の態様のいず れを取ることもできる。隣接接触は、エポキシ隅肉溶接を伴う若しくは伴わない 単純な機械的隣接とすることができる。隣接接触は、部材５０の端部及びショル ダ３８間のエポキシクッションによって規定可能である。隣接接触は、ジャケッ ト３４の内部バッファ層（シリコン若しくはアクリレート）中に侵入する部材５ ０の端部５４によって規定可能である。所望とあれば、寸法的発展に寄与するよ うに、隣接接触のこれらの態様の幾つかは組合わせ可能である。隣接接触は、最 も望ましくは、エポキシ隅肉溶接を伴う単純機械的隣接を使用して形成される。

この例におけるエポキシとして使用するのに適当なものは、ＭＳＤＡ　Ｎｏ、　 １８６５としてダイマックス・インコーホレーテッドから販売されているものの ような、Ｔｙｐｅ　Ｌｉｇｈｔ−〒ｅｌｄ　３０５Ｍｅｔｈａｃｒｙｌｉｃ　Ａ ｄｈｅｓｉｖｅである。このエポキシは、隣接接触の他の上記態様においても適 当なものと信する。更に、エポキシとして使用するのに適当と思われるものは、 Ｎｏ、４８８．６２５及びＸ１３０５５Ｂとしてダイマックスから販売されてい るものである。

堅固化部材５０を形成するのに使用される材料は、ファイバ３２の熱的特性と殆 ど適合するように望ましくは選択される。即ち、堅固化部材５０の熱膨張係数は 、ファイバ３２の熱膨張係数と、概ね、最も望ましい例においては実質的に等し い。熱係数の近似適合は、堅固化部材５０とファイバ３２の長さ４８との間の相 対移動を防止する為に望ましい。この近似適合は堅固化部材５０によるファイバ ３２の長さ４８の引掻きの可能性を排除する。

望ましい例において、堅固化部材５０はシール４６を形成するように使用される ガラス予形成体の結合温度において熱的に安定である。この温度はガラス予形成 体のガラス遷移温度より望ましくは９０℃上である。

望ましい例において、堅固化部材５０は石英チューブの態様をなす。Ｐｙｒｅｘ 　（登録商標）　、Ｋｉｍｂａｌｌ　ＫＧＪ３１ａ、ｂｏｒａｔｏｒｙｇｌａｓ ｓ　ＳＣｏｒｎｉｎｇ　７０５２　Ｋｏｖａｒ　ｓｅａｌｉｎｇ　ｇ！ａｓｓｓ 及び０ｖｅｎｓ−１１！Ｘｎｏｉｓ　０１　ＥＳＧ　１０１５　ｇｌａｓｓが堅 固化部材５０に使用可能である。

ファイバ３２の長さ４８に亘って配置された堅固化部材５０により、部材５０及 びグラスファイバ３２の組合わせは、破壊なしにジャケット３４のグローアウト 効果に耐えるのに十分な堅固性を呈する。この改良された堅固性は次のよう（こ 示すことができる。

本発明に係る堅固化構造を有するファイバ貫通アセンブリ１０は下記の手順の試 験を受ける。アセンブリの完成後及び熱サイクルに先立ち、各貫通アセンブリ１ ０は光の伝達能力を検査される。

各貫通アセンブリは次に温度サイクルを受ける。貫通アセンブリは環境試験チャ ンバ中に挿入され、−５５℃乃至１２５℃で熱サイクルされる。最初貫通アセン ブリ１０は、室温の乾燥窒素雰囲気から、５秒で１２５℃の同様な雰囲気に移さ れる。

これは１２５℃で１０分間保持され、次に、５秒で一５５℃の乾が窒素雰囲気に 移される。−５５℃で１０分後、貫通アセンブリは反復熱サイクルを受け、即ち 、これは５秒で１２５℃の雰囲気に移され、１０分間保持され、次に、５秒で一 ５５℃に移され、１０分間保持される。この高温−低温サイクルは９回繰返され 、総計１０回の熱サイクルが実施される。

１０回目のサイクル後、貫通アセンブリ１０は衝撃及び振動につい°Ｃ試験され る。堅固化構造を有する貫通アセンブリ１０は次に光の伝達能力について試験さ れる。

熱及び振動試験の前後において使用される光伝達試験は、基本的に、ファイバの 非取付は端部からレンズ状端部ヘファイバを通して白色光を伝達し、ファイバの １メンズ状端部から出る光が観察されるか否かを検出する工程からなる。第１の 連続性試験は、Ｌｅｉｔｚ　Ｗｅｔｚｌｅｒ　ＣＭＭ−ＺＤ測定顕微鏡を１００ 倍で使用する。ファイバのレンズ状端部は顕微鏡の対物に向かって上向きとなる 。光は、Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ＥＫＥ　１５０Ｗ　ｓ　２１Ｖ投 影ランプを使用し、ドランーイエナーφインダストリーズ・インコーホレーテッ ドで製造されているような白色光源から、その自由（即ち非レンズ状）端部から ファイバ中に導入される。もしファイバが連続的であれば、成長は暗視野に対し てオペレータにより視覚的に検出される。甘受可能なファイバ連続性の決定子と して、ファイバの端部に導入された光強度に対する、ファイバのレンズ状端部に おいて検出される光強度のある定量測定を利用することが望ましいであろう。

第２連続性試験（熱及び振動試験の後に実施）は基本的に同様である。暗視野に 対して成長を視覚的に検出する為、Ｗｉ！ｄ　Ｈｅｅｒｂｒｕｇｇ　Ｍ３２顕微 鏡が４０倍で使用される。ファイバは上述と同態様で配置される。この試験にお ける光源はバッカー・インスツルメンツφインコーポレーテッドで製造されたも ので、Ｇｅｎｅｒａｌ　ＥＩｅｃｔｒｌｃ　ＤＮＦ　１５０ν、２１Ｖ投影ラン プを使用する。

第２の連続性試験は、実施されていた熱及び／または振動試験なしで、或いは所 定回数の熱サイクルだけの後で行うことが可能となる。例示として、連続性試験 は、１熱サイクルの後、ｌＯ熱サイクルの後、若しくは他の所定回数の熱サイク ルの後、振動試験が実施されるか、若しくは実施されない条件で行うことが可能 となる。

堅固化部材５０及びファ・イバの露出部分４８の組合わせは、これらに関連する 堅固性を有し、ファイバ３２が、−５５℃乃至１２５℃の熱サイクルにおけるジ ャケットのグロー°アウトに起因する破壊を生じることがなく、少なくとも１回 、１０回若しくは他の所定回数に耐えることができ、２０％の弱化以下で依然光 を伝達するようにする。本発明の堅固化部材がないと、上述のこのタイプの試験 の後の製品の収率は、５％未満であ、った。堅固化部材の存在は収率を大幅に、 即ち、少なくとも５０％向上させた。９０％の収率が達成可能となろう。

堅固化部材５０の内径は、ファイバに対する構造的堅固性に寄与するように、フ ァイバ３２の露出部分４８の外径に殆ど近似して寸法付けされる。ファイバの外 形が１２５μｍの場合、石英チューブの態様をなす堅固化部材５０は１５０μｍ の内径を有する。石英チュー・ブの外形は８８５μｍである。

カラムの湾曲による座屈荷重を減少させる為、最も影響のある変数の１つは面積 慣性モーメントである。面積慣性そ一メントは、部材の断面積を増加させること により、或いは、例えば円形からチューブ状というようにその形状を変化させる ことにより増大させることが可能である。本発明において、ファイバを包囲する 石英チューブの態様をなす堅固化部材の追加は、チューブ５０及びファイバ３２ の組合わせの断面積を増加させることにより、面積慣性モーメントを大幅に増大 させることに寄与する。組合せの断面形状は円形のままである。外側が円形以外 の堅固化部材５０を使用し、チューブ５０及びファイバ３２の組合せの断面形状 がファイバの形状と異なるようにすることも本発明の範囲内である。

本発明の技術に対する当業者にとって、上記実施例に対して種々の変更が可能と なる。解釈可能なこれらの変更は、付属の請求の範囲により規定される本発明の 範囲内に帰属するものと理解されるべきである。

０　ド

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．スリーブ、上記スリーブ内の光ファイバ、及び上記ファイバとスリーブとの 間のシールを有し、上記ファイバはその上にジャケットを有し、上記ジャケット は上記スリーブに固定され、上記ジャケットの一部はショルダを規定するように 除去され、上記ショルダと上記シールとの間で上記ファイバが所定軸方向長さ露 出され、上記ジャケットは、熱サイクルに応じてグローアウトする性向を有し、 従って、上記ファイバが破壊し、不連続となる可能性がある光ファイバ貫通アセ ンブリにおいて、 本アセンブリは上記ファイバの所定軸方向長さを包囲するチューブ状の堅固化部 材を含み、上記チューブは上記ショルダと隣接接触すると共に上記シールと隣接 接触し、上記チューブ及び上記ファイバの組合せはこれらに関連して堅固性を有 し、上記ファイバは破壊なしでグローアウト効果に耐え得ることを特徴とするア センブリ。
2. ２．上記チューブ及び上記ファイバの上記組合せが、−５５℃乃至１２５℃の少 なくとも１回の熱サイクルの後、破壊なしでジャケットのグローアウト効果に耐 え得る請求項１記載のアセンブリ。
3. ３．上記チューブ及び上記ファイバの上記組合せが、−５５℃乃至１２５℃の少 なくとも１０回の熱サイクルの後、破壊なしでジャケットのグローアウト効果に 耐え得る請求項１記載のアセンブリ。
4. ４．上記チューブの熱膨張率と上記ファイバの熱膨張率とが実質的に等しい請求 項１記載のアセンブリ。
5. ５．上記チューブの熱膨張率と上記ファイバの熱膨張率とが実質的に等しい請求 項２記載のアセンブリ。
6. ６．上記チューブの熱膨張率と上記ファイバの熱膨張率とが実質的に等しい請求 項３記載のアセンブリ。
7. ７．上記チューブが石英である請求項１記載のアセンブリ。
8. ８．上記チューブが石英である請求項２記載のアセンブリ。
9. ９．上記チューブが石英である請求項３記載のアセンブリ。
10. １０．上記チューブが石英である請求項４記載のアセンブリ。
11. １１．上記チューブが石英である請求項５記載のアセンブリ。
12. １２．上記チューブが石英である請求項６記載のアセンブリ。