WO2021033230A1 - 光コネクタおよび光接続構造 - Google Patents

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WO2021033230A1
WO2021033230A1 PCT/JP2019/032231 JP2019032231W WO2021033230A1 WO 2021033230 A1 WO2021033230 A1 WO 2021033230A1 JP 2019032231 W JP2019032231 W JP 2019032231W WO 2021033230 A1 WO2021033230 A1 WO 2021033230A1
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optical
tube
optical fiber
ferrule
adhesive
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光太 鹿間
荒武　淳
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日本電信電話株式会社
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    • G02B6/3874—Connectors using guide surfaces for aligning ferrule ends, e.g. tubes, sleeves, V-grooves, rods, pins, balls using tubes, sleeves to align ferrules

Definitions

  • the present invention relates to an optical connector and an optical connection structure for connecting optical fibers to each other.
  • an optical waveguide or an optical fiber is inserted between an optical light emitting element such as a laser diode (LD) and an optical light receiving element such as a photodiode (PD) arranged on a mounting substrate.
  • Signal processing is realized by transmitting using an optical transmission medium such as.
  • a light-emitting element or the like is integrated or discretely connected to the light-emitting element, and a driver or the like that performs electrical-optical conversion is further connected.
  • a configuration including these light emitting elements, light modulation elements, a driver, and the like is mounted on a mounting substrate as an optical transmitter.
  • an optical processor or the like is appropriately integrated or discretely connected to the light receiving element, and an electric amplifier circuit or the like that performs optical-electrical conversion is further connected.
  • a configuration including these light receiving elements, an optical processor, an electric amplifier circuit, and the like is mounted on a mounting board as an optical receiver.
  • An optical transmitter / receiver that integrates these optical transmitters and optical receivers is mounted in a package or on a mounting board, and is optically connected to an optical transmission medium such as an optical fiber to realize optical interconnection. ing. Further, depending on the topology, it is realized via a repeater such as an optical switch.
  • an optical functional element composed of a plane light wave circuit made of quartz glass or the like may be integrated.
  • Optical functional elements include splitters, wavelength duplexers, optical switches, polarization control elements, optical filters, and the like.
  • a device in which a light emitting element having a light propagation and waveguide mechanism, a light receiving element, a light modulation element, an optical function element, an optical amplification element, and the like are integrated will be referred to as an optical waveguide device.
  • These optical waveguide devices are optically connected and integrated with optical fibers, lenses, etc., and are also electrically connected by wire bonding or flip-chip theory when electrical control is required. ..
  • the optical waveguide device when the above optical waveguide device is mounted on a mounting board, the optical waveguide device is conventionally mounted on a package or the like in advance, and the electrical terminals on the outside of the package are electrically connected to the mounting board.
  • the optical waveguide device is mounted on a pedestal called a subcarrier or an interposer, the optical waveguide device and the electrical wiring on the pedestal are electrically connected, and the optical waveguide device is mounted on a mounting board to similarly perform electricity. It may be connected as a target.
  • solder elements such as BGA (Ball Grid Array) and LGA (Land Grid Array) provided on an interposer or the like equipped with an optical waveguide when mounted on a mounting substrate have been used.
  • the technology of making an electrical connection by reflowing is used.
  • the optical waveguide device and the optical fiber optically connected to them are also exposed to a high temperature environment at the time of reflow. Therefore, it is required to improve the heat resistance of optical components for various optical waveguide devices.
  • the heat resistance of various parts for the optical waveguide device becomes more problematic than the optical waveguide device itself.
  • an adhesive is used for an optical waveguide device and an optical fiber connecting component. Resins such as this adhesive cannot withstand high temperatures of about 250 ° C., which are usually used for solders and the like. For this reason, the manufacturing of the above-mentioned reflow or the like causes a problem such as deterioration of members or an increase in loss due to a deviation from the optimum position between the optical waveguide device and the optical fiber.
  • an optical connector (optical receptacle) is used for the optical fiber to input / output on the mounting board or to the outside from the mounting board. Since various resins are also used for this optical connector, there is a problem that the optical connector deteriorates under high temperature in the reflow process.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and provides an optical connector having high heat resistance that does not impair the performance even at the processing temperature when the optical functional element is mounted on the mounting substrate.
  • the purpose is.
  • the optical connector according to the present invention includes a ferrule having a guide hole, an optical fiber main body and a coating covering the optical fiber main body, and an optical fiber in which the optical fiber main body from which the coating has been removed is housed in the guide hole, and a guide hole.
  • a tube arranged on the fiber lead-out side at one end and accommodating an optical fiber drawn from the fiber lead-out side, a first accommodating portion for accommodating a ferrule, and a second accommodating portion for terminating the tube are provided.
  • a ferrule with a holding component that connects and holds the tube and an adhesive filled between the guide hole and the optical fiber body, between the second accommodating portion and the tube, and between the tube and the optical fiber.
  • the tube is composed of either glass or an optical fiber
  • the adhesive filled between the tube and the optical fiber is an optical fiber. Is formed so as not to protrude from one end of the tube on the side from which it is pulled out.
  • the optical connection structure according to the present invention is an optical connection structure in which the above-mentioned optical connectors are connected to each other, and a ferrule protruding from the first accommodating portion is fixed in a state where the optical input / output ends of the two optical connectors are butted against each other.
  • the sleeve and the spring member for pressing the two optical connectors against each other are provided.
  • the tube for accommodating the optical fiber drawn from the fiber drawing side is arranged on the fiber drawing side at one end of the guide hole of the ferrule, the optical functional element is mounted on the mounting substrate. It is possible to provide an optical connector having high heat resistance that does not impair the performance even at the processing temperature at the time of processing.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical connector according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical connection structure according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical connection structure according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical connector according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical connector according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical connector according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical connector according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical connection structure according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical connector according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of another optical connector according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of another optical connector according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional optical connector.
  • FIG. 10B is a cross-sectional view showing a partial configuration of a conventional optical connector.
  • FIG. 10C is a cross-sectional view showing a partial configuration of a conventional optical connector.
  • the optical connector 100 includes a ferrule 101, an optical fiber 105, a tube 106, and a holding component 107.
  • the ferrule 101 is provided with a guide hole 102.
  • the optical fiber 105 includes an optical fiber main body 103 and a coating 104 that covers the optical fiber main body 103.
  • the optical fiber main body 103 from which the coating 104 has been removed is housed in the guide hole 102 of the ferrule 101.
  • the optical fiber main body 103 is a quartz optical fiber made of a well-known quartz-based material.
  • the ferrule 101 is composed of any one of crystallized glass, borosilicate glass, and quartz glass.
  • the tube 106 is arranged on the fiber extraction side at one end of the guide hole 102, and accommodates the optical fiber 105 drawn out from the fiber extraction side.
  • the tube 106 is made of either glass or polyimide resin.
  • the tube 106 can be made of, for example, quartz-based glass or borosilicate glass.
  • the holding component 107 includes a first accommodating portion 108 in which the ferrule 101 is accommodated and a second accommodating portion 109 in which the tube 106 is terminated, and the ferrule 101 and the tube 106 are connected and held.
  • the optical fiber 105 is housed in the ferrule 101 and the tube 106 which are connected and held by the holding component 107.
  • the tube 106 accommodates a region in which the optical fiber main body 103 is covered with the coating 104.
  • the inner diameter of the tube 106 is slightly larger than the outer diameter of the optical fiber 105 in the region covered by the coating 104.
  • the optical fiber 105 is adhesively fixed by the adhesive 110 at the second accommodating portion 109 of the ferrule 101 and the holding component 107.
  • the adhesive 110 is filled between the guide hole 102 and the optical fiber main body 103, between the second accommodating portion 109 and the tube 106, and between the tube 106 and the optical fiber 105. .. Further, the adhesive 110 filled between the tube 106 and the optical fiber 105 is formed so as not to protrude from one end of the tube 106 on the side from which the optical fiber 105 is pulled out.
  • the optical fiber 105 does not come into contact with the adhesive 110 in the region where the optical fiber 105 is drawn out without being covered with the ferrule 101 or the holding component 107. Therefore, according to the first embodiment, the region where the adhesive 110, the optical fiber 105 (coating 104), and the ambient environment (atmosphere) are in contact with each other is not formed, and the adhesive 110 is heated by heating in a reflow step or the like. There is no problem due to the expansion of. This problem will be described later. Further, according to the first embodiment, the optical fiber 105 is housed in a ferrule 101 and a tube 106 made of a heat-resistant material at a portion in contact with the adhesive 110. As a result, according to the first embodiment, it is possible to provide an optical connector having high heat resistance that does not impair the performance even at the processing temperature when the optical functional element is mounted on the mounting substrate.
  • the sleeve 151 uses the sleeve 151 to fix the ferrule 101 protruding from the first accommodating portion 108 in a state where the optical input / output ends of the two optical connectors 100 are butted against each other.
  • the sleeve 151 has a tubular shape that can accommodate the ferrule 101.
  • the spring member 152 presses the two optical connectors 100 against each other.
  • the spring member 152 includes, for example, an L-shaped claw 152a used for a clip of an MT (Mechanical transfer) connector.
  • the claw 152a of the spring member 152 is hooked on the stepped portion of the holding component 107, and stress is applied to the tip of each ferrule 101 of the two optical connectors 100 to bring the end faces of the respective optical fibers 105 into close contact with each other. As a result, a physical contact connection is realized in which the end faces of the optical fibers 105 are in perfect contact with each other.
  • the housing 153 is made of either metal, ceramic, or super engineering plastic.
  • a coil spring, a stop ring, a plug frame made of resin, a plug housing, a rubber boot, etc. are used. Since this resin is thermoplastic that can be injection molded, there is a problem that the housing itself melts in a high temperature environment such as reflow.
  • the housing 153 is made of highly heat-resistant ceramic or metal, it is possible to prevent problems such as melting even before and after the reflow process. .. Even when the housing 153 is made of super engineering plastic, the same effect can be obtained because the deformation is negligibly small in a short-time heat treatment, although the dimensions are slightly deformed by heating in the reflow process or the like.
  • the ferrule 101 is composed of a glass-based material such as crystallized glass, borosilicate glass, and quartz glass, higher heat resistance is obtained.
  • the ferrule is composed of zirconia.
  • the coefficient of thermal expansion of zirconia is one digit or more larger than that of quartz constituting an optical fiber. Therefore, in the ferrule composed of zirconia, the position relative to the optical fiber fluctuates greatly as the temperature rises. In particular, when the temperature applied exceeds 250 ° C., the relative position between the ferrule and the optical fiber changes by 0.51 mm or more due to the softening of the adhesive, causing problems such as adhesive peeling. .. Due to this problem, it has become clear that even if pressure is applied to each ferrule when connecting two optical connectors, the physical contact as described above cannot be realized.
  • the ferrule 101 is composed of crystallized glass, borosilicate glass, quartz glass, etc.
  • the difference in thermal expansion coefficient with the above-mentioned optical fiber 105 is reduced. It was experimentally clarified that the relative positional displacement between the two during heating could be reduced to about 1/5, and that peeling did not occur.
  • a high temperature of about 250 ° C. is applied, a relative positional displacement occurs between the ferrule 101 and the optical fiber 105, but since this is 1/5, it is within the range of elastic deformation of the adhesive 110.
  • the relative positional relationship will return to the original state.
  • the physical contact connection can be realized even through a high temperature process such as reflow, and the effect of realizing a highly reliable and high-performance optical connection can be achieved.
  • the optical connector 100 includes a ferrule 101, an optical fiber 105, a tube 106, and a holding component 107. Further, the optical fiber 105 is adhesively fixed by the adhesive 110 in the second accommodating portion 109 of the ferrule 101 and the holding component 107. These configurations are the same as those in the first embodiment described above.
  • the unfilled portion 121 in which the adhesive 110 is not filled is formed between the tube 106 and the optical fiber 105 from one end of the tube 106 on the side from which the optical fiber 105 is pulled out to the middle of the tube 106. Be prepared. According to the second embodiment, since the unfilled portion 121 is provided, the adhesive 110 can be prevented from seeping out from one end of the tube 106 on the side from which the optical fiber 105 is drawn out. As a result, it becomes possible to suppress the formation of a region in contact between the adhesive 110, the coating 104, and the atmosphere due to the exudation of the adhesive 110.
  • the optical connector 100 includes a ferrule 101, an optical fiber 105, and a holding component 107. Further, the optical fiber 105 is adhesively fixed by the adhesive 110 in the second accommodating portion 109 of the ferrule 101 and the holding component 107. These configurations are the same as those in the first embodiment described above.
  • the optical fiber main body 103 from which the coating 104 has been removed is housed in the tube 106a.
  • the inner diameter of the tube 106a is slightly larger than the outer diameter of the optical fiber body 103 not covered with the coating 104, and the adhesive 110 between the optical fiber body 103 and the tube 106a is more. It is said to be thin.
  • the adhesive 110 between the optical fiber main body 103 and the tube 106a is formed thinner than in the case of the first embodiment described above. Therefore, even if the adhesive 110 thermally expands due to heating in a reflow step or the like, the influence of stress on the optical fiber main body 103 due to the thermal expansion can be further reduced.
  • the coating 104 is formed in the region of the optical fiber 105 outside one end of the tube 106a on the side from which the optical fiber 105 is drawn out. Therefore, in the region outside one end of the tube 106a on the side where the optical fiber 105 is drawn out, there is no place where the adhesive 110 comes into contact with the coating 104.
  • the optical connector 100 includes a ferrule 101, an optical fiber 105, and a holding component 107. Further, the optical fiber 105 is adhesively fixed by the adhesive 110 in the second accommodating portion 109 of the ferrule 101 and the holding component 107. These configurations are the same as those in the first embodiment described above.
  • the tube 106 is composed of a first tube 161 on the side of the ferrule 101 and a second tube 162 continuous with the first tube 161.
  • a second tube 162 is connected to the first tube 161 along the extending direction of the tube 106.
  • the connecting portion can be covered with an adhesive (not shown) and adhesively fixed.
  • the first tube 161 houses the optical fiber main body 103
  • the second tube 162 contains the optical fiber 105 covered with the coating 104.
  • the inner diameter of the first tube 161 is set to be slightly larger than the outer diameter of the optical fiber main body 103 not covered with the coating 104.
  • the second tube 162 has a size slightly larger than the outer diameter of the optical fiber 105 covered with the coating 104.
  • the first tube 161 is made of a glass-based material, and the second tube 162 is made of a resin such as polyimide.
  • the region where the adhesive 110, the coating 104, and the atmosphere are in contact with each other is not formed.
  • the second tube 162 by forming the second tube 162 from a flexible resin, the optical fiber 105 on the drawing side can be easily bent.
  • the second tube 162 can also be formed by applying or attaching a heat-resistant resin such as a polyimide-based resin to the outer peripheral surface of the coating 104 of the optical fiber 105 before incorporating it into the optical connector.
  • the optical connector 100 includes a ferrule 101, an optical fiber 105, a tube 106a, and a holding component 107. Further, the optical fiber 105 is adhesively fixed by the adhesive 110 in the second accommodating portion 109 of the ferrule 101 and the holding component 107. The optical fiber main body 103 from which the coating 104 has been removed is housed in the tube 106a. These configurations are the same as those in the third embodiment described above.
  • the tube 106a in the portion outside the holding component 107 is further provided with a through hole 111 penetrating the tube wall.
  • a second adhesive 112 may be provided at one end of the tube 106a so as to cover a part of the optical fiber 105 drawn out from the tube 106a.
  • the second adhesive 112 is composed of a material having a very low Young's modulus. As a result, the stress becomes small even if the second adhesive 112 thermally expands, and even if a region in contact between the second adhesive 112, the coating 104, and the atmosphere is formed, there is a problem due to the expansion of the second adhesive 112. Does not occur.
  • a region 113 may be provided from one end of the tube 106b on the side from which the optical fiber 105 is pulled out to the middle of the tube 106b, and the region 113 may be in a state where the coating 104 is formed. it can.
  • the region 113 is a region in which the inner diameter of the tube 106b is made larger than the other regions and is slightly larger than the outer diameter of the optical fiber 105 covered with the coating 104.
  • the adhesive 110 is prevented from seeping out from one end of the tube 106b on the side from which the optical fiber 105 is pulled out. As a result, a region in contact between the adhesive 110, the coating 104, and the atmosphere is not formed.
  • the conventional optical connector includes a ferrule 301, an optical fiber 305, and a holding component 307.
  • the optical fiber 305 includes a coating 304 covering the optical fiber main body 303 and the optical fiber main body 303, and the optical fiber main body 303 from which the coating 304 has been removed is housed in the guide hole of the ferrule 301.
  • the holding component 307 includes a third accommodating portion 308 in which the ferrule 301 is accommodated, and a second accommodating portion 309 in which the optical fiber 305 drawn from the ferrule 301 is terminated.
  • the optical fiber 305 is adhesively fixed by an adhesive 310 in the second accommodating portion 309 of the ferrule 301 and the holding component 307.
  • the temperature becomes higher than the glass transition temperature of the ferrule 301 and the epoxy adhesive 310.
  • the resin softens.
  • the thermal expansion of the resin is about one digit larger than at room temperature.
  • the adhesive 310 greatly expands in the heating environment as described above.
  • the thermal expansion of the adhesive 310 causes the adhesive 310.
  • the end of the adhesive 310 plunges into the coating 304.
  • the plunge of the end portion of the adhesive 310 into the coating 304 causes a problem that the coating 304 is peeled off to form a region 322 in which the optical fiber main body 303 is exposed.
  • the inventors have clarified the above-mentioned phenomenon experimentally.
  • the thickness of the adhesive in contact with the coating is limited by the difference between the inner diameter of the tube and the outer diameter of the optical fiber. It is possible to solve the problem caused by the expansion of the adhesive described above.
  • the difference between the outer diameter of the optical fiber covered with the coating and the inner diameter of the tube is preferably small, and these differences are preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or less.
  • the tube is made of polyimide or glass
  • the coefficient of thermal expansion is very small or almost the same as that of the optical fiber, so that the stress on the coating due to the expansion of the adhesive can be greatly reduced. It is possible. Also, the expansion of the adhesive around the outside of the tube is absorbed by the tube and no direct stress is applied to the optical fiber (coating). As a result, it is possible to prevent a decrease in reliability due to peeling of the coating even after heating such as in a reflow process is applied.
  • the tube for accommodating the optical fiber drawn from the fiber drawing side is arranged on the fiber drawing side at one end of the guide hole of the ferrule, the optical functional element is mounted on the mounting substrate. It is possible to provide an optical connector having high heat resistance that does not impair the performance even at the processing temperature at the time of mounting.

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Abstract

光コネクタ（１００）は、フェルール（１０１）と、光ファイバ（１０５）と、チューブ（１０６）と、保持部品（１０７）とを備える。フェルール（１０１）は、ガイド孔（１０２）を備える。フェルール（１０１）は、結晶化ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスのいずれかから構成されている。光ファイバ（１０５）は、光ファイバ本体（１０３）および光ファイバ本体（１０３）を覆う被覆（１０４）を備える。チューブ（１０６）は、ガイド孔（１０２）の一端のファイバ引き出し側に配置され、ファイバ引き出し側より引き出された光ファイバ（１０５）を収容する。チューブ（１０６）は、ガラスおよびポリイミド樹脂のいずれかから構成されている。

Description

光コネクタおよび光接続構造
　本発明は、光ファイバを相互に接続するための光コネクタおよび光接続構造に関する。
　近年、動画サービスによる個人トラフィック消費の増加や、ＩｏＴ（Internet of Things）、クラウドサービスなどによる法人トラフィックの増加に伴い、データセンタ内やデータセンタ間の通信容量の大幅な拡大が求められている。通信容量の拡大を実現するために、従来の電気信号を用いた短距離通信方式に代わり、光通信で用いられる光伝送技術などを用いた光インタコネクション技術の導入が進んでいる。
　光インタコネクションの代表的な技術においては、実装基板の上に配置されたレーザダイオード（ＬＤ）などの光発光素子とフォトダイオード（ＰＤ）などの光受光素子との間を、光導波路や光ファイバなどの光伝送媒体を用いて伝送することで信号処理が実現されている。伝送技術によっては、光発光素子には、光変調素子などが集積されるか、あるいはディスクリートに接続され、さらに電気－光変換を行うドライバなどが接続される。これら光発光素子、光変調素子、およびドライバなどを含む構成が、光送信器として実装基板に実装されている。
　同様に、光受光素子には、光処理器などが適宜集積されるか、あるいはディスクリートに接続され、さらに光－電気変換を行う電気増幅回路などが接続される。これら光受光素子、光処理器、電気増幅回路などを含む構成が光受信器として実装基板に実装されている。
　これら光送信器と光受信器とを一体化した光送受信器などがパッケージ内や実装基板に搭載され、光ファイバなどの光伝送媒体と光学的に接続されることで、光インタコネクションが実現されている。また、トポロジーによっては、光スイッチなどの中継器などを介して実現されている。
　さらに、上記の光発光素子や光受光素子、光変調素子とともに、石英ガラスなどからなる平面光波回路などからなる光機能素子が集積されることがある。光機能素子としては、スプリッタ、波長合分波器、光スイッチ、偏波制御素子、光フィルタなどがある。以降、上記の光の伝播、導波機構を有する光発光素子、光受光素子、光変調素子、光機能素子、光増幅素子などを集積したデバイスを光導波路デバイスと呼ぶこととする。これらの光導波路デバイスは、光ファイバやレンズなどと光学的に接続され一体化されているほか、電気制御を必要とする場合は、ワイヤボンディングやフリップチップ説などによって電気的にも接続されている。
　光インタコネクションなどの用途において、上記の光導波路デバイスを実装基板に搭載する際には、従来、光導波路デバイスを予めパッケージなどに実装し、パッケージの外側の電気端子を実装基板に電気的に接続することが行われていた。また、サブキャリアやインタポーザなどと呼ばれる台座に、前記光導波路デバイスを搭載し、光導波路デバイスと台座上の電気配線とを電気的に接続し、さらにそれらを実装基板に搭載して、同様に電気的に接続する場合もある。
　特に近年では、特許文献１に記載のように、実装基板に実装する際に、光導波路を搭載したインタポーザなどに設けた、ＢＧＡ（Ball Grid Array）やＬＧＡ（Land Grid Array）などの半田素子をリフローすることで、電気接続を取る技術が用いられている。これらの技術による接続では、光導波路デバイスおよびそれらと光学的に接続した光ファイバなども、リフロー時に高温環境下に曝されることとなる。このため、各種の光導波路デバイス用の光学部品の耐熱性向上が求められている。
特開２０１８－００４８３０号公報
　しかしながら、光導波路デバイス用の各種部品の耐熱性に関しては、光導波路デバイスそのものよりも、周辺に用いられる光ファイバ部品、特に光ファイバ部品内の樹脂の耐熱性が問題となる。例えば、特許文献１に記載のように、光導波路デバイスと光ファイバ接続部品には、接着剤が用いられている。この接着剤などの樹脂は、通常、はんだなどに用いられる２５０℃程度の高温に耐えられない。このため、上述したリフローなどの製造により、部材劣化あるいは、光導波路デバイスと光ファイバの最適位置からのずれによる損失増加などが発生して問題となる。
　また、光ファイバは、実装基板の上、あるいは実装基板から外部に入出力するために、光コネクタ（光レセプタクル）が用いられている。この光コネクタにも各種樹脂が用いられているため、リフローの工程の高温下で、光コネクタが劣化してしまうことが問題となっている。
　本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、光機能素子を実装基板に実装するときの処理温度においても、性能を損なわない耐熱性の高い光コネクタを提供することを目的とする。
　本発明に係る光コネクタは、ガイド孔を備えるフェルールと、光ファイバ本体および光ファイバ本体を覆う被覆を含み、被覆が除去された光ファイバ本体がガイド孔に収容された光ファイバと、ガイド孔の一端のファイバ引き出し側に配置され、ファイバ引き出し側より引き出された光ファイバを収容するチューブと、フェルールが収容される第１収容部と、チューブが終了される第２収容部とを備え、フェルールおよびチューブを連結して保持する保持部品と、ガイド孔と光ファイバ本体との間、第２収容部とチューブとの間、およびチューブと光ファイバとの間に充填された接着剤とを備え、フェルールは、結晶化ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスのいずれかから構成され、チューブは、ガラスおよびポリイミド樹脂のいずれかから構成され、チューブと光ファイバとの間に充填された接着剤は、光ファイバが引き出される側のチューブの一端よりはみ出すことなく形成されている。
　本発明に係る光接続構造は、上述した光コネクタ同士を接続した光接続構造であって、２つの光コネクタの光入出力端同士を突き合わせる状態に、第１収容部より突出したフェルールを固定するスリーブと、２つの光コネクタを、互いに押し付けるためのバネ部材とを備える。
　以上説明したように、本発明によれば、フェルールのガイド孔の一端のファイバ引き出し側に、ファイバ引き出し側より引き出された光ファイバを収容するチューブを配置したので、光機能素子を実装基板に実装するときの処理温度においても、性能を損なわない耐熱性の高い光コネクタが提供できる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る光コネクタの構成を示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る光接続構造の構成を示す断面図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る光接続構造の構成を示す断面図である。 図４は、本発明の実施の形態２に係る光コネクタの構成を示す断面図である。 図５は、本発明の実施の形態３に係る光コネクタの構成を示す断面図である。 図６は、本発明の実施の形態４に係る光コネクタの構成を示す断面図である。 図７は、本発明の実施の形態５に係る光コネクタの構成を示す断面図である。 図８は、本発明の実施の形態５に係る他の光コネクタの構成を示す断面図である。 図９は、本発明の実施の形態５に係る他の光コネクタの構成を示す断面図である。 図１０Ａは、従来の光コネクタの構成を示す断面図である。 図１０Ｂは、従来の光コネクタの一部構成を示す断面図である。 図１０Ｃは、従来の光コネクタの一部構成を示す断面図である。
　以下、本発明の実施の形態に係る光コネクタについて説明する。
［実施の形態１］
　はじめに、本発明の実施形態１に係る光コネクタ１００について、図１を参照して説明する。光コネクタ１００は、フェルール１０１と、光ファイバ１０５と、チューブ１０６と、保持部品１０７とを備える。
　フェルール１０１は、ガイド孔１０２を備える。光ファイバ１０５は、光ファイバ本体１０３および光ファイバ本体１０３を覆う被覆１０４を備える。被覆１０４が除去された光ファイバ本体１０３が、フェルール１０１のガイド孔１０２に収容される。光ファイバ本体１０３は、よく知られた石英系の材料から構成された石英形光ファイバである。フェルール１０１は、結晶化ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスのいずれかから構成されている。
　チューブ１０６は、ガイド孔１０２の一端のファイバ引き出し側に配置され、ファイバ引き出し側より引き出された光ファイバ１０５を収容する。チューブ１０６は、ガラスおよびポリイミド樹脂のいずれかから構成されている。チューブ１０６は例えば、石英系ガラス、あるいはホウケイ酸ガラスから構成することができる。
　保持部品１０７は、フェルール１０１が収容される第１収容部１０８と、チューブ１０６が終了される第２収容部１０９とを備え、フェルール１０１およびチューブ１０６を連結して保持する。保持部品１０７により、連結して保持されているフェルール１０１およびチューブ１０６に、光ファイバ１０５が収容される。なお、実施の形態１においては、チューブ１０６には、光ファイバ本体１０３が被覆１０４で覆われている領域が収容されている。この例において、チューブ１０６の内径は、被覆１０４で覆われている領域の光ファイバ１０５の外径より、わずかに大きい寸法とされている。
　ここで、光ファイバ１０５は、フェルール１０１、保持部品１０７の第２収容部１０９において、接着剤１１０により接着固定されている。実施の形態１において、接着剤１１０は、ガイド孔１０２と光ファイバ本体１０３との間、第２収容部１０９とチューブ１０６との間、およびチューブ１０６と光ファイバ１０５との間に充填されている。また、チューブ１０６と光ファイバ１０５との間に充填された接着剤１１０は、光ファイバ１０５が引き出される側のチューブ１０６の一端よりはみ出すことなく形成されている。
　従って、実施の形態１によれば、光ファイバ１０５がフェルール１０１や保持部品１０７に覆われることなく、引き出される領域において、光ファイバ１０５が、接着剤１１０に接することがない。このため、実施の形態１によれば、接着剤１１０と光ファイバ１０５（被覆１０４）と、周囲環境（大気）とが接する領域が形成されることがなく、リフロー工程などの加熱による接着剤１１０の膨張による問題が発生しない。この問題については、後述する。また、実施の形態１によれば、光ファイバ１０５は、接着剤１１０に接触する箇所では、耐熱性を有する材料から構成されたフェルール１０１、チューブ１０６に収容されている。この結果、実施の形態１によれば、光機能素子を実装基板に実装するときの処理温度においても、性能を損なわない耐熱性の高い光コネクタが提供できるようになる。
　次に、２つの光コネクタ１００による光接続構造について、図２，図３を参照して説明する。まず、スリーブ１５１を用い、２つの光コネクタ１００の光入出力端同士を突き合わせる状態に、第１収容部１０８より突出したフェルール１０１を固定する。スリーブ１５１は、フェルール１０１が収容可能な筒状の形状とされている。また、バネ部材１５２により、２つの光コネクタ１００を、互いに押し付ける。バネ部材１５２は、例えば、ＭＴ(Mechanical transfer) コネクタのクリップに用いられるＬ字状の爪１５２ａを備える。バネ部材１５２の爪１５２ａを、保持部品１０７の段差部に掛止し、２つの光コネクタ１００の各々のフェルール１０１の先端に応力を加え、各々の光ファイバ１０５の端面同士を密着させる。これによって、光ファイバ１０５の端面同士が完全に密着した、フィジカルコンタクト接続が実現される。
　また、光接続構造は、図３に示すように、ハウジング１５３に、２つの光コネクタ１００が、バネ部材１５２とともに収容される。ハウジング１５３は、金属、セラミック、およびスーパーエンジニアリングプラスチックのいずれかから構成されている。
　従来の光コネクタでは、ジルコニア系のフェルールのほかに、コイルバネ、ストップリング、および樹脂からなるプラグフレームとプラグ・ハウジング、ゴムブーツなどが用いられている。この樹脂は、射出成型の可能な熱可塑性であるため、リフローなどの高温環境下において、ハウジング自体が溶けてしまうという問題がある。
　これに対し、上述した実施の形態１によれば、ハウジング１５３を、耐熱性の高いセラミックあるいは金属から構成しているため、リフロー工程の前後でも、溶解などの問題を防止することが可能となる。ハウジング１５３をスーパーエンジニアリングプラスチックから構成する場合においても、リフロー工程などの加熱により、微小に寸法は変形するものの、短時間の加熱処理においては、無視できるほど変形が小さいため、同様の効果を奏する。
　また、実施の形態１では、フェルール１０１を、結晶化ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどのガラス系材料から構成しているため、より高い耐熱性が得られている。従来のコネクタは、フェルールをジルコニアから構成している。ここで、ジルコニアの熱膨張係数は、光ファイバを構成する石英よりも１桁以上大きい。このため、ジルコニアから構成したフェルールは、光ファイバとの相対な位置が、温度上昇に伴って大きく変動する。特に、加わる温度が２５０℃を超えると、接着剤の軟化もあいまって、フェルールと光ファイバとの相対的な位置が、０．５１ｍｍ以上変化し、接着剤の剥離が発生するなどの問題が起きる。この問題によって、２つの光コネクタを接続する際に、各々のフェルールに押圧を加えても、前述したようなフィジカルコンタクトが実現できないことが明らかとなっている。
　このような従来技術に対し、実施の形態１によれば、フェルール１０１を結晶化ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどから構成したので、前述した光ファイバ１０５との間の熱膨張係数差を減少させ、加熱時の両者の相対的な位置変位を１／５程度に減少させることが可能となり、剥離が生じないことが実験的に明らかとなった。２５０℃程度の高い温度が加わるときには、フェルール１０１と光ファイバ１０５との間に相対的な位置変位が発生するが、これが１／５となるので、接着剤１１０の弾性変形の範囲内であり、常温に戻した際は、相対的な位置関係が元の状態に戻ることとなる。このように、実施の形態１によれば、リフローなどの高温プロセスを経ても、フィジカルコンタクト接続が実現でき、高信頼高性能な光接続を実現できるという効果を奏する。
［実施の形態２］
　次に、本発明の実施の形態２に係る光コネクタについて、図４を参照して説明する。この光コネクタは、光コネクタ１００は、フェルール１０１と、光ファイバ１０５と、チューブ１０６と、保持部品１０７とを備える。また、光ファイバ１０５は、フェルール１０１、保持部品１０７の第２収容部１０９において、接着剤１１０により接着固定されている。これらの構成は、前述した実施の形態１と同様である。
　実施の形態２では、光ファイバ１０５が引き出される側のチューブ１０６の一端より、チューブ１０６の途中までのチューブ１０６と光ファイバ１０５との間に、接着剤１１０が充填されていない非充填部１２１を備える。実施の形態２によれば、非充填部１２１を備えるので、光ファイバ１０５が引き出される側のチューブ１０６の一端より外側に、接着剤１１０の染みだしが防止できるようになる。この結果、接着剤１１０の染みだしによる、接着剤１１０と被覆１０４と、大気とが接する領域の形成が抑制できるようになる。
［実施の形態３］
　次に、本発明の実施の形態３に係る光コネクタについて、図５を参照して説明する。この光コネクタは、光コネクタ１００は、フェルール１０１と、光ファイバ１０５と、保持部品１０７とを備える。また、光ファイバ１０５は、フェルール１０１、保持部品１０７の第２収容部１０９において、接着剤１１０により接着固定されている。これらの構成は、前述した実施の形態１と同様である。
　実施の形態３では、被覆１０４が除去された光ファイバ本体１０３が、チューブ１０６ａに収容されている。この例において、チューブ１０６ａの内径は、被覆１０４で覆われていない光ファイバ本体１０３の外径より、わずかに大きい寸法とされ、光ファイバ本体１０３とチューブ１０６ａとの間の接着剤１１０は、より薄い状態とされている。例えば、光ファイバ本体１０３とチューブ１０６ａとの間の接着剤１１０は、前述した実施の形態１の場合より薄く形成されている。従って、リフロー工程などによる加熱により、接着剤１１０が熱膨張しても、これに伴う光ファイバ本体１０３への応力などの影響を、より小さくすることができる。
　また、実施の形態３では、光ファイバ１０５の、光ファイバ１０５が引き出される側のチューブ１０６ａの一端より外側の領域において、被覆１０４が形成されている。従って、光ファイバ１０５が引き出される側のチューブ１０６ａの一端より外側の領域では、被覆１０４に接着剤１１０が接触する箇所がない。
［実施の形態４］
　次に、本発明の実施の形態４に係る光コネクタについて、図６を参照して説明する。この光コネクタは、光コネクタ１００は、フェルール１０１と、光ファイバ１０５と、保持部品１０７とを備える。また、光ファイバ１０５は、フェルール１０１、保持部品１０７の第２収容部１０９において、接着剤１１０により接着固定されている。これらの構成は、前述した実施の形態１と同様である。
　実施の形態４では、チューブ１０６が、フェルール１０１の側の第１チューブ１６１と、第１チューブ１６１に連続する第２チューブ１６２とから構成されている。チューブ１０６の延在する方向に沿って、第１チューブ１６１に第２チューブ１６２が連結されている。この連結の部分において、第１チューブ１６１の端部は、内径が徐々に大きくなり、第２チューブ１６２に連結端が貫入されている。また、連結の部分は、図示しない接着剤で覆い、接着固定することができる。この例では、第１チューブ１６１には、光ファイバ本体１０３が収容され、第２チューブ１６２には、被覆１０４で覆われている光ファイバ１０５が収容されている。
　この例において、実施の形態３のチューブ１０６ａと同様に、第１チューブ１６１の内径は、被覆１０４で覆われていない光ファイバ本体１０３の外径より、わずかに大きい寸法とされている。一方、第２チューブ１６２は、被覆１０４で覆われている光ファイバ１０５の外径より、わずかに大きい寸法とされている。第１チューブ１６１は、ガラス系材料から構成され、第２チューブ１６２は、ポリイミドなどの樹脂から構成されている。
　実施の形態４によれば、前述した各実施の形態と同様に、接着剤１１０と被覆１０４と、大気とが接する領域が形成されることがない。また、実施の形態４によれば、第２チューブ１６２を、可撓性を有する樹脂から構成することで、引き出し側の光ファイバ１０５の曲げを容易に行うことができる。なお、光コネクタに組み込む前に、光ファイバ１０５の被覆１０４の外側周面に、ポリイミド系などの耐熱樹脂を塗布あるいは、張り付けることによって、第２チューブ１６２を形成しておくこともできる。
［実施の形態５］
　次に、本発明の実施の形態５に係る光コネクタについて、図７を参照して説明する。この光コネクタは、光コネクタ１００は、フェルール１０１と、光ファイバ１０５と、チューブ１０６ａ、保持部品１０７とを備える。また、光ファイバ１０５は、フェルール１０１、保持部品１０７の第２収容部１０９において、接着剤１１０により接着固定されている。チューブ１０６ａには、被覆１０４が除去された光ファイバ本体１０３が収容されている。これらの構成は、前述した実施の形態３と同様である。
　実施の形態５では、さらに、保持部品１０７より外側の部分のチューブ１０６ａに、管壁を貫通する貫通孔１１１を備える。この構成とすることで、接着剤１１０の量が増えた場合でも、貫通孔１１１における表面張力により、貫通孔１１１に接着剤１１０がしみ出す。この結果、光ファイバ１０５が引き出される側のチューブ１０６ａの一端より外側に、接着剤１１０の染みだしが防止できるようになる。
　ところで、図８に示すように、チューブ１０６ａの一端に、ここより引き出される光ファイバ１０５の一部を覆うように、第２接着剤１１２を設けることもできる。第２接着剤１１２は、ヤング率を非常に小さい材料から構成する。これにより、第２接着剤１１２が熱膨張しても応力が小さくなり、第２接着剤１１２と被覆１０４と、大気とが接する領域が形成されても、第２接着剤１１２の膨張による問題が発生しない。
　また、図９に示すように、光ファイバ１０５が引き出される側のチューブ１０６ｂの一端より、チューブ１０６ｂの途中までの領域１１３を設け、領域１１３では、被覆１０４が形成されている状態とすることもできる。領域１１３は、チューブ１０６ｂの内径が、他の領域より大きくされ、被覆１０４で覆われている光ファイバ１０５の外径より、わずかに大きい寸法とされている領域である。この構成においても、接着剤１１０が、光ファイバ１０５が引き出される側のチューブ１０６ｂの一端より外側にしみ出すことが抑制されるようになる。この結果、接着剤１１０と被覆１０４と大気とが接する領域が形成されることが無い。
　次に、接着剤と光ファイバ（被覆）と、周囲環境（大気）とが接する領域が形成されることによる問題について、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃを参照して説明する。従来の光コネクタは、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃに示すように、フェルール３０１と、光ファイバ３０５と、保持部品３０７とを備える。光ファイバ３０５は、光ファイバ本体３０３および光ファイバ本体３０３を覆う被覆３０４を備え、被覆３０４が除去された光ファイバ本体３０３が、フェルール３０１のガイド孔に収容される。また、保持部品３０７は、フェルール３０１が収容される第３収容３０８と、フェルール３０１より引き出された光ファイバ３０５が終了される第２収容部３０９とを備える。光ファイバ３０５は、フェルール３０１、保持部品３０７の第２収容部３０９において、接着剤３１０により接着固定されている。
　例えば、はんだリフロー工程などにより、従来の光コネクタに実際に２５０℃のピーク温度を加えると、フェルール３０１およびエポキシ系の接着剤３１０のガラス転移温度以上となる。このようなガラス転移温度以上の高温環境下では、樹脂が軟化する。加えて、ガラス転移温度以上では、樹脂の熱膨張が常温時よりも１ケタ程度大きくなる。これらのことにより、上述したような加熱環境下では、接着剤３１０が大きく膨張することとなる。
　このような接着剤３１０の熱膨張により、図１０Ｂに示すように、接着剤３１０と光ファイバ３０５（被覆３０４）と、周囲環境（大気）とが接する領域３２１では、接着剤３１０の熱膨張によって、接着剤３１０の端部が、被覆３０４に突入する。この接着剤３１０の端部の被覆３０４への突入により、図１０Ｃに示すように、領域３２１では、被覆３０４が剥げて、光ファイバ本体３０３が露出する領域３２２が形成されるという問題が起きる。発明者らは，上述した現象を、実験的に明らかとした。
　領域３２２は、水分が侵入しやすく、外的な応力に対する機械的な信頼性が大きく低下するため、光ファイバ３０５の性能が劣化するという問題がある。また、発明者らは、上述した領域３２２による光ファイバ本体３０３の露出は、接着剤３１０の膨張に起因するものであり、光ファイバ３０５に接する接着剤３１０の厚さが大きいほど発生しやすい現象であることを見出した。
　前述した実施の形態に係る光コネクタでは、被覆を備える光ファイバの領域をチューブに収容しているため、被覆に接触する接着剤の厚さを、チューブ内径と光ファイバ外径との差で限定でき、上述した接着剤の膨張による問題を解消することができる。被覆で覆われている光ファイバの外径と、チューブの内径との差は小さい方が好ましく、これらの差は、１００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下とすることが好ましい。
　また、ポリイミドあるはガラス系から構成したチューブであれば、熱膨張係数は非常に小さい、あるいは光ファイバとほぼ一致しているため、接着剤の膨張に伴う被覆への応力を大きく低減することが可能である。また、チューブの外側周囲の接着剤の膨張は、チューブによって吸収され、光ファイバ（被覆）には直接応力が加わらない。これによって、リフロー工程などの加熱が加わった後でも、被覆が剥がれることに伴う信頼性低下を防止することができる。
　以上に説明したように、本発明によれば、フェルールのガイド孔の一端のファイバ引き出し側に、ファイバ引き出し側より引き出された光ファイバを収容するチューブを配置したので、光機能素子を実装基板に実装するときの処理温度においても、性能を損なわない耐熱性の高い光コネクタが提供できる。
　なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
　１００…光コネクタ、１０１…フェルール、１０２…ガイド孔、１０３…光ファイバ本体、１０４…被覆、１０５…光ファイバ、１０６…チューブ、１０７…保持部品、１０８…第１収容部、１０９…第２収容部、１１０…接着剤。

Claims (8)

  1. 　ガイド孔を備えるフェルールと、
    　光ファイバ本体および前記光ファイバ本体を覆う被覆を含み、前記被覆が除去された前記光ファイバ本体が前記ガイド孔に収容された光ファイバと、
    　前記ガイド孔の一端のファイバ引き出し側に配置され、前記ファイバ引き出し側より引き出された前記光ファイバを収容するチューブと、
    　前記フェルールが収容される第１収容部と、前記チューブが終了される第２収容部とを備え、前記フェルールおよび前記チューブを連結して保持する保持部品と、
    　前記ガイド孔と前記光ファイバ本体との間、前記第２収容部と前記チューブとの間、および前記チューブと前記光ファイバとの間に充填された接着剤と
    　を備え、
    　前記フェルールは、結晶化ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスのいずれかから構成され、
    　前記チューブは、ガラスおよびポリイミド樹脂のいずれかから構成され、
    　前記チューブと前記光ファイバとの間に充填された前記接着剤は、前記光ファイバが引き出される側の前記チューブの一端よりはみ出すことなく形成されている
    　ことを特徴とする光コネクタ。
  2. 　請求項１記載の光コネクタにおいて、
    　前記被覆が除去された前記光ファイバ本体が、前記チューブに収容されていることを特徴とする光コネクタ。
  3. 　請求項２記載の光コネクタにおいて、
    　前記光ファイバが引き出される側の前記チューブの一端より、前記チューブの途中までは、前記被覆が形成されていることを特徴とする光コネクタ。
  4. 　請求項１～３のいずれか１記載の光コネクタにおいて、
    　前記光ファイバが引き出される側の前記チューブの一端より、前記チューブの途中までの前記チューブと前記光ファイバとの間に、前記接着剤が充填されていない非充填部を備える
    　ことを特徴とする光コネクタ。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の光コネクタにおいて、
    　前記保持部品より外側の部分の前記チューブは、管壁を貫通する貫通孔を備えることを特徴とする光コネクタ。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の光コネクタにおいて、
    　前記チューブは、前記フェルールの側の第１チューブと、前記第１チューブに連続する第２チューブとから構成されていることを特徴とする光コネクタ。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載の光コネクタ同士を接続した光接続構造であって、
    　２つの前記光コネクタの光入出力端同士を突き合わせる状態に、前記第１収容部より突出した前記フェルールを固定するスリーブと、
    　２つの前記光コネクタを、互いに押し付けるためのバネ部材と
    　を備える光接続構造。
  8. 　請求項７記載の光接続構造において、
    　２つの前記光コネクタを、前記バネ部材とともに収容するハウジングを備え、
    　前記ハウジングは、金属、セラミック、およびスーパーエンジニアリングプラスチックのいずれかから構成されていることを特徴とする光接続構造。
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