(57)【要約】【課題】光伝送ロスを引き起こす原因となる光ファイバーの曲げ変形を極小化できると共に、耐圧機能および水分に対するシール機能を有する光ファイバー導入部封止構造および封止方法を提供する。【解決手段】機器の光ファイバー導入部に固定されるスリーブ１の貫通孔には、該貫通孔に対して隙間を有して挿通できるガイド２、およびガイド２に沿わせた光ファイバー３が挿入されており、光ファイバー３の導入部は封止材として外表面部側に応力緩和特性に優れた第一の封止材４を充填し、内部側にはクリープ強度特性に優れた第二の封止材５を充填した二層封止構造とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器の光ファイバー導入部に固定される貫通孔を有するスリーブと、
上記スリーブの貫通孔に挿入される光ファイバーと、
上記光ファイバーが挿入された上記スリーブの貫通孔の外表面部側に充填され、上記光ファイバーの挿入部を封止する低融点金属からなる第一の封止材と、
上記第一の封止材よりも上記貫通孔の内部側に充填され、上記光ファイバーの挿入部を封止する低融点金属からなる第二の封止材とを備え、
上記第一の封止材は上記第二の封止材より応力緩和特性に優れ、かつ上記第二の封止材は上記第一の封止材よりクリープ強度特性に優れていることを特徴とする光ファイバー導入部封止構造。
【請求項２】
上記第一の封止材は低温はんだであり、第二の封止材は高温はんだであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバー導入部封止構造。
【請求項３】
機器の光ファイバー導入部に固定される貫通孔を有するスリーブと、
上記スリーブの貫通孔の内面に軸方向に一個以上形成された環状の溝部と、
上記スリーブの貫通孔に挿入される光ファイバーと、
上記光ファイバーが挿入された上記スリーブの貫通孔の上記溝部に嵌合するように充填され、上記光ファイバーの挿入部を封止する低融点金属からなる封止材とを備えたことを特徴とする光ファイバー導入部封止構造。
【請求項４】
上記封止材は低温はんだであることを特徴とする請求項３記載の光ファイバー導入部封止構造。
【請求項５】
上記溝部の軸方向断面形状は鋸歯状、凹凸状、もしくは螺旋状であることを特徴とする請求項３記載の光海底中継器の光ファイバー導入部封止構造。
【請求項６】
上記光ファイバーはガイドに沿わせて上記スリーブの貫通孔に挿入されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の光ファイバー導入部封止構造。
【請求項７】
機器の光ファイバー導入部を低融点金属を用いて封止する光ファイバー導入部封止方法において、
上記光ファイバー導入部に固定されるスリーブの貫通孔の内面に加工された雌ネジ部に螺合する雄ネジ部、および光ファイバーの挿入部等が成形加工されている低融点金属塊を上記スリーブの雌ネジ部にネジ締結した後、上記低融点金属塊を溶融する工程を含むことを特徴とする光ファイバー導入部封止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光海底中継器等の機器における光ファイバー導入部封止構造および封止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
機器における光ファイバー導入部封止構造は、例えば光海底中継器においては海底ケーブルの中継器回路を海水の圧力および水分から保護すると共に光通信ロスの原因となる光ファイバーの曲げ変形を極力少なくする機能を有するものであり、光ファイバー導入部封止構造には充分な耐圧機能、水分のシール機能および光ファイバーの変形の極小化が要求される。
従来の光ファイバー導入部封止構造は、機器の光ファイバー導入部に固定されたスリーブの貫通孔に、該貫通孔に対して若干の隙間を有して挿通できるガイドに光ファイバーを沿わせて挿入し、その端部に低融点金属を充填して光ファイバーの導入部を封止したものである。
（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６０−１７８７３４号公報（第３頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光ファイバー導入部封止構造において、封止材となる低融点金属としては、強度の観点から比較的硬いＰｂ−Ｓｎ共晶はんだ（高温はんだ）が一般的に用いられているが、高温はんだは応力緩和特性が小さい（一度変形すると時間が経過しても元には戻り難い）ため、製品出荷前の気密保持テスト（圧力負荷−除荷テスト）時に圧力を受けて変形した高温はんだは、圧力が除荷されても変形したまま元の状態には戻らない（図２参照）。その結果、光ファイバーも曲げられた状態となって光伝送ロスを引き起こすという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、光伝送ロスを引き起こす原因となる光ファイバーの曲げ変形を極小化できると共に、耐圧機能および水分に対するシール機能を有する光ファイバー導入部封止構造および封止方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる光ファイバー導入部封止構造は、機器の光ファイバー導入部に固定される貫通孔を有するスリーブと、スリーブの貫通孔に挿入される光ファイバーと、光ファイバーが挿入されたスリーブの貫通孔の外表面部側に充填され、光ファイバーの挿入部を封止する低融点金属からなる第一の封止材と、第一の封止材よりも貫通孔の内部側に充填され、光ファイバーの挿入部を封止する低融点金属からなる第二の封止材とを備え、第一の封止材は第二の封止材より応力緩和特性に優れ、かつ第二の封止材は第一の封止材よりクリープ強度特性に優れているものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の一実施の形態である光ファイバー導入部封止構造を図について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における光ファイバー導入部封止構造を示す断面図である。
図において、機器の光ファイバー導入部に固定されるスリーブ１の貫通孔には、該貫通孔に対して若干の隙間を有して挿通できるガイド２、およびガイド２に沿わせた光ファイバー３が挿入され、光ファイバー導入部には封止材として、封止部の外表面部側には応力緩和特性に優れた低融点金属からなる第一の封止材（本実施の形態では低温はんだ）４、内部側にはクリープ強度特性に優れた低融点金属からなる第二の封止材（本実施の形態では高温はんだ）５が層状に充填されている。
【０００８】
図２は製品出荷前の気密保持テスト（圧力負荷−除荷テスト）時の光ファイバーのひずみの時間依存性をクリープシミュレーションを行って示した図で、封止材として低温はんだを用いた場合と高温はんだを用いた場合を併記している。
低温はんだを用いた場合、低温はんだは応力緩和特性が大きく（一度変形しても時間が経過すると元に戻りやすい）気密保持テスト時に圧力を受けて変形しても時間の経過と共に元の状態に戻るため、光ファイバーにはひずみがほとんど残留せず、高温はんだを用いた場合、高温はんだは応力緩和特性が小さく（一度変形すると時間が経過しても元に戻り難い）製品出荷前の気密保持テスト時に圧力を受けて変形すると圧力が除荷されても変形したまま元の状態には戻らないため、光ファイバーにはひずみが残留することが示されている。
【０００９】
図３ははんだのクリープ強度特性を評価するための試験方法（ａ）とその結果（ｂ）を示した図である。
試験方法は、スリーブ１にガイド２を挿入してその隙間に高温はんだ５もしくは低温はんだ４を充填し固体化した後、ガイド２に荷重をかけてスリーブ１からガイド２が押し抜けるまでの時間を測定するものである。
試験結果においては、ガイド２に同一条件の圧力が加わった場合（平均せん断応力として表示）、高温はんだのクリープ強度特性（押し抜け時間）は低温はんだのクリープ強度特性に比べはるかに大きいことが示されている。すなわち、高温はんだは圧力に対する耐性が低温はんだに比べてはるかに大きいことが示されている。
【００１０】
本実施の形態による光ファイバー導入部封止構造は、スリーブ１に光ファイバー３を挿入しその隙間に充填する封止材として、製品出荷前の気密保持テスト時に圧力が直接加わる封止部の外表面部側には応力緩和特性に優れた低温はんだ（例えば、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｉｎはんだ、Ｓｎ−Ｉｎはんだ等）４、内部側にはクリープ強度特性に優れた高温はんだ５（例えば、従来用いられているＰｂ−Ｓｎ共晶はんだ）５を用いた二層封止構造とする。
なお、図１においては光ファイバーを導くガイド２を有する光ファイバー導入部封止構造を示したが、この構造に限定されるものではなく、貫通孔を有するスリーブとこの貫通孔に挿入される光ファイバーからなる光ファイバー導入部においては同様の構造により同様の効果を得ることができる。
【００１１】
本実施の形態によれば、光ファイバー導入部封止構造として、封止部の外表面部側には応力緩和特性に優れた低温はんだ（第一の封止材）４を充填し、内部側にはクリープ強度特性に優れた高温はんだ（第二の封止材）５を充填した二層封止構造とすることにより、製品出荷前の気密保持テスト時に圧力を直接受ける外表面部側の低温はんだ４は、図２に示すように、一時的に変形するが短時間後に元の状態に戻るため光ファイバー３にはひずみはほとんど残留せず、その結果、光ファイバー３の曲げ変形を極小化することができる。
さらに、内部側にはクリープ強度特性に優れた高温はんだ５を充填することにより、図３に示すように、高い圧力が加わった場合、外表面部の低温はんだ４は変形して押し流されようとするが、内部の高温はんだ５は変形しないため押し留められ、光ファイバー導入部のシール機能を保持することができる。
【００１２】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２における光ファイバー導入部封止構造を示す断面図である。
図において、スリーブ１の貫通孔の内面の封止材が充填される領域には軸方向断面が鋸歯状となる溝部（鋸歯状溝部）１ａが環状に形成されている。
なお、図１と同一部分については同符号を付し説明を省略する。
【００１３】
本実施の形態による光ファイバー導入部封止構造は、光ファイバー３が挿入されるスリーブ１の貫通孔の内面に設けた鋸歯状溝部１ａに嵌合するように低温はんだ４を充填した構造とする。
【００１４】
本実施の形態によれば、光ファイバー導入部であるスリーブ１の貫通孔の内面に鋸歯状溝部１ａを形成し、その溝部１ａに嵌合するように低温はんだ４を充填した構造とすることにより、低温はんだ４は、図３に示すように、クリープ強度特性が小さく圧力が加わると変形して押し流されようとするが、鋸歯状溝部１ａが抵抗となり低温はんだ４が押し流されるのを防止してシール機能を保持することができる。
また、封止材として低温はんだ４を用いるため、実施の形態１と同様に、光ファイバー３の曲げ変形を極小化することができる。
【００１５】
なお、スリーブ１の貫通孔の内面に形成する溝部は鋸歯状溝部１ａに限定されることなく、図５に示すような凹凸状溝部１ｂや螺旋状溝部であっても同様の効果が得られる。
【００１６】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３における光ファイバー導入部封止方法を説明するための断面図である。
図において、スリーブ１の貫通孔の内面に雌ネジ部１ｃが形成され、封止材となる低融点金属塊６には予めガイド２と光ファイバー３の挿入部および雌ネジ部１ｃに螺合する雄ネジ部６ａが加工されている。
なお、図１と同一部分については同符号を付し説明を省略する。
【００１７】
本実施の形態による光ファイバー導入部封止方法は、スリーブ１の貫通孔の内面に設けた雌ネジ部１ｃに螺合する雄ネジ部６ａ、およびガイド２と光ファイバー３の挿入部が成形加工されている低温はんだ塊６を、スリーブ１の雌ネジ部１ｃにネジ締結した後、低温はんだ塊６を溶融して光ファイバー導入部を低温はんだ４で封止する。
【００１８】
本実施の形態によれば、光ファイバー導入部であるスリーブ１に形成された雌ネジ部１ｃに螺合する雄ネジ部６ａを有する低温はんだ塊６を形成し、低温はんだ塊６をスリーブ１にネジ締結した後に低温はんだ塊６を溶融してスリーブ１と低温はんだを接合することにより、実施の形態２に示したスリーブ１とガイド２の隙間にはんだを充填する場合に比べて空気等の気体の混入を防止することができ封止部のシール機能を向上させることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、光ファイバー導入部封止構造として、封止部の外表面部側には応力緩和特性に優れた低融点金属を充填し、内部側にはクリープ強度特性に優れた低融点金属を充填した二層封止構造とすることにより、圧力が加わった場合、圧力を直接受ける外表面部側の低融点金属は一時的に変形するが、応力緩和特性が大きいので短時間後には元の状態に戻るため、光ファイバーの曲げ変形を極小化して光伝送ロスを防止することができる。さらに、高い圧力が加わった場合においても、内部側には硬い低融点金属が充填されているため、光ファイバー導入部のシール機能を保持することができ、信頼性の高い光ファイバー導入部封止構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による光ファイバー導入部封止構造を示す断面図である。
【図２】気密保持テスト時の光ファイバーのひずみの時間依存性をクリープシミュレーションを行って示した図である。
【図３】はんだのクリープ強度特性を評価するための試験方法およびその結果を示した図である。
【図４】この発明の実施の形態２による光ファイバー導入部封止構造を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２による他の光ファイバー導入部封止構造を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３による光ファイバー導入部封止方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１  スリーブ、１ａ  鋸歯状溝部、１ｂ  凹凸状の溝部、１ｃ  雌ネジ部、
２  ガイド、３  光ファイバー、４  低温はんだ、５  高温はんだ、
６  低温はんだ塊、６ａ  雄ネジ部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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