(57)【要約】【課題】容易かつ確実に光レセプタクルやファイバスタブの気密封止を実現するとともに、長期信頼性に優れた光モジュールを提供する。【解決手段】フェルールの中心に形成した第１の貫通孔に光ファイバを挿入固定してなるファイバスタブにおいて、上記フェルールの側面に上記光ファイバを露出した凹部を形成するとともに、該凹部に上記光ファイバを封止材で埋設させる。これを用いて光レセプタクルやファイバスタブを製造する。【選択図】図１
2004354501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェルールの中心に形成した第１の貫通孔に光ファイバを挿入固定してなるファイバスタブにおいて、上記フェルールの側面に上記光ファイバを露出した凹部を形成するとともに、該凹部に上記光ファイバを封止材で埋設させたことを特徴とするファイバスタブ。
【請求項２】
上記凹部の深さが上記フェルールの外周面から第１の貫通孔までの深さよりも深く形成されていることを特徴とする請求項１記載のファイバスタブ。
【請求項３】
上記光ファイバの露出部にメタライズ層を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のファイバスタブ。
【請求項４】
請求項１〜３のそれぞれに記載のファイバスタブと、該ファイバスタブの先端部を一方開口端側から挿入して保持するとともに、他方開口端側から上記ファイバスタブの先端面に接続するプラグフェルールを挿入して保持するスリーブと、第２の貫通孔を有し該第２の貫通孔に上記ファイバスタブの後端部を挿入して固定するホルダとからなる光レセプタクル。
【請求項５】
上記ファイバスタブの外周にメタライズ層を形成したことを特徴とする請求項４記載の光レセプタクル。
【請求項６】
上記ファイバスタブの外周に溝部を形成するとともに、該溝部に表面が上記ファイバスタブの外周面と略同じ高さのメタライズ層を形成したことを特徴とする請求項４又は５に記載の光レセプタクル。
【請求項７】
上記ホルダの外周面から上記第２の貫通孔にかけて形成した第３の貫通孔を有し、該第３の貫通孔と上記ファイバスタブの凹部とを略合致させて配置するとともに、上記第３の貫通孔及び凹部に封止材を充填させたことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の光レセプタクル。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれかに記載の光レセプタクルにおける上記ファイバスタブの後端部から光信号を出射する光素子を収納したケースを取り付けたことを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられるファイバスタブ及びこれを用いた光レセプタクル並びに光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光レセプタクル等を用いた光伝送モジュールでは、光モジュール等に組み込まれている受光もしくは発光素子の駆動安定性の点から、外界から密封されることが望ましいとされている。従って、光モジュールに結合される光レセプタクルやファイバスタブ等は上述のような理由より気密封止構造が求められている。
【０００３】
図６に従来の光モジュールに結合される光レセプタクル２０の気密封止構造を示す。この従来の光レセプタクル２０の気密封止構造は、ファイバスタブ２１の側面を利用して気密封止を実現させるために、光レセプタクル２０のファイバスタブ２１をホルダ２２から突き出せるとともに、光レセプタクル２０のファイバスタブ２１を突き出させた側のホルダ２２の一部に掘り込み状に形成したダム２３を設け、該ダム２３内に封止材２４として樹脂を充填するか、あるいはファイバスタブのフェルール外周にメタライズを施し封止材２４として半田を該ダム２３内に充填することにより、ファイバスタブ２１の側面とダム２３の底面を封止材にて密着させファイバスタブ２１とダム２３の内壁間を外気から遮断し気密封止を実現している（特許文献１参照）。
【０００４】
このように、特許文献１の気密封止構造は、光レセプタクル２０のファイバスタブ２１とファイバスタブ２１を固定するホルダ２２の間に存在する寸法精度や表面粗さ等に起因する微小なすき間を通って浸入してくる外気を遮断しようとするものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２３９５６７号公報参照
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示すような従来の気密封止構造の場合、ダム２３内に均一に封止材２４となる樹脂や半田を充填することは、ファイバスタブ２１が突き出ている構造上非常に難しいため、実際には封止材２４が充填されない部分が存在して、ファイバスタブ２１の側面とダム２３の底面が封止材により十分密着されず必要な気密封止効果が得られないことがある。
【０００７】
また、封止材２４として樹脂を充填する場合は充填作業時に樹脂中に気泡が混入してしまい、樹脂が硬化した際にこの気泡が抜けることにより空気の通り道が形成されるため、気密が得られないという問題があった。
【０００８】
さらに、ファイバスタブ２１が突き出ている構造のため、封止材２４を充填する作業の際にファイバスタブ２１が作業の妨げとなり作業を複雑で難しいものにしてしまい、結果として光学特性に重大な影響を与えるファイバスタブ２１端面の光ファイバ２５に封止材２４が付着し、光学特性を劣化させてしまうという問題があった。
【０００９】
またさらに、図６に示すような従来の気密封止構造の場合、光レセプタクル２０のファイバスタブ２１とファイバスタブ２１を固定するホルダ２２の間に存在する寸法精度や表面粗さ等に起因する微小なすき間があり、そのすき間を通って浸入してくる外気は遮断されるが、ファイバスタブ２１のフェルールと光ファイバの間は接着されているのみであるため、接着剤が硬化した際に前述した気泡が抜けることによる空気の通り道が形成されており、気密封止が実現されていない。従って、長期間使用を続けるうちにこの部分からわずかながら外気が浸入して、光モジュール等に組み込まれている受光もしくは発光素子の駆動安定性に影響を与えてしまい長期信頼性に乏しいという欠点を有していた。
【００１０】
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気密封止を実現するファイバスタブ及び光レセプタクルを提供することにある。
【００１１】
また、他の目的は、長期信頼性に優れた光モジュールを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記従来の問題点に鑑みて、本発明は、フェルールの中心に形成した第１の貫通孔に光ファイバを挿入固定してなるファイバスタブにおいて、上記フェルールの側面に上記光ファイバを露出した凹部を形成するとともに、該凹部に上記光ファイバを封止材で埋設させたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、上記凹部の深さが上記フェルールの外周面から第１の貫通孔までの深さよりも深く形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、上記光ファイバの露出部にメタライズ層を形成したことを特徴とするものである。
【００１５】
またさらに、本発明の光レセプタクルは上記ファイバスタブは上記のファイバスタブと、該ファイバスタブの先端部を一方開口端側から挿入して保持するとともに、他方開口端側から上記ファイバスタブの先端面に接続するプラグフェルールを挿入して保持するスリーブと、第２の貫通孔を有し該第２の貫通孔に上記ファイバスタブの後端部を挿入して固定するホルダとからなることを特徴とするものである。
【００１６】
さらにまた、上記光レセプタクルの上記ファイバスタブの外周にメタライズ層を形成したことを特徴とするものである。
【００１７】
また、上記光レセプタクルの上記ファイバスタブの外周に溝部を形成するとともに、該溝部に表面が上記ファイバスタブの外周面と略同じ高さのメタライズ層を形成したことを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、上記ホルダの外周面から上記第２の貫通孔にかけて形成した第３の貫通孔を有し、該第３の貫通孔と上記ファイバスタブの凹部とを略合致させて配置するとともに、上記第３の貫通孔及び凹部に封止材を充填させたことを特徴とするものである。
【００１９】
またさらに、本発明の光モジュールは、上記光レセプタクルの上記ファイバスタブの後端部から光信号を出射する光素子を収納したケースを取り付けたことを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
【００２１】
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明のファイバスタブ１の一実施形態を示す断面図である。図１（ａ）に示すように、ファイバスタブ１は、光ファイバ３を挿入固定する第１の貫通孔４を有し、側面中間部に深さＨの凹部５を設けたフェルール２に光ファイバ３が挿入固定され、前記光ファイバ３が前記凹部５に封止材１４で埋設されている。
【００２２】
凹部５の深さＨは、上記フェルール２の外周面から第１の貫通孔４までの深さよりも深く形成されている。これは、前記光ファイバ３が前記凹部５に封止材１４で埋設される際に、凹部５の底面と光ファイバ３の間に十分な量の封止材を存在させることにより、凹部５の底面と光ファイバ３を密着させるためである。凹部５の深さＨが、上記フェルール２の外周面から第１の貫通孔４までの深さよりも浅い場合は、凹部５の底面と光ファイバ３の間に十分な量の封止材を存在させることが出来なくなり、上述の凹部５の底面と光ファイバ３の密着がなされないため、十分な気密効果を得ることが出来なくなってしまう。
【００２３】
またフェルール２の中間部に露出した部分の光ファイバ３はメタライズ層６を形成しても良い。一般的には封止材１４として半田が使用されることが非常に多いため、フェルール２の中間部に露出した部分の光ファイバ３にメタライズ層６が形成されていれば、凹部５と光ファイバ３を封止材１４によって強く密着させることが可能となり、より確実に気密効果が得られる。
【００２４】
凹部５の長さＬは、０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下の長さとすることが好ましい。凹部５の長さＬが０．２ｍｍよりも小さい場合は、光ファイバ３が凹部５に封止材１４で埋設される際に、光ファイバ３が露出する空間が小さいために封止材１４が凹部５に十分充填されず、封止材１４によって凹部５と光ファイバ３が十分密着されず、気密効果を得ることが出来なくなる。一方凹部５の長さＬが５ｍｍよりも大きい場合は、凹部５が大きくなり過ぎてしまうためファイバスタブ１のフェルール２の強度が弱くなってしまうため、光レセプタクル等に組み立てる作業時に、ファイバスタブ１のフェルール２が破損したり、クラックを生じてしまう恐れがある。
【００２５】
凹部５の形状は図１（ｂ）に示されるような直線形状であってもよいし、図２（ａ）、（ｂ）に示すようなＲ形状やＶ形状であっても同様の効果が得られる。
【００２６】
これらの封止材１４を充填したファイバスタブ１を用いて光レセプタクル９とする場合は、図３（ａ）に示すように、封止材１４を充填したファイバスタブ１を第２の貫通孔を有するホルダ１０にその後端部を挿入して固定し、ファイバスタブ１の先端部をスリーブ１１の一方開口端側から挿入して保持するとともに、スリーブ１１の他方開口端側からプラグフェルール１３を挿入してファイバスタブ１の先端面に当接保持する。
【００２７】
また、図３（ｂ）に示すように、光レセプタクル９に用いる上記ファイバスタブ１のフェルール２外周に溝部８を形成するとともに、溝部８に表面が上記ファイバスタブ１の外周面と略同じ高さのメタライズ層７を設けても良い。フェルール２外周に溝部８を形成するとともに、溝部８に表面がファイバスタブ１の外周面と略同じ高さのメタライズ層７を設けることにより、光レセプタクル９にした際に封止材が溝部８に留まり易くなり、前述したように封止材１４として半田が使用されることが非常に多いため、ファイバスタブ１とホルダ１３を封止材１４によって強く密着させることが可能となり、より確実に気密封止を実現することが出来る。
【００２８】
さらに、図４に示すように、光レセプタクル９に封止材１４の注入口として、上記ホルダ１０の外周面から上記第２の貫通孔１０ａにかけて形成した第３の貫通孔１５を設けても良い。そして、第３の貫通孔１５と上記ファイバスタブ１３の凹部５とを略合致させて配置するとともに、上記第３の貫通孔１５及び凹部５に封止材１４を充填させることで、封止材１４を注入し易く出来、気密封止作業を容易に出来るため、低コストにて気密封止された信頼性の高い光レセプタクル９を得ることが出来る。
【００２９】
本発明の光レセプタクル９では、ファイバスタブ１の光ファイバ３のメタライズ層６とフェルール２のメタライズ層７の両方に封止材１４が充填されるため、光レセプタクル９のファイバスタブ１とファイバスタブ１を固定するホルダ１０の第２の貫通孔１０ａに存在する、寸法精度や表面粗さ等に起因する微小なすき間を通って浸入してくる外気を遮断するだけではなく、ファイバスタブ１のフェルール２の第１の貫通孔４と光ファイバ３の間を通って浸入してくる外気も遮断出来るため、確実に気密封止することが可能となり、光モジュールの長期信頼性に寄与することが出来る。
【００３０】
また本発明の光レセプタクル９では、気密封止をする箇所がファイバスタブ１の中間部になるため、気密封止効果を得るためにファイバスタブ１を突き出させる必要がなく、封止材１４を充填する作業の際、ファイバスタブ１端面に半田などの封止材１４が付着するのを防止出来るため光学特性を劣化させる恐れが無く、また封止材１４を均一に充填することも可能となり、確実で信頼性の高い気密封止が実現できる。
【００３１】
前記封止材の材料１４としては、半田や銀ろうなどのろう材、低融点ガラスなどが好ましい。これらの材料を封止材１４として用いた場合、樹脂を封止材として作業する際に起こる、樹脂中に気泡が混入し、樹脂が硬化した際にこの気泡が抜けることにより空気の通り道が形成されるため、気密が得られないという問題を避けることが出来る。
【００３２】
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１０に固定する際に有利である。
【００３３】
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。
【００３４】
ファイバスタブ１の先端部の端面は、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。
【００３５】
光レセプタクル９に用いるスリーブ１１は、全体がスリーブケース１２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、スリーブケース１２は、前述のホルダ１０と安定して接続させるためのものであり、耐摩耗性、溶接性を配慮する必要がないため、ステンレス、銅、鉄、ニッケル、プラスチック、ジルコニア、アルミナなどの幅広い材料が用いられるが、主にはホルダ１０と熱膨張係数を合わせ、信頼性を高めるため、ホルダ１０と同様、ステンレスが用いられる。
【００３６】
なお、スリーブ１１の内周面の算術平均粗さ（Ｒａ）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１０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１０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以下の圧入になるよう設計することが望ましい。
【００３７】
次に、図４に示す本発明の光レセプタクル９を用いて光モジュール１６を構成する場合は、図５に示すように光レセプタクル９のファイバスタブ１の後端面側に、光信号を出射する光素子１７とレンズ１８を収納したケース１９を接合すれば良い。
【００３８】
【実施例】
ここで、本発明の実施例を説明する。
【００３９】
まず図４（ｂ）に示す本発明の光レセプタクル９と、比較例として図６に示す従来の光レセプタクル２０を作製した。
【００４０】
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を得た。
【００４１】
前述のように得られたフェルールの第１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３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、８°の傾斜面に鏡面研磨を行いファイバスタブとした。図４（ｂ）の本発明試料の場合は、さらに凹部に露出した部分の光ファイバに蒸着によってメタライズ層を形成するとともに、フェルールの溝部にも、蒸着によってメタライズ層を形成した。
【００４２】
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して固定し、該ファイバスタブの先端部を一方開口端側から挿入して保持するとともに、スリーブにファイバスタブの他方を保持し、光レセプタクルを各１０ヶ作製した。図４（ｂ）の本発明試料の場合は、さらに封止材の注入口であるホルダの第３の貫通孔から半田を注入して、光ファイバのメタライズ層とフェルール溝部のメタライズ層を気密封止した。一方、図６の比較例の光レセプタクルの場合は、ホルダの一部に掘り込み状に形成したダム内に樹脂を充填して、ファイバスタブとホルダの間を気密封止した。
【００４３】
そして、それぞれの光レセプタクルの気密封止構造のヘリウムリーク試験を行った。
【００４４】
その結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
2004354501.tif 000003
【００４６】
表１から明らかなように、本発明の光レセプタクル９は作製した１０ヶのサンプル全てで１×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以下の気密度を安定して得られることがわかった。
【００４７】
これに対し、従来の光レセプタクル２０では、作製した１０ヶのサンプルのうち６ヶは１×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以下の気密度が得られるものの、他の４ヶのサンプルは１×１０−６〜１×１０−７Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ程度の気密度しか得られず、気密封止状態に差が出て安定していないことがわかった。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、フェルールの中心に形成した第１の貫通孔に光ファイバを挿入固定してなるファイバスタブにおいて、上記フェルールの側面に上記光ファイバを露出した凹部を形成するとともに、該凹部に上記光ファイバを封止材で埋設させたことから、ファイバスタブのフェルールの第１の貫通孔と光ファイバの間を通って浸入してくる外気を遮断出来る気密封止構造を得ることが可能となり、光レセプタクルや光モジュールの長期信頼性に寄与することが出来る。
【００４９】
また、上記凹部の深さが上記フェルールの外周面から第１の貫通孔までの深さよりも深く形成されていることから、凹部の底面と光ファイバの間に十分な量の封止材を存在させることにより、凹部の底面と光ファイバを強く密着させることが出来、確実に気密効果が得られる。。
【００５０】
さらに、上記光ファイバの露出部にメタライズ層を形成したことから、封止材として半田を使用する際に、凹部と光ファイバを封止材によって強く密着させることが可能となり、より確実に気密効果が得られる。
【００５１】
またさらに、本発明のファイバスタブと、該ファイバスタブの先端部を一方開口端側から挿入して保持するとともに、他方開口端側から上記ファイバスタブの先端面に接続するプラグフェルールを挿入して保持するスリーブと、第２の貫通孔を有し該第２の貫通孔に上記ファイバスタブの後端部を挿入して固定するホルダとからなる光レセプタクルとしたことから、ファイバスタブの光ファイバのメタライズ層とフェルールのメタライズ層の両方に封止材が充填されるため、光レセプタクルのファイバスタブとファイバスタブを固定するホルダの第２の貫通孔に存在する、寸法精度や表面粗さ等に起因する微小なすき間を通って浸入してくる外気を遮断するだけではなく、ファイバスタブのフェルールの第１の貫通孔と光ファイバの間を通って浸入してくる外気も遮断出来るため、確実に気密封止することが可能となり、光モジュールの長期信頼性に寄与することが出来る。
【００５２】
さらにまた、上記ファイバスタブの外周にメタライズ層を形成したことから、封止材として半田を使用する際に、ファイバスタブとホルダを封止材によって強く密着させることが可能となり、より確実に気密効果が得られる。
【００５３】
また、上記ファイバスタブの外周に溝部を形成するとともに、該溝部に表面が上記ファイバスタブの外周面と略同じ高さのメタライズ層を形成したことから、光レセプタクルにした際に封止材が溝部に留まり易くなり、ファイバスタブとホルダを封止材によって強く密着させることが可能となり、より確実に気密封止を実現することが出来る。
【００５４】
さらに、上記ホルダの外周面から上記第２の貫通孔にかけて形成した第３の貫通孔を有し、該第３の貫通孔と上記ファイバスタブの凹部とを略合致させて配置するとともに、上記第３の貫通孔及び凹部に封止材を充填させたことから、封止材を注入し易く出来、気密封止作業を容易に出来るため、低コストにて気密封止された信頼性の高い光レセプタクルを得ることが出来る。
【００５５】
本発明のファイバスタブを用いて、光レセプタクル及び、光レセプタクルを用いた光モジュールを作成すれば、容易かつ確実に光レセプタクルやファイバスタブの気密封止を実現出来るとともに、長期信頼性に優れた光モジュールを実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のファイバスタブの一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明のファイバスタブの他の形状を示す断面図である。
【図３】（ａ）は本発明のファイバスタブを使用した、光レセプタクルの一実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は本発明のファイバスタブの溝部の他の形状を示す断面図である。
【図４】本発明のファイバスタブを使用した、光レセプタクルの一実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明の光レセプタクルを使用した、光モジュールの一実施形態を示す断面図である。
【図６】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
２：フェルール
３：光ファイバ
４：第１の貫通孔
５：凹部
６：メタライズ層
７：メタライズ層
８：溝部
９：光レセプタクル
１０：ホルダ
１０ａ：第２の貫通孔
１１：スリーブ
１２：スリーブケース
１３：プラグフェルール
１４：封止材
１５：第３の貫通孔
１６：光モジュール
１７：光素子
１８：レンズ
１９：ケース
２０：光レセプタクル
２１：ファイバスタブ
２２：ホルダ
２３：ダム
２４：気密封止部剤
２５：光ファイバ
【図１】
2004354501.tif 000004
【図２】
2004354501.tif 000005
【図３】
2004354501.tif 000006
【図４】
2004354501.tif 000007
【図５】
2004354501.tif 000008
【図６】
2004354501.tif 000009