(57)【要約】【課題】  プラグフェルールへの横荷重がかかったときに、スリーブの挿入端側が広がることで、光ファイバのズレが発生し損失が大きくなり、また、スリーブが内部のクリアランスの分だけ浮いてファイバスタブを十分に保持出来ずに接続損失が大きくなってしまうのを防止する。【解決手段】横方向荷をかけた際の割スリーブの更なる広がりを弾性部材の内径によって制限し、更に割スリーブは内部のクリアランスに依存せず常に安定した位置にあるため、横荷重特性の優れた小型の光レセプタクルを提供できる。【選択図】図１
2005215084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェルールの中心に光ファイバを固定してなるファイバスタブと、該ファイバスタブの後端部を固定するホルダと、一方側がファイバスタブの先端部を保持するとともに他方側が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保持してなるスリーブと、該スリーブを収納するとともに上記ホルダに固定されるケースとからなる光レセプタクルであって、上記スリーブの周囲に弾性部材を配置したことを特徴とする光レセプタクル。
【請求項２】
上記弾性部材にコイルスプリングが用いられ、該コイルスプリングの内側に前記スリーブが嵌入されていることを特徴とする請求項１に記載の光レセプタクル。
【請求項３】
上記スリーブの一方側の外周に鍔部を形成するとともに、上記コイルスプリングの一方側が上記鍔部に、他方側が上記ケースと当接してなることを特徴とする請求項２に記載の光レセプタクル。
【請求項４】
上記ホルダを有底カップ状に形成するとともに、該ホルダの側壁と上記スリーブとが離間して配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光レセプタクル。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の光レセプタクルの後端側に光素子を収納した光学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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用モジュール等に使用される光レセプタクル及びそれを用いた光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光信号を電気信号に変換するための光モジュールは、半導体レーザやフォトダイオード等の光素子をケース内に収納し、レンズ等を介して、光ファイバに光信号を導入又は導出するような構造となっている。この様な光モジュールのうちコネクタを接続するようにした光モジュールの例として図２に示す。図２に示すレセプタクル型の光モジュールは光レセプタクル9に光素子２１を備えるとともに、もう一方にプラグフェルール７を接続するものである。
【０００３】
光レセプタクル9は、ステンレス鋼の母材を切削加工もしくは射出成形した有底カップ状のホルダ４の底面中央に、貫通孔４０を形成するとともに、この貫通孔４０に中心に光ファイバ２が接着保持されたセラミック製のファイバスタブ１の後端側が圧入保持されている。そして、そのファイバスタブ１の先端側をスリーブ3の一方側の開口から嵌め込み、このスリーブ３の抜け防止のためにホルダ４から露出するスリーブ３を覆う円筒状のシェル（ケース）5をホルダ４の側壁面に対して圧入する構造となっている。
【０００４】
ここで、シングルモードの光ファイバへの高効率な光結合が要求される光レセプタクルにおいて、中心に光ファイバ８が接着保持されたプラグフェルール７を繰り返してスリーブ３内に着脱しても高精度な位置決めが要求されるため、スリーブ３の材質として高精度加工が可能であり、かつ、耐摩耗性に優れたセラミックを用いることも多い。
【０００５】
ところで、近年、インターネット等の普及に伴い、データ通信においても光伝送が一般的になり、そのキーデバイスである光通信用送受信器は高速化と、小型化、低コスト化を同時に実現することが求められている。
【０００６】
しかしこのままの構造で小型化をすると、プラグフェルール７の挿入する長さや、ファイバスタブ１の挿入長さが短くなっていくことから、光レセプタクルにおけるスリーブ３の保持力が低下し、プラグフェルール７に固定されている光ファイバ８のコードの自重や張力による横荷重によってプラグフェルール７内のファイバ８の位置にズレが発生し、光出力が低下したり、着脱再現性が得られなかったりするといった問題が発生していた。
【０００７】
そこで、光レセプタクルの保持力を強化するために、図３の様にスリーブ3内にファイバスタブ１全長を嵌め込み、その嵌め込んだスリーブ３の位置にホルダ４の貫通孔に圧入し、さらに、シェル５の後端側の開口部にホルダ４を圧入することで、シェル４の後端側の開口部がホルダ４を介してスリーブ３、ファイバスタブ１を保持し、ファイバスタブ１の保持をスリーブ３、ホルダ４の共通の位置で保持させてレセプタクルを小型化する技術や（特許文献１参照）、図４の様に貫通孔にファイバスタブ１を保持させたホルダ４のスリーブ３が接する面にも段部等を設けることでホルダ４のみでファイバスタブ１を保持するので、小型に形成できるとともにスリーブ３の把持を安定させる構造のものを提案したりしていた（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−３３２９８８号公報
【特許文献２】特開平２００２−３５０６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の光レセプタクルの図３の様にファイバスタブ１をスリーブ３とホルダ４との共通の位置で保持する構造の光レセプタクルの場合、ファイバスタブ１に対して、プラグフェルール７は、光学損失なく接続するには、継続的な荷重をかけたり、脱着の際の瞬間的な荷重がかかったりしても、これに耐えうる圧入力にする必要がある一方、高すぎる圧入力はスリーブ３を変形又は破壊されるので、ファイバスタブ１を保持するスリーブ３、ホルダ４、シェル５の後端側の開口部の径を高精度に加工する必要がある。即ち、シェル５の内径で割スリーブ３の傾きを制限しようとした場合、ホルダ４のファイバスタブ１を挿入する貫通孔４０とシェル５を嵌め込む外形、若しくは貫通孔４０の同軸度、スリーブ３の内径と外形の同軸度、シェル５内径のホルダ４を嵌め合う内径とシェル５のスリーブ３嵌め合う内径の偏芯量を全て高精度に加工するだけでなく、ファイバスタブ１の外形中心とシェル５の内径中心を高精度に、又傾き無く合わせる必要があり、部品コストが上がるだけでなく歩留まりが悪いという問題点を有している。
【０００９】
また、プラグフェルール７へ横荷重がかった場合に、スリーブ３の挿入端側が広がることがあり、ファイバスタブ１の保持側が同じ位置で保持されているので、光ファイバのズレが発生しやすく、その場合は損失が大きくなる問題があった。
【００１０】
図２、図４のようにホルダ４側がスリーブ３の端部を保持する構造においても、プラグフェルール７への横荷重によってスリーブ３の挿入端側が広がってしまい、光ファイバのズレが発生しやすく損失が大きくなる問題があった。また、図５の様にスリーブ３が内部のクリアランスＬ１の分だけ浮いてしまい、スリーブ３はスタブ１側を十分に保持出来ずに、接続損失が大きくなってしまうことがあった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記に鑑みて本発明の光レセプタクルは、フェルールの中心に光ファイバを固定してなるファイバスタブと、該ファイバスタブの後端部を固定するホルダと、一方側がファイバスタブの先端部を保持するとともに他方側が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保持してなるスリーブと、該スリーブを収納するとともに上記ホルダに固定されるケースとからなる光レセプタクルであって、上記スリーブの周囲に弾性部材を配置したことを特徴とする。
【００１２】
上記弾性部材にコイルスプリングが用いられ、該コイルスプリングの内側に前記スリーブが嵌入されていることを特徴とする。
【００１３】
上記スリーブの一方側の外周に鍔部を形成するとともに、上記コイルスプリングの一方側が上記鍔部に、他方側が上記ケースと当接してなることを特徴とする。
【００１４】
上記ホルダを有底カップ状に形成するとともに、該ホルダの側壁と上記スリーブとが離間して配置されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の光モジュールは、上述の光レセプタクルの後端側に光素子を収納した光学ケースを取り付けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光レセプタクルによれば、プラグフェルールが挿入される際やその後に横荷重がかかったときにスリーブの更なる広がりを弾性部材によって簡単に制限することができるので、ホルダ、スリーブ、ケースを精度良く形成する必要がなく小型化が可能である。
【００１７】
また、スリーブの一方側に鍔部を形成し、コイルスプリングの一方側が上記鍔部に、他方側が上記ケースと当接することにより、弾性部材が鍔部をケースの方向に抑えることができるので、プラグフェルールの引き抜きによりかかる引き抜き力を保持力に比べて低くすることができる。
【００１８】
さらに、有底カップ状に形成したホルダの側壁とスリーブとが離間して配置しているので、配置しているホルダの大きさはスリーブに依存することなく設計したとしても横荷重特性の優れた小型の光レセプタクルを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。なお、従来技術と同じ構成の部材については同じ符号を用いて説明する。図１は本発明の光レセプタクルの一実施形態を示すための中央断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の光レセプタクルは、ファイバスタブ１、ファイバスタブ１の後端部を固定するホルダ４、一方側はファイバスタブ１の先端部を保持し、他方側はファイバスタブ１の先端面に接続されるプラグフェルール７を保持してなるスリーブ３及びスリーブ３を収納した状態でホルダ４に固定するシェル５（ケース）とから構成されている。
【００２１】
そして、本発明の特徴とするところは、スリーブ３の周囲に内径側に付勢する弾性部材６を配置したことである。
【００２２】
ファイバスタブ１は、ジルコニア、アルミナ等のセラミック材料等からなるフェルール１ａの中央にファイバ貫通孔１ｂを形成してなり、ファイバ貫通孔１ｂに石英ガラス等からなる光ファイバ２を挿入し、接着固定して得られる。ファイバスタブ１の先端面は球状に研磨処理され、先端面を球状に形成したプラグフェルール７との接続が確実に行えるように構成されている。また、後端面は傾斜面にカットされており、後述のように光モジュールとして組み込んだ際のレーザ光の戻り光が直接、レーザ素子に戻るのを防止している。
【００２３】
ホルダ４は、有底カップ状に形成されており、その底面中央に、貫通孔４０を形成するとともに、この貫通孔４０にファイバスタブ１の後端側が圧入保持されている。材料としてはＳＵＳ３０４等の耐食性と溶接性に優れたステンレス材が用いられるが、鉄、ニッケルなどの溶接が可能な材料を用いても構わない。
【００２４】
スリーブ３は、りん青銅やセラミック材料等からなる円筒を縦全体にスリット加工した割りスリーブが用いられている。また、スリーブ３の一方側の外周に鍔部３０を形成している。
【００２５】
弾性部材６は図１に示すようにコイル状のスプリングが用いられるが、これに限定されず、スリーブ３の外周に形成するゴム状チューブ等を用いても構わない。そして、スリーブ３の一方側からファイバスタブ１の先端部を挿入してスリーブ３が広がった細い方の外周（スリーブ３の他方側の外周）に、その外径より数ミクロン大きい内径を持つ弾性部材６を嵌め込んで配置される。本発明では、弾性部材６をスリーブの全体に嵌め込むように構成した例を説明したがこれに限定されることなく、少なくともスリーブ３のプラグフェルール７挿入側に嵌め込むように構成すればよい。また、弾性部材６をプラグフェルール７が挿入された際の最大径より数ミクロン大きい内径としており、弾性部材６がプラグフェルール７の把持に影響することがなく、プラグフェルール挿入時に弾性部材６により把持力のバラツキが大きくなることがない。
【００２６】
シェル５は円筒状に形成され、スリーブ３の一方側から挿入される最大径のプラグフェルール７により広がった、スリーブ３の外径より、１〜２０μｍ程度大きい内径を持つ防錆性に優れたステンレス材や樹脂から構成されており弾性部材６を押さえ込みながらホルダ４に圧入固定されるとともに、スリーブ３の全体が収納される。そして、スリーブ３はホルダ４の側壁と離間して配置される。これにより、シェル５の外径はスリーブ３に依存されずに設計することができる。
【００２７】
望ましい構成としては、ファイバスタブ１やスリーブ３をジルコニアセラミックス形成する。特にセラミックスの材料には、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、弾性を利用してプラグフェルール７やファイバスタブ１を保持するスリーブ３や、ファイバスタブ１の様に圧入によって固定する際にも有利である。
【００２８】
セラミックの加工方法としては、先ず、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円柱状もしくは直方体形状の成形体を得、その後、該成形体を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。また、表面荒さは挿入性を考慮して、算術平均粗さ（Ｒａ）０．２μｍ以下が望ましい。ファイバスタブ１のプラグフェルール側端面は、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ている。さらに、光素子側の端面は出射された光が光ファイバ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。
【００２９】
このファイバスタブ４を用いた構造では、上述のように反射戻り光を防止するために後端面を斜め研磨しているので、特に反射に弱い光素子を使用する場合に有効である。
【００３０】
ファイバスタブ１とホルダ４の圧入においては、プラグフェルール７からの継続的な荷重や、瞬発的な荷重に対して十分余裕がある保持力とするため、圧入力を高く設定しておくだけでなく、シェル５と高精度に嵌め合うため、圧入によって傾きが発生しないように十分な注意が必要である。
【００３１】
スリーブ３においては、プラグフェルール７を挿入して対空気との屈折率差による損失がなく、光ファイバ２、８同士が光接続する荷重が得られるように、プラグフェルール７を保持する際に適正な保持力になる必要がある。
【００３２】
本発明では、上述のように弾性部材６をプラグフェルール７が挿入された際の最大径より数ミクロン大きい内径としているので、プラグフェルール７の挿入後に横荷重がかかってスリーブ３が更に開こうとする動きをとった場合であっても、弾性部材６の内径によって制限することが可能となる。
【００３３】
また、プラグフェルール７の抜き差し方向については、シェル５が充分強い圧入力でホルダ４に保持されており、シェル５が弾性部材６を押し縮めて鍔部３０を押させているので、弾性部材６による力をスリーブ３とファイバスタブ１の抜去力より十分高くすることで、スリーブ３はファイバスタブ１から抜ける方向に動くことがないため安定した保持力が得られる。
【００３４】
この様に、本発明の光レセプタクルでは、プラグフェルール７を光レセプタクルに接続した後、プラグフェルール７に対して横方向に大きな荷重がかかってもプラグフェルール７の傾きに対して応力が働きくだけでなく、把持力も大きくなるという効果も持つ為、結果として大きな接続損失とならない。従って、図６に示すように、図１の光レセプタクルの後端側に光素子を収納した光学ケースを取り付けることにより、図２の光レセプタクルモジュールに比べて光ファイバコードの自重や張力による横荷重に対して損失が少ない良好な光モジュールが提供できる。
【実施例１】
【００３５】
本発明の実施例を説明する。
【００３６】
先ず、本発明実施例として図1に示す光レセプタクルを作製した。なお光レセプタクルに接続される光コネクタはＬＣコネクタとした。ファイバスタブ１となる円筒状のセラミックはジルコニアからなり、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、切削加工を行った。
【００３７】
こうして得られた円筒状のセラミックのファイバ貫通孔１ｂに光ファイバ２を挿入接着固定し、先端部を曲率半径１０ｍｍ程度の曲面に鏡面研磨し、反対側をＬＤ等の光素子から出射された光が、光ファイバ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1とした。
【００３８】
ジルコニアセラミックスからなる割スリーブは全長が４．５mmで径の太いスリーブを用意し、プラグフェルールの挿入側の径を細く、長さ１ｍｍ程度残して段形状となるように切削加工した。
【００３９】
また、防錆性、溶接性に優れたＳＵＳ３０４のホルダ４へのファイバスタブ１の圧入には圧力センサ付きハンドプレスにて、十分な荷重を確認しつつ圧入した。このとき、このサンプルの固定位置付近での圧入強度は１２０Ｎ程度あった。
【００４０】
従って、それ以下の荷重であればファイバスタブ１が動くことが無いため、プラグフェルール７による押し圧や着脱時の衝撃に対して十分強度があることが明白である。
【００４１】
次に、鍔部３０を有したスリーブ３ファイバスタブを挿入し、ホルダの端面まで突き当てた後、スリーブの細い部分にクリアランス１〜２０μｍの内径の金属製のバネである弾性部材をはめ込み、防錆性に優れたホルダと同じＳＵＳ３０４のシェルをホルダに対して圧入固定した。これにより、寸法６．３５ｍｍの短尺の光レセプタクルとすることが出来た。
【００４２】
ここで比較のため、弾性部材が無い従来構造の光レセプタクルを作成したが、このときスリーブはホルダとシェルの間のクリアランスが０．２ｍｍ生じていた。
【００４３】
横方向荷重の比較測定としては、それぞれ本発明と従来構造のレセプタクルを図６に示すように光レセプタクルにＬＤ素子を有する光学ケースを調芯溶接固定したモジュール化したもので行った。電源にて一定の光を出力し、プラグフェルールを差し込みコネクタ接続した後、その光出力を光出力測定器にて測定する。そして、横荷重の加える前の光出力を基準に、横荷重に対する光出力を測定するという方法で実施した。
【００４４】
前記実験方法にて本発明の光レセプタクルと、弾性部材の無い従来構造の光レセプタクルにおいてプラグフェルールを差した状態で、割スリーブをシェル側に当て付けファイバスタブ側を０．２ｍｍ浮いた状態にしものとで横方向荷重の比較測定をした結果を図７に示す。
【００４５】
横方向荷重の測定は図７に示すように、これより横方向荷重特性は本発明が優れており、小型化に対して優位性があることが確認出来た。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、光通信用モジュール等に使用されるだけでなく、センサ用途の光モジュールにおいても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の光レセプタクルの一実施形態を示す断面図である。
【図２】従来の光レセプタクルモジュールの一実施形態を示す断面図である。
【図３】従来の光レセプタクルの一実施形態を示す断面図である。
【図４】従来の光レセプタクルの一実施形態を示す断面図である。
【図５】従来の光レセプタクルの一実施形態を示す断面図である。
【図６】横荷重に対する接続損失の測定方法を説明する断面図である。
【図７】本発明と従来例の横方向荷重に対する接続損失を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１：ファイバスタブ
２：ファイバ
３：スリーブ
４：ホルダ
５：シェル
６：弾性部材
７：プラグフェルール 
８：光ファイバ
９：光レセプタクル
２１：光学ケース
４０：貫通孔
【図１】
2005215084.tif 000003
【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】
2005215084.tif 000008
【図７】
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