JP2005326523A - 光結合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品点数の削減、生産性の向上、接続損失の低減、及び防塵・防水性の向上を図ることが可能な光結合構造を提供する。
【解決手段】 各フェルール１１のフェルール先端部分１４に凸レンズ１４ａを形成する。また、一方のコネクタハウジング１５に各フェルール先端部分１４を対向させる差し込み筒部３０を形成する。また、各フェルール先端部分１４を密封状態にするために、各フェルール１１と一方他方のコネクタハウジング１５、１６との間に密封用部材１７、１７を設ける。また、各フェルール１１を押圧する押し付け手段としてのバネ２７を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フェルール同士を相嵌合する一方他方のコネクタハウジングを用いて対向させる光結合構造に関する。

自動車内の光通信が普及してきており、近年では通信容量の増大が図られている。このような状況下、近年の光通信において使用される光ファイバは、コア径が小さく伝送帯域が大きいものが使用され始めている。自動車においての光ファイバ同士の接続に関しては、振動や衝撃による影響から各光ファイバ心線の先端同士を接触させることができないという理由もあって、各光ファイバの端末にフェルールを設けた後に、その各フェルール間に一つ又は二つのレンズを介在させて光学的な結合を図るような光結合構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。

図１０において、上記光結合構造を簡単に説明すると、結合すべき一対の光ファイバ１ａ、１ｂの各端末には、フェルール２ａ、２ｂが取り付けられている。そして、これらフェルール２ａ、２ｂの各外周面には、フランジ３ａ、３ｂが嵌合、固定されている。円筒状のレンズホルダ４ａ、４ｂの各一端側の中空部には、レンズ５ａ、５ｂが保持されており、各他端側の中空部には、フェルール２ａ、２ｂの各一端部が挿入されている。

フェルール２ａ、２ｂの対向する端面の中心には、光ファイバ１ａ、１ｂの端面が配置されており、その光ファイバ１ａ、１ｂの光軸とレンズ５ａ、５ｂの光軸とが一致するように調整された後には、フランジ３ａ、３ｂの端面とレンズホルダ４ａ、４ｂの端面とが溶接等により接合、固定されている。また、レンズ５ａ、５ｂを保持した側の端面同士を突き合わせた状態で、レンズホルダ４ａ、４ｂの各外周面には、その各外周面に共通の円筒状スリーブ６が嵌合、固定されている。

上記構成において、二つのレンズ５ａ、５ｂがフェルール２ａ、２ｂの端面間に配置されており、軸ずれによる接続損失の低減が図られている。
特開平８−２７１７５８号公報 （第２頁、第１図）

ところで、上記従来の光結合構造における光ファイバ１ａ、１ｂ同士の接続にあっては、部品点数が多いという問題点を有している。また、光ファイバ１ａ、１ｂ同士の接続を図るまでの工程が多く生産性が悪いという問題点を有している。生産性及び軸ずれによる接続損失に関しては、レンズ５ａ、５ｂがレンズホルダ４ａ、４ｂ及び円筒状スリーブ６によって調心され、フェルール２ａ、２ｂがフランジ３ａ、３ｂ及びレンズホルダ４ａ、４ｂによって調心される構造であることから、レンズ、レンズホルダ、フランジ、フェルールの全てに高い加工精度が要求されるという問題点を有している。その他、上記従来の光結合構造にあっては、十分な防塵・防水構造を採用してないことから、接続損失の増大を引き起こす恐れがあるという問題点を有している。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、部品点数の削減、生産性の向上、接続損失の低減、及び防塵・防水性の向上を図ることが可能な光結合構造を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の本発明の光結合構造は、光ファイバを露出させた一対の光ファイバケーブルの各端末に取り付けられるフェルール同士を、相嵌合する一方他方のコネクタハウジングを用いて対向させる光結合構造であって、前記各フェルールの光結合先端部分に凸レンズの機能を持たせ、前記一方のコネクタハウジングに前記各光結合先端部分を対向させる差し込み筒部を形成し、前記各光結合先端部分を密封状態にするために、前記各フェルールと前記一方他方のコネクタハウジングとの間、又は該間と前記一方他方のコネクタハウジングのハウジング嵌合部分とに密封用部材を設けることを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、凸レンズの機能を有する二つのフェルールと一方他方のコネクタハウジングと複数の密封用部材とにより光結合構造が構成される。フェルールは、凸レンズが一体となった構造になることから、レンズを保持する部材や、レンズ及びフェルールの調心（光軸を合わせ）をする部材等が不要になる。このようなフェルールを用いることにより、光ファイバ同士の接続を図るまでの工程が簡素化される。さらには、高い加工精度を要求する部分が削減される。フェルールの光結合先端部分に凸レンズの機能を持たせることにより、部品点数の削減や生産性の向上や接続損失の低減に寄与する。本発明によれば、以上のようなフェルールを一方他方のコネクタハウジングにそれぞれ取り付け、そして、一方他方のコネクタハウジングを嵌合させると、各光結合先端部分が一方のコネクタハウジングの差し込み筒部の内部で対向するようになる。また、一方他方のコネクタハウジングを嵌合させると、各光結合先端部分が密封用部材により密封状態になる。

請求項２記載の本発明の光結合構造は、請求項１に記載の光結合構造において、前記各フェルールを押圧する押し付け手段を更に設けることを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、フェルール同士が対向した状態で押し付け手段から押圧される。対向する凸レンズ間の間隔増大が防止される。

請求項１に記載された本発明によれば、部品点数の削減、生産性の向上、接続損失の低減、及び防塵・防水性の向上を図ることができるという効果を奏する。また、請求項２に記載された本発明によれば、対向する凸レンズ間の間隔増大を防止して接続損失の低減を図ることができるという効果を奏する。

以下、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の光結合構造の第一実施形態を示す断面図である。また、図２は図１のフェルールの斜視図、図３は図１のフェルール及び光ファイバケーブルの構成説明図である。

図１ないし図３において、引用符号１１は光ファイバケーブル１２、１２の端末に取り付けられるフェルールを示している。フェルール１１は、本形態において、透明な合成樹脂材によりその全体が成形されており、略筒形状のフェルール本体部分１３と、略砲弾形状のフェルール先端部分（光結合先端部分）１４とを有している。フェルール１１は、相嵌合する一方のコネクタハウジング１５及び他方のコネクタハウジング１６にそれぞれ取り付けられており、一方のコネクタハウジング１５及び他方のコネクタハウジング１６の嵌合によって図１に示される如くの対向配置がなされるようになっている。

本発明では、このような光結合構造によって光ファイバケーブル１２同士の接続、すなわち光結合を図るようになっている。また、本発明では、このような光結合構造に密封用部材１７を付加することによって防塵・防水性の向上を図るようになっている。

上記フェルール１１の説明の前に上記透明な合成樹脂材と光ファイバケーブル１２の構成について説明する。上記透明な合成樹脂材は、特に限定するものではないが、アクリル樹脂、脂環式オレフィン樹脂、脂環式アクリル樹脂等の合成樹脂材が一例として挙げられる。これらの合成樹脂材は入手することが容易な市販品であり、コスト低減に寄与するのは言うまでもない。

上記光ファイバケーブル１２は、光ファイバ（光ファイバ心線）１８と光ファイバ被覆１９とを備えて構成されている。このような光ファイバケーブル１２は、その端末側において、光ファイバ被覆１９が所定の位置で皮剥されている。すなわち、光ファイバケーブル１２の端末は、光ファイバ１８が所定の長さ分だけ露出するように加工されている。光ファイバ１８の先端（端面）は、平坦な面に形成されている。

光ファイバ１８は、コア及びそのコアよりも屈折率の小さいクラッドを有している。光ファイバ１８は、本形態において、特に限定するものではないが、例えば上記コアが透明なポリカーボネート（ＰＣ）から成形されている。また、上記クラッドは透明なポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）から成形されている。尚、光ファイバ１８は、既知のガラス製の光ファイバ心線であってもよいものとする。

光ファイバ被覆１９は、合成樹脂製のいわゆるシースであって、光ファイバ１８を保護するために設けられている。光ファイバ被覆１９は、本形態において、光ファイバ１８の上に形成される一次シース１９ａと、その一次シース１９ａの上に形成される二次シース１９ｂとを備えて構成されている。尚、一次シース１９ａが所定の長さ分だけ露出するように二次シース１９ｂが皮剥されている。

上記フェルール１１のフェルール本体部分１３の一端には、フェルール先端部分１４が光軸を一致させた状態で連成されている。また、フェルール本体部分１３の他端には、平坦な面２０が形成されている。フェルール本体部分１３の外周面（側面）には、フランジ２１が形成されている。また、フェルール本体部分１３の内部には、フェルール孔２２が形成されている。

フランジ２１は、上記外周面に形成されている。また、フランジ２１における上記一端側の突出先端には、適宜角度のテーパ２１ａが周設されている。

フェルール孔２２は、上記他端を開口させた状態で形成されている。また、フェルール孔２２は、その中心軸が光軸に一致するように形成されている。このようなフェルール孔２２には、上記一端側から順に心線案内部２２ａ、一次シース案内部２２ｂ、二次シース案内部２２ｃを有している。フェルール孔２２には、後述する充填剤（不図示）が充填されるようになっている。

心線案内部２２ａは、光ファイバ１８が差し込まれる部分であって、光ファイバ１８と同径形状に形成されている。また、心線案内部２２ａは、その最奥部２２ａ−１と光ファイバ１８の先端との間に間隙が生じるように形成されている。心線案内部２２ａの最奥部２２ａ−１は、光の散乱を小さく抑えることができるような表面粗さに加工されている。尚、心線案内部２２ａは、本形態において、フェルール先端部分１４に跨るような位置にまでのびて形成されているが、この限りではないものとする。

一次シース案内部２２ｂは、一次シース１９ａが差し込まれる部分であって、一次シース１９ａと同径形状に形成されている。また、二次シース案内部２２ｃは、二次シース１９ｂが差し込まれる部分であって、二次シース１９ｂと同径形状に形成されている。心線案内部２２ａと一次シース案内部２２ｂとの間、及び一次シース案内部２２ｂと二次シース案内部２２ｃとの間には、径の違いからテーパ部２２ｄ及び２２ｅがそれぞれ形成されている。テーパ部２２ｄ及び２２ｅは、適宜角度に設定されている。このようなテーパ部２２ｄ及び２２ｅの形成によって光ファイバケーブル１２の挿入がし易くなっている。

引用符号２２ｆは、ケーブル固定部を示している。そのケーブル固定部２２ｆは、後述する充填剤の固定用接着剤（不図示）により光ファイバケーブル１２の固定を行う部分であって、二次シース案内部２２ｃとフェルール本体部分１３の上記他端との間に配置形成されている。ケーブル固定部２２ｆと二次シース案内部２２ｃとの境界部分は段付き形状（テーパ形状ではない）に形成されている。このような境界部分は、後述する固定用接着剤を内部に流れ込ませなくするために有用な部分となっている。

上記図示しない充填剤は、本形態において、硬化性の透明ゲルと固定用接着剤とが使用されている。透明ゲルは、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等が挙げられる（硬化時の屈折率が明らかなもの）。透明ゲルは、フェルール材料（上記の合成樹脂材）の屈折率よりも大きく、且つ光ファイバ１８の開口角（開口数（Ｎ．Ａ．）とも言う。Ｎ．Ａ．：Numerical Aperture 。Ｎ．Ａ．はＮ．Ａ．＝ｓｉｎθmax で定義される（θmax ：最大受光角））に相当する屈折率差を有するように選定されている（フェルール孔２２における上記間隙の壁面で光が反射し、上記間隙部分が導光路として機能する。レンズ設計が容易になるという利点もある）。

透明ゲルは、光ファイバケーブル１２をフェルール孔２２に差し込むと、最奥部２２ａ−１と光ファイバ１８の先端との間の間隙を埋めるようになっている（光ファイバ１８を固定すると、温度・湿度の変化によるピストニング（光ファイバ１８の突き出し、凹み）を防止することができるという利点がある）。透明ゲルは、流動性を抑えることができるという利点を有している。

固定用接着剤は、エポキシ系接着剤やエポキシ混合系接着剤等が挙げられる（必要以上に内部に浸入しない粘度を有する）。固定用接着剤は、上記の他、紫外線照射装置からの紫外線照射によって硬化するＵＶ硬化接着剤であってもよいものとする。光ファイバケーブル１２の固定は、接着剤に限らず、レーザ溶着、高周波溶着、超音波溶着等の溶着であってもよいものとする。

上記フェルール１１のフェルール先端部分１４は、凸レンズの機能を有している。すなわち、フェルール先端部分１４には、凸レンズ１４ａが一体に形成されている。凸レンズ１４ａは、本形態において、球面状に加工された凸レンズであって、光ファイバ１８からの出射光が平行光化し、且つ平行な入射光が光ファイバ１８に向けて集光するような形状に形成されている（図３中の波線は光路を示している）。このような凸レンズ１４ａは、心線案内部２２ａの最奥部２２ａ−１からの距離も含めて設計されている。

上記他方のコネクタハウジング１６は、合成樹脂材料を用いて成形されており、フェルール収容室２３と嵌合部２４と隔壁２５とを有している。フェルール収容室２３と嵌合部２４は、隔壁２５によって隔てられている。このような隔壁２５には、貫通孔２６が形成されている。貫通孔２６には、フェルール１１が差し込まれ、フェルール先端部分１４側が嵌合部２４に突出するようになっている。嵌合部２４には、一方のコネクタハウジング１５の後述する差し込み筒部３０が差し込まれるようになっている。

本形態において、他方のコネクタハウジング１６にフェルール１１を差し込むと、そのフェルール１１は、フランジ２１と貫通孔２６とによりガタツキなく収容されるようになっている。他方のコネクタハウジング１６に収容されたフェルール１１は、その後、押し付け手段としてのバネ２７により前方へ付勢されるようになっている。引用符号２８はバネ押さえ板を示している。

上記一方のコネクタハウジング１５は、他方のコネクタハウジング１６と同じ合成樹脂材料を用いて成形されており、フェルール収容室２９と差し込み筒部３０とを有している。フェルール収容室２９と差し込み筒部３０は、内径の違いから段付きとなるように形成されている。差し込み筒部３０には、フェルール１１のフェルール先端部分１４が差し込まれるようになっている。

本形態において、一方のコネクタハウジング１５にフェルール１１を差し込むと、そのフェルール１１は、フランジ２１と差し込み筒部３０とによりガタツキなく収容されるようになっている。一方のコネクタハウジング１５に収容されたフェルール１１は、その後、押し付け手段としてのバネ２７により前方へ付勢されるようになっている。

密封用部材１７は、柔軟性を有しており、成形加工することができる材料であればゴム状、スポンジ状、ゲル状のものの他何でもよいものとする（但し、柔軟度は十分なシールを発揮することができ、且つ振動時に凸レンズ１４ａの頂部同士の間隔の変化や、フェルール１１同士の軸ズレにより生じる接続損失がレンズの特性によって十分に低減できる範囲とする）。密封用部材１７は、本形態において、フェルール１１のフェルール先端部分１４に取り付けられるようなリング形状に形成されている。また、密封用部材１７は、後述するが、一方のコネクタハウジング１５の差し込み筒部３０の端部に当接する厚みを有するように形成されている。

上記構成において、フェルール孔２２に光ファイバケーブル１２を差し込み、その後、上記透明ゲル及び固定用接着剤を硬化させると、各光ファイバケーブル１２の端末にフェルール１１が取り付けられる。そして、このように取り付けられたフェルール１１を一方のコネクタハウジング１５及び他方のコネクタハウジング１６にそれぞれ取り付け、さらに、これら一方のコネクタハウジング１５及び他方のコネクタハウジング１６を嵌合させると、各フェルール先端部分１４が一方のコネクタハウジング１５の差し込み筒部３０の内部で対向するようになる。すなわち、光ファイバケーブル１２同士の接続を図ることが可能な状態になる。また、一方のコネクタハウジング１５及び他方のコネクタハウジング１６を嵌合させると、各フェルール先端部分１４が密封用部材１７により密封されて防塵・防水可能な状態になる。

次に、図４を参照しながらフェルール１１のレンズ効果を説明する。図４は軸ずれ特性を示すグラフである（コア径２００μｍの光ファイバを使用し、これに適した寸法でフェルール１１を製作した。そして、そのフェルール１１同士を図１に示される如く対向配置して軸ずれ特性を得た）。グラフ中の実線はフェルール１１の軸ずれ特性を示している。また、波線は、凸レンズ１４ａ無しの状態の、すなわち従来のフェルールを使用した場合の軸ずれ特性を示している。図４において、フェルール１１は、凸レンズ１４ａの効果によって出射光が平行光化されることから、軸ずれ損失が小さく、５０μｍ以上の軸ずれにおいては、従来のフェルールを使用した場合の軸ずれ特性よりも接続損失が小さく抑えられる（比較的安価な樹脂成形による加工上、５０μｍを下回る軸ずれ量に加工するのは困難であり、実際にはこれ以上の軸ずれが発生している。従って、フェルール１１を使用する方がよいことが分かる）。

以上、図１ないし図４までを参照しながら説明してきたように、フェルール先端部分１４に凸レンズの機能を持たせていることから、従来に比べて部品点数の削減や生産性の向上や接続損失の低減を図ることができる。すなわち、フェルール１１は、レンズとフェルールとが一体になった構造であることから、従来のようなレンズを保持する部材や、レンズ及びフェルールの調心（光軸を合わせ）をする部材等を不要にすることができる。また、上述からも分かるように、フェルール１１を用いることにより、光ファイバケーブル１２同士の接続を図るまでの工程を従来よりも格段に簡素化することができる。さらに、フェルール１１を用いることにより、高い加工精度を要求する部分を従来に比べて削減することができる。

さらにまた、凸レンズの機能を有するフェルール１１と、一方のコネクタハウジング１５及び他方のコネクタハウジング１６と、密封用部材１７とにより光結合構造を構成することから、従来よりも部品点数の削減や生産性の向上や接続損失の低減を図ることができる。

その他、フェルール孔２２ａの最奥部２２ａ−１と光ファイバ１８の先端との間に間隙を生じさせることから、光ファイバ１８とフェルール１１に対する高い加工精度を不要にして生産性の向上を図ることができる。また、生じさせた間隙に光学的に透明な透明ゲルを充填し、その間隙を導光路として機能させることから、接続損失の低減を図ることができる。

続いて、図５ないし図９を参照しながら本発明の光結合構造の他の実施形態を説明する。図５は第二実施形態を示す断面図、図６は第三実施形態を示す断面図、図７は第四実施形態を示す断面図、図８は第五実施形態を示す断面図、図９は図８の加締めパイプの図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は加締め前の状態説明図、（ｃ）は加締め後の状態説明図である。

他の実施形態となる図５ないし図９の光結合構造は、上述の第一実施形態の光結合構造に対して密封用部材１７の配置のみが異なっている。従って、本発明では、図５ないし図９のような様々な密封構造を適用することができるものとする。

図５において、密封用部材１７は、各フェルール１１のフェルール先端部分１４に取り付けられており、一方のコネクタハウジング１５の差し込み筒部３０に差し込まれてその部分をシールするようになっている。

図６において、密封用部材１７は、各フェルール１１のフランジ２１近傍に取り付けられており、一方のコネクタハウジング１５のフェルール収容室２９と、他方のコネクタハウジング１６のフェルール収容室２３とに接触してその部分をシールするようになっている。また、密封用部材３１は、一方のコネクタハウジング１５及び他方のコネクタハウジング１６のハウジング嵌合部分３２に取り付けられており、その部分をシールするようになっている。

図７において、密封用部材１７は、各フェルール１１のフランジ２１の周囲に取り付けられており、一方のコネクタハウジング１５のフェルール収容室２９と、他方のコネクタハウジング１６のフェルール収容室２３とに接触してその部分をシールするようになっている。また、密封用部材３１は、一方のコネクタハウジング１５及び他方のコネクタハウジング１６のハウジング嵌合部分３２に取り付けられており、その部分をシールするようになっている。

図８において、密封用部材１７は、各フェルール１１のフェルール本体部分１３に固定される加締めパイプ３３に取り付けられており、一方のコネクタハウジング１５のフェルール収容室２９と、他方のコネクタハウジング１６のフェルール収容室２３とに接触してその部分をシールするようになっている。また、密封用部材３１は、一方のコネクタハウジング１５及び他方のコネクタハウジング１６のハウジング嵌合部分３２に取り付けられており、その部分をシールするようになっている。

加締めパイプ３３は、図８及び図９に示されるように、略筒形状に形成されている。このような加締めパイプ３３には、フェルール１１に対して加締め固定される部分３４と、光ファイバケーブル１２に対して加締め固定される部分３５と、これらの間に位置するフランジ３６とが形成されている。フランジ３６の周囲には、密封用部材１７が取り付けられている。加締めパイプ３３は、フェルール１１を光ファイバケーブル１２に取り付ける前に差し通すような構造になっており、上記部分３４、３５に加締めを施すと図９（ｃ）に示されるような加締め部３４ａ、３５ａが形成されて固定が完了するようになっている。

以上、密封用部材１７、３１に関する例を説明したが、これらを用いずに次のような構造で対応してもよいものとする。すなわち、凸レンズ１４ａの部分以外を柔軟且つシール性を発揮することが可能な材料で成形加工し、これによって対応してもよいものとする。

その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。尚、本発明は自動車においての光ファイバ同士の接続に限定するものではないものとする。すなわち、他の分野の光通信にも当然に適用することができるものとする。

本発明の光結合構造の第一実施形態を示す断面図である。 図１のフェルールの斜視図である。 図１のフェルール及び光ファイバケーブルの構成説明図である。 軸ずれ特性を示すグラフである。 本発明の光結合構造の第二実施形態を示す断面図である。 本発明の光結合構造の第三実施形態を示す断面図である。 本発明の光結合構造の第四実施形態を示す断面図である。 本発明の光結合構造の第五実施形態を示す断面図である。 図８の加締めパイプの図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は加締め前の状態説明図、（ｃ）は加締め後の状態説明図である。 従来例の光結合構造を示す断面図である。

符号の説明

１１ フェルール
１２ 光ファイバケーブル
１３ フェルール本体部分
１４ フェルール先端部分（光結合先端部分）
１４ａ 凸レンズ
１５ 一方のコネクタハウジング
１６ 他方のコネクタハウジング
１７ 密封用部材
１８ 光ファイバ
１９ 光ファイバ被覆
１９ａ 一次シース
１９ｂ 二次シース
２０ 平坦な面
２１ フランジ
２１ａ テーパ
２２ フェルール孔
２２ａ 心線案内部
２０ａ−１ 最奥部
２２ｂ 一次シース案内部
２２ｃ 二次シース案内部
２２ｄ、２２ｅ テーパ部
２２ｆ ケーブル固定部
２３ フェルール収容室
２４ 嵌合部
２５ 隔壁
２６ 貫通孔
２７ バネ（押し付け手段）
２８ バネ押さえ板
２９ フェルール収容室
３０ 差し込み筒部
３１ 密封用部材
３２ ハウジング嵌合部分
３３ 加締めパイプ

Claims (2)

1. 光ファイバを露出させた一対の光ファイバケーブルの各端末に取り付けられるフェルール同士を、相嵌合する一方他方のコネクタハウジングを用いて対向させる光結合構造であって、
   前記各フェルールの光結合先端部分に凸レンズの機能を持たせ、前記一方のコネクタハウジングに前記各光結合先端部分を対向させる差し込み筒部を形成し、前記各光結合先端部分を密封状態にするために、前記各フェルールと前記一方他方のコネクタハウジングとの間、又は該間と前記一方他方のコネクタハウジングのハウジング嵌合部分とに密封用部材を設ける
   ことを特徴とする光結合構造。
2. 請求項１に記載の光結合構造において、
   前記各フェルールを押圧する押し付け手段を更に設ける
   ことを特徴とする光結合構造。

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