JP2006243666A - 光コネクタ及びその実装方法並びに軸合わせ治具 - Google Patents

Abstract

【課題】 光コネクタ内の光素子の軸合わせを簡単に且つ高精度に行う。
【解決手段】 光ファイバケーブルのプラグ部が挿入されるコネクタ本体Ａと、そのプラグ部に代えてコネクタ本体Ａに挿入される軸合わせ治具Ｂとの組合せからなる。コネクタ本体Ａ内の光素子２０は、プラグ挿入方向に直角な面内で変位可能とされている。軸合わせ治具Ｂは、コネクタ本体Ａに挿入された状態で光素子２０と機械的に結合されると共に、その機械的な結合により光素子２０を軸合わせ位置へ変位させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光データ伝送に使用される光コネクタに関し、更に詳しくは、内蔵された光素子を実装状態で高精度に軸合わせできる光コネクタ及びその実装方法並びに軸合わせ治具に関する。

光データ伝送に使用される光コネクタは、送信側、受信側ともに、光ファイバケーブルのプラグ部が挿入されるプラグ挿入穴と、そのプラグ挿入穴に挿入されたプラグ部と光学的に結合されるようにプラグ挿入穴の奥に配置された光素子とを有している。より詳しくは、プラグ部のフェルールが挿入される筒状のフェルール受けが光素子の入口側に設けられており、光コネクタのプラグ挿入穴にプラグ部が挿入された状態でプラグ部のフェルールがフェルール受けに挿入され、フェルール受けの奥に配置された光素子と光学的に結合される。

このような光コネクタでは、使用されないとき、例えば製造されてからユーザーへ納入されるまでの間、更にはユーザーに納入されてから実際に使用されるまでの間に、コネクタのプラグ挿入穴から埃などの異物が侵入するおそれがある。これを防ぐ一つの手段が特許文献１に記載されている保護キャップの使用である。保護キャップは、プラグ部の代わりに光コネクタのプラグ挿入穴に挿入される構造になっており、その挿入によりプラグ挿入穴を機械的に閉塞し、光素子を保護する。

特開２００２−２３０２７号公報

光コネクタにおける別の問題は、コネクタ内に配置される光素子の軸合わせが意外に難しいということである。この問題を図１２（ａ）（ｂ）により解説する。図１２（ａ）（ｂ）は光コネクタ内のフェルール受け１と光素子２との結合部分を示している。光コネクタ内のプラグ挿入穴にプラグ部が挿入されたときに、プラグ部のフェルールはプラグ挿入穴に突出する円筒形状のフェルール受け１に挿入される。これにより、フェルールは光コネクタ内の光素子２と軸合わせされる。

フェルール受け１の反入口側の端部（プラグ挿入方向先端部）は、その奥に配置される光素子２との軸合わせのために、光素子２の一部が嵌合する環状受け部３になっており、その内周面は、奥の光素子の側に向かって漸次拡径するラッパ状のテーパー面４となっている。一方、フェルール受け１の奥に配置される光素子２は、入口側のフェルール受け１との軸合わせのために、フェルール受けの環状受け部３内に嵌合する環状突起５を正面に有しており、その環状突起５の外周面は、フェルール受け１の環状受け部３の内周面に対応する先細りのテーパー面６になっている。また、環状突起５の内側はフェルールの先端部が嵌合するフェルール嵌合穴であり、環状突起５の内周面は、フェルールの先端部の導入のために、正面側に向かって漸次拡径するラッパ状のテーパー面７とされている。

光コネクタにおける光軸はフェルール受け１が決定する。このため、光コネクタの組立ではフェルール受け１に光素子２を高精度に軸合わせすることが重要である。この軸合わせのために、光素子２の環状突起５をフェルール受け１の環状受け部３内に密に嵌合させることが必要となるが、そうすると、図１２（ａ）に示すように、光素子２の環状突起５がフェルール受け１の環状受け部３内に完全に嵌まらないことになり、光素子２とフェルール受け１との間にギャップＧが生じてしまう。すなわち、光素子２がプラグ挿入方向で位置ずれを生じる。これは、光コネクタに挿入されたプラグ部のフェルール先端面が光素子の光学的基準面に達しないことを意味し、大きな問題である。

この問題を解消しようとすると、図１２（ｂ）に示すように、フェルール受け１の環状受け部３内で光素子２の環状突起５に半径方向の自由度を付与する必要があり、その結果として光素子２の軸ずれＳ、すなわちプラグ挿入方向に直角な面内での位置ずれを避けえないという別の問題が発生する。これらのため、光コネクタ内の光素子の軸合わせは意外に困難な作業であり、高精度を確保するのも難しいのである。

本発明はかかる事情に鑑みて創案されたものであり、光素子の軸合わせを簡単に且つ高精度に行うことができる光コネクタ及びその実装方法並びに軸合わせ治具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る光コネクタは、光ファイバケーブルのプラグ部が挿入されるプラグ挿入穴を有すると共に、該プラグ挿入穴に挿入されたプラグ部と光学的に結合されるようにプラグ挿入穴の奥に配置され、且つ前記プラグ部の挿入方向に直角な面内で変位可能とされた光素子を有するコネクタ本体と、該コネクタ本体のプラグ挿入穴に挿入され、その挿入状態でコネクタ本体内の光素子と機械的に結合されると共に、その機械的な結合により前記光素子を軸合わせ位置へ変位させる軸合わせ治具とを具備する。

軸合わせ治具は、コネクタ本体のプラグ挿入穴への異物侵入を防止する保護キャップを兼用する構成が好ましい。

本発明に係る光コネクタにおいては、コネクタ本体内の光素子がプラグ挿入方向に直角な面内で変位可能とされている。そして、コネクタ本体に軸合わせ治具をセットすることにより、その光素子がコネクタ本体内で変位し軸合わせされる。この状態でコネクタ本体を光素子と共に基板上に実装し、その後に軸合わせ治具を取り外せば、コネクタ本体内の光素子は軸合わせ位置に固定される。

コネクタ本体は、光素子を入口側へ弾性的に押圧する素子付勢部を有する構成が好ましい。この構成により、光素子の軸合わせをより高精度に行うことができる。

また、軸合わせ治具の合理的な構成は、プラグ部のフェルールが挿入される筒状のフェルール受けに挿入される棒状のダミーフェルールを使用するものである。すなわち、コネクタ本体への軸合わせ治具のセットに伴って、このダミーフェルールがフェルール受けに挿入され、その先端部が光素子のフェルール嵌合穴に嵌合することにより、光素子が軸合わせ位置へ誘導される。この場合、光素子のフェルール嵌合穴は入口側に向かって漸次拡径するテーパー状の内周面を有し、前記ダミーフェルールの先端部外径はフェルール嵌合穴の最大内径より小さく最小内径より大であることが必要である。

本発明に係る光コネクタの実装方法は、本発明に係る光コネクタを、その軸合わせ治具が装着された状態で対象基板上に搭載し、光素子と共にその対象基板に固定した後、コネクタ本体から軸合わせ治具を取り外すものである。こうすることにより、コネクタ本体内の光素子が高精度に軸合わせされ固定されることは前述したとおりである。

本発明に係る光コネクタは、コネクタ本体内の光素子をプラグ挿入方向に直角な面内で変位可能とし、コネクタ本体に軸合わせ治具をセットすることにより、その光素子を軸合わせ位置へ変位させる。そして、この状態で対象基板へ実装し、その後に軸合わせ治具を取り外すことにより、光素子を簡単に且つ高精度に軸合わせ位置に固定することができる。

また、本発明に係る光コネクタの実装方法は、本発明に係る光コネクタを、その軸合わせ治具が装着された状態で対象基板上に搭載し、光素子と共にその対象基板に固定した後、コネクタ本体から軸合わせ治具を取り外すことにより、光素子をコネクタ本体内で簡単に且つ高精度に軸合わせ位置に固定することができる。

以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す光コネクタの斜視図、図２は同光コネクタの縦断側面図、図３は同光コネクタにおける軸合わせ治具と光素子の結合部を拡大して示す縦断側面図、図４は同光コネクタにおけるコネクタ本体の正面図、図５はコネクタ本体に搭載されている光素子の斜視図、図６はコネクタ本体に組み合わされる軸合わせ治具の斜視図、図７は軸合わせ治具とコネクタ本体の寸法関係を示す縦断側面図である。また、図８は同光コネクタに使用されるプラグ部の斜視図、図９はプラグ部を光コネクタに装着した状態を示す斜視図、図１０はプラグ部を装着したときのフェルールと光素子の位置関係を示す縦断側面図である。

本実施形態に係る光コネクタは、図１及び図２に示すように、従来の光コネクタに対応するコネクタ本体Ａに軸合わせ治具Ｂを組み合わせた構成になっている。コネクタ本体Ａは、一部を除き、従来の光コネクタと同じ構成であり、正面側からプラグ部が挿入されるように構成された略角形の樹脂からなるボディ１０と、ボディ１０内のプラグ挿入穴１１の奥側に位置してボディ１０内に搭載された左右一対の光素子２０とを備えている。

ボディ１０は、図３及び図４に示すように、プラグ挿入穴１１とその奥側の素子収容室とを仕切る仕切り壁１２と、仕切り壁１２を貫通して一体形成された左右一対のフェルール受け１３とを有している。左右一対のフェルール受け１３は、左右一対の光素子２０の入口側に位置しており、その反入口側の端部（プラグ挿入方向先端部）は、その奥に配置される光素子２０との軸合わせのために、光素子２０の一部（後述する環状突起２１）が嵌合する環状受け部１４になっている。そして環状受け部１４の内周面は、奥の光素子２０の側に向かって漸次拡径するラッパ状のテーパー面１５になっている。

基板と取付けのために、ボディ１０には両側へ対称的に張り出した左右一対の固定部１６と、底面から下方へ突出した位置決め用の複数のボス部１７とが設けられている。

左右一対の光素子２０は、図５に示すように、正面に環状突起２１を有している。環状突起２１は、正面に露出する光授受部２２を包囲するように同心状に設けられており、内側にフェルール嵌合穴を形成している。環状突起２１の外周面はフェルール受け側の環状受け部１４のテーパー面１５に対応するべく、入口側へ向かって漸次縮径する先細りのテーパー面２３になっている。環状突起２１の内周面は、正面側へ向かって漸次拡径するラッパ状のテーパー面２４になっている。

これらの光素子２０は、素子ホルダー３０内に収容されてボディ１０内の素子収容室に設置されている。これらの光素子２０は又、素子ホルダー３０を覆うシールドカバー４０によりシールドされており、シールドカバー４０の一部は基板との接続のために端子部４１として下方へ突出している。

ここで、素子ホルダー３０はボディ１０内に固定されているのに対し、素子ホルダー３０内の左右一対の光素子２０は、プラグ挿入方向に直角な面内（図４にＸ−Ｙで示す方向）で左右独立に変位可能とされている。すなわち、光素子２０の環状突起２１は、フェルール受け１３の環状受け部１４内に完全に嵌合する状態（図１２（ｂ）の状態）である。そして、各光素子２０は、素子ホルダー３０の一部で形成した素子付勢部３１により背面側から入口側へ弾性的に押圧され保持されている。各光素子２０の端子部２５は、シールドカバー４０端子部４１と共にボディ１０の下方へ突出している。

コネクタ本体Ａに組み合わされる軸合わせ治具Ｂは図６（ａ）（ｂ）に示されている。この軸合わせ治具Ｂは、コネクタ本体Ａに接続されるプラグ部Ｃ（図８）と同じ外形を有している。すなわち、プラグ部Ｃは、図８（ａ）（ｂ）及び図９に示すように、２本の光ファイバケーブル５０の端部に取付けられてコネクタ本体Ａのプラグ挿入穴１１に挿入されるボディ６０を備えている。ボディ６０は、コネクタ本体Ａのプラグ挿入穴１１に挿入された状態で左右のフェルール受け１３に挿入されるように正面側へ突出した左右一対のフェルール６１を有している。そして、２本の光ファイバケーブル５０の先端部は、左右のフェルール６１を貫通して先端に達している。

軸合わせ治具Ｂは、図６（ａ）（ｂ）に示すように、プラグ部Ｃのボディ６０と実質同じ略角形状の樹脂ボディ７０からなり、左右のフェルール６１に対応する部分に左右一対のダミーフェルール７１を有してる。ダミーフェルール７１は、フェルール６１と同様にフェルール受け１３に挿入される断面が円形の丸棒であり、フェルール６１より僅かに短く設計されると共に、先端部がフェルール６１より僅かに太く設計されている。フェルール６１より僅かに短く設計されることにより、コネクタ本体Ａに軸合わせ治具Ｂが挿入された状態で、ダミーフェルール７１の先端部は、図７に示すように、光素子２０の環状突起２１内に中間位置まで挿入される。また、ダミーフェルール７１の先端部がフェルール６１より太く設計されることにより、コネクタ本体Ａに軸合わせ治具Ｂが挿入された状態で、その先端部は環状突起２１の内周面（テーパー面２４）に当接する。

軸合わせ治具Ｂを挿入位置に固定するために、ボディ７０はプラグ部Ｃのボディ６０と同様にスナップフィット形式のロック部７２を上面に有している。

ここで、ダミーフェルール７１とボディ１０のフェルール受け１３、光素子２０の環状突起２１の内周面（テーパー面２４）との寸法的な関係について、図７により説明しておく。ダミーフェルール７１は先端部が他の部分より僅かに縮径されている。環状突起２１の内周面（テーパー面２４）の最小内径をＤ１、最大内径をＤ２とすると、ダミーフェルール７１の先端部外径Ｄ３は、Ｄ１＜Ｄ３＜Ｄ２の関係を満足する。ダミーフェルール７１の先端部を除く部分の外径Ｄ４は、ダミーフェルール７１の先端部外径Ｄ３より僅かに大であり、フェルール受け１３の内径Ｄ５より僅かに小である。

ちなみに、プラグ部Ｃのフェルール６１とボディ１０のフェルール受け１３、光素子２０の環状突起２１の内周面（テーパー面２４）との寸法的な関係については、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、フェルール６１の先端部を光素子２０の正面に接触させる必要があるために、その先端部外径Ｄ３′は、ダミーフェルール７１の先端部外径Ｄ３より小さく、環状突起２１の内周面（テーパー面２４）の最小内径Ｄ１と同一がこれより僅かに小である。フェルール６１の先端部を除く部分の外径Ｄ４′は、ダミーフェルール７１の先端部を除く部分の外径Ｄ４と同様に、フェルール受け１３の内径Ｄ５より僅かに小である。

次に、本実施形態に係る光コネクタの使用方法及び機能について説明する。

コネクタ本体Ａが作製されると、直ちに軸合わせ治具Ｂを組み合わせる。すなわち、コネクタ本体Ａのボディ１０のプラグ挿入穴１１に、軸合わせ治具Ｂのボディ７０を挿入し、固定する。軸合わせ治具Ｂのボディ７０は、プラグ部Ｃのボディ６０と実質同一の樹脂成形品であり、コネクタ本体Ａのボディ１０のプラグ挿入穴１１を完全に塞いで、埃等の侵入を阻止する。これにより、軸合わせ治具Ｂはコネクタ本体Ａに対する保護キャップを兼ねることになる。

コネクタ本体Ａのボディ１０のプラグ挿入穴１１に軸合わせ治具Ｂのボディ７０が挿入されると、左右のダミーフェルール７１がボディ１０の左右のフェルール受け１３に挿入され、これらを貫通して左右の光素子２０の環状突起２１内、すなわちフェルール嵌合穴に挿入される。

ここで、光素子２０の環状突起２１は、フェルール受け１３の環状受け部１４内に完全に嵌合する状態（図１２（ｂ）の状態）である。このため、左右の光素子２０は、プラグ挿入方向に直角な面内（図４にＸ−Ｙで示す方向）で左右独立に変位可能である。また、各光素子２０は、素子ホルダー３０の一部で形成した素子付勢部３１により、前記変位を阻害しない範囲内で背面側から入口側へ弾性的に押圧されて保持されている。

この状態で、左右のダミーフェルール７１の各先端部が光素子２０の環状突起２１内に挿入されると、前述したとおり、その先端部が環状突起２１の内周面（テーパー面２４）に当接する。光素子２０がフェルール受け１３の中心軸（コネクタ本体Ａの光軸）に対してずれていると、ダミーフェルール７１の先端部が環状突起２１の内周面（テーパー面２４）に偏心して当接し、素子付勢部３１による押圧力に抗して挿入方向へ移動しようとする。そうすると、反力が生じ、光素子２０が入口側へ強く押圧される。その結果、ダミーフェルール７１の先端部に環状突起２１の内周面（テーパー面２４）が案内される形で、光素子２０が偏心のない位置へ移動する。こうして左右の光素子２０とも軸ずれのない状態へ軸合わせされる。

本実施形態に係る光コネクタを基板上に実装するときは、軸合わせ治具Ｂを装着したままでコネクタ本体Ａを基板上に固定し、合わせて各種端子をハンダ付けする。これにより、コネクタ本体Ａが固定されると共に、コネクタ本体Ａの光素子２０もボディ１０内に固定される。このため、軸合わせ治具Ｂをコネクタ本体Ａから取り外しても、コネクタ本体Ａの光素子２０は軸合せされた位置に固定され続ける。

プラグ部Ｃを接続するときは、コネクタ本体Ａから軸合わせ治具Ｂを取り外し、代わりにプラグ部Ｃを差し込む。プラグ部Ｃのフェルール６１及び光ファイバケーブル５０は、コネクタ本体Ａ内の光素子２０と高精度に軸合せされる。なぜなら、コネクタ本体Ａの光素子２０が高精度に軸合せされているからである。すなわち、光素子２０の環状突起２１が、フェルール受け１３の環状受け部１４に完全に嵌合する状態（図１２（ｂ）の状態）であり、プラグ挿入方向に直角な面内で変位可能であるため、光素子２０のプラグ挿入方向での位置ずれ（ギャップＧ）は生じない。また、この状態で軸合わせ治具Ｂのダミーフェルール７１によって光素子２０が光軸位置へ誘導されるため、光素子２０の半径方向の位置ずれＳも存在しない。また、かくして、その光素子２０に対して、光ファイバケーブル５０が高精度で光学的に接続される。

このように、本実施形態に係る光コネクタにおいては、保護キャップを兼ねる軸合わせ治具Ｂをコネクタ本体Ａに装着し、実装後にこれをを取り外すという簡単な作業、僅かな配慮で、光素子２０を高い精度で軸合せすることができるのである。

図１１は本発明の別の実施形態を示す光コネクタの縦断側面図である。

本実施形態に係る光コネクタにおいては、軸合わせ治具Ｂとは別に保護キャップＤが使用されている。軸合わせ治具Ｂがコネクタ本体Ａのボディ１０に形成されたプラグ挿入穴１１を完全に閉止しない構造の場合、別の専用の保護キャップＤでプラグ挿入穴１１を完全に塞ぐことは有効である。

本発明の一実施形態を示す光コネクタの斜視図である。 同光コネクタの縦断側面図である。 同光コネクタにおける軸合わせ治具と光素子の結合部を拡大して示す縦断側面図である。 同光コネクタにおけるコネクタ本体の正面図である。 コネクタ本体に搭載されている光素子の斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）はコネクタ本体に組み合わされる軸合わせ治具の斜視図である。 軸合わせ治具とコネクタ本体の寸法関係を示す縦断側面図である。 （ａ）及び（ｂ）は同光コネクタに使用されるプラグの斜視図である。 同プラグを光コネクタに装着した状態を示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は同プラグを装着したときのフェルールと光素子の位置関係を示す縦断側面図である。 本発明の別の実施形態を示す光コネクタの縦断側面図である。 （ａ）及び（ｂ）は光コネクタ内のフェルール受けと光素子との結合部分を示す縦断側面図である。

符号の説明

Ａ コネクタ本体
Ｂ 軸合わせ治具
Ｃ プラグ部
Ｄ 保護キャップ
１０ ボディ
１３ フェルール受け
２０ 光素子
２１ 環状突起
３０ 素子ホルダー
４０ シールドカバー
５０ 光ファイバケーブル
６０ ボディ
６１ フェルール
７０ ボディ
７１ ダミーフェルール

Claims (8)

1. 光ファイバケーブルのプラグ部が挿入されるプラグ挿入穴を有すると共に、該プラグ挿入穴に挿入されたプラグ部と光学的に結合されるようにプラグ挿入穴の奥に配置され、且つ前記プラグ部の挿入方向に直角な面内で変位可能とされた光素子を有するコネクタ本体と、コネクタ本体のプラグ挿入穴に挿入され、その挿入状態でコネクタ本体内の光素子と機械的に結合されると共に、その機械的な結合により前記光素子を軸合わせ位置へ変位させる軸合わせ治具とを具備することを特徴とする光コネクタ。
2. 前記軸合わせ治具は、プラグ部のフェルールが挿入される筒状のフェルール受けに挿入される棒状のダミーフェルールを有しており、該ダミーフェルールの先端部が光素子のフェルール嵌合穴に嵌合することにより光素子を軸合わせ位置へ変位させる請求項１に記載の光コネクタ。
3. 前記光素子のフェルール嵌合穴は入口側に向かって漸次拡径するテーパー状の内周面を有しており、前記ダミーフェルールの先端部外径はフェルール嵌合穴の最大内径より小さく最小内径より大である請求項２に記載の光コネクタ。
4. 前記コネクタ本体は、前記光素子を入口側へ弾性的に押圧する素子付勢部を有する請求項１に記載の光コネクタ。
5. 前記軸合わせ治具は、前記コネクタ本体のプラグ挿入穴への異物侵入を防止する保護キャップを兼用する請求項１に記載の光コネクタ。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の光コネクタを、その軸合わせ治具が装着された状態で対象基板上に搭載し、光素子と共にその対象基板に固定した後、コネクタ本体から軸合わせ治具を取り外すことを特徴とする光コネクタの実装方法。
7. 光コネクタのプラグ挿入穴にプラグ部に代わって挿入され、その挿入に伴って光コネクタ内の光素子と機械的に結合されると共に、その結合により前記光素子を光軸上に軸合わせするべくプラグ挿入方向に直角な面内で押圧することを特徴とする軸合わせ治具。
8. 前記コネクタのプラグ挿入穴への異物侵入を防止する保護キャップを兼用する請求項７に記載の軸合わせ治具。

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