JP5825099B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光ケーブルの端部にコネクタ部が設けられた光モジュールに関する。

光ケーブルによって伝送される光信号を光電変換するとともに外部機器と接続可能な電気コネクタが設けられた光モジュールが知られている（例えば特許文献１参照）。
このような特許文献１に記載の光モジュールでは、光信号を光電変換する素子などが設けられた回路基板の一端側に電気コネクタが取り付けられたものがある。

特開２０１０−０１０２５４号公報

ところで、上記のような光モジュールにおいて、電気コネクタがハウジングなど光モジュールの筐体部分で支持されている場合、例えば外力が加えられることによって当該筐体部分に振動が生じたときに、その振動が電気コネクタを介して回路基板に伝播することがある。
このとき、回路基板の他端側が、電気コネクタが設けられた上記一端側と比べてより大きな振幅で振動する場合があり、回路基板がハウジング内の他の部品に接触するなどして基板や接触した部品などが損傷する虞があった。

本発明の目的は、外力が作用した際に、回路基板の振動によって回路基板やハウジング内の部品などが損傷するのを防止することができる光モジュールを提供することにある。

上記課題を解決することのできる本発明の光モジュールは、光ファイバを含む光ケーブルの端部にコネクタ部が設けられた光モジュールであって、前記コネクタ部は、前記光ファイバと光学的に接続される光素子が設けられ、一端側に電気コネクタが取り付けられた回路基板と、外部機器と接続可能に電気コネクタを支持するハウジングと、前記ハウジングの内部に設けられ、前記回路基板の一面に対して離間して配置されるとともに、前記回路基板の一端側に設けられた電気コネクタの位置変動によって生じる前記回路基板の他端側の振動振幅を規制するよう配置される振動規制部材と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の光モジュールにおいて、前記振動規制部材と前記回路基板との離間幅は、前記回路基板から１００μｍ以上であって、前記回路基板の他端側に搭載されている、最もかさ高い部材と前記ハウジングとの間の離間幅より小さいことが好ましい。

また、本発明の光モジュールにおいて、前記振動規制部材は、前記ハウジングの壁面の一部が折り返されて形成されていることが好ましい。

また、本発明の光モジュールにおいて、前記振動規制部材は、前記回路基板の前記他端側の一面が接触したときに弾性変形可能に設けられていることが好ましい。

また、本発明の光モジュールにおいて、前記振動規制部材は、前記回路基板の前記他端側の一面と対向する対向部と、前記回路基板の前記他端側の一面が前記対向部と接触したときに弾性変形可能な支持部と、を有することが好ましい。

また、本発明の光モジュールにおいて、前記電気コネクタは、弾性変形可能な封止部材を介して前記ハウジングに支持されることが好ましい。

さらに、本発明の光モジュールにおいて、前記振動規制部材と前記回路基板の前記他端側の一面との間には、弾性体が設けられていることが好ましい。

本発明の光モジュールによれば、外力が加えられることによって回路基板が振動した場合でも、振動規制部材によって回路基板の振動を抑えることができるので、回路基板の振動によって回路基板やハウジング内の部品などが損傷するのを防ぐことができる。

本発明の第１実施形態に係る光モジュールの斜視図である。 光ケーブルの断面図である。 コネクタモジュールの分解斜視図である。 光モジュールの長手方向に沿った断面図である。 （Ａ）は光ケーブルとコネクタモジュールの接続部分の平面図であり、（Ｂ）は回路基板の側面図である。 本発明の第２実施形態に係る光モジュールにおけるハウジングの後端側を拡大した断面図である。

以下、本発明に係る光モジュールの実施形態の例を、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る光モジュール１０は、光ケーブル２０と、光ケーブル２０の端部に取り付けられるコネクタモジュール（コネクタ部）３０とを有する。
この光モジュール１０は、光通信技術などにおいて信号（データ）の伝送に用いることができ、接続先のパソコンなどといった電子機器に電気的に接続され、入出力される電気信号を光信号に変換して光信号を伝送するものである。

図１および図２に示すように、光ケーブル２０は、その横断面で見た中央に、光ファイバテープ心線２１を有する。光ファイバテープ心線２１は、複数（本例では４本）の光ファイバ心線（光ファイバ）２２を平面上に並列させて被覆樹脂でテープ状に一体化されたものである。光ファイバテープ心線２１はインナーチューブ２３の内側に収容されている。
インナーチューブ２３の周囲には抗張力繊維２４１の束を沿わせてなる介在層２４が設けられている。介在層２４の外周には複数本の金属素線からなる金属層２５が設けられている。金属層２５の外周には絶縁樹脂からなる外被２６が設けられている。

光ファイバ心線２２は、コアとクラッドが石英ガラスである光ファイバ（ＡＧＦ：All Glass Fiber）、クラッドが硬質プラスチックからなる光ファイバ（ＨＰＣＦ：Hard Plastic Clad Fiber）、等を用いることができる。ガラスのコア径が８０μｍの細径ＨＰＣＦを用いると、光ファイバ心線２２が小径に曲げられても破断しにくい。
複数の光ファイバ心線２２をテープ化せず単心のままインナーチューブ２３内に収容することもできるが、テープ化されていると、単心の光ファイバ心線２２同士が交差して側圧がかかることによるマイクロベンドロスの発生を防ぐことができる。なお、光ファイバテープ心線２１は複数本設けられていても良い。

インナーチューブ２３は、ノンハロゲン難燃性樹脂である例えばＰＶＣ（Polyvinylchloride）などの絶縁樹脂からなる。インナーチューブ２３は、例えば、外径が２．０ｍｍ、厚さが０．５５ｍｍである。
介在層２４は、例えば極細径のアラミド繊維であり、束状に集合された状態で光ケーブル２０に内蔵されている。介在層２４は光ケーブル２０における抗張力機能を有する。

金属層２５は、例えば複数本の錫めっき導線を編組したものであり、放熱層としての機能を有する。金属層２５の編組密度は７０％以上、編み角度が４５°〜６０°である。金属層２５を構成する金属素線の外径は、０．０５ｍｍ程度である。金属層２５の熱伝導率は、例えば４００Ｗ／ｍ・Ｋである。金属層２５は、熱伝導を良好に確保するために高密度に配置することが好ましく、一例としては平角線の錫めっき導線で構成されていることが好ましい。
外被２６は、例えばポリオレフィンなどの絶縁樹脂から形成されている。外被２６は、例えば、外径が４．２ｍｍ、厚さが０．５ｍｍである。
このような構成の光ケーブル２０は、光ファイバ心線２２の側圧特性と、ケーブルとしての柔軟性に優れ、さらに、放熱性にも優れている。

図１に示すように、コネクタモジュール３０は、ハウジング３１と、ハウジング３１の前端（図１において左端）側に設けられる電気コネクタ３２と、ハウジング３１に収容される回路基板３３（図３参照）とを備えている。

図３および図４に示すように、ハウジング３１は、金属ハウジング３１１と、樹脂ハウジング３１２とから構成されている。また、金属ハウジング３１１の後端部には、光ケーブル２０を固定する固定部材３５が取り付けられている。

金属ハウジング３１１は、下向きに開口した断面Ｕ字形状の収容部本体３１１ａと、上向きに開口した断面Ｕ字形状のベースプレート（壁面）３１１ｂとを有し、回路基板３３などを収容する内部空間Ｓを形成する。また、金属ハウジング３１１の前端側には電気コネクタ３２が設けられており、金属ハウジング３１１の後端側には、固定部材３５が取り付けられている。本実施形態では、金属ハウジング３１１は、鋼（Ｆｅ系）、ブリキ（錫めっき銅）、ステンレス、銅、真鍮、アルミなどの熱伝導率の高い（好ましくは１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上）金属材料により形成されており、回路基板３３などから発生する熱を外部に放熱させる役割を担う。

樹脂ハウジング３１２は、例えばポリカーボネートなどの樹脂材料から形成されており、金属ハウジング３１１を覆っている。
ブーツ３６は、樹脂ハウジング３１２の後端部に連結され、金属ハウジング３１１の後端部に取り付けられた固定部材３５を覆っている。ブーツ３６の後端部と光ケーブル２０の外被２６とは、接着剤（図示しない）により接着されている。

固定部材３５は、板状の基部３５１と、円筒形状の筒部３５２と、を有する。筒部３５２は、略円筒形状をなしており、基部３５１から後方に突出するように設けられている。筒部３５２は、基部３５１の両側から後方に延出するカシメリング３５３（図４参照）との間で光ケーブル２０の一部（外被２６および金属層２５）を保持する。

固定部材３５には、端面から一定の長さまで外被２６が取り除かれて内側の金属層２５を露出させた光ケーブル２０が保持固定される。より具体的には、固定部材３５の筒部３５２の内部には、光ケーブル２０の介在層２４、インナーチューブ２３、および光ファイバテープ心線２１が挿通されており、筒部３５２の外部には、外被２６および金属層２５が筒部３５２の外周面に沿って配置されている。また、図４に示すように、外被２６の端面から延出している金属層２５の余長部分は、外被２６の端面で折り返されて外被２６の外面に沿って配置されている。

基部３５１の両側から延出するカシメリング３５３は、筒部３５２に対して圧接されている（筒部３５２に対してかしめられている）。したがって、図４に示すように、外被２６および金属層２５は、筒部３５２とカシメリング３５３との間に挟持されている。

電気コネクタ３２は、外部機器（パソコンなど）に挿入されて当該機器と光モジュール１０とを電気的に接続するための部品であって、ハウジング３１の前端部（図４において左端）から前方側に突出するように設けられている。また、本例では、電気コネクタ３２は、封止部材４５を介してハウジング３１と当接している。この封止部材４５は、例えばゴムなどの弾性変形可能な材料で形成された矩形枠状の部材であり、電気コネクタ３２と樹脂ハウジング３１２との間に設けられ、る。金属ハウジング３１１と電気コネクタ３２は、ともに封止部材４５と接触して設けられている。このように構成することで、金属ハウジング３１１と樹脂ハウジング３１２との間にゴミが進入することを防止するとともに、電気コネクタ３２が外部機器と接続されている状態において、光モジュール３０に外力が加わったとしても、当該外力はヤング率の小さい封止部材４５において吸収されるから、金属ハウジング３１１の損傷を防止できる。

また、電気コネクタ３２の後端側には、接触端子３２１（図４および図５参照）が設けられている。この接触端子３２１は、回路基板３３の前端側に半田付けされている。これにより、電気コネクタ３２は、回路基板３３と電気的に接続されている。

回路基板３３は、金属ハウジング３１１の内部空間Ｓに収容されている。図５に示すように、回路基板３３には、制御用半導体３８と、受発光素子３９（光素子）とが実装されている。回路基板３３は、制御用半導体３８と受発光素子３９とを電気的に接続している。回路基板３３は、平面視で略矩形形状を呈しており、所定の厚みを有している。回路基板３３は、例えば、ガラスエポキシ基板、セラミック基板などの絶縁基板であり、その表面又は内部には、金（Ａｕ）、アルミ（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）などにより回路配線が形成されている。制御用半導体３８と受発光素子３９とは、光電変換部を構成している。なお、回路基板３３と金属ハウジング３１１との間には、放熱シート４３（図３参照）が配置されている。

制御用半導体３８は、駆動ＩＣ（Integrated Circuit）３８１や波形整形器であるＣＤＲ（Clock Data Recovery）装置３８２などを含んでいる。制御用半導体３８は、回路基板３３において、実装面３３１の前端側に配置されている。制御用半導体３８は、電気コネクタ３２と電気的に接続されている。

受発光素子３９は、図５に示すように、複数（本例では２つ）の発光素子３９１と、複数（本例では２つ）の受光素子３９２とを含んで構成されている。発光素子３９１及び受光素子３９２は、回路基板３３において、実装面３３１の後端側に配置されている。発光素子３９１としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）などを用いることができる。また、受光素子３９２としては、例えば、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）などを用いることができる。

受発光素子３９は、光ケーブル２０の光ファイバ心線２２と光学的に接続されている。具体的には、図５（Ｂ）に示すように、回路基板３３に、受発光素子３９及び駆動ＩＣ３８１を覆うようにレンズアレイ部品４１が配置されている。また、レンズアレイ部品４１には、コネクタ部品４２が位置決め固定されている。このコネクタ部品４２には、光ファイバテープ心線２１から単心に分離された複数（本例では４本）の光ファイバ心線２２の末端部が固定されている。

より具体的には、コネクタ部品４２に設けられた複数（本例では４つ）の貫通穴の各々に１本ずつ挿し込まれた光ファイバ心線２２の末端部が、コネクタ部品４２の表面に設けられた凹部（図示省略）において接着固定されている。なお、光ファイバ心線２２の端部２２１における少なくともコネクタ部品４２の貫通穴に挿し込まれている部分は、被覆樹脂が取り除かれて光ファイバが露出している。

レンズアレイ部品４１は、コネクタ部品４２との対向面上、並びに、発光素子３９１および受光素子３９２との対向面上に、複数のレンズ面４１２が形成されている。また、レンズアレイ部品４１の上面中央部には、幅方向に沿って反射面４１１が形成されている。発光素子３９１において発光した光は、対向面上に形成されたレンズ面４１２を通ってレンズアレイ部品４１に入射する。そして、レンズアレイ部品４１に入射した光は、反射面４１１によって反射された後、コネクタ部品４２との対向面上に形成されたレンズ面４１２によって、コネクタ部品４２に固定された対応する光ファイバ心線２２の端面に光結合される。

一方、光ファイバ心線２２の端面から出射した光は、対応するレンズ面４１２を通ってレンズアレイ部品４１に入射する。そして、レンズアレイ部品４１に入射した光は、反射面４１１によって反射された後、受光素子３９２との対向面上に形成されたレンズ面４１２を通って受光素子３９２において受光される。すなわち、コネクタ部品４２に固定された複数の光ファイバ心線２２と、受発光素子３９とは、レンズアレイ部品４１を介して光学的に接続されている。なお、レンズアレイ部品４１における上記各面に形成された複数のレンズ面４１２は、例えば、入射する拡散光を平行光として出射するとともに、入射する平行光を集光して出射するコリメートレンズである。このようなレンズアレイ部品４１は、例えば樹脂の射出成形により、一体に成形される。

上記構成を有する光モジュール１０では、電気コネクタ３２を介して電気信号が入力されると、回路基板３３の配線を介して制御用半導体３８が電気信号を受信する。制御用半導体３８に入力された電気信号は、レベルの調整やＣＤＲ装置３８２により波形整形などが行われた後に、制御用半導体３８から回路基板３３の配線を介して受発光素子３９に出力される。電気信号が入力された受発光素子３９では、電気信号を光信号に変換し、発光素子３９１から光ファイバ心線２２に光信号を出射する。

また、光ケーブル２０で伝送された光信号は、受光素子３９２により入射される。受発光素子３９では、入射された光信号を電気信号に変換し、この電気信号を回路基板３３の配線を介して制御用半導体３８に出力する。制御用半導体３８では、電気信号に所定の処理を施した後、電気コネクタ３２にその電気信号を出力する。

ところで、本発明の第１実施形態に係る光モジュール１０は、図３および図４に示すように、ハウジング３１の内部である金属ハウジング３１１のベースプレート３１１ｂの内側（上面）に、対向部４４１および支持部４４２で構成された振動規制部材４４が設けられている。この振動規制部材４４は、通常時には、回路基板３３の後端側（他端側）の裏面に対して対向部４４１が近接、すなわち、回路基板３３の裏面に対して対向部４４１が間隔を空けて対向している。このため、仮にハウジング３１が外部からの衝撃などによって振動した場合でも、その振動は振動規制部材４４からは回路基板３３に伝わらない。また、電気コネクタ３２が外部機器と接続されている状態において、光モジュール３０に外力が加わった場合に、回路基板３３の後端側も上下方向に暴れることがある。このとき、振動規制部材４４と回路基板３３との間に所定の隙間を形成しておくことにより、回路基板３３に過剰な応力が集中して損傷することを防止することができる。このような観点から、振動規制部材４４と回路基板３３とは、１００μｍ以上離間していることが好ましい。

一方、例えば外力が加えられることによって回路基板３３が上下に振動した場合でも、振動の振幅が一定の幅を超えると回路基板３３の後端部の裏面が振動規制部材４４の対向部４４１と当接するので、振動規制部材４４によって回路基板３３の振動が規制される。また、このとき、好適には振動規制部材４４の支持部４４２が弾性変形しつつ回路基板３３の振動を吸収するので、回路基板３３に過剰な応力が集中して損傷することを防止することができる。さらに、回路基板３３の振動による振幅が当該振動規制部材４４と回路基板３３との離間幅に規制されることから、回路基板上に搭載されたレンズアレイ部品４１およびコネクタ部品４２が金属ハウジング３１１に当接して光結合部が変動することを防止することができる。以上のような観点から、振動規制部材４４と回路基板３３との間の離間幅は、回路基板３３の前端側が電気コネクタ３２に支持されている場合において、振幅が最も大きくなる回路基板３３の後端側に搭載されている、最もかさ高い部材（本実施形態においてはレンズアレイ部品４１およびコネクタ部品４２）と金属ハウジング３１１との間の離間幅より小さいことが好ましい。一例としては、当該離間幅は４００μｍ以下である。

本例では、振動規制部材４４は、壁面としてのベースプレート３１１ｂの一部を切り起こして折り返して形成されている。したがって、別個の部品を設けるのに比べて部品点数を削減することができる。また、本例の振動規制部材４４は、回路基板３３の後端側の裏面と対向する対向部４４１と、対向部４４１を支持する支持部４４２とが、縦断面がＬ字型となるように配置されている。

以上のように、本発明の第１実施形態に係る光モジュール１０は、金属ハウジング３１１のベースプレート３１１ｂに上記のような振動規制部材４４を設けたことにより、例えば外力が加えられることによって回路基板３３が振動した場合でも、振動の振幅が一定の幅を超えると回路基板３３の後端部の裏面が振動規制部材４４の対向部４４１と当接するので、振動規制部材４４によって回路基板３３の振動が規制される。また、このとき、振動規制部材４４の支持部４４２が弾性変形しつつ回路基板３３の振動を吸収する。これにより、少々の振動では回路基板３３の後端側が振動規制部材４４に当接しないので、振動規制部材４４と当接することによる回路基板３３への応力の集中を防ぐことができる。また、電気コネクタの位置変動などによって回路基板３３の後端側が一定以上振動した場合には、当該後端側が振動規制部材４４と当接するので、振動規制部材４４によって回路基板３３の振動が抑えられる。ゆえに、回路基板３３が振動によってハウジング３１内の他の部品などと接触して損傷するのを防ぐことができる。

また、振動規制部材４４は、ハウジング３１のベースプレート３１１ｂの一部が切り起こされ折り返されて形成されているので、部品点数を増加させることなく振動規制部材４４を設けることができる。

また、振動規制部材４４は、回路基板３３の後端側の裏面が接触したときに弾性変形するように設けられているので、クッション効果により回路基板３３が損傷するのを防ぐことができる。

また、振動規制部材４４は、回路基板３３の後端側の裏面と対向する対向部４４１と、回路基板３３の後端側の裏面が対向部４４１と接触したときに弾性変形可能な支持部４４２と、を有する。
このため、対向部４４１が振動する回路基板３３と面接触した際に、支持部４４２が弾性変形して対向部４４１の振動を抑えるので、より効果的に回路基板３３の損傷を防止できる。

さらに、電気コネクタ３２は、弾性変形可能な封止部材４５を介してハウジング３１に支持されるので、電気コネクタ３２が振動した際に、封止部材４５が振動を吸収してハウジング３１への振動の伝播を防ぐことができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る光モジュールについて説明する。なお、前述した第１実施形態に係る光モジュール１０と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

図７に示すように、本発明の第２実施形態に係る光モジュール１１では、振動規制部材４４の対向部４４１と回路基板３３の後端側の裏面との間に、弾性体４６が設けられている。

弾性体４６は、例えばゴムのような弾性材料で形成された板状の部材であり、例えば振動規制部材４４における対向部４４１の上面に貼り付けられている。対向部４４１と回路基板３３の後端側の裏面との間にこのような弾性体４６を設けることにより、回路基板３３が振動して、裏面が振動規制部材４４に衝突しても、弾性体４６によって衝突の衝撃が吸収される。また、回路基板３３の衝突後には弾性体４６によって回路基板３３の振動が吸収される。

以上のように、本発明の第２実施形態に係る光モジュール１１によれば、振動規制部材４４と回路基板３３の後端側の裏面との間に、弾性体４６が設けられているので、振動規制部材４４は弾性体４６を介して回路基板３３の裏面の振動を規制するとともに、回路基板３３が振動によって弾性体４６に接触した場合でも、その振動を吸収することができる。ゆえに、回路基板３３が損傷することなくその振動を抑えることができる。

なお、本発明の光モジュールは、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形あるいは改良等が可能である。

１０，１１：光モジュール、２０：光ケーブル、２１：光ファイバテープ心線、２２：光ファイバ心線（光ファイバ）、２２１：端部、２３：インナーチューブ、２４：介在層、２４１：抗張力繊維、２５：金属層、２６：外被、３０：コネクタモジュール（コネクタ部）、３１：ハウジング、３１１：金属ハウジング、３１１a：収容部本体、３１１b：ベースプレート（壁面）、３１２：樹脂ハウジング、３２：電気コネクタ、３２１：接触子、３３：回路基板、３３１：実装面、３５：固定部材（光ケーブル保持部）、３５１：基部、３５２：筒部、３５３：カシメリング、３６：ブーツ、３８：制御用半導体、３８１：駆動ＩＣ、３８２：ＣＤＲ装置、３９：受発光素子（光素子）、３９１：発光素子、３９２：受光素子、４１：レンズアレイ部品、４１１：反射膜、４１２：レンズ面、４１３：位置決めピン、４２：コネクタ部品（光ファイバ固定部）、４２１：端面、４３：放熱シート、４４：振動規制部材、４４１：対向部、４４２：支持部、４５：封止部材、４６：弾性体

Claims (7)

1. 光ファイバを含む光ケーブルの端部にコネクタ部が設けられた光モジュールであって、
   前記コネクタ部は、
   前記光ファイバと光学的に接続される光素子が設けられ、一端側に電気コネクタが取り付けられた回路基板と、
   前記回路基板を内部に収容して、外部機器と接続可能に前記電気コネクタを支持するハウジングと、
   前記ハウジングの内部に設けられ、前記回路基板の他端側の一面に対して離間して配置されるとともに、前記回路基板の一端側に設けられた電気コネクタの位置変動によって生じる前記回路基板の他端側の振動振幅を規制するよう配置される振動規制部材と、
   を備えることを特徴とする光モジュール。
2. 前記振動規制部材と前記回路基板の他端側の一面との離間幅は、前記回路基板から１００μｍ以上であって、前記回路基板の他端側に搭載されている、最もかさ高い部材と前記ハウジングとの間の離間幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記振動規制部材は、前記ハウジングの壁面の一部が折り返されて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
4. 前記振動規制部材は、前記回路基板の前記他端側の一面が接触したときに弾性変形可能に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光モジュール。
5. 前記振動規制部材は、
   前記回路基板の前記他端側の一面と対向する対向部と、
   前記回路基板の前記他端側の一面が前記対向部と接触したときに弾性変形可能な支持部と、
   を有することを特徴とする請求項４に記載の光モジュール。
6. 前記電気コネクタは、弾性変形可能な封止部材を介して前記ハウジングに支持されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光モジュール。
7. 前記振動規制部材と前記回路基板の前記他端側の一面との間には、弾性体が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光モジュール。

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