JP5930596B2 - モジュール内蔵コネクタ、及びモジュール内蔵コネクタ付き機器 - Google Patents

Description

本発明は、機器のソケットに挿入されてソケット側の機器との間で電気信号の伝達を行うと共に、光素子と電気素子を有する光モジュールを内蔵し、機器間の光信号伝達用の光ファイバに接続されて用いられるモジュール内蔵コネクタ、及びモジュール内蔵コネクタ付き機器に関する。

従来、レーザダイオード等の光素子とドライバＩＣ等の電気素子を備え、電気信号を光信号に変換する光モジュールが、例えば特許文献１に開示されており、この種の光モジュールを内蔵し、機器のソケットに対して電気的に接続を行うモジュール内蔵コネクタが種々考えられている。

特開２００８−４０３１８号公報

しかしながら、電気素子が発熱するため電気素子の冷却を行う必要があり、電気素子の確実な冷却方法が求められている。
本発明は、上記事実を考慮して、内蔵された電気素子を効率的かつ確実に冷却可能とするモジュール内蔵コネクタ、及びモジュール内蔵コネクタ付き機器を得ることが目的である。

請求項１に記載のモジュール内蔵コネクタは、機器の外装ケースの内側に設けられたソケットに接続された時に、前記外装ケースの内側に侵入する第１の部分、及び前記外装ケースの外側に配置される第２の部分を有するコネクタ本体ケースと、前記コネクタ本体ケースの内部に設けられ、光信号の伝達を行う光素子、前記光素子と接続される電気素子、及び前記電気素子と接続され前記ソケットに設けられた第１の電気端子に対して接続可能な第２の電気端子を備えたモジュールと、少なくとも一部が前記第１の部分に配置され、前記電気素子で発生した熱を前記コネクタ本体ケースの前記第１の部分へ伝達する熱伝達手段と、を有し、前記第１の部分に前記第２の電気端子が配置され、前記第２の部分に前記電気素子、及び前記光素子が配置されており、前記第１の部分は箱形状とされ、前記第２の部分は前記第１の部分よりも大きな箱形状とされ、前記熱伝達手段は、前記第１の部分から前記第２の部分にまたがって配置されている。

請求項１に記載のモジュール内蔵コネクタは、光ファイバと接続されると共に機器の外装ケースの内側に設けられたソケットに対して接続されて使用される。
光素子は、接続された光ファイバとの間で光信号の伝達を行う。光素子としては、レーザ光を出射するレーザ素子、レーザ光を受光するフォトダイオード等がある。
電気素子は、光素子と電気的に接続されると共に、ソケットに設けられた第１の電気端子に接続可能な第２の電気端子に電気的に接続されるので、モジュール内蔵コネクタをソケットに接続することで、光素子〜ソケット間が電気的に接続される。

電気素子が作動することで発生した熱は、熱伝達手段を介してコネクタ本体ケースの第１の部分へ伝達する。熱伝達手段は、少なくとも一部がコネクタ本体ケースの第１の部分に配置されているので、効率的に第１の部分へ熱を伝達することができる。

ここで、空調機器によって冷却風が機器内部を循環して、内部温度が予め設定された温度範囲内に管理されているタイプの機器に対し、請求項１のモジュール内蔵コネクタを接続すると、外装ケース内で第１の部分に冷却風が当たり、電気素子からの熱を機器内で効率的に発散させて電気素子を効率的、且つ確実に冷却することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモジュール内蔵コネクタにおいて、前記熱伝達手段、及び前記コネクタ本体ケースは、金属材料で形成されている。

熱伝達手段、及びコネクタ本体ケースを金属材料で形成することで、電気素子の熱を効率的に伝達し、外装ケース内で発散させることができ、冷却効率が更に向上する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のモジュール内蔵コネクタにおいて、前記第１の部分から前記第２の部分にまたがって配置された２枚の第１の電気基板と、前記第１の電気基板に電気的に接続され、前記第１の部分に配置された２枚の第２の電気基板と、をさらに備え、前記第１の電気基板同士の間隔は、前記第２の電気基板同士の間隔より狭い。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のモジュール内蔵コネクタにおいて、前記熱伝達手段は、光ファイバの端部に設けられた光コネクタを接続する接続部、及び前記光ファイバと前記光素子との間で光の伝達を行う光学部品を支持する支持部を一体的に備え、前記コネクタ本体ケースの内面と前記光学部品との最小間隔が、前記コネクタ本体ケースの内面と前記熱伝達手段との最小間隔よりも大きく設定されている。

熱伝達手段に、光ファイバの端部に設けられた光コネクタを接続する接続部、及び光ファイバと光素子との間で光の伝達を行う光学部品を支持する支持部を一体的に設けることで、これらを別部品として組み付ける場合に比較して部品点数を大幅に削減できる。

また、コネクタ本体ケース内面と光学部品との最小間隔を、コネクタ本体ケース内面と熱伝達手段との最小間隔よりも大きく設定することで、部品の組み付け、コネクタ本体ケースの変形等に対し、光学部品とコネクタ本体ケースとの干渉を防止でき、光学特性の低下につながる光学部品のズレを防止できる。
請求項５に記載のモジュール内蔵コネクタ付き機器は、機器の外装ケースの内側に設けられたソケットに接続された時に、前記外装ケースの内側に侵入する第１の部分、及び前記外装ケースの外側に配置される第２の部分を有するコネクタ本体ケースと、前記コネクタ本体ケースの内部に設けられ、光信号の伝達を行う光素子、前記光素子と接続される電気素子、及び前記電気素子と接続され前記ソケットに設けられた第１の電気端子に対して接続可能な第２の電気端子を備えたモジュールと、少なくとも一部が前記第１の部分に配置され、前記電気素子で発生した熱を前記コネクタ本体ケースの前記第１の部分へ伝達する熱伝達手段と、を有するモジュール内蔵コネクタと、前記モジュール内蔵コネクタの挿入口を備える前記外装ケースと、を有し、モジュール内蔵コネクタは、前記第１の部分に前記第２の電気端子が配置され、前記第２の部分に前記電気素子、及び前記光素子が配置されており、前記第１の部分は箱形状とされ、前記第２の部分は前記第１の部分よりも大きな箱形状とされ、前記熱伝達手段は、前記第１の部分から前記第２の部分にまたがって配置され、前記外装ケースは、内部の温度が予め設定された温度範囲内に管理されている。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のモジュール内蔵コネクタ付き機器において、前記第１の部分から前記第２の部分にまたがって配置された２枚の第１の電気基板と、前記第１の電気基板に電気的に接続され、前記第１の部分に配置された２枚の電気基板と、をさらに備え、前記第１の電気基板同士の間隔は、前記第２の電気基板同士の間隔より狭い。

以上説明したように、請求項１に記載のモジュール内蔵コネクタによれば、内蔵された電気素子を効率的、且つ確実に冷却することが可能となる、という優れた効果を有する。

請求項２に記載のモジュール内蔵コネクタによれば、冷却効率が更に向上する。

請求項３に記載のモジュール内蔵コネクタによれば、小型のソケットに十分に対応できる。

また、請求項４に記載のモジュール内蔵コネクタによれば、光学特性の低下を防止できる。

本発明の一実施形態に係るモジュール内蔵コネクタ、及びソケットの斜視図である。 本発明の一実施形態に係るモジュール内蔵コネクタの分解斜視図である。 （Ａ）は本発明の一実施形態に係るモジュール内蔵コネクタの軸線に沿った縦断面図（図３（Ｂ）の３Ａ−３Ａ線断面図）であり、（Ｂ）はモジュール内蔵コネクタの軸線に沿った水平断面図である。 本発明の一実施形態に係るモジュール内蔵コネクタのセラミック基板付近の縦断面図である。

本発明の一実施形態に係るモジュール内蔵コネクタ１０を図１乃至図４にしたがって説明する。
図１、及び図２に示すように、本実施形態のモジュール内蔵コネクタ１０は、細長い中空の本体カバー１２を備えており、この本体カバー１２は、第１カバー部材１２Ａと第２カバー部材１２Ｂとに軸線に沿って分割可能となっている。なお、本実施形態の第１カバー部材１２Ａ、及び第２カバー部材１２Ｂは、金属（例えば、アルミニューム合金、ステンレス、銅等。熱伝導率の高いものが好ましい。）で形成されている。

本体カバー１２は、一端側に矩形の箱形状とされた挿入部１４、挿入部１４の他方側には挿入部１４よりも大きな箱形状とされた中央部１６、中央部１６の他端側には円筒形状のファイバ挿通部１８を備えている。
挿入部１４、中央部１６、及びファイバ挿通部１８は互いに内部で連通しており、挿入部１４の一端側、及びファイバ挿通部１８の他端側は、夫々長手方向外側に向けて開口している。

図２、及び図３に示すように、本体カバー１２の内部には、送信装置２０、及び受信装置２２が配置されている。
送信装置２０は、第１の電気基板２４の片面側（カバー外面に近い側）に電気的に接続されるセラミック基板２６が取り付けられている。セラミック基板２６には、片面側に光素子２８、及び光素子２８に近接して配置される電気素子３０等が実装されている。なお、光素子２８と電気素子３０とは、図示しないパターンによって電気的に接続されている。
送信装置２０に設けた光素子２８は、例えば、一列に整列された複数の発光点を有する面発光型半導体レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）であり、基板面の垂直方向にレーザ光を出射する。
また、セラミック基板２６の片面側には、矩形の板形状とされた金属製（例えば、アルミニューム合金、ステンレス、銅等。熱伝導率の高いものが好ましい。）のメタルカバー３２が図示しないネジで取り付けられている。

図３に示すように、メタルカバー３２には、光コネクタ３４を接続するための接続部としての凹部３６が形成されている。なお、メタルカバー３２の凹部３６に挿入された光コネクタ３４が凹部３６から抜けない様に、一般的に用いられている抜け止機構（ロック機構）等を接続部分に用いることができる。

図４に示すように、セラミック基板２６の光素子２８のレーザ光出射側には光学部品４０が配置されており、光学部品４０はメタルカバー３２の凹部３６の底部側に接着剤等によって固定されている。この凹部３６は、光学部品４０の支持部としても機能している。
光学部品４０は、光素子２８の各光点から出射したレーザ光を、マイクロレンズ及び反射面（図示省略）等を介して光コネクタ３４の各ファイバ端面に光結合させる。

電気素子（本実施形態ではＩＣ）３０の上面は、メタルカバー３２に接触しており、電気素子３０の熱がメタルカバー３２に伝達される様になっている。なお、電気素子３０とメタルカバー３２とは、直接接触させても良く、金属板、熱伝導シート、放熱グリース等、周知の熱伝達材料を介在させても良い。

メタルカバー３２は、凹部３６の形成されている側とは反対側が、薄肉に形成された熱伝達部３２Ａとされている。
ここで、図３（Ａ）に示すように、メタルカバー３２の熱伝達部３２Ａは、少なくとも一部分、本実施形態では半分以上の部分が、本体カバー１２の挿入部１４に配置されており、電気素子３０で発生した熱は、メタルカバー３２の熱伝達部３２Ａを介して第１カバー部材１２Ａの挿入部１４に対して最短距離で伝達される様になっている。
なお、電気素子３０で発生した熱が、メタルカバー３２の熱伝達部３２Ａを介して第１カバー部材１２Ａの挿入部１４に伝達されれば、熱伝達部３２Ａと第１カバー部材１２Ａとは若干の隙間（例えば、２００μｍ）を開けていても良く、直接接触させても良く、金属板、熱伝導シート、放熱グリース等、周知の熱伝達材料を介在させても良い。

図２、及び図３に示すように、第１の電気基板２４の挿入部側には、第２の電気基板４２が配置されており、第１の電気基板２４と第２の電気基板４２とはフレキシブル基板４４を介して電気的に接続されている。

なお、第２の電気基板４２のフレキシブル基板４４とは反対側の端部には、後述するソケット４６の端子４６Ａと接触する端子４８が複数形成されている。これらの端子４８は、図示しないパターンを介して電気素子３０と電気的に接続されている。

また、図４に示すように、本体カバー１２の中央部１６では、メタルカバー３２の表面、即ち、第１カバー部材１２Ａを向いている面よりも、光学部品４０の第１カバー部材１２Ａを向いている面が低く設定され、光学部品４０が第１カバー部材１２Ａの内面から確実に離されている（例えば、４００μｍ）。これにより、第１カバー部材１２Ａが光学部品４０に接触することが防止され、第１カバー部材１２Ａが光学部品４０に接触することに起因する光学部品４０のズレが防止される。なお、光コネクタ３４も第１カバー部材１２Ａの内面から離されている。

図３（Ａ）に示すように、本体カバー１２の内部には、送信装置２０の反対側に、送信装置２０と略同形状の受信装置２２が対称的に配置されている。
受信装置２２と送信装置２０との主たる相違点は、受信装置２２の光素子２８がレーザ光を受光するフォトダイオードであり、電気素子３０がレーザ光を受けて電気信号に変換するフォトダイオードとなっている点である。

この受信装置２２においても、メタルカバー３２の熱伝達部３２Ａは、半分以上の部分が本体カバー１２の挿入部１４に配置されており、電気素子３０で発生した熱は、メタルカバー３２の熱伝達部３２Ａを介して第２カバー部材１２Ｂの挿入部１４に伝達される様になっている。

（作用）
次に、本実施形態のモジュール内蔵コネクタ１０の作用を説明する。
本実施形態のモジュール内蔵コネクタ１０は、先ず、送信装置２０においては、メタルカバー３２の凹部３６に送信用の光ファイバ５０が接続された送信用の光コネクタ３４を挿入する。光ファイバ５０は、ファイバ挿通部１８を介してモジュール内蔵コネクタ１０の外部へ取り出す。なお、受信装置２２においても送信装置２０と同様に接続固定を行う。

送信装置２０、及び受信装置２２を本体カバー１２の内部に配置した後、図３に示すように、モジュール内蔵コネクタ１０を、機器５２の外装ケース（筐体）５４に形成された挿入口５６を介して機器内部に配置されたソケット４６に接続する。
これにより、ソケット４６の端子４６Ａにモジュール内蔵コネクタ１０の端子４８が接触し、送信装置２０、及び受信装置２２が機器側と電気的に接続される。
本実施形態では、モジュール内蔵コネクタ１０を機器５２のソケット４６に接続することで、挿入部１４の殆どの部分が外装ケース５４の内側に配置されることとなる。

この機器５２は、空調機器によって冷却風が機器内部を循環しており、機器５２の内部温度が予め設定された温度範囲内に管理されているものである。
したがって、機器５２が作動し、信号の送受信等により電気素子３０が発熱した場合、電気素子３０の熱はメタルカバー３２を介して本体カバー１２の挿入部１４に伝達され、挿入部１４の表面から放熱される。挿入部１４には、外装ケース内を循環する冷却風が当たるので、電気素子３０を確実、かつ効率的に冷却することができる。

機器５２の内部温度よりも機器５２の設置されている環境温度（機器外部の温度）が高い場合も想定されるが、機器５２の内部温度が予め設定された温度範囲内に管理されているため、電気素子３０の冷却は環境温度の影響を受け難く、電気素子３０の冷却を確実に行うことができる。
また、電気素子３０の熱は、本体カバー１２の中央部１６、及びファイバ挿通部１８にも伝達されるので、電気素子３０の熱の一部分は外装ケース５４の外側の雰囲気中にも放熱される。

［その他の実施形態］
なお、上記実施形態では、モジュール内蔵コネクタ１０の内部に互いに別体とされた送信装置２０と受信装置２２とが配置されていたが、何れか一方のみが配置される構成であっても良く、１つの基板にレーザ素子、及びフォトダイオードを備えた送受信装置（送信装置と受信装置とが一体となっているもの）をモジュール内蔵コネクタ１０の内部に配置しても良い。

上記実施形態では、モジュール内蔵コネクタ１０の本体カバー１２、及びメタルカバー３２が金属製であったが、熱伝導が良好であれば、セラミックス、合成樹脂等の金属以外の材料から形成されていても良い。

上記実施形態では、熱伝達部３２Ａを矩形の平板形状としているが、本体カバー１２との熱伝達が良好であればその形状は、矩形の平板形状以外であっても良い。

上記実施形態では、電気素子３０がＩＣであったが、電気素子３０は発熱するものであればＩＣ以外であっても良い。

冷却効率を高めるには、電気素子３０を可能な限り挿入部１４に接近させることが好ましいのは勿論である。上記実施形態では、電気素子３０を本体カバー１２の挿入部１４に配置していないが、本体カバー１２の挿入部１４に電気素子３０を配置する余裕があれば、電気素子３０を挿入部１４に配置しても良い。

上記実施形態では、送信装置２０の光素子２８が複数の発光点を有する面発光型半導体レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）であったが、他の形式のレーザ素子であっても良い。

１０ モジュール内蔵コネクタ
１２ コネクタ本体カバー
１４ 挿入部（第１の部分）
１６ 中央部（第２の部分）
１８ ファイバ挿通部（第２の部分）
２０ 送信装置（モジュール）
２２ 受信装置（モジュール）
２８ 光素子
３０ 電気素子
３２ メタルカバー（熱伝達手段）
３６ 凹部（接続部、支持部）
４０ 光学部品
４６ ソケット
４６Ａ 端子（第１の電気端子）
４８ 端子（第２の電気端子）
５２ 機器
５４ 外装ケース

Claims (6)

1. 機器の外装ケースの内側に設けられたソケットに接続された時に、前記外装ケースの内側に侵入する第１の部分、及び前記外装ケースの外側に配置される第２の部分を有するコネクタ本体ケースと、
   前記コネクタ本体ケースの内部に設けられ、光信号の伝達を行う光素子、前記光素子と接続される電気素子、及び前記電気素子と接続され前記ソケットに設けられた第１の電気端子に対して接続可能な第２の電気端子を備えたモジュールと、
   少なくとも一部が前記第１の部分に配置され、前記電気素子で発生した熱を前記コネクタ本体ケースの前記第１の部分へ伝達する熱伝達手段と、
   を有し、
   前記第１の部分に前記第２の電気端子が配置され、前記第２の部分に前記電気素子、及び前記光素子が配置されており、
   前記第１の部分は箱形状とされ、前記第２の部分は前記第１の部分よりも大きな箱形状とされ、
   前記熱伝達手段は、前記第１の部分から前記第２の部分にまたがって配置されているモジュール内蔵コネクタ。
2. 前記熱伝達手段、及び前記コネクタ本体ケースは、金属材料で形成されている、請求項１に記載のモジュール内蔵コネクタ。
3. 前記第１の部分から前記第２の部分にまたがって配置された２枚の第１の電気基板と、
   前記第１の電気基板に電気的に接続され、前記第１の部分に配置された２枚の電気基板と、をさらに備え、
   前記第１の電気基板同士の間隔は、前記第２の電気基板同士の間隔より狭い請求項１又は２に記載のモジュール内蔵コネクタ。
4. 前記熱伝達手段は、光ファイバの端部に設けられた光コネクタを接続する接続部、及び前記光ファイバと前記光素子との間で光の伝達を行う光学部品を支持する支持部を一体的に備え、
   前記コネクタ本体ケースの内面と前記光学部品との最小間隔が、前記コネクタ本体ケースの内面と前記熱伝達手段との最小間隔よりも大きく設定されている、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のモジュール内蔵コネクタ。
5. 機器の外装ケースの内側に設けられたソケットに接続された時に、前記外装ケースの内側に侵入する第１の部分、及び前記外装ケースの外側に配置される第２の部分を有するコネクタ本体ケースと、前記コネクタ本体ケースの内部に設けられ、光信号の伝達を行う光素子、前記光素子と接続される電気素子、及び前記電気素子と接続され前記ソケットに設けられた第１の電気端子に対して接続可能な第２の電気端子を備えたモジュールと、少なくとも一部が前記第１の部分に配置され、前記電気素子で発生した熱を前記コネクタ本体ケースの前記第１の部分へ伝達する熱伝達手段と、を有するモジュール内蔵コネクタと、
   前記モジュール内蔵コネクタの挿入口を備える前記外装ケースと、
   を有し、
   モジュール内蔵コネクタは、前記第１の部分に前記第２の電気端子が配置され、前記第２の部分に前記電気素子、及び前記光素子が配置されており、
   前記第１の部分は箱形状とされ、前記第２の部分は前記第１の部分よりも大きな箱形状とされ、
   前記熱伝達手段は、前記第１の部分から前記第２の部分にまたがって配置され、
   前記外装ケースは、内部の温度が予め設定された温度範囲内に管理されている、モジュール内蔵コネクタ付き機器。
6. 前記第１の部分から前記第２の部分にまたがって配置された２枚の第１の電気基板と、
   前記第１の電気基板に電気的に接続され、前記第１の部分に配置された２枚の第２の電気基板と、をさらに備え、
   前記第１の電気基板同士の間隔は、前記第２の電気基板同士の間隔より狭い、請求項５に記載のモジュール内蔵コネクタ付き機器。