JP6536700B2 - 光トランシーバの放熱装置及び光通信装置 - Google Patents
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Description
より具体的には、本発明は、1つのヒートシンクに複数の光トランシーバを熱的に接触させる方式を採用した光トランシーバの放熱装置及び光通信装置に関する。
光トランシーバは、通常、プラガブル光トランシーバであり、ホスト基板に設けられた金属製のケージに挿抜される。光トランシーバは、ケージの奥部に設けられたコネクタと電気的に接続され、ケージに対する挿入状態がラッチされる。
光トランシーバをケージに挿入すると、光トランシーバの後端のプラグがホスト基板のコネクタに接続される。これにより、光トランシーバとホスト基板の間で通信信号の送受が確立し、光トランシーバへの電源供給が行われる。
図13に示すように、放熱装置100は、ホスト基板101の表面に横並びに配列された複数のケージ102と、ケージ102の開口部103に対応する複数のヒートシンク104と、両端のケージ102の側壁に係合する共通のクリップ105とを備える。
上記のバネ部材107の弾性力により、各ヒートシンク104が光トランシーバ106側に押圧され、各ヒートシンク104がケージ102の開口部103を通じて光トランシーバ106に熱的に接触する。
このため、例えば筐体108(図13の仮想線参照)の周囲温度と筐体108内の光トランシーバ106の動作温度との差をできるだけ小さくするため、ヒートシンク104を筐体108の内面に熱的に接触させたい場合には、複数の光トランシーバ106の発熱を筐体108に対して適切に伝熱できない場合がある。
このため、各ヒートシンク104の上端面と筐体108の内面との密着度合が揃わず、一部のヒートシンク104と筐体108の間に空気が介在し、一部の光トランシーバ106からの発熱を筐体108に適切に放熱できなくなる。
以下、本発明の実施形態の概要を列記して説明する。
(1) 本実施形態の光通信装置は、筐体の内部に複数の光トランシーバが収容された光通信装置であって、複数の前記光トランシーバにそれぞれ対応する複数の接触部と、前記筐体に伝熱可能に結合された伝熱部とを有するヒートシンクと、複数の前記光トランシーバがそれぞれ収容され、前記光トランシーバを部分的に前記接触部側に露出させる開口部を有する複数のケージ部材と、前記開口部を前記接触部に対応させた状態で、複数の前記ケージ部材を前記筐体の内部で保持する保持ユニットと、複数の前記ケージ部材をそれぞれ前記ヒートシンク側に押圧することにより、複数の前記光トランシーバを複数の前記接触部にそれぞれ熱的に接触させる弾性部材と、を備える。
このように、本実施形態では、1つのヒートシンクに複数の光トランシーバを熱的に接触させる方式(以下、「1対多対応方式」という。)を採用しているので、光トランシーバの断面高さの差が、ヒートシンクの伝熱部から筐体側への伝熱性能に影響しない。
このため、スポンジやゴム板などよりなる樹脂製の弾性部材の場合に比べて、弾性部材の経年劣化を抑えることができ、弾性部材によるケージ部材の押圧機能を長期にわたって確保することができる。
この場合、押圧部材の押圧力によって伝熱部が筐体の内面に熱的に接触するので、押圧力をかけずに両者を接触させる場合に比べて、伝熱部から筐体側への伝熱性能を向上させることができる。
この場合、ヒートシンクの伝熱部が、筐体との境界面が存在しない同じ材料の部分よりなるので、別体のヒートシンクを筐体の内面に接触させる場合に比べて、ヒートシンクから筐体側への伝熱性能を向上させることができる。
この場合、第1コネクタをメイン基板に接続し、第2コネクタをホスト基板に接続することにより、フレキシブルケーブルを介してホスト基板とメイン基板を接続できるので、ケージ部材の配置をメイン基板と関係なく概ね自由に設計できる。
上記の分岐型のケーブルを採用すれば、1つの第1コネクタをメイン基板に接続するだけで、複数のケージ部材のホスト基板をメイン基板に配線できるので、ケージ部材の配線作業が容易になる。
その理由は、本実施形態の光通信装置では、複数の光トランシーバ→ヒートシンク→筐体の熱経路で、複数の光トランシーバの発熱が筐体の外部に放熱されるので、筐体内の光トランシーバと外気温度の差を10°C以内に抑えることができ、光トランシーバの動作温度の上限(70°C)を超えないと考えられるからである。
従って、本実施形態の放熱装置は、上述の(1)〜(10)の光通信装置と同様の作用効果を奏する。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の詳細を説明する。なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
本明細書において、部材Aと部材Bを「熱的に接触させる」とは、部材Aと部材Bの接触面同士を直接接触させること、及び、熱伝導シートなどの比較的薄い部材を介在させた状態で、部材Aと部材Bの接触面同士を間接的に接合することにより、接触面間のエアギャップを埋めることの双方が含まれる。
また、本明細書において、部材Aと部材Bを「伝熱可能に結合する」とは、別体の部材Aと部材Bを上記のように熱的に接触させる場合と、部材Aと部材Bを一体に成形する場合とが含まれる。
図1は、本発明の実施形態に係る光通信装置1の斜視図である。図2は、当該光通信装置1の開放状態を示す斜視図である。
本実施形態の光通信装置1は、例えば10G−EPONの中継器よりなり、WDM(Wavelength Division Multiplexing)−PON(Passive Optical Network)にも対応する中継器である。
また、本実施形態の光通信装置1は、OLT側との光通信に用いるトランクポートと、ONU側との光通信に用いるPONポートをそれぞれ8つ有し、合計16個(=8個×2)の光トランシーバ30(図4参照)が筐体2の内部に収容されている。もっとも、光トランシーバ30の収容数は複数であればよく、16個に限定されるものではない。
このため、本実施形態の光通信装置1では、内部を外気から遮断する密閉タイプの筐体2が採用され、光トランシーバ30→ヒートシンク20(図3参照)→筐体2の熱経路で放熱するファンレス方式の放熱装置12(図3参照)が採用されている。なお、光通信装置1を、所定の中継地点に建てられた小規模建物の内部に設置してもよい。
筐体2は、上下方向一方側が開放された上ハウジング3及び下ハウジング4を有する。両ハウジング3,4の開放端縁は、図示しないゴムパッキン等を介して互いに接合される。これにより、筐体2の内部が外気と遮断される。
下ハウジング4は、長手方向端部に位置する一対の側壁4Aと、幅方向端部に位置する一対の側壁4Bと、平面方向から見てほぼ長方形状の底板4Cとを一体に有する。
両ハウジング3,4の側壁3A,4Aには、電源ケーブル(図示せず)の挿通孔6と光ファイバ5(図2参照)の挿通孔7がそれぞれ形成されている。
ファイバマネージャ8と電源ユニット9は、上ハウジング3の長手方向一方側に配置され、電源ユニット10は、上ハウジング3の長手方向他方側に配置されている。MUX/DMUX11は、下ハウジング4の長手方向他方側に配置されている。
ベースプレート14は、下ハウジング4の開放端縁よりやや小さい矩形状の金属プレートよりなり、下ハウジング4の底板4Cに水平状態で固定されている。メイン基板15はリジッドなプリント基板を含み、長手方向の長さがベースプレート14よりも短く、ベースプレート14の長手方向中央部に積層状態で固定されている。
図3は、光通信装置1の下ハウジング4の内部構造を示す斜視図である。具体的には、図3は、図2に示す下ハウジング4から、ファイバトレイ13、MUX/DMUX11及び一部の保持ユニット25(図5参照)などを取り外した状態を示す斜視図である。
図3に示すように、本実施形態の放熱装置12は、下ハウジング4の両側壁4Bの内面に熱的に接触する一対のヒートシンク20と、一対のヒートシンク20をそれぞれ各側壁4Bの内面に押圧する複数の押圧ビーム21とを備える。
ヒートシンク20の正面(Y方向内側の面)には、複数の光トランシーバ30にそれぞれ対応する複数の接触部22が形成されている。接触部22は、ヒートシンク20の正面から膨出する縦リブよりなり、縦リブの突出端面は、上下方向に長い長方形状の接触面となっている。
このため、同じ形状の複数(図例では8個)の接触部22が、ヒートシンク20の正面にX方向に間隔をおいて配列されている。複数(図例では8個)の光トランシーバ30は、複数の保持ユニット25により、下ハウジング4の内部において接触部22と対面する位置に配列されている。
ヒートシンク20の正面には、下側に進むに従ってY方向内側にやや傾斜するテーパー面24が形成されている。テーパー面24は、ヒートシンク20の長手方向(X方向)端部と中央部の合計3カ所に形成されている(図7参照)。
この状態で、一対のヒートシンク20のテーパー面24の間に複数(図例では3本)の押圧ビーム21が上から押し込まれる。これにより、各押圧ビーム21の両端により一対のヒートシンク20がそれぞれY方向外側に押圧され、各ヒートシンク20の伝熱部23が側壁4Bの内面に押圧される。
本実施形態の放熱装置12は、更に、下ハウジング4の内部において複数のケージ部材35(図4参照)を保持し、ヒートシンク20に対する位置決めを行う保持ユニット25を備える。保持ユニット25の構成については後述する。
図4は、光トランシーバ30とケージ部材35の斜視図である。
図4に示すように、本実施形態の光トランシーバ30は、例えばXFP型のプラガブル光トランシーバよりなる。光トランシーバ30は、ほぼ直方体状に形成された金属製の中空ケースよりなる本体部31と、本体部31の長手方向一端側に取り付けられたソケット部32とを備える。
ソケット部32には、光ファイバ5の端部に設けられた光コネクタ34を着脱自在に接続することができる。ソケット部32の内部には、光コネクタ34に対応するレセプタクル(図示せず)が収容されている。
ケージ36は、ほぼ直方体状の金属製の中空ケースよりなる。ケージ36の長手方向一端側には挿入口38が設けられている。ケージ36及び挿入口38の内周面の断面形状は、本体部31の外周面の断面形状よりもやや大きい。従って、光トランシーバ30の本体部31を、ケージ36の内部に長手方向に沿って挿抜することができる。
従って、光トランシーバ30の本体部31を挿入口38からケージ36の内部に挿入すると、光トランシーバ30のプラグ33がホスト基板37のコネクタ39に接続される。これにより、光トランシーバ30とホスト基板37の間で通信信号の送受が確立し、光トランシーバ30への電源供給が行われる。
ホスト基板37の長手方向他端部には、フラットなフレキシブルケーブル41が接続されている。なお、フレキシブルケーブル41は、必ずしもフラットタイプである必要はなく、ワイヤケーブルであってもよい。
図5は、放熱装置12の保持ユニット25を正面側から見た斜視図である。図6は、放熱装置12の保持ユニット25を背面側から見た斜視図である。図7は、放熱装置12の分解斜視図である。
以下、これらの図を参照して、放熱装置12の構成要素の1つである保持ユニット25の構成を説明する。
保持プレート45は、上端部にフランジ部49が屈曲形成されたほぼL型の鋼製板材よりなる。フランジ部49には、ケージ部材35の挿入口38に対応する複数(図例では4つ)の挿入窓部50が形成されている。
このとき、保持プレート45の幅方向が接触部22の配列方向(X方向)と一致し、保持プレート45の内面と各接触部22との間隔D(図8参照)がそれぞれ同じ寸法になる。また、各挿入窓部50は接触部22と対応するX方向の位置に配置される。
被覆板部51は、ケージ部材35の開口部40よりも若干大きい開口部53を有する。位置決め部材46は、一対の取付板部52を保持プレート45にねじ止めすることにより、ケージ部材35を抱き込んだ状態で保持プレート45の内面に取り付けられる。
被覆板部51と保持プレート45との厚さ方向(Y方向)の間隔は、ケージ部材35の同方向寸法よりも大きい。このため、位置決め部材46に抱き込まれたケージ部材35は、保持プレート45の厚さ方向(Y方向)の移動が許容される。
なお、複数(図例では4個)の位置決め部材46を一体化し、例えば樹脂成形品よりなる1つの部材で構成することにしてもよい。
取付片部54をホスト基板37の下端縁にねじ止めすると、係合片部55は、ホスト基板37の裏面側に突出する。突出した係合片部55は、保持プレート45の下端部に形成された係合スリット56に嵌合可能である。
係合片部55は、係合スリット56に対して抜け止めされずに嵌合する。従って、係合片部55が係合スリット56に嵌合した後も、位置決め部材47が固定されたケージ部材35が保持プレート45の厚さ方向(Y方向)に移動するのは許容される。
なお、複数(図例では4個)の位置決め部材47を一体化し、例えば樹脂成形品よりなる1つの部材で構成することにしてもよい。
圧縮バネ58は、バネ鋼よりなるプレートを所定形状に屈曲形成してなる板バネよりなる。圧縮バネ58は、短冊状の取付プレート59と、取付プレート59の一部を切り起こした上下一対の押圧片60とを有する。
圧縮バネ58は、保持プレート45の内面における挿入窓部50に対応するX方向の位置に間隔をおいて配置される。従って、1つの圧縮バネ58は1つのケージ部材35と対応しており、1つのケージ部材35のみにY方向の押圧力を付与する。
また、板バネよりなる圧縮バネ58が例示されているが、圧縮バネ58は、皿バネ又はコイルバネなど、他の形態のバネ部材を採用することにしてもよい。
更に、複数の圧縮バネ58よりなる弾性部材48が例示されているが、複数のケージ部材35に同時に押圧力を付与する共通の部材よりなる弾性部材を採用してもよい。
図8は、放熱装置12の装着状態を示す縦断面図である。
図8に示すように、筐体2とは別体のヒートシンク20は、伝熱部23が側壁4Bの内面に熱的に接触するように、下ハウジング4の内部に装着されている。ヒートシンク20の側壁4Bに対する熱的な接触は、前述の押圧ビーム21の押圧力により達成される。
ヒートシンク20が装着された後は、ケージ部材35が収容された図5の保持ユニット25が下ハウジング4の内部に装着される。
このとき、ケージ部材35の開口部40と位置決め部材46の開口部53が、それぞれヒートシンク20の接触部22に対応する位置にセットされる。また、保持プレート45の内面と各接触部22との間隔Dはそれぞれ同じ寸法になる。
かかる圧縮バネ58の押圧片60の弾性力Fにより、光トランシーバ30の本体部31が、開口部40,53に突出しているヒートシンク20の接触部22に熱的に接触する。
図9は、メイン基板15とホスト基板37の接続方法を示す斜視図である。
図9に示すように、メイン基板15は、リジッドなプリント基板よりなる基板本体63と、基板本体63の回路部分を上方から覆うカバープレート64とを有する。基板本体63には、光トランシーバ30が出力する電気信号を情報処理する、CPU(Central Processing Unit)及びメモリなどを含む電子回路が実装されている。
本実施形態では、下ハウジング4の各側壁4B,4Bにそれぞれ8つのケージ部材35が配列されるので、基板本体63の幅方向一端縁に8つのコネクタ65が長手方向(X方向)に間隔をおいて配列され、基板本体63の幅方向他端縁にも8つのコネクタ65が長手方向(X方向)に間隔をおいて配列されている。
非分岐型のフレキシブルケーブル41は、メイン基板15の基板本体63に接続される1つの第1コネクタ41Aと、ホスト基板37に接続される1つの第2コネクタ41Bとを有する。
分岐型のフレキシブルケーブル42は、メイン基板15の基板本体63に接続される1つの第1コネクタ42Aと、ホスト基板37に接続される複数の第2コネクタ42Bとを有する。なお、分岐型のフレキシブルケーブル42についても、必ずしもフラットタイプである必要はなく、ワイヤケーブルであってもよい。
図11は、本発明の実施形態に係る放熱装置12の概略図である。
図11に示すように、本実施形態によれば、弾性部材48が、保持ユニット25に保持された複数のケージ部材35をそれぞれヒートシンク20側に押圧することにより、複数の光トランシーバ30をヒートシンク20に形成された複数の接触部22にそれぞれ熱的に接触させる。
すなわち、光トランシーバ30の断面高さH1に差があっても、ヒートシンク20の伝熱部23を筐体2に対して適切に接触させることができる。従って、複数の光トランシーバ30を筐体2に収容する光通信装置1において、筐体2の周囲温度と筐体2内の光トランシーバ30の動作温度との差を小さくすることができる。
このため、スポンジやゴム板などよりなる樹脂製の弾性部材の場合に比べて、弾性部材の経年劣化を抑えることができ、弾性部材によるケージ部材35の押圧機能を長期にわたって確保することができる。
このため、押圧ビーム21の押圧力によって伝熱部23が筐体2の内面に熱的に接触するので、押圧力をかけずに両者を接触させる場合に比べて、伝熱部23から筐体2側への伝熱性能を向上させることができる。
図12の放熱装置12では、ヒートシンク20が、筐体2の内面から突出するように当該筐体2に一体に成形された部材で構成されている。
この場合、ヒートシンク20の伝熱部23が、筐体2との境界面が存在しない同じ材料の部分で構成されるので、別体のヒートシンク20を筐体2の内面に接触させる図11の場合に比べて、ヒートシンク20から筐体2側への伝熱性能を向上させることができる。
このため、例えば図9に示すように、メイン基板15を横向きに配置し、ケージ部材35のホスト基板37を縦向きに配置するなど、ケージ部材35の配置をメイン基板15と関係なく概ね自由に設計できるという利点がある。
温度範囲の上限に着目すると、外気温度が60°Cの場合でも光トランシーバ30の動作温度を70°C以内に収める必要がある。すなわち、光トランシーバ30の動作温度と外気温度との温度差ΔTを10°C以内に抑える必要がある。
従って、本実施形態の光通信装置1は、10G−EPONの中継器に求められる比較的厳しい温度条件(外気温度で−40°C〜60°Cの範囲)の場合でも、好適に使用することができる。
具体的には、外気温度を計測する温度センサの測定値が0°C未満になると作動して光トランシーバ30を加熱し、温度センサの測定値が0°C以上の所定値を超えるとオフになって加熱を停止するヒーターを、筐体2の内部に設置すればよい。
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、本実施形態の放熱装置12は、PONの中継器だけでなく、OLT又はONUなどの他の光通信装置1に搭載することもできる。
2 筐体
3 上ハウジング
3A 側壁
3B 側壁
3C 天板
4 下ハウジング
4A 側壁
4B 側壁
4C 底板
5 光ファイバ
6 挿通孔
7 挿通孔
8 ファイバマネージャ
9 電源ユニット
10 電源ユニット
11 MUX/DMUX
12 放熱装置
13 ファイバトレイ
14 ベースプレート
14A スリット
15 メイン基板
16 メイン基板
20 ヒートシンク
21 押圧ビーム(押圧部材)
22 接触部
23 伝熱部
24 テーパー面
25 保持ユニット
30 光トランシーバ
31 本体部
32 ソケット部
33 プラグ
34 光コネクタ
35 ケージ部材
36 ケージ
37 ホスト基板
38 挿入口
39 コネクタ
40 開口部
41 フレキシブルケーブル
41A 第1コネクタ
41B 第2コネクタ
42 フレキシブルケーブル
42A 第1コネクタ
42B 第2コネクタ
45 保持プレート
46 位置決め部材
47 位置決め部材
48 弾性部材
49 フランジ部
50 挿入窓部
51 被覆板部
52 取付板部
53 開口部
54 取付片部
55 係合片部
56 係合スリット
58 圧縮バネ
59 取付プレート
60 押圧片
63 基板本体
64 カバープレート
65 コネクタ
Claims (11)
- 筐体の内部に複数の光トランシーバが収容された光通信装置であって、
複数の前記光トランシーバにそれぞれ対応する複数の接触部と、前記筐体に伝熱可能に結合された伝熱部とを一体に有するヒートシンクと、
複数の前記光トランシーバがそれぞれ収容され、前記光トランシーバを部分的に前記接触部側に露出させる開口部を有する複数のケージ部材と、
前記開口部を前記接触部に対応させた状態で、複数の前記ケージ部材を前記筐体の内部で保持する保持ユニットと、
複数の前記ケージ部材をそれぞれ前記ヒートシンク側に押圧することにより、複数の前記光トランシーバを複数の前記接触部にそれぞれ熱的に接触させる弾性部材と、を備える光通信装置。 - 前記保持ユニットは、幅方向が前記接触部の配列方向と一致しかつ複数の前記接触部との間隔が同じになるように、前記筐体の内部に設けられた保持プレートと、
前記保持プレートに対する幅方向及び縦方向の移動を規制しかつ厚さ方向の移動を許容するように、複数の前記ケージ部材を前記間隔の内部において位置決めする位置決め部材と、を有する請求項1に記載の光通信装置。 - 前記弾性部材は、前記保持プレートと前記ケージ部材との間に介在された金属製の圧縮バネよりなる請求項2に記載の光通信装置。
- 前記ヒートシンクは、前記筐体と別個の部材であり、
前記ヒートシンクの前記伝熱部は、前記筐体の内面に熱的に接触する部分よりなる請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の光通信装置。 - 前記ヒートシンクを前記筐体の内面に押圧することにより、前記伝熱部を前記筐体の内面に熱的に接触させる押圧部材を、更に備える請求項4に記載の光通信装置。
- 前記ヒートシンクは、前記筐体と一体の部材であり、
前記ヒートシンクの前記伝熱部は、前記筐体との境界面が存在しない同じ材料の部分よりなる請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の光通信装置。 - 前記ケージ部材は、1つの前記光トランシーバが収容されるケージと、1つの前記ケージが表面に取り付けられたホスト基板とを有する請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の光通信装置。
- 前記光トランシーバが出力する電気信号を情報処理する電子回路を含むメイン基板と、
前記メイン基板に接続される第1コネクタと、前記ホスト基板に接続される第2コネクタとを有するフレキシブルケーブルと、を更に備える請求項7に記載の光通信装置。 - 前記フレキシブルケーブルは、前記第1コネクタを1つ有しかつ前記第2コネクタを複数有する、分岐型のケーブルよりなる請求項8に記載の光通信装置。
- 前記光通信装置は、前記筐体の周囲温度が60°C以下である場所で使用される請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の光通信装置。
- 複数の光トランシーバからの発熱を放熱する装置であって、
複数の前記光トランシーバにそれぞれ対応する複数の接触部と、光通信装置の筐体に伝熱可能に結合された伝熱部とを一体に有するヒートシンクと、
複数の前記光トランシーバがそれぞれ収容され、前記光トランシーバを部分的に前記接触部側に露出させる開口部を有する複数のケージ部材と、
前記開口部を前記接触部に対応させた状態で、複数の前記ケージ部材を前記筐体の内部で保持する保持ユニットと、
複数の前記ケージ部材をそれぞれ前記ヒートシンク側に押圧することにより、複数の前記光トランシーバを複数の前記接触部にそれぞれ熱的に接触させる弾性部材と、を備える光トランシーバの放熱装置。
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