CN1044289C - 光纤连接器锁合机构 - Google Patents

Abstract

一种光纤连接器包括装于母板上的插座和装于子板上的插头。插头有可滑动的插头基体，此插头基体由抵靠插头壳体的台肩的止推片固位，使插头基体可以插入插座的空腔中。插座的锁合部件用于被锁合至插头基体的棱上，从而使插头的套管与插座的套管弹性对接。将插头基体进一步插入插座中，会使棱脱离插头基体的止推片，从而使插头向后弹，使插头壳体能在无弹簧阻力的情况下向前滑动，使能滑除在子板和母板之间空间中的一定偏差的影响。

Description

光纤连接器锁合机构

本发明涉及一种用于锁合光纤连接器的机构，更具体地讲是涉及用于在板或母板与电路板之间进行光学连接的连接器的锁合机构。

在电子二业中，借助光纤传输信号是很常见的，因为光传输与电信号传输相比有许多优点，即，非常高的信号传输速率以及光信号对电磁场的不敏感性。高速数据传输的一个常见例子，是在带有印刷电路的基底之间的传输，因此常常希望在(接线)板间同时设置电和光连接，而且这种连接常发生在母板和子板之间。

光纤缆通常由包层围绕的内芯体、包绕内芯体的增强纤维以及保护用望料绝缘层组成。芯体承载全部或大部分光，并且通常由玻璃或塑料制成，因此芯体的直径甚至可以小到2至8微米。围绕芯体的包层通常由塑料或玻璃制成，并由于特定选择的芯体和包层的不同折射系数，而起到把光保持于芯体中的作用，因而包层的外径可大致为20至125微米。内部光传输芯体的很小的直径意味着，在两根光纤耦合时要求很高的精度。这可通过将芯体和外壳置入精密制造的套管的内孔，并通过接合固定于其中来实现，从套管端头伸出的光纤和套管端头随后要进行精细抛光，以使光纤与套管端头平齐。然后将套管插入一个精密制造的套筒中，此套筒与套管精确对中和准直，以便另一光缆的套管可导入此套筒的另一端，直至两套管端头以精确对准的方式对接。保证所连接的光纤的端头之间隙尽可能小并保持不变，也是重要的，因此要求套管彼此压靠。这可通过装于光纤连接器中并推压套管的弹簧实现。弹簧还消除套管端头的轴向位置变化的影响。为使套管在套筒中精确对中，必须使套管相对于连接器“漂浮”，这可通过在套筒和壳体之间留取一定间隙来实现。

在板与板之间形成光连接的困难之一，来自于板的不准确的间隔，这可能是由于例如采用混合连接器而导致的；在这类混合连接器中，若干个相邻的光和/或电连接器被设置在一个板上并且同时插接到位于母板上的配合连接器上。为了对付两或三毫米的轴向偏差，可通过简单地使插座和相配合用的插头或接头足够地长，而很容易地设计出电连接器。但是，光连接器的问题是，轴向偏差是由上述的弹簧装置补偿的，而弹簧装置可能产生非常高的压力或者不充足的压力。这种变化的弹力是不希望的，这是由于母板上的负载可能很高且套管的对接力无法控制。另外，希望避免让弹力通过板来吸收，因为这会使板扭曲，并且会要求板有更强的和更昂贵的结构支撑。

上述问题中的某些问题已由现有技术部分地克服，此现有技术记载于1992年10月出版的“光波技术”第10卷第10号中刊登的题目为“小型自保持多套管光学基板连接器”的文章中(“Compactand Self-Retentive Multi-Ferrule Optical Back PanelConnector”,in“Journal of Light Wave Technology,Vol.10,No.10,October 1992”)。此文献描述了为实现一基板与印刷电路板之间的光连接而安装于基板上的插座和安装于印刷电路板上的插头，而插头具有锁合机构，以便锁合至插座的内壳体上。插头还具有锁合释放装置，它使插头和插座脱离插座的外部壳体，此外部壳体连至基板上。这种解决方案提供了使连接弹力脱离板的手段，并容许插头和插座相对于基板作轴向运动，从而补偿轴向偏差。但是，与此解决方案有关的问题之一是，基板插座可能具有相当数量的光学接头，因而连至基板插座后部的光缆比较重和僵硬，从而给插座较大负载。

但该插头必须能够在外部壳体中滑动，这意味着，插座和外部壳体之间的装配必须容许有小的间隙。不仅插座在基板上的装配由于这种滑动要求而减弱，而且插座在外部壳体内的滑动也因增大的摩擦力和承载光缆引起的插座在外部壳体内的倾斜而变得更为困难。

因此，本发明的目的之一是要提供一种可安装于板上的光连接器，此连接器可以消除其与板间的轴向偏差的影响，并且在基板、插头和插座之同具有牢固的和固定的连接。

本发明的另一目的是要提供一种光连接器，此连接器不会通过它们所连接的板产生显著的力。

本发明的再一个目的是要提供一种光连接器，此连接器可消除轴向偏差的影响，且不影响连接器中的弹力。

本发明的又一个目的是要提供一种用于光连接器的可靠锁合机构，此机构可很容易地锁合和解锁而不需任何工具。

本发明的进一步的目的是要提供一种包括光和电两种连接器的混合连接系统，其中光连接器能消除电连接器所需的轴向容差的影响。

本发明的目的已通过提供这样的光纤连接器实现，此连接器包括至少一个可安装于一个板上的插座和至少一个可安装于一个板上以便在这些板之间进行光连接的插头，其特征在于插座壳体具有与插头基体的锁合装置配合的锁合装置，以在其间形成抵抗弹簧装置的力的锁合，插头基体可在插头壳体中滑动并具有止推装置，此止推装置与插头壳体的止推装置配合，以通过产生一个与作用于插头壳体上的弹簧力相反的力来使插头基体插入插座并与该插座锁合，插座基体包括用于与止推装置脱离的装置，以便弹力为锁合装置所承受，并在容差补偿距离内使插头壳体可自由地向插座滑动而不需任何力。

下面参照附图详细描述本发明的优选实施例，附图中：

图1是一种商业上可得到的插头和插座组件的立体示意图；

图2是图1所示的插头组件的分解示图；

图3是图2的插头基体的分解示意图；

图4是图1所示的插座组件的分解示图；

图5是通过图1和4的插座组件的轴向中心线的剖视图；

图6是本发明的插座的剖视图，所示的插座正要插接一插头，插座壳体以剖面线示出；

图7是根据本发明的单位置插头连接器的分解立体图；

图8是图7所示的壳体的前侧锁合结构的详细立体视图；

图9至13示出插座和插头的完整锁合程序，其中图11为止推装置释放时的瞬间示意图；

图14至17示出插头和插座的分离顺序；

图18是光学连接器的稍微不同的实施例的剖视图，其中插头和插座壳体以实线表示；

图19是用于混合连接器的一体式壳体的前视平面图，此连接器具有光和电两种接头；

图20为图19所示的壳体的底视图；

图21为图19所示的壳体的侧视图。

首先参照图1，一个商业上可得到的光纤插头组件以标号2总体表示，此插头组件可插入并可锁合地连接至一个插座组件，后者以标号4表示。这种公知的光纤连接器插头2是由标号6总括地表示的内部插头基体和外部插头壳体8组成的。

现参照图2和3更详细地描述插头组件2。图2中示出的内部插头基体6在图3中是以分解图形式示出的，它包括一个绝缘本体10、一个套管部件12、一个螺旋形弹簧14、一个绝缘管16和一个内基体部分18。本体部分10包括一个用于容纳套管12的内腔20，内腔20的后部的形状使之可容纳内基体部分18的前端22，以便陶瓷套管12可移入装有弹簧的壳体部分10内并可在套管组件的活塞部分24与内基体部分18的外缘26之间浮动。因此，光纤28可滑动地穿过内基体部分18、绝缘管16和螺旋形弹簧14，并到达其在套管12中的最终位置，以使套管和内基体部分18由此而被容纳于壳体部分10中，以由弹簧固位。

壳体10包括上和下表面30和侧表面32。正如这里将详细描述的那样，壳体10具有斜切表面34，它为壳体10提供了取向特性。壳体10具有凹进表面36，它向后延伸至横向棱38，此棱之后是另一凹进表面40。再向后，设有一斜面42，它向上延伸至突起的止动表面44。应注意的是，图3所示的壳体10的下侧与顶表面是相同的，尽管在图3中仅可看到其中的一个表面。

现在参照图2，这呈详细示出了外部插头壳体8，它包括一个内腔体50，此腔体用于可滑动地把壳体10从其后部容纳至一个锁定状态。腔体50设有与斜切表面34相对应的表面52，以使插头壳体10在外部壳体8中正确取向，外部壳体8设有锁合开口54，此开口向前延伸至前端对接面56，。开口54确定了两个侧壁58，它们位于开口54两侧并通过上下桥接部分60互连。侧壁58从前端面56向后延伸并包括凸轮表面62，此表面62倾斜地向后延伸至外部壳体8的顶表面64。在侧壁58的内表面上形成有一凹部，此凹部包括下斜缘66和水平缘68。在开口54的后缘上形成有一个缺口70，正如这里将详细描述的那样，此缺口70为壳体8构成一止动部件。壳体8还包括一个取向突耳72，此突耳仅存在于此壳体的一侧，以便与插座组件4正确对位。

现在内部插头基体6可以被可滑动地容纳于壳体8的后部，并到达图1中所示的完全锁定位置，此时突起的止动表面44被容纳于缺口70中，这便防止了插头基体6的回移。插头基体6还在插头壳体8中前移至这样的位置，即，横向棱38抵靠桥接部分60的后缘。

现参照图1、4和5，详细描述插座组件4。插座组件4由两个具有凸缘82的相同半部80组成，这两个凸缘82可彼此对接并通过诸如粘接或超声波焊接之类的方法定位。插座组件4还包括两个相同的锁合部件84，其间容纳一个纤维准直套管85。套管85被容纳于锁合部件84后部的开口86中，并借助柱形套筒88前端的台肩90而被保持于锁合部件84的柱形套筒88中，这在图4和5中显示得最清楚。锁合部件84还包括锁合伸展部分91，此部分91包括独立的锁合凸台92，它们的侧面有侧翼部分94。金属弹簧夹持部件95可夹连至插座半部80中的一个上，插座组件4由此可被夹连于诸如图5中的剖视图所示的母板100之类的板上，其中插座组件4安装于凸缘82与夹持部件95上的锁合板96之间的母板100上。最后，相同的半部80包括取向槽98，以便容纳插头组件2上的取向突耳72。

现在详细描述插头组件2与插座组件4的互连和分离。插头组件2可如此容纳于插座组件4的接纳腔体99中(图5)，即，套管12被置于插座组件4的准直套管85中，应指出的是，锁合伸展部分91上的翼形部件94(图4)与凸轮表面62一样宽(图2)，但比侧壁58(图2)上的内表面71窄(图1)。因此，插头组件2向插座组件4内的移动使外侧的翼形部件94沿凸轮表面62上移而到达顶端表面64，由此继续插入插头组件2会使翼形部件94沿表面66下移而到达表面68上的支承位置(图2)。这使插座组件4的锁合凸台92被定位于横向棱38之后。由于弹簧施于套管部件12上的力，内部插头基体6在配合时总是位于这样的位置，即凸台92以与横向棱38贴合的方式实现锁合。施加于内基体部分18或纤维光缆7上的拉力将不会把插头组件2从插座组件4中拉出，因为凸台92锁卡于横向棱38之后。

为了从插座组件4中抽出插头组件2，可使外部壳体8后移至这样的位置，即，横向棱38的前缘抵靠桥接部分60(图2)的后缘，从而使外侧的翼形部件94(图4)沿表面66上移并到达顶表面64(图2)。这造成锁合凸台92上移，从而使外部插头壳体8的进一步后移造成整个插头组件2移出。

对用于(例如)子板连接器的上述连接器系统尤其是与具有插头和相配合的插座的电连接器组合使用的上述连接器系统已做了实质性改进。更具体地讲，本发明人已提出，将与图1至3中公开的连接器相似的光纤连接器沿与欧洲专利公开号0422785中公开的连接器相似的插座连接器的侧面装配于子板上。类似地，将与上述图4和5中公开的组件相似的插座组件沿上述欧洲专利申请中描述的接头座的侧面连至母板上。尽管非常希望实现光纤连接器与上述欧洲专利申请中公开的连接器系统的组合，但其组合增添了新的困难。

对于在上述欧洲专利申请中描述的系统而言，一个要求是，在相配合的例如2.5mm的连接器之间，必须有一个轴向容差。因此，上面参照图1-5描述的光纤系统是不能利用的，因为此光纤系统实质上承载母板和子板。例如，若类似于图2的连接器插头被直接安装于子板上，且电插头和光纤插头被容纳于其相应的相配合的接头座和光纤插座中，并处于光纤插头完全锁合的配合状态位置，即如上述的那样锁合凸台92位于横向棱38之后，那么，由于所述的容差因素，仍需要使子板进一步前移另一2.5mm。尽管子板的前移是可能的、但由于螺旋形弹簧14，对于承受完全轴向的载荷的子板和母板而言，由螺旋形弹簧中的附加偏移而加至套管上的附加力将是不能承受的。

现在参照图6，此图示出一种可与电连接器组合使用的光纤系统，即所谓的混合连接器。可以发现，从母板的左侧安装的插头可以是，而且实际上所显示也正是，与图1的现有插头连接器相同的。如图6的剖面所示，插座组件与图1中所示的有所不同，因此以参考数字204来标示。不过，插座80和内部锁合部件84与参照图1-5描述的相应部分基本相同。

现在参照图6和7，其中具有一些与插头组件2相似的特征的一插头被总体地以102表示，此插头的外部壳体104固定于即刷电路子板101上，其内部插头基体106可滑动地容纳于壳体104的空腔111中。插头基体106具有一壳体109(图7)，此壳体109包括一内腔体110，在此腔体内装有推压活塞114的螺旋形弹簧112，一套管116装至此活塞114上，该套管116具有细的中央内腔，以用于容纳光纤。

现参照图7，所示的壳体109具有一个围绕套管116的管套118。与上述的插头基体6的结构相似，插头基体106也具有一横向肋128，在该肋128之后有一凹槽126。与诸如图1的实施所示的具有突起的表面44的结构不同，插头基体106具有一弹性锁合片150，此锁合片例如可卡接壳体109的周围，或者也可以是基体106的一个组成部分。

现参照图8，外部壳体104包括具有倾斜的前凸轮表面124、顶表面125、倾斜的后凸轮表面122和下表面121的凸轮部件120。有两个由开口127分隔的凸轮120。在外部壳体104的前端是连接凸轮部件120的桥接部分131。此桥接部分131还起到阻止插头基体106向前抽出的作用，从而使插头基体106的向前抽动会使其横向棱128抵靠住桥接部分131。

再参照图6，插头壳体109具有一外周边表面151，后者的轮廓基本与空腔111的内表面153一致，以便插头基体106可滑动地装配于空腔111中。弹性止推片150斜向后伸出，并可与插座壳体104的台肩前端面152啮合。插头基体106被横向棱128以相反方式保持在抵靠桥接部分131的状态。止推片150能使插头基体106插入插头2中，因为止推片150与插头基体106的台肩152啮合，同时，作用于对接套管12和116上的弹簧力对插头基体106产生一个后推力。对此应指出的是，套管116向外延伸到管套118之外，而且比相对应的套管12伸出相应的管套35的长度更大，其原因将在此解释。

如图6中所示，插座壳体204实质上与上述的插座组件4相似。如上所述，母板侧可具有一个与上述结构相似的插座部件80以及一个与上述结构相同的锁合插接部件84。不过，在子板一方需要一个专用的插座壳体部分280，此部分280具有处在中心设置的操作棱248，此棱邻近插座壳体280的配合面，以使棱248的宽度适于被容纳至两凸轮部件120(图8)之间。还需要一个不同的锁合部件284，它具有比相对侧的相应锁合臂91长得多的锁合臂291，其原因将在此详细描述。

锁合程序被清楚地示于图9至13中，在图9中示出的插头102被部分地插至插座204的空腔213中，而套管116被部分地插至管套85中，且锁合臂291由于翼形部件294与插接凸轮表面124和125的接合而被弹性地向外偏置。锁合凸台292越过凸轮部件120之间的桥接部分131。图10示出，锁合凸台292位于插座壳体109的凹槽126中且在用于防止向后拉出的横向棱128之后。凸台292穿过凸轮部件120之间的开口127(参见图8)延出，翼形部件294支承于较低的凸轮表面121上。在图10所示的位置中，插座管套118在中心部分288之上，且套管12和116借助弹簧力而彼此对接。在图10所示的位置中，实现了两个插头2和102之间的光学连接，并且这些插头被可拆卸地锁合至插座204上。需要特别指出的是，当处于图10所示的位置时，管套118是与端面289分开的，这与其相对部分35不同。

不过，这是一个不利的状态，因为在子板和母板的边缘之间的轴向间隔D中几乎没有容差。若要求子板101和母板100之间的距离小于D，那么就必须对插头壳体104旋加一个力，此力向前推移止推片150并因此挤压弹簧112，由此将使横向棱128前移，从而与锁合凸台292分离。

如果止推装置150和152配合，并且子板101与母板100之间的距离小于D，那么力环(force loop)按下列顺序形成：

插头套116-活塞114-弹簧112-插头壳体109-止推片150-插座壳体104-子板101-基板或结构母板100-插座壳体204-锁合凸台92-插座壳体6-弹簧14-活塞24-套管12。从上面可以看出，弹簧力为子板101和母板100所承受，这是一种不希望有的状态，根据连接器中光学终端的数量，这些力会很大，从而导致子板101和母板100的变形，并且要求更强的、因此也更昂贵的安装结构。

为避免上述的不希望的状态，插座壳体204设有致动棱248，如图9、10和11中所示，致动棱248在插头102的凸轮部件120之间滑动，因而致动棱248具有非常靠近基体106的外表面151的内表面249(图6)。图11示出，子板101和插头102更深地插入插座204中，直至棱248移过台肩152而到达插头壳体104的槽151中，弹性止推片150向内偏移，以致于它们与台肩152脱离啮合。图11实际上表示出一瞬时状态图，因为在此位置中，插头基体106不再被止推片150向前推，因此将被弹向后方直至锁合凸台292触及横向棱128，如图12所示。

图12和13中所示的连接的力环包含在连接器之内，该力环即：插头套管116-活塞114-弹簧112-插头壳体109-插座锁合臂291-插座6-插座弹簧14-插座活塞24-插座套管12。

上述力环不会象前述的那样当止推装置150和152啮合时对子插件和母板施力。因此，插头壳体104和子插件101实际上可以无阻力地向前滑移至图13的位置，并且再回到图12的位置，因此允许在子插件101至母板100的轴向同隔中有一容差T，如图13所示。这是允许的，因为如图12和13所示，插头壳体104完全从插头基体106上脱开，此插头基体完全通过在横向凸棱128上的凸台292而被保持在母板100上。

为了从插座上取下插头，只要向后拉插头壳体104就足够了，即，如图14所示，抽拉子板101，从而使翼形部件294与释放凸轮表面122配合，促使锁合臂291弹性地外偏，(如图15所示)，直至翼形部件294越过顶部的凸轮表面125(图16)，从而使锁合凸台292能越过横向棱128。然后可将插头102完全从插座中抽出来，如图17所示，从而使止推片150可以再次与插座台肩152配合，以便通过重复图9至12所示的步骤进行插头与插座的再连接。

现参照图18，这里示出插头连接器的另一实施例102′，其中锁合臂或止推部件150′与壳体109整体模制而成，并包括凸轮表面149，此表面149与插座壳体上的棱248配合，以便使插头壳体109脱离外部壳体104。图18还示出另一种锁合臂91′，它是相反地制作的，并包括一体的翼形部件94′。

虽然参照如图7中所示的单插头壳体104对本发明进行了描述，在图19中示出了另一种连接器组件300，它包括电接头壳体部分301和具有外壳304的纤维接头部分302。这里设有任意数量的多个腔体311，这些腔体以相同方式容纳插头部件106(图7)。在各腔体311的附近设有凸轮部分320，以便如上所述地与插头部件106锁连。如图19所示，壳体304具有用于贴靠子板的下表面330和多根由其伸出的定位杆332，后者用于校正壳体304在子板上的定位。如图19中所示，连接器部分301包括多个终端插接板340，它们与上述的欧洲专利申请号0422785中描述的情况相似。

上述的本发明涉及优选的实施例。但是，在不脱离本发明的精神的情况下，可以构想出关于插头壳体、插头锁合部件、插座壳体、插座和止推装置的许多不同的形状和尺寸及连接方式、以及关于凸轮部件的数量和形状，以及关于装在连接器内的光纤的数重。

Claims (13)

1．一种光纤连接器，包括可安装于一个板上的插座和可安装于另一个板上的插头，以便通过弹簧装置实现光连接，插座包括壳体、至少一个用于支撑光纤的套管、阻止失配装置，且插头包括：壳体；至少一个插头基体，它装配有至少一个用于支撑光纤的套管；止推装置，它们使插头能够插入插座中；其特征在于插座和插头还都包括锁合装置；插座锁合装置与插头锁合装置配合，以便把插头基体保持于插座上从而在其间实现光连接，而且在光连接过程中插座、插座板和插头基体处于相对静止关系，插头壳体和插头板可在一个容差允许距离(T)内轴向相对移动，这种轴向移动不影响由连接弹簧装置产生的力。

2．根据权利要求1的连接器，其特征在于每个插头套管均被安装于一独立的插头基体上。

3．根据权利要求1或2的连接器，其特征在于插头基体基本上安装在插头壳体的一空腔内，并具有靠近空腔的内表面的外表面，以便在止推装置相互脱离时，插头基体可在空腔中得到引导而作轴向滑动。

4．根据权利要求3的连接器，其特征在于插头壳体的其前端具有一个伸至空腔中的桥接部分，此桥接部分可与插头基体的横向棱配合，以阻止插头基体被从空腔中向前拉出。

5．根据权利要求1的连接器，其特征在于止推装置包括连到插头基体上的弹性征和插头壳体的台肩，弹性抵靠台肩，以便通过施于插头板上的力将插头基体推至与插头锁连的位置。

6．根据权利要求5的连接器，其特征在于弹性片与插头基体的壳体是一体的。

7．根据权利要求5的连接器，其特征在于弹性片斜向后伸至插头壳体的开口中，以便阻止失配装置通过开口与其发生作用。

8．根据权利要求5的连接器，其特征在于插座具有棱，棱从插座壳体上伸出并具有内表面，当插头插入插座中时，此表面使弹性片弹性地向内偏移，从而使弹性片与台肩脱离并使插头基体自由地沿轴向向后滑动。

9．根据权利要求1的连接器，其特征在于插座锁合装置包括锁合部件，此部件具有连到插座壳体的弹性臂，此臂向前延伸至具有凸台的自由端，此凸台与插头基体上的棱配合，以便对棱进行固位。

10．根据权利要求9的连接器，其特征在于每一插头套管至少有一对锁合部件。

11．根据权利要求1的连接器，其特征在于插头壳体具有用于与连到插座壳体的弹性锁合部件上的翼形部件相配合的凸轮部件，此凸轮部件具有凸轮表面，从而使翼形部件跨越这些表面，以便在从插座中抽出插头时，翼形部件与凸轮表面接合，以使锁合部件被弹性地向外偏移，从而使插座脱离插头基体。

12．根据权利要求11的连接器，其特征在于插头具有至少一对凸轮部件，凸轮部件从插头壳体的顶部或底部沿轴向延伸，并由空腔分隔开，空腔允许插座壳体锁合凸台伸入以与插头基体的棱配合，以便把插头保持于插座中。

13．根据权利要求12的连接器，其特征在于在插头壳体的顶侧和相对的底侧上有至少一对凸轮部件。

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