JP2011233500A

JP2011233500A - コネクタ部品

Info

Publication number: JP2011233500A
Application number: JP2010287810A
Authority: JP
Inventors: Wataru Sakurai; 渉桜井; Mitsuaki Tamura; 充章田村
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2011-11-17
Also published as: JP2011232731A; TW201218549A; JP2011233501A; JP5691497B2

Abstract

【課題】導線接続及び光接続に対応できるコネクタ部品を提供する。
【解決手段】レセプタクル１は、ＵＳＢケーブル２の導線と接続される接続部１８、フェルール４に光を出射する発光素子２３、及びフェルール４から出射された光を入射する受光素子２４を備えている。そして、導線と接続部１８とは、導線接続され、ＵＳＢケーブル２に内蔵された光ファイバと発光素子２３及び受光素子２４とは、光接続される。これにより、導線による接続に併せて、光コードを内蔵して光接続を行うＵＳＢケーブル２に対応することができる。その結果、大容量のデータ通信を高速で行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、コネクタ部品に関する。

近年、コンピュータに周辺機器を接続するシリアルバスとしてＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブルが用いられている。ＵＳＢは、機器間を接続するためのバス規格であり、現在ではＵＳＢ３．０の規格が実現されている。ＵＳＢ３．０は、ＵＳＢ規格において現在最も高速の転送速度となっており、その最大転送速度は、５Ｇｂｉｔ／ｓとなっている（例えば、非特許文献１参照）。

"Universal Serial Bus 3.0 Specification Revision 1.0"、［online］、平成２０年１１月１２日、USBImplementers Forum, Inc.、［平成２２年１２月２３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.usb.org/developers/docs/＞特開２０１０−５２０５６９号公報

上述のように、近年の通信分野においては、大容量のデータの転送が求められている。しかしながら、上記ＵＳＢ３．０のように導線による通信速度には限界がある。そこで、更なる高速化ために、導線による接続に併せて、ＵＳＢケーブルに光コードを内蔵して光接続を行うＵＳＢケーブルが提案されている（上記、特許文献１参照）。そのため、コンピュータ等においては、導線接続及び光接続の両方に対応できるコネクタ部品を搭載する必要がある。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、導線接続及び光接続に対応できるコネクタ部品を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るコネクタ部品は、複数の導線と、複数の光ファイバの先端部分を保持する複数のフェルールとを内蔵するコネクタと結合するコネクタ部品であって、複数の導線と接続される接続部と、フェルールに光を出射する発光素子と、フェルールから出射された光を入射する受光素子とを備え、複数の導線と接続部とが導線接続されると共に、光ファイバと発光素子及び受光素子とが光接続されることを特徴とする。

このコネクタ部品では、導線と接続される接続部、フェルールに光を出射する発光素子、及びフェルールから出射された光を入射する受光素子を備え、複数の導線と接続部とが導線接続されると共に、光ファイバと発光素子及び受光素子とが光接続される。これにより、導線による接続に併せて、光コードを内蔵して光接続を行うＵＳＢケーブルに対応することができる。その結果、大容量のデータ通信を高速で行うことが可能となる。

発光素子及び受光素子は、フェルールと対向する位置にそれぞれ配置されている。これにより、発光素子及び受光素子と光ファイバとの光接続が良好に確保される。

発光素子及び受光素子とフェルールとの間に、光をコリメートするレンズを備えることが好ましい。このような構成によれば、発光素子から発光された光及び受光素子にて受光される光がレンズによって平行光とされるため、光接続をより確かなものとすることができる。

発光素子及び受光素子を収容する収容部を有するレンズケースを備え、レンズは、レンズケースにおいて発光素子及び受光素子とフェルールとの間に設けられていることが好ましい。このような構成によれば、発光素子及び受光素子をレンズケースによって保護することができる。

発光素子及び受光素子が搭載される基板を備え、基板には、実装基板と電気的に接続される導体部材が接続されている。このような構成によれば、実装基板と基板とを良好に接続することができる。

発光素子及び受光素子が搭載される基板を備え、基板は、導線と電気的に接続される接続導体が接続されていると共に、実装基板と直接接続される接続部を有している。このような構成によれば、実装基板に搭載されたエッジコネクタソケットに基板を直接接続することができる。そのため、高速伝送が可能となる。

レンズケースには、コネクタに挿入されると共に、フェルールと発光素子及び受光素子との光軸位置合わせを行うガイドピンが設けられている。このような構成によれば、フェルールと発光素子及び受光素子との光軸位置合わせを良好に行うことができ、光接続の精度向上を図ることができる。

本発明によれば、導線接続及び光接続に対応できる。これにより、通信速度の更なる向上を図ることができる。

第１実施形態に係るレセプタクルとＵＳＢコネクタとを示す斜視図である。図１における断面図である。レセプタクルとＵＳＢコネクタとが結合した状態を示す側断面図である。図１に示すレセプタクルの斜視図である。図４に示すレセプタクルの上面図である。図４に示すレセプタクルの正面図である。図４に示すレセプタクルの側面図である。図４に示すレセプタクルの組み立て方法を説明する図である。第２実施形態に係るレセプタクルの側断面図である。第３実施形態に係るレセプタクルの上面図である。

以下、本発明に係るコネクタ部品の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、以下の説明においては、「前」は図示右側を示し、「後」は図示左側を示している。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るレセプタクルとＵＳＢコネクタとを示す斜視図である。図２は、図１における側断面図である。図３は、レセプタクルとＵＳＢコネクタとが結合した状態を示す側断面図である。

図１に示すように、レセプタクル１は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブル２に接続されたＵＳＢＡ端子を備えるＵＳＢコネクタ３が結合されるコネクタ部品である。ＵＳＢケーブル２には、複数（ここでは４本）の導線（メタルライン）に加えて、複数（ここでは２本）の光コードが内蔵されている。図２に示すように、ＵＳＢコネクタ３の差込部５には、フェルール４が内蔵されており、このフェルール４では、各光コードの光ファイバ心線（図示しない）の先端部分を保持している。フェルール４の先端は、レンズ４ａとなっており、レンズ４ａの中心軸と光ファイバ心線の中心軸とが高精度に位置決めされている。レセプタクル１は、例えばパーソナルコンピュータやその他の外部機器（例えば、プリンタ、外付けハードディスク等）に搭載される。

図３に示すように、レセプタクル１とＵＳＢコネクタ３とは、ＵＳＢコネクタ３がレセプタクル１に挟持されることで接続される。具体的には、レセプタクル１は、メタルシェル１１を備えており、メタルシェル１１には、内側に突出する一対の突出部１２ａ，１２ｂが図示上下方向（対向方向）に設けられている。このような構成により、ＵＳＢコネクタ３がレセプタクル１に挿入された際、ＵＳＢコネクタ３の差込部５の上面５ａ及び下面５ｂは、突出部１２ａ，１２ｂと当接する。これにより、突出部１２ａ，１２ｂによってＵＳＢコネクタ３の差込部５の上面５ａ及び下面５ｂが押圧され、レセプタクル１とＵＳＢコネクタ３との接続状態が保持される。レセプタクル１は、後述するガイドピン３０ａ，３０ｂによってＵＳＢコネクタ３と光軸の位置合わせが行われて光接続される。また、光接続と同時に、ＵＳＢコネクタ３の導線とレセプタクル１の接続部１８との接続（メタルコンタクト）も行われる。

続いて、レセプタクル１の構成について、図４〜図８を参照しながら説明する。図４は、レセプタクルの外観を示す斜視図、図５は、図４に示すレセプタクルの上面図、図６は、図４に示すレセプタクルの正面図、図７は、図４に示すレセプタクルの側面図、図７は、図４に示すレセプタクルの組み立てを説明する図である。なお、図４〜図８においては、説明の便宜上、メタルシェル１１の図示を省略している。

各図に示すように、レセプタクル１は、本体部１３と、光デバイス部（ＯＳＡ：Optical Sub Assembly）１４とを備えている。本体部１３は、絶縁性の材料によって形成されている。本体部１３は、突設部１５と、収容部１６とを有している。突設部１５は、本体部１３において、収容部１６から前方に突出するように設けられており、平板状を呈している。突設部１５には、電気信号、電源及び電源グランド用の導体（接続導体）１７が複数（ここでは４つ）内蔵されている。図７に示すように、導体１７の一端側は、ＵＳＢコネクタ３に設けられた接触部（図示しない）と電気的に接続される位置において突設部１５の表面に露出するように設けられており、接続部１８となっている。導体１７の他端側は、本体部１３の後部側（収容部１６側）において略９０°屈曲され、本体部１３の下方に向かって引き出されている。導体１７の他端側は、実装基板（図示しない）に電気的に接続される。また、収容部１６は、本体部１３の後部側に設けられている。収容部１６は、光デバイス部１４を収容する部分であり、複数の段差１９が形成されている。

光デバイス部１４は、基板２０と、レンズケース２１とによって構成されている。基板２０は、例えばプリント基板である。基板２０は、矩形状を呈しており、後述するレンズケース２１の収容部２１ａに収まる外形寸法を有している。基板２０には、発光素子２３と、受光素子２４と、ＩＣチップ２５とが実装されている。発光素子２３及び受光素子２４とＩＣチップ２５とは、配線２６によって接続されている。発光素子２３としては、例えば垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）を用いることができる。受光素子２４としては、フォトダイオード（ＰＤ：Photodiode）を用いることができる。

ＩＣチップ２５は、発光素子２３及び受光素子２４を制御する機能等を有しており、例えば発光素子２３を駆動するドライバ（Ｄｒｉｖｅｒ）や受光素子２４にて受光された光に応じた電圧信号を出力するトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ：Transimpedance Amplifier）やリミッティングアンプ（ＬＡ：Limiting Amplifier）等の機能を備えている。ＩＣチップ２５は、レセプタクル１が搭載される機器によって制御される。

また、基板２０の下端側には、光デバイス部１４と実装基板とを接続するフレキシブル配線（リジットフレキ：導体部材）２７が接続されている。具体的には、フレキシブル配線２７には、例えば、信号線用、電源用、グランド（接地）用及びＩＣチップ２５の制御用としての配線が設けられている。フレキシブル配線２７は、基板２０と電気的に接続されている。

レンズケース２１は、発光素子２３、受光素子２４及びＩＣチップ２５等が実装された基板２０を覆う構成を有している。レンズケース２１は、例えばポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリカーボネート（ＰＣ）やアクリル系樹脂等の透光性を有する透明樹脂から形成される。更には、電子線架橋樹脂を用いることが好ましい。電子線架橋樹脂を用いると、リフロー耐熱を持たせることが可能となり、一般の電子部品と同時に実装することができる。レンズケース２１の外形は、収容部１６の段差１９に対応する形状をなしている。レンズケース２１には、基板２０を収容する収容部２１ａが形成されている。レンズケース２１には、開口部が設けられおり、この開口部部分に基板２０が立てられた状態で配置される。これにより、レンズケース２１の背面と基板２０とが略面一となる。

図５に示すように、レンズケース２１の前面Ｆ１（ＵＳＢコネクタ３が位置する側の面）及び後面Ｆ２（発光素子２３側）において、発光素子２３に対向する位置には、発光素子２３から出射した光をコリメートするためのレンズ部２８ａ，２８ｂが球面凸状に形成されている。つまり、レンズ部２８ａ，２８ｂは、フェルール４と発光素子２３との間に配置されている。レンズケース２１の前面Ｆ１及び後面Ｆ２において、受光素子２４に対向する位置には、受光素子２４へ入射される光をコリメートするためのレンズ部２８ｃ，２８ｄが球面凸状に形成されている。つまり、レンズ部２８ｃ，２８ｄは、フェルール４と受光素子２４との間に配置されている。

レンズケース２１は、ガイドピン３０ａ，３０ｂを有している。レンズケース２１は、図５に示すように、上面視において凹状を呈しており、ガイドピン３０ａ，３０ｂは、凹状の前端面３１ａ，３１ｂから前方に突出して設けられている。ガイドピン３０ａ，３０ｂは、前端面３１ａ，３１ｂ側の基端部から先端部になるにつれて細くなるように形成されている。ガイドピン３０ａ，３０ｂは、ＵＳＢコネクタ３の差込部５に形成されたガイド溝（図示しない）に挿入される。これにより、フェルール４と発光素子２３及び受光素子２４との光軸の位置合わせが行われる。

以上の構成を有するレセプタクル１は、図７に示すように、光デバイス部１４を組み立てた後に、この光デバイス部１４を本体部１３の収容部１６に配置することで構成される。このとき、収容部１６に形成された段差１９に光デバイス部１４の段差が一致するようにして位置決めし、光デバイス部１４を本体部１３の収容部１６に配置する。そして、メタルシェル１１に光デバイス部１４を搭載した本体部１３を挿入してレセプタクル１が完成する。

続いて、上述のレセプタクル１にＵＳＢコネクタ３が結合された際の動作にについて図３を参照して説明する。図３において、ＵＳＢケーブル２の導線とレセプタクル１の接続部１８とか接触し、導線同士の接続（メタルコンタクト）が行われる。また、例えばレセプタクル１の発光素子２３から出射された出射光は、レンズケース２１のレンズ部２８ａ，２８ｂによってコリメートされてフェルール４のレンズ４ａに入射する。一方、フェルール４から出射された出射光も同様に、レンズケース２１のレンズ部２８ｃ，２８ｄによってコリメートされて受光素子２４に入射する。このように、光接続も導線接続と同時に行われる。

上述の構成を有するレセプタクル１は、パソコン等に搭載された状態において、ＵＳＢコネクタ３の差込口部分を覆うシャッター（図示しない）が設けられる。これにより、発光素子２３からの発光を直接見ることができない構成となっている。これにより、使用者の安全性が確保される。また、レセプタクル１においては、ＵＳＢコネクタ３と接続された場合にのみ、発光素子２３が発光するようにＩＣチップ２５にて制御してもよい。

以上説明したように、レセプタクル１は、ＵＳＢケーブル２の導線と接続される接続部１８、フェルール４に光を出射する発光素子２３、及びフェルール４から出射された光を入射する受光素子２４を備えている。これにより、導線による接続に併せて、光コードを内蔵して光接続を行うＵＳＢケーブル２に対応することができる。その結果、大容量のデータ通信を高速で行うことができる。

また、発光素子２３及び受光素子２４と対向する位置に、光をコリメートするレンズ部２８ａ〜２８ｄが設けられているため、発光素子２３から発光された光及び受光素子２４にて受光される光がレンズ部２８ａ〜２８ｄによって平行光とされるので、光接続をより確かなものとすることができる。

また、発光素子２３及び受光素子２４を収容する収容部２１ａを有するレンズケース２１を備え、レンズ部２８ａ〜２８ｄは、レンズケース２１において、発光素子２３及び受光素子２４と対向する位置に設けられている。これにより、発光素子２３及び受光素子２４をレンズケース２１によって保護することができる。

［第２実施形態］
続いて、第２実施形態について説明する。図９は、第２実施形態に係るレセプタクルの側断面図である。図９に示すように、第２実施形態に係るレセプタクル１Ａは、本体部１３と、光デバイス部１４Ａとを備えている。本体部１３は、第１実施形態と同様の構成を有している。

光デバイス部１４Ａは、基板２０Ａと、レンズケース２１とによって構成されており、レンズケース２１は、第１実施形態と同様の構成を有している。基板２０Ａには、発光素子２３と、受光素子２４と、ＩＣチップ２５とが実装されている。基板２０Ａは、第１実施形態の基板２０よりも大きい長さ寸法を有しており、基板２０Ａの下端は、メタルシェル１１の外側まで突出している。基板２０Ａの下端部には、エッジコネクタソケット（図示しない）に挿し込む接点（接続部）Ｃが形成されている。このような構成により、基板２０Ａは、エッジコネクタとなっている。

また、導体１７Ｂは、本体部１の後端側において基板２０Ａに形成されたスルーホールＨにそれぞれ挿入されており、基板２０Ａと電気的に接続されている。したがって、レセプタクル１Ａでは、実装基板に接続される端子が基板２０Ａの接点Ｃだけとなっている。

以上説明したように、レセプタクル１Ａは、第１実施形態と同様に、ＵＳＢケーブル２の導線と接続される接続部１８、フェルール４に光を出射する発光素子２３、及びフェルール４から出射された光を入射する受光素子２４を備えている。そして、導線と接続部１８とは、導線接続され、ＵＳＢケーブル２に内蔵された光ファイバと発光素子２３及び受光素子２４とは、光接続される。これにより、導線による接続に併せて、光コードを内蔵して光接続を行うＵＳＢケーブル２に対応することができる。その結果、大容量のデータ通信を高速で行うことができる。

また、レセプタクル１Ａは、基板２０Ａがエッジコネクタソケットに挿し込む接点Ｃを有し、エッジコネクタとなっているため、導体１７及び端子（ピン）にて実装基板に実装する場合に比べて、高速伝送が可能となる。

［第３実施形態］
続いて、第３実施形態について説明する。図１０は、第３実施形態に係るレセプタクルの上面図である。図１０に示すように、レセプタクル１Ｂは、レンズ部２８ｅ〜２８ｈを更に備える点で第２実施形態と異なっており、その他の基本的な構成は、第２実施形態と同様である。

レセプタクル１Ｂの光デバイス部１４Ｂは、複数（ここでは８つ）のレンズ部２８ａ〜２８ｈを備えている。具体的には、レンズ部２８ａ〜２８ｈは、レンズケース２１Ａの長手方向において並設されている。レンズ部２８ａ〜２８ｈは、第２実施形態と同様に、レンズケース２１Ａの前面Ｆ１及び後面Ｆ２における発光素子２３及び受光素子２４に対向する位置に、球面凸状に形成されている。つまり、基板２０Ｂには、発光素子２３及び受光素子２４がそれぞれ２つずつ実装されている。

以上説明したように、レセプタクル１Ｂは、第１実施形態と同様に、ＵＳＢケーブル２の導線と接続される接続部１８、フェルール４に光を出射する発光素子２３、及びフェルール４から出射された光を入射する受光素子２４を備えている。そして、導線と接続部１８とは、導線接続され、ＵＳＢケーブル２に内蔵された光ファイバと発光素子２３及び受光素子２４とは、光接続される。これにより、導線による接続に併せて、光コードを内蔵して光接続を行うＵＳＢケーブル２に対応することができる。その結果、大容量のデータ通信を高速で行うことができる。

また、レンズ部２８ａ〜２８ｄを有する構成により、ＵＳＢケーブル２において４本の光ケーブルが内蔵されている場合にも、対応可能となる。なお、第３実施形態のレセプタクル１Ｂの構成は、第２実施形態のレセプタクル１Ａにも適用可能である。

１，１Ａ，１Ｂ…レセプタクル（コネクタ部品）、３…ＵＳＢコネクタ（コネクタ）、４…フェルール、１７，１７Ｂ…導体（接続導体）、１８…接続部、２０，２０Ａ，２０Ｂ…基板、２１，２１Ａ…レンズケース、２１ａ…収容部、２３…発光素子、２４…受光素子、２７…フレキシブル配線（導体部材）、２８ａ〜２８ｈ…レンズ部（レンズ）、３０ａ，３０ｂ…ガイドピン、Ｃ…接点（接続部）。

Claims

複数の導線と、複数の光ファイバの先端部分を保持する複数のフェルールとを内蔵するコネクタと結合するコネクタ部品であって、
前記複数の導線と接続される接続部と、
前記フェルールに光を出射する発光素子と、
前記フェルールから出射された光を入射する受光素子とを備え、
前記複数の導線と前記接続部とが導線接続されると共に、前記光ファイバと前記発光素子及び前記受光素子とが光接続されることを特徴とするコネクタ部品。
前記発光素子及び前記受光素子は、前記フェルールと対向する位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１記載のコネクタ部品。
前記発光素子及び前記受光素子と前記フェルールとの間に、光をコリメートするレンズを備えることを特徴とする請求項１又は２記載のコネクタ部品。
前記発光素子及び前記受光素子を収容する収容部を有するレンズケースを備え、
前記レンズは、前記レンズケースにおいて前記発光素子及び前記受光素子と前記フェルールとの間に設けられていることを特徴とする請求項３記載のコネクタ部品。
前記発光素子及び前記受光素子が搭載される基板を備え、
前記基板には、実装基板と電気的に接続される導体部材が接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のコネクタ部品。
前記発光素子及び前記受光素子が搭載される基板を備え、
前記基板は、前記導線と電気的に接続される接続導体が接続されていると共に、実装基板と直接接続される接続部を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のコネクタ部品。
前記レンズケースには、前記コネクタに挿入されると共に、前記フェルールと前記発光素子及び前記受光素子との光軸位置合わせを行うガイドピンが設けられていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項記載のコネクタ部品。