JP2013076921A - コネクタアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】熱を効率よく放出できるコネクタアセンブリを提供する。
【解決手段】コネクタアセンブリ１は、光ケーブル３とコネクタモジュール５とを含んで構成されおり、光ケーブル３は、光ファイバ心線７と、光ファイバ心線７の周りに設けられた外被９と、光ファイバ心線７と外被９との間に設けられ、高い熱伝導率を有する金属編組１３とを有し、コネクタモジュール５は、収容空間Ｓを画成するハウジング２０と、ハウジング２０の収容空間Ｓに収容され、光ファイバ心線７が接続される受発光素子５２が搭載された回路基板２４とを有し、光ケーブル３の金属編組１３がコネクタモジュール５の回路基板２４に物理的且つ熱的に接続されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、コネクタアセンブリに関する。

従来のコネクタアセンブリとして、電気信号を光信号に変換するものが知られている。例えば、特許文献１に記載のコネクタアセンブリは、光ケーブルと光電変換モジュールとを備えており、光電変換モジュールは、光ケーブルの光ファイバと接続される光電変換部が搭載された回路基板と、回路基板を収容するハウジングと、回路基板に接続される電気コネクタとを備えている。このコネクタアセンブリでは、入出力される電気信号を光電変換部により光信号に変換し、光信号による信号伝送を行っている。

特開２０１１−１１２８９８号公報

ところで、上記のコネクタアセンブリでは、回路基板に搭載された制御用ＩＣや光電変換部などにおいて熱が発生する。この熱は、ハウジングや回路基板の破損や伝送特性に影響を及ぼすおそれがあるため、外部に放出する必要がある。放熱先として、コネクタアセンブリが接続されるパソコンなどの電子機器が考えられる。しかしながら、電子機器への放熱はその状態に依存し、例えば電子機器の温度が上昇している場合には電子機器に対してコネクタアセンブリの熱が十分に放出されない。一方で、コネクタモジュールのハウジングを介して放熱することも可能ではあるが、ハウジングが熱くなるため、ユーザーが違和感を覚えるおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、熱を効率よく放出することができるコネクタアセンブリ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アセンブリは、光ケーブルとコネクタモジュールとを含んで構成されるコネクタアセンブリであって、光ケーブルは、光ファイバと、光ファイバの周りに設けられた外被と、光ファイバと外被との間に設けられ、金属製の伝熱部材とを有し、コネクタモジュールは、空間を画成するハウジングと、ハウジングの空間に収容され、光ファイバが接続される光電変換部が搭載された回路基板とを有し、光ケーブルの伝熱部材がコネクタモジュールの回路基板に物理的且つ熱的に接続されていることを特徴とする。

このコネクタアセンブリでは、光ケーブルにおいて金属製の伝熱部材が設けられており、伝熱部材が光電変換部などといった発熱体が搭載された回路基板に物理的且つ熱的に接続されている。これにより、光電変換部で発生した熱は、回路基板を介して光ケーブルの伝熱部材に伝えられ、光ケーブルの外被から外部に放出される。すなわち、コネクタモジュールと光ケーブルとの間に放熱のための経路が確立されて光ケーブルに熱が伝達されるため、回路基板の熱を光ケーブルに効率的に放散できる。これにより、ハウジングが過剰に熱をもたないため、ユーザーの違和感を軽減できる。また、コネクタアセンブリの接続先の状態に依存することなく、熱を十分に放散することができる。以上のように、コネクタアセンブリでは、熱を効率よく放出することができる。

伝熱部材は、金属編組であることが好ましい。金属編組を用いることにより、密度、表面積を確保できるため、伝熱特性及び放熱特性を良好に得ることができる。また、金属編組は、光ケーブルの曲げに対する変形性も有しているため、光ケーブルが曲がった場合であっても所定の放熱特性を得ることができる。

伝熱部材は、回路基板にはんだにより接合されていることが好ましい。伝熱部材と回路基板とをはんだによって接合することにより、良好な伝熱性を得ることができる。

伝熱部材は、回路基板の同一面側に搭載された複数の発熱体の間において、回路基板に接合されていることが好ましい。これにより、複数の発熱体より生じる熱が効率よく伝熱部材に伝導され得る。

伝熱部材は、回路基板の一方の面に搭載された発熱体の裏面において、回路基板に接合されていることが好ましい。これにより、発熱体と同一面において、発熱体に近接して金属編組を配置するのが難しい場合であっても、発熱体の搭載された部分の回路基板に対応する裏面から、熱が効率よく伝熱部材に伝導され得る。

伝熱部材は分岐され、回路基板の表裏両面において、回路基板に接合されていることが好ましい。これにより、回路基板における複数の箇所から、発熱体より生じる熱が効率よく伝熱部材に伝導され得る。

光ケーブルは、光ファイバと熱部材との間に抗張力繊維を有していることが好ましい。抗張力繊維を設けることにより、光ケーブルに加えられる引張力などの外力に対する耐久性を光ケーブルにおいて確保できる。一方、光ファイバと伝熱部材との間に抗張力繊維を備えるので、発生した熱が伝熱部材から外被を介して外部に放出されるのを妨げることを防止できる。

ハウジングの外装は、樹脂材料からなる樹脂ハウジングにより構成されていることが好ましい。このような構成によれば、光ケーブル側に熱を放散するための熱伝達経路を確実に構成できる。また、外装が樹脂材料から形成されているため、ユーザーがハウジングを持ったときに、熱（熱さ）を感じることが軽減される。

本発明によれば、熱を効率よく放出することができる。

本実施形態に係るコネクタアセンブリを示す斜視図である。 樹脂ハウジングを外した状態を示す斜視図である。 ハウジングを外した状態を示す斜視図である。 金属編組の接合位置を説明する図である。 図３に示す回路基板及び固定部材を横から見た図である。 図１に示すコネクタアセンブリの断面図である。 図６の一部を拡大して示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態に係るコネクタアセンブリを示す斜視図である。図２は、樹脂ハウジングを外した状態を示す斜視図である。図３は、ハウジングを外した状態を示す斜視図である。図４（ａ）は、図３に示す基板を上から見た図であり、図４（ｂ）は、図３に示す基板を横から見た図である。図５は、図３に示す回路基板及び固定部材を横から見た図である。図６は、図１に示すコネクタアセンブリの断面図である。図７は、図６の一部を拡大して示す図である。

各図に示すコネクタアセンブリ１は、光通信技術などにおいて信号（データ）の伝送に用いられるものであり、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。

各図に示すように、コネクタアセンブリ１は、光ケーブル３と、コネクタモジュール５とを備えている。コネクタアセンブリ１では、単芯或いは多芯の光ケーブル３の末端がコネクタモジュール５に取り付けられて構成されている。

光ケーブル３は、複数本（ここでは４本）の光ファイバ心線（光ファイバ）７と、この光ファイバ心線７を被覆する樹脂製の外被９と、光ファイバ心線７と外被９との間に介在された極細径の抗張力繊維（ケブラー）１１と、外被９と抗張力繊維１１との間に介在された金属編組１３とを有している。つまり、光ケーブル３では、光ファイバ心線７、抗張力繊維１１、金属編組１３及び外被９が、その中心から径方向の外側に向けてこの順に配置されている。

光ファイバ心線７としては、石英系光ファイバ、プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ：PlasticOptical Fiber）などを用いることができる。外被９は、ノンハロゲン難燃性樹脂である例えばＰＶＣ（polyvinylchloride）から形成されている。外被９の外径は、４．２ｍｍ程度であり、外被９の熱伝導率は、例えば０．１７Ｗ／ｍ・Ｋである。抗張力繊維１１は、例えば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３に内蔵されている。

金属編組１３は、例えば錫めっき導線から形成されており、編組密度が７０％以上、編み角度が４５°〜６０°である。金属編組１３の外径は、０．０５ｍｍ程度である。金属編組１３の熱伝導率は、例えば４００Ｗ／ｍ・Ｋである。金属編組１３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。

コネクタモジュール５は、ハウジング２０と、ハウジング２０の前端（先端）側に設けられる電気コネクタ２２と、ハウジング２０に収容される回路基板２４とを備えている。

ハウジング２０は、金属ハウジング２６と、樹脂ハウジング２８とから構成されている。金属ハウジング２６は、収容部材３０と、収容部材３０の後端部に連結され、光ケーブル３を固定する固定部材３２とから構成されている。金属ハウジング２６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いる。金属ハウジング２６は、熱伝導体を構成している。

収容部材３０は、断面が略矩形形状を呈する筒状の中空部材である。収容部材３０は、回路基板２４などを収容する収容空間Ｓを画成している。収容部材３０の前端側には、電気コネクタ２２が設けられ、収容部材３０の後端側には、固定部材３２が連結される。

固定部材３２は、板状の基部３４と、筒部３６と、基部３４の両側から前方に張り出す一対の第１張出片３８と、基部３４の両側から後方に張り出す一対の第２張出片４０とを有している。一対の第１張出片３８は、収容部材３０の後部からそれぞれ挿入され、収容部材３０に当接して連結される。一対の第２張出片４０は、後述する樹脂ハウジング２８のブーツ４６に連結される。なお、固定部材３２は、基部３４、筒部３６、第１張出片３８及び第２張出片４０が板金により一体に形成されている。

筒部３６は、略円筒形状をなしており、基部３４から後方に突出するように設けられている。筒部３６は、カシメリング４２との協働により光ケーブル３を保持する。具体的には、外被９を剥いだ後、光ケーブル３の光ファイバ心線７を筒部３６の内部に挿通させると共に、抗張力繊維１１を筒部３６の外周面に沿って配置する。そして、筒部３６の外周面に配置された抗張力繊維１１上にカシメリング４２を配置して、カシメリング４２をかしめる。これにより、抗張力繊維１１が筒部３６とカシメリング４２との間に挟持されて固定され、固定部材３２に光ケーブル３が保持固定される。

樹脂ハウジング２８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２６を覆っている。樹脂ハウジング２８は、外装ハウジング４４と、外装ハウジング４４と連結するブーツ４６とを有している。外装ハウジング４４は、収容部材３０の外面を覆うように設けられている。ブーツ４６は、外装ハウジング４４の後端部に連結され、金属ハウジング２６の固定部材３２を覆っている。ブーツ４６の後端部と光ケーブル３の外被９とは、接着剤（図示しない）により接着される。

電気コネクタ２２は、接続対象（パソコンなど）に挿入され、接続対象と電気的に接続される部分である。電気コネクタ２２は、ハウジング２０の前端側に配置されており、ハウジング２０から前方に突出している。電気コネクタ２２は、接触子２２ａにより回路基板２４に電気的に接続されている。

回路基板２４は、金属ハウジング２６（収容部材３０）の収容空間Ｓに収容されている。回路基板２４には、制御用半導体５０と、受発光素子５２とが搭載されている。回路基板２４は、制御用半導体５０と受発光素子５２とを電気的に接続している。回路基板２４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２４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５０と受発光素子５２とは、光電変換部を構成している。

制御用半導体５０は、駆動ＩＣ（Integrated Circuit）５０ａや波形整形器であるＣＤＲ（Clock Data Recovery）装置５０ｂなどを含んでいる。制御用半導体５０は、回路基板２４において、表面２４ａの前端側に配置されている。制御用半導体５０は、電気コネクタ２２と電気的に接続されている。

受発光素子５２は、発光素子と、受光素子（いずれも図示しない）とを含んで構成されている。発光素子及び受光素子は、回路基板２４において、表面２４ａの後端側に配置されている。発光素子としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）、レーザダイオード（ＬＤ：LaserDiode）、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface EmittingLASER）などを用いることができる。受光素子としては、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５２は、光ケーブル３の光ファイバ心線７と光学的に接続されている。具体的には、図３に示すように、回路基板２４には、受発光素子５２及び駆動ＩＣ５０ａを覆うようにレンズアレイ部品５５が配置されている。レンズアレイ部品５５には、発光素子から出射された光、又は、光ファイバ心線７から出射された光を反射して屈曲させる反射膜（図示しない）が配置されている。光ファイバ心線７の末端にはコネクタ部品５４が取り付けられており、コネクタ部品５４とレンズアレイ部品５５とが位置決めピンによって位置決めされて結合することにより光ファイバ心線７と受発光素子５２とが光学的に接続される。レンズアレイ部品５５は、光の入射部および出射部に、入射光を平行光とし、平行光を集光して出射するコリメートレンズを備えることが好ましい。このようなレンズアレイ部品５５は、樹脂の射出成形により、一体に構成することができる。

回路基板２４には、光ケーブル３の金属編組１３が物理的且つ熱的に接続されている。具体的には、図３及び図４を参照しながら説明する。金属編組１３は、固定部材３２において帯状に上下２つの金属編組１３ａ，１３ｂに分岐され、回路基板２４まで延びている。一方の金属編組１３ａ（図４（ａ））は、受発光素子５２及び駆動ＩＣ５０ａとＣＤＲ装置５０ｂの間にまで延び、回路基板２４の表面２４ａにはんだＢにより接合される。他方の金属編組１３ｂ（図４（ｂ））は、受発光素子５２の下方まで延び、回路基板２４の裏面２４ｂにはんだにより接合される。これにより、金属編組１３と回路基板２４とが熱的に接続されている。

なお、ここで言う熱的に接続されているとは、物理的な接続によって熱を伝達可能な経路が確立されていることを言う。したがって、本実施形態では、空気などの媒体を介して熱を伝達することは、熱的に接続されていることとはならない。

上記構成を有するコネクタアセンブリ１では、電気コネクタ２２から電気信号を入力し、回路基板２４の配線を介して制御用半導体５０が電気信号を入力する。制御用半導体５０に入力された電気信号は、レベルの調整やＣＤＲ装置５０ｂにより波形整形などが行われた後に、制御用半導体５０から回路基板２４の配線を介して受発光素子５２に出力される。電気信号を入力した受発光素子５２では、電気信号を光信号に変換し、発光素子から光ファイバ心線７に光信号を出射する。

また、光ケーブル３で伝送された光信号は、受光素子により入射される。受発光素子５２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２４の配線を介して制御用半導体５０に出力する。制御用半導体５０では、電気信号に所定の処理を施した後、電気コネクタ２２にその電気信号を出力する。

続いて、コネクタアセンブリ１における放熱方法について、図６を参照しながら説明する。回路基板２４に搭載された制御用半導体５０及び受発光素子５２で発生した熱は、まず回路基板２４に伝わる。回路基板２４に伝達された熱は、光ケーブル３の金属編組１３に伝えられる。そして、金属編組１３に伝わった熱は、光ケーブル３の外被９を介して外部に放熱される。以上のようにして、コネクタアセンブリ１では、発熱体である制御用半導体５０及び受発光素子５２で発生した熱が外部に放出される。

以上説明したように、本実施形態では、光ケーブル３において熱伝導率の高い金属編組１３が設けられており、制御用半導体５０や受発光素子５２などの発熱体が搭載された回路基板２４に金属編組１３が物理的且つ熱的に接続されている。これにより、制御用半導体５０及び受発光素子５２で発生した熱は、回路基板２４を介して光ケーブル３の金属編組１３に伝えられ、光ケーブル３の外被９から外部に放出される。すなわち、コネクタモジュール５と光ケーブル３との間に放熱の経路が確立されるため、回路基板２４の熱を光ケーブル３に効率的に放散できる。これにより、ハウジング２０が過剰に熱をもたないため、ユーザーの違和感を軽減できる。

ここで、上記の熱を電気コネクタ２２を介してパソコンなどの接続対象に放出することも考えられる。しかしながら、熱を放出するときに接続対象がそれを受け入れられる状態にあるか否かを予測することは困難である。そのため、熱を放出する際、接続対象の温度が上昇している場合には、コネクタアセンブリ１の熱を接続対象側に十分に放散することができない。これに対して、本実施形態では、光ケーブル３に回路基板２４の熱を放散させて外部に放出するため、コネクタアセンブリ１の接続先の状態に依存することなく、熱を十分に放出することができる。

また、本実施形態では、金属編組１３ａは複数の発熱体（受発光素子５２及び駆動ＩＣ５０ａとＣＤＲ装置５０ｂ）の間において回路基板２４の表面２４ａにはんだＢにより接合される。これにより、複数の発熱体より生じる熱が効率よく伝熱部材に伝導される。さらに、本実施形態では、金属編組１３ｂは発熱体（受発光素子５２）の搭載された部分の回路基板２４の裏面２４ｂにはんだにより接合される。これにより、発熱体と同一面において、発熱体に近接して金属編組を配置するのが難しい場合、例えば受発光素子５２及び駆動ＩＣ５０ａがレンズアレイ部品５５に包囲されているような場合であっても、発熱体の搭載された部分の回路基板２４の裏面２４ｂから、熱が効率よく伝熱部材に伝導される。

また、本実施形態では、金属編組１３を帯状にして２つに分岐（金属編組１３ａ，１３ｂ）しているため、熱の伝導面積を確保でき、伝熱効率の向上が図れる。また、回路基板２４に金属編組１３がはんだＢにより接合されているため、熱的な接続をより確実に行うことができる。

また、熱伝導体である金属ハウジング２６が樹脂ハウジング２８に収容されているため、回路基板２４の熱は、熱伝導率の高い光ケーブル３に放散される。したがって、光ケーブル３側に熱を放散するための熱伝達経路を確実に構成できる。また、樹脂ハウジング２８により、ユーザーがハウジング２０を持ったときに、熱さを感じることが軽減される。

また、光ケーブル３は、光ファイバ心線７と、この光ファイバ心線７を被覆する樹脂製の外被９と、光ファイバ心線７と外被９との間に介在された抗張力繊維１１と、外被９と抗張力繊維１１との間に介在された金属編組１３とを有し、光ファイバ心線７、抗張力繊維１１、金属編組１３及び外被９が、その中心から径方向の外側に向けてこの順に配置されている。これにより、光ケーブル３に加えられる引張力などの外力に対する耐久性を光ケーブル３において確保できる一方、光ファイバ７と金属編組１３との間に抗張力繊維１１を備えるので、発生した熱が熱伝導体から外被９を介して外部に放出されるのを妨げることを防止できる。さらに、外被９と金属編組１３との間に空間を介することなく密着させることにより、金属編組１３から外被９への熱の拡散を効率よく行うことができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、伝熱部材として金属編組１３を例示しているが、伝熱部材は金属編組１３に限定されない。伝熱部材としては、高い熱伝導率を有する部材であればよく、例えば金属テープなどであってもよい。

また、上記実施形態では、回路基板２４に金属編組１３をはんだＢにより接合しているが、回路基板２４への金属編組１３の接合は、はんだＢに限定されず、金属編組１３が回路基板２４に圧着されていてもよい。なお、このとき、接合部に外力が印加され得ることが想定される場合には、容易に接合が解除されることがない接合方法を選択する必要があり、はんだによる接合が最も好ましい。

また、上記実施形態では、金属編組１３を帯状に２つに分岐しているが、金属編組１３の形状はこれに限定されない。例えば、金属編組１３は、束ねられていてもよい。このとき、固定部材３２の基部３４において、束ねた金属編組１３を通すための切欠部（スリット）が形成されてもよい。また、上記実施形態では、回路基板２４の表面２４ａ及び裏面２４ｂの２箇所に金属編組１３を接合しているが、金属編組１３の回路基板２４への接合位置、接合箇所の数は適宜設定されればよい。

１…コネクタアセンブリ、３…光ケーブル、５…コネクタモジュール、７…光ファイバ心線、９…外被、１１…抗張力繊維、１３…金属編組（伝熱部材）、２０…ハウジング、２８…樹脂ハウジング、５０…制御用半導体（光電変換部）、５２…受発光素子（光電変換部）、Ｓ…収容空間。

Claims (8)

1. 光ケーブルとコネクタモジュールとを含んで構成されるコネクタアセンブリであって、
   前記光ケーブルは、
   光ファイバと、
   前記光ファイバの周りに設けられた外被と、
   前記光ファイバと前記外被との間に設けられ、金属製の伝熱部材とを有し、
   前記コネクタモジュールは、
   空間を画成するハウジングと、
   前記ハウジングの前記空間に収容され、前記光ファイバが接続される光電変換部が搭載された回路基板とを有し、
   前記光ケーブルの前記伝熱部材が前記コネクタモジュールの前記回路基板に物理的且つ熱的に接続されていることを特徴とするコネクタアセンブリ。
2. 前記伝熱部材は、金属編組であることを特徴とする請求項１記載のコネクタアセンブリ。
3. 前記伝熱部材は、前記回路基板にはんだにより接合されていることを特徴とする請求項１又は２記載のコネクタアセンブリ。
4. 前記伝熱部材は、前記回路基板の同一面側に搭載された複数の発熱体の間において、前記回路基板に接合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のコネクタアセンブリ。
5. 前記伝熱部材は、前記回路基板の一方の面に搭載された発熱体の裏面において、前記回路基板に接合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のコネクタアセンブリ。
6. 前記伝熱部材は分岐され、前記回路基板の表裏両面において、前記回路基板に接合されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のコネクタアセンブリ。
7. 前記光ケーブルは、前記光ファイバと前記伝熱部材との間に抗張力繊維を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載のコネクタアセンブリ。
8. 前記ハウジングの外装は、樹脂材料からなる樹脂ハウジングにより構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載のコネクタアセンブリ。

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