JP2014032256A - 光トランシーバと光コネクタとの嵌合構造 - Google Patents

光トランシーバと光コネクタとの嵌合構造 Download PDF

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Abstract

【課題】光トランシーバと光コネクタとの嵌合状態において、光トランシーバの導光部と光コネクタのフェルール先端面との間に形成される空間に水分や埃が侵入するのを防止する。
【解決手段】光トランシーバはハウジング内に光電変換素子と、該光電変換素子で送受信する光信号を透過する導光部と、導光部の外周より突出されるスリーブを収容している一方、光コネクタはハウジングと、ハウジングに設けた貫通穴に挿通する光ファイバと、光ファイバの端末が中心に挿着されると共に外周面から第1フランジを突設したフェルールを備え、光トランシーバに光コネクタを嵌合した状態でフェルールの第1フランジ突出位置より先端部がスリーブに挿入されると共にフェルールの先端面と導光部との間に空間が形成され、第1フランジとスリーブの先端面がパッキンを介して突き合わされる。
【選択図】図1

Description

本発明は光トランシーバと光コネクタとの嵌合構造に関し、詳しくは、光トランシーバと光コネクタとの嵌合状態において、光トランシーバ側の導光部と光コネクタ側のフェルール先端面との間に形成される空間に水分や埃が侵入するのを防止するものである。
近年、受光素子および発光素子からなる光電変換素子を備えた光トランシーバと、光ケーブルの端部に接続した光コネクタとを嵌合させ光学的に結合させることにより光信号を双方向に伝送する通信技術が普及し、自動車等の車両における通信システムとしても採用されている。
この種の光コネクタと嵌合する光トランシーバとして、例えば、特開2011−48256号公報(特許文献1)に図4に示す光トランシーバ100が提案されている。該光トランシーバ100はハウジング101の内部に、機器内の回路材と接続される光電変換素子102と、該光電変換素子102と対向配置される導光部103と、導光部103の外周より突出する円筒状のスリーブ104が備えられている。
前記光トランシーバ100のコネクタ収容部101aに光コネクタが嵌合される場合、図5に示すように、光コネクタ110内に収容している光ファイバ121の先端に外嵌固定したフェルール112が前記光トランシーバ100のスリーブ104内に挿入され、フェルール112の先端面112aの中央に露出する光ファイバ121の先端を前記導光部103の先端に設けたレンズ部103aとの間に、空間Sをあけて位置させる場合が多い。このように、空間Sをあけるのは、接触による導光部103のレンズ部103aの損傷を防止すると共に、光結合損失を低減するためである。特に、車両に搭載する場合、振動や衝撃を受けやすく、その際に損傷を発生させないために空間Sを設ける必要がある。
特開2011−48256号公報
しかし、光通信システムが車載に用いられ、光トランシーバと光コネクタが車両に搭載されて外気に晒されやすい環境下におかれると、フェルールの先端面112aと導光部103との間に形成された空間S内に水分が入って結露が発生しやすく、かつ、埃が侵入しやすく、その結果、所望の光結合が得られなくなる可能性がある。なお、従来の光トランシーバと光コネクタは、屋内において使用される機器に接続される場合が多いため、防水対策は殆ど施されていない。
本発明は前記問題に鑑みてなされたもので、光トランシーバと光コネクタとの嵌合状態において、光トランシーバ側の導光部と光コネクタ側のフェルール先端面との間に形成される空間に水分や埃が侵入するのを防止することを課題としている。
前記課題を解決するため、本発明は、光トランシーバと光コネクタとの嵌合構造であって、
前記光トランシーバは、ハウジング内に、回路材と接続される光電変換素子と、該光電変換素子で送受信する光信号を透過する導光部と、該導光部の外周より突出されるフェルール内嵌用のスリーブを収容している一方、
前記光コネクタは、前記光トランシーバのハウジングに設けたコネクタ収容部に挿着するハウジングと、該ハウジングに設けた貫通穴に挿通する光ファイバと、該光ファイバの端末が中心に挿着されると共に外周面から第1フランジを突設したフェルールを備え、
前記光トランシーバに前記光コネクタを嵌合した状態で、前記フェルールの第1フランジ突出位置より先端部が前記スリーブに挿入されると共に該フェルールの先端面と前記導光部との間に空間が形成され、かつ、前記フェルールの第1フランジと前記スリーブの先端面がパッキンを介在して突き合わされ、前記パッキンにより前記空間が密封される構成としていることを特徴とする光トランシーバと光コネクタとの嵌合構造を提供している。
前記光トランシーバの前記導光部に、前記光電変換素子と対向する位置、又は前記光コネクタのフェルールと対向する位置で且つ前記スリーブに囲まれた位置にレンズ面を設けている。このように、導光部にレンズ面を設けているため、前記光電変換素子と前記光ファイバとの光結合効率が向上される。
前記のように、本発明では、光ファイバの端末を中心に挿着するフェルールの外周面から第1フランジを突設し、該第1フランジより突出するフェルールの先端側を光トランシーバのスリーブに挿入して光コネクタを光トランシーバに嵌合させた際に、前記第1フランジをスリーブの先端面にパッキンを介して長さ方向に突き合わせる構成としている。よって、パッキンの配置により光コネクタの外径を大きくすることなく、スリーブ内に挿入したフェルール先端面と導光部との間の空間を密封することができ、前記空間への水分や埃の侵入を防止して効率的な光結合を行うことができる。
前記パッキンの材質はシール性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、シリコーンゴムやウレタンゴム等のゴム材料、シリコーン系接着剤など硬化後にゴム状弾性体を形成する接着剤などが挙げられる。
また、前記光コネクタに収容する前記フェルールは筒材の中空に前記光ファイバの端末を挿入固着し、該筒材の外周面の長さ方向中間位置から前記第1フランジを突設していると共に後端外周からバネ受け用の第2フランジを突設し、該フェルールの後端より引き出される前記光ファイバにコイルバネを巻き付け、
前記光コネクタのハウジングに設けた前記貫通穴の内周面に、前記フェルールの第1フランジと第2フランジとの間に挿入する環状突起を設けていると共に、該環状突起から後側部にコイルバネ伸縮用の収容部を前記貫通穴を拡径して設け、
前記フェルールの第1フランジを前記スリーブの先端面に押し付けるバネ力を前記コイルバネに持たせる構成としている。
前記のように、フェルールの後端外周からバネ受け用の第2フランジを突設し、該フェルールの後端より引き出される光ファイバの外周にコイルバネを装着することで、第1フランジを前記光トランシーバのスリーブの先端面(突出端)に突き合わせたときに圧縮されたコイルバネによって、第1フランジを前記スリーブの先端面に押し付けるバネ力を発生させることができ、パッキンを介在させた第1フランジとスリーブ先端面との密着性を高めることができる。
また、光コネクタのハウジングに設けた貫通穴の内周面にフェルールの第1フランジと第2フランジとの間に挿入する環状突起を設けているため、フェルールをハウジングの貫通穴の所定領域内に保持することができる。特に、第1、第2フランジの間隔を前記環状突起の幅より大きく設定することで、第1、第2フランジ間に前記環状突起を挿入した状態でもフェルールを長さ方向に変位させることができる。よって、第1フランジをスリーブの先端面(突出端)に突き合わせたときにフェルールが後方側へ変位し、前記環状突起より後側部のコイルバネ伸縮用の収容部に保持している前記コイルバネが圧縮されることによって、前方へのバネ力を発生させることができる。
中心に前記光ファイバが位置する前記フェルールの先端面は前記空間と前記導光部を介して前記光電変換素子と同一線上に位置し、
前記導光部は光透過性材からなり、該導光部の一端側外周から前記光電変換素子を覆う部分が突出すると共に他端側外周から前記スリーブが一体的に突出する構成とすることが好ましい。
導光部および該導光部から一体的に突出させるスリーブならびに光電変換素子を覆う部分を形成する光透過性材としては、光通信用の波長400〜2000nm、好ましくは800〜900nmの光を透過する材料であればよく、例えば、ポリエーテルイミド樹脂(PEI)、ポリカーボネート樹脂(PC)、アクリル樹脂、ナイロン樹脂、ガラス材料等が挙げられる。
前記パッキンは前記スリーブの先端面または前記フェルールの第1フランジに接着固定していることが好ましい。この場合は、シリコーン系接着剤など硬化後にゴム状弾性体を形成する接着剤をスリーブの先端面またはフェルールの第1フランジに円形状に塗布し硬化させることによりパッキンを形成することができる。
一方、前記第1フランジの根元部分に環状溝を設け、該環状溝に前記パッキンを配置するようにしてもよい。この場合は環状溝にパッキンを押し込むだけでよいため、パッキンとしてはシリコーンゴムやウレタンゴム等のゴム材料からなるOリングが好適に用いられる。
前述したように、本発明によれば、光ファイバの端末を中心に挿着するフェルールの外周面から第1フランジを突設し、該第1フランジより突出するフェルールの先端側を光トランシーバのスリーブに挿入して光コネクタを光トランシーバに嵌合させた際に、前記第1フランジを前記スリーブの先端面にパッキンを介して長さ方向に突き合わせる構成としている。よって、パッキンの配置により光コネクタの外径を大きくすることなくスリーブ内に挿入したフェルール先端面と導光部との間の空間を密封することができ、該空間への水分や埃の侵入を防止して効率的な光結合を行うことができる。
本発明の第1実施形態の光トランシーバと光コネクタとの嵌合構造を示す一部断面図であり、(A)は嵌合前の状態、(B)は嵌合後の状態を示す。 第1実施形態の変形例を示す説明図である。 第2実施形態を示す説明図である。 従来例を示す図である。 従来例を示す図である。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明の第1実施形態を示す。
第1実施形態では、自動車に搭載されるカーナビゲーションの基板9に光トランシーバ1を接続し、他の車載機器と接続される光ケーブル20の端末に取り付けた光コネクタ10を光トランシーバ1に嵌合させることにより、カーナビゲーションと他の車載機器との間で光信号を双方に伝送している。
光トランシーバ1は、図1(A)および(B)に示すように、ハウジング2内にカーナビゲーションの基板9と端子Tを介して接続される回路基板3を収納し、該回路基板3に光電変換素子4を実装している。ハウジング2内には図示されないが受光用と発光用の一対の光電変換素子4(受光素子、発光素子)を設けている。光コネクタ10からの光信号を受け、該光信号を電気信号に変換して回路基板3に出力する受光素子としてフォトダイオード(図示せず)を用いている。また、回路基板3からの電気信号を受け、該電気信号を光信号に変換して光コネクタ10に出力する発光素子として半導体レーザー(図示せず)を用いている。各光電変換素子4は回路基板3に取り付けられたシールド部材5内に他の電子部品(図示せず)と共に収容されている。
また、ハウジング2には、光電変換素子4の対向位置にレンズ面6aを備えた略円柱状の導光部6を収容している。該導光部6の一端側外周から前記シールド部材5を覆う被覆部7を突出させ、その端部を回路基板3に固定している。また、導光部6の他端側外周から後述する光コネクタ10のフェルール14が挿入される略円筒状のスリーブ8を突設し、ハウジング2内に設けたコネクタ収容部2aに突出させている。ハウジング2内に収容している前記導光部6、被覆部7およびスリーブ8はポリエーテルイミド樹脂(PEI)、ポリカーボネート樹脂(PC)等の光透過材で一体的に形成し、ハウジング2内に固定している。
前記導光部6のレンズ面6aは光電変換素子4に向けて膨出した形状とし、レンズ面6aと光電変換素子4との間に光路が形成されるよう光電変換素子4を覆うシールド部材5に開口5aを設けている。レンズ面6aを設けた導光部6により、光電変換素子4(発光素子)から発せられた光出力がスリーブ8に挿入されたフェルール14先端の光ファイバ21に集光されるようになっている。また、レンズ面6aを設けた導光部6により、フェルール14先端の光ファイバ21から発せられた光出力が光電変換素子4(受光素子)に集光されるようになっている。
一方、光トランシーバ1に嵌合する光コネクタ10は、一対の光ファイバ21をシース22で被覆した光ケーブル20の端末に接続している。光コネクタ10のハウジング11は光トランシーバ1のハウジング2内に設けたコネクタ収容部2aに開口2pより挿入し、ハウジング11に設けた段差部11sが光トランシーバ1のハウジング2の端面2sと当接した位置で停止し、互いにロック結合される構成としている。
光コネクタ10のハウジング11の一端側には、光ケーブル20のシース22の端末に加締めた筒状の固定部材17を収容する収容部16を設け、該収容部16に連続して、一対の光ファイバ21をそれぞれ貫通させる一対の貫通穴12をハウジング11内に長さ方向に貫通して設けている。
前記固定部材17の取付位置から一対の光ファイバ21をシース22から引き出して貫通穴12にそれぞれ挿通し、各光ファイバ21の先端にフェルール14をそれぞれ固着している。フェルール14は円筒形状で、中心穴に光ファイバ21の端末を挿入固着し、フェルール14の先端面14cの中心に光ファイバ21の先端面21aを露出している。また、フェルール14の外周面には長さ方向の中間部に第1フランジ14aを突設すると共に後端に第2フランジ14bを突設している。
前記フェルール14の外周面から突設した第1フランジ14aは、光コネクタ10を光トランシーバ1へ嵌合した時に、前記スリーブ8の先端面8aに円環状のパッキンPを介して突き合わせるフランジである。また、第1フランジ14aをスリーブ8の先端面8aに押し付けるバネ力を発生させるために、フェルール14の後端から引き出される光ファイバ21にコイルバネ15を巻き付け、該コイルバネ15のバネ受け用として前記第2フランジ14bを突設している。また、ハウジング11の貫通穴12の内周面から前記第1フランジ14aと第2フランジ14bとの間に挿入される環状突起11aを突設し、該環状突起11aより後側部に拡径して設けたコイルバネ伸縮用の収容部13に前記コイルバネ15を収容している。なお、第1、第2フランジ14a、14b間の間隔を環状突起11aの幅より大とし、第1、第2フランジ14a、14b間に環状突起11aを挿入した状態で、フェルール14が長さ方向に所要長さ変位できるようにしている。
本実施形態では、図1(A)に示すように、フェルール14の第1フランジ14aとスリーブ8の先端面8aとの間に介在させるパッキンPを第1フランジ14aの前面に接着固定している。具体的には、フェルール14の第1フランジ14aにシリコーン系接着剤からなるパッキンPを円環状に塗布して硬化させている。
以下、光トランシーバ1への光コネクタ10の嵌合について説明する。
光コネクタ10のハウジング11を光トランシーバ1のハウジング2内に設けたコネクタ収容部2aに挿入していくことで、光トランシーバ1のスリーブ8が光コネクタ10のハウジング11内に設けた貫通穴12の先端側に内嵌される。光トランシーバ1への嵌合前は、図1(A)に示すように、光コネクタ10のハウジング11内のコイルバネ15は自然長の状態で伸長されてコイルバネ伸縮用の収容部13に収容され、フェルール14の後端の第2フランジ14bを環状突起11aに押し当てている。よって、第1フランジ14aと環状突起11との間には変位用の空隙C1が発生している。
光コネクタ10が光トランシーバ1に嵌合されると、図1(B)に示すように、フェルール14の第1フランジ14aの突出位置より先端部がスリーブ8に挿入され、フェルール14の第1フランジ14aがパッキンPを介してスリーブ8の先端面8aに突き合わされる。スリーブの先端面8aにより第1フランジ14aが空隙C1内で後方側に押され、第1フランジ14aが環状突起11aに押し当てられる。コイルバネ15は後方に変位したフェルール14の第2フランジ14bによって圧縮され、フェルール14の第1フランジ14aをスリーブ8の先端面8aに押し付けるバネ力を発生させる。
光トランシーバ1に光コネクタ10を嵌合した状態では、スリーブ8に挿入されたフェルール14の先端面14cと導光部6との間に空間Sを形成する。光ファイバ21の先端面21aは、空間Sおよび導光部6を介して光電変換素子4と同一線上に位置する。
前記のように、本実施形態では、光ファイバ21の端末を中心に挿着するフェルール14の外周面から第1フランジ14aを突設し、該第1フランジ14aより突出するフェルール14の先端部を光トランシーバ1のスリーブ8に挿入して光コネクタ10を光トランシーバ1に嵌合させた際に、第1フランジ14aをスリーブ8の先端面8aにパッキンPを介して突き合わせ、フェルールの先端面14cと導光部6との間に形成される空間SをパッキンPで密封している。これにより、光トランシーバ1のハウジング2と光コネクタ10のハウジング11との隙間から水や埃が侵入してもパッキンPにより空間Sに侵入するのを遮断できる。その結果、空間Sへの水分や埃の侵入を防止して効率的な光結合を行うことができる。
前記実施形態では、光トランシーバの導光部に設けるレンズ面を光電変換素子と対向する面に設けているが、光コネクタのフェルールと対向すると共に前記スリーブの根元部分で囲まれた位置にレンズ面を設けてもよい。この場合、レンズ面は前記パッキンで密封される空間Sに露出するため、パッキンによる水分や埃の侵入防止が無ければ、レンズ面に水分や埃が付着する恐れがあるため、パッキンによる防水および防塵の効果は大きい。
図2に第1実施形態の変形例を示す。
本変形例では、パッキンPを光トランシーバ1のスリーブ8の先端面8aに接着固定している。具体的には、スリーブ8の先端面8aにシリコーン系接着剤からなるパッキンPを円形状に塗布して硬化させている。その他の点は第1実施形態と同様としている。
図3に第2実施形態を示す。
第2実施形態では、フェルール14の第1フランジ14aの根元部分に環状溝14dを設け、該環状溝14dにパッキンPを押し込んで配置している。パッキンPとしてシリコーンゴムからなるOリングを用いている。その他の点は第1実施形態と同様としている。
本実施形態においても、第1フランジ14aの根元部分の環状溝14dにパッキンPを装着し、光トランシーバ1と光コネクタ10との嵌合状態において、第1フランジ14aとスリーブ8の先端面8aとをパッキンPを介して突き合わすことにより、スリーブ8内に挿入したフェルール先端面14cと導光部6との間の空間Sを密封することができ、前記空間Sへの水分や埃の侵入を防止して効率的な光結合を可能にすることができる。
1 光トランシーバ
2 ハウジング
3 回路基板
4 光電変換素子
6 導光部
8 スリーブ
8a 先端面
10 光コネクタ
11 ハウジング
11a 環状突起
12 貫通穴
13 コイルバネ伸縮用の収容部
14 フェルール
14a 第1フランジ
14b 第2フランジ
14c 先端面
14d 環状溝
15 コイルバネ
20 光ケーブル
21 光ファイバ

Claims (7)

  1. 光トランシーバと光コネクタとの嵌合構造であって、
    前記光トランシーバは、ハウジング内に、回路材と接続される光電変換素子と、該光電変換素子で送受信する光信号を透過する導光部と、該導光部の外周より突出されるフェルール内嵌用のスリーブを収容している一方、
    前記光コネクタは、前記光トランシーバのハウジングに設けたコネクタ収容部に挿着するハウジングと、該ハウジングに設けた貫通穴に挿通する光ファイバと、該光ファイバの端末が中心に挿着されると共に外周面から第1フランジを突設したフェルールを備え、
    前記光トランシーバに前記光コネクタを嵌合した状態で、前記フェルールの第1フランジ突出位置より先端部が前記スリーブに挿入されると共に該フェルールの先端面と前記導光部との間に空間が形成され、かつ、前記フェルールの第1フランジと前記スリーブの先端面がパッキンを介在して突き合わされ、前記パッキンにより前記空間が密封される構成としていることを特徴とする光トランシーバと光コネクタとの嵌合構造。
  2. 前記光トランシーバの前記導光部に、前記光電変換素子と対向する位置、又は前記光コネクタのフェルールと対向する位置で且つ前記スリーブに囲まれた位置にレンズ面を設けている請求項1に記載の光トランシーバと光コネクタとの嵌合構造。
  3. 前記光コネクタに収容する前記フェルールは筒材の中空に前記光ファイバの端末を挿入固着し、該筒材の外周面の長さ方向中間位置から前記第1フランジを突設していると共に後端外周からバネ受け用の第2フランジを突設し、該フェルールの後端より引き出される前記光ファイバにコイルバネを巻き付け、
    前記光コネクタのハウジングに設けた前記貫通穴の内周面に、前記フェルールの第1フランジと第2フランジとの間に挿入する環状突起を設けていると共に、該環状突起から後側部にコイルバネ伸縮用の収容部を前記貫通穴を拡径して設け、
    前記フェルールの第1フランジを前記スリーブの先端面に押し付けるバネ力を前記コイルバネに持たせる構成としている請求項1または請求項2に記載の光トランシーバと光コネクタとの嵌合構造。
  4. 中心に前記光ファイバが位置する前記フェルールの先端面は前記空間と前記導光部を介して前記光電変換素子と同一線上に位置し、
    前記導光部は光透過性材からなり、該導光部の一端側外周から前記光電変換素子を覆う部分が突出すると共に他端側外周から前記スリーブが一体的に突出する構成としている請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の光トランシーバと光コネクタとの嵌合構造。
  5. 前記パッキンは前記スリーブの先端面または前記フェルールの第1フランジに接着固定している請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の光トランシーバと光コネクタとの嵌合構造。
  6. 前記第1フランジの根元部分に環状溝を設け、該環状溝に前記パッキンを配置している請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の光トランシーバと光コネクタとの嵌合構造。
  7. 車両搭載用である請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の光トランシーバと光コネクタとの嵌合構造。
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