JP3986151B2 - 光コネクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを相互に接続する光コネクタ、特に、光モジュールに取り付けられた光ファイバに光ケーブルの光ファイバを接続するに適した光コネクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの接続点における損失を少なくするためには次のことが要求される。
ｉ）ファイバの端面どうしが隙間なく接触していること。
ii）接触面近傍のファイバの軸が平行であること。
【０００３】
iii ）ファイバの軸が横方向にずれていないこと。
特開昭６２−７８５０７号公報にはii）iii ）のためにフェルールを使用し、ｉ）のためにバネの押圧を使用した光コネクタが開示されている。この光コネクタは特殊な材質を用いて高精度の加工寸法が要求されるフェルールを使用しているので高価である。
【０００４】
一方、特表平６−５１０１３７号（米国特許第５，１３６，６８１号）にはii）iii ）のために安価なアルミ製のエレメントを用い、ｉ）のために接触面に屈折率整合剤としてのゲルを使用する光ファイバスプライサが開示されている。これは永久接続を意図したものであるので脱着機構を持っていない。仮に脱着機構を付与したとしても、ゲルが使用されているので再装着は困難である。
【０００５】
光モジュールに取り付けられた光ファイバに光ケーブルの光ファイバを接続する光コネクタの場合、光モジュールのテストの後にハンダリフロー工程で光ファイバを取り外せることが要求されるので、着脱（装着及び脱着）が可能であることが不可欠である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、特殊な材質を用いた高精度加工部品を用いることなく通常容易に入手し得る材料を用い、一般精度の加工部品を用いることができかつ着脱可能な光コネクタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、接続相手のハウジングに固着されるためのエレメントハウジングと、該エレメントハウジングと着脱可能に嵌合し得るテイルハウジングと、該テイルハウジングがエレメントハウジングに嵌合するときに光ファイバの先端が接続相手の光ファイバの先端に所要の押圧のもとで当接されるように光ファイバをテイルハウジングに保持させる手段とを具備する光コネクタが提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施例に係る光コネクタ及びそれに接続される光モジュール（ただし光モジュールのパッケージ及びカバーのみが図示されている）の分解斜視図である。
図１において、エレメントハウジング１０は光モジュールのセラミックパッケージ１２とラッチによるはめ込み、又は接着剤で固着されるに適した形状をその一端に有している。光モジュールのセラミックカバー１４は、エレメントハウジング１０に固着されたセラミックパッケージ１２の上から密着される。
【０００９】
エレメント１６及びエレメントキャップ１８は前述の特表平６−５１０１３７号公報（米国特許第５，１３６，６８１号）に開示されたものと基本的に同一であるが、エレメントキャップ１８が光ファイバの固定を解除するための手段を有している点において異なる。すなわち、図２の断面図に示されるように、エレメントハウジング１０の所定の位置にエレメント１６を挿入しエレメントキャップ１８を軽く押し込んだ状態でベアファイバ２０（光モジュール側ファイバ及び光ケーブル側ファイバ）をエレメント１６が形成する空隙に挿入する。この状態で図３に示すようにエレメントキャップ１８を押し込むとエレメント１６が閉じ、ファイバが保持される。これによって、双方のベアファイバ２０が平行にかつ軸ずれなく固定される。エレメントハウジング１０とエレメントキャップ１８の間に形成されるすき間２２へ適切な治具の先端を入れて引っ張って図２の状態へ戻すことによりベアファイバ２０の固定が解除される。
【００１０】
図１に戻って、本発明の光コネクタはさらにテイルハウジング２４、テイルキャップ２６及びブーツ２８を含んでいる。図４の断面図に示されるように、被覆された光ファイバ１２０をテイルハウジング２４に通し、上方からテイルキャップ２６を押し込むことにより光ファイバ１２０がテイルハウジング２４に固定される。テイルハウジング２４はエレメントハウジング１０に着脱自在に嵌合する。
【００１１】
図５〜図９を参照して本発明の光コネクタの組立及び着脱について説明する。まず、図５に示されるようにエレメントハウジング１０にエレメント１６（図５に示されていない）を挿入しエレメントキャップ１８を軽く挿入したものにテイルキャップ２６を軽く挿入したテイルハウジング２４を嵌め込む。
まず、光モジュールを搭載したセラミックパッケージ１２をラッチによるはめ込みまたは封止用接着剤でエレメントハウジング１０に接着しセラミックカバー１４を密着し、光モジュールのファイバの先端をエレメントのほぼ中央に位置せしめる。次に、ブーツ２８を通した光ファイバ１２０をその先端のベアファイバ２０がエレメントハウジング１０内のエレメント１６の空隙に先に配した光モジュールのファイバと当接するまで挿入する。
【００１２】
光ファイバ１２０の側に所定の押圧をかけた状態でエレメントキャップ１８及びテイルキャップ２６を押し込むことにより、両ファイバはエレメント１６内で所定の押圧で互いに押し合った状態で固定されかつケーブル側の光ファイバ１２０はテイルハウジング２４に固定されて、図６に示されるように接続が完了する。
【００１３】
コネクタを脱着する際にはまずエレメントハウジング１０とエレメントキャップ１８の間に形成されるすき間２２に適切な治具の先端を入れて図７に示すようにエレメントキャップ１８を引き抜くことにより、エレメント１６によるベアファイバの固定は図２に示すように解放される。次に図８に示すように、ファイバ１２０をテイルキャップ２６で固定したままでテイルハウジング２４をエレメントハウジング１０から引き抜く。これによって、光ファイバが光モジュールから切り離される。接続するときは、ファイバ１２０を固定したままのテイルハウジング２４をエレメントハウジング１０に嵌合させ、エレメントハウジング１８を押し込む。
【００１４】
図９〜図１２を参照して、本発明の光コネクタでは再接続後にもファイバの接続面に所要の押圧が作用して両者の接続が良好に保たれることを説明する。
自由長ＬのファイバがＰの力で壁に押し付けられているものとする。ファイバがたわんでいなければ、その時ファイバの長さはＬ′となる（図９）。この場合、Ｌ−Ｌ′はＰの関数であるから、もしファイバが壁に押し付けられてＬ−Ｌ′だけ縮んだとすると、ファイバにはＰの力が作用しているとわかる。この関係は次式であらわすことができる。
【００１５】
Ｐ＝ｆ（Ｌ−Ｌ′）
光モジュール用コネクタのエレメント部では、２本のファイバのうち１本はシリコンチップに固定されているので動かない。最初の接続では、ファイバは接続工具で発生された押圧Ｐを受け、テイルキャップ２６がファイバ１２０の被覆をテイルハウジング２４に保持してその状態を保持する（図１０）。これは上式のＰとＬ′が決まったことを意味する。そしてコネクタが外されたとき、ファイバから応力が除かれ、ファイバの長さはＬ′より長い自由長Ｌになる（図１１）。一方２回目の接続では、ファイバは自由長のＬからＬ′に押し縮められる。なぜならばファイバ１２０はテイルキャップ２６でテイルハウジング２４に固定されているため、ファイバは滑ったりして動くことはない。このためファイバは結局Ｐの力でモジュールに押し付けられる（図１２）。
【００１６】
上記のように、ＬとＬ′が決まれば、Ｐの力を発生させることができる。上述の例ではＰの力を加えながらファイバをテイルキャップで固定した。なぜならばＰの力が出るようにＬとＬ′を精密にコントロールするのは非常に難しいからである。しかし充分に高い精度でファイバをＬの長さにカットすることができれば、最初にＰの力も加える必要が無くなる。ＬとＬ′を設定することによりＰの力を発生させることが、本コネクタの特徴である。
【００１７】
図１３は本発明の第２の実施例に係る光コネクタの分解斜視図である。第１図に示したものと同様な機能を果たす部品には同一の参照番号が付されている。
本発明の第２の実施例では、光ファイバを保持するテイルキャップ２６はテイルハウジング２４と嵌合せず、スライダ３０と嵌合する。そしてそのスライダ３０はテイルハウジング２４に軸方向に摺動可能に保持され、バネ３２で接続相手方の方向へ付勢されている。すなわち、光ファイバはバネで付勢された状態でテイルハウジング２４に保持される。第１の実施例ではＬに厳格な精度（ミクロンオーダ）が要求されるので所要の押圧をかけた状態で光ファイバをテイルハウジングに固定するという手法が採用されている。これに対して第２の実施例では光ファイバがバネを介してテイルハウジングに保持されているので、適切な弾性係数のバネを使えば所要の押圧を与えるＬの範囲が直接固定するときの数十倍になる。したがってこの精度で光ファイバをテイルハウジング２４に取り付けてテイルハウジング２４をエレメントハウジング１０に嵌合させるだけで所要の押圧が得られる。
【００１８】
また、接続前にエレメント１６がエレメントハウジング１０から脱落することを防ぐためと、上方からファイバを置くだけでエレメント１６に対するファイバのアライメントを達成するためにＶ字ガイド３４が使用されている。
さらに、エレメントキャップ１８の引抜きを容易にするため、エレメントハウジング１０のエレメントキャップ１８が挿入される側の反対側に切り欠き３６が設けられる。図１４、図１５の断面図に示されるように、エレメントキャップ１８が完全に押し込まれてファイバが固定された状態でエレメントキャップ１８の先端部３７がこの切り欠き３６内の空間に突き出ている。したがってこの先端部３７を適切な治具（後述）を使って押すことにより、容易にファイバの固定を解除することができる。
【００１９】
以下添付図面を参照して図１３の光コネクタの組立て、脱着及び再装着の手順を説明する。
まず、図１６に示すように、エレメントハウジング１０にエレメント１６を挿入し、Ｖ字ガイド３４を嵌め込む。エレメントハウジング１０の側面からエレメントキャップ１８を軽く挿入し、エレメントハウジング１０を光モジュール（図示せず）に接続する。このとき、光モジュール側のファイバの先端はエレメント１６内に挿入される。次に、テイルハウジング２４にバネ３２をはさみスライダ３０を押し込んで止める。コネクタ側のファイバ２０をスライダ３０に通し、所定の長さだけ出してテイルキャップ２６を軽く押し込んでファイバを固定する。
【００２０】
エレメントハウジング１０とテイルハウジング２４の接続は図１７に示すようなペンチタイプの治具３８を使用することが好ましい。治具３８は図１８のＡ−Ａ断面図に示すような先端４０，４２を有しており、図１９に示すようにその一方がテイルハウジング２４の側面の切れ込みと嵌合する。図２０に示すように治具３８のもう一方の先端４２をエレメントハウジング１０の側面の切れ込みと嵌合させると、Ｖ字ガイド３４の作用によりファイバの先端がエレメント１６が形成する隙間の位置に一致する。治具３８を強く握ることにより、図２１に示すようにエレメントハウジング１０とテイルハウジング２４とが接続される。このとき、ファイバどうしはエレメントの中で押圧バネの作用により押し合っている。先端が図２２に示すようなものに交換された治具３８を使ってエレメントキャップ１８を図２３に示すように押し込むことによりファイバの接続は完了する。
【００２１】
脱着の際にはまず図２４に示すように治具３８の左右を反対にして挟むことにより図２５に示すようにエレメントキャップ１８を押し出してエレメントによる固定を解除する。次に治具３８の先端を交換したものを使って、図２６〜図２８に示すように、テイルハウジング２４をファイバごとエレメントハウジング１０から切り離す。再装着は図１９〜図２３の手順で行なう。
【００２２】
着脱の必要がなくなったら、図２９に示すようにテイルキャップ２６を少し押し込む。これにより、図３１の断面図に示す状態から図３２の断面図に示す状態になってファイバは一旦押圧から解放されることとなる。その結果、ファイバは、押圧負荷状態下で認められる応力集中（ファイバストレス）から解放され、これよりファイバは、良好な接続が維持でき、その結果光屈折特性の維持の面等で長期の信頼性が確保できることとなる。
【００２３】
その後、図３０に示すようにテイルキャップ２６をさらに押し込めば図３３の断面図に示すように再度ファイバがテイルハウジングに固定される。この固定により、それ以後エレメント内のベアファイバに、外力（ねじれ力、及び引張力）が直接加わるのを防ぐので実使用時、当該ベアファイバの破断事故も回避できかつ予防できる。ここに図３１から図３３のテイルキャップの押し込みは、通常一動作（ワンアクション）でおこなわれる。
【００２４】
尚、テイルキャップの押し込みで押圧が解放される際、エレメント内のベアファイバ間の押圧力は、「０」となるか小さくなるが、両者はエレメントによる正確な位置決めのもと、既に固定されているので、光伝播特性は良好に、そのまま維持されるものである。
テイルキャップを完全に押し込んだ状態からコネクタを脱着したときは、ファイバをわずかに押し込んで最初の状態に戻せば再装着は可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、特殊な材質を用いた高精度加工部品を用いることなく通常容易に入手し得る部品を用い、かつ着脱可能な光コネクタが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る光コネクタを示す分解斜視図である。
【図２】ベアファイバがエレメントに挿入された状態を示す断面図である。
【図３】ベアファイバがエレメントで固定された状態を示す断面図である。
【図４】テイルキャップによる光ファイバの固定を説明する断面図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係る光コネクタの着脱手順を説明する斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係る光コネクタの着脱手順を説明する斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施例に係る光コネクタの着脱手順を説明する斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施例に係る光コネクタの着脱手順を説明する斜視図である。
【図９】本発明の原理を説明する図である。
【図１０】本発明の原理を説明する図である。
【図１１】本発明の原理を説明する図である。
【図１２】本発明の原理を説明する図である。
【図１３】本発明の第２の実施例に係る光コネクタを示す分解斜視図である。
【図１４】ベアファイバがエレメントに挿入された状態を示す断面図である。
【図１５】ベアファイバがエレメントで固定された状態を示す断面図である。
【図１６】本発明の第２の実施例に係る光コネクタの装着手順を説明する斜視図である。
【図１７】治具の平面図である。
【図１８】拡大されたＡ−Ａ断面図である。
【図１９】本発明の第２の実施例に係る光コネクタの着脱手順を説明する斜視図である。
【図２０】本発明の第２の実施例に係る光コネクタの着脱手順を説明する斜視図である。
【図２１】本発明の第２の実施例に係る光コネクタの着脱手順を説明する斜視図である。
【図２２】本発明の第２の実施例に係る光コネクタの着脱手順を説明する斜視図である。
【図２３】本発明の第２の実施例に係る光コネクタの着脱手順を説明する斜視図である。
【図２４】本発明の第２の実施例に係る光コネクタの着脱手順を説明する斜視図である。
【図２５】本発明の第２の実施例に係る光コネクタの着脱手順を説明する斜視図である。
【図２６】本発明の第２の実施例に係る光コネクタの着脱手順を説明する斜視図である。
【図２７】本発明の第２の実施例に係る光コネクタの着脱手順を説明する斜視図である。
【図２８】本発明の第２の実施例に係る光コネクタの着脱手順を説明する斜視図である。
【図２９】本発明の第２の実施例に係る光コネクタの着脱手順を説明する斜視図である。
【図３０】本発明の第２の実施例に係る光コネクタの着脱手順を説明する斜視図である。
【図３１】光ファイバをテイルハウジングに仮に固定した状態を示す断面図である。
【図３２】光ファイバを解放した状態を示す断面図である。
【図３３】光ファイバを最終的にテイルハウジングに固定した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…エレメントハウジング
１２…セラミックパッケージ
１４…セラミックカバー
１６…エレメント
１８…エレメントキャップ
２０…光ファイバ
２４…テイルハウジング
２６…テイルキャップ
２８…ブーツ
３０…スライダ
３２…バネ
３４…Ｖ字ガイド
３８…治具

Claims (4)

1. 接続相手のハウジングに固着されるためのエレメントハウジングと、
   該エレメントハウジングと着脱可能に嵌合し得るテイルハウジングと、
   該テイルハウジングがエレメントハウジングに嵌合するときに光ファイバの先端が接続相手の光ファイバの先端に所要の押圧のもとで当接されるような位置に光ファイバをテイルハウジングに保持させる手段とを具備し、
   前記保持手段は前記テイルハウジングが前記エレメントハウジングと嵌合し光ファイバの先端が接続相手の光ファイバの先端に所要の押圧のもとで当接されている間に該光ファイバを該テイルハウジングに固定するためのテイルキャップを含んでいる光コネクタ。
2. 接続相手のハウジングに固着されるためのエレメントハウジングと、
   該エレメントハウジングと着脱可能に嵌合し得るテイルハウジングと、
   該テイルハウジングがエレメントハウジングに嵌合するときに光ファイバの先端が接続相手の光ファイバの先端に所要の押圧のもとで当接されるような位置に光ファイバをテイルハウジングに保持させる手段とを具備し、
   前記保持手段は、
   前記テイルハウジングに対して軸方向に摺動可能に設けられるスライダと、
   光ファイバを該スライダに固定するためのテイルキャップと、
   該テイルハウジングに対して該スライダを付勢することによりスライダに固定された光ファイバの先端を接続相手の光ファイバの先端に所要の押圧のもとで当接させるための弾性部材とを含んでおり、
   前記テイルキャップは押し込まれることにより光ファイバの固定を解除し、さらに押し込まれることにより再度光ファイバを固定し、それによって光ファイバへの応力集中を防止する光コネクタ。
3. 互いに当接された双方の光ファイバを挾持しつつ前記エレメントハウジング内の所定の位置に収容されるためのエレメントと、
   該エレメントハウジングの外側から押し込まれることによって該エレメントを閉じ、それによって双方の光ファイバをエレメントハウジング内の所定の位置に固定するエレメントキャップと、
   該エレメントキャップを引き出すことによってそれによるエレメントを介した光ファイバの固定を解除することを可能にする手段とをさらに具備する請求項１または２記載の光コネクタ。
4. 前記固定解除を可能にする手段は、前記エレメントキャップが前記エレメントハウジングの外側から押し込まれたとき反対側で該エレメントハウジングから現われるエレメントキャップの端部を含んでいる請求項３記載の光コネクタ。

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