JP7211372B2 - 光コネクタおよび光接続構造 - Google Patents

Description

本出願では、２０１７年１２月２６日に日本国に出願された特許出願番号２０１７－２４８７８２に基づく優先権を主張し、当該出願の内容は引用することによりここに組み込まれているものとする。

本開示は、光コネクタおよび光接続構造に関し、詳細には、フランジ付きのフェルールと、フェルールを付勢する弾性部材と、フェルールおよび弾性部材を収容したプラグフレームとを備えた光コネクタおよび光接続構造に関する。

インターネット等の情報通信の普及による通信の高速化や情報量の増大に加え、双方向通信と大容量通信に対応するために、光ネットワークの構築が進展している。光コネクタは、データセンターのネットワーク機器同士の接続や、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）等における宅内受信装置への光ファイバを接続する際に使用される。光コネクタは、光ファイバを保持したフェルールや、フェルールを収容するプラグフレームを有している。フェルールの外側にはフランジが設けられており、フランジは光ファイバの光軸方向に付勢されている。光コネクタはスリーブを介して別の光コネクタに結合され、各光ファイバのコア同士が光学的に接続される。

プラグフレームに外力が加えられた場合にも、コア同士の光接続状態を維持することが要求される。このため、境目他、「ＭＵ形マルチコアファイバコネクタ」、電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、Ｂ－１３－９、２０１２年９月（非特許文献１）には、プラグフレーム（プラグハウジング）に加えられた外力がフェルールやフランジに及ばないように、フェルールやフランジをプラグフレームに対してフローティングさせるコネクタが開示されている。

非特許文献１に記載された光コネクタは、フェルールとプラグフレームとの間にオルダム・カップリング機構を有している。フェルールがフランジとプラグフレームとの間にある結合部品に対してフェルール中心軸に対して垂直な一方向（左右方向）に移動可能となり、かつ、結合部品がプラグフレームに対してフェルール中心軸および上記一方向に対して垂直な方向（上下方向）に移動可能となっている。この光コネクタでは、フランジを複数個に分割して上下方向や左右方向に移動させており、光コネクタの部品点数が多くなり、また構造が複雑になるので、光コネクタの製造コストの低廉化を図り難い。また、非特許文献１に記載された光コネクタでは、フェルールがプラグフレーム内でフェルール中心軸に対して垂直な方向に移動できるようにフローティングするのみであり、フェルール中心軸の方向にも移動でき、回転もできるようにフローティングさせることについては記載されていない。

本開示に係る光コネクタは、ガラスファイバと、前記ガラスファイバを覆う樹脂被覆とを含む光ファイバと、外側にフランジが設けられて、内側に貫通穴を有し、前記貫通穴内に前記光ファイバの一端部において前記樹脂被覆から露出した前記ガラスファイバを保持したフェルールと、前記フェルールを収容したプラグフレームと、前記フェルールのフランジに当接して前記フェルールを前記フェルールにおいて保持されている前記光ファイバの一端部のある方向である前記貫通穴の軸の方向前方に付勢する弾性部材と、を備えた光コネクタであって、前記フェルールのフランジは、外周面を構成する全ての面が前記貫通穴の軸に平行であり、前記プラグフレームの内周に、前記貫通穴の軸の方向前方に向けて次第に内部空間を狭くして前記フェルールを前記プラグフレームに挿入するテーパ面と、前記テーパ面に対向する位置に形成されて前記フェルールのフランジの外周面を構成する平坦面に接触して前記弾性部材により付勢された前記フェルールを所定位置で回転不能に位置決めする、前記弾性部材による付勢方向に平行な平面であり前記テーパ面よりも前記貫通穴の軸の方向前方に延びたガイド面とを有し、前記所定位置に対して前記フェルールを前記貫通穴の軸方向前方と反対方向の前記貫通穴の軸の方向後方に移動させた場合に、前記平坦面と前記ガイド面の接触状態が解除されて、前記フェルールが前記プラグフレームに対してフローティング状態になる。

ここで、「貫通穴の軸の方向前方」とは、フェルールにおいて保持されている光ファイバの一端部のある方向のことであり、プラグフレームにおいて、光ファイバのフェルールに保持されている一端部のある方向のことである。また「貫通穴の軸の方向後方」とは、その反対方向のことである。

本開示に係る光接続構造は、本開示の光コネクタと、スリーブを介して本開示の光コネクタに連結される接続対象物と、を備え、光コネクタ側の光ファイバと接続対象物側の光ファイバとを光学的に接続する光接続構造であって、フェルールをスリーブに挿入し、プラグフレームの所定位置に対してフェルールを貫通穴の軸の方向後方に移動させた場合に、平坦面とガイド面の接触状態が解除される。

本開示の一態様に係る光コネクタの外観斜視図である。

図1の光コネクタを構成するフェルールの斜視図である。

図１の光コネクタを構成するプラグフレームの一部であるフロントハウジングの斜視図である。

図３のフロントハウジングのＡ－Ａ線矢視断面図である。

図３のフロントハウジングのＢ－Ｂ線矢視断面図である。

図３のフロントハウジングのＣ－Ｃ線矢視断面図である。

図1の光コネクタの、フェルールをプラグフレームに収容する前の状態を示す断面図である。

図1の光コネクタの、フェルールをプラグフレームに収容した後の状態を割スリーブと共に示す断面図である。

図1の光コネクタが、割りスリーブを介して他の光コネクタに接続した状態を示す断面図である。

バンドルファイバが組みつけられたフェルールを説明するための概念図である。

他の実施形態によるフェルールの斜視図である。

他の実施形態によるフェルールの斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら、本開示による光コネクタおよび光接続構造の実施の形態について説明する。なお、以下では、光コネクタをＬＣコネクタの例で説明する。

図１は、本開示の一態様に係る光コネクタ１の外観斜視図である。光コネクタ１は、フェルール１０を収容したプラグフレーム２０を備え、プラグフレーム２０の後端には、光ファイバＦを保護するブーツ３４が設けられている。

図２は、フェルール１０の斜視図である。フェルール１０は、フェルール本体１１を有する。フェルール本体１１は、金属製のフェルールに比べてフェルールの端面の反射を抑えることができるジルコニア製で、内部に貫通穴を有する円筒形であって、貫通穴には、光ファイバＦの先端部分の樹脂被覆から露出したガラスファイバが保持される。光ファイバＦは、例えば、複数コアを有するマルチコアファイバであり、フェルール本体１１の後端１３から挿入され、先端面が前端１２から露出し、フェルール１０の中心軸周りの所定の位置に複数コアが配置された状態で、フェルール１０に固定される。以下では、フェルールの貫通孔の軸に平行にＸ軸を定義し、光ファイバＦの先端が露出する方向を正とする。なお、貫通穴の方向を光ファイバＦの光軸方向とも呼ぶ。

フェルール本体１１の略中央位置の外側には、例えば金属製のフランジ１４が設けられている。フランジ１４は、例えば、断面視略四角形状であり、フランジ１４の外周面をなす上面１５、「平坦面」である下面１６、側面１７を有している。上面１５と下面１６は、光ファイバＦの光軸を挟んで対向しており、図示のＺ軸方向で所定距離を置いて平行な平面である。両側面１７は、上面１５と下面１６に対して直交方向に配置され、図示のＹ軸方向で所定距離を置いて平行な平面である。なお、上面１５と側面１７との境界位置や、下面１６と側面１７との境界位置は面取りされている。上面１５に、回転位置の基準を示すためのマーク（図示省略）を付しておけば、フェルール１０を正しい向きでプラグフレーム２０に挿入できる。

図３は、プラグフレーム２０の一部であるフロントハウジング２１の斜視図である。フロントハウジング２１は、Ｘ軸方向に延びた角筒状の樹脂製であり、フランジ１４付きのフェルール１０を受け入れ可能な後端開口２４と、フェルール本体１１の前端１２を突出させる前端開口２３を有する。フロントハウジング２１の外周面には、可撓性を有したラッチアーム２２が設けられている。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ各々は、フロントハウジング２１のＡ－Ａ線矢視断面図、Ｂ－Ｂ線矢視断面図、Ｃ－Ｃ線矢視断面図である。フロントハウジング２１は、内部に上面２５、下面２６、側面２７を有する。上面２５と下面２６は、図示のＺ軸方向で所定距離を置いて平行であり、両側面２７は、図示のＹ軸方向で所定距離を置いて平行である。

フロントハウジング２１の上面２５には、Ｘ軸の正方向に向けて次第に内部空間を狭くするテーパ面２８が設けられている。テーパ面２８よりも開口２３側（前方側）には、光軸方向に延びた平坦な嵌合面２８ａがある。フロントハウジング２１の下面２６には、テーパ面２８に対向する位置に、ガイド面３０ａがある。ガイド面３０ａは、下面２６よりも１段高い位置に設けられており、光軸方向に延びた平面である。このように、フロントハウジング２１内の縦幅を前方に向けて次第に短くしているので、フェルール１０をフロントハウジング２１の後方からに挿入しやすい。さらにフェルール１０を前進させると、フランジ１４の外周面とフロントハウジング２１の内周面との隙間が小さくなるため、フェルール１０をフロントハウジング２１に位置決めしやすくなる。

なお、フロントハウジング２１の側面２７にも、Ｘ軸の正方向に向けて側面２７間の幅を次第に狭くするテーパ面３０ｂが設けられている。フロントハウジング２１の下面２６において、ガイド面３０ａよりも開口２４側（後方側）には、Ｘ軸の正方向に向けて次第に競り上がるテーパ面３０が設けられている。これらの点も、フェルール１０の挿入しやすさに貢献する。

一方、ガイド面３０ａのＸ軸方向の長さ（図４Ｂ中にＬで示す）は後述のコネクタ接続時におけるフランジ１４のＸ軸方向への移動量よりも短く、ガイド面３０ａの後方（Ｘ軸の負方向）は、フランジ１４に係合しないクリアランス部２９となっている。そして、クリアランス部２９は、上面２５、下面２６、側面２７からなる角筒状の内部空間であるが、上面２５から下面２６までの距離（図示のＺ軸方向の長さ）が、フランジ１４の厚みよりも長い。フランジ１４付きのフェルール１０は、フランジ１４がクリアランス部２９にあるときはフローティング可能になる。

図５は、フェルール１０をプラグフレーム２０に収容する前の状態を示す断面図である。プラグフレーム２０は、フロントハウジング２１の後方に、リアハウジング３１を有する。リアハウジング３１は、例えば樹脂製であり、フェルール１０の後端部分や「弾性部材」であるコイルばね１９を収容可能な円筒状のばね収容部３３を有する。コイルばね１９は、フェルール１０の後方に配置され、フランジ１４の後端に当接してフェルール１０を前方（Ｘ軸の正方向）に付勢する。

リアハウジング３１の外周面には、ラッチアーム２２に係合可能なクリップ３２が設けられている。フェルール１０の後端部分およびコイルばね１９をリアハウジング３１に収容し、フェルール１０の先端部分をフロントハウジング２１に挿入する。フロントハウジング２１とリアハウジング３１とを突き合わせ、クリップ３２がラッチアーム２２に乗り上がると、フロントハウジング２１がリアハウジング３１にラッチされる。同時に、フランジ１４は、コイルばね１９の付勢力によって前方に押され、フランジ１４の下面１６がフロントハウジング２１のテーパ面３０に沿って前方に移動してフロントハウジング２１のガイド面３０ａに乗り上がる。フランジ１４の下面１６とフロントハウジング２１のガイド面３０ａの接触により、フランジ１４とフロントハウジング２１とが回転不能に保持され、フランジ１４とフロントハウジング２１との回転方向の位置合わせが行われる。

図６は、フェルール１０をプラグフレーム２０に収容した後の状態を割スリーブ４０と共に示す断面図である。フランジ１４は、その下面１６がガイド面３０ａに接触しながら、フロントハウジング２１のテーパ面２８，３０ｂに沿って前方に移動し、例えば、フランジ１４の上面１５が、フロントハウジング２１の嵌合面２８ａに接触すると、フェルール１０は、その先端部分がフロントハウジング２１から突出した位置で位置決めされ、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれの方向にも移動不可になり、光軸回りの回転も不可になる。

割りスリーブ４０は、フェルール１０，１０’の直径と略同等、あるいは、フェルール１０，１０’の直径よりも僅かに小さい内径を有する。また、割りスリーブ４０はスリット（図示省略）を有しており、このスリットを広げて内径を大きくすることが可能である。なお、割りスリーブ４０を、同種又は異種のコネクタ同士を接続する部品であるアダプタに内蔵してもよい。

図７は、光コネクタ１が割りスリーブ４０を介して他の光コネクタに接続された光接続構造を示す断面図である。光接続構造は、光コネクタ１と、別の光コネクタ１’とを備えており、割りスリーブ４０を用いて光コネクタ１側の光ファイバＦと、光コネクタ１’側の光ファイバＦ’（図示省略）とが光学的に接続されている。光ファイバＦ’も、複数コアを有するマルチコアファイバであり、フェルール１０’の中心軸周りの所定の位置に複数コアが配置された状態で、フェルール１０’に固定されている。光コネクタ１’は、断面図で示していないが光コネクタ１と同様に構成され、プラグフレーム２０’内に、光ファイバＦ’を保持したフェルール１０’や、フェルール１０’を付勢する弾性部材（図示省略）を有する。

フェルール１０を割りスリーブ４０の一端から挿入し、フェルール１０’を割りスリーブ４０の他端から挿入して、フェルール１０側の光ファイバＦの端面とフェルール１０’側の光ファイバＦ’の端面とを割りスリーブ４０内で面接触させる（コネクタ接続ともいう）。割りスリーブ４０がフロントハウジング２１内に入り、フェルール１０が後方に移動すると、フランジ１４がコイルばね１９の付勢力に抗して後方に移動するので、フロントハウジング２１の嵌合面２８ａとフランジ１４の上面１５との接触状態が解除され、さらにフェルール１０が後方に移動した場合、フロントハウジング２１のガイド面３０ａとフランジ１４の下面１６との接触状態が解除される。

そして、フランジ１４がクリアランス部２９に到達すると、フェルール１０は、フロントハウジング２１に対してフローティング状態になり、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれの方向にも移動可能になり、光コネクタ１’側の光ファイバＦ’と共に光軸回りの回転も可能になる。

このように、光コネクタ１と接続対象物である光コネクタ１’を連結するまで（フェルール１０を前方から後方に移動させるまで）は、フランジ１４の上面１５，下面１６とフロントハウジング２１の嵌合面２８ａ、ガイド面３０ａが接触状態になるので、フェルール１０がフロントハウジング２１に対して位置決めされ、回転も防止される。よって、プラグフレーム２０をプラグフレーム２０’に対向させることにより、光ファイバＦが含む複数のコア各々と光ファイバＦ’が含む複数のコア各々とを正確に対向させることができる。

一方、光コネクタ１と光コネクタ１’を連結した後（フェルール１０を後方に移動させた後：コネクタ接続時）は、フランジ１４の上面１５、下面１６とフロントハウジング２１の嵌合面２８ａ、ガイド面３０ａの接触状態が解除され、フェルール１０をフロントハウジング２１に対してフローティングさせる。フロントハウジング２１やリアハウジング３１に外力が加えられた場合でも外力はフェルール１０に伝わらず、２本の光ファイバＦと光ファイバＦ’による光接続状態を維持できる。

このように、位置決め状態とフローティング状態をフランジ１４の上面１５、下面１６とフロントハウジング２１の嵌合面２８ａ、ガイド面３０ａの設置だけで達成しており、光コネクタ１の部品点数が少なくて済み、また光コネクタ１の構造も簡単になる。この結果、構造が簡単で、光接続状態を維持しやすい光接続構造を提供することができる。

ところで、上記実施形態では、フランジ１４の下面１６とフロントハウジング２１のガイド面３０ａとが接触した場合に、フランジ１４の上面１５および下面１６をフロントハウジング２１の嵌合面２８ａおよびガイド面３０ａで挟持する例を挙げて説明した。この場合、テーパ面とガイド面とでフランジを容易に位置決めできる。しかし、本発明はこの例に限定されず、フロントハウジング２１の嵌合面２８ａは省略してもよい。具体的には、例えばテーパ面２８をより急角度に設定することにより、フランジ１４の上面１５および下面１６を、フロントハウジング２１のテーパ面２８とガイド面３０ａで挟持することも可能である。

また、本発明は、例えば、ＳＣコネクタやＭＵコネクタを含む他の形式の光コネクタにも適用できる。さらに、本発明の光ファイバは、例えば、シングルモードファイバ、偏波保持ファイバ、あるいはバンドルファイバであってもよい。これらのうちマルチコアファイバ、偏波保持ファイバ、バンドルファイバは、光学的に接続させる際に、中心軸周りの回転角度の調整が必要な光ファイバである。

偏波保持ファイバ（例えば応力付与型偏波保持ファイバ）は、図示は省略するが、コアの両側に円形の応力付与部を配置している。シングルモードファイバには、直交する２つの偏波面を持つモード（偏波モード）が存在するが、偏波保持ファイバは、これら２つの偏波モード間に伝搬定数差を生じさせ、一方の偏波モードから他方の偏波モードへの結合を抑制して偏波保持能力を高めたファイバである。

バンドルファイバは、マルチコアファイバと光学的に接続させるために、複数のシングルコアファイバを集めたファイバである。詳しくは、例えばガラス径１２５μｍのマルチコアファイバの先端を化学エッチングして例えばガラス径４５μｍに細径化にしたものを準備し、図８に示すように、複数本（例えば７本）を接着剤でまとめてフェルール１０に挿入している。この例の場合、コア間の距離が４５μｍになるように配置できる。このように、シングルモードファイバの他、マルチコアファイバ、偏波保持ファイバ、バンドルファイバを用いた場合にも、確実に位置決めできるので、接続損失の低下を防止できる。

上記実施形態では、製造が容易に断面視略四角形状であるフランジ１４の例を挙げて説明した。しかし、本発明のフランジは、断面視軸対称ではない形、例えば断面視Ｄ字形や三角形、キーとなる突起を有する形であってもよい。

図９Ａは、断面視Ｄ字形状のフランジ１４Ａを有するフェルールの例である。フランジ１４Ａは、平坦な下面１６と、下面１６の上方に位置する湾曲面１５ａとを有している。

図９Ｂは、キー突起１８を有するフランジ１４Ｂを有するフェルールの例である。フランジ１４Ｂは、「平坦面」である下面１６とは異なる側面１７の前端部分に、キー突起１８を有する。キー突起１８は、フェルールの中心軸に対して垂直な断面において略四角形状である。この例の場合、フロントハウジング２１は、コイルばね１９による付勢方向に平行なキー溝を有し、キー突起１８はキー溝の中で摺動する。

このように、フランジ１４を断面視軸対称ではない形にすれば、回転位置の基準を示すためのマークを付さなくても、フェルール１０を正しい向きでプラグフレーム２０に挿入できるので、フェルール１０とプラグフレーム２０との回転方向の位置合わせが容易になる。

また、フロントハウジング２１がテーパ面２８，３０ｂを有する例で説明したが、フランジ１４が、上面１５、下面１６、側面１７の光軸方向前方部分に、この光軸方向前方に向けて次第に細くするテーパ面を有してもよい。フランジ１４の高さや幅を前方に向けて次第に短くすれば、フェルール１０をプラグフレーム２０の後方からに挿入しやすい。さらにフェルール１０を前進させると、フランジ１４とプラグフレーム２０との隙間が小さくなるため、フェルール１０をプラグフレーム２０に位置決めしやすくなる。このようにフランジ１４の前方を細くした場合、フロントハウジングは、上記実施形態と同様にテーパ面２８，３０ｂを設けて内部空間を狭くしてもよいし、テーパ面２８，３０ｂに替えて平坦な面を有してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１’…光コネクタ、１０，１０’…フェルール、１１…フェルール本体、１２…前端、１３…後端、１４…フランジ、１５…上面、１５ａ…湾曲面、１６…下面、１７…側面、１８…キー突起、１９…コイルばね、２０，２０’…プラグフレーム、２１…フロントハウジング、２２…ラッチアーム、２３…前端開口、２４…後端開口、２５…上面、２６…下面、２７…側面、２８…テーパ面、２８ａ…嵌合面、２９…クリアランス部、３０，３０ｂ…テーパ面、３０ａ…ガイド面、３１…リアハウジング、３２…クリップ、３３…ばね収容部、３４…ブーツ、４０…割りスリーブ。

Claims (9)

1. ガラスファイバと、前記ガラスファイバを覆う樹脂被覆とを含む光ファイバと、
   外側にフランジが設けられて、内側に貫通穴を有し、前記貫通穴内に前記光ファイバの一端部において前記樹脂被覆から露出した前記ガラスファイバを保持したフェルールと、
   前記フェルールを収容したプラグフレームと、
   前記フェルールのフランジに当接して前記フェルールを前記フェルールにおいて保持されている前記光ファイバの一端部のある方向である前記貫通穴の軸の方向前方に付勢する弾性部材と、を備えた光コネクタであって、
   前記フェルールのフランジは、外周面を構成する全ての面が前記貫通穴の軸に平行であり、
   前記プラグフレームの内周に、前記貫通穴の軸の方向前方に向けて次第に内部空間を狭くして前記フェルールを前記プラグフレームに挿入するテーパ面と、前記テーパ面に対向する位置に形成されて前記フェルールのフランジの外周面を構成する平坦面に接触して前記弾性部材により付勢された前記フェルールを所定位置で回転不能に位置決めする、前記弾性部材による付勢方向に平行な平面であり前記テーパ面よりも前記貫通穴の軸の方向前方に延びたガイド面とを有し、
   前記所定位置に対して前記フェルールを前記貫通穴の軸方向前方と反対方向の前記貫通穴の軸の方向後方に移動させた場合に、前記平坦面と前記ガイド面の接触状態が解除されて、前記フェルールが前記プラグフレームに対してフローティング状態になる、光コネクタ。
2. 前記所定位置で前記平坦面と前記ガイド面とが接触した場合に、前記フェルールのフランジが前記テーパ面と前記ガイド面とに挟持される、
   請求項１に記載の光コネクタ。
3. 前記フェルールのフランジは断面視略四角形状である、
   請求項１または２に記載の光コネクタ。
4. 前記フェルールのフランジは断面視軸対称でない、
   請求項１または２に記載の光コネクタ。
5. 前記フェルールのフランジは断面視Ｄ字形状である、
   請求項４に記載の光コネクタ。
6. 前記フェルールのフランジは前記平坦面とは異なる面に、キー突起を有し、前記プラグフレームは、前記キー突起がその内部で摺動するキー溝を内周面に有する、
   請求項４に記載の光コネクタ。
7. 前記光ファイバが、シングルモードファイバ、マルチコアファイバ、偏波保持ファイバ、バンドルファイバのいずれかである、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の光コネクタ。
8. 前記フェルールがジルコニア製である、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の光コネクタ。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の光コネクタと、スリーブを介して前記光コネクタに連結される接続対象物と、を備え、前記光コネクタ側の光ファイバと前記接続対象物側の光ファイバとを光学的に接続する光接続構造であって、
   前記フェルールを前記スリーブに挿入し、前記プラグフレームの前記所定位置に対して前記フェルールを前記貫通穴の軸の方向後方に移動させた場合に、前記平坦面と前記ガイド面の接触状態が解除される、光接続構造。
   

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