JPH0754366B2 - 改良形光コネクタスリーブ - Google Patents

改良形光コネクタスリーブ

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JPH0754366B2
JPH0754366B2 JP59501291A JP50129184A JPH0754366B2 JP H0754366 B2 JPH0754366 B2 JP H0754366B2 JP 59501291 A JP59501291 A JP 59501291A JP 50129184 A JP50129184 A JP 50129184A JP H0754366 B2 JPH0754366 B2 JP H0754366B2
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plug
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optical connector
cylindrical
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マツクス アンダーソン，ジエリー
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アメリカン テレフオン アンド テレグラフ カムパニー
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/36—Mechanical coupling means
    • G02B6/38—Mechanical coupling means having fibre to fibre mating means
    • G02B6/3807—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs
    • G02B6/3873—Connectors using guide surfaces for aligning ferrule ends, e.g. tubes, sleeves, V-grooves, rods, pins, balls
    • G02B6/3874—Connectors using guide surfaces for aligning ferrule ends, e.g. tubes, sleeves, V-grooves, rods, pins, balls using tubes, sleeves to align ferrules
    • G02B6/3877—Split sleeves

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明分野 本発明は光フアイバコネクタと共に用いられる改良形の
割りスリーブに関する。
2.先行技術の説明 光フアイバ用コネクタは１つの光フアイバを他の光フア
イバに、或いは光フアイバを、例えば、発光ダイオード
または光検出器などの装置に光学的に結合するために用
いられる。このフアイバ用コネクタは光損失を最小にす
るためにフアイバの整合を良好に維持するものでなけれ
ばならない。またこのコネクタは低コストで生産が迅速
であることが望まれる。更に、着脱が容易でなければな
らない。
コネクタの１つの成功した設計は、いわゆる“双円錐形
コネクタ”で、フアイバとの整合が良好で使用し易く、
例えば本発明と共に譲渡された米国特許第4,107,242号
に開示されている。他の形の光フアイバコネクタとして
は割り円筒スリーブに嵌合する円筒状プラグを用いたも
のがある。その方法においては、通常はプラグが、その
端部が接触するまでスリーブ内にそう入され、これによ
り２本のフアイバ間またはフアイバと光学装置との間で
低損失を接続が可能となる。
発明の要約 本発明は、円筒状の光プラグがスリーブにそう入される
時ほぼ円形形状を維持するように設計した改良形スリー
ブを与える。本発明によるスリーブはプラグの周囲にほ
ぼ一様な圧力を加え、一様な圧力を維持しないスリーブ
に比べて改良されたプラグの整合を与えるものである。
１実施例においては、スリーブの厚みをその円周に沿つ
て変えることにより一様な圧力が得られる。
図面の簡単な説明 第１図は割りスリーブにより接合される円筒状プラグの
代表的な設計を示すものであり、 第２図は円筒状プラグと割りスリーブと共に用いられる
適切なコネクタアセンブリを示し、 第３図は肉厚が一様なスリーブの断面を示し、 第４図は本方法により設計された割りスリーブの断面を
示し、 第５図は厚い湾曲梁の曲げを示し、 第６図は割りスリーブに課された有限要素グリツドを示
し、 第７図及び第８図は本発明の設計によるスリーブにそう
入した円筒状プラグの接触境界面を示し、 第９図は従来の厚みが一様なスリーブにおける円筒状プ
ラグの接触境界面を示す。
詳細な説明 以下に与える詳細な説明は円筒状光プラグを接合するた
めに用いられる割りスリーブの改良式設計に関する。
以下に与える詳細な説明は円筒状光プラグを接合するた
めに用いられる割りスリーブの改良式設計に関する。前
記のプラグは２本の光フアイバ間の或いは光フアイバの
光学装置への接合に用いることが出来るもので、用語
「光プラグ」はいずれかの用途に用いられるプラグを含
むものである。
第１図からわかるように、プラグ11は光フアイバ（図
略）を内部に有するケーブル16に取り付けられる。前記
の光フアイバはプラグの円筒部分12内に延在する。通
常、このフアイバは円筒状プラグの端部をわずかに越え
て延在し、また従来の方法に従つてほぼ平坦面を得るた
めに研磨が望まれる。同様に、プラグ13は、円筒状シリ
ンダ14をその上に備え、光フアイバを内蔵するケーブル
17に取り付けられる。これ等のフアイバ間を接続する場
合、前記のプラグは、円筒部分12と14の端部が接触する
か、又ある設計においては近接するまで、割りスリーブ
15内にそう入される。フアイバの端部は裸のままか、ま
たは屈折率を整合液体を用いてフアイバ間の結合を改良
することが出来る。他の例においては、迎合性材料がフ
アイバの端部に、例えば米国特許第4,221,461号に開示
されたように、適用される。
機械的結合性を得るため、プラグ11及び13を第１図に示
した螺合ハウジング19及び20内に固定することが出来
る。またスリーブ15は可塑性止め輪18によりハウジング
20内に固定され保持される。ハウジング20は第２図に示
したように、ハウジング19に螺合される。コネクタプラ
グの機械的アセンブリの他の構成も可能であるが、本発
明の１部を形成するものではない。スリーブ15は本発明
に従つて肉厚可変なものとして与えられる。従来のスリ
ーブは、通常は、ほぼ一定の肉厚を有し、プラグを内蔵
しない実質的には円筒形状のものを与える。
スリーブとプラグ間の接触はプラグの適切な整合を得る
ために必要である。これは技術的に「締りばめ」と呼ば
れる。しかしながら、締りばめを得る際、前記のスリー
ブはどうしても大きさがわずかに小さくならざるを得な
い。即ち、該スリーブに嵌合させる円筒状プラグの直径
よりわずかに小さな初期内径を有する。本発明は、円筒
状スリーブ形コネクタにおける相当の光学的損失がスリ
ーブにより円筒状プラグに賦与される非一様な圧力に起
因するという発見に関係する。これは、円筒状プラグが
円筒状スリーブにそう入される時、該スリーブは最早円
形シリンダを与えないように変形するという事実に少な
くとも部分的には起因して生ずることが結論づけられて
いる。
本発明においては、整合スリーブはこれにそう入された
プラグの周囲にほぼ一様な圧力を加えるように設計され
る。これは、例えば、以下に詳述するように、スリーブ
周囲で該スリーブの厚みを変化させて得られる。
改良された形状を与えるのに有用な解析法が以下に与え
られる。しかしながら、他の解析法はわずかではあるが
異なる結果を与え、これは用いられる仮定とスリーブ形
成に用いられる材料とに依存する。本発明は円筒状プラ
グの周囲により一様な圧力を得るのに用いられる厳密な
解析法には依存しない。
第３図は一様な圧力ｐによつて開かれた肉厚が一様なリ
ングを示す。圧力を一様と仮定することにより角度φに
より測定される任意の周方向の位置における曲げモーメ
ントＭの簡単な表式が得られ、但し、上記のφは前記の
位置からの切断中心への角度である。この仮定はまた止
め輪の整合体の設計に望ましい特徴を与えるもので、そ
れは、該仮定が全境界面にわたつて接触を維持するため
に周辺がバイアスされない傾向を示すからである。角度
φにおける切断により残部から分離される第３図のリン
グの自由体セグメントの平衡を考えると、切断部につい
てのモーメントの和は となり、ここにＤはリングの内径、ｐは該リングに加わ
る圧力である。曲げの基礎理論によると、曲率の主要な
変化Δkpは、 により与えられ、ここにＥは弾性係数であり、また局所
厚みがｈのリングの単位長さに対して である。このようにして、 が得られ、該式は、一様圧力によつて拡げられている厚
み一定のリングがその周囲で変化する曲率変化を有する
ことを示すものである。勿論、これは、かかるリングの
円形の内周がより大きな円に単に変形するだけではない
ことを意味するものである。
しかしながら式（４）は、一様圧力下で円から円への変
形を実現するためには厚みをφに対してどのように変化
させればよいかを決定するために使用可能であり、例え
ばS.Timoshenkoによる材料の強度、第３版、第１部、ペ
ージ391〜393（D.Van Nostrand社、ニユージヤージ）を
参照されたい。もし、h0を割れに向き合う厚みとして、 とすると式（４）は となり、これは所望の結果、即ち曲率の一定変化を与え
るものである。第４図は式（５）により厚みが調整され
た割りスリーブの断面を示す。曲率の変化は、Ｄよりは
るかに小さな直径の締めしろσに対して により運動学的に与えられる。前記の「直径の締めし
ろ」はスリーブにプラグをそう入した時の該スリーブの
直径の増加として定義される。
式（６）と（７）とを組み合わせると が得られ、一方 と共に式（２）と（７）を考慮すると、最大曲げ応力が
割れの反対側に見出され、 で与えられることが示される。
式（８）を用いると境界面圧力を計算することが出来、
式（10）を用いると、対応する締めしろが過剰か否かを
決定出来る。数値列として、h0＝1.02mm、Ｄ＝2.54mm、
σ＝15.2μｍとし、スリーブ材料に対しＥ＝1.4×1010N
/m2とすると、式（８）から境界面圧力が1.8×106N/
m2、また式（10）から0.24％の許容出来る程小さな歪レ
ベルが得られる。
厚みが1.02mm程度で直径が2.54mm程度とすると、厳密な
応用では直線梁の純粋な曲げ問題に制限される式（２）
及び（９）のような基礎公式の直効性が問題になる。従
つて初期湾曲を考慮した２次元的な改良を以下で述べ
る。
第５図は、各々の内外半径ａ及びｂであり、角度θを見
込む単位長さの輪状セグメントを示す。湾曲梁セグメン
トは、いずれかの端部で初期湾曲が低減されるようにモ
ーメントＭによつて曲げられる。ABの回転を禁ずる剛体
拘束を仮定すると、公知のようにCDは4Bθ/Eだけ回転
し、ここに である。
円弧ADの長さ変化を考えると となり、ここにεθ及び（ａ＋σ）は、各々、変形した
円弧の伸び歪み及び曲率半径である。σγはAD上で消失
するので、平面応力の場合のそこの歪みは となり、また式（11）、（13）、及び（14）を組み合わ
せ、簡単にすると、 が得られる。
式（１）は、曲げが一様な内部圧力ｐにより誘起される
時、局所モーメントが ５により与えられること示している。従つて、式（15）
は、式（12）及び（16）を代入することにより となる。
式（４）と式（17）とは、これ等が共に、一様圧力下で
円から円への変形を得るためには厚みを如何に変化させ
るべきかを示す点で類似している。式（17）は、実質的
な初期湾曲、即ち省略不可能な比h/aを考慮して式
（４）を書き変えたものである。事実、ｂ＝ａ＋ｈと書
き、非常に小さなh/aの値に対する式（17）の極限を導
くことにより式（４）を式（17）から得ることが可能で
ある。
第１表では見出しにあげたパラメータに対して、式
（４）〜（10）のような基礎式による計算結果がより厳
密な理論式を適用して得られたものと比較されている。
調整した厚みの差は断面のより薄肉部分では15％程度で
ある。より厳密な理論によると同じ締めしろレベルに対
して一様圧力が約５％高くなる。曲げ応力の分布は初期
曲率を有する梁に対して非線形なので、改良した式が与
える最大伸び歪みは基礎理論の予測値より完全に25％も
大きくなるが、任意の材料に対しては依然として許容可
能な低いレベルである。
ここで、周囲曲げだけが考慮され、また該曲げが長手方
向の曲げを必然的に伴うという予想が無視されている。
このような近似は、集合スリーブがそれ等の機能を果た
すのに或る長さを必要とするので、かかるスリーブに対
しては必らずしも適当ではない。しかし、干渉内部体と
の接触から生じる結合した曲げの問題は、前記の接触領
域を了め知ることができないために、直接的に、また演
繹的に解を得ることが一般に極度に困難である。従つ
て、ここでは有限要素法に基づく数値法について記載す
る。
第６図はトランスフアー成形した整合スリーブの略図で
ある。スリーブの厚みは、フランジがスリーブ本体に接
続しているスロツト近傍を除いて、第１表のより厳密な
結果に従つて周方向に調整されている。これ等のオプシ
ヨンとしてのフランジは理論断面からはわずかにはずれ
るが、それ等は内面が円筒状ハウジングの中心に維持さ
れるのを助け、またマンドレルからの成形スリーブの除
去を容易にするものである。整合スリーブの長さは10.1
6mmである。
第６図には、整合スリーブの上半部に重畳したほぼ一様
な有限要素グリツドが示してある。円筒座標が用いら
れ、また後に参照出来るようにアルフアベツトの指示が
主要コーナーに与えられる。有限要素モデルは標準の４
ノード長方形殻要素からなり、該要素は曲げ及び膜機能
を有し、更に各要素内で厚みを一様に変化させることが
出来る。面ABCF上の全てのノードの半径方向の変位は0.
15mmの内部直径締めしろに一致するように初めは規定さ
れる。ABに沿うノードのφ方向の変位は拘束されるが、
Ｚ方向のスリーブの剛体並進運動を排除するように固定
された中心ノードを除くと、各々のノードは軸方向に移
動自在である。ABに沿つての締付束縛はそこのライン要
素のｒ及びＺ軸周りの回転を妨げる。以上に記した拘束
の場合を除くと、全てのノードは円周方向及び軸方向に
移動自在であり、また全てのライン要素は回動自在であ
る。
第１の実施の結果を課された半径方向の変位に対応する
ノード圧を決定するために検討する。計算した圧力が負
となるノードは第２の実施の場合は束縛から解放され、
即ち、如何なる半径方向の変位も課されない。第２の実
施の場合の圧力の計算値が検討され、そして全てのノー
ドが特定量半径方向に変位されるか、圧力から解放され
るまでサイクルが反復される。通常、収束するには10〜
20回の実施が必要である。
第７図は第６図の湾曲した有限要素グリツドの平面表示
であり、アルフアベツトの呼称が対応し、方向と可視化
を助ける。前記の計算では、円筒状プラグがスリーブの
内側で接触し、プラグ端部間の分離は何等存在しないと
仮定された。更にプラグの直径を等しいとした。剛性の
干渉シリンダとの接触境界面には陰影を付した。これ等
の境界面の形状と大きさは締めしろレベル或いは材料の
特性には依存しない、スロツト及びスリーブ端部の直ぐ
内側には、各々、長手方向及び円周方向のギヤツプが存
在する。このようなエツジ効果は、もしそれ等が広範囲
にわたるか、またはシリンダと変形したスリーブとの間
のギヤツプが大き過ぎるならば、スリーブの整合機能に
は明らかに脅威である。第７図において、最大ギヤツプ
は0.07μｍに過ぎないが、この第１の例の条件は、プラ
グ端部において如何なる分離も存在せず、またプラグが
同等の直径を有するという点で若干理想的である。実際
には、前縁の分離が或る程度受台と面取り面に対して許
容されなければならない。更に、或る程度の実際的な直
径差が許容されなければならない。
第８図の陰影領域は、2.03mmだけを前縁を分離させた２
つの同等な円筒状プラグと整合スリーブとの間の接触境
界面を計算結果を示す。例えば、もし各々のプラグの受
台の高さを0.5mm、また該プラグの長手方向に測定され
た前縁面取り面を0.51mmとした場合がこれに相当する。
これ等の結果を第７図の結果と比較するとわかるよう
に、２つの鋭い縁部を付加することにより、接触が失わ
れる２つの付加的な縁部ゾーンが導入される。しかしな
がら、３つの実質的に完全な円周方向の境界面が各々の
プラグの整合のために残留し、また最大ギヤツプは殆ん
ど増加しない。設計を改良してもかなりのギヤツプがな
お生じているように見えるが、一様な厚みのスリーブと
比較すればわかるように相当の改良が得られている。第
９図は、第１表のより厳密な計算における２つの極端な
値の平均値である0.62mmの一様厚みを有するスリーブに
対して得られた結果を示したものである。第８図及び９
図を比較してわかるように、本発明の設計により接触面
積がかなり増加する。
以上の解析はスリーブの肉厚の改良値を得るのに有用で
あるが、他の解析も可能である。かかるスリーブを形成
する金型設計を単純にするのに有用な１つの近似法が２
つのずれた円によつて与えられる。断面で見た時の大き
な円はスリーブの外側の表面を表わし、小さな円は内側
の表面を表わす。上記のスリーブに対して与えられたh0
の値を用いて円のずれの度合を決定することが出来る。
この方法は上に与えたもの程厳密ではないが、一様厚み
のスリーブに比べてプラグの整合性をなお改良するもの
である。上記の方法の原理を以下の例により更に十分に
説明する。
例 本例は本発明のスリーブを用いたコネクタの損失を通常
の先行技術によるスリーブを用いたコネクタの損失と比
較するものである。本例で用いたフアイバは単一モード
フアイバで、その外径は約125マイクロメートル、また
コア直径は約８マイクロメートルである。測定用光源は
波長が1.3ミクロンの発光ダイオードを用いた。直径が
2.555ミリメートル±1.27マイクロメートルの円筒状プ
ラグを２種類の長さのフアイバの端部に取り付けた。各
々のプラグの円筒部分の長さは約6.35mmである。本発明
によるスリーブの長さは約10.2mmであり、また厚みは図
に示した初期湾曲に対して補正された値を用いて得られ
た第１表に示した値であつた。スリーブの割れは約0.5m
m幅で、オプシヨンとしての整合フランジの高さは約0.8
9mmであつた。このスリーブはシリカ充てん（重量で約7
0％）熱硬化性エポキシ材（PLASKONProducts,Inc.,2929
B）を用いてトランスフアー成形により得られた。この
材料の弾性率（Ｅ）は約1.4×1010N/m2であつた。直径
が約25mm、厚みが12.7mmの本材料によるデイスクが軟化
点まで予熱され（約100℃で約24秒間）、次にトランス
フアー成形用金型にそう入された。これは165.6℃で４
分間硬化され、金型から押出され、室温で冷却された。
金型のマンドレルが除去され、スリーブが寸法の改良さ
れた安定性を与えるために65.6℃で１時間後硬化され
た。本発明のスリーブ内に上記の円筒状プラグを用いた
時のコネクタの損失がかかる148個のスリーブに対して
測定され、プラグの側面が５〜10回のそう入毎にきれい
にふき取られた。本実験においては、スリーブの90％が
0.6dB以下のそう入損失を示し、平均そう入損失は0.34d
B、標準偏差は0.815dBであつた。これと比較するため
に、肉厚が一定の先行技術による通常の金属製円筒状ス
リーブが測定された。金属製スリーブの長さは11.43m
m、内径は2.41mm、外径は3.05mmであつた。30個の接続
が形成され、各々が測定された。平均損失は本発明によ
るスリーブより約0.2dB大きかつた。更に、標準偏差は
ほぼ因子３だけ増加した。
円筒状プラグは通常光フアイバに接続されるが、明らか
に本発明によるスリーブは、例えば光源及び光検出器を
含む光学装置に光フアイバを接続する際に用いることが
出来る。光学装置は円筒状プラグに直接取り付けること
が出来、或いは長さが短かい光フアイバを介して前記プ
ラグに接続することが出来る。以上の例においては単一
モードの光フアイバが用いられたが、多重モードフアイ
バ接続も本発明によるスリーブの使用により使用可能で
ある。本発明の設計による成形プラスチツクスリーブは
比較的低コスト且つ使用し易いため、オフイス形情報分
配システムなどの高密度接続を必要とする用途には特に
適している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−138949（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−134760（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−55853（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】スリーブの長さにわたって割れを有し、光
    ファイバーケーブルの接続端に取りつけられる一対の円
    筒状プラグに使用し、前記プラグの外径より小さな初期
    内径を有し、かつ弾性を有するスリーブを含む光コネク
    タであって、前記割りスリーブは円周回りに変化する壁
    の厚みを有し、前記厚みは、前記プラグの円周にほぼ均
    一な圧力を与えるように割れに対向する厚みよりも割れ
    付近で実質的に少なくなっており、前記スリーブの内側
    表面は前記一対の円筒状プラグが挿入された時に実質的
    に円筒形を保つことを特徴とする光コネクタ。
  2. 【請求項２】前記スリーブは断面内に見て大きな円で与
    えられる外部面と、前記大きな円からずれた小さな円に
    より与えられる内部面とを有する請求の範囲第１項記載
    の光コネクタ。
  3. 【請求項３】前記スリーブの厚み（ｈ）が式： h3＝ho 3sin2（φ/2） にほぼ従って変化し、ここにhoは割れに対向する壁の厚
    みであり、φはスリーブの断面内の割りの中心に関して
    壁内の１点をみこむ角度であることを特徴とする請求の
    範囲第１項記載の光コネクタ。
  4. 【請求項４】前記スリーブは高分子材料で成形されるこ
    とを特徴とする請求の範囲第１項記載の光コネクタ。
  5. 【請求項５】前記スリーブはさらに前記割れ近くにフラ
    ンジを含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載の光
    コネクタ。
JP59501291A 1983-03-07 1984-02-27 改良形光コネクタスリーブ Expired - Lifetime JPH0754366B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/472,849 US4541685A (en) 1983-03-07 1983-03-07 Optical connector sleeve
US472849 1983-03-07
PCT/US1984/000275 WO1984003568A1 (en) 1983-03-07 1984-02-27 Improved optical connector sleeve

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Publication Number Publication Date
JPS60500687A JPS60500687A (ja) 1985-05-09
JPH0754366B2 true JPH0754366B2 (ja) 1995-06-07

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US (1) US4541685A (ja)
EP (1) EP0138908B1 (ja)
JP (1) JPH0754366B2 (ja)
DE (1) DE3471766D1 (ja)
IT (1) IT1175438B (ja)
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