JPS60119514A - 光フアイバプラスチツクコネクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光フアイバプラスチックコネクタの高強度化に
関するものである。

光フアイバコネクタは光伝送において、光フアイバ同志
の結合または光ファイバと発光・受光素子等との結合に
用いられる部品である。

第１図は光７アイパコネクタの基本構造の断面図、で、
（ａ）はアダプタ、（ｂ）はプラグハウジングを示す。

光フアイバコネクタの構成は第１図に示すように、光フ
ァイバ６のコアの中心を心出しした中子２、この中子を
入れるハウジング８、前記中子２およびハウジング８を
締めつけるカップリングナツト４とアダプタ５とからな
る。光フアイバコネクタへの要求は、 ■　光ファイバの心出し精度が高精度で、長期にわたっ
ても寸法の安定性が高く、接続損失が少なくとも１．０
ＣＩＢ以下程度であること。

■　低コストであること。

■　高強度で、人手による操作により破断しない高い信
頼性を有すること。

の三つに大別できる。これらはいずれも中子の性能に関
するものである。■と■の要求は高精度で低コストな加
工法を選択する必要を示す。■は材料および構造に依存
するものである。公衆通信に光フアイバコネクタを適用
する場合、破断時の復旧は速やかに行う必要があるが、
現在のコネクタ、取付は工法では、１〜８時間を要する
ので、人手による取扱いにより破断することは全くあっ
てはならないことである。

第２図は日本電信電話公社において標準化されたＦＣ型
コネクタの構造を示す斜視図で、（ａ）はアダプタ、（
ｂ）はプラグハウジングを示す。第２図に示すＦＣ型コ
ネクタは基幹伝送用光ケーブルへの適用を主たるねらい
として開発されたものである。第２図において、６はス
プリング、７は光ファイバ、８はテンションメンバ、９
はケーブル外被、】０はカップリングナツト、】１はプ
ラグ回転どめキー、】２は光ファイバの実装された中子
、１８は中子嵌合用スリーブである。このＦＣ型コネク
タの接続損失は０．７　ｄＢ以下、強度は中子１２の材
質がステンレス鋼を主体とするので、高強度であるが、
価格はかなり高く、特に一般の加入者を対象とした加入
者光線路への適用を考慮すると極めて高価格である。高
精度部品を低コストに加工する方法としては、プラスチ
ックの成形加工法がある。プラスチックコネクタを公衆
通信網に導°入するには、現在標準化されているＦＣ型
コネクタとの互換性を特徴とする特に国内メーカの測定
器はほとんどＦＯ型コネクタとの結合を考えた構造とな
っており、互換性は重要な条件である。

現在布中には、ＦＯ型コネクタと互換性を有するオール
プラスチックのコネクタが販売されている。これらのコ
ネクタの寸法のうち特に中子とハウジングを含むプラグ
の寸法は第８図に示すＦＯ型コネクタのプラグと全く同
一である。第８図において（ａ）は側面図、（ｂ）は正
面図であって、１４は光ファイバの被覆部分、】５は中
子内に実装された光ファイバ、１６は中子の嵌合軸合わ
せ部分、１７は中子のつば部分、１８は中子のつばの根
本の部分である。

これらのプラスチックコネクタに使用する樹脂ス７アイ
バ、カーボンファイバ等が８０〜７゜（ｗｔ％）程度光
てんされたものが使用される。

これらの樹脂は、熱膨張係数が小さく、硬度が高いので
、寸法のくるいがないという長所のある反面、樹脂中の
可塑剤の配合比率が低く、また充てん剤の配合比率が高
いので、脆性が高くなり、破壊強度が弱いという欠点が
あり、取り扱い方によっては破断事故の生ずることがあ
る。

その状況を第４図により説明する。コネクタは、人手に
より操作されるものであり、測定器の本体１９に取り付
けられたＦＧ型し化ブタクル２０＆こプラスチック中子
２１の先端を挿入した時Ｇこ、誤ってプラグに曲げ力が
加えられ、中子に折り曲げのモーメン）Ｍが加わった場
合に破損し易いことが判明した。

中子の破断が生じる条件としては、測定器の本体１９に
固定されたＦ（Ｊレセプタクル２０にプラスチック中子
２１の先端約１關のところが、クランプされた状態で、
クランプ部から約２０１１１の所に位置するカップリン
グナツト２２の操作部分に、人手による誤った操作力が
１１Ｃ９ｆ程度加わる場合が想定される。なお２８はプ
ラグハウジング本体である。第４図において、中子のク
ランプされた位置を起点とすると、中子に破壊力Ｗｊの
加わる位置はＸ’　＋−７ｍｌとなる。また操作位置は
ｘ−２０鶴である。これより、中子に働くモーメントは
ｙ、　ｗｍ　ｘ　Ｗ　ｗ　ｘ’Ｗ’であるので、中子が
破断しなし）だ１ｃ９ｆ以上である。。

ＦＣ型コネクタおよびこれと互換性のあるプラスチック
コネクタの折り曲げ強度を測定したところ第１表の結果
を得た。

第１表　Ｉｉ’Ｏ型コネクタおよびこれと互換性のある
プラスチックコネクタの曲げ 破断強度 第１表より、プラスチックコネクタの強度をよ２〜以下
であり、人手の操作により、容易に破断してしまうこと
が明らかとなった。

一方、ステンレス鋼の材料を主体として製造されたＦＣ
型コネクタの強度は、材料の曲げ破断強度σが５０ｋｇ
／−に対し、約１０に９ｆである。しかしながらプラス
チックコネクタの強度Ｇま、材料の曲げ破断強度σ１４
〜２２髪−に依存せずに、いずれの強度も２に９ｆ以下
である。明ら力）に、金属材料とプラスチック材料の性
質の異なること力（わかる。

すなわち金属材料で製造することを主眼に設計されたＦ
Ｃ型勾コネクタの構造を、そのままプラスチック化した
コネクタプラグの中子で番ま、曲げ破断強度がＦＣ型に
対して、約冗であり、材料の強度を高くシても、高強度
のコネクタプラグを得ることは困難であった。

このように従来のプラスチックコネクタは、第８図に示
すＦＣ型コネクタの構造を単にプラスチック化しただけ
の構造を有するので、曲げ破断強度が弱く、高信頼の要
求される公衆通信の用途にはとうてい使えないという欠
点があった。

本発明はプラスチックコネクタ中子の強度が弱いという
欠点を除去するため、中子の嵌合部後端とつば部を、テ
ーパ状の接続曲線で結ぶ構造とすることにより、中子の
強度を高めたものである。

以下図面により本発明の詳細な説明する。

光フアイバコネクタ用のプラスチック材料は、家庭用品
等に用いられる可とう性のある柔軟な材料とは異なる。

高い寸法精度と寸法安定性を得るには、成形収縮率の成
形ごとのばらつきが小さいこと、材料の吸湿変形量の小
さいことおよびクリープ変形量等の小さいことが、必要
条件である。

これをプラスチック材料で実現する方法としては、プラ
スチック中に無機材料からなる充てん剤を３０〜７０ｗ
ｔ％程度混入させる方法以外にない。

充てん剤を混入するほどプラスチックの硬度は高くなり
、寸法精度の安定性は増すが、脆性が増加する。光フア
イバコネクタ用プラスチック材料には、脆性が高いとい
う欠点がある。本発明はこのような欠点を有するプラス
チック材料から成形された光フアイバコネクタプラグの
中子の強度を高めることを目的に、強度向上対策を検討
し、その結果をもとに最適なプラグ構造を特許出願する
ものである。

ＦＣ３型コネクタのプラグ構造は、第８図に示すように
、つば１７ｃ〕部分と嵌合軸合わせに寄与する部分１６
で、外径寸法が異なるので、材料力学的に見ると、つば
の根本の部分１８に応力集中が生ずる。第５図は応力集
中のないストレート構造の丸棒に曲げ力を加える場合を
示す。材料に加わる曲げ応力をσとすると、丸棒に加わ
る曲げモーメントＭは で示さされる。Ｖは曲げモーメント、ｄは丸棒の直径、
πは円周率である。一方、曲げにより片端が固定された
コネクタがもう一方の端に曲げ荷重を受けて破壊される
時の強度Ｗは、第６図において Ｗ　−−−−−−−−（２） となる。（１）と（２）から、Ｗは としてまる。なお第６図、：Ｘ’？　、ｔｒＭ’Ｘ１１
１’、？：　；：、。

コネクタ用プラスチック材料の最大曲げ強度σＪｎａＸ
　（〜−２）は、第１表においてサンプルＡ、Ｂ。

Ｃの材料ではそれぞれ１９．１４．２２　（ｖＩｍ”　
）である。

従って応力集中の生じない場合においては、曲σ　πｄ
８ げ強度Ｗ−ｍａＸ−はＦＯ型コネクタ中子と同じ２Ｘ 外径を有する中子の場合にｄ−２０，５（１１１１）　
、Ｘ−７（川とすると、それぞれ４，１．　、８．１　
、４．８　（ｋｇｆ）と算出される。

しかしながら、実際の中子形状は、つば部に応力集中を
有するので、形状係数αを考慮する必要がある。応力集
中のある場合の最大応力σαは、σヶーσＡで表わされ
、破壊時の折り曲げ強度ｗａは、Ｗ（１＝　”／ａとな
る。

第１表の金属側斜からなるＦＣ型コネクタの場合のステ
ンレス鋼の曲げ破断強度はσ−５０髪−に対し、中子の
曲げ破断強度の推定値は１１Ｊ１９ｆとなり、一方、実
測値は１０に９ｆであった。形状係数αは１．１となり
、応力集中の影響が小さいことがわかる。第１表に示し
た曲げ破断強度の実測値はサンプルＡ、Ｂ、Ｏでそれぞ
れＷ−２，０゜１、ｓ　、　１．．６　（ｋｇｆ）であ
った。これらの値と材料の強度から推定した４、１　、
３，１　、４．８　（ｌｃ９）の値から形状係数αはそ
れぞれ２．１　、１，７　、８．０と算出され、応力集
中の影響のあることがわかる。すなわち光フアイバコネ
クタ用のプラスチック材料は、脆性が高いので、従来の
ＦＣ型コネクタ等の金属コネクタに用いられているステ
ンレス鋼等では問題にならなかった応力集中による強度
低下の生ずることを明示した。

形状係数αを１に近づける構造は、Ａ、ＴｈｕｍとＷ　
、　Ｂａｕｔｚにより、Ｉｎｇ、Ｗｅｓｅｎ、ｖｏｌ、
６　（１９８５）　ｔＰ、　２６９なる文献に、曲げ、
ねじり、引張の力が働く各場合の段付き丸棒構造が提案
されている。

それは一般に切削加工等に用いられる金属材料からなる
工具等に適用されている構造であり、段付き丸棒の接続
曲線と呼ばれている。本発明はこれらの曲線のうち、特
に曲げ強度に有効な曲線を選択するものである。これを
第７図および第１式に示す。

第７図において、Ｄはつばの外径、ｄｉはテーバ部の外
径、ｄは嵌合必用し部の外径、ｙは中子のつば部から中
子の先端へ向けての長さであり、ｙ＝０は中子のつば部
のｙの長さく位置）が０であることを示す。

第１式 この接続曲線は無限長において、中子外径が規準の径ｄ
になることを示している。ＦＣ型コネクタの中子では、
嵌合軸合わせ部の径はっばの根本から一様である。従っ
て段付き丸棒の接続曲線をそのままＦＣ型コネクタ互換
型のプラスチックコネクタに適用することはできない。

しかしながらＦＣ型コネクタ互換型のプラスチックコネ
クタ以外の新しい規格のコネ′クタには適用は充分考え
られる。

第８図（ａ）は本発明による実施例のプラスチック中子
の寸法を示し、第８図（ｂ）はテーパをパラメータとし
て、プラグの嵌合部分の長さとプラグのテーパ部の寸法
との関係を示す図である。プラグの嵌合軸合わせ部分の
外径が２．５１１１１、長さが８、ＯｎであるＦＣ型コ
ネクタと同じ構造のプラスチックコネクタ中子に本発明
を適用したものであり、第８図（ａ）において、ｅｉは
プラグのテーパ部の寸法、Ｐはテーパ付与部分を示す。

第８図（ｂ）において、点（１）は従来のテーパなしの
比較例を示す。

直線（１）　ｔ　（Ｉｌｌ）　ｔ　（ＩＶ）は第１の実
施例を示す。

曲線（Ｖｌは第２の実施例を示し、前記第１式で表わさ
れる曲線である。

曲Ｍ　（Ｖｌ）は第８の実施例を示し、第２表に示す曲
線である。

第８表はテーパ形状と曲げ破断強度の測定値を示す。

第８表　テーパ形状と曲げ破断強度 ＊サンプル数は１５以上である。

第９図は、第８図（ｂ）の（ｖｌ）の曲線の形状を有す
るコネクタプラグの曲げ破断強度のワイフルプロットを
示す。

使用したプラスチック材料は、石英粉入りエポキシ樹脂
であり、商品名は例えば住友ベークライト社のＥＭＥ５
０００、モートンケミカル社のポリセット４１０Ｂであ
る。成形条件は１６０°Ｃ，プランジャ圧力約１０　ｋ
ｇ／ｃｍ２　、成形時間約６分、後硬化なしである。こ
れらの条件において各材料のメーカカタログにおける曲
げ破断強度はＪＩＳ　Ｋ−６９１１による方法として１
４　ｖｍｚ”とされている。

第１の実施例は、テーパ状の接続直線をコネクタプラグ
のつば部に付与することにより、曲げ破断強度の向上を
図ったもので、第３表の比較例（１）の強度が１．８１
Ｃ９ｆであるのに対し、テーパ形状を（ＩＩ）　、　（
Ｉｌｌ）　、　Ｏ→と大きくするに従って強度が２．５
゜８．０　、　Ｌ８　（ｋｇｆ）と向上している。

第２の実施例は、テーパ状の接続曲線を段付き丸棒の接
続曲線と同じくしたものであり、形状係数が１に近いも
のである。この形状はＦＣ型コネクタと互換性を有する
ものではないが、他の規格のコネクタへの応用は充分期
待できる。実測した強度は４．５に９ｆであった。材料
のカタログ強度は１４　ｖｍ−であり、これより推定さ
れる中子の曲げ破断強度は８，１ｋｇｆである。実測値
４．５　Ａｙｆは材料のカタログ強度からの推定値の約
１．１１倍となっている。この原因は、ＪＩＳＫ６９１
Ｎに規定されている折り曲げ試験用試料の形状は、単に
断面形状と長さを指定しているのみであり、応力集中に
よる強度低下の原因となる試料の表面粗度等については
、何ら指定していないことにある。樹脂製造メーカの材
料定数測定用の試験片の表面を観察すると、ゝバリ“や
微小な凹凸が存在しており、材料定数を測定する際の誤
差が大きくなったと考えられる。

一方、第２の実施例で用いた光フアイバコネクタプラグ
の表面粗度は、±０．５μｍ以下であり、凹１゛凸等に
よる応力集中は生じない。中子の破断位置は、つばから
１〜１．５　ｍの範囲にランダムにばらつくとともに、
高強度が得られた。これは、つば部付近の応力集中がな
くな−ったために、成形品内部のわずかな応力分布のば
らつきによって破断位１１置が決まるためである。

以上第２の実施例について、従来予測のつかなかった平
均強度４．Ｆ１９ｆという高強度なプラスチック中子を
本発明により実現できることを示した。

第８の実施例は、第２表に示す中子の外径を規定するも
のであり、段付き丸棒の接続曲線のつばに接する部分と
嵌合必用し部に接する部分を直線で結んだものである。

直線で結ぶ理由は、現在のＦＯ型コネクタのハウジング
へのプラスチックプラグの実装を容易にするためである
。具体的にはプラグハウジングに中子のつば部が接する
部分の内径が中子のテーパ部の径より小さい場合に、穴
にテーパ部が当るのを防止する必要がある。中子の先端
に近い一方の嵌合６出し部をつばから１ｆｉのところで
直線で結ぶ理由は、ＦＣ型コネクタプラグをアダプタ内
で嵌合すを場合、嵌合に必要と−する中子の先端からの
長さが約７闘必要であるためである。第８図の（ｖＤが
この曲線であり、この構造の中子の曲げ破断強度は平均
４ＪＣ９ｆであり、第９図のワイブル確率紙上にプロッ
トしている。第９図から１％の強度を推定すると、約Ｌ
Ｘ　ｋｇｆである。この中子では、折り曲げ時の破断点
はつばから１關±０．１間の点に集中していた。すなわ
ちこの点に応力集中の存在することが第２の実施例より
強度の劣る原因である。

しかしながら第２の実施例によれば、プラグの・最低強
度を８に９ｆ以上にすることができる。なお実施例の形
状から±５０μｍ程度の加工誤差力（ある場合も、同程
度の効果が得られる。

以上述べたように三つの実施例において、プラスチック
からなる光ファイノ（コネクタプラグの曲げ破断強度を
向上させる方法として、中子の根本の部分の構造をテー
パ状に接続曲線とすることの効果が大であることを示し
た。

本発明によるコネクタプラグは、従来、信頼性が悪く、
光通信システムへの導入の危ぶまれてし）だプラスチッ
ク制光ファイノくコネクタの強度を飛躍的に向上させる
ことにより、信頼性を高め、光公衆通信網への導入を可
能としたもので、その効果は大きい。

本発明の実施例では、プラスチック材料として、ＪＩＳ
Ｋ６９１１試験法において曲げ破断強度力（σ−１４に
９Ａｌ１２のものを用いたが、成形品のコネクタ中子の
強度は、材料の曲げ強度の値の、より高い材料を用いる
ことにより、さらに高強度とすることが可能である。す
なわち本発明の構造により成形したコネクタ中子では、
材料強度に比例した強度を得ることができる。これは高
強度な材料を選定することにより、プラスチックコネク
タプラグをさらに高強度化できる可能性を示したもので
あり、本発明の量線は大きい。

本発明の実施例では、ＦＣ型コネクタと互換性を有する
コネクタの高強度化を主体にその効果を述べたが、他の
構造規格のコネクタに対しても、同様な高強度化の効果
が期待できることは明らかである。

以上説明したように本発明によれば、プラスチック製光
フアイバコネクタを高強度化することができ、信頼性が
向上するので、低コストなプラスチックコネクタを高信
頼の要求される公衆光通信網にも適用できるという利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は光フアイバコネクタの基本
構造の断面図、 第２図（ａ）　、　（ｂ）は日本電信電話公社において
標準化されたＦＣ型コネクタの構造を示す斜視図、ｔＪ
　ａ　図Ｏを中）はＦＣ型コネクタの中子の主要寸法図
、 第４図はＦＣ型コネクタのプラグハウジング内に実装さ
れたプラスチックプラグの破断状況の説明図、 第５図は断面形状が円形である丸棒の斜視図、第６図は
片端が固定されたコネクタが一方の端に曲げ荷重を受け
て破断荷重Ｗが働く場合の説明図、 第７図は本発明のプラスチックコネクタの中子の構造を
規定するための図、 第８図（ａ）は本発明の実施例のプラスチック中子の寸
法を示す図、第８図（′ｂ）はテーパをバラメークとし
て、プラグの嵌合部分の長さとプラグのテーパ部の寸法
との関係を示す図、 第９図は第８図（ｂ）の（ｖｌ）の曲線の形状を有する
コネクタプラグの曲げ破断強度のワイプルプｐットを示
す図である。 １・・・光ファイバ　２・・・中子 ８・・・ハウジング　４・・・カップリングナツト５・
・・アダプタ　６・・・スプリング？・・・光ファイバ
　８・・・テンションメンバ９・・・ケチプル外被　１
ｏ・・・カップリングナツト１１・・・プラグ回転どめ
キー １２・・・光ファイバの実装された中子１８・・・中子
嵌合用スリーブ ■４・・・光フアイバ被覆部分 １５・・・中子内に実装された光ファイバ１６・・・中
子の嵌合軸合わせ部分 １７・・・中子のつば部分 １８・・・中子のつばの根本の部分 １９・・・測定器の本体　２ｏ・・・ＦＣ型レセプタク
ル２１・・・プラスチック中子 ２２・・・カップリングナツト ２８・・・プラグハウジング本体 ２４・・・中子のつばを含む固定部分 ２５・・・中子の嵌合軸合わせ部 ２６・・・中子のつば部 ２７・・・中子の嵌合部とつば部を接続する曲線・２８
・・・中子の先端部　２９・−・中子の後端部分Ｄ・・
・つば部の外径　ｄｉ・・・テーパ部の外径ｄ・・・嵌
合各市し部の外径 ｙ・・・中子のつば部から中子の先端へ向けての長さｅ
ｌ・・・プラグのテーパ部の寸法 Ｐ・・・テーパ付与部分 （１）・・・テーパのない中子のつばの根本部（＋＋）
　、　（ｍ）　＊　Ｏｖ）・・・直線状のテーパ（Ｖ）
・・・第１式で規定するテーパ （ｖＤ・・・第２表に規定するテーパ。 特許出願人　日本′電信電話公社 第１図 （ａ）（ｂ） 第２図 第４図 〃 第５図 第６図 第７図 λ 第１頁の続き ［株］発明者長沢　真二 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根１６旙地　日本電信
電話公社茨城電気通信研究所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　光ファイバを内蔵したプラスチック製中子、この中
   子に内接する嵌合スリーブ、および前記中子と嵌合スリ
   ーブとを締め付は固定するハウジングとからなる光フア
   イバプラスチックコネクタにおいて、前記中子が嵌合ス
   リーブに外接する嵌合部の後端部に、嵌合部より外径の
   大きいつば部を有し、かつ嵌合部とつば部がテーパ状の
   接続曲線よりなる構造によって結合されていることを特
   徴とする光フアイバプラスチックコネクタ。 乞　特許請求の範囲第１項記載の光ファイバプラスチッ
   クコネクタにおいて、テーパ形状が嵌合必用し部の外径
   をｄ１中子のつば部のへりの点から中子の先端に向けて
   の長さをｙとし、テーパ部の外径ｃｌｉが ｙａ　ｙ４ −１８９．４８　Ｘ　（−）　＋　２’１６．４８　Ｘ
   　（−）（１（１ ｙｓ　ｙａ −１３１８，５６Ｘ　（−）　＋　２０１．７０　Ｘ　
   （−）ｄ　（１ なる式で表わされる接続曲線よりなる構造であることを
   特徴とする光フアイバプラスチックコネクタ。 ＆　特許請求の範囲第１項記載の光フアイバプラスチッ
   クコネクタにおいて、中子の形状が中子のつばから先端
   までの長さが８を諷で、中子の嵌合部の外径がＪ５１ｍ
   であり、がっテーパ部の形状が、中子のつば部のへりの
   点から中子の先端に向けての長さをｙとし、テーパ部の
   外径ｄｉが ０．１０４ｙｊＯ，５０のとき ｙ８ −１８９．４ａ　ｘ　（−）　＋　２７６．４８　ｘ　
   （−Ｚ−）’ｄ　ｄ ６ −８１３．５６　ｘ　（−）　＋　２０１．７０　ｘ　
   （ヱ）６ｄ　ｅｌ ｙ　Ｗ　ｙ　８ −６８．１９　Ｘ　（７）　＋　９．８８　Ｘ　（枦　
   ）Ｘ　２．５００ ０．５０４ｙｊ１．ＯＯのとき ｄ４−２．フ０８　Ｘ　Ｏ，１０８Ｘ　（Ｖ　−０，５
   ）１．００ｚｙｚ８．００のとき　ｄｉ−２，５００で
   表わされる接続曲線よりなる構造であることを特徴とす
   る光フアイバプラスチックコネクタ。