Brevet FR2669155A1 — publié le 19920515

CONNECTEUR HYBRIDE ELECTRIOUE-OPTIOUE La présente invention se rapporte à des connecteurs et plus particulièrement à des connecteurs pour l'accouplement simultané de conducteurs électriques et de conducteurs optiques. Dans la technique antérieure sont décrits de très nombreux dispositifs qui servent à interconnecter des conducteurs électriques de même que des fibres optiques en un unique connecteur hybride. Le fait de combiner deux fonctions d'interconnexion aussi dissemblables pose des problèmes spécifiques du fait que les exigences pour réaliser un bon contact électrique diffèrent de celles qui sont impliquées dans l'obtention d'un bon couplage optique. Par exemple, afin d'obtenir une bonne connexion électrique, il est en général souhaitable que les surfaces de contact viennent en contact avec un mouvement de frottement pour éliminer toute contamination ou oxydation qui peut s'y être déposée. Une fois le contact réalisé, une certaine force est requise afin de maintenir le contact électrique. Le couplage optique de deux fibres conduisant de la lumière, d'autre part, nécessite un alignement axial extrêmement précis des extrémités de fibres correspondantes. Un décalage latéral de seulement quelques microns et un désalignement de quelques minutes d'arc peuvent compromettre de manière significative la transmission de l'énergie lumineuse.Les connecteurs dans lesquels à la fois les exigences décrites pour la connexion électrique et la précision requise pour la connexion optique sont obtenues simultanément, sont des dispositifs qui sont plutôt grands, complexes, difficiles à fabriquer et coûteux, spécialement lorsqu'ils sont conçus pour être utilisés dans des conditions sévères. En outre, de tels dispositifs peuvent être difficiles à manipuler, un problème qui se complique lorsque les connecteurs sont utilisés dans des circonstances défavorables. La dépense inhérente aux connecteurs de la technique antérieure est spécialement dissuasive lorsqu'un connecteur est destiné à être utilisé en relation avec un dispositif périphérique grande série ou jetable. La présente invention vise à surmonter les inconvénients inhérents à la technique antérieure au moyen du connecteur hybride électrique-optique du type à pousser et à tirer décrit en . détail ci-dessous. Plus particulièrement > l'invention proposeun connecteur qui est idéalement approprié pour interconnecter un dispositif périphérique grande série ou jetable avec un équipement coûteux permanent et qui est en outre capable de supporter les conditions auxquelles le dispositif périphérique est typiquement soumis. Un exemple d t application pour laquelle le connecteur de la présente invention est idéalement approprié est l^'instrumentation médicale qui utilise une sonde à usage unique qui est connectée électriquement et optiquement à un équipement d'analyse.Les préoccupations de contamination non seulement interdisent la réutilisation de la sonde, mais encore nécessitent qu'elle soit initialement soumise à la stérilisation. Les conditions sévères de la stérilisation et la possibilité d'un mauvais usage ou d'un usage abusif auquel un tel dispositif peut être soumis lorsqu'il est manipulé par du personnel non qualifié ou par du personnel dans des conditions défavorables, nécessite qu'un connecteur associé à un tel dispositif soit robuste, et facile à utiliser en plus de satisfaire aux conditions économiques associées avec son caractère jetable prévu. Le connecteur de la présente invention procure un agencement de réceptacle et de fiche dans lequel la minimisation du coût et la maximisation de l'aptitude à supporter les utilisations abusives sont concentrées dans le composant fiche qui n'est pas destiné à être fixé de façon permanente au dispositif périphérique. La totalité des parties mobiles, des éléments relativement délicats, et des surfaces de haute précision nécessaires pour réaliser un accouplement électrique et optique approprié sont logés dans le réceptacle tandis que la fiche est constituée d'un nombre relativement petit de composants robustes, aisés à assembler, fabriqués de matériaux relativement peu coûteux. Ce dont il résulte que la fiche peut facilement supporter des charges d'impact élevées, des charges thermiques, est insensible aux agents chimiques corrosifs et peut être produite à un coût minimal. Le composant fiche sert à positionner de manière précise une pluralité de bornes électriques et optiques dans un agencement en saillie prédéterminé pour les introduire dans des canaux correspondants du réceptacle destinés à les recevoir. Un capot entoure l'agencement des bornes formant saillie et s'etend sensiblement au-delà de leurs extrémités pour éviter qu'elles soient mises en contact par inadvertance. En plus de protéger les bornes de tout dommage, le capot est conformé de manière à ce que sa surface intérieure vienne en contact d'une structure à l'intérieur du réceptacle pour guider les bornes pendant le branchement en direction des orifices les recevant.La surface extérieure du capot présente un contour destiné à déterminer sans ambiguïté l'orientation en rotation de la fiche par rapport à celle du réceptacle et sert en plus à verrouiller la fiche en position dans le réceptacle une fois qu'elle y a été complètement enfoncée. D'autres particularités qui servent à minimiser le coût de la fiche se rapportent à la structure et à l'assemblage de ses composants. Une structure moulée unique réunit en une seule piece le capot décrit ci-dessus avec une armature qui facilite l'agencement initial des bornes suivant l'orientation prédéterminée, permet que les bornes soient orientées et verrouillées en place, pince fermement le câble amenant les conducteurs électriques et optiques, sert à diriger convenablement les conducteurs vers leurs bornes respectives, facilite le branchement des fils électriques aux bornes et permet que le fonctionnement de la fiche soit testé totalement avant la fin du processus d'assemblage. Lorsque le fonctionnement a été testé et une fois que tout défaut identifié a été rectifié, l'ensemble de l'armature est surmoulé avec un élastomère qui lie l'armature avec la gaine du câble.Des orifices dans l'armature favorisent l'écoulement du surmoulage dans et autour de toutes les surfaces de la structure tandis que des stries qui y sont pratiquées servent à procurer une bonne liaison mécanique entre l'armature et le surmoulage. D'autres particularités et avantages de la présente invention deviendront évidents à partir de la description détaillée qui va suivre, prise en relation avec les dessins annexés, qui illustrent à titre d'exemple les principes de l'invention et dans lesquels La figure 1 est une vue en perspective montrant le réceptacle de connecteur et la fiche de connecteur de la présente invention La figure 2 est une vue agrandie, en coupe transversale de la figure 1 suivant la ligne 2-2 La figure 3 est une vue agrandie, en coupe transversale de la figure 1 suivant la ligne 3-3 ; et La figure 4 est une vue en perspective agrandie de la fiche de connecteur de la présente invention dans un état partiellement monté. Les dessins représentent un mode de réalisation préféré du connecteur conforme à la présente invention. Le connecteur sert à interconnecter des conducteurs électriques et optiques au moyen d'une combinaison réceptacle/fiche du type à pousser et à tirer. La figure 1 représente le réceptacle 12 et la fiche 14 à l'état non accouplé. De façon idéale ,le réceptacle 12 doit être directement fixé à un instrument (non représenté) ou à un câble menant directement à cet instrument tandis que la fiche 14 doit être reliée à un dispositif périphérique jetable (non représenté) tel qu'une sonde ou un capteur. Le câble 16 associé à la fiche 14 contient plusieurs conducteurs optiques et électriques, dont les extrémités sont fixées aux bornes 18, 20 ou en font partie intégrante du point de vue fonctionnel. Une partie desdites bornes sort de l'intérieur de la fiche 14. Un capot 22 s'étend autour et sensiblement au-delà des bornes individuelles 18, 20, comme cela est montré à la figure 1. Dans le réceptacle 12 est incorporée une protubérance 24 qui reçoit les bornes et qui s'étend vers l'extérieur à partir de l'intérieur du corps de réceptacle 25. La protubérance 24 recevant les bornes contient un réseau de canaux de reception de bornes 26, 28. Les canaux de réception 26, 28 sont agencés et dimensionnés pour recevoir dans leurs parties intérieures les parties formant saillie des bornes 18, 20 de la fiche 14. Chaque canal contient dans sa partie intérieure une borne optique 29 ou électrique 51 capable de s'accoupler de manière fonctionnelle à la borne optique ou électrique correspondante de la fiche. Des conducteurs optiques et électriques 38, 56 sont ensuite dirigés à partir de là vers l'instrument auquel le réceptacle 12 est associé. Les bornes de fibre optique 18, 29 utilisées dans le connecteur de la présente invention sont de conception classique. En bref, chaque borne est cylindrosymétrique et porte une fibre optique 37, 38 dans la direction de son axe central. Chaque fibre se termine par une surface optiquement plate 40, 42 qui coïncide avec la face d'extrémité de la borne. La borne 29 comporte une douille 45 s'étendant à partir de celle-ci et dimensionnée pour y loger la partie d'extrémité de la borne 18 et empêcher tout déplacement axial relatif des deux bornes 18, 29 une fois qu'elles sont étroitement rapprochées l'une de l'autre. C'est une des fonctions du connecteur que de permettre à deux extrémités de fibres optiques situées dans des bornes respectives d'être amenées en alignement axial l'une avec l'autre et de maintenir ensuite les faces d'extrémité des bornes et les faces optiques des fibres, ainsi alignées, en contact fixe l'une de l'autre. La figure 2 est une vue en coupe transversale de la fiche 14 et du réceptacle 12 dans une position partiellement engagés montrant comment les bornes de fibre optique 18, 29 décrites sont logées à l'intérieur du connecteur de la présente invention. Tandis que la fiche 14 sert à tenir fermement la borne de fibre optique 18 dans une position formant saillie sous le capot 22, le réceptacle 12 sert à tenir la borne 29 dans une position en creux à l'intérieur du canal 26. La correspondance du diamètre intérieur du canal 26 avec le diamètre extérieur de la borne 18, en 47, limite le déplacement radial de la borne 29 tandis qu'un ressort hélicoïdal 41 sert à rappeler la borne 29, librement mobile dans sa direction axiale, en direction de l'embouchure du canal de réception 26. Les bornes électriques 20, 51 utilisées dans le connecteur de la présente invention sont également de conception classique. Chaque borne est constituée d'une bande 20, 52 d'un matériau conducteur de l'électricité. Dans l'éventualité où le connecteur serait utilisé pour interconnecter des fils de thermocouple, il serait nécessaire de réaliser ces bandes en un matériau identique à celui utilisé pour les fils du thermocouple eux-mêmes car l'utilisation d'un matériau de contact différent pourrait augmenter l'erreur du thermocouple. C'est une fonction du connecteur que d'amener ces deux bandes en contact l'une avec l'autre, en un mouvement avec frottement afin de nettoyer les surfaces de contact de toute oxydation ou autre contamination qui pourrait s'y être déposée. Une fois en contact, une force de rappel substantielle est nécessaire pour maintenir une connexion électrique. La figure 3 est une vue en coupe transversale de la fiche 14 et du réceptacle 12 dans une position partiellement engagés montrant comment les bornes de fibres électriques 20, 51 décrites sont logées à l'intérieur du connecteur de la présente invention. La fiche 14 sert encore à tenir la borne électrique 20 dans une position formant saillie à l'intérieur de la section protégée de la fiche. Un fil conducteur 58 est fixé à la borne 20 en 57, par exemple par brasage ou par soudure. Le canal de réception 28 du réceptacle 12 contient une bande profilée 52 d'un matériau conducteur de l'électricité tenue dans un manchon isolant 53. Un ressort 54 rappelle la bande i1 en direction d'un coté du manchon 53 ce qui fait en sorte que la bande vient en contact étroit avec la borne 20 lors de l'introduction.Un fil conducteur de l'électricité 56 est fixé de façon appropriée à la bande 52 en 55. La figure 4 est une vue en perspective de la fiche 14 dans un état partiellement assemblé. Le composant le plus proéminent visible sur cette illustration est l'armature 46 qui fournit une ossature pratiquement rigide à la fiche 14 et qui s'étend vers l'avant pour former le capot 22. L'armature 46 est constituée d'un seul élément moulé qui comprend une paroi avant 59 traversée par des orifices de borne 60, 62, des parois latérales 64, 66 s'étendant vers l'arrière pour former un canal 72 nervuré étroit, une paire de nervures transversales 48, 50 et une série de canaux découverts 67, 68, 69, 70, 71 s'étendant depuis le voisinage du canal nervuré 72 jusqu'aux nervures transversales 48, 50 chacun en alignement avec l'un des orifices de borne 60, 62. On voit aux figures 2 et 3 des zones annulaires 43, 49 où l'épaisseur de la paroi est réduite, centrées autour de chacun des orifices de borne 60, 62 sur la face extérieure de la paroi avant 59. Comme cela est visible dans toutes les figures, le capot 22 s'étend vers l'avant bien au-delà de la paroi avant 59. La paroi intérieure du capot est dimensionnée pour se monter à frottement doux sur la protubérance 24 du réceptacle, alors que sa paroi extérieure contient une protubérance de verrouillage 34 en forme de coin ayant une face effilée peu profonde 35 orientée vers l'avant, et une face effilée de manière plus abrupte 36 orientée vers l'arrière. Le capot 22 contient en plus une rainure 74 orientée longitudinalement sur sa surface extérieure comme cela est visible à la figure 1. L'armature 46 sert non seulement à fournir une ossature rigide pour la fiche 14, mais elle aide en outre à l'assemblage des différents composants qui y sont situés. De plus, l'armature 46 procure une stabilité structurelle suffisante à la fiche 14, dans un état partiellement assemblé pour lui permettre d'être entièrement testée avant la procédure de surmoulage finale. La première étape dans l'assemblage de la fiche 14 nécessite l'introduction des bornes électriques 20 à travers les orifices de borne électrique 62. Le montage à frottement doux des bornes 20 dans les orifices 62 sert à maintenir les bornes en position. Une fois introduite, une partie dénudée de conducteur électrique 58 est placée sur chaque borne 20 en 57, où elle est soit brasée, soit soudée en place. La configuration ouverte de l'armature 46 permet aux electrodes de soudage de porter sur chaque lame de borne 20 à partir du dessus et du dessous. Le câble 16 contient le conducteur électrique 58 et les fibres optiques 37 et il est pincé en place à l'intérieur du canal nervuré 72. Les nervures appuyant vers le bas sur la gaine extérieure du câble servent à maintenir fermement le câble en place. Les conducteurs électriques sont alors positionnés à l'intérieur des canaux découverts 67, 71 s'étendant depuis le voisinage de l'extrémité de la gaine du câble vers les bornes 20 telles qu'elles sont positionnées sur la nervure 50. Les fibres optiques 37 auxquelles ont été fixées les bornes 18 précédemment décrites sont de la même façon placées dans leurs canaux découverts respectifs 68, 69, 70 après que les bornes 18 aient été poussées à travers les orifices 60 et enclenchées en place. Chaque borne 18 comporte une section de diamètre augmenté 44 qui est positionnée entre les nervures 48 et 50. Les nervures 48 et 50 empêchent le déplacement axial des bornes 18, tandis que le montage serré de la borne électrique 20 dans l'orifice 62 prévient son déplacement longitudinal. Ce dont il résulte que la fiche peut être introduite dans un réceptacle approprié 12 et en être extraite pour essai sans perturber l'agencement des composants et sans endommager d'une autre manière la fiche partiellement assemblée. Dans le cas où un défaut est identifié, il peut à ce stade être aisément corrigé. L'étape finale de l'assemblage est le surmoulage de la fiche 14. La fiche, telle qu'elle est partiellement assemblée, est d'abord enfichée dans un réceptacle qui sert à maintenir fermement en place les bornes formant saillie 18, 19. La zone où l'épaisseur de la paroi est réduite 43, 49 autour de chaque borne permet un léger repositionnement radial de la borne qui pourrait être nécessaire pour amener les bornes en alignement axial correct avec les canaux de réception. La fiche enfichée est alors fermement tenue en place tandis qu'un élastomère thermoplastique est moulé autour de tout l'assemblage jusqu'à et autour de la paroi avant 59. Le caractère ouvert de l'armature permet au matériau en fusion d'atteindre toutes les surfaces des composants à l'intérieur de la fiche. L'obstacle du câble 16 à l'intérieur du canal nervuré 72 empêche l'élastomère de s'y introduire.On choisit un matériau élastomère qui se lie au matériau de l'armature de même qu'à la gaine du câble. En outre, des rainures 75 dans l'armature créent un bon blocage mécanique entre l'armature et le surmoulage après refroidissement. Le surmoulage sert à maintenir fermement en place tous les composants, à rendre la fiche pratiquement imperméable à la pénétration des contaminants et résistante aux chocs. En utilisation, la fiche surmoulée est assez résistante aux dommages. Pratiquement imperméable à la pénétration de toute matière étrangère, la fiche peut être stérilisée tandis que le capot 22 s'étendant vers l'avant sert à protéger des extrémités formant saillie des bornes 18 et 20 des impacts susceptibles de les endommager. La rainure longitudinale 74 exige que la fiche 14 soit convenablement orientée en rotation avant introduction dans le réceptacle 12. Une mauvaise orientation en rotation fait en sorte que la nervure 76 du réceptacle 12 interfère avec le capot 22 pour empêcher efficacement l'introduction. Correctement orientée, la rainure 74 permet au capot 22 d'éviter la nervure 76. Dans ce mode de réalisation particulier la rainure 74 et la nervure 76 lèvent une ambiguïté de 1800. Une fois orientée correctement, la surface intérieure du capot 22 peut venir en contact avec le périmètre de la protubérance 24 du réceptacle de bornes et faire en sorte que les bornes individuelles 18, 20 soient guides en direction des canaux de réception correspondants 26, 28 lorsque la fiche 14 est poussée dans le réceptacle 12. La borne 18 glisse ensuite dans la douille 45, vient au contact de la borne 29 et fait en sorte que le ressort hélicoïdal 41 soit comprime lorsque la fiche 14 est entièrement introduite. La borne électrique 20 glisse sur le contact électrique 52 tandis que la compression procurée par le ressort 54 assure qu'une force suffisante est appliquée entre les surfaces de contact. Après introduction complète, la protubérance de verrouillage 34 s'enclenche en place dans l'évidement 32. Le fait que la face avant 35 de la protubérance 34 ait un biseau plus progressif que la face arrière fait en sorte qu'une force moindre est nécessaire pour verrouiller que pour déverrouiller ladite fiche 14 du réceptacle 12. Bien qu'une forme particulière de l'invention ait été illustrée et décrite, il sera aussi évident pour les personnes expérimentées dans la technique que différentes modifications peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit et du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Fiche (14) de connecteur hybride pour accoupler simultanément des conducteurs électriques et optiques (37, 58) contenus dans un câble gainé (16) à un réceptacle (12) dans lequel sont placées des bornes électriques et optiques (29, 51), caractérisée en ce qu' elle comprend une pièce unique moulée (46) sensiblement rigide pour aider à l'assemblage de ladite fiche (14) et pour être pratiquement incorporée à l'intérieur de ladite fiche (14), ladite pièce moulée comprenant une paroi avant perforée d'orifices (60, 61) et en outre formée pour serrer, de manière à pouvoir la retirer, une extrémité de ladite gaine de câble (16), les conducteurs électriques et optiques (37, 58) guidés s'étendant depuis l'intérieur dudit câble (16) jusqu'à ladite paroi avant et pour faire en sorte que des bornes électriques et optiques (18, 20), fixées de manière fonctionnelle auxdits conducteurs (37, 58) puissent être positionnées de manière à pouvoir être retirées de façon à dépasser de ladite paroi avant à travers lesdits orifices (60, 62). 2.- Fiche (14) de connecteur selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus un surmoulage (77) enrobant pratiquement ladite pièce moulée rigide (46) contenant, placée à l'intérieur, ladite gaine de câble (16), lesdits conducteurs (37, 58) et lesdites bornes électriques et optiques (18,20).