專利名稱：光纖連接件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及連接器，更具體地說是涉及諸如無線電遠程通訊所用的光纖之類的光學波導的可再裝配式連接器。
背景技術：
現(xiàn)今所用的多種單模不連續(xù)光纖插頭都具有精密的圓柱形陶瓷套管，套管都安裝在插頭中。裸玻璃光纖都粘結在這些套管中緊密配合的軸向孔中，并且光纖和套管末端都拋光以形成低插入損耗且低背向反射的連接。用于這種套管式插頭的連接器外殼可具有開口的陶瓷套，當插頭插入外殼的相對端時其使套管定中心并且對齊。套管對齊可使纖維中心對齊而提供相對較低的插入損耗。插頭中的彈簧迫使拋光的纖維端面緊密接觸，而提供較低的背向反射。陶瓷套管式連接器還有多種形式，即含有成角度的拋光套管/纖維末端，當與類似插頭配合時，可提供非常低的背向反射。
在過去的幾年中，具有陶瓷套管的單模不連續(xù)光纖維連接器的價格已下跌并且性能也有所提高。這種價格下降的趨勢有望繼續(xù)，這是因為陶瓷套管和陶瓷對齊套的成本下降；但是與陶瓷套管和套的較低成本下限有關的光纖連接器的價格下降也是有限的。同樣，現(xiàn)今所用的大多數(shù)單模陶瓷套管連接器都是在工廠中裝于光纖引線或跨接電纜上的。這些連接器引線通常都是熔接或機械地拼接到纖維光纜上的。由于在陶瓷套管中難以粘結纖維，且難以精密地拋光纖維末端，所以現(xiàn)場安裝中陶瓷套管式單模連接器是極少數(shù)的。因此，先前技術中單模陶瓷套管連接器的較高成本和缺乏現(xiàn)場安裝性能尚未引起足夠的重視。
另一種連接產(chǎn)品的管線、尤其是用于永久接頭的產(chǎn)品采用一纖維夾緊元件，即以壓出使纖維定位和對齊的多個槽和纖維導管為特點。這種產(chǎn)品的一個例子是Fibrlok接頭元件，目前是由單片的塑性鋁制成(Fibrlok是3M公司的一個商標)。這種元件的外形通常呈矩形，并且是通過從其運載帶沖切該件所制成。一彎曲聚焦槽將矩形元件坯料分成兩個相等的基本上矩形的區(qū)域或板件。至少一個板件具有V形的纖維定位和夾緊槽，槽與彎曲聚焦槽平行。V形槽的深度是當125μm的纖維置于這槽中時將從槽中露出50μm。漏斗形纖維導槽都設置在V形纖維定位槽的各個端部。相對的板件也具有漏斗形纖維導槽，并且離開彎曲聚焦槽的距離與第一板件中的漏斗形導槽相同。
平Fibrlok坯料沿著彎曲聚焦槽折疊，直至一塊板件與另一板件近似成5至10度的角度，而形成由兩塊基本上剛性板件構成的結構，其中具有面向內(nèi)的纖維夾緊V形槽，它們沿著一邊緣通過一可彈性動作而使板件作小范圍運動的鉸鏈連接。當用于Fibrlok接頭時，這種折疊的V形元件位于一塑料夾套內(nèi)，它具有與該件中的纖維定位和夾緊V形槽對齊的端口。一塑料蓋蓋在開口元件板件或腿部的外邊緣上。該蓋具有傾斜的凹口區(qū)域，當蓋關閉時該區(qū)域可下滑到該元件腿部的外側(cè)，而使該元件的兩條腿部移動到一起，而使一對纖維夾緊并在V形槽中定中心。
選擇塑性鋁作為制造Fibrlok元件的材料是因其成本低，以及其易于模壓和折疊而不會發(fā)生破裂或折斷。另外，鋁的塑性使其更易于與外側(cè)纖維表面相符，在將纖維夾持在V形定位槽中時不會在纖維上施加特別高的應力負載。然而，這種塑性材料也存在一些缺陷。例如，由于纖維多次再夾持在一塑性元件中而使纖維本身不能充分地嵌在對齊槽中，而難以通過使夾持板作用和不作用來重復使用這種元件，并且重復再關閉方面所可能具有的元件夾持力或纖維對齊精密度降低。所以，這種元件一般不適用于一可再裝配的連接器。鋁元件的另一弱點是其較高的熱膨脹系數(shù)。這種膨脹可引起被夾持的纖維端面實際上在高溫下分離。雖然如果連接器在室溫下組裝這是沒有多大關系的，但如果連接器在非常低的溫度下組裝這是很重要的。
鋁元件的另一個潛在弱點是當各種模壓和折疊操作后企圖對其作清潔時難以碰到。當在鋁元件帶材料上形成V形槽和導引錐時，經(jīng)常產(chǎn)生細小的鋁粉，鋁粉會粘到V形槽的側(cè)壁和邊緣上。當折疊元件時也會沿彎曲聚焦槽產(chǎn)生小顆粒或粉狀鋁。如果在裸光纖插入到元件的過程中，這些鋁粉或顆粒中的任一種移動，那么它們將粘到一個纖維端面和阻塞其芯子的一部分，而嚴重地影響插入損耗。在折疊之前企圖清潔位于軟塑性鋁的V形槽中纖維經(jīng)常會損壞或擦傷V形槽。也不能采用磨料清潔劑，因為它們會嵌在V形槽的軟鋁側(cè)壁中。在折疊后清潔元件實際上也是不可能，這是因為元件腿部之間空間很小。
折疊鋁元件的另一個潛在缺點是必須非常小心地控制在纖維夾持操作中元件諸腿部靠近的距離。如果諸腿部離得太遠，元件的鉸鏈會彈開，在隨后的動作中元件就不能夾持纖維。而且，當鉸接的鋁元件中采用不同直徑纖維時，可能一根纖維比其它纖維夾得松，而導致纖維滑動和纖維端部分離。所以，需要設計一種夾持元件，它可克服上述缺陷。并且還具有可將這種元件裝入一可再裝配、裸光纖連接器中的優(yōu)點，與套管式連接器相比，再裝配式裸光纖連接器具有明顯低的初始成本，以及可提供一種單模使用的連接器，它易用簡單的步驟和低價的并易于使用的現(xiàn)場安裝工具作現(xiàn)場安裝，還可提供與現(xiàn)有套管連接器相同的性能或更佳的性能。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種無套管的裸光纖連接器，它大體上包括一插座和兩個插頭組件；插座包括一可在打開和關閉狀態(tài)之間移動的纖維夾持件；一具有容納夾持件和用于啟動夾持件的成凸輪形的表面的一槽的導管；一具有容納導管的內(nèi)部的基座以及用于將夾持件固定在槽內(nèi)并將導管固定在基座內(nèi)部的蓋子。各插頭組件用于與插座配合，并且包括一插頭殼；一將纖維一部分裸端固定在插頭殼內(nèi)并且將纖維裸端定位在插頭殼前端的筒夾；以及一裝到插頭殼前端上并從其上向外延伸的凸輪形指狀件，其位置是當插頭殼完全插在插座中時，凸輪形指狀件強制地緊靠著凸輪形表面。在插頭殼和插座上較佳地具有鎖固特點，以可拆卸地將插頭殼固定到插座上，即連接器是可再裝配的。
插座導管中的插口的尺寸可使夾持件在槽中擺動，凸輪形表面的位置是當僅僅一個所述凸輪形表面啟動時，夾持件擺到與一個凸輪形表面相對的插口的一側(cè)，并保持打開狀態(tài)，只有當兩個凸輪形表面啟動時，夾持件才被迫處于關閉狀態(tài)。
各插頭組件較佳地包括一位于插頭殼中并連接于其上的纖維保護件，這保護件可在插頭殼中自由滑動，當插頭殼離開插座時，纖維保護件基本上封閉纖維裸端，只有當插頭殼插入插座以將纖維裸端指向所述導管時才縮回。筒夾較佳地向插頭殼前端偏置，以當插頭殼插入插座時在纖維的裸端上施以一預加負載狀態(tài)。凸輪形指狀件的尺寸和形狀可選得僅在纖維的裸端已經(jīng)完全插在插座中時才啟動凸輪形表面。
本發(fā)明的連接器特別適用于斷開和斜截安裝，并且在夾持之前削斜的纖維端面的壓縮負載可在插入損耗和背向反射兩方面獲得極佳的性能。諸端面彈性地相互相對壓平，并且可排除纖維端面這間的所有空氣。端面最好可選擇地截成一個角度以進一步改善背向反射。
插座可采用先前技術的夾持件，本文所揭示的新穎元件可在連接器的制造和使用時產(chǎn)生附加的優(yōu)點。這種新夾持件具有兩個各具有一纖維接觸面的板件，至少一個所述纖維接觸面具有形成于其中的容納纖維的槽。板件的邊緣都與槽口管彈簧對齊并保持在一起。至少一個板件厚度方向上較佳地向固定邊逐漸縮小，這樣諸板件在與夾持邊緣相對的端部是隔開的。至少一個板件具有一容納金屬絲槽以及容納于其中的一金屬絲，并大體上與容納纖維的槽平行，它可起到一支點的作用以使板件沿著由金屬絲所構成的軸樞轉(zhuǎn)。槽口管彈簧沿著板件邊緣提供精密的受控負載，使相對端通過一足以克服槽口管彈簧的受控負載的力而夾持在一起(在導管中)。容納纖維的V形槽可通過使另一根纖維在夾持件中滑動、并繞著纖維使元件動作、使元件不動作、然后從元件上拿走纖維而在工廠中預形成。板件可由具有適當熱膨脹系數(shù)的材料制成，以避免在溫度循環(huán)過程中纖維端部蠕變。這種新元件使重復再裝配的性能有所改善，并且提供將纖維安裝于緩沖涂層上、并夾緊、且消除應變的裝置，并保護裸玻璃光纖和斷開/斜截的纖維端面，以及具有保證纖維端部可進入纖維對齊元件而不會出現(xiàn)掛起來的現(xiàn)象的導向和對齊特性。
附圖的簡述通過以下結合附圖所作的描述可更好地理解本發(fā)明，其中

圖1是本發(fā)明光纖連接器一個實施例的立體圖；圖2是圖1所示連接器的側(cè)視圖；圖3是圖1所示連接器的俯視圖；圖4是圖1所示連接器的分解立體圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明且可與圖1所示連接器一起使用的另一種光纖對齊和夾持元件的側(cè)視圖；圖6是含有多個圖1所示連接器的連接器存放盤的立體圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明制成的用于面板安裝的另一種連接器的立體圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明作雙聯(lián)設計而制成的又一種連接器的立體圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明制成的再一種連接器的立體圖， 它有一個插頭和插座來代替兩個插頭和一個共用插座。
較佳實施例的描述下面參閱附圖，尤其是圖1和2，它們示出了本發(fā)明的光纖連接器的一個實施例10。連接器10總的由一外殼或插座12組成，該插座具有兩個分別容納插頭組件14和16的開口端。在所示的實施例中，插頭組件14是為一250μm的光纖18設計的，而插頭組件16是為一900μm的光纖20設計的。盡管連接器10適用于不同纖維的互聯(lián)，當然在連接相同尺寸的纖維時也同樣可以使用。連接器10可用于單一型號或多型號的纖維。
圖3和4示出了插座12和插頭組件14和16的結構細節(jié)。插頭組件14包括一管狀的纖維保護件22、一保護件彈簧24、一筒夾26、一筒夾外殼28、一筒夾圈30、一筒夾彈簧32、一插頭體34、一插頭體彈簧35、一插頭外殼38和一消除應力罩40(圖2和3未示出)。除了壓縮彈簧之外，所有這些零件最好由一種堅固的可注射成形的聚合物構成，例如聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(市場上稱為LEXAN)、聚芳砜(由Amoco出售，牌號為RADEL)、聚丁烯對苯二酸酯(PBT)、聚苯硫(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亞胺(PEI)、液晶聚合物或丙烯腈丁二烯苯乙烯。這些零件按圖4所示順序裝配在一起。纖維保護件22可滑進和滑出插頭體34，并通過彈簧24朝插頭組件14的前端即插座12偏置。若干凸起或凸耳42突出于纖維保護件22的外周，與形成在插頭體34的側(cè)面上的若干槽44嚙合，以防止保護件22完全脫離插頭體34，并防止保護件22旋轉(zhuǎn)。纖維保護件22的朝前的端部有一壁，該壁上有一與前端的外徑同心的孔，該孔的直徑約比纖維的直徑大0.05mm(0.222”)。當插頭組件14插入插座12時，由于保護件22移進插頭體34，纖維18的終端可滑過該孔并精確定位。裸纖維的端部與夾緊元件上的進入結構緊密對齊，以在插入的過程中防止纖維裸露端部的損壞。在取下插頭的過程中，保護件上力保證了在保護件從插座中抽出之前纖維的裸露端部全部縮入保護件內(nèi)，從而保護纖維的裸露端部。
250μm的纖維緩沖層被夾在裝在筒夾外殼28內(nèi)部的三爪筒夾26中。筒夾26和筒夾外殼28可在插頭體34內(nèi)部軸向移動約1.3mm(0.050”)，其中彈簧32對筒夾組件提供一朝插頭組件的前端的約0.9N(0.2lbs)的預載荷。插頭外殼38撳扣配合在插頭體34的外側(cè)上，并抵抗另一預載荷彈簧36相對于插頭體34滑動。消除應力罩40能使退出插頭后端的纖維緩沖層消除彎曲應力。
插頭組件16包括一類似的纖維保護件46、一保護件彈簧48、一插頭體50、一插頭體彈簧52、一筒夾54、一插頭外殼56和另一應力消除罩58(圖2和3未示出)。所有這些零件(同樣除壓縮彈簧之外)也最好由可注射成形的聚合物構成。與插頭組件14一樣，纖維保護件46通過朝外突出的撳扣結構而保持在插頭體50內(nèi)，該纖維保護件46可以滑動但不能旋轉(zhuǎn)。彈簧48朝900μm插頭組件的前端即朝插座12預加載于保護件46。筒夾54裝在插頭體50的內(nèi)部，當該筒夾完全軸向進入插頭體50的后部時，就夾住900μm纖維緩沖層。插頭外殼56也撳扣配合在插頭體50上，使其滑動受到限制，彈簧52在插頭外殼56與插頭體50之間提供一預載荷。
諸插頭組件具有零件內(nèi)部配合的結構，這些結構允許插頭組件在工廠里完成裝配，以減少現(xiàn)場的零件數(shù)量，從而使安裝達到最方便的程度。這些結構允許安裝者簡單地準備前述的纖維端部，并把它插入插頭組件，并用較小的工具使推動筒夾并把纖維固定到插頭組件的保護件完全縮回，由此端接要連接的纖維。在纖維斷裂的情況下，這些結構通過用一個裝配工具使筒夾移位，并取下纖維，提供了折除端接的手段。然后可再準備纖維端部，并如前所述重新安裝。
插座12包括一基體60、一蓋子62、一內(nèi)部導向管64和一夾緊元件66?；w60和蓋子62一起形成了插座的外部，它們是由任何堅固的可注射成形的聚合物所構造而成。導向管64也可由這樣一種可注射成形的材料所形成。導向管64撳扣配合進入插座基體60的中心，它具有當夾緊元件66安裝在導向管64內(nèi)時與該夾緊元件66中的V形槽對齊的圓形端口。
夾緊元件66最好由一種金屬材料模壓而出，它采用類似于美國專利第5,189,717中所示的V形槽技術。夾緊元件66由兩個基本上是平的板所組成，該兩塊板的長度方向的邊緣被一彈性鉸鏈連接在一起。這些板通常繞鉸鏈軸稍許敞開，其敞開角最好在約1至8°之間。其中一塊板的內(nèi)表面有一個纖維對齊V形槽和位于V形槽各端部的在該板外側(cè)邊緣的導入纖維的半腔(一漏斗形凹槽)，所述半腔在距離鉸鏈約板的寬度的1/4處。V形槽平行于鉸鏈。另一塊板的內(nèi)表面除了與在相對的板上的導入結構對齊的纖維導入漏斗的另一半之外基本上是平的。當插頭組件14和16插入連接器的插座時，纖維導入結構確保了纖維順利地引入元件中的V形槽。
對中和夾緊纖維的V形槽是在元件的板上壓出一個深度，使得纖維的外側(cè)表面突出于V形槽，其突出高度約為其直徑的20％。這樣當元件的各板或支腿在各自的敞開或分開位置時，在其中一塊板的平表面與另一板中的V形槽的側(cè)面之間具有足夠的空間，能使纖維插入V形槽的端部，并沿V形槽滑動，在滑動時阻力不大。但V形槽與相對的板的表面之間的配合空間沒有大到能使纖維離開V形槽，或當兩斜切的纖維分別從V形槽的相對的兩端插入時，使該兩斜切的纖維重疊。當兩塊板的與鉸鏈相對的頂部邊緣被推到一起時，V形槽與相對的板之間的間距變小。在其放松(未被推動)狀態(tài)下，元件的兩支腿的分開程度足以使一光纖能插入V形槽的相對兩端，使這些纖維之間的連接大約位于元件的中心。當元件被推動或合攏時(如下面將要描述的那樣)，元件的支腿繞彈性鉸鏈被推到一起，則這些光纖被夾在V形槽內(nèi)。也可以提供在兩塊板上有容納纖維槽的零件。有利的是，可以在工廠通過把一纖維夾在兩塊板之間來加工出這些槽，從而提供比較均勻的槽表面光潔度和纖維的對中?？尚纬啥鄠€槽以用于纖維帶。
圖4示出的纖維對中和夾緊元件66設計成由單片的金屬或聚合材料通過例如壓模、沖切和折疊工藝制成。該元件與用在Fibrlok光纖接頭中的零件很相似。但還可提供其它的結構，例如一種由兩片分離的、被一彈性管連接在一起的板組成的元件，下面將會詳細描述。
夾緊元件66裝入在導向管64頂部的插口68中。在插口68的任何一側(cè)上設置撓性鉸接折板，在該折板的上外側(cè)邊緣上含有凸輪形表面70和72。當插頭被推入插座時，凸輪形表面70和72與分別從插頭外殼14和16的前端伸成的推動指狀件74和76上的相應凸輪形表面接觸。當兩插頭組件14和16全部插入插座12時，在插頭推動指狀件74和76上的凸輪形表面接觸元件凸輪形折板70和72的外側(cè)，并把折板推在一起。
在它們敞開的位置，兩折板之間具有足夠的空間，用于該元件左右樞轉(zhuǎn)或擺動，通過的角度最好約為5至10°。如果只有一個插頭組件插入，該插頭外殼的推動指狀件把相應的凸輪形折板推向插口68的中心線，但由于另一折板沒有接觸任何表面，元件66偏擺至插口68的一側(cè)，所以該元件66不會圍攏纖維或把纖維夾緊在V形槽內(nèi)。但是，當另一插頭也插入時，它的推動指狀件會把相對的凸輪形折板往后推向插口68的中心線，此時由于該元件被迫緊靠住兩凸輪形折板，所以元件的各板圍攏和夾緊在V形槽中的各纖維。這樣，在插頭插入和取下的過程中，纖維所必須進行的保護、導向、對中和夾緊操作都在這過程中發(fā)生了。插座基體60外側(cè)上的鎖緊結構和插頭外殼38和56把插頭組件14和16可取下地固定到插座12上。連接器插頭插入插座會使各插頭外殼38和56各側(cè)面上的凸耳在輕推釋放鎖緊件的鎖緊部分中滑動。當各凸耳通過鎖緊部分時，則它們一起往后移動，從而把連接器的插頭外殼保持在插座內(nèi)的位置中。為了釋放各連接器插頭，朝連接器的插頭體方向壓輕推鎖緊件，使鎖緊部分與插頭外殼上的凸耳脫離，這樣插頭外殼和連接器插頭體就能退出連接器插座。
插座的蓋子62通過鎖緊指狀件78、夾緊元件和在基體60內(nèi)部的管子64撳扣裝配到插座基體60上，這樣完成了連接器插座組件。蓋子62還包括表面和壁結構80，它們支承推動指狀件74和76的平的、無凸輪形的、相對的側(cè)面，以防止推動指狀件因圍攏夾緊元件66的接觸和凸輪形力而朝外彎曲。本發(fā)明的這個實施例允許在例如纖維在夾緊元件內(nèi)斷裂或夾緊元件內(nèi)有雜質(zhì)污染的情況下取出蓋子以更換夾緊元件66。只需一個小工具把鎖緊指狀件78壓到一起，使它們脫離各自在基體60中的配合孔，以便取下蓋子62。插座12和插頭14可分別設置槽紋隆起部分82和84(見圖1)，以提供良好的拇指和手指的夾持作用。
下面參閱圖5，圖中示出了一個新穎的夾緊元件90，該夾緊元件與單片的夾緊元件66相比具有幾個優(yōu)點，主要是因為構造夾緊元件90的材料具有多種，尤其此單片折摺元件66有較大耐磨性和硬度的那些材料。新的夾緊元件90總的由兩塊基本上是平的矩形板92和94所組成，這兩塊板沿一個邊緣96、98稍微傾斜。圖中所示的這些邊緣彼此是齊平的，盡管這是較佳的，但它們完全齊不是必須要的，只要各板的有效邊緣基本上對齊，能進行下面將要描述的樞轉(zhuǎn)動作就足夠了。在各板上傾斜的區(qū)域中形成窄的V形槽100和102。在夾緊元件各板的平的后側(cè)上和傾斜端，在較接近夾緊元件的傾斜端的邊緣的位置形成較深的槽104和106。其中一塊平夾緊元件的板92有一個V形的纖維定位和夾緊槽108，在V形槽的每一端有一V形導入口。另一相對的夾緊元件的板94有一對成對的半錐形纖維導入槽110。一開槽的管狀彈簧112的兩支腿裝入板92和94的后側(cè)上的槽104和106，使板92和94保持在一起。如有關夾緊元件66所提到的那樣，可形成兩個槽，在每一塊板上形成一個，而不是只形成一個具有平的支承表面的槽。管狀彈簧112最好由諸如銅鈹合金或不銹鋼的金屬材料制成，并稍微開口，以裝配夾緊元件的板，并裝進定位槽中。這種結構在板92與94之間提供少量力的預載荷。
一對齊和樞轉(zhuǎn)金屬絲114有選擇地插入位于夾緊元件板的傾斜區(qū)域的較厚部分中的配合V形槽100和102。金屬絲114起到一樞轉(zhuǎn)軸或可轉(zhuǎn)動的鉸鏈的作用，并當兩板的與傾斜部分相對的外側(cè)邊緣在纖維夾緊的過程中迫使在一起的時候，保持兩塊板92和94適當對齊。在其打開狀態(tài)，管狀彈簧推每一板的外側(cè)，迫使各板在鉸鏈金屬絲114處并還沿著每一板的傾斜段的薄的部分的邊緣處接觸。在打開位置，板92和94的內(nèi)側(cè)邊緣最好定位成相互間有一個約5度的角度。這種打開程度大到足以使一125μm光纖能夠輕易地從兩塊板的相對的邊緣插入纖維定位V形槽108。在V形槽的兩側(cè)與相對的板的配合的平表面之間，纖維有約15至25μm的空隙。該空隙量保證了纖維端面(尤其是斜切端面)可與V形槽接觸，但不允許各纖維在插入的過程中在V形槽的中部彼此通過。夾緊元件的板上的半漏斗形纖維導入結構確保了各纖維在插入過程中能輕易地進入V形槽。
當在連接器10中使用截斷的和斜切的纖維時，所述截斷的和斜切的纖維從夾緊元件90的相對兩端插入，它們的端面在夾緊元件的約中心處彼此接觸。最好用一約為0.9N(0.2lbs)的縱向載荷使纖維相互對著推進，使面積減少的截斷的纖維端面彼此對抵著而彈性弄平，從而減少插入損失和背向反射。為了把各纖維夾緊在V形槽中，夾緊元件板的未斜切的邊緣被推到一起(如夾緊元件66那樣)，使板92和94最初繞樞轉(zhuǎn)金屬絲樞轉(zhuǎn)，以使夾緊元件的斜切邊緣運動分開。在某些時刻，當夾緊元件的各板靠攏移動時，夾緊纖維的V形槽與各纖維之間的間隙縮小，纖維被夾緊。夾緊元件的各板頂部的附加靠攏最終使板完全與纖維接觸，而與鉸鏈金屬絲脫離接觸。此時，管狀彈簧的夾緊力精確控制纖維上的夾緊力。理論上講，對纖維可精確地提供任何程度的夾緊力，該力是通過制定管狀彈簧的大小來提供的，最好是約44.5N(10lbs)的力。如果各纖維的直徑有些不同，管狀彈簧能有利地彈性變形，其中一端的變形比另一端稍大一點，以適應纖維直徑的不協(xié)調(diào)。因此，在裸纖維連接器例如采用軸向預加載的截斷和斜削纖維的本發(fā)明中，夾緊元件90是特別有用的。
夾緊元件90與特別是用在裸纖維連接場合中的現(xiàn)有全鋁元件相比具有許多優(yōu)點。在目前的Fibrlok元件中，鉸鏈和元件是一體的，并用相同的材料制成。在目前的元件中形成這種鉸鏈要求元件的材料在最初時有很強的可塑性，隨后能加工硬化，以在一運動的很小的范圍內(nèi)提供彈性鉸鏈特性。這就限制了可用于制造這種結構的元件的材料種類。在具有管狀彈簧和鉸鏈金屬絲的新的兩塊板的元件結構中，可根據(jù)最需要的特性來選擇元件板材料，這些特性是能滿足消除表面顆粒的加工、防止纖維在V形槽中出現(xiàn)壓痕的耐磨性和硬度、清潔方便、低熱膨脹系數(shù)(小于12×10-6英寸/英寸/°F)和耐化學腐蝕。有了這結構上的自由度，就可在很大的范圍考慮元件的材料。具有元件90所需特性的某些材料包括不銹鋼、鈦、陶瓷、玻璃和一些可能的低CTE、高剛度的聚合物。元件90比現(xiàn)有的元件容易制造，這是因為省略了所需要的鉸鏈成形和折疊加工、在成形加工中幾乎沒有材料需要移動以及元件的平表面將很耐用并更容易清潔。即使當各個板通過一較大的移動范圍后圍攏，也要求分開的管狀彈簧提供比較均勻的纖維夾緊力。即使該件比要求的合攏得更近，管狀彈簧112也具有提供所需纖維夾緊力的能力。在先前技術的元件結構中，過分合攏的元件會使鉸鏈擴張或變形，這樣在最初會產(chǎn)生很大的纖維夾緊力。在隨后合攏中，變形的鉸鏈就不能提供適當?shù)膴A緊力去把纖維夾緊在V形槽中。
盡管新的元件結構是為基本的連接場合而設計的，但也可應用于拼接場合中，即光纖的永久互聯(lián)。先前的Fibrlok拼接中的鋁元件的長度隨溫度的變化而改變。可以相信，當元件的長度隨溫度變化而改變時，這會引起纖維端面略微分開和返回靠在一起。同樣纖維端面的前后移動也會使用于接頭的折射率匹配凝膠在纖維端部的周圍流動，并有可能產(chǎn)生氣泡或使纖維芯之間的凝膠帶有灰塵微粒，從而阻斷某些傳輸?shù)墓?。因此，熱膨脹系?shù)很低的元件材料有利于消除凝膠移動和相應的氣泡形成或在纖維芯子區(qū)域纖維端部之間傳送灰塵微粒的潛在可能性。還可舉例，在這些例子中，先前技術的組裝接頭的初始效率因制造灰塵或在鋁元件中的纖維夾緊V形槽中的碎屑而下降。由能夠承受很嚴格的清潔而不會破壞V形槽的材料構成的諸如元件90的夾緊元件能夠提高初始裝配效率或增加所生產(chǎn)的低損耗接頭的百分比。由于可用于新結構元件的元件板材料的范圍較廣，可以預計能為拼接提供一種“更清潔”的元件。
本發(fā)明的連接器可有多種不同用途。圖1-4示出了一用于存放盤安裝場合的連接器10，其兩個纖維插頭插入插座的端部。在此實施例中，連接器插座12沒有外伸的安裝邊緣，而是具有一內(nèi)腔，它可卡配在平板上的安裝柱116上，例如圖6所示的連接器存放/纖維管理盤的底部中。這種盤安裝連接器實施例的外部形狀可保持盡可能小，這樣連接器可相互靠近，并且占住的容積非常小。盤118最多可裝4個連接器。支柱116可以是空心的，這樣細桿狀工具可插入空心部分以使連接器從支柱上上抬，并抬出盤外，而便于接近各個連接器。這種系統(tǒng)特別適用于家用光纖連接。在圖1-4和6所示的設計中，250μm插頭是由彈簧預加載荷的，而900μm插頭是在插頭堅固狀態(tài)下安裝的，而不必由彈簧預加載荷。雖然圖1-4的兩個插頭設計不同，但它們也可以有相同的設計，只要至少一個插頭裝有用于一根光纖對另一個預加載荷的裝置。該裝置較佳地使光纖末端面受到至少0.09N的壓縮載荷的作用。盤118的內(nèi)部可設置有一個或多個用于儲存過分松弛的光纖的線軸?？稍O置非常細的線軸，線軸可疊在模塑在盤底上的一個共同支柱上(未示)，這樣各根纖維可分別繞到線軸上，然后通過移去所需纖維上方的線軸可接近所需的纖維，而不會擾動(且可能損壞)其它的光纖。
圖7示出了本發(fā)明連接器的另一種實施例120，具有帶安裝孔124的外伸安裝凸緣122。連接器120安裝在一連接器面板(未示)上，該板可以是光纖分配設備的一部分。面板安裝連接器120可位于中心位置，以便手指接近各個連接器，而不會干擾鄰近的連接器或其光纖。
圖1-4和6-7示出了根據(jù)本發(fā)明的設計，它們可用于將各單個的光纖安裝在各個連接器插頭上。圖8示出另一種設計，其中已經(jīng)采用兩個與連接器10類似的單個的連接器以產(chǎn)生一雙聯(lián)光纖連接器130。雙聯(lián)連接器130中的連接器插頭132和134具有雙彈簧加截的光纖保護器、光纖預負荷裝置(彈簧)以及光纖夾持裝置(筒夾)。雙聯(lián)連接器外殼或插座136具有用于雙聯(lián)連接器插頭的內(nèi)部光纖導向部分的兩個對齊元件和兩組入口。這種形式連接器的光纖間隔較佳地約為8mm。
圖1-4和6-8的設計都是插頭-外殼-插頭設計；然而也可根據(jù)本發(fā)明設計一種連接器，它可采用和插頭-外殼-插頭相同的互連方式，只有一個插頭與中心外殼永久地成為一個整體。這種類型的連接器140稱為插頭和座式設計，如圖9所示的，大體上包括與插頭14或16類似的單個插頭142，以及含有一夾持及對齊元件90和另一插頭的功能零件都組合在一個單元中的插座144。連接器140特別適用于僅在連接器一側(cè)重排光纖的那些情況(例如面板的前方)。連接器另一側(cè)的光纖(面板后方)是永久的，并不需重排。一個插頭與對齊外殼組合以形成一連接器插座，可減少連接器的零件數(shù)、連接器的尺寸以及可能使連接器成本下降。如權利要求書中所使用的那樣，“插座”一詞包括了雙插頭插座12和插座144這兩層意義。
前述任一種連接器的使用都是很直接的。當光纖被斜切、清潔和檢測后，它們都裝入連接器插頭中。斜切例如可采用如美國專利申請No.08/122,755所述的工具來完成。首先將一個組裝好的空連接器插頭(不含一罩)裝入一小型操作工具或夾具中。這種工具(未示出)可提供一種裝置，用于1)將預備的光纖引入連接器插頭，2)為光纖末端提供長度定位，這樣裸玻璃光纖在連接器插頭內(nèi)長度適當，以及3)操作連接器插頭內(nèi)的筒夾以夾到光纖緩沖層，并且將光纖固定到連接器插頭內(nèi)，而不需使用粘結或束縛工具。預備的光纖插入光纖彎曲應變消除罩，并且該罩沿著光纖滑動，并向旁邊運動。然后一組裝完成的連接器插頭裝入安裝工具中，光纖的斷開和斜截端插入連接器插頭的后端。光纖被推向連接器的光纖保護端，直至光纖的斜削末端碰到位于略微回縮的光纖保護器前方的一個止擋定位裝置。當光纖處于所需位置時，技術人員操縱安裝工具上的一個手柄，該工具軸向地迫使筒夾進入筒夾外殼，并且持久地將光纖緩沖層夾在連接器插頭體中或者夾在彈簧加載的筒夾組件中，這取決于正在組裝的插頭類型。
本發(fā)明的連接器用于連接其端面已經(jīng)斜削的光纖是較佳的。斜角較佳地約為45°、即夾角約為90°，雖然夾角可以在30°至160°范圍內(nèi)。斜削可在光纖端面上留下一平的中心區(qū)，其直徑較佳地在20和120μm之間。中心部分可以成角度，即與光纖軸線不是正交的以減少背向反射。
連接器插頭從工具上移走，并且可采用標準的束縛環(huán)等將任何加強件(Kevlar支架)直接固定到900μm型的連接器插頭的插頭體上。250μm連接器插頭的設計也可與增強式光纜型一起使用，考慮到在彈簧加載筒夾中的夾持處和連接器后端之間的光纖中的一個弓形，插頭體必須要擴大。此光纖弓形區(qū)域是必要的，這是因為彈簧加載的筒夾克服預加的0.9N(0.20磅)彈簧力而被后推在連接器體中，以在光纖末端產(chǎn)生所要求的壓縮預加力的大小。一較長的插頭體(未示出)將可提供足夠的內(nèi)部空間以容納附加的光纖長度，如一光纖弓形部分，當光纖牢固地夾在連接器插頭后部時，然后在插頭插入外殼過程中在連接器內(nèi)部被后推。光纖安裝程序的最后步驟是使應變消除罩滑動支撐光纖，并且將其壓到一空心支柱上，其緩沖的光纖在連接器插頭體的后部通過此空心支柱。如上所述的，當發(fā)生光纖在連接器內(nèi)部斷開并且需要更換或再斷開和斜截時，緩沖筒夾可脫開連接，且可移去光纖。
然后連接器插頭就預備插入一連接器插座或插座內(nèi)。第一個插頭(例如149)插入插座，直至光纖保護件進入并接觸到導管64內(nèi)的插座底部。插頭的連續(xù)運動可使光纖保護件克服壓縮彈簧作用使光纖保護件后滑到插頭體內(nèi)，并且使斷開和斜截的光纖進入該元件中的V形槽中。插頭進入外殼的附加推動造成光纖繼續(xù)滑入元件內(nèi)，直至光纖末端已略超出該件中心。在此時刻，連接器插頭體與對齊插座的前面對齊。繼續(xù)推動連接器插頭蓋可使得蓋前部上的凸輪形指狀件用凸輪將該元件操作翼推向該元件，從而在光纖上關閉該件。如果其它插頭沒有安裝在插座的相對側(cè)，光纖夾持件將僅擺到槽68中的一側(cè)，該件中斜截末端的玻璃光纖就不被夾持。插頭外殼(例如38)被推向插座，直至插座上的鎖扣與插頭外殼側(cè)面的鎖片配合以將其鎖定。
當其它插頭(例如16)插入插座相對端時，其光纖保護器接觸到底，并且將光纖引入該件90的端部。相對插頭進入外殼的連續(xù)運動將其光纖沿著該件的V形槽推動，并向著其它光纖的末端。當兩根光纖末端在V形槽中相互碰到時，一個插頭中的壓在滑動光纖筒夾上的壓縮彈簧開始壓縮，光纖末端預加載到所需載荷。繼續(xù)在光纖上加預加載，直至其它連接器插頭的插頭體與對齊插座的端部平齊。在此時刻，光纖在該件V形槽中相互對著預加載，只是不夾緊。其它插頭的插頭殼此時將繼續(xù)移動，而使其操作指狀件移入外殼中心并且用凸輪帶動該件閉合在預加載的且靜止的光纖上。當其它插頭的鎖扣配合時，完成光纖之間的連接。
900μm插頭16已設計成具有一可選擇的抗拉性能，它可在插頭體50上的指狀件和導管64之間操作。這些零件都有配合柔性指狀件，它們可在插頭體完全進入插座的900μm端部時互相配合。這些指狀件將插頭體鎖到對齊插座上，并且使連接器的900μm插頭端部抗拉。連接器另一端也可具有這種抗拉特點，只是插頭體應加長以將光纖中的弓形部分容納在彈簧加載的筒夾、預加載組件及連接器插頭后端之間。
以上雖然對本發(fā)明的具體實施例作了描述，但是這些描述并不意味對本發(fā)明的限定。本技術領域中的普通技術人員參照上述描述還可對本發(fā)明作出多種變化以及作出替代實施例。所以應當認為這些變化都落在所附權利要求書所限定的本發(fā)明精神或范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種對準和固定兩光纖的終端的產(chǎn)品，它包括一第一板件，它具有一纖維接觸表面和一邊緣；一第二板件，它具有一纖維接觸表面和一邊緣，至少一個所述纖維接觸表面上形成有一纖維接收槽，所述第一板件的所述纖維接觸表面設置成與所述第二板件的所述纖維接觸表面相鄰接，所述第一板件的所述邊緣大致與所述第二板件的所述邊緣對齊；將所述板件縱向沿它們的所述邊緣夾緊的裝置。
2.如權利要求1所述的產(chǎn)品，其特征在于所述第一板件具有一與其所述纖維接觸表面相對的外表面，所述第一板件的所述外表面上在鄰近其所述邊緣處具有一縱向延伸的槽；所述第二板件具有一與其所述纖維接觸表面相對的外表面，所述第二板件的所述外表面上在鄰近所述邊緣處具有一縱向延伸的槽；以及所述夾緊裝置包括一槽口管彈簧，該彈簧具有第一和第二邊緣，它們分別嵌于所述第一和第二板件的所述外表面上的所述槽中。
3.如權利要求1所述的產(chǎn)品，其特征在于，至少一個所述板件的厚度朝其所述邊緣方向變小，所述兩板件在所述邊緣的另一端處分離。
4.如權利要求1所述的產(chǎn)品，其特征在于，至少一個所述板件具有支點裝置，允許所述板繞一大致平行于所述纖維接收槽的軸線樞轉(zhuǎn)。
5.如權利要求1所述的產(chǎn)品，其特征在于，每個所述板件均由熱膨脹系數(shù)小于12×10-6英寸/英寸/°F的材料構成。
6.如權利要求3所述的產(chǎn)品，其特征在于，所述夾緊裝置沿所述邊緣提供精確控制的載荷，以允許所述板件與所述邊緣相對的所述端部由一個足以克服所述夾緊裝置的力夾持于一起。
7.如權利要求4所述的產(chǎn)品，其特征在于，每個所述板件具有一與其所述邊緣相對的端部，當兩個所述板件的所述邊緣彼此完全抵靠時，兩個所述端部張開一個在1°到8°范圍內(nèi)的角度。
8.如權利要求6所述的產(chǎn)品，其特征在于所述第一板件具有一與其所述纖維接觸表面相對的外表面，所述第一板件的所述外表面上在鄰近所述邊緣處具有一縱向延伸的槽；所述第二板件具有一與其所述纖維接觸表面相對的外表面，所述第二板件的所述外表面上在鄰近所述邊緣處具有一縱向延伸的槽；所述夾緊裝置包括一槽口管彈簧，該彈簧具有第一和第二邊緣，它們分別嵌于所述第一和第二板件的所述外表面上的所述槽中。
9.如權利要求8所述的產(chǎn)品，其特征在于，當兩個所述板件的所述邊緣彼此完全抵靠時，兩個所述板件的所述端部張開成一個在1°到8°范圍內(nèi)的角度，所述纖維接收槽的尺寸和空間制成為當所述板件的所述端部如上述那樣張開時，有足夠的容隙在其中插入一纖維，但所述纖維接收槽的所述容隙仍很小而足以防止兩個斜削纖維端面在槽內(nèi)彼此越過對方。
10.一種將兩光纖互連的插座，它包括一外殼；一位于所述外殼內(nèi)的夾緊件，所述夾緊件包括一第一板件，該板件具有一纖維接觸表面、一邊緣和一與所述邊緣相對的端部；一第二板件，該板件也具有一纖維接觸表面、一邊緣和一與所述邊緣相對的端部，至少一個所述纖維接觸表面上形成有一纖維接收槽，所述第一板件的所述纖維接觸表面設置成與所述第二板件的所述纖維接觸表面相鄰接，所述第一板件的所述邊緣大致與所述第二板件的所述邊緣對齊；和將兩個所述板件縱向沿它們的所述邊緣夾緊，使得兩所述端部分離成張開狀態(tài)的第一夾緊裝置；以及位于所述外殼內(nèi)、將兩板的所述端部夾持于一起而使所述夾緊件變成合攏狀態(tài)的第二夾緊裝置。
11.如權利要求10所述的插座，其特征在于所述第一板件具有一與其所述纖維接觸表面相對的外表面，所述第一板件的所述外表面上在鄰近所述邊緣處具有一縱向延伸的槽；所述第二板件具有一與其所述纖維接觸表面相對的外表面，所述第二板件的所述外表面上在鄰近所述邊緣處具有一縱向延伸的槽；所述第一夾緊裝置包括一槽口管彈簧，該彈簧具有第一和第二邊緣，它們分別嵌于所述第一和第二板件的所述外表面上的所述槽中。
12.如權利要求11所述的插座，其特征在于，至少一個所述板件的厚度朝其所述邊緣方向逐漸變小。
13.如權利要求12所述的插座，其特征在于，當兩個所述板件的所述邊緣彼此完全抵靠時，兩個所述板件的所述端部張開成一個在1°到8°范圍內(nèi)的角度，所述纖維接收槽的尺寸和空間制成為當所述板件如上述那樣張開時，有足夠的容隙在其中插入一纖維，但所述纖維接收槽的所述容隙仍很小而足以防止兩個斜削纖維端面在槽內(nèi)彼此越過對方。
14.如權利要求13所述的插座，其特征在于，所述板件的至少一個所述纖維接收表面具有一大致平行于所述纖維接收槽的金屬絲接收槽，并且還包括一位于所述金屬絲接收槽中的金屬絲，所述金屬絲足夠大而可起支點作用，允許所述板繞所述金屬絲所限定的軸線樞轉(zhuǎn)。
15.如權利要求14所述的插座，其特征在于所述外殼包括一底座件和一蓋子件，它們可拆地連接于所述底座件，所述外殼允許通過拆下所述蓋子件而接近所述夾緊裝置；在將所述蓋子件從所述外殼上拆下后，夾緊件可從所述外殼上卸下。
16.一種將兩光纖互連的插座，包括一可在張開與合攏狀態(tài)之間移動的夾緊件，它具有在所述合攏狀態(tài)將纖維的裸露端固定成光學連接狀態(tài)的裝置；一外殼，所述夾緊件位于所述外殼內(nèi)，所述外殼包括一底座件和一可拆地連接于所述底座件的蓋子件，所述外殼允許通過拆下所述蓋子件而接近所述夾緊裝置，在將所述蓋子件從所述外殼上拆下后，夾緊件可從所述外殼上卸下；位于所述外殼內(nèi)、用于驅(qū)動所述夾緊件的裝置。
17.如權利要求16所述的插座，其特征在于，所述夾緊件還包括一第一板件，它具有一纖維接觸表面、一邊緣和一與所述邊緣相對的端部；一第二板件，它也具有一纖維接觸表面、一邊緣和一與所述邊緣相對的端部，至少一個所述纖維接觸表面上形成有一纖維接收槽，所述第一板件的所述纖維接觸表面設置成與所述第二板件的所述纖維接觸表面相鄰接，所述第一板件的所述邊緣大致與所述第二板件的所述邊緣對齊；將所述板件縱向沿它們的所述邊緣夾緊，使得兩所述端部分離成張開狀態(tài)的裝置。
18.如權利要求17所述的插座，其特征在于所述第一板件具有一與其所述纖維接觸表面相對的外表面，所述第一板件的所述外表面上在鄰近所述邊緣處具有一縱向延伸的槽；所述第二板件具有一與其所述纖維接觸表面相對的外表面，所述第二板件的所述外表面上在鄰近所述邊緣處具有一縱向延伸的槽；所述夾緊裝置包括一槽口管彈簧，該彈簧具有第一和第二邊緣，它們分別嵌于所述第一和第二板件的所述外表面上的所述槽中；至少一個所述板件的厚度朝其所述邊緣方向逐漸變?。恢辽僖粋€所述板件具有支點裝置，允許所述板繞一大致平行于所述纖維接收槽的軸線樞轉(zhuǎn)。
19.如權利要求18所述的插座，其特征在于所述夾緊裝置沿所述邊緣提供精確控制的載荷，以允許所述板件的與所述邊緣相對的所述端部由一個足以克服所述夾緊裝置的力夾持于一起；當兩個所述板件的所述邊緣彼此完全抵靠時，兩個所述板件的所述端部張開成一個在1°到8°范圍內(nèi)的角度，所述纖維接收槽的尺寸和空間制成為當所述板件如上述那樣張開時，有足夠的容隙在其中插入一纖維，但所述纖維接收槽的所述容隙仍很小而足以防止兩個斜削纖維端面在槽內(nèi)彼此越過對方。
20.如權利要求19所述的插座，其特征在于，每個所述板件均由熱膨脹系數(shù)小于12×10-6英寸/英寸/°F的材料構成。
全文摘要
一種互聯(lián)兩個或兩個以上光纖(18,20)的裸端部的裝置采用一種其內(nèi)具有一纖維夾緊元件(66)和推動元件的凸輪形表面(70,72)的共用插座(12),和至少一個具有與凸輪形表面(70,72)中的一個相嚙合的凸輪形指狀件(74,76)的插頭。凸輪形表面的位置是這樣的,當只有一個凸輪形表面被推動時,夾緊元件向插口的、與一個凸輪形表面相對的一側(cè)擺動,而保持打開狀態(tài),只有當兩個凸輪形表面都被推動,夾緊元件被迫處于合攏狀態(tài)。插頭包括在一插頭外殼(14,16)內(nèi)自由滑動的纖維保護件(22),當插頭外殼從插座中取下時基本上包圍纖維(18,20)的裸端部,只有當插頭外殼插入插座時才縮回,以把纖維的裸端部引向所述導向管(64)。一纖維筒夾(26)使纖維的終端朝插頭的前端偏置,以把纖維的裸端部置于一預加載荷的狀態(tài)。連接器(10)尤其適用于斷開和斜截安裝。插座最好采用具有兩個各帶有一纖維接觸面的板件(92,94)的一新穎的夾緊元件(90),至少一個所述纖維接觸面具有一容納纖維的槽(108)。板件的邊緣(96,98)都與槽口的管彈簧(112)對齊,并保持在一起。至少一個板件具有一容納金屬絲槽(100,102)以及容納于其中的金屬絲(114),它可起到支點的作用以使板件沿著由金屬絲構成的軸線樞轉(zhuǎn)。槽口的管狀彈簧沿著板件邊緣提供精確的受控負載,使相對端通過一足以克服槽口管狀彈簧的受控負載的力而夾持在一起(在導向管(64)中)。
文檔編號G02B6/38GK1189895SQ96195157
公開日1998年8月5日 申請日期1996年6月5日 優(yōu)先權日1996年6月5日
發(fā)明者理查德A·帕特森, 亞力山大R·馬修斯 申請人:美國3M公司