CN100526927C

CN100526927C - 光纤接合装置

Info

Publication number: CN100526927C
Application number: CNB2004800388007A
Authority: CN
Inventors: 詹姆斯·B·卡朋特; 达莱·E·埃尔德
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2024-11-17
Also published as: RU2006123019A; TW200528785A; CA2551719A1; KR20060108736A; BRPI0417915A; US7001084B2; JP2007517257A; EP1700149A1; KR101163793B1; US20050147362A1; CN1898587A; WO2005064380A1

Abstract

一种纤维接合装置(20)包括包含可延展性材料的主体。在主体相对的两端有第一和第二端口部分(30，40)，它们适合于分别容纳第一和第二光纤(50，51)。本接合装置还包括纤维接合部分(20)，它位于介于两端口部分(30，40)之间的主体上，且可安放纤维接头。纤维接合部分包括纤维接头作用部件，它具有与主体形成为一体的自锁机构(24)。该接合装置可应用于各种场合，如光纤网的入口及中心区，且不易损坏。

Description

光纤接合装置

发明领域

本发明涉及一种用于接合光纤的装置。具体地说，本发明涉及一种具有自锁机构的整体式光纤接合装置。

背景技术

已知用于电信工业的用来连接和/或接合光纤的机械式装置。例如，在美国专利Nos.4,824,197；5,102,212；5,138,681；5,159,653；5,337,390；以及5,155,787中描述了这类的常规装置。

另一种优选的常规接合方法为熔接。在大规模配置中，在城市的许多不同地区需要同时制作很多接头。但由于配置的光纤深入到网络的中心及接入区域，因此在网络的这些区域上的接合经常会在空中、在狭窄的机柜中以及在难以操作的位置上进行。在这类位置上进行熔接是困难的，且由于经常没有可用的电力来供应熔接机，因而需要电池供电。而且，如果在给定的一天里安排许多地点作业，则很多不同的安装队都需要熔接机，从而导致安装公司增加设备投资。因此，希望有一种低成本的机械式接合装置，它能用简单价廉的工具就可操作且不需要电力。这个特点在难以使用电子熔接设备的环境和易燃环境中是个重要因素。

发明内容

根据本发明的第一方面，光纤接合装置包括包含可延展性材料的主体。在主体相对的两端具有第一和第二端口部分，它们分别适合于容纳第一和第二光纤。本接合装置还包括光纤接合部分，适合于安放光纤接头，且设置在两个端口部分之间的主体上。该光纤接合部分包括光纤接头作用部分，其具有与主体形成为一体的自锁机构。在一示例结构中，第一和第二铰接部分具有适合于在主体中支撑90°以上的弯头的合叶。此外，具有弯曲部位，其适合于在主体中支撑90°左右的弯头。

根据本发明的另一方面，使光纤接合的方法包括将第一和第二光纤放置在光纤接合装置的第一和第二端口部分内，使两光纤的端部互相对接。该光纤接合装置还包括包含可延展性材料的主体和适合于安放光纤接头且位于两端口部分之间的主体上的光纤接合部分。光纤接合部分包括具有与主体形成一体的自锁机构的光纤接头作用部分。本方法还包括将光纤作用部分与自锁机构接合起来。在另一实施例中，本方法还包括夹紧第一和第二端口部分的表面。

本发明的上述概括并不是对每个说明的实施例或本发明的每种实施作说明。附图及其相应的说明将更具体地说明这些实施例。

附图说明

本发明将参照附图作进一步说明，附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的光纤接合装置处于“打开”位置时的透视图；

图2示出了该光纤接合装置处于“闭合”位置时的透视图；

图3示出了该光纤接合装置的主体在弯折之前的顶视图；

图4A-4D示出了折叠该光纤接合装置的光纤接合部分的示例步骤；

图5A-5C示出了折叠该光纤接合装置的端口部分的示例步骤；

图6A及6B示出了光纤接合装置的自锁机构的第一实施例的端视图，图6C及6D示出了光纤接合装置的自锁机构的第二实施例的端视图；

图7A及7B示出了在夹紧第一示例光纤之前和之后设计用于900微米缓冲表层光纤的示例的光纤接合装置的端口部分的端视图；

图8示出了设计用于容纳250微米缓冲表层光纤的示例的光纤接合装置的端口部分的第二实施例的端视图；

图9A示出了容纳第一示例的900微米光纤的未作用端口部分的端视图，图9B示出了夹紧示例的900微米光纤的作用后端口部分的端视图，图9C示出了容纳示例的250微米光纤的未作用端口部分的端视图，以及图9D示出了夹紧第二示例的250微米光纤的作用后端口部分的端视图；以及

图10A-10C示出了能够改成导向和/或夹紧不同直径光纤的端口部分的端视图。

虽然本发明有各种更改及替代形式，但其细节通过附图中的例子已示出并且将会作详细说明。但应明白，本发明不局限于所述的具体实施例。相反，本发明将包括由所附权利要求书限定的本发明范围内的所有更改，等同物及替代物。

具体实施方式

图1示出光纤接合装置10的等角透视图。装置10包括诸如板材11的主体，位于主体相对着的两端的第一和第二端口部分30，40，及位于第一及第二端口部分之间的光纤接合部分20。接合装置10可容纳二根光纤50和51，它们的端部(未示)在位于光纤接合部分20上的光纤容纳槽中互相邻接且通过光纤夹板22(也叫做接合板22)保持就位。光纤接合部分20还包括整体式自锁机构24，如中央对焦靠模条(central focus cam bar)，它将光纤夹板22扣紧在光纤端部上，从而紧固住接头。如这里所述，接合装置10可用一种材料制出，因此它可作为低成本、单独的接合装置将一对光纤的接头对接。接合装置10能够既便宜，重量又轻。接合装置10不需要电力，它可应用在各种地点，如光纤网的接入及中央区域，且不易损坏。

图1示出的接合装置10处于“打开”位置，或未作用位置，可容纳一对光纤，图2示出的接合装置10处于“闭合”位置，或已作用位置，夹紧这对光纤。第一光纤50可插入第一端口35中且第二光纤51可插入第二端口45中。在一些示例实施例中，光纤的末端区域的缓冲表层被剥掉，每一端部表面以传统方法抛光。在打开位置时，光纤接合部分20在其光纤槽(图1和2中看不到，将参照图3在随后说明)中容纳各自的光纤端部，该槽可使两根光纤对准并保持。可供选用的一种方法是，在光纤槽中涂上折射率匹配的材料，如普通的折射率匹配凝胶，以便进一步有助于光学接合。工作时，在图1及2中示为铰接板24的锁紧机构起中央对焦靠模条的作用，并利用挤压作用使铰接板24移向接合装置支架33，直到其与支架33接触。铰接板24端部的移动作用使光纤夹板22靠紧，从而使两根光纤对准并保持。下面参照图6A-6D对自锁机构作进一步说明。

在一示例实施例中，接合装置10包括端口35，45，其设计为能容纳光纤。在一些示例实施例中，每个端口35，45为管形，可通过例如模压工艺成形。端口35，45在板材11上做成半拱形或半管状，从而在板材11折叠后形成管形开口。

在另一实施例中，端口35，45的形状取决于被接合光纤的形状可设计为椭圆形或其它形状。在打开位置时，被接合的光纤可被插入，拔出和/或如果第一次连接不成功则重新插入光纤接合部分20。每个端口部分30，40还包括光纤进口伸出段36，46，以便进一步支承并帮助引导光纤50，51。伸出段36，46形状可以是半管形并能提供端口位置的直接可视的基准，而无需调整视角。

端口部分30，40可分别通过端口锁定部分32，42来紧固。此外，端口部分30，40可提供夹紧段38，48来进一步紧固待接合的光纤。下面将进一步说明在夹紧或锁定操作之前端口35，45为光纤50，51的通道提供适当的间隙。

光纤50，51可包括传统的(如单模或多模)硅(或玻璃基的)光纤，如美国专利No.Re.36，146中所述的带保护层的光纤，POF(塑性光纤)，以及TECS^TM(技术更先进的硅表层)光纤，如可从明尼苏达州圣保罗的3M公司买到的那种。这些光纤都有几种标准直径(包括缓冲表层)，即125微米(μm)(具有或不具有可去除的缓冲表层)，外径为250μm和/或外径为900μm，以及几种非标准直径，如125μm以下，125μm和900μm之间，及更大尺寸的。

如上所述，光纤接合装置10可用单一材料构成。在一示例实施例中，主体11用一块可变形材料制造，优选的是诸如铝的延性金属。一种示例材料是通常称为“3003”的铝合金，其含碳量为零，布氏硬度(BHN)为23至32之间。另一种适用的合金称为“1100”，其含碳量为零，硬度H14或H15。适用的拉伸强度为35至115兆帕。其它金属及合金或其复合金属板也可用作主体11的结构材料。此类金属包括但不限于，铜、锡、锌、铅、铟、金及它们的合金。在其它实施例中，主体11还可采用透明或不透明的聚合材料。适合的聚合物包括：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯二醇、乙酸酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚醚醚酮、聚醚亚酰胺、聚偏氟乙烯、聚砜以及例如VIVAK(马萨诸塞州谢菲尔德市的谢菲尔德塑料公司的一种商标)的共聚酯。

例如，铝板可用作主体11，如图3所示，它可有几种不同的几何形状，在板料弯折或折叠之前对二个表面冲压和/或挤压而成。板材11成形后去毛刺，便获得图3所示的成品外形。

进一步参看图3，在板材11外表面形成的第一和第二铰接部位62和64通常在板材11的长度方向上延伸。铰接部位62和64可包括位于中央的槽，其形成为具有厚度减少的区域，该区域确定了将板材11分成不同区域的合叶。这样的合叶可按美国专利No.5,159,653中所述方法成形，并结合这里的整体进行参考。此外，还具有弯曲部位65。在一示例实施例中，弯曲部位65可通过将凹口开到板材11中来产生，使得在弯折下形成90°的永久性弯头。

在本发明一示例实施例中，光纤容纳槽72和74形成于板材11的内表面，使得当装置10弯折时，在光纤接合部分20中形成光纤容纳通道。例如，如本发明人与他人共有的美国专利申请No.10/668,401(案卷号58973US002)所述，槽72和74可用预开槽工序形成，并结合这里的整体进行参考。在此实施例中，槽72，74设计为可为待接合光纤部分起引导和对准作用。此外，当在预开槽工序中形成槽后，光纤外径上就可受到均匀的机械压力。这一基本均匀分布的压力有助于确保以下几项中的一项或几项：表层的完整性和使用可靠性，保持在本装置中的二根光纤之间的轴向对准，及装置使用期内光纤的机械牢固性。

在一示例实施例中，槽72和74均为大致半圆形，且与铰接部位64平行并保持等距离。例如，可用预开槽工序形成能与光纤外径接触300°的槽。在另一例中，光纤可在其外径上接触340°或340°以上。或者，槽72，74中之一或两者可形成为常规的V形槽。

此外，槽72和74可大致沿光纤接合部分20的一部分延伸。

在一示例实施例中，板材11还包括凹进部分或锥形槽部分75和77，它们分别位于槽72和74的两端，使得当弯折板材11时(如图1和2所示)，凹进部分75和77形成用于光纤的漏斗形导入光纤容纳区或锥面。这些漏斗形导入光纤容纳区或锥面可用来把光纤导入光纤对准槽72和74。

而且，板材11还包括位于光纤夹板22两侧的缺口部分37、47。采用这二个缺口37，47是为了如下所述的加工目的。此外，主体11还可选择地包括一个或几个夹力缓释垫79以及一个入口孔85。夹力缓释垫79可与锁紧机构或板24一起使用。

例如，在一示例实施例中，如图1及2所示，中央对焦靠模条或板24的长度比光纤夹板22的短。垫79可定位在光纤夹板22上处于锁定板24长度的外侧。在作用时，当锁定板24闭合，处在两相对的槽72、74所形成的光纤容纳槽中的光纤50，51被夹紧到位。尽管如此，根据待接合光纤的种类(例如硅光纤比铝硬)，夹紧力可造成光纤50，51使形成主体11的诸如铝的材料变形。当夹紧力不能逐渐松弛时，在光纤脱离槽的地方可能出现光纤的微弯曲。这种从很高的夹紧力突然过渡到无夹紧力会导致较高的插入损失。夹力缓释垫79通过使光纤夹板22与底板31分离来使夹紧力逐步松弛，从而降低微弯曲的影响。

可选的入口孔85做成穿过位于锁定板24对面的接合支架33。入口孔85可用来打开锁定板24，其办法为例如将一小直径销钉或杆(未示)穿过孔85而顶到锁定板24上，直到使其打开。虽然频繁打开锁定板24可能会降低合叶62的整体性，但接合装置10可用于多次接合操作。板24打开距离尽量小，以便延长合叶使用寿命及整体性。

图4A-4D及5A-5C示意性地显示了示例的弯折操作。例如，图4A-4D示出了光纤接合部分20的弯折顺序。如上所述，板材11包括第一及第二铰接部位62和64并且还可包括弯折部位65。在图4B中，弯折部位65附近形成90°左右的弯头。图4C表示光纤接合部分的上述打开位置。首先，光纤夹板22在铰接点64处弯折且与底板部分31形成如3°至10°的小角度。其次，将锁定板24绕铰合部位62倾斜弯折，使其与装置的竖直支架33形成约20°至40°夹角。在此位置上，光纤可插进光纤接合部分20的开槽区。然后使锁定板24的顶端27以杠杆方式朝竖直支架33方向移动，从而将光纤夹板22推向底板31，这样，如图4D所示，使接合装置工作或闭合。

如图5A-5C中示意性说明的，光纤端口部分30、40可用类似的方式弯折。例如，在图5A中，显示为半管形的端口35、45形成于铰接部位64的附近。在图5B中，在弯折部位65附近形成90°左右的弯头。在图5C中，示出了弯折后的结构，其中端口35、45形成管状插孔，可将待接合光纤一起容纳。端口锁定部分32、42以类似上述锁定机构的方法相关光纤接合部分20来紧固端口区30、40。如参考图7A-7B在下文中更详细说明的，还可提供夹紧区38、48，用于容纳夹紧装置，以便将各光纤在端口35、45中夹紧，从而在光纤接合部分的作用后进一步将光纤紧固到位。

根据这些示例实施例，在闭合位置时，铰接部位对锁定机构及光纤夹板产生应力，从而推动各自夹板向打开部分运动。本发明的接合装置的结构设计为能一一对应地使这些力互相抵消，从而通过利用自锁机构保持接合装置的闭合。例如，图6A和6B示出了自锁机构的第一实施例，其中圆锥面26A形成于光纤夹板22的端部。该设计在锁定板24与光纤夹板22交界处或其附近产生一倾斜的凹进部分。在另一实施例中，图6C和6D示出了诸如凸耳或隆起那样的凸起结构26B，其形成于锁定板24与光纤夹板22的交界处或附近的光纤夹板22的表面上(如用模压加工、冲压成形，精密模压等方法)。此凸起结构26B可防止锁定板24向离开竖直支架33的方向运动。因此，本光纤接合装置10可包括与接合装置结构本身形成为一体的自锁机构，从而不需要用单独结构将接头锁定到位。对已知本说明书的本领域技术人员显而易见，也能使用其它整体锁定机构。

弯折操作(将板材11变成使用中的接合装置)可手工完成，可用机器，也可两者结合完成。例如，可用手工，连续冲模，或两者结合从带材上切下板材11。弯折部位65也可用手工和/或连续冲模弯折。板材11可用人工和/或自动送进弯折/上胶/日期编码机(未示)中。可利用一组定位与夹紧抓手(未示)垂直向下移动到平板材11上，其位置在缺口区37，47(图1-3所示)中，各缺口区还可有尺寸位置精确的孔(未示)，可用来提供最小定位误差。应用该位置上的夹紧抓手，可一次组装就能形成铰接部位62和64(参见图4C-4D及5C)及可选的弯折部位65。具有可与上述截孔(未示)配合的定位销的夹紧抓手还可给光折射率匹配的自动凝胶分配头(未示)提供定位与导向行走机构。在接头弯折与上胶后，自动拾放臂可将接合装置10从机座上移走，当接合装置10从弯折机座转移开时，它可在喷墨印刷机头下通过，将日期代码印在接头的外侧上。

如上所述，还可进行夹紧操作以进一步紧固待接合光纤，防止光纤发生转动。图7A-7B示出了示例的夹紧步骤。在图7A中，示出了端口部分30(或40)的横截面剖视图。在此例中，外径约900微米的有缓冲层光纤50、51容纳在端口35、45中。接头在光纤接合部分作用后，通过使用夹紧工具90夹紧端口来使光纤在接合装置10中进一步紧固，其中夹紧工具90在图7B中为虎钳夹口式工具，该工具能压缩圆管状端口。该夹紧作用能提供对轴向应变和扭转应变的抗力。当然，应用这里所述实施例的接合装置也能连接其它类型的光纤。根据另一实施例，夹紧工具90可形成为接合作用工具的整体组成部分，以使工具成本最低并提高工具通用性。

图8示出了诸如250微米直径的有缓冲层的光纤的不同的示例光纤52、53，在第二实施例中，端口设计为可容纳直径250微米的有缓冲层光纤。

根据又一实例，用一种改型的设计和步骤还可实现应力消除。例如，如图9A和9B所示，端口部分30、40可以有“打开”和“闭合”位置，类似于光纤接合部分20的打开与闭合位置。在打开位置，例如图9A所示，光纤50、51(在此是示例的外径为900微米的有缓冲层的硅光纤)可插入端口35、45中。当接头在光纤接合部分20中受到作用后，端口部分30、40以与上述相似的方法作用于端口锁定板32、42上，使其移动到闭合位置。此外，诸如上述的自锁机构也可应用于端口部分30、40。而且，可在管形端口35、45的内表面形成小齿或类似结构(例如用精压方法)。闭合时该齿便穿透光纤50、51的缓冲外表层并使该外表层与端口部分30、40紧固。类似地，如图9C和9D所示，这种替代的端口部分结构可用于不同尺寸的光纤，如外径250微米有缓冲层的光纤55。

图10A-10C示出了另一替代实施例，其中的接合装置可用于接合具有任何外径的光纤。图10A示出的端口部分30、40，其尺寸可容纳第一外径，例如900微米的光纤50、51。图10B示出的夹紧工具92可改变并重新设置一个或多个端口的尺寸。在图10C中，端口35、45现在可容纳具有不同外径的光纤，如250微米有缓冲表层的光纤55。这样，夹紧工具92可以具有二个或二个以上夹紧位置。例如，第一位置应当确定接合装置的尺寸使其容纳250微米有缓冲表层的光纤，而第二位置应当将接合装置夹紧在250微米有缓冲表层的光纤上，从而提供附加的应力消除。在这一替代的实施例中，一个接合装置能用来接合具有不同尺寸的有缓冲表层的光纤，同时还可对两种缓冲尺寸采用相同的穿过(cleave)长度。

此外，本发明的接合装置可以是小而轻的装置。例如，整个装置可定制为0.75英寸或0.75英寸以上。在一例子中，装置可以是约长1.2英寸，宽0.2英寸，高0.145英寸。当然，其它尺寸对于已知本发明的本领域专业技术人员是显而易见的。

因此，本发明的实施例的接合装置可在本领域中提供光纤接合的简单方法。例如，可将第一和第二光纤放置在接合装置10的第一和第二端口部分中，使两光纤的端部互相对接。然后，可使光纤接合部分20作用来实现接合，同时自锁机构24将夹板紧靠在被接合的光纤端部。通过夹紧端口部分或接合在端口中形成的齿来卡住光纤的延伸部分，可提供进一步的应力消除。

因为设置的光纤深入网络的中心和入口区，所以这种机械式互连产品的益处是可应用于光纤到户/桌面/建筑物/商务(FTTX)。本发明的装置可应用于处理多接头和多连线时要求使用方便特别是劳动力成本较贵的安装环境。

不应将本发明看成是局限于上述实施例，而应理解为包括在所附权利要求书中说明的本发明的所有方面。本发明适用的各种更改、等同的工艺以及多种结构，对阅读本说明书的本领域专业技术人员是显而易见的。权利要求书将包括这样的更改及装置。

Claims

1、一种光纤接合装置，包括：

主体，其包括可延展性材料，所述可延展性材料包括金属整料、金属合金或聚合材料；

第一及第二端口部分，其位于所述主体的相对的两端上，适合于分别容纳第一和第二光纤；以及

光纤接合部分，其适合于安放光纤接头，并位于所述两端口部分之间的所述主体上，所述光纤接合部分包括具有与所述主体形成一体的自锁机构的光纤接头作用部分，并且所述光纤接合部分包括中央对焦靠模条；

第一铰接部分，其所提供的合叶适合于在主体中支撑90°以上的弯头；

第二铰接部分，其所提供的合叶适合于在主体中支撑90°以上的弯头；

弯曲部位，其适合于在主体中支撑约90°的弯头。

2、根据权利要求1所述的光纤接合装置，其中所述主体由金属整料构成。

3、根据权利要求1所述的光纤接合装置，其中所述第一及第二端口部分及所述光纤接合部分与所述主体形成为一体。

4、根据权利要求1所述的光纤接合装置，其中所述自锁机构包括位于所述主体的一部分上的倒锥形部分，使得当所述主体绕所述第一和第二铰接部分及所述弯曲部位弯曲时，该倒锥形部分容纳所述中央对焦靠模条。

5、根据权利要求4所述的光纤接合装置，其中所述倒锥形部分提供一与所述中央对焦靠模条产生的力相反的力。

6、根据权利要求1所述的光纤接合装置，其中所述自锁机构包括形成于所述主体表面上的凸耳，以容纳所述中央对焦靠模条并将所述中央对焦靠模条保持在锁定位置。

7、根据权利要求1所述的光纤接合装置，其中所述第一及第二端口部分提供扭转应变消除。

8、根据权利要求1所述的光纤接合装置，其中第一和第二端口部分容纳缓冲表层的外径为900微米以下的第一和第二光纤。

9、根据权利要求1所述的光纤接合装置，其中第一和第二端口部分容纳缓冲表层的外径为250微米以下的第一和第二光纤。

10、根据权利要求1所述的光纤接合装置，其中第一和第二端口部分均包括管形端口。

11、根据权利要求10所述的光纤接合装置，其中至少有一个端口包括从所述主体上凸出的延伸部分。

12、根据权利要求10所述的光纤接合装置，其中至少有一个端口可改变尺寸来容纳不同尺寸的有缓冲表层的光纤。

13、根据权利求1所述的光纤接合装置，其中光纤接合部分包括光纤容纳通道。

14、根据权利要求13所述的光纤接合装置，其中光纤容纳通道包括锥形部分和V型槽。

15、根据权利要求13所述的光纤接合装置，其中光纤容纳通道包括预开槽的通道。

16、根据权利要求13所述的光纤接合装置，其中光纤容纳通道包括折射率匹配流体。

17、根据权利要求1所述的光纤接合装置，其中还包括入口孔，其设置在所述中央对焦靠模条对面的所述主体中，适合于容纳一位移机构来使所述中央对焦靠模条从锁定位置离开。

18、一种形成光纤结合部的方法，包括：

将第一和第二光纤放置在光纤接合装置的第一和第二端口部分中，以使所述两光纤的端部互相对接，该光纤接合装置包括：含有可延展性材料的主体，所述可延展性材料包括金属整料、金属合金或聚合材料；适于安放光纤接头且位于所述两端口部分之间的所述主体上的光纤接合部分，所述光纤接合部分包括光纤接头作用部分，并且所述光纤接合部分包括中央对焦靠模条，该光纤接头作用部分具有与所述主体形成一体的自锁机构，光纤接合装置还包括第一铰接部分，其所提供的合叶适合于在主体中支撑90°以上的弯头；及弯曲部位，适合于在主体中支撑约90°的弯头；以及

使光纤作用部分与所述自锁机构接合。

19、根据权利要求18所述的方法，还包括将第一和第二端口部分的表面夹紧。