CN107407785A - 可拆卸连接器的轴向预加载 - Google Patents

Abstract

本发明提供特别适用于预加载光学连接器的低轮廓套圈的弹簧偏压。在一个实施例中，弹簧偏压受到连接器外部的平面柔性件(20)影响。套圈(11)联接到平面柔性部分，其纵向轴线穿过平面柔性件的中心。平面柔性件(20)结构化为具有平面中的柔性构件(26)，该平面中的柔性构件配置为当柔性件弯曲出其标称平面以在套圈上建立轴向预加载时，在套圈上不产生任何转矩加载，或者如果存在转矩加载，则产生造成套圈偏移的不显著的转矩加载。在另一实施例中，公共轭(45)被应用，以抵靠多个套圈(11)偏压平面柔性件，其中，平面柔性件联接到每个套圈连接器。在本发明的另一个实施例中，替代使用平面柔性件，设置轭，以在套圈连接器外部，借助应用到轭的中心的卷簧，向联接到轭的所有套圈连接器施加轴向预加载。

Description

可拆卸连接器的轴向预加载

1.优先权权利要求

本申请：

(1)要求2015年3月22日提交的美国临时专利申请第62/136，599号的优先权；并且

(2)是2013年4月11日提交的美国专利申请第13/861，273号的部分继续申请，该部分继续申请：

(a)要求2012年4月11日提交的美国临时专利申请第61/623，027号的优先权，

(b)要求2012年9月10日提交的美国临时专利申请第61/699，125号的优先权，并且

(c)是2013年3月5日提交的美国专利申请第13/786，448号的部分继续申请，该部分继续申请要求2012年3月5日提交的美国临时专利申请第61/606，885号的优先权。

2.政府权利

本发明根据与NAVAL AIR WARFARE CTR AIRCRAFT DIVISION签订的合同第N68335-12-C-0123号在政府支持下做出。政府对本发明具有特定权利。

3.技术领域

本发明涉及光纤的可拆卸连接件，尤其涉及密封光纤馈通件的可拆卸连接件。

4.背景技术

考虑到日益增加的当代数据传输(例如，用于高清视频数据)的带宽需求，光纤信号传输对于通信数据已经变得无处不在。光信号通过光纤和相关联的连接器和开关的网络，在光纤上传输。光纤对于给定物理尺寸/空间，相比于铜导线，展现出显著更高的带宽数据传输能力和更低的信号损耗。

在光纤信号传输中，光信号和电信号之间的转换在光纤的终端之外发生。特别地，在光纤的输出端，来自光纤的光由传感接收器检测到并且被转换为电信号，用于下游的进一步的数据处理(即，光到电转换)。在光纤的输入端，电信号由传感发送器转换为光以输入到光纤中(即，电到光转换)。

光电器件(接收器和发送器以及相关联的光学元件和电子硬件)容纳在光电模块或者封装中。光纤通过光电模块的外壳壁中设置的开口，从外壳之外引入。光纤的末端光耦合到外壳内保持的光电器件。馈通元件通过壁开口支撑光纤的一部分。对于各种应用，可期望将光电器件气密地密封在光电模块的外壳内，以保护部件不受腐蚀介质、潮湿等的影响。因为光电模块的封装必须作为整体被气密地密封，所以馈通元件必须被气密地密封，以使得光电模块外壳内的光电部件被可靠地和持续地保护而不受环境影响。

美国专利申请公开第US2013/0294732A1号公开了气密光纤馈通组件，其中，气密套圈组件提供用于光电封装件/模块的可拆卸终端，用于使用对准套筒联接到另一光器件，诸如光纤带(例如，具有类似形状的套圈的插接线)，所述对准套筒例如为具有尺寸用以接收套圈组件和插接线上的套圈的互补形状的对开套筒。套圈/终端是低轮廓的，具有总的椭圆形状横截面，以支撑多个光纤。气密套圈组件可以视为封装件的可拆卸气密终端，其提供用于与外部器件光学对准的对准套圈。关于这个实施例，有缺陷的外部光纤带可以通过将替代光纤带插在气密套圈终端上上来替代，而不需要不得不替代整个封装件，考虑到封装件中容纳的电子器件，替代整个封装件可能相当昂贵。

当前光纤连接器已经多年来没有改变基本设计。基本连接器单元是连接器组件。连接器包括部件的组件，这些部件包括套圈、套圈外壳、缆线套管或者保护罩、以及外壳内或者之外设置的其他硬件(例如，缆线应力缓冲件、压接部、偏置弹簧、间隔件等)。套圈和光纤的终端端面被抛光。光纤连接器中的套圈被弹簧加载，以提供轴向预加载偏压，从而将端到端配置中的两个连接器中的光纤的抛光后的端面挤压在一起。在多数情形下，意图是建立耦合光纤之间的物理接触，从而防止光损耗。物理接触避免两个光纤之间的空气捕集层，其将增加连接器插入损耗和反射损耗。

美国专利第5,261,019号公开可拆卸光纤连接器，包括用以抵靠外壳的连接器端偏压连接器的筒中的套圈的卷簧。如本专利中解释的，在安装中，光纤连接器有时经受击穿力。例如，轴向加载可以施加于连接器。轴向载荷可能由于有人不注意地拉动附接于连接器的缆线导致。如果轴向载荷导致连接器套圈移动离开光耦合的对置套圈，则光路可能被破坏或者断开。因此，光纤连接器应该提供用于防止光路响应于施加于连接器的轴向载荷而破坏的构件。连接器的内部弹簧提供连接器套圈的轴向预加载，但也在套圈上提供了扭转载荷(即，转矩加载)，这是不期望的，因为其能够在某一程度上扭曲套圈(以及，因此套圈中保持的光纤)，影响连接部处的光学对准。另外，在考虑到连接器中的包括卷簧的各种部件的情况下，本专利中公开的连接器相对体积大。该连接器以相对大的连接器结构工作，但将不与PCT专利申请公开第WO 2014/011283 A2号和美国专利公开第US2013/0294732A1号中的相对低轮廓、椭圆形套圈连接器兼容。低轮廓套圈连接器具有小覆盖区，所以它们特别适合于给定空间的高密度光纤(被分组为光纤缆线)的连接件。现有技术连接器体积太大，所以更少的光纤/光缆可以配合到更小的空间中。

需要的是改进的方法，以向用于与外壳(诸如，气密光纤馈通组件)的另一连接器或者连接器端的可拆卸连接件的光纤连接器提供预加载，这改进光学对准、工艺性、易用性、功能性和降低成本的可靠性。

发明内容

本发明提供改进的用于可拆卸光纤连接件(诸如到气密光纤馈通件的可拆卸连接件)的套圈连接器的轴向预加载，其改进光学对准、工艺性、易用性、功能性和降低成本的可靠性，由此克服很多现有技术结构的缺点。本发明提供特别适用于预加载光学连接器的低轮廓套圈的弹簧偏压。

根据本发明，轴向预加载通过在连接器的外部设置的偏压结构施加于连接器套圈。在一个实施例中，偏压结构提供在多个光纤连接器之外，该偏压结构提供多个套圈的轴向预加载。每个套圈可以是支撑光纤缆线的多个光纤的类型。

在一个实施例中，轴向预加载偏压受到连接器的外部的平面柔性件形式的弹簧影响。套圈联接到平面柔性件，其纵向轴线穿过平面柔性件的中心。平面柔性件被结构化为在平面中具有柔性构件，柔性构件配置为当柔性件弯曲出其标称平面以在套圈上建立轴向预加载时，不在套圈上产生任何转矩加载，或者如果存在转矩加载，则产生使得套圈偏移的不显著的转矩加载。

在另一个实施例中，公共轭被应用以抵靠多个套圈偏压平面柔性件，其中，平面柔性件联接到每个套圈连接器。

在本发明的另一个实施例中，替代使用平面柔性件，设置轭，以在套圈连接器外部，借助应用到所述轭的中心的卷簧，向联接到所述轭的所有套圈连接器施加轴向预加载。

附图说明

为了更全面地理解本发明的性质和优点以及使用的优选模式，应参照结合附图阅读的下面的详细描述。在下面的图中，整个附图中相同的参考标号表示相同或者类似的部分。

图1是根据本发明的一个实施例的联接至平面柔性件的套圈连接器的示意透视图。

图2A和2B是根据本发明的其他实施例的替代平面结构的交替视图。

图3A到3D图示了根据本发明的一个实施例的用于可拆卸连接件的使用平面柔性件的轴向预加载结构。

图4A到4F是根据本发明的另一实施例的轴向预加载结构的各种视图。

图5A到5D图示了将套圈连接器与图4A到4F中的轴向预加载结构组装的顺序。

具体实施方式

下面参考附图参照各个实施例描述本发明。虽然按照实现本发明的目的的最佳模式描述本发明，但是本领域技术人员将理解，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，鉴于这些教导完成变型。

本发明提供改进的用于可拆卸光纤连接件(诸如到气密光纤馈通件的可拆卸连接件)的套圈连接器的轴向预加载，其改进光学对准、工艺性、易用性、功能性和降低成本的可靠性，由此克服很多现有技术结构的缺点。本发明提供特别适用于预加载光学连接器的低轮廓套圈的弹簧偏压。

根据本发明，轴向预加载通过在连接器的外部设置的弹簧结构施加于连接器套圈。

本发明的各种实施例并入一些由本发明的受让人(nanoPrecision Products,Inc.)开发的发明构思，包括各种专利产品(包括与光学数据传输关联使用的光具座子组件)，包括下面讨论的专利公开(其已经共同转让给受让人)中公开的构思。特定待审申请的优先权已经在这里被要求。

例如，美国专利申请公开第US2013/0322818A1号公开了用于引导光信号的光耦合器件，该器件是具有用于引导光数据信号的冲压结构化表面的光具座的形式。光具座包括金属基座，金属基座具有限定其中的结构化表面，其中，结构化表面具有使入射光弯曲、反射和/或再成形的表面轮廓。基座还限定对准结构，该对准结构配置有表面特征，以便于与结构化表面精确光学对准地将光部件(例如，光纤)定位在基座上，从而允许光沿着结构化表面和光部件之间的限定路径传输，其中，结构化表面和对准结构通过冲压可延展的金属材料以形成光具座，一体限定在基座上。

美国专利申请公开第US2015/0355420A1还公开在光通信模块中使用的用于引导光信号的光耦合器件，特别是光具座形式的光耦合器件，其中，具有使入射光弯曲、反射和/或再成形的表面轮廓的结构化表面限定在金属基座上。对准结构限定在基座上，配置有表面特征，以便于与结构化表面精确光对准地将光部件(例如，光纤)精确定位在基座上，从而允许光沿着结构化表面和光部件之间的限定路径传输。结构化表面和对准结构通过冲压基座的可延展的金属材料，一体限定在基座上。对准结构便于与结构化表面光学对准地将光部件被动对准在基座上，以允许光沿着结构化表面和光部件之间的限定路径传输。

美国专利申请公开第US2013/0294732A1还包括具有一体光元件的气密光纤对准组件，特别是包括光具座的气密光纤对准组件，该光具座包括具有多个凹槽的金属套圈部分，所述多个凹槽用于接收光纤端截面，其中，凹槽限定端截面关于套圈部分的定位和取向。组件包括一体的光纤元件，用于将光纤的输入/输出耦合到光电模块中的光电器件。光学元件可以是结构化反射表面的形式。光纤的末端在距离结构化反射表面限定的距离处并且与结构化反射表面对准。结构化反射表面和光纤对准凹槽可通过冲压可延展金属以在金属基座上限定这些特征来形成。

美国专利第9,213,148号还公开了类似的气密光纤对准组件，但不需要一体的结构化反射表面。

美国专利第7,343,770号公开了用于制造小公差部件的新颖的精确冲压系统。这样的发明性冲压系统可以以各种冲压过程实现，以生产上面说明的专利公开中公开的器件。这些冲压过程涉及冲压大体积材料(例如，金属坯料)，从而以紧密(即，小)公差形成最终整个几何形状和表面特征的几何形状，包括具有与其他限定的表面特征精确对准的期望几何形状的反射表面。

美国专利申请公开第US2016/0016218A1号还公开了一种复合结构，包括具有不相似金属材料的主要部分和辅助部分的基座。基座和辅助部分通过冲压成形。因为辅助部分被冲压，其与基座互锁，并且同时，在辅助部分上形成期望的结构化特征，诸如结构化反射表面、光纤对准特征等。利用这种方法，可以以更少的努力来维持相对更大的公差，在基座的体积上成形相对更不关键的结构化特征，而辅助部分上的相对更关键的结构化特征在进一步考虑以相对更小的公差限定尺寸、几何形状和/或光洁度的情况下更精确地被成形。辅助部分可以包括具有与用于冲压不同的结构化特征的不同性能相关联的两种不相似金属材料的另外的复合结构。这种冲压方法改进美国专利第7,343,770号中的较早的冲压工艺，其中，遭受冲压的大体积材料是同质材料(例如，金属条，诸如科瓦铁镍钴合金(Kovar)、铝等)。冲压过程产生出自单一同质材料的结构特征。因此，不同特征将共同具有该材料的性能，这不可以对于一个或者多个特征进行优化。例如，具有适用于冲压对准特征的性能可能不拥有适用于冲压具有用以降低光信号损耗的最佳光反射效率的反射表面特征的性能。

美国专利第8,961,034公开了生产用于将光纤支撑在光纤连接器中的套圈的方法，包括冲压金属坯料以形成具有多个总体U形的纵向开口凹槽的主体，每个凹槽具有设置在主体的表面上的纵向开口，其中，每个凹槽尺寸设置为通过夹持光纤牢固地将光纤保持在凹槽中。光纤被牢固地保持在套圈的主体中，而不需要附加的光纤保持构件。

PCT专利申请公开第WO2014/011283A2号公开了用于光纤连接器的套圈，其克服了现有技术的套圈和连接器的很多缺点，并且进一步改进了上面说明的无销对准套圈。光纤连接器包括光纤套圈，其具有总体椭圆的横截面，用于使用套筒将多个光纤的阵列与另一套圈中保持的光纤对准。

上面的发明性构思通过引用并入本文，并且将在下面被引用以便于公开本发明。本发明关于用于气密光电封装件的气密光纤馈通件的示例性实施例被公开，其提供终端，用于封装件的可拆卸连接件)。

在一个实施例中，弹簧偏压受到连接器的外部的平面柔性件影响。套圈联接到平面柔性件，其纵向轴线通过平面柔性件的中心。平面柔性件通过平面中的柔性构件结构化，平面中的柔性构件配置为当柔性部分弯曲出其标称平面以在套圈上建立轴向预加载时，在套圈上不产生任何转矩加载，或者如果存在转矩加载，则产生使得套圈偏移的不显著的转矩加载。

图1是根据本发明的一个实施例的联接到平面柔性部分20的套圈连接器10的示意性透视图。套圈连接器10包括支撑至少一个光纤12(在图示的实施例中四个光纤12，其具有总的椭圆形横截面，如PCT专利申请公开第WO2014/011283A2号中公开的)的套圈11。柔性件20被支撑在具有开口(在本视图中没有被示出)的基座29上，以允许套圈连接器10在其轴向方向上移动。柔性件20包括框架21，用以将柔性结构22支撑在框架21的中心。在本实施例中，柔性结构22的每个柔性构件26的远端联接/锚定到框架21中设置的狭槽24。

图2A和2B提供柔性结构22的配置的更好的视图。图2A示出没有图2A中的框架21的柔性结构22。

在图示的实施例中，柔性结构22包括四个柔性构件26。每个柔性构件26是在柔性结构22的主体28的拐角27处的细长的、总体L形的悬臂梁。在本实施例中，各个柔性构件26的末端增大，以例如锚定至框架21中设置的狭槽24内。如配置的，柔性结构22的主体28可以在垂直于柔性结构22的平面的方向上移动，结合柔性构件26提供弹簧加载。主体28具有在中心的开口9，用于联接到套圈连接器10。

套圈连接器10包括保护罩31(例如，橡胶或者塑料材料)，用于覆盖套圈11的后端，后端具有安放在套圈20的主体的开口9中的更窄的端部(在图3B和3D中更清楚地示出)。保护罩31将套圈连接器10/套圈11联接到柔性件20。因此，当由柔性件20支撑时，套圈11可以在其轴向方向上平移。

在图2B中，弯曲结构22’被示出，没有中心的开口。在本实施例中，柔性构件26’的远端牢固地连接至框架21’。

在一个实施例中，弹簧结构提供在多个光纤连接器之外，其提供多个套圈的轴向预加载。每个套圈可以是支撑光缆的多个光纤的类型。图3A到3D图示了根据本发明的一个实施例的用于多个套圈连接器的可拆卸连接件的使用平面柔性件的轴向预加载结构。

图3A图示了气密光电封装件/模块30，其气密盖从视图移除。气密光纤馈通件32牢固地附接至封装件30的外壳。馈通件32每个提供总体椭圆形套圈终端连接器41，用于可拆卸连接件。气密封装件和馈通件的配置已经在美国专利公开第US2013/0294732A1号中公开。

图1中结构化的套圈连接器10可以被应用以将光纤缆线50中的光纤12连接至连接器41。在本实施例中，光纤缆线41保持四个光纤12的带。总体椭圆形的对准套筒42用以将套圈11和套圈41连接在一起，如PCT专利申请公开第WO2014/011283A2号中公开的。

对于每个光纤缆线50，图1中的柔性件20被联接，以提供套圈连接器10上的轴向预加载。柔性件20由轭45支撑，轭通过螺钉46附接至封装件30的外壳。轭45被配置并且尺寸设置以使得在该附接位置中，柔性件20在远离封装件外壳的方向上弯曲出平面。由此，轴向预加载抵靠保护罩31的更大端部被偏压，以由此朝对置的套圈41偏压套圈11。图3C是轭45中的柔性件20的前视图。

在另一个实施例中，公共轭被应用以抵靠多个套圈偏压平面柔性件，其中，平面柔性件联接到每个套圈连接器。

在本发明的另一个实施例中，替代使用平面柔性件，设置轭，以在套圈连接器外部，借助应用到所述轭的中心的卷簧，向联接到所述轭的所有套圈连接器施加轴向预加载。

图4A至4F是根据本发明的另一实施例的轴向预加载结构的各种视图。在本实施例中，替代使用平面柔性件以提供轴向预加载，套圈连接器10的保护罩31直接由轭65支撑，轭65在附接(例如，螺丝拧紧)至封装件30的外壳的螺纹导引销72上“浮动”，并且卷簧70用以联接轭65以沿着导引销72移动。

图5A至5D图示出组装包括图4A至4F中示出的套圈连接器10和轴向预加载结构的部件的顺序。图5A示出轭65松弛地定位在封装件30的外壳上，而导引销72稍微拧入封装件外壳中。图5B示出滑至套圈41上的对准套筒42。图5C示出具有与对准套筒42连接的套圈11的套圈连接器10，锁定销72完全附接至封装件30的外壳。卷簧70被压缩，因此抵靠轭65加载，轭65反过来挤压保护罩31的大端部，以在套圈连接器10/套圈11上提供轴向预加载。在本实施例中，套圈连接器10可以包括尘土保护罩79，尘土保护罩79用于覆盖套圈11和套筒42。图5D是示出套圈连接器10之外的轭65上的弹簧偏压下，套圈连接器10/套圈11上的轴向预加载的剖视图。

虽然本发明已经参考优选实施例被具体示出和描述，但是本领域技术人员将理解可以在不脱离本发明的精神、范围和教导的情况下，做出各种形式和细节的改变。因此，本公开的发明仅被视为图示性的并且限制在仅所附权利要求中规定的范围内。

Claims (6)

1.一种轴向预加载结构，用于向可拆卸连接件的套圈连接器提供轴向预加载，其中，套圈连接器包括支撑至少一个光纤的套圈，并且其中，所述结构包括套圈连接器外部的偏压结构。

2.如权利要求1所述的轴向预加载结构，其中，轴向预加载结构包括连接器外部的平面柔性部分。

3.如权利要求2所述的轴向预加载结构，其中，套圈联接到平面柔性部分，其纵向轴线通过平面柔性部分的中心。

4.如权利要求3所述的轴向预加载结构，其中，平面柔性部分被结构化为具有平面中的柔性构件构成，平面中的柔性构件配置为，当柔性件弯曲出其标称平面之外以在套圈上建立轴向预加载时，不在套圈上产生任何转矩加载，或者如果转矩加载存在，则产生造成套圈偏移的不显著的转矩加载。

5.如权利要求4所述的轴向预加载结构，其中，公共轭被施加，以使平面柔性件偏压抵靠多个套圈，其中，平面柔性件联接到每个套圈连接器。

6.如权利要求1所述的轴向预加载结构，其中，轴向预加载结构包括轭，所述轭设置为在套圈连接器外部借助应用到所述轭的中心的卷簧，向联接到所述轭的所有套圈连接器施加预加载。