DE69818309T2

DE69818309T2 - Steckerstift aus einer amorphen Legierung für optischen Steckverbinder und Herstellungsmethode

Info

Publication number: DE69818309T2
Application number: DE69818309T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Kurobe-shi Omiya; Takeshi Sendai-shi Taniguchi; Junichi Sendai-shi Nagahora
Original assignee: YKK Corp
Current assignee: YKK Corp
Priority date: 1997-05-12
Filing date: 1998-05-07
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2018-05-08
Also published as: EP1081516B1; DE69813076T2; US6450696B1; DE69813076D1; EP0878723B1; CN1341867A; JP3400296B2; EP0878723A3; US20010024550A1; US6213649B1; EP1081516A3; CN1201152A; CN1189770C; TW418334B; EP1081516A2; EP0878723A2; HK1042948B; KR19980086958A; JPH10311923A; HK1015465A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Steckerstift für optische Steckverbinder wie spezifiziert im Oberbegriff von Anspruch 1, eine diesen Steckerstift beinhaltende kombinierte Einheit, sowie ein Verfahren für deren Herstellung.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Allgemein besteht ein Verbindungsstück für optische Steckverbinder aus Steckerstiften, mit denen eine ummantelte optische Faser verbunden wurde, die fertiggestellt wurde, indem die aus einer optischen Faser bestehende Basisader mit einer Ummantelung versehen wird, sowie aus einer Hülse, die wie ein hohler Zylinder geformt ist und geeignet ist, gegenüberliegend angeordnete Steckerstifte in fluchtendem Zustand aufzunehmen. Insbesondere ist es, anders als bei einem elektrischen Steckverbinder, bei einem optischen Steckverbinder erforderlich, eine genaue Übereinstimmung der relativen Positionen der zwei zu verbindenden optischen Fasern zu gewährleisten. Es ist daher erforderlich, eine optische Faser in einem mit der Mitte eines Steckerstiftes (Klemmhülse) zusammenfallenden Zustand zu befestigen, wobei der Außendurchmesser und der Innendurchmesser eines Teiles des Steckerstiftes dazu geeignet ist, dass sich die aus einer optischen Faser bestehende Basisader einführen lässt, die in jeweils spezifizierten Größen gefertigt wird, und dann ein Paar derartiger Steckerstifte durch die gegenüberliegenden Enden einer Hülse bis zu ihrem Aneinanderstoßen in diese Hülse einzuführen und die Achsen der optischen Fasern zu zentrieren. Als Mittel zur Durchführung dieses Zentrierens stehen Verfahren vom sogenannten justierenden Typ, welche für die Feineinstellung auf Justiermechanismen zurückgreifen, und Verfahren vom nicht justierenden Typ zur Verfügung, welche darauf abzielen, die Abmessungsgenauigkeit von Steckerstiften und Hülsen zu erhöhen. In letzter Zeit überwogen die Verfahren von nicht justierenden Typ.
Bisher waren die meisten gebräuchlichen Steckerstifte solche aus keramischen Substanzen wie beispielsweise Zirkonoxid. Und gleichermaßen fanden Hülsen, die aus keramischen Substanzen wie beispielsweise Zirkonoxid bestehen, weit verbreitet Verwendung.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift KOKAI (= Vorveröffentlichungsschrift) (trägt nachfolgend die Kurzbezeichnung "JP-A-")6-27 348 offenbart beispielsweise eine aus Keramik bestehende Hülse, welche erzeugt ist, indem ein rohrförmiger Körper mit Rippen versehen wird, die von mindestens drei Punkten von der Innenwandfläche des rohrförmigen Körpers vorragen und sich von dem einen zum anderen Ende über die Länge des rohrförmigen Körpers erstrecken. Die Oberseite der Rippe ist als konkaver kreisförmiger Bogen ausgebildet, der sich auf in einem um die Achse des rohrförmigen Körpers zentrierten Kreisbogen befindet, d. h. sie hat einen der Achse des rohrförmigen Körpers zugewandten konkaven bogenförmigen Querschnitt. Die Rippen und die Innenwandflächen des rohrförmigen Körpers sind miteinander über sanfte Krümmungen verbunden. Die zuvor erwähnte Patentschrift offenbart weiter ein Verfahren zur Herstellung der Hülse. Dieses Verfahren weist einen Schritt auf, bei dem ein keramisches Rohmaterial wie beispielsweise Zirkonoxid oder Aluminiumoxid zu einem eine zuvor beschriebene geometrische Form aufweisenden rohrförmigen Körper gefertigt wird, weiter einen Schritt, bei dem der entstehende rohrförmige Körper kalziniert wird, und einen Schritt, bei dem die Oberseiten der auf der Innenwandfläche des kalzinierten rohrförmigen Körpers befindlichen Rippen poliert werden. Wenn es sich bei der Hülse um eine vom geteilten Typ handelt, weist das Verfahren weiter einen Schritt auf, bei dem im gerade vom Polierschritt kommenden Körper über seine gesamte Länge in Längsrichtung ein Schlitz angebracht wird.
Die wie zuvor beschrieben aufgebaute Keramikhülse wird im Allgemeinen hergestellt, indem man das Rohmaterial zuerst einer Primärformung zu einer zylindrischen Form unterzieht, beispielsweise mittels Pulverextrudieren oder Spritzgießen, und man danach Entfettungs- und Sinterbehandlungen, sowie eine spanabhebende Bearbeitung zum Schleifen der Außenfläche des rohrförmigen Körpers und zum Abreiben der Innenwandfläche des rohrförmigen Körpers durchführt. Der Herstellungsprozess beinhaltet daher viele Schritte und bringt somit unvermeidlich enorme Kosten mit sich. Weiter bringt das Produkt, da das Rohmaterial brüchig und starr ist, Probleme wie beispielsweise das Ablösen von Splitterstücken mit sich, sowie auch, dass die Oberflächenbeschaffenheit nach der Endpolitur der Oberfläche von der Korngröße der Kristalle abhängig ist. Da die aus Keramik bestehende Hülse starr ist und mangelhafte Elastizität aufweist, besteht bei den von der Innenwandfläche der Hülse vorragenden Rippen die Tendenz, dass sie Kratzer auf den Außenflächen der Steckerstifte hervorrufen, und bei der Hülse und den Steckerstiften besteht bei wiederholtem Befestigen und Lösen die Tendenz, dass Spiel entsteht, möglicherweise in einem Maße, dass eine Abweichung von einem axialen Fluchten der optischen Fasern hervorgerufen wird. Das Keramikmaterial ist daher als Material für die Hülse eines optischen Verbindungsstückes, bei dem vermutlich ein häufiges Befestigen und Lösen der Steckerstifte erfolgt, nicht perfekt geeignet.
Da sich weiter die Keramikhülse bei dem sich an den Primärformvorgang anschließenden Sintervorgang unvermeidlich zusammenzieht, muss sie einer Schleifbehandlung unterzogen werden, damit die Abmessungen unbedingt eingehalten werden. Wenn die Rippen so ausgebildet sind, dass sie sich auf der Innenwandfläche des rohrförmigen Körpers in Längsrichtung erstrecken, werden daher die Oberseiten der Rippen entlang der Achse des rohrförmigen Körpers zu einer konkaven bogenförmigen Form geschliffen, wie offenbart in der oben erwähnten JP-A-6-27 348. Wenn diese Rippen an drei Punkten auf der Innenwandfläche des rohrförmigen Körpers ausgebildet sind, sind in Wirklichkeit nicht die konkaven bogenförmigen Flächen der Rippen, sondern die entgegengesetzten Längskanten dieser Flächen in Kontakt mit den Außenumfangsflächen der in die Hülse eingeführten Steckerstifte.
Wenn die Größe der in der Hülse vorhandenen Rippen genau abgestimmt ist, so ergibt sich daraus für die Hülse, dass sie die Steckerstifte in einem Zustand in Position hält, bei dem die gegenüberliegenden Seitenkanten (die sich auf insgesamt sechs Punkten befinden) in Kontakt mit den Außenflächen der Steckerstifte gehalten werden. Wenn bei den Rippen ein auch nur geringfügiger Abmessungsfehler auftritt, tritt der Kontakt lediglich bei einem Teil der zuvor erwähnten Punkte auf. Demzufolge ergibt sich die Möglichkeit, dass die Rippen eine Abweichung bei Kontakt und Fixierung der zuvor erwähnten Punkten bezüglich der einander gegenüberliegenden in die Hülse eingeführten Steckerstifte bewirken, und für die Endstücke der miteinander verbundenen optischen Fasern ergibt sich demzufolge, dass sie unvermeidlich von ihrem axial fluchtenden Zustand abweichen. Weiter offenbart GB-A-2 173 319 Dämpfungselemente für optische Fasern, die eine aus einem Memory-Metall bestehende Hülse und erste und zweite Signalübertragungselemente beinhalten. Und weiter offenbart Ikuta et al.: "Crystallographic Analysis of TiNi ..." in Proc. of IEEE MEMS 1990, Seiten 38 bis 39, TiNi-Legierungen, die eine gewisse Menge einer amorphen Phase enthalten.
INHALT DER ERFINDUNG
Daher ist es ein Ziel der Erfindung, einen Steckerstift für optische Steckverbinder bereitzustellen, der in der Lage ist, gegenüberliegend angeordnete Steckerstifte für optische Steckverbinder in genauer Weise gegeneinander zur Anlage zu bringen, zum Fluchten zu bringen und festzuhalten, wobei dabei nur selten derartige Probleme wie zuvor erwähnt auftreten, beispielsweise, dass eine Abweichung von einem axialen fluchtenden Zustand der verbundenen optischen Fasern hervorgerufen wird oder bewirkt wird, dass bei den Hülsen Splitter abplatzen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem, dadurch dass ein Verfahren, das auf dem herkömmlichen Metallformgießverfahren oder Gießverfahren basiert, mit der Qualität einer eine Vitrifizierungszone (Glasübergangsbereich) aufweisenden amorphen Legierung kombiniert, ein Steckerstift für optische Steckverbinder ermöglicht wird, der einer vorbestimmten Form, Abmessungsgenauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit genügt und sich mit hoher Effizienz mittels eines einfachen Verfahrens in Massenproduktion herstellen lasst, und daher ermöglicht wird, dass Schritte der spanabhebenden Bearbeitung wie beispielsweise Schleifen entfallen können oder deutlich reduziert werden, und demzufolge wird eine kostengünstige Hülse für Steckerstifte für optische Steckverbinder bereitgestellt, welche hervorragende Haltbarkeit, Festigkeit, Stoßbeständigkeit und Elastizität aufweist, die von der Hülse erwartet werden.
Um das zuvor beschriebene Ziel zu erreichen, liefert der erste Aspekt der Erfindung eine Verbesserung der Steckerstifte für optische Steckverbinder wie spezifiziert im Kennzeichnungsteil des anliegenden Anspruchs 1.
Der Steckerstift für optische Steckverbinder gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer amorphen Legierung gefertigt ist, die eine amorphe Phase in einem Volumenanteil von mindestens 50% enthält und eine Vitrifizierungszone in einem Temperaturbereich von nicht weniger als 30 K zeigt. Die Hülse ist dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer im Wesentlichen amorphen Legierung besteht, die eine Zusammensetzung aufweist, die durch die folgende allgemeine Formel repräsentiert ist und eine amorphe Phase in einem Volumenanteil von mindestens 50% enthält: X_aM_bAl_c wobei X eines oder beide der zwei Elemente Zr und Hf repräsentiert, M mindestens ein Element repräsentiert, dass aus der Gruppe gewählt ist, die aus Mn, Fe, Co, Ni, und Cu gewählt ist, und a, b und c Atomprozentanteile repräsentieren, welche den Bedingungen 25 ≤ a ≤ 85, 5 ≤ b ≤ 70, und 0 ≤ c ≤ 35 genügen.
In einer Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Hülse, im Hinblick auf die Leichtigkeit, mit welcher sich bei den Steckerstiften für optische Steckverbinder sowie bei der Hülse, welche dazu verwendet wird, die Endstücke der Steckerstifte gegeneinander zur Anlage zu bringen, zum Fluchten zu bringen und festzuhalten, eine Verformung erzielen lässt, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer amorphen Legierung gefertigt wird, die sich leichter elastisch verformen lässt als das Material für die Steckerstifte der optischen Steckverbinder, und um so weniger sollte ein wiederholtes aneinander Befestigen und Lösen von Hülse und Steckerstiften eine Beschädigung der Steckerstifte hervorrufen oder dazu führen, dass bei den Steckerstiften Spiel entsteht.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird, um einer Hülse eine geometrische Form zu verleihen, die dazu geeignet ist, gegenüberliegend angeordnete Steckerstifte für optische Steckverbinder gegeneinander zur Anlage zu bringen, zum Fluchten zu bringen und festzuhalten, sowie zu verhindern, dass die Steckerstifte beschädigt werden, eine kombinierte Einheit bereitgestellt, die einen wie zuvor beschrieben beschaffenen Steckerstift sowie eine Hülse beinhaltet, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen rohrfönmigen Körper aufweist, der an drei Punkten seiner Innenwandfläche mit Rippen versehen ist, die sich von dem einen bis zum anderen Ende des rohrförmigen Körpers in dessen Längsrichtung erstrecken, wobei die Rippen so ausgebildet sind, dass ihre Oberseiten einen bogenförmigen Querschnitt haben können, der in Richtung zur Achse des rohrförmigen Körpers hin gekrümmt ist.
Die Hülse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist durch die Tatsache gekennzeichnet, dass der zuvor erwähnte rohrförmige Körper über seine gesamte Länge in Längsrichtung mit einem Schlitz versehen ist, derart, dass ermöglicht wird, dass die Steckerstifte für optische Steckverbinder elastisch festgehalten werden und ein Auftreten von Spiel ausgeschlossen ist, sogar wenn ein wiederholtes Befestigen und Lösen von Hülse und Steckerstiften erfolgt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, Verfahren zur Herstellung von Steckerstiften für optische Steckverbinder gemäß Anspruch 12 bereitzustellen.
Ein Verfahrensmodus ist dadurch gekennzeichnet, dass er folgende Schritte aufweist: Ein Legierungsmaterial, das eine amorphe Legierung liefern kann, wird in einem Schmelzgefäß mit offenem oberen Ende geschmolzen, die entstandene Legierungsschmelze wird in eine Zwangskühlungs-Gussform eingebracht, die oberhalb des Gefäßes angeordnet ist und über mindestens einen Gussform-Hohlraum verfügt, und die Legierungsschmelze wird in der Zwangskühlungs-Gussform schnell verfestigt, um der Legierung Amorphheit zu verleihen, wodurch ein Produkt erhalten wird, das aus einer eine amorphe Phase enthaltenden Legierung besteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens ist das Schmelzgefäß mit einem Metallschmelzen-Eintragselement ausgerüstet, das geeignet ist, die Legierungsschmelze zwangsweise in Richtung nach oben einzubringen, die Zwangskühlungs-Gussform ist mit mindestens zwei identisch geformten Gussformhohlräumen und Verteilerkanälen versehen, die jeweils mit den Hohlräumen in Verbindung stehen, wobei die Verteilerkanäle in der Verlängerung der Transferleitung des Metallschmelzen-Eintragselementes angeordnet sind.
Ein weiteres Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte aufweist: Es wird ein Gefäß zum Schmelzen und Rückhalten eines Legierungsmaterials bereitgestellt, das in der Lage ist, eine eine Vitrifizierungszone aufweisende amorphe Legierung zu erzeugen, es wird eine Metall-Gussform bereitgestellt, die mit mindestens einem Hohlraum von der Form des zu erzeugenden Produktes versehen ist, ein Loch, das beispielsweise im unteren oder oberen Teil des Gefäßes ausgebildet ist, wird mit einem Eingusskanal der Metall-Gussform verbunden, beispielsweise indem die Metall-Gussform unterhalb oder oberhalb des Gefäßes angeordnet wird, Druck wird auf die im Gefäß befindliche Legierungsschmelze aufgebracht, um dadurch zu ermöglichen, dass eine vorgeschriebene Menge der Schmelze durch das Loch des Gefäßes hindurchgeht und den Hohlraum der Metall-Gussform auffüllt, und die in der Metall-Gussform befindliche Schmelze wird mit einer Abkühlgeschwindigkeit von nicht weniger als 10 K/s (Grad Kelvin/Sekunde) verfestigt, wodurch das Produkt aus der eine amorphe Phase enthaltenden Legierung entsteht.
Bei jedem der zuvor beschriebenen Verfahren wird als das zuvor beschriebene Legierungsmaterial ein Material verwendet, das in der Lage ist, eine im Wesentlichen amorphe Legierung zu erzeugen, welche eine Zusammensetzung aufweist, die durch die zuvor erwähnte allgemeine Formel repräsentiert ist, und zwar X_aM_bAl_c, und die eine amorphe Phase in einem Volumenanteil von mindestens 50% enthält.
Noch ein weiteres Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst: Ein amorphes Material, das aus der durch die zuvor erwähnte allgemeine Formel repräsentierten Legierung besteht, wird bis zur Temperatur eines unterkühlten Flüssigkeitsbereiches erwärmt, das entstandene heiße amorphe Material wird in einen auf der gleichen Temperatur gehaltenen Behälter eingebracht, eine Metall-Gussform, die mit einem Hohlraum der Form des zu fertigenden Produktes versehen ist, wird mit dem Behälter verbunden, und eine vorgeschriebene Menge der Legierung, die sich im Zustand einer unterkühlten Flüssigkeit befindet, wird mittels viskosen Strömens zwangsweise in die Metall-Gussform eingebracht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung klar werden, die in Verbindung mit den Zeichnungen erfolgt, welche zeigen:
1 eine Draufsicht, welche eine Ausführungsform der Hülse der Erfindung zeigt;
2 eine perspektivische Ansicht der in 1 dargestellten Hülse;
3 einen fragmentarischen Querschnitt, welcher einen Verwendungsmodus der Hülse der Erfindung darstellt;
4 einen Querschnitt entlang Linie IV-IV von 3;
5 einen fragmentarischen Querschnitt, welcher einen weiteren Verwendungsmodus der Hülse der Erfindung darstellt;
6 einen fragmentarischen Querschnitt, welcher in schematischer Weise eine Ausführungsform der Vorrichtung darstellt, die sich für die Herstellung der erfindungsgemäßen Hülse verwenden lässt;
7 eine perspektivische Ansicht eines formgegossenen Gegenstandes, der mittels der in 6 dargestellten Vorrichtung gefertigt wurde; und
8 einen fragmentarischen Querschnitt, welcher schematisch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zeigt, die sich für die Herstellung der erfindungsgemäßen Hülse verwenden lässt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Hülse, welche dazu dient, die gegenüberliegend angeordneten Steckerstifte für optische Verbindungsstücke gegeneinander zur Anlage zu bringen, zum Fluchten zu bringen und festzuhalten, aus einer amorphen Legierung gefertigt. Die amorphe Legierung weist im Vergleich zu einem keramischen Material geringe Härte und hohe Elastizität auf, verfügt über hohe Zugfestigkeit und hohe Biegefestigkeit, und besitzt hervorragende Haltbarkeit, Stoßbeständigkeit, Glattheit der Oberfläche, etc. und stellt daher das optimale Material für die Hülse dar, welche die gegenüberliegend angeordneten Steckerstifte für optische Steckverbinder gegeneinander zur Anlage bringt, diese zum Fluchten bringt, ohne dass irgendeine Abweichung gegenüber einem axial fluchtenden Zustand auftritt, und diese zuverlässig festhält. Die Hülse, welche aus der amorphen Legierung gefertigt wurde, die über die zuvor beschriebenen charakteristischen Eigenschaften verfügt, ist derart beschaffen, dass die Rippen von beispielsweise halbkreisförmigem Querschnitt, die auf deren Innenwandfläche auszubilden sind, daher nicht leicht die Außenflächen der Steckerstifte beschädigen oder nach wiederholtem Befestigen der Steckerstifte an der Hülse und deren Lösen von dieser nicht ohne weiteres Spiel ent steht, sondern eine stabile Verbindung der einander gegenüberliegenden Steckerstifte ermöglicht wird.
Weiter lässt sich die amorphe Legierung hochgenau mittels Formgießen sowie auch spanabhebend bearbeiten, und ermöglicht sie somit die Fertigung einer Hülse von glatter Oberfläche, bei welcher die Kontur des Formhohlraums mittels des Metall-Formgussverfahrens oder Formgussverfahrens originalgetreu reproduziert wird. Die aus keramischem Material bestehende Hülse muss nach dem Sinterschritt unbedingt auf eine vorgeschriebene Größe geschliffen werden, da bei dieser Hülse bei dem sich an die Primärformgebung anschließenden Sintervorgang wie zuvor beschrieben ein Schwinden auftritt. In vollständigem Gegensatz dazu erlaubt die aus einer amorphen Legierung bestehende Hülse, den Schritt der Größenanpassung oder der Einstellung der Oberflächenrauigkeit wegzulassen, oder ermöglicht eine umfangreiche Verkürzung eines derartigen Schrittes, da bei dieser Hülse die Notwendigkeit für einen Sinterschritt entfällt und demzufolge die Möglichkeit, dass die herstellte Hülse einem sinterbedingten Schwinden unterliegt, ausgeschlossen ist. Die Hülse, welche den Abmessungsvorschriften, der Genauigkeit der Abmessungen und der Oberflächenqualität genügt, lässt sich daher mittels eines einfachen Verfahrens und mit sehr guter Eignung zur Massenherstellung fertigen.
Das Material für die Hülse der Erfindung braucht nicht auf irgendeine spezielle Substanz eingeschränkt werden, sondern es kann sich um ein beliebiges Material handeln, das überhaupt dazu in der Lage ist, ein Produkt zu liefern, das im Wesentlichen aus einer amorphen Legierung gemäß Anspruch 1 erzeugt ist. Unter anderen Materialien, die dieser Beschreibung entsprechen, verfügen die amorphen Zr-TM-Al- und Hf-TM-Al-(TM: Übergangsmetall) Legierungen, bei denen sehr große Unterschiede zwischen Vitrifizierungstemperatur (Tg) und Kristallisationstemperatur (Tx) bestehen, über hohe Festigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit, und weisen breite unterkühlte Flüssigkeitsbereiche (Glasübergangsbereiche oder Vitrifizierungsbereiche) ΔTx = Tx – Tg von nicht weniger als 30 K auf, sowie extrem breite unterkühlte Flüssigkeitsbereiche von nicht weniger als 60 K im Fall der amorphen Zr-TM-Al- Legierungen. In den zuvor beschriebenen Temperaturbereichen besteht bei diesen amorphen Legierungen eine zufriedenstellende Bearbeitbarkeit, und zwar aufgrund viskosen Fließens sogar bei Drucklasten, die nicht oberhalb eines zweistelligen Werts von MPa liegt. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass sie sich unschwierig und in sehr stabiler Weise herstellen lassen, was durch die Tatsache belegt wird, dass sie ein amorphes Rohmaterial sogar mittels eines Formgussverfahrens liefern können, das eine Abkühlgeschwindigkeit im zweistelligen Bereich von K/s verwendet. Die zuvor erwähnten amorphen Zr-TM-Al- und Hf-TM-Al-Legierungen sind im US-Patent Nr. 5 032 196 offenbart, das am 16. Juli 1991 an Masumoto et al. erteilt wurde. Nach einer weiteren Untersuchung im Hinblick auf Anwendungsmöglichkeiten für diese Legierungen hat der Erfinder herausgefunden, dass mittels des Metall-Formgussverfahrens aus der Schmelze sowie auch des Formgussverfahrens, bei dem das auf den Vitrifizierungsbereich zurückgreifende viskose Fließen angewandt wird, diese Legierungen amorphe Materialien hervorbringen und eine sehr genaue Reproduktion von Form und Größe eines Gussformhohlraums einer Metall-Gussform erlauben und, mit den physikalischen Eigenschaften der Legierungen als dazu beitragender Faktor, sich für die Steckerstifte für optische Steckverbinder sowie die zum Verbinden von diesen dienende Hülse eignen.
Die amorphen Zr-TM-Al- und Hf-TM-Al-Legierungen, die in der Erfindung zu verwenden sind, verfügen über einen sehr großen Bereich des ΔTx, der jedoch abhängig von Legierungszusammensetzung und Bestimmungsverfahren schwanken kann. Die Zr₆₀Al₁₅Co_2,5Ni_7,5Cu₁₅-Legierung (Tg: 652 K, Tx: 768 K) weist beispielsweise einen extrem breiten ΔTx von 116 K auf. Sie bietet auch eine sehr zufriedenstellende Oxidationsbeständigkeit, derart, dass sie sogar bei einem Erhitzen in Luft bis auf die hohe Temperatur von Tg kaum oxidiert wird. Die Vickers-Härte (Hv) dieser Legierung bei Temperaturen von Raumtemperatur bis in die Nähe von Tg beträgt 460 (DPN), deren Zugfestigkeit beträgt 1600 MPa und deren Biegefestigkeit beträgt bis zu 3000 MPa. Der Wärmeausdehnungskoeffizient a dieser Legierung von Raumtemperatur bis in die Nähe von Tg beträgt lediglich 1 × 10^–5/K, deren Elastizitätsmodul beträgt 91 GPa, und deren Elastizitätsgrenze bei Kompression überschreitet 4 bis 5%. Weiter ist die Zähigkeit der Legierung hoch, derart, dass der Kerbschlag-Biegeversuch nach Charpy im Bereich von 6 bis 7 J/cm² liegt. Bei dieser Legierung sinkt, auch wenn sie die zuvor erwähnte Eigenschaft einer sehr hohen Festigkeit aufweist, die Fließlast auf einen Wert in der Nähe von 10 MPa, wenn sie auf ihren Vitrifizierungsbereich erhitzt wird. Diese Legierung ist daher dadurch gekennzeichnet, dass sie sich sehr leicht bearbeiten lässt und sich bei niedriger Drucklast zu sehr kleinen Teilen und hochgenauen Teilen komplizierter Form fertigen lässt. Außerdem ist aufgrund der Eigenschaften der (amorphen) sog. Glas-Substanz, diese Legierung dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Fertigung von geformten (verformten) Gegenständen erlaubt, die über Oberflächen von extrem großer Glätte verfügen und bei denen im Wesentlichen keine Möglichkeit der Entstehung einer Stufe besteht, die auftreten würde, wenn ein Gleitband auf der Oberfläche erscheint, wie dies beispielsweise bei der Verformung einer kristallinen Legierung der Fall ist.
Im Allgemeinen beginnt eine amorphe Legierung zu kristallisieren, wenn sie auf ihren Glasübergangsbereich erwärmt wird und auf diesem für eine lange Zeit gehalten wird. Im Gegensatz dazu besteht bei den zuvor beschriebenen Legierungen, die wie zuvor erwähnt über einen derart breiten ΔTx-Bereich verfügen, der Vorteil einer stabilen amorphen Phase, und wenn sie auf einer innerhalb des ΔTx-Bereichs geeignet gewählten Temperatur gehalten werden, wird von ihnen für eine Dauer von bis zu ca. zwei Stunden überhaupt kein Kristall gebildet. Der Anwender dieser Legierungen braucht sich daher bei einem Standard-Formgussverfahren überhaupt keine Sorgen über das Auftreten einer Kristallisation zu machen.
Die zuvor beschriebenen Legierungen weisen diese Eigenschaften uneingeschränkt im gesamten Verlauf ihrer Umwandlung vom geschmolzenen Zustand in den festen Zustand auf. Im Allgemeinen erfordert die Herstellung einer amorphen Legierung eine schnelle Abkühlung. Im Gegensatz dazu ermöglichen die zuvor beschriebenen Legierungen eine unschwierige Herstellung eines aus einer einzigen amorphen Phase bestehenden Rohmaterials aus einer Schmelze mittels eines Abkühlvorgangs, der mit einer Geschwindigkeit von ca. 10 K/s erfolgt. Das demzufolge erzeugte feste Roh material weist auch eine sehr glatte Oberfläche auf. Die Legierungen weisen auch eine Transferfähigkeit auf, derart, dass sogar ein Kratzer in der Größenordnung von Mikrometern, der durch die Polierbearbeitung der Oberfläche einer Metall-Gussform hervorgerufen wurde, originalgetreu reproduziert wird.
Wenn die zuvor beschriebenen Legierungen als Legierungsmaterial für die Hülse verwendet werden, ist es für die Metall-Gussform, die zur Herstellung des geformten Artikels zu verwenden ist, lediglich erforderlich, dass ihre Oberfläche so angepasst ist, dass sie der für die Hülse erwarteten Oberflächenqualität genügt, da das formgegossene Produkt die Oberflächenqualität der Metall-Gussform originalgetreu reproduziert. Beim herkömmlichen Metall-Formgussverfahren erlauben daher diese Legierungen, dass die Schritte zur Anpassung von Größe und Oberflächenrauigkeit des formgegossenen Artikels entfallen können oder reduziert werden.
Die Eigenschaften der zuvor erwähnten amorphen Legierungen, welche in Kombination relativ geringe Härte, hohe Zugfestigkeit, hohe Biegefestigkeit, einen relativ geringen Elastizitätsmodul, eine hohe Elastizitätsgrenze, hohe Stoßbeständigkeit, Glattheit der Oberfläche und hochgenaue Formgießfähigkeit oder Verarbeitbarkeit beinhalten, machen diese Legierungen zur Verwendung als Material für die Hülse für die Steckerstifte der optischen Steckverbinder geeignet. Und außerdem ist bei diesen Legierungen ein Formgießen in Massenproduktion mittels des herkömmlichen Formgussverfahrens möglich.
Die zuvor erwähnten amorphen Legierungen, die durch die allgemeine Formel X_aM_bAl_c repräsentiert sind, weisen die gleichen Eigenschaften wie zuvor beschrieben auf, sogar wenn sie Elemente, wie beispielsweise Ti, C, B, Ge, oder Bi in einem Anteil von nicht mehr als 5 Atom-% enthalten.
Die von der Verwendung dieser Legierungen für die Hülse herrührenden Vorteile werden nachfolgend detaillierter beschrieben.
Der erste Vorteil liegt darin, dass eine Massenherstellung von geformten Gegenständen großer Genauigkeit ermöglicht wird. Der Innendurchmesser der Hülse, welche Steckerstifte für optische Steckverbinder direkt festhält, oder der Durchmesser eines Kreisbogens, der an den oberen Enden von deren Rippen durch die Punkte des Kontaktes mit dem Steckerstift hindurch verläuft, muss den Außendurchmesser des Steckerstiftes so nah wie möglich approximieren. Der geformte Gegenstand, der bisher durch Spritzgießen, Entfetten und Sintern eines keramischen Materials erzielt wurde, genügt nicht der Abmessungsgenauigkeit und der Oberflächenqualität einer Hülse. Es war daher bisher üblich, einen geformten Artikel in einer Größe herzustellen, die eine spanabhebende Bearbeitung zulässt, und diesen dann mittels komplizierter Polierbehandlungen fertig zu bearbeiten, die eine abschleifende Oberflächenbehandlung des Innendurchmessers mittels Drahtläppen unter Verwendung einer Diamantschleifpaste und eine schleifende Oberflächen-Endbearbeitung des Außendurchmessers beinhalten. Bei der Erfindung erlaubt die Verwendung einer geeignet vorbereiteten Metall-Gussform beim Formgießvorgang sowie auch beim Formvorgang mittels viskosem Fließen (Glas-Formgebungsvorgang), dass die geformten Gegenstände in Massenproduktion hergestellt werden, ohne dass eine Oberflächenbearbeitung durch Polieren erforderlich ist, oder auch mit ergänzender einfacher Endbearbeitung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist äußerst effektiv bei der Herstellung von Hülsen, in Bezug auf Rundheit des Durchgangsloches und Oberflächenqualität der Innenfläche des Loches. Der langwierige Fertigungsprozess bei der Verwendung eines keramischen Materials lasst sich daher stark verkürzen.
Der zweite Vorteil besteht in den mechanischen Eigenschaften der Hülse, wie Festigkeit und Zähigkeit. Da die Steckerstifte für optische Steckverbinder häufig wiederholt an der Hülse befestigt und von dieser gelöst werden, darf sich die Hülse nicht setzen, abschleifen oder brechen. Die Härte, Festigkeit und Zähigkeit der zuvor erwähnten Legierung sind ausreichend, um die zuvor erwähnten Mängel auszuschließen.
Gemäß der Erfindung können, wie zuvor beschrieben, Hülsen, welche der Abmessungsgenauigkeit und der Oberflächenqualität genügen, die für die Hülsen der Steckerstifte für optische Steckverbinder erforderlich sind, mit hoher Produktivität und zu geringen Kosten mittels des Metall-Formgussverfahrens unter Verwendung von amorphen Legierungen mit einer breiten Vitrifizierungszone, beispielsweise amorphen Zr-TM-Al- und Hf-TM-Al-Legierungen, gefertigt werden. Da weiter die für die Erfindung zu verwendende amorphe Legierung hervorragende Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist, sind die aus dieser amorphen Legierung gefertigten Hülsen für eine lange Betriebslebensdauer geeignet, ohne dass bei ihnen ohne weiteres ein Abschleifen, Verformen, Abplatzen oder andere ähnliche Mängel auftreten.
Die amorphe Legierung, die über die zuvor beschriebenen Eigenschaften verfügt, lässt sich in vorteilhafter Weise für den Steckerstift und andere Bestandteile des optischen Steckverbinders einsetzen, sowie auch für Präzisionsteile für Mikromaschinen sowie auch für die Hülse.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Hülse aus einer amorphen Legierung gefertigt, die sich leichter elastisch deformieren lässt als das Material der Steckerstifte für optische Steckverbinder, insbesondere eine amorphe Legierung, deren Elastizitätsmodul niedriger liegt als der der Steckerstifte, und zwar bei ca. 3 bis 40 GPa, vorzugsweise 5 bis 15 GPa. Aufgrund dieser speziellen Materialwahl ermöglicht die Hülse, dass gegenüberliegend angeordnete Steckerstifte unschwierig in einem Zustand mit fluchtenden Achsen in stabiler Weise festgehalten werden, ohne dass die Möglichkeit besteht, dass die Steckerstifte beschädigt werden oder sie Spiel entwickeln, wenn die Steckerstifte wiederholt an der Hülse angebracht und von dieser gelöst werden.
Als Material für die zu verwendenden Steckerstifte können keramische Materialien und Metalle verwendet werden. Eine amorphe Legierung, insbesondere die amorphe Legierung mit einer Zusammensetzung, die durch die zuvor erwähnte allgemeine Formen X_aM_bAl_c repräsentiert ist und eine amorphe Phase in einem Volumenanteil von mindestens 50% enthält, erweist sich als besonders wünschenswert hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften, Formgießbarkeit und Bearbeitbarkeit wie zuvor erwähnt. Durch die Verwendung einer derartigen amorphen Legierung lassen sich Steckerstifte mittels des Metall-Formgussverfahrens oder Formungsverfahrens (Glas-Formgebungsverfahren) in Massenproduktion herstellen, und zwar ohne dass eine Oberflächen-Endbearbeitung durch Polieren erforderlich ist, oder auch mit einer ergänzenden einfachen Oberflächenbearbeitung. Die Verwendung der amorphen Legierung ist äußerst effektiv zur Herstellung von Steckerstiften, die zufriedenstellende Eigenschaften in Bezug auf die Rundheit des Querschnitts des sehr kleinen Faser-Einführloches und die Oberflächenbeschaffenheit der Innenfläche des Loches hat. Der PC-Poliervorgang, der für gewöhnlich am Vorderende des Steckerstiftes durchgeführt wird, um diesem eine sphärisch konvexe Oberfläche zu verleihen, damit ein sehr enger Kontakt der Glasfasern gewährleistet ist, ist nicht mehr erforderlich. Es reicht aus, das abschließende Polieren durchzuführen, nachdem die optische Faser an ihre Position gebracht wurde. Der langwierige Herstellungsprozess bei der Verwendung eines metallischen Materials und eines keramischen Materials lässt sich daher stark verkürzen. Die gleichen Anmerkungen gelten auch für den Außendurchmesser des Steckerstiftes und die Übereinstimmung von Achslinie des Außendurchmessers und Achslinie des sehr kleinen Faser-Einführloches des Steckerstiftes.
Beim zweiten Aspekt der Erfindung hat die Hülse eine geometrische Form, die für den Zweck des Festhaltens der gegenüberliegend angeordneten Steckerstiftes mit fluchtenden Achsen geeignet ist, ohne dass eine Beschädigung der Steckerstifte hervorgerufen wird.
Nachfolgend wird die Form der Hülse der Erfindung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 und 2 stellen einen bevorzugten Ausführungsmodus der erfindungsgemäßen Hülse dar; 1 ist eine Draufsicht der Hülse und 2 eine perspektivische Ansicht von dieser.
Die Hülse 1 weist einen rohrförmigen Körper 2, Rippen (längliche Erhebungen) 3 auf, die von der Innenwandfläche des rohrförmigen Körpers 2 an drei Punkten vorstehen und sich dabei in Längsrichtung von dessen einem zu dessen anderem Ende erstrecken, und einen Schlitz 4, der in der Wandung des rohrförmigen Körpers 2 in Längsrichtung über dessen gesamte Länge ausgebildet ist.
Bei den Rippen 3 ist es, um das Hervorrufen einer Beschädigung der Steckerstifte zu vermeiden, erforderlich, dass sie eine bogenförmige Oberseite aufweisen, die zur Achse des rohrförmigen Körpers 2 hin konvex ist, sowie einen Querschnitt wie beispielsweise einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt, einen im Wesentlichen halbelliptischen Querschnitt, einen dreieckigen Querschnitt mit abgerundetem oberen Ende etc. Vorzugsweise nehmen die Rippen 3 einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt an, wie dargestellt in 1. Dadurch, dass die Rippen 3 dieser Beschreibung auf der Innenwandfläche des rohrförmigen Körpers 2 bei drei Punkten vorgesehen sind und sich in dessen Längsrichtung erstrecken, wird ermöglicht, dass die Hülse 1 die Steckerstifte in einem Zustand festhält, bei dem die mit den Außenwandflächen der Steckerstifte in Kontakt stehenden Rippen diese bei an drei Punkten festklemmen. Demzufolge ist die Hülse 1 in der Lage, die gegeneinander anliegenden Steckerstifte in stabiler Weise festzuhalten, wobei dabei die Achsen der Steckerstifte (und demzufolge der mit diesen verbundenen optischen Fasern) miteinander fluchten, ohne dass eine Beschädigung der Steckerstifte hervorgerufen wird. Wenn die Rippen zum Zweck des zuvor erwähnten Punktkontaktes ein bogenförmiges oberes Ende haben, besteht bei ihnen der Nachteil, dass sich die auf diese ausgeübte Last an den oberen Enden konzentriert und eine Tendenz zur Beschädigung der Außenflächen der Steckerstifte besteht. Wenn die Rippen an vier oder mehr Punkten auf der Innenwandfläche der Hülse vorgesehen sind, besteht die Tendenz, dass sie eine Abweichung der Kontakt- und Fixierpunkte der in die Hülse ein gesteckten und gegenüberliegend angeordneten Steckerstifte bewirken und die Übereinstimmung der Achsen der mit ihnen verbundenen optischen Fasern unterbrochen wird.
Die Rippen sind vorzugsweise in gleichen Abständen an drei Punkten auf der Innenwandfläche des rohrförmigen Körpers 2 angeordnet, auch wenn eine geringfügige Abweichung von regelmäßigen Teilungsabständen tolerierbar ist. Auch wenn die Höhe der Rippen 3 lediglich der Anforderung zu genügen braucht, dass die Rippen 3 in der Lage sein müssen, die Steckerstifte in stabiler Weise festzuhalten, wird allgemein bevorzugt, dass sie zwischen 0,1 bis 1,0 mm liegt (ca. 0,1 bis 1,0 mm Radius im Fall von Rippen mit halbkreisförmigem Querschnitt). Auch wenn bevorzugt wird, dass es sich bei den Rippen um ununterbrochene Erhebungen handelt, können sie sich in unterbrochener Weise über die gesamte Länge des rohrförmigen Körpers erstrecken, falls dies erforderlich sein sollte.
Die Hülse 1 wie oben beschrieben weist den Schlitz 4 auf, der in ihrer Wand über die gesamte Länge in Längsrichtung ausgebildet ist. Sogar mit einer Präzisionshülse, die nicht mit diesem Schlitz versehen ist, erzielt die Erfindung den zuvor erwähnten Effekt bedingt durch die Verwendung einer amorphen Legierung, beispielsweise dem zuvor erwähnten Material, und dem Effekt, der durch das Ausbilden der zuvor erwähnten Rippen bedingt ist. Das Vorsehen des Schlitzes 4 ist jedoch insofern vorteilhaft, als es die Federwirkung der Hülse 1 verbessert, was ermöglicht, dass sie die gegenüberliegend angeordneten Steckerstifte elastisch einspannt, wobei dabei deren Achsen miteinander fluchten, sogar bei Vorliegen einer mehr oder weniger starken Streuung der Abmessungen, und ermöglichen, dass die Steckerstifte wiederholt an der Hülse befestigt und von dieser gelöst werden können, ohne dass sich im festgehaltenen Zustand der Steckerstifte Spiel entwickelt.
In Bezug auf die mechanischen Eigenschaften des für die Hülse 1 verwendeten Materials selber zeigt die Hülse 1 vorzugsweise einen Elastizitätsmodul im ungefähren Bereich von 90 bis 99 GPa und eine Elastizitätsgrenze im Bereich von ca. 1% bis wenige Prozent. Die Hülse der Erfindung ist aus einer amorphen Legierung gefertigt, einem Material, das sich vom keramischen Material der herkömmlichen Hülse, beispielsweise Zirkonoxid, welches über fast keine Elastizität verfügt, stark unterscheidet. Diese Hülse verfügt daher über solche elastischen Eigenschaften, dass ein wiederholtes Befestigen und Lösen der Steckerstifte vollständig toleriert wird.
3 und 4 zeigen einen Verwendungsmodus der Hülse 1 der Erfindung für optische Steckverbinder. Die Hülse 1 setzt die Verwendung von Steckerstiften 10 voraus, bei denen es sich jeweils um eine aus einem Kapillarteil 11 und einem Flanschteil 12 bestehende einstöckige Konstruktion handelt.
Speziell besteht dieser Steckerstift 10 aus dem Kapillarteil 11, bei dem entlang dessen Achse ein Durchgangsloch 13 von geringem Durchmesser, das für das Einführen einer optischen Faser 17 (oder der Basisader, die aus einer mit einem dünnen Kunststofffilm beschichteten optischen Faser besteht) dienen soll, sowie der Flanschteil 12 ausgebildet ist, entlang dessen Achse ein Durchgangsloch 14 großen Durchmessers ausgebildet ist, das für das Einführen einer ummantelten optischen Faser 16 (die optische Faser, die mit einer Ummantelung 18 überzogen ist) dienen soll. Das Durchgangsloch 13 kleinen Durchmessers und das Durchgangsloch 14 großen Durchmessers sind miteinander über einen sich konisch verjüngenden Teil 15 verbunden.
Die Befestigung der optischen Faser an dem diesen Aufbau aufweisenden Steckerstift 10 erfolgt, indem vom vorderen Ende der ummantelten optischen Faser 16 die Ummantelung 18 entfernt wird, um die optische Faser 17 auf einer vorbestimmten Länge freizulegen, Klebstoff auf die freiliegende optische Faser und das Vorderende der ummantelten optischen Faser aufgebracht wird, die freiliegende optische Faser 17 in das Durchgangsloch 13 kleinen Durchmessers im Steckerstift 10 von dessen Flanschteil her eingeführt wird, und ermöglicht wird, dass die Vorderenden der optischen Faser 17 und der ummantelten optischen Faser 16 in den Durchgangslöchern 13 und 14 des Steckerstiftes 10 mittels des Klebstoffes fest angebracht werden.
Die Verbindung eines Paars optischer Fasern 17, 17 wird erzielt, indem die Steckerstifte 10, 10 in die Hülse 1 durch deren entgegengesetzten Enden eingeführt werden, wobei bereits zuvor die optischen Fasern in die Steckerstifte eingeführt und mit diesen verbunden wurden, und dann die Enden der Steckerstifte 10, 10 gegeneinander zur Anlage gebracht werden. Als Ergebnis wird ermöglicht, dass die optischen Fasern 17, 17 mit gegeneinander anliegenden Vorderenden angeordnet und in einem Zustand verbunden sind, bei dem ihre Achsen zueinander fluchten.
Der Kreisbogen 5 (1), der durch die oberen Enden der Rippen 3 bei drei Punkten der Hülse 1 hindurch verläuft, weist einen geringfügig kleineren Durchmesser als der Außendurchmesser des Kapillarteils 11 des Steckerstiftes 10 auf. Wenn die Steckerstifte 10, 10 in die Hülse 1 durch deren gegenüberliegende Enden eingeführt werden, wird daher die Hülse 1 geringfügig aufgedrückt, und so letztendlich ermöglicht, dass sie die Kapillarteile 11, 11 in elastisch festgepresstem Zustand festhält.
5 stellt einen weiteren Verwendungsmodus der Hülse 1 der Erfindung für optische Steckverbinder dar. Ein Steckerstift 10a verwendet ein Kapillarteil 11a und ein Flanschteil 12a als separate Bestandteile.
Genauer gesagt besteht dieser Steckerstift 10a aus dem Kapillarteil 11a, entlang dessen Achse ein Durchgangsloch 13a von geringem Durchmesser ausgebildet ist, der zum Einführen der optischen Faser 17 dienen soll, sowie dem Flanschteil 12a, entlang dessen Achse ein Durchgangsloch 14a von größerem Durchmesser für das Einführen der ummantelten optischen Faser 16 ausgebildet ist. Er wird zusammengebaut, indem das Ende des Kapillarteils 11a, in dem sich ein konisch verjüngendes Loch 15a befindet, in einem am vorderen Ende befindlichen Lochteil 19 des Flanschteiles 12a mittels einer engen Passung oder mit Klebstoff befestigt wird. Das Durchgangsloch 13a von geringerem Durchmesser im Kapillarteil 11a und das Durchgangsloch 14a von größerem Durchmesser im Flanschteil 12a sind mittels eines sich verjüngenden Lochteils 15a verbunden.
Das Verfahren zur Verbindung der optischen Faser mit dem Steckerstift 10a und der Befestigungsmodus von Hülse 1 und Steckerstiften 10a, 10a entsprechen denen der in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsform.
6 stellt schematisch einen Ausführungsmodus einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Herstellung der Hülse der Erfindung mittels des Metall-Formgussverfahrens dar.
Eine Zwangskühlungs-Gussform 20 ist eine geteilte Form, die aus einer oberen Form 21 und einer unteren Form 26 besteht. Die obere Form 21 weist ein Paar von in dieser ausgebildeten Gussformhohlräumen 22a, 22b auf und ist geeignet, die äußeren Abmessungen einer Hülse zu definieren. Im Inneren dieser Hohlräume 22a, 22b sind jeweils Kernstücke 25a, 25b ausgebildet, welche die inneren Abmessungen der Hülse definieren. Diese Hohlräume 22a, 22b stehen über einen Verteilerkanal 23 in Verbindung, derart, dass die Metallschmelze durch die Vorderenden der Teile 24a, 24b des Verteilerkanals, welche im Halbkreis in einem vorbestimmten Abstand um die Umfänge der Hohlräume 22a, 22b herum verlaufen, in die Hohlräume 22a, 22b fließt. Andererseits ist ein Eingusskanal (Durchgangsloch) 27, der mit dem zuvor erwähnten Verteilerkanal 23 in Verbindung steht, bei einer geeigneten Position der unteren Gussform 26 ausgebildet. Unterhalb des Eingusskanals 27 ist eine Vertiefung 28 ausgebildet, deren Form mit einem zylindrischen Rohmaterial-Unterbringungsteil oder Tiegel 32 übereinstimmt, der selber den oberen Teil eines Schmelzgefäßes 30 bildet.
Die Kerne 25a, 25b können, falls erforderlich, in integraler Weise mit der unteren Form 26 ausgebildet sein. Auch wenn die Zwangskühlungs-Gussform 20 aus einem metallischen Material wie beispielsweise Kupfer, Kupferlegierung, Sinterkarbid oder einer Superlegierung hergestellt sein kann, besteht sie vorzugsweise aus einem Material wie beispielsweise Kupfer oder einer Kupferlegierung, das große thermische Kapazität und große thermische Leitfähigkeit hat, zum Zweck der Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit der in die Hohlräume 22a, 22b eingegossenen Legierungsschmelze. In der oberen Gussform 21 kann ein Strömungskanal angeordnet sein, welcher das Strömen eines Kühlmediums wie beispielsweise Kühlwasser oder Kühlgas ermöglicht.
Beim Schmelzgefäß 30 ist im Oberteil seines Hauptkörpers 31 das zylindrische Rohmaterial-Unterbringungsteil 32 vorgesehen und direkt unterhalb des Eingusskanals der unteren Form 26 angeordnet, derart dass es sich in vertikaler Richtung hin und her bewegen lässt. In einem Rohmaterial-Unterbringungsloch 33 des Rohmaterial-Unterbringungsteils 32 ist ein Metallschmelzen-Eintragselement oder Kolben 34, der fast den gleichen Durchmesser wie das Rohmaterial-Unterbringungsloch 33 aufweist, gleitend verschiebbar angeordnet. Das Metallschmelzen-Eintragselement 34 wird in vertikaler Richtung durch einen Druckkolben 35 eines hydraulischen (oder pneumatischen) Zylinders in vertikaler Richtung bewegt, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Eine als Wärmequelle dienende Induktionsspule 36 ist so angeordnet, dass sie den Rohmaterial-Unterbringungsteil 32 des Schmelzgefäßes 30 umgibt. Als Wärmequelle lässt sich, abgesehen von der Hochfrequenz-Induktionsheizung, jede beliebige Einrichtung verwenden, beispielsweise eine, die auf dem Phänomen des Widerstandsheizens beruht. Das Material des Rohmaterial-Unterbringungsteils 32 und das des Metallschmelzen-Eintragselementes 34 sind vorzugsweise wärmebeständige Materialien wie beispielsweise keramische Materialien oder metallische Materialien, die mit einem wärmebeständigen Film beschichtet sind.
Im Übrigen wird, um zu verhindern, dass die Legierungsschmelze einen Oxidfilm bildet, bevorzugt, die Vorrichtung in ihrer Gesamtheit in einem Vakuum oder einer Atmosphäre aus einem Inertgas wie beispielsweise Argon anzuordnen, oder einen Inengasstrom zumindest zwischen der unteren Form 26 und dem oberen Teil des Rohmaterial-Unterbringungsteils 32 des Schmelzgefäßes 30 herzustellen.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Hülse erfolgt dadurch, dass zuerst das Schmelzgefäß 30 in einen Zustand gebracht wird, bei dem es von der Zwangskühlungs-Gussform 20 nach unten hin getrennt ist, und dann der leere Raum, der oberhalb des Schmelzmaterial-Eintragselementes 34 im Inneren des Rohmaterial-Unterbringungsteils 32 liegt, mit dem Legierungsrohmaterial A einer Zusammensetzung befüllt wird, welche eine solche amorphe Legierung wie zuvor erwähnt liefern kann. Das zu verwendende Legierungsrohmaterial A kann in einer beliebigen gebräuchlichen Form vorliegen, beispielsweise in Form von Stäbchen, Pellets und sehr kleinen Partikeln.
Anschließend erfolgt eine Erregung der Induktionsspule 36, um das Legierungsrohmaterial A schnell aufzuheizen. Nachdem das Schmelzen des Legierungsrohmaterials A durch Erfassung der Metallschmelzentemperatur bestätigt wurde, wird die Induktionsspule 36 entmagnetisiert und das Schmelzgefäß 30 angehoben, bis dessen oberes Ende in die Vertiefung 28 der unteren Form 26 eingeführt ist. Dann wird der Hydraulikzylinder betätigt, um ein schnelles Anheben des Metallschmelzen-Eintragselementes 34 mittels des Druckkolbens 35 und das Einspritzen der Metallschmelze durch den Eingusskanal 27 der Gussform 20 zu bewirken. Die eingespritzte Metallschmelze wird durch den Verteilerkanal 23, 24a, 24b vorwärts bewegt, in die Hohlräume 22a, 22b eingebracht und komprimiert, und schnell in diesen verfestigt. In diesem Fall lässt sich eine oberhalb von 10³ K/s liegende Abkühlgeschwindigkeit dadurch erzielen, dass man Faktoren wie beispielsweise die Einspritztemperatur und die Einspritzgeschwindigkeit geeignet festlegt. Danach wird das Schmelzgefäß 30 abgesenkt und die obere Form 21 und die untere Form 26 getrennt, um eine Entnahme des Produktes zu ermöglichen.
Die Form des formgegossenen Produktes, das mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens gefertigt wurde, ist in 7 dargestellt. Die Hülsen 1, die über eine glatte Oberfläche verfügen, welche die Hohlraumoberfläche der Gussform originalgetreu wiedergibt, wie dargestellt in den 1 und 2, werden erzielt, indem die Verteilerkanalteile 42a, 42b von Hülsenteilen 41a, 41b eines formgegossenen Produktes 40 abgetrennt werden und die nach dem Abtrennen verbleibenden Schnittflächen der Hülsenteile geschliffen werden.
Das zuvor beschriebenen Pressgussverfahren erlaubt einen Pressdruck bis zu ca. 100 MPa und eine Einspritzgeschwindigkeit bis zu einigen m/s und bietet die folgenden Vorteile.

(1) Das Befüllen der Gussform mit der Metallschmelze erfolgt innerhalb weniger Millisekunden, und diese schnelle Befüllung trägt stark zur Wirkung der schnellen Abkühlung bei.
(2) Der äußerst enge Kontakt der Metallschmelze mit der Gussform erhöht die Abkühlgeschwindigkeit und ermöglicht auch das Präzisions-Formgießen der Metallschmelze.
(3) Fehlstellen wie beispielsweise Lunker, die möglicherweise während des Schwindvorgangs eines formgegossenen Gegenstandes bedingt durch die Verfestigung auftreten, können vermindert werden.
(4) Das Verfahren erlaubt die Herstellung eines formgegossenen Gegenstandes von komplizierter Form.
(5) Das Verfahren erlaubt ein glattes Formgießen einer hochviskosen Metallschmelze.

8 stellt schematisch den Aufbau eines weiteren Ausführungsmodus der Vorrichtung und des Verfahrens zur Herstellung der Hülse der Erfindung dar.
In 8 bezeichnet Bezugszeichen 60 ein Gefäß zum Formgießen eines Legierungsmaterials, mit dem sich eine amorphe Legierung wie zuvor erwähnt formgießen lässt und in dem sich die erzeugte Schmelze befindet. Unterhalb dieses Gefäßes 60 befindet sich eine geteilte Metallform 50 mit Hohlräumen 52a, 52b von der Form des zu fertigenden Produktes. Zum Erhitzen des Schmelzgefäßes 60 lässt sich eine beliebige bekannte (nicht dargestellte) Heizeinrichtung verwenden, beispielsweise ein Hochfrequenz-Induktionsheizeinrichtung und eine Widerstandsheizeinrichtung.
Der Aufbau der Metallform 50 ist im Wesentlichen identisch mit der zuvor erwähnten und in 6 dargestellten Gussform 20, abgesehen davon, dass die vertikale Positionsbeziehung umgekehrt ist. Genauer gesagt ist bei der oberen Form 56 im oberen Teil des Eingusskanals (Durchgangsloch) 57 eine Vertiefung 58 ausgebildet, die das untere Ende des Gefäßes 60 aufnimmt und die mit der in 6 gezeigten unteren Gussform 26 korrespondiert. Dabei ist eine untere Gussform 51 identisch zu der in 6 dargestellten oberen Gussform 21, abgesehen davon, dass die Formen und Anordnungsmodi von Gussformhohlräumen 52a, 52b, Verteilerkanälen 53, 54a, 54b, und Kernen 55a, 55b gegenüber denen von 6 umgekehrt sind. Bei dieser Metall-Gussform 50 können, falls erforderlich, die Kerne 55a, 55b integral mit der oberen Gussform 56 ausgebildet sein.
Die Herstellung von Hülsen erfolgt, indem ein im Boden des Gefäßes 60 ausgebildetes kleines Loch 61 mit dem Eingusskanal 57 der Metall-Gussform 50 verbunden wird, mittels Inertgas Druck auf die im Gefäß 60 befindliche Legierungsschmelze A' ausgeübt wird, wodurch die geschmolzene Legierung A' aus dem kleinen Loch 61 im Boden des Gefäßes 60 durch die Verteilerkanäle 53, 54a, und 54b in die Hohlräume 52a, 52b vorwärts bewegt wird, bis diese Hohlräume mit der geschmolzenen Legierung A' bis zu ihrem Fassungsvermögen aufgefüllt sind, und die Legierungsschmelze mit einer Abkühlgeschwindigkeit verfestigt wird, die vorzugsweise 10 K/s übersteigt, um eine Hülse zu erzielen, die aus einer Legierung hergestellt ist, welche im Wesentlichen aus einer amorphen Phase besteht.
Mittels der gerade beschriebenen Prozedur kann die Hülse erzeugt werden, welche eine Abmessungsgenauigkeit L im Bereich von ±0,0005 bis ±0,001 mm und eine Oberflächengenauigkeit im Bereich von 0,2 bis 0,4 um aufweist.
Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren werden zwei formgegossene Produkte mittels eines einfachen Verfahrens gefertigt, welches eine mit einem Paar Gussform-Hohlräume versehene Metall-Gussform verwendet. Selbstverständlich lassen sich mit der Erfindung drei oder mehr formgegossene Produkte unter Verwendung einer mit drei oder mehr Hohlräumen versehenen Metall-Gussform fertigen.
Abgesehen vom zuvor beschriebenen Legierungs-Formgussverfahren lässt sich auch ein Strangpressverfahren zur Fertigung der Hülse verwenden. Da die zuvor erwähnte amorphe Legierung über einen großen unterkühlten Flüssigkeitsbereich ΔTx verfügt, lässt sich die Hülse in vorgeschriebener Form erzielen, indem ein Material dieser amorphen Legierung auf eine Temperatur im unterkühlten Flüssigkeitsbereich erhitzt wird, das heiße Material in einen Behälter eingeführt wird, der auf derselben Temperatur gehalten wird, dieser Behälter mit der Metall-Gussform verbunden wird, die mit dem Hohlraum von der Form des zu fertigenden Hülsenproduktes versehen ist, eine vorgeschriebene Menge der erhitzten Legierung mittels viskosem Fließen der unterkühlten Flüssigkeit in den Hohlraum eingepresst wird, und die Legierung formgegossen wird.
Nachfolgend wird die Erfindung konkreter mit Bezug auf die Arbeitsbeispiele beschrieben, durch welche der Effekt der Erfindung in spezifischer Weise gezeigt wird.
Beispiel 1
Unter Verwendung der in 6 dargestellten Vorrichtung und unter Anwendung folgender Herstellungsbedingungen, und zwar einer Einspritztemperatur von 1273 K, einer Einspritzgeschwindigkeit von 1 m/s, einem Gießdruck von 1 MPa, und einer Befüllungszeit von 100 ms, wurde eine Hülse aus einer amorphen Legierung mit einer Zusammensetzung von Zr₆₅Al₁₀Ni₁₀Cu₁₅ und der in den 1 und 2 dargestellten Form mit einem Innendurchmesser von 2,5 mm, eine Außendurchmesser von 3,1 mm und einem Krümmungsradius der Rippen von 0,3 mm gefertigt.
Die erhaltene Hülse war ein Produkt mit einer hervorragenden Glattheit der Oberfläche, welche die Kontur des Hohlraums der Metall-Gussform originalgetreu wiedergibt. Sie wies einen Elastizitätsmodul von 80 GPa, eine Biegefestigkeit von 2970 MPa, eine Vickers-Härte von 400 (DPN), und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α von 0,95 × 10^–5/K auf.
Mittels des gleichen Verfahrens wurde ein Steckerstift aus einer amorphen Legierung mit in integraler Weise ausgebildeten Kapillarteil und Flanschteil wie dargestellt in 3 gefertigt. Dieser Steckerstift wies eine Zusammensetzung von Zr₆₀Al₁₅Co_2,5Ni_7,5Cu₁₅ auf und sein Elastizitätsmodul betrug 91 GPa. Wenn jedes Ende der zwei optischen Fasern mit zwei derartigen Steckerstiften verbunden wurde, die wie zuvor beschrieben gefertigt wurden, und die zwei Steckerstifte in die zuvor erwähnte Hülse durch deren entgegengesetzte Enden eingesteckt wurde, ließen sich die optischen Fasern in stabiler Weise verbinden, ohne dass irgendeine Abweichung von einem axial fluchtenden Zustand der optischen Fasern verursacht wurde.
Beispiel 2
Verschiedene Legierungen, die Zr₆₀Al₁₅Co_2,5Ni_7,5Cu₁₅ beinhalten und in der folgenden Tabelle dargestellt sind, wurden durch Schmelzen der betreffenden metallischen Bestandteile hergestellt. Diese wurden jeweils in einen Quarzschmelztiegel eingebracht und mittels Hochfrequenz-Induktionsheizen vollständig geschmolzen. Die Schmelze wurde unter einem Gasdruck von 2 kgf/cm² durch ein im Unterteil des Schmelztiegels ausgebildetes schmales Loch in eine Kupfer-Gussform eingespritzt, die mit einem zylindrischen Hohlraum von 2 mm Durchmesser und 30 mm Länge versehen war, und bei Raumtemperatur gehalten, um ein stangenartiges Probestück für die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften zu erzielen. Die Ergebnisse dieser Bestimmung sind in der Tabelle dargestellt.
Aus der Tabelle geht klar hervor, dass die erzeugten amorphen Legierungsmaterialien eine Biegefestigkeit aufwiesen, welche den Wert (ca. 1000 MPa) von teilweise stabilisiertem Zirkonoxid, das bisher als Material für die Hülse verwendet wurde, beträchtlich überstieg, ihr Elastizitätsmodul betrug ungefähr die Hälfte, und ihre Härte betrug ungefähr 1/3, was anzeigte, dass diese Legierungsmaterialien über die Eigenschaften verfügten, die als Material für die Hülse erforderlich sind.
Beispiel 3
Eine Metall-Gussform aus Stahl wie dargestellt in 6 und eine aus Metall bestehende Strangpressvorrichtung wurden miteinander verbunden, und eine Hülse wurde gefertigt, indem die gleiche Legierung wie in Beispiel 1 stranggepresst wurde. Zum Strangpressen wurden amorphe Barren von 25 mm Durchmesser und 40 mm Länge verwendet, die separat mittels Formgießen aus der gleichen Legierung hergestellt wurden. Die Barren wurden auf 730 K vorgeheizt, und der Behälter der Strangpresseinrichtung sowie der Einlassteil und der Formgießteil der Metall-Gussform wurden in ähnlicher Weise auf 730 K vorgeheizt. Die heißen Barren wurden in den Behälter der Strangpresseinrichtung eingelegt, und dann erfolgte ein Einspritzen in die Metall-Gussform. Die Metall-Gussform wurde gekühlt. Dann wurde der geformte Gegenstand aus der Gussform entnommen, sein Einlassstück wurde abgetrennt und er untersucht. Es wurde gefunden, dass das äußere Erscheinungsbild, die Abmessungsgenauigkeit, die Oberflächenrauigkeit etc. des geformten Artikels fast genau denen der in Beispiel 1 erhaltenen Hülse entsprachen.
Auch wenn hier gewisse spezielle Ausführungsformen und Arbeitsbeispiele beschrieben wurden, kann die Erfindung auch in anderen speziellen Formen ausgeführt sein, ohne dass von ihren wesentlichen Merkmalen abgewichen wird. Die beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele verstehen sich daher in jeder Hinsicht als beispielhaft und nicht einschränkend, wobei der Schutzumfang der Erfindung durch die anliegenden Ansprüche gegeben ist und nicht durch die vorhergehende Beschreibung, und sich daher alle Änderungen, die innerhalb des Bedeutungsrahmens der Ansprüche liegen, als in diesen enthalten verstehen.

Claims

Steckerstift für optische Steckverbinder, umfassend ein Kapillarteil (11), das aus einer Legierung gebildet ist, die eine amorphe Legierung enthält, die zumindest eine Vitrifizierungszone aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flanschteil (12) mit dem Kapillarteil (11) einstöckig ausgebildet ist, wobei die besagte Legierung eine amorphe Phase in einem Volumenverhältnis von mindesten 50% enthält, und daß die besagte amorphe Legierung in einem Temperaturbereich von nicht weniger als 30 K eine Vitrifizierungszone zeigt, wobei die besagte amorphe Legierung eine Zusammensetzung gemäß der folgenden allgemeinen Formel hat: X_aM_bAl_c, wobei X mindesten ein Element bezeichnet, das aus der Zr und Hf umfassenden Gruppe ausgewählt ist, M mindestens ein Element bezeichnet, das aus der Mn, Fe, Co, Ni und Cu umfassenden Gruppe ausgewählt ist, und a, b und c solche Atomverhältnisse bezeichnen, welche die Bedingung 25 ≤ a ≤ 85, 5 ≤ b ≤ 70 und 0 ≤ c ≤ 35 erfüllen.
Kombinierte Einheit für einen optischen Steckverbinder, umfassend: einen Steckerstift (10) gemäß Anspruch 1 und eine Hülse (1), wobei die Hülse (1) aus einer amorphen Legierung hergestellt ist, die zu einer elastischen Verformung geeigneter ist als das Material für den Stecker (10).
Kombinierte Einheit nach Anspruch 2, wobei die besagte Hülse (1) einen rohrförmigen Körper (2) und drei Rippen (3) umfaßt, die an einer inneren Wandfläche des rohrförmigen Körpers (2) vorgesehen sind, wobei sich jede der Rippen (3) in Längsrichtung des rohrförmigen Körpers (2) von einem Ende zum anderen erstreckt und eine Oberfläche mit bogenförmigem Querschnitt hat, der zu einer Achse des rohrförmigen Körpers hin gewölbt ist.
Kombinierte Einheit nach Anspruch 3, wobei der besagte rohrförmige Körper (2) einen Schlitz (4) aufweist, der über die gesamte Länge in Längsrichtung desselben ausgebildet ist.
Kombinierte Einheit nach Anspruch 3 oder 4, wobei jede der besagten Rippen (3) einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt hat.
Kombinierte Einheit nach Anspruch 3 oder 4, wobei jede der besagten Rippen (3) einen im wesentlichen halbelliptischen Querschnitt hat.
Kombinierte Einheit nach Anspruch 3 oder 4, wobei jede der besagten Rippen (3} einen dreieckigen Querschnitt mit einem abgerundeten oberen Ende hat.
Kombinierte Einheit nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei sich jede der besagten Rippen (3) stetig oder unstetig über die gesamte Länge des rohrförmigen Körpers (2) erstreckt.
Kombinierte Einheit nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei jede der besagten Rippen (3) eine Höhe von 0,1 bis 1,0 mm hat.
Kombinierte Einheit nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Hülse (1) aus einer amorphen Legierung hergestellt ist, die eine Vitrifizierungszone in einem Temperaturbereich von nicht weniger als 30 K hat.
Kombinierte Einheit nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei sowohl der besagte Steckerstift als auch die besagte Hülse aus einer amorphen Legierung hergestellt sind, die durch die folgende allgemeine Formel bezeichnet ist und eine amorphe Phase mit einem Volumenverhältnis von mindestens 50% enthält: X_aM_bAl_c, wobei X mindesten ein Element bezeichnet, das aus der Zr und Hf umfassenden Gruppe ausgewählt ist, M mindestens ein Element bezeichnet, daß aus der Mn, Fe, Co, Ni und Cu umfassenden Gruppe ausgewählt ist, und a, b und c solche Atomverhältnisse bezeichnen, welche die Bedingung 25 ≤ a ≤ 85, 5 ≤ b ≤ 70 und 0 ≤ c ≤ 35 erfüllen.
Verfahren zur Herstellung eines Steckerstiftes für optische Steckverbinder nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Schmelzgefäßes mit einem offenen oberen Ende, Bereitstellen einer Gießform mit Zwangskühlung, die mit mindestens einem Formhohlraum versehen und über dem Schmelzgefäß angeordnet ist, Schmelzen eines Legierungsmaterials, das in dem Schmelzgefäß eine amorphe Legierung ergeben kann, zwangsweises Überführen der erhaltenen geschmolzenen Legierung in den Formhohlraum der besagten Gießform mit Zwangskühlung und rasches Verfestigen der geschmolzenen Legierung in der Gießform mit Zwangskühlung, damit die Legierung amorph wird, um dadurch ein gegossenes Produkt aus einer Legierung zu erhalten, die eine amorphe Phase enthält.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das besagte Schmelzgefäß ein Überführungsteil für geschmolzenes Metall hat, das in dem Gefäß angeordnet ist und das die geschmolzene Legierung zwangsweise nach oben befördern kann, und wobei die besagte Gießform mit Zwangskühlung mit mindestens zwei identisch geformten Formhohlräumen und Läufen versehen ist, die mit diesen Hohlräumen in Verbindung stehen, wobei diese Läufe auf einer Verlängerungszuleitung einer Überführungszuleitung für das Metallschmelze-Überführungsteil angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das besagte Schmelzmetall-Überführungsteil betätigt wird, um die geschmolzene Legierung in dem Schmelzgefäß zwangsweise in die Formhohlräume der Gießform mit Zwangskühlung zu überführen und gleichzeitig einen Druck auf die geschmolzene Legierung auszuüben, welche die Formhohlräume der Gießform mit Zwangskühlung füllt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Gießform mit Zwangskühlung eine wassergekühlte Gießform oder eine gasgekühlte Gießform ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Schmelzen des besagten Legierungsmaterials in dem besagten Schmelzgefäß in einem Vakuum oder in einer Atmosphäre aus Inertgas durchgeführt wird.