ES2863663T3 - Método para producir un casquillo de fibra óptica por estampado - Google Patents
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Abstract
Un método para producir un casquillo (12) para soportar una fibra óptica (20) en una ranura (24, 206) en un conector de fibra óptica (10), en el que la ranura se forma mediante estampado, que comprende: estampar una pieza en bruto (200, 72) de un material metálico para formar al menos una ranura abierta longitudinal (24, 206) que tiene un canal generalmente en forma de U con una abertura longitudinal (23) en una superficie de un cuerpo del material metálico; y estrechar al menos una sección de la abertura longitudinal del canal, en el que la sección de la abertura que se estrecha tiene un ancho definido por dos labios opuestos (25, 205, 205') formados en bordes opuestos a lo largo de al menos una sección de la abertura, en el que el ancho es menor que el diámetro de la fibra óptica, en el que los labios opuestos están formados para exhibir una deformación elástica para permitir que una fibra óptica se inserte lateralmente en la ranura a través de la sección estrechada de la abertura, por lo que la fibra óptica se puede retener de forma segura en la ranura mediante un ajuste de interferencia, en el que la fibra óptica se puede retener de forma segura en la ranura con la ranura sujetando la fibra óptica.
Description
DESCRIPCIÓN
Método para producir un casquillo de fibra óptica por estampado
Antecedentes de la invención
1. Reivindicación de prioridad
Esta solicitud reivindica la prioridad de la solicitud provisional de patente de EE.UU. N° 61/472,133 presentada el 5 de abril de 2011.
2. Campo de la invención
La presente invención se refiere a conectores de fibra óptica, en particular casquillos en conectores de fibra óptica.
3. Descripción de la técnica relacionada
Existen muchas ventajas de transmitir señales de luz a través de guías de ondas de fibra óptica y su uso es diverso. Las guías de ondas de fibra única o múltiple pueden usarse simplemente para transmitir luz visible a una ubicación remota. Los sistemas complejos de telefonía y comunicación de datos pueden transmitir múltiples señales ópticas específicas. Estos dispositivos acoplan fibras en una relación de extremo a extremo, siendo el acoplamiento una fuente de pérdida de luz. Se necesita una alineación precisa de dos extremos pulidos de fibras para garantizar que la pérdida óptica total en un enlace de fibra sea igual o menor que el presupuesto de pérdida del conector óptico especificado para un sistema. Para la fibra de grado de telecomunicaciones monomodo, esto normalmente se corresponde con las tolerancias de alineación de la fibra del conector que son inferiores a 1000 nm. Esto significa que, tanto en enlaces de fibra en paralelo como en enlaces de fibra única, que funcionan a velocidades de varios gigabits, los componentes aplicados para alinear las fibras deben ensamblarse y fabricarse con precisión submicrométrica.
En una conexión de fibra óptica, un conector de fibra óptica termina el extremo de un cable que contiene una o varias fibras, y permite una conexión y desconexión más rápidas que el empalme. Los conectores acoplan y alinean mecánicamente los núcleos de fibras para que la luz pueda pasar de un extremo a otro. Los mejores conectores pierden muy poca luz debido al reflejo o desalineación de las fibras. Los conectores, tanto en enlaces paralelos/de fibra múltiple como en enlaces de fibra única, que funcionan a velocidades de varios gigabits, deben ensamblarse con subcomponentes fabricados con precisión submicrométrica. Como si producir piezas con tales niveles de precisión no fuera lo suficientemente desafiante, para que el producto final resultante sea económico, debe hacerse en un proceso totalmente automatizado y de muy alta velocidad.
Los conectores de fibra óptica actuales no han cambiado durante muchos años el diseño básico. La unidad de conector básica es un conjunto de conector. La figura 8 ilustra un ejemplo de un conector de fibra óptica 100 para un cable 110 que contiene fibras ópticas 112, que es comercializado por US Conec Ltd. El conector incluye un conjunto de componentes que consta de un casquillo 102, una carcasa de casquillo 104, una camisa o funda de cable 106, las pasadoras de guía de alineación 108 y otro hardware proporcionado dentro o fuera de la carcasa (por ejemplo, alivio de tensión del cable, engarzado, resorte de solicitación, espaciador, etc.). El casquillo 102 y las caras extremas terminales de las fibras 112 están pulidas. El casquillo 108 en el conector de fibra óptica 100 está cargado por resorte para proporcionar una solicitación axial con el fin de presionar juntas las caras extremas pulidas de las fibras en dos conectores en una configuración de extremo a extremo. En la mayoría de los casos, la intención es establecer un contacto físico entre las fibras acopladas para evitar la pérdida de luz. El contacto físico evita una capa de aire atrapada entre dos fibras, lo que aumentaría la pérdida de inserción del conector y la pérdida de reflexión. Se requiere un adaptador, no mostrado, para acoplar de forma segura los casquillos de dos conectores (la carcasa 104 del casquillo de cada conector está enchufada en el adaptador).
El conector de fibra óptica ilustrado en la figura 8 fabricado por US Conec Ltd. está supuestamente de acuerdo con la estructura descrita en la patente de EE.UU. N° 5,214,730, que está cedida a Nippon Telegraph and Telephone Corporation. Como se ilustra en la patente '730, el conector de fibra óptica recibe un cable de cinta de fibra óptica que tiene una pluralidad de fibras ópticas individuales y mantiene las fibras ópticas individuales en una relación predeterminada. El conector de fibra óptica puede acoplarse con otro conector de fibra óptica (por ejemplo, usando un adaptador) para alinear la pluralidad de fibras ópticas individuales de un conector de fibra óptica con la pluralidad de fibras ópticas del otro conector de fibra óptica.
El casquillo 102 de US Conec Ltd. tiene generalmente la forma de un bloque de plástico que tiene una serie de orificios pasantes de gran tamaño que proporcionan suficiente espacio para insertar en el bloque los extremos terminales de las fibras ópticas 112 y los pasadores de alineación 108. El casquillo 102 se forma moldeando un polímero plástico que a menudo se refuerza con partículas de vidrio. Para insertar los extremos terminales de las múltiples fibras ópticas 112 a través de los orificios en el bloque de casquillo 102, la camisa protectora y las capas amortiguadoras (resina) de la fibra óptica se quitan para exponer la capa de revestimiento cerca de los extremos terminales y la capa de revestimiento está recubierta con una capa de epoxi. A continuación, los extremos terminales de las fibras ópticas se enroscan en los orificios de gran tamaño del casquillo. Los extremos de las fibras ópticas 112 se sujetan de forma segura en el casquillo 102 tras el curado del epoxi. De manera similar, los extremos de los pasadores de alineación
108 se recubren con epoxi antes de insertarlos en los orificios de gran tamaño en el casquillo 102 proporcionado para los pasadores.
El casquillo descrito anteriormente tiene varios inconvenientes importantes. La estructura moldeada por inyección no mantiene inherentemente bien la tolerancia. El polímero no es rígido y se deforma cuando se aplican cargas (fuerzas o momentos) al cable de fibra o a la carcasa del conector. Los polímeros también son susceptibles a la fluencia y la expansión/contracción térmica durante períodos de tiempo más largos. La holgura en los orificios de gran tamaño en el casquillo afecta aún más la tolerancia de la alineación de las fibras de un extremo a otro. El epoxi se encoge al curar, lo que provoca que el casquillo de plástico se doble. Además, el epoxi cede con el tiempo, lo que provoca el pistoneo o la retracción de los extremos de la fibra óptica (que se empujan contra los extremos de las fibras adyacentes) dentro de los orificios del casquillo bajo la solicitación axial aplicada de la carga del resorte en el conector. Esto compromete la integridad de la interfaz de contacto superficial de las caras extremas de las fibras opuestas. Estas y otras deficiencias dan como resultado una mala tolerancia resultante que es más deseable para las aplicaciones modernas de fibra óptica.
El documento US 2001/036341 A1 describe un conector óptico que comprende un casquillo para soportar una fibra óptica. El documento JP 9203824 A describe un conector óptico que comprende un casquillo para soportar una cinta de fibras ópticas. El documento JP 11109161 A describe una matriz de fibra óptica en la que se definen ranuras de alineación de fibra óptica. El documento JP 56085718 A describe un conector de fibra óptica que define una ranura para recibir una fibra óptica. El documento DE 2627042 A describe un conector de fibra óptica que tiene soportes para centrar fibras ópticas entre ellas, comprendiendo cada soporte un cuerpo de guía con canales de guía para las fibras ópticas. El documento JP 63249116 A describe un conector de fibra óptica que comprende una base de sección de hebra de fibra óptica que define ranuras para recibir una hebra de fibra óptica y un revestimiento de fibra óptica. El documento WO 2005/114284 A1 describe un elemento de acoplamiento de fibra óptica que comprende un soporte que tiene al menos una ranura para recibir una fibra óptica. El documento WO 2004/086111 A1 describe un conjunto óptico que tiene dos sustratos emparejados definiendo al menos uno de los sustratos unas ranuras para recibir fibras ópticas. El documento US 4,458,985 describe un método orientado a producir un casquillo para soportar una fibra óptica en una ranura. El documento US 6,321,020 describe un sustrato de vidrio que tiene una ranura para recibir una fibra óptica, estando formada la ranura por moldeo de material calentado. El documento US 4,865,413 describe una disposición para empalmar fibras ópticas que comprende un portador que tiene ranuras de guía de fibra óptica. El documento US 7,343,770 B2 describe un método orientado a producir un casquillo para soportar una fibra óptica en una ranura. El documento US 2003/113088 describe una parte convergente de fibra óptica para hacer converger un gran número de fibras ópticas conducidas a un panel de pantalla para la visualización de imágenes. El documento US 2006/0188211 describe un componente óptico que comprende una ranura para recibir una fibra óptica, estando formado el componente óptico mediante moldeo por transferencia y prensado en placa caliente de un material tal como plástico.
Actualmente, se acepta generalmente que la fabricación de los conectores de fibra actuales cuesta demasiado y las características de fiabilidad y pérdida son más deseables. La tolerancia de los conectores de fibra debe mejorar y el coste de producción de los conectores de fibra debe disminuir para que la fibra óptica sea el medio de comunicación preferido para aplicaciones de corto y muy corto alcance. La utilización relativamente extendida y cada vez mayor de fibras ópticas en sistemas de comunicación, procesamiento de datos y otros sistemas de transmisión de señales ha creado una demanda de medios satisfactorios y eficientes para interconectar terminales de fibra.
Por lo tanto, es deseable desarrollar un nuevo diseño de conector de fibra óptica y, en particular, un nuevo método de producción de casquillos, que dé como resultado una baja pérdida de inserción y una baja pérdida de retorno, que proporcione facilidad de uso y alta fiabilidad con baja sensibilidad ambiental, y que pueda ser fabricado con un bajo coste.
Breve descripción de los dibujos
Para una comprensión más completa de la naturaleza y las ventajas de la invención, así como del modo de uso preferido, se debe hacer referencia a la siguiente descripción detallada leída junto con los dibujos adjuntos. En los siguientes dibujos, los números de referencia iguales designan partes iguales o similares en todos los dibujos.
La figura 1 ilustra una vista en perspectiva de un conjunto que incluye un casquillo, para su uso dentro de un conector de fibra óptica.
La figura 2 es una vista despiezada del casquillo y el conjunto de fibra óptica.
La figura 3A es una vista en perspectiva del casquillo; la figura 3B es una vista en sección del casquillo tomada a lo largo de la línea 3B-3B de la figura 1, con fibras y pasadores de guía; la figura 3C es una vista en sección ampliada de las ranuras y la fibra; la figura 3D es una vista en sección del casquillo tomada a lo largo de la línea 3D-3D de la figura 1; la figura 3E es una vista en sección de una forma alternativa de las ranuras del casquillo que no forma parte de la invención; la figura 3F es una vista en sección ampliada de la ranura y el pasador de alineación.
La figura 4 ilustra esquemáticamente el proceso de formación de las características del casquillo mediante estampación de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 5 ilustra esquemáticamente un proceso alternativo de estrechar la abertura de las ranuras mediante mecanizado con láser, de acuerdo con otra realización de la presente invención.
La figura 6 ilustra esquemáticamente un proceso alternativo para formar las características del casquillo por extrusión que no forma parte de la invención.
La figura 7 ilustra la matriz utilizada para la extrusión de una pieza en bruto para formar el casquillo que no forma parte de la invención.
La figura 8 ilustra un conector de fibra óptica de la técnica anterior.
Compendio de la invención
La presente invención es un método según la reivindicación 1 para producir un casquillo para soportar una fibra óptica en una ranura en un conector de fibra óptica. Se establecen realizaciones particulares en las reivindicaciones dependientes.
El casquillo tiene una estructura abierta que tiene características de precisión formadas en ella, a saber, ranuras de sujeción de fibra abiertas, que pueden sujetar de forma segura las fibras ópticas sin necesidad de epoxi o una pieza de precisión complementaria. El casquillo tiene un cuerpo que tiene una pluralidad de ranuras abiertas formadas en paralelo en una superficie del mismo para recibir y sujetar las secciones extremas de terminación de fibras ópticas. En la presente invención, al menos una sección de la abertura longitudinal de la ranura está provista de labios opuestos para proporcionar un efecto de sujeción. El ancho de la abertura longitudinal definida entre los labios a lo largo de al menos una sección de las ranuras es más estrecho que el diámetro de las fibras ópticas para crear un ajuste apretado (por ejemplo, un ajuste de interferencia) con respecto a las fibras, lo cual permite que la sección extrema de una fibra óptica se inserte lateralmente en la abertura longitudinal de la ranura, pero que retenga cómodamente la fibra óptica en la ranura. Las ranuras y el ancho de las aberturas de las ranuras longitudinales están configuradas y dimensionadas para retener las fibras sin ningún espacio para permitir el movimiento de la fibra con respecto a la ranura. Las ranuras pueden tener un fondo redondeado para adaptarse a la forma externa de la fibra óptica, o un fondo plano o una ranura en V (lo que da como resultado espacios entre la fibra y la pared de la ranura). Es preferible el fondo redondeado ya que aumenta el área de contacto con la fibra y proporciona una tensión elástica más uniforme dentro de la fibra.
En una realización, el ancho de la abertura longitudinal de la ranura es uniforme a lo largo de toda la longitud de la ranura. En otra realización, los labios solo estrechan cierta sección o secciones de la abertura de la ranura (por ejemplo, en el extremo de las ranuras cerca de la cara extrema de la fibra óptica y/o en el otro extremo de las ranuras).
En una realización adicional, se pueden proporcionar ranuras similares en el cuerpo del casquillo para los pasadores de guía de alineación.
Las ranuras están formadas con precisión mediante procesos de estampado de alto rendimiento. De acuerdo con la presente invención, las ranuras se forman inicialmente mediante estampado de precisión, seguido por el estrechamiento de las aberturas de las ranuras, por ejemplo, estampando o perforando la superficie superior del cuerpo del casquillo para empujar el material en los dos bordes opuestos de la abertura en la abertura de la ranura para formar un labio, o mediante mecanizado con láser para fundir el material en las esquinas de la abertura para que fluya hacia la abertura de la ranura con el fin de formar un labio.
De acuerdo con la presente invención, el cuerpo del casquillo está hecho de un material metálico, que puede elegirse para tener alta rigidez (por ejemplo, acero inoxidable), inercia química (por ejemplo, titanio), estabilidad a alta temperatura (aleación de níquel), baja expansión térmica (por ejemplo, Invar), o para hacer coincidir la expansión térmica con otros materiales (por ejemplo, Kovar para hacer juego con el vidrio).
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
Esta invención se describe a continuación con referencia a diversas realizaciones con referencia a las figuras. Si bien esta invención se describe en términos del mejor modo para lograr los objetivos de esta invención, los expertos en la técnica apreciarán que se pueden lograr variaciones en vista de estas enseñanzas sin desviarse del alcance de la invención.
La figura 1 ilustra una vista en perspectiva de un conjunto de fibra óptica 10 que tiene un conjunto de componentes que incluye un casquillo 12. El conector 10 incluye además una carcasa de casquillo 14 (mostrada con líneas de puntos), una funda de cable 16 (mostrada con líneas de puntos), y pasadores de guía de alineación 18. El casquillo 12 está estructurado para múltiples fibras ópticas 20 (por ejemplo, 12 fibras mantenidas dentro de un manguito 27 para formar un cable de cinta de fibra óptica 22). El rebajo 28 está dimensionado para recibir el manguito 27 completamente con el rebajo 28. La figura 1 es una ilustración simplificada del conector de fibra óptica 10. Aparte del casquillo 12, los otros componentes del conjunto de fibra óptica 10 pueden incluir además los encontrados en el
conjunto de fibra óptica que se muestra en la figura 8 (es decir, el casquillo puede hacerse compatible con versiones anteriores para ser utilizado en conectores de fibra óptica MTO/MPO como los ofrecidos por US Conec Ltd.).
El casquillo tiene una estructura abierta que tiene características de precisión formadas en el mismo, que pueden sujetar de forma segura las fibras ópticas sin la necesidad de epoxi o una pieza de precisión complementaria. La figura 2 es una vista despiezada del casquillo 12 y del conjunto de fibra óptica. Haciendo referencia también a las figuras 3A a 3D, el casquillo 12 tiene un cuerpo 13 que tiene una pluralidad de ranuras longitudinales abiertas 24 formadas en paralelo en la superficie dentro de un rebajo 28 en el cuerpo del casquillo 13. Como se ve más claramente en la figura 3D, las ranuras 24 están formadas en una plataforma elevada 29 en el rebajo 28. Las ranuras 24 reciben las secciones extremas de terminación de las fibras ópticas 20 (secciones desnudas con revestimiento expuesto, sin capas protectoras de amortiguación y camisa). El manguito 27 de la cinta de fibra 22 se encaja dentro de la sección de suelo 30 en el rebajo 28, lo que proporciona espacio adicional para acomodar el grosor del manguito 27 y las capas protectoras y de camisa sobre las fibras 20 dentro del manguito.
Las ranuras 24 están estructuradas para retener de forma segura las fibras 20 (secciones desnudas con revestimiento expuesto, sin capas protectoras ni capas de camisa) sujetando las fibras 20, por ejemplo, mediante un ajuste de interferencia (o ajuste a presión). Como se menciona a lo largo de este documento, en el contexto de la presente invención, y de acuerdo con el uso habitual en el campo mecánico, el término "interferencia" se refiere a la relación dimensional entre las partes coincidentes, que está más allá de las tolerancias dimensionales de las partes individuales. La tolerancia es un límite previsto para las variaciones o desviaciones dimensionales de una dimensión nominal en relación con la fabricación de una pieza mediante un proceso controlado. La dimensión real estaría dentro del rango de tolerancia sobre la dimensión nominal. Por el contrario, la interferencia se logra al dimensionar y dar forma intencionalmente al menos una de las dos partes coincidentes con las dimensiones nominales previstas para proporcionar el ajuste de interferencia deseado entre las dos partes coincidentes. Habría tolerancias de fabricación para las dimensiones nominales que están destinadas a lograr la interferencia deseada. En otras palabras, incluso si hay tolerancia cero en el proceso de fabricación, las dimensiones reales serían entonces las dimensiones nominales de las partes coincidentes, lo que aún resultaría en la interferencia prevista. El ajuste de interferencia asegura que las fibras 20 queden fijadas en su lugar y, por consiguiente, la posición y orientación de las fibras se establece por la ubicación y el paralelismo de las ranuras 24. El uso de un ajuste de interferencia contrasta con el del casquillo moldeada como se muestra en la figura 8 que tiene un orificio cuya tolerancia es mayor que el diámetro de la fibra óptica. Por consiguiente, el orificio sobredimensionado no gobierna la posición de la fibra óptica.
En una forma, como se ilustra en la figura 3E, que no forma parte de la invención reivindicada, las ranuras 224 en el cuerpo 213 del casquillo 212 pueden ser generalmente canales en forma de U, cada uno de los cuales tiene unas paredes 82 aproximadamente paralelas que se extienden desde un fondo semicircular 84. La distancia X entre las paredes paralelas 82 (o el ancho X de la abertura longitudinal 223) tiene un tamaño ligeramente menor que el diámetro de la fibra óptica 20 (fibra desnuda con revestimiento expuesto, sin capas protectoras ni capas de camisa) para proporcionar un ajuste de interferencia. (Como se menciona en toda esta memoria, el diámetro de las fibras ópticas se refiere al diámetro de la fibra desnuda con el revestimiento expuesto sin capas protectoras ni capas de camisa, por ejemplo, 125 gm). Este ajuste de interferencia por sí solo puede ser suficiente para sujetar firmemente los extremos de las fibras 20 dentro de las ranuras 224.
Para facilitar la sujeción de las fibras 20 por las ranuras 24, el ancho W de la abertura longitudinal 23 de las ranuras 24 se hace ligeramente más estrecha que el diámetro de las fibras ópticas 20. En particular, la abertura 23 está definida por unos labios 25 formados en los bordes longitudinales opuestos de la abertura longitudinal 23. El ancho W de las aberturas longitudinales 23 está infradimensionado para permitir que la sección extrema de terminación de las fibras ópticas se inserte lateralmente en las aberturas longitudinales 23 de las ranuras con un ajuste de interferencia. La magnitud de la interferencia se puede establecer mediante el proceso de fabricación de modo que cargar la fibra en la ranura provoque solo una deformación elástica o una deformación plástica menor en el labio. Las ranuras no deben deformarse plásticamente, de lo contrario esto afectará a la precisión de las ubicaciones de las fibras.
Específicamente, para unir las fibras 20 al casquillo 12, la sección extrema de terminación de las fibras 20 se presiona longitudinalmente en las ranuras 24 a través de las aberturas longitudinales 23 con una acción de resorte (es decir, no en la dirección axial de las ranuras), con la punta de las fibras 20 sobresaliendo ligeramente más allá de la cara extrema del cuerpo de casquillo 13. Además, el ancho W de las aberturas longitudinales 23 y las ranuras 24 están dimensionado y conformado para retener cómodamente la sección de fibras ópticas 20 en las ranuras 24 sin proporcionar ningún espacio para los movimientos axiales y laterales de la cara extrema de las fibras con respecto a las ranuras para asegurar una tolerancia ajustada para el acoplamiento óptico entre las caras extremas de dos fibras contiguas. No se necesitaría epoxi para retener las secciones de fibra desnuda en las ranuras dada la interferencia a lo largo de las superficies coincidentes entre las fibras 20 y las ranuras 24. Hay formas alternativas de crear la interferencia. Una forma es hacer que los labios 25 presionen hacia abajo sobre la superficie superior de la fibra de modo que la fibra se presione en la parte semicircular de la ranura 24. Otra forma es hacer que las paredes laterales de la ranura sujeten la fibra por los lados. En el primer enfoque, la deformación elástica del labio proporciona la fuerza de sujeción. En el segundo enfoque, la interferencia de las paredes verticales deforma y sujeta elásticamente los lados de la fibra. Ambos enfoques pueden implementarse juntos moldeando y dimensionando apropiadamente las ranuras y los labios. Se observa que la presión de contacto resultante de la interferencia entre la ranura y la fibra no debe
exceder la resistencia de la fibra. Solo debe ser lo suficientemente grande para retener la fibra y generar una fricción que se oponga al deslizamiento axial de las fibras dentro del movimiento de las ranuras. Solo se necesitan unos pocos micrómetros de interferencia. En general, la interferencia es menor que unos pocos micrómetros, más típicamente uno o dos micrómetros.
A modo de ejemplo y no de limitación, en una realización, para unas fibras ópticas 20 hechas de sílice y que tienen un diámetro de 125 gm, en un casquillo hecho de material kovar (54% Fe, 29% Ni, 17% Co), la longitud de las ranuras 24 puede ser de 1 a 3 mm, el diámetro o ancho (es decir, la dimensión lateral máxima D) de las ranuras 24 es 0,124 mm, y el ancho W de las aberturas longitudinales 23 es 105 gm. La interferencia proporcionada es de aproximadamente 1 gm, apropiada para el material de sílice y kovar. El vidrio de sílice tiene una resistencia muy alta a la compresión, por lo que resistirá las altas presiones de contacto del ajuste de interferencia.
Con referencia a la forma ilustrada en la figura 3C, para las fibras ópticas cilíndricas circulares 20, las ranuras 24 son cilíndricas y tienen una sección transversal generalmente circular (excepto en la abertura 23) que se ajusta a la superficie cilíndrica de las fibras 20. Una sección longitudinal en la parte superior de cada fibra 20 está expuesta por la respectiva abertura longitudinal 23. Esta sección expuesta de las fibras 20 puede sobresalir ligeramente por encima del plano 32 de las aberturas 23, o ser preferiblemente coplanar o estar ligeramente por debajo del plano 32 de las aberturas 23. En particular, las ranuras 24 pueden percibirse como un espacio cilíndrico que tiene una sección transversal generalmente circular definida por una pared cilíndrica que termina con unos labios longitudinales 25 que definen la abertura longitudinal 23. Alternativamente, las ranuras 24 pueden percibirse como un espacio cilíndrico que tiene una sección transversal generalmente en forma de U definida por un fondo redondeado (por ejemplo, semicircular) y una pared cilíndrica, que termina con los labios longitudinales 25 dirigidos hacia adentro, que define la abertura longitudinal 23, la cual se ajusta a la forma externa de las fibras 20. En cualquier caso, cerca de los labios 25, las paredes laterales de la ranura 23 se inclinan hacia dentro hacia la abertura 23 en un ángulo 0 de aproximadamente 5 a 20 grados con respecto a la tangente vertical a la fibra 20.
La forma mostrada en la figura 3C ilustra la forma de la sección transversal de las ranuras 24 que generalmente se ajustan al cuerpo de las fibras 20. La fibra 20 está “sujeta” firmemente dentro de la ranura 24, con los labios 25 presionando sobre la parte superior de la fibra 20 contra el fondo y otras partes de la ranura 24. En la forma ilustrada, la pared de la fibra 20 se muestra presionando contra toda la pared de la ranura 24, excepto cerca de la abertura 23. Esto proporciona una presión sustancialmente uniforme sobre sustancialmente toda la circunferencia de la fibra, lo que tiene menos efecto sobre las señales ópticas transmitidas a través de la fibra 20 debido a cambios inducidos por tensión en los índices de refracción de la fibra o del núcleo. Sin embargo, está dentro del alcance de la presente invención estructurar las ranuras en el casquillo con diferentes secciones transversales que aún proporcionarían un ajuste de interferencia adecuado para retener de forma segura las fibras 20 en las ranuras. Por ejemplo, las ranuras pueden tener un fondo plano o curvo, paredes laterales curvadas o paredes laterales planas perpendiculares o en un ángulo ligeramente divergente al fondo plano (por ejemplo, un fondo en V), y labios que dirigen hacia adentro para definir la abertura longitudinal de la ranura. Estas configuraciones de ranuras darían como resultado ciertos espacios entre las paredes de fibra curvadas y las paredes laterales planas o curvas de la ranura, pero la acción de sujeción de los labios 25 y/o las paredes verticales de las ranuras contra la fibra, no obstante, no proporcionaría ningún espacio para permitir para el movimiento de las fibras dentro de la ranura.
Dado que la fibra 20 está completamente retenida en la ranura 24, y el perfil de la ranura, tal como los labios 25 y la parte inferior de la ranura, dictan la ubicación de la fibra 20 dentro de la ranura, la fibra 20 se coloca con precisión en el casquillo mediante la ranura. Por consiguiente, las ubicaciones relativas (por ejemplo, el espaciado) de las fibras 20 en el casquillo 12 se mantienen con precisión dentro del casquillo, por ejemplo, para la alineación con las fibras en el conector de fibra óptica opuesto.
En la forma ilustrada en la figura 3, el ancho W de la abertura longitudinal 23 es uniforme a lo largo de toda la longitud de las ranuras 24. En otra forma (no mostrada), el ancho W más estrecho está presente en cierta sección o secciones a lo largo de la abertura de la ranura, con el resto de la abertura de la ranura en el ancho D. Por ejemplo, el ancho de una sección (por ejemplo, sección de 0,5 a 2,0 mm de longitud) a lo largo de la abertura de la ranura longitudinal cerca de la cara extrema del cuerpo de casquillo 13 puede ser más estrecho que el ancho de las secciones restantes de la abertura longitudinal. Por lo tanto, solo una pequeña sección cerca de la cara extrema de la fibra óptica 20 se sujeta de forma segura en la ranura mediante ajuste de interferencia, mientras que permite algunos movimientos de la sección restante de fibras 20 dentro de la ranura, para permitir el alivio de tensión de las fibras con el fin de reducir la presión lateral sobre las fibras. De esta forma, para la sección de fibra dentro de la sección más ancha de la ranura sin el ancho de abertura estrechado W, parte de la capa amortiguadora y/o capa de camisa puede dejarse sobre la fibra, para proporcionar un cojín para las fibras en la sección de ranura más ancha. El casquillo de acuerdo con esta forma solo aplica presión de sujeción cerca de la cara extrema de las fibras donde la alineación óptica es crítica y donde la presión de sujeción puede tener menos efecto sobre la aberración óptica que causa la degradación de la señal debido a cambios inducidos por tensión en la fibra óptica. En una forma adicional, se pueden proporcionar otras secciones a lo largo de la abertura de la ranura con el ancho más estrecho W. Por ejemplo, en el otro extremo de la ranura, el ancho de la abertura de la ranura puede ser del ancho más estrecho W. La ranura apretada en los dos extremos de la ranura proporciona un medio para soportar pequeños momentos que podrían aplicarse a través del cable plano.
Con referencia también a la figura 3F, para facilitar la alineación de los conectores de fibra óptica contiguos, se pueden proporcionar ranuras abiertas longitudinales 54 en el cuerpo de casquillo 13 para los pasadores de alineación 18. Las ranuras 54 tienen estructuras similares para las ranuras de fibra 24 descritas anteriormente. Específicamente, las ranuras 54 están provistas de aberturas longitudinales 53. Las ranuras 54 pueden tener una forma y un tamaño similares para sujetar firmemente los pasadores de alineación 18, por ejemplo, mediante ajuste de interferencia. Pueden proporcionarse labios longitudinales 55 en los bordes longitudinales opuestos de las ranuras 54, similares a los labios 25 para las ranuras de fibra 24. Se pueden aplicar consideraciones similares discutidas anteriormente a las ranuras 54 para los pasadores de alineación 18, excepto por preocupaciones dirigidas a la señal degradación ya que los pasadores no son una parte óptica. Sin embargo, con respecto a la ubicación de los labios 55 a lo largo de las aberturas longitudinales 54, se pueden proporcionar labios 55 a lo largo de la abertura 53 en una sección cerca de la cara extrema del cuerpo del cuerpo de casquillo en la que termina la fibra, además en el otro extremo de la ranura 54, o además en ambos extremos de la ranura. El perfil de la sección transversal de las ranuras 54 de pasador puede ser diferente al de las ranuras 24 de fibra en el mismo casquillo.
En una forma, para los pasadores de alineación 18 hechos de acero inoxidable y que tienen un diámetro de 0,7 mm, en un casquillo hecho de material kovar, la longitud de las ranuras 54 puede ser de 5 a 15 mm, el diámetro o el ancho (es decir, la máxima dimensión lateral Dp) de las ranuras 54 es 0,698 mm, y el ancho Wp de las aberturas longitudinales 23 es de 0,560 mm. La interferencia proporcionada es de aproximadamente 2 pm, apropiada para el material de kovar y de acero inoxidable.
Para el casquillo, no se requeriría ninguna placa de retención o casquillo complementario para colocar de forma segura y precisa las fibras 20 y los pasadores de alineación 18 dentro del conector de fibra óptica. Haciendo referencia a las figuras 2, 3B y 3C, se puede proporcionar una cubierta antipolvo 26, que no cumple ninguna función de alineación de fibra o soporte efectivo para colocar las fibras 20 y los pines de alineación 18. En otras palabras, la cubierta 26 no es, ni juega el papel de, un casquillo para sujetar una fibra óptica para alinearla con precisión con otra fibra óptica. La cubierta 26 puede ser una pieza de baja precisión, que puede ajustarse holgadamente en el rebajo 28 en el cuerpo de casquillo 13 para evitar que las fibras se doblen fuera del plano de suelo 30 del rebajo 28. Sin embargo, la cubierta 26 puede proporcionar sujeción de la cinta de fibra 22 contra el rebajo 28 del cuerpo de casquillo 13. La cubierta 26 puede tener una porción saliente 36 en el centro, que encaja en el rebajo 28. O la porción saliente 36 descansa sobre el plano de superficie 32 de las aberturas 24, o las secciones perimetrales más delgadas 90 de la cubierta 26 descansan sobre el plano de superficie 52 de las aberturas 54, o ambas pueden descansar sobre los respectivos planos de superficie 32 y 52. En otra forma (no mostrada), la porción saliente 36 se puede omitir, que hace que la tapa 26 tenga la forma de una placa de espesor uniforme.
De acuerdo con la presente invención, las ranuras de fibra y las ranuras de pasador de alineación 54 se forman con precisión mediante procesos de estampado de alto rendimiento. La figura 4 ilustra esquemáticamente vistas en sección que ilustran esquemáticamente las etapas de formación de las características de las ranuras del casquillo 12 discutidas anteriormente mediante estampado de precisión. El mismo procedimiento de estampado se aplica a las ranuras de fibra 24 y las ranuras de pasador de alineación 54. La figura 4 se simplifica para ilustrar la región de una ranura, que puede ser una ranura de fibra o una ranura de pasador de alineación. En la práctica, todas las ranuras de fibra (por ejemplo, 12 de ellas) y las dos ranuras de pasador de alineación se forman al mismo tiempo. Por consiguiente, aunque no se muestra específicamente en la figura 4, habrá tantas características de tamaños apropiados para los diversos punzones correspondientes a las múltiples ranuras de fibra 24 y ranuras de pasador 54 que se formarán en la misma pieza en bruto. (Véase la figura 4F).
En la etapa A, una pieza en bruto de metal 200 (que puede preformarse con la forma general externa del cuerpo de casquillo 13 pero sin las ranuras) se coloca debajo de un punzón 202 que tiene una característica en forma de U longitudinal saliente 204). En la etapa B, al estampar, se forma una ranura longitudinal 206 en forma de U en la pieza en bruto 200 mediante la característica en forma de U 204. La profundidad de la ranura en forma de U 206 se elige de modo que la ranura final sea lo suficientemente profunda para retener la fibra/pasador, con la parte superior de la fibra/pasador sobresaliendo ligeramente por encima, coplanar o ligeramente por debajo de la superficie superior adyacente a la abertura de la ranura. Por ejemplo, la ranura en forma de U tiene un ancho de aproximadamente 125 pm (para permitir la interferencia deseada) si es para una ranura de fibra 24, o aproximadamente 700 pm (para permitir la interferencia deseada) si es para una ranura de pasador de alineación 54. En la etapa C, la pieza en bruto 200 con la ranura en forma de U 206 se coloca debajo de otro punzón 208 que tiene dos características sobresalientes longitudinales paralelas 210 que están espaciadas a una distancia más ancha que la abertura de la ranura en forma de U 206 (por ejemplo, la línea central de la característica sobresaliente 210 está aproximadamente a 40 pm del borde de la ranura en forma de U 206). En la etapa D, al estampar, las características sobresalientes 210 presionan sobre la superficie superior de la pieza en bruto 200 y empujan el material de la pieza en bruto para formar labios longitudinales 205, estrechando así la abertura de la ranura 206. En la etapa E, después de retirar el punzón 208, la ranura final 206 tendría la forma, dimensión e interferencia deseadas, tal como la de la ranura de fibra 24 o las ranuras de pasador de alineación 54 descritas anteriormente. La figura 4F es una ilustración esquemática de un punzón completo 202 y una pieza en bruto 200 ejemplares que se sometieron a la anterior etapa B en el proceso de formar un casquillo completo mediante estampado.
Se puede apreciar de lo anterior que los canales o ranuras abiertos se pueden formar más fácil y precisamente, en comparación con la formación de orificios pasantes en un bloque de casquillo de plástico practicado en la técnica anterior.
Se han omitido otros detalles comúnmente conocidos del proceso de estampado anterior, tales como el tamaño y la forma de los punzones 202 y 208 para proporcionar el producto estampado que tiene el tamaño y la forma deseados. Por ejemplo, el punzón 202 puede tener la forma apropiada de modo que los bordes de la abertura longitudinal en la ranura 206 estén ligeramente redondeados para facilitar la inserción de una fibra/pasador. Además, cada etapa ilustrada en la figura 4 puede comprender dos o más subetapas para lograr el resultado de esa etapa. Por ejemplo, la formación de la ranura 206 en la etapa B puede implicar una etapa previa al punzonado seguido de punzonado con el punzón final 202. Es posible que se hayan omitido otras etapas intermedias adicionales de la discusión anterior.
Se ha descrito un proceso y un aparato de estampado de precisión en la patente de EE.UU. N° 7,343,770, que se cedió comúnmente al cesionario de la presente invención. El proceso y el aparato de estampación descritos en el mismo pueden adaptarse para estampar con precisión los casquillos de acuerdo con la presente invención.
La figura 5 ilustra esquemáticamente un proceso alternativo de estrechar la abertura de las ranuras formadas después de la etapa B en la figura 4. En esta realización, similar a la soldadura por láser, en la etapa A, se aplica un rayo láser 300 para fundir por puntos el material de la pieza en bruto en los bordes longitudinales de la abertura longitudinal de la ranura 206 para formar el labio longitudinal 205'. El material fundido fluye hacia la abertura de la ranura 206, estrechando así la abertura de la ranura. En la etapa B, después de que solidifica el material fundido, se forman los labios 205'.
La figura 6 ilustra esquemáticamente un proceso alternativo para formar las características del casquillo por extrusión, que no forma parte de la invención. La forma externa del cuerpo 13 de casquillo y las ranuras 24 y 54 se forman en una única etapa de extrusión. Un pistón 70 fuerza un tocho o pieza en bruto 72 (por ejemplo, una pieza en bruto de metal) al interior de un recipiente 74 a través de una matriz 76 para producir el producto extruido 78. Al proporcionar la matriz apropiada 76, el casquillo 12 tiene las características de ranura descritas anteriormente. La figura 7 ilustra la vista en sección de la matriz 76 utilizada para la extrusión del tocho o la pieza en bruto 72 para formar el casquillo 12 de acuerdo con un proceso que no forma parte de la invención. La matriz 76 incluye un punzón 80 que tiene características complementarias a las ranuras y otras características de cuerpo del casquillo 12. La pieza en bruto 72 se empuja a través de la matriz para obtener el casquillo 12.
De acuerdo con la invención, el cuerpo del casquillo está hecho de un material metálico, que puede elegirse para tener una buena estabilidad dimensional térmica (por ejemplo, Invar).
El casquillo producido de acuerdo con la presente invención supera muchas de las deficiencias de la técnica anterior. Al no tener ninguna holgura entre las ranuras del casquillo producidas por el proceso inventivo y las fibras y los pasadores de alineación que de otro modo conducirían a movimientos entre las piezas, los pasadores de alineación y las fibras pueden ubicarse con mayor precisión entre ellas. Los espaciamientos de las fibras y los pasadores se pueden mantener mejor bajo cambios en las condiciones ambientales, por ejemplo, ya que el casquillo producido por el proceso inventivo puede adaptarse a más variaciones dimensionales sin afectar las tolerancias de alineación especificadas. El conector de fibra óptica así formado por el proceso inventivo da como resultado una baja pérdida de inserción y una baja pérdida de retorno. La configuración de casquillo así producida también permite unir fácilmente los extremos de las fibras terminales a los casquillos producidos por el proceso de la invención, en comparación con el enhebrado de fibras revestidas con epoxi a través de orificios en casquillos de la técnica anterior. Sin el uso de epoxi, la fiabilidad del conector de fibra óptica no se ve afectada por el envejecimiento/arrastre del material epoxi. Al seleccionar materiales metálicos apropiados para el casquillo producido por el proceso de la invención, el rendimiento del conector de fibra óptica es menos sensible a las variaciones térmicas. La estructura abierta del casquillo se presta a procesos de estampado de producción en masa, que son procesos de bajo coste y alto rendimiento.
Aunque la invención se ha mostrado y descrito particularmente con referencia a las realizaciones preferidas, los expertos en la técnica entenderán que se pueden realizar diversos cambios en la forma y los detalles sin apartarse del alcance y las enseñanzas de la invención. Por consiguiente, la invención descrita debe considerarse meramente como ilustrativa y de alcance limitado únicamente según se especifica en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (11)
1. Un método para producir un casquillo (12) para soportar una fibra óptica (20) en una ranura (24, 206) en un conector de fibra óptica (10), en el que la ranura se forma mediante estampado, que comprende:
estampar una pieza en bruto (200, 72) de un material metálico para formar al menos una ranura abierta longitudinal (24, 206) que tiene un canal generalmente en forma de U con una abertura longitudinal (23) en una superficie de un cuerpo del material metálico; y
estrechar al menos una sección de la abertura longitudinal del canal, en el que la sección de la abertura que se estrecha tiene un ancho definido por dos labios opuestos (25, 205, 205') formados en bordes opuestos a lo largo de al menos una sección de la abertura, en el que el ancho es menor que el diámetro de la fibra óptica, en el que los labios opuestos están formados para exhibir una deformación elástica para permitir que una fibra óptica se inserte lateralmente en la ranura a través de la sección estrechada de la abertura, por lo que la fibra óptica se puede retener de forma segura en la ranura mediante un ajuste de interferencia,
en el que la fibra óptica se puede retener de forma segura en la ranura con la ranura sujetando la fibra óptica.
2. Un método según la reivindicación 1, en el que la etapa de estrechamiento comprende estampar el material adyacente a la sección de la abertura (23) del canal para empujar el material hacia el interior de la abertura para estrechar la sección de la abertura.
3. Un método según la reivindicación 1, en el que la etapa de estrechamiento comprende fundir por puntos los bordes opuestos de la sección de la abertura (23) para que el material fluya hacia el interior de la abertura para estrechar la sección de la abertura.
4. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la ranura (24, 206) está dimensionada y configurada de manera que pueda retener de forma segura la fibra óptica en la ranura para evitar el movimiento de la fibra con respecto a la ranura.
5. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la ranura (24, 206) puede retener de forma segura la fibra óptica en la ranura sin holgura entre la fibra óptica para permitir el movimiento de la fibra con respecto a la ranura.
6. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el ancho de la sección de la abertura (23) que se estrecha es menor que el ancho máximo de la ranura (24, 206) dentro de una misma sección transversal que incluye el labio.
7. Un método según la reivindicación 6, en el que el ancho de la abertura longitudinal (23) es uniforme a lo largo de toda la longitud de la ranura (24, 206).
8. Un método según la reivindicación 6, en el que los labios (25, 205, 205') se extienden longitudinalmente a lo largo de toda la abertura longitudinal (23).
9. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la ranura (24, 206) tiene un perfil en sección transversal en el que la ranura tiene un fondo y paredes laterales opuestas que se extienden desde la parte inferior, en el que las paredes laterales están inclinadas hacia adentro desde una vertical.
10. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la ranura (24, 206) tiene un fondo semicircular en sección transversal.
11. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una pluralidad de ranuras de pasador (54) en la superficie del cuerpo, en el que cada ranura de pasador tiene una abertura longitudinal (53) y en el que cada ranura de pasador está dimensionada y configurada para retener de forma segura un pasador de alineación (18) en la ranura de pasador sujetando el pasador de alineación.
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