JP2013527497A - 光ファイバ用ヒンジ - Google Patents

Abstract

光ファイバ用ヒンジは、光ファイバ装置の第１の光ファイバトレイと、第２の光ファイバトレイとを機械的に接続することが可能であり、また、第１および第２のヒンジ部材を通して連続して延びる光ファイバ経路を備えている。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年６月８日に本出願人によって出願された米国仮特許出願第６１／３５１，０９４号の優先権を主張する。

いくつかの種類の光ファイバシステムは、１つ以上の光ファイバトレイに、光ファイバ構成要素を有することができる。これは、特に制限された体積の中で設計されたシステムにおいて、特に当てはまる。例えば、光ファイバを用いたレーザまたは増幅器の分野において、重ねられた状態で固定されたいくつかのトレイに、光ファイバを装着することが知られている。しかし、このような設計では、システムの構成要素が壊れた場合、構成要素の交換を可能にするために、比較的大きなスタックの部分を分解する必要があって、メンテナンス上の制限があり、その結果、メンテナンス関連費用が高くなるといった好ましくない状況をもたらしていた。

光ファイバは、特定の取り扱い特性を有する。特性の１つとして、光ファイバは、その使用中にある程度曲げることはできるが、光ファイバの臨界半径を超えて光ファイバを曲げると、光送信能力に影響を与える可能性が高いことが挙げられる。臨界半径は、典型的には設計者が対応可能な光ファイバの仕様であり、設計者は、所定のファイバの臨界半径に劣る曲率領域を備えていない光ファイバ経路を有する光ファイバシステムを設計することができる。もう１つの特性として、光ファイバは、機械的応力に対して制限された許容度を有し、壊れやすいことが挙げられる。よって、例えば、固定スタックの光ファイバレーザにおいて、漸進的なやり方で１つのトレイから次のトレイへと通過する光ファイバ経路を設計することが知られていた。

１つの態様に従えば、互いに折りたたみ可能な光ファイバトレイに機械的に相互接続される光ファイバ用ヒンジが提供され、この光ファイバ用ヒンジは、このヒンジを通してトレイの間で少なくとも１つの光ファイバの推移を可能にする。こうすることにより、トレイを少し分解すれば、または、トレイを全く分解しなくても、また、装置が動作している間でも、構成要素にアクセスするためにトレイを開くことが可能になる。

１つの態様に従えば、光ファイバ装置の第１の光ファイバトレイおよび第２の光ファイバトレイと機械的に接続可能な光ファイバ用ヒンジが提供され、この光ファイバ用ヒンジは、第１の光ファイバトレイに固定可能な第１のヒンジ部材と、第２の光ファイバトレイに固定可能な第２のヒンジ部材とを備え、第１のヒンジ部材は、第１および第２の光ファイバトレイのヒンジ軸を中心として、第２のヒンジ部材に旋回可能に接続され、第１および第２の光ファイバトレイのそれぞれは、ヒンジ軸から離れて、対応するトレイに向けられた対応する光ファイバポートを有し、光ファイバ用ヒンジは、第１のヒンジ部材のポートおよび第２のヒンジ部材のポートの間で、第１および第２のヒンジ部材を通して連続して延び、かつ、ヒンジ軸付近を通る光ファイバ経路を備える。

もう１つの態様に従えば、光ファイバを用いたレーザまたは増幅器などの光ファイバ装置が提供され、この装置では、２つ以上のトレイが蝶着により相互接続されており、トレイのうちの少なくとも２つの間の光ファイバ経路がヒンジを通過する。

光ファイバ装置の例の正面図である。 トレイが互いに対して蝶番状に開かれた状態の光ファイバ装置の斜視図である。 光ファイバ装置の光ファイバ用ヒンジを示す斜視図である。 光ファイバ用ヒンジの展開図である。 折りたたんだ状態で示した光ファイバ用ヒンジの他の斜視図である。 光ファイバ用ヒンジのヒンジ部材の拡大された斜視図である。 ３つのヒンジ部材を有する光ファイバ用ヒンジの他の実施形態の斜視図である。

図１は、蝶着により相互接続された光ファイバトレイ１２，１４，１６を有する光ファイバ装置１０の例を示している。この特定の例では、光ファイバ装置１０は、３つの蝶着された光ファイバトレイ１２，１４，１６を含む光ファイバレーザ１０ａである。ただし、光ファイバ装置１０は、３つよりも多い、または、少ない光ファイバトレイを有していても良い。この特定の例では、蝶着された３つの光ファイバトレイ１２，１４，１６の全てが、共通のヒンジ軸１８を中心に旋回蝶着されている。ただし、光ファイバトレイは、例えばアコーディオン構成などのように、個別の軸を中心に蝶着されても良い。図２では、展開された状態の光ファイバトレイ１２，１４，１６が図示されている。蝶着されたトレイを有する光ファイバ装置１０では、固定のスタックを有する光ファイバ装置と比べて、蝶着されたトレイ上の故障した光ファイバ構成要素を交換する際に、光ファイバ構成要素に容易にアクセスすることが可能になり、その結果、メンテナンスを著しく容易にすることができる。

この特定の例では、図３に示す光ファイバ用ヒンジ２０によって、２つの光ファイバトレイ１２，１４の間に光ファイバ経路２２が形成される。光ファイバ用ヒンジ２０は、特に、ヒンジ２０を中心にしてトレイ１２，１４を折りたたんだり、展開したりする際に、内部に収容される光ファイバの機能性を保護するように設計されている。さらに、ヒンジ２０は、例えば、折りたたみ状態および展開状態のいずれの状態においても、光ファイバ装置の使用の汎用性を提供することができる。なお、光ファイバ装置は、２つ以上の光ファイバ用ヒンジを備えていても良い。

図３において、光ファイバ用ヒンジ２０は、第１のヒンジ部材２４と、第２のヒンジ部材２６との２つの主な構成要素を備えている。第１のヒンジ部材２４は、ヒンジ軸１８を中心に第１の光ファイバトレイ１２と一緒に旋回するように、第１の光ファイバトレイ１２に固定されている。同様に、第２のヒンジ部材２６は、ヒンジ軸１８を中心に第２の光ファイバトレイ１４と一緒に旋回するように、かつ、第１のヒンジ部材２４および第１の光ファイバトレイ１２に相対回転可能なように、第２の光ファイバトレイ１２に固定されている。この特定の例では、ヒンジ部材２４，２６は、対応する固定フランジ２８，３０を介して、対応する光ファイバトレイ１２，１４に固定されている。なお、第１の光ファイバトレイ１２は、光ファイバ用ヒンジ２０以外によっても、第２の光ファイバトレイ１４に対して蝶着により接続されているが、第１の光ファイバトレイ１２は、光ファイバ用ヒンジ２０のみによって、第２の光ファイバトレイ１４に接続されても良い。

この特定の例では、補足的な構造蝶着接続部３４，３６が、光ファイバトレイ１２，１４の間に設けられ、ヒンジ部材２４，２６のそれぞれが、ヒンジ軸１８に沿って延びる軸によって、構造蝶着接続部３４，３６の対応部分に接続されている。ヒンジ部材２４，２６のそれぞれは、光ファイバポート３８，４０を有し、このポートは、ヒンジ軸１８から離れて、対応する光ファイバトレイ１２，１４に向けて延び、このポートを通して、対応するヒンジ部材２４，２６に光ファイバが出入りする。ヒンジ部材２４，２６はそれぞれ、ポート３８，４０から延びる溝４２，４４を有し、溝４２，４４は、２つのヒンジ部材２４，２６の間において、旋回接続部５０で繋がり、光ファイバ経路２２を形成する。溝４２，４４において、光ファイバ経路２２に沿って延びる光ファイバ（不図示）は、装置の通常使用時に保護される。この特定の実施形態において、溝４２，４４は、対応するトレイ１２，１４の反対側（面）に、開口５２，５４を有しているため、光ファイバの設置が容易になっている。開口５２，５４は、光ファイバトレイ１２，１４が図３に示す開状態にあるときに繋がっている。この実施形態では、光ファイバ経路２２が、旋回接続部５０で、ヒンジ軸１８と一致している。

図４は、展開された光ファイバ用ヒンジ２０を示している。第１のヒンジ部材２４と第２のヒンジ部材２６の間の旋回接続部５０において、一方のヒンジ部材にオス部材を形成することが可能であり、このオス部材は、他方のヒンジ部材に設けられたメス部材と旋回係合し、ヒンジ軸１８と一致する軸の延長部として機能するように構成される。

図１および図２では、この特定の実施形態において、第２の光ファイバトレイ１４は、ヒンジ軸１８と平行でかつヒンジ軸１８を通過する面とであると定義できることが分かる。第１の光ファイバトレイ１２は、ヒンジ軸１８と平行だがヒンジ軸１８からオフセットする面であると定義でき、トレイ１２，１４の間には、光ファイバ構成要素の厚さを許容する隙間が形成されている。この隙間を埋めるために、第１のヒンジ部材２４（図３）は、２つのトレイ１２，１４が互いに平行に折りたたまれている際に、２つのトレイ１２，１４の間で斜めに延び、かつ第２のヒンジ部材２６よりも長く作られている。

さらに、この特定の実施形態において、第１の光ファイバトレイ１２と同様の構成の第３の光ファイバトレイ１６が、第２の光ファイバトレイ１４の反対側に設けられ、光ファイバ用ヒンジ６０を用いて同様に接続されている。なお、さらに多くのトレイを光ファイバ装置１０は備えていても良い。光ファイバ構成要素を用いたレーザまたは増幅器の特定の実施形態において、トレイ１２，１４，１６が本のページのように旋回し、組立時に両側に支持を有することができるようにして、全てのトレイ１２，１４，１６を、ベースに対して中央に位置する共通の旋回軸５８を中心に取り付けることが、実用的な場合もある。

図３を再び参照すると、光ファイバ用ヒンジ２０の光ファイバ経路２２は、その長さに沿ったどの点でも、特定の光ファイバの臨界曲率半径よりも大きな曲率半径を有することが分かる。この実施形態において、光ファイバ用ヒンジ２０の曲率半径ｒは、光ファイバの方向を、ヒンジ軸１８に対して垂直な方向から、ヒンジ軸１８に対して平行な方向にし、ヒンジ軸１８に対して垂直方向へ戻す。入口および出口の向き、すなわち、光ファイバ用ヒンジに入るまたは出る光ファイバの向きは、他の実施形態において、ポート３８，４０の向きに応じて異ならせることができる。光ファイバ経路２２が、固定された溝４２，４４によって形成されているため、曲率半径ｒは、例えば図５に示すように、光ファイバ用ヒンジ２０が折りたたまれた状態でも維持される。光ファイバ用ヒンジ２０において、光ファイバが十分に自由な状態に保持された場合には、また、通常の使用時においては、光ファイバには、顕著な応力としてねじり応力がかかるおそれがある。この構成では、トレイ１２，１４またはヒンジ２０によりファイバ経路２２に沿って光ファイバに著しいねじり応力が加えられることなく、光ファイバトレイ１２，１４を開閉することが可能になる。

ほとんどの光ファイバは、かなりの量のねじり応力に耐えることができる。さらに、この特定の実施形態において、溝４２，４４の光ファイバが、ねじり障害からほぼ自由である限り、ねじり応力は、光ファイバの長さの全体に沿って拡散する。このことは、望ましくない高さのねじり応力が集中するのを防止するのに役立つ。光ファイバが溝内にある際に、光ファイバに所与の移動の自由を持たせることによって、ねじり応力の集中の発生を回避することが可能になる。光ファイバ用ヒンジ２０内で、両方のポート３８，４０から外へ自由に延びる光ファイバ経路の長さの量も、ねじり応力の集中を拡散することに貢献している。

溝内のねじり障害から光ファイバを自由とすることができるが、光ファイバを溝の内部に閉じ込めることもできる。この特定の実施形態において、図６に示すように、光ファイバは、光ファイバ経路２２の上で、溝４２の縁から突出する複数の閉込みタブ７２，７４，７６，７８，８０によって、溝４２に閉じ込められる。光ファイバを操作して、対応する閉込みタブに隣接した開口５２の一部に光ファイバを嵌め込むことにより、光ファイバを溝４２に入れ、その後、ひとたび操作をやめると光ファイバをその内部に閉じ込めることができる。その理由は、光ファイバは、その後、閉込みタブに隣接する開口の曲率よりも真っ直ぐな構成を弾性的に採りやすく、これにより閉じ込められるからである。ペア７４および７６などの、２つの対向する閉込みタブのシケイン構成を用いて、光ファイバをより一層確実に閉じ込めることもできる。

ねじり応力の集中に悪影響を与えずに、光ファイバに持たせることができる緩さを説明するために、図６に示されるヒンジ部材２４のポート３８の幅を、例えば４．５ｍｍとすることができるとすると、この場合、０．９ｍｍの被覆を有する光ファイバを最大で１２本、緩く収容することができる。ねじれは、次いで、光ファイバの約３０ｃｍに沿って拡散する。溝は、光ファイバに加えて、ワイヤなどの他の機材を収容するように、そのサイズを決定することが可能である。

光ファイバ用ヒンジ１００のもう１つの実施形態が、図７に示されている。この実施形態においても、光ファイバ用ヒンジ１００は、光ファイバ経路１２２を構成する第１のヒンジ部材１２４と、第２のヒンジ部材１２６とを有するが、第２のヒンジ部材１２６は、第３のヒンジ部材１９２へとつながる第２の光ファイバ経路１９０をさらに構成する。他の変形も可能である。

上に説明および図示した特定の例は、例示的な目的のために提供されること、および、多くの代わりの実施形態が可能であることが理解される。よって、理解されるように、上に説明および図示した例は例示のみを目的とする。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって示される。

Claims (10)

1. 光ファイバ装置の第１の光ファイバトレイおよび第２の光ファイバトレイと機械的に接続可能な光ファイバ用ヒンジであって、
   前記第１の光ファイバトレイに固定可能な第１のヒンジ部材と、前記第２の光ファイバトレイに固定可能な第２のヒンジ部材とを備え、
   前記第１のヒンジ部材は、前記第１および第２の光ファイバトレイのヒンジ軸を中心として、前記第２のヒンジ部材に旋回可能に接続され、
   前記第１および第２のヒンジ部材のそれぞれは、前記ヒンジ軸から離れて、対応する前記トレイに向けられた、対応する光ファイバポートを有し、
   前記光ファイバ用ヒンジは、前記第１のヒンジ部材のポートおよび前記第２のヒンジ部材のポートの間で、前記第１および第２のヒンジ部材を通して連続して延び、かつ前記ヒンジ軸付近を通る光ファイバ経路を備え、
   前記第１のトレイは、前記ヒンジ軸から平行でかつオフセットした第１の面と一致し、
   前記第２のトレイは、前記ヒンジ軸と平行でかつ前記ヒンジ軸を通過する第２の面と一致し、
   前記第１のヒンジ部材は、前記ヒンジ軸と前記第１の面との間で斜めに延びる、光ファイバ用ヒンジ。
2. 前記光ファイバ経路は、前記第１および第２のヒンジ部材の間の旋回接続部において、前記ヒンジ軸と一致する、請求項１記載の光ファイバ用ヒンジ。
3. 前記光ファイバ経路は、その全体で、かつ、前記第２のヒンジ部材に対する前記第１のヒンジ部材の任意の相対位置で、前記光ファイバの臨界曲率半径よりも大きい曲率半径を有する、請求項１記載の光ファイバ用ヒンジ。
4. 前記ポートの少なくとも１つが、前記ヒンジ軸に垂直に向けられている、請求項１記載の光ファイバ用ヒンジ。
5. 前記光ファイバ経路は、各対応するヒンジ部材に１つずつ形成される２つの溝によって区切られており、両方の溝が、対応する前記光ファイバトレイの反対側で開かれている、請求項１記載の光ファイバ用ヒンジ。
6. 前記光ファイバトレイが互いに対して展開した状態にある際に、前記溝の開口が整列する、請求項５記載の光ファイバ用ヒンジ。
7. 前記ヒンジ部材は、前記開口に隣接して、対応する前記溝にわたって延びる、複数の閉込みタブをさらに有する、請求項５記載の光ファイバ用ヒンジ。
8. 前記ヒンジ部材の少なくとも１つは、２つの隣接する閉込みタブを有し、前記隣接する閉込みタブのそれぞれは、前記溝の反対側の縁から延びる、請求項７記載の光ファイバ用ヒンジ。
9. ヒンジ軸に沿って蝶着により相互接続された２つ以上のトレイと、前記トレイの少なくとも２つに接続された光ファイバ用ヒンジと、を有する光ファイバ装置であって、
   前記光ファイバ用ヒンジは、前記相互接続されたトレイのうちの対応するトレイの間で、その内部に延びる光ファイバ経路を有し、
   前記光ファイバ経路は、共通のヒンジ軸で相互接続された、少なくとも３つのトレイを有する前記ヒンジの２つの構成要素の間の接続点において、前記ヒンジ軸と一致する、光ファイバ装置。
10. 光ファイバを用いたレーザおよび増幅器のうちの１つである、請求項９記載の光ファイバ装置。

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