JP3764477B2 - 射出成形光フェルールとその準備のための装置及びプロセス - Google Patents

Description

産業上の利用分野
本発明は、光ファイバーのために適する射出成形光フェルールと、そのようなフェルールを準備するための装置及びプロセスに関する。さらに詳細には、本発明は、低減衰損失と低偏心率を含む優れた光学的特性を示す射出成形光フェルールと、秀でた公差を有するフェルールを生産する装置及びプロセスに関する。
従来技術及びその課題
フェルールは、保護を設け、レーザー光エネルギーを介した情報の伝送のための光ファイバーケーブルの使用を容易にするために光ファイバーの端部に固着される。フェルールは、接続切断するための手段を設け、ソース、検出器への光ファイバー伝送ケーブルを終端させ、あるいは他の光ファイバーケーブルへ連結する。光ファイバーは、２つのグループに分類され、第１は、多重レーザーモードのレーザーエネルギーを伝送するマルチモード光ファイバーであり、第２は、単一レーザーモード又は周波数を伝送する単一モード光ファイバーである。マルチモード光ファイバーは、マルチモード光ファイバーのコアが大形であり、２つのマルチモード光ファイバーを整合させるための公差は、光ファイバーのコアがずっと小形の２つの単一モード光ファイバーを連結するよりもずっと制限されないために、別の光ファイバーに容易に連結される。こうして、単一モード光ファイバーは、マルチモード光ファイバーと比較した時、等価の伝送損失を獲得するために、より正確に位置合せされる必要がある。しかし、単一モード光ファイバーは、大量の情報が伝送される必要がある時、マルチモードファイバーよりも好ましい。
セラミックは、単一モード光ファイバーで使用されたフェルールのための好ましい材料であった。セラミックフェルールは、光ファイバーを保持するために、直径、真円度及び穴の位置の同心性における緊密な公差で作成される。現在、セラミックフェルールを製造するための方法は、グリーン状態においてセラミックフェルールを形成し、セラミックを焼成し、ある公差内で所与の直径に穴をラップ仕上又は研磨し、穴の直径及び穴の軸の同心性のある公差内に外径を研削又はラップ仕上することを含み、これらはすべて時間を消費し、高価である。しばしば、緊密な公差を達成するために、フェルールは、特別な光ファイバーに整合するように個別に選択される。セラミック材料は、多数の有益な特性を有する。それは、強靱であり、固く、研磨することができ、ソケットへの挿入のために優れた耐摩耗性を有する。しかし、それはまた、幾つかの限界を有する。光ファイバーのための穴は固定され、そして光ファイバーはまた、製造公差のために、ある直径範囲を有するために、フェルールにおける穴よりも小直径の光ファイバーのみが、セラミック光フェルールにおける所与の直径の穴内に嵌まる。光ファイバー直径とセラミックフェルールにおける穴の直径の間の差は、セラミックフェルールの中央軸からの光ファイバーの偏心率を大きくし、連結部において光エネルギーの大きな損失を生ずる。これは、光ファイバーに整合するためにセラミックフェルールを選択することにより部分的に克服された。他のアプローチも使用された。しかし、それらはいずれも、光ファイバーの低損失連結を保証するために製造段階の付加と費用の増大を生ずる。
こうして、容易に製造され、低損失光ファイバー連結を達成するために個別選択を必要としない光フェルールの必要性が存在する。射出成形プロセスは、製造の容易さを設ける。成形プラスチックフェルールを例示する特許としては、Ｕ．Ｓ．４，３３０，１７１とＵ．Ｓ．４，９４２，００９がある。例えば、成形部品の同心性と軸位置が、部品の共通軸に沿ってモールド閉鎖力を指向させることにより実現される３部品モールドセットを記載するＵ．Ｓ．４，５３１，７０２を参照せよ。射出成形フェルールは、単一モード光ファイバーのための低損失光フェルールとして使用されるために真円度又は同心性において十分に一様ではなかった。また、射出成形の他の伝統的な問題の幾つかも、寸法の大きな変動を生ずる部品収縮の如く克服することが困難であった。しかし、光フェルールを作成する以前の試みでは、低損失単一モード光ファイバーコネクタのために使用されるために十分な緊密公差のフェルールを生産しなかった。
本発明は、これらの限界の多くを克服し、セラミックフェルールの利点の多くを保有する射出成形プラスチックフェルールを設け、費用を低減させて付加的な利益を設ける。こうして、本発明の目的は、光ファイバーの直径の一般製造分散で使用される外径に対する穴の直径、真円度、及び同心性における緊密な公差を必要とする単一及びマルチモード光ファイバーで使用される射出成形プラスチックフェルールを設けることである。別の目的は、「工場」で研磨されるフェルールの直径に対する光ファイバーの直径、真円度、及び中心の同心性において緊密な公差を有し、組立体における心線接続機を介した光ファイバーケーブル端への現場設置のためのコネクタ組立体において使用され、従属性の低損失現場設置光ファイバーコネクタを保証するピグテール光ファイバーフェルール組成物を設けることである。
課題を解決するための手段
本発明に従うと、上記課題を解決するために、
円筒形部材を含む光フェルールを製造するための装置において、
（ａ）第１端部と第２端部と、中心軸とを有し、通路が端部の間に中心軸に沿って形成されてなる伸長案内手段であり、該円筒形部材が通路内に収容される伸長案内手段と、
（ｂ）ピストンをすべり可能に収容するスリーブであり、該ピストンは、第１及び第２端部と、中心軸とを有し、通路が中心軸に沿って端部の間に形成されてなり、該ピストンの該第１端部は、装置が第１位置にある時、該案内手段の該第２端部に十分に接近して位置して、該円筒形部材は、該ピストンの通路に沿って該ピストンの該第１端部にさらに侵入するスリーブと、
（ｃ）該案内手段の反対側の該スリーブの端部内に嵌入するピンであり、該ピストンの第２端部と接触した第１端部を有し、円筒形部材と該ピンの第２端部に装着された位置付け手段を収容するために通路を形成してあるピンと、
（ｄ）該位置付け手段に係合するバイアス手段であり、装置の第１位置において該ピストンを位置付けるために十分な力を及ぼすバイアス手段と、
（ｅ）互いに等距離に位置付けられた一つ以上のフィルゲートを規定する手段であり、該案内手段の該第２端部、該スリーブ及び該ピストンの該第１端部によって規定され、さらに閉じ込め手段によって規定された空洞へ一様圧力及び流量におけるポリマーを分配する一つ以上のフィルゲートを規定する手段とを具備し、
（ｆ）該閉じ込め手段が、該案内手段、該スリーブ、該ピストン、該ピン及び該バイアス手段を互いに関して所定位置に維持するために役立ち、該ピストンが、該空洞内に光フェルールを形成するためにポリマーをフィルゲートを通して分配するとき、スリーブにおける第２位置に移動されることを特徴とする装置。
が提供される。
更に、本発明に従うと、上記課題を解決するために、
円筒形部材を含む光フェルールを製造するためのプロセスにおいて、
（ａ）第１及び第２端部と、中心軸とを有し、通路が端部の間に中心軸に沿って形成されてなる伸長案内手段に円筒形部材を導入し、該円筒形部材は通路内に収容されることと、
（ｂ）ピストンをすべり可能に収容するスリーブと該案内手段を整列させ、該ピストンは、第１及び第２端部と、中心軸とを有し、通路が中心軸に沿って端部の間に形成されてなり、該ピストンの該第１端部は、装置が第１位置にある時、該案内手段の該第２端部に十分に接近して位置して、該円筒形部材は、該ピストンの通路に沿って該通路の該第１端部にさらに侵入することと、
（ｃ）該案内手段の反対側の該スリーブの端部内に嵌入するピンを配置し、該ピストンの第２端部と接触した第１端部を有し、円筒形部材と該ピンの第２端部に装着された位置付け手段を収容するために形成された通路を有することと、
（ｄ）該位置付け手段に係合するバイアス手段を介して装置の第１位置において該ピストンを位置付けるために十分な力を及ぼし、該力は該バイアス手段に装着されたプッシャーを介して及ぼされることと、
（ｅ）互いに等距離に位置付けられた一つ以上のフィルゲートを有する手段を通してポリマーを分配し、該分配は、一様圧力であり、該案内手段の該第２端部、該スリーブ及び該ピストンの該第１端部によって規定された空洞に指向され、閉じ込め手段が、該案内手段、該スリーブ、該ピストン、該ピン及び該バイアス手段を互いに関して所定位置に維持するために役立ち、該ポリマーの進入が、該空洞内に光フェルールを形成するために、該ピストンを第２位置に移動させるために十分であることと、
（ｆ）圧力下で形成された光フェルールを冷却することと、
（ｇ）該空洞から円筒形部材を内蔵して光フェルールを回収することとを含むことを特徴とするプロセス
が提供される。
実施例
射出成形フェルールが、第１（Ａ）〜１（Ｃ）図に示される。フェルール１０は、小径の第１端部１２と大径の第２端部１４を有する。第１Ａ図と第１Ｂ図は、モールドから除去され、ゲートとスプルーから分離された後のフェルールを描く。第１Ｃ図は、クローンを成形後挿入されたか、又はフェルールに成形され、第１端部を研磨した光ファイバー１６を具えるフェルールを示す。これら後者の２つは、ピグテール光ファイバーフェルールとして公知である。これは、すでに成形された光ファイバー１６を有するフェルール１０を採用するか、又はここで記載された方法により、ファイバー１６をフェルール１０に挿入し、その後、ファイバー１６の短い区分が第１端部１２から突出する如くファイバー１６を劈開し、第１Ｃ図に示された丸い形状に光ファイバー１６とフェルール１０を研磨することにより達成される。
この発明は、射出成形装置を含むが、次は、ユニークなものか、又は射出成形分野において標準技術であると考えられるものとは異なる段階、手順、及び工具のみを含む。射出成形プロセスは非常に公知であり、多くの熟練した専門家で広く実施される。モールドセットの設計と構築、及び射出成形機の動作に種々のアプローチがあることが理解される。選択された特別なモールド板、モールドセットを動作させる手段、組立体、及び制御システムはすべて、特別な機器の熟練した技術家の知識に依存する。次の説明は図面において描かれたモールド機器に特定の詳細を設けるが、発明は他の機器設計を含むことが認められる。
第２図を参照すると、成形ダイセットは、第１板１８、第２板２０、及び第３板２２から成る。板１８と２０は、成形プロセス中開位置におかれ、成形空洞を含む２つのスラグへの接近を与える。板２０に装着されてスラグ２６がある。位置合わせピン２８（第４図に図示）によりスラグ２６に最初に嵌まるスラグ２４は、板１８と２０が開位置にある時、スラグ２６内に含まれたバネ３０（第４図に図示）によりスラグ２６から押し離される。板１８と２０が閉位置にある時、スラグ２４と２６は、合体される。スラグ２４と２６の間の平面は、分断平面を形成し、そして射出成形ポリマーの流量のためのゲート及びスプルー組立体３２（第７図に図示）は、この分断平面に沿って位置する。スラグ２４と２６は、＋／−０．００２５ｍｍよりも小さい心合わせを設けるために、第２図に示された如く、ジグで穴をあけた円錐表面３４によって正確に整列される。スラグ２４と２６は、空洞を形成するためのユニークは工具を収容する。板２０の残部は、突出しピン３６、突出しピン３６に力を加えるためのバネ３８、突出しピン３６を押すための油圧押しピン４０、及び標準射出成形プロセスのために必要な他の通常構成要素を保持する。板２２は、モールドの作業部品の残部を封じ込める。選定されたモールドセットは、多空洞動作が可能であるが、すべては類似しているために、唯一の空洞が示され、説明される。
成形フェルールは、空洞の中央軸によって形成された中央軸を有する。第３図を参照すると、スラグ２４は、軸に沿って穴を有する案内管を中央軸に沿って設ける。案内管４２は、第１端部４４と第２端部４６を有し、第２図と第３図に示された如く、スラグ２４に挿入され、スラグ２４の外面から空洞４８内に達し、第１端部４４はスラグ２４の外面に装着した板５０によって適所に保持される。案内管４２の第２端部４６は、スラグ２４からスラグ２６の第１内面に延びる。中央軸に沿って第１端部４４から第２端部４６に案内管４２に中心を据えた穴５２は、０．１３４６ｍｍ内径にラップ仕上され、そして穴５２の両端部４４と４６は、０．１５２４ｍｍ内径に面取りされる。案内管４２の外径は、２．５００ｍｍに研削され、精密セラミックフェルールから、図示の如く０．１９５６ｍｍの段差を含む。外径は、所与の深さまで挿入され、中央空洞軸に沿ってスラグ２４における穴の直径の変化により配置される如く段差５４を有するように研削される。スラグ２６の方に延びる第２端部４６は、第２図と第３図に示された如く、０．５０８ｍｍ長の６０°の円錐形状を有するように研削された。入口円錐面５５は、光ファイバーの容易な挿入を可能にするために、案内管４２の穴の第１端部４４に研削された。
スラグ２６において、穴が、セラミックスリーブ５６、移動セラミックピストン５８、及び移動突出しピン３６を収容するように空洞軸に沿って作成される。長さ８．８９ｍｍの移動セラミックピストン５８は、真円度（最小不完全真円度）、穴径、及び外径に対する穴中心の同心性において緊密な公差を有する精密セラミックフェルールのグループから選択される。不完全真円度は、直径が円形物体の周囲の回りのすべての点で測定される時、最大直径から最小直径までの直径の全変化の測定値である。同心性は、２つの真円の中心の位置における測定値であり、この場合、円は、測定可能な公差への実表面の最小二乗近似を使用して規定される。同心性は、内円輪郭と外円輪郭の真の幾何学的中心の間の距離である偏心率の２倍に等しい。穴径の公差は、実値において表された、指定値からの直径の許容変動である。これは、不完全真円度並びに一様直径変化を反映する。案内管４２の第２端部４６に面するピストンの第１端部６０は、半径３．８１０ｍｍの半球形状において０．２５４ｍｍの深さまで凹状に研削され、そして第１端部における穴への入口において、３．８１０ｍｍ幅の６０°の円錐面６２がまた、ピストンの穴の第１端部に研削かつ研磨される。０．１５２４ｍｍアンダーカットは、５．３３４ｍｍに対して外径に沿って研磨され、ピストンの第１端部６０から２．２８６ｍｍと第２端部６４から１．２７０ｍｍに対して全径を残す。ピストン５８を選択かつ形状付けた後、外径７．６２０ｍｍのセラミックスリーブ５６が、第１端部６６から第２端部６８にその中央軸に沿って穴をラップ仕上され、その結果、セラミックスリーブ５６における穴は、０．３μｍのすき間の次元でセラミックピストン５８と非常に密接な嵌合いを有するようにされる。セラミックスリーブ５６は、１９．３０ｍｍの長さであるか、又はピストン５８よりも約２倍長い。
セラミックスリーブ５６は、スラグ２６における穴に挿入される。それは、板１８に向かうスラグ２６の第１端部において第１除去可能板により、そして板２２に向かう第２端部において第２除去可能板７２を用いてスラグ２６に固着される。セラミックスリーブと板の間に、シム手段７４が、板７２とセラミックスリーブ５６の間に設けられ、セラミックスリーブ５６が第１除去可能板７０と接触していることを保証する。シム７４は、モールドが動作している時、スリーブの第１端部において分断線に沿ってフラッシュが発生しない如く、十分な圧縮と力を設けるように調整される。セラミックスリーブ５６、可動セラミックピストン５８、スラグ２６における第１除去可能板７０、スラグ２４の内面、及び案内管４２の伸長部の部分は、第３図に示された如く、成形フェルールのための空洞４８の壁を形成する。セラミックピストン５８は、空洞の中央軸に沿って自由に移動する。突出しピン３６は、内側板２０から、押す又はセラミックピストン５８によって押されるセラミックスリーブ５６内に嵌入する。第２図に示された如く、突出しピン３６のフランジ７６の下のバネ３８は、スラグ２６に装着された第２除去可能板７２によりその第１位置において停止されるまで、セラミックピストン５８の方に突出しピン３６を押す。押しピン４０はまた、油圧とともに機械的手段により、突出しピン３６に対し、そして、次に、セラミックピストン５８に対して第１位置へ押される。セラミックピストン５８、突出しピン３６と押しピン４０は、第１位置に移動され、停止される。セラミックピストン５８は、それが第２位置において停止され、押しピン４０が第２位置において停止されるまで、突出しピン３６に対して押す。第３図は、セラミックピストン５８を実線の第２位置と点線の第１位置において示す。突出しピン３６と押しピン４０は、セラミックスリーブ５６におけるセラミックピストン５８のための調整可能な移動範囲を制御する。この動作は、最小容積と最大容積を有する空洞を形成する。突出しピン３６は、光ファイバー１６又はコアピンの端部を収容するために中心において穴を有する。突出しピン３６を保持する板２０とセラミックピストン５８に向かって突出しピン３６に対する力を設けるバネ３８、及び突出しピン３６に対して押す付加力を供給する油圧プッシャーに加えて、それはまた、圧力ゲージ、温度ゲージ、モールドを開閉する手段、プッシャー及び他の移動部品のために力をもうける油圧系、板を整列させるためのピンを含むモールドの通常又は一般動作のために必要な他の機能を含む。第３板２２は、モールドを閉鎖し、完成させる。
第２〜６図と、この発明のユニークな特徴の説明と標準射出成形プロセスの知識を参照して、発明のプロセスが、成形プロセスの一サイクルを通して段階的な説明において記載される。議論は、最初に、ピグテール射出成形光ファイバーフェルールのためのプロセスを記述する。それから、第２の議論は、クローン又は光ファイバーのない射出成形光ファイバーフェルールを記述する。この議論は、光ファイバーをクローンに設置するための方法の付加的な説明で終わる。
ピグテール射出成形光ファイバーフェルール
第４図において、セラミックピストン５８は、バネ３８及び／又は油圧プッシャー４０によって押しやられる突出しピン３６によってその初期位置にされている。この初期位置は、突出しピン３６における止め具によってセットされ、第２図と第３図に示された如く、モールドが閉じる時、スラグ２４の内面の下の空洞内に達する案内管４２の第２端部４６とセラミックピストン５８の第１端部６０の間のギャップが、案内管４２の第２端部４６から約０．２５４ｍｍである如く調整される。ちょうど接触するところからセラミックピストン５８を成形の前の第２位置において有するまでの広範囲の距離で、このギャップを調整することができ、こうして、ギャップをフェルールの全長にする。距離０．２５４ｍｍは、案内管４６における穴とピストン５８における穴の間の心のずれにより、案内管４２からセラミックピストン５８に移動する時、光ファイバー１６のある曲げを許容するように選定された。ピストン５８に対する案内管４６のより密接な心合わせは、ゼロを含むより短いギャップを許容する。ギャップをより長くすることは、ポリマーによる空洞の初期充填中光ファイバー１６の曲げを拡大させ、フェルールの偏心率を増大させる。また、光ファイバー１６を破壊する機会は、ギャップの拡大とともに増大する。モールドが、約１１５℃のモールド動作温度に達するために時間がかかる。この温度において、鋼ダイセットは、セラミック工具の２倍膨張し、その結果、セラミックスリーブと工具鋼穴は、室温において、工具が組み立てられた時よりも約０．０５１ｍｍ大きなすき間を有する。しかし、セラミックピストン５８とセラミックスリーブ５６の間のすき間は、同一の熱膨張係数を有するために、同一である。モールドを開にし、スラグ２４を位置におくと、セラミックピストン５８の穴径（公称値１２５μｍ）に密接に一致する直径の一片の光ファイバー１６が、案内管４２の第１端部４２における入口円錐面５５を通り、案内管４２の第２端部４６を通って、セラミックピストン５８の第１端部６０に向かって案内管４２に挿入される。光ファイバーをセラミックピストン５８の中央穴に案内するための入口丸溝６２があり、プリセットギャップと組み合わせたセラミックスリーブ５６とセラミックピストン５８に関して、案内管４２における光ファイバー１６の両辺移動を可能にするために案内管４２の内側に十分なすき間があるために、光ファイバー１６は、最小の曲げで、破壊なしに、ピストン穴に挿入される。光ファイバー１６は、セラミックピストン５８を通って、制限なしに光ファイバーを収容するために過大サイズにされた突出しピン穴７６（第３図に図示）に押し入れられる。光ファイバー１６は、穴７６に十分に押し入れられる。それから、モールドが閉じられる。
約３１５°の温度の組成物が、約２０、０００ｐｓｉ（１ｐｓｉ＝６．８９４７６Ｋｐａｓｃｌ）のバレル圧力で、第７図において一般に３２で示されたスプルー及びゲートシステムを通って空洞に押し込められる。第５図は、このゲートシステムが分断平面側のスラグ２６における第１除去可能板２０に切り込まれ、一方、ランナーが分断平面における板１８と２０に沿って、分断平面におけるスラグ２４とスラグ２６の両方に切り込まれることを示す。ゲートシステムは、各ゲート入口７８において、流量率と圧力が等しく、空洞の回りで対称的である如く、空洞に流れ材料を送り出すように設計される。これは、不均一な圧力と流量が、他方に比べて一方のゲートからより多くの材料流とより高い圧力でフェルールを作製させるために重要である。フェルールの断面図は、編み線を示す。第８Ａ図は、平衡ゲートシステムからの結果を示し、そして第８Ｂ図は、非平衡ゲートシステムからの結果を示す。編み線８０は、平衡ゲートシステムに対して正確に中心に据えられる。平衡システムは、フェルールの中心穴の偏心率を最小にすることを必要とされる。偏心的な不完全真円度のフェルールは、非平衡ゲートシステムを使用する時生産され、高損失光フェルールを生ずる。中心に据えた編み線は、有益な品質制御を設ける。
空気は、分断平面に沿って通気することを許容され、通気口が必要に応じて付加される。ポリマーが、小ギャップにおける光ファイバー１６を包囲する最小空洞容積を満たす。ポリマー圧力は、その第１位置においてセラミックピストン５８を保持するバネ３８の力に打ち勝つように蓄積しなければならない。この初期圧力は、バネ３８によってセットされる。５ｌｂｓｆ〜５０ｌｂｓｆ（１ｌｂｓｆ＝０．１３２５５Ｎｔ）の初期力範囲を有するバネが試験された。セラミックピストン５８が第１位置にある時３４ｌｂｓｆの初期バネ力を有し、セラミックピストン５８が第２位置にある時８０ｌｂｓｆの最終バネ力を有するバネに対して、ポリマー圧力は、４、４００ｐｓｉまで蓄積し、３４ｌｂｓｆのバネの力に打ち勝ち、その後、流動するポリマーは、セラミックピストン５８を、光ファイバーを引き寄せるその第２位置の方に移動させる。ポリマーは、第５図に示された如く、背後から満たされ、そして圧力は、セラミックピストン５８がその第２位置において停止するまで増大し、この時、突出しピン３６が第６図に示された如く停止した押しピン４０に達する。圧力は、押し出し成形機バレル圧力まで蓄積し、流れは停止し、そしてプラスチックは、冷却し、ゲートにおいて凍結する。いったんゲートが凍結するならば、バレル圧力は、もはやポリマーを圧縮しない。しかし、突出しピン３６におけるバネ力は、継続する。ポリマーの収縮は、フェルール直径における最小収縮を保証するために、８０ｌｂｓｆ又は１０、０００ｐｓｉの最終バネ力からの負荷の下で、セラミックピストン５８にプラスチックを圧縮させることにより制御される。また、セラミックスリーブ５６は、モールド工具における鋼壁に接触せずに、圧力負荷の下で膨張させる所定の壁厚を有するように選択される。印加力に比例してセラミックスリーブ５６を膨張させる能力は、成形部品の直径制御のための付加的な方法を可能にする。３４ｌｂｓｆ〜１００ｌｂｓｆの最終バネ力が試験された。付加的な力は、必要ならば、油圧プッシャー４０から追加される。代替的に、プログラムされた油圧プッシャーが、機械的バネの代わりに使用される。それから、ポリマーが、冷却される。ピグテール光フェルールは、フェルールに埋め込まれた光ファイバーを破壊しないようにモールドから除去する際に注意を必要とする。こうして、モールドが開かれる時、バネ３６と油圧プッシャー４０がフェルールをセラミックピストン５８から押し出すために使用されることが好ましい。タブにおけるスプルーホールドは、排出部品をスラグ２４に装着させて保つ。成形部品はスラグ２４から除去される。フェルールは、ゲートシステムから分離される。モールドは、別のサイクルのために点検され、準備される。光ファイバーの断片が破壊し、ピストンに位置するならば、これらは、セラミックピストン５８、突出しピン３６、及び押しピン穴を通って押される。
射出成形光ファイバーフェルール又はクローン
クローン光フェルールを作製するために、上記と同一手順が、次の例外を除いて順守される。フェルールにおける穴を光ファイバーよりもわずかに小さくする直径のコアピンが、光ファイバーの代わりに使用される。広範囲の直径のコアピンが使用される。コアピンは、０．２５μｍの増分において選択され、諸目的のために、直径１２５．５μｍの一つが選択された。ピストンはまた、コアピンがピストンにおける穴に整合する如く選択される。さらに、モールドからのゲートシステムの分離により、破損したファイバーについての虞れはない。
クローンにおいて、即ち、使用される光ファイバーよりもわずかに小さい光ファイバーを成形してない射出成形プラスチック光ファイバーフェルールにおいて穴を作ることが好ましい。コアピンは、それが除去され、フェルールが室温まで冷却された後、穴が小さすぎ、フェルールの室温時に光ファイバーを挿入できない如く選択される。フェルールは、（フェルールのために使用されたポリマー組成のガラス遷移温度よりもほんのわずかに低い温度まで）再加熱され、フェルールが暖かい時、フェルールへの光ファイバーの挿入を許容するために十分に穴を拡大させ、室温まで冷却された時、光ファイバーを適所にロックする。これは、接着材料、即ち、エポキシ材料を使用することなく、フェルールにおいて光ファイバーを固着する手段を設け、ファイバーが穴において中心に据えられることを保証する。これは、挿入用のすき間と固着する接着剤を必要とするセラミックフェルールに対する利点である。これはまた、ある穴径を有する光ファイバーに対して整合したある穴径を有するセラミックフェルールを選択する必要性を除去し、それらの間に密接な嵌合いを保証する。所与のクローンフェルールは、光ファイバー径のある範囲に対して使用される。
光ファイバーフェルールは、フェルールの第１端部から突出する光ファイバーを劈開し、第１端部を研磨することにより準備される。セラミックフェルールのために開発された標準研磨技術が、使用される。フェルールのためのセラミックよりも軟らかい材料を使用する利点は、このより軟らかなポリマー組成が、ガラス光ファイバーから容易に研磨されることであり、ガラス光ファイバーが湾曲面の中心になることを保証するが、セラミックフェルールにおいては、研磨は、より長い研磨時間を必要とする堅いセラミックを除去しなければならない。また、ポリマー組成は、ガラス光ファイバーよりも容易に研磨されるために、ポリマーは、より迅速に研磨され、光ファイバーを研磨ポリマー表面から小さな距離突出させておき、好都合である（Ｄｅｎｎｙ Ｊｏｓｅｐｈ Ｅ．，Ｌａｓｅｒ Ｆｏｃｕｓ Ｗｏｒｌｄ．１９９２年８月、１２３ページを参照）。
好ましいポリマー組成は、参照としてここに取り入れられたＵ．Ｓ．４，６６４，９７２において設けられ、表IIを参照して記載された如くマイクロガラス球体を４０％満たされたベース樹脂を有する無定形液晶ポリマー（ＬＣＰ）である。ＬＣＰは、約１８０℃のＴｇを有する。他のポリマーもこの発明において使用されるが、この組成が好ましい特性を有する。成形組成の好ましい特性としては、モールドにおける低収縮、低熱膨張係数、高ガラス遷移温度、及び等方性特性を有するフィラーがある。無定形である熱可塑性樹脂は、結晶材料よりも低い収縮を有する。無定形は、古典的な意味において使用される。即ち、ポリマーは、結晶融点を有さないが、結晶性は、ポリマーが３次元の領域と結晶性融点を有することを意味する。ガラス遷移が高いほど、一般に低熱膨張係数につながるために、より良好である。一般に、８５℃よりも高いＴｇのポリマーは、低い熱膨張を設ける。約１００ｐｐｍよりも低い膨張係数を有することが、望ましい。好ましいポリマーは、モールドにおいて低い収縮を有することにおいて特別な利点を有する。モールドにおける冷却中ポリマーにおける圧力を調整することにより、光ファイバーフェルールの外径は、緊密な公差に制御される。
フィラー材料は、流量、収縮、及び熱膨張特性に影響を与えるために使用されるとともに、摩耗特性と外観の如く、表面に特性を与える。等方性フィラーは、組成により一様に影響を与える。ガラスファイバーの如く非等方性フィラーは、最終部品と成形プロセスの両方に非一様性を与える。好ましいフィラーとして選定されたマイクロガラス球体は、光ファイバーの外径に比較して小さく選択された２〜１２μｍの直径を有するが、単一径球体を含む他の範囲もまた、使用された。これらは、等方性フィラーを設け、そして表面のいっそうの処理なしに、コネクタへの挿入のための最小摩擦の強靱な耐摩耗性表面を設ける。フィラー量の負荷量は、ゼロ〜７０％又は８０％の広範囲で調整され、成形プロセスにおいて十分な材料組成流を設け、機能する最終部品を与える。ＬＣＰは、低熱膨張係数、射出成形において見られるものに代表される高剪断率における低粘性、モールド空洞が充填される時、急速に凍結する能力、及び小空洞の良好な充填配座の如く望ましい特性を有する。ＬＣＰは、マルチモード光ファイバー用途のための光フェルールを含む、緊密な公差と高解像度の部品形状を有する多数の小部品を作製するために過去において使用された。しかし、この発明において試験された時、伝統的なガラスファイバー充填ＬＣＰは、選ばれた好ましい材料よりも望ましくないことが見いだされた。他のＬＣＰも、ガラス球体充填を含む等方性フィラーの使用から利益を得ると考えられるが、それらは、充填組成における適正な調整とほとんど同様に実施される成形パラメーターでは、この発明のために好ましくない材料である。ＴｉＯ２の如く着色剤が、無彩色ポリマーに付加され、セラミックフェルールの外観にさせる。しかし、着色剤は編み線をマスクするために、第８図に示された編み線が成形条件の調整のために観察できるように無彩色ポリマーが、設定中使用されることが示唆される。類似の特性を有する他のポリマー組成は類似の結果を与え、この発明において考えられることが示唆される。
この方法と材料により作製された射出成形光ファイバーフェルールは、多数の利点を有する。セラミックピストンに対して同一のすき間を有するセラミックスリーブの第２の短長は、試験スリーブと直径ゲージとして使用される。フェルールを試験スリーブにすべり入れることにより、フェルールの外径が決定され、成形条件に比較される。フェルールの外径は、試験セラミックスリーブに緊密又は緩い嵌合いを設けるために成形条件を調整することにより制御される。この発明において、心合わせが必要とされる第１端部におけるフェルールの軸部の直径は、＋／−．５μｍよりも小さく制御される。また、誇張された第９図に示されたキャップの直前に第２端部においてわずかな直径の縮小がある。
不完全真円度は、Ｆｅｄｅｒａｌ Ｓｅｒｉｅｓ ３００ Ｆｏｒｍ Ｓｃａｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔを使用して、＋／−０．１μｍに測定される。第８Ａ図は、ゲートが平衡される時の編み線を示し、そして第８Ｂ図は、ゲートが非平衡である時の編み線を示す。両フェルールに対して、４つのクォーターセクションの各々は、４つのゲートに対応することに注意せよ。不完全真円度の測定値は、セラミックフェルールに対して、０．５４μｍ、第１０Ａ図。平衡ゲートを有する上記の好ましい材料に対して、０．６４μｍ、第１０Ｂ図。そして非平衡ゲートを有する好ましい材料に対して、２．２μｍ、第１０Ｃ図。（第１０Ｃ図は、第１０Ａ図と第１０Ｂ図とは異なるスケールであることに注意せよ。）ゲート設計に加えて、真円度は、例えば、好ましくない材料、ＶＥＣＴＲＡＴＭＢ２３０、Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより販売されるポリマー組成を使用して選択された材料に依存し、第１１図に示された如く、２．４μｍの不完全真円度の測定値を有するフェルールを生ずる。
光ファイバーフェルールの性能は、第１２図に示された如く、試験システムの使用により測定される。試験フェルールを低損失セラミックフェルールに対して嵌合するソケットに挿入することにより、光損失が測定される。試験フェルールを９０°の増分だけ回転させ、その後、光損失を再測定することにより、性能試験プロフィルが、各フェルールに対して獲得される。
表１は、この発明で作製された２１個のピグテールフェルールに対する結果を与える。平均損失は、０．２６ｄＢであり、０．１８ｄｂの標準偏差を有する。

同心性が、このデータから算出される。パワー損失測定値と偏心率の関係は、ｄＢ損失＝０．２（偏心率）２、偏心率＝（ｄＢ損失／０．２）０．５、フェルールの偏心率＝（最小偏心率＋最大偏心率）／２、及び源の偏心率＝最大偏心率−フェルールの偏心率。試験光ファイバーの回転中光損失の最小値と光損失の最大値の使用は、フェルールの偏心率と、また源の値を与える。これらの関係と上記のデータ、並びに他の試験成形品からのデータを使用して、次の偏心率の値が、表IIに示された如く算出される。
グループＨ、ＧＳ１及びＧＳ２に対して、ベース樹脂は、次の成分（及びモル比率）を有する。ｔ−ブチルヒドロキノン（２６．７）、４、４’−ジヒドロキシジフェニル（６．７）、テレフタル酸（３３．３）、及びパラヒドロキシ安息香酸（３３．３）である。これは、Ｕ．Ｓ．４，６６４，９７２により準備される。

表II群ＧＳ１からの一部は、第１０Ｂ図におけるグラフのために使用された。
表II群ＧＳ２からの一部は、第１０Ｃ図におけるグラフのために使用された。
表II群Ｂからの一部は、第１１図におけるグラフのために使用された。表１０Ｃ図又は第１１図に示された如く１μｍよりも大きな不完全真円度を有するフェルールに対して、大きな偏心率及び大きな光損失が、表II又は表IIIに示された如く期待される。

この発明により作製されたフェルールの性能は、市販されるフェルールと比較される。市販されるプラスチックマルチモードフェルールは、第１２図に示された設定において獲得され試験された。（市販用単一モードプラスチックフェルールは、現在利用できない。）また、フェルールは、第１１図に示された如く、好ましくない材料、ＶＥＣＴＲＡＴＭＢ２３０で作製された。それらは、測定され、そして要約値が、表IVの上部に示される。データはまた、ＡＭＰ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄからのカタログである、低損失単一モード光ファイバーで使用されるセラミックフェルールを選択する２つの異なるレベルを示すカタログ＃６５３９３から取られた。好ましい材料による好ましいモードにおいて作製されたフェルールが、作製され試験された。試験される項目のソートは、迅速な視覚点検以上には行われず、光ファイバーとフェルールは完全であり、視覚的に損傷していず、試験されることを保証した。表IVの下半分における結果は、この発明で作製されたプラスチックフェルールが、選択されたセラミックの単一モードフェルールと性能において少なくとも同様に良好であることを示す。

射出成形の技術における当業者は、同心性と外径が工具の品質と成形プロセスの動作に依存することを認める。射出成形フェルールは、工具よりもより良い同心性を有さない。こうして、セラミックピストンは、真円度に対して選択され、測定されなければならない。セラミックスリーブは、最小のすき間でピストンに嵌合わされなければならない。ピストンへのセラミック案内の位置は、破損又は曲げなしに、光ファイバー（又はコアピン）にギャップを架橋させるために、かつセラミックピストンがフェルールの第１端部におけるファイバーの位置を制御するために十分に接近して整列するように調整されなければならない。ポリマーは、適正な特性のために選択されなければならない。射出成形の技術における多くの当業者は、特定成形システムのための条件を最適化するために、最初に精密部品を作製する時、圧力、温度、流量率、ゲートサイズ、等を変更する試験的ランを行うことを期待する。
好ましい材料は、セラミック材料の研削及びラップ仕上に類似する方式の研削とラップ仕上により成形の後に後処理される。こうして、付加的な特徴が、フェルール又は任意の他の類似の射出成形部品に研削又はラップ仕上される。これは、単一モールドでフェルールを生産するように設計することができ、この場合、ギャップ端部は、特別な特徴必要条件を満たすように修正される。「キャップレス」フェルールが、フェルールが同心穴を有するシリンダーになるこの発明において考えられる。スリットを研削するためにシリンダーのいっそうの処理は、割りリングを生産する。技術における当業者には、いっそうの修正が、この発明の恩恵により想起される。
技術における当業者には、上記の説明とデータは、光ファイバーフェルールが、１μｍよりも小さい中央軸の偏心率真円度とフェルールの第１端部における＋／−０．５μｍの公称直径を有するフェルールを生産する、射出成形プロセスにより作製されることを示す。
非常に多様な修正が、発明の精神と範囲に反することなく、本発明に行われることが理解される。そのような変形は、この発明の所有権及び特権として請求される。
図面の詳細な説明
第１Ａ図は、クローンとして本発明によるフェルールの側面図である。
第１Ｂ図は、本発明による光ファイバーを具えるフェルールの側面図である。
第１Ｃ図は、研磨した第１端部を有する本発明による光ファイバーを具えるフェルールの側面図である。
第２図は、本発明の成形ダイセットの概略図である。
第３図は、セラミックピストンの位置付けを示す本発明の装置の概略図である。
第４図は、モールドサイクルの開始を描く本発明の装置の概略図である。
第５図は、モールド空洞へのポリマーの分配を示す、本発明の装置の概略図である。
第６図は、ポリマーが分配された後第２位置におけるピストンを示す、本発明の装置の概略図である。
第７図は、本発明の装置において使用されるスプルー及びゲートシステムの頂面図である。
第８Ａ図と第８Ｂ図は、それぞれ、平衡ゲートシステムと非平衡ゲートシステムを使用して準備されたフェルールの断面図である。
第９図は、本発明によるフェルールである。
第１０Ａ図は、セラミックフェルールの不完全な真円を示す。
第１０Ｂ図は、平衡ゲートシステムを使用するプラスチックフェルールの不完全な真円を示す。
第１０Ｃ図は、非平衡ゲートシステムを使用するプラスチックフェルールのための不完全な真円を示す。
第１１図は、特定材料、ＶＥＣＴＲＡＴＭＢ２３０のフェルールの不完全な真円を示す。
第１２図は、光カプリング試験設定の概略図である。

Claims (16)

1. 円筒形部材を含む光フェルール（１０）を製造するための装置において、
   （ａ）第１端部（４４）と第２端部（４６）と、中心軸とを有し、通路（５２）が端部の間に中心軸に沿って形成されてなる伸長案内手段（４２）であり、該円筒形部材が通路（５２）内に収容される伸長案内手段（４２）と、
   （ｂ）ピストン（５８）をすべり可能に収容するスリーブ（５６）であり、該ピストンは、第１及び第２端部（６０、６４）と、中心軸とを有し、通路が中心軸に沿って端部の間に形成されてなり、該ピストン（５８）の該第１端部（６０）は、ピストンが第１位置にある時、該案内手段（４２）の該第２端部（４６）に十分に接近して位置して、該円筒形部材は、該ピストンの通路に沿って該ピストンの該第１端部にさらに侵入するスリーブ（５６）と、
   （ｃ）該案内手段（４２）の反対側の該スリーブの端部内に嵌入するピン（３６）であり、該ピストンの第２端部（６４）と接触した第１端部を有し、円筒形部材を収容するための通路と該ピンの第２端部に装着された位置付け手段とを形成してあるピン（３６）と、
   （ｄ）該位置付け手段に係合するバイアス手段（３８）であり、ピストンの第１位置において該ピストン（５８）を位置付けるために十分な力を及ぼすバイアス手段（３８）と、
   （ｅ）互いに等距離に位置付けられた一つ以上のフィルゲート（７８）を規定する手段（３２）であり、該案内手段（４２）の該第２端部、該スリーブ（５６）及び該ピストン（５８）の該第１端部（６０）によって規定され、さらに閉じ込め手段（２０、２４、２６、７０、７２、７４）によって規定された空洞（４８）へ一様圧力及び流量におけるポリマーを分配する一つ以上のフィルゲート（７８）を規定する手段（３２）とを具備し、
   （ｆ）該閉じ込め手段が、該案内手段、該スリーブ、該ピストン、該ピン及び該バイアス手段を互いに関して所定位置に維持するために役立ち、該ピストン（５８）が、該空洞（４８）内に光フェルール（１０）を形成するためにポリマーをフィルゲート（７８）を通して分配するとき、スリーブ（５６）における第２位置に移動されることを特徴とする装置。
2. 円筒形部材が、光ファイバー（１６）である請求の範囲１に記載の装置。
3. 円筒形部材が、除去可能コアピンである請求の範囲１に記載の装置。
4. 該案内手段（４２）と該スリーブ（５６）及びピストン（５８）が、セラミックである請求の範囲１に記載の装置。
5. 該ピストン（５８）の該通路が、円筒形であり、約０．３ミクロンよりも小さい偏心率を有し、そして該ピストンが、該スリーブ（５６）から約０．１ミクロンよりも小さいすき間を有する請求の範囲１に記載の装置。
6. 該案内手段（ａ）と該ピストン（５８）が、ピストンが第１位置にある時、互いに約０．２５ｍｍ内に位置し、そしてさらに、該案内手段（ａ）と該ピストン（５８）の中央軸が、実質的に同軸である請求の範囲１に記載の装置。
7. 該案内手段（４２）の通路が、さらに、該案内手段（４２）の第１端部（４４）においてその通路に形成した第１円錐面（５５）と、該案内手段の第２端部（４６）において形成した第２円錐面とを含む請求の範囲１に記載の装置。
8. ４つのフィルゲート（７８）が、互いに９０度に位置付けられる請求の範囲１に記載の装置。
9. 該バイアス手段（３８、４０）が、バネ、油圧組立体、又はそれらの組み合わせから成るグループから選択される請求の範囲１に記載の装置。
10. 円筒形部材を含む光フェルール（１０）を製造するためのプロセスにおいて、
    （ａ）第１及び第２端部（４４、４６）と、中心軸とを有し、通路が端部の間に中心軸に沿って形成されてなる伸長案内手段（４２）に円筒形部材を導入し、該円筒形部材は通路内に収容されることと、
    （ｂ）ピストン（５８）をすべり可能に収容するスリーブ（５６）と該案内手段を整列させ、該ピストンは、第１及び第２端部（６０、６４）と、中心軸とを有し、通路が中心軸に沿って端部の間に形成されてなり、該ピストン（５８）の該第１端部（６０）は、ピストンが第１位置にある時、該案内手段（４２）の該第２端部（４６）に十分に接近して位置して、該円筒形部材は、該ピストンの通路に沿って該通路の該第１端部にさらに侵入することと、
    （ｃ）該案内手段（４２）の反対側の該スリーブ（５６）の端部内に嵌入するピン（３６）を配置し、該ピストンの第２端部（６４）と接触した第１端部を有し、円筒形部材を収容するために形成された通路と該ピンの第２端部に装着された位置付け手段とを有することと、
    （ｄ）該位置付け手段に係合するバイアス手段（３８）を介してピストンの第１位置において該ピストン（５８）を位置付けるために十分な力を及ぼし、該力は該バイアス手段に装着されたプッシャー（４０）を介して及ぼされることと、
    （ｅ）互いに等距離に位置付けられた一つ以上のフィルゲート（７８）を有する手段（３２）を通してポリマーを分配し、該分配は、一様圧力であり、該案内手段の該第２端部、該スリーブ及び該ピストンの該第１端部によって規定された空洞（４８）に指向され、閉じ込め手段が、該案内手段、該スリーブ、該ピストン、該ピン及び該バイアス手段を互いに関して所定位置に維持するために役立ち、該ポリマーの進入が、該空洞（４８）内に光フェルール（１０）を形成するために、該ピストンを第２位置に移動させるために十分であることと、
    （ｆ）圧力下で形成された光フェルールを冷却することと、
    （ｇ）該空洞から円筒形部材を内蔵して光フェルールを回収することとを含むことを特徴とするプロセス。
11. 円筒形部材が光ファイバー（１６）である請求の範囲１０に記載のプロセス。
12. 円筒形部材が、該空洞（４８）からの光フェルール（１０）の回収の後除去される除去可能コアピンである請求の範囲１０に記載のプロセス。
13. 段階（ｅ）のポリマーが、８５°よりも大きなＴｇを有する無定形熱可塑性樹脂から成る請求の範囲１０に記載のプロセス。
14. 段階（ｅ）のポリマーが、無定形液晶ポリマーである請求の範囲１３に記載のプロセス。
15. ポリマーが、等方性材料で充填される請求の範囲１４に記載のプロセス。
16. 段階（ｅ）のポリマーが、８５°よりも大きなＴｇを有する等方性充填熱可塑性樹脂から成る請求の範囲１０に記載のプロセス。

Images