JP3860692B2

JP3860692B2 - サイズの異なる光フェルールを相互に接続するためのアラインメントスリーブ、及び同物品を製作する方法

Info

Publication number: JP3860692B2
Application number: JP35402199A
Authority: JP
Inventors: エー．シャヒドムハメッド; イー．シェルドンスチーヴン; エル．スチーブンソンダニエル
Original assignee: ルーセントテクノロジーズインコーポレーテッド
Priority date: 1998-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2019-12-14
Also published as: EP1010998A3; DE69906230D1; DE69906230T2; JP2000180668A; EP1010998A2; EP1010998B1; US6273619B1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的には光ファイバーに関し、特に光フェルールの相互接続に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバーネットワークは、少なくともある程度は光ファイバーケーブルによって提供される大きな帯域幅のために、増える一方の速度で展開されている。個々の光ファイバーを他の光ファイバーや装置に接続するという必要性はいかなる光ファイバーネットワークデザインにおいても本質的に備わるものである。光ファイバーを結合するための一般的な技術として、光ファイバーをフェルールで終端させ、そのフェルールを第２のファイバーの終端の他のフェルールと接続させる方法がある。フェルールは、類似したサイズの二つのフェルールを収容し、それぞれの光コアの長さ方向の軸が同軸となるように整列させるための円筒形のスリーブによって正確に整列される。典型的にはスリーブは、それぞれの光ファイバーのプラグの覆いを一緒に確実に接続するアダプターあるいはカプラーといった構成要素である。このような接続システムの例は共にアメリカ特許4,738,507及び4,738,508に見られ、両者はパームクイストに出されたものであり、本発明の受託者に対して指定された。
【０００３】
近年の進歩によって、より小さな直径のフェルールを利用したより小さな光ファイバー結合のデザインが導かれた。小さなフェルールにより光ファイバーケーブル（光ファイバーケーブルの終端に取り付けられたハードウェアの質量／重さが減少されるためにさらにしっかりと固定される）の大きさに比例して、改善された軸調整、空間効率といった利点が提供される。特に相対的に小さいコネクターは一つのネットワーク設備の表面にさらにぎっしりと装填され、より効率的な空間管理を提供する。
【０００４】
小さなコネクターデザインでは直径にして１．２５ミリメーター（ｍｍ）のフェルールを利用する。小さなフェルールコネクターの例はＬＣコネクターである。小さなフェルールコネクターの発達以前には、多くのコネクターでは直径が、小さなフェルールコネクターの２倍の直径２．５ｍｍのフェルールを利用してきた。大きなフェルールの例はＳＴ^TM（ルーセントテクノロジー社のトレードマーク）コネクターがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
いくつかは既に述べたように小さなフェルールコネクターの利用にはたくさんの利点があるが、大きなコネクターを利用する多くの既存の光ネットワークとの互換性の点で問題がある。大きなフェルールコネクターは何年にも渡り利用されており、光ネットワークにおいて広く展開されてきた。既存の光ファイバー要素と小さなフェルールコネクターを使った新しい要素を置き換えることは、多くの場合にひどく料金が掛かる。それゆえ、新しい設備やハードウェアは小さなフェルールコネクターを利用するようにデザインされ、既存の設備やハードウェアでは大きなフェルールコネクターを利用するようにデザインされているので、設備やハードウェアのアップグレードを既存の光ネットワークに行ったり、導入する際に、技術者はいかに異なる大きさのフェルールを有する二つの光終端を接続させるかという問題に直面する。そこで最適な整合関係で二つのサイズの異なるフェルールを相互に接続するための効率が良く、かつ費用効果の高い方法に対する産業上の必要性が存在している。
【０００６】
一つの提案された解決法は、導入されているネットワークのインタフェースに整合させるための大きなフェルールコネクターを一端に持ち、新しい／アップグレードされた設備に整合させるための小さなコネクターを反対側の端に持つハイブリッド光ケーブルを利用することである。そのようなハイブリッド光ケーブルは比較的わかりやすい解決策ではあるが、利用すると比較的かさばり、二つの光ファイバーを接続するための二つの接続点を必要とし（すなわち、更なる接続を必要とし、かつ望まない注意及び／あるいは損失を生じる）、比較的高価である。
【０００７】
他の提案された解決法は、反対側の端まで異なったサイズの同軸上に調整され、その中間で出会う円筒状のボア（孔）を有する円筒状のスリーブからなるステップスリーブアダプターである。したがって、ステップスリーブのおよそ中間でステップスリーブの内径は、ボアによって規定されるように、第１の内径（例えば、小さいフェルールに相当する）から第２の内径（例えば、大きなフェルールに相当する）へ変化する。このデザインは正確な調整とボアの大きさ付け、及びフェルールの正確な大きさ付けを、スリーブの中に収容された二つのフェルールの正確な調整を行い、かつ保証するために必要とされる。実際にはこのような正確さは一貫して経済的には再生されない。例えばいくつかの最も正確な１．２５ｍｍフェルールはおよそ±０．７マイクロメーター（ｕｍ）の外径のバラツキがあり、いくつかの最も正確な２．５ｍｍフェルールはおよそ±０．５ｕｍの外径のバラツキを持っている。ステップスリーブを構成する金属あるいはセラミック材料はボアの内径かフェルールの外径のバラツキを受け入れるようには適合しないので、ボアの内径とフェルールの外径の通常の、望まれるバラツキは十分ではないずれを生じるかもしれず、すなわち、ボアの中でのフェルールの機械的な安定性はある種の適用に対して不適切であるかも知れない。例えば設計されたボアに対する外径より小さな外径を持つフェルールはゆるく収まり、横方向の負荷によってスリーブ中のフェルールのコアの調整を間違ったものにしてしまう。これは望まれない、制御不可能な接続損失を生じるかも知れない。
【０００８】
そのようなステップスリーブは典型的には、スリーブが温度変化に対して特に敏感なものとする高い熱膨張係数を有する金属から構成される。ステップスリーブは、代わりにさらに熱膨張係数の有利なセラミックからなるかも知れないが、セラミックスリーブは製造が高価になるだろう。
【０００９】
そのためにそれぞれのコアの正確な調整を伴いながら異なるサイズの光学的導体を相互に接続するための低価格のコネクターに対する産業上の満たされていない必要性がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本件発明は、サイズの異なる光フェルールを相互に接続するためのアラインメントスリーブを提供する。本件発明に従うアラインメントスリーブは、異なるサイズの二つのフェルールを収容し、一つのフェルールから他のフェルールへ通過する光信号の接合損失を減少するために正確な整合関係を伴いながらフェルールを軸に対して調整する。本件開示の目的として、ここではサイズの異なる二つの光フェルールにたいしてなされた参照ではそれぞれの光フェルールの外径に言及している。二つのフェルールの正確な調整は、お互いに関する所定の軸関係で接触させ、かつ保持する、複数のランドによってある程度達成される。アラインメントスリーブはアラインメントスリーブに収容されたフェルールの直径のわずかなバラツキに適合する可撓性の材料からなる。それゆえ、アラインメントスリーブは、フェルールの調整ミスやフェルールの外径のわずかな違いに起因するフェルールの移動によって引き起こされる接続損失を減少させるかも知れない。
【００１１】
本件発明に従うアラインメントスリーブは、比較的低コストである、射出成型技術を用いて生産されるものである。射出成型技術に用いられる鋳型は精密グラインダや旋盤を用いて製作される精密なコアピンを含む。コアピンの正確さは、アラインメントスリーブの正確なサイズを達成するために望まれるようにコアピンの選択された領域に金属の薄い層をメッキすることによって細かく調整される。本件発明にしたがう精密なコアピンを用いて製作されたアラインメントスリーブは、高度の正確さを持ちながらも安価に製作できる。
【００１２】
本件発明の側面にしたがって、軸方向に並べられたフェルールのためのアラインメントスリーブは、そこを通す本質的な中心のボアを規定する支持部材を有している。ボアは第１の部分と第２の部分を含み、そこで第１の部分と第２の部分は長さ方向に調節されて、お互いに近接して配置される。支持部材は、すくなくとも部分的には第１の部分を規定する第１の内壁を含み、そこで第１の内壁はその内壁の周に間隔をあけて存在する複数の第１のランドを含み、第１の直径の第１のフェルールを収容するための大きさにされる。支持部材は、少なくとも第２の部分を規定する第２の内壁を含み、そこで第２の内壁はその周に間隔をあけて存在する第２のランドを含み、第１の直径と異なる第２の直径の第２のフェルールを収容するための大きさにされる。
【００１３】
第１の部分と第２の部分のランドの特定のデザインによって、第１の部分で収容される第１のフェルールと第２の部分で収容される第２のフェルールは同軸上に並べられ、あるいは軸方向に所定の距離のオフセットが存在するかも知れない。支持部材は、それぞれのフェルールのサイズにおけるわずかなバラツキに適合するように、プラスチックのような可撓性の材料から構成される。特に、支持部材はそこに収容されたフェルールに適合するように放射状に広がるかも知れない。
【００１４】
本件発明の他の面によると、軸方向にフェルールを調整するためのアラインメントスリーブは、そこを通す本質的な中心のボアを規定する支持部材を有している。ボアは、計画通りの第１の直径の第１のフェルールを収容するための大きさの第１の部分と第１の直径と異なる計画通りの第２の直径の第２のフェルールを収容するための大きさの第２の部分を含んでいる。第１の部分と第２の部分は長さ方向に並べられ、お互いに近接している。支持部材は少なくとも部分的には第１の部分を規定する可撓性の第１の壁を含み、そこで第１の壁は第１の直径のわずかなバラツキに適合するように変形し得る。支持部材は少なくとも部分的に第２の部分を規定する可撓性の第２の壁を含み、そこで第２の壁は変形し、第２の直径のわずかなバラツキに適合する。
【００１５】
第１の壁は複数の第１のランドを有する第１の内壁表面を含み、第２の壁は複数の第２のランドを有する第２の内壁表面を含むかも知れない。第１及び第２のランドの設計によって、第１の部分に収容された第１のフェルールと第２の部分に収容された第２のフェルールは同軸に並べられ、あるいは軸方向に所定の距離を持つかも知れない。
【００１６】
本件発明の他の面によれば、射出成型工程によるフェルールアラインメントスリーブ製作に利用する精密なコアピンを形成するための方法は、第１の直径の第１のピンの部分と第１の直径と異なる第２の直径の第２のピンの部分を形成するステップとそれぞれの第１及び第２のピンの部分上に複数のフラットを形成するステップを含む。コアピンは、射出成型工程の間のコアピンの取り外しを容易にするように、コアピンの長さにわたって長さ方向のテーパーを含むかも知れない。好ましくは、それぞれ第１及び第２のピンの部分に３つの等角に隔てられたフラットが存在し、ここでフラットはコアのピンの中心軸に平行である。好ましくは、第１のピンの部分上のそれぞれのフラットが第２のピン部分の平行なフラットに対応する。
【００１７】
本件発明の他の面によれば、サイズの異なるフェルールを軸方向に並べるためのアラインメントスリーブを作成するための方法は、第１の直径の第１のピンの部分と第１の直径とは異なる第２の直径の第２のピンの部分とを有する精密なコアピンを含む、鋳型を提供するステップを含んでいる。さらに、コアピンはそれぞれ第１及び第２のピンの部分上に複数のフラットを含む。他のステップでは鋳型を用いてコアピンのまわりにアラインメントスリーブを製作するステップを含み、ここでアラインメントスリーブは、第１の直径の第１のフェルールを収容するための第１のボアと第２の直径の第２のフェルールを収容するための軸方向に第１のボアと一列に並べられた第２のボアとを含んでいる。第１のフェルールと第２のフェルールの軸調節は同軸上にあるか、所定の距離の軸方向のオフセットを持つかも知れない。アラインメントスリーブは、好ましくはポリエチルイミドからなる材料から製作される。
【００１８】
コアピンの第１のピンの部分及び第２のピンの部分は、それぞれのボアの内径を増加するために薄い金属層によって選択的にメッキされるかも知れない。さらに、その方法は、アラインメントスリーブへのフェルールの挿入力や取り外す力のどちらかを測定する、質制御ステップを含むかも知れない。質制御ステップからの情報は後に成型されるスリーブが必要とする挿入力のための成型パラメーターを調整するための使われるかも知れない。
【００１９】
本件発明の他の特徴と利点は、続く図及び詳細な説明を検討することにより当業者には明らかとなるだろう。添付の特許請求の範囲によって規定されるように、全ての特徴と利点が本件発明の範囲は含まれる。
【００２０】
【実施例】
本件発明は続く図を参照することによってさらに理解される。ここでは図の要素に対してスケールを記載する必要はなく、代わりに本発明の原理をはっきりと示すように強調された。さらにいくつかの図を通じて対応する部分に同じ参照数字が指定された。
【００２１】
ここで本件発明の好ましい実施例が示された付随する図を参照しながら、本件発明は、この後より詳しく説明される。しかしながら本件発明は多くの異なった形態で実施され、ここに記載された実施例に制限するように解釈すべきではない；むしろ、これらの実施例は、本件開示によって当業者に徹底的かつ完全に本発明の範囲を伝えるために提供されている。
【００２２】
図１には、本件発明の実施例に従うアラインメントスリーブ１０が図示されている。アラインメントスリーブ１０は、軸方向にならべられお互いに近接した比較的大きなフェルール部分１２と比較的小さなフェルール部分１４を含んでいる。保持リング１６は、大きいフェルール部分１２と小さなフェルール部分１４の境界面に配置されている。保持リングは複数のラッチングアームと共同して動作し、完全に公開されている参照としてその開示が組み込まれるよう本件発明の受託者に指示された、「クローズドアラインメントスリーブ」のタイトルのアメリカ特許第5,621,834号に詳しく述べられているように、アラインメントスリーブ１０はラッチングアームに装填されるバネによって結合され、離れないように押され適合する。代わりに当業者には良く知られているように、アラインメントスリーブは従来のコネクターの結合に適合する大きさにされた、本質的に円筒状の外側表面を持っている。
【００２３】
アラインメントスリーブ１０は、ＳＴ^TM（ルーセントテクノロジー社のトレードマーク）コネクターの２．５ミリメータ（ｍｍ）フェルールのような比較的大きい直径のフェルールを大きなフェルール部分１２へ収納するために大きなフェルールアパーチャー１８を有している。小さなフェルールアパーチャー２０は、ＬＣコネクターの１．２５ｍｍフェルールのような比較的小さな直径のフェルールを小さなフェルール部分１４へ収納するために大きなフェルールアパーチャー１８の反対側に配置されている。
【００２４】
図２を参照すると、大きなフェルールアパーチャー１８と小さなフェルールアパーチャー２０は、第１の内径の大きなフェルールのボア２４と第１の内径より小さな第２の内径の小さなフェルールのボア２６からなる中心のボア２２によって相互に結合されている。大きなフェルールのボア２４と小さなフェルールのボア２６は境界領域２８によって相互に接続されている。大きなフェルールのボア２４は、複数のランド３８を含む内部表面３７を有する壁３６によって規定されている。好ましい実施例では３つのランド３８がある。良く知られたように円筒状フェルールはランド３８によって提供される３つの接触線によって正確に配置される。ここでは平らな表面のように図示されているが、ランド３８はアラインメントスリーブ１０によって収容されるフェルールの正確な調整を提供する適した、突出あるいはパイプのような、ほかの形を取ることもあり得る。
【００２５】
図３に示されたように、ランド３８は内部表面３７に等しい角度でお互いに隔てられ、それぞれのランド３８の中心は他のランド３８の中心からおよそ１２０度離れている。ランド３８で大きなフェルール部分１２の内部半径Ｒ₁はおよそ１．２４７ｍｍ（２．４９４ｍｍの内径を規定している）で、一方内部表面３７で半径Ｒ₂はおよそ１．２５５ｍｍ（２．５１ｍｍの内径を規定している）である。壁３６の厚さ３９はおよそ０．５１ｍｍである。
【００２６】
有利なことに本件発明のデザインでは、独立したランド３８のサイズは大きなフェルール部分１２のなかでフェルールを正確に配置するように選択的に制御される。例えば３つのランド３８が、大きなフェルールのボア２４の中心軸からそれぞれのランド３８の中心までの半径が等しいような同じサイズに作ることによって、大きなフェルール部分１２のなかに収容されたフェルールは実質的に大きなフェルールのボア２４と同軸上に調整される。しかしながらもしランド３８の中の二つが、大きなフェルールのボア２４の中心軸からの第１の半径となるような第１のサイズであり、第３のランドが大きなフェルールのボア２４の中心軸から異なった半径となるような第２のサイズを持ち、かつ３つのランド３８の内径が未だに２．４９４ｍｍ（前述のように）であるなら、より大きなフェルール部分１２のなかに収容されるフェルールは大きなフェルールのボア２４に関して軸方向にオフセットを持つだろう。このように本件発明は、以下に説明されるように、光減衰器あるいはオフセットランチ状態のような、所望の機能を実行するための、アラインメントスリーブのデザインにおける、柔軟性を提供する。
【００２７】
したがって、図４の端面図に示されるように、アラインメントフェルール１０の大きなフェルール部分１２に収容される２．５ｍｍフェルールは、大きなフェルール部分１２にランド３８で接触され、わずかな隙間４２がフェルール４０と内部表面３７の間に残される。ランドはフェルール４０より小さな半径をもつように設計されているので、ランドのとの接触は保証される。３つのランドのデザインは、ランド間が最大角度の距離にしてアラインメントスリーブ１０のなかで正確にフェルールを位置づけるようにする。ランド３８間の距離を最大にすることによってランド３８間の壁３６の柔軟性が増加し、アラインメントスリーブ１０がそこに収容されたフェルールの直径のより大きなバラツキに適合することを可能とする。
【００２８】
図２に戻って、小さなフェルールのボア２６は複数のランド５２を含む内部表面５１を有する壁５０によって規定されている。ランド３８のように、ランド５２は、正確な同軸調整や小さなフェルールのボア２６の中心軸に関して小さなフェルール部分１２のなかに収容されたフェルールの軸オフセット調整のような所望の機能を与えるように独立にデザインされる。リブ５３が壁５０の外側に配置され、詳細は以下に説明されるように射出成型工程の間に小さなフェルール部分１４の材料の流れを促進する。
【００２９】
大きなフェルールアパーチャー１８と小さいフェルールアパーチャー２０の斜表面５６は、それぞれのフェルールアパーチャー１８、２０でのアラインメントスリーブ１０へのフェルールの挿入を促進する。境界面２８は大きなフェルールのボア２４に収容されたフェルールをアラインメントスリーブ１０のなかで停止させる停止面６０を含んでいる。停止面６０は、ＳＴ^TMコネクターのような大きなフェルールコネクター及びＬＣコネクターのような小さなフェルールコネクターによって与えられる不釣り合いな軸方向の負荷を補償する。
【００３０】
以下にさらに詳細が述べられるように、アラインメントスリーブ１０を製作するために用いられる射出成型工程において利用される精密なコアピンの取り外しを促進するために中心のボア２２は、大きなフェルールアパーチャー１８から小さなフェルールアパーチャー２０まで所定の角度でなだらかなテーパーをもつことが目的を明確にするために記載された。ランド３８、５２はこのテーパーを含まないので、中心ボア２２の中心軸５４の長さ方向の長さを通じて平行である。したがって、得られる視覚的な効果は、少なくとも図２に示されたように、ランド３８、５２がテーパーを持つように見えることである。
【００３１】
図５を参照すると、小さなフェルールの部分１４の断面図が等間隔のランド５２を示し、それぞれのランド５２の中心は他のランド５２の中心から１２０度離れている。ランド５２での小さなフェルールの部分１４の半径Ｒ₃はおよそ０．６２３１ｍｍ（内径は１．２４６ｍｍを形成し）で、一方内部表面５１のＲ₄はおよそ０．６２７ｍｍ（内径は１．２５５ｍｍ）である。したがって１．２５ｍｍの直径のフェルールはランド５２でより小さなフェルールの部分１４と接触し、フェルールと内壁５１の間にわずかな隙間が残る。
【００３２】
本件発明を例示するために選択された実施例では、壁５０の厚み６６はおよそ０．３０ｍｍである。この小さな壁の厚みのために、射出成型製作技術を用いた際に材料の流れと共に問題が生じるかも知れない。したがって、出願人は壁５０の周囲にリブ５３を与えて、射出成型工程の間の材料の流れを促進した。リブ５３は小さなフェルールの部分１４の柔軟性には影響しない。リブ５３の外側のエッジで小さなフェルールの部分１４の半径Ｒ₅はおよそ２．４６ｍｍである。リブ５３の幅は図５に図示されたように０．４４ｍｍか０．５ｍｍのどちらかである。リブ５３の配置がアラインメントスリーブ１０の特定の応用にしたがって変わり得ることには注意が必要だ。
【００３３】
本件発明の好ましい実施例ではアラインメントスリーブ１０はプラスチックのような可撓性の材料からなり、それぞれのフェルールの部分１２、１４はアラインメントスリーブ１０のなかに収容されたフェルールの外径のわずかなバラツキに適合される。可撓性の材料は、フェルールのサイズのバラツキを適合させ、かつ挿入工程の間及びコネクターの寿命の間にフェルールを保持し、かつ調整するのに十分に堅固でなければならない。好ましい可撓性の材料は着色剤を伴わないポリエチルイミドである。ポリエチルイミドは３，３００Ｍｐａの曲げ係数、０．００００５６ｍ／ｍ−degreeＣの熱膨張係数を持っている。
【００３４】
したがって本件発明に従うアラインメントスリーブはそれぞれのフェルールの部分１２、１４に対する所定の挿入力（引き出す力に言及しても）を与えるようにデザインされる。好ましい実施例においては、大きなフェルールの部分１２はおよそ４．４５Ｎ（４５４グラム重）の挿入力を与えるようにデザインされ、小さなフェルールの部分１４はおよそ１．９６Ｎ（２００）グラム重の挿入力を与えるようにデザインされた。それぞれのフェルールの部分１２、１４に対する挿入力は、例えば本件発明の実施例の２．５ｍｍと１．２５ｍｍコネクターといったアラインメントスリーブがデザインされたそれぞれのフェルールのサイズに対するコネクターの軸方向の負荷より小さいようにデザインされた。それゆえ、０．９０７ｋｇ（２ｌｂ）の軸方向負荷を持つ２．５ｍｍフェルールコネクターは、大きなフェルールの部分１２に２．５ｍｍフェルールを完全に挿入するために十分な力を持つだろう。同じように０．４９９ｋｇ（１．１ｌｂ）の軸方向負荷を持つ１．２５ｍｍフェルールコネクターは、１．２５ｍｍフェルールを小さいフェルールの部分１４に完全に挿入するために十分な力を持つだろう。わずかな量の挿入力の存在によって、アラインメントスリーブの中に収容された二つのフェルールの結合を弱める逆方向の負荷の可能性を減少させる。しかしながら図６に示したように、挿入力は、アラインメントスリーブのなかでフェルールが接合関係を持つことを保証するためにそれぞれのフェルールコネクターの軸方向負荷より小さくするべきである。このようにフェルール部分に対する挿入力はゼロより大きく、挿入されたフェルールの典型的な軸方向負荷より小さくすべきである。フェルールの部分１２、１４に対するそれぞれの挿入力は、それぞれランド３８、５２によって内径が規定される、壁３６、５０の厚さとアラインメントスリーブを構成する材料のコンプライアンスのデザインによって制御される。以下に説明されるように、挿入力は、アラインメントスリーブを製作するために利用された鋳型の精密なコアピンに薄い金属層をメッキすることや、射出成型パラメーター（例えば成型温度、射出圧）を調節することによって細かく調整できる。
【００３５】
図６を参照すると、２．５ｍｍフェルールのような、大きなフェルール７０がアラインメントスリーブ１０の大きいフェルールの部分１２に挿入されることが示されている。大きいフェルール７０は、停止面６０に対してフェルール７０の端面７２を位置づける軸方向負荷によってアラインメントスリーブ１０のなかに押し留められる。１．２５ｍｍフェルールのような、小さいフェルール７４が小さいフェルールの部分１４に挿入されることが示されている。小さいフェルール７２は、その端面７６がフェルール７０の端面７２に整合関係で衝合するまで軸方向負荷によって小さいフェルールの部分１４のなかに完全に押し込まれる。大きいフェルール７０は正確にランド３８によって大きいフェルールの部分１２のなかに調整され、そして小さいフェルールの部分７４は正確にランド５２によって小さなフェルールの部分１４の中に調整される（図６には示されていない）。フェルール７０、７４の正確な整列の結果として、光ファイバーのコアがマウントされるボアや通路８０、あるいは光ファイバーのコアがマウントされるボアや通路８２が、図６に示されるように中心コア２２の中心軸８４に沿って同軸に整列される。サイズの異なるフェルール７０、７４の正確な同軸調整は接合損失を減少し、アラインメントスリーブ１０を構成する材料のコンプライアンスはフェルール７０、７４の直径のバラツキに適合される。
【００３６】
減衰器の実施例
当業者には良く知られているように、二つの光ファイバーを光ファイバー接続において整合する際に、光ファイバーのコアの整合のオフセットによって、伝送側光ファイバーから受信側光ファイバーへの光信号の不完全な転送が引き起こされるだろう。そのような不完全な転送における信号の損失量は、それぞれのコアの相対的な直径を含む様々なパラメーターに依存しているが、コアの整合オフセットと挿入損失の間の関係が存在することは良く受け入れられる。コアのオフセットによる損失は望まないものではあるが、そのような損失が正確に制御されるならば光減衰器のような様々な応用に有益でありえるというような事態が起こる。
【００３７】
光ファイバー通信ネットワークデザインにおいて、産業上良く知られているように光減衰器は光信号の出力レベルを減少させるために利用される。しかしながら今日まで出願人は３ｄＢより少ない次元の低い損失レベルを正確に、かつ高い信頼性で与えることのできる減衰器を知らない。信号モードのファイバーにおけるコアのオフセットのための損失についてしばしば文書で提供されてきたが（マーカス、Ｄの「シングルモードファイバー結合の損失の分析」ＢＳＴＣ、５６、Ｎｏ．５（５月−６月、１９７７）、ページ７０３ー７１８を参照されたい）、好ましい、３ｄＢより小さいレベルで所定の損失を与えるために必要とされる正確さを伴うオフセットの量を正確に、かつ絶え間なく制御できるようなデバイスを出願人は知らない。例えば、１ｄＢの損失を達成するために横方向のオフセットはシングルモードファイバーにおいてはおよそ２μｍにすべきである。そのようなオフセットを正確かつ絶え間なく与えることのできるデバイスはこれまで商業的に利用できなかった。
【００３８】
図７を参照すると、本件発明に従うアラインメントスリーブ１００は、その中に収容されたフェルールのコアの軸方向にオフセットが与えられている。図示したように、大きなフェルール１７０は大きなフェルールの部分１１２の中に収容され、小さなフェルール１７４は小さなフェルールの部分１１４に収容されている。上述したように、大きなフェルールの部分１１２のランド、及び／あるいは小さなフェルールの部分１１４のランドのデザインによってフェルール１７０、１７４は軸方向に、大きなフェルール１７０の中心軸１８６が小さなフェルール１７４の中心軸１８８からＹ方向に所定の距離Δ₁のオフセットがあるというような正確なオフセットを持ち得る。実際のオフセットΔ₁は、正確さと信頼性を伴いながらも低い接合損失を与える光減衰器としてアラインメントスリーブ１００が動作するように、フェルール１７０と１７４の間の光信号通過に所定の損失を加えるように正確に規定されるかも知れない。
【００３９】
オフセットランチの実施例
帯域幅、スキュー／ジッタおよび損失における接合性能は、もしシングルモードのファイバーからの光信号が部分的にマルチモードの光ファイバーの光学モードを満たすようにマルチモードのファイバーに送り出されたならば、改善されるかもしれないことが理解されている。改善された接合性能を達成するための一つの方法は、シングルモードとマルチモードのファイバーの中心が所定のオフセットをもって誤って一列に並べられるようにマルチモードファイバーの入力側に接合する光伝送モジュールのシングルモードファイバーのピグテールを利用することである。マルチモードファイバーの中でかなり大きくは減少しないで伝搬し、コアの中心とコア／クラッド界面領域の両方から離れ、マルチモードファイバーをある程度満たし、利用可能なモードの一部のみを励起するオフセットランチ条件についてここで言及する。しかしながら、マルチモード光ファイバーの帯域幅の性能を高めるためのオフセットランチ条件は、所望のランチ条件を絶え間なく作り出すために再生され得る正確なオフセットを提供することができないので、達成することは困難であった。
【００４０】
例えば、図８を参照すると、マルチモードの光ファイバー１９０はクラッド１９３に囲まれたコア１９２を含んでいる。好ましくはマルチモードコア１９２はおよそ３１．２５μｍの半径を持っている。このようにマルチモードファイバーコア１９２の所望のオフセットランチ領域１９４は、マルチモードファイバーのコア１９２の中心からの距離およそ１３μｍ（Ｒ₆）からおよそ２７μｍ（Ｒ₇）まで延長した環状の領域によって規定される。オフセットランチ領域１９４に光信号を送出するためにシングルモードファイバー（直径８−９μｍを仮定する）に対するコアのオフセットはおよそ１７μｍから２３μｍの間であるべきである。コアの半径が２５μｍであるマルチモードファイバーの場合、マルチモードファイバーの所望のランチ領域１９４は、シングルモードファイバーに対して（直径８−９μｍを仮定）およそ１０μｍから１６μｍまでの間のコアのオフセットに変換される、マルチモードファイバーの中心からおよそ６μｍ（Ｒ₆）からおよそ２０μｍまで延長されるだろう。図示目的のために、送出（あるいは伝送）シングルモード光ファイバー１９６のコアが、マルチモードファイバー１９０へのオフセットランチに対する位置に示された。このように、光信号が送出され、伝送（すなわち、送出）シングルモードファイバーが位置すべき、マルチモードファイバーのコア１９２のオフセットランチ領域１９４がある。
【００４１】
したがって、図９を参照すると、本件発明の実施例に従うオフセットランチアラインメントスリーブ２００は、マルチモード光ファイバーのコアで第二のフェルール２７０の中にマウントされる、通路２８０あるいはボアの所望のランチ領域の中で第一のフェルール２７４とともにシングルモード光ファイバーのコアがマウントされる、通路２８２あるいはボアを位置付けるオフセットを提供する。図示したように、通路２８２の中心軸２８８は、コア２７０の中心軸２８６に関するＹ方向において所定の距離Δ₂のオフセットがある。そのオフセットがＸあるいはＹ方向、又はそれらの何らかの結合となるかも知れないことに注意が必要である。上述したように、オフセットランチに対する正確な所定のオフセットの距離Δ₂は、大きなフェルールの部分２１２と小さなフェルールの部分２１４のランドのサイズを独立に制御することによって達成できる。
【００４２】
アラインメントスリーブの製作
本件発明の低コストのアラインメントスリーブを製作するために、アラインメントスリーブは射出成型技術を用いて形作られるかも知れない。しかしながら、アラインメントスリーブは許容誤差内にフェルールのコアを正確に整列するために非常な正確さを持って製作されなければならない。プラスチック射出成型のための鋳型作成のための技術の詳細な説明は、「プラスチック産業社会のプラスチック工学ハンドブック」マイケルＬ．バロン編集、ファンノーストランドレインホールド、ニューヨーク、１９９１の本の中に見つけることができる。
【００４３】
そこに収容されるフェルールの正確な調整を生み出し、中心ボア２２の特徴の正確さを達成するために、図１０に図示したように精密なコアピン３００が利用されるかも知れない。コアピン３００は、射出成型工程において用いられる鋳型の中心要素として動作する。特にコアピン３００は、リブ５３及び保持リング１６のようなアラインメントスリーブの外側の特徴を規定する外側の鋳型の中で縦に配置される。アラインメントスリーブが製作される原料の液体プラスチック材料が、リングゲートを通すか、あるいは両端からのように異なる多様な方法によって鋳型に注入される。
【００４４】
コアピン３００は好ましくは、Ｓ７ツールスチールのような、精密グラインダや旋盤を用いて機械加工される超硬合金である。コアピン３００は、遷移部分３２８によって相互に接続された大きなピンの部分３１２と小さなピンの部分３１４を含んでいる。大きなピンの部分３１２と小さなピンの部分３１４は、二つのピンの部分の同軸上の整列を保証するために好ましくは同時に製作される。遷移部分３２８は、アラインメントスリーブ１０の停止面６０に対応する停止壁３６０を含む。コアピン３００は大きなピンの部分３１２から小さなピンの部分３１４までテーパーを含んでいる。好ましくはテーパーは、コアピン３００の長さに沿って続き、そして好ましくは５度より小さい。好ましい実施例ではテーパーはおよそθ＝０．５°である。テーパーは成型されたアラインメントスリーブから、例えば矢印３９８の方向にコアピン３００の取り外しを容易にするように与えられる。テーパーは、アラインメントスリーブの内部表面３７、５１に対応する表面３３７および３５１に与えられる。内部表面３７、５１はアラインメントスリーブ１０の動作に関しては何の機能も持たない（すなわち、内部表面３７、５１はアラインメントスリーブに挿入されたフェルールと接触しない）。
【００４５】
コアピン３００に切り込まれたフラット３３８、３５２はアラインメントスリーブ１０のランド３８、５２を形成する。ランド３８、５２のサイズは対応するフラット３３８、３５２の切り込みの深さによって独立に制御される。それぞれのフラット３３８の各一つが平面３５２の一つに対応し、対応するフラットがコアピン３００に同時に切り込まれ、フラットと結果のランドが調整される。フラット３３８、３５２は好ましくはコアピン３００の中心軸３５４に平行で、すなわち中心軸３５４から平面３３８、３５２の中心までの半径は本質的にその平面３３８、３５２の長さを通じて同じである。平面３３８、３５２はテーパーを持っていないので平面３３８、３５２は図１０のテーパーの外観を見せる。
【００４６】
一度コアピン３００が製作されると、そこから形成されるアラインメントスリーブの正確な寸法は金属の薄い層でコアピンの一部を選択的にメッキすることによって細かく調整され、コアピンのメッキされた領域のサイズと、そして対応する領域のアラインメントスリーブの中心のボアのサイズが増加する。クロムのような他に適した金属も利用できるかも知れないが、好ましい実施例ではコアピン３００にメッキされた金属は窒化チタンである。例えば、本件発明にしたがうコアピンを用いて製作されたアラインメントスリーブへのフェルールの挿入力が所望のものより大きいならば、ランドによって規定される内径を増加するためにコアピンは選択的にメッキされる。商業的なメッキ材料を通して利用できる知られた技術を用いて、メッキはおよそ０．０５０μｍの厚さに制御性良くメッキすることができる。
【００４７】
アラインメントスリーブの物理的なサイズは、たとえば成型温度、射出圧のような成型パラメーターを変化させることによって細かく調整される。スリーブへのフェルールの挿入力を監視することによって、成型パラメーターは許容されるスリーブを提供するために調整される。挿入力の監視から許容できない適合が示されたとき、成型パラメーターは、プラスチックスリーブのサイズを修正することによって挿入力を変化するために調整される。
【００４８】
本件発明の先行する記載及び関連する図に提案された教示が有益である当業者には、本件発明の多くの修正及び他の実施例が頭に浮かぶであろう。それゆえ、本件発明が開示された特定の実施例に制限されずに、かつ修正や他の実施例が添付の特許請求の範囲に含まれることは理解されるであろう。ここでは特定の用語が用いられているが、それらは総称的、説明的な意味で用いられているにすぎず、制限する目的はない。
【００４９】
【発明の効果】
本件発明によれば、異なるサイズの光フェルールを相互に接続し、かつ正確な整合関係で軸調整することによって一つのフェルールからもう一つへ通過する光信号の損失を減少する、あるいは意図的に光信号の損失を制御することのできるアライメントスリーブが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に従うアラインメントスリーブの斜視図である。
【図２】図１のアラインメントスリーブの中心ボアの２’−２’に沿った断面図である。
【図３】図２のアラインメントスリーブの大きなフェルールの部分の３’−３’に沿った断面図である。
【図４】アラインメントスリーブの大きなフェルールの部分の中にフェルールが収容されている、本件発明の実施例に従うアラインメントスリーブの大きなフェルールの部分の端面図である。
【図５】図２のアラインメントスリーブの小さなフェルールの部分の５’−５’に沿った断面図である。
【図６】フェルールを正確に同軸に整列するためのアラインメントスリーブのなかに二つのフェルールが収容され、その間に光結合が形成されている、本件発明の実施例に従うアラインメントスリーブの断面図である。
【図７】コアに所定の軸オフセットを作成するためのフェルールを正確に整列するアラインメントスリーブのなかに二つのフェルールが収容されている、本件発明の実施例に従うアラインメントスリーブの断面図である。
【図８】オフセットランチ条件のためのマルチモード光ファイバーのランチ領域の略図である。
【図９】オフセットランチ条件を形成するためにフェルールのコアに所定の軸オフセットを形成するために正確にフェルールを整列するためのアラインメントスリーブに二つのフェルールが収容されている、本件発明の実施例に従うアラインメントスリーブの断面図である。
【図１０】本件発明の実施例に従う精密コアピンの斜視図である。
【符号の説明】
１０、１００アラインメントスリーブ
１２、１４、１１２、１１４、２１２、２１４フェルールの部分
１６保持リング
１８、２０アパーチャー
２２、２４、２６ボア
２８境界面
３６、５０壁
３８、５２ランド
３７、５１内部表面
４２隙間
５３リブ
５６斜表面
６０、３６０停止面
６６厚み
７０、７４、１７０、１７４フェルール
７２端面
８０、８２、２８０、２８２通路
８４、１８６、１８８、２８８、３５４中心軸
１９０マルチモード光ファイバー
１９２、２７０コア
１９４オフセットランチ領域
１９６シングルモード光ファイバーコア
２００オフセットランチアラインメントスリーブ
３１２、３１４ピンの部分
３２８遷移部分
３３７、３５１表面
３５２、３３８フラット
３９８矢印

Claims

軸方向に異なるサイズのフェルールを整列させるためのアラインメントスリーブにおいて、：
第一の部分及び第二の部分を含む本質的に貫通した中心孔を規定する支持部材であって、前記中心孔が、およそ５度より小さい所定の角度で漸次、テーパーされており、前記第一の部分及び前記第二の部分が長手方向に整列され、かつお互いに近接している支持部材を含み、
前記支持部材は前記第一の部分の少なくとも一部を規定する第一の内壁を含み、前記第一の内壁はその内周に等間隔で隔てられた複数の第一のランドを含み、前記第一のランドは第一の直径の第一のフェルールを収容する大きさであり、さらに前記第一のランドは前記支持部材の前記第一の部分に収容されるフェルールの正確な整合を与えるために適した形状をしており、そして、
前記支持部材は前記第二の部分の少なくとも一部を規定する第二の内壁を含み、前記第二の内壁はその内周に等間隔で隔てられた複数の第二のランドを含み、前記第二のランドは前記第一の直径と異なる第二の直径の第二のフェルールを収容する大きさであり、さらに、前記第二のランドは前記支持部材の前記第二の部分に収容されるフェルールの正確な整合を与えるために適した形状をしていることを特徴とするアラインメントスリーブ。
請求項１記載のアラインメントスリーブにおいて、前記第一のランド及び前記第二のランドが、前記第一の部分に収容された第一のフェルールの中心軸と、前記第二の部分に収容された第二のフェルールの中心軸とを同軸上に整列させることを特徴とするアラインメントスリーブ。
請求項１記載のアラインメントスリーブにおいて、前記第一のランド及び前記第二のランドが、前記第一の部分に収容された第一のフェルールの中心軸を前記第二の部分に収容された第二のフェルールの中心軸に対し所定の距離でオフセットをもたらすことを特徴とするアラインメントスリーブ。
請求項１記載のアラインメントスリーブにおいて、前記第一の部分及び前記第二の部分が同軸上に整列され、かつ前記第一の部分のランドの１つが前記第一の部分のランドの他のものと異なる大きさのアラインメントスリーブであって、前記第一の部分に収容された第一のフェルールが前記第一の部分と非同心的に並べられ、前記第一の部分に収容された前記第一のフェルールの中心軸及び前記第二の部分に収容された第二のフェルールの中心軸がオフセットを有することを特徴とするアラインメントスリーブ。
請求項１記載のアラインメントスリーブにおいて、前記孔が前記第一の部分に隣接した第一の端及び前記第二の部分に隣接した第二の端を含み、前記第一の端及び前記第二の端が前記孔へのフェルールの挿入を助けるための傾斜した内側のへりを含むことを特徴とするアラインメントスリーブ。
請求項１記載のアラインメントスリーブにおいて、前記第一の部分が３つの第一のランドを含み、かつ前記第二の部分が３つの第二のランドを含むことを特徴とするアラインメントスリーブ。
請求項１記載のアラインメントスリーブにおいて、前記支持部材がポリエチルイミドからなることを特徴とするアラインメントスリーブ。
請求項１記載のアラインメントスリーブにおいて、前記第一の部分に第一のフェルールが収容された際に前記第一の内壁が中心軸から外側に放射状に伸張する可撓性の材料からなり、かつ前記第二の部分に第二のフェルールが収容された際に前記第二の内壁が放射状に伸張する可撓性の材料からなることを特徴とするアラインメントスリーブ。
軸方向に異なるサイズのフェルールを同軸上に穴が整列するためのアラインメントスリーブにおいて、：
第一の公称直径の第一のフェルールを収容するための大きさの第一の部分及び前記第一の直径と異なる第二の公称直径の第二のフェルールを収容するための大きさの第二の部分を含み、前記第一の部分及び前記第二の部分を貫通する中心孔を規定する支持部材であって、前記中心孔が、およそ５度より小さい所定の角度で漸次、テーパーされており、前記第一の部分及び前記第二の部分が長さ方向に整列され、かつお互いに近接している支持部材を含み、
前記支持部材は、前記第一の部分を少なくとも部分的に規定する可撓性の第一の壁を含み、前記第一の壁は前記第一の公称直径のわずかなバラツキに適応するために変形可能であり、そして
前記支持部材は、前記第二の部分を少なくとも部分的に規定する可撓性の第二の壁を含み、前記第二の壁は前記第二の公称直径のわずかなバラツキに適応するために変形可能であり、
ここで前記第一の壁は等間隔で隔てられた複数の第一のランドを有する第一の内側表面を含み、前記第二の壁は等間隔で隔てられた複数の第二のランドを有する第二の内側表面を含み、前記第一のランドは前記支持部材の前記第一の部分に収容されるフェルールの正確なアライメントを提供するために適した形状であり、前記第二のランドは前記支持部材の前記第二の部分に収容されるフェルールの正確なアライメントを提供するために適した形状をしていることを特徴とするアラインメントスリーブ。
請求項９記載のアラインメントスリーブにおいて、前記第一のランド及び前記第二のランドが、前記第一の部分に収容された第一のフェルール及び前記第二の部分に収容された第二のフェルールに同軸上に整列されることを特徴とするアラインメントスリーブ。
請求項９記載のアラインメントスリーブにおいて、前記第一のランド及び前記第二のランドが、前記第一の部分に収容された第一のフェルールの中心軸と、前記第二の部分に収容された第二のフェルールの中心軸に対し所定の距離で軸方向にオフセットをもたらすことを特徴とするアラインメントスリーブ。
請求項９記載のアラインメントスリーブにおいて、前記第一の部分及び前記第二の部分が同軸上に整列され、かつ前記第一の部分のランドの１つが前記第一の部分のランドの他のものと異なる大きさのアラインメントスリーブであって、前記第一の部分に収容された第一のフェルールが、前記第一の部分と非同心的に整列され、前記第一の部分に収容された前記第一のフェルールの中心軸及び前記第二の部分に収容された第二のフェルールの中心軸が軸方向にオフセットを有することを特徴とするアラインメントスリーブ。
請求項９記載のアラインメントスリーブにおいて、前記支持部材がポリエチルイミドからなることを特徴とするアラインメントスリーブ。
射出成型工程によるフェルールアラインメントスリーブの製作に利用するコアピンであって、：
第一の直径の第一のピンの部分及び前記第一の直径とは異なる第二の直径の第二のピンの部分と、
それぞれ前記第一及び前記第二のピンの部分の上に等間隔で隔てられた複数のフラットを含み、そして
前記コアピンは、前記射出成型工程における前記コアピンの取り外しを促進するための前記コアピンの長さにわたって長さ方向に形成され、およそ５度より小さい所定の角度で漸次傾斜したテーパーを含むことを特徴とするコアピン。
請求項１４記載のコアピンにおいて、前記コアピンが中心軸を含み、前記フラットが前記コアピンの中心軸に平行で、少なくとも三つのフラットを前記第一のピンの部分の上に含むコアピン。
請求項１４記載のコアピンにおいて、前記コアピンの前記第一のピンの部分に第一のフラットを、及び前記コアピンの前記第二のピンの部分に第二のフラットを含み、前記第一のフラットの各々が対応する第二のフラットに平行であることを特徴とするコアピン。
サイズの異なるフェルールを軸方向に整列するためのアラインメントスリーブを製作するための方法において、：
第一の直径をもつ第一ピン部分と前記第一の直径とは異なる第二の直径をもつ第二ピン部分を有する精密なコアピンからなる鋳型を提供するステップであって、前記コアピンが複数のフラットを各前記第一及び前記第二ピン部分の上に含む、コアピンを提供するステップ（以下、コアピン提供ステップと呼ぶ）と、
前記鋳型を使って前記コアピンの周りにアラインメントスリーブを製作するステップであって、前記アラインメントスリーブは前記アライメントスリーブの中心を貫通する孔を含み、前記孔は第一の直径をもつ第一のフェルールを収容するための第一孔部分及び前記第一の直径と異なる第二の直径をもつ第二のフェルールを収容するためのものであって、前記第一の孔の軸方向に整列された第二孔部分とからなるようなアライメントスリーブを製作するためのステップ（以下、アラインメントスリーブ製作ステップと呼ぶ）とを含み、
前記アライメントスリーブ製作ステップが前記コアピンの前記第一のピンの部分に対応する前記第一の孔の部分と、前記コアピンの前記第二のピンの部分に対応する前記第二の孔の部分とを、前記貫通する穴が前記第一の孔部分から前記第二の孔部分に至るまでにおよそ５度より小さい所定の角度で漸次傾斜するようにして形成するステップを含み、さらに前記孔の部分の各々が前記コアピンの前記第一および第二のピン部分の前記フラットによって規定される複数の等間隔で隔てられたランドを含むことを特徴とするアラインメントスリーブ製作方法。
請求項１７記載の方法において、前記アラインメントスリーブ製作ステップがポリイミドからなる材料で前記アラインメントスリーブを製作するステップを含むことを特徴とする方法。
請求項１７記載の方法において、前記コアピンの前記第一ピン部分及び前記第二ピン部分の少なくとも一つを金属層でメッキし、前記第一孔部分又は前記第二孔部分の内径を増大するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
請求項１７記載の方法において、前記アラインメントスリーブへの前記第一または／および前記第二のフェルールの挿入力及び取り外し力のうち一つを測定するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
請求項１７記載の方法において、前記アラインメントスリーブ製作ステップが、第一又は第二のフェルールがそれぞれ前記第一及び第二孔部分のひとつに収容された際に、その中心軸から外側に放射状に伸張する可撓性の材料で前記アラインメントスリーブを形成するステップを含むことを特徴とする方法。