JP4620314B2 - 多チャンネル光ファイバロータリージョイント - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多チャンネル光ファイバロータリージョイントに関する。より詳細には、本発明は、バンドル内の一組のファイバストランドから、そのバンドルから軸方向に隔置されている別個のバンドル内の別の組のファイバストランドにロータリージョイントを介して伝送される信号強度を最適化するための調整機構が設けられているロータリージョイントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
多チャンネル光ファイバロータリージョイントは当業界では既知のものであり、その一例が米国特許第5,271,076号に記載されている。この特許において説明されているように、多チャンネルロータリージョイントに関連する極端な公差は、高い光損失と回転による光損失のばらつきを示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、ロータリージョイントを介して信号強度の最適化を行うことができ、ロータリージョイントの一方の端が他方の端に対して回転する間、本質的に一定の信号強度を与えることができる多チャンネル光ファイバロータリージョイントを供給することである。
【０００４】
本発明の更なる目的は、半径方向外側に配向されているファイバストランドの位置合わせを容易にする前に、ファイバストランドの中央の１つに対する位置合わせの設定を容易にする上述の多チャンネル光ファイバロータリージョイントを供給することである。本発明のさらなる目的は、ジョイントのそれぞれの端部が回転するように支持され、調整が必要なときに、反対方向への回転が容易となるように、その２つの端部が回転するように連結され、外側の光ファイバストランドを最適な信号強度の関係とすることができる多チャンネル光ファイバロータリージョイントを供給することである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のその他の目的と用途は、この一般的な形式の装置に精通している者が後述の明細書を読み、添付図面を調べることにより一層明らかとなるであろう。
【０００６】
特定の用語が、簡便さと参照のみを目的として後述の説明において使用されるが、限定的なものではない。「上」、「下」、「右」、「左」という語は、参照される図面中の方向を示すものである。「中」、「外」という語はそれぞれ、装置とその示された部分の幾何学的中心に向かう方向、及び離れる方向に関連している。このような用語は派生語、及び類似の重要な語を含んでいる。
【０００７】
多チャンネル光ファイバロータリージョイント１０が図１に示されている。この多チャンネル光ファイバロータリージョイントは、その内部で軸方向に延伸する細長い通路１２を有するハウジング１１を含む。ハウジング１１は、複数のねじ（図示されていない）によって互いに結合される２つのハウジング部品１１Ａ及び１１Ｂからなる。ハウジング部品１１Ａ及び１１Ｂが組み立てられる際、円筒状のハウジングは、このハウジングを介して軸方向に延伸する通路１２によって画定される。
【０００８】
図１に示されているハウジングの左端は、中空軸１４が同軸に配向されている複数の軸受１６で回転するように支持するための支持部１３を含む。平歯車１７が、図１に示されているように、複数組の軸受１６の間で配向され、支持部１３内の隙間１８を通って突出する。中空軸１４の左端は、放射状フランジ１９が末端となっている。このフランジは中空軸１４を、図示されていない固定部材又は回転部材のどちらかに固定するために使用することができる。
【０００９】
ハウジング１１の右端は、支持部２１上で支持されている複数組みの軸受２３上に中空軸２２を回転するように支持する支持部２１を含む。平歯車１７と同じ大きさで、同数の歯を有する平歯車２４が中空軸２２に取り付けられ、図１に示されているように、複数組の軸受２３間で配向されている。中空軸１４の回転軸２６は中空軸２２の回転軸２７と同軸である。放射状フランジ２５は、中空軸１４に対する放射状フランジ１９と同様に中空軸２２に取り付けられている。放射状フランジ１９と同様に、放射状フランジ２５も容易に固定部材又は回転部材のどちらかに取り付けることができる。
【００１０】
図１に示されているように、最も左の軸受２３は、支持部２１内の溝２３Ｂに受容されている半径方向外側に延伸するフランジ２３Ａを有する。荷重輪２３Ｃは最も右の軸受２３のすぐ右側の支持部２１に螺合により係合し、回転する時には最も右の軸受に軸方向の力を加え、この軸方向の力を放射状フランジ２３Ａに向けて導き、軸受２３と、その間にある平歯車２４のハブを押し付ける。この軸方向に加えられた力は更に、軸受２３における望まれないあらゆる半径方向の遊び、即ちクリアランスを取り除き、支持構造１３において中空軸２２の軸位置が変化することを抑制している。
【００１１】
類似の構造が軸受１６にも存在する。ここで、最も右の軸受１６は、その上に半径方向外側に延伸するフランジ１６Ａを有する。このフランジ１６Ａは、支持部２１内の溝２３Ｂに類似した支持部１３内の、図示されていない溝に受容されている。荷重輪１６Ｂは支持部１３に螺合により固定され、回転する時には、放射状フランジ１６Ａに軸方向の力を加え、軸受１６と、その間にある平歯車１７のハブを押し付ける。こうして、軸受２３になされたのと同じ目的が達成される。
【００１２】
バンドル３０を形成する複数の光ファイバストランド２８、２９が各中空軸１４、２２内で配向されている。この特定の実施形態においては、各中空軸１４、２２内の光ファイババンドル３０の中央の光ファイバストランド２８が中空軸の中央に配向されているのに対して、残りの、ここでは６本の、光ファイバストランド２９は、図６に図示されているように、その円周方向に配向されている。したがって本発明で開示するのは、７チャンネルのロータリージョイントであり、各チャンネルは単一の光ファイバストランドによって画定されている。
【００１３】
図１に図示されているように、各中空軸１４、２２内の２本のバンドル３０の光ファイバストランド２８、２９の終端は、ハウジング１１内の通路１２を介して互いに対向している。調整可能なプリズム装置３１は、両バンドル内の光ファイバストランド２８、２９の終端間で移動する単一の経路内で配向されている。調整可能なプリズム装置３１は、図２から図４において最も良く示されているプリズム台３２を含む。プリズム台３２は、細長い基部壁３３と、基部壁３３の側端から直立する一対の平行な側壁３４、３６を含む。この側壁３６は厚みが減少した部分３７を有し、この部分には側壁３４と３６の間の横の空間内に内側に曲がった板ばね３８が収容されている。図４に示されているように、基部壁３３は、一般的に右端に隣接し、かつその中央領域にある開口部３９を有する。さらに基部壁は、左端に隣接する横方向に延伸した溝４１を含む。溝４１は、側壁３６の底部を通って４２で開口する。図３に示されているように、ピン４３は、その上部表面が基部壁３３の表面上に突出するように開口部４２と溝４１に収容されている。
【００１４】
図２に示されているように、直立壁３４は、穴３９に隣接するその端部に、ピン４６をその内部に受容するように適合された直立溝４４を有する。穴４７は、溝４１に隣接する直立側壁３４内に設けられている。上述の穴３９及び４７は、螺合された一組のねじを受容するように適合され、それぞれの力を、まだ記述されていないプリズムに加える。
【００１５】
支柱４８は、基部壁３３の下面から下方に垂下している。さらに基部壁には、その長手方向の端部に隣接する直立した止め４９が設けられている。
【００１６】
プリズム台３２をハウジング１１内に収容するために、各中空軸１４及び２２内のバンドル３０の光ファイバストランド２８及び２９の終端の間の領域には、直立した側壁、図２に示されている唯一の側壁５２、端部壁５３及び５４、底部壁５６を有する凹部５１が含まれる。底部壁５６は、その底部壁から伸びる穴５８を有するとともに断面が多角形であるポケット５７を含む。この穴５８は、外部で螺合された一組のねじを受容するように適合されている。
【００１７】
プリズム台３２は、ポケット５７内に滑動するように受容されている支柱４８によって凹部５１内に挿入されている。プリズム台３２の側壁３４及び３６は、凹部５１の側壁５２と滑動するように係合している。支柱４８は断面が多角形であり、ポケット５７の多角形の断面と対応しているので、プリズム台が、支柱４８の長手方向の軸によって画定される直立軸を中心に旋回することを防いでいる。
【００１８】
図１及び図２に示されているように、ドーブプリズム６１が、プリズム台３２の側壁３４及び３６の間の空間に受容されている。ドーブプリズムは、逆転プリズムとしても知られている。入射面と出射面は傾斜しており、反射防止膜で被覆されている。ドーブプリズムの幅は、プリズム台３２の直立した側壁３４及び３６の間の間隔よりもわずかに小さい。そのため、ばね３８はドーブプリズムを側壁３４に対して付勢する一方で、ドーブプリズムの側壁とプリズム台の側壁３６の間の小さな空間を維持する。結果として、穴４７内の一組のねじを回転させることによって、力Ｆ_１を対応するドーブプリズム６１の側面に加え、それによってドーブプリズム６１は、ピン４６によって画定される垂直方向に直立した軸を中心に旋回する。同様に、穴５８内の一組のねじを回転することによって、支柱４８の底端部に力Ｆ_２を加え、プリズム台３２を上下させる。穴３９内の一組のねじを回転させることによって、ドーブプリズム６１の一方の端に力Ｆ_３を発生させ、ドーブプリズム６１をピン４３によって画定される軸を中心に傾斜させる。図２において概略的に示されているばね６２は、ドーブプリズム６１の上部表面に下方に向けられた力Ｆ_４を加え、それによって穴３９及び穴５８内のそれぞれの一組のねじを下げたときに、ばね力Ｆ_４はドーブプリズム６１をその最初の位置に十分に復帰させることができる。同様に、穴４７内の一組のねじを引き抜くことによって、ばね３８がドーブプリズムを横方向に、ピン４６によって画定される直立旋回軸を中心にして、その最初の位置に復帰させることができる。止め４９は、それらの間にドーブプリズム６１を保持し、ドーブプリズム６１がハウジング１１に対して、長手方向に移動することを防ぐ。
【００１９】
プリズム台３２の調整機能を利用することによって、中空軸１４内の中央の光ファイバストランド２８から出てくる信号Ｓ_１を調整することができ、それによってドーブプリズム６１から出てくる出力信号Ｓ_２が、最適化され、中空軸２２内に配向されている中央の光ファイバストランド２８内に入ることが可能となる。一旦この過程が終了すると、中空軸１４内に配向されている外側の光ファイバストランド２９から出てくる信号強度は、ここで中空軸２２内に配向されている光ファイバストランド２９内に入るように最適化される必要がある。後述の構造がこの目的を達成する。
【００２０】
図１に示されているように、ハウジング部分１１Ａの壁の厚みは６２と６３において減少しているので、平歯車１７及び２４は、それらの各隙間１８及び２０を通って領域６２及び６３に突出する。３つの長手方向に伸びた穴は、ハウジング部分１１Ａの壁の厚みを介して縦に貫通される。これらの穴のうち６４及び６６の２つのみが図１に示されている。３番目の図示されていない穴は、穴６４のすぐ隣にある。３つの穴は全て、それぞれの領域６２及び６３内に開口している。
【００２１】
ここで図５を参照すると、穴６６は、その内部に、隔置された軸受６８上に回転するように支持されている細長い軸６７を受容する。平歯車６９は、隙間１８を介して突出する平歯車１７の露出部分に隣接する軸６７の端部に固定されている。
【００２２】
細長い軸７１は穴６４内に受容され、そこで軸方向に隔置された軸受７２によって回転するように支持されている。平歯車６９と同一の平歯車７３は軸７１の右端に固定され、隙間２０を介して突出する平歯車２４の露出部分に隣接して配向されている。平歯車７４は平歯車１７及び６９の双方に隣接した軸７１の端部に固定され、かつ十分な幅を有し、その歯は平歯車１７及び６９の歯と噛合可能である。図５に概略的に示されているばね７６は、力Ｆ_５を軸受７２に加え、平歯車７４が平歯車１７及び６９の双方の歯としっかりと係合するように付勢し、その間に存在する可能性のあるいかなるバックラッシュも排除する。
【００２３】
歯車７４の特有の特徴は、軸７１に関して回転できるように歯車７４を支えるコレット機構７７に固定されているということである。歯車７４は、コレット機構７７のねじ７８を締め付けることによって、軸７１に固定された状態にすることができる。言い換えれば、ねじ７８を緩めることによって、コレットを軸７１に関して滑らせることが可能であり、それによって歯車７４が軸７１に関して自由に回転することができる。
【００２４】
細長い軸７９は、穴６５（図５）、すなわち図１に示されている軸６４の後ろ側にある穴に受容され、軸方向に隔置された軸受８１によって、回転するように穴６５に支持されている。歯車７４と同一の歯車８２は、隙間２０を介して突出している平歯車２４の露出部分と平歯車７３に隣接する軸７９の端部にしっかりと固定されている。実際、平歯車８２の歯は平歯車２４及び７３の歯と噛み合う。図５に概略的に示されているばね８３は、平歯車８２に隣接する軸受８１に力Ｆ_６を加え、平歯車８２の歯を平歯車２４及び７３の歯としっかりと噛み合うように付勢し、それらの間に存在する可能性のあるいかなるバックラッシュも排除する。
【００２５】
図７は、３枚の歯車がすべてバックラッシュを生じない状態を得るための荷重機構を非常に概略的に示している。この荷重機構は、歯のピッチが同じである限り、異なる直径の歯車に対しても適用される。歯車１７と６９、２４と７３がそれぞれ同じ平面になく、噛み合っていないことに留意されたい。歯車７４及び８２は、歯車１７、６９及び２４、７３と噛み合うのに十分な長さ（ページ内に）を有する。歯車１７及び２４と、６９及び７３は固定された回転中心を有する。したがって歯車７４及び８２は固定された回転中心を有することができない。なぜなら、製造時の小さな偏心が、金属製の歯の表面に発生する高い摩擦力をもたらす歯車の歯に非常に高い応力を発生させ、又は高い摩擦力と高い応力がどちらも発生する。歯車とそれらのそれぞれの軸は単に、非常に剛性が高いために、歯車内のたとえ小さな偏心でさえも許容することができない。
【００２６】
横方向の荷重はばねによって加えられる。このばねは降伏することがないように十分な可撓性を有する一方で、歯車１７及び２４と歯車７４及び８２との間、ならびに歯車６９及び７３と歯車７４及び８２との間の２本の歯の接触を維持するのに十分な荷重を与えるように設計されている。
【００２７】
図８はこの構成の効果を示している。歯車７４及び８２のピッチ円は、２本の接触接線によって形成されるＶ字形の角度を有する２本の接線に接する。従来バックラッシュの防止は、２枚の歯車をはさみ型の配置で使用することによって達成されているが、この型のバックラッシュ防止装置は２枚の歯車間のバックラッシュ防止効果を同時に維持することはできない。しかしながら、本願発明で開示するバックラッシュ防止装置はそれを行うことができる。さらに、横方向の荷重を加えるために使用されるばねは歯車の組と関係なく設計することができる点においても利点を有している。したがってばね荷重は、歯車の組を初めから組み直すことなく、適正な設定に調整することができる。
【００２８】
上述の調整可能なプリズム装置３１は、中空軸１４内で配向されている光ファイババンドル３０内の中央の光ファイバストランド２８間と、中空軸２２内で配向されている光ファイババンドル３０内の中央の光ファイバストランド２８間との間で互いに転送される信号強度の最適化を容易にするので、その次に必要な調整は、両バンドル内の外側の光ファイバストランド２９間で転送される信号を最適化することである。この調整は以下に述べる方法で行われる。ねじ７８が緩められ、コレット機構７７によって、平歯車７４が軸７１に関して自由に回転することが容易となる。その結果、さらに平歯車２４は、平歯車１７に関して回転することができるようになり、最終的に、外側の光ファイバストランド２９についての信号強度の最適化が行われる。一旦、信号強度の最適化が行われると、ねじ７８は再び締め付けられて、平歯車７４を軸７１に固定する。中空軸１４及び２２間のいかなる相対的な回転運動も、上述の達成された信号強度の最適化に悪影響を及ぼさない。したがって放射状フランジ２５が回転体に固定され、放射状フランジ１９が固定体に固定されている場合、データは、信号最適化の損失を生じることなく、それぞれの光ファイババンドルから効果的に送信され得る。それぞれの放射状フランジ１９及び２５間が相対的に回転する間、ハウジング１１も軸２６及び２７を中心にして回転していることが理解できるであろう。このハウジング１１の回転は、平歯車１７に関して回転する平歯車２４によってもたらされ、これにより平歯車８２及び７３が、軸７１を介して、固定されている平歯車１７の歯に連なる平歯車７４に回転力を伝達する。結果として、平歯車７４の回転は、平歯車２４と同じ回転方向ではあるが、速度は半分であるように、ハウジング１１を回転するように駆動する。
【００２９】
本発明の特定の好ましい実施形態を、説明を目的として詳細に開示してきたが、開示された装置の、部分的な再配置を含む変更や修正は、本発明の範囲内にあることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を具現化する多チャンネル光ファイバロータリージョイントの等角図である。
【図２】 上述のロータリージョイントの一部分の部分等角図である。
【図３】 プリズム台の等角図である。
【図４】 プリズム台の等角断面図である。
【図５】 ロータリージョイントの両端に回転するように連結するのに使用される制御機構の側面図である。
【図６】 複数の光ファイバストランドを含む中空軸の端面図である。
【図７】 本明細書で開示されている関係する歯車の配置関係の概略図である。
【図８】 本明細書で開示されている関係する歯車の配置関係の概略図である。

Claims (6)

1. 互いに対向する終端部を有するとともに、細長いハウジング（１１）内で、回転軸を中心にして相対的に回転するように支持されている第１及び第２の複数の光ファイバストランドと、当該第１及び第２の複数の光ファイバストランドの全ての相対的な回転位置において、当該第１及び第２の複数の光ファイバストランドの対応する終端部間で光学信号を伝達するように、当該第１及び第２の複数の光ファイバストランドの終端部の間に配置されているドーブプリズム（６１）と、このドーブプリズム（６１）が、細長く、上記回転軸と概して同軸の長手方向軸を有し、上記ドーブプリズムに対して上記第１及び第２の複数の光ファイバストランドを逆回転するように連結する制御手段（１７、２４、６９、７１、７３、７４、８２）とからなる多チャンネル光ファイバロータリージョイントであって、
   上記第１及び第２の複数の光ファイバストランドが、第１及び第２の中空軸（１４、２２）内にそれぞれ取り付けられて第１及び第２のバンドルを形成し、当該第１及び第２の中空軸（１４、２２）が、上記細長いハウジング（１１）を介して軸方向に延伸する通路（１２）内で回転するように支持され、
   上記第１及び第２のバンドルのそれぞれが、単一の中央光ファイバストランド（２８）、及び当該中央光ファイバストランドを中心として周方向に配置された周方向光ファイバストランド（２９）を含み、前記中央光ファイバストランドの中央の長手方向軸が回転軸と同軸であり、
   調整手段が、上記２つのバンドルの上記中央光ファイバストランド（２８）間で伝達される信号強度を最適化するように、２つの上記回転軸に対して上記ドーブプリズムを傾斜させるとともに、上記ドーブプリズムの長手方向軸に対して垂直に上記ドーブプリズムを移動させるように、上記ドーブプリズムに対して設けられ、
   上記制御手段（１７、２４、６９、７１、７３、７４、８２）が、上記バンドル内の上記周方向光ファイバストランド（２９）内の信号強度を最適化する角度調節手段（７８）を含む、多チャンネル光ファイバロータリージョイント。
2. 上記制御手段（１７、２４、６９、７１、７３、７４、８２）が、上記第１の中空軸（１４）に固定されている第１の歯車（１７）と、上記第２の中空軸（２２）に固定されている第２の歯車（２４）と、上記ハウジング（１１）に回転するように支持されている細長い軸（７１）を含み、この細長い軸が、この細長い軸に固定され、かつこの細長い軸と共に回転可能であるとともに上記第２の歯車（２４）と係合している回転可能に支持されている第４の歯車（８２）と係合している第３の歯車（７３）と、上記細長い軸（７１）に回転するように支持されているとともに上記第１の歯車（１７）と係合している第５の歯車（７４）と、上記細長い軸（７１）に対して上記第５の歯車（７４）を選択的に固定及び解放するための選択的固定手段（７７、７８）とを有する、請求項１に記載の多チャンネル光ファイバロータリージョイント。
3. 上記選択的固定手段（７７、７８）が解放されている場合、上記第２の中空軸（２２）とその内部の上記第２のバンドル（２８、２９）が、上記第１の中空軸（１４）及びその内部の上記第１のバンドル（２８、２９）に関して、上記第２の中空軸の回転軸を中心にして自由に回転し、上記第１のバンドル及び第２のバンドル内にある上記複数のファイバストランド内の信号強度の最適化を容易にする、請求項２に記載の多チャンネル光ファイバロータリージョイント。
4. 上記選択的固定手段が固定されている場合に、上記第１の歯車（１７）及び第２の歯車（２４）の間の相対的な周方向の運動を制限するためのバックラッシュ防止手段（７６、８３）が設けられている、請求項２又は３に記載の多チャンネル光ファイバロータリージョイント。
5. 上記制御手段が、回転するように支持されているとともに上記第１の歯車（１７）と係合している第６の歯車（６９）を含む、請求項４に記載の多チャンネル光ファイバロータリージョイント。
6. さらに上記バックラッシュ防止手段（７６、８３）が、浮動するように支持されている上記第４の歯車（８２）と上記第５の歯車（７４）を含み、上記第１の歯車（１７）、第２の歯車（２４）、第３の歯車（７３）、第６の歯車（６９）の製造公差のばらつきを許容する、請求項５に記載の多チャンネル光ファイバロータリージョイント。

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