JP6325522B2 - 湾曲した外部位置合わせ面を有する光ファイバコネクタフェルール - Google Patents

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Description

優先権の主張
本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１２年４月１１日出願の米国仮特許出願第６１／６２３０２９号、及び２０１２年９月１０日出願の米国仮特許出願第６１／６９９１２５号の優先権の利益を主張するものであり、その全体が本明細書中に記載されているかのように、参照によってその全体が本明細書に援用される。以下に言及する全ての公報は、その全体が本明細書中に記載されているかのように、参照によってその全体が本明細書に援用される。
政府の権利
本発明は、米国海軍航空軍事センター航空機部門（ＮＡＶＡＬ ＡＩＲ ＷＡＲＦＡＲＥ ＣＴＲ ＡＩＲＣＲＡＦＴ ＤＩＶＩＳＩＯＮ）によるＮｏ．Ｎ６８３３５−１２−Ｃ−０１２３の契約の下で政府のサポートにより作成された。政府は本発明において一定の権利を有する。
本発明は光ファイバコネクタに関し、特に光ファイバコネクタのフェルールに関する。
光ファイバ導波路を介する光信号の伝送には多くの利点があり、その用途は多様である。一本又は複数本のファイバ導波路を単に用いて、離れた場所に可視光を伝送できる。複雑な電話方式及びデータ通信システムは、複数の特定の光信号を伝送できる。これらのデバイスは複数のファイバを、その端部同士を接続するようにして結合するが、この結合は光損失の一因ともなる。ファイバリンクの総光損失が、システムに関して指定された光コネクタ損失バジェット以下となることを保証するためには、ファイバの２つの研磨端の精密な位置合わせが必要である。単一モード電気通信グレードのファイバの場合、これは典型的には１０００ｎｍより小さいコネクタファイバ位置合わせ許容誤差に相当する。これは、マルチギガビットレートで作動する並列ファイバリンク及び単一ファイバリンクのいずれにおいても、ファイバの位置合わせのために応用される部品をサブミクロンレベルの精度で組立て及び製作しなければならないことを意味する。
光ファイバ接続において、光ファイバコネクタは１本又は複数本のファイバであるケーブルの端部の終端を形成し、スプライシングよりも迅速な接続及び切離しを可能にする。このコネクタは、光が端部から端部へと通過できるように、ファイバのコアを機械的に結合して位置合わせする。優れたコネクタでは、反射又はファイバの位置ずれによる光損失が極めて少ない。マルチギガビットレートで作動する並列／複ファイバリンク及び単ファイバリンクのいずれにおいても、コネクタはサブミクロンレベルの精度で製作された補助部品を用いて組み立てなければならない。得られる最終製品を経済的に有利なものとするために、このような精度での部品の作製は、それほど困難なものではないかのように、完全に自動化された極めて高速なプロセスで達成しなければならない。
現在の光ファイバコネクタの基本設計は長年に亘って変化していない。基本的なコネクタユニットはコネクタ組立体である。図１３は、光ファイバ１４１２を含むケーブル１４１０用の光ファイバコネクタ１４００（ＵＳ Ｃｏｎｅｃ社が販売）の一実施例を示す。このコネクタは、フェルール１４０２、フェルールハウジング１４０４、ケーブルブーツ１４０６、位置合わせガイドピン１４０８、及び上記ハウジングの内外に設けられたその他のハードウエア（例えば、ケーブル歪み緩和部、圧着具、バイアス印加ばね、スペーサ等）からなる構成部品の組立体を有する。フェルール１４０２と、ファイバ１４１２の終端面とを研磨する。光ファイバコネクタ１４００内のフェルール１４０２に対してバネによって負荷を与えることにより軸方向バイアスを与えて、２つのコネクタ内のファイバの研磨端面同士を互いに対して押圧する。殆どの場合、その目的は、結合するファイバ間に物理的接触を確立して光の損失を防止することである。物理的接触により、コネクタ挿入損失及び反射損失を増加させる、２本のファイバ間の空気捕捉層を回避できる。２つのコネクタのフェルールを確実に結合させるためには、アダプタ（図示せず）が必要である（各コネクタのフェルールハウジング１４０４をアダプタに差し込む）。
図１３に示すＵＳ Ｃｏｎｅｃ社製の光ファイバコネクタは、日本電信電話株式会社に譲渡された特許文献１に開示の構造によるものである。特許文献１に示すように、この光ファイバコネクタは、複数本の独立した光ファイバを有する光ファイバリボンケーブルを受承し、上記独立した光ファイバを所定の位置関係に維持する。この光ファイバコネクタを別の光ファイバコネクタと（例えばアダプタを用いて）嵌合させて、一方の光ファイバコネクタの複数本の独立した光ファイバを、他方の光ファイバコネクタの複数本の独立した光ファイバと位置合わせできる。
ＵＳ Ｃｏｎｅｃ社製のフェルール１４０２は一般にプラスチックブロックの形態であり、これは、光ファイバ１４１２の終端及び位置合わせピン１４０８をこのブロックに挿入するのに十分な間隙を提供する一連の過大貫通孔を有する。フェルール１４０２は、場合によってはガラス粒子で強化されている可塑性ポリマーをモールド成形して形成される。フェルールブロック１４０２の孔を通して複数本の光ファイバ１４１２の終端を挿入するために、光ファイバの保護緩衝外被（樹脂）層を剥いで終端近傍のクラッド層を露出させ、クラッド層をエポキシ層で被覆する。次に光ファイバの終端をフェルールの過大孔に通す。エポキシを硬化させると、光ファイバ１４１２の端部はフェルール１４０２に確実に保持される。同様に、位置合わせピン１４０８は、このピン用に設けられたフェルール１４０２の過大孔に挿入された後、エポキシを用いて保持される。
上述のフェルールにはいくつかの重大な欠点がある。射出成形構造ではその性質上、十分な許容誤差が確保されない。ポリマーは剛性ではなく、ファイバケーブル又はコネクタハウジングに荷重（力又はモーメント）がかかると変形する。ポリマーはまた、長期間に亘るクリープ及び熱膨張／収縮を引き起こし易い。フェルールの過大孔内の間隙は、ファイバの端部と端部の位置合わせの許容誤差に更に影響する。エポキシは硬化時に収縮し、これがプラスチックフェルールの屈曲を引き起こす。更に、エポキシは時間の経過とともにクリープし、コネクタ内で印加されるバネ荷重の軸方向バイアスの下で、フェルールの孔内の（隣接するファイバの端部に押し付けられている）光ファイバの端部の往復動作又は引込みを引き起こす。これにより、対向する両ファイバ端面の表面接触境界面の完全性が損なわれる。これらの及びその他の欠陥により、許容誤差は、現在の光ファイバ用途に求められる高度な許容誤差より大きくなる。
現在、現行のファイバコネクタは製造コストが高過ぎること、並びに信頼性及び損失特性の向上が望まれることが一般に認められている。光ファイバを短距離／超短距離用通信媒体としようとする場合、ファイバコネクタの許容誤差を改善し、製造コストを低減しなければならない。通信システム、データ処理及びその他の信号伝送システムにおける比較的普及した、そして更に増加し続ける光ファイバの利用により、ファイバ端子を相互連結するための満足できる効率的な手段への需要が生まれている。
本発明の譲受人に譲渡された特許文献２は、スタンピングによって高いコスト効率で大量生産できるフェルールの、様々な実施形態を開示している。こうしたフェルールのいくつかは、位置合わせスリーブを使用せずに光学的な位置合わせを行うよう、即ち、精密に成形されたスリーブの位置合わせをこのような位置合わせスリーブのみに準拠して行わないよう、構成されている。
本発明は、新規の光ファイバコネクタに組み込むことができる、更に改良されたフェルール及びスリーブの設計を提供する。この設計は、低挿入損失及び低反射損失をもたらし、使いやすく、環境に対する感受性の低さによる高信頼性を提供し、低コストで製造できる。
米国特許第５２１４７３０号明細書 米国特許第７３１１４４９号明細書
本発明は、従来のフェルール及びコネクタの欠点の多くを克服し、ピンを用いずに位置合わせされる本出願人によるフェルールを更に改善する、光ファイバコネクタ用のフェルールを提供する。本発明によるフェルールは、低挿入損失及び低反射損失をもたらし、使いやすく、環境に対する感受性の低さによる高信頼性を提供でき、低コストで製造できる、光ファイバフェルールを有する光ファイバコネクタを提供する。本発明によるフェルールの構成を用いると、多ファイバ用の本発明によるフェルールを用いた光ファイバコネクタのハウジングのフットプリント又はフォームファクタを、単一ファイバ用に設計された従来の円柱状のフェルールを用いた現行のハウジングと同一とすることができる（即ち、本発明によるフェルールは、単一ファイバ用に設計された、工業規格に適合したコネクタハウジング、即ちＳＣ型、ＦＣ型、ＳＴ型、ＳＭＡ型、ＬＣ型、デュアルＬＣ型等のハウジングに組み込むことができる）。
本発明の一態様では、本発明によるフェルールは、位置合わせスリーブの相補的な表面（即ち概ね円柱状又は管状のスリーブの内面）と位置合わせするための外面を有する。フェルールの外面は概ね円柱状であり、概ね楕円形の接触面断面形状を有する。より具体的には、フェルールとスリーブとの間の複数の接触点は断面の曲線に沿って画成され、この接触点曲線（即ち、位置合わせのための接触点を含む曲線）に沿う各接触点における曲率中心は、光ファイバアレイの軸の平面上に存在しない。別の実施形態では、接触点曲線に沿う各接触点における曲率中心は、光ファイバアレイの幾何学的中心に存在しない。対称なフェルールの実施形態については、上記接触点曲線に沿う各位置合わせ接触点における曲率中心は、フェルール２つの直交する対称面のうちの少なくとも１つ上には存在しない。この対称面は、光ファイバアレイのファイバ軸の平面と、これに直交する平面であってよい。換言すると、対称なフェルールについては、接触点曲線に沿う各接触点における曲率中心は、幾何学的中心に存在しない。別の実施形態では、接触点曲線に沿った全て又は略全ての位置合わせ接触点に、実施形態に応じて上述の各条件が適用される。
本発明の別の態様では、フェルールの断面において、フェルールの最も幅広い部分の端部に位置する表面は、スリーブに接触しないように切り取られる。別の実施形態では、光ファイバの軸列が形成する平面に沿ったフェルールの端部に位置する表面は、スリーブに接触しないように切り取られる。
本フェルールは、精密な特徴部を有する開放構造、即ち開放型ファイバ位置合わせ溝を有し、この溝は、エポキシ又は相補的な精密部品を用いることなく、光ファイバを確実に（例えばクランプ留めで）保持できる。一実施形態では、フェルールは複数の開放型溝を備える本体を有し、この開放型溝は本体の１つの表面上に平行に形成され、光ファイバの終端部分を受承してクランプ留めする。更なる実施形態では、位置合わせガイドピン用の溝をフェルール本体に設けてよい。
本発明の一態様では、スリーブは概ね管状の本体を有し、この本体はフェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有する。この表面特徴部は、切断面において二次元的に変化するか、又は長手方向軸の配向も含んで三次元的に変化する。
本発明の別の態様では、スタンピングや押出加工等により、フェルール構成部品及び／又はスリーブを精密形成する。別の実施形態では、ダイ通したブランクの押出加工により、フェルール構成部品を形成する。
一実施形態では、フェルール本体を金属材料で作製する。この金属材料は、高剛性（例えばステンレススチール）、化学不活性（例えばチタニウム）、高温安定性（例えばニッケル合金）、低熱膨張率（例えばアンバ）を有するよう、又は他の材料の熱膨張率と適合するよう（例えばガラスと適合するコバールを）選択してよい。
本発明によるフェルールは従来の欠点の多くを克服し、その結果として、低挿入損失及び低反射損失をもたらし、使いやすく、環境に対する感受性の低さによる高信頼性を提供でき、低コストで製造できる、光ファイバコネクタを提供する。
本発明の本質及び利点、並びに好適な使用形態を十分に理解するために、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照されたい。添付の図面においては、複数の図面を通して類似又は同様の部品には類似の参照番号を付している。
本発明の一実施形態による、光ファイバコネクタで使用するためのフェルールを含む光ファイバ組立体を示す図 本発明の一実施形態による、光ファイバコネクタで使用するためのフェルールを含む光ファイバ組立体を示す図 本発明の一実施形態による、光ファイバコネクタで使用するためのフェルールを含む光ファイバ組立体を示す図 本発明の一実施形態による、光ファイバコネクタで使用するためのフェルールを含む光ファイバ組立体を示す図 本発明の一実施形態による、位置合わせスリーブを使用した、フェルールの結合及び光学的位置合わせを示す図 本発明の一実施形態による、位置合わせスリーブを使用した、フェルールの結合及び光学的位置合わせを示す図 本発明の一実施形態による、位置合わせスリーブを使用した、フェルールの結合及び光学的位置合わせを示す図 本発明の一実施形態による、位置合わせスリーブを使用した、フェルールの結合及び光学的位置合わせを示す図 本発明の一実施形態による、位置合わせスリーブを使用した、フェルールの結合及び光学的位置合わせを示す図 本発明の一実施形態による、フェルール半体の構造の詳細を示す図 本発明の一実施形態による、フェルール半体の構造の詳細を示す図 本発明の一実施形態による、フェルール半体の構造の詳細を示す図 本発明の一実施形態による、フェルール半体の構造の詳細を示す図 本発明の一実施形態による、フェルール半体の構造の詳細を示す図 本発明の一実施形態による、フェルール半体の構造の詳細を示す図 本発明の一実施形態による、フェルール半体の構造の詳細を示す図 本発明の一実施形態による、光ファイバ組立体の構造の詳細を示す図 本発明の一実施形態による、光ファイバ組立体の構造の詳細を示す図 本発明の一実施形態による、光ファイバ組立体の構造の詳細を示す図 本発明の一実施形態による、光ファイバ組立体の構造の詳細を示す図 本発明の一実施形態による、光ファイバ組立体の構造の詳細を示す図 本発明の一実施形態による、光ファイバ組立体の構造の詳細を示す図 位置合わせ溝の他の実施形態を組み込んだフェルールの端面図 位置合わせ溝の他の実施形態を組み込んだフェルールの端面図 フェルール及びスリーブの代替実施形態を示す図 フェルール及びスリーブの代替実施形態を示す図 フェルール及びスリーブの代替実施形態を示す図 フェルール及びスリーブの代替実施形態を示す図 フェルール及びスリーブの代替実施形態を示す図 本発明の一実施形態による、独自のフェルール及びスリーブを採用した光ファイバコネクタを示す図 本発明の一実施形態による、独自のフェルール及びスリーブを採用した光ファイバコネクタを示す図 本発明の一実施形態による、独自のフェルール及びスリーブを採用した光ファイバコネクタを示す図 本発明の一実施形態による、独自のフェルール及びスリーブを採用した光ファイバコネクタを示す図 本発明の一実施形態による、独自のフェルール及びスリーブを採用した光ファイバコネクタを示す図 本発明の一実施形態による、フェルールとスリーブの更なる組合せを示す図 本発明の一実施形態による、フェルールとスリーブの更なる組合せを示す図 本発明のある実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明のある実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明のある実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明のある実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明のある実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明の別の実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明の別の実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明の別の実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明の別の実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明の別の実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明の別の実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明の別の実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明の別の実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明の別の実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明の更に別の実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明の更に別の実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明の更に別の実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明の更に別の実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明の更に別の実施形態による、三次元的に変化する、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブ構造を示す図 本発明のフェルールをコネクタとして取り付けてよい、光モジュールハウジングの概略斜視図 従来の光ファイバコネクタ 本発明のいくつかの設計考慮点を説明する概要図
本発明について、様々な実施形態に関して図面を参照しながら以下に説明する。本発明を本発明の目的を達成するための最適な様式として記述するが、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく、教示に照らして変更例を実施できることは、当業者には明らかであろう。
本発明は、従来のフェルール及びコネクタの欠点の多くを克服し、ピンを用いずに位置合わせされる本出願人によるフェルールを更に改善する、光ファイバコネクタ用のフェルールを提供する。本発明によるフェルールは、低挿入損失及び低反射損失をもたらし、使いやすく、環境に対する感受性の低さによる高信頼性を提供でき、低コストで製造できる、光ファイバフェルールを有する光ファイバコネクタを提供する。本発明によるフェルールの構成を用いると、多ファイバ用の本発明によるフェルールを用いた光ファイバコネクタのハウジングのフットプリント又はフォームファクタを、単一ファイバ用に設計された従来の円柱状のフェルールを用いた現行のハウジングと同一とすることができる（即ち、本発明によるフェルールは、単一ファイバ用に設計された、工業規格に適合したコネクタハウジング、即ちＳＣ型、ＦＣ型、ＳＴ型、ＳＭＡ型、ＬＣ型、デュアルＬＣ型等のハウジングに組み込むことができる）。
図１Ａ〜Ｄは、本発明の一実施形態による、光ファイバコネクタ内で使用するためのフェルール１２を含む光ファイバ組立体１０である。光ファイバコネクタ１０は、フェルール１２、及び（緩衝及び保護外被層が無く露出した剥き出しの形態の）光ファイバ２４のアレイを含むファイバリボン２３を含む。図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄはそれぞれ、光ファイバコネクタ１０の分解立体図、上面図、側面図である。フェルール１２は、本実施形態では対称である２つのフェルール半体１３、１４からなる。ファイバ２４の端部はフェルール１０の端面１５と略同一平面にあるが、この端面を僅かに（数ミクロン未満）超えて突出してよい。フェルール１２は、全体が概ね円柱状の本体を有し、この本体は概ね楕円形の断面を有する。
図２Ａ〜Ｅは、本発明の一実施形態による同様のフェルール１２又は位置合わせスリーブ２０を用いた同様のファイバ組立体１０の結合及び光学的位置合わせを示す、様々な図である。スリーブ２０は、フェルール１２の外形に概ね適合した内面を有し、この内面はフェルール１２を受承するようサイズ設定されている。スリーブ２０は管状の本体を有し、この本体は概ね円柱状である。フェルール１２の端面は互いに対して当接しており（隣接するファイバ２４の端面が互いに対して当接している）、これにより、対応する光ファイバ２４が境界面を挟んで光学的に位置合わせされる。本実施形態では、スリーブ２０はスプリットスリーブである。
図３Ａ〜Ｇは、本発明の一実施形態によるフェルール半体１４の構造の詳細を示す様々な図である（もう一方のフェルール半体１３の構造は同様である）。複数の平行な長手方向の開放型溝３４を備えるケーブル保持構造を、フェルール半体１４の本体の内面３９（別のフェルール半体１３に対面する面）に設ける。表面３９の中心部分は、溝３４の底部の平面と表面３９の最上面との間の平面上に床１８を有する（図４Ｄも参照）。床１８の領域における溝３４の底部の深さは、他の領域、例えば端面領域１５付近の溝３４の深さと比べると浅い。これにより、例えば可鍛金属をスタンピングしてフェルール半体１４を形成する場合、製造性が改善される。端面１５に対向する端部にはプラットフォーム１６を設け、これにより、ファイバリボン２３の薄い部分を収容するための空間を提供する。この実施形態では、溝３４はＶ字型の断面を有する。
図４Ａ〜Ｆは、本発明の一実施形態による光ファイバ組立体１０の構造の詳細を示す様々な図である。この実施形態では、図４Ｃの（図４Ａの直線４Ｃ−４Ｃに沿った）断面図及び図４Ｅの（図４Ａの直線４Ｅ−４Ｅに沿った）断面図は略同一である。なお、フェルール１２の側部２１、２２（即ち断面図の側方端部）を、概ね平坦な表面又は曲率半径が有意に大きい表面で切り取る。
４Ｄの（図４Ａの直線４Ｄ−４Ｄに沿った）断面図は、中央の床１８の領域を示す。４Ｆの（図４Ａの直線４Ｆ−４Ｆに沿った）断面図は、ファイバリボン２３の厚さを収容するプラットフォーム１６の領域を示す。
先行の実施形態はフェルール半体のＶ字型溝を示している。図５Ａ〜Ｂは、異なる断面形状を有する位置合わせ溝の他の実施形態を組み込んだフェルールの端面図である。図５Ａは、フェルール半体１４’に設けた長手方向のＵ字型溝を示し、フェルール半体１３’には溝が設けられていない。図５Ｂはフェルール半体１３’’、１４’’に設けた半円形即ちＣ字型の溝を示す。なお、図５Ａでは、平坦な外面部分１９を有するフェルール１２’を示しており、この外面部分１９はスリーブの形状に応じて、フェルールの位置合わせのためのスリーブに接触してもしなくてもよい。更に、フェルール１２’の側部２１’、２２’（即ち断面図の側方端部）を、概ね平坦な表面又は曲率半径が有意に大きい表面で切り取り、フェルール１２’’の側部２１’’、２２’’（即ち断面図の側方端部）もまた、概ね平坦な表面又は曲率半径が有意に大きい表面で切り取る。
図６Ａ〜Ｅは、フェルール及びスリーブの代替実施形態を示す。図６Ａは、先行の実施形態と比較して、フェルール１３’’’の側部２１’’’、２２’’’（即ち断面図の側方端部）が、内側にカールした表面で切り取られている状態を示す。例示した寸法の単位はｍｍである。図６Ｃ、６Ｄは、スプリットスリーブ２０’の別の実施形態を示し、このスプリットスリーブ２０’はその側方角２６に、切り取られた側部２１’’’、 ２２’’’に対面する切り抜き部２５を有する。この切り抜き部は、スプリットスリーブ２０’のより鋭利な角２６に、更なる柔軟性をもたらす。スプリットスリーブ２０’は、楕円スリーブの幅狭い領域（短軸側）の側部に沿って、スリット２７を有する。あるいは図６Ｅに示すように、楕円スリーブ２０’’の幅広い領域（長軸側）の側部に沿って、スリット２８を設けてよい。
本発明の一態様では、本発明によるフェルールは、位置合わせスリーブの相補的な表面（即ち、概ね円柱状又は管状のスリーブの内面）と位置合わせするための外面を有する。図６Ｂを参照し、楕円に成形されたフェルール半体１４の外面形状を議論する。本実施形態のフェルール半体１４の外面５０は概ね円柱状であり、曲率中心がＣである円弧に適合している。図６Ｂに示す切断面を見ると、中心Ｃは、内面上の溝３４に保持された光ファイバの軸面、又はファイバアレイの断面の幾何学的中心にも存在しない。中心Ｃは、フェルール半体１４’’’の断面の、又はこれをフェルール半体１３’’’に取り付けた場合のフェルール１２’’’全体の断面の幾何学的中心ではない（図４Ｂも参照）。中心Ｃは、フェルールの２つの直交する対称面の少なくとも１つ上には存在しない。この対称面は、光ファイバアレイのファイバ軸が形成する平面と、これに直交する平面であってよい。更に上記中心は、フェルール半体１４’’’の、又はフェルール１２’’’全体の、２つ以上の対称面にも存在しない。換言すると、対称なフェルールについては、中心Ｃはフェルールの幾何学的中心に存在しない。
上述の実施形態では、全てのフェルール及びフェルール半体は、上述のそれぞれの条件に適合する。上述の全ての実施形態では、図５Ａの実施形態を除いて、図６Ｂの湾曲面５０と同様である湾曲面は、位置合わせスリーブの内面と接触する。図６Ｄの例を参照すると、位置合わせスリーブ２０’の内面は、角２６付近及びスリット１２’’’の位置を除いてフェルール１２’’’の湾曲面５０全体と接触する。スリーブとフェルールとの間の接触が、フェルール内に支持された光ファイバのフェルールの外形に対する位置合わせに寄与し、これを画成する。
フェルールと位置合わせスリーブとの間の接触は、断面の複数の接触点からなることが確認できる。より具体的には、フェルールと位置合わせスリーブとの間の複数の接触点は、断面の曲線（即ち、図６Ｄの実施形態の、スリーブとフェルール表面５０との間の接触境界面に相当する曲線）に沿って画成される。この接触曲線（即ち、位置合わせに寄与する接触点を含んだ曲線）に沿う各接触点における曲率中心は、光ファイバアレイのファイバ軸の平面上に存在しない。接触点曲線に沿う各接触点における曲率中心は、光ファイバアレイの幾何学的中心に存在しない。対称なフェルールの実施形態については、接触点曲線に沿う各位置合わせ接触点における曲率中心は、フェルールの２つの直交する対称面の少なくとも１つ上に存在しない。この直交する対称面は、光ファイバアレイのファイバ軸の平面と、これに直交する平面であってよい。換言すると、対称なフェルールについては、接触点曲線に沿う各接触点における曲率中心はフェルールの幾何学的中心に存在しない。
上述の全ての実施形態では、全て又は略全ての接触点曲線に沿う位置合わせ接触点に、上述の各条件が適用される。更なる理解のために、以下の更なる実施形態を参照して議論する。
図７Ａ〜Ｅは、本発明の一実施形態による、本発明によるフェルール及びスリーブを採用した光ファイバコネクタを示す。（本実施形態では同一として示す）２つのコネクタ６０が図示されており、これらはそれぞれ、特定の工業規格に適合したハウジング内に保持された光ファイバ組立体１０（図１）を含んでいる。結合器６２が設けられており、これは、各端部においてフェルール１２を受承するためのスリーブ２０を保持する。結合器６２は、（図示した実施形態では同一の）２つのＴ字型半体６３を有する。コネクタ６０を結合するためには、Ｔ字型結合器半体６３の開口６４を通して各コネクタのフェルール１２をスリーブ２０の一方の端部に挿入する。
図７Ｅは、本発明のファイバコネクタ１０を、従来技術のコネクタ内のフェルール（図１３に示す従来のコネクタ１４００内のフェルール１４０２等）と下位互換可能にする方法を示す。フェルール１２を、フェルール１２の外形と適合する貫通孔６７を有するアダプタ６６に挿入する。あるいはアダプタ６６はフェルール１４０２と適合する。アダプタ６６は、従来技術のフェルール１４０２の位置合わせピンを受承するための孔６８を更に備える。
図８Ａ、Ｂは、本発明の実施形態による、更なるフェルールとスリーブとの組合せを示す。これらの実施形態では、半球状ディンプル又は半円柱状溝（７４）をフェルール７２に設け、（溝への）線接触とスポット接触のいずれが望ましいかに応じて、相補的な半球状スポット突起部又は半円柱状線状突起部（７５）を設ける。接触曲線７０は、突起物及びディンプル／溝によるスリーブとフェルールとの間の接触点によって画成される。図８Ａでは、突起部及びディンプル／溝の領域の外側に追加の接触点が存在してよい。図示するように、フェルール７２の切り取られた側部２１、２２は、スリーブと接触しない。
本発明によると、フェルールはスリーブ内で自然に位置合わせされる。位置合わせピンは不要なので、従来技術の問題を回避できる。スリーブはフェルールと直接接触する。なお、設計考慮点は、フェルールがスプリットスリーブ内で位置ずれしている場合にモーメント／結合Ｆｃ−ｄを生成することにより、フェルールとスリーブとが協働して自然に配向されるように、スリーブとフェルールの組合せを提供する点である。図１４を参照すると、フェルールを誤った配向でスプリットスリーブに挿入すると、フェルールとスプリットスリーブとの間の接触が対角上に発生し、接触力が湾曲面に対して垂直に作用する。湾曲面に対する垂線は、接触力の作用線を決定する。接触点における湾曲面は、２本の作用線間の距離が復元結合を生成するのに十分であるようなものであるべきである。フェルール又はケーブルにトルクを印加すると、回転誤差に対向する反対の縁部において強い接触力が発生する。
図９Ａ〜Ｅ、１０Ａ〜Ｉ、１１Ａ〜Ｅは、フェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有するスリーブの構造を示す。この表面特徴部は、本発明の様々な実施形態に応じて三次元的に変化する。スリーブの表面形状は、断面及びスリーブの軸方向において変化する。
図９は、背骨状部８２から片持ち式で延在するフィンガ８１を有するスリーブ８０の実施形態を示す。フィンガ８１は、フェルール１２との接触点をそれぞれ画成する先端を有する。図９Ｅを参照すると、フィンガ８１の先端８３は、断面において、一連の接触点からなるフェルール１２との接触曲線７０を画成する。フェルール１２は、先端８３と適合してロックするためのディンプルを備えても備えなくてもよい。
図１０は、軸方向に波形を持つ管状本体を有する非スプリットスリーブ８５を示す。波形８６は軸方向に沿って互い違いになっている。図１０Ｃを参照すると、スリーブ８５の波形は、フェルール１２と複数の接触点を形成し、これらが断面の接触曲線７０を画成する。なお、接触曲線７０は、断面に応じて接触点の異なるセットを有する。しかしながら図１０Ｃの図では、フェルール１２が略円柱状でありかつ軸方向に均一であることにより、様々な断面における接触点は略同一の接触曲線形状を画成することになる。
図１１は、概ね円柱形の管状であるスプリットスリーブを示し、このスプリットスリーブは、内面全体に分布してスリーブ８８の内面に突出する矩形のピンプル８９を有する。スリーブ８８のピンプル８９は、概ね楕円形の接触曲線７０を画成する。
スリーブの内面にピンプル及び／又は突起部を設ける代わりに、ピンプル及び／又は突起部をフェルールの外面に設けてよい。相補的な嵌合用の（ノッチ、溝等の）窪みをスリーブの内面に設けてよい。
上述の全ての接触曲線は、前述の条件に準拠している。
本フェルールは、精密な特徴部を有する開放構造、即ち開放型ファイバ位置合わせ溝を有し、この溝は、エポキシ又は相補的な精密部品を用いることなく、光ファイバを確実に（例えばクランプ留めで）保持できる。一実施形態では、フェルールは複数の開放型溝を備える本体を有し、この開放型溝は本体の１つの表面上に平行に形成され、光ファイバの終端部分を受承してクランプ留めする。更なる実施形態では、位置合わせガイドピン用の溝をフェルール本体に設けてよい。
本発明の一態様では、スリーブは概ね管状の本体を有し、この本体はフェルールの位置合わせのための嵌合用表面特徴部を有する。この表面特徴部は、切断面において二次元的に変化するか、又は長手方向軸の配向も含んで三次元的に変化する。
本発明の別の態様では、スタンピングや押出加工等により、フェルール構成部品及び／又はスリーブを精密形成する。別の実施形態では、ダイを通したブランクの押出加工により、フェルール構成部品を形成する。
一実施形態では、フェルール本体を金属材料で作製する。この金属材料は、高剛性（例えばステンレススチール）、化学不活性（例えばチタニウム）、高温安定性（例えばニッケル合金）、低熱膨張率（例えばアンバ）を有するよう、又は他の材料の熱膨張率と適合するよう（例えばガラスと適合するコバールを）選択してよい。
フェルールの溝３４は、例えば機械的に嵌合するか又は締り嵌め（若しくは押し合わせ）することによって、光ファイバ２４（保護緩衝及び外被層無しの、クラッドが露出した剥き出し部分）をクランプ留めし、確実に保持するよう構成する。例えば、溝３４の幅を光ファイバ２４の直径より僅かに小さくサイズ設定することで、光ファイバ２４を締り嵌めによって溝３４内にぴったりと保持できる。締り嵌めにより、光ファイバ２４は定位置に確実にクランプ留めされ、結果として光ファイバ２４の端部の位置及び配向は溝３４の配置及び長手方向の軸により設定される。図示した実施形態の１つでは、溝３４は、剥き出しの光ファイバ２４（即ち、保護緩衝及び外被層無しの、クラッドが露出した剥き出し部分）をぴったりと受承するＵ字型の断面を有する。溝３４の両側の側壁は略平行であり、溝の開口を、側壁間の平行の空間（即ち、僅かにＣ字型の断面）より僅かに狭くすることで、光ファイバ２４のための追加の機械的嵌合又は締り嵌めを提供してよい。このような開放型溝の構造の更なる詳細は、２０１２年４月５日出願の米国特許出願第１３／４４０９７０号明細書に見られ、この特許出願は参照によってその全体が本明細書に援用される。溝を備えたフェルール半体１４’は、効果的には、光ファイバ２４の端部を互いに対してかつフェルールの外部の幾何学的形状に対して正確に配置及び位置合わせして光ファイバ２４を支持する、一体型の開放型フェルールである。
従来技術で実施されていたプラスチックフェルールブロックの貫通孔の形成に比べて、開放型溝をより簡単かつ精密に形成できることが理解できる。
精密スタンピングプロセス及び装置は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７３４３７７０号明細書に開示されており、この特許は参照によりその全体が本明細書に援用される。この特許に開示されているプロセス及びスタンピング装置を、本発明のフェルールの精密スタンピングに採用してよい。フェルール半体１３、１４を、その中に光ファイバを保持して、溶接又ははんだ付けによって互いに貼り合わせてよい。
図１２に示す実施形態を参照すると、フェルール組立体１１２の中に光ファイバ２４を保持してこれを密閉封止する場合、フェルール組立体１１２を採用して密閉型フェルール組立体としてよい。既出の実施形態のフェルール１２の一方の端部において位置合わせする代わりに、フェルール組立体１１２の両端部において剥き出しのファイバを位置合わせすることで、フェルール組立体１１２を既出の実施形態のフェルール１２（即ち、長手方向の軸に対して直角な軸について対称なフェルール）に適用できる。この実施形態では、フェルール組立体１１２を光電気モジュール１１２のハウジング１１４に密閉状態で取り付け、両端部がフェルールの端面を大幅に超えないように剥き出しの光ファイバ（即ち、緩衝及び保護外被層無し）のみをフェルール内に保持する（即ち、フェルール組立体１１２内に保持された光ファイバは、フェルール組立体１１２の両端面と略同一平面で終端する；このときフェルール組立体１１２の端面の一方は、モジュールハウジング１１４内にある）。この実施形態では、光ファイバの両端について高い許容誤差でファイバ位置合わせ溝を（例えばスタンピングにより）精密に形成してよい。
従ってこの実施形態では、フェルール組立体１１２は、（例えばパッチコード１６３のフェルール組立体１１２及びフェルールを受承するようサイズ設定された相補的な形状を有するスプリットスリーブ等の）位置合わせスリーブ２０を用いて、（例えば楕円形の断面を有する同様に形成されたフェルール１２を備えるパッチコード１６３等の）光ファイバリボン等の別の光デバイスに結合するための、モジュール１１２用の取り外し可能な端末を提供する。この実施形態では、フェルール組立体１１２を、外部デバイスへの光学的位置合わせ用の位置合わせフェルールを有するモジュール１１２の密閉型端末と見做してよい。この実施形態によると、置換用ファイバリボンを密閉型フェルール端末に差し込むことによって、有意により高価なモジュール１１２を置換せずに不完全な外部光ファイバリボンを置き換えてよい。
上述のフェルールについて、光ファイバコネクタにおいて隣接するフェルール同士の光学的位置合わせが位置合わせスリーブに依存している点に鑑みれば、フェルールの外面もまた、位置合わせスリーブを用いて位置合わせするために、高い許容誤差に維持されるべきである。上述の実施形態では、フェルール同士の位置合わせのための位置合わせピンは不要である。従って、フェルール部分（フェルール半体）のスタンピング形成については、溝、フェルール部分の合わせ面、及びスリーブと接触させる外面の形成を含む、フェルール部分の本体全体のスタンピング形成を含むであろう。スリーブも同様にスタンピングによって精密形成されてよい。これにより、溝とフェルールの位置合わせ外面との間の寸法関係を維持し、位置合わせピンに頼らない、位置合わせスリーブのみを用いた位置合わせを容易にする。
本発明を好適な実施形態を参照して図示し、説明してきたが、本発明の精神、範囲及び教示から逸脱することなく、様々な変更を施せることは当業者には理解されるであろう。従って、開示した発明は、単なる例示、及び添付の請求項に明記された範囲のみに限定されるものと考えるべきものではない。
１４００、１０ 光ファイバ組立体、光ファイバコネクタ
１４０２、１２、１２’、１２’’、１２’’’、１３’’’、１３’’’、１４’’’、７２ フェルール
１３、１４、１３’’、１４’’ フェルール半体
１５ 端面
１６ プラットフォーム
１８ 床
１９ 外面
２０、２０’、２０’’、８５、８８ スリーブ
２１、２２、２１’ 、２２’、２１’’ 、２２’’、２１’’’、２２’’’ 側部
２３ ファイバリボン
２４ 光ファイバ
２６ 角
２７、２８、１２’’’ スリット
３４ 溝
３９ 内面
５０ 湾曲面、フェルール表面
６０ コネクタ
６２ 結合器
６３ Ｔ字型半体
６４ 開口
６６ アダプタ
６８ 孔
７０ 接触曲線
７５ 突起部
８１ フィンガ
８２ 背骨状部
８３ 先端
８６ 波形
８９ ピンプル
１１２ フェルール組立体、光電気モジュール
１１４ ハウジング
１６３ パッチコード

Claims (16)

  1. 複数の光ファイバを支持するためのフェルールであって、前記フェルールは：
    前記光ファイバの端部を支持する本体であって、位置合わせスリーブの相補的な表面と位置合わせするための外面を有する本体を備え、
    前記本体の前記外面は、概ね楕円形の接触面断面形状を有し、
    前記本体は２つのフェルール半体を含み、該２つのフェルール半体の外面の組合せにより、前記概ね楕円形の接触面断面形状を有する前記本体の前記外面が形成されており、前記フェルール半体の少なくとも１つの表面上に複数の長手方向の開放型溝が設けられており、
    前記複数の長手方向の開放型溝を有する前記フェルール半体が、材料をスタンピングすることにより形成されている、
    フェルール。
  2. 前記本体と前記スリーブとの間の複数の接触点は、断面の曲線に沿って画成され、前記接触点曲線に沿う各前記接触点における曲率中心は、前記光ファイバのアレイの軸の平面上に存在しない、請求項１に記載のフェルール。
  3. 前記２つのフェルール半体の一方または両方が、前記スリーブに接触しない平坦な外面部分を有する、請求項２に記載のフェルール。
  4. 前記接触点曲線に沿う各前記接触点における前記曲率中心は、前記光ファイバのアレイの幾何学的中心に存在しない、請求項２または３に記載のフェルール。
  5. 前記接触点曲線に沿う各前記接触点における前記曲率中心は、前記本体の２つの直交する対称面の少なくとも１つに存在しない、請求項２から４いずれか１項に記載のフェルール。
  6. 前記対称面は、前記光ファイバのアレイの軸の平面と、前記平面に直交する平面とを含む、請求項５に記載のフェルール。
  7. 前記断面の長軸に沿った前記フェルールの端部は切り取られている、請求項１から６いずれか１項に記載のフェルール。
  8. 前記断面の長軸に沿った前記フェルールの前記端部は、平坦な形状に切り取られている、または前記２つのフェルール半体のそれぞれの端部において内側にカールする形状に切り取られている、請求項７に記載のフェルール。
  9. 請求項１から８いずれか１項に記載のフェルール；及び
    位置合わせスリーブ
    を備える、フェルールとスリーブの組合せ。
  10. 前記スリーブは波形の管状本体を有する、請求項９に記載の組合せ。
  11. 前記スリーブは概ね楕円形の接触面断面形状の本体を有し、そこから片持ち式で延在するフィンガを備える背骨状部を有する、請求項９または１０に記載の組合せ。
  12. 前記スリーブは概ね楕円形の接触面断面形状の本体を有し、内面上に分布して突出するピンプルを有する、請求項９から１１いずれか１項に記載の組合せ。
  13. 請求項１から８いずれか１項に記載のフェルール；及び
    前記フェルールを支持するハウジング
    を備える、光ファイバコネクタ。
  14. 前記複数の長手方向の開放型溝を有する前記フェルール半体を、材料をスタンピングすることにより形成する工程を含む、
    請求項１から８いずれか１項に記載のフェルールを製造する方法。
  15. 前記複数の長手方向の開放型溝を有する前記フェルール半体を、材料をスタンピングすることにより形成する工程、および
    前記相補的な表面を有する前記位置合わせスリーブを形成する工程、
    を含む、請求項９から１２いずれか１項に記載のフェルールとスリーブの組合せを製造する方法。
  16. ハウジング；及び
    前記ハウジングに密閉封止された請求項１から８いずれか１項に記載のフェルール
    を備える、光電気モジュール。
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