KR101878438B1 - 엔드-캡 광섬유의 연결구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유의 출력단에 중앙부가 광학적 접착(optical contact)으로 부착되고, 상기 광섬유의 직경보다 큰 직경을 갖는 엔드 캡; 상기 엔드 캡이 선단 내부에 수용되고 외부에 캡 하우징이 나사결합된 제1 연결부재; 상기 제1 연결부재의 말단 일부가 수용되는 케이싱 부재; 상기 케이싱 부재의 내부에 위치되고 축방향으로 상기 제1 연결부재와 서로 나사체결되는 제2 연결부재; 및 상기 제1 연결부재의 나사이동에 의해 가압되고 상기 제2 연결부재의 내부에 위치되어 상기 광섬유를 고정하는 지그부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

엔드-캡 광섬유의 연결구조체{Connector for end-cap optical fiber}

본 발명은 엔드-캡 광섬유의 연결구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 끝단이 막힌 엔드-캡 광섬유의 연결구조체에 관한 것이다.

일반적으로, 고출력 레이저는 다양한 분야에서 계측용이나 디스플레이 등의 용도로 활용되고 있다.

이러한 고출력 레이저는 레이저 발생 매질, 레이저 광원의 생성방식에 따라 분류되며, 근래에는 고체 레이저 및 반도체 레이저의 빔 특성 및 3D 가공 특성 향상을 통한 작업효율이 증대되고, 이동성을 고려한 제품의 소형화, 그리고 전체 시스템의 저비용화를 구현하기 위한 광섬유 레이저가 부각되고 있다.

종래의 광섬유 레이저는 레이저 발진 매질이 필수적이며, 광섬유 코어 내부의 다양한 파장의 레이저 발진 특성을 내는 희토류 원소의 채용에 한계가 있어 레이저 발진 효율이 높지 않다.

이러한 문제로 인해 고출력 레이저 구현의 한계가 있어 종래의 고체 및 반도체 레이저의 고출력 및 다양한 레이저 발진 파장 구현의 장점과 광섬유 레이저 출력 기술이 각광을 받고 있다.

통상 대구경 광섬유를 이용한 레이저 출력장치 중에는 광섬유의 출력단에 엔드 캡(End-cap)을 부착하여 제작한 것이 있다.

한편, 대구경 광섬유는 기존의 통신용 광섬유와 같이 세라믹 페롤을 통해 광섬유 커넥터를 제작하는 것에 한계가 있으며, 특히 근래 들어서는 고출력에 따라 광케이블의 직경이 커짐에 따라 스테인레스 스틸을 활용한 SMA(Subminiature assembly) 커넥터가 주로 활용되고 있다. 이러한 SMA 커넥터는 기존 대구경 광섬유를 다른 장비, 또는 다른 광섬유와의 접속 및 차단을 위해서 채용되고 있다.

종래의 SMA형 커넥터는 암 커넥터에서 돌출된 광섬유를 수 커넥터의 나사부 내측으로 삽입시키고 암 커넥터의 플러그를 수 커넥터의 나사부에 체결시킴으로써 광섬유의 연결이 가능하다. 이때, 암 커넥터와 수 커넥터의 체결시 조정나사를 통해 각각의 광섬유의 접속 간격을 정밀하게 조정할 수도 있다.

이러한 방식으로 체결되는 종래의 SMA형 커넥터는 암 커넥터 및 수 커넥터를 체결함으로써 간편하게 광섬유의 연결이 가능한 이점이 있었다. 그러나, 종래의 SMA형 커넥터는 암 커넥터와 수 커넥터에 각각 광섬유를 장착하는 작업이 불편한 문제점이 있었다.

한편, 종래의 SMA 커넥터에서는 광섬유를 커넥터 하우징 내부에 고정시키기 위해 에폭시를 충전 및 열경화하여 원하는 위치에 고정하여 연마 작업을 통해 제작하였으며, 이후, 고출력 레이저 및 빛의 전송을 위해 에어 갭 형(Air-gap type) SMA 커넥터가 소개됨에 따라 외부 열원에 의한 에폭시 흘러내림 및 버닝현상 등의문제가 제기되고, 아울러 광섬유를 고정하는 것은 작업공정이 복잡하여 시공상 비효율적이며, 에폭시 충전영역에 대한 내구성의 신뢰도가 떨어지는 문제점들이 제기되었다.

따라서 종래에는 에폭시를 사용하지 않는 대신에 다양한 형태의 고정형 지그를 통해서 광섬유가 연결부 중심에 위치할 수 있도록 하는 다양한 방식들이 제안되었다. 즉, 손상 방지용 SMA 커넥터 기반의 대구경 광섬유 점퍼 코드 제작은 기존의 커넥터와는 달리 에폭시를 이용한 본딩 공정 및 열경화 공정을 배제하기 위한 것으로 이를 위해서는 대구경 광섬유 고정을 위한 고정요소가 필수적이다.

이에 따라 종래에는 구리 등의 금속소재를 광섬유 직경을 고려하여 다양한 내경을 갖도록 제작하여, SMA 조립체의 조립 과정에서 쪼임 구조를 이용하여 체결하였으나, 이러한 금속소재의 광섬유 고정용 고정구조의 특성상, 작업자의 체결 과정에서의 미세한 부주의에도 광섬유 파손 및 절단이 쉽게 발생하는 문제가 제기되었다.

이러한 지나친 쪼임은 광섬유의 파손을 초래하고 이에 따른 버닝 현상으로 이어지는 문제점이 있고, 다양한 직경의 광섬유에 적용하기 어려워 범용성이 떨어지는 문제점이 있었다.

<선행문헌>

선행문헌 1: 대한민국 특허공개 제2015-0003858호(2015.01.09)

선행문헌 2: 대한민국 특허공개 제2011-0066306호(2011.06.17)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 광섬유의 출력단에 엔드 캡(End-cap)을 부착한 대구경의 광섬유용 커넥터로서, 고정시 지나친 쪼임에 의한 손상을 방지하고 다양한 직경의 광섬유에 광범위하게 사용할 수 있는 엔드-캡 광섬유의 연결구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 형태에 따르면, 광섬유의 출력단에 중앙부가 광학적 접착(optical contact)으로 부착되고, 상기 광섬유의 직경보다 큰 직경을 갖는 엔드 캡; 상기 엔드 캡이 선단 내부에 수용된 제1 연결부재; 상기 제1 연결부재의 말단 일부를 수용하는 케이싱 부재; 상기 케이싱 부재의 내부에 위치되고 동축 방향으로 상기 제1 연결부재와 서로 나사체결되는 제2 연결부재; 및 상기 제1 연결부재의 나사이동에 의해 가압되고 상기 제2 연결부재의 내부에 위치되어 상기 광섬유를 고정하는 지그부재를 포함하여 이루어진 엔드-캡 광섬유의 연결구조체가 제공된다.

상기 지그부재는 상기 제2 연결부재의 중공부에 위치되며 상부의 누름부와 하부의 베이스부가 상하로 결합되고, 상기 누름부의 상부에는 일측으로 경사진 형태의 웨지부가 설치되어, 상기 제1 연결부재가 회전되어 상기 제2 연결부재에 나사산을 따른 이동에 의해 상기 지그부재의 상기 웨지부가 상기 누름부를 하강시키는 것으로 상기 광섬유를 고정하는 것이 바람직하다.

상기 엔드 캡에 부착된 광섬유의 주위를 감싸도록 형성되고, 상기 엔드 캡의 일면에 면 접촉하도록 결합된 광섬유 팁을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제1 연결부재의 선단 외주면에는 상기 엔드 캡과 상기 광섬유 팁을 보호하기 위한 캡 하우징이 장착된 것이 바람직하다.

상기 제1 연결부재의 말단에는 숫나사부가 형성되고, 상기 제2 연결부재의 일단에는 암나사부가 형성되며, 상기 제1 연결부의 말단은 상기 베이스부에서 연장된 지지단에 맞닿아 상기 제1 연결부재가 회전되고 상기 제2 연결부재의 암나사부를 따라 이동하는 것으로 상기 베이스부의 지지단을 이동시키는 것일 수 있다.

상기 지그부재의 누름부에는 상기 웨지부가 놓여지는 안내홈이 형성되고, 상기 누름부의 하부에는 다수의 포스트부가 형성되고, 상기 베이스부의 상면에는 상기 포스트부가 삽입되는 삽입공이 형성된 것일 수 있다.

상기 제1 연결부재가 상기 제2 연결부에서 나사이동되면 상기 제1 연결부재의 말단이 상기 베이스부의 지지단을 가압하여, 상기 웨지부의 경사면을 따라 상기 누름부가 상기 베이스부로 하강되는 것으로 상기 광섬유의 고정이 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 광섬유의 출력단에 엔드 캡(end-cap)을 부착한 대구경의 광섬유를 견고하게 고정하면서도, 연결부재의 나사체결을 통해 웨지부가 누름부재를 점증적으로 눌려 광섬유를 고정시키는 구성을 제공함으로써 광섬유의 손상을 방지하면서도 정밀하고 견고한 광섬유의 고정이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드-캡 광섬유의 연결구조체를 나타내는 결합 사시도,
도 2는 도 1의 종단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드-캡 광섬유의 연결구조체의 엔드 캡구조를 보여주는 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드-캡 광섬유의 연결구조체의 엔드 캡이 구비된 광섬유와 이를 고정하는 지그부재를 보여주는 사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드-캡 광섬유의 연결구조체의 엔드 캡이 마련된 광섬유가 연결 부재들에 고정된 상태를 보여주는 사시도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드-캡 광섬유의 연결구조체를 나타내는 사시도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드-캡 광섬유의 연결구조체의 제1 연결부재와 제2 연결부재를 나타내는 사시도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드-캡 광섬유의 연결구조체의 제2 연결부재를 나타내는 사시도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드-캡 광섬유의 연결구조체에 웨지부가 안착된 상태의 사시도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드-캡 광섬유의 연결구조체의 베이스부의 구성을 보여주는 사시도
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드-캡 광섬유의 연결구조체의 광섬유의 고정상태를 보여주는 상태도, 및
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드-캡 광섬유의 연결구조체의 누름부가 안착된 상태를 보여주는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 각 구성 요소를 지칭하는 용어들은 그 기능을 고려하여 예시적으로 명명된 것이므로, 용어 자체에 의하여 본 발명의 기술 내용을 예측하고 한정하여 이해해서는 안 될 것이다.

우선 도 3과 같이, 본 발명에 적용된 광섬유(60)는, 광섬유(60)의 출력단에 장착되는 엔드 캡(20)과, 이 엔드 캡(230)에 결합된 상태로 광섬유(60)의 출력단 부위를 감싸는 광섬유 팁(30)이 구비된 구성으로 제공된다. 이러한 광섬유(60)는 내부의 전반사를 통하여 레이저를 전달하도록 제공된 것으로서, 이러한 광섬유(60)의 출력단에 엔드 캡(20)과 광섬유 팁(30)이 형성된 것이므로, 이 엔드 캡(20)과 광섬유 팁(30)은 광섬유(60)를 통과한 레이저의 광섬유 종단 표면에서의 손상을 방지하고, 전송효율을 높여주도록 제공되고, 광섬유 코어로 입사되는 레이저의 되반사를 방지시켜 광섬유 출력단의 손상을 방지하는 역할을 한다.

이때, 엔드 캡(20)은 광섬유의 직경보다 크게 형성되고, 일면 중양부에 광섬유(10)의 출력단이 결합된다. 또한 광섬유(10)와 엔드 캡(20)의 결합방식은 광학적 접착(optical contact)으로 상호 접착된다. 아울러 광학적 접착을 위해, 엔드 캡(20)의 일면은 광섬유의 출력단과 거의 같은 표면형상으로 형성되고, 연마작업을 통해 표면조도(surface roughness) 및 표면질(surface quality)의 성능을 높이고 세척을 통해 이물질을 제거하도록 한다.

이러한 광학적 접착은 분자간 인력에 의한 접합의 한 종류로서, 접합경계면이 사라지는 효과가 있기 때문에 광섬유를 통과한 레이저가 경계면에서 손상이나 손실없이 안정적으로 전달될 수 있다.

한편, 광섬유 팁(30)도 엔드 캡(20)에 광학적 접착으로 접합되는데, 그 이유는 엔드 캡(20)의 일면을 연마한 후 광섬유 팁(30)에 끼워진 광섬유(60)와 함께 광섬유 팁(30)을 접합시키도록 하여 보다 단시간 내에 편리하게 설치하면서도, 광섬유(60)와 엔드 캡(20) 간의 광학적 접착 구조를 보다 견고하게 지지할 수 있기 때문이다.

이와 같이 본 발명의 광섬유(60)는 출력단에 엔드 캡(20)과 광섬유 팁(30)이 레이저의 손실없이 안정적으로 전달하여 출력함으로써, 굴절률과 열팽창계수가 거의 같게 사용할 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명은 엔드 캡(20)과 광섬유 팁(30)을 보호하도록 제1 연결부재(130)의 선단에 나사 결합된 캡 하우징(110)이 제공된다. 또한 제1 연결부재(130)의 말단의 일부는 케이싱 부재(120)에 수용된다. 이 케이싱 부재(120)에는 관부재(150)가 장착된다. 또한 광섬유(60)는 이들의 관통하도록 구성된다. 한편, 케이싱 부재(120)의 외주면에는 조임볼트(191)가 장착되어 케이싱 부재(120)에서 제1 연결부재(130)를 고정한다.

한편 도 7 내지 도 12를 참조하면, 제1 연결부재(130)의 말단에는 숫나사부가 형성된다. 또한 제1 연결부재(130)의 일부는 케이싱 부재(120)의 내부에 장착되는데, 이때 케이싱 부재(120)의 외주면에 설치된 조임볼트(191)가 관통되어 내부에 제1 연결부재(30)의 고정홈(135)에 조임볼트(191)가 맞닿아 고정이 이루어진다.

또한 제1 연결부재(130)와 제2 연결부재(140)는 케이싱 부재(120)의 내부에서 동축 선상에서 서로 나사체결된다. 즉 제2 연결부재(140)의 선단의 내주면에는 암나사부가 형성되고, 제1 연결부재(130)의 말단에는 숫나사부가 형성되어 서로 나사체결된다.

이에 따라 제1 연결부재(130)를 회전시켜 제2 연결부재(140)의 나사산을 따라 제1 연결부재(130)가 광 섬유 커넥터의 축방향으로 이동이 이루어질 수 있다.

도 5를 참조하면, 제2 연결부재(140)의 내부에는 지그부재(170)가 장착된다. 구체적으로, 지그부재(170)는 도 10 및 도 11과 같이 지지단(173)이 제1 연결부재(130)의 내주면에 고정되고, 반원통형의 베이스부(172)의 상부에 반원통형의 누른부(171)가 안착된다. 또한 누름부(171)의 상부에는 일정 경사도를 갖는 안내홈(171a)이 형성된다. 또한 이 안내홈(171a)에는 일정길이를 갖는 웨지부(180)가 장착된다.

여기서 웨지부(180)는 통상적으로 사용되는 쐐기로서, 일측으로 갈수록 높아지는 경사면을 갖는 긴 막대형으로 이루어지며, 제2 연결부재(140)의 중공부(146)의 일단면에 웨지부(140)의 말단이 지지된 형태로 설치된다.

이와 같이 구성된 지그부재(170)는 사용자가 제1 연결부재(130)의 선단부(132)를 회전시키면, 나사산을 따라 제2 연결부재(140)에서 축방향으로 전진이동을 하고, 이러한 전진이동에 따라 지지단(173)을 일측방향으로 이동시키게 된다.

이러한 작용에 따라 베이스부(172)의 상부에 안착된 누름부(71)는 상부의 안내홈(171a)에 안착된 웨지부(180)의 하부면을 따라 이동하게 된다. 즉 제1 연결부재(130)가 베이스부(172)에서 연장된 지지단(173)를 가압하면 베이스부(172)의 상부에 안착된 누름부(171)가 중공부(146)에서 이동하게 되고, 누름부(171) 상부에 안착된 웨지부(180)의 경사면에 따라 누름부(710)는 베이스부(172) 쪽으로 점증적으로 가압이 이루어진다. 이러한 작용에 의해 베이스부(172)를 관통하는 광섬유(60)에 대한 고정이 이루어진다.

즉 사용자가 제1 연결부재(130)의 선단부(132)를 회전시키는 동작만으로도 광섬유 커넥터의 내부의 지그부재(170)의 가압력을 용이하게 조절할 수 있게 된다.

또한 도 9와 같이 누름부(171)에는 포스트부(175)가 형성되고, 베이스부(172)의 상부에는 삽입공(176a,176b)이 형성되어 누름부(171)의 하강시 베이스부(172)의 삽입공(176a,176b)에 따라 포스트부(175)가 안내됨으로써 일측으로 치우치게 광섬유(60)를 가압하는 등의 문제를 해결하고, 균일한 고정력을 제공할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 대구경 광섬유용 커넥터를 제공하는 것으로, 특히 금속 형태의 고정용 지그의 문제점인 광섬유 직경에 따른 유동성 문제(예를 들어 금속지그와 광섬유 직경의 미세한 차이로 인한 광섬유 손상유발문제)를 개선할 수 있다.

또한 본 발명은 지그부재(170)의 재질을 테프론이나 금속, 강화 플라스틱 등으로 형성함으로써 내구성 및 내열성을 확보할 수 있고, 제1 연결부재(130)를 회전시키는 것으로 지그부재(170)의 고정력을 정밀하게 조정할 수 있어 광섬유의 손상을 방지하고 긴밀한 고정력을 확보할 수 있다.

또한 본 발명은 금속재질로 지그부재(170)를 형성하고 통상의 맞춤새(쐐기)형 고정용 지그를 제공함으로써 제1 연결부재(130)의 회전력을 누름부(171)의 가압력으로 용이하게 전환시키는 구조를 제공하는 것에 의해 달성될 수 있다.

이러한 본 발명은 사용상 편의성과, 금속재질의 지그에서 발생되었던 광섬유 손상에 대한 문제를 해결할 수 있으며, 광섬유 커넥터의 내구성과 긴밀한 고정력을 동시에 확보할 수 있다.

또한 본 발명은 광학적 접착방식으로 광섬유(60)와 엔드 캡(120) 및 광섬유 팁(130)을 성호 접합함으로써, 별도의 접착제나 기계적 접합 등이 불필요하고, 접합면의 분자간 인력에 의한 안전한 밀착으로 인해 광학적 경계면이 사라져 접합면에 의한 손상이나 레이저의 손실 등을 최소화할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

20: 엔드 캡
30: 광섬유 팁
60: 광섬유
110: 캡하우징
111: 나사부
120: 케이싱 부재
130: 제1 연결부재
140: 제2 연결부재
150: 관부재
170: 지그부재
171: 누름부
172: 베이스부
173: 지지단
180: 웨지부

Claims (6)

1. 광섬유의 출력단에 중앙부가 광학적 접착(optical contact)으로 부착되고, 상기 광섬유의 직경보다 큰 직경을 갖는 엔드 캡;
   상기 엔드 캡이 선단 내부에 수용된 제1 연결부재;
   상기 제1 연결부재의 말단 일부를 수용하는 케이싱 부재;
   상기 케이싱 부재의 내부에 위치되고 동축 방향으로 상기 제1 연결부재와 서로 나사체결되는 제2 연결부재; 및
   상기 제1 연결부재의 나사이동에 의해 가압되고 상기 제2 연결부재의 내부에 위치되어 상기 광섬유를 고정하는 지그부재를 포함하고,
   상기 지그부재는 상기 제2 연결부재의 중공부에 위치되며 상부의 누름부와 하부의 베이스부가 상하로 결합되고, 상기 누름부의 상부에는 일측으로 경사진 형태의 웨지부가 설치되어,
   상기 제1 연결부재가 회전되어 상기 제2 연결부재에 나사산을 따른 이동에 의해 상기 지그부재의 상기 웨지부가 상기 누름부를 하강시키는 것으로 상기 광섬유를 고정하는 것을 특징으로 하는 엔드-캡 광섬유의 연결구조체.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 엔드 캡에 부착된 광섬유의 주위를 감싸도록 형성되고, 상기 엔드 캡의 일면에 면 접촉하도록 결합된 광섬유 팁을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 엔드-캡 광섬유의 연결구조체.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 연결부재의 선단 외주면에는 상기 엔드 캡과 상기 광섬유 팁을 보호하기 위한 캡 하우징이 장착된 것을 특징으로 하는 엔드-캡 광섬유의 연결구조체.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 연결부재의 말단에는 숫나사부가 형성되고,
   상기 제2 연결부재의 일단에는 암나사부가 형성되며,
   상기 제1 연결부의 말단은 상기 베이스부에서 연장된 지지단에 맞닿아 상기 제1 연결부재가 회전되고 상기 제2 연결부재의 암나사부를 따라 이동하는 것으로 상기 베이스부의 지지단을 이동시키는 것을 특징으로 하는 엔드-캡 광섬유의 연결구조체.
6. 제5항에 있어서,
   상기 지그부재의 누름부에는 상기 웨지부가 놓여지는 안내홈이 형성되고,
   상기 누름부의 하부에는 다수의 포스트부가 형성되고,
   상기 베이스부의 상면에는 상기 포스트부가 삽입되는 삽입공이 형성된 것을 특징으로 하는 엔드-캡 광섬유의 연결구조체.

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