KR20140019431A - 개방된 섬유 클램핑 홈을 구비한 광섬유 커넥터 페룰 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개방 섬유 클램핑 홈(24)을 구비한 광섬유 커넥터(10)의 페룰(12)에 관한 것이다. 페룰은 광섬유(20)의 종결 단부 섹션을 클램핑하기 위한 복수의 개방 홈(24)을 가지는 본체(13)를 가진다. 홈의 종방향 개방부의 적어도 일부 섹션은 클램핑 효과를 제공하기 위한 대향하는 립들을 구비한다. 홈의 적어도 일부 섹션을 따라 형성된 립들 사이에 정의되는 종방향 개방부의 너비는 섬유에 대한 기밀 맞춤을 생성하도록 광섬유 직경보다 좁다. 홈 및 종방향 홈 개방부의 너비는 홈에 대하여 섬유의 이동을 허용하는 어떠한 간극도 없이 섬유를 보유하는 형상 및 크기를 갖는다. 유사하게 홈은 정렬 가이드 핀(18)을 위한 페룰 본체에 구비될 수 있다. 홈은 스탬핑 및 압출과 같은 고속 처리 공정에 의해 정밀 형성된다.

Description

개방된 섬유 클램핑 홈을 구비한 광섬유 커넥터 페룰{OPTICAL FIBER CONNECTOR FERRULE HAVING OPEN FIBER CLAMPING GROOVES}

우선권 주장

본 출원은 2011년 4월 5일에 출원된 미국특허 가출원 제 61/472,133호를 우선권 주장한다.

기술분야

본 발명은 광섬유 커넥터에 관련한 것으로, 특히 광섬유 커넥터의 페룰에 관한 것이다.

광섬유 도파관을 통해 광신호를 전달하면 많은 이점이 있고 그 용도는 다양하다. 단일 또는 다중 섬유 도파관은 원격지로 가시광선을 전달하는데 간단히 이용될 수 있다. 복잡한 전화 및 데이터 커뮤니케이션 시스템은 다중 특수 광신호를 전달할 수 있다. 이러한 장치들은 단부 대 단부 관계로 섬유들을 결합하는데, 결합부가 광손실원이 된다. 섬유 링크에서의 전체 광손실이 시스템의 명시된 광커넥터 손실 예상량과 같거나 그보다 작도록 보장하기 위해서는 광섬유의 연마된 두 단부의 정밀한 정렬이 필요하다. 단일모드 텔레커뮤니케이션급 섬유에 있어서, 이는 대체로 1000nm 미만의 커넥터 섬유 정렬 공차와 일치한다. 이는 멀티-기가비트 속도로 동작하는 평행 섬유와 단일 섬유 링크 모두에서, 섬유를 정렬하는데 적용되는 구성요소들이 반드시 1미크론 미만의 정밀도로 조립되고 제조되어야 하는 것을 의미한다.

광섬유 커넥터에서, 광섬유 커넥터는 하나 혹은 다수의 섬유를 내장한 케이블의 단부를 종결하고, 스플라이싱(splicing)보다 빠른 접속과 단절을 가능하게 한다. 커넥터는 기계식으로 섬유 코어를 결합하고 정렬하여 빛이 단부 사이를 통과할 수 있게 한다. 더 좋은 커넥터는 섬유의 반사 또는 오정렬로 인한 빛의 손실이 매우 적다. 병렬/다중 섬유나 단일 섬유 링크에서 멀티 기가비트 속도로 동작하는 커넥터는 반드시 1미크론 미만의 정밀도로 제조된 하부 구성요소로 조립되어야 한다. 그러한 수준으로 부품을 생산하는 것이 어렵지 않다면, 최종 산출물의 경제성을 위해 전자동화되고 매우 빠른 속도의 공정을 거쳐야 한다.

현재 광섬유 커넥터는 오랫동안 기본 설계에서 변하지 않았다. 기본 커넥터 유닛은 커넥터 조립체이다. 도 8은 US Conec Ltd에 의해 상용화된 광섬유(112)를 내장한 케이블(110)용 광섬유 커넥터(100)의 예시이다. 커넥터는 페룰(102), 페룰 하우징(104), 케이블 자켓 또는 부트(106), 정렬 가이드 핀(108), 하우징 내부 혹은 외부에 구비되는 다른 하드웨어(예를 들어, 케이블 스트레인 릴리프, 크림프, 바이어싱 스프링, 스페이서, 등)로 구성된 조립체이다. 페룰(102)과 섬유(112)의 종결 단면은 연마된다. 광섬유 커넥터(100)에서 페룰(102)은 단부 대 단부 배열된 두 커넥터의 연마된 섬유 단면들을 함께 가압하기 위한 축편향을 제공하는 스프링이 들어있다. 대부분의 경우 광손실을 방지하기 위해, 결합된 섬유들 간의 물리적 접촉을 제공하기 위함이다. 물리적 접촉은 커넥터 삽입 손실과 반사 손실을 증가시킬 수 있는 두 섬유간의 공기층을 방지한다. 도시되지 않은 아답터가 두 커넥터의 페룰을 견고하게 결합시키기 위해 필요하다[각 커넥터의 페룰 하우징 (104)은 아답터 내에 플러그된다].

도 8에 도시된 US Conec Ltd.가 제조한 광섬유 커넥터는 Nippon Telegraph and Telephone Corporation으로 양도된 미국 특허 5,214,730호에서 개시된 구조와 동일하다고 알려져 있다. '730 특허에 도시된 대로, 광섬유 커넥터는 복수의 개별 광섬유를 갖는 광섬유 리본 케이블을 수용하고, 개별 광섬유를 소정의 관계로 유지한다. 하나의 광섬유 커넥터의 복수의 개별 광섬유를 다른 광섬유 커넥터의 복수의 개별 광섬유와 정렬하기 위해 광섬유 커넥터는 (예를 들어 아답터를 이용하여) 다른 광섬유 커넥터와 정합될 수 있다.

US Conec Ltd.의 페룰(102)은 대체로 광섬유(112)의 종결 단부 및 정렬 핀(108)을 블록 내에 삽입하기에 충분한 간극을 제공하는 일련의 오버사이즈 관통구멍을 갖는 플라스틱 블록의 형태를 갖는다. 페룰(102)은 주로 유리입자에 의해 보강되는 플라스틱 폴리머 몰딩으로 형성된다. 다수의 광섬유(112)의 종결 단부를 페룰 블록(102)의 구멍에 삽입하기 위해, 광섬유의 완충(레진)층 및 보호용 자켓은 종결 단부 근처에서 피복층이 노출되도록 벗겨져 있고, 피복층은 에폭시층으로 코팅되어 있다. 광섬유의 종결 단부는 페룰의 오버사이즈 구멍에 끼워진다. 광섬유(112)의 단부는 에폭시 경화시에 페룰(102)에 견고하게 지지된다. 유사하게, 정렬 핀(108)의 단부는 핀을 위해 제공되는 페룰(102)의 오버사이즈 구멍에 삽입되기 전에 에폭시로 코팅된다.

상술한 페룰은 몇몇의 중대한 결점을 가지고 있다. 사출성형된 구조는 본질적으로 공차를 잘 유지하지 못한다. 폴리머는 강성이 아니고 부하 힘이나 모멘트가 섬유 케이블이나 커넥터 하우징에 가해지면 변형된다. 폴리머는 또한 오랜 시간에 걸친 크리이프(creep) 및 열 팽창/수축에 약하다. 게다가 페룰의 오버사이즈 구멍의 간극은 섬유의 단부 대 단부 정렬 공차에도 영향을 미친다. 에폭시는 경화시 수축되어 플라스틱 페룰을 절곡시킨다. 나아가, 에폭시는 시간이 흐르면서 크리이프되어, 커넥터 내의 스프링 부하의 축편향력이 가해지면 페룰의 구멍 내에서 (접해있는 섬유의 단부쪽으로 가압되는) 광섬유 단부의 피스토닝과 수축으로 이어진다. 이는 대향 섬유 단면들의 표면 접촉 경계면의 보존성을 위태롭게 한다. 이러한 그리고 다른 단점들이 현대 광섬유 응용예들에 더 높을 것이 요구되는 공차를 형편없게 한다.

현재, 현행의 섬유 커넥터는 제조하기에 너무 많은 비용이 들고, 더 높은 신뢰성과 광학손실특성이 요구되는 것이 일반적이다. 광섬유가 단거리 응용예(short haul, short reach applications)을 위해 선택된 커뮤니케이션 매개체라면, 섬유 커넥터의 공차는 향상되어야 하고 섬유 커넥터의 제조 비용은 감소되어야 한다. 커뮤니케이션 시스템, 데이터 프로세싱, 및 다른 신호 전달 시스템에서 광섬유의 활용이 어느 때보다 증가하고 비교적 널리 퍼짐에 따라, 섬유 단자 상호 결합을 위한 만족스럽고 효율적인 수단에 대한 요구가 생겨났다.

그러므로 낮은 삽입 손실과 낮은 반사 손실(return loss)을 갖고, 사용편이성 및 낮은 환경 민감도의 높은 신뢰성을 제공하며, 낮은 비용으로 제조되는 새로운 광섬유 커넥터 설계, 특히 새로운 페룰 설계를 개발하는 것이 바람직하다.

본 발명은 종래기술의 페룰과 커넥터의 많은 결점을 극복하는 광섬유 커넥터의 페룰을 제공한다. 본 발명에 따른 페룰은 낮은 삽입 손실 및 낮은 반사 손실을 갖고, 낮은 환경 민감도로 높은 신뢰성 및 사용 편이성을 제공하고, 낮은 비용으로 제조될 수 있는 광섬유 페룰을 구비한 광섬유 커넥터를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 페룰은 광섬유를 에폭시나 상응하는 정밀 부품 없이 광섬유를 단단하게 클램핑 할 수 있는 정밀 형상, 즉 개방 섬유 클램핑 홈이 그 위에 형성된 개방 구조를 가진다. 일 실시예에서 페룰은 광섬유의 종결 단면을 수용하고 클램핑하기 위해 평행하게 형성된 복수의 개방 홈을 그 표면에 가지는 본체를 구비한다. 본 발명의 또 다른 실시에에 따르면, 홈의 종방향 개방부의 적어도 일부 섹션은 클램핑 효과를 제공하기 위한 대향하는 립들을 구비한다. 홈의 적어도 일부 섹션을 따라 형성된 립들 사이에 정의되는 종방향 개방부의 너비는, 섬유에 대한 기밀 맞춤(tight fit)(예를 들어 억지끼움)을 생성하도록 광섬유 직경보다 좁고 광섬유 단면이 홈의 종방향 개방부로 측면 삽입될 수 있도록 허용하지만 홈 내에 광섬유를 꼭 맞게(snuggly) 보유한다. 홈 및 종방향 홈 개방부의 너비는 홈에 대하여 섬유의 이동을 허용하는 어떤 간극도 없이 섬유를 보유하는 형상 및 크기를 갖는다. 홈은 광섬유의 외부 형상에 합치하는 둥근 바닥, 또는 평평한 바닥 또는 (섬유와 홈의 벽 사이에 공간을 형성하는) v-홈을 가질 수 있다. 둥근 바닥은 섬유와의 접촉면적을 증가시키고 섬유 내에 더 균일한 탄성 응력을 제공하기 때문에 더 바람직하다.

일 실시예에서, 홈의 종방향 개방부의 너비는 전체 홈 길이를 따라 일정하다. 다른 실시예에서, 홈 개방부의 특정 섹션 또는 섹션들만 립에 의해 좁아진다(예를 들어, 광섬유 단부면에 인접한 홈의 단부에서, 그리고/또는 홈들의 다른 단부에서)

또 다른 실시예에서, 정렬 가이드 핀을 위한 유사한 홈이 페룰 본체에 구비될 수 있다.

본 발명의 또 다른 태양에서, 홈은 스탬핑이나 압출과 같은 높은 처리량 공정에 의해 정밀 형성된다. 일 실시예에서, 홈은 정밀 스탬핑에 의해 초기에 형성되고, 예를 들어 페룰 본체의 상부 표면은 스탬핑 또는 펀칭 하에 개방부의 두 대향 에지에서 재료를 홈의 개방부 내로 밀어넣거나, 레이저 기계가공을 이용해 개방부의 모퉁이에서 재료를 녹여 홈의 개방부 내로 유동하게 하여 립을 형성함으로써 홈 개방부를 좁히는 단계가 이어진다.

다른 실시예에서, 좁혀진 개방부를 구비한 홈은 다이를 통한 블랭크의 압출로 성형된다.

일 실시예에서, 페룰 본체는 금속 재료로 만들어진다. 금속 재료는 높은 강성(예를 들어, 스테인리스 강), 높은 화학적 안정성(예를 들어, 티타늄), 높은 온도 안정도(예를 들어, 니켈), 낮은 열팽창(예를 들어, 인바)을 가진 것으로 선택되거나, 다른 재료와 열팽창이 일치하는 것(예를 들어, 유리에 일치하는 코바)으로 선택될 수 있다.

본 발명에 따른 페룰은 종래기술의 많은 결점을 극복하여 결과적으로 낮은 삽입 손실 및 낮은 반사 손실을 갖고, 낮은 환경 민감도로 높은 신뢰성 및 사용 편이성을 제공하고, 낮은 비용으로 제조될 수 있는 광섬유 커넥터를 제공한다.

본 발명의 본질과 이점을 더 잘 이해할 수 있도록, 바람직한 실시예 뿐만 아니라, 첨부되는 도면을 함께 참조하여 아래에 자세히 설명될 것이다. 하기 도면에서, 같은 참조번호는 도면 전체에서 같거나 유사한 부품을 지정한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 커넥터용 페룰을 포함한 조립체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 페룰과 광섬유 조립체의 분해도이다.
도 3a은 본 발명의 실시예에 따른 페룰의 사시도이다; 도 3b는 섬유 및 정렬 핀을 가지는 도 1의 페룰의 선 3B-3B를 따른 단면도이다; 도 3c는 홈 및 섬유의 확대된 단면도이다; 도 3d는 도 1의 페룰의 선 3D-3D를 따른 페룰의 단면도이다; 도 3e는 페룰 홈의 대체 실시예의 단면도이다; 도 3f는 홈과 정렬 핀의 확대된 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 스탬핑에 의해 페룰 형상부를 형성하는 제조 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 레이저 기계가공에 의해 홈의 개방부를 축소하는 대체 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 압출에 의해 페룰 형상부를 제조하는 대체 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 페룰을 형성하는 블랭크의 압출에 사용되는 다이(die)를 도시한 것이다.
도 8은 종래의 광섬유 커넥터를 도시한 것이다.

본 발명은 도면을 참조하여 다양한 실시예로 아래에서 기술된다. 본 발명의 목적을 달성하는 최적 모드 관점에서 본 발명이 기술되었으나, 당업자에 의해 본 발명의 사상 또는 범위에서 벗어나지 않고, 기재 관점 내에서 이뤄질 수 있는 변형이 인정된다.

본 발명은 종래의 페룰과 커넥터의 많은 단점을 극복한 광섬유 커넥터용 페룰을 제공한다. 본 발명에 따른 페룰은 낮은 삽입 손실 및 낮은 반사 손실을 갖고, 사용 편이성, 낮은 환경민감도의 높은 신뢰성을 제공하고, 적은 비용으로 제조될 수 있는 광섬유 페룰을 구비한 광섬유 커넥터를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페룰(12)을 포함한 구성요소들의 조립체를 구비하는 광섬유 조립체(10)의 사시도이다. 커넥터(10)는 페룰 하우징(14)(점선으로 도시됨), 케이블 부트(16)(점선으로 도시됨) 및 정렬 가이드 핀(18)을 더 포함한다. 페룰(12)은 다수의 광섬유(20)[예를 들어 광섬유 리본 케이블(22)을 형성하기 위해 슬리브(27) 내부에 유지되는 12개의 섬유]를 위해 구성되었다. 오목부(28)는 오목부(28)로 슬리브(27) 전체를 수용하는 크기를 갖는다. 도 1은 광섬유 커넥터(10)를 간략하게 도시한 것이다. 본 발명에 따라 설계된 페룰(12) 이외에도, 광섬유 조립체(10)의 다른 구성요소들은 도 8의 광섬유 조립체에서 확인되는 것들을 더 포함할 수 있다[즉, 본 발명에 따른 페룰은 US Conec Ltd.에 의해 제공되는 MTO/MPO 광섬유 커넥터에 사용되도록 구호환(backward compatible)되게 만들어질 수 있다].

본 발명의 일 실시예에서, 페룰은 에폭시나 상응하는 정밀 부품 없이 광섬유를 단단하게 체결할 수 있는 정밀 형상부가 형성된 개방 구조를 가진다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 페룰(12) 및 광섬유 조립체의 분해도 이다. 도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 페룰(12)은 페룰 본체(13)의 오목부(28) 내부면에 평행하게 형성된 복수의 종방향 개방 홈(24)을 가지는 본체(13)를 구비한다. 도 3d에 좀 더 명확하게 도시된 대로, 홈(24)은 오목부(28)의 상승된 플랫폼(29) 위에 형성된다. 홈(24)은 광섬유(20)의 종결 단부 섹션(피복이 노출되고 보호용 버퍼와 자켓층 없는 노출섹션)을 수용한다. 섬유리본(22)의 슬리브(27)는 슬리브(27)의 두께 및 슬리브 내의 섬유(20) 위의 자켓층 및 보호용 버퍼를 수용하는 추가 공간을 제공하는 오목부(28)의 평면섹션(30) 내에 끼워 맞춰진다.

홈(24)은 섬유(20)(피복이 노출되고, 보호용 버퍼 및 자켓층이 없는 노출섹션)를 예를 들면 간섭 끼워맞춤(또는 프레스 끼워맞춤)과 같이 클램핑하여 섬유(20)를 견고하게 고정하는 구조를 갖는다. 본 문서 전체와 본 발명의 분야에서 참조되고 기구 분야에서의 관례적인 사용과 동일하게, "간섭(interference)"이라는 용어는 개별 부품들의 치수 공차 이상인, 정합 부품들 간의 치수 관계를 지칭한다. 공차는 통제된 처리에 의한 부품의 제조와 관련하여, 공칭 치수(nominal dimension)로부터의 치수 변이 또는 치수 편차에 대한 의도된 한계이다. 실제 치수는 공칭 치수의 공차범위 내에 존재한다. 반대로, 간섭은 두 정합 부품들 사이에 소정의 간섭 끼워맞춤을 제공하기 위해 의도된 공칭 치수로 두 정합 부품들 중 적어도 하나를 의도적으로 크기 결정 및 형상 결정함으로써 이루어진다. 의도된 간섭을 위해 의도된 공칭 치수에 대한 제작 공차가 존재한다. 바꾸어 말하면, 제조 공정에 공차가 허용되지 않더라도, 실제 치수는 여전히 의도된 간섭을 일으키는 결합 부품들의 공칭 치수가 된다. 간섭 끼워맞춤은 섬유(20)가 제자리에 고정되고 결과적으로 섬유의 위치와 배향이 홈(24)의 위치 및 평행 관계에 의해 설정되도록 보장한다. 간섭 끼워맞춤의 사용은 광섬유 직경보다 큰 것이 허용되는 구멍을 구비한 도 8에 도시된 성형된 페룰의 사용과 대비된다. 결과적으로, 오버사이즈 구멍은 광섬유의 위치를 통제하지 않는다.

도 3e에 도시된 일 실시예에서, 페룰(212)의 본체(213) 내의 홈(224)은 반원형의 바닥(84)로부터 연장된 대략 평행한 벽(82)들을 각각 구비한 대체로 U자형인 채널들일 수 있다. 평행한 벽(82)들 간의 거리 X[또는 종방향 개방부(223)의 너비 X]는 간섭 끼워맞춤을 제공하기 위해 광섬유(20)[피복이 노출되고 보호용 자켓 및 자켓층이 없는 나섬유(bare fiber)]의 직경보다 약간 작도록 크기가 정해진다(본 명세서 전체에 걸쳐 언급된 대로, 광섬유의 직경은 피복이 노출되고 보호용 버퍼 및 자켓층이 없는 나섬유의 직경을 지칭하며, 예를 들어 125μm이다). 이 간섭 끼워맞춤은 단독으로 홈(224) 내부에 섬유(20)의 단부를 견고하게 클램핑하기 충분하다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 홈(24)에 의한 섬유(20) 클램핑을 용이하게 하기 위해, 홈(24)의 종방향 개방부(23)의 너비(W)는 광섬유(20)의 직경보다 약간 좁게 만들어진다. 특히 개방부(23)는 종방향 개방부(23)의 대향하는 종방향 에지들에 형성된 립(25)에 의해 정의된다. 종방향 개방부(23)의 너비(W)는 광섬유의 종결 단부가 홈의 종방향 개방부(23) 내부로 간섭 끼워맞춤에 의해 측면 삽입되도록 약간 작게 설계된다. 간섭의 크기는 홈 내에 섬유를 설치하는 것이 오직 립에서의 탄성 변형 또는 작은 소성 변형만을 초래하도록 제조 공정에 의해 설정된다. 홈은 가소적으로 변형되어서는 안되며, 그렇지 않을 경우 섬유 위치의 정확성에 영향을 미치게 된다.

구체적으로, 섬유(20)를 페룰(12)에 부착하기 위해서, 섬유(20)의 종결 단면은 섬유(20)의 끝이 페룰 본체(13)의 단부면 너머로 약간 돌출된 채로, 스냅 동작(snap action)(즉, 홈의 축방향이 아님)으로 종방향 개방부(23)를 지나 홈(24) 내부로 세로로 가압된다. 또한, 종방향 개방부(23) 및 홈(24)의 너비(W)는 인접한 두 섬유의 단부면 간의 광결합(optical coupling)에 대해 엄격한 공차를 보장하도록, 홈에 대하여 섬유의 단부면이 축방향 및 측방향으로 이동하는 어떤 간극도 제공하지 않고 홈(24) 안에 광섬유(20)의 섹션을 꼭 맞게 보유하는 크기 및 형상을 갖는다. 섬유(20)와 홈(24) 사이의 정합면을 따라 간섭이 존재하면, 홈 안에 나섬유 섹션을 고정하기 위한 에폭시가 필요하지 않을 것이다.

간섭을 만들기 위한 다른 방법들도 있다. 한가지 방법은 립(25)을 섬유의 상부면으로 하향 가압하여 섬유가 홈(24)의 반원형 부분 안으로 가압되게 하는 것이다. 또 다른 방법은 홈의 측벽이 측면에서 섬유를 클램핑하게 하는 것이다. 첫번째 방법에서는, 립의 탄성변형이 클램핑력을 제공한다. 두번째 방법에서는, 수직벽으로부터의 간섭이 섬유 측면을 탄성적으로 변형시키고 클램핑한다. 두 방법 모두 홈과 립을 적절하게 형상 결정 및 크기 결정함으로써 함께 실시될 수 있다. 홈과 섬유 사이의 간섭으로 인한 접촉 압력(contact pressure)이 섬유의 강도를 초과해서는 안되는 것은 자명하다. 섬유를 고정하고, 홈 내에서의 섬유의 축방향 미끄러짐에 대항한 마찰력을 발생시키기에 충분하기만 하면 된다. 수 마이크로미터의 간극만이 필요하다. 대체로, 간섭은 수 마이크로미터보다 작고, 더 전형적으로는 1 또는 2 마이크로미터이다.

한정이 아닌 예로서, 일 실시예에서, 광섬유(20)는 실리카로 만들어지고 125μm의 직경을 가지며, 페룰은 코바(kovar)(54%의 Fe, 29%의 Ni, 17%의 Co) 재료로 만들어지고, 홈(24)의 길이는 1 내지 3mm일 수 있고, 홈(24)의 직경 또는 너비[예를 들어, 최대 측면 치수(D)]는 0.124mm이고, 종방향 개방부(23)의 너비(W)는 105μm이다. 제공되는 간섭은 실리카 및 코바 재료에 적절한 약 1μm이다. 실리카 유리는 압력에 매우 높은 강도를 가지므로, 간섭 끼워맞춤으로 인한 높은 접촉 압력을 견딜 것이다.

도 3c에 도시된 일 실시예를 참조하면, 원통형 광섬유(20)에 대해, 홈(24)은 섬유(20)의 원통형 면에 일치하는 대체로 원형인 단면[개방부(23)에서는 제외]을 갖는 원통형이다. 각각의 섬유(20) 상부에서 종방향 섹션은 각각의 종방향 개방부(23)에 의해 노출된다. 이 섬유(20)의 노출된 섹션은 개방부(23)의 평면(32) 위로 약간 돌출되거나, 또는 양호하게는 개방부(23)의 평면(32)과 공면이거나 그보다 약간 아래일 수 있다. 특히 홈(24)은 종방향 개방부(23)를 정의하는 종방향 립(25)으로 끝나는 원통형 벽에 의해 정의되는 대체로 원형인 단면을 갖는 원통형 공간으로 이해될 수 있다. 대안으로서, 홈(24)은 둥근(예를 들어, 반원형) 바닥부 및 종방향 개방부(23)를 정의하고 섬유(20)의 외부 형상과 합치하는 내향 종방향 립(25)으로 끝나는 원통형 벽에 의해 정의되는 대체으로 U자형인 단면을 갖는 원통형 공간으로 이해될 수 있다. 어느 경우에나, 립(25) 주위에서, 홈(24)의 측벽은 섬유(20)의 수직 접선에 대해 약 5 내지 20도 각도로 개방부(23)를 향해 안쪽으로 기울어져 있다.

도 3c에 도시된 실시예는 대체로 섬유(20)의 본체와 합치하는 홈(24)의 단면 형상을 보여준다. 섬유(20)는 홈(24)의 바닥부 및 다른 부분에 대해 섬유(20)의 상부를 가압하는 립(25)에 의해, 홈(24) 내부에 견고하게 "클램핑된다". 도시된 실시예에서, 섬유(20)의 벽은 개방부(23) 주위를 제외한 홈(24)의 전체벽을 가압하는 것으로 도시되어 있다. 이는 실질적으로 섬유 둘레 전체에 대체로 균일한 압력을 제공하여, 섬유(20)를 통해 전송되는 광신호에 섬유 또는 코어 굴절률(core indices of refraction)에 있어서의 응력 유도 변화(stress-induced changes)로 인한 영향이 적게 미치도록 한다. 그러나, 본 발명의 범주 및 사상 내에서 홈 내부에 섬유(20)를 견고하게 고정하기 위한 적당한 간섭 끼워맞춤을 여전히 제공하는 다른 단면을 구비한 페룰의 홈을 구성할 수 있다. 예를 들어, 홈은 평평하거나 만곡된 바닥부, 만곡된 측벽, 또는 평평한 바닥부(예를 들어, v형 바닥부)에 대해 직각이거나 약간의 발산각을 갖는 평평한 측벽, 및 홈의 종방향 개방부를 정의하기 위한 내향하는 립을 구비할 수 있다. 이러한 홈 구조는 만곡된 섬유 벽과 평평하거나 만곡된 홈 측벽 사이에 임의의 공간을 야기할 수 있지만, 그럼에도 불구하고 립(25) 그리고/또는 홈의 수직벽에 의한 섬유 클램핑 동작은 홈 내부에 섬유의 이동을 허용하는 어떤 간극도 제공하지 않는다.

섬유(20)가 홈(24) 내부에 완전하게 보유되고 립(25) 및 홈의 바닥부와 같은 홈의 프로파일이 섬유(20)의 위치를 규정하면, 섬유(20)는 홈에 의해 페룰에 정밀하게 위치된다. 따라서 페룰(12) 내의 섬유(20)의 상대적 위치[예를 들어, 간격(spacing)]는, 예를 들어 대향 광섬유 커넥터 내의 섬유에 대한 정렬을 위해 페룰 내부에 정밀하게 유지된다.

도 3에 도시된 실시예에서, 종방향 개방부(23)의 너비(W)는 홈(24)의 전체 길이를 따라 균일하다. 도시되지 않은 또 다른 실시예에서, 홈 개방부의 다른 부분들은 너비(D)를 갖는, 홈 개방부를 따라 일정 섹션 또는 섹션들에서 더 좁은 너비(W)가 존재한다. 예를 들어, 페룰 본체(13)의 단부면 근처의 종방향 홈 개방부를 따른 섹션(예를 들어 0.5 내지 2.0mm 길이 단면)의 너비는 종방향 개방부의 나머지 부분의 단면 너비보다 좁을 수 있다. 따라서 광섬유(20)의 단부면 근처의 오직 작은 섹션만이 간섭 끼워맞춤으로 홈 내에 견고하게 클램핑 되는 한편, 섬유에 가해지는 측면 압력을 감소시키기 위해 섬유의 장력 완화를 허용하도록 섬유(20)의 나머지 섹션이 홈 내에서 약간 이동하는 것을 허용한다. 이 실시예에서, 개방부 너비(W)가 좁아지지 않고 더 큰 너비를 갖는 홈의 섹션 내에 있는 섬유의 섹션에서, 더 큰 너비를 갖는 홈 섹션 내의 섬유에 완충력을 제공하기 위해 자켓층 그리고/또는 완충충(buffer layer)의 일부가 섬유 위에 남을 수 있다. 이 실시예에 따른 페룰은, 광정렬이 중요하고 클램핑 압력이 광섬유 내의 응력 유도 변화로 인한 신호 저하를 초래하는 광 수차(optical aberration)에 영향을 적게 미치는 섬유의 단부면 근처에만 클램핑 압력을 가한다. 또 다른 실시예에서, 홈 개방부를 따른 다른 섹션들은 더 좁은 너비(W)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 홈의 다른 단부에서, 홈 개방부의 너비는 더 좁은 너비(W)일 수 있다. 홈의 양 끝단의 조임 홈(tightening groove)은 리본 케이블을 통해 가해질 수 있는 작은 이동을 견디는 수단을 제공한다

도 3f를 또한 참조하여, 인접한 광섬유 커넥터들의 정렬을 용이하게 하기 위해, 페룰 본체(13) 내에 정렬 핀(alignment pin)(18)을 위한 종방향 개방부 홈(54)이 제공될 수 있다. 홈(54)는 상술한 섬유 홈(24)과 유사한 구조를 갖는다. 구체적으로, 홈(54)는 종방향 개방부(53)를 구비한다. 홈(54)는 예를 들어 간섭 끼워맞춤에 의해 정렬 핀(18)을 견고하게 클램핑하기 위해 유사한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 섬유 홈(24)을 위한 립(25)과 유사하게, 홈(54)의 대향 종방향 에지들에 종방향 립(55)이 구비될 수 있다. 정렬 핀은 광학 부품이 아니기 때문에 신호 저하에 대한 염려를 제외한 상술된 유사한 고려사항들이 정렬 핀(18)을 위한 홈(54)에 적용될 수 있다. 그럼에도 불구하고 종방향 개방부(53)를 따른 립(55)의 위치와 관련하여, 립(55)은 개방부(53)을 따라 섬유가 종결하는 페룰 본체의 단부면 근처 섹션에, 또는 더 나아가 홈(54)의 양쪽 단부에 구비될 수 있다. 핀 홈(54)의 단면 프로파일은 동일 페룰 상의 섬유 홈(24)의 단면 프로파일과 다를 수 있다.

한정이 아닌 예로서 일 실시예에서, 스테인리스 강으로 만들어지고 0.7mm의 직경을 갖는 정렬 핀(18)에 대해서는, 코바 재료로 만들어지는 페룰에 있어서 홈(54)의 길이는 5 내지 15mm일 수 있고, 홈(54)의 직경 또는 너비[예를 들어, 최대 측면 치수(D_P)]는 0.698mm이고 종방향 개방부(23)의 너비(W_p)는 0.560mm이다. 제공되는 간섭은 코바 및 스테인리스 강 재료에 적합한 약 2μm이다.

본 발명에 따른 페룰에 있어서는, 섬유(20) 및 정렬 핀(18)을 광섬유 커넥터 내부에 견고하고 정밀하게 위치하기 위한 보유판(retaining plate) 또는 상보적 페룰이 필요하지 않다. 도 2, 도 3b 및 도 3c를 참조하면, 섬유(20) 및 정렬 핀(18)을 위치시키기 위한 어떠한 섬유 정렬 기능 또는 유효한 지지도 제공하지 않는 먼지 커버(26)가 제공될 수 있다. 즉, 커버(26)는 다른 광섬유에 대해 정밀하게 정렬되는 광섬유를 고정하기 위한 페룰이 아니며, 페룰 역할도 하지 않는다. 커버(26)는 오목부(28)의 바닥평면(30) 밖으로 섬유가 휘어져 나오는 것을 방지하기 위해 페룰 본체(13)의 오목부(28)에 헐겁게 맞춰지는 저정밀 부품일 수 있다. 그러나 커버(26)는 페룰 본체(13)의 오목부(28)에 대한 섬유 리본(22)의 클램핑을 제공할 수 있다. 커버(26)은 중심에 오목부(28)에 끼워지는 돌출부(36)를 구비할 수 있다. 돌출부(36)가 개방부(24)의 표면 평면(32) 위에 얹혀 있거나, 커버(26)의 얇은 주변 섹션(90)이 개방부(54)의 표면 평면(52) 위에 얹히거나, 혹은 둘 다 각각의 표면 평면(32)와 표면 평면(52)위에 얹힐 수 있다. 도시되지 않은 다른 실시예에서, 커버(26)를 균일한 두께를 갖는 판 형태로 만들고 돌출부(36)는 생략될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 섬유 홈 및 정렬 핀 홈(54)은 스탬핑 및 압출과 같은 고속 처리 공정에 의해 정밀 형성된다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 정밀 스탬핑에 의한 상술한 페룰(12)의 홈 형상부의 성형 단계를 개략적으로 도시한 측면도이다. 동일한 스탬핑 방법이 섬유 홈(24) 및 고정핀 홈(54)에 적용된다. 도 4는 섬유 홈 또는 정렬 핀 홈일 수 있는, 하나의 홈 구역을 단순하게 도시한다. 실제로는, 모든 섬유 홈(예를 들어, 12개) 및 두 정렬 핀 홈이 동시에 형성된다. 따라서 도 4에는 구체적으로 나타나 있지는 않지만, 같은 블랭크 위에 형성되는 다수의 섬유 홈(24) 및 핀 홈(54)에 대응하는 다양한 펀치를 위한 적절한 크기의 많은 형상부들이 있을 것이다. (도 4f 참조)

단계 A에서, 금속 블랭크(200)(홈을 구비하지 않고 페룰 본체(13)의 대체적인 외부 형상을 갖도록 미리 형성될 수 있음)는 돌출된 종방향 U자형 형상부(204)를 구비한 펀치(202) 아래에 위치한다. 단계 B에서, 스탬핑 시에, U자형 형상부(204)에 의해 종방향 U자형 홈(206)이 블랭크(200)에 형성된다. U자형 홈(206)의 깊이는, 최종 홈이 섬유/핀의 상단부가 홈 개방부에 인접한 상단면 보다 약간 위로 돌출되거나, 그것과 동일 평면에 있거나, 그보다 약간 아래에 위치하여 섬유/핀을 고정하기에 충분히 깊도록 선택된다. 예를 들어, U자형 홈은 (원하는 간섭을 허용할 수 있도록) 섬유 홈(24)의 경우 약 125μm, 정렬 핀 홈(54)의 경우 약 700μm의 너비를 갖는다. 단계 C에서, U자형 홈(206)을 구비한 블랭크(200)는 U자형 홈(206)의 개방부보다 넓은 거리로 이격된 평행한 2개의 종방향 돌출 형상부(210)(예를 들어, 돌출 형상부(210)의 중심선은 U자형 홈(206)의 에지로부터 약 40μm이다)를 갖는 다른 펀치(208) 아래에 위치한다. 단계 D에서, 스탬핑 시에, 돌출 형상부(210)는 블랭크(200)의 상면을 가압하고 종방향 립(205)을 형성하도록 블랭크의 재료를 밀어내어 홈 개방부(206)를 좁힌다. 단계 E에서, 편치(208)을 제거한 후, 최종 홈(206)은 상술한 섬유 홈(24) 또는 정렬 핀 홈(54)과 같이 원하는 형상, 치수 및 간섭을 가지게 된다. 도 4f는 스탬핑에 의한 전체 페룰 형성 공정에서 상술한 단계 B를 거친 예시적인 전체 펀치(202) 및 블랭크(200)를 개략적으로 도시한 것이다.

종래 기술에서 행해진 플라스틱 페룰 블록에 관통 구멍을 형성하는 것과 비교할 때, 개방된 채널 또는 홈이 더 용이하고 정밀하게 형성될 수 있다는 것이 상기 내용에 의해 이해될 수 있다.

원하는 사이즈 및 형상을 갖는 스탬핑에 의한 제품을 제공하기 위한 펀치(202 및 208)의 크기 결정 및 형상 결정과 같이 상기 스탬핑 공정의 대체로 알려진 다른 상세한 부분들은 생략되었다. 예를 들어, 펀치(202)는 홈(206)의 종방향 개방부의 에지가 섬유/핀의 삽입을 용이하게 하도록 약간 둥글게 형성되도록 적절하게 형상 결정될 수 있다. 나아가, 도 4에 도시된 각 단계는 그 단계의 결과를 달성하기 위해 둘 이상의 하위 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 단계 B에서의 홈(206)의 형성은 최종 펀치(202)를 이용한 펀칭이 후속되는 펀치 전단계를 수반할 수 있다. 또한 다른 중간 단계가 상기 설명에서 생략되었을 수 있다.

정밀 스탬핑 공정 및 장치는 본 발명의 양수인에게 공통으로 양도된 미국특허 제 7,343,770호에 개시되어 있다. 이 특허는 본 명세서에 참조로서 완전히 포함된다. 그 특허에 개시된 공정 및 스탬핑 장치는 본 발명의 페룰을 정밀 스탬핑하도록 구성될 수 있다.

도 5는 도 4의 단계 B 이후에 형성된 홈의 개방부를 좁히는 대체 공정을 개략적으로 도시한 것이다. 이 실시예에서는, 레이저 용접과 유사하게, 단계 A에서 종방향 립(205')를 형성하기 위해 홈(206)의 종방향 개방부의 종방향 에지에서 레이저 빔(300)을 적용하여 블랭크 재료를 점용융(spot-melt)시킨다. 용융된 재료는 홈(206)의 개방부로 흘러들어 홈의 개방부를 좁게 한다. 단계 B에서, 용융된 재료가 굳은 뒤에 립(205')이 형성된다.

도 6은 압출에 의해 페룰의 형상부를 형성하는 대체 공정을 개략적으로 도시한 것이다. 본 실시예에 따르면, 페룰 본체(13)의 외부 형상 및 홈(24 및 54)은 단일 압출 단계에 의해 형성된다. 램(70)이 컨테이너(74) 내부의 빌렛 또는 블랭크(72)(예를 들어 금속 블랭크)를 다이(76)를 통해 가압하여 압출된 제품(78)을 생산한다. 적절한 다이(76)를 제공함으로써, 홈을 구비한 페룰(12)이 상술한 특징을 갖는다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 페룰(12)을 형성하기 위한 빌렛 또는 블랭크(72)의 압출에 사용되는 다이(76)의 단면도이다. 다이(76)는 홈 및 페룰(12)의 다른 본체 형상부에 대응하는 형상들을 구비한 펀치(80)를 포함한다. 블랭크(72)는 페룰(12)을 얻기 위해 다이를 지나도록 가압된다.

일 실시예에서, 페룰 본체는 양호한 열 치수 안정성(thermal dimensional stability)도록 선택될 수 있는 금속 재료[예를 들어, 인바(Invar)]로 만들어진다.

본 발명에 따른 페룰은 종래기술의 많은 결점을 극복한다. 페룰의 홈과 섬유 및 정렬 핀 사이에 부품들 간의 이동을 야기하는 어떠한 간극도 갖지 않음으로써, 정렬 핀 및 섬유는 서로에 대해 좀 더 정확하게 위치될 수 있다. 섬유 및 핀의 간격은, 예를 들어 명시된 정렬 공차에 영향을 미치지 않으면서 더 많은 치수 변동을 수용할 수 있는 페룰처럼, 환경적인 조건 변화 하에서 더 잘 유지될 수 있다. 이와 같이 형성된 광섬유 커넥터는 낮은 삽입 손실 및 낮은 반사 손실을 갖게 된다. 페룰 구조는 또한 종래 페룰의 구멍을 통해 에폭시(threading epoxy) 코팅된 섬유를 끼워넣는 것과 비교하여, 종결 섬유 단부를 페룰에 용이하게 부착하는 것이 가능하다. 에폭시를 사용하지 않음에 따라 광섬유 커넥터의 신뢰도는 에폭시 재료의 노화/크리이프에 의한 영향을 받지 않는다. 페룰을 위한 적절한 재료를 선택함으로써, 광섬유 커넥터의 성능은 열 변화에 덜 민감해진다. 페룰의 개방 구조는 저비용, 고속 처리공정인 스탬핑 및 압출과 같은 대량 생산 공정에 적합하다.

본 발명이 특히 바람직한 실시예에 대해 참조로 도시되고 기술된 반면, 본 발명의 사상, 범위 및 기재의 범위를 벗어나지 않는 형태 및 세부 사항에 대한 다양한 변화는 당해 기술분야의 숙련자에 의해 이해될 수 있다. 따라서, 개시된 발명은 단지 실례로서 간주되고 첨부된 특허청구의 범위에 의해서만 범위가 한정된다.

Claims (22)

1. 광섬유 커넥터 내에 광섬유를 지지하기 위한 페룰이며,
   본체; 및
   본체의 표면에 제공되는 복수의 종방향 개방 홈을 포함하고,
   각각의 홈은 종방향 개방부를 가지며, 각각의 홈은 광섬유를 클램핑하는 것에 의해 홈 내에 광섬유를 견고하게 보유하는 크기를 갖는
   페룰.
2. 제1항에 있어서,
   홈은 홈에 대한 섬유의 이동을 방지하기 위해 홈 내에 광섬유를 견고하게 보유하는 크기 및 형상을 갖는
   페룰.
3. 제2항에 있어서,
   홈은 홈에 대한 섬유의 이동을 허용하는 광섬유와의 사이의 간극 없이 홈 내에 광섬유를 견고하게 보유하는
   페룰.
4. 제3항에 있어서,
   홈은 에폭시 또는 다른 본체를 요구하지 않고 홈 내에 광섬유를 견고하게 보유하는
   페룰.
5. 제1항에 있어서,
   종방향 개방부는 개방부의 적어도 일부 섹션을 따라 대향 에지들에 형성된 2개의 대향 립에 의해 정의되는 너비를 가지며, 이 너비는 광섬유의 직경보다 작고, 따라서 광섬유는 간섭 끼움에 의해 홈 내에 견고하게 보유되는
   페룰.
6. 제5항에 있어서,
   너비는 립을 포함한 동일한 단면 내의 홈의 최대 너비보다 작은
   페룰.
7. 제6항에 있어서,
   홈은 홈에 대한 섬유의 이동을 방지하지 위해 홈 내에 광섬유를 견고하게 보유하는 크기 및 형상을 갖는
   페룰.
8. 제7항에 있어서,
   홈은 홈에 대한 섬유의 이동을 허용하는 광섬유와의 사이의 간극 없이 홈 내에 광섬유를 견고하게 보유하는
   페룰.
9. 제8항에 있어서,
   홈은 에폭시 또는 또 다른 본체를 요구하지 않고 홈 내에 광섬유를 견고하게 보유하는
   페룰.
10. 제9항에 있어서,
    홈은 단면에서 반원형 바닥부를 구비하는
    페룰.
11. 제5항에 있어서,
    종방향 개방부의 너비는 홈의 전체 길이를 따라 균일한
    페룰.
12. 제11항에 있어서,
    립은 전체 종방향 개방부를 따라 종방향으로 연장되는
    페룰.
13. 제1항에 있어서,
    홈은 바닥부 및 바닥부로부터 연장된 대향 측벽들을 구비하는 단면 프로파일을 갖고, 측벽들은 수직을 벗어나 내향하여 기울어진
    페룰.
14. 제13항에 있어서,
    대향 측벽들은 홈의 종방향 개방부 너비를 정의하는 대향 립들에서 종결되고, 너비는 동일 단면 프로파일 내의 최대 너비보다 작은
    페룰.
15. 제1항에 있어서,
    본체 표면 상에 복수의 핀 홈을 더 포함하고,
    각각의 핀 홈은 종방향 개방부를 구비하고, 각각의 홈은 정렬 핀을 클램핑하는 것에 의해 홈 내에 정렬 핀을 견고하게 보유하는 크기 및 형상을 갖는
    페룰.
16. 광섬유 커넥터이며
    제1항에 따른 페룰; 및
    페룰을 지지하는 하우징을 포함하는
    광섬유 커넥터.
17. 제16항에 따른 페룰을 제조하는 방법이며,
    블랭크로부터 복수의 홈을 구비하는 본체를 형성하는 단계를 포함하는
    페룰 제조 방법.
18. 제17항에 있어서,
    상기 본체 형성 단계는 종방향 개방부를 각각 구비하는 복수의 U자형 채널을 형성하기 위해 블랭크를 스탬핑하는 단계를 포함하는
    페룰 제조 방법.
19. 제18항에 있어서,
    상기 본체 형성 단계는 U자형 채널의 종방향 개방부의 적어도 일부 섹션을 좁히는 단계를 더 포함하는
    페룰 제조 방법.
20. 제19항에 있어서,
    상기 좁히는 단계는 개방부의 상기 섹션을 좁히기 위해 U자형 채널의 개방부에 인접한 재료를 스탬핑하여 재료를 개방부내로 내향 가압하는 단계를 포함하는
    페룰.
21. 제19항에 있어서,
    상기 좁히는 단계는 개방부의 상기 섹션을 좁히기 위해 개방부 상기 섹션의 대향 에지들을 점용융하여 재료를 개방부내로 내향 유동시키는 단계를 포함하는
    페룰.
22. 제17항에 있어서,
    상기 성형 단계는 홈을 형성하기 위해 블랭크를 압출하는 단계를 포함하는
    페룰.
    

Images