专利名称：光纤复合套管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种连接光纤的连接器上使用的具有高性能属性的复合套管。
而且，为降低成本，将套管基部1分成两部分，即一部分是由诸如氧化锆陶瓷材料制成的前端部件，以及另一部分是由诸如硬度比氧化锆陶瓷低的合成树脂材料制成的其余的后端部件(如(1)日本专利申请公开号2000-28856，(2)日本专利申请公开号2000-98179，(3)日本专利申请公开号2001-215358和(4)日本专利申请公开号2001-208936所公开的内容)。
更详细地说，在出版物(1)中所公开的复合套管包括一个设有一个可插入光纤的插入孔的套筒，和一个在该套筒外面模制的树脂模制件。其次，在出版物(2)中所公开的复合套管包括一个由诸如氧化锆颗粒或者金属颗粒的原材料通过注塑成形制成的套管，和一个连接到该套管上的圆柱体，该柱体设有一个金属制成的法兰。此外，在出版物(3)中所公开的复合套管包括一个设有可插入光纤导线的孔的圆柱形毛细管，和一个由树脂制成的圆柱形法兰，该法兰设置在圆柱形毛细管的外圆周面上。此外，如
图1B所示，出版物(4)中所公开的复合套管包括一个陶瓷制成的前端部件1A，和一个由塑料制成的后端部件2A，这样该后端部件2A可与该前端部件的后端部分一体制成。
为降低成本，对于这些套管而言，只有前端部件1A是由诸如氧化锆陶瓷的硬质材料来制成，而其余的后端部件2A可由比前端部件1A的硬度低的诸如不锈钢或者合成树脂的材料来制成。
对于只有套管基部1的前端部件1A是由诸如氧化锆陶瓷的硬质材料制成而后端部件2A是由比前端部件1A的硬度低的、诸如不锈钢或者合成树脂的材料制成的这些套管而言，后端部件2A通常会具有一个比前端部件1A高的线性膨胀系数。
特别是，通常在前端部件1A中使用的氧化锆陶瓷的线性膨胀系数大约为0.9×10-5，通常在后端部件2A中使用的合成树脂的线性膨胀系数大约为2.5×10-5。另一方面，光纤的线性膨胀系数大约为0.4×10-5。
因此，如上所述的复合套管作为套管基部1的整体，与整个套管基部1(包括部件1A和2A)是由硬质材料制成的结构相比，往往会具有一个更大的线性膨胀系数。结果，由于环境温度的变化而施加在光纤上的压应力或拉应力的增加使牢固地固定在套管上的光纤受到严重的损坏。这就会引起套管内的光纤在断开或者连接损耗上的增加。
根据本发明的一个方面，提供一种光纤复合套管，其包括一个可使光纤插入的套管基部和一个形成在该套管基部的一端的法兰部，其中该套管基部还包括一个由硬质材料制成并具有一个光纤单丝穿通孔的前端部件，以及一个由线性膨胀系数等于或者小于该前端部件的合成树脂制成并具有一个光纤芯线引导孔的后端部件。
这样，根据本发明的光纤复合套管，通过将上述套管基部配置成除了前端部件之外，其余部分都是由线性膨胀系数等于或者小于该前端部件的合成树脂制成的，所以可减少由于环境温度的变化作用在该光纤上的应力。
图2A是本发明第一实施例中的光纤复合套管的局部剖面视图，并且图2B是图2A所示的光纤复合套管的一个侧视图。
在第一实施例中，复合套管4是由套管基部1和法兰部件3组成的。套管基部1包括由光纤单丝穿通孔1B穿孔于其中的圆柱状前端部件1A，和一个后端部件2A，该后端部件2A设有一个与该光纤单丝穿通孔1B相通的光纤芯线引导孔2B。法兰部3包括法兰3A和从该法兰3A延伸的突出部分3B。
前端部件1A是由一种硬质材料，诸如氧化锆、钛和不锈钢或者是一种非晶体的硅酮为主要成分的金属合金来制成的，其能够获得较高的尺寸精度。另一方面，该后端部件2A是由线性膨胀系数大体上等于或者小于该前端部件1A的合成树脂来制成，并和前端部件1A整体形成的套管基部1。同样，法兰部件3也是由与该后端部件2A相同的合成树脂制成的并与该后端部件2A一体成形。
这里，本发明的后端部件2A中使用的合成树脂可以包括一种树脂，该树脂线性膨胀系数与光纤的线性膨胀系数(0.4×10-5)在相同的范围内，或者合成树脂的线性膨胀系数大体等于或者小于氧化锆陶瓷的线性膨胀系数。
优选地，该合成树脂可以包括PPS(聚亚苯基硫化物)，PC(聚碳酸脂)或PBT(聚丁烯)。为了限制线性膨胀系数，这些树脂可包括占体积20％到50％的碳化纤维填料。
此外，尽管图示中法兰3A的形状为在四个圆周间隔的位置上设有凹槽3C，但是该法兰3A还可以设有两个凹槽或者不设有这样的凹槽3C。
下面，如图3所示，在前端部件1A的后部，该前端部件1A具有一个直径比前端部件1A要小的小直径部分1C，在该小直径部1C的一部分上设有朝半径方向的凹槽1D。这样，使得该后端部件2A以与前端部件1A的外径相同或稍小的方式、与前端部件1A接合成一整体，在此情况下，设在该小径部1C中的凹槽1D可迫使后端部件2A的合成树脂流入到该凹槽1D中，由此，使后端部件2A更可靠地安装到前端部件1A上。
这里，如考虑到和现有的SC型连接器，MU型连接器或者LC型连接器的互换性，该前端部件1A的外径最好为1.25mm或2.5mm。另外，如果前端部件1A的长度L与前端部件1A的外径φ的比值L/φ大约为1.5到3，优选为2.0到2.8，则该光纤复合套管的前端部件1A可发挥最佳效果。
再有，尽管在目前示出的实施例中，法兰部件3是与后端部件2A通过相同的合成树脂由注塑成一体的，在法兰部件3A的外圆周表面上只设有弹簧，而由于在功能上没有必要要求高尺寸精度，不用与后端部件2A由相同的合成树脂前端部件1A注塑成一体，取而代之的是，可将另外制得的法兰部件3安装到套管基部1上。
之后，在本实施例的光纤复合套管上进行的温度和湿度循环实验的结果如图4所示。另外，复合套管的外形尺寸和在现有的温度和湿度循环测试中使用的比较对象的也在图5A-5D中表示出。
作为现有实验的一个对象，本申请第一实施例的光纤复合套管(见图5A)包括由线性膨胀系数为0.9×10-5的氧化锆陶瓷制成的前端部件1A和由线性膨胀系数为0.9×10-5的合成树脂制成的后端部件2A。此外，后端部件2A和法兰部件3是用相同的合成树脂注塑成形为一体的。而且，复合套管的尺寸为直径φ2.5mm，前端部件1A的长度L大约在5到7mm的数值范围内，而其余部分的剩余长度M(包括后端部件2A和法兰部件3)大约在9到11mm的范围内。
当使用这种复合套管时，对应于设在前端部件1A中的单丝穿通孔1B的长度，将光纤的包覆层去掉一定长度(大约5到7mm)，再将该光金属丝插入到单丝穿通孔1B中，从而允许通过一粘接剂将光金属丝部分固定到单丝穿通孔1B，同时通过该粘接剂将剩余的包覆层部分固定到光纤芯线引导孔2B。
作为对比对象而准备的一种现有类型(由SUS制造的一个法兰)的套管(见图5B)包括一个由线性膨胀系数0.9×10-5的氧化锆陶瓷一体制成的套管基部1，和一个连接到该套管基部1的一个后端上由线性膨胀系数为1.3×10-5的SUS制成的法兰部件3。这种套管的尺寸为直径φ2.5mm，在套管基部1和法兰的一个端面之间的长度L’大约为8mm，法兰其余部分的剩余长度M’大约为8mm。
当使用现有类型(法兰由SUS制造)的套管时，对应于设在前端部件1A中的单丝穿通孔1B的长度，将光纤的包覆层去掉一定长度(大约8mm)，再将该光金属丝插入到单丝穿通孔1B中从而允许通过一个粘接剂将该光金属丝部分固定到单丝穿通孔1B，同时通过该粘接剂将剩余的包覆层部分固定到光纤芯线引导孔2B。
同样地，作为对比对象而准备的另一种现有类型的套管(见图5C)包括这样一种结构，其中套管基部1是由氧化锆陶瓷制成，其是从与图5中所示的现有类型(法兰由SUS制成)的套管的基部1具有相同尺寸和材料的现有类型(法兰由SUS制成)的套管中取出来的。
此外，只将光纤的光金属丝部分插入到设在套管基部1中的单丝穿通孔1B并通过粘接剂将其固定。
同样地，作为对比对象而准备的前端部件1A(见图5D)包括这样一种结构，其中前端部件1A是由氧化锆陶瓷制成，其是从与图5A中所示的光纤复合套管具有相同尺寸和材料的使用本发明的光纤复合套管中取出来的。此外，只将光纤的光金属丝部分插入到设在前端部件1A中的单丝穿通孔1B并通过粘接剂将其固定。
对上述实验对象进行温度和湿度循环实验，其中，在湿度为95％RH的情况下，对于8个小时的周期，环境温度可从-40℃到+85℃变化。这里，由于位移量代表了使用连接器连接两光纤时，不利和直接的影响连接损耗的函数以及在光纤和套管之间的不同线性膨胀系数的相关性，所以可以采用与前端部件1A的端面相对应的光纤的位移量作为评价和辨别标准。这样可以得出一个结论，位移量越小，套管的性能越好。
图4示出了在前端部件1A的端面根据温度的变化光纤位移量的变化情况。
从图4可以看出，与现有类型(由SUS制成的法兰)套管和现有类型的套管基部1(曲线C所示)相比，本申请的实施例中的光纤复合套管(曲线A所示)在前端部件1A的端面处具有较低的光纤位移量，并表现出优良的性能。
此外，考虑到只有前端部件1A(曲线D所示)在端面处的位移量小于现有类型的套管基部1(曲线C所示)中所获得的位移量的实际情况，所以可以理解，如果使用相同的材料，光纤单丝穿通孔1B的长度越短，套管的性能就越好。
也就是说，由于本实施例的光纤复合套管(见图5A)是由具有大体相同线性膨胀系数的材料来制成的套管基部1的后端部件2A和前端部件1A(由氧化锆陶瓷制成)组成的，所以整个复合套管具有比现有类型(法兰由SUS制成)的套管(见图5B)更低的线性膨胀系数，从而导致在前端部件1A的端面处光纤套管位移量的减小。
此外，在本申请的实施例中，光纤复合套管的单丝穿通孔1B的长度比现有类型套管基部1(见图5C)的单丝穿通孔1B要短，其结果，与现有类型套管基部1(见图5C)相比，导致了在前端部件1A上的光纤套管位移量的减少。
这样，根据第一实施例，单丝穿通孔1B的长度比现有类型套管基部1(见图5C)要短，而且套管基部1的后端部件2A具有和前端部件1A相同的线性膨胀系数，其结果获得了抑制由于环境温度变化而引起的断开和连接损耗(既插入损耗和反射损耗)增加的能力。
下面，结合图6A和图6B对本发明的第二实施例加以说明，其中图6A表示本发明的第二实施例中的光纤复合套管的结构的局部剖视图，图6B是构成图6A中复合套管的一部分的前端部件的剖面视图。
与第一实施例相比，该第二实施例中的前端部件1A的形状不同，即前端部件1A具有形成后端面2A的外圆周面延伸形状的外圆周面。特别是，该前端部件1A具有一个形成空腔1F的后端壁。在该前端部件1A的后端面上加工出从尾部到头部延伸的、直径要比形成在该后端部件2A的光纤单丝穿通孔2B要大的该空腔1F，其可与设置在该前端部件1A上的光纤单丝穿通孔1B相通，并且该空腔1F的内周面形成至少一个凹槽1G。
该凹槽1G起到如下效果，当注塑形成该后端部件2A时，该后端部件2A的远端的一部分2C旋入该凹槽1G内，防止后端部件2A相对于前端部件1A的回转和滑动。
该凹槽1G可以包括沿前端部件1A的径向延伸的至少一个贯通孔或者形成在凹入部分或者空腔1F的内圆周面上以沿着轴线方向呈螺旋形延伸的凹入部分。
针对第二实施例的结构，由于注塑成形在空腔1F的内周面的后端部件2A的远端部分2C起到前端部件1A的增强的作用，所以前端部件1A的长度与第一实施例相比可更短，其结果进一步降低制造成本。
将如此制造的光纤复合套管装配到连接器套和插座盒的至少一个中，就可获得一种新型的光纤连接器。
如上所述，根据本发明的光纤复合套管，由于除了套管基部的前端部件之外的部分是由线性膨胀系数等于或者小于该套管基部的前端部件的合成树脂来制成，所以减少了由于环境温度变化而施加在该光纤上的应力，因而能能够抑制套管内的光纤由于环境温度的变化导致断开和连接损耗(即插入损耗和反射损耗)的增加。
本文可参考申请人的2002年2月25日的日本专利申请No.P2002-048415的全部内容。
尽管参照本发明的特定实施例对本发明进行了详述，本发明并不限于以上的实施例，根据本发明的教导，对本领域普通技术人员而言将能够做出各种改进。本发明的范围由所附的下列权利要求来限定。
权利要求
1.一种光纤复合套管，包括一个可使光纤插入的套管基部；和一个形成于该套管基部一端的法兰部件；其特征在于，该套管基部还包括一个由硬质材料制成并具有一个光纤单丝穿通孔的前端部件，以及一个由线性膨胀系数等于或者小于该前端部件的合成树脂制成的并具有一个光纤芯线引导孔的后端部件。
2.如权利要求1所述的光纤复合套管，其特征在于，该合成树脂的线性膨胀系数大体上等于该光纤的线性膨胀系数(0.4×10-5)。
3.如权利要求1所述的光纤复合套管，其特征在于，该合成树脂的线性膨胀系数小于氧化锆陶瓷的线性膨胀系数。
4.如权利要求1所述的光纤复合套管，其特征在于，该套管基部的前端部件的外径为2.5mm或者1.25mm。
5.如权利要求1所述的光纤复合套管，其特征在于，该合成树脂包括一种在20％～50％范围内的碳化纤维填料。
6.如权利要求1所述的光纤复合套管，其特征在于，所述的前端部件的轴线方向的长度L与该前端部件的外径φ之间的比值L/φ为1.5～3。
7.如权利要求1所述的光纤复合套管，其特征在于，该前端部件的后部还设有外形比其外径要小的小直径部分，而且该小直径部分还提供具有至少一个凹入部分的外圆周表面。
8.如权利要求1所述的光纤复合套管，其特征在于，该前端部件设有一个直径比该光纤芯线引导孔的内径要大的空腔，并且该空腔与光纤芯线插入孔连通，该空腔还设有至少一个凹入部分的的内圆周表面。
全文摘要
本发明公开了一种光纤复合套管(1)，其包括由诸如氧化锆陶瓷的硬质材料制成的前端部件(1A)和由线性膨胀系数等于或者小于该前端部件(1A)的合成树脂制成的后端部件(2A)。通过如此构成的套管，减少了由于环境温度变化而施加在该光纤上的应力。
文档编号G02B6/36GK1441273SQ03106258
公开日2003年9月10日 申请日期2003年2月24日 优先权日2002年2月25日
发明者石桥功成, 柴田雅广, 中村实 申请人:协荣线材株式会社