专利名称：光连接器套管用套筒及其制造方法
本申请是申请号为98109217.9、申请日为1998年5月12日、题为“光连接器套管用套筒及其制造方法”的申请的分案申请。
本发明涉及一种用来紧抵住、对齐和保持住两对置套管的套筒及其制造方法，所述套管用在一用来连接光纤的光连接器中。
通常，光连接器中的连接部件是由若干具有一与之相连的护套式光纤的套管组成的，所述连接是藉助用一护套和一中空筒体形的筒体来包住一光纤基线(basic thread)来完成的，并且所述光连接器的连接部件还适于容纳两对置套管并使它们呈相互对齐的状态。与电连接器特别不同的是，人们要求所述光连接器能保证待连接的两光纤的相对位置之间的精确一致。因此，就必需将一光纤固定得与一套管的中心相重合，所述套管的外径和内径分别被精加工成能插入一光纤基线的规定尺寸，然后将一对这样的套管分别从一套筒的两端插入所述套筒内，直到它们相对紧抵，并使两光纤的轴线对中。作为完成这种对中的方法，现有的方法是依靠调节机构来进行微调的所谓调节式方法，以及旨在提高套管和套筒的尺寸精度的非调节式方法。目前，占主导地位的是非调节式方法。
在目前为止，已得到广泛使用的大部分的套管都是由诸如氧化锆之类的陶瓷材料制成的。由于同样原因，由诸如氧化锆之类的陶瓷材料制成的套筒业已得到广泛使用。
在例如已公开的日本专利申请，KOKAI(早期公开)No.(下文称之为“JP-A-”)6-27，348中，揭示了一种陶瓷套筒，它是通过使一管形体具有一些凸脊而形成的，所述凸脊至少在管形体内壁表面上分三个位置凸伸出来，并从管形体长度的一端延伸至另一端。所述凸脊具有一呈一凹圆弧形的上表面，所述圆弧包括在一以管形体轴线为中心的圆内，即，其横截面是一面向着管形体的轴线的凹弧形。所述管形体的各凸脊和内壁表面是以弯曲不大的曲线彼此相连的。上述专利文献还揭示了一种用来制造所述套筒的方法。该方法包括一个将这种诸如氧化锆或氧化铝之类的陶瓷原材料制造成一具有上述几何形状的管形体的步骤；一煅烧所得管形体的步骤；以及将经煅烧的管形体的内壁表面上的凸脊的上表面抛光的步骤。当所述套筒是一开口式套筒时，所述方法还包括一将一狭缝插设在抛光步骤后的所述管形体内，并贯穿过所述管形体的整个纵向长度。
以上述方式构造的陶瓷套筒通常是这样制造的首先，藉助粉末挤压或注模法将原材料初步形成一圆柱体形状，然后进行去油和烧结处理，以及机械加工作业以磨削管形体的外表面并研磨管形体的内壁表面。因此，制造工艺包括很多步骤，这样就不可避免地需要耗费巨额成本。而且，由于原材料较脆且刚硬，因此，制品就会产生诸如脱落碎片之类的问题，并使得抛光表面光洁度完全受晶体的晶粒尺寸的支配。由于陶瓷套筒较刚硬，并且弹性不足，所以，从套筒内壁表面凸起的各凸脊就容易擦伤套管外表面，而且在反复地装、拆套筒和套管时，套筒和各套管容易偏移从而使两光纤轴向不对齐。因此，陶瓷材料不太适于用作倾向于频繁装、拆套管的光连接器套筒的材料，而且，由于陶瓷套筒在初步成形之后进行烧结时会不可避免地发生收缩，因此，必须藉助各种方法将它磨削到规定尺寸。当各凸脊形成在管形体内壁表面上、纵向延伸时，因此，沿着管形体的轴线方向将各凸脊上表面磨削成凹弧形，如上述JP-A-6-27，348中所揭示的那样。当将这些凸脊形成在管形体内壁表面上的三个位置时，事实上，不是凸脊的弧形面，而是这些面的相对侧缘容易与已插入套筒内的两套管的外周面相接触。因此，当套筒的各凸脊都具有一致的精确尺寸时，套筒注定会将两套管固定在位，而处于这样一种状态，即，可以保持相对的侧缘(位于总共六个位置处)与两套管的外表面相接触。当各凸脊具有尺寸误差时，即使这种误差很小，也只有在部分的上述点处发生这种接触。因此，就可能出现下述情况各凸脊将使得上述各点相对于插入所述套筒内的彼此相对的两套管的接触和固定的偏移增加，因此，所连接的两光纤的终端将不可避免地发生偏离从而彼此不能相互轴向对齐。
因此，本发明的目的在于提供一种光连接器套管用套筒，它能正确地紧抵住、对齐和保持住两对置光连接器套管，同时还能防止出现上述一些问题，诸如使所连接的两光纤的轴向对齐出现偏移并使套筒受到脱落碎片的损害。
本发明的另一目的在于提供一种方法，由于将一种以传统金属模铸造工艺或模制工艺为基础的技术与具有一玻璃态转变区域的非晶质合金的优良品质相结合，因此，藉助一种简单的工艺就可以大批量、高效地生产出一种具有预定的形状、尺寸精度和表面光洁度的光纤套管用套筒，因此，可以省去或显著减少诸如磨削之类的加工步骤，因此可以提供一种具有十分优良的耐用性、强度、抗冲击性以及套筒所需弹性的光连接器套管用套筒。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种用来紧抵住、对齐和保持住两对置光连接器套管的套筒，所述套筒的特点在于，它是由一种非晶质合金制成的，而不是象以往那样由陶瓷材料或金属材料制成的。
本发明的光连接器套管用套筒的第一实施例的特点在于，它是由一种至少具有一玻璃态转变区域、最好是一温度宽度不小于30K的玻璃态转变区域的非晶质合金制成的。在一较佳实施例中，所述套筒的特点在于，它是由一基本非晶质的合金制成的，所述非晶质合金具有一由以下通式表示的成分，并含有体积比至少为50％的非晶相XaMbAlc，其中，X表示两元素Zr和Hf中的一种或两种元素，M表示从由Mn、Fe、Co、Ni和Cu组成的小组中选择出来的至少一种元素，a、b和c表示那些分别满足25≤a≤85、5≤b≤70，以及0≤c≤35的原子百分比。
为了使光连接器套管和用来紧抵住、对齐和保持住两套管的终端的套筒易于变形，本发明套筒的第二实施例的特点在于，它是由一种比光连接器套管材料更易发生弹性变形的非晶质合金制成的，以免在反复地将套筒装到两套管上或从其上拆卸下来的过程中会伤害到两套管，或者迫使各套管增大偏移。
为了使套筒具有一适于将两对置的套管紧抵住、对齐和保持住的几何形状，并可以防止各套管受到损伤，本发明的第二方面包括提供一套筒，所述套筒的特点在于，具有一管形体，在所述管形体的内壁表面上分三个位置设置有三个凸脊，每一所述凸脊沿着所述管形体的纵向从其一端延伸至其另一端，每一凸脊具有一其弧形横截面朝着管形体的轴线方向弯曲的上表面。
本发明一较佳实施例的套筒的特点在于，上述管形体具有一沿其纵向、贯穿其整个长度的狭缝，从而能弹性保持住两光连接器套管，并可防止它们出现偏移，即使在反复地装、拆套筒和套管的时候。
本发明另一方面包括提供各种用来制造与上述的各光连接器套管一起使用的套筒的方法。
其中一种方法的特点在于，它包括以下步骤在一具有一上开放端的熔化用容器内熔化一能生成一非晶质合金的合金材料；强行将所得到的熔融合金传送到一设置在所述容器上方并至少具有一个模腔的强制冷却铸模内；以及在所述强制冷却铸模内迅速冷却和凝固所述熔融合金，以使合金具有非晶质特性，从而获得一由含非晶相的合金制成的制品。
在这种方法的一较佳实施例中，所述熔化用容器内设置有一适于将所述熔融合金强制性向上传送的熔融合金传送件，所述强制冷却铸模至少设置有两个形状相同的模腔和分别与所述各模腔相连通的横浇道，所述横浇道设置在一熔融合金传送件的传送线路的延长线上。
另一方法的特点在于，它包括以下步骤提供一用来熔化一合金材料的容器，所述合金材料能制造一种具有一玻璃态转变区域的非晶质合金；提供一金属模，它至少设置有一个具有所需制品形状的模腔；例如通过将所述金属模设置在所述容器的下方或之上，将一例如形成在所述容器下部或上部内的孔与所述金属模的一直浇道相连；将压力作用在所述容器内的熔液上，从而能使预定量的所述熔液通过所述容器的孔并充填所述金属模的模腔；以及以不小于10K(开氏温标)/s的冷却率将所述熔液凝固在所述金属模内，从而获得一由含非晶相合金制成的制品。
在上述的任一种方法中，作为上述的合金材料，采用一种能生成一基本非晶质的合金的材料是有利的，所述非晶质合金具有由XaMbAlc通式表示的成分并含有一体积比至少为50％的非晶相。
本发明的又一种方法的特点在于，它包括以下步骤将一由具有上述通式所表示的成分的合金制成的非晶质材料加热至一位于过冷却液体区域内的温度；将所得到的热的非晶质材料加到一保持在相同温度的盛料器内；将所述盛料器与一设置有一模腔的金属模相连，所述模腔具有所需制品形状；以及藉助所述过冷却液体的粘性流动，将预定量的所述合金引入所述金属模内。
本发明的其它目的、特征和优点将从以下结合附图所作的描述中变得更清楚，其中
图1是本发明套筒的第一实施例的俯视图；图2是图1所示套筒的立体图；图3是用来说明本发明套筒的一种使用方式的某一局部的剖视图；图4是沿图3中线IV-IV截取的剖视图；图5是用来说明本发明套筒的另一种使用方式的某一局部的剖视图；图6是某一局部的剖视图，它示意性地说明了用来制造本发明套筒而行将使用的装置的一实施例；图7是由图6所示装置制造的铸造制品的的立体图；以及图8是某一局部的剖视图，它示意性地说明了用来制造本发明套筒使用的装置的另一实施例。
根据本发明的一方面，所述套筒是由非晶质合金制成的，它能紧抵住、对齐和保持住两对置的光连接器套管。与陶瓷材料相比，所述非晶质合金显现出较低的硬度和较高的弹性，并呈现出较高的抗拉强度和较高的抗弯强度，并且在耐用性、冲击阻力、表面光洁度等方面都要优于陶瓷材料，因此，其本身就构成了所述套筒的最佳材料，所述套筒可以紧抵住两对置的光连接器套管，而它们相对齐而不会有轴向偏移，并可以绝对可靠地将它们保持住。已经由具有上述那些特性的非晶质合金制成的套筒是这样的，即横截面为半圆形的凸脊形成在所述套筒的内壁表面上，因此，轻易不会损伤到各套管的外表面，或者在重复地将各套筒与所述套筒相连接或从其上拆卸下来之后，轻易是不会增大间隙的，而可以使各对置套管之间稳定连接。
而且，非晶质合金具有较高的精确铸造能力和可加工能力，因此，藉助金属模铸造方法或模制方法可以制造出能忠实地再现模具型腔轮廓的、具有光滑表面的套筒。对陶瓷套筒而言，在烧结之后，必须藉助所有方法将陶瓷材料制成的套筒研磨到预定尺寸，因为一旦在初成形之后进行烧结，所述套筒就会象以上所述的那样进行收缩。与之成鲜明对比的是，由非晶质合金制成的套筒可以省去调整尺寸或调整表面粗糙度的步骤，或者可以省略掉这样一个冗长的步骤，即由于该套筒不需要一烧结步骤，因此可以防止所制得的套筒因烧结而发生收缩。因此，藉助一种具有可以大批量生产能力的简单工艺，可以制造出具有规定尺寸、满足尺寸精度和表面质量的套筒。
用于本发明套筒的材料并不限于某种特定材料，相反，它可以是任何一种能生成一基本上由非晶质合金形成的制品的材料。在其它一些与该描述相符的材料中，在玻璃态转变温度(Tg)和结晶温度(Tx)之间有很大温差的Zr-TM-Al和Hf-TM-Al(TM过渡金属元素Transition metal)非晶质合金呈现出较高的强度和较高的耐蚀性，并且具有不小于30K的、较宽的过冷却液体范围(玻璃态转变范围)，Δ＝Tx-Tg，并且在采用Zr-TM-Al非晶质合金的情况下，具有不小于60K的、极宽的过冷却液体范围。在上述温度范围内，由于即使在不超过几十MPa这样低的压力下也呈现粘性流动，因此这些非晶质合金具有非常良好的可加工性。正如由以下事实所表明的那样藉助一种铸造方法、利用一数量级为几十K/s的冷却率，可以使它们提供一非晶质的大体积材料，因此，它们的特点在于制造方便且十分稳定。前述的Zr-TM-Al和Hf-TM-Al非晶质合金在1991年7月16日授予Masumoto等人的美国专利No.5,032,196中有所揭示，在本文中将该专利的内容引为参考。在对这些合金的使用进行进一步的研究之后，本发明人查明藉助从熔融状态开始的金属模铸造，以及藉助使用回复到玻璃态转变范围的粘性流动的模制加工，这些合金能生产出非晶质材料，并能十分忠实地再现一金属模的模腔的形状和尺寸，并且，由于合金物理性质所起到的促进作用，将适于各光连接器套管和用来将各光连接器套管连接起来的套筒。
用在本发明中的Zr-TM-Al和Hf-Tm-Al非晶质合金所具有的ΔTx的范围非常大，尽管它可以随着合金的成分和确定的方法而改变。例如，Zr60Al15Co2.5Ni7.5Cu15合金(Tg652K，Tx768K)具有一达到116K那样极宽的ΔX范围。它还能提供十分优良的抗氧化性能，即使当它在空气中被加热至Tg的高温时，也极难以氧化。从室温到Tg附近，该合金在各温度时的维氏硬度(Hv)是460(DPN)，其抗拉强度是1,600MPa，其抗弯强度可达3,000Mpa。从室温到Tg附近，该合金的热膨胀系数α只有1×10-5/K那样大，其杨氏模量是91Gpa，其压缩状态的弹性极限超过4-5％。而且，合金的韧度较高，从而使摆锤式冲击值落在6-7J/cm2的范围内。虽然这种合金呈现出如以上所述的极高的强度性能，但是，当将这种合金加热至其玻璃态转变范围时，它所具有的流动压力可降至10MPa附近。因此，这种合金的特点在于加工十分方便，并且只要用低压力就可以制造出微小的部件和形状复杂的高精度部件。而且，由于所谓的玻璃(非晶质)物质的性能，这种合金的特点在于所制造出来的成形(变形)制品具有极光滑的表面，并且基本上不会有形成这样一个步骤的可能，该步骤将会在结晶合金变形过程中当该表面上出现一滑动带时出现。
通常，将非晶质合金加热至其玻璃态范围并保持较长的一段时间，就可以使非晶质合金开始结晶。相反，前述的具有较宽范围ΔTx的合金可享有一稳定的非晶相，并且当保持在一个适当选择的在ΔTx范围内的温度时，可在高达2小时的持续时间避免产生任何晶体。因此，这些合金的使用者不必为在标准模制过程中出现结晶化现象而感到焦虑。
前述的合金在从熔融态转变成固态的过程中可完全地显示这些特性。通常，非晶质合金的生产需要快速冷却。比较起来，通过以大约10K/s的速率进行冷却，就可以由处于熔融状态的合金生产出具有单一非晶相的大体积材料。如此成形的固态大体积材料还具有一非常光滑的表面。该合金具有可转印能力，因而即使当金属模的表面因进行磨光加工而产生微米数量级的刮痕，也可以忠实地再现。
因此，当上述的合金被用作为套筒材料时，用来生产成形制品的金属模只需要具有能实现套筒所需表面质量的模具表面，这是因为这样生产的制品可忠实地再现金属模的表面质量。因此，在传统的金属模铸造方法中，这些合金可允许省略对模制品的尺寸和表面粗糙度加以调节的步骤。
前述的那种具有高抗拉强度和高弯曲强度的非晶质合金的特性包括它可以同时具有相对较低的硬度、高的抗拉强度、高的抗弯强度、相对较低的杨氏模量、高的弹性极限、高的抗冲击能力，细的表面光滑度，并且具有高精度的可铸造性能或可加工性，使这些合金适于用作光连接器套管的套筒的材料。甚至可以藉助传统的模制方法来大批量地模制出这些合金。
以上提到的、由通式XaMbAlc表示的非晶质合金，即使当它们含有比率不超过5％原子的百分比、诸如Ti、C、B、Ge或Bi之类的元素时，仍具有与以上提到的相同的特征。
下面将更具体地描述因将这些合金用于套筒而得到的优点。
第一个优点在于可以大批量地生产高精度的成形制品。直接夹持住一光连接器套管的套筒的内径，或者经过那些在其凸脊上端处与套管接触的点的一圆的直径被要求尽可能地接近套管的外径。迄今为止藉助注入、去油和烧结一陶瓷材料所获得的成形制品不能满足套筒的尺寸精度和表面质量。因此，习惯上，人们通常是先生产出一具有可以进行加工的尺寸的模制品并随后藉助复杂的抛光处理来对它进行精加工，所述抛光处理包括利用一金刚石研磨浆料进行金属丝抛光(wire lapping)来对所述内径进行研磨精加工；以及对所述外径进行研磨精加工。在本发明中，在铸造过程以及在粘性流动成形(玻璃成形)过程中，使用一经适当制备的金属模可以大批量地生产出成形制品，而不需要精抛光或附加的、简单的精加工处理。本发明的方法可以高效地生产出套筒，这些套筒具有令人满意的通孔粗糙度和通孔内表面圆度。因此，可以省去大部分的、利用一陶瓷材料进行的冗长的制造工艺。
第二优点包括套筒的机械特性，诸如强度和粗糙度。由于需要频繁地、反复地将光连接器套管与所述套筒连接并从其上拆卸下来，因此，套筒必须不能僵硬、擦伤或裂开。上文提到的合金的硬度、强度和粗糙度足以消除以上提到的各种缺陷。
根据本发明，如上所述，利用具有宽玻璃态转变区域的非晶质合金，诸如Zr-TM-Al和Hf-TM-Al非晶质合金，藉助金属模铸造方法或模制方法，可以用低成本高生产率地制造出那些能满足光连接器套管用套筒所需尺寸精度和表面质量的套筒。而且，由于用于本发明的非晶质合金具有优良的强度、粗糙度和耐腐蚀性，因此，由这种非晶质合金制成的套筒具有较长的使用寿命，轻易不会发生磨损、变形、碎裂、或其它类似缺陷。
具有上述特性的非晶质合金可以被有利地用于套管、光连接器的其它零部件、微型电机的精密部件，以及套筒。
在本发明的又一实施例中，套筒是由一种与光连接器套管材料相比更容易受弹性变形影响的非晶质合金制成的，即一种其杨氏模量低于套管杨氏模量大约3-30Gpa，最好是5-15GPa的非晶质合金。由于选择了这样一种特殊的材料，套筒可以较方便地稳定夹持住对置的套管，并使它们的轴线相对中，而不会使各套管遭受损伤或增大偏移(backlash)，即使是反复地将各套管与套筒相连并从其上拆卸下来时。
作为用于套管的材料，可以使用陶瓷或金属。在其它材料中，一种非晶质合金，特别是具有由上述通式XaMbAlc表示的成分并含有一体积比至少是50％的非晶相的非晶质合金已被证明其机械性能、可铸造能力和可加工能力是特别理想的，如上文所描述的那样。藉助使用这样一种非晶质合金，利用金属模铸造方法或模制方法(玻璃成形)，可以大批量地产生套管，而不需要精抛光或进行附加的简单精加工处理。非晶质合金的使用可以高效地产生出其微小光纤插孔横截面的圆度和所述孔内表面的光洁度令人满意的套管。通常在一套管的前端上进行以赋予球形凸表面从而保证各玻璃纤维密切接触的PC抛光就不再是必需的了。在光连接器设定就位之后进行最终的抛光就可以了。因此，可以大大地缩短使用金属材料和陶瓷材料进行的冗长的制造过程。相同的评述也适用于套管外径和套管外径轴线和套管微小光纤插孔轴线之间的重合度。
在本发明的第二方面中，所述套筒被赋予这样一种几何形状，即适于保持住对置的两套管，使它们的轴线相互对齐，而不会对两套管造成损伤。
下面，将结合附图对本发明套筒的形状进行描述。
图1和图2示出了本发明套筒的一较佳实施例；图1是所述套筒的俯视图，图2是其立体图。
套筒1包括一管形体2、在三个位置处、从管形体的一端纵向延伸至另一端的、自管形体2的内壁表面凸起的凸脊(细长的凸部)3，以及一在管形体2的壁面上、贯穿其纵向整个长度的细长狭缝4。
为了避免对两套管造成伤害，要求各凸脊3具有一朝着管形体2的轴线方向凸出的弧形上表面，并且其横截面诸如可以是大致呈半圆形、大致呈半椭圆形，一具有倒圆上端的三角形等。较佳的是假定各凸脊3的横截面如图1所示的那样，基本上呈半圆形形状。通过将这样的一些凸脊分三个位置设置在管形体2的内壁表面上并纵向延伸，套筒1可以将两套管夹持在其内，并将两套管夹紧在与两套管外壁表面接触的三凸脊的三个接触点处。因此，套筒1可以稳定地保持住对抵的两套管，并使两套管(以及所连接的各光纤)的轴线相互对齐，而不会对两套管造成伤害。由于上述接触点的缘故，当各凸脊具有一尖锐的上端时，凸脊就具有这样一个缺点，即将使载荷集中在各上端上，并有对套管外表面造成伤害的趋势。当各凸脊分四个或更多位置设置在套筒内壁表面上时，各凸脊将容易使插在套筒内的各对置套管的接触和固定点偏移，并且趋向于使所连接的光纤的轴线离散开。
凸脊最好是分三个位置、等间距地设置在管形体2的内壁表面上，但所述规则间距略有偏差也是可以的。虽然凸脊3的高度仅仅是为了能使凸脊3可靠地保持住两套管，但是，通常凸脊的高度最好是在大约0.1-1.0mm(如果凸脊的横截面呈半圆形，则半径大约是0.1-1.0mm)。虽然凸脊3最好是连续升高的，但它们也可以根据不同场合的要求而不连续地沿着管形体的整个长度延伸。
如上所述，套筒1具有形成在其壁面上、纵向贯穿其整个长度的狭缝4。即使一个未经精加工的精密套筒具有这样一种狭缝，本发明也能达到上述效果，这是因为使用了诸如上述材料之类的非晶质合金，以及因形成有上述那些凸脊而带来的功效。但是，狭缝4的设置是有利的，它可以增强套筒1的弹性，并能使套筒可靠地弹性夹紧住各对置套管，并且即使尺寸精度存在或多或少的偏差，也能使它们的轴线相互对齐，并且还能反复地将两套管与套筒相连并从其上拆卸下来，而不会在两套管处于保持状态时增大偏移。
至于套筒1自身材料的机械性能，套筒1最好是具有一大约在90-99GPa范围内的杨氏模量，和一大约在1％至几％范围内的弹性极限。本发明的套筒是由一种非晶质合金，一种与传统的诸如几乎缺乏弹性的氧化锆之类的陶瓷材料成鲜明对比的材料制成的。所以，这种套筒的优点在于其弹性性能，因此它完全允许反复地将两套管与之相连并从其上拆卸下来。
图3和图4示出了将本发明套筒1用在光连接器内的一种方式。套筒1假定使用了两个均为一体式结构的套管10，每一套管包括一毛细管部分11和一凸缘部分12。
具体地说，这种套管10是由毛细管部分11和凸缘部分12构成的，所述毛细管部分沿其轴线形成有一用来插入一光纤17(或一涂有塑料薄膜的光纤的基线)的通孔13，所述通孔具有一小直径，所述凸缘部分沿着其轴线形成有一用来插入一护套式光纤16(涂有护套18的光纤)的通孔14，所述通孔具有一大直径。小直径的通孔13和大直径通孔14通过一锥形部分15而彼此相连。
将光纤与具有这种结构的套管10相连是这样完成的，即剥去具有护套18的护套式光纤16的前端以使光纤17露出一段预定长度；将一粘合剂施加到裸露的光纤上和护套式光纤的前端上；从套管10的凸缘部分那侧将裸露的光纤17插入套管10内的小直径通孔13内；并藉助套管10的通孔13和14内的粘合剂使光纤17和护套式光纤16的前端部分固定不动。
一对光纤17、17的连接是这样完成的使其内已插入并连接有光纤的套管10、10分别从套筒1的两端穿过从而将所述两套筒插入所述套筒1内，然后使套管10、10的端部相对抵。因此，可以使光纤17、17的前端部分相对抵并连接呈这样一种状态，即它们的轴线彼此是相互对齐的。
经过三条位于套筒1三个位置处的凸脊3的上端的圆5(图1)所具有的直径要稍稍小于套管10的毛细管部分11的外径。因此，当套管10、10分别穿过套筒1的两端而插入套筒1内时，套筒1受到轻微的推动而张开，并最终能将毛细管部分11、11保持在一种弹性夹紧状态。
图5示出了将本发明的套筒1用在光连接器(Optical connectors)中的另一种方式。一套管10a使用了作为单独构件的一毛细管部分11a和一凸缘部分12a。
具体地说，这种套管10a是由所述毛细管部分11a和所述凸缘部分12a构成的，所述毛细管部分11a沿着其轴线形成有一用来插入光纤17的通孔13a，所述通孔13a的直径是一小直径，所述凸缘部分12a沿着其轴线形成有一用来插入护套式光纤16的通孔14a，所述通孔14a的直径是一大直径。它是借助紧配合或粘结剂，将其内封入一锥形孔15a的毛细管11a的端部固定在凸缘12a的前端孔部分19内而装配起来的。毛细管11a内的小直径通孔13a和凸缘12a内的大直径通孔14a通过一锥形孔部分15a的中介作用而连接起来。
用来连接光纤和套管10的方法以及套筒1和两套管10a、10a装配起来的方式与图3和图4所示实施例的相同。
图6示意性地示出了藉助金属模铸造技术来制造本发明套筒的装置和方法的一种实施例。
一强制冷却铸模20是一由一上模21和一下模26组成的拼合铸模。上模21具有一对形成在其内并且适于确定一套筒的外侧尺寸的模腔22a和22b。在这些模腔22a和22b内部，分别形成有用来确定所述套筒内部尺寸的模芯25a、25b。这些模腔22a和22b通过一横浇道23而相互连通，这样熔融金属就可以通过所述横浇道的那些以预定间距隔开半包围住模腔22a和22b圆周部分24a和24b的前端而流入模腔22a和22b。另一方面，一与上述横浇道23相连通的直浇道(通孔)27形成在下模26的适当位置处。在直浇道27的下方，形成有一凹部28，其形状与一圆柱形原材料容纳部分或坩埚32的形状相一致，所述圆柱形原材料容纳部分本身构成熔化用容器30的上部。
当需要时，模芯25a、25b可以一体地形成在下模26内。虽然强制冷却铸模20可以由诸如铜、铜合金、硬质合金或超耐热不锈钢之类的材料制成，但最好是由热容量较大且导热率较大的诸如铜或铜合金之类的材料制成的，以提高注入模腔22a和22b内的熔融合金的冷却速率。上模21内可以设置有这样一个流道，它能让诸如冷却水或冷却气体之类的冷却介质流过。
在熔化用容器30的主体31的上部内，所述容器30设置有圆柱形的原材料容纳部分32，并且直接设置在下模26的直浇道27的下方，以便使容器30能上下垂直运动。在原材料容纳部分32的原材料容纳孔33中，可滑动地设置有一熔融金属传送件或活塞34，其直径与原材料容纳孔33的直径几乎相同。熔融金属传送件34可以在一图中未予示出的液压缸(或气压缸)柱塞35的作用下垂直运动。设置一作为热源的感应线圈36，以围住熔化用容器30的原材料容纳部分32。至于热源，除了高频感应加热之外，还可以采用任何一种适当的诸如借助电阻加热的方法。原材料容纳部分32的材料和熔融金属传送件34的材料最好都是耐热材料，诸如陶瓷或涂覆有耐热薄膜的金属材料。
顺便说一下，为了防止熔融合金形成氧化膜，最好是将所述装置整个地设置在一真空中，或一诸如氩气之类的惰性气体气氛中，以便至少在下模26和熔化用容器30的原材料容纳部分32的上部之间建立一惰性气体气流。
本发明套筒的生产是这样进行的首先，将熔化用容器30设定在一向下与强制冷却铸模20分离的状态，然后用合金原材料A来充填位于熔融金属传送件34上方空的空间，所述熔融金属传送件34位于原材料容纳部分32内部，所述原材料A具有能生成上述非晶质合金的成分。待使用的合金原材料A可以是呈任何一种形式，诸如棒状、小球形和微粒形。
接下来，励磁感应线圈36，以迅速加热合金原材料A。在通过检测熔融金属的温度确认合金原材料A已被熔化之后，使感应线圈36退磁并升高熔化用容器30，直到其上端插入下模26的凹部28内为止。随后，驱动液压缸，以通过柱塞35完成熔融金属传送件34的迅速上升以及熔融金属通过铸模20直浇道27的注入。注入的熔融金属是通过横浇道23、24a、24b而向前引入模腔22a、22b，同时受到压缩并在其内迅速凝固。在这种情况下，通过适当设定例如注入温度、注入速度等的因素，可以得到超过103K/s的冷却速率。然后，降低熔化用容器30，并将上模21和下模26分开，以取出制品。
在图7中，示出了藉助上述方法而制造的铸造制品的形状。通过将横浇道部分42a和42b从一铸造制品40的套筒部分41a和41b上切断下来，并研磨套筒部分在切断之后所留下的切割面，可以得到这样一些套筒1，这些管子都具有一忠实地再现如图1和图2所示的铸模型腔表面的平滑表面。
上述的高压模铸方法可以提供大约100MPa的铸造压力和大约几m/s的注入速度，并具有以下优点。
(1)用熔融金属来充填模具在几毫秒内就可以完成，并且这种快速充填可以大大地提高急冷作用。
(2)熔融金属与模具的高度紧密地接触提高了冷却速度，并且还能精确地模制熔融金属。
(3)可以减少这样一些缺点，诸如因凝固而在铸造制品的收缩过程中可能产生的缩孔。
(4)所述方法可以制造形状复杂的成形制品。
(5)所述方法可以顺利地铸造高粘性的熔融金属。
图8示意性地示出了用来制造本发明套筒的装置的另一构造实施例和用来制造本发明套筒的方法的另一实施例。
在图8中，标号60示出了一用来熔化一种合金材料的容器，它能制造出如上述那样的非晶质合金并能将所制得的熔液保持在其内。在这种容器60的下方设置有一具有模腔52a、52b的拼合金属模50，所述模腔具有着一所需制品的形状。可以采用任何一种已知的加热方法(未示)，诸如高频感应加热和电阻加热来加热容器60。
除了垂直位置相互关系是相反的之外，金属模50的构造与上文提到的如图6所示的模具20是基本相同的。具体地说，上模56形成在一凹部58的直浇道(通孔)57的上部内，所述凹部用来容纳容器60的下端部，所述上模56与图6所示的下模26相对应。同时，除了模腔52a、52b、横浇道53、54a、54b和模芯55a、55b的形状和设置方式与图6所示的相反之外，下模51与图6所示的上模21是相同的。需要时，这种金属模50可以具有与上模56一体形成的模腔55a、55b。
套筒的制造过程是这样将一形成在容器60底部内的小孔61与金属模50的直浇道57相连；通过惰性气体将压力作用于容器60内的熔融合金A’，从而将熔融合金A’从容器60底部内的小孔61通过横浇道53、54a和54b向前推入模腔52a、52b，直到这些模腔都被熔融合金A’充填达到最大限度为止；以最好超过10K/s的冷却率来凝固熔融合金，以获得基本上由非晶相的合金制成的套筒。
藉助上述的制造方法，可以制造出尺寸精度L在±0.0005至±0.001mm范围内、表面精度在0.2至0.4μm范围内的套筒。
上文所描述的方法利用一设置有一对模腔的金属模、藉助一个步骤就可以制造出两个铸造产品。当然，也可以使用一个其内设置有三个或更多个模腔的金属模来制造出三个或更多个铸造制品。
除了上述的合金铸造方法之外，还可以使用挤压模制来制造套筒。由于以上提到的非晶质合金具有一较大的过冷却液体区域ΔTx，通过将这种非晶质合金材料加热至在所述过冷却区域内的温度；将所述热材料加到一保持在相同温度的容器内；使所述容器与所述具有所需制品形状的模腔的金属模相连；借助过冷却液体的粘性流动将预定量的加热合金压入所述模腔内，并对所述合金进行模制，可以获得具有规定形状的套筒。
下面将结合一些已明确地证明了本发明功效的工作例子对本发明进行更具体的描述。
例子1通过使用图6所示的装置，并采用以下一些制造条件注入温度为1273K、注入速度为1m/s、铸造压力为1Mpa、填料时间为100毫秒，可以制造出这样一种由非晶质合金制成的套筒，它具有Zr60Al10Ni10Cu15成分、如图1和图2所示的形状、2.5mm的内径、3.1mm的外径，以及0.3mm的凸脊曲率半径。
所获得的套筒是一具有杰出的表面光滑度、能忠实地再现金属模型腔轮廓的制品。已发现其杨氏模量为80Gpa，弯曲强度为2,970Mpa、维氏硬度为400(DPN)，以及热膨胀系数α为0.95×10-5/K。
藉助相同的方法，可以制造出一种由非晶质合金制成的套管，它具有一毛细管部分和一如图3所示那样一体形成的凸缘部分。这种套管具有Zr60Al15Co2.5Ni7.5Cu15的成分，并且其杨氏模量为91Gpa。当两光纤的每一端均与两个如上述那样制造的套管相连，并且所述两套管均分别穿过上述套筒的两端而安装在上述套筒内时，可以稳定连接所述两光纤，而不会使两光纤轴向对齐有偏移。
例子2包括Zr60Al15Co2.5Ni7.5Cu15在内并且在下表中列出的各种合金是通过熔化相关的成分金属来制造的。它们均放置在一石英坩埚内，并通过高频感应加热而完全熔化。这种熔液是通过在2Kgf/cm2的气压下、通过一形成在所述坩埚下部内的细孔而注入到一具有一直径为2mm长度为30mm的圆柱形腔的铜制铸模内，并在室温下加以保持，以获得一用来测定机械性能的棒状试样。在下表中示出了这种测定结果。
表
从上表中可以清楚地看到，所制得的非晶质合金材料显示出这样的性质其抗弯强度值大大优于以前作为套筒材料所采用的局部稳定的氧化锆(大约1,000MPa)，杨氏模量值约为其1/2，硬度值约为其1/3，这表明这些合金材料都具有作为套筒材料所必需的性能。
例子3将一如图6所示的套筒金属模和一金属挤压器相连，并藉助使用与例子1相同的合金制造出一套筒。为了进行挤压，使用的是分别藉助铸造而预先准备好的、直径为25mm、长度为40mm的诸根非晶质坯料，它们由相同的合金制成。将各坯料预加热到730K，并将所述挤压器的容器和所述金属模的入口部分和模制部分同样加热到730K。将热的坯料加到所述挤压器的容器内，并随后注入所述金属模中。冷却所述金属模。然后，将成形制品从所述模具中取出来，除去入口部分，并进行检查。人们发现，成形制品的外观、尺寸精度、表面粗糙度等都与例子1中所获得的套筒的那些特征几乎相等。
虽然已在上文中揭示了一些具体实施例和工作例子，但是，本发明还可以按其它特定形式来实施而不会背离本发明的精神或本质特征。因此，应认为所述的各实施例是说明性的，而不是限制性的，本发明的保护范围应由所附来限定，而不是由以上描述来限定，因此，应该认为，在所附权利要求书的涵义和等同物范围内的所有变化都包含在本发明范围内。
权利要求
1.一种光连接器套管，它包括由至少具有一玻璃态转变区域的非晶质的合金形成一体的一毛细管部分和一凸缘部分。
2.如权利要求1所述的光连接器套管，其特征在于，所述非晶质的合金具有不小于30K的温度宽度的玻璃态转变区域。
3.如权利要求1或2所述的光连接器套管，其特征在于，所述非晶质的合金具有由以下通式表示的成分并且所具有的非晶相体积比至少为50％XaMbAlc，其中，X表示从由Zr和Hf组成的小组中选择出来的至少一种元素，M表示从由Mn、Fe、Co、Ni和Cu组成的小组中选择出来的至少一种元素，a、b和c表示那些分别满足25≤a≤85、5≤b≤70，以及0＜c≤35的原子百分比。
4.一种用于光连接器的组合装置，它包括一包括一毛细管部分和一与所述毛细管部分形成一体的凸缘部分的套管，以及一套筒，其特征在于，所述套筒是由一种比所述套管材料更易发生弹性变形的非晶质的合金制成的。
5.如权利要求4所述的组合装置，其特征在于，所述套筒包括一管形体和分别设置在管形体内壁表面上的三个凸脊，每一所述凸脊沿着所述管形体的纵向从其一端延伸至另一端，并具有一其弧形横截面朝着管形体的轴线方向弯曲的上表面。
6.如权利要求5所述的组合装置，其特征在于，所述管形体具有一沿其纵向、贯穿其整个长度的狭缝。
7.如权利要求5或6所述的组合装置，其特征在于，每一所述凸脊具有一基本上是半圆形的横截面。
8.如权利要求5或6所述的组合装置，其特征在于，每一所述凸脊具有一基本上是半椭圆形的横截面。
9.如权利要求5或6所述的组合装置，其特征在于，每一所述凸脊具有一含有一倒角上端的三角形横截面。
10.如权利要求5或6所述的组合装置，其特征在于，每一所述凸脊连续或不连续地延伸经过所述管形体的整个长度。
11.如权利要求5或6所述的组合装置，其特征在于，每一所述凸脊的高度均为0.1至1.0mm。
12.如权利要求4、5或6所述的组合装置，其特征在于，所述套筒由具有不小于30K的温度宽度的玻璃态转变区域的非晶质的合金制成。
13.如权利要求4、5或6所述的组合装置，其特征在于，所述套管和所述套筒都由一种具有由以下通式表示的成分并且所具有的非晶相体积比至少为50％的非晶质的合金制成的XaMbAlc，其中，X表示从由Zr和Hf组成的小组中选择出来的至少一种元素，M表示从由Mn、Fe、Co、Ni和Cu组成的小组中选择出来的至少一种元素，a、b和c表示那些分别满足25≤a≤85、5≤b≤70，以及0＜c≤35的原子百分比。
14.一种用来制造光连接器套管的方法，它包括以下步骤提供一具有上开放端的熔化用容器；提供一至少设置有一模腔并设置在所述熔化用容器上方的强制冷却铸模；在一熔化用容器内熔化一能生成一非晶质合金的合金材料；强行将所得到的熔融合金传送到所述强制冷却铸模内；以及在所述强制冷却铸模内迅速凝固所述熔融合金，以使合金具有非晶质特性，从而获得一由含非晶相的合金制成的铸造制品。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述熔化用容器具有一设置在所述容器内并适于将所述熔融合金强制性向上传送的熔融合金传送件，所述强制冷却铸模至少设置有两个形状相同的模腔和与所述各模腔相连通的横浇道，所述横浇道设置在一熔融合金传送件的传送线路的延长线上。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，使所述熔融金属传送件将所述熔化用容器中的熔化合金强制性地传送到所述强制冷却铸模的各模腔内，同时将压力作用在充填在所述强制冷却铸模的各模腔内的所述熔融合金上。
17.如权利要求14至16中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述强制冷却铸模是一水冷却式铸模或者气体冷却式铸模。
18.如权利要求14至16中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述合金材料具有由以下通式表示的成分，并赋有一种能生成一基本非晶质合金的能力，所述非晶质合金含有一体积比至少为50％的非晶相XaMbAlc，其中，X表示从由Zr和Hf组成的小组中选择出来的至少一种元素，M表示从由Mn、Fe、Co、Ni和Cu组成的小组中选择出来的至少一种元素，a、b和c表示那些分别满足25≤a≤85、5≤b≤70，以及0＜c≤35的原子百分比。
19.如权利要求14至16中任一权利要求所述的方法，其特征在于，将所述合金材料熔化在所述熔化用容器内的步骤是在一真空中或在一惰性气体气氛下进行的。
全文摘要
一种光连接器套管用套筒及其制造方法。套筒有一在其内壁面上分三个位置设有三个凸脊的管形体,每一凸脊沿管形体纵向从其一端延伸至其另一端并有一弧形横截面,管形体还具有一沿其纵向形成的狭缝。套筒由至少具有玻璃态转变区域的基本非晶质的合金制成,玻璃态转变区域的温度宽度最好不小于30K。套筒最好由具有由通式X
文档编号G02B6/24GK1341867SQ0114097
公开日2002年3月27日 申请日期1998年5月12日 优先权日1997年5月12日
发明者大宫一男, 谷口武志, 永洞纯一 申请人:Ykk株式会社