CN1079953C - 光连接器用的接线插座 - Google Patents
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Abstract
能安装在面板200上的不可分割的接线插座40提供了用于高密度光学连接的小型结构。由热塑料制成的插座近似矩形，其包括至少一个空腔460。空腔包括位于前端的用于接纳光连接器10的通道，及位于后端的用于接纳圆柱形对准套筒440的另一通道422。位于空腔上端的悬臂件楔形表面与后面的凸缘412以自紧装配的方式将面板边缘卡在其中。空腔的U形通道形成的板固定台肩与连接器10的锁定板120配合，使两者相互锁定。
Description
本发明概括地介绍了用于接纳光纤维连接器的接线插座，更具体地说，介绍了适用于高密度光学连接装置的接合器。
本发明与一项美国专利申请有关。该申请是由J.M.Andorson等人于1994年7月登记的，申请号为08/265291。
光通信的增长主要是由与光纤相关的巨大带宽(信息承载能力)引起的。今天，许多家庭通过铜电线与电话服务装置相连接，以得到POTS(普通旧式电话服务)，还通过同轴电缆与视频服务装置相连接，以得到CATV(有线电视)服务。尽管这些电线和电缆的合成带宽很大，但是，只有头发般细的光纤的带宽比前者至少要大一个数量级，尤其当我们用了波长分复用之后情况更是这样。大部分观察者都认为，不是因为人们现在需要光纤的能力，而是因为其有令人想望的过剩容量，才使得在将来所有家庭和商业企业都将用光纤装备起来。仅只该过剩容量的存在就将刺激其服务和能力的发展，该服务和能力现在还不重要，而将来则是不可缺少的。
为了适应光纤通信系统的预期增长，必须设计出小型而不昂贵的互连系统。实际上，我们已知道了许多连接器的技术，它们的任务都是固定两个光纤端的端头，以致使一个光纤的光承载区域(纤芯)与另一个光纤的纤芯在轴向上对准，从而使一个光纤的所有光与另一个相耦合。因为光纤纤芯非常细小，所以此任务非常复杂。例如，单模光纤的芯径约为8微米，1微米＝10-3毫米。光纤连接器一般包括细小的圆筒，其内沿中心轴方向装有玻璃或塑料纤维。该圆筒通常被称为套管。通常，在两个光纤的连接过程中，一对套管端头对端头对接在一起，光从界面传播过去。交会的损耗由以下几个因素来决定，即轴对准，光纤端面情况和界面间隙的折射率。
与光连接器相配合的是耦合装置(接合器)，接合器包括背面背的插座，其用来接纳连接器，并使它们在轴向上对准。通常，许多接合器被安装在面板上，于此处可以组织并定期交换互连操作。因为这样的面板能提供与各个光纤相连的通道，以备测试和重新编排服务之用，所以它们特别重要。如果在通信系统中光纤的使用继续迅猛地增大，能在每块面板上安装大量的接合器将是有益处的。
在其它接合器中，缪荷兰(Mulholland)等人的美国专利公开了包括6个独立部分的并能安装在面板上的接合器，其专利号为5123071。该接合器用来把一对SC连接器光学互连。一对插座背对背地连接在一起，每个插座有一个插件，该插件有一对弹性的连接锁，用来固定SC连接器。当插入SC连接器时，插件卡进插座的空腔内，并且它的连接锁也伸展进该空腔内。插件有一个用来接纳对准套筒的中心孔。因为该接合器需要很多部件，并且要求其空腔内的空间必须适应连接锁的运动，所以它要比期望的体积大些，且价格贵些。
King等人的美国专利公开了许多外部块和外部件，其专利号为5274729，通过使用接合器内的相同配合结构，这些构件相互连接在一起，而接合器可以使ST，SC或FC中任意两种连接器相互连接。将外部块安装在面板上，通过选择适当的外部件，可使上述连接器中的任意两种相互连通。虽然这些构件提供了不同种类的光连接器之间的互换性，它们各自需有许多元件，而在安装到面板上之前，必须先将这些元件连接在一起。另外，所介绍的这些构件不能应用于高密连接中。
此外，随着新一代较小的光连接器的面世，上面对比文献中的各种光连接器将被废弃。例如，上面参考专利中介绍的圆柱形套管直径约为2.5毫米，而新一代套管直径则约为1.25毫米。实际上，NTT国际公司最近发明了称之为MU连接器的新构件，这些新构件实际是SC连接器的微缩型。并已发明了安装在面板上的接合器，用来接纳该MU连接器，这些连接器虽然相对较小，但仍包含6个独立部件。因为光连接器变小了，所以如果认识到小型化的益处，接纳它们的接合器也需成比例地变小。更重要的是，既然部件变小了，结构的复杂性和部件的数量也必定要减少。
我们所需要的，似乎也是现有技术水平所没有的，是接线插座，该插座可使大量独立的光连接器，在面板或类似的板上，密集地安装在一起。我们希望，该插座应该是制造造价低，装配容易和安装方便的。
本发明克服了现有技术中存在的上述问题，其包括一个供光连接器用的单体(不可分割的)接线插座。接线插座包括顶面和后面，以及至少一个近似矩形的空腔，用来接纳光连接器。空腔由前端，后端和四个侧壁构成。空腔的前端包含近似矩形的通道，用来允许光连接器插入空腔内。空腔的后端包含近似圆形的通道，以使光连接器内的套管退出空腔。空腔侧壁中至少有一面是非可动固定面，其与光连接器上的可动锁定件联锁在一起。
在本发明的例示的实施例中，插座的顶面包括悬臂件，其悬空端面向插座的后端。插座的后端还有凸缘，例如，当插座插入面板的孔内时，该凸缘与悬臂件的悬空端结合在一起，使面板边缘卡紧在其间。
在该例示的实施例中，接线插座由象聚碳酸酯一样的热塑料模压而成。此外，由于插座内没有用来卡紧连接器的可动构件，插座能较小和便宜些。双重和四重插座各有两个和四个空腔。将每个插座背面上的圆柱型插头和插孔，安放在适当的位置上，以一对相同的插座背对背地连接在一起，这样仅通过使用三个部件就形成了接合器。插头直径比插孔的略大一些，这样，在不用粘结剂或其它粘结技术的情况下，就将插座压入配合在一起。
在参阅附图的同时，通过下面详细的介绍，可以更清楚地了解本发明及其操作方式，附图中：
图1为四重接线插座的透视图，其安装在面板上，并用来接纳一对光连接器，
图2为一对相同的四重接线插座的透视图，该对插座背对背地放置，并将要装配成接合器，
图3为光纤连接器的透视图，其被插入四重接线插座中，而此插座则为剖视图。为了清楚起见，此连接器的盖板移开了，
图4为一对互连在一起的光连接器和插座的剖视图，
图5为安装在屏壁上的装配件的分解透视图，其表示双重接合器，支架，屏板和一对光连接器之间的互连过程，
图6为三个现有技术的接合器及其相关的光连接器。
图1为四重接线插座40的透视图，其被安装在面板200上的矩形孔内，并由面板锁定件410固定在其内，该面板锁定件被模压在插座的顶面及底面上。图中显示，一个光连接器被插入插座四个空腔460中的一个空腔内，而同时另一个相同的光连接器10则即将被插入。每个光连接器10包含壳110和盖100，它们围起一个光纤固定结构。蓝普特(lampert)等人于1995年8月30日申请的专利申请中公开了有关这样的连接器具体设计的全部细节，其中请号为08/520808。这些光连接器被设计成可以多种方式连接在一起，以形成双重连接器，四重连接器，或n重连接器。孔103和104有助于实现此目标。例如，一项专利申请中公开了双重连接器具体设计细节，该申请也是由蓝普特(lampert)等人于1995年8月30日登记的，其申请号为08/520809。
光纤连接器10，与限制弯曲解除胁变套管20一起，作为光缆30的端头。连接器10包含插入端12，该端被插入接线插座40的空腔460内。连接器10的外表面包含锁定片120，该片将连接器固定在接线插座上，以避免无意的彼此脱离。锁定片20被模压在连接器内，其包含活动铰链，此铰链使其在与连接器中心轴垂直的方向上下移动。相似地，锁定装置130被模压成形在连接器10内，且包括活动铰链，该铰链也使其能在与连接器中心轴垂直的方向上上下移动。锁定片120和锁定装置130为悬臂梁，其纵向轴存在于包含连接器中心轴的平面上。悬臂梁包括固定端和彼此间相互作用的悬空端。当压下锁定装置130时，其悬空端与锁定片120的悬空端接合在一起，以使连接器10从接线插座40中脱离开来。每个例示的光连接器10都有一个尺寸只有4.6×4.6毫米的足迹(横截面尺寸)，且大量的这样的连接器可密集地排列组合在一起。
盖100包含加强楔102，该楔与位于相关的接线插座内的配合槽461(见图2)相配合，以致当垂直侧的负载加到连接器上时，可保持光连接器10不移动。为了相同的目的，在壳110一侧的对称位置上，模压有加强楔(未标出)。
图2为一对相同的四重接线插座40-40的透视图，其背靠背放置，将要被装配成单个接合器400。插座40包括四个相同的空腔460，该空腔被密集地排列在一起，并适合于接纳多个图1所示类型的光连接器。每个接线插座40都有近似平面的后表面420，其面上有一对圆柱形插头423，一对圆柱形插孔421和四个孔道422，插头向外突出，插孔向内延伸，孔道用来接纳对准套筒440。每个插头423的直径略大于插孔421的直径。例如，插头和插孔都有1.5毫米的标称直径，但为了确保插头和插孔之间的坚固的永久的连接，须使用0.04毫米左右的公盈(也就是，每个插头的直径比与其相配合的插孔的直径大0.04毫米左右)。然而，为了使插头容易地插进略小的插孔内，每个插头的末端都有削面或楔锁425。
装配过程中，将对准套筒440插入插座的孔道422内。应指出，这四个孔道422中每个都包含凸台424(见图4)的底部，该凸台延伸到插座40的每个空腔460内。将一对接线插座40-40对准，以致使一个插座上的插头位于能与另一插座上的插孔421相连接的位置上，并且使一个插座上的对准套筒440位于能与另一插座上的孔道422相连接的位置上。使用足够的力量将这些插座压紧在一起，以使它们的平的后表面420-420相互接触。因为每个插头423都略大于其配合孔421，所以不同粘合剂或超声波焊接，就可便利地将一对插座压入配合在一起。
通过将一对光连接器连接在一起，一个位于另一个的上面，可将双重连接器纵向叠积装配在一起。支架被固定在每个连接器的一边，以使它们连接在一起。因为我们希望避免将合成的双重连接器以某种方位插入插座40，故将支柱462模压到插座40的正面，这样，当双重连接器插错空腔时，该支柱将与支架相冲突。换言之，支柱462被用来保证正确的定位。
四重接线插座40的顶面415和底面416相同，它们都包含数个面板锁定件410，410。直观地，一个面板锁定件410与一个空腔相连，如下面所述介绍，在面板锁定件410和侧壁465之间有一个通道463，该通道便利地使简易的U形模压插件被用来形成空腔460内的板固定台肩。面板锁定件410，410包括悬臂，将插座410插入平面面板的孔内时，该悬臂的悬空端与凸缘412配合，以将面板的边缘卡紧并固定在其间。
四重插座40最好由象聚碳酸酯这样的热塑料材料模压而成，其设计结构要易于模压。例如，面板锁件410是悬臂梁，通过在插座的顶面415上压出一个U形通道463，可形成该梁。此通过463可直接通向插座空腔内的一对板固定台肩，该台肩用来锁定插入插座的光连接器。于是，简单的模压插件可被用来形成悬臂和板固定台肩。
许多四重接线插座40可并肩地安装在面板的第一横行上，该面板有细长的矩形孔。相邻插座之间不需要空间。但是，当在第一横行上面或下面安装第二行四重插座时，行间需要小的纵向距离，以使操作者能用手接触到被插入的光连接器(见图1)上的锁定装置130或锁定板120。
图3是被插入四重接线插座40的光连接器10的透视图。虽然四重插座包括四个空腔，用来接纳光连接器，剖面图只绘出了两个空腔。此外，图中只有一个插入插座的连接器，以便介绍空腔内部的详细结构。顶部空腔与底部空腔互为镜像。最后，为清楚起见，图中连接器10的盖100(见图1)被移开了。应同时注意插座40的密集性和操作者的方便性。例如，为将连接器10从插座中拔出来，需要一个通向锁定装置130的通道。插座40的空腔成纵向叠积结构，以致当一个连接器上的锁定装置面向上时，另一连接器上的锁定装置则面向下。
连接器的壳110近似为U形，并支持光纤固定结构，该结构包括套筒140，支承件150，和弹簧160。如图3所示，弹簧160环绕在支持件150后面的圆柱形部分，并从右向左压迫着套管140的端面。套管140可以是玻璃，金属，陶瓷或塑料圆柱体，沿其中心轴有一窄通道(约126微米，)以接纳光纤的端部。图例中，套管外径约为1.25毫米，长度约为7.0毫米。
借助于其面板锁定件410上的锥形表面411，插座40被固定在面板200(见图1)上。因为面板各有不同的厚度，这些锥形表面与凸缘412相结合，以将插座和面板紧贴地相互锁定在一起。通过挤压面板锁定件和将插座向前推，可将插座40从面板上移出。如介绍图2时所述，在插进面板前，通过将它们的后表面420头对头地连接在一起，可将两个相同的插座40-40连接在一起。使用配合件421和423可保证正确对准。然而，为使连接器内的套管140完全相互对准，在连接插座之前，先将对准套筒440(见图4)插入圆柱形凸台424之内。用金属，陶瓷甚至塑料材料制成的合适的对准套筒在本领域中是众所周知，就不再进一步介绍了。
在插座40的每个空腔内，有一对位置对称的板固定台肩，其由水平表面431和垂直表面432组成。水平表面431与锁定板120上的凸起部121相互作用，以使锁定板向下倾斜，(也就是向连接器的中心轴方向倾斜)。垂直表面432与凸起部121上的垂直面122相互作用，以将光连接器10锁进插座40内。
图4介绍了交会在光学平面70-70上的一对光纤之间的几乎对称的相互连接情况。虽然介绍的是连接器对连接器的例子，很显然，连接器可与任何光学装置相连。因为此图几乎对称，关于左半边部件的介绍同样适合于右半边部件。每个光纤(其涂层已被剥离)的端部固定于套管140的轴向通道内，且每个套管被固定在支承件150的配合空腔内。压缩弹簧160环绕着支承件，并向另一支承件和套管方向压迫着此支承件及其相关的套管。通过将它们从同一对准套筒440的两头插入其中，可将一对套管轴向对准。所述对准套筒被固定于圆柱形通道内，该通道由背对背的凸台424，424组成，凸台被模压于每个插座40的后端。
连接器10被看作“浮动”设计，其中，两个套管环有弹簧，并被固定于插座的圆柱形凸台424里的对准套筒440内。当将第一个连接器插入左边的插座时，其相关的套管140超程并穿出插座40，40之间的光学平面70-70。当将第二个连接器插入右边插座时，就使两个套管的端面相接触了，第一个套管则被迫后退，并且支承件150，150不再与壳110的内表面相接触了。第一个套管继续向后移动，直到在压缩弹簧的作用下，两个套管上的负载弹簧之间达到平衡。
图4中，锁定板120很重要，当插入插座40时，其向下移动，当完成插入后，其又往回(向上)返弹。该锁定片的向下移动是由两个表面(在插入过程中)的相互作用引起的，第一个表面为锁定片上的凸起部121，第二个表面为插座上的水平表面431。之后，插座上的垂直表面432与锁定板120的凸起部121上的垂直表面122相互作用，以将连接器与插座锁定在一起。通过手动向下挤压锁定板120和向外拔连接器，可将连接器容易地拔出来。锁定装置130能容易地伸展到能使我们接触到锁定板的区域。如上所介绍，当将两个连接器插进同一插座时，其中一个位于另一个的上面，它们的锁定片位于外侧，以改善操作者的可接近性。将大量光纤连接器排列在一个小空间内的欲望刺着人们去改善如图6所示的各种现有技术的插座。
图4中重要的是面板锁定件410的结构，当插座40插入面板的孔250时，该锁定件与凸缘412一起卡住面板200的边缘。在本发明的这个例示的实施例中，面板200包括一个近似平面的结构，其标称厚度约为1.65毫米(0.065英寸)。面板锁定件40的悬室端包括光滑壁411，相对于面板200的平面，该壁被斜成约14度的锐角。(从另一角度来看，光滑壁与面板锁定件交成约104度钝角)。于是，锥形壁411与凸缘412之间最大最小距离分别约为1.5毫米和1.8毫米。在将插认40插入面板200的过程中，面板锁定件410向下偏移。然而，当面板边缘放置于锁定件和凸缘之间后，恢复力使面板锁定件向上移动。但因为面板边缘的厚度比最小距离大，面板200将总受到来自锥形壁411的压力。其益处是，因为其能自我绷紧，插座将不会在孔250内摇摆。
我们注意到，一些现有技术的设计用步进结构代替光滑的楔形壁411。很不幸，当面板因太厚而不能装进一个台阶，而又因过薄而不能充分利用下一个较大的台阶时，就出现了松动配合，结果用户感觉到这样的设计质量较低。(面板上的涂料厚度的变化是引起这一问题的原因之一)。其它现有技术设计则使用螺钉和螺母，以使插座固定在面板上(例子见图6)。这些设计虽然解决了松动配合问题，但却增加了配件和劳动力的费用。
图5为安装在屏壁上的装配件的分解透视图，其表示双重接合器500，支架300，屏板100，和一对光连接器之间的互连。将一对双重接线插座50背对背连接在一起。其连接方式与图2中所示的四重接线插座的连接方式相同。当被压入配合在一起后，双重接线插座50则称为双重接合器500，其作用为将一对光连接器10与另一对光连接器(未标出)相连。
双重接合器500被插进支架300的后边，直到凸缘512妨碍其进一步前进为止。支架300也包含凸缘330(只绘出一个凸缘)，其与接线插座50上的面板锁定件510相互作用，以保持插座与支架连接在一起。关于这一点，接线插座与凸缘330的锁定方式，与其与面板200(见图4)的相同。
屏板100为近似平面的结构，其尺寸约为7.0×114毫米(2.75×4.5英寸)。它由类似聚氯乙烯(PVC)的材料模压而成，并包括用来接纳支架300的孔115，该支架从其后边插入。装配过程中，支架300被推入孔115内，直到停止件321妨碍其进一步前进为止。可弯曲件323包括诸如楔形板324的凸起部分，以将支架锁定在适当位置上。屏板100上的孔115的形状将与支架300的相符合，其尺寸要使其与楔形板324相互作用，以使支架容易地卡进槽112内，并且凸起构件113将其固定在那里。在本例示的实施例中，凸起构件113与槽112相垂直。美国专利5096439中公开了屏板100的其它细节，该专利在此作为对比资料。
图6介绍了一些已为人所知的光纤连接器610、620和630(每个都有直径为2.5毫米的套管)，用来分别插入插座611、621和631中。King等人申请的美国专利5274729中，介绍了关于这些已知的连接器的更为详尽的细节。然而，简单地讲，光连接器610被普遍称为SC连接器，其插入接线插座(外部块)611中。装配过程中，外部块被推进或穿出面板60上的矩形孔，并由面板锁定件612固定在该孔内。这面板锁定件612包括悬空端，该端与凸缘613结合，使面板60卡在其中。SC连接器610的插入和拔出操作通常要求操作者能将他或她的手指伸入它的对面，因此将某一连接器从水平和垂直叠积的连接器阵列中拔出是十分困难的。需要接触连接器的两侧，这就降低了整体排列密度。此外，插座611包括内锁定件，该件包括一对弹力连接锁，当连接器610插入时，该弹力连接锁向空腔内伸展。于是，介绍的插座611比希望的大。
光连接器620和630(FC型和ST型)也要求操作者将他或她的手指放在连接器的两侧，以便在将其插入和从它们各自的外部件621，631中抽出的过程中，能充分地旋转它们。更重要的是，这些外部块每个都需有螺母622，623，以将其固定在面板60上，它们似乎不适合于阵列式的大量安装操作。
尽管已经显示和描述了本发明的各种具体的实施例，在本发明的精神和范围内，可有各种更改。这些更改包括接线插座。其安装在印制线路板上；接线插座，其空腔数量不同于本发明具体实施例中所显示的；但更改不限于此。此外，当将两个插座装配在一起以形成接合器时，这些更改包括使用不同形状，位置和数量的插头和插孔；使用粘接技术而非插头和插孔来装配插座；接合器，其中，当一个接线插座适应一种类型的光连接器时，另一接线插座可适应另一类型的光连接器，但更改不限于此。
Claims (7)
1.一种整件模制的接线插座(40)，包括前端和后端，顶面和底面，以及一对空腔(460，460)；每个空腔具有(i)一个通往该插座的前端的矩形通道，(ii)一个通往该插座的后端的圆形通道，以及(iii)一个通往所述顶面的U形通道，所述U形通道形成了悬臂件，该悬臂件的悬空端斜入所述空腔；每个空腔还有非可动的固定表面(432)，以将光连接器固定在该空腔内，所述固定表面直接位于该U形通道底下。
2.根据权利要求1接线插座(40)，其特征在于所述插座由热塑料材料模压而成。
3.根据权利要求2的接线插座(40)，其特征在于所述热塑材料包括聚碳酸酯。
4.根据权利要求1的接线插座(40)，其特征在于还包括与第一个空腔相邻的第二个空腔，所述的第一和第二空腔有一公共侧壁。
5.根据权利要求1的接线插座(40)，其特征在于后表面(420)为近似的平面，并至少包括一个外突的插头423和至少一个向内延伸的插孔(421)，所述的插头和插孔具有互补的配合形状，把插头和插孔放置在适当的位置上，以便当把相同的接线插座(40)背对背地放置时，使它们相互锁定。
6.根据权利要求5的接线插座(40)，其特征在于插头(423)和插孔(421)呈圆柱形状，且插头直径略大于插孔直径。
7.根据权利要求6的接线插座(40)，其特征在于所述插头(423)的末端为锥形，以使它固定到略小的插孔(421)内。
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