低成本一次性光纖切割器和切割光纖的方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于切割光纖的裝置，具體地講，在切割之前所述示例性裝置使光纖在芯軸的圓弧表面上彎曲并拉緊光纖。
【背景技術(shù)】
[0002]
[0003]在光通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中，常常需要將一根光纖連接到另一根光纖。傳統(tǒng)連接包括熔接、機(jī)械接合和插/拔型連接。通常需要在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行連接。當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行這種連接時(shí)，作為光纖制備過(guò)程的一部分，可能需要切割光纖以得到成角度的受控端面。
[0004]現(xiàn)有的便攜式光纖切割器是價(jià)格昂貴的精密機(jī)構(gòu)，其通常包括兩個(gè)主要特征結(jié)構(gòu)。首先，傳統(tǒng)切割器具有通過(guò)張力、彎曲、變形或它們的組合在光纖上施加可控應(yīng)變的機(jī)構(gòu)。其次，傳統(tǒng)切割器具有剛性刀片，其通常由碳化物或另一種硬質(zhì)材料制成，用于在光纖表面上生成劃痕。這些刀片可顯著增加成本，并且在許多情況下，可能需要定期維護(hù)。另夕卜，采用剛性刀片時(shí)，必須注意不要損壞光纖，由于刀片施加到光纖上的力可能過(guò)大或生成過(guò)深的劃痕，因此必須嚴(yán)格控制這些切割器的公差，而這會(huì)導(dǎo)致其更高的成本。美國(guó)專利號(hào)6，634，079,6, 628，879和4，790，465中描述了一些傳統(tǒng)光纖切割器。美國(guó)專利號(hào)8，254，739中描述了另一種傳統(tǒng)切割器。激光切割器也是已知的并主要在工廠或其他受控環(huán)境中使用。
[0005]輪式剛性刀片切割器可產(chǎn)生可靠的切割(即，切割角度變化〈1° )。然而，由于這些切割器成本較高(每臺(tái)500-1000美元)且易碎，因此不太適合作為每位現(xiàn)場(chǎng)安裝人員的工具。一種較低成本的替代產(chǎn)品是成本為185-350美元的海貍尾式切割器。盡管海貍尾式切割器比輪式剛性刀片切割器便宜，但它們通常會(huì)產(chǎn)生更加不一致的切割(即，切割角度可變化最大至約4° )，因此可能不適用于所有形式的現(xiàn)場(chǎng)安裝連接器和接頭。另外，現(xiàn)場(chǎng)安裝人員缺少一種經(jīng)濟(jì)的方式在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量切割角度，并因而不了解由于所用切割本身或因切割器磨損而導(dǎo)致的不一致的切割結(jié)果。因此，需要一種可在其使用壽命內(nèi)提供一致切割的低成本一次性切割器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，提供了一種用于切割光纖的裝置。該裝置包括基部和以旋轉(zhuǎn)方式連接到基部的蓋?；烤哂泄ぷ髅婧托据S，芯軸設(shè)置在基部上并在工作面上方伸出。光纖在切割之前在芯軸的圓弧表面上彎曲。梭子設(shè)置在蓋中、位于芯軸上方，其中梭子包括被構(gòu)造成用于接觸光纖并在光纖的頂表面上形成劃痕以在光纖中引發(fā)裂紋的柔性磨料。
[0007]在本發(fā)明的一個(gè)方面，該裝置還可包括設(shè)置在芯軸的一側(cè)上的第一夾具和設(shè)置在芯軸的相對(duì)側(cè)上的第二夾具以及分別設(shè)置在第一夾具與第二夾具之間并從蓋的內(nèi)表面伸出的第一光纖張緊器和第二光纖張緊器，第一夾具和第二夾具為光纖提供保持力，使得光纖在切割過(guò)程中不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)。
[0008]將光纖定位在芯軸上即向光纖施加彎曲力，使得光纖的頂表面受到張力作用，并且光纖的底表面受到壓力作用。光纖張緊器在芯軸的任一側(cè)上向光纖的頂表面施加向下的力，從而導(dǎo)致光纖內(nèi)的靜態(tài)軸向張力。
[0009]在一個(gè)示例性方面，柔性磨料為附接到梭子的兩個(gè)點(diǎn)處的磨料涂布線，使得磨料涂布線可具有彎曲構(gòu)型或直的構(gòu)型。該裝置被構(gòu)造成使得磨料涂布線以小于約30°的正切接觸角接觸光纖的頂部。
[0010]在本發(fā)明的另一方面，提供了一種切割方法。光纖的一端被剝離，露出光纖的裸玻璃部分。將光纖的被剝離端置于切割裝置中，使得光纖的涂覆有緩沖層的部分設(shè)置在第一夾具中的夾持表面上，并且使得光纖的裸玻璃部分設(shè)置在第二夾具中的夾持表面上。致動(dòng)第一夾具，以將光纖的涂覆有緩沖層的部分固定在切割裝置中。接下來(lái)，閉合切割裝置的蓋以致動(dòng)第二夾具，從而將光纖的裸玻璃部分固定于切割裝置中。使光纖的裸玻璃部分在設(shè)置在第一夾具與第二夾具之間的芯軸上彎曲，并且施加張力。承載柔性磨料的梭子設(shè)置在蓋中的狹槽中。在狹槽中滑動(dòng)梭子，使得柔性磨料接觸光纖的裸露部分的頂表面，形成蔓延穿過(guò)光纖的劃痕，由此產(chǎn)生切割端。
[0011]以上
【發(fā)明內(nèi)容】
并不旨在描述本發(fā)明的每個(gè)圖示實(shí)施例或每個(gè)【具體實(shí)施方式】。以下附圖和【具體實(shí)施方式】更具體地說(shuō)明這些實(shí)施例。
【附圖說(shuō)明】
[0012]本發(fā)明將參照附圖作進(jìn)一步說(shuō)明，其中:
[0013]圖1A-1C示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的光纖切割裝置的三個(gè)視圖。
[0014]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的光纖切割裝置的基部的工作面的等軸視圖。
[0015]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的光纖切割裝置的蓋的內(nèi)表面的等軸視圖。
[0016]圖4A-4E示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的光纖切割裝置的梭子的五個(gè)視圖。
[0017]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的柔性磨料接觸光纖的優(yōu)選接觸區(qū)。
[0018]圖6A-6B是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面采用光纖切割裝置切割光纖的兩個(gè)側(cè)視圖。
[0019]圖7A-7E示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面采用光纖切割裝置的示例性切割過(guò)程。
[0020]圖8A-8B是示出圖7A-7E的示例性切割過(guò)程中的步驟中的一個(gè)步驟的細(xì)節(jié)的兩個(gè)剖視圖。
[0021]圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的光纖切割裝置的替代實(shí)施例的剖視圖。
[0022]圖10是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的光纖切割裝置的另一個(gè)替代實(shí)施例。
[0023]圖11是圖10的切割裝置的詳細(xì)視圖。
[0024]圖12A-12C是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的光纖切割裝置的另一個(gè)替代實(shí)施例的三個(gè)視圖。
[0025]圖13A是可用于圖12A的光纖切割裝置的插件的視圖。
[0026]圖13B是可用于圖12C的光纖切割裝置的保持器適配器的視圖。
[0027]圖14A是圖12C的光纖切割裝置與示例性光纖保持器組件的視圖。
[0028]圖14B-14C是圖12C的光纖切割裝置與保持器適配器的兩個(gè)視圖。
[0029]圖15是可用于圖12C中所示的切割器的示例性光纖保持器組件的視圖。
[0030]圖16A-16B是可用于圖12C中所示的切割器的另一個(gè)示例性光纖保持器組件的兩個(gè)視圖。
[0031]雖然本發(fā)明可修改為各種修改形式和替代形式，但其具體形式已在附圖中以舉例的方式示出并將做詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，并不意在將本發(fā)明局限于所述的具體實(shí)施例。相反，其目的在于涵蓋在所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有修改形式、等同形式和替代形式。
【具體實(shí)施方式】
[0032]在以下【具體實(shí)施方式】中，參考了作為本文一部分的附圖，附圖以舉例說(shuō)明的方式示出了可實(shí)踐本發(fā)明的具體實(shí)施例。就這一點(diǎn)而言，諸如“頂部”、“底部”、“前部”、“后部”、“頭部”、“向前”和“尾部”等方向性術(shù)語(yǔ)結(jié)合所描述的一個(gè)或多個(gè)圖的取向使用。因?yàn)楸景l(fā)明實(shí)施例的部件可以定位成多個(gè)不同取向，所以方向性術(shù)語(yǔ)用于說(shuō)明的目的，并且不具有任何限制性。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，可以利用其他實(shí)施例，并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)性或邏輯性的修改。因此不能認(rèn)為以下的【具體實(shí)施方式】具有限制意義，并且本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書限定。
[0033]傳統(tǒng)的輪式剛性刀片切割器采用先刻痕，然后彎曲和拉伸光纖的流程，該流程需要嚴(yán)格控制裝置的尺寸以滿足用于切割光纖的關(guān)鍵刻痕/劃痕深度和精確拉伸。為滿足這些嚴(yán)格的尺寸要求，工作面和控制機(jī)構(gòu)需要進(jìn)行精加工，這是此類切割器之所以昂貴的一個(gè)原因。類似地，對(duì)于僅依賴于直的光纖張力來(lái)使裂紋蔓延穿過(guò)光纖的傳統(tǒng)切割器，引發(fā)切割所需的刻痕深度和能量至關(guān)重要，并且引發(fā)裂紋所需的最小光纖張力的量相對(duì)較大，在185gf至227gf(0.41bf至0.51bf)。另外，此類切割器的處理窗口較小，因?yàn)楣饫w張力過(guò)大將導(dǎo)致切割面粗糙(呈鋸齒形)，并且光纖張力過(guò)小則會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則成角度切割(由于碾乳導(dǎo)致)或其他缺陷。最后，垂直施加于光纖以維持足夠的光纖張力所需的光纖夾持力需要大于454gf (Ilbf)。需要使用剛性?shī)A具材料(諸如鋁)才能施加這樣的力度。然而，由于夾持力較大，玻璃纖維的微小碎片可嵌入夾具表面，這可導(dǎo)致后續(xù)切割時(shí)發(fā)生斷纖。
[0034]相比之下，本發(fā)明涉及一種適于現(xiàn)場(chǎng)操作、以簡(jiǎn)單且低成本的方式切割光纖的無(wú)刀片器械。本發(fā)明中描述的切割器實(shí)施例可與可現(xiàn)場(chǎng)端接的連接器、機(jī)械接頭或熔接接頭裝置一起使用。具體地講，本文所述的示例性光纖切割器可使用柔性磨料在光纖的頂表面上的接觸區(qū)中形成劃痕，具體方式為利用圓柱形弧形邊支撐體或光纖下方的芯軸與靜態(tài)或動(dòng)態(tài)張力相結(jié)合，以大大減小光纖夾持力并顯著降低裝置的機(jī)械復(fù)雜度和精度公差。芯軸半徑以及張力范圍的優(yōu)化進(jìn)一步消除了對(duì)精密的高強(qiáng)度光纖夾具和超精密的切割刀片的需求，并且可以放寬當(dāng)今現(xiàn)有光纖切割器的機(jī)械設(shè)計(jì)公差要求。本文所述的簡(jiǎn)化彎曲和張力光纖切割裝置能夠以比現(xiàn)有切割器顯著降低的成本可靠地產(chǎn)生90° ±3°的切割。
[0035]通過(guò)使光纖在芯軸上彎曲，光纖的底表面52b受到壓力作用，并且與光纖底表面相對(duì)的頂表面52a則受到張力作用(見圖5)。芯軸的尺寸(半徑)決定了光纖外表面上的張力/壓力。當(dāng)光纖的頂部外表面上產(chǎn)生劃痕時(shí)，光纖將極易斷裂。裂紋將由劃痕朝向光纖的中心蔓延，直至穿過(guò)光纖內(nèi)的中性應(yīng)力邊界。隨著裂紋繼續(xù)蔓延穿過(guò)壓應(yīng)力區(qū)，裂紋可偏離最初的蔓延路徑從而形成不規(guī)則切割，包括在切割后的光纖的相對(duì)側(cè)上產(chǎn)生碾乳表面和凸緣表面。為克服這些不規(guī)則，施加另外的張力以使中性應(yīng)力邊界移動(dòng)成更靠近受壓面(例如，底表面52b)。當(dāng)施加足夠的張力時(shí)可減小壓應(yīng)力區(qū)，或換句話說(shuō)將壓應(yīng)力區(qū)推出光纖。因此，光纖在其整個(gè)橫截面基本上都受張力，從而使得示例性裝置生成的裂紋以更直、更可控的方式蔓延。
[0036]用于切割光纖的示例性裝置100如圖1A-1C所示。裝置100為無(wú)刀片的便攜式光纖切割裝置，其提供合適的張力，以通過(guò)使用柔性磨料160而非傳統(tǒng)的剛性刀片(諸如圓形陶瓷或碳化鎢刀片)來(lái)切割傳統(tǒng)光纖。裝置100包括基部110和通過(guò)鉸鏈150以旋轉(zhuǎn)方式連接到基部的蓋130，其中鉸鏈限定鉸鏈軸151。基部可包括用于限定裝置的基準(zhǔn)面的工作面。蓋130包括內(nèi)表面130a，當(dāng)裝置處于閉合構(gòu)型時(shí)(諸如圖1A所示)，內(nèi)表面與基部工作面相對(duì)設(shè)置。芯軸120設(shè)置在基部?jī)?nèi)，并且保持柔性磨料160的梭子140設(shè)置在蓋中，使得梭子在裝置處于閉合構(gòu)型時(shí)定位于芯軸上方。柔性磨料160被構(gòu)造成用于接觸光纖并在光纖的頂表面上的接觸區(qū)形成劃痕或刻痕以引發(fā)裂紋