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研究生:林政官
研究生(外文):Zheng-Guan Lin
論文名稱:高深寬比微管件微射出成型研究
論文名稱(外文):A Study of Injection Molding for High-Aspect-Ratio Micro-Tube
指導教授:曾世昌曾世昌引用關係
指導教授(外文):Shi-Chang Tseng
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:機械工程系碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:83
中文關鍵詞:光纖連接器套圈田口實驗計畫法同心度
外文關鍵詞:optical connector ferruleTaguchi’s design of experimentconcentricity
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本研究主要針對精密塑膠光纖連接器套圈(Fiber connector ferrule) 之射出成型技術進行研究開發。鑑於以往光纖連接器套圈多以陶瓷粉末射出成型技術製造,再以精密研磨技術研磨至所需之精密度及內孔尺寸精度,耗費極大的加工時間與成本。因而嘗試以塑膠微射出成形方式生產進行技術研發,以期掌控成品之品質,建立自主之光纖套圈相關產品生產技術與能力。
本研究已成功運用微射出成型模具成型直徑126±1µm、長9mm,高深寬比之塑膠光纖連接器套圈之熱塑性成品。並在模具的設計上成功的運用可動滑塊保護極細長之微心型入子(core pin),以提高模仁使用壽命,並藉由控制彈簧力大小,控制成型品品質。成型實驗發現彈簧力對成品重量有極大的影響,彈簧力越大,成品的重量有趨近飽和趨勢。同時發現成型參數中,以塑料溫度影響套圈的重量與長度最為顯著,經量測發現成品比重在低塑料溫度有較高趨勢,因而得到較重之成品。在外徑的收縮率方面,發現在套圈的中間端位置的收縮較前端與後端來的顯著,推斷原因是成品的前中後三端的塑料冷卻不均所致。由於前端與後端的冷卻較中間端來的迅速,使成品在冷卻後中間端收縮較大,但可經由較高模溫與適當保壓加以改善。
This study focused on research and development of optical fiber connector ferrules by plastic injection molding technique. In the past, the connector ferrules were produced by ceramic powder injection molding and subsequent precision grinding process. It consumes much of time and equipment to achieve the precision of final products. In this work, plastic micro injection molding technique was tried to manufacture net-shaped products at once.
Each ferrule of 2.5mm in outer diameter has a through hole in the center. The inner diameter is 126±1μm, and its length is 9mm. How to keep the micro core pin at the center during molding becomes a critical issue. In this work, a guiding slider is introduced to hold the micro pin all the time.
This ensure the core pin to be guided during the molding process. And the movement of the slider was controlled by a spring behind the slider. Such system can help to reduce the chance of misaligment of the micro core pin of such high aspect ratio, which in terms also increase the life time of the core pin. Taguchi’s design of experiment was used to evaluated the effects of different processing parameters on final properties. Experimental results reveal that the higher the spring force, the larger the product weight. Lower injection temperature can have final parts with larger amount of weight. It is because the density of filling material is higher while the injection temperature is lower , or the cavity pressure is higher. And cavity pressure can be increased either by increasing spring force or holding pressure, In order to obtain better uniformity of diameters at different locations, Diameters at three locations front, middle and back were measured. Measured data showed the shrinkage of diameter in the middle is greater than those at two ends. It is because the two end cooled faster than the center region. This can be improved by applying higher mold temperature or appropriate holding pressure and time.
目 錄
中文摘要 Ι
英文摘要 Π
誌謝 IV
目錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 IX
照片目錄 XII
符號說明 XIII


第一章 緒論
1-1 前言 01
1-2 光纖連接器 02
1-2-1光纖與光纖系統簡介 02
1-2-2 光纖連接的方法 03
1-2-3 光纖連接器的種類 03
1-3精密射出成型製程 04
1-3-1傳統射出成型製程 04
1-3-2射出壓縮成型製程 05
1-4精密微射出成型技術 07
1-5精密微射出成型模具設計 08
1-6精密微射出成型模具製造與組裝 09
1-7精密微射出成型品質 09
1-8文獻回顧 09
1-9研究動機 11

第二章 研究問題描述
2-1 問題描述 16
2-2 研究方法與步驟 17

第三章 理論模式
3-1光纖內光傳送基本原理 22
3-2 光纖基本結構與分類 23
3-3 光纖特性 24
3-4 連接損失 26
3-5 田口式品質工程(Taguchi’s Quality Engineering) 27
3-5-1 望小特性的損失函數 28
3-5-2 信號雜訊比(Signal to Noise Ratio) 29
3-5-3 直交表(Orthogonal Array)應用… 30
3-5-4 數據分析流程 30

第四章 實驗設備與方法
4-1 實驗設備 39
4-1-1伺服油壓閉迴路控制射出成型機規格 40
4-2 實驗模具設計與製造 41
4-3 實驗材料 42
4-4 實驗方法與步驟 44
4-4-1 精密微射出成型 44
4-5 成型品尺寸與形狀精度量測 46
4-5-1 尺寸收縮量測 46
4-6 幾何形狀量測 46
4-7 訊號損失量測 47

第五章 實驗結果與討論
5-1 光纖連接器套圈射出成型 55
5-2 田口法實驗分析 55
5-2-1 光纖連接器套圈長度尺寸收縮分析 55
5-2-2 光纖連接器套圈長度重量分析 60
5-2-3 光纖連接器套圈長度外徑尺寸分析 64
5-3 光纖連接器套圈的幾何形狀量測 67
5-4 Moldflow模擬分析 67
5-4-1 塑膠光纖連接器套圈 67
第六章 結論與建議
6-1 結論 79
6-2 建議 79

參考文獻 81


















表 目 錄

表1-1 光纖連接器型別及其特性 04
表1-2 傳統射出成型與射出壓縮成型之比較 06
表2-1 套圈尺寸精度要求 16
表4 -1 實驗部分實驗設備表 39
表4 -2 模擬分析部分實驗設備表 39
表4 -3 量測部分設備表 39
表4 -4 伺服油壓閉迴路控制射出成型機之規格 40
表4 -5 光纖套圈模具零件表 41
表4-6 PPS的物性表 43
表4-7 L8直交表 45
表4-7光纖連接器套圈精密微射出成型參數設計表 45
表5-1光纖連接器套圈長度尺寸收縮SN比計算表 55
表5-2光纖連接器套圈長度尺寸收縮主要因子回應表 56
表5-3光纖連接器套圈長度尺寸收縮變異數分析表 57
表5-4光纖連接器套圈長度尺寸及收縮量 58
表5-5成品密度量測數值表 58
表5-6光纖連接器套圈重量SN比計算表 60
表5-7光纖連接器套圈重量主要因子回應表 59
表5-8光纖連接器套圈重量變異數分析表 61
表5-9光纖連接器套圈的重量 62
表5-10不同持壓時間及持壓壓力對光纖連接器套圈成品重量影響表
(Spring Force 7kgw) 70
表5-11不同持壓時間及持壓壓力對光纖連接器套圈成品重量影響表
(Spring Force 12.6kgw) 70
表5-12不同持壓時間及持壓壓力對光纖連接器套圈成品重量影響表
(Spring Force 12.6kgw) 70
表5-13不同彈簧力及持壓壓力對光纖連接器套圈成品重量影響表
(Holding time 5s) 72
表5-14不同彈簧力及持壓壓力對光纖連接器套圈成品重量影響表
(Holding time 10s) 72
表5-15不同彈簧力及持壓壓力對光纖連接器套圈成品重量影響表
(Holding time 10s) 72
表5-16光纖連接器套圈外徑尺寸SN比計算表 64
表5-17光纖連接器套圈外徑尺寸主要因子回應表 64
表5-18光纖連接器套圈外徑尺寸變異數分析表 65
表5-19不同位置溫度分佈表 76



















圖 目 錄

圖 1-1 塑膠光纖套圈主要尺寸圖 12
圖1-2光纖構造圖 12
圖1-3典型核心和纖衣的直徑 12
圖1-4基本光纖鏈路 12
圖 1-5光纖連接的三個方式 13
圖1-6傳統射出成型模穴內壓力和時間的分佈圖 14
圖1-7射出壓縮成型 14
圖1-8射出壓縮成型模穴內壓力和時間的分佈圖 14
圖1-9 SC型光纖連接器 15
圖2-1 SC光纖連接器套圈微射出成型機制 19
圖2-2 SC光纖連接器套圈微射出成型成品及尺寸圖 19
圖2-3光纖套圈可動側模仁 20
圖2-4光纖套圈可動側滑塊 20
圖2-5光纖套圈模仁之 core pin尺寸圖 20
圖2-6光纖套圈模仁合模時模仁位置 21
圖2-7電腦模擬分析流程圖 21
圖3-1當n1<n2 34
圖3-2 n1>n2 34
圖3-3臨界角 34
圖3-4全反射 34
圖3-5反射的實際例子 34
圖3-6全反射在光纖 35
圖3-7各種光纖的傳播 35
圖3-8 脈衝變寬 36
圖3-9 NA值 36
圖3-10兩光纖端面品質不良 36
圖3-11側向未對準情況 36
圖3-12角度未對準情況 36
圖3-13空隙存在情況 36
圖3-14光纖側向未對準情況下之剖面圖…………………………………. 37
圖3-15田口參數設計流程圖……………………………………………….. 37
圖3-16望小特性之損失函數……………………………………………….. 38
圖3-17 L8(27)的點線圖配置方式……………………………………………. 38
圖4-1光纖套圈模具示意圖…………………………………………………….. 49
圖4-2光纖連接器套圈模仁組合圖…………………………………………….. 50
圖4-3光纖連接器套圈模仁爆炸圖…………………………………………….. 50
圖4-4環形冷卻流道系統圖…………………………………………………….. 51
圖4-5光纖連接器套圈實驗流程圖…………………………………………….. 51
圖4-6光纖連接器套圈量測位置示意圖………………………………………... 52
圖4-7光纖連接器套圈外徑尺寸與外徑圓柱度量測示意圖………………….... 52
圖4-8光纖連接器套圈內孔孔徑與外徑同心度量測示意圖………………….... 53
圖4-9光纖連接器套圈外徑真圓度量測示意圖………………………………... 53
圖4-10插入損失及反射損失的量測示意圖……………………………..……... 54
圖5-1 光纖連接器套圈長度尺寸收縮主要因子回應圖……….………… 56
圖5-2 PPS塑膠素材的PVT圖…………………….……………..………… 59
圖5-3 光纖連接器套圈重量因子回應圖………………………..…….…… 61
圖5-4不同持壓時間及持壓壓力對光纖連接器套圈成品重量影響圖
(Spring Force 7kgw)………………………..…………………..…..… 71
圖5-5不同持壓時間及持壓壓力對光纖連接器套圈成品重量影響圖
(Spring Force 12.6kgw)……………………..……………….…….… 71
圖5-6不同持壓時間及持壓壓力對光纖連接器套圈成品重量影響圖
(Spring Force 19kgw)………………………..……………….…….… 71
圖5-7不同彈簧力及持壓壓力對光纖連接器套圈成品重量影響表
(Holding time 5s)………………………..…………………….… 73
圖5-8不同彈簧力及持壓壓力對光纖連接器套圈成品重量影響表
(Holding time 10s)………………………..…………………….… 73
圖5-9不同彈簧力及持壓壓力對光纖連接器套圈成品重量影響表
(Holding time 15s)………………………..…………………….… 73
圖5-10 光纖連接器套圈外徑尺寸因子回應圖…..………… 65
圖5-11光纖連接器套圈外徑數值分佈圖…..………… 74
圖5-12光纖連接器套圈充填完溫度分佈圖…..………… 74
圖5-13光纖連接器套圈充填完5s溫度分佈圖…..………… 75
圖5-14光纖連接器套圈充填完後冷卻25s收縮分佈圖…..………… 75
圖5-15不同位置溫度分佈圖…..………… 76
圖5-16光纖連接器套圈外徑真圓度量測圖…..………… 77
圖5-17光纖連接器套圈微孔與外徑同心度量測圖…..………… 77
圖5-18 MOLDFLOW模擬光纖連接器套圈之流動波前圖…………….. 78

















照 片 目 錄

照片4-1 伺服油壓閉迴路控制射出成型機 …….………………………48
照片4-2 實驗用模具 ……………………………………………………..48
照片4-3 光纖連接器套圈模仁圖…………………………………………..50
照片4-4 固定側入子圖……………………………………………………..50
照片5-1 SC型光纖連接器套圈……………………………………………..68
照片5-2 core pin 之微孔及光纖端面 ……………………………………..68
照片5-3光纖連接器套圈實際射出成型之流動波前……..…………..…..69



















符 號 說 明

n ……………………………………………………………………………..折射率
θc………………………………………………………………..…………..臨界角
N…………………………………………………………………………...模態數目
NA………………………………………………………………………....數值孔徑
L…………………………………………………………………………..插入損失
t……………………………………………………………….…………………時間
S/N……………………………………………………………..……signal to noise
ηopt………………………………………………………….……最佳理論推定值
e………………………………………………………………………..……….誤差
et……………………………………..…………………………………誤差整合值
Ve………………………………………………………………………….誤差變異
X………....……………………………………………….………平均值信賴區間
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