專利名稱：光纖電纜的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光纖電纜(在下文中稱為“光纜”)，尤其，涉及使用塑料光纖的光纜。
背景技術：
在近來的通信中，光纖己廣泛應用于快速可靠地傳輸大量信息。光纖包括石英光纖，如石英單模光纖，塑料光纖(POF)和其它光纖。尤其，塑料光纖具有比石英單模光纖更大的直徑，并具有更好的柔性。根據(jù)該觀點，光纜使用具有光傳輸線的塑料光纖，這種光纜在安裝和配線所需的光纖末端處理和連接處理中具有較好的可加工性。在從干線電纜、分路電纜、或線電纜引入用于局域網(wǎng)系統(tǒng)之后，光纜的作用如同建筑物中的短距離干線。
光纜通常被構造成覆蓋光纖和抗拉強度加強桿件(受拉桿件)，以避免由于包層的張力引起的光纖延伸。一般，光纖具有覆蓋并施加在表面上的基本樹脂，以防止干擾光進入，避免由于機械外力或其它原因造成的破壞。在光纜用于通信的情況下，通常包裹兩個或多個光纖用于輸入和輸出。
如圖4(a)所示，一種光纜包括光纖41a和41b，用于覆蓋光纖的基本包層42a、42b，和用于覆蓋光纖的第二包層43(見，例如JP-A-11-211945)。
圖4(b)中剖面示意圖所示光纜具有一結構，其中在包層45限定的空腔46中提供兩個光纖44a和44b，抗拉強度加強桿件被嵌在包層中(見，例如JP-U-60-60714)。
圖4(c)中剖面示意圖所示光纜具有一結構，其中將表面覆蓋有基本包層47的光纖48配置在包層49限定的空腔50中(見，例如JP-A-7-72356)。
然而，已經(jīng)設計或使用的光纜具有以下問題1)在具有圖4(a)中所示結構的光纜中，熱試驗(70℃，24小時)顯示作為覆蓋材料的樹脂，如聚乙烯，會熱收縮，在光纖表面形成小孔，這樣根據(jù)衰減的增加會產(chǎn)生耐熱性的問題。
2)在具有圖4(b)中所示結構的光纜中，在單個空腔中提供多個光纖會產(chǎn)生耐壓性的問題，當向光纜施加外力時，如由于某人踏到光纜而引起的，單個空腔中的多個光纖將彼此接觸，并彼此壓迫、最壞的情況是彼此壓碎，或者遇到塑料變形以增加衰減。
3)在具有圖4(c)中所示結構的光纜中，通過確定空腔中光纖的未占用比在2-30％，可以抑制由于彎曲過程中的撓曲作用引起的衰減增加。然而，產(chǎn)生了機械性質的問題，如不可能避免彎曲過程中撓曲作用引起的衰減增加，因為根據(jù)與光連接器的連接，未占用比的上限受到限制，當光纜連接到光連接器時，需要光連接器。
尤其，分級折射率塑料光纖(在下文中稱為“GI-POF”)由于其快速和大量的數(shù)據(jù)傳送容量有望成為下一代通信的光纖，該光纖通過具有光纖截面方向的折射率分布實現(xiàn)了快速和大量的數(shù)據(jù)傳送容量。包裹GI-POF的光纜可能產(chǎn)生由于包層材料的熱收縮、外力的施加、彎曲中的撓曲作用或其它因素引起的小孔，由于這些干擾可能使傳輸性質惡化。
通過覆蓋并塑造GI-POF和如受拉桿件的結構單元以實現(xiàn)具有GI-POF的光纜產(chǎn)品，受拉桿件用于抵抗如壓出熱塑樹脂的張力。例如在高溫下熱塑樹脂熔化的熱作用可能熱學去除GI-POF中的小分子化合物，在生產(chǎn)過程中改變GI-POF的折射率分布。根據(jù)該觀點，必須完成產(chǎn)品，使得在覆蓋和塑造過程中GI-POF不受熱影響。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種光纜，它具有較好耐熱性和抗撓曲作用的機械性質，并能夠防止衰減的增加。
本發(fā)明提供了一種光纖電纜，它包括包層所圍繞空間中包裹的兩個或多個光纖和分區(qū)隔板；分區(qū)隔板包括一軸部分和多個分區(qū)板部分；分區(qū)隔板的截面形狀為分區(qū)板部分從軸部分向包層的內環(huán)表面徑向延伸；每個分區(qū)板部分的前端都帶有接觸包層內環(huán)表面的放大部分，和連接放大部分和軸部分的連接部分；其中分區(qū)板部分將包層圍繞的空間分成多個分離的狹槽，分配各個光纖，使得兩個或多個光纖不在一個分離狹槽中。
較佳的是，分區(qū)隔板的截面形狀具有以下的關系(1)和(2)，其中每個放大部分在垂直于半徑方向的方向上具有最大直徑L，每個連接部分在半徑方向上具有長度K，每個連接部分在垂直于半徑方向的方向上具有寬度W，每個光纖具有外徑RL-W≥R (1)K≥R(2)光纜適于為其中使用帶有分級折射率塑料光纖的光纜。
較佳的是，在分離狹槽中提供至少一個受拉桿件，而非在其中提供光纖。在分離狹槽中可以提供至少電力線和信息傳輸線的其中之一，而非在其中提供光纖。
較佳的是，包層的硬度不高于95肖氏A硬度(Shore A hardness)。在這種情況下，較佳的是，包層由熱塑樹脂制成，并且該熱塑樹脂選自軟氯乙烯、氯化聚乙烯和軟聚乙烯。
本發(fā)明還提供了上述光纖電纜的制備方法，該方法包括將光纖分配在分區(qū)隔板中，然后用樹脂擠壓機中壓出的熱塑樹脂形成包層。在該方法中，較佳的是，在制備光纖電纜之前，將分區(qū)隔板放在70-90℃的熱環(huán)境中熱處理。
根據(jù)本發(fā)明，光纜中容納的光纖是塑料制成的裸光纖或光纖繩。光纖繩覆蓋至少一個覆有包層的裸光纖(包括帶狀光纖等等)。雖然對于包層材料沒有特定的限制，但是較適用的是覆蓋裸光纖的熱塑樹脂。熱塑樹脂的實例有聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、和乙烯四氟乙烯共聚物。
裸光纖的實例可以由氟樹脂制成、由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)樹脂制成、由聚碳酸酯樹脂制成。其中，在較好的傳輸性能方面，由氟樹脂制成的或由PMMA樹脂制成的是較佳的。由氟樹脂制成的更佳，因為所用光的波長可以從寬范圍中選擇。作為氟樹脂，實質上不具有C-H鍵的非晶氟樹脂是較佳的。
作為根據(jù)本發(fā)明的光纖，多級折射率光纖、分級折射率光纖等等是較佳的，分級折射率光纖是更佳的。JP-A-8-5848中揭示了這種由氟樹脂制成的分級折射率光纖的特例。
在根據(jù)本發(fā)明的光纖中，圍繞容納光纖的空間的包層最好是由熱塑樹脂制成。較佳的是，包層的硬度不高于95肖氏A硬度，更好的是硬度為70-80肖氏A硬度。雖然對熱塑樹脂沒有限制，但是熱塑樹脂的實例是軟氯乙烯、氯化聚乙烯和軟聚乙烯。其中，在低溫模壓性能方面軟氯乙烯是較佳的。
分區(qū)隔板和光纖一同位于包層圍繞的空間中，它包括軸部分和多個分區(qū)板部分。分區(qū)隔板的截面形狀為分區(qū)板部分從軸部分向包層的內環(huán)表面徑向延伸。每個分區(qū)板部分的前端都帶有接觸包層內環(huán)表面的放大部分，和連接放大部分和軸部分的連接部分。
分區(qū)板部分提供其中分配光纖的分離狹槽。分配各個光纖，使得兩個或多個光纖不在一個分離狹槽中。這種分配可以防止一光纖接觸另一光纖，還可以防止一光纖和另一光纖彼此推壓。根據(jù)光纖數(shù)目、光纖的外徑、存在或缺少的受拉桿件、各個桿件的形狀、各個桿件的分配圖形等等，適當確定分區(qū)板部分的截面形狀。尤其如以下描述的圖1中所示，較佳的是，分區(qū)隔板的截面形狀具有以下關系(1)和(2)，其中放大部分在垂直于半徑方向的方向上具有最大直徑L(在下文中稱為“最大截面尺寸”)，連接部分在半徑方向上具有長度K，連接部分在垂直于半徑方向的方向上具有寬度W，光纖具有外徑RL-W≥R(1)K≥R (2)可以形成分區(qū)隔板，使得在其中縱向，也就是光纜的縱向，螺旋形地提供分離狹槽。螺旋分區(qū)隔板提供的優(yōu)點是在撓曲光纜時，不產(chǎn)生內環(huán)和外環(huán)的長度差，也不增加衰減，因為光纖沿分區(qū)隔板的螺旋相等地位于光纜的外環(huán)側和內環(huán)側。
最好通過擠壓塑造分區(qū)隔板，因為隔板需要保持光纜縱向截面形狀的結構連續(xù)性。至于分區(qū)隔板的材料，適用的是硬度相對較低的熱塑樹脂，如軟(低密度)聚乙烯或軟氯乙烯。當使用在220N的拉伸負荷下在光纜的縱向上拉伸比不高于2％的材料形成分區(qū)隔板時，分區(qū)隔板本身可以作為受拉桿件，它提供的優(yōu)點是可以除去受拉桿件。
除去塑造分區(qū)隔板時給出的隔板熱滯后，以抑制由于制備光纜過程中給出熱量造成的變形，根據(jù)該觀點，在放入包層所圍繞空間之前，在70-90℃的熱環(huán)境下將分區(qū)隔板熱處理是有效的。
在根據(jù)本發(fā)明的光纜中，在分離狹槽中提供至少一個受拉桿件，而非在其中提供光纖，以保護光纖抵抗光纜的張力，除了在分區(qū)隔板主要作為受拉桿件的情況下。其中對受拉桿件的材料沒有限制。材料的實例可以是線材，如金屬線或FRP線，或者是高硬性的連續(xù)光纖，如芳族聚酰胺連續(xù)光纖。尤其，當向光纜施加外力時，如沖擊和壓力，在減少光纜彎曲和減小對光纖的損壞方面，高硬性的連續(xù)光纖，如芳族聚酰胺連續(xù)光纖是較佳的。
在分離狹槽中提供至少一根電力線和信息傳輸線，而非在其中提供光纖，有利于在建筑物中或其它地方的配線簡化。信息傳輸線的實例可以是同軸電纜，無屏蔽雙絞線等等。
本發(fā)明提供了上述光纖電纜的制備方法，其特征在于該方法包括在將光纖分配在分區(qū)隔板中之后，用樹脂擠壓機中壓出的熱塑樹脂形成包層。


在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的光纜的剖面示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的光纜中分區(qū)隔板的剖面示意圖；圖3是解釋本發(fā)明光纜的制備方法的示意圖；圖4(a)到(c)是傳統(tǒng)光纜的剖面示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將參考圖1的剖面示意圖，相對于根據(jù)本發(fā)明實施例的光纜，詳細描述本發(fā)明，所述光纜中容納了兩個GI-POF。
圖1中所示的光纜10具有位于包層11所圍繞空間中的一對GI-POF 12a和12b，分區(qū)隔板13，和受拉桿件14a和14b。
分區(qū)隔板13包括軸部分15和四個分區(qū)板部分17a、17b、17c、17d。每個分區(qū)板部分17a、17b、17c、17d的截面形狀為每個都從軸部分15向包層11的內環(huán)表面16徑向延伸。分區(qū)板部分17a、17b、17c、17d將包層11所圍繞空間分成四個分離的狹槽18a、18b、18c、18d，它們沿分區(qū)隔板13的縱向延伸。
各個分區(qū)板部分17a、17b、17c、17d的前端帶有基本上為圓形且接觸包層11之內環(huán)表面16的放大部分19a、19b、19c、19d。各個放大部分19a、19b、19c、19d通過連接部分20a、20b、20c、20d連接到軸部分15。
在圖1中所示的光纜10中，分離狹槽18a和18c中分別提供了GI-POF 12a和12b，使得兩個或多個GI-POF不在單個分離狹槽中。在分離狹槽18b和18d中分別提供了受拉桿件14a和14b，它們具有比GI-POF 12a和12b大的拉伸強度。
在圖1所示的光纜中，較佳的是，為了抑制GI-POF 12a和12b中由于壓力負荷引起的衰減增加，每個放大部分19a、19b、19c、19d的基本圓形最大截面尺寸，也就是每個放大部分19的直徑L，每個連接部分徑向測量到的長度K，連接部分在垂直于徑向的方向上的尺寸20a、20b、20c、20d，也就是每個連接部分20的寬度W，和GI-POF的截面外徑R具有以下關系(1)和(2)
L-W≥R(1)K≥R (2)例如，當GI-POF 12a和12b的截面外徑R為0.5mm時，較佳的是，放大部分19a、19b、19c、19d的直徑L為1mm或更長，所述放大部分位于分區(qū)板部分17a、17b、17c、17d的前端并且截面基本為圓形，分區(qū)隔板13中徑向測量到的連接部分20a、20b、20c、20d的長度K為0.5mm或更長，連接部分20a、20b、20c、20d的寬度W為0.5mm或更短。
通過確定各個部分的尺寸，可以提供以下優(yōu)點。
當包層11具有施加于其上作為圖1中垂直方向外力的外部壓力負荷時，分區(qū)隔板13將變形。然而，可以抑制由于外部壓力負荷引起的GI-POF 12a和12b中衰減的增加，因為放大部分19a和19b確?？臻g具有大于分離狹槽18a中GI-POF 12a的直徑，還因為放大部分19c和19d確保空間具有大于分離狹槽18c中GI-POF 12b的直徑。
當包層11具有施加于其上作為圖1中側向外力的外部壓力負荷時，分區(qū)隔板13將變形，GI-POF 12a、12b將夾在分區(qū)隔板13和包層11之間。然而，當包層11的硬度不高于95肖氏A硬度時，可以抑制由于外部壓力負荷引起的GI-POF 12a和12b中衰減的增加，因為包層11與GI-POF 12a和12b相比足夠軟，以接受嵌入式的GI-POF 12a和12b。因為分區(qū)隔板13分開提供GI-POF 12a和12b，所以可以防止由于光纖相互接觸引起的任何永久變形，以抑制衰減的增加，這一點是有利的。
如圖2所示，其軸部分中包括受拉桿件22的分區(qū)隔板21是適用的。其中對受拉桿件22的位置沒有限制，只要受拉桿件位于分區(qū)隔板21的軸部分中。
這里對用于制備本發(fā)明光纜的方法或裝置沒有特定的限制。只要能夠制備具有上述結構的光纜，任何方法或裝置都可以使用。例如，以下將解釋根據(jù)圖3所示方法制備具有圖1所示結構的光纜的情況。將從GI-POF提供器30a和30b卷出的GI-POF 12a和12b，從分區(qū)隔板提供器31卷出的分區(qū)隔板13，和從受拉桿件提供器32卷出的受拉桿件14a和14b提供給GI-POF絞紐器33。在GI-POF絞紐器33處，GI-POF 12a和12b分別被引入分區(qū)隔板13的分離狹槽18a和18c，并且受拉桿件14a和14b分別被引入分離狹槽18b和18d。之后，將帶有這些引入部分的隔板提供給覆蓋模具34的接口導管(未圖示)，并在前接口(未圖示)處與樹脂材料結合，該樹脂材料由樹脂擠壓機35壓出用作包層11。通過在覆蓋模具34的出口處提供某種形狀，并在冷卻池36中冷卻完成這樣組合的組件。
較佳的是，在卷出時施加給GI-POF張力為5-100g。當張力超過100g時，GI-POF可能被嚴重的拉伸，以增加衰減。當張力小于5g時，GI-POF可能遭遇振動偏移，并在覆蓋模具的出口處接觸熱熔樹脂，而被熱破壞，大大地增加了衰減。尤其，張力最好在20-60g，使得衰減的增加最小化，并且較佳的是，在成形之后可以控制GI-POF 12a和12b位于不接觸熔融樹脂的位置，也就是可以控制GI-POF位于GI-POF被引入分區(qū)隔板13中分離狹槽18a和18c的位置。
牽引速度控制成形速度。較佳的是，控制該速度，使得位于覆蓋模具34出口處的分離狹槽18a和18b中的GI-POF 12a和12b的溫度不超過允許的耐熱溫度(如70℃)。當在包層11的樹脂成形溫度被設定的狀態(tài)下塑造光纜，使得GI-POF 12a和12b遭遇允許的耐熱溫度或更高溫度時，GI-POF 12被加熱拉伸，大大惡化了衰減。較佳的是，覆蓋模具34出口處GI-POF 12a和12b的溫度可以被控制設定成比允許耐熱溫度低20℃或更多的溫度。在圖3所示的實施例中，40℃到50℃的溫度是較佳的。
當使用自來水(溫度為5-25℃)執(zhí)行冷卻池36中的冷卻時，可以抑制衰減的增加。當使用溫度為5℃到-20℃的冷卻劑，如60％的乙二醇溶液，執(zhí)行快速冷卻時，可以以更穩(wěn)定的方式抑制衰減的增加。
現(xiàn)在，參考本發(fā)明的實例和比較實例，詳細描述本發(fā)明。在以下的實例和比較實例中，使用以下材料，除非另外說明。
GI-POF全氟化GI-POF(全氟化非晶氟樹脂GI-POF)，其直徑為500μm，被PMMA樹脂覆蓋，由Asahi玻璃有限公司制造，并以Lucina的商標被推向市場。
分區(qū)隔板具有分區(qū)板部分，其十字形的截面形狀樣式如圖1的剖面示意圖所示，分區(qū)板部分的截面總長度為4mm(圖2中所示的Lt)，由低密度的聚乙烯制成，并在光纜制造前經(jīng)過8小時80℃的熱處理。
受拉桿件有芳族聚酰胺連續(xù)纖維制成(由DuPont制造，并以Kevlaryarn的商標被推向市場)，外徑為1,140但尼爾。
覆蓋樹脂(包層)由軟氯乙烯制成(由Riken乙烯工業(yè)有限公司制造)，其厚度為0.4mm，硬度為80肖氏A硬度。
在以下的實例和比較實例中，根據(jù)圖3所示的方法制造光纜。
實例1使用分區(qū)隔板，其中各個分區(qū)板部分截面的L為1mm，W為0.5mm，K為0.75mm，截面的總長度為4mm，在分離狹槽中對角并分離地提供兩根GI-POF和兩根受拉桿件，以此制造光纜。
實例2使用分區(qū)隔板，其中各個分區(qū)板部分截面的L為0.8mm，W為0.3mm，K為1.05mm，截面的總長度為4mm，在分離狹槽中對角并分離地提供兩根GI-POF和兩根受拉桿件，以此制造光纜。
實例3以實例1的方法制造光纜，除了包層由軟氯乙烯樹脂制成，其硬度為95肖氏A硬度。
實例4使用分區(qū)隔板，其形狀與實例1相同，其中軸部分中徑向容納直徑為0.4mm、帶有芳族聚酰胺連續(xù)纖維的FRP線，在分離狹槽中對角提供GI-POF，以此制造在剩余分離狹槽中不提供任何受拉桿件的光纜。
比較實例1使用分區(qū)隔板，其中各個分區(qū)板部分截面的L為0.5mm(也就是分區(qū)板部分沒有放大部分)，W為0.5mm，K為1.25mm，截面的總長度為4mm，在分離狹槽中對角并分離地提供兩根GI-POF和兩根受拉桿件，以此制造光纜。
根據(jù)以下方法，相對于實例1-4和比較實例1中制造的光纜，進行耐壓碎性評價和拉伸測試。耐壓碎性的評價結果如表1所示，拉伸測試的結果如表2所示。進行連續(xù)測量，使用850nm的LD(激光二極管)觀察耐壓碎性評價和拉伸測試中光纖的衰減。
耐壓碎性評價根據(jù)JIS C6836中所述的方法，在10cm長度的范圍上向光纖施加每根光纖700N的負荷(每兩根光纖1400N)三分鐘，而后釋放壓力。
耐壓碎性評價的標準為釋放壓力之后一分鐘內，與測試之前的衰減相比，衰減增量為0.2dB或更小。
拉伸測試向光纜施加220N的拉伸負荷，相對于每根光纜測量延伸率和衰減值的增量。標準是在施加拉伸負荷期間，延伸率為2％或更小，衰減增量為1dB或更小，并且在釋放拉伸負荷之后，衰減增量為0.2dB或更小。
如表1所示，實例2和3的電纜滿足耐壓碎性標準，雖然施加拉伸負荷期間的衰減值超出了標準。實例1中的電纜可以通過調節(jié)分區(qū)板部分的厚度，而改進耐壓碎性。相對于覆蓋樹脂的肖氏A硬度，實例3中的“95”為允許值。
如表2所示，將延伸率抑制在2％或更小，并且相對于帶有實例1和2中受拉桿件電纜，在釋放拉伸負荷之后不增加衰減。
表1

表2

根據(jù)本發(fā)明的光纜具有較好的耐熱性和彎曲機械性質，并能夠抑制衰減增加。本發(fā)明可以使用塑料光纖，尤其是GI-POF，作為光纖，以提供耐壓碎性、機械性質和熱耐久性較佳的光纜。
通過引用其全文，將2001年2月28日提交的日本專利申請?zhí)?001-53625的全部內容結合于此，其中包括說明書、權利要求書、附圖和摘要。
權利要求
1.一種光纖電纜，其特征在于，它包括包層所圍繞空間中容納的兩個或多個光纖和分區(qū)隔板；分區(qū)隔板包括軸部分和多個分區(qū)板部分；分區(qū)隔板的截面形狀為分區(qū)板部分從軸部分向包層的內環(huán)表面徑向延伸；和每個分區(qū)板部分的前端都帶有接觸包層內環(huán)表面的放大部分，和連接放大部分和軸部分的連接部分；其中分區(qū)板部分將包層圍繞的空間分成多個分離的狹槽，分配各個光纖，使得所述兩個或多個光纖不在一個分離狹槽中。
2.如權利要求1所述的光纖電纜，其特征在于，分區(qū)隔板的截面形狀符合以下關系(1)和(2)，其中每個放大部分在垂直于徑向的方向上具有最大尺寸L，每個連接部分在徑向上具有長度K，每個連接部分在垂直于徑向的方向上具有尺寸W，每個光纖具有外直徑RL-W≥R (1)K≥R (2)
3.如權利要求1或2所述的光纖電纜，其特征在于，光纖包括分級折射率塑料光纖。
4.如權利要求1到3中任何一條所述的光纖電纜，其特征在于，在分離狹槽中提供至少一個受拉桿件，而非在其中提供光纖。
5.如權利要求1到4中任何一條所述的光纖電纜，其特征在于，在分離狹槽中提供電力線和信息傳輸線中的至少一種，而非在其中提供光纖。
6.如權利要求1到5中任何一條所述的光纖電纜，其特征在于，包層的硬度不高于95肖氏A硬度。
7.如權利要求6所述的光纖電纜，其特征在于，包層由熱塑樹脂制成，并且該熱塑樹脂選自軟氯乙烯、氯化聚乙烯和軟聚乙烯。
8.一種制備權利要求1到7中任何一條所定義光纖電纜的方法，該方法包括將光纖分配在分區(qū)隔板中，然后用樹脂擠壓機中壓出的熱塑樹脂形成包層。
9.如權利要求8所述的光纖電纜制備方法，其特征在于，還包括在制備光纖電纜之前，將分區(qū)隔板放在70-90℃的熱環(huán)境中熱處理。
全文摘要
一種光纖電纜,它包括包層所圍繞空間中容納的軸部分和多個分區(qū)板部分;軸部分和分區(qū)板的截面形狀為分區(qū)板部分從軸部分向包層的內環(huán)表面徑向延伸;其中分區(qū)板部分將空間分成多個分離的狹槽,分區(qū)板部分的前端帶有接觸包層內環(huán)表面的放大部分,和連接放大部分和軸部分的連接部分,分配各個光纖,使得所述兩個或多個光纖不在單個分離狹槽中。
文檔編號G02B6/44GK1373382SQ0210662
公開日2002年10月9日 申請日期2002年2月28日 優(yōu)先權日2001年2月28日
發(fā)明者松山祥孝 申請人:旭硝子株式會社