专利名称：光纤电缆的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤电缆(在下文中称为“光缆”)，尤其，涉及使用塑料光纤的光缆。
背景技术：
在近来的通信中，光纤己广泛应用于快速可靠地传输大量信息。光纤包括石英光纤，如石英单模光纤，塑料光纤(POF)和其它光纤。尤其，塑料光纤具有比石英单模光纤更大的直径，并具有更好的柔性。根据该观点，光缆使用具有光传输线的塑料光纤，这种光缆在安装和配线所需的光纤末端处理和连接处理中具有较好的可加工性。在从干线电缆、分路电缆、或线电缆引入用于局域网系统之后，光缆的作用如同建筑物中的短距离干线。
光缆通常被构造成覆盖光纤和抗拉强度加强杆件(受拉杆件)，以避免由于包层的张力引起的光纤延伸。一般，光纤具有覆盖并施加在表面上的基本树脂，以防止干扰光进入，避免由于机械外力或其它原因造成的破坏。在光缆用于通信的情况下，通常包裹两个或多个光纤用于输入和输出。
如图4(a)所示，一种光缆包括光纤41a和41b，用于覆盖光纤的基本包层42a、42b，和用于覆盖光纤的第二包层43(见，例如JP-A-11-211945)。
图4(b)中剖面示意图所示光缆具有一结构，其中在包层45限定的空腔46中提供两个光纤44a和44b，抗拉强度加强杆件被嵌在包层中(见，例如JP-U-60-60714)。
图4(c)中剖面示意图所示光缆具有一结构，其中将表面覆盖有基本包层47的光纤48配置在包层49限定的空腔50中(见，例如JP-A-7-72356)。
然而，已经设计或使用的光缆具有以下问题1)在具有图4(a)中所示结构的光缆中，热试验(70℃，24小时)显示作为覆盖材料的树脂，如聚乙烯，会热收缩，在光纤表面形成小孔，这样根据衰减的增加会产生耐热性的问题。
2)在具有图4(b)中所示结构的光缆中，在单个空腔中提供多个光纤会产生耐压性的问题，当向光缆施加外力时，如由于某人踏到光缆而引起的，单个空腔中的多个光纤将彼此接触，并彼此压迫、最坏的情况是彼此压碎，或者遇到塑料变形以增加衰减。
3)在具有图4(c)中所示结构的光缆中，通过确定空腔中光纤的未占用比在2-30％，可以抑制由于弯曲过程中的挠曲作用引起的衰减增加。然而，产生了机械性质的问题，如不可能避免弯曲过程中挠曲作用引起的衰减增加，因为根据与光连接器的连接，未占用比的上限受到限制，当光缆连接到光连接器时，需要光连接器。
尤其，分级折射率塑料光纤(在下文中称为“GI-POF”)由于其快速和大量的数据传送容量有望成为下一代通信的光纤，该光纤通过具有光纤截面方向的折射率分布实现了快速和大量的数据传送容量。包裹GI-POF的光缆可能产生由于包层材料的热收缩、外力的施加、弯曲中的挠曲作用或其它因素引起的小孔，由于这些干扰可能使传输性质恶化。
通过覆盖并塑造GI-POF和如受拉杆件的结构单元以实现具有GI-POF的光缆产品，受拉杆件用于抵抗如压出热塑树脂的张力。例如在高温下热塑树脂熔化的热作用可能热学去除GI-POF中的小分子化合物，在生产过程中改变GI-POF的折射率分布。根据该观点，必须完成产品，使得在覆盖和塑造过程中GI-POF不受热影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种光缆，它具有较好耐热性和抗挠曲作用的机械性质，并能够防止衰减的增加。
本发明提供了一种光纤电缆，它包括包层所围绕空间中包裹的两个或多个光纤和分区隔板；分区隔板包括一轴部分和多个分区板部分；分区隔板的截面形状为分区板部分从轴部分向包层的内环表面径向延伸；每个分区板部分的前端都带有接触包层内环表面的放大部分，和连接放大部分和轴部分的连接部分；其中分区板部分将包层围绕的空间分成多个分离的狭槽，分配各个光纤，使得两个或多个光纤不在一个分离狭槽中。
较佳的是，分区隔板的截面形状具有以下的关系(1)和(2)，其中每个放大部分在垂直于半径方向的方向上具有最大直径L，每个连接部分在半径方向上具有长度K，每个连接部分在垂直于半径方向的方向上具有宽度W，每个光纤具有外径RL-W≥R (1)K≥R(2)光缆适于为其中使用带有分级折射率塑料光纤的光缆。
较佳的是，在分离狭槽中提供至少一个受拉杆件，而非在其中提供光纤。在分离狭槽中可以提供至少电力线和信息传输线的其中之一，而非在其中提供光纤。
较佳的是，包层的硬度不高于95肖氏A硬度(Shore A hardness)。在这种情况下，较佳的是，包层由热塑树脂制成，并且该热塑树脂选自软氯乙烯、氯化聚乙烯和软聚乙烯。
本发明还提供了上述光纤电缆的制备方法，该方法包括将光纤分配在分区隔板中，然后用树脂挤压机中压出的热塑树脂形成包层。在该方法中，较佳的是，在制备光纤电缆之前，将分区隔板放在70-90℃的热环境中热处理。
根据本发明，光缆中容纳的光纤是塑料制成的裸光纤或光纤绳。光纤绳覆盖至少一个覆有包层的裸光纤(包括带状光纤等等)。虽然对于包层材料没有特定的限制，但是较适用的是覆盖裸光纤的热塑树脂。热塑树脂的实例有聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、和乙烯四氟乙烯共聚物。
裸光纤的实例可以由氟树脂制成、由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂制成、由聚碳酸酯树脂制成。其中，在较好的传输性能方面，由氟树脂制成的或由PMMA树脂制成的是较佳的。由氟树脂制成的更佳，因为所用光的波长可以从宽范围中选择。作为氟树脂，实质上不具有C-H键的非晶氟树脂是较佳的。
作为根据本发明的光纤，多级折射率光纤、分级折射率光纤等等是较佳的，分级折射率光纤是更佳的。JP-A-8-5848中揭示了这种由氟树脂制成的分级折射率光纤的特例。
在根据本发明的光纤中，围绕容纳光纤的空间的包层最好是由热塑树脂制成。较佳的是，包层的硬度不高于95肖氏A硬度，更好的是硬度为70-80肖氏A硬度。虽然对热塑树脂没有限制，但是热塑树脂的实例是软氯乙烯、氯化聚乙烯和软聚乙烯。其中，在低温模压性能方面软氯乙烯是较佳的。
分区隔板和光纤一同位于包层围绕的空间中，它包括轴部分和多个分区板部分。分区隔板的截面形状为分区板部分从轴部分向包层的内环表面径向延伸。每个分区板部分的前端都带有接触包层内环表面的放大部分，和连接放大部分和轴部分的连接部分。
分区板部分提供其中分配光纤的分离狭槽。分配各个光纤，使得两个或多个光纤不在一个分离狭槽中。这种分配可以防止一光纤接触另一光纤，还可以防止一光纤和另一光纤彼此推压。根据光纤数目、光纤的外径、存在或缺少的受拉杆件、各个杆件的形状、各个杆件的分配图形等等，适当确定分区板部分的截面形状。尤其如以下描述的图1中所示，较佳的是，分区隔板的截面形状具有以下关系(1)和(2)，其中放大部分在垂直于半径方向的方向上具有最大直径L(在下文中称为“最大截面尺寸”)，连接部分在半径方向上具有长度K，连接部分在垂直于半径方向的方向上具有宽度W，光纤具有外径RL-W≥R(1)K≥R (2)可以形成分区隔板，使得在其中纵向，也就是光缆的纵向，螺旋形地提供分离狭槽。螺旋分区隔板提供的优点是在挠曲光缆时，不产生内环和外环的长度差，也不增加衰减，因为光纤沿分区隔板的螺旋相等地位于光缆的外环侧和内环侧。
最好通过挤压塑造分区隔板，因为隔板需要保持光缆纵向截面形状的结构连续性。至于分区隔板的材料，适用的是硬度相对较低的热塑树脂，如软(低密度)聚乙烯或软氯乙烯。当使用在220N的拉伸负荷下在光缆的纵向上拉伸比不高于2％的材料形成分区隔板时，分区隔板本身可以作为受拉杆件，它提供的优点是可以除去受拉杆件。
除去塑造分区隔板时给出的隔板热滞后，以抑制由于制备光缆过程中给出热量造成的变形，根据该观点，在放入包层所围绕空间之前，在70-90℃的热环境下将分区隔板热处理是有效的。
在根据本发明的光缆中，在分离狭槽中提供至少一个受拉杆件，而非在其中提供光纤，以保护光纤抵抗光缆的张力，除了在分区隔板主要作为受拉杆件的情况下。其中对受拉杆件的材料没有限制。材料的实例可以是线材，如金属线或FRP线，或者是高硬性的连续光纤，如芳族聚酰胺连续光纤。尤其，当向光缆施加外力时，如冲击和压力，在减少光缆弯曲和减小对光纤的损坏方面，高硬性的连续光纤，如芳族聚酰胺连续光纤是较佳的。
在分离狭槽中提供至少一根电力线和信息传输线，而非在其中提供光纤，有利于在建筑物中或其它地方的配线简化。信息传输线的实例可以是同轴电缆，无屏蔽双绞线等等。
本发明提供了上述光纤电缆的制备方法，其特征在于该方法包括在将光纤分配在分区隔板中之后，用树脂挤压机中压出的热塑树脂形成包层。
在附图中图1是根据本发明实施例的光缆的剖面示意图；图2是根据本发明另一实施例的光缆中分区隔板的剖面示意图；图3是解释本发明光缆的制备方法的示意图；图4(a)到(c)是传统光缆的剖面示意图。
具体实施例方式
现在，将参考图1的剖面示意图，相对于根据本发明实施例的光缆，详细描述本发明，所述光缆中容纳了两个GI-POF。
图1中所示的光缆10具有位于包层11所围绕空间中的一对GI-POF 12a和12b，分区隔板13，和受拉杆件14a和14b。
分区隔板13包括轴部分15和四个分区板部分17a、17b、17c、17d。每个分区板部分17a、17b、17c、17d的截面形状为每个都从轴部分15向包层11的内环表面16径向延伸。分区板部分17a、17b、17c、17d将包层11所围绕空间分成四个分离的狭槽18a、18b、18c、18d，它们沿分区隔板13的纵向延伸。
各个分区板部分17a、17b、17c、17d的前端带有基本上为圆形且接触包层11之内环表面16的放大部分19a、19b、19c、19d。各个放大部分19a、19b、19c、19d通过连接部分20a、20b、20c、20d连接到轴部分15。
在图1中所示的光缆10中，分离狭槽18a和18c中分别提供了GI-POF 12a和12b，使得两个或多个GI-POF不在单个分离狭槽中。在分离狭槽18b和18d中分别提供了受拉杆件14a和14b，它们具有比GI-POF 12a和12b大的拉伸强度。
在图1所示的光缆中，较佳的是，为了抑制GI-POF 12a和12b中由于压力负荷引起的衰减增加，每个放大部分19a、19b、19c、19d的基本圆形最大截面尺寸，也就是每个放大部分19的直径L，每个连接部分径向测量到的长度K，连接部分在垂直于径向的方向上的尺寸20a、20b、20c、20d，也就是每个连接部分20的宽度W，和GI-POF的截面外径R具有以下关系(1)和(2)
L-W≥R(1)K≥R (2)例如，当GI-POF 12a和12b的截面外径R为0.5mm时，较佳的是，放大部分19a、19b、19c、19d的直径L为1mm或更长，所述放大部分位于分区板部分17a、17b、17c、17d的前端并且截面基本为圆形，分区隔板13中径向测量到的连接部分20a、20b、20c、20d的长度K为0.5mm或更长，连接部分20a、20b、20c、20d的宽度W为0.5mm或更短。
通过确定各个部分的尺寸，可以提供以下优点。
当包层11具有施加于其上作为图1中垂直方向外力的外部压力负荷时，分区隔板13将变形。然而，可以抑制由于外部压力负荷引起的GI-POF 12a和12b中衰减的增加，因为放大部分19a和19b确保空间具有大于分离狭槽18a中GI-POF 12a的直径，还因为放大部分19c和19d确保空间具有大于分离狭槽18c中GI-POF 12b的直径。
当包层11具有施加于其上作为图1中侧向外力的外部压力负荷时，分区隔板13将变形，GI-POF 12a、12b将夹在分区隔板13和包层11之间。然而，当包层11的硬度不高于95肖氏A硬度时，可以抑制由于外部压力负荷引起的GI-POF 12a和12b中衰减的增加，因为包层11与GI-POF 12a和12b相比足够软，以接受嵌入式的GI-POF 12a和12b。因为分区隔板13分开提供GI-POF 12a和12b，所以可以防止由于光纤相互接触引起的任何永久变形，以抑制衰减的增加，这一点是有利的。
如图2所示，其轴部分中包括受拉杆件22的分区隔板21是适用的。其中对受拉杆件22的位置没有限制，只要受拉杆件位于分区隔板21的轴部分中。
这里对用于制备本发明光缆的方法或装置没有特定的限制。只要能够制备具有上述结构的光缆，任何方法或装置都可以使用。例如，以下将解释根据图3所示方法制备具有图1所示结构的光缆的情况。将从GI-POF提供器30a和30b卷出的GI-POF 12a和12b，从分区隔板提供器31卷出的分区隔板13，和从受拉杆件提供器32卷出的受拉杆件14a和14b提供给GI-POF绞纽器33。在GI-POF绞纽器33处，GI-POF 12a和12b分别被引入分区隔板13的分离狭槽18a和18c，并且受拉杆件14a和14b分别被引入分离狭槽18b和18d。之后，将带有这些引入部分的隔板提供给覆盖模具34的接口导管(未图示)，并在前接口(未图示)处与树脂材料结合，该树脂材料由树脂挤压机35压出用作包层11。通过在覆盖模具34的出口处提供某种形状，并在冷却池36中冷却完成这样组合的组件。
较佳的是，在卷出时施加给GI-POF张力为5-100g。当张力超过100g时，GI-POF可能被严重的拉伸，以增加衰减。当张力小于5g时，GI-POF可能遭遇振动偏移，并在覆盖模具的出口处接触热熔树脂，而被热破坏，大大地增加了衰减。尤其，张力最好在20-60g，使得衰减的增加最小化，并且较佳的是，在成形之后可以控制GI-POF 12a和12b位于不接触熔融树脂的位置，也就是可以控制GI-POF位于GI-POF被引入分区隔板13中分离狭槽18a和18c的位置。
牵引速度控制成形速度。较佳的是，控制该速度，使得位于覆盖模具34出口处的分离狭槽18a和18b中的GI-POF 12a和12b的温度不超过允许的耐热温度(如70℃)。当在包层11的树脂成形温度被设定的状态下塑造光缆，使得GI-POF 12a和12b遭遇允许的耐热温度或更高温度时，GI-POF 12被加热拉伸，大大恶化了衰减。较佳的是，覆盖模具34出口处GI-POF 12a和12b的温度可以被控制设定成比允许耐热温度低20℃或更多的温度。在图3所示的实施例中，40℃到50℃的温度是较佳的。
当使用自来水(温度为5-25℃)执行冷却池36中的冷却时，可以抑制衰减的增加。当使用温度为5℃到-20℃的冷却剂，如60％的乙二醇溶液，执行快速冷却时，可以以更稳定的方式抑制衰减的增加。
现在，参考本发明的实例和比较实例，详细描述本发明。在以下的实例和比较实例中，使用以下材料，除非另外说明。
GI-POF全氟化GI-POF(全氟化非晶氟树脂GI-POF)，其直径为500μm，被PMMA树脂覆盖，由Asahi玻璃有限公司制造，并以Lucina的商标被推向市场。
分区隔板具有分区板部分，其十字形的截面形状样式如图1的剖面示意图所示，分区板部分的截面总长度为4mm(图2中所示的Lt)，由低密度的聚乙烯制成，并在光缆制造前经过8小时80℃的热处理。
受拉杆件有芳族聚酰胺连续纤维制成(由DuPont制造，并以Kevlaryarn的商标被推向市场)，外径为1,140但尼尔。
覆盖树脂(包层)由软氯乙烯制成(由Riken乙烯工业有限公司制造)，其厚度为0.4mm，硬度为80肖氏A硬度。
在以下的实例和比较实例中，根据图3所示的方法制造光缆。
实例1使用分区隔板，其中各个分区板部分截面的L为1mm，W为0.5mm，K为0.75mm，截面的总长度为4mm，在分离狭槽中对角并分离地提供两根GI-POF和两根受拉杆件，以此制造光缆。
实例2使用分区隔板，其中各个分区板部分截面的L为0.8mm，W为0.3mm，K为1.05mm，截面的总长度为4mm，在分离狭槽中对角并分离地提供两根GI-POF和两根受拉杆件，以此制造光缆。
实例3以实例1的方法制造光缆，除了包层由软氯乙烯树脂制成，其硬度为95肖氏A硬度。
实例4使用分区隔板，其形状与实例1相同，其中轴部分中径向容纳直径为0.4mm、带有芳族聚酰胺连续纤维的FRP线，在分离狭槽中对角提供GI-POF，以此制造在剩余分离狭槽中不提供任何受拉杆件的光缆。
比较实例1使用分区隔板，其中各个分区板部分截面的L为0.5mm(也就是分区板部分没有放大部分)，W为0.5mm，K为1.25mm，截面的总长度为4mm，在分离狭槽中对角并分离地提供两根GI-POF和两根受拉杆件，以此制造光缆。
根据以下方法，相对于实例1-4和比较实例1中制造的光缆，进行耐压碎性评价和拉伸测试。耐压碎性的评价结果如表1所示，拉伸测试的结果如表2所示。进行连续测量，使用850nm的LD(激光二极管)观察耐压碎性评价和拉伸测试中光纤的衰减。
耐压碎性评价根据JIS C6836中所述的方法，在10cm长度的范围上向光纤施加每根光纤700N的负荷(每两根光纤1400N)三分钟，而后释放压力。
耐压碎性评价的标准为释放压力之后一分钟内，与测试之前的衰减相比，衰减增量为0.2dB或更小。
拉伸测试向光缆施加220N的拉伸负荷，相对于每根光缆测量延伸率和衰减值的增量。标准是在施加拉伸负荷期间，延伸率为2％或更小，衰减增量为1dB或更小，并且在释放拉伸负荷之后，衰减增量为0.2dB或更小。
如表1所示，实例2和3的电缆满足耐压碎性标准，虽然施加拉伸负荷期间的衰减值超出了标准。实例1中的电缆可以通过调节分区板部分的厚度，而改进耐压碎性。相对于覆盖树脂的肖氏A硬度，实例3中的“95”为允许值。
如表2所示，将延伸率抑制在2％或更小，并且相对于带有实例1和2中受拉杆件电缆，在释放拉伸负荷之后不增加衰减。
表1
表2
根据本发明的光缆具有较好的耐热性和弯曲机械性质，并能够抑制衰减增加。本发明可以使用塑料光纤，尤其是GI-POF，作为光纤，以提供耐压碎性、机械性质和热耐久性较佳的光缆。
通过引用其全文，将2001年2月28日提交的日本专利申请号2001-53625的全部内容结合于此，其中包括说明书、权利要求书、附图和摘要。
权利要求
1.一种光纤电缆，其特征在于，它包括包层所围绕空间中容纳的两个或多个光纤和分区隔板；分区隔板包括轴部分和多个分区板部分；分区隔板的截面形状为分区板部分从轴部分向包层的内环表面径向延伸；和每个分区板部分的前端都带有接触包层内环表面的放大部分，和连接放大部分和轴部分的连接部分；其中分区板部分将包层围绕的空间分成多个分离的狭槽，分配各个光纤，使得所述两个或多个光纤不在一个分离狭槽中。
2.如权利要求1所述的光纤电缆，其特征在于，分区隔板的截面形状符合以下关系(1)和(2)，其中每个放大部分在垂直于径向的方向上具有最大尺寸L，每个连接部分在径向上具有长度K，每个连接部分在垂直于径向的方向上具有尺寸W，每个光纤具有外直径RL-W≥R (1)K≥R (2)
3.如权利要求1或2所述的光纤电缆，其特征在于，光纤包括分级折射率塑料光纤。
4.如权利要求1到3中任何一条所述的光纤电缆，其特征在于，在分离狭槽中提供至少一个受拉杆件，而非在其中提供光纤。
5.如权利要求1到4中任何一条所述的光纤电缆，其特征在于，在分离狭槽中提供电力线和信息传输线中的至少一种，而非在其中提供光纤。
6.如权利要求1到5中任何一条所述的光纤电缆，其特征在于，包层的硬度不高于95肖氏A硬度。
7.如权利要求6所述的光纤电缆，其特征在于，包层由热塑树脂制成，并且该热塑树脂选自软氯乙烯、氯化聚乙烯和软聚乙烯。
8.一种制备权利要求1到7中任何一条所定义光纤电缆的方法，该方法包括将光纤分配在分区隔板中，然后用树脂挤压机中压出的热塑树脂形成包层。
9.如权利要求8所述的光纤电缆制备方法，其特征在于，还包括在制备光纤电缆之前，将分区隔板放在70-90℃的热环境中热处理。
全文摘要
一种光纤电缆,它包括包层所围绕空间中容纳的轴部分和多个分区板部分;轴部分和分区板的截面形状为分区板部分从轴部分向包层的内环表面径向延伸;其中分区板部分将空间分成多个分离的狭槽,分区板部分的前端带有接触包层内环表面的放大部分,和连接放大部分和轴部分的连接部分,分配各个光纤,使得所述两个或多个光纤不在单个分离狭槽中。
文档编号G02B6/44GK1373382SQ0210662
公开日2002年10月9日 申请日期2002年2月28日 优先权日2001年2月28日
发明者松山祥孝 申请人:旭硝子株式会社