CN103097933A - 塑料光纤单元及使用该塑料光纤单元的塑料光缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种塑料光纤单元，其通过将各自由光纤主体和被覆该光纤主体的外周的增强层构成的多个塑料光纤沿长轴方向捆束而形成一体，以覆盖该塑料光纤束整体的条件涂敷被覆树脂而成，其中，当将上述塑料光纤的增强层的厚度记作D、将从上述塑料光纤到上述塑料光纤单元外周的最短距离记作T时，满足0.15≤T/D≤0.50的关系。

Description

塑料光纤单元及使用该塑料光纤单元的塑料光缆
技术领域
本发明涉及由多根塑料光纤构成的塑料光纤单元、及使用该塑料光纤单元的塑料光缆。
背景技术
作为大容量的通信介质而使用的光纤大致可分为石英玻璃光纤(SilicaGlass Optical Fiber)和塑料光纤(Plastic Optical Fiber)(以下，根据情况简称为“POF”)。其中，塑料光纤与石英玻璃光纤相比，柔软而不会断裂，而且芯径大，所以在末端处理等作业中优异，从而在各种用途中广泛使用。特别是截面方向上的折射率具有分布的渐变折射率(Graded Index)型(折射率分布型)塑料光纤(以下，根据情况简称为“GI-POF”)，由于具备高速大容量的传输能力，因此被期待是下一代通信中的光纤。
光纤在裸露的状态下并不实用，从光纤的保护、多芯化、带连接器等的必要性考虑，可通过对光纤施以被覆，与芳族聚酰胺纤维等纤维抗张力体、或钢丝等复合制成线缆而使用。
作为具有塑料光纤和纤维抗张力体的通信用的塑料光缆或软线的例子，可例举专利文献1中记载的物质。这里，公开了塑料光纤软线，其结构是使树脂制的管沿轴方向形成裂口而开裂，从该开裂部分插入塑料光纤，在由此所得的放入光纤的开裂管的外周配置纤维抗张力体，以覆盖其外周的方式将套管挤出而被覆，并且记载了作为抗张力体使用芳族聚酰胺纤维。
此外，例如专利文献2中记载了使用下述集合体的线缆，该集合体通过多个塑料光纤和抗张力体以在截面方向上彼此在2处以上接触的方式被捆束，缠绕成带状物或线状物进行一体化而得到。
此外，例如专利文献3中记载了多个塑料光纤被捆束成束状，并用紫外线固化性树脂进行被覆。
但是，在开裂管等中插入有专利文献1所记载的POF而得的物体的外周配置纤维抗张力体，以覆盖其外周的方式挤出套管时，存在增加开裂管的制造工序、及由于使用开裂管而线缆外径变大等的问题。
此外，已知光纤中如果芯径大而纤维径小，则由微小弯曲引起的损失急剧增加(非专利文献1参照)。
POF是塑料，因此能够容易改变芯径/包覆径、纤维外径，且容易制造比石英玻璃光纤的芯径大的纤维，但如果芯径/包覆径与纤维外径的平衡破坏，则需要抑制耐侧压特性的提高及发生微弯曲的对策。因此，如专利文献2所记载，在直径减小的GI-POF中，如果用条带等捆束多个纤维，则存在由于缠绕条带时的侧压及微弯曲而传输损失增加等的问题。
此外，如专利文献3所记载，仅仅被覆紫外线固化性树脂时，塑料光纤中只要不适当调整纤维增强层的壁厚和被覆厚度的关系，则会存在制造塑料光纤单元时塑料光纤的传输损失增加的问题，及使用塑料光纤单元而制成线缆后的传输损失增加等的问题。
近年来，从操作性及设计性的观点来看，对进一步减小光缆直径、安装密度比目前更高的POF单元的需求正逐渐增加。为了实现线缆的直径减小及POF的高密度安装，出现了必须减小POF的外径的需求。在维持POF的优点、即大芯径的状态下仅减小POF外径时，在现有的结构中存在POF的耐侧压及耐微弯曲特性下降、使用POF的线缆的光损失不稳定等问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2004/107004号
专利文献2:国际公开第2004/102244号
专利文献3:日本专利特开2009-98342号公报
非专利文献
非专利文献1:R.Olshansky,《应用光学》(APPLIED OPTICS),第14卷,1975,第20-21页.
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明的目的是，为了解决上述的现有技术中的问题，提供一种保护纤维不受高密度安装的POF单元中的因线缆化而产生的侧压的影响，由于与线缆构成部件接触等而发生的微弯曲得到抑制的塑料光纤单元、以及使用该塑料光纤单元的塑料光缆。
解决技术问题所采用的技术方案
为了实现上述目的，本发明提供一种塑料光纤单元，其通过将各自由光纤主体和被覆该光纤主体的外周的增强层构成的多个塑料光纤沿长轴方向捆束而形成一体，以覆盖该塑料光纤束整体的条件涂敷被覆树脂而成，其特征是，当将上述塑料光纤的增强层的厚度记作D、将从上述塑料光纤到上述塑料光纤单元外周的最短距离记作T时，满足0.15≤T/D≤0.50的关系。
本发明的塑料光纤单元中，上述被覆树脂较好是紫外线固化树脂或电子束固化树脂，且固化后的常温(23℃)下的杨氏模量为90～1000MPa。
本发明的塑料光纤单元较好是截面形状为近似圆形或近似椭圆形。
本发明的塑料光纤单元中，上述光纤主体较好是折射率分布型的塑料光纤。
本发明的塑料光纤单元中，上述光纤主体较好是折射率分布型的塑料光纤，且该塑料光纤具有至少2层以上的包覆层，外周的包覆层的折射率比内侧的包覆层的折射率低。
此外，本发明提供一种使用本发明的塑料光纤单元而得的塑料光缆。
发明效果
根据本发明，可提供以高密度安装有侧压特性及微弯曲特性得以改善、具有稳定的传输损失的塑料光纤的塑料光缆。
附图说明
图1是表示本发明的塑料光纤单元的一种实施方式的剖视图。
图2是表示本发明的塑料光纤单元的另一种实施方式的剖视图。
图3是表示使用本发明的塑料光纤单元的塑料光缆的一种实施方式的剖视图。
图4是表示使用本发明的塑料光纤单元的塑料光缆的另一种实施方式的剖视图。
图5是表示使用本发明的塑料光纤单元的塑料光缆的又一种实施方式的剖视图。
图6是表示现有的塑料光缆的一种形态的剖视图。
具体实施方式
以下，参考适当的附图对本发明的塑料光缆进行详细说明。
图1是表示本发明的塑料光纤单元的一种实施方式的剖视图。
图1所示的塑料光纤单元10中，将4根POF4按照其截面形状呈正方形状的条件沿长轴方向捆束而形成一体。POF4由包含芯1a和包覆层1b的光纤主体1、和被覆该光纤主体1的外周的增强层3构成。
以覆盖沿长轴方向捆束而形成一体的4根POF4的束整体的条件涂敷被覆树脂6，塑料光纤单元10的截面形状形成为近似圆形状。
本发明的塑料光纤单元10中，当将POF4的增强层3的被覆厚度记作D、将从POF4到塑料光纤单元10外周的最短距离记作T时，具有0.15≤T/D≤0.50的关系。
使T/D为上述关系是由于以下的理由。
如果T/D低于0.15，则被覆树脂6的壁厚过薄，对于塑料光纤单元10从外侧施加侧压及微弯曲时，构成光纤主体1的芯1a和包覆层1b变形，因而导致POF4的传输损失增加。另外，更优选0.2≤T/D≤0.45。
作为以覆盖多个POF4的束整体的方式涂敷被覆树脂6的方法，例如有下述方法：一边将沿长轴方向捆束而成为一体的POF4束从输送机输送出来，一边从树脂挤出机供应被覆树脂(例如后述的热塑性树脂)，通过赋形为线缆形状(更具体而言，是截面形状为近似圆形状的线缆形状)，用被覆树脂6将POF4束捆在一起被覆。
此外，例如有下述方法：以覆盖沿长轴方向捆束而成为一体的POF4束整体的条件涂布紫外线固化性树脂或电子束固化性树脂，然后，通过紫外线照射或电子束照射使树脂固化，从而以覆盖POF4束整体的条件涂敷被覆树脂6。这里，作为涂布紫外线固化性树脂或电子束固化性树脂的替代，也可以将POF4束浸渍在包含紫外线固化性树脂或电子束固化性树脂的溶液中。
这里，T/D如果超过0.50，则可能会由于上述的捆在一起被覆加工时的被覆树脂6的加工收缩而发生POF4变形，导致POF4的传输损失增加。此外，由于被覆树脂6的挤出加工时的热，有可能发生POF4变形，导致POF4的传输损失增加。
此外，作为被覆树脂6的前体使用紫外线固化性树脂或电子束固化性树脂时，由于这些固化性树脂的交联聚合热，有可能发生POF4变形，导致POF4的传输损失增加。
下面说明本发明的塑料光纤单元10的各构成。
光纤主体1可以是阶跃折射率(SI)型和折射率分布(GI)型中的任一种，由于GI-POF具有高速大容量的传输能力，被期待为下一代通信中的光纤，因而优选。GI-POF中，光纤主体的包覆层由至少2层以上构成，具有外周的包覆层的折射率比内侧的包覆层的折射率低的结构，即，具有随着靠近外侧，包覆层的折射率变低的结构。
作为构成塑料光纤单元10的POF4的材质，没有特别限定，可例举例如光纤主体1由氟树脂构成，增强层3由丙烯酸类树脂构成的GI-POF(以下称为氟树脂类POF)；或者光纤主体1中，芯1a采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为构成材料，包覆层1b采用氟类树脂作为构成材料，增强层3由热塑性树脂(氯乙烯或聚乙烯)构成的GI-POF。其中，采用上述的氟树脂类POF时，传输损失低，可使用的光的波长范围宽，因而优选。
从减小线缆的直径的观点考虑，POF4的外径优选为200～350μm。
另一方面，塑料光纤单元10的外径优选0.5～1.0mm，更优选0.55～0.9mm。
对构成塑料光纤单元10的POF4的根数没有特别限定，但优选3～7根，更优选4根。
对被覆树脂6的材质没有特别限定，例如可以使用紫外线固化树脂或电子束固化树脂、或者低密度聚乙烯或软质氯乙烯等热塑性树脂的固化物。其中，紫外线固化树脂和电子束固化树脂在被覆厚度的高精度控制上比较容易等，从该理由考虑而优选。但是，作为被覆树脂6使用紫外线固化树脂或电子束固化树脂时，从可抑制轻微弯折塑料光纤单元10时被覆树脂的剥离及破损等理由考虑，其固化后在常温(23℃)下的杨氏模量较好是90～1000MPa，更好是200～900MPa，进一步更好是600～900MPa。
图1所示的塑料光纤单元10中，截面形状呈近似圆形状，但本发明的塑料光纤单元的截面形状不局限于此。例如，根据捆束的POF的根数，塑料光纤单元10的截面形状也可以是近似椭圆形状。例如，捆束的POF为2根时，塑料光纤单元10的截面形状呈近似椭圆形状。
接着，说明本发明的塑料光纤单元的其他实施方式、以及塑料光纤单元在塑料光缆中的应用。
图2是表示本发明的塑料光纤单元的另一种实施方式的剖视图。图2所示的塑料光纤单元20中，为了能够识别芯线，通过用掺合有颜料的树脂覆盖POF4的外周来进行着色(形成有着色层5)。另外，图2所示的本发明的塑料光纤单元20是后述的实施例中制造的塑料光纤单元。
图3是表示使用本发明的塑料光纤单元的塑料光缆的一种实施方式的剖视图。图3所示的塑料光缆15中使用图1所示的塑料光纤单元10。
通过在塑料光纤单元10的周围配置纤维抗张力体7，在纤维抗张力体7的外周施加管状的被覆部8，从而构成4芯线缆的塑料光缆15。
作为配置在塑料光纤单元10的周围的纤维抗张力体7，可使用芳族聚酰胺纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维、碳纤维、玻璃纤维等。此外，作为在纤维抗张力体7的外周所被覆的被覆部8，可使用例如聚氯乙烯或阻燃性聚乙烯等，没有特别限定。
图4是表示使用本发明的塑料光纤单元的塑料光缆的另一种实施方式的剖视图。图4所示的塑料光缆25中使用图2所示的塑料光纤单元20。另外，图4所示的本发明的塑料光缆25是后述的实施例中制造的塑料光缆。
图5是表示使用本发明的塑料光纤单元的塑料光缆的又一种实施方式的剖视图。
图5所示的塑料光缆35中，使用以覆盖POF4的束整体的条件涂敷被覆树脂6而得的塑料光纤单元30，该POF4的束整体是通过将7根POF4沿长轴方向捆束成为一体而得，具体而言，按照用其余6根POF4包围1根POF4的方式将7根POF4捆束成为一体而得。
实施例
以下，具体说明本发明的实施例及比较例。
实施例1
利用以下的构成材料，制造了如图4所示的结构的4芯塑料光缆25。图4所示的塑料光缆25中使用图2所示的塑料光纤单元20。
作为POF4，使用折射率分布型的氟树脂类POF(旭硝子株式会社:商品名“FONTEX”)。这里，光纤主体1中，芯1a的直径为80μm，包覆层1b的直径为90μm。通过以使POF4的外径达到285μm的条件用聚碳酸酯类树脂被覆包覆层1b的外周，从而形成增强层3。光纤主体1的开口数(NA)为0.245。
为了能够识别芯线，以外径达到300μm的条件，在氟树脂类POF4的外周用掺合有颜料的紫外线固化树脂被覆，进行着色(形成着色层5)。所使用的颜色为蓝色、黄色、绿色、白色。
将4根形成有着色层5的氟树脂类POF4按照图2那样捆束，使用紫外线固化性树脂，以外径达到0.77mm的条件捆在一起被覆，从而对POF4束整体涂敷被覆树脂6，得到塑料光纤单元20。
此时，增强层3的厚度D与从POF4的外周到塑料光纤单元20的外周的最短距离T的关系是T/D=0.420。此外，使用的紫外线固化性树脂的固化后的常温(23℃)下的杨氏模量是890MPa。
接着，在塑料光纤单元20的周围配置作为纤维抗张力体7的芳族聚酰胺纤维(1270dtex，使用2根)，用软质氯乙烯树脂被覆纤维抗张力体7的外周以使内径达到1.0mm、外径达到1.5mm，形成管状的被覆部8，制造4芯线缆的塑料光缆25。
实施例2
图4的结构中，将4根氟树脂类POF4按照图2那样捆束，使用与实施例1同样的紫外线固化性树脂，以使外径达到0.73mm的条件捆在一起实施被覆，除此以外，与实施例1同样地制造塑料光纤单元20，并制造塑料光缆25。
此时，增强层3的厚度D与从POF4的外周到塑料光纤单元20的外周的最短距离T的关系是T/D=0.215。
实施例3
图4的结构中，除了使用固化后的常温(23℃)下的杨氏模量为90MPa的紫外线固化性树脂以用于捆在一起的被覆以外，与实施例1同样地制造塑料光纤单元20，并制造塑料光缆25。
实施例4
图4的结构中，除了使用固化后的常温(23℃)下的杨氏模量为90MPa的紫外线固化性树脂以用于捆在一起的被覆以外，与实施例2同样地制造塑料光纤单元20，并制造塑料光缆25。
比较例1
将4根形成有与实施例1同样的着色层5的氟树脂类POF4按照图6那样捆束，缠绕PET带9(宽度5mm)使其集束，得到塑料光纤单元40。在PET带9的外周配置抗张力纤维体7，以软质氯乙烯形成管状的被覆8，从而制造塑料光缆45。
比较例2
图4的结构中，使用外径为235μm的氟树脂类POF4(芯1a的直径为80μm、包覆层1b的直径为90μm)，按照外径达到0.65mm条件实施捆在一起的被覆，除此以外，与实施例1同样地制造塑料光缆25。
此时，增强层3的厚度D与从POF4的外周到塑料光纤单元10的外周的最短距离T的关系是T/D=0.565。
试验例
对于实施例1～4的塑料光纤单元、比较例1～2的塑料光纤单元，按照下述步骤评价了侧压特性和微弯曲特性。
此外，对于实施例1～4的塑料光缆、比较例1～2的塑料光缆，利用JISC-6823-2010所规定的剪断法(日文：カットバック法)测定从纤维原线到制成线缆后的损失变化量。
侧压特性是，在100mm的金属平板间设置塑料光纤单元，测定施加50N/100mm的荷重时的损失变化量。
微弯曲特性是，在上述侧压测定中，在平板的与塑料光纤单元接触的一侧贴附#320的砂纸，测定施加50N/100mm的荷重时的损失变化量。
这些结果示于表1。
表1
Figure BDA00002908397600091
根据表1的结果可知，满足0.15≤T/D≤0.50的实施例1～4的塑料光纤单元与不满足0.15≤T/D≤0.50的比较例1～2的塑料光纤单元相比，侧压测定和微弯曲特性有改善。因此，实施例1～4与比较例1～2相比，还能够将制成线缆后的损失增加量抑制在低水平。
虽然参照特定的实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域技术人员应该知道，在不脱离本发明的技术思想的范围内可加以各种修正或改变。
本申请基于2010年9月13日提交申请的日本专利申请2010-204243，在此引用其内容作为参照。
符号的说明
1：光纤主体
1a：芯
1b：包覆层
3：增强层
4：POF
5：着色层
6：被覆树脂
7：纤维抗张力体
8：被覆部
9：PET带
10、20、30、40：塑料光纤单元
15、25、35、45：塑料光缆

Claims (6)

1.一种塑料光纤单元，其通过将各自由光纤主体和被覆该光纤主体的外周的增强层构成的多个塑料光纤沿长轴方向捆束而形成一体，以覆盖该塑料光纤束整体的条件涂敷被覆树脂而成，
其特征在于，当将所述塑料光纤的增强层的厚度记作D、将从所述塑料光纤到所述塑料光纤单元外周的最短距离记作T时，满足0.15≤T/D≤0.50的关系。
2.如权利要求1所述的塑料光纤单元，其特征在于，所述被覆树脂是紫外线固化树脂或电子束固化树脂，且固化后的常温23℃下的杨氏模量为90～1000MPa。
3.如权利要求1或2所述的塑料光纤单元，其特征在于，所述塑料光纤单元的截面形状为近似圆形或近似椭圆形。
4.如权利要求1～3中任一项所述的塑料光纤单元，其特征在于，所述光纤主体是折射率分布型的塑料光纤。
5.如权利要求1～3中任一项所述的塑料光纤单元，其特征在于，所述光纤主体是折射率分布型的塑料光纤，且该塑料光纤具有至少2层以上的包覆层，外周的包覆层的折射率比内侧的包覆层的折射率低。
6.一种塑料光缆，其特征在于，使用权利要求1～5中任一项所述的塑料光纤单元。
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