CN1131443C - 光缆及光缆用衬套 - Google Patents

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Abstract

一种在SZ反转部和SZ平动部都不易发生衬套躺倒、传输特性优良且易取出光纤的光缆及光缆用衬套。光缆包括具有光纤收容部的衬套和绞附该衬套的圆柱部件；以使衬套的底面与圆柱部件相接的状态呈SZ扭转地集合衬套；衬套的深度方向的弯曲刚度比宽度方向的弯曲刚度小；如果设衬套的底面与圆柱部件相接时的、SZ反转部的应变能为U1，而衬套的侧面与圆柱部件相接时的、SZ反转部的应变能为U2，则满足U1-U2≤0.2(mJ/mm)。

Description

光缆及光缆用衬套
本发明涉及一种敷设于地下、地上、空中或海底的光缆和将光纤装入光缆时使用的衬套。
以前，作为该领域的技术，已知的有日本专利特开昭55-45087号公报中揭示的技术。该公报中记载的光缆具有塑料制成的衬套和作为芯部件而起作用的抗张力构件，其中，该衬套具有收容光纤芯线、管状芯线、带状芯线等(以下将这些总称为“光纤”)的收容部。收容光纤的各衬套以使其底面和芯部件接触的状态被集合在芯部件的周围。各衬套具有底壁和自底壁的两端直立的一对侧壁。即，衬套具有大致呈U形的截面形状。另外，衬套被挤压成一根笔直的长形构件。衬套的底壁及侧壁的壁厚优选0.5mm以上。
另外，日本专利特开平4-182611号中记载了使收容光纤的截面大致呈U形的衬套沿着芯部件的外周面弯曲、并使其呈SZ扭转地集合在芯部件周围的光缆。这种情况下，如图18所示，为了形成光纤收容部102朝外的状态，衬套100以其底面与芯部件110相接的状态被集合在芯部件110的周围。因此，在衬套100形成的SZ轨迹上，在自S扭转向Z扭转、或自Z扭转向S扭转反转的位置Re(以下称作“SZ反转部”，参照图19)处，如图20所示地需要使衬套100沿光纤收容部102的宽度方向x弯曲。另一方面，在相邻的SZ反转部之间的中间位置(以下称“SZ平动部”)，如图21所示地需要使衬套100沿光纤收容部102的深度方向y弯曲。
但是，目前的光缆及衬套存在如下问题。即，当使用光纤收容部的宽度大于其深度的衬套、并将这种宽幅的衬套呈SZ扭转地集合到芯部件周围的时候，在SZ反转部Re应该沿宽度方向x弯曲的衬套(参照图20)有时会沿深度方向y(参照图21或图22)弯曲。此时，衬套就会扭曲，如图23及图24所示，衬套的侧面与芯部件相接，所以，光纤收容部就不能正确地朝向外侧(以下将这种状态称作“躺倒”)。
另一方面，当使用光纤收容部的深度大于其宽度的衬套、并将这种纵长的衬套呈SZ扭转地集合到芯部件周围的时候，应该在SZ平动部Tr沿深度方向y弯曲的衬套(参照图21或图22)有时会沿宽度方向x(参照图20)弯曲。此时，衬套发生扭曲，如图23及图24所示，衬套的侧面与芯部件相接，所以，光纤收容部就不能正确地朝向外侧。
无论如何，在衬套躺倒的状态下，由于成为衬套的侧面与芯部件相接的状态，所以光纤收容部不会正确地朝向外例。并且，被收容在衬套的光纤收容部内的光纤也同衬套一起扭曲。其结果，光纤有时会发生所谓微弯曲，加大传输损失。另外，在衬套躺倒的情况下，敷设光缆后，当从光缆中取出光纤进行分岔、即进行所谓中间后分岔时，难以取出光纤，就会使操作困难。
本发明是为解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种光缆及适用于这种光缆中的光缆用衬套，在SZ反转部和SZ平动部，衬套都不易躺倒，并且，传输特性优良且易取出光纤。
本发明涉及的光缆，包括具有收容光纤的光纤收容部的衬套和绞附所述衬套的芯部件，并具有把收容所述光纤的所述衬套呈SZ扭转地集合在所述芯部件周围的SZ扭转区域，此外，所述衬套具有所述光纤收容部深度方向的弯曲刚度比所述光纤收容部宽度方向的弯曲刚度小的特性，并且，在所述SZ扭转区域内的SZ反转部处的所述衬套的应变能中，设所述衬套的底面与所述芯部件相接时的应变能为U1、而所述衬套的侧面与所述芯部件相接时的应变能为U2的时候，满足△U＝U1-U2≤0.2mJ/mm，衬套最好具有底壁和自底壁的两端直立的一对侧壁，光纤收容部最好由底壁和侧壁形成。
在构成具有将多个衬套呈SZ扭转集合在芯部件周围的区域的光缆时，在衬套形成的整个SZ轨迹上，必须使衬套的底面确实与芯部件接触，并维持光纤收容部正确地朝向外侧的状态。为此，在衬套形成的SZ轨迹的SZ平动部，要使衬套沿芯部件的外周面向深度方向弯曲。例如，对于光纤收容部的深度大于其宽度的衬套来说，同其向深度方向弯曲的状态相比，其向宽度方向弯曲的状态更稳定。因此，为了使衬套容易地向宽度方向弯曲，必须使衬套的光纤收容部深度方向的弯曲刚度小于宽度方向的弯曲刚度。
与此相对应，在衬套形成的SZ轨迹的SZ反转部，必须使衬套向宽度方向弯曲。例如，对于光纤收容部的宽度大于其深度的衬套来说，同其向宽度方向弯曲的状态相比，其向深度方向弯曲的状态更稳定。因此，为了使衬套容易地向深度方向弯曲，必须使深度方向的弯曲刚度小于宽度方向的弯曲刚度。也就是说，为了使衬套在SZ反转部和SZ平动部都不躺倒，仅考虑衬套的弯曲刚度是不够的。
基于这些事项，为了防止在SZ反转部及SZ平动部发生衬套的躺倒，本发明的发明者们进行了专门研究。而且，本发明的发明者们在研究的过程中，着眼于SZ反转部处的衬套的应变能(使衬套向某方向弯曲时，被积蓄于衬套中的能量)。即，着眼于如下问题，把衬套的底面与芯部件相接触而使光纤收容部正确地朝向外侧时的应变能设定为U1、把衬套的侧面与芯部件相接触而使光纤收容部躺倒时的应变能设定为U2时的U1与U2两者的关系。而且，反复进行了用于分析应变能之差△U＝U1-U2与衬套的躺倒发生率之间关系的实验。其结果，本发明的发明者们发现，当光纤收容部深度方向的衬套的弯曲刚度小于光纤收容部宽度方向的弯曲刚度、且应变能之差△U为0.2mJ/mm以下时，衬套躺倒的发生率就会降低，实用上可以得到极其良好的结果。
这样，通过使衬套的深度方向的弯曲刚度小于宽度方向的弯曲刚度，在SZ轨迹的SZ平动部就可以使衬套容易向深度方向弯曲。因此，该光缆在SZ轨迹的SZ平动部可以确实地维持衬套的光纤收容部朝向外侧的状态。另一方面，通过使应变能之差△U处于0.2mj/mm以下，即使在衬套被弯向宽度方向的SZ轨迹的SZ反转部，也能够确实地维持光纤收容部朝向外侧的状态。
另一方面，衬套最好具有底壁和自底壁的两端直立的一对侧壁，光纤收容部最好由底壁和侧壁形成。这样，衬套由于具有大致为U形的截面形状，所以可以将光纤芯线、管状芯线、带状芯线等各种光纤收容到光纤收容部中。
此时，最好是用PBT树脂和HDPE树脂的混合树脂来形成衬套。也可以用PC/PBT树脂和HDPE树脂的混合树脂来形成衬套。
本发明的发明者们为了防止在SZ反转部和SZ平动部发生衬套的躺倒，对用于光缆中的衬套的材料也进行了专门研究。另外，在选择形成用于光缆中的衬套的材料时，需要考虑耐冲击性、刚性、强度等物理性质和低温脆化性能、耐应力应变性能等耐环境性能。基于这些事项，本发明的发明者们为了找到用于形成光缆中使用的衬套的最适宜材料，对各种材料反复进行了实验。并且发现，作为形成衬套的材料，如果使用PBT树脂与HDPE树脂的混合树脂，或者PC/PBT树脂(将PBT树脂和聚碳酸酯混合的物质)与HDPE树脂的混合树脂，实用上可得到极良好的结果。
即，在由PBT树脂或PC/PBT树脂形成衬套时，衬套自身的刚性会超过必要值。当使这样的衬套在SZ反转部向宽度方向弯曲时，衬套的侧面与芯部件接触而使光纤收容部不朝向外侧。另外，在将光缆敷设在周围温度变化较大的环境中时，在由HDPE树脂形成的衬套的内部，有时会发生HDPE树脂的再结晶。这种情况下，衬套就会向其长度方向收缩，SZ反转角及SZ扭转节距就会发生改变。
与此对应，若使用混合PBT树脂或PC树脂/PBT树脂和HDPE树脂而成的树脂来形成衬套，就可以保证衬套的刚性，并使衬套具有适当的柔性。此外，即使因周围温度的变化而使HDPE树脂发生再结晶，由于PBT树脂或PC/PBT树脂具有足够的刚性，所以，衬套的收缩也可被抑制在最小限度内。
而且，混合树脂中HDPE树脂所占的体积比例最好为20～80％。这样，可以保持衬套的刚性，极有效地抑制由周围温度变化引起的衬套的收缩。
另外，衬套最好还具有设在底壁的宽度方向中央的抗张力构件。这样，可以使衬套宽度方向的弯曲刚度不会过大，并赋予衬套抗张力性。因此，在将衬套集合到芯部件上时，即使向衬套施加张力也不会使光纤产生应变。其结果，可以一边维持光纤的可靠性一边制造光缆。
再者，最好是以使抗张力构件的中心轴接近底面的状态配置所述抗张力构件。即如下地配置抗张力构件，使其中心轴比底壁内表面与底壁外表面(衬套的底面)之间的中心线更靠近底面一侧。一般地说，在将抗张力构件设于用于光缆中的衬套的底壁中时，要预先向模具的内部导入抗张力构件，然后从管头将熔融树脂和抗张力构件一起压出。被压出的树脂固化时，形成衬套底壁的树脂的深度方向收缩量，在存在抗张力构件的部位和其它部位中是不同的。即，存在抗张力构件的部位的树脂的收缩量，小于其它部位的树脂的收缩量。其结果，在光纤收容部的底面、即底壁的内表面上产生凹凸部。
在此，当向光缆施加弯曲张力或拉力时，朝向光缆中心轴的力就会作用在被收容于衬套的光纤收容部内的光纤上。然后光纤就会被压向光纤收容部的底面。此时，如果光纤收容部的底面上有凹凸部，光纤就会沿着凹凸弯曲，发生所谓的微弯曲。其结果，会降低光缆的传输特性。另外，衬套底壁的壁厚非常薄(0.4～1.5mm左右)。抗张力构件也具有一定程度的粗细。因此，不能忽视存在于光纤收容部底面上的凹凸部对光缆的传输特性所产生的影响。尤其是对于安装多根光纤且较细的光缆来说，这就成为重要的问题。
与此相对应，如果在使其中心轴接近衬套底面的状态下，相对于衬套配置抗张力构件，就可以缓和由存在于抗张力构件的部位中的树脂收缩量与其它部位的树脂收缩量之差所引起的上述凹凸部的产生。这样就不需要对产生的凹凸部，例如用切削工具切削，或用加热的板或辊压平。因此可以不增加制造工序，很经济地生产光缆所用的衬套。而且，在由热塑性树脂形成衬套时，不需要在热塑性树脂中添加成为损坏光纤收容部平滑性的主要原因的无机物等。
另外，抗张力构件最好配置成接近底面的状态。也就是说，如下地配置抗张力构件，使其整体比底壁内表面与底壁外表面(衬套的底面)之间的中心线更靠近衬套的底面一侧。这样，由于抗张力构件更远离光纤收容部的底面(底壁的内表面)，所以可极有效地抑制凹凸部的产生。此时，抗张力构件的一部分从衬套底面(底壁的外表面)露出。
本发明涉及的光缆用衬套，具有收容光纤的光纤收容部，且能够绞附在光缆的芯部件周围，此外，所述光缆用衬套具有所述光纤收容部深度方向的弯曲刚度比所述光纤收容部宽度方向的弯曲刚度小的特性，并且，在呈SZ扭转地集合在所述芯部件周围的SZ扭转区域内的SZ反转部的应变能中，设底面与所述芯部件相接时的应变能为U1、而侧面与所述芯部件相接时的应变能为U2的时候，满足△U＝U1-U2≤0.2mJ/mm，衬套最好是具有底壁和自该底壁的两端直立的一对侧壁，光纤收容部最好由底壁和侧壁形成。
通过采用这样的结构，在将该衬套呈SZ扭转地集合在芯部件周围时，在该衬套被弯曲向宽度方向的SZ轨迹的SZ反转部中，可维持光纤收容部向外的状态。另外，在SZ轨迹的SZ平动部，衬套向深度方向弯曲，此时，也能够维持光纤收容部向外的状态。
另外，最好由PBT树脂和HDPE树脂的混合树脂一体地形成衬套的底壁和侧壁，也可以由PC/PBT树脂和HDPE树脂的混合树脂一体地形成衬套的底壁和侧壁。并且，最好将混合树脂中HDPE树脂所占的体积比例定为20～80％。
另一方面，最好具有设在衬套底壁的宽度方向中央的抗张力构件。而且，最好是以使抗张力构件所中心轴接近底面的状态配置所述抗张力构件，并且，最好是以使抗张力构件接近底面的状态配置所述抗张力构件。
附图的简要说明如下：
图1是表示本发明的光缆的第一实施例的剖面图；
图2是表示图1所示光缆的轴测图；
图3是表示适用于图1所示光缆中的衬套的剖面图；
图4是光缆用衬套的剖面图；
图5是光缆用衬套的剖面图；
图6是光缆用衬套的剖面图；
图7是光缆用衬套的剖面图；
图8是表示本发明的光缆的第二实施例的剖面图；
图9是用于说明芯部半径和SZ反转角的剖面图；
图10是光缆用衬套的剖面图；
图11是光缆用衬套的剖面图；
图12是图11所示的光缆用衬套的局部放大剖面图；
图13是光缆用衬套的剖面图；
图14是光缆用衬套的剖面图；
图15是图14所示的光缆用衬套的局部放大剖面图；
图16是光缆用衬套的剖面图；
图17是图16所示的光缆用衬套的局部放大剖面图；
图18是表示呈SZ扭转地集合在芯部件周围的光缆用衬套的轴测图；
图19是表示把衬套呈SZ扭转地集合在芯部件周围的光缆的侧视图；
图20是表示向宽度方向弯曲的衬套的轴测图；
图21是表示向深度方向弯曲的衬套的轴测图；
图22是表示向深度方向弯曲的衬套的轴测图；
图23是表示衬套躺倒状态的剖面图；
图24是表示衬套躺倒状态的剖面图。
下面，参照附图详细说明本发明的光缆及光缆用衬套的优选实施例。
图1是表示根据本发明的光缆的剖面图。图2是表示根据本发明的光缆的轴测图。如图1所示，在光缆1的中央，配置着作为光缆1的芯部件而起作用的长尺寸的圆柱部件(中心抗张力构件)2。该圆柱部件2由合成树脂构成，其直径为25mm。在圆柱部件2的中心埋设着一根钢绞线3。由七根直径为2.0mm的钢线绞合在一起形成一根钢绞线3。具有光纤收容部10a的衬套10呈SZ扭转地集合在圆柱部件2的外周面上(参照图2)。在该光缆1中，使15根衬套10以600mm的SZ扭转节距P(相邻的SZ反转部Rel和Re2之间距离的二倍)和275°的SZ反转角进行集合。
在组装光缆时，各衬套10沿着圆柱部件2的外周面弯曲。衬套10的底面与圆柱部件2的外周面相接，并且，光纤收容部10a朝向外侧。在光纤收容部10a内，叠放着多根(例如10根)带状芯线(光纤)5。而且，非织造物等的卷压带6无间隙地卷绕在呈SZ扭转地集合的衬套10的周围。在卷压带6的周围还设有低密度聚乙烯制成的外皮7，这样可保护光缆1的内部。
衬套10被制作成一根笔直的长形部件。另外，如图3所示，衬套10具有底壁12和自该底壁12的两端直立的一对侧壁11。光纤收容部10a由底壁12和侧壁11形成。这样，衬套10具有大致呈U形的截面形状。可以在光纤收容部10a内收容光纤芯线、管状芯线、带状芯线等各种光纤。
在衬套10的底壁12中的、光纤收容部10a的宽度方向x的中央部，埋设有一根抗张力构件8。由此，不必使衬套10宽度方向x上的弯曲刚度过大，就可以赋予衬套10抗张力性。因此，在将衬套10集合到圆柱部件2时，即使在衬套10上作用有张力，也不会使带状芯线5产生应变。其结果，可以一边保持光纤可靠性一边制造光缆1。作为抗张力构件8的材质，最好使用芳香族聚酰胺纤维(杜邦公司制，商品名：白坚木(ケブラ))、FRP、玻璃纤维等。
该衬套10的各尺寸为：Bu＝6.6mm、bu＝4.6mm、Bl＝5.0mm、bl＝3.5mm、D＝5.0mm、d＝4.5mm、T＝1.0mm、t＝0.5mm。在决定这些尺寸时，考虑着下述问题而进行了设计。首先，在把衬套10呈SZ扭转地集合于光缆1的圆柱部件2周围的时候，在衬套10形成的SZ轨迹的SZ平动部Tr(参照图2，相邻的SZ反转部Rel、Re2之间的中间位置)处，使衬套10以具有最小曲率半径的状态弯曲。即使在这种状态下，也必须使衬套10的衬套底面12a可靠地与圆柱部件2接触，且必须保持光纤收容部10a朝向外侧的状态。所以，衬套10的深度方向y的弯曲刚度小于宽度方向x的弯曲刚度。
即，在衬套10中，光纤收容部10a深度方向y的弯曲刚度EI1为9.11×104(N.mm2)。与此对应，光纤收容部10a宽度方向x的弯曲刚度EI2为1.06×105(N.mm2)。也就是说，深度方向y的弯曲刚度EI1小于宽度方向x的弯曲刚度EI2。因此，在把该衬套10呈SZ扭转地集合于圆柱部件2周围的光缆1中，在衬套10以曲率半径最小的状态向深度方向y弯曲的SZ平动部Tr，可以维持光纤收容部10a向外的状态。
另外，在衬套10形成的SZ轨迹的SZ反转部Re(参照图2)，必须使衬套10向宽度方向x弯曲。在此，在深度方向y的弯曲刚度小于宽度方向x的弯曲刚度的衬套10，向深度方向y弯曲的状态比向宽度方向x弯曲的状态更稳定。因此，只要不采取任何措施，在SZ反转部Re应该向宽度方向x弯曲的衬套10就会向深度方向y弯曲，衬套10就会躺倒。为了解决这一问题，本发明的发明者们专心进行了研究，而且，本发明的发明者们在研究的过程中，着眼于在使衬套10呈SZ扭转地集合的区域中、衬套10形成的SZ轨迹的SZ反转部中的衬套10的应变能(把衬套10向某方向发生了弯曲时，被蓄积于衬套中的能量)。
即，着眼于以下两者的关系，即衬套10的衬套底面12a与圆柱部件2相接(外接)而使光纤收容部10a正确地向外时的应变能U1、和衬套侧面11a与圆柱部件2相接(外接)而使衬套10躺倒时的应变能U2之间的关系。而且，反复进行了分析应变能之差△U＝U1-U2、即衬套10躺倒前后的应变能之差和衬套10的躺倒发生率之间关系的实验。在该实验中，试制了多个结构不同的衬套，使各衬套以不同的节距呈SZ扭转地集合在圆柱部件上。而且，通过目测确认在SZ反转部Re处的衬套的躺倒情况，分析了各种情况下的应变能之差△U和衬套躺倒发生率之间的关系。
该实验使用了图3所示的衬套10、图4所示的衬套20、图5所示的衬套30、图6所示的衬套40、及图7所示的衬套50。在此，在图4所示衬套20的底壁22的宽度方向x的中央埋设着一根抗张力构件8。衬套20的各尺寸为：B＝6.6mm、b＝4.6mm、D＝5.0mm、T＝1.0mm、t＝0.5mm。抗张力构件8使用了1140登尼尔的芳香族聚酰胺纤维。
另外，在图5所示衬套30的底壁32中没有埋设抗张力构件。取而代之的是，在衬套30的两侧壁31中，在深度方向y的中央各埋设一根抗张力构件8。衬套30的各尺寸与图4所示的衬套20相同，为B＝6.6mm、b＝4.6mm、D＝5.0mm、T＝1.0mm、t＝0.5mm。抗张力构件8使用了1140登尼尔的芳香族聚酰胺纤维。另一方面，在图6所示衬套40的侧壁41和底壁42中都没有埋设抗张力构件。衬套40的各尺寸为：B＝5.6mm、b＝4.6mm、D＝5.0mm、T＝0.5mm、t＝0.5mm。
在图7所示衬套的底壁52中的、宽度方向x的中央部埋设有一根抗张力构件8。抗张力构件8使用了195登尼尔的芳香族聚酰胺纤维。衬套50的各尺寸为：Bu＝6.2mm、bu＝4.7mm、Bl＝4.7mm、D＝5.5mm、d＝4.6mm、T＝0.8mm、t＝0.5mm。另外，光纤收容部50a的底面曲率半径R为1.8mm。上述的衬套20、30、40、50都具有光纤收容部的深度方向y的弯曲刚度小于光纤收容部的宽度方向x的弯曲刚度的特性(省略计算结果)。
在进行该实验时，衬套20、30、40的芯部件使用了直径为25mm的长尺寸的圆柱部件。把12根衬套呈SZ扭转地集合在圆柱部件的周围。此时，把图3所示衬套10及图4所示衬套20的SZ扭转节距P设定为400mm、500mm、600mm、700mm及800mm。图5所示衬套30的SZ扭转节距P设定为800mm、900mm、1000mm及1200mm。图6所示衬套40的SZ扭转节距P设定为500mm、600mm、700mm及800mm。另外，进行实验时的各衬套的SZ扭转反转角都设定为275°。
另一方面，对于图7所示的衬套50，试制了如图8所示的光缆60(外径39mm)，并分析了该光缆60的应变能之差△U和衬套躺倒发生率的关系。在该光缆60的中央配置有作为芯部件而起作用的长的螺旋槽61。该螺旋槽61由HDPE树脂等的合成树脂形成，具有20mm的直径。螺旋槽61的中心埋设有一根钢绞线62。该钢绞线62由7根直径2mm的钢丝绞合拧成。
另外，在螺旋槽61的外周沿螺旋槽61的长度方向形成有10个呈S-Z状延伸的槽61a。10根带状芯线(光纤)5被叠放于各槽61a中。在收容带状芯线的螺旋槽61的外周面上无间隙地卷绕有非织造物等卷压带63。卷绕了卷压带63的螺旋槽61的外径为23.7mm。然后，15根衬套50呈SZ扭转地被集合到卷压带63的周围。在衬套50的光纤收容部50a内，叠放有10根带状芯线5。在呈SZ扭转地被集合的衬套50的周围，无间隙地卷绕着卷压带64。在卷压带64的周围还设有由低密度聚乙烯构成的厚度为1.5mm的外皮65。该外皮65中埋设有一根扯裂线66。实验时，设定反转角为275°之后，试制了SZ反转节距P为650mm的光缆60和SZ扭转节距P为800mm的光缆60。
在这些条件下，计算了各衬套的SZ反转部的应变能U1、U2及△U，其结果示于表1。在此，设芯部半径为a、反转角为、SZ扭转节距为P，并由数学式p＝(P/π)2/[2·a·(π·/180)]求得SZ反转部的曲率半径p。然后，设弹性模量为E、惯性矩为I、SZ反转部的曲率半径为p、并由数学式U＝1/2·∑(Ei Ii)/p2(其中i为表示衬套材质的下标)求出SZ反转部的单位长度上的应变能U1、U2。
另外，按照JISK7127中规定的方法测定弹性模量E，采用由伸长2.5％时的负荷求出的“2.5％模数(modulus)值”。另外，如图9所示，芯部半径a表示从芯部件2(61)的截面中心至聚集在芯部件2(61)周围的衬套20(30、40、50)的底壁22(32、42、52)中心点C之间的长度。在此，底壁的中心点C是底壁的内表面与外表面之间的中心线和衬套的宽度方向上对称轴的交点。另外，如图9所示，反转角是，连结反转部Rel处的衬套截面的中心点C1与光纤的截面中心O的直线、和连结跟反转部Rel相邻的反转部Re2处的衬套截面的中心点C2与光纤的截面中心O的直线所形成的角度。
【表1】[各衬套的反转部的应变能]
  P(mm)     400     500   600   650   700   800   900   1000   1200
 ρ(mm)     113     176   253   297   345   450   570   704   1013
  衬套   U1U2△U     3.193.21-0.02     1.301.31-0.01   0.630.630.00   0.340.340.00   0.200.200.00
  衬套   U1U2△U     4.193.600.59     1.711.470.24   0.830.710.12   0.450.390.06   0.260.220.04
  衬套   U1U2△U   0.480.110.37   0.300.070.23   0.200.050.15   0.090.020.07
  衬套   U1U2△U     1.440.940.50   0.690.450.24   0.370.240.13   0.220.140.08
  衬套   U1U2△U   0.400.400.00   0.170.170.00
下面，参照表1说明上述实验的结果。首先，无论对任何SZ扭转节距P，图3所示衬套10的△U都在0.2mJ/mm以下，完全没发生衬套的躺倒现象。关于图4的衬套20，得到了如下结果。当SZ扭转节距P为400mm时，△U为0.59mJ/mm，在SZ反转部30％以上的衬套躺倒了。另外，当SZ扭转节距P为500mm时，△U为0.24mJ/mm，在SZ反转部躺倒的衬套不足全部的30％。此外，当SZ扭转节距P为600mm、700mm、以及800mm时，ΔU都在0.2mJ/mm以下，完全没发生衬套的躺倒现象。
关于图5所示的衬套30，得到了如下的结果。当SZ扭转节距P为800mm时，ΔU为0.37mJ/mm，在SZ反转部30％以上的衬套躺倒了。另外，当SZ扭转节距P为900 mm时，△U为0.23mJ/mm，在SZ反转部躺倒的衬套不足全部的30％。当SZ扭转节距为P为1000mm时，△U为0.15mJ/mm，在SZ反转部躺倒的衬套不足全部的30％。此外，当SZ扭转节距为P为1200mm时，△U为0.07mJ/mm，完全没发生衬套的躺倒现象。
关于图6所示的衬套40，得到了如下的结果。当SZ扭转节距P为500mm时，△U为0.50mJ/mm，在SZ反转部30％以上的衬套躺倒了。另外，当SZ扭转节距P为600mm时，△U为0.24mJ/mm，在SZ反转部躺倒的衬套不足全部的30％。此外，当SZ扭转节距P为700mm和800mm时，△U都在0.2mJ/mm以下，完全没发生衬套的躺倒现象。对于图7所示的衬套50，无论SZ扭转节距P为何值，△U都在0.2mJ/mm以下，完全没发生衬套的躺倒现象。
由该实验结果可知，当应变能之差△U满足△U≤0.2mJ/mm时，在SZ反转部或者完全不发生衬套躺倒的现象，或者即使发生其发生率也是可以修整的程度，属于实用上可允许的范围。即，如果以满足关系式
ΔU＝U1-U2≤0.2mJ/mm…(1)的结构来构成光缆及衬套，则，即使衬套的深度方向的弯曲刚度小于宽度方向的弯曲刚度，也可以降低在SZ反转部Re的衬套躺倒发生率。另外，如果按照ΔU＝U1-U2≤0.1mJ/mm的关系式来构成光缆及衬套，则实验结果当然会更好。
对图1及图2所示的光缆1进行验证，在衬套10形成的SZ轨迹的SZ反转部Re处的衬套10的应变能中，衬套10的衬套底面12a与圆柱部件2相接时的应变能U1为U1＝0.83mJ/mm，与此相对应，衬套10的侧面11a与圆柱部件2相接时的应变能U2为U2＝0.71mJ/mm。即△U＝U1-U2＝0.121mJ/mm，所以满足上述关系式(1)规定的条件。因此，该光缆1可以说是在SZ反转部Re及SZ平动部Tr处难以发生衬套的躺倒的、传输特性优良且易取出光纤的光缆。
另外，对图8所示的光缆60进行验证，无论反转节距P为650mm还是反转节距P为800mm时，均为ΔU＝U1-U2＝0.00mJ/mm，所以满足上述关系式(1)规定的条件。因此，该光缆60也可以说是在SZ反转部Re及SZ平动部Tr处难以发生衬套的躺倒的、传输特性优良且易取出光纤的光缆。
另一方面，以前，把PBT树脂、PC/PBT树脂、HDPE树脂等用作构成用于光缆中的衬套的材料。当使用PBT树脂、PC/PBT树脂时，衬套自身的刚性就会过大。如果把这样的衬套在反转部Re向宽度方向x弯曲，衬套的侧面就会与芯部件相接，光纤收容部就不会正确地朝向外侧。另外，当在周围温度变化大的环境下敷设光缆时，在由HDPE树脂构成的衬套内部，有时HDPE树脂会再结晶。此时，衬套会沿其长度方向收缩，SZ反转角及扭转节距P就会改变。
于是，本发明的发明者们为了防止在SZ反转部Re及SZ平动部Tr处发生衬套的躺倒，对用于光缆中的衬套的材料也专门进行了研究。在选择构成用于光缆中的衬套的材料时，需要考虑耐冲击性、刚性、强度等物理性质和低温脆化性能、耐应力应变性能等耐环境性能。本发明的发明者们基于这些事项，为了找到构成用于光缆中的衬套的最佳材料，进行了下述实验。
在该实验中使用的衬套的剖面图如图10所示。该图所示的衬套70被制作成一根笔直的长形部件。衬套70包括底壁72和自该底壁72的两端直立的一对侧壁71，具有大致呈U形的截面形状。光纤收容部70a由底壁72和侧壁71形成。在衬套70的底壁72中，在光纤收容部70a的宽度方向x的中央部埋设着一根抗张力构件73。另外，衬套70的尺寸为：bu＝4.6mm、bl＝3.8mm、d＝4.7mm、T＝t＝约1mm。而且，利用改变了混合比的PBT树脂与HDPE树脂的混合树脂、以及改变了混合比的PC/PBT树脂与HDPE树脂试制了多个具有这种形状的衬套。用于实验的衬套为以下七种。
第一实施例的衬套由PBT树脂和HDPE树脂的混合树脂形成。混合树脂中的HDPE树脂的体积比为70％。
第二实施例的衬套由PBT树脂和HDPE树脂的混合树脂形成。混合树脂中的HDPE树脂的体积比为50％。
第三实施例的衬套由PBT树脂和HDPE树脂的混合树脂形成。混合树脂中的HDPE树脂的体积比为30％。
第一比较例的衬套由PBT树脂和HDPE树脂的混合树脂形成。混合树脂中的HDPE树脂的体积比为85％。
第二比较例的衬套由PBT树脂和HDPE树脂的混合树脂形成。混合树脂中的HDPE树脂的体积比为15％。
第三比较例的衬套仅由HDPE树脂形成。
第四比较例的衬套仅由PBT树脂形成。
在此，对该衬套70的制造方法进行简单说明。在制作衬套70时，向安装有U形拔丝模板的滑块模具送出抗张力构件73的同时，向滑块模具挤压PBT树脂与HDPE树脂的混合树脂、或PC/PBT树脂与HDPE树脂的混合树脂。PBT树脂或PC/PBT树脂与HDPE树脂由混合机干式混合后提供给滑块模具。这种情况下，如果在搅拌PBT树脂、或PC/PBT树脂与HDPE树脂时，如果适量添加具有相容性的石蜡等添加剂，就可以在使两种树脂分散均匀的状态下混合。
测量上述三种实施例和四种比较例的衬套70的热收缩率、弯曲刚度、以及弯压曲径，得到了下面的表2所示结果。其中，热收缩率是将1m长的衬套在100℃环境中放置1小时时的收缩率，弯曲刚度是光纤收容部70a的宽度方向x的弯曲刚度，弯压曲径是使衬套70向宽度方向x弯曲时光纤收容部70a的宽度开始变化的直径。
如表2所示，同第一、第三比较例的衬套相比，第一至第三实施例的衬套的收缩率较小。另外，同第四比较例的衬套相比，第一至第三实施例的衬套的弯曲刚度较小。此外，对于弯压曲径来说，当使第四比较例的衬套向宽度方向x弯曲的时候，光纤收容部71a的宽度开始变化时的直径为800mm。与此相比，第一至第三实施例的衬套的弯压曲径较小，为600～700mm。
然后，使用第一至第三实施例、及第一至第四比较例的衬套来试制光缆，并测定了光缆中的光纤的传输性能。用于该实验的光缆具有与图8所示的光缆同样的结构。在该光缆的中央配置有作为芯部件而起作用的螺旋槽。该螺旋槽由HDPE树脂等合成树脂形成，其直径为24.5mm。在螺旋槽的外周沿其长度方向形成有10个呈S-Z状延伸的槽。各槽中叠置着10根带状芯线(光纤)。在收容带状芯线的螺旋槽的外周面上，无间隙地卷绕着非织物等的卷压带。
【表2】
  热收缩率(％) 弯曲刚度(kgfmm2)   弯压曲径(mm)
第一实施例     0.82     7.8×103     600
第二实施例     0.71     9.5×103     650
第三实施例     0.63     11.2×103     700
第一比较例     0.91     6.5×103     550
第二比较例     0.55     12.5×103     750
第三比较例     1.05     5.2×103     500
第四比较例     0.50     13.8×103     800
将15根收容有10根8芯光纤带(厚0.3mm，宽2.1mm)的实施例及比较例所示的衬套呈SZ扭转地集合在卷压带的周围。然后，在各衬套的周围无间隙地卷绕卷压带。在卷压带的周围还设有由低密度聚乙烯等构成的外皮65。该光缆的外径为45mm。实验时，设定SZ反转角为300°，试制了SZ扭转节距P为900mm的光缆和SZ扭转节距P为700mm的光缆。
然后，测定了各光缆中的收容在各衬套内的光纤的传输性能。另外，测定了波长为1.5μm的光在SZ扭转节距P为700mm的光缆中的传输损失后，进行了5次热循环(heat cycle)实验(-30℃～70℃)，然后再次测定传输特性，并将该实验的测定结果示于下列表3。由表3所示的结果可知，同使用了第一至第四比较例所示衬套的光缆相比，使用了第一至第三实施例所示衬套的光缆的传输损失较少。尤其是，使用了第一至第四比较例所示衬套的光缆，其热循环实验后的传输损失非常大。与此相比，使用了第一至第三实施例所示衬套的光缆，其传输损失几乎不变。
如上所述，由该实验结果发现，如果把PBT树脂和HDPE树脂的混合树脂，作为形成用于光缆中的衬套的材料而使用，实用上可得到很好的结果。即，如果使用混合PBT树脂和HDPE树脂而得到的树脂，就可以保证衬套的刚性，并使衬套具有适当的柔性。同时，即使由于环境温度的变化而使HDPE树脂发生再结晶，由于PBT树脂具有足够的刚性，所以衬套的收缩也被抑制在最小限度内。
【表3 】
    节距450     节距350   5次热循环之后
第一实施例     0.21-0.25     0.21-0.25     0.22-0.26
第二实施例     0.20-0.24     0.21-0.25     0.21-0.26
第三实施例     0.21-0.25     0.22-0.26     0.21-0.25
第一比较例     0.20-0.25     0.21-0.26     0.45-0.66
第二比较例     0.26-0.29     0.43-0.69     0.50-0.72
第三比较例     0.20-0.25     0.21-0.23     0.52-0.69
第四比较例     0.25-0.32     0.55-0.80     0.66-0.92
而且，由该实验结果可知，在PBT树脂和HDPE树脂的混合树脂中，HDPE树脂所占的体积比例最好为20～80％。这样，可保证衬套的刚性，且极有效地抑制由环境温度变化引起的衬套的收缩。另外，还可以确认，代替PBT树脂和HDPE树脂的混合树脂，而把PC/PBT树脂(将PBT树脂和聚碳酸酯树脂混合的树脂)和HDPE树脂的混合树脂用作形成光缆中使用的衬套的材料，实用上也可以得到极其良好的结果。此时，在PC/PBT树脂和HDPE树脂的混合树脂中，HDPE树脂所占的体积比例最好为20～80％。
另外，在上述实验中，使用了将各衬套呈SZ扭转地集合在螺旋衬套外围的光缆。与此相对应，可以确认，在使用如图1所示光缆那样的、将衬套集合在长形圆柱部件周围的光缆时，也可以得到与上述结果同样的良好结果。
但是，为了防止在SZ反转部Re及SZ平动部Tr发生衬套的躺倒，最好在衬套的底壁中设置抗张力构件。一般地说，在将抗张力构件设置在用于光缆的衬套的底壁中的时候，要预先在模具内部导入抗张力构件，并从管头把熔融树脂和抗张力构件一起压出。被压出的树脂固化的时候，形成衬套底壁的树脂的深度方向收缩量，在存在抗张力构件的部位和其他部位中是不相同的。也就是说，存在抗张力构件的部位的树脂的收缩量比其他部位的树脂的收缩量小。其结果，会在光纤收容部的底面、即底壁的内表面上产生凹凸部。
在使用了这种状态的衬套的光缆中，当向光缆施加弯曲张力或拉力时，在被收容于衬套的光纤收容部中的光纤上会作用朝向光缆中心轴的力。然后光纤被压向光纤收容部的底面。此时，如果在光纤收容部的底面上有凹凸部，光纤就会沿着凹凸部弯曲而发生所谓的微弯曲。其结果，降低了光缆的传输特性。另外，衬套的底壁的壁厚非常薄(0.4～1.5mm左右)。抗张力构件也具有一定程度的粗细。因此，不能忽视存在于光纤收容部底面的凹凸部对光缆的传输特性所产生的影响。尤其对于安装多根光纤且较细的光缆来说，这成为重要的问题。
因此，本发明的发明者们把较好地保持光缆的传输特性作为主要出发点，对抗张力构件相对于衬套的配置也专心进行了研究，试制各种衬套，而对使用这些衬套的光缆进行了实验。
第四实施例所示衬套80A的剖面图如图11所示。该图所示的衬套80A被制作成一根笔直的长形部件。衬套80A包括底壁82A和自该底壁82A的两端直立的一对侧壁81A，具有大致呈U字形的截面形状。光纤收容部84A由底壁82A和侧壁81A形成。衬套80A的尺寸为：Bu＝7.0mm、Bl＝5.3mm、D＝5.2mm、bu＝4.6mm、bl＝3.8mm、d＝4.7mm。
另外，在衬套80A的底壁82A中，在光纤收容部80A的宽度方向x的中央部埋设有抗张力构件83A。抗张力构件83A使用了一根1140登尼尔的芳香族聚酰胺纤维。如图11所示地配置抗张力构件83A，即，使抗张力构件83A的中心轴距底壁82的外表面(衬套80A的底面)仅0.15mm。即，抗张力构件83A被配置成其中心轴接近衬套80A底面的状态。更具体地说，如下所述地配置抗张力构件83A，即，使其中心轴比底壁82A的内表面与底壁82A的外表面(衬套80A的底面)之间的中心线L更靠近衬套80A的底面。
衬套80A是这样形成的，即，以15m/min的速度拉出被导入到熔融挤压机的滑块模具内的抗张力构件83A的同时，将260℃的PBT树脂提供给抗张力构件83A的周围而挤压成形。制成的衬套80A的底壁82的剖面图示于图12。如该图所示，在底壁82A的内表面上产生的凹凸部的高低差为0.05mm。另外，凹凸部的曲率半径为0.4mm。
然后，使用该衬套80A试制了具有与图8所示光缆60大致相同结构的光缆。该光缆的芯部件是外径为24.5mm的HDPE树脂制的螺旋衬套。在该螺旋衬套的外周形成有10个宽4.6mm深4.6mm的槽(SZ反转角为300°，SZ扭转节距P为720mm)。在该螺旋衬套的中心埋设有7根外径2mm的钢丝绞合而成的张力部件。每个槽中分别叠放着10根厚0.3mm宽2.1mm的8芯带状芯线。在螺旋槽的周围无间隙地卷绕着卷压带。
而且，在卷压带的周围，呈SZ扭转地集合着(SZ反转角为300°，SZ扭转节距P为720mm)15根衬套80A。在每个衬套80A中收容有10根8芯带状芯线。在衬套80A的周围无间隙地卷绕着卷压带。在该卷压带的外周设有聚乙烯制成的外皮。该光缆的长度为200m，其外径为45mm。测定波长为1.55μm的光在收容于该光缆的各衬套80A内的光纤中的传输损失。其结果，关于所有15根衬套80A，其传输损失限制在0.21～0.25dB/km的范围内，没有发现传输损失的增加。
第五实施例所示衬套80B的剖面图如图13所示。在该衬套80B中，抗张力构件83B使用了一根1420登尼尔的芳香族聚酰胺纤维。如图13所示，抗张力构件83B被配置成接近衬套80B底面的状态。更具体地说，如下所述地配置抗张力构件83B，即，使其整体比底壁82B的内表面与底壁82B的外表面(衬套80B的底面)之间的中心线L更靠近衬套80B的底面。衬套80B的尺寸(Bu、Bl、D、bu、bl、d)与图11所示的衬套80A相同。另外，如图13所示，在该衬套80B中，抗张力构件83B的一部分自衬套80B的底面(底壁82B的外表面)露出。
切断制成的衬套80B并观察其截面，发现在底壁82B的内表面上产生的凹凸部的高低差为0.05mm。另外，凹凸部的曲率半径为0.5mm以上。此外，在与第四实施例相同的条件下，使用该衬套80B制作了200m的光缆。然后，对收容在该光缆的各衬套80B内的光纤，测定了波长为1.55μm光的传输损失。其结果，所有15根衬套80B，都没有发现传输损失的增加。
第五比较例所示衬套80C的剖面图如图14所示。在该图所示的衬套80C中，抗张力构件83C使用了一根1140登尼尔的芳香族聚酰胺纤维。如图14所示，抗张力构件83C被配置成其抗张力构件83C的中心轴距底壁82C的内表面(光纤收容部84C的底面)仅0.20mm。其它条件(尺寸等)与第四实施例的衬套80A相同。切断制成的衬套80C并观察其截面，发现在底壁82B的内表面上产生的凹凸部的高低差为0.10mm，如图15所示。另外，凹凸部的曲率半径为0.10mm。此外，在与第四实施例同样的条件下，使用该衬套80C制作了200m的光缆。然后，对收容在该光缆的各衬套80C内的光纤，测定了波长为1.55μm的光的传输损失。其结果表明，与光纤收容部84C的底面接触的两根光纤的传输损失为0.70、0.85dB/km，不适合使用。
第六比较例所示衬套80D的剖面图如图16所示。在该图所示的衬套80D中，抗张力构件83D使用了一根1420登尼尔的芳香族聚酰胺纤维。如图16所示地配置抗张力构件83D，即，使其整体比底壁82D的内表面与底壁82D的外表面(衬套80D的底面)之间的中心线L更靠近光纤收容部84一侧。其它条件(尺寸等)与第五实施例的衬套80B相同。切断制成的衬套80D并观察其截面，发现在底壁82D的内表面上产生的凹凸部的高低差为0.13mm。另外，凹凸部的曲率半径为0.20mm。此外，在与第四实施例相同的条件下，使用该衬套80D制作了200m的光缆。然后，对收容于该光缆的各衬套80D内的光纤，测定了波长为1.55μm的光的传输损失。其结果表明，在位于光纤收容部84D的底面附近的光纤中，有数根光纤的传输损失超过了0.5dB/km，不适合使用。
根据该实验结果，如果像衬套80A及80B那样地、把抗张力构件83A、83B以其中心轴靠近衬套底面的状态配置在衬套80A及80B中，就可以缓和由存在抗张力构件83A及83B的部位的树脂收缩量与其它部位的树脂收缩量之差所引起的所述凹凸部的产生。所以，不需要用切削工具切削所产生的凹凸部、或压上加热的板或辊使其平滑。因此，不需要增加制造工序就可以经济地生产用于光缆中的衬套。而且，当用热塑性树脂形成衬套的时候，不需要在热塑性树脂中添加作为损害光纤收容部平滑性的主要原因的无机物等。
另外，像衬套80B那样地使抗张力构件83B靠近底面的状态配置衬套，也可以得到实用性良好的结果。此时，由于抗张力构件83B更加远离光纤收容部84B的底面(底壁的内表面)，所以能够极有效地抑制凹凸部的产生。另外，在上述实验中，使用了将各衬套呈SZ扭转地集合在螺旋衬套外周上的光缆。与此对应，使用图1所示光缆那样的将衬套集合在长形圆柱部件周围的光缆，可以确认，也能够得到与上述结果相同的结果。
利用本发明，可获得在SZ反转部和SZ平动部都不易发生衬套的躺倒现象、传输特性优良且易取出光纤的光缆，以及用于该光缆的光缆用衬套。

Claims (14)

1.一种光缆，包括具有收容光纤的光纤收容部的衬套和绞附所述衬套的芯部件，并具有把收容有所述光纤的所述衬套呈SZ扭转地集合在所述芯部件周围的SZ扭转区域，其特征在于，所述衬套具有所述光纤收容部深度方向的弯曲刚度比所述光纤收容部宽度方向的弯曲刚度小的特性，并且，对于所述SZ扭转区域内的SZ反转部处的所述衬套的应变能，设所述衬套的底面与所述芯部件相接时的应变能为U1、而所述衬套的侧面与所述芯部件相接时的应变能为U2的时候，满足△U＝U1-U2≤0.2mJ/mm，所述衬套具有底壁和自所述底壁的两端直立的一对侧壁，所述光纤收容部由所述底壁和所述侧壁形成。
2.根据权利要求1所述的光缆，其特征在于，所述衬套由PBT树脂和HDPE树脂的混合树脂形成。
3.根据权利要求1所述的光缆，其特征在于，所述衬套由PC/PBT树脂和HDPE树脂的混合树脂形成。
4.根据权利要求2或3所述的光缆，其特征在于，在所述混合树脂中，所述HDPE树脂所占的体积比例为20～80％。
5.根据权利要求1所述的光缆，其特征在于，所述衬套还包括设在所述底壁的所述宽度方向中央的抗张力构件。
6.根据权利要求5所述的光缆，其特征在于，以使所述抗张力构件的中心轴接近所述底面的状态，配置所述抗张力构件。
7.根据权利要求5或6所述的光缆，其特征在于，以使所述抗张力构件接近所述底面的状态，配置所述抗张力构件。
8.一种光缆用衬套，具有收容光纤的光纤收容部，可绞附在光缆的芯部件周围，其特征在于，所述光缆用衬套具有所述光纤收容部深度方向的弯曲刚度比所述光纤收容部宽度方向的弯曲刚度小的特性，并且，对于呈SZ扭转地集合在所述芯部件周围的SZ扭转区域内的SZ反转部的应变能，设底面与所述芯部件相接时的应变能为U1、而侧面与所述芯部件相接时的应变能为U2的时候，满足△U＝U1-U2≤0.2mJ/mm，所述光缆用衬套具有底壁和自所述底壁的两端直立的一对侧壁，所述光纤收容部由所述底壁和所述侧壁形成。
9.根据权利要求8所述的光缆用衬套，其特征在于，所述底壁和所述侧壁由PBT树脂与HDPE树脂的混合树脂一体成形。
10.根据权利要求8所述的光缆用衬套，其特征在于，所述底壁和所述侧壁由PC/PBT树脂与HDPE树脂的混合树脂一体成形。
11.根据权利要求9或10所述的光缆用衬套，其特征在于，在所述混合树脂中，所述HDPE树脂所占的体积比例为20～80％。
12.根据权利要求8所述的光缆用衬套，其特征在于，所述光缆用衬套还包括设在所述底壁的所述宽度方向中央的抗张力构件。
13.根据权利要求12所述的光缆用衬套，其特征在于，以使所述抗张力构件的中心轴接近所述底面的状态，配置所述抗张力构件。
14.根据权利要求12或13所述的光缆用衬套，其特征在于，以使所述抗张力构件接近所述底面的状态，配置所述抗张力构件。
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