CN1217215C - 光缆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光缆，其中具有多根GI-POF和包含该GI-POF的树脂缆体，热耐久性、抗压性、弯曲机械特性优良，且能够抑制光损耗的增大。所述树脂缆体具有数量与所述GI-POF根数相同的纵向贯通的空隙孔，所述GI-POF在所述空隙孔内以在垂直于所述长度方向的2个方向上活动自如的状态逐根分散配置。

Description

光缆

技术领域

本发明涉及通信用光缆，其中具有有梯度折射率(graded index)型树脂型光纤(以下称为“GI-POF”)和包含GI-POF的树脂缆体。

背景技术

当前通信领域为了高速可靠传送大容量信息，一般采用光纤。

光纤具有石英类单模光纤等石英类光纤和树脂类光纤(塑料类光纤)，尤其是塑料类光纤，与石英类单模光纤相比，其直径大而且柔性好，因而敷设光缆时端面处理和连接处理等操作性和安全性良好有利。

特别是GI-POF具有高速大容量的传输能力，有希望成为下一代通信的光纤。

GI-POF是指截面方向的折射率具有分布的塑料类光纤。也就是说，GI-POF由截面方向中心部折射率高，然后折射率慢慢降低的折射率分布构成。GI-POF内往纵向行进的光受折射率影响而集中到GI-POF的中心部附近。这样，能够实现高速大容量的传输能力。

因此，GI-POF的高速大容量传输能力大为依赖GI-POF的折射率分布，为了确保GI-POF的传输能力，需要使折射率分布维持规定的分布。

GI-POF光缆的制造方法，其进行基本上借助于将GI-POF与抗拉伸张力构件等组成材料一起在热可塑料树脂等中挤压被覆成型。该被覆成型时，GI-POF容易受高温熔融的热可塑性树脂等的热影响。因此，有可能由于热影响而使GI-POF的物理性能降低，因而需要将光缆制造得使GI-POF不受热影响。作为GI-POF的典型制造方法，有使折射率不同的低分子化合物材料在树脂材料中热扩散，形成折射率分布，从而做成GI-POF的方法。

这样的GI-POF有可能因进行成缆的被覆成型时发热的影响而使低分子化合物材料在GI-POF内产生热扩散，使折射率分布发生变化。

例如，日本国专利特开平11-211954号公报中有这样的记载，即为了不使因熔融的被覆树脂材料的热造成GI-POF的传输损耗增大，采用聚乙烯等可在较低温度下熔融挤压的树脂，预先在GI-POF的表面用倾注件成型方法形成挤压的被覆层，使GI-POF受到一次被覆，做成“套层光纤”。然后，与张力构件等组成材料一起在热可塑性树脂等中挤压，进行二次被覆成型，以制造GI-POF光缆。

用这种方法制造的光缆的结构如图4(a)的光缆50所示，其组成部分包括GI-POF 51a和51b、由聚乙烯等形成的一次被覆层56、以及作为用热可塑性树脂等挤压形成最外层的树脂缆体的二次被覆层53。

另一方面，日本实开昭60-60714号公报和特开平7-72356号公报还提出图4(b)所示的结构，即在作为树脂缆体的被覆树脂材料与光纤之间设置空隙，以及图4(c)所示的结构，即在套层光纤与被覆树脂之间设置空隙。图4(b)中，光缆60由张力构件62a和62b、作为树脂缆体的被覆树脂材料63、以及配置2根光纤67a和67b的空隙64构成。图4(c)所示的光缆70由作为用热可塑性树脂等挤压形成最外层的树脂缆体的被覆层73、设置在该被覆层73的空隙74以及配置在该空隙内且受到一次被覆而具有被覆层76的光纤78构成。

然而，用特开平11-211954号公报所述的制造方法得到的GI-POF的光缆存在以下问题。

即，直径(线径)不到1mm的GI-POF上利用聚乙烯等进行一次被覆的套层光纤在耐高温测试(70℃×24小时)中，由于作为被覆材料的聚乙烯等树脂加热收缩，GI-POF的表面产生微褶皱(microbents)，造成光传输损耗增大，存在热耐久性的问题。

实开昭60-60714号公报所揭示的被覆树脂材料与光纤之间设置空隙的结构的GI-POF的光缆在一个空隙有多个GI-POF，因而在被人等踩住因而光缆受到外力时，在一个空隙中的多条GI-POF相互发生接触，进而相互施加按压，最恶劣时会相互压坏，或者产生塑性变形，使光传输损耗加大，存在耐压特性的问题。

特开平7-72356号公报中，虽然将光缆的空隙率做成2～30％，从而对折弯时的弯曲动作能抑制通常引起的传输损耗增大，但由于从光缆安装光连接器时的光连接器安装性对空隙率的上限有限制，不能达到要求高速大容量传输能力的GI-POF中折弯时弯曲动作完全不增加传输损耗的状态，存在机械特性的问题。

因此，本发明为了解决上述问题，其目的为提供一种光缆，其中具有多根GI-POF和包含该GI-POF的树脂缆体，而且热耐久性、耐压性、弯曲机械特性均优，光传输损耗不增大。

发明内容

本发明提供一种光缆，其中具有多根GI-POF和包含该GI-POF的树脂缆体，其特征在于，所述树脂缆体具有数量与所述GI-POF的根数相同数量的、在纵向上贯通的空隙孔，所述GI-POF以在所述空隙孔内活动自如的状态逐根分散配置，所述多个空隙孔并排配置，所述树脂缆体的中央部与所述并排配置的多个空隙孔之间的壁厚大于所述树脂缆体的两端处与所述并排配置的空隙孔之间的壁厚。

在这里，最好是所述GI-POF在所述空隙内的活动范围是所述GI-POF的直径的2倍以上，最好是由所述多个空隙孔形成的树脂缆体的壁厚尺寸等于或大于所述GI-POF的直径，最好是所述树脂缆体的壁厚为0.5mm以上。

又，最好是其特征为，所述多个光隙孔并排配置，所述树脂缆体中央部的所述壁厚大于所述并排配置且位于两端的空隙孔的两端上的壁厚，最好是所述树脂缆体的硬度为肖氏(Shore)D硬度50以下。

还有，最好是所述GI-POF为全氟型或聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate；即PMMA)型，而且最好是所述树脂缆体中埋设张力构件。

附图说明

图1是本发明光缆一实施形态的截面示意图。

图2是制造本发明光缆一实施形态的生产线示意图。

图3是本发明光缆一实施形态的制造中用的被覆模的管接头(nipple)尖端部的示意图。

图4(a)～(c)是已有技术的光缆的截面示意图。

附图中：

10为光缆，11a、11b为GI-POF，12a、12b为张力构件，13为树脂缆体，14a、14b为空隙孔，15a～g为壁厚，20为GI-POF输送机，21为张力件输送机，22为被覆模，23为树脂挤压机，24为冷却水槽，25为取缆机，34为管接头，37a、37b、39a、39b为管接头尖端孔，38a～d为壁厚，50、60、70为光缆，51a、51b为6I-POF，53为二次被覆层，56为一次被覆层，62a、62b为张力构件，63为被覆树脂材料，64、74为空隙，67a、67b、78为光纤，73、76为被膜层。

具体实施方式

下面，根据附图所示较佳实施例说明本发明的光缆。

下面说明的光缆是2芯型扁平光缆，并排配置2根GI-POF，而且在其外侧配置抗拉伸的2根由钢线构成的张力构件，从而构成该光缆。然而，本发明不限于2芯型扁平光缆，也可以是具有3根以上GI-POF和包含该GI-POF的树脂缆体的光缆。

图1示出使用本发明光缆的、采用线径为500μm的全氟树脂型GI-POF的光缆10(以下简称“光缆”)。在这里，全氟树脂型GI-POF在特开平8-5848号公报中已记述。本发明也可以是树脂材料采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的PMMA型光缆。

这里，光缆10的组成部分包括一对GI-POF 11a和11b、拉伸刚性大于GI-POF11a和11b的张力构件12a和12b、以及树脂缆体13。

树脂缆体13设置数量等同于2根GI-POF 11a和11b的纵向贯通的空隙孔14a和14b，并且在该空隙孔14a和14b内，以在垂直于树脂缆体13的纵向的2个方向上活动自如的状态逐根分散配置GI-POF 11a和11b。

如图1所示，空隙孔14a和14b是矩形，并且使矩形4角成圆弧状，但本发明不限于矩形，可以是圆形、椭圆形等任一形状，只要GI-POF 11a和11b逐根分散配置即可。

另一方面，在空隙孔14a和14b外侧的树脂缆体13内埋设张力构件12a和12b，并且配置得大致平行于GI-POF 11a和11b。

本实施例的光缆10不进行为了不使热扩散等造成传输损耗增大而用普通树脂材料实施的一次被覆，但本发明不特别限定有无一次被覆。作为张力构件12a和12b，材料也不特别限定，例如可列举金属线、芳族聚酰胺(aramid)纤维、FRP等的线材，但从操作性和经济性的角度看，以镀锌硬钢线为佳。

树脂缆体13利用热可塑性树脂材料形成，硬度为肖氏D硬度50以下，40以下更好。作为这种树脂材料，可用软性氯乙烯或氯化聚乙烯、软性聚乙烯，但本发明不受这些限制。只要是至少熔融温度为挤压成型时模具出口温度且为135℃以下的树脂材料即可，最好该温度为130℃以下。熔融温度为140℃以上时，GI-POF 11a和11b的折射率分布会由于热而变动，成为光传输损耗显著增大的原因。

这里空隙孔14a和14b所形成的树脂缆体13的壁厚，即图1中壁厚15a、15b、15c、15d、15e、15f和15g的尺寸，大于GI-POF 11a和11b的直径尺寸。GI-POF11a和11b的直径是例如0.5mm时，壁厚为0.5mm以上，实用上最好为0.5mm以上、0.8mm以下。这样规定壁厚15a、15b、15c、15d、15e、15f和15g，是为了抑制传输损耗的增大，因为作为外力对光缆10在图1中上下方向施加压缩负载，压坏空隙孔14a和14b，使G1-POF 11a和11b夹在空隙孔14a和14b的内壁之间时，传输损耗的增大。也就是说，树脂缆体13的硬度为肖氏D硬度50以下，比GI-POF 11a和11b足够柔软，而且树脂缆体13主体的壁厚尺寸大于GI-POF 11a和11b的直径尺寸，因而成为GI-POF 11a和11b埋没在树脂缆体13内的状态，缓解了加到GI-POF11a和11b的压缩负载，所以未发现传输损耗显著增大。当然，由于树脂缆体13将GI-POF 11a和11b隔开，不发生光纤之间接触造成的永久变形，所以未发现永久变形造成的传输损耗增大。

树脂缆体13，其并排配置空隙孔14a和14b而形成的中央部的壁厚15b和15e最好大于空隙孔14a和14b的两端部的壁厚15a、15c和15d和15f。

将中央部的壁厚15b和15e成型得薄于壁厚15a、15c、15d、15f时，如果在图1的横向施加压缩负载，则树脂缆体13压曲，弯成大致为狗后腿的形状，以壁厚15b和15e的部分为中心，叠加壁厚15a的部分和15c的部分或者壁厚15d的部分和壁厚15f的部分。因此，加到空隙孔14a和14b的压缩应力不均匀，压缩应力大的部分中，空隙孔14a和14b的空隙部分压坏。这里，GI-POF 11a和11b被夹在空隙的压坏的壁面10时，GI-POF 11a和11b受到较大的压缩应力，因而折射率发生变化，传输损耗增大。

然而，使树脂缆体13的壁厚15b和15e大于壁厚15a、15c、15d和15f，则即使在图1中水平方向上施加压缩负载F，光缆13也不弯曲成大致为狗后腿的形状，对空隙孔14a和14b的内表面均匀施加压缩应力，空隙孔14a和14b大致同样收缩。因此，GI-POF 11a和11b埋没于树脂缆体13，不受应力缓冲，因而传输损耗不增大。

GI-POF 11a和11b在空隙孔14a和14b内自由移动的活动范围为GI-POF 11a和11b的直径的2倍以上，最好是2倍以上、4倍以下。在这里，GI-POF的活动范围为GI-POF的直径的2倍以上是指GI-POF的活动范围可包含用2倍GI-POF直径的圆弧所作成的圆形的关系。例如，图1的光缆中，在空隙孔14a的大致为矩形截面的形状内自如移动的活动范围P(图1中点划线包围的范围)存在包含用2倍GI-POF 11a和11b的直径的圆弧作成圆形的范围Q(图1中虚线包围的范围)的关系。

空隙率，即图1所示光缆10的截面图中，空隙孔14a和14b的面积对GI-POF11a和11b的截面面积之比为4倍以上、25倍以下。最好是9倍以上、16倍以下。为了加大活动范围和空隙率，必须使光缆外形尺寸加大，或者维持外形尺寸一定，减薄壁厚。然而，如果维持外形尺寸一定而减薄壁厚，则如上文所述，光缆10容易发生弯曲；而使壁厚一定，则必须加大外形尺寸，实用方面产生问题。因此，实用上如上文所述那样限定活动范围和空隙率的上限。

这样，在上述范围内，GI-POF 11a和11b可在空隙孔14a和14b内自由移动，因而即使折弯光缆10，GI-POF 11a和11b也几乎不存在与空隙孔14a和14b内壁面之间的摩擦阻力，几乎未发现折弯增大传输损耗。在高温、低温反复的热循环测试中，GI-POF 11a和11b在空隙孔14a和14b内的活动范围为GI-POF 11a和11b的直径的2倍以上时，即使因张力构件12a、12b和树脂缆体13与GI-POF 11a和11b的线膨胀系数不同而膨胀量和收缩量不同，GI-POF 11a和11b也能在空隙孔14a和14b内移动，因而基于膨胀量和收缩量的对GI-POF 11a和11b的压缩、拉伸应力得以缓解，结果，能抑制传输损耗的增大。

光缆10如上文所述构成。

下面根据图2说明这种光缆10的制造方法。

光缆10的制造方法是首先将通过GI-POF输送机20输送的GI-POF 11a、11b和通过张力构件输送机21输送的张力构件12a、12b插入被覆模22的管接头导管(图中未示出)，与用树脂挤压机23挤压的热可塑性树脂缆体13的树脂材料在被覆模22前端的管接头34(参考图3)汇合，并且在被覆模22的出口形成缆状后，在冷却水槽中冷却。这里，GI-POF 11a、11b输送时施加的张力最好是5g～100g，100g以上时GI-POF 11a、11b产生显著拉长，导致增加传送。5g以下时GI-POF 11a、11b产生振动偏差，与被覆膜22主体和紧接被覆模22出口后的树脂接触，受到热损伤，导致传输损耗显著增大。为了进一步减少传输损耗的增大，张力取20g～60g较佳，而且最好将GI-POF 11a、11b的插入位置调节到GI-POF 11a、11b不接触被覆模22和刚成型后的树脂。

根据取缆速度调整成型速度，将其调整到位于被覆模出口处的光缆10空隙孔14a、14b内的GI-POF 11a、11b的温度不超过容许的耐热温度70℃的速度。如果用超过容许耐热温度的树脂温成型，则导致GI-POF热伸长且传输损耗显著下降。模具出口处的GI-POF 11a、11b的温度控制在低于容许耐热温度20℃以上为佳，本实施形态中取为40℃～50℃更好。

冷却温度方面，虽然用自来水抑制传输损耗的增大，但用5℃～-20℃急冷，则能更稳定地抑制传输损耗的增大。

图3示出被覆模22的前端管接头34的结构，GI-POF 11a、11b和张力构件12a、12b分别从管接头尖端孔37a、37b和管接头尖端孔39a、39b通过。挤压树脂缆体13的树脂材料，使其包围管接头的外周，赋予该树脂材料规定的缆状。

这里，希望管接头前端孔37a、37b的孔径为GI-POF 11a、11b的直径的1.5倍以上，不到1.5倍的孔径尺寸会使GI-POF 11a、11b接触管接头孔的内壁，导致传输损耗显著增大。管接头34的前端部壁厚38a～38d在例如GI-POF 11a、11b的直径为0.5mm时，希望为0.35mm以上，取0.50mm较佳。壁厚38a～38d薄时，GI-POF 11a、11b容易接触光缆10的空隙孔14a、14b的树脂内壁面，同时缩短与成型后的树脂的距离，容易遭受辐射造成的热损伤，导致传输损耗增大。

光缆10的外形和空隙孔14a、14b的孔形与模具外形和管接头尖端形态相似，但光缆10的外形尺寸和空隙孔14a、14b的孔形尺寸可利用调整树脂挤出量和取缆速度的反复调整到希望的尺寸。

对这种本发明的光缆调查具有一对GI-POF和张力构件的光缆的光传输损耗。

以下所述例子中无特殊记载的部分使用下述材料。

GI-POF：全氟型GI-POF，线径500μm，旭硝子株式会社制造的“ルキナ”。

张力构件：镀锌硬钢线，线径0.4mm。

树脂缆体材料：软性氯乙烯，肖氏D硬度：30(肖氏A硬度：80)，理研乙烯工业社制造。

制造方法依据图2和图3所示那样的挤压制造方法进行。除例4和例5外，光缆制造所得GI-POF的传输损耗增大几乎为0dB/km。光缆评价方面，依据日本JIS C6836全塑料多模光纤软绳中记载的某一方法评价压坏测试、反复弯曲、软绳弯曲。冷热循环测试以-20℃～70℃、4小时一周期进行10次循环后作评价。GI-POF的传输损耗测量用850mm LD2m剪断(cut-back)法测量。压坏测试时的传输损耗按850nm LD连续测量进行。

例1

制造光缆10，将其空隙孔截面形状取为大致正方形，纵向和横向都将该空隙孔内GI-POF的活动距离取为GI-POF直径的3.8倍的1.9mm，树脂缆体13中央部的壁厚15b和15e取为0.8mm，位于两端的空隙孔14a和14b的端部的壁厚15a、15c、15d和15f取为0.6mm，空隙孔14a和14b之间的壁厚15g取为0.6mm。

例2

制造光缆10，将其空隙孔截面形状取为大致正方形，纵向和横向都将该空隙孔内GI-POF的活动距离取为GI-POF直径的3.8倍的1.9mm，树脂缆体13中央部的壁厚15b和15e取为0.5mm，位于两端的空隙孔14a和14b的端部的壁厚15a、15c、15d和15f取为0.6mm，空隙孔14a和14b之间的壁厚15g取为0.6mm。

例3

制造光缆10，光缆尺寸与例2相同，被覆树脂采用肖氏D硬度43(肖氏A硬度95)的软性氯乙烯。

例4

制造光缆10，将其空隙孔截面形状取为大致正方形，纵向和横向都将该空隙孔内GI-POF的活动距离取为GI-POF直径的2.4倍的1.2mm，树脂缆体13中央部的壁厚15b和15e取为0.5mm，位于两端的空隙孔14a和14b的端部的壁厚15a、15c、15d和15f取为0.6mm，空隙孔14a和14b之间的壁厚15g取为0.6mm。发现制造所得GI-POF的传输损耗增加为10～20dB/km。

例5

制造光缆，将其空隙截面形状取为大致正方形，纵向和横向都将该空隙孔内GI-POF的活动距离取为GI-POF直径的1.6倍的0.8mm，对树脂缆体的壁厚将缆中央部取为0.5mm，缆端部则为0.6mm，空隙间的壁厚为0.6mm。制造所得GI-POF的传输损耗增加为50～100dB/km。

例6

制造光缆，对尺寸与例2相同的光缆采用肖氏D硬度55的软质氯乙烯。

例7

制造光缆60，使其结构如图4(b)所示，在GI-POF的光纤67a和67b的活动距离取为GI-POF直径的4倍的2mm的空隙中集中配置2根GI-POF，并且使树脂缆体的壁厚在中央部为0.5mm，端部则为0.6mm。

抗压坏性评价的基准为：负载解除1分钟后(负载解除后)的传输损耗增加量为测试前的0.2dB以下。如表1所示，例1、例2、例3的光缆通过基准的规定。如例1的树脂缆体13那样，还进行壁厚调整，从而抑制加负载时的传输损耗值的增加，进一步改善抗压坏性。树脂缆体13的肖氏D硬度在例3取43是容许值，例6中的55超过基准的规定。

表2示出GI-POF的空隙内活动距离(括号中表示用GI-POF的直径除活动距离所得的值)和各种性能。例2和例4中，通过了反复弯曲和软绳弯曲性方面的评价标准，即测试前后的传输损耗量为0.2dB以下。冷热循环也为容许范围，但例5不通过弯曲性评价基准，而且制造时的传输损耗显著增大。

                         表1

	GI-POF活动距离[mm]	被覆树脂硬度[肖氏D硬度]	抗压坏性[dB]
					加负载时	负载解除后
			例1	1.9(3.8)			30	0.5	0
例2	1.9(3.8)	30			5.0	0.1
			例3	1.9(3.8)			43	6.5	0.2
例6	1.9(3.8)	55			8.0	1.0
			例7	2.0(4.0)			30	30.0	20.0

                      表2

	GI-POF活动距离[mm]	反复弯曲[dB]	软绳弯曲[dB]	冷热循环[dB/km]
					例1	1.9(3.8)	0	0	5.0
例4	1.2(2.4)	0.1	0.1	7.3
					例5	0.8(1.6)	1.5	3.5	12.5

根据以上结果，借助在树脂缆体13内设置的多个孔隙14a和14b以在孔隙内移动自如的状态分散配置GI-POF 11a和11b，抗压坏性得到改善。还可知使树脂缆体13的壁厚在中央部厚于两端部，并且使肖氏D硬度为50以下，从而抗压坏性得到改善。

又，借助将空隙孔14a和14b内移动自如的GI-POF 11a和11b的活动范围取为GI-POF 11a和11b的直径的2倍以上，除抑制制造时传输损耗增大外，还抑制了反复弯曲、软线弯曲和冷热循环造成的传输损耗增大。

以上详细说明了本发明的光缆，但本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明要旨的范围内，当然可进行各种改变和变换。

如以上详细说明那样，在树脂缆体形成的空隙内各自分散配置具有多根GI-POF和包含该GI-POF的树脂缆体的光缆中的GI-POF，使其能在空隙内移动自如，因而能提供GI-POF不作任何树脂的一次被覆且抗压坏性、机械性能、热耐久性优。良的光缆。

Claims (7)

1.一种光缆，具有多根梯度折射率型树脂光纤GI-POF和包含该GI-POF的树脂缆体，

所述树脂缆体具有数量与所述GI-POF的根数相同数量的、在纵向上贯通的空隙孔，所述GI-POF以在所述空隙孔内活动自如的状态逐根分散配置，

其特征在于，所述多个空隙孔并排配置，所述树脂缆体的中央部与所述并排配置的多个空隙孔之间的壁厚(15b、15e)大于所述树脂缆体的两端处与所述并排配置的空隙孔之间的壁厚(15a、15c、15d、15f)。

2.如权利要求1所述的光缆，其特征在于，所述GI-POF在所述空隙孔内的活动范围是所述GI-POF的直径的2倍以上。

3.如权利要求1或2所述的光缆，其特征在于，由所述多个空隙孔形成的树脂缆体的壁厚尺寸等于或大于所述GI-POF的直径。

4.如权利要求3所述的光缆，其特征在于，所述树脂缆体的壁厚为0.5mm以上。

5.如权利要求1所述的光缆，其特征在于，所述树脂缆体的硬度为肖氏D硬度50以下。

6.如权利要求1所述的光缆，其特征在于，所述GI-POF为全氟型或聚甲基丙烯酸甲酯型。

7.如权利要求1所述的光缆，其特征在于，所述树脂缆体中埋设张力构件。

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