JP4184434B2 - 多層の補強され且つ安定化されたケーブル構造体 - Google Patents

Description

本発明は、コア部分と非金属製被覆部分とを備え、非金属製被覆部分が、バリヤー層と保護層と２つ以上の補強層とを有するケーブル構造体に関する。
上述した形式のケーブル構造体は、様々なケーブル、例えば、光ケーブルに関連して、現在、むしろよく知られている。現存する非金属ファイバ光ケーブル構造体はいくつかの方法工程を必要としており、それら方法工程のいくつかは非常にゆっくりしたものとなる。構造体に別個に加えられる高価な補強体は、充分な粘着あるいは防水を達成する添加材の使用を必要としているかも知れず、これで、製造プロセスが更に遅れてしまう。ケーブル構造体の熱的安定性を改良するためには、言い換えれば、熱的圧縮を低減させるためには、ロッド状補強素子を用いることもしばしば必要である。かような素子を用いることにより、結果として、常に絶対的なものではないが、ケーブルのある種の特性、即ち、曲げ合成が大きくなり、より大きな寸法、高い代価等となる。ロッドをコアの外周部に装架しなければならず、また、対称の理由でそれらロッドのうち少なくとも２つが存在しなければならないいわゆる中心チューブ構造体にかような別個の複合ロッドを用いることは特に難しい。
ケーブルが齧歯動物及びシロアリに対する機械式保護並びに油及び化学薬品に対する抵抗を提供する予定の場合、及び／または、水分及び気体に対するバリアー特性を有する予定の場合、別個の、しばしば複雑な方法工程で処理されなければならない高価なセミフィニッシされた製品を用いることが必要である。このことは構造体を複雑にし、また、製品のコストを高めてしまう。
本発明の目的は、従来技術の前述した欠点を除去することができるケーブル構造体を提供することである。このことは本発明のケーブル構造体でもって達成される。本発明のケーブル構造体は、ケーブルの機械的及びバリアー特性を制御するために、バリアー層と保護層と２つ以上の補強層とのうちの少なくとも２つの層内に含まれる繊維質補強体（即ちファイバー補強材）あるいは層状バリアー（即ち薄膜状のバリヤー材）が、互いに異なる角度に制御して配向されている。
従来技術を越える本発明の利点は、例えば、ケーブルの機械式及びバリアー特性を、必要に応じて極めて有利に調節することができることである。このことは、本発明が簡単で、且つ、１つの押し出し工程で製造を行うことができ、もって、価格が低いためである。本発明の更なる利点は、再溶融することができ且つ完全にリサイクルすることができる構造体を提供することを本発明が可能にすることである。
以下、本発明を、添付図面に例示されている例により極めて詳細に説明する。その添付図面において、
図１は、従来技術のケーブル構造体の全体図である。
図２は、従来技術のケーブル被覆部の全体断面図である。
図３から図６は、本発明の光ケーブル構造体の例を示している。
図７は、金属コアを備えている本発明のケーブルの例を示している。
図１は従来技術のケーブル構造体の全体図である。図１において、コア部分は参照番号１−２で示されている。コア素子は、例えば、光ファイバー１と二次被覆体２とから成っていてもよい。被覆部により形成された層は番号３及び４により示されている。ロッド状補強素子は参照番号５により示されている。対称の理由で、２つのロッド状補強素子５が存在しており、それらは、上述したごとく、ケーブルの外周囲に装架されている。
代表的には、図１のケーブル構造体は、二次被覆体２の頂部に機能層を押し出すことにより作り出されている。図１の例において、機能層は参照番号３−４により示されている。代表的には、その押し出しは在来のクロスヘッドノズルによりなされている。この技術の欠点のうちの１つは、層内に形成されているウエルドライン即ち溶接線である。該溶接線はケーブルの特性に対して有害な効果を有している。何故なら、それら溶接線により層内に不連続点が生ずるからであり、また、これらの点での層の特性は、それらが層の他の点のところにある場合と異なっているからである。不連続点は図２で見ることができ、該図２はケーブル構造体の断面を示している。不連続点は図２で矢印Ｎで示されている。
かくて、本発明は、上述した従来技術の欠点を除去することができるケーブル構造体に係わる。本発明の基本的なアイデアによれば、ケーブルの機械的及びバリアー特性の制御に対しては、バリアー層と保護層と２つ以上の補強層とのうちの少なくとも２つの層内の繊維質補強体（即ちファイバー補強材）あるいは層状バリアー（即ち薄膜状のバリヤー材）を制御された態様で異なる角度に配向することが必須である。本発明のケーブルの特性は、非金属ケーブルに代表的な引張強度、幅広い温度範囲にわたり且つ温度の突然の変動の場合の寸法的安定性、及び、構造体の堅固性及び可撓性を含んでいる。本発明の更なる特徴は、多層構造体が１つの押し出し工程において制御された態様で製造することができることである。
ケーブルコアの頂部、あるいは、対応していわゆる中間被覆部に押し出され且つケーブル構造体を安定化させる補強層は、ガラス、炭素、ボロン、アラマイド、ポリオレフィンあるいは対応するファイバーのごとき固体ファイバーで補強された、例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド等のごとき熱可塑性ポリマーから成る。あるいは、補強層は、サーモトロッピックのメインチェーン液体結晶質ポリマー（ＬＣＰ）あるいはかようなポリマーと在来の熱可塑性物との混合体から作られていてもよい。在来の熱可塑性物に加えて、押し出し中に、あるいは、その後のいずれかに簡単に配向され、及び／または、架橋連結され得る熱可塑性物は特に好ましい。この形式の液体結晶質ポリマーは溶融状態において自由に流動するものであり、また、熱可塑性物と同じやり方で処理することができる。ＬＣＰに代表的な内部構成の故に、溶融物が凍る際、複合状態のファイバー構造体がそれ自体に形成される。かくて、液体結晶質ポリマーのフィブリル化は押し出しプロセス中に生ずる。プロセス中半径方向配向性を得るための特定の好適ネジの幾何学即ち形状寸法は出願第ＰＣＴ／ＦＩ９６／００２６１号及びＦＩ９６４９８８号に開示されている。液体結晶質ポリマーあるいはそれの混合体の場合、プロセス中、高いフィブリル化の高い程度に結果としてなる高いドローダウン比を目指すのが有利である。それ故、１つあるいは２つのより厚い層の代わりに、可能な限り多くの薄いＬＣＰ補強層を提供することが好ましい。この場合、ドローダウン比を高く保つことができ、また、フィブリル化は層全体を通して効率良く行われる。
補強層のいくつかは、連続ファイバーで補強された熱可塑性複合体により形成することができる。これらの実施例において、完全に連続したガラスあるいはアラミドファイバーあるいは対応するファイバーは在来の熱可塑生物あるいは粘着ポリマーで含浸されている。配向されたＰＥ及びＰＰファイバーは極めて優れた強度特性を有しており、この目的でのそれらの使用は、比較的低いクリスタライト融点により制限されていた。低い融点のために、処理中に必要とされる高い押し出し温度はファイバーに備えられている配向性及び強度を破壊する。驚くことに発見されたことだが、比較的低い放射レベルでも、配向されたＰＲファイバーは、配向がより永久的であるように架橋結合することができ、かくて、ファイバーがそれの当初の強度の半分以上を失うことなく熱を持続する時間は決定的により長くなる。あるいは、最初に架橋結合され、その後ファイバーだけに配向された材料を用いることは可能である。また、化学的に架橋結合されたポリエチレンを用いることも可能である。価格に加えて、配向され且つ架橋結合されたファイバー構造体は一つの重要な機械的利点を有している。予期されずに発見されたことだが、プロセス中、ファイバーの表面は部分的に柔らかくなり、周囲のマトリックスプラスチックに粘着し、一方、機械的強度は高いレベルに、尚、維持される。例えば、アラミドファイバーで達成することが非常に困難であるかような優れた粘着により、中でも優れた衝撃強度が確実にされる。加えて、純粋なポリエチレン構造体は優れた電気特性を確実にする。本発明の好適なケーブル構造体の場合、かような補強層の製造は、連続したファイバーでプラスチックマトリックスを含浸するオンラインによって実際のケーブル押し出しと組み合わせることができる。光ケーブル構造体においては、上述した補強層は、いわゆる二次被覆部を、言い換えれば、光ファイバーを保護する層を形成することができる。
上述したごとく、各補強層、保護層あるいはバリヤー層のファイバーがケーブルの長手方向軸線に関連してある種の制御されたねじれ回転配向角度を有していることが本発明の本質的な特徴である。本発明の実施例は概ね図３に示されている。コア素子は図３において参照番号１及び１１により示されている。該コア部分の頂部に装架され且つ補強体を備えている層は参照番号１２及び１３によって示されている。被覆部の表面層は番号１４によって示されている。層１２及び１３における補強ファイバーの異なる配向角度は図３に明瞭に示されている。
ファイバーの配向方向は全ての層においてあるいは該層のいくつかにおいて平行であってもよいが、配向角度は異なっている。かくて、各層の引張及び曲げ特性は制御された態様で調節することができる。ケーブルの中心に最も近接した層において、言い換えれば、第１の補強層において、ケーブルの長手方向軸線に実質上平行であるファイバーを用いることが、言い換えれば、配向角度が小さいファイバーを用いることが有利である。ファイバーの回転は、例えば、回転するマンドレルでもって達成され、ＦＩ９６４９８９号に開示されているごとくそのねじれマンドレルを介してファイバーは通過している。対応するねじれマンドレルはＰＣＴ／ＦＩ９６／００２６１号に開示された機械溶液と組み合わせることができ、それにより、極めて有効ならせん分子配向が、連続したファイバーに加えて達成される。この場合、繊維質補強体はケーブルの引張強度を可能な限り高め、それに対し、それら繊維質補強体は可能な限り少なくケーブルの可撓性を減少させ、言い換えれば、それら繊維質補強体は、中心からの短い距離のために、起こり得る最も小さな強める効果を有している。対応して、好ましくは、ファイバーがケーブルの可撓性を最小範囲に低減させるために、また、ケーブルの半径方向圧縮強度をより大きな範囲まで高めるために、外方補強体あるいは保護層におけるファイバーの配向角度はより大きい。かような構成は図３に示されている。加えて、外方層におけるファイバーのより大きな配向角度は齧歯動物に対する保護効果を高める。
異なる角度で配向され、且つ、そうゆうものとして横方向において壊れやすく且つ低い引張強度を有している繊維質補強層は互いに補強し合う。何故なら、異なる層のクロスして積み重ねられたファイバーは横方向応力の場合に互いに支持し合うからである。かくて、制御された態様で配向されたファイバーからなる多層の層状構造体はある種のネットワーク構造体を形成し、補強体全体の機械的特性は、異なる層におけるファイバーの配向角度を調節し且つ制御することにより制御することができる。
ケーブルコアを保護しているいわゆるバリアー層は、水分及び考えられる水素さえもケーブルコアに浸込むのを阻止している。好ましくは、かような層はサーモトロピックなメインチェーンの液体結晶質ポリマー（ＬＣＰ）、ポリオレフィン（主として、高密度ポリエチレンＨＤＰＥあるいはポリプロピレンＰＰ）、サイクリックオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）あるいは優れた水分バリヤー特性を示す対応する熱可塑性物から成っていてもよい。溶接線を備えていない本発明の対称をなす構造体において、バリヤー特性は上述したプラスチックの非常に薄い層でもって達成される。代表的には、層の厚みは、材料に依存して、約５０から１００μｍである。対称をなす均質な構造体は、ケーブルが機械式応力を受ける際、仮に薄い層が損傷を受けず且つ作動状態に保持するに十分な程度に機械的強度を確保にしている。特に、バリアー材料が液体結晶質ポリマーである場合、必要とされる補強、言い換えれば、引張及び圧縮強度も１つの層（層状構造）でも達成される。他方、ＬＣＰ繊維あるいは薄膜の配向方向が互いに交差するよう別個の補強層における液体結晶質ポリマー及び熱可塑性物の混合体を用いることは、優れた機械的特性ばかりでなく、水分バリヤー特性も提供する。かような実施例は図４に示されている。図４において、コア部分は参照番号２１により示されている。ＬＣＰファイバーあるいは薄膜（即ち薄膜状のバリヤー材）を備えている層は番号２２及び２３により示されている。表面層は番号２４により示されている。ＬＣＰファイバーあるいは薄膜の交差して積み重ねられた配向方向は図４から明瞭に見れる。使用可能の液体結晶質プラスチックはそれらの化学組成において非常に芳香があり、また、固体状態にある厳密にオーダーされた構造体を形成するので、それら液体結晶質プラスチックは小さな気体分子にでさえも特に優れた保護を提供する。特に、水素に対する保護層は光ファイバーにとって極めて重要であり、非金属構造体において、かような層は液体結晶質ポリマーにより提供されている。
多くの異なる熱可塑性物からなる多層構造体において、機能的層（言い換えれば、バリヤー層、補強層等）間の粘着は特に重要である。本発明の構造においては、薄い粘着層は、必要に応じ、より厚い機能層間に形成され得る。粘着ポリマーは柔らかいので、それらの層を可能な限り薄く保っておくことは重要である。機能的特徴を有している粘着層は特に好ましい。例えば、半導体の粘着層は、それに装架された光ケーブルを電気的に保護する。溶接線を備えていない対称をなす構造体は、薄い、そして、均等な層を有することを可能にしている。本発明のケーブル構造体において、異なる補強層間の接合度合いは、様々な薄い粘着部あるいはバッファ層により調節することができ、それにより、層間の相互作用は、必要に応じて増大させあるいは減少させるかのいずれかをすることができる。粘着性を、あるいは、弾性を改良する成分も補強層それら自体に混合されてもよい。別の代替例は、同じ補強層における繊維質セグメントがより弾性のポリマーセグメントに円周方向で交互し、それにより、長手方向補強体と可撓性との間で優れたバランスが達成される。かような実施例は図５に示されている。図５において、コア部分は参照番号１及び３１で示されている。参照番号３２は補強層を示しており、該補強層は繊維質補強セグメント３２ａとより弾性のフィラー部分３２ｂとに分割されている。番号３３はケーブルの表面層を示している。尚更に別の好適実施例では、弾性部分あるいは別個のバッファ層は発泡されたポリマーで形成されており、該発泡されたポリマーは繊維質補強体に直接接触していてケーブルの曲げ及び圧縮特性を制御している。かような層は、代表的には、５０から２００ｋｇ／ｍ³の密度を備えている発泡されたポリオレフィンにより形成されている。
上述したごとく、本発明の構造体は、好ましくは、１つの押し出し工程で作ることができ、それにより、つや出しのごとき何等の中間工程も必要とされない。加えて、溶融材料の流れ方向がケーブルコアに対して平行であり、また、溶融された重量流量がいかなる段階でも分岐しないということは極めて重要であり、それにより、いわゆる溶接線の形成が回避される。プラスチック製品においては、溶接線が機械的にウィークポイントであり、該溶接線から割れがしばしば始まるということは一般に知られている。溶接線は製品の別の部位よりもかなり弱い。一様な重量流量はシームレスで均質な層が形成されるのを可能にし、それにより、所望とされる特性を、通常よりも薄い層で達成することができる。材料のより少ない消費は経済的に重要である。何故なら、補強層及びバリアー層に用いられている最良のポリマーは、むしろ高価であることが知られているからである。かくて、本発明は、従来技術の構造体よりも技術的に、且つ、経済的にの双方でより有利である多層ケーブル構造体を製造することを可能にしている。
本発明の多層構造体は、原則として、回転するノズル工具を有している在来のクロスヘッドダイで製造することができる。しかし、実際には、かような技術で制御された態様をなして多層構造体を製作することは非常に困難である。最も好ましくは、溶接線を備えていない本発明の多層構造体は、例えば、ＥＰ第０４２２０４２Ｂ１号に開示されているいわゆるコーン押出器で製造される。
本発明を、光ケーブルの様々な実施例により主に上述したけれども、注意されるべきは、コアが金属製心線でなっているケーブルの場合にも本発明を適用することができるということである。
以下において、本発明に従って履行された解決策のいくつかの例示された例を示す。図示された例は４層構造体であるが、明らかな通り、層の数は、多層押出器の構造に依存して異なってもよく、必要に応じて、４層よりも多くともよい。層は最内部から最外部へ番号付けがなされている。
Ａ．頂部で多層構造体（機能的部分及び外方被覆部）が押し出されている別個の光ケーブルコア（ＰＢＴ、光ファイバー、ゲル）あるいは金属製心線。
１．−粘着性ポリマー
−ＬＣＰあるいはＬＣＰブレンド、配向＋４５°（補強体）
−ＬＣＰあるいはＬＣＰブレンド、配向−４５°（補強体）
−外方被覆部（例えば、ＰＥ）
中間層は共にバリヤー層を形成している。
２．−粘着性ポリマー
−ＬＣＰ、ＬＣＰ混合体あるいはファイバー複合体、配向＋４５°
−ＬＣＰあるいはＬＣＰ混合体、薄い層状層（バリヤー）
−外方被覆部（例えば、ＰＥ）
最初のＬＣＰ層等は実際の補強体である。
特殊構造体（補強体として連続ファイバー、オンラインメルト含浸）
−必要に応じ、粘着性ポリマー（ホットメルト）を、共押し出し工程のすぐ前にメルトポンプによりＰＢＴチューブの頂部に適用することができる。
１．−ＰＢＴパイプのまわりに適宜の角度で装架されたオンラインの含浸された連続ガラスファイバー
−（機能化されたポリオレフィン、粘着体を含んでいてもよい）マトリックスとしてのポリオレフィン
−あるいは、（両面上の優れた粘着体）マトリックスとしての粘着プラスチック
−ＨＤＰＥ、ＣＯＣ、ＬＣＰあるいはＰＯ／ＬＣＰブレンド（バリヤー）の薄い均等の層
−粘着性ポリマー
−外方被覆部（例えば、ＰＥ）
２．（−粘着性ポリマー）
−薄いＬＣＰあるいはＬＣＰブレンド（水分バリヤー）
−ＰＢＴパイプ（マトリックスとしてポリオレフィン）のまわりに適宜の角度で装架されたオンラインの含浸された連続ガラスファイバー
（−粘着性ポリマー）
−外方被覆部（ポリオレフィン）
Ｂ．同じ工程でなされた二次被覆
１．−保護材料４１としての（光ファイバー、ゲルを含む）ＬＣＰ混合体あるいはファイバー複合体
−補強用構造体（軸線方向配向）
−薄い粘着層４２
−実際の補強層（ＬＣＰあるいはファイバー複合体、斜めの配向４３
−外方被覆部（例えば、ＰＥ）４４
この実施例は図６に示されている。番号４１から４４は図６を言及している。
−保護材料としての（光ファイバー、ゲルを含む）熱可塑性物
−エチレン／プロピレンコポリマー（適宜のゲル）あるいはＰＢＴ
−あるいは、ＣＯＣ（同時に水分バリヤー）
−薄い粘着層
−実際の補強層（ＰＯ／ファイバーあるいはＰＯ／ＬＣＰ混合体）、斜めの配向
−外方被覆部（例えば、ＰＥ）
Ｃ．単なる多層被覆構造体、コアらせん空間、ねじられた構造あるいは金属製心線
１．−粘着性ポリマー
−中間被覆部ＰＥ
−粘着性ポリマー
−外方被覆部ＰＡ１２（例えば、シロアリ保護、耐摩耗性）
２．難燃性被覆部
−粘着性ポリマー
−バリアー層（ＨＤＰＥ、ＣＯＣ、ＬＣＰあるいはＰＯ／ＬＣＰ混合体）及び／または補強層（上記参照）
−粘着性ポリマー（必要でない）
−ＨＦＦＲ化合物
３．齧歯動物抵抗被覆部
−粘着性プラスチック５２
−ポリオレフィン／ガラスファイバー５３
−ポリオレフィン／多量のガラスファイバー（ショートカットされたファイバーあるいはオンラインの含浸された連続ファイバー）５４。大きな横方向配向角度
−薄いＨＤＰＥあるいはＰＡ１２スキン５５
かような実施例は図７に示されている。参照番号５１は、金属製心線でなるコア部分を示している。番号５２から５５は上にリストアップされた層を示している。番号５２から５５も上記例の層の記述を示している。
上記した実施例は、いずれにしても本発明を制限するようには意図されていず、そうではなく、本発明は、添付請求の範囲の範囲内で全く自由に変形することができるものである。かくて、明瞭なごとく、本発明のケーブル構造体あるいはそれの詳細部は図に示されているごとき精密にそのものである必要はなく、他の解決策も可能である。

Claims (17)

1. 多層の補強され且つ安定化されたケーブル構造体であって、
   コア部分と非金属製被覆部分とを備え、
   非金属製被覆部分が、ケーブル構造体に水分及び気体に対するバリヤー特性を与えるバリヤー層と、コア部分を機械的に保護する保護層と、機械的強度を高めてケーブル構造体を安定化させるための２つ以上の補強層とを有し、
   積層された前記バリヤー層と保護層と２つ以上の補強層は押し出し成形により成形され、その押し出し成形によってバリヤー層と保護層と２つ以上の補強層のうちの少なくとも２つの層内に含まれるファイバー補強材または薄膜状のバリヤー材が、ケーブル構造体の機械的特性及びバリヤー特性を制御するように、互いに異なる角度に制御して配向されていることを特徴とするケーブル構造体。
2. 請求項１記載のケーブル構造体において、前記補強層はファイバー補強材で補強された熱可塑性物でなることを特徴とするケーブル構造体。
3. 請求項２記載のケーブル構造体において、前記ファイバー補強材はガラス、炭素、ボロン、あるいは、アラミドファイバーであることを特徴とするケーブル構造体。
4. 請求項１記載のケーブル構造体において、前記補強層は、少なくとも部分的に液体結晶質ポリマーから成る材料から作られていることを特徴とするケーブル構造体。
5. 請求項２記載のケーブル構造体において、前記ファイバー補強材は架橋結合されている配向されたポリエチレンであることを特徴とするケーブル構造体。
6. 請求項１記載のケーブル構造体において、曲げ及び圧縮特性を調節するために、各補強層はファイバー補強セグメントとファイバー補強セグメントより弾性のフィラー部分とに分割され、それらファイバー補強セグメントと弾性のフィラー部分とがケーブル構造体の円周方向に交互に存在することを特徴とするケーブル構造体。
7. 請求項６記載のケーブル構造体において、前記弾性フィラー部分が発泡ポリマーで作られていることを特徴とするケーブル構造体。
8. 請求項１記載のケーブル構造体において、前記バリアー層は、少なくとも部分的に液体結晶質ポリマーから成る材料で作られていることを特徴とするケーブル構造体。
9. 請求項１記載のケーブル構造体において、前記バリヤー層、保護層及び２つの補強層のうちの隣接する２つの層間に粘着層が設けられていて該隣接する２つの層間の粘着性を改良していることを特徴とするケーブル構造体。
10. 請求項９記載のケーブル構造体において、前記バリアー層、粘着層及び補強層は、溶接線を有していない薄く且つ対称的な層であることを特徴とするケーブル構造体。
11. 請求項１記載のケーブル構造体において、少なくとも１つの補強層は、連続したファイバー補強材で補強された複合体で作られ、該ファイバー補強材が熱可塑性あるいは粘着性ポリマーに含浸されていることを特徴とするケーブル構造体。
12. 請求項１１記載のケーブル構造体において、前記ケーブル構造体の中心に最も近い層が、実質的に前記ケーブル構造体の長手方向に延在するファイバー補強材を含み、外方層におけるファイバーが長手方向に対して角度をなして円周方向に配向されていることを特徴とするケーブル構造体。
13. 請求項１記載のケーブル構造体において、前記コア部分は光ファイバーにより形成されていることを特徴とするケーブル構造体。
14. 請求項１３記載のケーブル構造体において、光ファイバーを包囲し且つそれらを保護する層が第１の補強及び／またはバリヤー層を形成するようにされていることを特徴とするケーブル構造体。
15. 請求項１記載のケーブル構造体において、前記コア部分が金属製導体により形成されていることを特徴とするケーブル構造体。
16. 請求項１記載のケーブル構造体において、前記ファイバー補強材がマトリックス中のファイバーを含み、前記マトリックスあるいはファイバーの少なくとも一部は架橋結合されていることを特徴とするケーブル構造体。
17. 請求項１記載のケーブル構造体において、前記コア部分及び非金属製被覆部分は、一段階で押し出し成形されていることを特徴とするケーブル構造体。

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