Brevet FR2088378A1 — publié le 19720107

1. 2088378 La présente invention concerne un dispositif à fibres optiques et un procédé de fabrication d'un tel dispositif. Elle concerne, plus particulièrement : un câble à fibres optiques enroulées hélicoïdalement, extensible et rétractable, semblable dans son as-5 pect à un fil à enroulement hélicoïdal du type bien connu reliant le combiné d'un téléphone à l'appareil ; et un procédé de fabrication d'un tel câble. Les câbles à fibres optiques comprenant un certain nombre de fibres optiques séparées sont bien connus et d'un emploi courant, 10 comme décrit par exemple, au brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 050 907 du 28 Août 1962. La plupart des nombreuses applications découvertes pour ces câbles à fibres optiques concernent des cas dans lesquels ils sont utilisés, pour amener la lumière d'une source éloignée jusqu'à un 15 endroit difficilement accessible et/ou pour permettre une vision de cet endroit. Ces applications impliquent souvent le déplacement d'instruments auxquels le câble est relié par une extrémité. Un champ d'application relativement nouveau est celui qui consiste à utiliser une source lumineuse reliée par un câbles à fi-20 bres optiques à un instrument de chirurgie dentaire pour amener la lumière de ladite source dans la bouche du patient directement à l'endroit précis où ledit instrument doit être utilisé. L'utilisation d'un instrument médical quelconque implique, naturellement, un certain nombre de manipulations et de déplacements qui doivent 25 être suivis et permis par le câble, et ceci est particulièrement vrai dans le cas d'un instrument de'chirurgie dentaire. Jusqu'à ce jour, pour un tel emploi, de grandes longueurs de câbles à fibres optiques ont été nécessaires, ce qui a été à l'origine de difficultés d'emmagasinage et de manipulation des instruments de chirurgie 30 dentaire utilisant de tels câbles, pour éviter leur enchevêtrement. Un des moyens proposés pour résoudre ces difficultés est l'utilisation d'un câble rétractable à fibres optiques. De tels câbles sont relativement coûteux, nécessitent un espace supplémentaire considérable par rapport à la dimension de la source lumineuse proprement 35 dite, et impliquent souvent l'utilisation de pièces mobiles, avec leurs inconvénients inhérents. De plus, les câbles optiques rétractables, tels ceux munis de contrepoids, ou autres, sont souvent à l'origine de difficultés lorsqu'ils ne se rétractent pas totalement, ou restent collés. 40 L'invention a principalement pour but de réaliser un câble à 71 16216 2. 2088378 fibres optiques extensible et rétractable dans lequel les fibres sont enroulées hélicoïdalement, qui supprime les inconvénients énu-mérés ci-dessus des dispositifs déjà connus. L'invention a également pour but de fournir un procédé de fabrication d'un tel câble 5 ayant une longue durée d'utilisation. Les cordons extensibles et rétractables à enroulement hélicoïdal sont bien connus, ainsi que le prouvent les fils à enroule-. ment hélicoïdal de la plupart des appareils téléphoniques, comme décrit aux brevets des Etats-Unis N° 2 039 475 du 5 Mai 1936 et N° 10 3 318 994 du 9 Mai 1967. Toutefois, l'utilisation de ce type de cordon extensible et rétractable pour les câbles optiques n'a, jusqu'à présent, été ni réalisée, ni envisagée, en raison des difficultés à résoudre, et du fait que de tels câbles étaient considérés comme irréalisables, leur réalisation n'ayant peut être ja-15 mais été sérieusement envisagée. Suivant l'invention, un câble à fibres optiques extensible et rétractable comprend une gaine en matière élastique à laquelle a été conférée une forme hélicoïdale, et un certain nombre de fibres optiques souples disposées à l'intérieur de ladite gaine en 20 matière élastique, lesdites fibres optiques souples étant suffisamment flexibles pour permettre à l'ensemble de supportèr l'extension puis la rétraction sous l'action des forces engendrées dans ladite gaine et qui la ramènent à sa forme hélicoïdale sans nuire aux caractéristiques optiques des fibres. 25 Suivant l'invention, le procédé dé fabrication d'un tel câ ble, à -fibres optiques enroulées hélicoïdalement est caractérisé en ce que l'on dispose un certain nombre de fibres optiques souples à l'intérieur d'une gaine en une matière élastique, on confère à l'ensemble ainsi formé une forme hélicoïdale et l'on fixe la ma-30 tière élastique dans ladite forme. D'autres caractéristiques de .1'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple et dans lequel : la Fig. 1 est une vue en perspective d'un dispositif d'éclai-35 rage à fibres optiques pour dentiste, utilisant un câble à fibres optiques suivant l'invention ; la Fig. 2 est une vue en coupe du câble à fibres optiques suivant l'invention ; la Fig. 3 est une vue en coupe du câble à fibres optiques de 40 la Fig. 2, suivant la ligne 3-3 de la Fig. 2. 71 16216 3. 2088378 En se référant au dessin dans les Fig. desquels les différentes parties portent les mêmes références, la Fig. 1 montre un dispositif d'éclairage (10) à fibres optiques, pour dentiste, comprenant une source lumineuse appropriée (12) un câble à fibres opti-5 ques (14) à enroulement hélicoïdal extensible et rétractable suivant l'invention, et un élément (16) de projection de la lumière qui reçoit une extrémité du câble (14). L'élément (16) est fixé à une sonde (18) au moyen de pinces (21). La sonde peut, éventuellement, comporter une rainure pour recevoir l'élément (16). "L0 La lumière, provenant de la source lumineuse (12) représen tée comme étant un bloc modulaire en forme de boîte, qui peut contenir une ampoule électrique ou autre source lumineuse (non représentée) , est amenée par le câble (14) de fibres optiques jusqu'à l'extrémité (20) de l'élément.(16) pour fournir de la lumière au 15 voisinage du crochet ou pointe (22) de la sonde (18).Le câble hélicoïdal 14 se termine par une partie rectiligne disposée à l'intérieur de l'élément (16) qui comprend généralement un tube métallique de faible section. Le câble (14) à fibres optiques est représenté à la Fig. 1 2o dans sa position presque complètement rétractée, les spires du câble étant relativement serrées. Le câble (14) est normalement dans cette position quand l'instrument est placé sur la source lumineuse (12) ou à proximité immédiate de celle-ci. Dans ce but, un support approprié, non représenté, pour l'instrument ou pour l'élé-25 merrt (16) , peut être monté sur la source lumineuse (12) . Quand on éloigne l'instrument de la source lumineuse (12), l'enroulement hélicoïdal s'étend et les spires s'ouvrent, comme cela se produit lorsqu'on écarte un combiné téléphonique de son socle. Lorsque la sonde (18) est ramenée vers la source lumineuse (12), les spires 3q se referment en récupérant ce qui serait le mou s'il s'agissait d'un cordon non extensible. En règle générale, les câbles à fibres optiques enroulés, réalisés suivant l'invention, présentent un rapport de 2 à 1, si bien que, par exemple, un câble qui mesure environ 1,20 mètre lorsqu'il est complètement étendu mesure environ 35 0,60 mètre lorsqu'il est complètement rétracté. Ainsi qu'on le voit aux Fig. 2 et 3, le câble (14) comprend un certain nombre de fibres optiques (24) consistant dans ce mode particulier de réalisation, en éléments optiques de fibres de verre. Le terme "fibre optique", tel qu'il est utilisé ici, doit être 40 entendu comme désignant tous les éléments conducteurs de la lumière 71 16216 4. 2088378 relativement longs et de petite section, quelle que soit la forme de cette section. Les fibres optiques (24) sont maintenues ensemble à chaque extrémité par des pinces, ou colliers annulaires en acier inoxyda-5 ble 26 et 28. Ces pinces sont fixées, par exemple au moyen d'un adhésif approprié, (non représenté), tel que de la résine époxy, à la surface interne d'une gaine (30) en matière élastique. Cette matière élastique est du type à "mémoire plastique", en ce sens qu'elle a tendance à revenir S la forme dans laquelle elle a été 10 fixée. Le caoutchouc, le chlorure de~pôlyvinyle, le polyéthylène, etc.. ont une mémoire plastique. Les*fibres optiques (24), se déplacent librement, à l'exception dé la limitation qui leur est imposée par les colliers (26) et (28), les unes par rapport aux autres et par rapport à la gaine élastique (30), àinsi'que l'indique 15 l'espace 32 entre les fibres optiques 24 et la paroi intérieure de la gaine 30. Le procédé suivant l'invention consiste à former initialement un faisceau d'éléments optiques 24 en fibres souples. Le terme "souple" signifie ici que lesdits éléments peuvent être enroulés 20 hélicoïdalement puis, ultérieurement, étendus et ramenés de nombreuses fois, à leur forme initiale sans se briser ou que leurs caractéristiques optiques soient altérées. Il a été établi, suivant l'invention, que les éléments optiques en fibres dè verre devaient être étirés jusqu'à un diamètre maximum de 0,025 mm. pour offrir la 25 souplesse nécessaire. Il a, par ailleurs, été établi qu'il était préférable que les éléments optiques en fibres de verre soient étirés jusqu'à un diamètre de 0,018 mm. ou moins encore. Dans le mode de réalisation décrit, les éléments optiques en fibres souples sont maintenus ensemble à leurs extrémités par des pinces ou des col-30 liers en acier inoxydables (26 et 28). Le faisceau d'éléments optiques èn fibres souples peut être réalisé en groupant des éléments optiques (24) en fibres de verre, de manière à en former un faisceau complet. Ceci peut être réalisé par une saturation préalable des éléments (24) dans l'alcool de 35 manière à briser leur tension superficielle, et à maintenir ensemble les éléments (24). Les colliers ou les pinces (26 et 28) sont alors enfilés sur les extrémités du faisceau. Ensuite, une résine époxy est appliquée sur les portions des éléments (24) comprises entre les colliers (26 et 28) qui consti-40 tuent les extrémités" du câble optique (14). Les extrémités des élé H 71 16216 5- 2088378 ments (24) sont alors sectionnées et polies de manière à obtenir les caractéristiques optiques et lumineuses nécessaires. Les éléments optiques en fibres et les colliers (26 et 28) sont introduits dans une gaine élastique (30) . Un adhésif (non re-5 présenté) est injecté entre les colliers (26 et 28) et la paroi intérieure de la gaine (30) pour fixer lesdits colliers 26 et 28 à la gaine 30. Le câble à fibres optiques Tl4) est alors complètement terminé et dans l'état où il est représenté à la Fig. 2. Un lubrifiant, ou autre produit analogue approprié, est uti-lise lors de la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, pour empêcher que les fibres optiques (24) n'adhèrent à la gaine (30) ou ne s'y trouvent enrobées, lors du traitement thermique qui va être décrit. Par exemple, une huile aux silicones (non représentée) peut être injectée à travers la paroi de la gaine (30) après que le ■L5 câble ait été formé. Il convient alors de laisser reposer le câble (14) suffisamment longtemps pour que l'huile aux silicones revête, par capillarité, la totalité des fibres (24). Le câble (14) est alors enroulé autour d'un mandrin (non représenté) en spires serrées. La matière de la gaine est alors fi-20 xëe dans cette position. Le terme "fixer" utilisé ici doit être entendu comme comprenant tous les moyens d'assurer à une matière élastique, à la fois une forme donnée et une tendance à revenir à cette forme après ëtirement. Le terme peut, par exemple, englober le durcissement, la vulcanisation, la polymérisation, l'irradiation, 25 etc.. Après la fixation de la forme de la matière de la gaine, le câble optique est déroulé et retiré du mandrin. Il est alors prêt à être utilisé. Lorsqu'on désire obtenir un enroulement particulièrement serré, le câble terminé, réalisé suivant.le procédé de l'invention, 30 Peu*r être placé sur un mandrin plus petit et faire l'objet d'un en-roulage plus serré. La matière est alors fixée une seconde fois pour réaliser cet enroulement plus serré. Le procédé décrit ci-dessus peut être utilisé sans qu'il soit fait usage de liquide à base de silicones, ou de produits similai-, 35 res, pour empêcher toute adhérence des fibres les unes aux autres ou à la gaine. Toutefois, dans ce cas, la température doit faire l'objet d'un contrôle très rigoureux. En particulier, la limite supérieure de la température doit être étroitement surveillée pour que soit atteint, de façon précise, le point de ramollisement de la matière de la gaine, de façon â provoquer une nouvelle orientation 10 15 71 16216 "• 2088378 de sa structure moléculaire et la fixation, san's que cette opération provoque le collage des fibres les unes aux autres ou l'enrobage dans la gaine. Si un tel collage ou enrobage se produit, les fibres optiques peuvent se trouver, lors de la fixation de la forme de la gaine, ou liées les unes aux autres, ou liées à la gaine, ou liées les unes aux autres et à la gaine, et se briser lors de l'extension de l'ensemble. EXEMPLE 1 On a préparé une gaine en caoutchouc de 1,80 mètre de long, ayant un diamètre extérieur de 4 mm et un diamètre intérieur de 2,5 mm. Un faisceau d'environ 3600 fibres optiques de verre, maintenues par des colliers d'acier inoxydable ayant environ 25 mm de longueur, a été introduit dans la gaine. Les colliers d'acier inoxydable avaient un diamètre extérieur d'environ 2,3 mm et un diamètre intérieur d'environ 1,8 mm. De l'huile aux silicones a été injectée dans la gaine pour empêcher le collage des fibres entre elles ou à la gaine, Les colliers d'acier inoxydable ont été collés à la gaine au moyen d'une résine époxy. Le câble a alors été enroulé sur un mandrin ayant un diamètre extérieur d'environ 10 mm. L'enroulement a été maintenu en place par un ruban d'amiante, tandis que les extrémités de la gaine, aux endroits où étaient disposés les colliers, étaient recouvertes de feuilles d'aluminium pour que la chaleur n'affecte pas leur capacité de serrage, comme cela pourrait résulter de la détérioration de la résine époxy de liaison . - , Le câble a été placé dans un four qui a été porté à une température d'environ 200 degrés C et maintenu à cette température pendant environ 20 minutes. On a laissé refroidir le câble, ce qui a demandé de 15 à 20 min. A cet égard, il y a lieu de préciser que le refroidissement doit être effectué suivant un processus qui permette de maintenir la fixation de la forme et ne nuise pas aux qualités optiques des fibres. Il convient de noter, que, dans le cas d'un refroidissement trop rapide, les fibres optiques peuvent se briser. Si le refroidissement est trop lent, c'est la fixation per- .j 5 manente désirée de la forme qui n'est pas obtenue. Après refroidissement, le câble mesurait environ 90 cm de long et les spires présentaient un léger retrait, de telle sorte qu'on a obtenu un diamètre intérieur définitif d'environ 12 mm. 40 Ainsi qu'on l'a indiqué antérieurement, si l'on désire obtenir un 20 25 3 0 CDPY 71 16216 2088378 diamètre d'enroulement plus petit, l'ensemble peut faire l'objet d'un enroulage plus serré autour d'un mandrin plus petit, la matière constituant la gaine étant de nouveau fixée en forme pour obtenir cet enroulement plus serré. 5 EXEMPLE 2 On a disposé dans une gaine en chlorure de polyvinyle un câble à fibres optiques analogue à celui utilisé dans l'exemple 1 mais n'ayant que 1,20 mètre de longueur. On a à nouveau utilisé une huile aux silicones. En fait, il apparaît essentiel d'utiliser une huile aux silicones ou un produit analogue, lorsqu'on utilise pour former la gaine une matière plastique synthétique. L'enroulement a été placé dans un four qui a été porté à une température de 200 °C. et maintenu à cette température pendant une dizaine de minutes. .r On a, alors, laissé refroidir le câble enroulé selon un processus -LO qui permette de préserver la fixation de la forme et ne provoque pas de détérioration des fibres optiques. On a également constaté un léger retrait et,, alors que le mandrin avait un diamètre extérieur d'environ 10 mm le diamètre intérieur définitif des spires 2q était d'environ 12 mm. La longueur totale du câble enroulé était d'environ 60 centimètres, soit la moitié de la longueur en extension complète. t COPY 71 16216 8. 2088378 REVENDICATIONS 1 - Câble à fibres optiques comprenant un certain nombre de fibres optiques disposées à l'intérieur d'une gaine en matière élastique, caractérisé en ce que ladite gaine (30) en matière élastique a une forme hélicoïdale, et lesdites fibres optiques (24) sont suffisamment souples pour permettre au câble de supporter une extension puis une rétraction sous l'action des forces engendrées dans ladite gaine et qui tendent à la ramener à sa forme hélicoïdal initiale sans nuire aux caractéristiques optiques des fibres. 2 - Câble à fibres optiques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fibres optiques (24) sont en verre, chacune d'elles ayant un diamètre égal ou inférieur à 0,025 mm. 3 - Câble à fibres optiques suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chacune desdites fibres optiques a un diamètre égal ou inférieur à 0,020 mm. 4 - Câble à fibres optiques suivant l'une quelconque des revendication 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux organes de serrage (26 et 28) maintenant ensemble les fibres optiques (24), chacun desdits organes étant situé à une extrémité desdites fibres souples (24) et fixé à la paroi intérieure de ladite gaine en matière élastique, les parties desdites fibres comprises entre les organes de serrage pouvant se déplacer librement à l'intérieur de ladite gaine (30). 5 - Câble à fibres optiques suivant la revendication 4, caractérisé en ce que chaque organe de serrage est constitué par un collier annulaire (26, 28). 6 - Procédé de fabrication d'un câble à fibres optiques, enroulées hélicoïdalement, extensible et rétractable, tel que défini suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on dispose un certain nombre de fibres optiques souples à l'intérieur d'une gaine en matière élastique, on confère à la gaine et aux fibres optiques qu'elle contient une forme hélicoïdale, et on fixe la matière élastique de la gaine dans cette forme hélicoïdale. 7 - Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'opération consistant à conférer et. à fixer la forme hélicoïdale de la matière élastique comprend une phase de chauffage de la gaine et des fibres optiques qufelle contient, à une température suffisante pour assurer la fixation de ladite forme, et une phase 71 16216 9. 2088378 de refroidissement de la gaine et des fibres en un temps calculé pour que la fixation de la forme de la matière élastique soit obtenue sans que soient amoindries les caractéristiques désirées des fibres optiques. c 8 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 6 et b 7, caractérisé en ce qué l'on dispose lesdites fibres optiques à l'intérieur de la gaine élastique après les avoir étirées jusqu'à un diamètre égal ou inférieur à 0,025 mm et les avoir formées en un faisceau. 10 9 - Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que pour former ledit faisceau de fibres optiques, on serre les extrémités du faisceau au moyen de colliers appropriés et, pour mettre -en place lesdites fibres à l'intérieur de la gaine en matière élastique on dispose le faisceau de fibres optiques en verre avec ses 15 colliers de serrage à l'intérieur de ladite gaine, et l'on fixe lesdits colliers à la paroi intérieure de la gaine, les parties des fibres comprises entre les colliers pouvant se déplacer librement à l'intérieur de la gaine. 10 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 8 et 20 9, caractérisé en ce qu'on étire les fibres optiques en verre jusqu'à un diamètre égal ou inférieur à 0,020 mm. 11 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 6, 7, 8, 9 et 10, caractérisé en ce qu'on traite lesdites fibres optiques avant l'opération de fixation de la forme, pour éviter le col- 25 lage des fibres les unes aux autres ou à la gaine au cours de ladite opération de fixation de la forme. 12 - Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que ledit traitement consiste à revêtir les fibres optiques d'une huile aux silicones. 30 13 - Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la matière élastique de la gaine est du chlorure de polyvinyle et, pour fixer la forme conférée à la matière élastique cri la chauffe jusqu'à une température d'environ 200°C et on la maintient à cette température pendant dix minutes environ.. 35 14 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 6, 7, 8, 9, 10, 11 et 12, caractérise en ce que ladite matière élasti-que est du caoutchouc et, pour fixer .la forme conférée à ladite matière, on la chauffe jusqu'à une température d'environ 200°C et on la maintient: à cette température pendant 20 minutes environ. 40 15 - procédé suivant l'une quelconque des revendications 6, 71 16216 10" 2088378 7, 8, 9, 10, 11, 12» 13 et 14, caractérisé en ce qu'on enroule hélicoïdalement la gaine et les fibres optiques qu'elle contient, de façon plus serrée après la première opération de fixation de la former par une seconde opération de fixation de la forme effectuée tandis que le câble est maintenu enroulé dans ladite forme hélicoïdale plus serrée, grâce à quoi on obtient un enroulement plus serré.