JP2019184596A - 歪み検出用光ファイバケーブル - Google Patents
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Abstract
【課題】取り扱い性に優れ、かつ、伝送損失が低い歪み検出用光ファイバケーブルを提供する【解決手段】測定対象物に設置され測定対象物の歪み検出に用いられる光ファイバケーブル１０を、１又は２以上の光ファイバ素線１と、光ファイバ素線１の周囲に設けられた樹脂被覆層５とを有する構造とし、樹脂被覆層５を、少なくとも最外層に設けられ、複数の凹部４ａ及び／又は凸部が形成された定着層４と、定着層４と光ファイバ素線１との間に１又は２層以上設けられ光ファイバ素線の強度を確保するための強化層２と、定着層４と光ファイバ素線１との間に１又は２層以上設けられ強化層２よりも曲げ弾性率が低い樹脂材料で形成された保護緩衝層３とで構成する。【選択図】図１
Description
本発明は、測定対象物に設置されてその歪み検出に用いられる光ファイバケーブルに関する。
土木・建築分野において構造物や地盤などに生じる歪みを検出する方法の１つとして、測定対象物内に光ファイバケーブルを埋設し、光ファイバ内を伝搬する光の変調を確認する光ファイバセンシングシステムがある。この用途に用いられる光ファイバケーブルは、施工時の折れなどを防いで取り扱い性を確保するため、一般に、光ファイバ素線を繊維強化樹脂などで被覆することで強度向上が図られている。
従来、コンクリート構造物などの測定対象物との間の密着性を向上させるため、外表面に凹凸構造を形成した歪みセンシング用光ケーブルが提案されている（特許文献１，２参照）。また、検出精度を向上させるため、外被外面に、長手方向に沿って所定間隔毎に、外被と異なる合成樹脂又は接着剤からなる複数の突起部を設けた光ケーブルも提案されている（特許文献３参照）。
一方、環境湿度の影響による測定精度の低下を防止するため、繊維強化樹脂などからなる強化被覆層を設けず、光ファイバを保護する被覆部の引張弾性係数が光ファイバの引張弾性係数よりも小さくなるようにした光ファイバケーブルも提案されている（特許文献４）。
しかしながら、前述した従来技術には、以下に示す問題点がある。歪み検出用光ファイバケーブルを測定対象物に埋設する際は、コンクリートを打設した後、コンクリートを充填、緻密化させるためにバイブレータなどで振動を与えるが、特許文献１，２に記載の光ファイバケーブルでは、その振動が強化被覆層から光ファイバ素線に伝搬し、光ファイバに断線が生じる。また、特許文献１に記載の製造方法のように、ローラーを用いて表面に凹凸を形成すると、押出被覆層よりも内側に設けられている繊維強化樹脂層（強化被覆層）に応力がかかり、その応力がそのまま光ファイバ素線に伝搬して伝送損失が増大する。
一方、特許文献４に記載の光ファイバケーブルは、光ファイバ素線への振動や応力の伝搬を少なくすることはできるが、強化被覆層を設けていないため、ケーブル自体の強度が低下し、施工時に光ファイバ素線に折れや断線が発生しやすく、取り扱い性の点で問題がある。また、特許文献３に記載の光ファイバケーブルのように、熱硬化樹脂を滴下する方法でケーブル外被表面に凸部を形成すると、凹凸形成時の応力印加による伝送損失の増大は防止できるが、ケーブル外被表面と凸部との間に界面が存在するため、敷設時に凸部が脱落しやすく、測定対象物に対してケーブルの定着性が悪いという問題がある。
そこで、本発明は、取り扱い性に優れ、かつ、伝送損失が低い歪み検出用光ファイバケーブルを提供することを目的とする。
本発明に係る歪み検出用光ファイバケーブルは、測定対象物に設置され、前記測定対象物の歪み検出に用いられる光ファイバケーブルであり、１又は２以上の光ファイバ素線と、前記光ファイバ素線の周囲に設けられた樹脂被覆層とを有し、前記樹脂被覆層は、少なくとも、最外層に設けられ、複数の凹部及び／又は凸部が形成された定着層と、前記定着層と前記光ファイバ素線との間に１又は２層以上設けられ、前記光ファイバ素線の強度を確保するための強化層と、前記定着層と前記光ファイバ素線との間に１又は２層以上設けられ、前記強化層よりも曲げ弾性率が低い樹脂材料で形成された保護緩衝層と、を備える。
前記強化層は、例えば曲げ弾性率が１０〜７００ＧＰａである繊維強化プラスチックで形成することができる。
また、本発明の歪み検出用光ファイバケーブルは、前記光ファイバ素線の外面に離型剤を付着させ、横断面において、前記強化層を構成する繊維強化プラスチック中の強化繊維の直径をｄμｍとしたとき、前記光ファイバ素線の周囲に設けられた樹脂被覆層の最内層の内面に接する内接円の直径Ｄｉμｍと、前記光ファイバ素線の外面に接する外接円の直径Ｄｏμｍとの差を下記数式１で示される範囲としてもよい。
その場合、前記光ファイバ素線の外面において前記樹脂被覆層の最内層に直接接触していない部分の周長Ｓは、下記数式２を満たす範囲とすればよい。
一方、前記保護緩衝層は、例えば曲げ弾性率が０．３〜５ＧＰａの樹脂で形成することができる。
前記強化層は、例えば曲げ弾性率が１０〜７００ＧＰａである繊維強化プラスチックで形成することができる。
また、本発明の歪み検出用光ファイバケーブルは、前記光ファイバ素線の外面に離型剤を付着させ、横断面において、前記強化層を構成する繊維強化プラスチック中の強化繊維の直径をｄμｍとしたとき、前記光ファイバ素線の周囲に設けられた樹脂被覆層の最内層の内面に接する内接円の直径Ｄｉμｍと、前記光ファイバ素線の外面に接する外接円の直径Ｄｏμｍとの差を下記数式１で示される範囲としてもよい。
その場合、前記光ファイバ素線の外面において前記樹脂被覆層の最内層に直接接触していない部分の周長Ｓは、下記数式２を満たす範囲とすればよい。
一方、前記保護緩衝層は、例えば曲げ弾性率が０．３〜５ＧＰａの樹脂で形成することができる。
なお、本発明の光ファイバケーブルが異形断面形状である場合は、上記数式１，２における各数値は、光ファイバケーブルの断面の空隙部分に接する最大の径を有する内接円又は光ファイバ素線と中心点を同じくする最大径の内接円を擬似円として計算すればよく、以下の説明においても同様である。
本発明によれば、取り扱い時や施工作業中に光ファイバ素線に折れや断線が発生しにくく、かつ、伝送損失が低い歪み検出用光ファイバケーブルが得られる。
以下、本発明を実施するための形態について、添付の図面を参照して、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバケーブルについて説明する。図１Ａ，Ｂは本実施形態の光ファイバケーブルの構造を示す断面図であり、図１Ａは縦断面図、図１Ｂは図１Ａに示すｘ−ｘ線による横断面図である。本実施形態の光ファイバケーブル１０は、測定対象物の歪み検出に用いられるものであり、図１Ａ，Ｂに示すように、光ファイバ素線１の周囲に、強化層２と保護緩衝層３と定着層４を備える樹脂被覆層５が設けられている。
先ず、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバケーブルについて説明する。図１Ａ，Ｂは本実施形態の光ファイバケーブルの構造を示す断面図であり、図１Ａは縦断面図、図１Ｂは図１Ａに示すｘ−ｘ線による横断面図である。本実施形態の光ファイバケーブル１０は、測定対象物の歪み検出に用いられるものであり、図１Ａ，Ｂに示すように、光ファイバ素線１の周囲に、強化層２と保護緩衝層３と定着層４を備える樹脂被覆層５が設けられている。
［光ファイバ素線１］
光ファイバ素線１は、石英ガラスなどの光透過率が高い材料からなる光ファイバの周囲に、１又は２層の樹脂保護層を形成したものである。保護層を形成する樹脂としては、一般に、紫外線硬化型ウレタンアクリレートなどの紫外線硬化型樹脂が用いられる。光ファイバ素線１の太さは特に限定されるものではないが、光ファイバの外径が０．１２５ｍｍの場合、光ファイバ素線１の外径は例えば０．２５ｍｍである。
光ファイバ素線１は、石英ガラスなどの光透過率が高い材料からなる光ファイバの周囲に、１又は２層の樹脂保護層を形成したものである。保護層を形成する樹脂としては、一般に、紫外線硬化型ウレタンアクリレートなどの紫外線硬化型樹脂が用いられる。光ファイバ素線１の太さは特に限定されるものではないが、光ファイバの外径が０．１２５ｍｍの場合、光ファイバ素線１の外径は例えば０．２５ｍｍである。
［強化層２］
強化層２は、光ファイバ素線１の強度を確保するためのものであり、定着層４と光ファイバ素線１との間に１層又は２層以上設けられる。強化層２は、光ファイバケーブル１０を敷設時や取り扱い時に光ファイバ素線１が容易に折れないよう保護するための強度と、測定対象物に設置する際にケーブルの直線性を維持する硬さを有するものであればよく、例えばガラスなどの強化繊維と樹脂との複合材料である繊維強化樹脂（繊維強化プラスチック）で形成することができる。
強化層２は、光ファイバ素線１の強度を確保するためのものであり、定着層４と光ファイバ素線１との間に１層又は２層以上設けられる。強化層２は、光ファイバケーブル１０を敷設時や取り扱い時に光ファイバ素線１が容易に折れないよう保護するための強度と、測定対象物に設置する際にケーブルの直線性を維持する硬さを有するものであればよく、例えばガラスなどの強化繊維と樹脂との複合材料である繊維強化樹脂（繊維強化プラスチック）で形成することができる。
強化層２の曲げ弾性率が低すぎると補強効果が不十分になることがあり、また、高すぎると外部環境の歪検出感度が低下することがあるため、強化層２は、曲げ弾性率が１０〜７００ＧＰａの繊維強化樹脂で形成されていることが好ましい。これにより、歪検出感度を低下させずに、光ファイバ素線１を補強することができる。
［保護緩衝層３］
保護緩衝層３は、製造時に付加される応力を緩和すると共に、設置時の振動などから光ファイバ素線１を保護するためのものであり、強化層２よりも曲げ弾性率が低い樹脂材料で形成されている。この保護緩衝層３は、定着層４と光ファイバ素線１との間に１層又は２層以上設けられる。これにより、光ファイバケーブル製造時に負荷される物理的応力が緩和されるため、伝送損失の増大を防止することができる。また、保護緩衝層３を設けることで、振動が直接に光ファイバに伝わって折れや破損が発生することも防止できる。
保護緩衝層３は、製造時に付加される応力を緩和すると共に、設置時の振動などから光ファイバ素線１を保護するためのものであり、強化層２よりも曲げ弾性率が低い樹脂材料で形成されている。この保護緩衝層３は、定着層４と光ファイバ素線１との間に１層又は２層以上設けられる。これにより、光ファイバケーブル製造時に負荷される物理的応力が緩和されるため、伝送損失の増大を防止することができる。また、保護緩衝層３を設けることで、振動が直接に光ファイバに伝わって折れや破損が発生することも防止できる。
保護緩衝層３は、応力緩和の観点から、曲げ弾性率が０．３〜５ＧＰａの樹脂で形成されていることが好ましい。これにより、外力緩和効果が高まり、確実にファイバ素線１を保護することができる。例えば、強化層２がガラスロービングもビニルエステル樹脂を含浸させ硬化させた繊維強化樹脂で形成されている場合、保護緩衝層３はポリプロピレンなどで形成することができる。
更に、保護緩衝層３は、強化層２と積層された状態での曲げ弾性率が３〜６５ＧＰａとなるように、樹脂材料や厚さを選択することが好ましい。これにより、取り扱い性を良好とし、設置時のケーブルの折れを防止すると共に、光ファイバ素線１の断線や伝送損失の増大を防止することができる。
［定着層４］
定着層４は、最外層に設けられ、構造物や地盤などの測定対象物に埋設された後、ケーブルとコンクリートや土壌などとの密着性を確保するためのものであり、複数の凹部４ａ及び／又は凸部が形成されている。なお、図１には定着層４に所定間隔をあけて凹部４ａが形成された例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、定着層４には凸部を設けてもよく、凹凸形状を形成してもよい。また、凹部や凸部は、規則的に形成されていても、不規則（ランダム）に形成されていても、どちらでもよい。
定着層４は、最外層に設けられ、構造物や地盤などの測定対象物に埋設された後、ケーブルとコンクリートや土壌などとの密着性を確保するためのものであり、複数の凹部４ａ及び／又は凸部が形成されている。なお、図１には定着層４に所定間隔をあけて凹部４ａが形成された例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、定着層４には凸部を設けてもよく、凹凸形状を形成してもよい。また、凹部や凸部は、規則的に形成されていても、不規則（ランダム）に形成されていても、どちらでもよい。
定着層４を設けることにより、コンクリートや土壌などからケーブルのみが脱落することを防止できると共に、埋設後に測定対象物に加わる歪や応力にケーブルが追従しやすくなり、良好な検出性能が得られる。定着層４は、例えばポリエチレンなどの樹脂材料で形成することができる。
［使用方法］
本実施形態の光ファイバケーブル１０は、測定対象物に埋設、貼付又は巻き付けられ、光ケーブル素線１により測定対象物の歪みを検出する。ここで「歪み」とは、物理量や音・光・圧力・温度などの変化点をいう。また、測定対象物としては、建築物、橋梁、トンネルなどのコンクリート構造物、河川の堤防、山岳の斜面等の土壌コンクリート構造物や地盤などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本実施形態の光ファイバケーブル１０は、測定対象物に埋設、貼付又は巻き付けられ、光ケーブル素線１により測定対象物の歪みを検出する。ここで「歪み」とは、物理量や音・光・圧力・温度などの変化点をいう。また、測定対象物としては、建築物、橋梁、トンネルなどのコンクリート構造物、河川の堤防、山岳の斜面等の土壌コンクリート構造物や地盤などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本実施形態の光ファイバケーブルは、光ファイバ素線の周囲に強化層及び定着層に加えて、保護緩衝層を設けているため、取り扱い時や敷設時に光ファイバ素線を保護しつつ、製造時にかかる応力による伝送損失の増大を防止することができる。これにより、本実施形態の光ファイバケーブルは、取り扱い性に優れ、かつ、低伝送損失である。
なお、本実施形態の光ファイバケーブルは、埋設用途に有効であるが、埋設せずに、例えば測定対象物に貼付又は巻き付けて使用することも可能である。その場合、光ファイバケーブルに定着層を設けず、測定対象物に接着剤などで固定化して使用してもよい。
（第１の実施形態の第１変形例）
次に、本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る光ファイバケーブルについて説明する。図２は本変形例の光ファイバケーブルの横断面図である。なお、図２においては、図１Ｂに示す第１の実施形態の光ファイバケーブル１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１Ｂに示す光ファイバケーブル１０では、光ファイバ素線１に接する層を強化層２としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図２に示す光ファイバケーブル２０のように、光ファイバ素線１に接する層を保護緩衝層３とし、その外側に強化層２を設けてもよい。
次に、本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る光ファイバケーブルについて説明する。図２は本変形例の光ファイバケーブルの横断面図である。なお、図２においては、図１Ｂに示す第１の実施形態の光ファイバケーブル１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１Ｂに示す光ファイバケーブル１０では、光ファイバ素線１に接する層を強化層２としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図２に示す光ファイバケーブル２０のように、光ファイバ素線１に接する層を保護緩衝層３とし、その外側に強化層２を設けてもよい。
本変形例の光ファイバケーブル２０のように、強化層２よりも内側に保護緩衝層３を設けても、取り扱い時や敷設時に光ファイバ素線を保護しつつ、製造時にかかる応力による伝送損失の増大を防止することができる。なお、本変形例における上記以外の構成及び効果は、前述した第１の実施形態と同様である。
（第１の実施形態の第２変形例）
次に、本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る光ファイバケーブルについて説明する。図３は本変形例の光ファイバケーブルの横断面図である。なお、図３においては、図１Ｂに示す第１の実施形態の光ファイバケーブル１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
次に、本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る光ファイバケーブルについて説明する。図３は本変形例の光ファイバケーブルの横断面図である。なお、図３においては、図１Ｂに示す第１の実施形態の光ファイバケーブル１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図１Ａ，Ｂ及び図２には光ファイバ素線が１本の光ファイバケーブルを示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、２本以上の光ファイバ素線を備えていてもよい。その場合、例えば図３に示す光ファイバケーブル３０のように、各光ファイバ素線１の周囲に保護緩衝層３及び強化層２をこの順に設けたものを複数本束ね、全体を保護緩衝層３３で被覆し、その上に定着層４を形成した構成とすることもできる。
本変形例の光ファイバケーブルのように、光ファイバ素線が２本以上の場合でも、その周囲に強化層、保護緩衝層及び定着層を設けているため、取り扱い性を確保しつつ、伝送損失の増大を防止できる。なお、本変形例における上記以外の構成及び効果は、前述した第１の実施形態及びその第１変形例と同様である。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る光ファイバケーブルについて説明する。図４Ａ，Ｂは本実施形態の光ファイバケーブルの構造を示す断面図であり、図４Ａは縦断面図、図４Ｂは図４Ａに示すｙ−ｙ線による横断面図である。また、図５は強化層２の拡大断面図である。なお、図４Ａ，Ｂにおいては、図１Ａ，Ｂに示す第１の実施形態の光ファイバケーブル１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
次に、本発明の第２の実施形態に係る光ファイバケーブルについて説明する。図４Ａ，Ｂは本実施形態の光ファイバケーブルの構造を示す断面図であり、図４Ａは縦断面図、図４Ｂは図４Ａに示すｙ−ｙ線による横断面図である。また、図５は強化層２の拡大断面図である。なお、図４Ａ，Ｂにおいては、図１Ａ，Ｂに示す第１の実施形態の光ファイバケーブル１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図４Ａ，Ｂに示すように、本実施形態の光ファイバケーブル４０では、ファイバ素線１の外面の一部又は全部に離型剤６が付着している。即ち、光ファイバケーブル４０は、ファイバ素線１と樹脂被覆層５との間に離型剤６が存在する部分があり、その部分はファイバ素線１と樹脂被覆層５とが接着していない非接着箇所となっている。
本実施形態の光ファイバケーブル４０のように、ファイバ素線１の外面の一部又は全部に離型剤６を付着させると、樹脂被覆層５形成時に線熱膨張係数の差によりファイバ素線１が受けるストレスや、強化層２の表面の凹凸によるマイクロベントが抑制され、伝送損失を低減することができる。
［離型剤６］
離型剤６は、ファイバ素線１の外面及び樹脂被覆層５の最内層（強化層２又は保護緩衝層３）の内面のどちらにも接着しないものであればよく、シリコーンオイルの他、公知の種々のワックスや粉末を用いることができる。
離型剤６は、ファイバ素線１の外面及び樹脂被覆層５の最内層（強化層２又は保護緩衝層３）の内面のどちらにも接着しないものであればよく、シリコーンオイルの他、公知の種々のワックスや粉末を用いることができる。
離型剤６に用いるワックスとしては、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどのポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの分枝鎖状炭化水素ワックス、パラフィンワックス、サゾールワックスなどの長鎖炭化水素系ワックス、ジステアリルケトンなどのジアルキルケトン系ワックス、カルナバワックス、モンタンワックス、ベヘン酸ベヘネート、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、１，１８−オクタデカンジオールジステアレート、トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエートなどのエステル系ワックス、エチレンジアミンベヘニルアミド、トリメリット酸トリステアリルアミドなどのアミド系ワックスなどが挙げられる。
また、粉末としては、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）及び窒化ホウ素（ＢＮ）などが挙げられる。離型剤６に窒化ホウ素を用いると、光ファイバケーブル４０の熱伝導性を向上させることができるため、歪み検出と同時に熱測定を行う場合に、熱測定の応答性を高めることができる。
離型剤６の付着量は、特に限定されるものではないが、光ファイバケーブル４０の横断面において、樹脂被覆層５の最内層の内面に接する内接円の直径Ｄｉμｍと、光ファイバ素線１の外面に接する外接円の直径Ｄｏμｍとの差が下記数式３で示される範囲とすることが好ましい。ここで、下記数式３における「ｄ」は、強化層２を構成する繊維強化プラスチック中の強化繊維の直径（μｍ）である（図５参照）。
樹脂被覆層５の最内層の内面に接する内接円の直径Ｄｉμｍと光ファイバ素線１の外面に接する外接円の直径Ｄｏμｍの差（Ｄｉ−Ｄｏ）が、強化層２に含まれる強化繊維の直径ｄμｍの１／３未満の場合、離型剤６が付着している面積が大きくなり、伝送損失を低下させる効果が十分に得られない。また、Ｄｉ−Ｄｏが３０μｍを超えると、内部形状が崩れて歪みが生じ、円筒軸方向において曲げ強度のバラツキが発生する虞がある。これに対して、Ｄｉ−Ｄｏが上記数式３に示す範囲になるよう離型剤６を付着させると、伝送損失の低下を防ぎ、曲げ強度の軸方向角度依存性が抑制された光ファイバケーブルを得ることができる。
また、伝送損失低減効果を安定して得るためには、光ファイバ素線１の外面において樹脂被覆層５の最内層に直接接触していない（離型剤６が存在する）部分の周長Ｓ（μｍ）が、下記数式４を満たすことが好ましい。ここで、下記数式４におけるＤｏ（μｍ）は、光ファイバ素線１の外接円の直径であり、πは円周率である。
ファイバ素線１の外面の一部に離型剤６を付着させる方法は、特に限定されるものではないが、離型剤６が液状の場合は塗布などの方法を採ることができる。また、離型剤６が粉状の場合は、例えば、前工程又は同一工程にて、窒化ホウ素などの粉状の離型剤６が貯留された槽に光ファイバ素線１を連続的に通過させ、その後、液状の熱硬化性樹脂を通過させて樹脂被覆層５を形成する方法を採ることができる。なお、離型剤６の付着と、樹脂被覆層５の形成は、同一工程で連続して行ってもよいが、別工程で行ってもよい。
本実施形態の光ファイバケーブル４０は、ファイバ素線１の外面に離型剤６を付着させ、ファイバ素線１と樹脂被覆層５との間に非接着箇所を設けているため、樹脂被覆層５形成時のストレスや、強化層２の表面の凹凸を緩和し、伝送損失を低減することができる。この効果は、図４Ａ，Ｂに示す光ファイバ素線１に接する層が強化層２である光ファイバケーブルで特に顕著であるが、図２に示す光ファイバ素線１に接する層が保護緩衝層３である光ファイバケーブル２０でも、ファイバ素線１の外面に離型剤６を付着させることで、伝送損失低減効果を得ることができる。
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、下記の方法で実施例及び比較例の光ファイバケーブルを作製し、その性能を評価した。
＜実施例１＞
２８０ｔｅｘのガラスロービング（日東紡績株式会社製 ＲＳ２８）３本に、熱硬化性ビニルエステル樹脂（昭和電工株式会社製 ノンスチレンタイプ ＲＦ−３１３）を含浸させた後、その中心に外径２５０μｍの光ファイバ素線を配置し、絞りノズルを通過させて強化層を形成した。強化層形成後の外径は０．９ｍｍであり、強化層における強化繊維含有量は５６．７体積％であった。
２８０ｔｅｘのガラスロービング（日東紡績株式会社製 ＲＳ２８）３本に、熱硬化性ビニルエステル樹脂（昭和電工株式会社製 ノンスチレンタイプ ＲＦ−３１３）を含浸させた後、その中心に外径２５０μｍの光ファイバ素線を配置し、絞りノズルを通過させて強化層を形成した。強化層形成後の外径は０．９ｍｍであり、強化層における強化繊維含有量は５６．７体積％であった。
引き続き、強化層の周囲に、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ；日本ポリエチレン株式会社製 ノバテックＵＦ２４０，デュロメーター硬さ４９）を押し出し、直ちに水冷して保護緩衝層を形成した。保護緩衝層形成後の外径は４．２ｍｍであった。その後、加熱処理を施して熱硬化性樹脂を硬化させた。
次に、保護緩衝層の周囲に、ＬＬＤＰＥ（プライムポリマー株式会社製 ネオゼックス２５４０Ｒ，デュロメーター硬さ５７）を外径が６．０ｍｍになるよう押し出した。そして、冷却前にエンボスローラーの間を通して、表面にエンボス加工を施し、定着層を形成して、実施例１の光ファイバケーブルを得た。
＜実施例２＞
外径２５０μｍの光ファイバ素線の周囲に、外径が３５０μｍになるように紫外線硬化樹脂（大日本インキ化学株式会社製 ダイキュアコート８７１４Ａ）をコーティングし、紫外線を照射して硬化させて保護緩衝層を形成した。次に、２８０ｔｅｘのガラスロービング（日東紡績株式会社製 ＲＳ２８）１０本に、熱硬化性ビニルエステル樹脂（昭和電工株式会社製 ノンスチレンタイプ ＲＦ−３１３）を含浸させた後、その中心に保護緩衝層を形成した光ファイバ素線を配置し、絞りノズルを通過させて強化層を形成した。強化層形成後の外径は１．６ｍｍであり、強化層における強化繊維含有量は５７．９体積％であった。
外径２５０μｍの光ファイバ素線の周囲に、外径が３５０μｍになるように紫外線硬化樹脂（大日本インキ化学株式会社製 ダイキュアコート８７１４Ａ）をコーティングし、紫外線を照射して硬化させて保護緩衝層を形成した。次に、２８０ｔｅｘのガラスロービング（日東紡績株式会社製 ＲＳ２８）１０本に、熱硬化性ビニルエステル樹脂（昭和電工株式会社製 ノンスチレンタイプ ＲＦ−３１３）を含浸させた後、その中心に保護緩衝層を形成した光ファイバ素線を配置し、絞りノズルを通過させて強化層を形成した。強化層形成後の外径は１．６ｍｍであり、強化層における強化繊維含有量は５７．９体積％であった。
次に、強化層の周囲に、ＬＬＤＰＥ（プライムポリマー株式会社製 ネオゼックス２５４０Ｒ，デュロメーター硬さ５７）を外径が３．４ｍｍになるよう押し出し、直ちに水冷した後、硬化槽で加熱して熱硬化性樹脂を硬化させた。その後、ＬＬＤＰＥが溶融する温度まで加熱して表面を軟化させ、その状態でエンボスローラーの間を通すことにより表面にエンボス加工を施して定着層を形成し、実施例２の光ファイバケーブルを得た。
＜実施例３＞
外径２５０μｍの光ファイバ素線の周囲に、ＬＬＤＰＥ（日本ポリエチレン株式会社製 ノバテックＵＦ２４０，デュロメーター硬さ４９）を外径が１．０ｍｍになるよう押し出し、直ちに水冷して保護緩衝層を形成した。次に、２８０ｔｅｘのガラスロービング（日東紡績株式会社製 ＲＳ２８）１０本に、熱硬化性ビニルエステル樹脂（昭和電工株式会社製 ノンスチレンタイプ ＲＦ−３１３）を含浸させた後、その中心に保護緩衝層を形成した光ファイバ素線を配置し、絞りノズルを通過させて強化層を形成した。強化層形成後の外径は２．０ｍｍであり、強化層における強化繊維含有量は５６．５体積％であった。
外径２５０μｍの光ファイバ素線の周囲に、ＬＬＤＰＥ（日本ポリエチレン株式会社製 ノバテックＵＦ２４０，デュロメーター硬さ４９）を外径が１．０ｍｍになるよう押し出し、直ちに水冷して保護緩衝層を形成した。次に、２８０ｔｅｘのガラスロービング（日東紡績株式会社製 ＲＳ２８）１０本に、熱硬化性ビニルエステル樹脂（昭和電工株式会社製 ノンスチレンタイプ ＲＦ−３１３）を含浸させた後、その中心に保護緩衝層を形成した光ファイバ素線を配置し、絞りノズルを通過させて強化層を形成した。強化層形成後の外径は２．０ｍｍであり、強化層における強化繊維含有量は５６．５体積％であった。
次に、強化層の周囲に、ＬＬＤＰＥ（プライムポリマー株式会社製 ネオゼックス２５４０Ｒ，デュロメーター硬さ５７）を外径が３．８ｍｍになるよう押し出し、直ちに水冷した後、硬化槽で加熱して熱硬化性樹脂を硬化させた。その後、ＬＬＤＰＥが溶融する温度まで加熱して表面を軟化させ、その状態でエンボスローラーの間を通すことにより表面にエンボス加工を施して定着層を形成し、実施例３の光ファイバケーブルを得た。
＜実施例４＞
２８０ｔｅｘのガラスロービング（日東紡績株式会社製 ＲＳ２８）３本に、熱硬化性ビニルエステル樹脂（昭和電工株式会社製 ノンスチレンタイプ ＲＦ−３１３）を含浸させた後、その中心に外径２５０μｍの光ファイバ素線を配置した。そして、光ファイバ素線の表面にシリコーンオイル（信越シリコーン製ＫＦ-９６-５０ＣＳ）を染み込ませたウエスを接触させ、その後絞りノズルを通過させて強化層を形成した。強化層形成後の外径は０．９ｍｍであり、強化層における強化繊維含有量は５６．７体積％であった。
２８０ｔｅｘのガラスロービング（日東紡績株式会社製 ＲＳ２８）３本に、熱硬化性ビニルエステル樹脂（昭和電工株式会社製 ノンスチレンタイプ ＲＦ−３１３）を含浸させた後、その中心に外径２５０μｍの光ファイバ素線を配置した。そして、光ファイバ素線の表面にシリコーンオイル（信越シリコーン製ＫＦ-９６-５０ＣＳ）を染み込ませたウエスを接触させ、その後絞りノズルを通過させて強化層を形成した。強化層形成後の外径は０．９ｍｍであり、強化層における強化繊維含有量は５６．７体積％であった。
引き続き、強化層の周囲に、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ；日本ポリエチレン株式会社製 ノバテックＵＦ２４０，デュロメーター硬さ４９）を押し出し、直ちに水冷して保護緩衝層を形成した。保護緩衝層形成後の外径は４．２ｍｍであった。その後、加熱処理を施して熱硬化性樹脂を硬化させた。
次に、保護緩衝層の周囲に、ＬＬＤＰＥ（プライムポリマー株式会社製 ネオゼックス２５４０Ｒ，デュロメーター硬さ５７）を外径が６．０ｍｍになるよう押し出した。そして、冷却前にエンボスローラーの間を通して、表面にエンボス加工を施し、定着層を形成して、実施例４の光ファイバケーブルを得た。
この実施例４の光ファイバケーブルは、任意の横断面において、強化層を構成する繊維強化プラスチック中の強化繊維の直径ｄが１２．５〜１５．３μｍ、光ファイバ素線の外接円の直径Ｄｏが２４８〜２５６μｍ、樹脂被覆層の最内層である強化層の内面に接する内接円の直径Ｄｉが２５３〜２６４μｍであり、Ｄｉ−Ｄｏが５〜８μｍであった。また、実施例４の光ファイバケーブルは、任意の横断面において、樹脂被覆層の最内層が直接接触していない部分の周長Ｓが４７５μｍ（２１１°）であり、上記数式４を満たすものであった。
＜比較例１＞
２８０ｔｅｘのガラスロービング（日東紡績株式会社製 ＲＳ２８）３本に、熱硬化性ビニルエステル樹脂（昭和電工株式会社製 ノンスチレンタイプ ＲＦ−３１３）を含浸させた後、その中心に外径２５０μｍの光ファイバ素線を配置し、絞りノズルを通過させて強化層を形成した。強化層形成後の外径は０．９ｍｍであり、強化層における強化繊維含有量は５６．７体積％であった。
２８０ｔｅｘのガラスロービング（日東紡績株式会社製 ＲＳ２８）３本に、熱硬化性ビニルエステル樹脂（昭和電工株式会社製 ノンスチレンタイプ ＲＦ−３１３）を含浸させた後、その中心に外径２５０μｍの光ファイバ素線を配置し、絞りノズルを通過させて強化層を形成した。強化層形成後の外径は０．９ｍｍであり、強化層における強化繊維含有量は５６．７体積％であった。
次に、強化層の周囲に、ＬＬＤＰＥ（プライムポリマー株式会社製 ネオゼックス２５４０Ｒ，デュロメーター硬さ５７）を外径が６．０ｍｍになるよう押し出し、直ちに水冷した後、硬化槽で加熱して熱硬化性樹脂を硬化させた。その後、ＬＬＤＰＥが溶融する温度まで加熱して表面を軟化させ、その状態でエンボスローラーの間を通すことにより表面にエンボス加工を施して定着層を形成し、比較例１の光ファイバケーブルを得た。
＜比較例２＞
外径２５０μｍの光ファイバ素線の周囲に、外径が３５０μｍになるように紫外線硬化樹脂（大日本インキ化学株式会社製 ダイキュアコート８７１４Ａ）をコーティングし、紫外線を照射して硬化させて保護緩衝層を形成した。次に、保護緩衝層の周囲に、ＬＬＤＰＥ（プライムポリマー株式会社製 ネオゼックス２５４０Ｒ，デュロメーター硬さ５７）を外径が３．４ｍｍになるよう押し出し、直ちに水冷した後、硬化槽で加熱して熱硬化性樹脂を硬化させた。その後、ＬＬＤＰＥが溶融する温度まで加熱して表面を軟化させ、その状態でエンボスローラーの間を通すことにより表面にエンボス加工を施して定着層を形成し、比較例２の光ファイバケーブルを得た。
外径２５０μｍの光ファイバ素線の周囲に、外径が３５０μｍになるように紫外線硬化樹脂（大日本インキ化学株式会社製 ダイキュアコート８７１４Ａ）をコーティングし、紫外線を照射して硬化させて保護緩衝層を形成した。次に、保護緩衝層の周囲に、ＬＬＤＰＥ（プライムポリマー株式会社製 ネオゼックス２５４０Ｒ，デュロメーター硬さ５７）を外径が３．４ｍｍになるよう押し出し、直ちに水冷した後、硬化槽で加熱して熱硬化性樹脂を硬化させた。その後、ＬＬＤＰＥが溶融する温度まで加熱して表面を軟化させ、その状態でエンボスローラーの間を通すことにより表面にエンボス加工を施して定着層を形成し、比較例２の光ファイバケーブルを得た。
（評価）
前述した方法で作製した実施例及び比較例の各光ファイバケーブルについて、以下に示す方法で、伝送損失、コンクリート埋設時の折れ発生の有無及び引抜加重の評価を行った。
前述した方法で作製した実施例及び比較例の各光ファイバケーブルについて、以下に示す方法で、伝送損失、コンクリート埋設時の折れ発生の有無及び引抜加重の評価を行った。
＜伝送損失＞
安藤電気株式会社製 ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer） ＡＱ７２５０を用いて、波長１．５５μｍの伝送損失を測定した。その際、光ファイバケーブルの一端から光ファイバ素線取り出してカットし、それをダミーファイバを介してＯＴＤＲにメカニカルスプライスで接続した。
安藤電気株式会社製 ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer） ＡＱ７２５０を用いて、波長１．５５μｍの伝送損失を測定した。その際、光ファイバケーブルの一端から光ファイバ素線取り出してカットし、それをダミーファイバを介してＯＴＤＲにメカニカルスプライスで接続した。
＜コンクリート埋設試験＞
容量が５０Ｌの強制２軸型ミキサーを使用し、全量が４０Ｌになるように、セメントを３５０ｋｇ／ｍ３、細骨材を８７０ｋｇ／ｍ３、粗骨材を９０１ｋｇ／ｍ３、水を１７５ｋｇ／ｍ３、高性能ＡＥ減水剤を２．８ｋｇ／ｍ３の比率で配合し、９０秒間練り混ぜた。本試験で用いた材料を以下に示す。
・セメント：太平洋セメント株式会社製 普通ポルトラントセメント（比重：３．１６）
・細骨材：陸砂（表乾比重２．６０、最大粒度５ｍｍ）
・粗骨材：砕石（表乾比重２．６７、最大粒度２０ｍｍ）
・水：市水
・高性能ＡＥ減水剤：ＢＡＳＦジャパン株式会社製 ＳＰ８ＳＶ
容量が５０Ｌの強制２軸型ミキサーを使用し、全量が４０Ｌになるように、セメントを３５０ｋｇ／ｍ３、細骨材を８７０ｋｇ／ｍ３、粗骨材を９０１ｋｇ／ｍ３、水を１７５ｋｇ／ｍ３、高性能ＡＥ減水剤を２．８ｋｇ／ｍ３の比率で配合し、９０秒間練り混ぜた。本試験で用いた材料を以下に示す。
・セメント：太平洋セメント株式会社製 普通ポルトラントセメント（比重：３．１６）
・細骨材：陸砂（表乾比重２．６０、最大粒度５ｍｍ）
・粗骨材：砕石（表乾比重２．６７、最大粒度２０ｍｍ）
・水：市水
・高性能ＡＥ減水剤：ＢＡＳＦジャパン株式会社製 ＳＰ８ＳＶ
得られたフレッシュコンクリートを型枠内に流し込みながら、光ファイバケーブルを埋め込んだ。その際、コンクリートの充填不良が発生しないよう、木枠を木槌で叩き振動を与えながら充填を行った。 そして、常温養生を２４時間行った後、離型し、更に６日間水中養生した。その後、大気中にて、材齢２８日まで常温養生して得た試験体について、光ファイバチェッカで、埋め込まれた光ファイバケーブルの導通を確認し、導通があったものを合格（○）とした。
＜引抜加重＞
光ファイバケーブルの伝送損失は、光ファイバ素線が樹脂被覆層に強固に接しているほど低下する傾向がある。そこで、本実施例では、引抜試験により光ファイバ素線と樹脂被覆層（最内層）との接着力を測定し、間接的に伝送損失低下への影響を確認した。引抜試験は、実施例１，４の各光ファイバケーブルから任意の長さに切り出した測定用試料を用いて行った。各測定用試料は、一方の末端から１０ｃｍまでを残し、その他の部分については光ファイバ素線より外側に存在する樹脂被覆層などを取り除き、光ファイバ素線を露出させた。そして、露出している光ファイバ素線にバネばかりを取り付けて樹脂被覆層から引抜き、その際に得られた最大荷重を引抜荷重とした。
光ファイバケーブルの伝送損失は、光ファイバ素線が樹脂被覆層に強固に接しているほど低下する傾向がある。そこで、本実施例では、引抜試験により光ファイバ素線と樹脂被覆層（最内層）との接着力を測定し、間接的に伝送損失低下への影響を確認した。引抜試験は、実施例１，４の各光ファイバケーブルから任意の長さに切り出した測定用試料を用いて行った。各測定用試料は、一方の末端から１０ｃｍまでを残し、その他の部分については光ファイバ素線より外側に存在する樹脂被覆層などを取り除き、光ファイバ素線を露出させた。そして、露出している光ファイバ素線にバネばかりを取り付けて樹脂被覆層から引抜き、その際に得られた最大荷重を引抜荷重とした。
以上の結果を、下記表１にまとめて示す。
上記表１に示すように、保護緩衝層を設けていない従来品と同様の構成の比較例１の光ファイバケーブルは、伝送損失が高く、コンクリート埋設時に光ファイバに折れが発生した。また、強化層を設けていない比較例２の光ファイバケーブルは、伝送損失は低かったが、コンクリート埋設時に光ファイバに折れが発生した。これに対して、本発明の範囲内で作製した実施例１〜４の光ファイバケーブルは、伝送損失も低く、コンクリート埋設時に折れも発生しなかった。
ファイバ素線の表面にシリコーンオイルを塗布した実施例４の光ファイバケーブルは、実施例の光ファイバケーブルの中でも特に伝送損失が低かった。この実施例４の光ファイバケーブルは、実施例１の光ファイバケーブルに比べて引抜加重が７０％以下に低減しており、ファイバ素線と強化層との接着度合が低かった。以上の結果から、本発明によれば、取り扱い性に優れ、かつ、伝送損失が低い歪み検出用光ファイバケーブルが得られることが確認された。
１ 光ファイバ素線
２ 強化層
３、３３ 保護緩衝層
４ 定着層
４ａ 凹部
５ 樹脂被覆層
６ 離型剤
１０、２０、３０、４０ 光ファイバケーブル
２ 強化層
３、３３ 保護緩衝層
４ 定着層
４ａ 凹部
５ 樹脂被覆層
６ 離型剤
１０、２０、３０、４０ 光ファイバケーブル
Claims (5)
- 測定対象物に設置され、前記測定対象物の歪み検出に用いられる光ファイバケーブルであって、
１又は２以上の光ファイバ素線と、
前記光ファイバ素線の周囲に設けられた樹脂被覆層と、
を有し、
前記樹脂被覆層は、少なくとも、
最外層に設けられ、複数の凹部及び／又は凸部が形成された定着層と、
前記定着層と前記光ファイバ素線との間に１又は２層以上設けられ、前記光ファイバ素線の強度を確保するための強化層と、
前記定着層と前記光ファイバ素線との間に１又は２層以上設けられ、前記強化層よりも曲げ弾性率が低い樹脂材料で形成された保護緩衝層と
を備える歪み検出用光ファイバケーブル。 - 前記強化層は、曲げ弾性率が１０〜７００ＧＰａである繊維強化プラスチックで形成されている請求項１に記載の歪み検出用光ファイバケーブル。
- 前記光ファイバ素線の外面には離型剤が付着しており、
横断面において、前記強化層を構成する繊維強化プラスチック中の強化繊維の直径をｄμｍとしたとき、前記光ファイバ素線の周囲に設けられた樹脂被覆層の最内層の内面に接する内接円の直径Ｄｉμｍと、前記光ファイバ素線の外面に接する外接円の直径Ｄｏμｍとの差が下記数式（Ｉ）で示される範囲である請求項２に記載の歪み検出用光ファイバケーブル。
- 前記光ファイバ素線の外面において前記樹脂被覆層の最内層に直接接触していない部分の周長Ｓが下記数式（ＩＩ）を満たす請求項３に記載の歪み検出用光ファイバケーブル。
- 前記保護緩衝層は、曲げ弾性率が０．３〜５ＧＰａの樹脂で形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の歪み検出用光ファイバケーブル。
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