JP5216664B2

JP5216664B2 - 金属管光ファイバケーブルおよびその製造方法

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Publication number: JP5216664B2
Application number: JP2009086790A
Authority: JP
Inventors: 昭浩坂本; 康須藤
Original assignee: OCC Corp
Current assignee: OCC Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP2010237546A

Description

本発明は、金属管光ファイバケーブルおよびその製造方法に関する。

光ファイバを用いた光学センサシステムによって測定対象を測定する場合、該光ファイバ心線を外力から保護するために、該光ファイバ心線を中空の金属管に収納し、金属管光ファイバケーブルとして測定環境に敷設することが多い。例えば、地熱井温度を測定する場合、金属管光ファイバケーブルは、地熱井内に挿入されるとともに、地熱井外に位置する一端側に測定器が接続され、地熱井内に位置する他端側で金属管の開口部が封止部材で封止されている。該金属管の他端側が封止されるのは、該金属管内に水分が浸入して光ファイバ心線が水素を吸収することにより光損失が増大し、センサ機能が劣化することを回避するためである。

特許文献１には、地熱井温度測定のための金属管光ファイバケーブルが開示されている。該特許文献１では、複数の金属管光ファイバケーブルが撚線とされた構造をなしており、使用時、すなわち温度測定時において、光ファイバ心線の長さが金属管の長さよりも短くなるように該光ファイバ心線および金属管の長さが設定されている。具体的には、温度測定時における光ファイバ心線と金属管との長さの差が、撚線構造において、螺旋状態となっている該金属管の中心沿いの長さと該金属管の螺旋半径方向で内側寄りの内部沿いの長さとの差である金属管内部長の差以上となるように設定されている。

このように、温度測定時において光ファイバ心線の長さが金属管よりも短くすることにより、金属管光ファイバケーブルを地熱井内に鉛直方向で敷設したとき、光ファイバ心線が自重によって下方へ移動しても、該光ファイバ心線は、金属管内の下端、すなわち開口部が封止されている端部側で、封止部材に当接して細かく曲がって留まることがないとされている。

また、特許文献１では、光ファイバ心線と金属管との長さの差は、金属管内部長の差以上あるので、撚線のケーブルとして金属管を螺旋状に配しても、光ファイバ心線が金属管の螺旋中心寄りの内部沿いへ移動しても該光ファイバ心線が金属管の下端の封止部材に当接することがなく、該光ファイバ心線が金属管内の下端で封止部材に当接して細かく曲がって留まることが防止される。

上記特許文献１の金属管光ファイバケーブルは、温度測定時に光ファイバ心線が金属管よりも短くなるように、光ファイバ心線の端部と金属管の端部が揃うようにして製造されることが好ましいとされている。

本来ならば、温度測定時に光ファイバ心線が金属管よりも短くなるようにするためには、予め製造時において、光ファイバ心線を金属管よりも短く切断しておくのが好ましいが、実際には、金属管に収容されている光ファイバ心線を該金属管よりも短く切断することは困難である。そこで、上記特許文献１では、光ファイバ心線および金属管の端部同士を揃えて切断することとしている。該特許文献１の金属管光ファイバケーブルは、温度測定時、鉛直敷設による影響に加え昇温の影響を受け、そのとき、金属管の膨張係数は光ファイバ心線の熱膨張係数よりも大きいので、金属管は光ファイバ心線よりも大きい伸び率で伸び、光ファイバ心線は金属管よりも短くなることで対処している。

特許第２９９９０９９号

しかしながら、金属管の伸び率は固有の値であるので、特許文献１のような光ファイバ心線と金属管の端部同士を揃えて切断して製造する方法では、温度測定時における状況は一定に定まってしまい、設計の自由度は小さく、光ファイバ心線と金属管との長さを厳密に所望の関係に設定することは非常に困難である。

また、封止部材による金属管の端部の封止は、金属管の開口部に封止部材を配して、金属管の端部と封止部材とを溶接することによってなされることが多いが、この場合、金属管端部における完全な水密を図るべく、溶接が行われることが多い。しかし、特許文献１のような製造時に光ファイバ心線と金属管の端部同士が揃っている金属管光ファイバケーブルでは、溶接部分の近傍には光ファイバ心線が存在するので、溶接熱による光ファイバ心線の損傷を避けながら十分な溶接を行うことは困難であった。

このような事情に鑑みて、本発明は、設計の自由度が大きく、光ファイバ心線を損傷することなく金属管の端部の封止のために十分な溶接を施すことができる金属管光ファイバケーブルおよびその製造方法を提供することを目的とする。

＜第一発明＞
第一発明に係る金属管光ファイバケーブルは、光ファイバ心線が金属管内に挿入されて形成される。

かかる金属管光ファイバケーブルにおいて、第一発明では、金属管は、上記光ファイバ心線は金属管よりも短く該光ファイバ心線の一端に対応する端部が封止部材により封止されており、上記光ファイバ心線の一端が上記封止部材よりも内方に位置していることを特徴としている。

本発明に係る金属管光ファイバケーブルでは、例えば、金属管の端部と封止部材との継ぎ目部分に溶接が施されても、本発明では、光ファイバ心線の一端が封止部材よりも内方に位置しているので、該金属管内において該光ファイバ心線の一端は該封止部材から離れて位置しており、溶接時に該光ファイバ心線が溶接の熱の影響を受けにくい。

＜第二発明＞
第二発明は、上記金属管光ファイバケーブルの製造方法であり、金属管の長さ以上の長さを有する光ファイバ心線を該金属管内へ流体コンパウンドと共に挿入して金属管光ファイバケーブルを形成するケーブル形成工程と、該ケーブル形成工程で形成した金属管ファイバケーブルの一端側部分をマンドレルに巻回するケーブル巻回工程と、上記金属管光ファイバケーブルの一端側部分に対応する金属管の端部から所定長だけ光ファイバ心線を引き出して、該金属管の端部からの光ファイバ心線の突出部分を切断する心線切断工程と、上記金属管光ファイバケーブルの一端側部分を、マンドレルへの巻回状態から解放することにより、該一端側部分に対応する光ファイバ心線の端部を金属管の内部へ戻す心線引込工程と、上記金属管の端部を封止部材で封止する端部封止工程とを有することを特徴としている。

本発明では、所定長だけ光ファイバ心線が金属管の端部から引き出され、該金属管の端部からの光ファイバ心線の突出部分が切断されることにより金属管光ファイバケーブルが製造される。したがって、上記所定長、すなわち金属管から該光ファイバ心線を引き出す長さを調整するとともに該光ファイバ心線を切断する長さを調整することにより、光ファイバ心線と金属管との長さを所望の関係に設定できるので、従来のように光ファイバ心線および金属管の端部を揃えて切断する場合と比較して、設計の自由度が大きくなる。すなわち、光ファイバ心線の一端が封止部材よりも内方へ引っ込んでいる距離を任意に設定できる。また、金属管を切断せずに該金属管内に収容されている光ファイバ心線のみを切断したりする必要がなく、ケーブルを容易に製造することができる。

以上のように、本発明では、光ファイバ心線の一端が金属管の端部よりも内方で封止部材から離れて位置しているので、溶接時において該光ファイバ心線が溶接の熱の影響を受けにくい。したがって、光ファイバ心線を損傷させることなく、十分にレーザ溶接を行って金属管の端部を確実に封止することができる。

また、本発明では、所定長だけ光ファイバ心線が金属管の端部から引き出され、金属管の端部からの光ファイバ心線の突出部分が切断されるので、設計の自由度を大きくするとともに容易にケーブルを製造することができる。

実施形態に係る金属管光ファイバケーブルの一端部を示す断面図であり、マンドレルに巻きつけられ光ファイバ心線が切断される前の状態を示している。マンドレルに巻き付けられた金属管光ファイバケーブルを示す斜視図である。マンドレルに巻き付けられた金属管光ファイバケーブルの光ファイバ心線２が切断された状態を示す斜視図である。実施形態に係る金属管光ファイバケーブルを示す断面図であり、金属管が封止部材によって封止された状態を示している。

以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。

本実施形態に係る金属管光ファイバケーブル１（以下、単に「ケーブル１」という）は、例えば地熱井等の温度を測定するためのケーブルであり、温度測定環境内で該ケーブルが鉛直方向に延びるように敷設される。以下、ケーブル１について、該ケーブル１の製造工程を追いながら説明する。

まず、軸線に対して直角な断面が円形をなす金属管３の成形過程で該金属管３内にジェリー状の流体コンパウンドとともに光ファイバ心線２を挿入し、該光ファイバ心線２の端部が金属管３から寸法ａだけ突出したケーブル１を得る。図１に示されているように、該光ファイバ心線２は金属管３内において余長をもって収容されており、光ファイバ心線２は流体コンパウンドによりこの余長状態が保持されている。

次に、図２に示されるように、ケーブル１の端部側部分、具体的には、ケーブルの使用時、鉛直方向に延びるように敷設される際に下端となる端部側の部分を円柱状のマンドレル４に複数巻回する。図２に見られるように、該マンドレル４に巻き付けられたケーブル１の端部側部分は螺旋状をなす。ケーブル１が該マンドレル４に巻き付けられることにより、螺旋状のケーブル１を上記マンドレル４の軸線方向、すなわち螺旋の軸線方向から見たとき、金属管３内で光ファイバ心線２が該螺旋の半径方向内方へ寄るが故に、金属管３内における光ファイバ心線２の内部長差が生じる。この「内部長差」は、ケーブル１の上記端部側の巻回部分において金属管３の中心沿いの長さと該金属管３内の上記半径方向内方寄り沿いの長さとの差に相当する。ケーブル１をマンドレル４に巻回すると、巻回の回数に応じて金属管３内での光ファイバ心線２の内部長差は増加するが、この時点においては、該光ファイバ心線は内部長差が増加した状態を維持したまま金属管３内で流体コンパウンドによって保持されているので、金属管３からの光ファイバ心線２の突出寸法は変化しない。

次に、光ファイバ心線２の端部を把持して、該光ファイバ心線２を内部長差の増加分だけ金属管３外へ引き出す。したがって、該内部長差の増加分を寸法ｂとしたとき、金属管３からの光ファイバ心線２が突出する長さは寸法ａ＋ｂとなる。

次に、ケーブル１の端部側部分がマンドレル４に巻回された状態のまま光ファイバ心線２を金属管３から突出している分、すなわち寸法ａ＋ｂの長さだけ切断する。この結果、ケーブル１の端部側部分がマンドレル４に巻回されている状態において、光ファイバ心線２と金属管３の端面同士が同位置となる。図３は、光ファイバ心線２が切断された状態を示す図である。同図では、光ファイバ心線２が切断された箇所が二点鎖線によって示されている。

次に、ケーブル１の端部側部分を巻回状態から解放し、金属管３を図４に示されるような真っ直ぐな元の状態に戻す。上述したように光ファイバ心線２は切断されているので、該光ファイバ心線２の端部が金属管３内に引き込まれる。図４を図１と比較すると判るように、光ファイバ心線２の端部は、ケーブル１がマンドレル４に巻き付けられた際に増加した内部長差の長さ寸法ｂだけ金属管３の端部よりも内方に位置する。

次に、金属管３の端部を封止部材５によって封止して、本実施形態に係るケーブル１が完成する。図４には、金属管３が封止部材５によって封止された状態が示されている。該封止部材５は、金属管３の軸線に対して直角な断面が円形をなしている。また、図４に見られるように、該封止部材５は、該金属管３に取り付けられた状態において該金属管３の内部に位置する小径部５Ａと該金属管３の外部に位置し小径部５Ａよりも金属管３の厚さと同寸法だけ半径が大きい大径部５Ｂとを有し栓状をなしている。すなわち、封止部材５は、図４に示されるように、小径部５Ａと大径部５Ｂとの境界位置で段部を形成しており、該段部で金属管３の端面を受けるようになっている。

封止部材５は、金属管３の端部の開口部へ小径部５Ａが挿入された後、金属管３の端部と封止部材５の大径部５Ｂとの継ぎ目部分が金属管３の円周方向でレーザ溶接されて、該金属管３に取り付けられる。図４によく見られるように、本実施形態に係るケーブル１では、上記封止部材５の小径部５Ａが金属管３内に進入するため、小径部５Ａの上面が光ファイバ心線２の端部に近づくが、それでも、光ファイバ心線２の端部は封止部材５から距離ｃだけ離れて位置している。つまり、光ファイバ心線２の端部はレーザ溶接部分６の近傍にはないので、レーザ溶接時において該光ファイバ心線２は溶接の熱の影響を受けにくい。したがって、本実施形態では、光ファイバ心線２を損傷させることなく、十分に出力を上げてレーザ溶接を行って金属管３の端部を確実に封止することができる。

図４に示されているように、本実施形態では、金属管３内において光ファイバ心線２に余長が設けられており、この余長は金属管３内の流体コンパウンドにより保持されている。したがって、ケーブル１の使用時において、測定温度の上昇により、光ファイバ心線２および金属管３がそれぞれ異なる熱膨張係数をもって伸びても、該光ファイバ心線２と金属管３との摩擦に起因する引張張力が該光ファイバ心線２に作用することがないので、該光ファイバ心線２の損傷を良好に防止できる。

本実施形態に係るケーブル１は、内部長差の増加分だけ光ファイバ心線２を金属管３の端部から引き出し、該金属管３の端部からの光ファイバ心線２の突出部分を切断することにより製造される。したがって、上記内部長差の増加分を調整して光ファイバ心線２を切断する長さを調整することにより、光ファイバ心線２と金属管３との長さ比を所望の値に設定できるので、従来のように光ファイバ心線および金属管の端部を揃えて切断する場合と比較して、設計の自由度が大きくすることができる。また、金属管を切断せずに該金属管内に収容されている光ファイバ心線のみを切断したりする必要がなく、ケーブルを容易に製造することができる。

また、製造誤差等により、該光ファイバ心線２の寸法が設計時の寸法よりも多少長くなった場合であっても、該光ファイバ心線２の端部は十分な距離をもって金属管３の端部よりも内方に位置する。したがって、温度測定時、該光ファイバ心線２の端部が自重により若干下方へ移動しても、該端部が封止部材５から十分に離れた状態が維持される。したがって、光ファイバ心線２の端部側部分が細かい曲がりを生ずるような封止部材５との当接はない。

本実施形態では、鉛直方向に延びて敷設されるケーブルについて説明したが、ケーブルが敷設される形態はこれに限られず、例えば、ケーブルが水平方向に延びて敷設されてもよい。

本実施形態では、小径部および大径部を有する栓状の封止部材で金属管を封止する形態を説明したが、該封止部材の形状はこれに限られず、例えば、金属管の端部を受け入れる凹部を有するカップ状をなしていてもよい。この場合、封止部材の端縁と金属管の外周面とが周方向で溶接されるが、光ファイバ心線の端部は封止部材の端縁、換言すると、溶接がなされる部分よりも金属管長手方向で内方に位置しており、該溶接部分から離れているので、光ファイバ心線を損傷させることなく、十分に溶接を行って金属管の端部を確実に封止することができる。

本実施形態では、図３に示されるように、金属管から光ファイバ心線を内部長差の増加分だけ引き出した後に光ファイバ心線の端部が金属管の端部と揃うように該光ファイバ心線を切断したが、必ずしも金属管の端部と揃うように光ファイバ心線を切断する必要はない。例えば、金属管から光ファイバ心線を内部長差の増加分だけ引き出した後に光ファイバ心線が金属管の端部から突出した状態に切断することも可能である。

光ファイバ心線が金属管の端部から突出した状態に切断する例を具体的に説明する。ここでは、説明の都合上、ケーブルがマンドレルに巻回される前の状態において、光ファイバ心線および金属管の端部同士が揃っているものとする。マンドレル径が２０ｍｍ、金属管の外径が２．１ｍｍ、該金属管の内径が１．７ｍｍ、光ファイバ心線の外径が０．２６ｍｍであるとき、金属管光ファイバケーブルを上記マンドレルに巻回すると、金属管の中心沿いに位置していた光ファイバ心線が、金属管内の螺旋半径方向内方寄り沿いに移動することにより、１周当たり約４．５ｍｍの内部長差が増加する。つまり、上記ケーブルをマンドレルに２０回程度巻回すると、約９０ｍｍの内部長差が増加することとなる。そして、光ファイバ心線を内部長差の増加分、すなわち約９０ｍｍだけ金属管から引き出した後、該光ファイバ心線を端部から５０ｍｍだけ切断する。換言すると、光ファイバ心線が金属管から４０ｍｍだけ突出した状態となるように切断する。この結果、金属管をマンドレルから開放して真っ直ぐの状態に戻すと、光ファイバ心線は金属管内に引き込まれ、その端部が金属管の端部から５０ｍｍ内方に位置する。

また、本実施形態では、金属管から光ファイバ心線を内部長差の増加分だけ引き出すこととしたが、必ずしも内部長差の増加分の全部に相当する長さの光ファイバ心線を引き出す必要はなく、該増加分の一部に相当する長さの光ファイバ心線を引き出して、光ファイバ心線の端部を所望の長さで切断してもよい。

１金属管光ファイバケーブル
２光ファイバ心線
３金属管
４マンドレル
５封止部材
６溶接部分

Claims

光ファイバ心線が金属管内へ流体コンパウンドと共に挿入された金属管光ファイバケーブルにおいて、金属管は上記光ファイバ心線の一端に対応する端部が封止部材により封止されており、上記光ファイバ心線は金属管よりも短く該光ファイバ心線の一端が上記封止部材よりも内方に位置していることを特徴とする金属管光ファイバケーブル。
光ファイバ心線が金属管内へ流体コンパウンドと共に挿入された金属管光ファイバケーブルの製造方法において、金属管の長さ以上の長さを有する光ファイバ心線を該金属管内へ余長をもった状態で挿入して金属管光ファイバケーブルを形成するケーブル形成工程と、該ケーブル形成工程で形成した金属管光ファイバケーブルの一端側部分をマンドレルに巻回するケーブル巻回工程と、上記金属管光ファイバケーブルの一端側部分に対応する金属管の端部から所定長だけ光ファイバ心線を引き出して、該金属管の端部からの光ファイバ心線の突出部分を切断する心線切断工程と、上記金属管光ファイバケーブルの一端側部分を、マンドレルへの巻回状態から解放することにより、該一端側部分に対応する光ファイバ心線の端部を金属管の内部へ戻す心線引込工程と、上記金属管の端部を封止部材で封止する端部封止工程とを有することを特徴とする金属管光ファイバケーブルの製造方法。