JP5323901B2 - 海中ケーブル、海中ケーブルの遮水層用複層テープおよび海中ケーブルの疲労特性の向上方法 - Google Patents

Description

本発明は、洋上浮体設備用の海中ケーブル、海中ケーブルの遮水層用複層テープおよび海中ケーブルの疲労特性の向上方法に関するものである。

近年、地球温暖化対策の点から、再生可能エネルギーの開発が進められている。例えば、洋上浮体設備である発電用風車から送電する浮体式洋上風力発電の実用化が進められている。

洋上浮体設備から送電するためには、海中ケーブルが使用される。海中ケーブルは、電力用線心を３相交流送電用に３本集合撚り合わせ、さらにコアの外周にケーブル荷重をサポートするための鎧装線を設け、更にその外部に外傷防止用のプラスチック層を押し出し被覆した構造である。

このような海中ケーブルとしては、例えば、ケーブル線心と捻り補強線の複数本を一方向に撚り合わせた線状集合体の外周に、そのケーブル線心及び捻り補強線撚り合わせ方向と逆方向に鎧装線を撚り合わせた鎧装体を設け、線状集合体と鎧装体に作用する捻りトルクを打ち消してトルクバランスさせた海中ケーブルがある（特許文献１）。

特開２００４−１９２８３１号公報

このような海中ケーブルは、海中に敷設されるため、内部の電力用線心には、高い遮水性が要求される。したがって、電力用線心における絶縁体（シールド層）の外周には遮水層が形成される。

一方、このような海中ケーブルは、洋上で揺動を繰り返す洋上浮体設備から海中に懸垂される。このため、波浪や潮流による流体力と浮体揺動によって、海中ケーブルは常に変形が繰り返される。したがって、電力用線心にも繰り返しの変形が付与される。

しかし、電力用線心の遮水性を金属テープなどの金属層で構成しようとすると、この繰り返しの変形に追従することが困難である。したがって、遮水層を構成する金属層が損傷する恐れがあり、従来遮水層構造での疲労寿命は海気象条件に依るが、５年〜７年程度と言われている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、十分な可撓性と、高い遮水性とを両立することが可能な遮水層の曲げ疲労特性に優れた海中ケーブル等を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の発明は、洋上浮体設備用の海中ケーブルであって、導体上に絶縁層、シールド層、第１の遮水層および防食層が形成される電力用線心と、複数本の前記電力用線心の全体の外周側に、前記電力用線心の全体の外周の周方向に複数本の線材が配置され、前記線材が前記電力用線心の軸方向に螺旋状に設けられて形成される鎧装部と、前記鎧装部の外周側に形成される外部防食層と、を少なくとも具備し、前記第１の遮水層は、金属層を樹脂で挟み込んだ複層テープにより形成され、前記複層テープの金属層は、断面形状が凹凸形状を有し、前記金属層の凹凸形状が、前記複層テープの平面において、異なる２方向に向けて、凹凸形状の山部または谷部が交互に連続的に繰り返して形成されることを特徴とする海中ケーブルである。

前記金属層の凹凸形状が、滑らかな曲線状の波形状、台形状の矩形波や三角形状の波のいずれかであり、各形状における波頂部あるいは波底部の近傍がなめらかな曲線で形成されたもので、前記金属層の波形状の波高さが０．２ｍｍ〜０．６ｍｍで、金属層の波形状の波ピッチは１．５ｍｍ〜４ｍｍであることが望ましい。より好ましくは、前記金属層の波形状の波高さが０．２ｍｍ〜０．５ｍｍで、金属層の波形状の波ピッチは１．５ｍｍ〜３ｍｍである。

前記複層テープの少なくとも内面側の樹脂層は、前記シールド層と導通する導電性樹脂層であり、さらに、前記複層テープの外面側の樹脂は、前記防食層と相溶性を有し、前記防食層よりも低融点の樹脂であってもよい。

記複層テープの外面側の樹脂の外面に、さらに接着層が形成され、前記接着層と前記防食層とが接着されてもよい。

前記外部防食層の内面には、さら第２の遮水層が形成され、前記第２の遮水層は、前記複層テープにより形成されてもよい。

前記複層テープの長手方向が前記電力用線心の軸方向と略一致し、前記複層テープの幅方向が前記電力用線心の周方向に一致するように、前記複層テープの幅方向の両端部がラップさせて巻きつけられ、前記複層テープのラップ部が、前記電力用線心の軸方向に延伸してもよい。

第１の発明によれば、遮水層が金属層を樹脂で挟み込んだ積層テープで構成される。このため、外部からの水分の浸入を確実に遮蔽することができる。したがって、水分によるケーブルの絶縁性能の劣化を長期にわたって防止することができる。

また、金属層が樹脂に挟み込まれているため、遮水層構築時に金属層が破れたり折れ曲がったりすることがない。このため、確実に遮水層を構築することができる。さらに、金属層によって、内部のシールド層を傷つけることがない。

また、金属層が複層テープの断面形状が波形状を有するため、複層テープが巻き付けられた状態において、複層テープ（金属層）が波形状方向に変形可能である。このため、複層テープが巻き付けられた状態で、複層テープが、海中ケーブル（電力用線心）の可撓性に対し、変形の妨げとなることを抑制することができる。

また、海中ケーブルは、曲げのみではなく、周方向への膨張・収縮も繰り返す。例えば、洋上風力発電における発電量の変化に応じて、海中ケーブルを流れる電流が変動し、これによって導体における発熱量が変化する。特に、天候の異変時の強風により負荷が増大する場合には、ケーブルの導体には大きな発熱が生じる。したがって、このような温度変化に伴い、海中ケーブルには、径方向への膨張・収縮が生じる。このとき、複層テープは、径方向への膨張・収縮に対応して、円周方向に膨張・収縮を繰り返す。さらに、海流や潮流により、海中ケーブルが海中で揺動して不安定な動きを繰り返すことがある。この場合には、曲げ応力の他に、多少の捻り応力が加わることがある。

しかし、複層テープの金属層の断面形状が２方向の波形状を有するため、遮水層は、曲げ方向の変形だけでなく、径方向の変形にも追従することができる。さらに、２方向の波形状を有すると、たとえケーブルが受ける変形が軸方向曲げ変形のみの場合でも、結果としてケーブルの変形による歪が一部周方向にも分散平均化されるため、軸方向の歪の分散性も向上する。したがって、金属層に生じる応力を緩和し、耐疲労特性を向上させることができる。

特に、金属層の波形状が、複層テープの平面において、異なる２方向に向けて形成され、波形状の山部または谷部が格子状に形成されるため、複層テープが、海中ケーブルの可撓性に対し、いずれの方向の変形にも追従することができる。

ここで、本発明において、山部又は谷部が格子状位置に形成されるとは、異なる２方向に山部又は谷部が交互に連続的に繰り返して形成され、その結果山部又は谷部の中心が周期構造のそれぞれの格子点位置にくるように配置することをいう。この場合、金属層の厚みが一定ではなく、金属層の厚み変化を伴う山部から谷部に至る板厚の変化も「格子状配置」に含み、いわゆる波形状以外の凹凸形状をも「格子状配置」に含むものである。

また、複層テープの長手方向が海中ケーブルの軸方向と略一致し、複層テープの幅方向が海中ケーブルの周方向となるように巻き付けて、円周方向に巻き付けた巻き付け部の先端を相互にラップさせることで、ケーブル全長に対する金属層同士のラップ長を短くすることができる。すなわち、金属層同士の隙間が形成される恐れのあるラップ部の長さをケーブル全長に対して短くすることができる。また、縦添え巻とすることで、ラップ部が海中ケーブルの軸方向にまっすぐに形成されるため、ラップを円周上の一部とすることができ、ラップ部の融着が容易となり、製造性に優れる。

また、複層テープの内面側の樹脂が導電性樹脂層であれば、シールド層と導通させることができる。このため、海中ケーブルの端部におけるシールド層のアースと、複層テープ中の金属層とを導通させることができる。

また、金属層の波形状の波ピッチが１．５ｍｍ〜４ｍｍであり、金属層の波形状の波高さが０．２〜０．６ｍｍであれば、屈曲特性および曲げ疲労特性に優れるとともに、加工時における波形状の潰れ等が抑制されるため、複層テープの製造性にも優れる。

また、外部防食層に対しても、遮水層を形成し、この遮水層も前述の電力用線心に形成される遮水層と同様に、複層テープで形成すれば、可撓性に優れ、耐疲労特性にも優れた遮水層を得ることができる。

また、遮水層を構築する樹脂が、防食層と相溶性を有し、防食層よりも融点の低い材質が用いられれば、防食層を押出し被覆する際に、防食層と当該樹脂部とが熱融着により一体化され、曲げやねじりに対してもずれの心配がない。また、このようなずれの防止には、遮水層を構築する樹脂と防食層とを接着してもよい。

第２の発明は、導体上に絶縁層、シールド層、遮水層および防食層が形成される電力用線心を有する海中ケーブルの前記遮水層に用いられる複層テープであって、前記複層テープは、金属層を樹脂で挟み込んで形成され、前記複層テープの少なくとも内面側の樹脂は、前記シールド層と導通する導電性樹脂層で構成され、前記複層テープの金属層は、断面形状が凹凸形状であり、前記金属層の凹凸形状が、前記複層テープの平面において、異なる２方向に向けて、凹凸形状の山部または谷部が交互に周期的に形成された格子状配列または千鳥状配列に形成されることを特徴とする海中ケーブルの遮水層用複層テープである。

前記複層テープの金属層の凹凸形状のテープの長手方向のピッチは、幅方向のピッチと同等か小さいことが望ましい。

第２の発明によれば、金属層を樹脂で挟み込んだ積層テープで構成されるため、外部からの水分の浸入を確実に遮蔽することができるとともに、可撓性にも優れる遮水層を形成することができる。

第３の発明は、第１の発明にかかる海中ケーブルにおいて、複層テープの周方向に配置された凹凸形状が、径方向の膨張収縮による疲労特性を向上させ、複層テープの長手方向に配置された凹凸形状が、軸方向の疲労特性を向上させることを特徴とする海中ケーブルの疲労特性の向上方法である。

前記海中ケーブルの疲労特性（疲労寿命）は、従来ライザーケーブルの寿命を踏まえると、少なくとも従来の３〜５倍以上であることが望ましい。具体的には歪み２％における曲げ疲労試験における疲労特性が１×１０^５回以上であることが望ましい。ここで、歪み２％における曲げ疲労試験における疲労特性が１×１０^５回以上であるとは、２％の歪量を繰り返し付与した際に、１×１０^５回以上破断しないことをいう。

第３の発明によれば、複層テープの金属層の断面形状が異なる２方向に形成された波形状を有するため、遮水層は、曲げ方向の変形だけでなく、径方向の変形にも追従することができ、金属層に生じる応力を緩和し、耐疲労特性を向上させることができる。

本発明によれば、十分な可撓性と、高い遮水性とを両立することが可能な遮水層の曲げ疲労特性に優れた海中ケーブル等を提供することができる。

海中ケーブル３の敷設状態を示す図。 海中ケーブル３を示す断面図。 複層テープ３０を示す樹脂被覆層の透視図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図。 複層テープ３０の断面図であり、図３（ｂ）のＲ−Ｒ線断面図。 複層テープ３０ａの実施形態を示す樹脂被覆層の透視平面図。 複層テープ３０ｂ、３０ｃの実施形態を示す図。 複層テープ３０を縦巻きした巻き付け状態を示す図。 複層テープ３０を螺旋巻きした巻き付け状態を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面模式図。 複層テープ３０の変形状態を示す図。 遮水層２１の効果を示す図。 曲げ特性評価装置４０を示す図。 曲げ疲労特性評価装置５０を示す図。

以下、本発明の実施の形態にかかる海中ケーブル等について説明する。図１は海中ケーブル３の敷設状態を示す図である。洋上には、洋上浮体設備１が配置される。洋上浮体設備１は、たとえば浮体式洋上風力発電装置である。洋上浮体設備１は、洋上に浮いた状態であり、下部が海底に係留索１１で固定される。

例えば、複数の洋上浮体設備１が洋上に配置される。洋上浮体設備１は接続部５ｃで海中ケーブル３と接続される。また、海中ケーブル３同士は、海底に設置された接続部５ａにおいて接続される。すなわち、それぞれの洋上浮体設備１同士は海中ケーブル３で接続される。

また、海中ケーブル３の洋上浮体設備１と接続部５ｂとの間にはブイ９が接続される。すなわち、海中ケーブル３は、ブイ９によって海中で浮遊した状態となる。海中ケーブル３の詳細は後述する。

地上側の海中ケーブル３は、海底に設置された接続部５ａで海底ケーブル７と接続される。海底ケーブル７は海中ケーブル３と略同一の構成である。海底ケーブル７は地上の電力送電設備等と接続される。すなわち、洋上浮体設備１で発電された電気は、海中ケーブル３および海底ケーブル７によって地上に送電される。

ここで、洋上浮体設備１は、洋上の波浪や、潮流等によって大きく揺動する。したがって、洋上浮体設備１と接続される海中ケーブル３は、洋上浮体設備１の揺動に追従し、海中で繰り返しの大きな曲げ変形を受ける。なお、海中ケーブル３は、ブイ９によって海中に浮遊するため、海底に引きずられることがなく、また、潮の満ち引きや海流に対して、海中ケーブル３に局所的な応力が付与されることが防止される。

次に、海中ケーブル３の構造について説明する。図２は、海中ケーブル３の断面図である。海中ケーブル３は、主に電力用線心１３、鎧装２３ａ、２３ｂ、外部防食層２５等から構成される。

電力用線心１３は、導体部１５、絶縁部１７、シールド層１９、遮水層２１、防食層２２等から構成される。導体部１５は、例えば銅素線を撚り合わせて構成される。

導体部１５の外周部には、絶縁部１７が設けられる。絶縁部１７は、例えば架橋ポリエチレンで構成される。なお。絶縁部１７は、内部半導体層、絶縁体層、外部半導体層の三層構造としてもよい。内部半導体層、絶縁体層、外部半導体層の三層構造とすることで、水トリー劣化抑制と、絶縁体と金属層との機械的緩衝層としての効果を得ることができる。

例えば、導体と絶縁体、シールドと絶縁体とが直接接している場合において、接触界面に突起等があると、そこに電界が集中し、水トリーや部分放電の発生起点となる。そこで半導電の樹脂を間に挟むことにより、接触界面の電界を緩和することができる。なお、この内部および外部半導電層のことを「電界緩和層」と呼ぶこともある。

また、内部半導体層や外部半導体層が無かった場合、導体やシールドの金属層等が絶縁体に直接食い込む恐れがある。充電部である金属層が絶縁体に食い込むと、電界集中により部分放電発生が起こり、絶縁破壊の原因となる。このため、絶縁体と金属層の間に半導電の樹脂層を形成することでこのような問題を抑制することが可能となる。

絶縁部１７の外周には、シールド層１９が設けられる。シールド層１９は、導電性部材により構成され、例えば金属製、導電性樹脂製、導電性繊維製である。なお、海中ケーブル３の端部おいて、シールド層１９はアースと接続される。

シールド層１９の外周部には遮水層２１が設けられる。遮水層２１は、金属層と樹脂層が積層された複層テープにより構成される。複層テープの構成については後述する。

遮水層２１の外周部には防食層２２が設けられる。防食層２２は、例えば遮水層２１の外周に押出被覆される樹脂製である。防食層２２は、内部の各層を保護する為のものである。防食層２２は、例えば、ポリエチレン、エチレン−１−ブテン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体、ナイロン６，６、ナイロン１２、ナイロン１１等のポリアミド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂の非架橋タイプが使用できる。

このようにして構成される電力用線心１３が、３相交流送電用に３本集合撚りされる。また、３本の電力用線心１３を撚り合わせた後、隙間に樹脂紐等の介在層２７を形成して略円形のコアを形成する。得られたコアの外周に海中ケーブル３の荷重を支持する鎧装部が設けられる。また、介在層２７には、必要に応じて光ケーブル２９等の通信ケーブルを設けてもよい。ここで、海中ケーブルの変形による曲げ歪の影響をできるだけ少なくするため、光ケーブルは介在層２７の隣接するケーブル導体の２つの防食層２２に接する３箇所の位置に設けるのが好ましい。このような配置とすることで、通信ケーブルの配置を安定させることができると同時に、通信ケーブルを中心に近い位置に配置できることから通信ケーブルに働く応力を小さくできる。

鎧装部は、たとえば鎧装２３ａ、２３ｂの２層構造である。鎧装２３ａ、２３ｂは、例えば金属線（鋼線またはステンレス線）や繊維補強プラスチック製の線材である。鎧装部は、それぞれ周方向に併設された複数の鎧装２３ａ、２３ｂがコアの外周にロングピッチで隙間なく巻きつけられる。すなわち、鎧装２３ａ、２３ｂは、鎧装２３ａ、２３ｂの外径に対して巻きつけピッチが十分に長くなるように形成される。なお、内周側の鎧装２３ａと外周側の鎧装２３ｂは、コアの外周に互いに逆方向に螺旋巻きされる。

鎧装部（鎧装２３ａ、２３ｂ）の外周には、必要に応じて遮水層２４が設けられる。また、遮水層２４の外周には、外部防食層２５が設けられる。なお、遮水層２４を設けず、鎧装部の外周に直接外部防食層２５を設けてもよい。外部防食層２５は、例えば外装部の外周に押出被覆される樹脂製である。外部防食層２５を構成する樹脂としては、例えばポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂（ポリアミド１１、ポリアミド１２等）を使用することができる

次に、遮水層２１を構成する複層テープ３０について説明する。図３は複層テープ３０を示す図であり、図３（ａ）は複層テープ３０の斜視図（樹脂被覆部３３ａの透視図）、図３（ｂ）は金属層３１の平面概念図である。複層テープ３０は、金属層３１、樹脂被覆部３３ａ、３３ｂにより構成される。金属層３１は、樹脂被覆部３３ａ、３３ｂに挟み込まれる。

金属層３１は、フィルム状に薄く加工が容易であるものであり、耐食性に優れるものであれば良い。たとえば、ステンレス、アルミニウム、銅、鉛や外面を耐食性の良い材質でクラッドしたクラッド鋼等が使用できる。ここで、軽量化を重視する場合は、ステンレス、アルミニウム、クラッド鋼などを用いることが望ましい。なお、金属層３１は例えば０.０５ｍｍ程度の厚さであり、複層テープ３０全体としては、例えば０．２〜１．０ｍｍ程度であればよい

樹脂被覆部３３ａ、３３ｂは、樹脂製の部材であり、遮水層２１の構築時に、金属層３１の折れ曲がりや破れ、しわなどの発生を防止できる。樹脂被覆部３３ａ、３３ｂの材質については後述する。

図３（ｂ）に示すように、複層テープ３０は、少なくとも異なる２方向（図３（ｂ）のＳ方向およびＴ方向）に対して波形状が形成される。したがって、山部３７と谷部３９（波頂部）が格子状に形成される。ここで、少なくとも２方向に波形状が形成されるとは、平面視において最も近い波頂部同士を結ぶ直線が、少なくとも２方向に形成されることを言う。また、異なる２方向は、互いに直交する必要はない。

図４は、複層テープ３０の断面図であり、図３（ｂ）のＲ−Ｒ線断面図である。複層テープ３０の断面における波形状は、たとえば、図４に示すように、凹凸形状が曲線でなだらかに連続して繰り返される波形状である。

このような金属層３１は、波形の金属フィルムに樹脂を押し出し被覆してもよい、または対応する金型に設置して樹脂を射出により一体化させてもよい。または、それぞれ別々に形成された、対応する波形形状を有する樹脂部材と金属フィルムとを接着や圧着など公知の技術で一体化したものでもよい。また、あらかじめ表面が波形に形成された樹脂部材に、金属層を蒸着等により形成することもできる。

ここで、金属層３１は、山部と谷部とを有する波形状を有するが、山部（または谷部）の頂部を波頂部３５と称する。

波部の波高さとしては、０．２〜０．６ｍｍが望ましく、特に望ましくは、０．３〜０．５ｍｍである。波高さが低すぎると、波形状とした効果が小さく、また、波高さを大きくし過ぎると、肉厚変化が大きくなり、却って耐久性が劣り、また、製造時に波の変形が生じるためである。

また、波部の波ピッチとしては、１．５〜４ｍｍが望ましい。波ピッチが狭すぎると波部の加工時に極部的に歪が集中するため加工性が低下し、広すぎると波部間隔が大きいので、波付け加工は容易であるが、波部による歪の吸収効果は小さいため、耐久性の向上効果が少ないためである。

図３、図４に示す金属フィルムの波形状の形成は，表面に波形状が形成されたロールに金属フィルムを通して、金属フィルムがロールを通過することにより、金属フィルムの表面に波形状を形成する方法、または、金属フィルムを所定間隔ごとに、プレス成形により、波形状を形成する方法、さらに波形状を順送プレス（トランスファプレス）により、数段階で波形状を形成して、その際の波頂部または波底部を局部的な歪の集中を防いで形成する方法などが使用できる。

このように、表面に形成される波形状は、滑らかな曲線状の波形状に限らず、後述するように、台形状の矩形波や三角形波であっても良い。台形状の矩形波や三角形波の場合には、凹凸形状の波頂部と波底部と直線部の繋ぎ目部に応力が集中するのを防止するため、各形状における波頂部あるいは波底部と直線部の近傍がなめらかな曲線で形成されることが望ましい。このような形状にすることにより、台形状の矩形波や三角形波の加工が可能になる。ここで、前記なめらかな曲線の長さと直線部の長さ、さらには直線部の板平面からの立ち上がり角度（図６の角度Ａ１、Ａ２）はともに、これらを組み合わせて所定ピッチを満足するように適宜設計できるが、例えば、台形状の矩形波の場合の立ち上がり角度３０から８０°、三角形波の場合の立ち上がり角度は、１０〜４５°の範囲に設定するのが望ましい。

さらに、前記金属フィルムに、樹脂被覆する方法としては、図３、図４に示すようなエンボス加工が施された金属フィルムに樹脂を押し出し被覆してもよい、または対応する金型に設置して樹脂を射出により一体化させてもよい。または、それぞれ別々に形成された、対応する凹凸形状を有する樹脂部材と金属フィルムとを接着や圧着など公知の技術で一体化したものが良い。また、あらかじめ表面がエンボス加工により、凹凸形状に形成された樹脂部材に、金属層を蒸着により形成することもできる。

なお、異なる２方向に形成されるそれぞれの波のピッチは、互いに略同一で形成されることが望ましい。

また、異なる２方向に波形状が形成される例としては、図３、図４に示すものに限られず、図５に示す複層テープ３０ａのように、波形状の形成方向が長手方向および幅方向となるように形成してもよい。

なお、前述の通り、複層テープに対する異なる２方向の波形状の形成方向は、いずれの方向であっても同様の効果を得ることができるが、通常、金属層３１を構成する金属テープは、その長手方向と幅方向とで機械的性質が異なる。したがって、金属テープの長手方向に対して、異なる方向に波形状を形成すると、それぞれの方向における波形状の疲労特性等が異なる恐れがある。

このため、それぞれの方向の波形状の特性を均一に形成するためには、図３に示すように、例えば複層テープ３０（金属層３１を構成する金属テープ）の長手方向を中心として平面視において左右に同一の角度（例えば±４５°）に向けて構成することが望ましい。

複層テープ３０ａを用いても、複層テープ３０を用いた場合と同様の効果を得ることができる。いずれの場合でも、金属層３１において異なる２つの方向に波形状が形成されるため、いずれの方向に対しても変形に追従することができ、複層テープの製造性にも優れる。

次に、他の実施の形態について説明する。図６は、複層テープの断面における金属層３１の形状についての実施形態を示す図であり、図４に対応する図である。複層テープの断面における金属層３１の形状は、前述した例に限られず、例えば、図６（ａ）に示す複層テープ３０ｂのように、断面における波形状は、台形状の矩形波であってもよい。また、図６（ｂ）に示す複層テープ３０ｃのように、波形状は、三角波であってもよい。

なお、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、台形状の矩形波や三角形波の場合には、凹凸形状の繋ぎ目部に応力が集中するのを防止するため、前述したように、各形状における波頂部あるいは波底部の近傍がなめらかな曲線で形成されることが望ましい。

複層テープ３０ｂ、３０ｃによっても、複層テープ３０と同様の効果を奏することができる。なお、波形状は、これらの実施形態に限られず、伸縮可能な形態であれば良い。また、複層テープ３０ｂ、３０ｃのような各種波形状は、図３に示す複層テープ３０と同様に、異なる二方向に形成される。

次に、複層テープ３０の巻き付け方法について説明する。なお、以下の説明においては、複層テープ３０を用いた例について説明するが、他の複層テープ３０ａ、３０ｂ、３０ｃについても同様に適用することができることは言うまでもない。

図７は、複層テープ３０をシールド層１９が形成された電力用線心１３に縦巻きで巻き付ける際のフォーミング工程を示す図である。あらかじめ、導体部１５の外周に絶縁部１７を形成し、その外周にシールド層１９を形成する。シールド層１９の外周には、複層テープ３０が巻きつけられる。

ここで、複層テープ３０は、図７（ａ）に示すように、縦巻きされることが望ましい。この場合、複層テープ３０は、複層テープ３０の長手方向が電力用線心１３の軸方向に略同一の方向になるように電力用線心１３へ送られる。この際、複層テープ３０の両側は、電力用線心１３（シールド層１９）全体を包むようにＵ字状に曲げられる。

さらに、複層テープ３０によって電力用線心１３（シールド層１９）が包みこまれる。すなわち、図７（ｂ）に示すように、複層テープ３０の両側端部同士をシールド層１９の外周部でラップさせ、複層テープ３０でシールド層１９を包みこむ。すなわち、ラップ部３８が電力用線心１３の軸方向に沿って形成される。以上のようにして、複層テープ３０が電力用線心１３（シールド層１９）に縦巻きで巻き付けられ、遮水層２１が形成される。

このように、複層テープ３０の長手方向が電力用線心１３の軸方向と略一致し、複層テープ３０の幅方向が電力用線心１３の周方向となるように巻き付けて、周方向に巻き付けた巻き付け部の先端を相互にラップさせることで、電力用線心１３の全長に対する複層テープ３０同士のラップ長を短くできる。

すなわち、ラップ部３８においてはわずかに金属層３１同士の間に隙間が形成されるが、ラップ部の長さを短くすることで、電力用線心１３の全長に対して、金属層３１同士の隙間を少なくすることができる。また、縦添え巻とすることで、ラップ部３８が電力用線心１３の軸方向にまっすぐに形成されるため、ラップ部の融着が容易となり、製造性にも優れる。

このようにして形成された遮水層２１の外周に防食層２２が押出被覆される。以上により、電力用線心１３が形成される。

なお、電力用線心１３の外周に、介在層２７、鎧装部、外部防食層２５等を形成することで、海中ケーブル３が形成される。この際、複層テープ３０における金属層３１の一方の波方向を複層テープ３０の長手方向に近づけることで、複層テープ３０を巻付けた状態で、波形状の方向（すなわち、山部同士の最短距離の方向）を電力用線心１３の軸方向に対して近づけることができる。

すなわち、電力用線心１３の周方向に対する波ピッチ（周方向断面形状が現れる波形状のピッチ）に対して、電力用線心１３の軸方向に対する波ピッチ（軸方向断面において現れる波形状のピッチ）は、同一または小さくすることが望ましい。このようにすることで、より効率的に、電力用線心１３の変形に対して、波形状を変形させて追従させることが可能となる。

なお、複層テープ３０の巻き付け方法は、前述した縦添え巻きに限られず、例えば、図８（ａ）螺旋巻きであってもよい。図８の例では、複層テープ３０は、例えば、複層テープ３０の幅方向端部が互いに重なり合うように、ラップ部３８でラップさせて巻き付けられる。

なお、複層テープ３０の幅方向端部が互いに重なり合わないように（ラップしないように）わずかな隙間をあけて巻き付けてもよい。この場合、さらにその外周に、下層（内層）の複層テープ３０の隙間を覆うように、巻き付け位置をずらして上層（外層）に複層テープ３０を同様の方法で巻き付けてもよい。この場合、複層テープの巻き付けは、下層（内層）のテープと上層（外層）のテープを互いに同方向に巻き付ける。

図８（ｂ）は、複層テープ３０が螺旋状に巻き付けられた状態を示す模式図である（なお、簡単のため、ラップ部３８の図示を省略する）。本発明では、異なる２方向に波形状が形成されるため、複層テープ３０の巻付け角度を特定する必要はないが、波形状の形成方向（波頂部の繰り返し方向）が電力用線心の軸方向に配列することが望ましい。電力用線心に曲げ力が付与された際に、電力用心線の表面における軸方向の伸縮により追従しやすいためである。

例えば、図８（ｂ）に示すように、電力用線心の正面図（または平面図）において、複層テープ３０がシールド層の外周に螺旋状に巻き付けられた状態では、電力用線心の軸方向Ｈと電力用線心の周方向Ｇとは垂直になる。また、電力用線心の周方向Ｇに対して、複層テープ３０の巻き付け方向Ｉとのなす角度をＪとする。なお、複層テープ３０の巻き付け方向Ｉは、複層テープ３０の長手方向と一致する。

この際、複層テープ３０の長手方向Ｉに対する波形状の直交方向（異なる２方向の波形状の内、一方の波形状の直交方向）の形成角度をＫとする。例えば、図３（ｂ）においては、約４５°である。この場合において、複層テープ３０の巻き付け方向Ｉと電力用線心の周方向Ｇとのなす角度Ｊと、複層テープ３０の長手方向Ｉに対する波形状の直交角度Ｋとの差は小さくすることが望ましい（なお、図では角度Ｊと角度Ｋとが略一致した例を示す）。

このようにすることで、波形状の形成方向（図中Ｌ）を、電力用線心の軸方向と近づけることができる。すなわち、複層テープ３０の巻き付け角度を予め設定し、平面図において、これに対応した角度で傾斜した波頂部が繰り返される複層テープ３０を用いることで、波形状の凹凸形成方向Ｌを電力用線心（海中ケーブル）の軸方向に近づけることができる。

このようにすれば、電力用線心１３の周方向に対する波ピッチ（周方向断面形状が現れる波形状のピッチ）よりも、電力用線心１３の軸方向に対する波ピッチ（軸方向断面において現れる波形状のピッチ）を小さくすることができる。

なお、遮水層２１を構成する樹脂被覆部３３ａ（巻き付けられた際、外周側に位置し、防食層２２と接触する側の樹脂部）の融点は、防食層２２を構成する樹脂の融点よりも低く、樹脂被覆部３３ａを構成する樹脂と、防食層２２を構成する樹脂とが相溶性を有してもよい。樹脂被覆部３３ａと防食層２２とが相溶性を有し、樹脂被覆部３３ａの融点が防食層２２の融点よりも低ければ、防食層２２の樹脂を押し出した際に、防食層２２と複層テープ３０とを互いに一体化しやすい。このため、防食層２２が形成された際に、遮水層２１と防食層２２との間でずれ等が起こることがない。

このような関係を有する材質としては、樹脂被覆部３３ａを例えばナイロン１２とし、防食層２２をナイロン１１とすればよい。あるいは、樹脂被覆部を低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、防食層２２を高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）とすればよい。

また、樹脂被覆部３３ａ（の表面）をゴム材料（例えば、エチレンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム、ブチルゴムなど）で構成することもできる。このようにすることで、防食層２２と樹脂被覆部３３ａ（複層テープ３０）との摩擦係数が大きくなる。このため、防食層２２と複層テープ３０とが密着してずれることがない。

なお、樹脂被覆部３３ａ全体をゴム材料とすると、金属層３１との接着性が劣る恐れがある。このため、樹脂被覆部３３ａを複層としてもよい。すなわち、樹脂被覆部３３ａが、金属層３１との接着性に優れる樹脂層が内層に設けられ、その外層のみにゴム材料によって形成されてもよい。

また、樹脂被覆部３３ａの外周に、さらに接着層を形成してもよい。接着層を形成することで、樹脂被覆部３３ａと防食層２２とを接着することができる。このため、防食層２２と複層テープ３０とが接着してずれることがない。

また、遮水層２１を構成する樹脂被覆部３３ｂ（巻き付けられた際、内周側に位置し、シールド層１９と接触する側の樹脂部）を導電性樹脂で構成してもよい。導電性樹脂は、例えばＥＥＡ（エチレン・エチルアクリレート共重合体）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合）樹脂等に導電性のフィラー等を混入させたものを使用することができる。導電性のフィラーとしては、例えば、カーボンが使用できる。

このようにすることで、内部のシールド層１９と樹脂被覆部３３ｂとを導通させることができる。前述の通り、シールド層１９は、海中ケーブル３の端部において、アースと接続される。一方、金属層３１が電力用線心１３の断面において浮いた状態であると、帯電する恐れがある。しかし、内面側の樹脂被覆部３３ｂを導電性樹脂で構成することで、金属層３１をシールド層１９と導通させることができる。したがって、金属層３１をアースに接続することができる。

次に、図９は、海中ケーブル３を変形させた状態を示す図である。図９（ａ）に示すように、海中ケーブル３を曲げ変形させると（図中矢印Ｍ方向）、海中ケーブル３の内部の電力用線心１３も同様の方向に曲げられる。この際、電力用線心１３の曲げ外周側では引張変形となる。

図９（ｂ）は、電力用線心１３の引張変形部における複層テープ３０の状態を示す模式図である。電力用線心１３が曲げ変形し、局部的に引張変形が生じると、当該部位に巻き付けられる複層テープ３０にも引張変形が生じて、電力用線心１３の曲げに追従しようとする（図中矢印Ｑ方向）。この際、樹脂被覆部３３ａ、３３ｂは、樹脂の弾性変形能によって容易に追従変形可能である。

一方、金属層３１は、波形状であるため波の伸縮によって、容易に変形に追従可能である。特に、波頂部３５が電力用線心１３の軸方向に繰り返するように形成されるため、波形状による伸縮変形方向は、電力用線心１３の軸方向に対応する。このため、電力用線心１３の曲げ変形に対して、複層テープ３０（遮水層２１）は容易に追従して変形することができる。すなわち、金属層３１を有する複層テープ３０の巻き付けが、電力用線心１３の可撓性（変形）の妨げにならない。したがって、海中ケーブル３の曲げ変形に対し、電力用線心１３が追従することができる。

また、巻き付けられた状態の金属層３１は、波形状を有するため、ケーブルの径方向に対しても伸縮が可能である。例えば、電力用線心１３が径方向に膨張して周方向に引張が生じた場合でも、複層テープ３０はこの変形に追従可能である。したがって、海中ケーブル３の温度変化等に伴う径方向の膨張・伸縮に対しても、電力用線心１３が追従することができる。さらに、電力用線心１３は、潮流や海流により、揺動して捻り変形も受けることになるが、これに対しても、本発明のケーブルを用いれば、軸方向と円周方向の両方の歪みに対しても，追従することができる。

次に、遮水層２１の機能について説明する。図１０は、電力用線心１３の断面を示す図であり、図１０（ａ）は軸方向の断面図、図１０（ｂ）は、遮水層２１を構成する複層テープ３０の拡大図である。前述の通り、海中ケーブル３は、例えば通常海中に沈めて、または浮かべて使用される。

また、外部防食層２５および防食層２２は樹脂製であるため、ある程度の防水性は有しているが、樹脂自体がわずかながらの吸水性を有する。このため、防食層２２内にも海水成分がわずかながら浸透する。特に、海底においては高い水圧が付与され、長時間の使用に際しては、防食層２２内への海水成分の浸透の恐れが大きい（図中矢印Ｏ方向）。

しかし、本願発明にかかる電力用線心１３は、防食層２２の内周面に遮水層２１が設けられる。したがって、図１０（ｂ）に示すように、遮水層２１は、内部の金属層３１が外部からの水の浸入を確実に遮蔽する（図中矢印Ｐ方向）。したがって、絶縁部１７に対して水が侵入することによる絶縁破壊の恐れがない。

以上説明したように、シールド層１９の外周に遮水層２１が設けられるため、外部からの水の浸入によって、絶縁破壊することがない。また、遮水層２１が金属層３１を樹脂被覆部３３ａ、３３ｂで挟み込んだ複層テープ３０で構成されるため、外部からの水の管体径方向の流れが、金属層３１によって確実に遮蔽することができる。

また、金属層３１が樹脂被覆部３３ａ、３３ｂに挟み込まれているため、遮水層２１の構築時に金属層３１が破れたり折れ曲がったりすることがなく、確実に遮水層２１を構築することができる。さらに、金属層３１が直接シールド層１９に接触しないため、製造時に各層を傷つけることがない。

また、金属層３１が複層テープ３０の断面形状が波形状を有するため、複層テープ３０が巻き付けられた状態において、複層テープ３０（金属層３１）が波形状方向に容易に伸縮変形可能である。また、金属層３１を波形状とすることで、海中ケーブル３（電力用線心１３）を曲げた際、金属層３１に発生する局所的な応力集中を緩和できる。このため、長期的な繰り返し曲げ疲労特性を向上させることができ、長期信頼性に優れる可撓管を得ることができる。

特に、複層テープ３０が巻き付けられた状態における波形状の形成方向を、電力用線心１３の軸方向に近づけることもできる。したがって、海中ケーブル３（電力用線心１３）の曲げ時の変形方向に対して複層テープ３０（金属層３１）が容易に追従し、高い可撓性を確保することができる。

なお、本発明においては、複層テープ３０が巻き付けられた状態における波形状の形成方向を、電力用線心１３の軸方向と略一致させる必要はないが、電力用線心１３の周方向に対する波ピッチ（周方向断面形状が現れる波形状のピッチ）よりも、電力用線心１３の軸方向に対する波ピッチ（軸方向断面において現れる波形状のピッチ）を小さくすることが望ましい。すなわち、電力用線心１３の軸方向に対して、より多くの波を配置することが望ましい。電力用線心１３の表面の引張に対してより有効であるためである。

なお、外部防食層２５の内周側に遮水層２４を形成する場合には、遮水層２４に対しても、複層テープ３０を用いることができる。この場合、遮水層２４を構成する複層テープの外周側の樹脂部が、外部防食層２５等と相溶性を有し、その融点が外部防食層２５を構成する樹脂の融点よりも低いことが望ましい。

次に、金属層の波頂部が、異なる２方向に向けて形成され、凹凸形状の山部または谷部が格子状に形成される複層テープの金属層の波の形態（ピッチおよび高さ）に対し、複層テープの曲げ特性および曲げ疲労耐久性等について評価を行った。複層テープの凹凸形状としては、波形状、台形状の矩形波、三角形波のものを用意し、波形状はサイン波、台形状の矩形波の立ち上がり角度（図６（ａ）の角度Ａ１）は６０°、三角形波の立ち上がり角度（図６（ｂ）の角度Ａ２）は２５°のものを用いて、各辺を滑らかの曲線で繋いだものとした。

なお、曲げ特性は、図１１に示す曲げ特性評価装置４０により評価した。曲げ特性評価装置４０は、上面に一定の曲率を有する曲げ板４３により構成される。曲げ板４３の上面の曲率は、１２０ｍｍＲとした。この表面に、曲げ板４３の曲率に沿って試験片４１を押し付けて変形させた。試験片４１は、それぞれ１５ｍｍΦのケーブルの外周に複層テープ（波形状は図３に示すもの）を縦添え巻き（図７に示す巻付け方法）したものを用いた。試験片４１を曲げた際に、複層テープの外面のしわ又は亀裂の発生を目視で評価した。

また、曲げ疲労特性は、図１２に示す曲げ疲労特性評価装置５０を用いて評価した。曲げ疲労特性評価装置５０は、固定部５３、可動部５５等からなる。固定部５３および可動部５５は所定の距離Ｃをあけて、互いに平行に配置される。固定部５３と可動部５５には、試験片５１の端部が互いに逆方向に固定される。すなわち、試験片５１の中央部は、１８０°屈曲される。

固定部５３を固定した状態で、可動部５５はその軸方向に往復動作する（図中矢印Ｂ方向）。したがって、試験片５１に繰り返しの曲げ変形が付与される。なお、固定部５３と可動部５５の距離Ｃ（すなわち試験片５１の曲げ半径の２倍）は繰り返し曲げ時の曲げ歪が２％となるように調整した。

また、試験片５１は幅１０ｍｍの金属層の波形状における波頂部が、異なる２方向に向けて形成され、波形状の山部または谷部が格子状に形成される複層テープを用いた。複層テープの金属テープの厚さは、０．０５ｍｍで、金属テープの波高さは、０．２ｍｍから０．８ｍｍの範囲のものを成形した。以上の装置によって、繰り返し曲げ時の歪量が２％となるようにして複層テープが破断するまでの繰り返し回数を計数した。

以上により評価した結果を表１に示す。

金属層厚みは、複層テープを構成する金属テープの厚みである。波高さは、金属層の波形状の高さ（谷部から山部の高さ）である。波ピッチは、隣り合う波頂部同士の距離である。

表中の「凹凸形状」は、複層テープの断面において、図４に示すような曲線状に凹凸形状が繰り返される形状を「波形状」と示した。また、図６（ａ）に示すように、台形状の矩形波のものを「台形」と示した。また、図６（ｂ）に示すように、三角波形状のものを「三角形」と示した。

曲げ特性は、図１１に示す曲げ特性評価装置４０による評価結果であり、複層テープの表面にしわが見られたものを「×」とし、しわが見られなかったものを「○」とした。

曲げ疲労耐久性は、図１２に示す曲げ疲労特性評価装置５０による評価結果であり、歪量２％に対して、１×１０^６回を超える繰り返し数まで破断しなかったものを「◎」とし、１×１０^５回から１×１０^６回までの間に破断したものを「○」とし、１×１０^４回から１×１０^５回までの間に破断したものを「△」とし、１×１０^４回までに破断したものを「×」とした。

複層テープ製造性は、樹脂で金属層をラミネート加工する際に、金属層の変形（特に波部の変形）が生じることがなかったものを「○」とし、変形が生じたものを「×」とした。

なお、総合評価としては、前述した「曲げ特性」、「曲げ疲労特性」、「複層テープ製造性」の各評価について、最も低い評価結果を示した。

Ｎｏ．１は、金属層に波形状を有さないため、曲げ特性において、しわが発生し、また、繰り返し曲げにおいて１×１０^４回以下で破断した。これに対し、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．７、Ｎｏ．１１は、曲げ特性おいてしわの発生がなく、曲げ疲労特性にも優れる。特にＮｏ．３、４、１１は、波高さが０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲であり、曲げ疲労耐久性が特に優れ、「◎」評価となった。

なお、Ｎｏ．５〜Ｎｏ．７（またはＮｏ．８〜Ｎｏ．１０）に示すように、本発明は、金属テープの凹凸形状によらず、波形状、矩形波、三角波のいずれにおいても同様の効果を得ることができた。

一方、Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１０は、波高さが高すぎるため、製造時に波の変形が見られた。また、Ｎｏ．１２は、波ピッチが４ｍｍと大きいため、曲げ疲労特性が「△」となったが、波ピッチが４ｍｍの場合においても金属層に波形状を有しないＮｏ．１に比べて大幅な疲労特性の向上効果が認められた。

なお、表中に結果は省略したが、表中Ｎｏ．３、４、１０〜１２に示す凹凸形状（波高さおよび波ピッチ）を有する複層テープを、縦添え巻きではなく螺旋巻きしたもの（図８に示す巻付け方法であり、端部をラップさせて１重巻きしたもの）で同様の評価を行ったところ、縦添え巻きでの結果（表に示すＮｏ.３、４、１０〜１２結果）と同様の結果が得られた。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技
術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………洋上浮体設備
３………海中ケーブル
５ａ、５ｂ、５ｃ………接続部
７………海底ケーブル
９………ブイ
１１………係留索
１３………電力用線心
１５………導体部
１７………絶縁部
１９………シールド層
２１………遮水層
２２………防食層
２３ａ、２３ｂ………鎧装
２４………遮水層
２５………外部防食層
２７………介在層
２９………光ケーブル
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ………複層テープ
３１………金属層
３３ａ、３３ｂ………樹脂被覆部
３５………波頂部
３７………山部
３８………ラップ部
３９………谷部
４０………曲げ特性評価装置
４１………試験片
４３………曲げ板
５０………曲げ疲労特性評価装置
５１………試験片
５３………固定部
５５………可動部

Claims (10)

1. 洋上浮体設備用の海中ケーブルであって、
   導体上に絶縁層、シールド層、第１の遮水層および防食層が形成される電力用線心と、
   複数本の前記電力用線心の全体の外周側に、前記電力用線心の全体の外周の周方向に複数本の線材が配置され、前記線材が前記電力用線心の軸方向に螺旋状に設けられて形成される鎧装部と、
   前記鎧装部の外周側に形成される外部防食層と、
   を少なくとも具備し、
   前記第１の遮水層は、金属層を樹脂で挟み込んだ複層テープにより形成され、
   前記複層テープの金属層は、断面形状が凹凸形状を有し、
   前記金属層の凹凸形状が、前記複層テープの平面において、異なる２方向に向けて、凹凸形状の山部または谷部が交互に連続的に繰り返して形成されることを特徴とする海中ケーブル。
2. 前記金属層の凹凸形状が、滑らかな曲線状の波形状、台形状の矩形波、三角形状の波のいずれかであり、各形状における波頂部あるいは波底部の近傍がなめらかな曲線で形成されたもので、前記金属層の波形状の波高さが０．２ｍｍ〜０．６ｍｍで、前記金属層の波形状の波ピッチは１．５ｍｍ〜４ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の海中ケーブル。
3. 前記複層テープの少なくとも内面側の樹脂は、前記シールド層と導通する導電性樹脂層であり、さらに、前記複層テープの外面側の樹脂は、前記防食層と相溶性を有し、前記防食層よりも低融点の樹脂であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の海中ケーブル。
4. 前記複層テープの外面側の樹脂の外面に、さらに接着層が形成され、前記接着層と前記防食層とが接着されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の海中ケーブル。
5. 前記外部防食層の内面には、さら第２の遮水層が形成され、前記第２の遮水層は、前記複層テープにより形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の海中ケーブル。
6. 前記複層テープの長手方向が前記電力用線心の軸方向と略一致し、前記複層テープの幅方向が前記電力用線心の周方向に一致するように、前記複層テープの幅方向の両端部がラップされて巻きつけられ、前記複層テープのラップ部が、前記電力用線心の軸方向に延伸していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の海中ケーブル。
7. 導体上に絶縁層、シールド層、遮水層および防食層が形成される電力用線心を有する海中ケーブルの前記遮水層に用いられる複層テープであって、
   前記複層テープは、金属層を樹脂で挟み込んで形成され、
   前記複層テープの少なくとも内面側の樹脂は、前記シールド層と導通する導電性樹脂層で構成され、
   前記複層テープの金属層は、断面形状が凹凸形状であり、
   前記金属層の凹凸形状が、前記複層テープの平面において、異なる２方向に向けて、凹凸形状の山部または谷部が交互に周期的に形成された格子状配列または千鳥状配列に形成されることを特徴とする海中ケーブルの遮水層用複層テープ。
8. 前記複層テープの金属層の凹凸形状の、前記複層テープの長手方向のピッチは、幅方向のピッチと同等か小さいことを特徴とする請求項７に記載の海中ケーブルの遮水層用複層テープ。
9. 請求項１に記載の海中ケーブルにおいて、複層テープの周方向に配置された凹凸形状が、径方向の膨張収縮による疲労特性を向上させ、複層テープの長手方向に配置された凹凸形状が、軸方向の疲労特性を向上させることを特徴とする海中ケーブルの疲労特性の向上方法。
10. 前記海中ケーブルの複層テープの歪み２％における曲げ疲労試験における疲労特性が１×１０^５回以上であることを特徴とする請求項９記載の海中ケーブルの疲労特性の向上方法。

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