WO2013027748A1 - 海中ケーブル、そ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

海中ケーブル、そ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 Download PDF

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multilayer tape
wave
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metal layer
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徹 籠浦
石井　健一
啓 貝塚
卓三 萩原
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古河電気工業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
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    • Y10T428/24628—Nonplanar uniform thickness material
    • Y10T428/24669—Aligned or parallel nonplanarities

Definitions

  • the present invention relates to a submarine cable or the like for offshore floating facilities.
  • Underwater cables are used to transmit power from offshore floating facilities.
  • three core wires for power are twisted together for three-phase AC power transmission, and armored wires for supporting cable load are provided on the outer periphery of the core, and a plastic layer for preventing external damage is provided on the outside. Extruded coated structure.
  • a submarine cable for example, on the outer periphery of a linear assembly in which a plurality of cable wires and twisted reinforcement wires are twisted in one direction, the cable wire core and the twisted reinforcement wires are twisted in the opposite direction.
  • an underwater cable in which an armored body in which armored wires are twisted together is provided, and the torque balance applied by canceling the twisting torque acting on the linear assembly and the armored body is known (Patent Document 1).
  • a water shielding layer is formed on the outer periphery of the insulator (shield layer) in the power line core.
  • the water barrier of the power cable core is formed of a metal layer such as a metal tape. Therefore, there is a possibility that the metal layer constituting the water shielding layer may be damaged, and the fatigue life in the conventional water shielding layer structure is said to be about 5 to 7 years depending on the sea weather conditions.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and provides an underwater cable or the like excellent in bending fatigue characteristics of a water shielding layer capable of achieving both sufficient flexibility and high water shielding properties. For the purpose.
  • a first invention is a submarine cable for offshore floating body equipment, wherein a power line having an insulating layer, a shield layer, a first water shielding layer, and an anticorrosion layer formed on a conductor.
  • a plurality of wire rods are arranged in the circumferential direction of the entire outer periphery of the power wire core on the outer peripheral side of the core and the plurality of power wire cores, and the wire rod is in the axial direction of the power wire core
  • the first water shielding layer is made of a metal layer made of resin.
  • the undersea cable is formed by sandwiched multilayer tape, and the metal layer of the multilayer tape is a submarine cable having a corrugated shape or a concavo-convex shape.
  • the concavo-convex shape of the metal layer is formed by alternately and repeatedly forming concavo-convex crests or troughs in two different directions on the plane of the multilayer tape.
  • the wave crest part in a wave shape may be formed toward one direction in the plane of the multilayer tape.
  • the wave shape or the uneven shape of the metal layer is one of a smooth curved wave shape, a trapezoidal rectangular wave, and a triangular wave, and the vicinity of the wave crest or wave bottom in each shape is smooth. It is preferably formed by a curved line, and it is desirable that the expansion / contraction direction of the wave shape or the uneven shape substantially coincides with the axial direction of the submarine cable.
  • the height of the corrugated shape or the uneven shape of the metal layer is 0.2 mm to 0.6 mm, and the pitch of the corrugated shape or the uneven shape of the metal layer is 1.5 mm to 4 mm.
  • the resin on at least the inner surface side of the multilayer tape is a conductive resin layer that conducts with the shield layer, and the resin on the outer surface side of the multilayer tape has compatibility with the anticorrosion layer, and the anticorrosion A resin having a melting point lower than that of the layer may be used.
  • An adhesive layer may be further formed on the outer surface of the resin on the outer surface side of the multilayer tape, and the adhesive layer and the anticorrosion layer may be bonded.
  • a second water shielding layer may be formed on the inner surface of the external anticorrosion layer, and the second water shielding layer may be formed by the multilayer tape.
  • the multilayer tape has the longitudinal direction of the multilayer tape substantially coincident with the axial direction of the power line core, and the width direction of the multilayer tape coincides with the circumferential direction of the power line core. Both end portions in the width direction of the multilayer tape are wrapped and wound, and the wrap portion of the multilayer tape is stretched in the axial direction of the power cable core to form the corrugated crest or the uneven shape.
  • the direction may substantially coincide with the circumferential direction of the power line core.
  • the multilayer tape is spirally wound so that the longitudinal direction of the multilayer tape is at a predetermined angle with respect to the axial direction of the power core, and the corrugated crest or the irregular shape is formed.
  • the direction may substantially coincide with the circumferential direction of the power line core.
  • the water shielding layer is constituted by a multilayer tape in which a metal layer is sandwiched between resins. For this reason, the penetration
  • the metal layer is sandwiched between the resins, the metal layer is not torn or bent when the water shielding layer is constructed. For this reason, a water shielding layer can be constructed reliably. Furthermore, the internal shield layer is not damaged by the metal layer.
  • the multilayer tape metal layer
  • the multilayer tape can be deformed in the direction of forming the corrugated or uneven shape when the multilayer tape is wound. It is. For this reason, it can suppress that a multilayer tape becomes a hindrance of a deformation
  • undersea cables not only bend but also expand and contract in the circumferential direction.
  • the current flowing through the submarine cable fluctuates, thereby changing the amount of heat generated in the conductor.
  • the submarine cable is expanded and contracted in the radial direction.
  • the multilayer tape repeats expansion / contraction in the circumferential direction in response to expansion / contraction in the radial direction.
  • submarine cables may oscillate in the ocean and repeat unstable movements. In this case, some torsional stress may be applied in addition to bending stress.
  • the cross-sectional shape of the metal layer of the multilayer tape has a wave shape or an uneven shape
  • the water shielding layer can follow not only the deformation in the bending direction but also the deformation in the radial direction. Therefore, the stress generated in the metal layer can be relaxed and the fatigue resistance can be improved.
  • the water shielding layer can more reliably follow not only the deformation in the bending direction but also the deformation in the radial direction.
  • the concave / convex shape in two directions is used, even if the deformation that the cable receives is only the axial bending deformation, the distortion due to the deformation of the cable is partially averaged in the circumferential direction as a result. Dispersion of strain is also improved. Therefore, the stress generated in the metal layer can be relaxed and the fatigue resistance can be further improved.
  • the cross-sectional shape of the metal layer of the multi-layered tape has a concavo-convex shape in two directions
  • deformation due to rapid expansion and contraction in the radial direction due to sudden load fluctuations in wind power generation and seasonal fluctuations in seawater temperature
  • It also shows the effect of absorbing and relaxing torsional stress caused by ocean currents and tidal currents.
  • ridges or valleys are formed in a lattice-like position, and ridges or valleys are alternately and repeatedly formed in two different directions, resulting in ridges or valleys. Is arranged so that the center of each is located at each lattice point position of the periodic structure.
  • the thickness of the metal layer is not constant, and the change in the plate thickness from the crest to the trough accompanying the change in the thickness of the metal layer is also included in the “lattice arrangement”. Is included in the “shape arrangement”.
  • the wave crest is formed in one direction means that it does not have a wave shape in a cross section with a multilayer tape, but has a wave shape with a predetermined pitch in a cross section perpendicular thereto.
  • the wave crest wave-shaped peak or valley
  • the thickness of the metal layer is not constant, and the plate thickness unevenness from the peak portion to the valley portion accompanying the change in the thickness of the metal layer is naturally included in the wave shape.
  • the multi-layer tape is wound so that the longitudinal direction of the multi-layer tape is substantially coincident with the axial direction of the submarine cable, and the width direction of the multi-layer tape is the peripheral direction of the subsea cable, and the ends of the winding portions wound in the circumferential direction are mutually connected.
  • the wrap length of the metal layers with respect to the total length of the cable can be shortened. That is, the length of the wrap portion where the gap between the metal layers may be formed can be shortened with respect to the total length of the cable.
  • the wrap portion since the wrap portion is formed straight in the axial direction of the submarine cable, the wrap portion can be a part of the circumference, making it easy to fuse the wrap portion. Excellent in properties.
  • the resin on the inner surface side of the multilayer tape is a conductive resin layer, it can be conducted with the shield layer. For this reason, the earth
  • the pitch of the corrugated or uneven shape of the metal layer is 1.5 mm to 4 mm and the height of the corrugated or uneven shape of the metal layer is 0.2 to 0.6 mm, the bending characteristics and the bending fatigue characteristics In addition, it is excellent in manufacturability of multi-layer tapes because the wave shape collapse during processing is suppressed.
  • a water-impervious layer is also formed on the external anti-corrosion layer, and if this water-impervious layer is also formed of a multi-layer tape in the same manner as the water-impervious layer formed on the power cable core described above, it is flexible. It is possible to obtain a water-impervious layer having excellent fatigue resistance.
  • the resin for constructing the water shielding layer is compatible with the anticorrosion layer and a material having a melting point lower than that of the anticorrosion layer is used, when the anticorrosion layer is extruded and coated, the anticorrosion layer and the resin portion are It is integrated by heat fusion, and there is no risk of slippage even when bending or twisting. Moreover, in order to prevent such a shift
  • a second invention is a multilayer tape for a water shielding layer of a submarine cable, comprising a metal layer and a resin coating portion sandwiching the metal layer, wherein the metal layer has a corrugated cross-sectional shape or A multilayer tape for a water shielding layer of a submarine cable characterized by having an uneven shape.
  • the concave and convex shape of the metal layer is formed in a grid or staggered arrangement in which concave and convex peaks or valleys are alternately and periodically formed in two different directions. It is desirable. Or in the plane of a multilayer tape, the wave crest part in a wave shape may be formed toward one direction.
  • the second invention it is possible to form the water shielding layer of the submarine cable using the water shielding multilayer tape according to the second invention. That is, when the water shielding layer is formed by wrapping around the underwater cable, it is possible to reliably shield moisture from entering from the outside. Therefore, deterioration of the insulation performance of the cable due to moisture can be prevented over a long period of time. Moreover, it can suppress that a multilayer tape becomes a hindrance of a deformation
  • the uneven shape arranged in the circumferential direction of the multilayer tape improves fatigue characteristics due to expansion and contraction in the radial direction, and the longitudinal direction of the multilayer tape
  • the method for improving the fatigue characteristics of a submarine cable is characterized in that the concave and convex shapes arranged on the surface improve the fatigue characteristics in the axial direction.
  • the fatigue characteristics (fatigue life) of the submarine cable be at least 3 to 5 times that of the conventional riser cable.
  • the fatigue characteristics in a bending fatigue test at a strain of 2% be 1 ⁇ 10 5 times or more.
  • the fatigue property in the bending fatigue test at a strain of 2% being 1 ⁇ 10 5 times or more means that the material does not break 1 ⁇ 10 5 times or more when a strain amount of 2% is repeatedly applied.
  • the metal layer of the multilayer tape has a wave shape formed in two directions different in cross-sectional shape
  • the water shielding layer is not only deformed in the bending direction but also deformed in the radial direction. It is possible to follow, relieve stress generated in the metal layer, and improve fatigue resistance.
  • FIG. Sectional drawing which shows the underwater cable 3.
  • FIG. It is a figure which shows the structure of the multilayer tape 30, (a) is a perspective view, (b) is sectional drawing, and the A direction arrow line view of (a).
  • FIG. 1 It is a figure which shows the winding state which wound the multilayer tape 30 spirally
  • (a) is a perspective view
  • (b) is a front schematic diagram.
  • the front schematic diagram which shows the winding state which wound the multilayer tape 30a spirally.
  • FIG. The figure which shows the effect of the water shielding layer.
  • FIG. 1 is a view showing a state in which the undersea cable 3 is laid.
  • An offshore floating facility 1 is disposed on the ocean.
  • the offshore floating facility 1 is, for example, a floating offshore wind power generator.
  • the offshore floating facility 1 is in a state of floating on the ocean, and the lower part is fixed to the seabed by a mooring line 11.
  • a plurality of offshore floating facilities 1 are arranged on the ocean.
  • the offshore floating facility 1 is connected to the submarine cable 3 at the connection portion 5c.
  • the submarine cables 3 are connected to each other at a connection portion 5a installed on the seabed. That is, the offshore floating facilities 1 are connected to each other by the submarine cable 3.
  • a buoy 9 is connected between the offshore floating facility 1 of the undersea cable 3 and the connecting portion 5b. That is, the submarine cable 3 is floated in the sea by the buoy 9. Details of the submarine cable 3 will be described later.
  • the submarine cable 3 on the ground side is connected to the submarine cable 7 through a connecting portion 5a installed on the seabed.
  • the submarine cable 7 has substantially the same configuration as the submarine cable 3.
  • the submarine cable 7 is connected to a ground power transmission facility or the like. That is, the electricity generated by the offshore floating facility 1 is transmitted to the ground by the submarine cable 3 and the submarine cable 7.
  • the offshore floating facility 1 is greatly oscillated by ocean waves and tidal currents. Therefore, the submarine cable 3 connected to the offshore floating facility 1 follows the swinging of the offshore floating facility 1 and is repeatedly subjected to large bending deformation in the sea. The submarine cable 3 is floated in the sea by the buoy 9, so that it is not dragged to the bottom of the sea, and local stress is applied to the submarine cable 3 due to tide fullness or current. Is prevented.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the submarine cable 3.
  • the submarine cable 3 is mainly composed of a power line core 13, armoring 23 a and 23 b, an external anticorrosion layer 25, and the like.
  • the power wire core 13 includes a conductor portion 15, an insulating portion 17, a shield layer 19, a water shielding layer 21, a corrosion protection layer 22, and the like.
  • the conductor portion 15 is configured by twisting copper strands, for example.
  • An insulating portion 17 is provided on the outer peripheral portion of the conductor portion 15.
  • the insulating part 17 is made of, for example, cross-linked polyethylene.
  • the insulating portion 17 may have a three-layer structure including an internal semiconductive layer, an insulator layer, and an external semiconductive layer.
  • By having a three-layer structure consisting of an internal semiconductive layer, an insulator layer, and an external semiconductive layer it is possible to suppress water tree degradation, which is a partial discharge phenomenon, and to obtain an effect as a mechanical buffer layer between the insulator and the metal layer. Can do.
  • the electric field concentrates there and becomes the starting point of water tree or partial discharge. Therefore, the electric field at the contact interface can be reduced by sandwiching a semiconductive resin therebetween.
  • the inner and outer semiconductive layers are sometimes referred to as “electric field relaxation layers”.
  • a shield layer 19 is provided on the outer periphery of the insulating portion 17.
  • the shield layer 19 is made of a conductive member, and is made of, for example, a metal, a conductive resin, or a conductive fiber.
  • the shield layer 19 is connected to the ground at the end of the undersea cable 3.
  • a water shielding layer 21 is provided on the outer periphery of the shielding layer 19.
  • the water shielding layer 21 is constituted by a multilayer tape in which a metal layer and a resin layer are laminated. The configuration of the multilayer tape will be described later.
  • An anticorrosion layer 22 is provided on the outer periphery of the water shielding layer 21.
  • the anticorrosion layer 22 is made of, for example, a resin that is extrusion coated on the outer periphery of the water shielding layer 21.
  • the anticorrosion layer 22 is for protecting each internal layer.
  • the anticorrosion layer 22 is made of, for example, polyethylene, ethylene-1-butene copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-ethyl acrylate copolymer, ethylene-propylene-diene terpolymer, nylon 6,6.
  • Polyamide resin such as nylon 12 and nylon 11, polyarylate resin, and polyvinyl chloride resin non-crosslinked type can be used.
  • the power wire core 13 configured in this way is twisted together for three-phase AC power transmission. Further, after twisting the three power wires 13, an intervening layer 27 such as a resin string is formed in the gap to form a substantially circular core. An armor portion for supporting the load of the submarine cable 3 is provided on the outer periphery of the obtained core.
  • the intervening layer 27 may be provided with a communication cable such as an optical cable 29 as necessary.
  • the optical cable is preferably provided at three positions in contact with the two anticorrosion layers 22 of the adjacent cable conductors of the intervening layer 27. With such an arrangement, the arrangement of the communication cable can be stabilized, and at the same time, the stress acting on the communication cable can be reduced because the communication cable can be arranged at a position close to the center.
  • the armor portion has a two-layer structure of, for example, armor portions 23a and 23b.
  • the armoring 23a, 23b is, for example, a metal wire (steel wire or stainless steel wire) or a fiber reinforced plastic wire.
  • a plurality of armor portions 23a and 23b provided in the circumferential direction are wound around the outer periphery of the core with a long pitch without a gap. That is, the armorings 23a and 23b are formed such that the winding pitch is sufficiently long with respect to the outer diameter of the armorings 23a and 23b.
  • the inner armor 23a and the outer armor 23b are spirally wound around the outer periphery of the core in opposite directions.
  • a water shielding layer 24 is provided on the outer periphery of the armored portions (armored portions 23a and 23b) as necessary.
  • An outer anticorrosion layer 25 is provided on the outer periphery of the water shielding layer 24.
  • the external anticorrosion layer 25 is made of, for example, a resin that is extrusion-coated on the outer periphery of the exterior portion.
  • the resin constituting the external anticorrosion layer 25 for example, polyolefin resin, polyamide resin (polyamide 11, polyamide 12, etc.) can be used.
  • FIG. 3 is a view showing the multilayer tape 30
  • FIG. 3 (a) is a perspective view
  • FIG. 3 (b) is a view in the direction of arrow A in FIG. 3 (a)
  • a sectional view of the multilayer tape 30. is there.
  • the multilayer tape 30 includes a metal layer 31 and resin coating portions 33a and 33b.
  • the metal layer 31 is sandwiched between the resin coating portions 33a and 33b.
  • the metal layer 31 may be a film that is thin and easy to process and has excellent corrosion resistance.
  • stainless steel, aluminum, copper, lead, or clad steel whose outer surface is clad with a material having good corrosion resistance can be used.
  • the metal layer 31 has a thickness of about 0.05 mm, for example, and the multilayer tape 30 as a whole may be about 0.2 to 1.0 mm, for example.
  • the resin coating portions 33a and 33b are resin members, and can prevent the metal layer 31 from being bent, torn, or wrinkled when the water shielding layer 21 is constructed.
  • the material of the resin coating portions 33a and 33b will be described later.
  • the cross-sectional shape of the metal layer 31 has a unidirectional wave shape.
  • a method of forming a wave shape on the surface of the metal film can be applied by passing the metal film through a roll having a wave shape formed on the surface and passing the metal film through the roll. it can.
  • the wave shape may be formed in several stages by a progressive press (transfer press), and the wave crest or wave bottom at that time may be formed while preventing local distortion concentration.
  • the multilayer tape 30 can be manufactured by, for example, extruding and coating a resin on a corrugated metal film.
  • a corrugated metal film may be installed in a corresponding mold and the resin may be integrated by injection.
  • a resin member having a corrugated shape and a metal film, which are separately formed, may be integrated by a known technique such as adhesion or pressure bonding.
  • a metal layer can also be formed by vapor deposition etc. on the resin member by which the surface was previously formed in the waveform.
  • the metal layer 31 has a wave shape having a peak and a valley, and the peak of the peak (or valley) is referred to as a wave peak 35.
  • the wave height of the wave portion is preferably 0.2 to 0.6 mm, and particularly preferably 0.3 to 0.5 mm. If the wave height is too low, the effect of making the wave shape is small, and if the wave height is too large, the thickness change will be large, on the contrary, the durability will be inferior, and the wave will be deformed during production. .
  • the wave pitch of the wave part is preferably 1.5 to 4 mm. If the wave pitch is too narrow, distortion is concentrated at the time of processing the wave part, so the workability is reduced. If the wave pitch is too wide, the wave part interval is large, so corrugation is easy. This is because the effect of improving durability is small because the absorption effect is small.
  • FIG. 3A is a perspective view of the resin coating portion, and the dotted line in the drawing represents the wave shape and the wave crest portion 35.
  • the wave crest 35 is continuously formed substantially perpendicular to the longitudinal direction of the multilayer tape 30.
  • the direction of the wave crest portion 35 (wave portion) does not have to be substantially perpendicular to the longitudinal direction of the multilayer tape 30 as shown, and may be formed at a predetermined angle. Needless to say, if the direction of the top portion 35 is substantially perpendicular to the longitudinal direction of the multilayer tape 30, the effect of absorbing distortion by the wave portion increases.
  • the multilayer tape 30a shown in FIG. 4 can also be used.
  • 4A is a perspective view of the multilayer tape 30a (a perspective view of the resin coating portion 33a)
  • FIG. 4B is a conceptual plan view of the metal layer 31.
  • FIG. The multilayer tape 30a has substantially the same configuration as the multilayer tape 30, but the uneven shape of the metal layer is different.
  • the multilayer tape 30a has a wave shape in at least two different directions (the S direction and the T direction in FIG. 4B). Therefore, the peak part 37 and the trough part 39 (wave crest part) are formed in a grid
  • the wave shape is formed in at least two directions means that a straight line connecting the wave crest portions closest to each other in a plan view is formed in at least two directions. Also, the two different directions need not be orthogonal to each other.
  • the cross-sectional view taken along the line RR in FIG. 4B is the same as FIG. 3B. That is, the wave shape in the cross section of the multilayer tape 30a is a wave shape in which the uneven shape is gently and continuously repeated as shown in FIG. 3B, for example. Further, the height and pitch of the concavo-convex shape are the same as those of the multilayer tape 30 described above.
  • the resin may be extruded and coated on a metal film that has been embossed as shown in FIG.
  • a metal layer can also be formed by vapor deposition on a resin member whose surface is formed in an uneven shape by embossing in advance.
  • the pitches of the waves formed in the two different directions are substantially the same.
  • the corrugation is formed in two different directions is not limited to the one shown in FIG. 4, and the corrugation is formed in the longitudinal direction and the width direction as in the multilayer tape 30d shown in FIG. You may form as follows.
  • the same effect can be obtained regardless of which direction the corrugation is formed in two different directions with respect to the multi-layer tape.
  • the metal tape constituting the metal layer 31 is usually The mechanical properties differ between the longitudinal direction and the width direction. Therefore, if the corrugations are formed in different directions with respect to the longitudinal direction of the metal tape, the corrugated fatigue characteristics in the respective directions may be different.
  • the left and right sides are configured to have the same angle (for example, ⁇ 45 °).
  • the multilayer tapes 30a and 30d are used, the same effects as when the multilayer tape 30 is used can be obtained.
  • the corrugation is formed in two different directions in the metal layer 31, it is possible to follow the deformation in any direction, and the multi-layer tape is excellent in manufacturability.
  • the wave shape of the metal layer 31 is not limited to the example formed by the continuous curve such as the sine wave described above.
  • a trapezoidal rectangular wave may be used.
  • the wave shape may be a triangular wave.
  • the wave top or the vicinity of the wave bottom in each shape is formed with a smooth curve.
  • the length of the smooth curve, the length of the straight line portion, and the rising angle of the straight line portion from the plate plane are appropriately combined so as to satisfy a predetermined pitch by combining them.
  • the rising angle in the case of a trapezoidal rectangular wave is preferably set in the range of 30 to 80 °
  • the rising angle in the case of a triangular wave is preferably set in the range of 10 to 45 °.
  • the wave shape is not limited to these embodiments, and may be any form that can be expanded and contracted.
  • FIG. 7 is a diagram showing a forming process when the multilayer tape 30 is wound around the power wire core 13 on which the shield layer 19 is formed by vertical winding.
  • the insulating portion 17 is formed on the outer periphery of the conductor portion 15, and the shield layer 19 is formed on the outer periphery thereof.
  • a multilayer tape 30 is wound around the outer periphery of the shield layer 19.
  • the multilayer tape 30 is wound vertically as shown in FIG.
  • the multilayer tape 30 is sent to the power core 13 so that the longitudinal direction of the multilayer tape 30 is substantially the same as the axial direction of the power core 13.
  • both sides of the multilayer tape 30 are bent in a U shape so as to wrap the entire power core 13 (shield layer 19).
  • the power core 13 (shield layer 19) is wrapped by the multilayer tape 30. That is, as shown in FIG. 7B, both end portions of the multilayer tape 30 are wrapped around the outer periphery of the shield layer 19, and the shield layer 19 is wrapped with the multilayer tape 30. That is, the wrap portion 38 is formed along the axial direction of the power line core 13. As described above, the multilayer tape 30 is wound around the power core 13 (shield layer 19) by vertical winding, and the water shielding layer 21 is formed.
  • the multilayer tape 30 is wound so that the longitudinal direction of the multilayer tape 30 substantially coincides with the axial direction of the power line core 13 and the width direction of the multilayer tape 30 is the circumferential direction of the power line core 13.
  • the wrap length between the multilayer tapes 30 with respect to the entire length of the power line core 13 can be shortened.
  • a gap is slightly formed between the metal layers 31 in the wrap portion 38, but by shortening the length of the wrap portion, the metal layers 31 can be compared with each other with respect to the total length of the power core 13. The gap can be reduced. Moreover, since the wrap portion 38 is formed straight in the axial direction of the power core 13 by using the vertical winding, the wrap portion can be easily fused and the manufacturability is excellent.
  • the anticorrosion layer 22 is extrusion coated on the outer periphery of the water shielding layer 21 thus formed.
  • the power core 13 is formed.
  • the winding method of the multilayer tape 30 is not limited to the above-described vertical side winding, and may be spiral winding as shown in FIG. 8A, for example.
  • the multilayer tape 30 is wrapped and wrapped by a wrap portion 38 so that, for example, the widthwise ends of the multilayer tape 30 overlap each other.
  • gap winding may be used in which the end portions in the width direction of the multilayer tape 30 do not overlap each other (so as not to wrap) with a slight gap.
  • the multilayer tape 30 may be wound around the upper layer (outer layer) in the same manner by shifting the winding position so that the gap between the lower layer (inner layer) multilayer tape 30 is covered on the outer periphery.
  • the multilayer tape is wound by winding the lower layer (inner layer) tape and the upper layer (outer layer) tape in the same direction.
  • FIG. 8B is a schematic view showing a state in which the multilayer tape 30 is spirally wound (for the sake of simplicity, illustration of the wrap portion 38 is omitted).
  • a wave-shaped wave crest portion 35 is formed in one direction.
  • the formation direction of the wave crest portion 35 is a direction in which the wave crest portion 35 extends continuously, and the metal layer 31 does not have a wave shape in the cross section with respect to this direction.
  • the wave forming direction (the direction perpendicular to the wave crest 35 forming direction) be arranged in the axial direction of the power core. This is because, when a bending force is applied to the power core, it is easy to follow by axial expansion and contraction on the surface of the power core.
  • the multilayer tape 30 is spirally wound around the outer periphery of the shield layer.
  • the axial direction H and the circumferential direction G of the power line core are perpendicular to each other.
  • an angle formed by the winding direction I of the multilayer tape 30 with respect to the circumferential direction G of the power line core is J.
  • the winding direction I of the multilayer tape 30 coincides with the longitudinal direction of the multilayer tape 30.
  • the formation angle in the formation direction of the wave crest 35 with respect to the longitudinal direction I of the multilayer tape 30 is defined as K.
  • the difference between the angle J formed by the winding direction I of the multilayer tape 30 and the circumferential direction G of the power cable core and the angle K between the formation direction of the wave crest 35 with respect to the longitudinal direction I of the multilayer tape 30. Is desirable to be smaller (the figure shows an example in which the angle J and the angle K substantially coincide).
  • the waveform forming direction can be brought close to the axial direction of the power core. That is, the winding angle of the multilayer tape 30 is set in advance, and in the plan view, by using the multilayer tape 30 in which the crest portion inclined at an angle corresponding to this is used, the wave-shaped unevenness forming direction is changed to the power line. It can be close to the axial direction of the core (submarine cable).
  • the pitch seen from the axial direction of the corrugated submarine cable can be increased by shifting the axial direction of the submarine cable and the corrugated formation direction.
  • the angle J formed by the winding direction I of the multilayer tape 30 and the circumferential direction G of the power line core is preferably 80 ° or more and less than 90 °.
  • the wave shape is orthogonal to the longitudinal direction I (one of the two wave shapes in the two directions).
  • the formation angle in the (orthogonal direction) is assumed to be K.
  • K the formation angle in the (orthogonal direction)
  • the difference between the angle J formed by the winding direction I of the multilayer tape 30a and the circumferential direction G of the power cable core and the orthogonal angle K of the wave shape with respect to the longitudinal direction I of the multilayer tape 30a should be reduced. Is desirable (in the figure, an example in which the angle J and the angle K substantially coincide) is shown.
  • the waveform formation direction (L in the figure) can be brought close to the axial direction of the power core. Therefore, the wave pitch with respect to the axial direction of the power line 13 (waveform pitch appearing in the axial cross section) rather than the wave pitch with respect to the circumferential direction of the power line core 13 (waveform pitch in which the circumferential cross section appears). Can be reduced.
  • the wave pitch with respect to the circumferential direction of the power core 13 (waveform pitch in which the circumferential cross-sectional shape appears)
  • the wave pitch with respect to the axial direction of the power core 13 (waveform pitch appearing in the axial cross-section). )
  • fusing point of the resin coating part 33a which comprises the water-impervious layer 21 (resin part which is located in the outer peripheral side when it is wound and contacts the anticorrosion layer 22) is higher than the melting point of the resin constituting the anticorrosion layer 22.
  • the resin constituting the resin coating portion 33a and the resin constituting the anticorrosion layer 22 may be compatible. If the resin coating portion 33a and the anticorrosion layer 22 are compatible and the melting point of the resin coating portion 33a is lower than the melting point of the anticorrosion layer 22, when the resin of the anticorrosion layer 22 is extruded, the anticorrosion layer 22 and the multiple layers It is easy to integrate the tape 30 and the like with each other. For this reason, when the anticorrosion layer 22 is formed, a shift or the like does not occur between the water shielding layer 21 and the anticorrosion layer 22.
  • the resin covering portion 33a may be nylon 12, and the anticorrosion layer 22 may be nylon 11.
  • the resin coating portion may be low density polyethylene (LDPE) and the anticorrosion layer 22 may be high density polyethylene (HDPE).
  • the resin coating portion 33a (the surface thereof) can be made of a rubber material (for example, ethylene rubber, ethylene propylene rubber, silicon rubber, urethane rubber, butyl rubber, etc.).
  • a rubber material for example, ethylene rubber, ethylene propylene rubber, silicon rubber, urethane rubber, butyl rubber, etc.
  • the entire resin coating portion 33a is made of a rubber material, the adhesion with the metal layer 31 may be inferior. For this reason, it is good also considering the resin coating part 33a as a multilayer. That is, the resin coating portion 33a may be provided with a resin layer excellent in adhesiveness with the metal layer 31 in the inner layer, and only the outer layer may be formed of a rubber material.
  • an adhesive layer may be further formed on the outer periphery of the resin coating portion 33a.
  • the resin coating portion 33a and the anticorrosion layer 22 can be bonded. For this reason, the anticorrosion layer 22 and the multilayer tape 30 etc. do not adhere and shift.
  • the resin coating portion 33b (the resin portion located on the inner peripheral side when it is wound and in contact with the shield layer 19) constituting the water shielding layer 21 may be made of a conductive resin.
  • a conductive resin in which a conductive filler or the like is mixed into EEA (ethylene-ethyl acrylate copolymer), PVC (polyvinyl chloride), EVA (ethylene-vinyl acetate copolymer) resin, or the like is used.
  • EEA ethylene-ethyl acrylate copolymer
  • PVC polyvinyl chloride
  • EVA ethylene-vinyl acetate copolymer
  • the internal shield layer 19 and the resin coating portion 33b can be electrically connected.
  • the shield layer 19 is connected to the ground at the end of the undersea cable 3.
  • the metal layer 31 can be electrically connected to the shield layer 19 by configuring the resin coating portion 33b on the inner surface side with a conductive resin. Therefore, the metal layer 31 can be connected to the ground.
  • FIG. 10 is a diagram showing a state in which the submarine cable 3 is deformed.
  • the power core 13 inside the submarine cable 3 is also bent in the same direction.
  • the bending deformation of the electric power core 13 causes tensile deformation.
  • FIG. 10B is a schematic diagram showing a state of the multilayer tape 30 in the tensile deformation portion of the power line core 13.
  • tensile deformation also occurs in the multilayer tape 30 wound around the portion, and attempts to follow the bending of the electric power core 13 (FIG. Middle arrow Q direction).
  • the resin coating portions 33a and 33b can be easily followed and deformed by the elastic deformability of the resin.
  • the metal layer 31 since the metal layer 31 has a wave shape, it can easily follow the deformation by the expansion and contraction of the wave.
  • the wave shape is formed so as to repeat in the axial direction of the power line core 13, the expansion / contraction deformation direction due to the wave shape corresponds to the axial direction of the power line core 13.
  • the multilayer tape 30 water-impervious layer 21
  • the winding of the multilayer tape 30 having the metal layer 31 does not hinder the flexibility (deformation) of the power line core 13. Therefore, the power core 13 can follow the bending deformation of the submarine cable 3.
  • the wound metal layer 31 has a wave shape, it can be expanded and contracted in the radial direction of the cable.
  • the multilayer tape 30 can follow this deformation. Therefore, the power core 13 can follow the radial expansion / contraction caused by the temperature change of the submarine cable 3 or the like.
  • the power line core 13 is swung and torsionally deformed due to tidal currents and ocean currents.
  • both the axial direction and the circumferential direction are used. It can also follow distortion.
  • FIG. 11A and 11B are views showing a cross section of the power core 13.
  • FIG. 11A is an axial cross-sectional view
  • FIG. 11B is an enlarged view of the multilayer tape 30 constituting the water shielding layer 21. It is.
  • the submarine cable 3 is usually used, for example, submerged or floated in the sea.
  • the external anticorrosion layer 25 and the anticorrosion layer 22 are made of resin, they have a certain degree of waterproofness, but the resin itself has a slight water absorption. For this reason, the seawater component penetrates slightly into the anticorrosion layer 22. In particular, a high water pressure is applied to the seabed, and there is a great risk of penetration of seawater components into the anticorrosion layer 22 when used for a long time (in the direction of arrow O in the figure).
  • the water shielding layer 21 is provided on the inner peripheral surface of the anticorrosion layer 22. Therefore, as shown in FIG. 11B, the water shielding layer 21 reliably shields the ingress of water from the outside by the internal metal layer 31 (in the direction of arrow P in the figure). Therefore, there is no fear of dielectric breakdown due to water entering the insulating portion 17.
  • the water shielding layer 21 is provided on the outer periphery of the shield layer 19, the dielectric breakdown does not occur due to the ingress of water from the outside. Moreover, since the water shielding layer 21 is composed of the multilayer tape 30 or the like in which the metal layer 31 is sandwiched between the resin coating portions 33a and 33b, the flow of water from the outside in the tubular body radial direction (tubular center direction) The metal layer 31 can be reliably shielded.
  • the metal layer 31 is sandwiched between the resin coating portions 33a and 33b, the metal layer 31 is not torn or bent during the construction of the water shielding layer 21, and the water shielding layer 21 can be reliably constructed. it can. Furthermore, since the metal layer 31 does not contact the shield layer 19 directly, each layer is not damaged during manufacturing.
  • the multilayer tape 30 (metal layer 31) can be easily stretched and deformed in the corrugated direction when the multilayer tape 30 is wound. It is. Further, by forming the metal layer 31 in a wave shape, local stress concentration generated in the metal layer 31 when the underwater cable 3 (power core 13) is bent can be alleviated. For this reason, a long-term repeated bending fatigue characteristic can be improved and the flexible tube excellent in long-term reliability can be obtained.
  • the extending direction of the wave crest portion 35 in a state where the multilayer tape 30 is wound can be made substantially coincident with the circumferential direction of the power line core 13. Therefore, the multilayer tape 30 (metal layer 31) easily follows the deformation direction during bending of the submarine cable 3 (power core 13), and high flexibility can be ensured.
  • the formation direction of the wave crest 35 in the state where the multilayer tape 30 is wound is not required to be substantially coincident with the circumferential direction of the power core 13, but the circumferential direction of the power core 13 is It is desirable to make the wave pitch with respect to the axial direction of the power core 13 (the wave-shaped pitch appearing in the axial cross section) smaller than the wave pitch with respect to (the wave-shaped pitch where the circumferential cross-sectional shape appears). That is, it is desirable to arrange more waves with respect to the axial direction of the power line core 13. This is because it is more effective for pulling the surface of the power core 13.
  • the multilayer tape 30 can also be used for the water shielding layer 24.
  • the resin part on the outer peripheral side of the multilayer tape constituting the water shielding layer 24 is compatible with the external anticorrosion layer 25 and the like, and the melting point thereof is lower than the melting point of the resin constituting the external anticorrosion layer 25. Is desirable.
  • the crest portion of the metal layer is formed in one direction and two directions, respectively, and the crest or trough portion of the corrugated shape is formed in a direction perpendicular to the formation direction of the crest portion.
  • the wave form pitch and height
  • the bending properties and bending fatigue durability of the multilayer tape were evaluated.
  • a wave shape, a trapezoidal rectangular wave, and a triangular wave are prepared, and the wave shape is a rising angle of a sine wave and a trapezoidal rectangular wave (angle A1 in FIG. 6A).
  • the rising angle of the triangular wave was 25 °, and each side was connected by a smooth curve.
  • the bending characteristics were evaluated by a bending characteristic evaluation apparatus 40 shown in FIG.
  • the bending property evaluation apparatus 40 is configured by a bending plate 43 having a certain curvature on the upper surface.
  • the curvature of the upper surface of the bending plate 43 was 120 mmR.
  • the test piece 41 was pressed and deformed on the surface along the curvature of the bending plate 43.
  • the test piece 41 was obtained by vertically winding a multilayer tape (wave shape shown in FIG. 3 or FIG. 4) on the outer periphery of a 15 mm ⁇ cable (winding method shown in FIG. 7). When the test piece 41 was bent, the occurrence of wrinkles or cracks on the outer surface of the multilayer tape was visually evaluated.
  • the bending fatigue characteristic evaluation apparatus 50 includes a fixed portion 53, a movable portion 55, and the like.
  • the fixed portion 53 and the movable portion 55 are arranged in parallel to each other with a predetermined distance C therebetween.
  • the ends of the test piece 51 are fixed to the fixed portion 53 and the movable portion 55 in opposite directions. That is, the central part of the test piece 51 is bent 180 °.
  • the movable portion 55 reciprocates in the axial direction (in the direction of arrow B in the figure). Therefore, repeated bending deformation is given to the test piece 51.
  • the distance C between the fixed portion 53 and the movable portion 55 was adjusted so that the bending strain during repeated bending was 2%.
  • the test piece 51 used the multilayer tape in which the crest part in the wave shape of a 10-mm-wide metal layer was formed toward one direction or two directions.
  • the thickness of the metal tape of the multilayer tape was 0.05 mm, and the wave height of the metal tape was from 0.2 mm to 0.8 mm.
  • a repeated bending test was performed so that the amount of strain during repeated bending was 2%, and the number of repetitions until the multilayer tape broke was counted.
  • Tables 1 and 2 show the results evaluated as described above.
  • Metal layer thickness is the thickness of the metal tape which comprises a multilayer tape.
  • the wave height is the height of the wave shape of the metal layer (the height from the valley to the mountain).
  • the wave pitch is the distance between adjacent wave crests.
  • “Uneven shape” in the table indicates a “wave shape” in which the uneven shape is repeated in a curved shape as shown in FIG. 3B in the cross section of the multilayer tape. Further, as shown in FIG. 6A, a trapezoidal rectangular wave is indicated as “trapezoid”. Further, as shown in FIG. 6B, a triangular wave shape is indicated as “triangle”.
  • the bending characteristics are the results of evaluation by the bending characteristics evaluation apparatus 40 shown in FIG.
  • Bending fatigue resistance is an evaluation result of bending fatigue characteristic evaluation apparatus 50 illustrated in FIG. 13, with respect to strain of 2% and those that did not break up the number of repetitions of more than 1 ⁇ 10 6 times as “ ⁇ ” Those that break between 1 ⁇ 10 5 times and 1 ⁇ 10 6 times are indicated as “ ⁇ ”, and those that break between 1 ⁇ 10 4 times and 1 ⁇ 10 5 times are denoted as “ ⁇ ”. X10 The thing which fractured
  • the multi-layer tape manufacturability is defined as “ ⁇ ” when the metal layer is not deformed (particularly the deformation of the wave portion) when the metal layer is laminated with the resin, and “ ⁇ ” when the deformation is generated.
  • the present invention was able to obtain the same effect in any of a wave shape, a rectangular wave, and a triangular wave, regardless of the uneven shape of the metal tape.
  • No. No. 2 had a low wave height, and the bending fatigue characteristics were “ ⁇ ”.
  • No. No. 10 has a bending fatigue characteristic of “ ⁇ ” because the wave pitch is as large as 4 mm, but No. 10 having no wave shape in the metal layer even when the wave pitch is 4 mm. Compared to 1, a significant improvement in fatigue characteristics was observed.
  • No. 18-No. No. 20 since the wave height was too high, wave deformation was observed during manufacture.
  • No. No. 22 had a bending fatigue characteristic of “ ⁇ ” because the wave pitch was as large as 4 mm, but No. 22 having no wave shape in the metal layer even when the wave pitch was 4 mm. Compared to 11, a significant improvement in fatigue characteristics was observed.

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Abstract

　海中ケーブル３の内部の電力用線心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。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の外周部には遮水層２１が設けられる。遮水層２１は、金属層３１が樹脂層３３ａ、３３ｂで挟みこまれた複層テープ３０により構成される。遮水層２１の外周部には防食層２２が設けられる。なお、複層テープ３１の断面形状が、金属層３１は波形状を有する。

Description

海中ケーブル、そ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
　本発明は、洋上浮体設備用の海中ケーブル等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、断面形状が波形状または凹凸形状を有す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、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が望ましい。または、前記複層テープの平面において、波形状における波頂部が１方向に向けて形成されていてもよい。
　前記金属層の前記波形状または前記凹凸形状が、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、さらに前記波形状または前記凹凸形状の伸縮方向が海中ケーブルの軸方向と略一致することが望ましい。
　前記金属層の前記波形状または前記凹凸形状の高さが０．２ｍｍ～０．６ｍｍで、前記金属層の前記波形状または前記凹凸形状のピッチは１．５ｍｍ～４ｍｍであることが望ましい。
　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ってもよい。
　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。
　前記複層テープは、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、前記波形状の波頂部または前記凹凸形状の形成方向が、前記電力用線心の周方向と略一致してもよい。
　前記複層テープは、前記複層テープの長手方向が前記電力用線心の軸方向に対して所定の角度となるように螺旋状に巻き付けられ、前記波形状の波頂部または前記凹凸形状の形成方向が、前記電力用線心の周方向と略一致してもよい。
　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複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または凹凸形状を有するため、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）が波形状または凹凸形状の形成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波形状または凹凸形状を有するため、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。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、複層テープの金属層の断面形状が２方向の凹凸形状を有すれば、遮水層は、曲げ方向の変形だけでなく、径方向の変形にもより確実に追従することができる。さらに、２方向の凹凸形状を有すると、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、耐疲労特性をより向上させることができる。このように、複層テープの金属層の断面形状が２方向の凹凸形状を有している場合、風力発電の発電量の急激な負荷変動や海水温度の季節変動による径方向の膨張収縮による変形や、海流や潮流による捻り応力に対しても、これらを吸収して緩和する効果を示す。もちろん、ケーブル膨張収縮による周方向の疲労特性も改善する効果もある。
　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、本発明において、波頂部が１方向に向けて形成されるとは、複層テープのある断面においては、波形状とはならず、これと直行する断面において所定ピッチの波形状となるものをいう。すなわち、波頂部（波形状の山部または谷部）が、一方向に連続し、他の方向には、山部と谷部とが繰り返される形態を指す。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凹凸も当然に波形状に含むものである。
　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、金属層の波形状または凹凸形状のピッチが１．５ｍｍ～４ｍｍであり、金属層の波形状または凹凸形状の高さが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、海中ケーブルの遮水層用の複層テープであって、金属層と、前記金属層を挟み込む樹脂被覆部と、を具備し、前記金属層は、断面形状が波形状または凹凸形状を有す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。
　複層テープの平面において、前記金属層の凹凸形状が、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が望ましい。または、複層テープの平面において、波形状における波頂部が１方向に向けて形成されていてもよい。
　第２の発明によれば、このような第２の発明にかかる遮水用複層テープを用いて、海中ケーブルの遮水層を形成することができる。すなわち、海中ケーブルに巻き付けて遮水層を形成した際に、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、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。
　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、前記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、前記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。
　ここで、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１×１０５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１×１０５回以上であるとは、２％の歪量を繰り返し付与した際に、１×１０５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の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図であり、（ａ）のＡ方向矢視図。 複層テープ３０ａ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３０ｄ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３０ａを螺旋巻きした巻き付け状態を示す正面模式図。 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、内部半導電層、絶縁体層、外部半導電層の三層構造としてもよい。内部半導電層、絶縁体層、外部半導電層の三層構造とすることで、部分放電現象である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、内部半導電層や外部半導電層が無かった場合、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）は斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ方向矢視図であり、複層テープ３０の断面図である。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、金属層３１の断面形状は、一方向の波形状を有する。このような金属層３１は、例えば、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を適用することができる。また、金属フィルムを所定間隔ごとに、プレス成形により、波形状を形成してもよい。また、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してもよい。
　複層テープ３０は、例えば、波形に加工された金属フィルムに樹脂を押し出し被覆して製造することができる。または、波形状の金属フィルムを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。
　ここで、図３（ａ）は、樹脂被覆部を透視した図であり、図中の点線は、波形状および波頂部３５を表す。波頂部３５は、複層テープ３０の長手方向に対して、略垂直に連続して形成される。なお、本発明においては、波頂部３５（波部）の方向は、図示したように複層テープ３０の長手方向に略垂直でなくてもよく、所定の角度で形成してもよいが、波頂部３５の方向を、複層テープ３０の長手方向に対して略垂直とする方が波部による歪の吸収効果は大きくなることは言うまでもない。
　また、本発明では、図４に示す複層テープ３０ａ用いることもできる。図４（ａ）は複層テープ３０ａの斜視図（樹脂被覆部３３ａの透視図）、図４（ｂ）は金属層３１の平面概念図である。複層テープ３０ａは、複層テープ３０と略同様の構成であるが、金属層の凹凸形状が異なる。
　図４（ｂ）に示すように、複層テープ３０ａは、少なくとも異なる２方向（図４（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。
　なお、図４（ｂ）のＲ－Ｒ線断面図は、図３（ｂ）と同様である。すなわち、複層テープ３０ａの断面における波形状は、たとえば、図３（ｂ）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。また、凹凸形状の高さおよびピッチは、前述した複層テープ３０と同様である。
　また、複層テープ３０ａでは、金属フィルムに樹脂被覆する方法として、図５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、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４に示すものに限られず、図５に示す複層テープ３０ｄ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５に示すように、例えば複層テープ３０ａ（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、３０ｄ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。特に、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。
　また、金属層３１の波形状は、前述した正弦波等の連続した曲線で形成される例に限られず、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。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、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は３０～８０°、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。
　このような複層テープ３０ｂ、３０ｃによっても、複層テープ３０、３０ａ、３０ｄ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。
　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、３０ｄ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、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）に示すような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るギャップ巻きでもよい。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。上記のようにギャップ巻きとして、さらにテープ厚さを厚く巻き付けたい場合は、複層テープを２枚重ねて巻き付けることが望ましい。
　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）。本実施例では、波形状の波頂部３５が一方向に形成される。ここで、波頂部３５の形成方向とは、波頂部３５が連続して延伸する方向であり、この方向に対しては、断面において金属層３１は波形状にはならない。この際、波形状の形成方向（波頂部３５の形成方向に対して垂直な方向）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に対する波頂部３５の形成方向の形成角度をＫとする。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に対する波頂部３５の形成方向との角度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。ここで、海中ケーブルの軸方向と波形状の凹凸形成方向をずらすことで、波形状の海中ケーブルの軸方向から見たピッチを大きくすることができる。なお、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は、８０°以上９０°未満とすることが望ましい。
　また、図９に示すように、異なる２方向に波形状を有する複層テープ３０ａの場合には、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４（ｂ）においては、約４５°である。この場合において、複層テープ３０ａ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３０ａ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、異なる２方向に波形状を有する複層テープ３０ａであっても、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。したがって、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。
　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、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等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等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等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。
　図１０は、海中ケーブル３を変形させた状態を示す図である。図１０（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１０（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、波形状が電力用線心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１１は、電力用線心１３の断面を示す図であり、図１１（ａ）は軸方向の断面図、図１１（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１１（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等で構成されるため、外部からの水の管体径方向（管体中心方向）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、複層テープ３０の金属層３１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頂部３５の延伸方向を、電力用線心１３の周方向と略一致させることができる。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頂部３５の形成方向を、電力用線心１３の周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１方向および２方向に向けてそれぞれ形成され、波形状の山部または谷部が波頂部の形成方向に垂直な方向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１２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または図４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１３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１方向または２方向に向けて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％となるように繰り返し曲げ試験を行って、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、表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  
　表１は、図３に示すように、波頂部を１方向に向けて形成したものであり、表２は、図４に示すように、波頂部を２方向に向けて形成したものである。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３（ｂ）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１２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１３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、１×１０６回を超える繰り返し数まで破断しなかったものを「◎」とし、１×１０５回から１×１０６回までの間に破断したものを「○」とし、１×１０４回から１×１０５回までの間に破断したものを「△」とし、１×１０４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。
　表１において、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１×１０４回以下で破断した。これに対し、Ｎｏ．２～Ｎｏ．１０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～Ｎｏ．７およびＮｏ．９は、波高さが０．３ｍｍ～０．６ｍｍ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．６～Ｎｏ．７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．２は、波高さが低いため、曲げ疲労特性が「△」となった。また、Ｎｏ．８は、波高さが高すぎるため、製造時に波の変形が見られると同時に曲げ疲労特性が「△」となった。また、Ｎｏ．１０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．２～Ｎｏ．１０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６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（表に示す表中Ｎｏ．２～Ｎｏ．１０の結果）と同様の結果が得られた。
　また、表２において、Ｎｏ．１１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１×１０４回以下で破断した。これに対し、Ｎｏ．１２～Ｎｏ．１７、Ｎｏ．２１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．１３、１４、２１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。このように、波形状（凹凸形状）を２方向に向けて形成することで、より高い曲げ疲労特性を得ることができる。
　なお、Ｎｏ．１５～Ｎｏ．１７（またはＮｏ．１８～Ｎｏ．２０）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．１８～Ｎｏ．２０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．２２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．１１に比べて大幅な疲労特性の向上効果が認められた。
　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
３８………ラップ部
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 (15)

  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、断面形状が波形状または凹凸形状を有す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、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請求項１記載の海中ケーブル。
  3. 　前記複層テープの平面において、波形状における波頂部が１方向に向けて形成されていることを特徴とする請求項１記載の海中ケーブル。
  4. 　前記金属層の前記波形状または前記凹凸形状が、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、さらに前記波形状または前記凹凸形状の伸縮方向が海中ケーブルの軸方向と略一致することを特徴とする請求項１記載の海中ケーブル。
  5. 　前記金属層の前記波形状または前記凹凸形状の高さが０．２ｍｍ～０．６ｍｍで、前記金属層の前記波形状または前記凹凸形状のピッチは１．５ｍｍ～４ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の海中ケーブル。
  6. 　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記載の海中ケーブル。
  7. 　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記載の海中ケーブル。
  8. 　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記載の海中ケーブル。
  9. 　前記複層テープは、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、
    　前記波形状の波頂部または前記凹凸形状の形成方向が、前記電力用線心の周方向と略一致することを特徴とする請求項１記載の海中ケーブル。
  10. 　前記複層テープは、前記複層テープの長手方向が前記電力用線心の軸方向に対して所定の角度となるように螺旋状に巻き付けられ、前記波形状の波頂部または前記凹凸形状の形成方向が、前記電力用線心の周方向と略一致することを特徴とする請求項１記載の海中ケーブル。
  11. 　海中ケーブルの遮水層用の複層テープであって、
    　金属層と、
    　前記金属層を挟み込む樹脂被覆部と、
    　を具備し、
    　前記金属層は、断面形状が波形状または凹凸形状を有す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。
  12. 　複層テープの平面において、前記金属層の凹凸形状が、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請求項１１記載の海中ケーブルの遮水層用複層テープ。
  13. 　複層テープの平面において、波形状における波頂部が１方向に向けて形成されていることを特徴とする請求項１１記載の海中ケーブルの遮水層用複層テープ。
  14. 　請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の遮水用複層テープを用いて遮水層が形成されることを特徴とする海中ケーブル。
  15. 　請求項２に記載の海中ケーブルにおいて、前記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、前記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。
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