(57)【要約】【課題】凍結用管の内部に中空パイプ等の特殊な管を設けることをせずに、光ファイバケーブル自体の構造を改良することによって凍結した氷の膨張を吸収し、凍結用管の内部への光ファイバケーブルの布設本数を増やし、あるいは凍結用管の口径を小径にすることを可能にし、かつ特殊な管の布設しないことで光ファイバケーブル配設作業を行い得るようにする。【解決手段】ケーブル外被にシースヤング率が４００〜６００Ｍｐａの材料が用いられ、光ファイバテープ心線の積層枚数が１０−１６枚であって、各溝の溝深さクリアランスが、膨張面積Ａがスロットの入口部上辺を足として二等辺三角形で表わされる落ち込み高さを凍結による溝深さクリアランスとして少なくとも０．２ｍｍの溝深さが加えられて、積層枚数１０枚のときに１．２ｍｍ以上で、１６枚のときに１．５ｍｍとした範囲内の溝深さであることにある。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冬場に凍結する充満された管路の内部に配設された光ファイバケーブルであって、該光ファイバケーブルが、スロット本体に複数個の溝が設けられ、該溝に光ファイバ心線が配設され、前記スロット本体の周囲にケーブル外被が設けられた構造を有する光ファイバケーブルにおいて、
管路の断面積に対して水が凍結し、凍結氷の圧力が２０Ｍｐａのときに、膨張に基因して各溝における膨張面積をＡとして、前記ケーブル外被の溝深さ方向への落ち込みによって吸収されるように前記スロット本体の周囲に設けられた前記ケーブル外被が弾性変形することを許容し、
前記ケーブル外被にシースヤング率が４００〜６００Ｍｐａの材料が用いられ、各溝の溝深さクリアランスが、膨張面積Ａがスロットの入口部上辺を足として二等辺三角形で表わされる落ち込み高さを凍結による溝深さクリアランスとして少なくとも０．２ｍｍの溝深さが加えられていることを特徴とする光ファイバケーブル。
【請求項２】
冬場に凍結する充満された管路の内部に配設された光ファイバケーブルであって、該光ファイバケーブルが、スロット本体に複数個の溝が設けられ、該溝に光ファイバ心線が配設され、前記スロット本体の周囲にケーブル外被が設けられた構造を有する光ファイバケーブルにおいて、
管路の断面積に対して水が凍結し、凍結氷の圧力が２０Ｍｐａのときに、膨張に基因して各溝における膨張面積をＡとして、前記ケーブル外被の溝深さ方向への落ち込みによって吸収されるように前記スロット本体の周囲に設けられた前記ケーブル外被が弾性変形することを許容し、
前記ケーブル外被にシースヤング率が４００〜６００Ｍｐａの材料が用いられ、光ファイバテープ心線の積層枚数が１０−１６枚であって、各溝の溝深さクリアランスが、膨張面積Ａがスロットの入口部上辺を足として二等辺三角形で表わされる落ち込み高さを凍結による溝深さクリアランスとして少なくとも０．２ｍｍの溝深さが加えられて、積層枚数１０枚のときに１．２ｍｍ以上で、１６枚のときに１．５ｍｍとした範囲内の溝深さであること
を特徴とする光ファイバケーブル。
【請求項３】
請求項１または２において、スロットの入口部上端が半径Ｒで表わされる円形状とされているときに、Ｒが０．２〜０．３ｍｍとされ、Ｒが零である時に比べて該Ｒによる前記ケーブル外被のスロット底辺方向への落ち込み量である〔０．１〜０．１５〕が加えられた溝深さクリアランスとされたこと
を特徴とする光ファイバケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凍結用管内に設けられる光ファイバケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
管路内に布設された光ファイバケーブルが、管路内に侵入した水の凍結により損傷を受けないように、光ファイバケーブルに併設して中空パイプを設けることが広く行われている。これは、管路内に侵入した水が凍結した時に、中空パイプが凍結した氷の膨張に伴って潰されることによって、光ファイバケーブルに多大な圧力が加わらないようにするものである。
【０００３】
特許文献１には、光ファイバケーブルと凍結防止パイプ（管）とをバインダにより束ねて一体化することが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、光ファイバケーブルの周囲にこの光ファイバケーブルの外径よりも大きい内径の熱塑性樹脂の管状体を設けることが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、溝深さクリアランスを１．１ｍｍにした光ファイバケーブルの例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１８７２１号公報
【特許文献２】特開２０００−２４１６３３号公報
【特許文献３】特開２０００−２４１６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
凍結防止パイプは管内に索引布設工法、圧送工法、押込み工法などの色々の工法によって布設されるが、いずれの場合にあっても布設のための作業を必要として光ファイバケーブルを組み込んだ凍結用管として高価なものとなっている。
【０００８】
また、凍結用管の内部に凍結防止パイプである中空パイプを布設したり、特許文献１あるいは２で提案される構造のものにあっては凍結用管の内部に従来通りに中空パイプを布設したり、あるいは他の管状体を布設する必要があり、このため布設作業を要して、光ファイバケーブルを組み込んだ凍結用管として高価のものとなっている。更に、このように凍結用管の内部に光ファイバケーブル以外に管状体を布設する構造のものにあっては光ファイバケーブルを布設する領域が限定され、配設される光ファイバケーブルの本数が限定されることになる。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みて凍結用管の内部に中空パイプ等の特殊な管を設けることをせずに、光ファイバケーブル自体の構造を改良することによって凍結した氷の膨張を吸収し、凍結用管の内部への光ファイバケーブルの布設本数を増やし、あるいは凍結用管の口径を小径にすることを可能にし、かつ特殊な管を布設しないことで光ファイバケーブル配設作業を行い得るようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、冬場に凍結する充満された管路の内部に配設された光ファイバケーブルであって、該光ファイバケーブルが、スロット本体に複数個の溝が設けられ、該溝に光ファイバ心線が配設され、前記スロット本体の周囲にケーブル外被が設けられた構造を有する光ファイバケーブルにおいて、
管路の断面積に対して水が凍結し、凍結氷の圧力が２０Ｍｐａのときに、膨張に基因して各溝における膨張面積をＡとして、前記ケーブル外被の溝深さ方向への落ち込みによって吸収されるように前記スロット本体の周囲に設けられた前記ケーブル外被が弾性変形することを許容し、
前記ケーブル外被にシースヤング率が４００〜６００Ｍｐａの材料が用いられ、光ファイバテープ心線の積層枚数が１０−１６枚であって、各溝の溝深さクリアランスが、膨張面積Ａがスロットの入口部上辺を足として二等辺三角形で表わされる落ち込み高さを凍結による溝深さクリアランスとして少なくとも０．２ｍｍの溝深さが加えられて、積層枚数１０枚のときに１．２ｍｍ以上で、１６枚のときに１．５ｍｍとした範囲内の溝深さであること
を特徴とする光ファイバケーブルを提供する。
【００１１】
本発明は、また、スロットの入口部上端が半径Ｒで表わされる円形状とされているときに、Ｒが０．２〜０．３ｍｍとされ、Ｒが零である時に比べて該Ｒによる前記ケーブル外被のスロット底辺方向への落ち込み量である〔０．１〜０．１５〕が加えられた溝深さクリアランスとされたこと
を特徴とする光ファイバケーブルを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、凍結用管の内部に中空パイプのような特殊な管を設けることを要せず、適切に最小溝深クリアランスを設定することができ、凍結した氷の膨張を吸収し、凍結用管の内部への光ファイバケーブルの布設本数を増やし、あるいは凍結用管の口径を小径にすることを可能にし、かつ特殊な管の布設を要しない光ファイバケーブル配設作業を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の概念を説明する図。
【図２】スロット本体の構成を示す図。
【図３】本発明の実施例を説明する図。
【図４】ケーブル外被に掛かる外圧に対する変形量を示す図。
【図５】シースヤング率に対するシース落ち込み量を示す図。
【図６】光ファイバテープ心線積層枚数に対する凍結を考慮した場合の最小溝深さクリアランスを示す図。
【図７】接触点ＢにＲを付与したことに伴い発生するケーブル外被の落ち込み状況を示す図。
【図８】接触点ＢにおけるＲの影響を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００１５】
図１は、本発明の実施例である光ファイバケーブルおよびこの光ファイバケーブルが配設される凍結用管の概略を示す図である。図１において、凍結用管１（以下、管という）の管内部の管路２には、光ファイバケーブル３が配設（布設）される。
【００１６】
光ファイバケーブル３が配設された管路２には、この光ファイバは、図２に示すようにスロット本体４にｎ個（図２の例では、５個）のらせん状の溝５（スリット溝）が設けられ、これらの溝５には積層された光ファイバ心線が配設される。図２に示す例では光ファイバ心線は光ファイバテープ心線６を形成し、積層された形で記載してある。すなわち、積層形光ファイバテープ心線の形で示してある。溝５はその両側がスロット８の壁部７（７Ａ，７Ｂ）で形成され、長手方向に、例えばＳＺ形と呼ばれる形状のらせん状の溝とされている。
【００１７】
スロット本体４の周囲にはケーブル外被（シース）９が設けられる。ケーブル外被９には押さえ巻テープが含まれる。
【００１８】
このような光ファイバケーブル３が配設された管路２には、この光ファイバケーブル３以外には他の管体、例えば従来の中空パイプは希設されていない。図１に示す例では光ファイバケーブル３は１個のみ図示してあるが、断面積の広さが許される限り２個以上の複数配設されてよい。
【００１９】
そして、管路２には水が充満されることがあり、図１（ａ）には水が充満した状態で管路が表示してある。図１（ｂ）に示すように、冬場には充満した水が凍結し、体積膨張を起し、光ファイバケーブル３、すなわちケーブル外被を中心内方に向けて外力１０が働き、圧縮する。この外力１０としての圧縮によってケーブル外被９は溝深さ方向へと窪む、すなわち落ち込む。ケーブル外被９のこの溝深さ方向への落ち込みによって凍結に基因する増加した分の膨張体積はｎ個の溝に形成された窪み体積によって吸収される。すなわち従来はこの吸収のための弱点部の形成を管路２内に中空パイプを設けることによって行っていたが、本実施例ではケーブル外被９を溝深さ方向に変形が許容されることで対処する。この場合に、ケーブル外被９が光ファイバテープ心線６に接触するギリギリの限界領域にあるように溝深さクリアランスを設定することによって凍結による体積膨張を吸収しながら光ファイバケーブル３の外径を増加しないで、適切に設計することが可能になる。
【００２０】
ここで、管１は、内形の筒状体で形成され、溝５が長手方向にほぼ等圧分布していることを考慮すると、膨張体積および落ち込み体積に代えて長手方向における断面積、すなわち図（２）の状態での膨張面積および落ち込み面積で論ずることができる。
【００２１】
従って、管路２の断面積に対して水が凍結した時の膨張に基因する各溝についての膨張面積をＡとして、この膨張面積Ａが、ケーブル外被９の溝深さ方向への落ち込みによって吸収されるようにスロット本体２の周囲にケーブル外被９が設けられることになる。なお、水が凍結した場合に、一定量膨張した後には、後述するようにこの膨張量がほぼ保持されることが知られている。
【００２２】
図３は、このようにしてケーブル外被９が溝深さ方向、すなわち溝５のスロット底辺５Ａ方向に落ち込んだ状態を示し、曲線９Ａはケーブル外被９の内表面の曲がりを示す。スロット８の入口部上端とケーブル外被９との接触点をＢとした場合に、各部の構造寸法は近似的に溝深さはＨ、積層された光ファイバテープ心線６の厚さ（高さ）ｈｏで現わされる。
【００２３】
各溝には、温度特性変動分のクリアランスが設けられる。このような構造状態において、当該構造は、管路２の断面積に対して水が凍結し、膨張に基因して各溝における膨張面積Ａとして、ケーブル外被９の溝深さ方向への落ち込みによって吸収されるようにスロット本体４の周囲に設けられたケーブル外被９が弾性変形することを許容するものとされる。
【００２４】
以下、冬場において凍結される管路２の内部に配設される光ファイバケーブル３についてケーブル外被９が弾性変形するに充分な溝深さクリアランスについて検討する。水が凍結した時に、ケーブル外被９は溝上面において対峙する両接触点Ｂを二等辺三角形の足Ｂとしてスロット底辺方向に突出する二等辺三角形で表わされる形状に近似的に変形するとすることができる。図では二等辺がＣで表示してある。なお、この図では実際のＣの面積よりも拡大して示してある。この二等辺三角形で表わされる面積が膨張面積Ａとなる。このように表示した時に、二等辺三角形で表される落ち込み高さを凍結による溝深さクリアランスとすると、このクリアランスはｈ３で表わされ、温度特性変動分のクリアランスをｈ２とすると、溝深さクリアランスｈ１はｈ１＝ｈ２＋ｈ３で表わされる。
【００２５】
温度特性変動分のクリアランスｈ２は、光ファイバテープ心線の積層枚数、光ファイバ種類、光ファイバのコーティングで定まるが、通常１．０ｍｍあれば充分とされる。従って、ｈ１＝１．０ｍｍ＋ｈ３となる。
【００２６】
管路２内での凍結によって氷は膨張して圧力を増して行くが、所定の温度に達すると、それ以上は膨張せずに圧力はほぼ一定になることが知られている。この場合の管内の圧力は２０Ｍｐａと設定することができる。すなわち、凍結氷の圧力が２０Ｍｐａのときの膨張に基因して各溝に発生する膨張面積をＡとすることができる。
【００２７】
図４に示すように、ケーブル外被９に採用する材料によって変形量、すなわち膨張面積Ａは影響を受ける。凍結する管路の内部に配設される光ファイバケーブルにあっては、ケーブル外被９は、その材料のシースヤング率は変形量を少なくするために４００〜６００Ｍｐａのものが採用されることが望ましい。従って、本実施例にあっては、４００〜６００Ｍｐａのシースヤング率を持つ材料が選定されることを前提にして説明する。
【００２８】
そして、凍結する管路の内部に配設される光ファイバケーブルにあっては、４００心ケーブル以上の光ファイバテープ心線が用いられることが望ましい。４００心ケーブルにあっては、光ファイバテープ心線は積層枚数が１０枚であり、従って本実施例では積層枚数が１０〜１６枚の光ファイバテープ心線が採用される。
【００２９】
通常、４００心光ファイバケーブルの設計値は次のようである。
４００心光ファイバケーブル
溝寸法    深さ  Ｈ  ４．５ｍｍ
幅    Ｂ  ２．７ｍｍ
積層枚数    １０枚
温度特性変動分のクリアランス    １．０ｍｍ
このような状況で、４００心光ファイバケーブルについてシースヤング率に対するファイバ外被の落ち込み量、すなわちシース落ち込み量を実験によって求めてみると図５に示すようになる。シース落ち込み量は、前述した二等辺三角形で表わされる落ち込み高さに相当する。この図から判るように、シースヤング率４００Ｍｐａでシース落ち込み量は０．２ｍｍとなり、シースヤング率が高くなればシース落ち込み量は少なくなり、低くなればシース落ち込み量は高くなる。従って本実施例にあっては凍結による溝深さクリアランスは少なくとも０．２ｍｍの溝深さが確保するものとされる。
【００３０】
この場合に、個々の光ファイバテープ心線の厚さを０．３２ｍｍに設定すると、積層された光ファイバテープ心線の厚さは、
０．３２×１０＝３．２ｍｍ
となり、上述の０．２ｍｍおよび温度特性変動分のクリアランス１．０ｍｍを加えると、３．２＋１．２＝４．４ｍｍとなり、上述したＨ＝４．５ｍｍ以内となって充分に凍結に対応することができる。また、光ファイバテープ心線の厚さによって対応が不可の場合には同様の計算によってＨの長さを多少長くすることで対応することになる。
【００３１】
膨張面積Ａを二等辺三角形で等価にすると仮定すると、膨張面積Ａは、
（０．２ｍｍ×２．７ｍｍ）／２＝０．２７ｍｍ２
となり、溝の総断面積は、
４．５ｍｍ×２．７ｍｍ＝１２．５ｍｍ２
となる。二等辺三角形の頂点を水平に引いて凍結に必要な四角形状のクリアランス面積０．２７ｍｍ２×２を求めると、
０．５４ｍｍ２
となる。すなわち、溝全体の面積１２．５ｍｍ２に対して、凍結に必要なクリアランス面積は０．５４ｍｍ２となり、４．４４％のクリアランス面積を要することになる。すなわち、４．４４％以上の変形を許容するものとした構造に、光ファイバテープ心線の厚さの調整あるいは溝深さの調整によって調整することになる。
【００３２】
図６は、光ファイバテープ心線の積層枚数に対する凍結を考慮した場合の最小溝深さクリアランスを示す。光ファイバ心線積層枚数が１０枚でシースヤング率が４００Ｍｐａのときに、当該最小溝深さクリアランスは、温度特性変動分のクリアランスを１．０ｍｍとしたときに、１．２ｍｍとなる。積層枚数を増やした場合には温度特性変動分のクリアランスを増加させる関係で、最小溝深さクリアランスを増加させる必要があり、積層枚数が１６枚の場合に、最小溝深さを１．５ｍｍに設定すれば充分である。
【００３３】
従って、  ２枚のとき    ０．５５  〜１．５ｍｍ
５枚のとき    ０．８５  〜１．５ｍｍ
１０枚のとき    １．２  〜１．５ｍｍ
１１枚のとき    １．２５〜１．５ｍｍ
１２枚のとき    １．３  〜１．５ｍｍ
１３枚のとき    １．３５〜１．５ｍｍ
１４枚のとき    １．４５〜１．５ｍｍ
１５枚のとき    １．４５〜１．５ｍｍ
１６枚のとき    １．５ｍｍ
とされて、まとめると溝深さクリアランスは、積層枚数が2枚のときに０．５５ｍｍ以上で、１０枚までには、1枚積層が増える毎に０．１ｍｍ増加させる。さらに、１０枚のときに１．２ｍｍ以上で、１６枚のときに１．５ｍｍとした範囲内にある溝深さということになる。すなわち１枚積層が増える毎に０．０５ｍｍ増加させることになる。上述の例にあっては、接触点Ｂにおける応力集中を考慮することなく膨張面積Ａを吸収するという観点から溝深さクリアランスを設定した。接触点Ｂを鋭角に設定すると、鋭角なスロット入口部形状によって凍結した時の応力によって応力集中が発生し、ケーブル外被９にダメージを与えることが考えられる。このため、スロット入口部形状は、図７に示すように、半径Ｒで表される円形状とすることが考えられる。このようにすると接触点Ｂが溝深さ方向に落ち込み、二等辺三角形の足Ｂがその分溝深さ方向に落ち込み、溝深さクリアランスに影響を与えることになる。
【００３４】
図８は、Ｒに対して発生する第三主応力の状況を示す実験図である。この図から判るように、シースヤング率２００〜５００Ｍｐａの範囲内において、圧力２０Ｍｐａが働いたときに、第三主応力はＲが０．２ｍｍを超えるとほぼ一定にして低値で安定する。このときの、ケーブル外被９のスロット底辺方向（溝深さ方向）への落ち込み量は計算によれば〔０．１ｍｍ〕である。従って、応力集中を考慮する場合に、この〔０．１ｍｍ〕を上述した溝深さクリアランスに加えること、溝深さクリアランスを設定することになる。そしてこの溝深さクリアランスの溝深さを過剰に大きくしないために最限は限りなく〔０．１ｍｍ〕に近いものにすることが望ましく、Ｒが０．２〜０．３ｍｍに対応して、〔０．１〜０．１５ｍｍ〕に設定することができる。
【００３５】
従って、スロットの入口部上端が半径Ｒで表わされる円形状とされているときに、Ｒが０．２〜０．３ｍｍとされ、Ｒが零である時に比べて該Ｒによるケーブル外被のスロット底辺方向への落ち込み量である〔０．１〜０．１５ｍｍ〕が加えられた溝深さクリアランスとされる。
【符号の説明】
【００３６】
１…凍結用管（管）、２…管路、３…光ファイバケーブル、４…スロット本体、５…溝、５Ａ…スロット底辺、６…光ファイバテープ心線、７…側壁部、８…スロット、９…ケーブル外被（シース）、９Ａ…ケーブル外被の内表面の曲がりを示す曲線、Ａ…膨張面積、Ｂ…接触点（二等辺三角形の足）、Ｃ…二等辺三角形の二等辺、Ｈ…溝深さ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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