(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーブルの導体要素をコネクタまたは他の器具へ結合するためのケーブル終端であって、
前記ケーブルは、最外周カバーと、前記最外周カバー内に配置された少なくとも１つの導体要素とを有し、
前記ケーブル終端は、
第１端部および第２端部を有する第１のハウジングであって、前記第１端部側から前記コネクタまたは他の器具を受け入れ、前記第２端部側から前記ケーブルを受け入れる第１のハウジングと、
前記第１のハウジングの前記第１端部に配置され、変動圧力に応じて容積を変更することが可能な筐体であって内部に可動物質を保持するよう構成された筐体を規定する第１の部分と、前記第１のハウジングの前記第２端部に配置され、前記ケーブルの端部における前記最外周カバーに封止可能に係合するよう構成された第２の部分と、前記ケーブルの前記最外周カバーから突出する当該ケーブルの各導体要素が前記筐体の内部に封止可能に延びることを可能とし、かつ、前記最外周カバーは前記筐体内に延長しないように、前記第２の部分から前記第１の部分へ延設された通路とを有するエラストマー体と、
前記エラストマー体と連携し、前記エラストマー体を前記ケーブル上に保持するために前記ケーブルの前記端部の周りに配置されたリテーナとを備えた、ケーブル終端。
【請求項２】
前記エラストマー体の前記第１の部分および前記第２の部分が、統合された１つの部材である、請求項１に記載のケーブル終端。
【請求項３】
前記エラストマー体の前記第２の部分が、前記ケーブルの前記端部の少なくとも一部を受け入れるよう構成された第１のスリーブと、前記第２のスリーブとを備え、前記通路が前記第２のスリーブ内に形成された、請求項１に記載のケーブル終端。
【請求項４】
前記通路が、前記導体要素の少なくとも１つを受け入れるよう構成された少なくとも１つの導体シーリングスリーブを備えた、請求項３に記載のケーブル終端。
【請求項５】
前記エラストマー体の前記第２の部分が、リリース経路を介してケーブル内の過度の圧力を放出するよう構成された、請求項４に記載のケーブル終端。
【請求項６】
前記第２のスリーブが、前記第１のスリーブの内径よりも大きい内周を有し、前記第２のスリーブの内周は、前記ケーブルが前記ケーブル終端に受け入れられたときに、前記ケーブルに対して密着しない界面を有する、請求項５に記載のケーブル終端。
【請求項７】
前記ケーブルが前記ケーブル終端に受け入れられたときに、前記第１のスリーブが、第１の収縮圧力を有し、前記少なくとも１つの導体シーリングスリーブが、前記第１の収縮圧力とは異なる第２の収縮圧力を有する、請求項６に記載のケーブル終端。
【請求項８】
前記第１の収縮圧力が、前記第２の収縮圧力よりも小さく、前記ケーブルが前記ケーブル終端に受け入れられたときに、前記リリース経路が、前記ケーブルと前記第１のスリーブとの間の界面に沿って後方へ延びている、請求項７に記載のケーブル終端。
【請求項９】
前記筐体内および当該筐体内の前記導体要素上の圧力を均一にするために、前記筐体内に配置された可動物質をさらに備え、
前記可動物質が、誘電性材料を含む、請求項１に記載のケーブル終端。
【請求項１０】
前記第１のハウジングの前記第２端部が、前記エラストマー体の第１の部分に封止可能に係合する第２のハウジングと共働するよう構成された、請求項１に記載のケーブル終端。
【請求項１１】
前記リテーナが、前記エラストマー体の厚肉部の一部内に捕捉されている、請求項１０に記載のケーブル終端。
【請求項１２】
前記リテーナが、前記ケーブルを受け入れるよう構成された開口を有する本体を含み、
前記リテーナが、前記本体から径方向内側へ延びる、複数の傾斜した歯をさらに備え、
前記傾斜した歯は、前記開口を形成する遠位端を有する、請求項１１に記載のケーブル終端。
【請求項１３】
前記筐体内に配置され、前記エラストマー体を前記ケーブル上に保持するために前記第２のハウジングに接触するよう延びている部分を備えた機械式スタンドオフをさらに備えた、請求項１１に記載のケーブル終端。
【請求項１４】
前記機械式スタンドオフが、
穴を有し、前記穴を介して前記エラストマー体の第２のスリーブ上に配置された円板状部材と、
前記筐体内に配置され、前記円板状部材に接続された第１の端部と、前記第２のハウジングに接触するよう延びている第２の端部とを有する複数のロッドとを備えた、請求項１３に記載のケーブル終端。
【請求項１５】
前記ケーブル終端が、前記第１のハウジングの第１端部において前記ケーブルを取り外し可能に保持するために、前記第１のハウジングの第１端部において前記ケーブルの周囲に配置されるよう構成されたグリップ手段をさらに備えた、請求項１４に記載のケーブル終端。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は2015年6月30日出願の米国仮特許出願62/186,605号の先の出願日の米国特許法第119条（ｅ）に基づく利益を主張し、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の実施形態は、一般に、海中などの過酷な環境で使用するためにケーブルを他のデバイスに密封して接合するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
非常に多くの過酷な環境下において、電気および／または光ファイバーの導体を運ぶケーブルが、ポンプ、モーター、環境センサーなどの潜水可能な機器をネットワーク接続するために使用されている。これらの使用例では、ケーブルは通常、デバイスを直接の終端とするか、デバイスに接続されたコネクタを終端としている。
【０００４】
ここでの「ケーブル終端」という用語は、ケーブルの導電性要素と、ケーブルが取り付けられるコネクタまたは他の器具のそれぞれの導電性要素との間の結合部からなる。便宜上、ケーブルが接続される部分は、それがどのような装置であっても良いという解釈を伴って、以下において単に「コネクタ」と称する。下水道、池または海中に見られるような厳しい環境において、ケーブル終端は、防水ケーブルを水中コネクタに取り付けるために使用される。
【０００５】
過酷な環境用の電気ケーブル終端で最も広く使用されるタイプは、ネオプレン、ポリウレタン、またはポリエチレンなどの弾性材料でオーバーモールドされたケーブル−コネクタ接合からなる。オーバーモールドは、結合部を外部環境に対して不浸透性とし、機械的損傷から保護する。オーバーモールドされた終端は、清潔で管理された実験室環境で製造されなければならず、特殊な化学薬品、金型およびその他の装置を要するという欠点がある。ある条件下では、モールドされた終端は、それらを結合して他のものに密封する結合の剥がれ（de-lamination）が生じることもある。そのような終端の代表的な例は、Seacon、Teledyne Impulse、Kemlonなどの主要な水中コネクタ製造業者の公開文献に開示されている。オーバーモールドされた終端は、一般的に古い技術である。
【０００６】
過酷な環境用の電気的終端の第２の種類は、完全に機械的であり、導体接合部を保護するために層状エラストマーシールに依存する。この種の終端の代表例は、米国特許第7,182,617号および第7,690,936号に見られる。このタイプの終端は、特別な機器を必要とせずに現場で設置可能で修理可能である。しかし、ケーブルのトルク、曲げ、圧縮、または張力を導体接合部に直接作用させないようにするための手段がないため、その用途は極めて低負荷の作業に限られている。
【０００７】
より堅牢な、別のタイプの過酷な環境用のケーブル終端装置は、可動物質で満たされた圧力補償されたチャンバ内のケーブルおよびコネクタの接合導電性要素を収容する。これらの終端は、化学薬品、金型、またはその他の特殊な機器を必要とせずに現場で設置および修理が可能である。終端を補償する圧力は、導体接合部の応力の多くを軽減し、環境流体が終端部に侵入する可能性を低減する。歴史的に、これらの終端に使用される可動物質は、誘電性グリース、ゲル、または油であった。最近では、米国特許第9116323号および第8899841号に開示されているように、可動物質として潤滑パウダーが提案されている。便宜上、ここでは、可動物質を、それが終端の寿命、温度、圧力の全ての動作範囲にわたって可動であり続ける任意の材料であって良いという解釈を伴って、単に流体または油と称する。従来の流体で満たされた終端の典型的な例は、米国特許第3877775号、第4039242号、第4673231号、第4940416号、第6796821号、第7182617号、第7429193号および第7614894号、および外国特許EP2252442号に開示されている。流体で充填された終端の先行技術を俯瞰すれば、その遍在する複雑さは明らかである。
【０００８】
油で満たされたケーブル終端に一般的に使用されるコンポーネントには、補償チャンバの壁の柔軟な部分があり、チャンバが容積と圧力の変化を調整できるようになっている。ケーブルの末端が油で満たされた補償チャンバに入る終端では、個々の導体がケーブルの端部から出てくる境界面をシールするために、ブレイクアウトブーツシールがしばしば使用される。導電体の露出する部分の周囲に、絶縁層を設けることに加えて、ブーツシールは、チャンバ油がケーブルの隙間に逃げないようにすることを意図している。そのような油の損失は、急速なチャンバの崩壊と破局的な終端の故障につながるおそれがある。米国特許第6,796,821号で議論されているように、従来技術の弾性ブレイクアウトブーツシールは、特に、ブーツシール内に押し出されてそれをシール結合から押し出したりケーブル端部から完全に外れる可能性のあるケーブル内の可動物質を荒く取り扱ったり過大な圧力を加えたりした際に特に、シール位置から容易に外れてしまう。
【０００９】
ブレイクアウトブーツシールが、ケーブル自体内に剥離過圧がある場合であっても、それらが取り付けられているケーブル終端のシール位置に留まる流体充填終端が必要とされている。
【００１０】
本明細書で開示される発明は、流体充填型の、現場設置可能で、取外し可能で、修理可能なケーブル終端である。これは、ブレイクアウトブーツシールと柔軟な壁の流体チャンバ筐体とを一体化し、それによって、従来技術の終端よりもはるかに簡単な構成とする。この構成は、ケーブルの端部から押出された任意の可動物質を補償油チャンバではなく、外部環境に排出する圧力軽減機構を含む。また、終端内の光ファイバを管理するための２つのユニークな方法も含まれている。開示された実施形態は、単純な非装甲海事ケーブル-コネクタ終端のためのものであるが、装甲ケーブルのようなより複雑な用途にも同様に適合させることができることは、当業者には明らかであろう。本発明は、流体充填、現場設置可能および修理可能な終端に高い信頼性が要求される多種多様な用途に使用される。
【発明の概要】
【００１１】
浸水前に現場で設置、試験、および必要に応じて修理することが可能な、過酷な環境用のケーブル終端が提供される。本発明は、１つのケーブルを１つの水中コネクタに封止可能に結合する簡単なアセンブリとして説明される。本発明は、簡単な構成で開示されているが、幅広い種類、サイズ、および多様な数の構成要素を結合するよう構成できることは明らかであろう。
【００１２】
本発明の終端では、ケーブルは細長いシェルの後部にあるグリップを介して、コネクタに機械的に接続されている。シェルは、その前方端部においてコネクタ本体に機械的に取り付けられている。シェルは、その内部の終端におけるより脆弱な部分に対する保護バリアを形成する。柔軟な壁の流体充填チャンバは、ケーブルの電気的および／または光学的ファイバ導電性要素と、コネクタのそれぞれの導電性要素との間の結合部を囲む。チャンバの柔軟な壁の筐体は、その場の環境にさらされ、チャンバ内の流体の圧力が外部の圧力の変化に伴って変化することを許容すると共に、温度や圧力の変化によって容積が拡張したり縮小したりすることを許容する。ケーブル終端のブレークアウトブールシーツは、柔軟な壁のチャンバ筐体の一部として一体的に形成され、これにより、終端の構造を大幅に単純化する。ブレイクアウトブーツシールは、ケーブルの端部にそれを保持する能動的な機構によって所定位置に保持される。一体化されたチャンバ筐体とブレイクアウトブーツシール構造には、ケーブル内部の過圧を外部環境に排出する圧力除去機構がある。装置は、現場で、特別な訓練や道具を要せずに、迅速かつ容易に設置可能であり、必要に応じて、取り外し可能および修理可能である。同時に、一体化されたチャンバ筐体およびブレイクアウトブーツシールは、より複雑な先行技術の終端に固有の潜在的な漏れ経路やその他の故障モードを排除する。実験室条件を必要としない経済性と設置が容易である点において、多種多様な用途において、従来のオーバーモールドされた終端に比べて、本発明の使用は有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の詳細は、その構造及び動作の両方に関して、同様の参照符号が同様の部分を指す添付の図面の参照によって、部分的に理解することができる。
【図１】図１は、従来技術のブレイクアウトブーツシールを示す。
【図２】図２は、一端には水中コネクタ２を、他端には単純な非装甲ケーブルを接続した本発明の終端装置の斜視図である。
【図３】図３は、図１の終端アセンブリの一部分解軸方向断面図である。
【図４】図４は、図１の終端アセンブリの分解組立図である。
【図５】図５は、保持装置を示す。
【図６】図６は、ケーブルグリップを示す。
【図７】図７は、ブーツシール取り外しツールを示す図である。
【図８】図８は、典型的な海底ケーブルの構造を示す。
【図９】図９は、図３に示す終端アセンブリの別の実施形態の一部分解軸方向断面図である。
【図１０】図１０は、スタンドオフ装置を示す図である。
【図１１】図１１は、フラットコイル内で管理される光ファイバを示す分離された構成要素の図である
【図１２】図１２は、終端内で光ファイバを管理するためのクリップを示す。
【図１３】図１３は、換気リブを示す一体化されたチャンバハウジングの外観図である。
【図１４】図１４は、湾曲コイル内で管理される光ファイバを示す分離された構成要素の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
「ブーツシール」という名称の米国特許出願第62/156,371号は、参照により本明細書に組み込まれる。典型的な従来技術のケーブル終端の弾性的なブレイクアウトブーツシールを図１に示す。このブールシールは、ケーブル３の端部にわたって締め付けながら引き伸ばされたスリーブ部分２００を有する。環境流体圧力Ｐｆは、スリーブ200の後部を引き剥がす効果を有する。しかし、ケーブル３上の収縮性エラストマーの「収縮（ストレッチ）」圧力をＰＳとすると、圧力Ｐｆ＋ＰＳが存在する。収縮圧力は、環境圧力と協働して、スリーブを着座状態に保つ。どのような場合においても（Ｐｆ＋ＰＳ）≧Ｐｆであるので、スリーブ２００の後方部分は、環境流体圧力Ｐｆで引き剥がされることがなく、環境流体圧力が如何に大きくなろうとも、シールは、そのモードで故障することはない。同じ理由が、対象物に適合するようにシーリングスリーブを着座させるのに十分な伸びがある、すべての弾性ブーツシールに当てはまる。
【００１５】
スリーブ２００の厚肉端部壁２９５上に一体成形された個別スリーブ２９０は、個々のケーブルジャケット付き導体３００上に伸びる。スリーブ２００とケーブル３との界面を維持するように機能したものと同じ機構が、スリーブ２９０と導体ジャケット３００との界面を維持している。すなわち、導体スリーブ２９０が個々の導体３００に与える伸縮圧力をＰｓ１とすると、（Ｐｆ＋Ｐｓ１）≧Ｐｆが成り立つ。したがって、ブーツシールがケーブル端部に留まる限り、流体圧力Ｐｆが如何に大きくなったとしても、様々な界面が流体圧力に対して封止された状態が保たれることが明らかである。
【００１６】
米国特許第8,796,821号に記載されているように、図１に示したような従来技術のエラストマーブレイクアウトブーツシールは、特にそれらが取り付けられているケーブル３内に過度の圧力がかかった場合には、容易に位置ずれし、引き剥がされてしまう。図１をさらに参照すると、例えばケーブル３内の材料からのガス放出に起因して、ケーブル３内に相当の圧力が発生すると、図１のブーツシールは、ケーブル３の端部から単純に押し出されてしまうことは明らかである。このような事象は、対向する環境流体圧力Ｐｆが小さい場合に起こりやすい。これは、海底ケーブルの場合は、ケーブルが水没する前、または浅い水面にあるときのいずれかを意味する。例えば、Ｔｙｃｏ−Ｒａｙｃｈｅｍ社の製品のように、ケーブルに封止可能に付着して容易にはがれない、プロセスタイプのブレイクアウトブーツシールも知られている。しかし、例えば、ケーブルジャケットが接着できない場合、または、シールがシーリングプロセスに有害な条件で設置されなければならない場合等には、プロセスタイプのブーツシールを使用することは必ずしも実用的ではない。
【００１７】
本発明の終端は、２つの実施形態としてここに開示される。それらの実施形態の両方が、それらが取り付けられたケーブルの両端において所定の位置に保持されるブレイクアウトブーツシールを使用する。第１の実施形態は、米国特許出願第62/156,371号に開示されているブレイクアウトブーツシール構造を組み込む。'371出願の構造では、ブレイクアウトブーツシールには、終端するケーブル上に直接グリップする機構が含まれる。第２の実施形態は、ケーブルを直接グリップしないが、その代わりに、ブレイクアウトブーツシールの外部の１つのリテーナワッシャと、ブレイクアウトブーツシールの内部の別のワッシャと協働するスタンドオフロッドによって保持される。
【００１８】
［第１の実施形態］
図２は、コネクタ１をケーブル３に接合するために使用される本発明の終端２の全体斜視図であり、図３は、図２に示すアセンブリの部分断面図である。図４は、図２に示すアセンブリの部分断面分解図である。
【００１９】
図３および図４に示すように、水中コネクタ１は、ばねピン５ａおよび５ｂによって終端シェル４の前端に機械的に接合されている。ピン５ａおよび５ｂは、終端シェル４の貫通孔６ａおよび６ｂのそれぞれ、ならびに、コネクタ後部シェル８のスロット７ａおよび７ｂのそれぞれに着座し、これにより、終端シェル４をコネクタ１へ回転方向および軸方向の両方において固定する。ケーブル３は、ケーブルグリップアセンブリ９を通って終端シェル４の後部へ延びる。コネクタ１、シェル４、およびグリップアセンブリ９は共に終端の保護ハウジングを形成する。シェル４は、用途に応じて、硬質プラスチックまたは金属などの十分に強固な材料で構成され得る。
【００２０】
ケーブルグリップアセンブリ９は、リテーナナット１０、ワッシャ１１およびケーブルグリップ１２を備えている。ケーブルグリップ１２は、Ｒｙｔｏｎ（登録商標）ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）のような、硬いが多少柔軟な材料で形成しても良い。リテーナナット１０のねじ山１３は、終端シェル４の後端のねじ山１４と協働して、終端シェル４の円錐状ボア１５ａ内に、ケーブルグリップアセンブリ９を位置させる。リテーナナット１０は、ケーブル３の外径よりもわずかに大きい大径スルーボア１０ａを有するので、ケーブル３を封止しない。リテーナナット１０を締め付けると、ケーブルグリップアセンブリ９の構成要素が終端シェル４の内面１５の円錐状ボア１５ａの中に押し込まれ、ケーブルグリップ１２の外側の円錐表面を円錐状ボア１５ａへ軸方向に付勢する。ケーブルグリップ１２（図６）の粗面化された外面１６は、終端シェル４の円錐状ボア１５ａの粗面化された表面（図示せず）に押し付けられ、ケーブルグリップアセンブリ９を終端シェル４に回転方向においてロックする。ケーブルグリップ１２は、軸方向においてスロット１７によって分割されており、円錐状ボア１５ａの内側へ軸方向に押し込まれると、スロット１７によって半径方向に圧縮される。ケーブルグリップ１２は、また、スロット１９によって複数の歯１８に分割されており、これにより、半径方向内向きの圧縮が容易となり、径方向のリッジ２０をケーブル３の外側に食い込ませてケーブル３を把持することができる。ケーブルグリップアセンブリ９のいずれの要素も、ケーブル３に対して密着せず、現場での環境流体は、ケーブルグリップアセンブリ９を通って終端シェル４の内部に自由に出入りすることができる。
【００２１】
本発明の一つの利点は、流体チャンバ２１を囲む弾性部のすべてが、一つの統合部であるチャンバ筐体２２（図１３）に統合されている点にある。特定の用途に応じて、チャンバ筐体２２は、それが接する終端の他の要素と化学的に適合するエラストマーで作ることができる。場合によっては、例えば、ネオプレン、または天然ゴムが許容される。流体チャンバ２１は、以下のように、チャンバ筐体２２、コネクタ１、およびケーブル３によって規定される。流体チャンバ２１の前方端部は、コネクタ１の（隠れた）後方の壁によって閉鎖されている。チャンバ筺体２２の内側に面する肩部２３は、コネクタ１のシート２４に密着する。肩部２３は、終端シェル４の内壁２５によってシート２４内に封止可能に保持される。チャンバ筐体２２のほぼ管状の壁２６は、流体２７を収容し、肩部２３から、一体にモールドされたブレイクアウトブーツシール部２８の厚肉部２８ａへ向けて後方へ延びる。ブレイクアウトブーツシールスリーブ２９は、ジャケット付き導体３０の表面に密着して引き伸ばされている。他のブーツシール３１は、ジャケット付き導体３０の端子端およびコネクタ１のブーツシールニップル３２を密着して覆うように引き伸ばされている。スリーブ３３および３４は、ブーツシール部２８の後部壁３５からケーブル３に沿って後方へ延び、流体チャンバ２１を完全に内包する。流体チャンバ２１は、このように規定され、密封される。
【００２２】
ケーブル３は流体チャンバ２１に入っていないことに留意されたい。個別のジャケット付き導体３０のみが流体チャンバ２１内の流体２７に入る。チャンバ筐体２２の外側および終端シェル４の内側を囲む空間３６は、例えば海水のような現場環境に対してオープンである。したがって、現場環境は、ケーブルグリップアセンブリ９を通して、そこから、シェル４の内面１５とスリーブ３４の外周との間の空間を通って、自由に通過する。ケーブルグリップアセンブリ９を通る通気は、ケーブルグリップ１２の軸方向のスロット１７および１９と、リテーナナットの大径スルーボア１０ａを通じて生じる。ケーブルグリップアセンブリ９を介した換気以外の手段を、必要に応じて設けることができる。例えば、１つ以上の通気孔３７を追加することができる。チャンバ筐体２２の管状壁２６によって、現場圧力の増減が、チャンバ筐体２２の外側の現場環境圧力の変化が流体２７に伝達される。
【００２３】
ケーブル３の端部においてチャンバ筐体２２のブレイクアウトブーツシール部２８を所定位置に保持するために様々な方法を想定することができるが、第１の実施形態では、図５に示すプッシュナットファスナーの形態のリテーナ３８が用いられる。これは、チャンバ筐体２２のブーツシール部２８の厚肉部２８ａに一体的に成形されているか、または挿入されている。ブーツシール部２８が弾性を有するので、リテーナ３８を成形後に挿入することは可能である。リテーナ３８は、ブーツシール部分２８をケーブル３上の定位置に保持する薄い金属または硬質プラスチックのような剛性のある可撓性材料で作ることができる。リテーナ３８は、接着または他の化学プロセスに依存しない。リテーナ３８のようなプッシュナットファスナーは、例えば、ＡＲａｙｍｏｎｄ  Ｔｉｎｎｅｒｍａｎ製品などのように、市場で広く入手可能である。
【００２４】
図５を参照すると、リテーナ３８は円形の周辺本体３９を含む。中央開口部４０は、本体３９を通って軸方向に延びる。開口部４０は、ほぼ円形であり、複数の個別タブ状の延長部または歯４１によって画定された内周縁部を有する。複数の歯４１は、本体３９から半径方向内向きに傾斜し、開口部４０のマージンの周りに円錐形を形成する。歯４１は、凹部４２によって互いに分離されている。凹部４２は、リテーナ３８がケーブル３の外側表面に密着することを防止する開口を形成している。図３を参照すると、開口部４０を形成するリテーナ３８の歯４１の遠位端部は、ブーツシール部２８の厚肉部２８ａの内周面４３よりも小さく、ケーブル３の外径よりも若干小さい径位置に配置されている。一方、内周４３は、ケーブル３の外周よりも大きく、これにより、ケーブル３を効果的にグリップするように、歯４１が内周４３から内側へ突出している。
【００２５】
ブーツシール部２８の内周４３をケーブル３の外径より僅かに大きくすることには、別の利点がある。それは、スリーブ部分３３は、内周４３に沿ってケーブル３を締め付けることがないということである。スリーブ３３がブーツシール部２８の内周４３に沿ってケーブル３に密着しないようにするための追加的な手段として、内周４３に沿った軸方向リブ（図示せず）を設けることができる。ブーツシール部２８の内周４３とケーブル３の外面との間の通気は重要である。なぜなら、以下に説明するように、ケーブル内の過剰圧力に起因してケーブル３の端部から出るあらゆる物質が、ブーツシール部２８のスリーブ３４に移動し、そこから排出されるからである。
【００２６】
リテーナ３８の主な機能は、チャンバ筐体２２をケーブル３の端部の定位置に保つことである。リテーナ３８はケーブル３上に一方向の軸方向グリップを形成し、ケーブル３を後方端部から、リテーナ３８を通して、ただしその後にリテーナ３８から引き出されないように、押すことができる。それから引き出される。リテーナ３８上の歯４１は前方に傾斜しており、後方に進入するケーブルによって半径方向外側に折り曲げられる。組み立て中、リテーナ３８は、導体３０がスリーブ２９に通された状態で、チャンバ筐体２２をケーブル３の端部に押し込む。ケーブル３の端部の定位置に押し込まれると、リテーナ３８は、ケーブルの端部からチャンバ筐体２２が押し出されることを防ぐ。
【００２７】
何らかの理由で、チャンバ筐体２２をケーブル３から取り外す必要がある場合には、図７に示すような薄くて分割された可撓性のチューブ５０を、スリーブ３４およびリテーナ３８の下の後方から滑り込ませて歯４１を外側に移動させて、ケーブル３を解放することができる。チューブ５０は、適宜の薄いシート材料から切断し、圧延することができる。
【００２８】
チャンバ筐体２２は、比較的薄い壁の管状部分２６で形成されている。管状部分２６は、厚肉部２８ａから半径方向外側に延在し、次にほぼ筒状に前方へ延びて、内方へ突出する肩部２３においてその前端が終端する。スリーブ３３は、厚肉部２８ａの前方へ延び、比較的厚い終端壁３５まで延びる。スリーブ２９は、終端壁２９から前方へ延びスリーブ２９のボアは、壁３５を通って後方へ続く。チャンバ２２のスリーブ３４は、リテーナ３８の後方位置から、ケーブル３上に後方へ引き伸ばされる。
【００２９】
リテーナ３８は、ケーブル３内のあまり大きくない圧力に対しては、ブレイクアウトブーツシール部２８を所定の位置に維持する。ケーブル３のジャケットとチャンバ筐体２２のブーツシール部２８の厚肉部２８ａの両方は、弾性材料からなり、リテーナ３８を維持する性能に関しては若干の制限がある。この維持性能は、ケーブル３に沿って軸方向に間隔を置いて複数のリテーナ３８を設けることによって向上させることができるが、依然として十分ではない。また、ケーブル３の内部過圧を低レベルに緩和することにより、ケーブル３の端部に対するチャンバ筐体２２のブーツシール部分２８の保持力を高めることもできる。
【００３０】
内部ケーブル圧力をより良く理解するために、典型的な水中ケーブル構造の１つを図８に示す。図８の例は、外側ケーブルジャケット６０と内側ジャケット付き導体３０を備えている。ジャケット付き導体３０と外側ケーブルジャケット６０との間の空間６１は、多孔質であっても多孔質でなくてもよい充填材６２を含む。いずれにおいても、ジャケット付き導体３０と充填材６２との間の界面に沿って、および／または外部ケーブルジャケット６０と充填材６２との間、および多孔質充填材の場合には充填材６２自体の内部において、圧力が発生する。より簡単に言えば、ジャケット付き導体３０と外側ケーブルジャケット６０との間の空間６１内の任意の場所に、圧力が形成される可能性がある。ケーブル３内の内圧は、様々なメカニズムによって増加する可能性がある。例えば、ケーブル３内のジャケット付き導体３０のプラスチックジャケットは、経年によってガスを発生し続け、これにより、ケーブル３の内部に内部圧力を生じさせる。または、ゲル充填剤のような移動性物質または侵入水は、取扱いによってケーブル３内を移動し、スペース６１内のケーブル３内の圧力を潜在的に上昇させる可能性がある。内部ケーブル圧力が所望のレベルを超える場合は、ブーツシール部２８を損傷したりケーブル３から取り外したりすることなく圧力を軽減するための、リリース経路を設けた方がよい。
【００３１】
一般に、ブーツシールスリーブの内部の過圧があるレベルに達すると、ブーツシールが径方向に膨張し、内部のガスまたは流体が、スリーブと、スリーブが引き伸ばされている物体との間の界面に沿って外側に漏出することができるが、環境流体は流入しない。ブーツシールスリーブは有効な一方向リリーフ弁を構成するので、頻繁に使用される。
【００３２】
図３に示すように、流体で充填されたケーブル終端内で、ケーブル３の過圧は、ケーブル３とスリーブ３４との界面７０を通じて、ケーブル３の外周面に沿って後方へ逃がされ、流体チャンバ２１へ向けて前方へは来ない。これは、ケーブル３上のブーツシールスリーブ３４の収縮圧力を、各ブーツシールスリーブ２９がそれが引き伸ばされたジャケット付き導体３０に及ぼす収縮圧力よりもはるかに小さく設計することによって、達成することができる。この場合、ケーブル３の内部から外部へ押し出された物質は、経路７０を介してスリーブ３４の下を通り、それから、流体チャンバ２１ではなく、外部環境に流出する。
【００３３】
エラストマースリーブの収縮圧力を制御する簡単な方法の１つは、その壁厚および／または内径を増減させることである。より厚い壁および／またはより小さい内径のスリーブは、それらが引き伸ばされた対象物に対してより多くの収縮圧力を及ぼし、より薄い壁および／またはより大きな内径のスリーブは、より小さい収縮圧力を及ぼす。
【００３４】
圧力バランスされた流体充填終端では、典型的には、充填流体への外圧の伝達が容易であることにより、チャンバ内の流体圧力がチャンバ外の圧力とほぼ等しいと仮定される。議論は、常に、外部の現場圧力に適応する流体チャンバ内の圧力という観点からなされる。流体チャンバ内の圧力に適応する外部環境圧力という議論はあり得ない。なぜならば、それは起こりないからである。現実的には、外部環境は無限大である。
【００３５】
しかしながら、チャンバ内の圧力が外部の環境圧力を超えることができるいくつかの重要な事例がある。例えば、ほとんどすべての場合において、組み立ての間に流体チャンバ内に空気が残る。その後、閉じ込められた空気は、流体充填された終端が高所で輸送されるとき、または高温にさらされたときなど、現場圧力が比較的低い場合に膨張する可能性がある。補償チャンバの膨張を抑制する手段を持たない終端では、加圧された捕捉空気が、補償チャンバ筐体をシール位置から移動させるおそれがある。または、より悪い状態においては、チャンバ筐体が破裂し、ほとんどの先行技術の終端に見られる通気路を通って飛び出す可能性がある。
【００３６】
本発明の終端は、これらの潜在的な障害を防止するために設計されている。チャンバ筐体２２内の過度の圧力は、チャンバ筐体２２が拡張して、終端シェル４の大径の後部のベル型部分７１を充填する。これにより、チャンバ筐体２２は、さらに拡張することはない。シェル４内には、チャンバ筐体２２の壁が拡張し、破裂して飛び出すような態様で配置された通気孔はない。膨張空気からの圧力は、チャンバ筐体２２の厚肉部２８ａを終端シェル２の後端壁５２に押し付ける。リテーナ３８の外径は、終端シェル４の後部内周１５よりも大きい。筐体２２の後部の膨張は、リテーナ３８と後端壁５２との界面によって阻止される。したがって、チャンバ２１の膨張は、あらゆる方向に制限され、流体チャンバ２１内に過圧があっても、損傷を受けずに定位置に保持される
【００３７】
チャンバ筐体２２の後方ベル型壁７３上の、図１３に示されているリブ７２は、チャンバ筐体２２の後方外部壁７３が、終端シェル４の後方壁５２に押し付けられた場合でも、そこに密着しないことを確実にする。チャンバ筐体２２の筒状部２６の外側の空間３６と外部環境との通気は、外壁７３のリブ部分に沿って発生し、そこからスリーブ３４の外周とシェル４の内周１５との間の空間を通って、さらに、ケーブルグリップ１２のスロット１７，１９を通り、最後に、リテーナナット１０の大径ボア１０ａを通る。
【００３８】
終端を取り付ける手順は、図４から容易に理解される。ナット１０、ワッシャ１１、ケーブルグリップ１２、および終端シェル４は、この順序で、ケーブル３上で後方にスライドされる。ジャケット付き導体３０の長さを露出させるために、外側ジャケットと充填材料を切断することにより、ケーブル３の端部が準備される。リテーナ３８は、所定位置にまだ成形されていない場合、チャンバ筐体２２に挿入される。様々なパーツに若干の潤滑を与えることにより、作業は促進される。次に、ジャケット付き導体３０は、チャンバ筐体２２のスリーブ２９を介して供給され、ケーブル３が、後端壁３５に突き当たるまで、チャンバ筐体２２に押し込まれる。チャンバ筐体２２の薄肉部２６が、ジャケット付き導体３０への容易なアクセスを可能にするためにそれ自体の上に後方へロールバックされる。ブーツシール３１を、ジャケット付き導体２０上に、後方へ向けてできるだけ遠方へスライドさせる。ジャケット付き導体３０を適切な長さに切断し、導電性ジャケットを切断して導体端部５６を露出させ、導体端部５６をコネクタ１の導電素子５７に接合する。導体５６の導電素子５７への接合は、周知の様々な方法で行うことができる。例えば、導電体の場合にはんだ付けまたはクリンピング、または、光ファイバの場合には浸透材による経路作成などである。これらの方法の明確な例は、米国特許出願第13/296406号に開示されている。続いて、ブーツシール３１を、ブーツシールニップル３２と係合するように前方にスライドさせる。ケーブル３およびコネクタ１は、軸方向において、ジャケット付き導体３０におけるサービス屈曲および／または光ファイバの管理のための空間を残す距離だけ離して、水平に配置される。
【００３９】
次に、チャンバ筐体２２の薄肉壁の管状部２６は、前方にローリングされる。次に、内向きの肩部２３がコネクタ１のシート２４に着座する。水平姿勢のままで、肩部２３の頂部をシート２４から挟んで、所定量の流体２７をチャンバ２１に注入するための小さなチューブを肩部２３の下に挿入することにより、チャンバ筐体２２を油等の流体２７で充填する。余分な空気はできる限り押し出される。肩部２３は、シート２４のシール位置にスナップバックされる。その後、終端シェル４がコネクタ１の後部上に前方に向けてスライドされ、ばねピン５ａ，５ｂが挿入される。ケーブルグリップ１２、ワッシャ１１、およびナット１０は、シェル４の端部内に前方へスライドされる。ナット１０が締め付けられ、終端が完成する。
【００４０】
［第２の実施形態］
終端アセンブリ内で、ケーブル３に対してブーツシール部２８を含むチャンバ筐体２２を所定位置に保持する状況において有用である、他の方法がある。このような状況の例として、終端すべきケーブルが柔らかすぎて、上述したようなプッシュナット型ファスナーによって所定位置に十分に保持することができない場合をあげる。代替の終端構造を図９−１２，１４に示す。この代替例においては、前記の実施形態のリテーナ３８の代わりに平ワッシャ８０を用いる。ワッシャ８０は、ケーブル３の外径よりも僅かに大きい内径と、シェル４の内径１５よりもやや大きい外径を有する大きさである。スタンドオフ８３（図１０）は、貫通孔８５を有する円板状端部８４と、スタンドオフロッド８６とを有する。貫通孔８５は、チャンバ筐体２２のスリーブ３３の外径よりも若干大きいサイズに形成されている。スタンドオフロッド８６は、コネクタ１の後端壁のソケット（図示せず）に挿入される。ワッシャ８０を含む、チャンバ筐体２２の厚肉部２８ａは、スタンドオフ８３の円板状端部８４と終端シェル４の端部壁５２との間に軸方向において緩く嵌まり込む。厚肉部２８ａは、スタンドオフ８３により前方へ動くことができず、端部壁５２により後方へ動くことができない。スリーブ３３は、堅牢であり容易に前方へ延びないように、重厚に形成されている。
【００４１】
ケーブル３内の過剰圧力は、前述のように、スリーブ３４の下で、経路７０およびさらにグリップアセンブリ９を通って外部環境へと、後方へ向かって排出される。以前の実施形態と同様に、チャンバ筐体の後方ベル型部のリブ７２は、チャンバ筐体２２の後方外壁７３が終端シェル４の端部壁５２に押し付けられたときにそれに密着しないことを確実にする。これにより、チャンバ筐体２２の筒状壁２６の外部の空間３６と外部環境との間で換気が確保されます。
【００４２】
第２の実施形態においては、チャンバ筐体２２は、ケーブル３に直接固定されていない。これは、第１および第２の実施形態の間の主要な機能差である。ケーブル３は、ケーブルグリップ１２によって所定位置に機械的に保持される。チャンバ筐体２２は、平ワッシャ８０を含む厚肉部２８ａが、終端シェル４の端部壁５２とスタンドオフ８３の円板状端部８４とに対して捕捉されることにより、軸方向において定位置に保持される。この代替実施形態のアセンブリは、アセンブリにスタンドオフ８３が追加され、リテーナ３８が平ワッシャ８０に置き換えられた点を除いて、第１の実施形態と同じである。ここで説明された変形以外においては、第２の実施形態は、リテーナ３８を用いる第１の実施形態と同様に機能する。
【００４３】
上記の実施形態の両方において、終端内のジャケット付き導体３０は、光ファイバまたは電線のいずれであっても良い。光導体の場合は、ジャケットは、硬質であるが、柔軟な海底ケーブル内に埋め込むことが可能な程度に十分に柔軟な、鋼鉄製チューブ（steel hypodermic tubing）などの材料の保護チューブとすることができる。図９に示すように、光ファイバ保護チューブ９０は、ブーツシール部２８の端部壁３５を通って、その後ブレイクアウトブーツシールスリーブ２９を通って、ケーブル３から流体チャンバ２１へと引き出される。流体チャンバ２１内で、光ファイバ９２は、チューブ９０から、ファイバ貫通部（penetrator）９１のような装置を介して、気密可能な状態で引き出される。９０のような光ファイバ保護チューブは、多くの場合、ゲル充填または単に空である。その内部圧力は公称１気圧である。ファイバ貫通部９１は、流体チャンバ２１と保護チューブ９０の内部との間で物質の交換を行うことなく、ファイバ貫通部９１内の光ファイバ９２が、保護チューブ内の１気圧から流体チャンバ２１の高い圧力へと、損傷なく通過することを可能とする。９１のようなファイバ貫通部は、米国特許第6,067,395号および第6,608,960号に記載されている。
【００４４】
一旦流体チャンバ２１内に入ると、光ファイバ９２の余剰部分を、米国特許第2,634,923号および第2,082,489号に記載されているように、柔軟な細長い要素を８の字パターンに巻回する周知の方法で、管理することができる。８の字パターンは、その端部が固定された長くて細い柔軟な要素を、巻回するときに捻じれないようにすることができる。米国特許第7,769,265および第8,731,363号は、それぞれ、光ファイバを８の字パターンに巻くことを容易にし、巻回されたファイバコイルの土台装置としても機能する巻き方を開示している。363発明は、その上で光ファイバが巻かれて保存される巻線装置に関するものであるのに対して、265特許の、光ファイバ管理発明は、巻取りスプールと、スプールを使用する方法に関するものである。
【００４５】
上述の特許の巻取り技術を詳しく参照することにより、特に265特許に記載されているように、巻取りは、リールやスプールを用いることなく、手で行うことができることがわかる。光ファイバは、少なくとも１つの自由端を有する場合は単純なコイルに手で巻くことができ、ファイバの両端が固定されている場合は、上述したように平坦な８の字コイルに巻くことができる。
【００４６】
本発明に記載のファイバ管理方法は、はるかに簡単である。光ファイバは、装置を全く使用せずに、手で平坦コイル状に巻かれる。得られたファイバコイルは、クリップされるか、あるいは、チャンバ筐体２２内に維持される。リール、トラック、またはスプールは不要である。図１１は、ファイバ管理技術を説明するための分離された終端の斜視図である。
【００４７】
対角線上に対向するスタンドオフロッド８６は、スタンドオフ８３の円板状端部８４から前方へ突出する。図１２に示すリテーナクリップ９４は、スタンドオフロッド８６に堅く結合するようにサイズを調整された第１の貫通ボア９５と、光ファイバの１つ以上のコイルを収容するようにサイズを調整された第２の貫通ボア９６とを含む。リテーナクリップ９４のスロット９８により、ボア９５が取り付け中にわずかに外方へ飛び出ることにより、一旦取り付けられると、スタンドオフロッド８６を強固にグリップすることができる。リテーナクリップ９４の取り付けは、スタンドオフロッド８６の端部にリテーナクリップ９４を挿入し、軸方向位置へスライドさせることによって行われる。クリップ９４のスロット９７は、ファイバコイルをボア９６内に挿入することを可能とする。リテーナクリップ９４は、スロット９７が終端シェル４の長手方向軸に向かって、ほぼ径方向内側へ傾くように取り付けられる。光ファイバは、極めて弾力性が高く、円形ループ状のファイバはループの中心から径方向外側へ向けて飛び出しやすい。本発明では、ファイバは、径方向外側へスロット９７から外れて飛び出すので、スロット９７を通ってリテーナクリップ９４から外れることがない。クリップ９４は、ここに開示した構成と同様に機能する多様な構成とすることができる。
【００４８】
米国特許第8,731,363号に開示されているように、終端内の空間が非常に限られている用途においては、光ファイバを湾曲した８の字構成に管理することが有利である。363特許の管理装置は、ファイバループを、軸方向において隣り合う２つの湾曲トラック、または、終端チャンバ内で径方向に対向する２つの湾曲トラック、のいずれかとして配置する。しかし、ファイバコイルを湾曲した配置に管理するために、はるかに簡単でよりコンパクトな方法がある。それは、光ファイバの弾性特性に依存する。図１１に示すように、手で巻かれたコイルは、図１４に示すように、湾曲コイルとなるように径方向につまむことができる。コイルの径方向において対向する部分は、リテーナクリップ９４に挿入され、その弛緩した平坦な状態に向かって外側に飛び出すが、クリップによって湾曲した状態に制約される。この結果、363特許で必要とされる２つのコイルよりもコンパクトでシンプルなファイバコイルを得ることができる。
【００４９】
本明細書に開示された本発明の実施形態は、従来技術の流体充填および圧力平衡ケーブル終端よりもはるかに単純であり、有用性を損なっていない。簡略化は、従来技術の故障モードの一部を排除することで、信頼性を向上させる。例えば、従来技術の終端は、一般に、多数の気密界面を有するが、その界面のそれぞれが潜在的な漏れ経路となり、それぞれの潜在的な漏れ経路が故障の可能性を呈する。本発明の終端では、従来の装置よりも構成要素数がかなり少ないことを原因の一部として、簡素化された組み立てにより、組立誤差が小さくなる。本発明の経済的な構成は、流体充填の圧力平衡終端を、これまでに実用化されているよりも、電気、光ファイバ、およびハイブリッドのより広い範囲での使用を可能とする。
【００５０】
開示された実施形態の上記の説明は、当業者が本発明を作成または使用することを可能とするために提供される。これらの実施形態に対する様々な修正は、当業者には容易に明らかであり、本明細書に記載された一般的な原理は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用することができる。したがって、本明細書に開示される説明および図面は、本発明の現時点での好ましい実施形態を表し、本発明によって企図される主題の代表であることが理解されるべきである。さらに、本発明の範囲は、当業者にとって明らかな他の実施形態を完全に包含し、したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲以外の何によっても制限されないことも理解されるべきである。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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