(57)【要約】【課題】長尺で用いてもケーブルの伸びにより光ファイバが破断せず、しごきにも強くて長期間に亘る使用が可能な地熱井坑内温度分布計測用光ケーブルを提供する。【解決手段】光ファイバ心線１０と、光ファイバ心線を収納する金属管２０と、この金属管２０の外側に撚り合わされた複数の金属製ワイヤーロープ３０とを具える。そして、このワイヤーロープ３０が複数の素線３１の撚り合せから構成される。この構成により、光ケーブルが破断に至るような高荷重を受けても、光ケーブルの伸びが光ファイバの破断伸びより小さくなる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、
光ファイバを収納する金属管と、
この金属管の外側に撚り合わされた複数の金属製ワイヤーロープとを具え、
このワイヤーロープは複数の素線の撚り合わせにより構成されることを特徴とする地熱井坑内温度分布計測用光ケーブル。
【請求項２】
前記金属管とワイヤーロープとの間にクッション層を具え、
このクッション層は、金属保護管、金属メッシュおよび金属管に巻き付けた細線の少なくとも一つから構成されることを特徴とする請求項１に記載の地熱井坑内温度分布計測用光ケーブル。
【請求項３】
クッション層を構成する細線が高耐熱性有機繊維であることを特徴とする請求項２に記載の地熱井坑内温度分布計測用光ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地熱井坑内の温度分布を計測する光ファイバケーブルに関するものである。特に、高張力下での繰返しの上下運動に耐えうる光ファイバケーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバをセンサとし、ラマン散乱光を利用して光ファイバ沿いの温度分布を測定する光ファイバ温度分布計測装置が知られている。この装置は、例えば地熱発電所などで使用される地熱井坑内の温度計測に利用されている。その際、センサとなる光ファイバは、図７や図８に示す光ケーブルとして構成されている。
【０００３】
図７の光ケーブルは、光ファイバ５０の入った二重金属管６０と、２本のステンレス製単線７０とを撚り合わせた構造である。
【０００４】
また、図８の光ケーブルは、光ファイバ５０の入った二重金属管６０と６本のステンレス製単線７０とを撚り合わせ、さらにその外周にステンレスの外装線８０を撚り合わせた構造である。
【０００５】
いずれの構成においても、金属管を二重構造として不活性ガスを金属管内に循環させ、金属管内部に発生又は侵入する水素を除去することで、光ファイバと水素との結合に伴うＯＨ基で光伝送ロスが増加することを防止している。
【０００６】
通常、これらの光ケーブルは、端部に錘を取り付けて地熱井坑内に導入して利用される。
【０００７】
このような光ケーブルに関連する公知文献としては、特開平７−２７９５５号公報や特開平７−２１８７８０号公報がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の光ケーブル構造では、伸び特性やしごき特性が悪いという問題があった。
【０００９】
伸び特性：従来の光ケーブルでは、３ｋｍもの深い井戸に用いた場合、光ケーブルが自重と鍾の重さにより伸び、光ファイバが切断されることがある。これは、光ファイバ入り金属管に単線を撚り合わせた構造のケーブルでは、引張り特性において、３〜４ｔの引張荷重で弾性領域から塑性領域に変わり、急に伸びが増加して光ケーブルの伸びに光ファイバの伸びが追随できずに破断するためである。
【００１０】
しごき特性：従来構造では、フレキシビリティに欠け、何回もしごかれると、ケーブルが籠状になるバードケージングが生じる。これは、単線の外装線による撚り合わせ構造自体が、高荷重でのしごきに適さないためである。
【００１１】
従って、本発明の主目的は、長尺で用いてもケーブルの伸びにより光ファイバが破断せず、しごきにも強くて長期間使用可能な地熱井坑内温度分布計測用光ケーブルを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光ファイバ入り金属管に、単線ではなく撚り合わせ構造のワイヤーロープを組み合わせることで上記の目的を達成する。
【００１３】
すなわち、本発明地熱井坑内温度分布計測用光ケーブルは、光ファイバと、光ファイバを収納する金属管と、この金属管の外側に撚り合わされた複数の金属製ワイヤーロープとを具える。そして、このワイヤーロープが、複数の素線の撚り合せから構成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明ケーブルでは、光ケーブルが破断に至るような高荷重を受けても、光ケーブルの伸びが光ファイバの破断伸びより小さくなるような構成とした。この構成は、光ファイバ入り金属管に撚り合わせるワイヤーロープを単線ではなく撚り線で構成することにより実現でき、高張力でも光ファイバが破断することなく、かつ高荷重でのしごきに対してもバードケージングの生じ難い光ファイバケーブルとすることができる。
【００１５】
外装線としてワイヤーロープを用いた構造の特徴は、金属管の外周に撚り合わされるワイヤーロープが単層であっても、光ファイバケーブルに張力が付加された場合にできるだけ外装線のトルクを制御できることにある。また、ワイヤーロープを構成する各素線には冷間加工が施してあり降伏点が高く、ケーブル全体としてもその特徴を有する。さらに、ワイヤーロープは伸び率が小さく、柔軟性に富み、バードケージングの発生が少ない。また、幾つかの素線が擦り切れたとしても光ケーブルとして機能を維持できるなど機械的に非常に優れた特徴を備えている。
【００１６】
また、金属管とワイヤーロープとの間にクッション層を形成すれば、金属管とワイヤーロープとの摩擦に伴う損傷を抑制することができる。特に、クッション層を設けることで、使用時のしごき等により金属管が凹凸に変形されることを防止し、光ケーブルの破損を防止することができる。
【００１７】
以下、本発明をより詳しく説明する。
（光ファイバ）
光ファイバは、金属管に収納でき、地熱井坑内のような高温環境下、特に３００〜３５０℃程度での使用に耐え得るものであれば、その材質は問わない。石英ガラス製光ファイバが好適である。通常、石英ガラス製光ファイバにポリイミドやシリコンなどの耐熱性に優れる被覆を形成した光ファイバ心線が利用される。
【００１８】
（金属管）
光ファイバが収納される金属管は、ステンレス、ハステロイ、インコネル、インコロイなどの他、チタンなどを含有して耐腐食性に優れる材質で構成することが好適である。
【００１９】
金属管は、多重構造にすることが好ましい。金属管を多重構造にすることで、特開平７−２１８７８０号公報に示すように、金属管内に窒素、アルゴンやヘリウムといった不活性ガスなど、光ファイバに悪影響を及ぼさないガスを流通させ、水素ガスの浸入に伴う伝送損失の増加を抑制することができる。
【００２０】
金属管の厚さは、使用環境における引張強度や圧壊強度を考慮して適宜決定すれば良く、０．２〜０．４ｍｍ程度が好ましい。
【００２１】
（ワイヤーロープ）
ワイヤーロープは、本発明光ケーブルの抗張力を受け持つ主たる構成部材である。このワイヤーロープは、複数の素線を撚り合わせた構造とする。
【００２２】
金属管の外周に巻き付けられるワイヤーロープは単層構造が好適である。金属管の外周に単線を単層に巻き付ける構成では、しごきと張力が付加されればトルクが生じ、巻きが解けて直ぐにバードケージングが生じる。一方、単線を２層に巻き付ける構成あるいは素線を撚り合わせたストランドを２層に巻き付ける構成では、ケーブルのバードケージング防止に効果的である。すなわち、各層の巻き付け方向を逆にした２重交差撚り構造を採用して各層を構成する単線やストランドに生じるトルクが互いに打ち消し合うように設計することで、しごきと張力が付加されてもバードケージングが生じにくい構造にできる。しかし、このトルクバランスの設計は極めて微妙であり、金属管を芯材とした場合、金属管の機械的強度や小さい許容伸びの問題により、各層を構成する単線あるいはストランドに所定のバックテンションや締付けトルクを設定して使用に耐え得る製品を製作することは困難である。この点、素線を撚り合わせたワイヤーロープを単層に巻き付けることで、バードケージング防止と製造の容易性の双方を満足することができる。
【００２３】
また、ワイヤーロープの材料は、耐候性、耐熱性に重点をおいてステンレスが好ましいが、低コスト型では炭素鋼（亜鉛メッキ付）等も利用できる。
【００２４】
（クッション層）
クッション層は、金属管とワイヤーロープとの間に介在されて金属管を外圧から保護する機能を有する。
【００２５】
具体的な構成としては、金属保護管、金属メッシュおよび金属管に巻き付けた細線の少なくとも一つから構成されることが挙げられる。いずれの構成の場合も耐熱性を考慮すれば金属製とすることが好ましい。例えば、ステンレス、ハステロイ、インコネル、インコロイ、チタン合金などを利用することが考えられる。その他、株式会社東洋紡製のザイロン（登録商標）などの高耐熱性有機繊維を用いても良い。ザイロンは６００℃以上の分解温度と、６００ｋｇ／ｍｍ２近い引張強度を持ち、地熱井坑内温度分布計測用光ケーブルの構成材料としても十分利用することができる。
【００２６】
（その他の本発明光ケーブルの特性）
本発明光ケーブルは、３ｋｍ以上の長さのケーブルとして利用することが好適である。このような長距離の地熱井坑内での温度計測において、光ファイバの破断を生じることなく利用することができる。
【００２７】
また、本発明光ケーブルの破断張力は６ｔ程度以上とすることが好ましい。さらに、伸び特性は１．０％以下（２．０ｔｆ負荷時）とし、負荷が４．４ｔまでの伸びで光ファイバが破断しない構成とすることが好ましい。
【００２８】
これらの特性を満たすことで、地熱坑井での一般的な使用において、６年以上の耐候性、しごき特性が期待される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（実施例１）
図１は、本発明光ケーブルの横断面図である。この光ケーブルは、光ファイバ心線１０を二重金属管２０内に収納し、この金属管２０を中心として複数のワイヤーロープ３０を撚り合わせた構成である。
【００３０】
光ファイバ心線１０には、クラッド径１２５μｍの石英ガラス製光ファイバを用い、これにポリイミドとシリコンの各被覆を設けた構成とした。
【００３１】
金属管２０は、内管２１と外管２２とから構成される。内管２１はＳＵＳ３１６製で、内径１．６ｍｍ、外径２．０ｍｍとした。外管２２はインコロイ８２５製で、内径２．８ｍｍ、外径３．２ｍｍとした。
【００３２】
ワイヤーロープ３０はＳＵＳ３１６製で、外径約０．３〜０．８ｍｍの素線３１を２９本撚り合わせたものである。ここではこのワイヤーロープを６本用意し、外管２２の外周に撚り合わせた。
【００３３】
この本発明光ケーブルと図８に示した従来ケーブルについて引張試験を行い伸びと荷重の関係を調べた。従来ケーブルの仕様は次の通りである。
【００３４】
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【００３５】
本発明ケーブルの結果を図２に、従来ケーブルの結果を図３に示す。図３のグラフから明らかなように、従来ケーブルでは光ファイバの破断伸びである５％となった際に既に塑性領域になっており、限界荷重は３ｔ程度であることがわかる。これに対して、本発明ケーブルでは、光ファイバの破断伸びである５％に達する前にケーブル自体が破断するほどの特性を有し、約９ｔの限界荷重であることがわかる。なお、これらのグラフは、破断後もデータが記録されているが、これは一度にケーブル全体が破断するのではなく、一部の素線から破断が進展するためである。
【００３６】
図１の光ケーブルでは、ワイヤーロープ３０として外径約０．３〜０．８ｍｍの素線３１を２９本撚り合わせたものを用いているが、このうち最も細い素線を省略しても良い。つまり、図４に示すように、中心線：１本、内層線：７本、外層線：１４本の素線でワイヤーロープ３０を構成しても良い。
【００３７】
（実施例２）
次に、クッション層を設けた本発明ケーブルを説明する。図５は、この光ケーブルの横断面図である。この光ケーブルは、図１の光ケーブルにおける金属管２０とワイヤーロープ３０との間に細線で構成したクッション層４０を形成している。このケーブルにおけるクッション層４０以外の仕様は実施例１と同じである。クッション層４０は、ＳＵＳ３１６製、外径０．６７ｍｍ、本数１７本で、外管２２の上に巻き付けることで構成している。
【００３８】
（実施例３）
さらに、金属保護管４１と細線４２とからなるクッション層４０を用いた本発明ケーブルを説明する。図６は、この光ケーブルの横断面図である。この光ケーブルは、図１の光ケーブルにおける金属管２０の外周に金属保護管４１を設け、この保護管４１の上に細線４２を巻き付けてクッション層４０を形成している。そして、このクッション層４０の上にワイヤーロープ３０を撚り合わせている。このケーブルの仕様は次の通りである。
【００３９】
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【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明光ケーブルによれば、複数の素線を撚り合わせたワイヤーロープを光ファイバ入り金属管に組み合わせることで、高荷重でも光ケーブルの伸びによる光ファイバの破断を防止することができる。また、しごきに強く長期使用でもバードケージングが生じない。従って、現場での乱雑な扱いでも変形せず、伸びの変化が小さいため、より正確な深度での温度計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】クッション層のない本発明ケーブルの横断面図である。
【図２】本発明ケーブルの伸びと荷重の関係を示すグラフである。
【図３】従来ケーブルの伸びと荷重の関係を示すグラフである。
【図４】図１の変形例である本発明ケーブルの横断面図である。
【図５】クッション層のある本発明ケーブルの横断面図である。
【図６】クッション層のある本発明ケーブルの横断面図である。
【図７】従来ケーブルの横断面図である。
【図８】従来ケーブルの横断面図である。
【符号の説明】
１０　光ファイバ心線
２０　金属管
２１　内管
２２　外管
３０　ワイヤーロープ
３１　素線
４０　クッション層
４１　金属保護管
４２　細線
５０　光ファイバ
６０　二重金属管
７０　単線
【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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