藤本 好弘 (〒22 東京都千代田区丸の内2丁目2番3号 古河電気工業株式会社内 Tokyo, 10083, JP)
SAKAMOTO, Katsuya (2-3, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-k, Tokyo 22, 10083, JP)
坂本 勝也 (〒22 東京都千代田区丸の内2丁目2番3号 古河電気工業株式会社内 Tokyo, 10083, JP)
FUJIMORI, Tatsushi (Teijin Limited 4-1, Minohara 3-chome, Ibaraki-sh, Osaka 06, 56700, JP)
藤森 竜士 (〒06 大阪府茨木市耳原3丁目4番1号 帝人株式会社 大阪研究センター内 Osaka, 56700, JP)
IZAWA, Hajime (Teijin Limited 4-1, Minohara 3-chome, Ibaraki-sh, Osaka 06, 56700, JP)
古河電気工業株式会社 (〒22 東京都千代田区丸の内2丁目2番3号 Tokyo, 10083, JP)
JAPAN AGENCY FOR MARINE-EARTH SCIENCE AND TECHNOLOGY (2-15, Natsushima-cho Yokosuka-sh, Kanagawa 61, 23700, JP)
独立行政法人海洋研究開発機構 (〒61 神奈川県横須賀市夏島町2番地15 Kanagawa, 23700, JP)
FUJIMOTO, Yoshihiro (2-3, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-k, Tokyo 22, 10083, JP)
藤本 好弘 (〒22 東京都千代田区丸の内2丁目2番3号 古河電気工業株式会社内 Tokyo, 10083, JP)
SAKAMOTO, Katsuya (2-3, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-k, Tokyo 22, 10083, JP)
坂本 勝也 (〒22 東京都千代田区丸の内2丁目2番3号 古河電気工業株式会社内 Tokyo, 10083, JP)
FUJIMORI, Tatsushi (Teijin Limited 4-1, Minohara 3-chome, Ibaraki-sh, Osaka 06, 56700, JP)
| 外部被覆の内側に非金属の抗張力体の撚り合わせ層を有する高強度ケーブルにおいて、該抗張力体が、被覆体と、該被覆体内に配置されたコポリパラフェニレン-3,4'-オキシジフェニレンテレフタルアミドの繊維体、及び該繊維体の間を充填する充填材とから構成されている高強度ケーブルであり、且つ、該コポリパラフェニレン-3,4'-オキシジフェニレンテレフタルアミドの繊維体が、その横圧縮応力が75cN/dtex以上であることを特徴とする深海探査機用高強度テザーケーブル。 |
| コポリパラフェニレン-3,4'-オキシジフェニレンテレフタルアミドの繊維体は、その表面硬さが、雲母の表面硬さに対する割合で1%以上であることを特徴とする請求項1に記載の深海探査機用高強度テザーケーブル。 |
本発明は、耐疲労性を上げて破断までの 命を向上させた高強度ケーブル、特に大深 の深海の無人探査システムに用いられて電 と光信号を送るための深海探査機用テザー ーブルに好適な高強度ケーブルに関する。
高強度ケーブルが様々な分野で求められて
る。そのひとつとして、例えば海中または
中にて使用されるテザーケーブルがある。
海中または水中にて使用される無人探査シ
テムでは、電力と光信号を送るためにテザ
ケーブルが用いられている。図6は、テザー
ケーブルの断面構造を示しており、テザーケ
ーブル1000は、複数本の動力線1001と、複数本
光ファイバユニット1002と、抗張力体1003,1004
と、外部被覆1005を有している。抗張力体1003,
1004は、撚り合わせ層を構成しており、長手
向の張力に抵抗できると共にねじり方向へ
力に抵抗してテザーケーブル1000が伸びるの
防ぎ、屈曲されてしまうことを防止してい
。
テザーケーブル1000の抗張力体1003,1004は、被
覆体内に複数の繊維体を配置しており、繊維
体は、アラミド繊維であるPPTA:ポリパラフェ
レンテレフタルアミドである。PPTAは、東レ
・デュポン株式会社のケブラー(登録商標)、
イジンアラミド社のトワロン(登録商標)な
が用いられる。このように繊維体としてア
ミド繊維を用いるのは、ケーブルが長くな
と重くなり自重で破断しないようにケーブ
重量を軽くする目的と高強度を得るためで
る。この抗張力体1003,1004は、2層に反対方向
撚られ、外部被覆の内側において樹脂で固
られている。(例えば、特許文献
1参照)。
ところが、従来のPPTAの繊維体を用いた抗張
力体1003,1004を使用すると、テザーケーブル100
0を長期間使用した場合に、テザーケーブル10
00の強度が張力と屈曲、側圧及び水圧により
労劣化して徐々に低下してしまい、テザー
ーブル1000をそのまま使用し続けると破断し
てしまうおそれがある。特に、従来のPPTAの
維体を用いた抗張力体を大深度の深海の無
探査システムに用いようとする場合には、
述した強度の低下はさらに顕著になるとい
問題があった。
そこで、本発明は上記課題を解消するため
、耐疲労性を上げて破断までの寿命を向上
せた高強度ケーブルを提供することを目的
する。
上記課題を解消するために、本発明の高強
ケーブルは、外部被覆の内側に非金属の抗
力体の撚り合わせ層を有する高強度ケーブ
において、該抗張力体が、被覆体と、該被
体内に配置されたコポリパラフェニレン-3,4
'-オキシジフェニレンテレフタルアミドの繊
体、及び該繊維体の間を充填する充填材と
ら構成されている高強度ケーブルであり、
つ、該コポリパラフェニレン-3,4'-オキシジ
ェニレンテレフタルアミドの繊維体が、そ
横圧縮応力が75cN/dtex以上であることを特徴
する。
本発明の高強度ケーブルでは、好ましくは
ポリパラフェニレン-3,4'-オキシジフェニレ
テレフタルアミドの繊維体は、その表面硬
が、雲母の表面硬さに対する割合で1%以上
あることを特徴とする。
本発明によれば、耐疲労性を上げて破断 でに達する寿命を向上させた高強度ケーブ の実現が可能である。
1 無人探査システム
3 ランチャ
4 ビークル
10 高強度ケーブル(テザーケーブル)
21 抗張力体の撚り合わせ層
22 内部被覆
23,24,25 動力線
26,27 光ファイバユニット
28 接地線
31 第1抗張力体層
32 第2抗張力体層
41 抗張力体
42 抗張力体
51 繊維体
61 繊維体
52 充填材
62 充填材
以下、図面を参照して、本発明の好ましい
施形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の高強度ケーブルの好ましい
実施形態が用いられている無人探査システム
を示す斜視図である。
図1において、無人探査システム1は、海洋
査開発に用いられ、支援母船2と、ランチャ3
と、ビークル4を備える。支援母船2とランチ
3は、1次ケーブルであるテザーケーブル10に
より接続されている。ランチャ3とビークル4
、2次ケーブル11により接続されている。本
明の実施形態の高強度ケーブルは、1次ケー
ブルであるテザーケーブル10としても、2次ケ
ーブル11としても用いることができるが、こ
では1次ケーブルであるテザーケーブル10と
て本発明の高強度ケーブルを用いた例を示
。テザーケーブル10は、支援母船2の船上の
ーブ5により繰り出されるようになっている
。
テザーケーブル10と2次ケーブル11は、共に動
と光信号を送ることができる。
図2は、図1に示すテザーケーブル10の構造例
を示す。図3は、テザーケーブル10の断面構造
例を示す。
図2と図3に示すように、テザーケーブル10は
、外部被覆20の内側に非金属の抗張力体の撚
合わせ層21を有するケーブルである。外部
覆20は、例えばポリエステル編組であり、外
部被覆20の内側には抗張力体の撚り合わせ層2
1と、内部被覆22と、三相の動力線23,24,25と、
ファイバユニット26,27と、接地線28を有して
いる。内部被覆22は、例えば架橋ポリエチレ
製であり、三相の動力線23,24,25と接地線28は
銅線である。
内部被覆22内には、三相の動力線23,24,25と、
光ファイバユニット26,27と、接地線28を内蔵
ており、内部被覆22の内側の隙間には例えば
シリコンゴムなどの充填材29が充填されてい
。
図2と図3に示すように、撚り合わせ層21は、
外部被覆20の内面から離れている内側の第1抗
張力体層31と、外部被覆20の内面に接する外
の第2抗張力体層32とを備える。第1抗張力体
31は、複数本の抗張力体41から構成されてお
り、第2抗張力体層32は、複数本の抗張力体42
ら構成されている。抗張力体41は、抗張力
42に比べて太く、図2に示すように中心軸CLに
対してX1方向に傾斜して配列されている。一
、抗張力体42は中心軸CLに対してX1方向とは
のX2方向に傾斜して配列されている。
これにより、第1抗張力体層31と第2抗張力体
層32は、長手方向の張力に抵抗できると共に
じり方向への力に抵抗してテザーケーブル1
0が伸びるのを防ぎ、屈曲されることを防止
ている。
図4(A)は、抗張力体41の断面構造例を示し、
4(B)は、抗張力体42の断面構造例を示してい
。
図4(A)に示すように、抗張力体41は、被覆体5
0と、被覆体50の内側に配置されたコポリパラ
フェニレン-3,4'-オキシジフェニレンテレフタ
ルアミドの複数の繊維体51と、これらの繊維
51の間を充填する充填材52とを有する。同様
にして、図4(B)に示すように、抗張力体42は、
被覆体60と、被覆体60の内側に配置されたコ
リパラフェニレン-3,4'-オキシジフェニレン
レフタルアミドの複数の繊維体61と、これら
の繊維体61の間を充填する充填材62とを有す
。被覆体50,60としては、例えばポリエチレン
樹脂により形成され、充填材52,62は、例えば
ニルエ
ステルなどである。コポリパラフェニレン-3,
4'-オキシジフェニレンテレフタルアミドは、
例えば帝人テクノプロダクツ株式会社のテク
ノーラ(登録商標)を用いることができる。
このように、本発明の実施形態の複数の繊
体51,61が、コポリパラフェニレン-3,4'-オキ
ジフェニレンテレフタルアミドであること
より、従来の複数の繊維体がポリパラフェ
レンテレフタルアミドであることに比べて
次のような効果がある。すなわち、コポリ
ラフェニレン-3,4'-オキシジフェニレンテレ
タルアミド自身がエーテル結合を含むこと
より、分子にフレキシビリティが付与され
坐屈やフィブリル化を起こしにくくなって
るものと考えられる。また、横圧縮応力が
きいことから、テザーケーブルが実使用時
受ける屈曲、水圧、側面からの圧縮などの
荷に対して、接触
する充填材との剥離が抑えられ、その結果、
テザーケーブル10の実使用時の強度低下が少
くなり、テザーケーブル10の寿命を向上さ
ることができると考えられる。
本発明における横圧縮応力とは、単繊維を
維軸に垂直な方向に圧縮し、圧縮率が80%と
った時の1dtexあたりの荷重で表したもので
り、本発明においては75cN/dtex以上であるこ
が必要で、好ましくは80cN/dtex以上である。
らに繊維体51,61の繊維表面硬さが高いことが
好ましく、このように繊維体51,61の繊維表面
さを高くすることにより、ケーブル使用時
受ける屈曲、水圧、側面の圧縮等が加わる
境下でも、複数の繊維体51,61と、樹脂であ
充填材52,62とをよりいっそう強固に密着させ
ることができ、これによりテザーケーブル10
寿命をさらに向
上させることを知見した。
本発明における繊維表面硬さとは、バネ 数154N/mのプローブを、繊維軸と垂直方向に 電圧0.3Vの押し込み力(深さ35nmに相当)で押し 当てた時の硬度であり、標準サンプルとして 、プローブを押し当てる際の単繊維の土台と して用いた雲母を用い、その硬度に対して1% 上が好ましく、さらに好ましくは1.5%以上で ある。また、前記硬度測定に用いた雲母板は 、ロシア産の白雲母(モスコバイト)を用いた
繊維表面硬度が雲母の硬度に対して1%未満
あるコポリパラフェニレン-3,4'-オキシジフ
ニレンテレフタルアミド繊維を1%以上に向上
させる方法としては、繊維に400℃以上の高温
で熱処理を行う方法などが例示されるが、こ
の方法に限定されるものではなく、硬度を雲
母の硬度に対して1%以上に向上できるいずれ
方法を用いても良い。
以上のような特性を持つ繊維体を用いて抗
力体とし、更に複数本撚り合わせてテザー
ーブルとすることにより、実使用時に掛か
様々な負荷、特に屈曲、側面からの圧縮に
しても高い耐疲労性を持ち、高寿命なテザ
ケーブルを提供することができる。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説
する。なお、実施例で用いた評価方法は下
のとおりである。
(1)単繊維の横圧縮応力
単繊維1本をダイアモンド板上に並べて端部
を固定し、直上よりダイアモンド板を押し当
て、圧縮率が80%となった時の1dtexあたりの荷
を計測した。また圧縮率は、圧縮前の単繊
径Dと圧縮時の直上方向の単繊維径D 1
から下記式を用いて算出した。
圧縮率(%)=(D-D 1
)/D×100
(2)単繊維表面の表面硬さ 単繊維1本を雲母
上に並べて固定し、その表面にバネ定数154N
/mのプローブを、繊維軸と垂直方向に、電圧0
.3Vの押し込み力(深さ35nmに相当)で押し当て、
押し込んだ時の荷重からくぼんだ部分の体積
で割って算出し、更に同様の方法で測定した
雲母の硬度との割合を下記式にて算出した。
表面硬度割合(%)=(単繊維の硬度)/(雲母の硬
)×100
(3)抗張力体の耐圧縮疲労性
抗張力体の側面から22mm角のアルミ製プレー
トで両側を挟み込み、圧縮試験機にて50kgfの
重を付与した。これを1サイクルとして7秒/
イクルの割合で繰返し荷重を付与し、100サ
クル、1000サイクル後の抗張力体の引張強度
を測定した。また圧縮前の抗張力体の引張強
度を用いて下記式にて強度保持率を算出し、
これを耐圧縮疲労性とした。
耐圧縮疲労性(%)=(圧縮後引張強度)/(圧縮前
張強度)×100
(4)抗張力体の圧縮後の断面扁平率
前記(3)記載の圧縮試験を行った後の抗張力
の短径、長径を用いて下記式にて断面扁平
を算出した。
断面扁平率=(圧縮後の長径)/(圧縮後の短径)
(5)抗張力体の耐水圧疲労性
抗張力体を高水圧試験槽に挿入後、試験槽
を水で満たした状態で水圧を印加し120MPaで3
0分保持した後、0MPaまで減圧した。これを1サ
イクルとして200サイクル後の抗張力体の引張
強度を測定した。また試験前の抗張力体の引
張強度を用いて下記式にて強度保持率を算出
し、これを耐水圧疲労性とした。
耐水圧疲労性(%)=(水圧後引張強度)/(水圧前
張強度)×100
(6)疲労試験
図5(A)に示す疲労試験装置65を用い、疲労試
を行った。図5(A)に示す疲労試験装置65は、
ーブ70とローラ71を有しており、シーブ70と
ーラ71には、高強度ケーブル10とワイヤー72
掛けられている。高強度ケーブル10とワイ
ー72の接続部分にはロードセル80が設けられ
おり、高強度ケーブル10に荷重LDを掛けてい
る。なお、シーブ70の直径は400mmであり、荷
LDは29.4kNである。この状態でシーブ70を交互
約180度ずつ回転させ、高強度ケーブル10そ
破断に到るまでの回転回数を測定した。
[実施例1]
単糸繊度1.67dtex、横圧縮応力94cN/dtex、単繊
表面の硬度割合が雲母に対して1.7%であるコ
リパラフェニレン-3,4'-オキシジフェニレン
レフタルアミド繊維(帝人テクノプロダクツ
株式会社製、テクノーラ(登録商標)T741)をト
タル繊度が6600dtexとなるように束ねて繊維束
とした後、ビニルエステル樹脂を含浸・硬化
させ、更にポリアミド樹脂を被覆して、直径
1.3mmの抗張力体を得た。また、同様の方法で
ータル繊度4400dtexのコポリパラフェニレン-3
,4'-オキシジフェニレンテレフタルアミド繊
束にビニルエステル樹脂を含浸・硬化さ
せ、更にポリアミド樹脂で被覆して直径1.1mm
抗張力体を得た。
この直径1.1mmの抗張力体について耐圧縮疲
性を測定したところ、100サイクル後、1000サ
クル後でいずれも100%であった。またその時
の断面扁平率は、100サイクル後で1.07、1000サ
クル後で1.14であった。
また、この抗張力体を用いて耐水圧疲労性を
測定したところ、100%であった。
更に、この抗張力体を用いて内部被覆上に2
層交互に撚合わせを行い、高強度ケーブル10
得た。
この高強度ケーブルを、図5に示したように
疲労試験装置65に設置し、29.4kNの荷重下で疲
させたところ、60000サイクル後でも破断に
至らなかった。
[比較例1]
単糸繊度1.58dtex、横圧縮応力70cN/dtex、単繊
表面の硬度割合が雲母に対して1.8%であるポ
パラフェニレンテレフタルアミド繊維(東レ
・デュポン株式会社製、ケブラー(登録商標)4
9)をトータル繊度が6600dtexとなるように束ね
繊維束とした後、ビニルエステル樹脂を含
・硬化させ、更にポリアミド樹脂を被覆し
、直径1.3mmの抗張力体を得た。また、同様の
方法でトータル繊度4400dtexのポリパラフェニ
ンテレフタルアミド繊維束にビニルエステ
樹脂を含浸・硬化させ、更にポリアミド樹
で被覆して直径1.1mmの抗張力体を得た。
この直径1.1mmの抗張力体について耐圧縮性
測定したところ、100サイクル後で79%、1000サ
クル後で55%であった。またその時の断面扁
率は、100サイクル後で1.31、1000サイクル後
1.47であった。
また、この抗張力体を用いて耐水圧疲労性
測定したところ、67%であった。
更に、この抗張力体を用いて内部被覆上に2
層交互に撚合わせを行い、高強度ケーブル100
0を得た。
この高強度ケーブルを、図5に示したように
疲労試験装置65に設置し、29.4kNの荷重下で疲
させたところ、15000サイクルで破断した。
図5(B)に本発明の実施形態のコポリパラフェ
ニレン-3,4'-オキシジフェニレンテレフタルア
ミドからなる複数の繊維体51,61と、従来のポ
パラフェニレンテレフタルアミドからなる
数の繊維体と、を比較した疲労試験結果を
す。
図5(B)に示すように、従来の高強度ケーブル
1000は15000回で破断したが、単繊維の横圧縮応
力が75cN/dtex以上であるコポリパラフェニレン
-3,4'-オキシジフェニレンテレフタルアミド繊
維体を用いて高強度ケーブルとすることによ
り、従来の高強度ケーブル1000に比べて4倍以
の耐久性向上が図れた。
ところで、本発明は、上記実施形態に限定
れず種々の変形例を採用できる。
例えば、本発明の実施形態の高強度ケーブ
は、無人探査システムだけではなく、海底
敷設する海底敷設用ケーブルとしても用い
ことができる。
本発明の実施形態の高強度ケーブルは、1次
ケーブルであるテザーケーブル10だけでなく
2次ケーブル11としても用いることができる
(さらには、エレベーターケーブル等のロー
プ類への適用も可能である。)
撚り合わせ層21は、第1抗張力体層31と第2抗
力体層32とを備えているが、これに限らず3
以上の抗張力体層を備えるようにしても良
。
