「衝撃吸収材」とは何ですか？ | What is shock-absorbing filler?

OFSCN 全球技術センター OFSCN 技術知識ベース
1

鋼管内の光ファイバーが振動でガタガタするのを防ぐにはどうすればよいですか？

2

光ファイバー金属管（Fiber-in-Metal-Tube, FIMT）構造では、裸ファイバーまたは一次コーティングファイバーの典型的な外径はわずか 125\ \mu\text{m} から 255\ \mu\text{m} であり、保護鋼管の内径は通常 1.0\text{ mm} から 2.6\text{ mm} 程度です。シームレス鋼管が振動環境下にある場合、管内の空間に特別な物理的介入がないと、ファイバーは管腔内で高速に自由に揺れ動き、衝突します。

1. 鋼管内でのファイバーの揺れ動きによる物理的危害

  1. マイクロベンディング損失と信号摂動（Microbending Loss）：ファイバーが管壁に衝突したり、ランダムに曲がったりすると、コアを伝導する光波の全反射条件が破壊され、光減衰の急激な増加と光信号の偏光状態（SOP）の不安定化につながります。
  2. 機械的疲労とコーティング層の摩耗：持続的な高周波・高振幅の振動は、ファイバーコーティング層とステンレス鋼の内壁との間で繰り返し摩擦を引き起こし、表面の微細亀裂の拡大を招き、ファイバーの長期的な機械的強度を低下させます。

2. 鋼管内でのファイバーの揺れ動きを防ぐための工学的技術的手段

光学工学および光ファイバーケーブル製造では、ファイバーの揺れ動きを防ぐために、主に以下の3つの技術方案が採用されています。

1. 減震膏/ダンピングゲル充填（Shock-absorbing Filler / Damping Gel）

  • 原理：鋼管のプラスチックコーティングプロセス中に、チクソトロピー性（Thixotropic）を持つダンピング軟膏、シリコーンゲル、または高温減震油膏を管内に高圧注入します。
  • 効果：充填物は、高い粘性と懸濁支持作用により、ファイバーを管腔中央に懸垂させ、外部から伝達される高周波機械振動エネルギーを吸収・減衰させ、ファイバーと鋼管壁との直接衝突を防ぎ、同時にファイバーが自由に移動するための温度補償空間を維持します。

2. タイトバッファ構造と高分子ゲル硬化（Tight-buffered / Polymer Encapsulation）

  • 原理：高分子材料（特殊樹脂、ポリイミドなど）を使用して、ファイバーを全長にわたって連続的に被覆し、ファイバーと鋼管または金属構造体を完全に固定・接着させます。
  • 効果：管内自由空間を完全に排除し、ファイバーと外部鋼管との間で機械的ひずみを同期させる一体構造を形成し、ひずみセンシングおよび高振動強度環境に適しています。

3. 余長制御と内径幾何学的適合（Excess Fiber Length & Geometry Optimization）

  • 原理：ファイバーの鋼管内での加工余長（EFL, Excess Fiber Length）を精密に制御し、管内で均一に微小な正弦波状の波形分布を形成させ、適切な鋼管内径と組み合わせます。
  • 効果：大加速度振動下でのファイバーの自由振幅を制限します。

3. OFSCN® 公式シームレス鋼管光ファイバーケーブルおよびカプセル化製品

大成永盛 (OFSCN®) が製造するシームレス鋼管光ファイバーケーブルおよびセンサーは、異なる温度および振動環境に対応するために、シームレス鋼管カプセル化（FIMT）と対応する内部保護プロセスを採用しています。