JP2020061371A - 金属粒子を含む導電性の水遮断材料、光ケーブル及びそれを含む光ケーブルを構成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】海底に延長される光ファイバを保護して、水遮断を与え、ケーブルにおける導電路の抵抗を低減して効率的な給電を可能とする。【解決手段】光ファイバケーブルのコアケーブル部分１１０は、少なくとも１つの光ファイバ、光ファイバの周囲に配置されたバッファチューブ１１４及びバッファチューブ１１４の周囲に配置された強度部材１１６を含む。導体１２０は、強度部材１１６の周囲に配置される。導電性の水遮断材料３０２は、担体材料及び導電性の金属粒子を含み、強度部材によって画定された強度部材の隙間に設けられる。【選択図】図３

Description

光ファイバは、通信ネットワークにおいて光信号のための伝送路として用いることができる。そのような光ファイバは、多くの場合、海底又は海中の環境で何マイルにもわたって延長されなければならない。光ファイバを保護し、増幅器、分岐ユニットなどのような装置に電力を供給するための導電路を与えるために、光ファイバは光ケーブルに含まれ得る。海底又は海中の光ケーブルは、システム環境条件に応じて、例えば強度部材の層、チューブ、１つ以上の導電体、絶縁体、被覆及びシースを含み得る。

海底環境に光ケーブルを設けることに伴う１つのリスクは、ケーブルが意図せず切られ、又は切断され得ることである。光ケーブルが切れると、ケーブルの中に、例えば、光ファイバ又は強度部材の間に水が浸入し、それはケーブル及びそれに接続された装置に損傷を与え得る。ケーブルへの水の浸入に対するバリアを設けるため、様々な水遮断材料が用いられてきた。周知の水遮断材料は、水の存在下で膨張するように設計された材料の層、及び光ファイバ又は強度部材の間に設けられ得る水遮断ゲル又は液体を含む。

添付図面を参照して本発明の実施形態を例示として説明する。同様の符号は同様の部分を示す。

図１は、本開示による海底光ケーブルの切断斜視図である。 図２は、本開示による水遮断材料のない図１に示す海底光ケーブルのコアケーブル部分の切断斜視図である。 図３は、図１に示す海底光ケーブルのコアケーブル部分の切断斜視図である。 図４Ａは、本開示による水遮断材料を含む海底光ケーブルの一部を模式的に示す。 図４Ｂは、ケーブルが切れた状態の図４Ａに示す海底ケーブルの一部を示す。 図５は、本開示による方法の一例を示すフローチャートである。

本発明は、金属粒子を含む導電性の水遮断材料、光ケーブル及びそれを含む光ケーブルを構成する方法に関する。本開示によると、光ケーブルの構成は、金属粒子を含む導電性の水遮断材料を用いて提供され得る。導電性の水遮断材料は、光ファイバの周囲に配置された強度部材によって画定された強度部材の隙間に設けられ得る。管状の導体は強度部材上に配置され、強度部材に電気的に接触している。導体は、光増幅器、中継器、分岐ユニットなどの要素が電力を受けるために結合され得る導電路となる。導電性の水遮断材料内の金属粒子は、導体によって形成される導電路の直流（ＤＣ）抵抗を低減する。

金属粒子はまた、水の遮断を与える。金属粒子が混合した担体材料が水の存在下で溶解、あるいは劣化すると、金属粒子はケーブルの長さに沿って強制的に水圧によってケーブルの中を移動する。水圧は、このようにケーブル内で金属粒子を圧縮し、ケーブルへのさらなる水の浸入を防ぐのに十分な長さにわたって強度部材の隙間を金属粒子で埋めることによって、最終的にはケーブルにおける金属栓となる。したがって、有利なことに、本開示による金属粒子を含む導電性の水遮断材料は、確実な水遮断を与える一方で、ケーブルにおける導電路の抵抗を低減して海底装置への効率的な給電を可能とする。

ここで用いられる用語「結合する」又は「接続する」及びその変形は、一般に、電気的及び／又は機械的な接続のいずれかのタイプのことをいい、必ずしも直接の物理的な接続を必要としない。また、ある要素が他の要素の「周囲に配置される」ともここでは記載され得る。ある要素が他の要素の周囲に配置されるが必ずしもそれらと直接接触しないこともあり、それらの間に介在要素があってもよいことが理解されるはずである。

図１は、本開示による導電性の水遮断材料を有する光ケーブル１００の一実施形態の切断斜視図である。概略として、光ケーブル１００は、コアケーブル部分１１０及び外装部１３０を含む。図１に示す具体的なケーブル構造は、図示及び説明を容易にするために与えられる。本開示による導電性の水遮断材料は、１つ以上の強度部材及び導体のセットを含む光ケーブル構造体の強度部材の隙間のいずれか又は全てにおいて提供され得ることが理解されるはずである。例えば、本開示による導電性の水遮断材料は、水遮断を与え、ケーブル中の導電路の抵抗を低減するために、周知のシングルコアケーブル構成又は周知のマルチコアケーブル構成を含む周知の光ケーブル構成において提供され得る。

図示された例示の実施形態において、光ケーブル１００のコアケーブル部分は：１つ以上の光ファイバ１１２、光ファイバ１１２の周囲に配置されたバッファチューブ１１４、バッファチューブ１１４の周囲に配置された強度部材１１６の１以上の層１１５及び１１７、強度部材１１６の周囲に配置されて強度部材１１６に物理的及び電気的に接触している導体１２０、並びに導体１２０上に配置された電気絶縁体１２２を含む。ケーブル１００の外装部１３０は、絶縁層１２２の周囲に配置された外装ワイヤ強度部材１３２の１以上の層、並びに強度部材１３２の周囲に配置された１以上のバインダ層１３４及び１３６を含み得る。

一般に、光ファイバ１１２は、当業者に知られているように、光信号を伝搬することができる任意のタイプの光ファイバを含み得る。バッファチューブ１１４は、外力から光ファイバ１１４を保護するように寸法が決められ、配置されている。バッファチューブ１１４は、ポリカーボネート若しくはポリアミドなどのポリマー又はステンレス、銅若しくはアルミニウムなどの金属からなるものであればよい。チキソトロピック又は水遮断可能なゲルのような周知の水遮断材料が、光ファイバ１１２を囲むバッファチューブ１１４内に配置され得る。

強度部材１１６は高い強度の金属ワイヤ、例えば、高強度のステンレスのワイヤであり、１以上の層でバッファチューブ１１４の周囲に螺旋状に配置されてもよい。例えば、図示された実施形態において、第１層１１５の強度部材１１６はバッファチューブ１１４の周囲に配置され、バッファチューブ１１４に接触しており、第２層１１７の強度部材１１６は第１層１１５の強度部材１１６の周囲に同心円状に配置される。１以上の層１１５及び１１７は、異なる外径の強度部材１１６を含んでいてもよい。より詳細に説明するように、本開示による導電性の水遮断材料は、強度部材１１６上及び強度材１１６間に配置される。

導体１２０は、銅などの導電性材料からなる導電性シース又はチューブであってもよい。導体１２０は、強度部材１１６の周囲に配置され、それと電気的に接触している。例えば、導体１２０は、チューブを構成するように長手方向に溶接され、強度部材１１６上にかしめつけられる細長い銅片から形成されてもよい。導体１２０は、光増幅器、中継器、分岐ユニットなどのような海底装置に給電するために、それらの装置に結合され得る導電路となる。電気的絶縁体１２２は、導体１２０をカプセル状に包み、外装部１３０から絶縁するポリマーのシース又はチューブであってもよい。外装部１３０の外装ワイヤ強度部材１３２並びにバインダ層１３４及び１３６は、ケーブル１００を損傷から保護するために電気的絶縁体１２２の周囲に配置されてもよい。

図２は、図１に示すケーブル１００のコアケーブル部分１１０の切断斜視図であるが、導電性の水遮断材料は省略され、導体１２０の一部がその長さに沿って切り取られている。図示するように、強度部材１１６がバッファチューブ１１４の周囲に配置されると、強度部材１１６の形状及び向きが強度部材の隙間２０２を画定する。図示する実施形態において、強度部材の隙間２０２は、第１層１１５の強度部材１１６とバッファチューブ１１４との間、第１層１１５の強度部材１１６と第２層１１７の強度部材１１６との間、及び第２層１１７の強度部材１１６と導体１２０との間に形成される。

図３は、本開示による導電性の水遮断材料３０２を有する図２に示すコアケーブル部分１１０の切断斜視図である。図示するように、導電性の水遮断材料３０２は、強度部材の隙間２０２（図２）に設けられる。有利なことに、導電性の水遮断材料３０２は、導体１２０によって確立される導電路の抵抗を低減する金属粒子を含む。図示する実施形態では、導電性の水遮断材料３０２は、強度部材の隙間２０２（図２）の全てにおいて、及びケーブル１００（図１）の長さ全体にわたって設けられる。ただし、本開示による導電性の水遮断材料３０２を用いることに伴う利点は、導電性の水遮断材料３０２を隙間２０２の一部のみ、又はケーブル１００の一部の長さのみに沿って設けられることによって達成され得ることが理解されるはずである。

概略として、本開示による導電性の水遮断材料３０２は、混合された導電性の金属粒子、及び担体材料を含む。光ケーブルにおける導電路のＤＣ抵抗の効果的な低減を達成するために、導電性の金属粒子は高伝導の金属粒子を含むべきである。ここで使用される「高伝導の」という用語は、銅を基準値（電気伝導率１００）として用いて、６０より大きい相対電気伝導率を有する金属を意味する。銅は最も経済的な高伝導の金属であるので、導電性の金属粒子として好ましい材料となり得る。導電性の金属粒子は、単一の金属又は異なる金属の粒子の混合物であってもよいが、導電性金属粒子の構成粒子の少なくとも一部は高伝導であるべきである。以下の表１は、本開示による導電性の水遮断材料３０２に有用な高伝導の金属のいくつかの例の相対伝導率を示す。

導電性の金属粒子は、ケーブル及び／又は強度部材の隙間２０２のサイズ及び構成に依存する粒子サイズを有する金属粉末の形態で提供され得る。少なくとも金属粒子の一部が強度部材の隙間２０２の中に嵌るべきであり、単一の粒子サイズ、又はより小さな粒子がより大きな粒子の間の隙間に嵌るように混合粒子サイズにおいて提供され得る。例えば、一実施形態では、導電性の金属粒子は、不規則な、及び／又は球状の形で、＋１００メッシュ、＋２００メッシュ及び／又は＋３２５メッシュの粒子の銅粉末の形態で提供され得る。

本開示による導電性の水遮断材料３０２を形成するよう金属粒子が分散した担体材料は、液体又はゲルであってもよい。例えば、担体材料は、液体として塗布されて固体又は半固体の状態に硬化する周知のチキソトロピック、水遮断可能なゲル、又はウレタン材料であってもよい。チキソトロピックの水遮断ゲル材料は、例えば米国特許第６４９６６２９号に記載され、参照によりその教示がここに取り込まれる。

ある実施形態では、導電性の水遮断材料３０２は導電性の金属粒子を担体材料に予め混合することによって調製され、導電性の水遮断材料３０２は強度部材の隙間２０２に流れ込むように強度部材１１６に、又はその周囲に塗布され得る。例えば、ケーブル１００を組み立てる際に、強度部材１１６を導電性の水遮断材料３０２の槽に通過させてもよく、担体材料は金属粒子を強度部材の隙間２０２に搬送する。あるいは、導電性の水遮断材料３０２は、強度部材の隙間２０２に流れ込むように、強度部材１１６の層１１５及び１１７の１以上における最上部又は最下部に塗布され得る。したがって、担体材料並びに金属粒子のサイズ及び量の組合せは、導電性の水遮断材料３０２が十分な粘度を有して組立て中に強度部材の隙間２０２に流れ込むように選択されるべきである。特定のケーブルでの特定の担体材料並びに金属粒子のサイズ及び量の組合せは、例えば、ケーブルのサイズ及び構成、塗布中の周囲温度並びに塗布工程によって異なる。

他の実施形態において、担体材料は強度部材１１６に、又はその周囲に塗布されてもよく、導電性の金属粒子は、粉末形態の担体材料の最上部に塗布されてもよい。例えば、強度部材１１６を担体材料の槽に通過させてもよく、又は担体は強度部材１１６の層１１５及び１１７の１以上における最上部又は最下部に塗布してもよい。その後、導電性の金属粒子は担体材料の最上部に塗布されてもよい。そして、導電性の金属粒子は、担体材料と混合され、担体材料によって強度部材の隙間２０２に搬送されることができる。

導体１２０によって与えられる導電路のＤＣ抵抗を低減することに加えて、本開示による導電性の水遮断材料３０２は、ケーブル１００が切られ、又は切断された場合に効果的な水遮断を与える。例えば、図４Ａ及び図４Ｂは、本開示による導電性の水遮断材料３０２を含む光ファイバケーブルの一部を模式的に示す。図４Ａでは、ケーブル１００は分断されておらず、導電性の水遮断材料３０２はケーブル１００の図示された部分の長さに沿って設けられている。図４Ｂに示すように、ケーブルの導体１２０が例えばＣの位置で切られ、又は切断された場合、海底環境での水圧は、強度部材の隙間２０２（図２）に水を押し込み、矢印Ａ１及びＡ２で示すケーブル１００の長さに沿う方向に導電性の水遮断材料３０２を押し込む。さらに、水によって導電性の水遮断材料３０２の担体材料が溶解し、及び／又はケーブルの外に押し出される。

一方、有利なことに、導電性の水遮断材料３０２の金属粒子が水によってケーブル１００の長さに沿って押し込まれると、ケーブル１００への水のさらなる浸入を防ぐのに全ての強度部材の隙間２０２が十分な量に満たされるまで、強度部材の隙間２０２の中の金属粒子の密度が増加する。したがって金属粒子は、ケーブル１００において、ケーブル分断位置Cから対応の距離ｄ１及びｄ２に金属栓４０２を形成する。金属栓４０２は、ケーブル１００が、栓４０２の位置を越える水の浸入によって損傷を受けないことを保証する。そしてケーブル１００は、栓４０２を越えた場所でケーブル１００を切り離し、その間の部分に新しいケーブル部分を接合することによって修復できる。

図５は、本開示による方法５００を示すフローチャートである。工程５０２は、少なくとも１つの光ファイバの周囲に複数の強度部材を配置することを含む。強度部材は、強度部材の隙間を画定する。担体材料及び高伝導な金属粒子を含む導電性の水遮断材料が、強度部材に（すなわち、強度部材の表面及び／又はその周囲に）に塗布される（５０４）。導体は、複数の強度部材うちの１つ以上の周囲にそれと電気的に接触して配置される（５０６）。

図５は一実施形態による様々な工程を示すが、図５に示す全ての工程が他の実施形態において必要なわけではないことが理解されるはずである。実際に、本開示の他の実施形態において、図５に示す工程及び／又はここで示す他の工程が、図の何れにも具体的に示されないがそれでもなお完全に従う態様で組み合わされてもよいことが充分に考慮される。したがって、ある図に厳密に示されていない構成及び／又は工程に向けられた特許請求の範囲は、本開示の範囲及び内容とみなされる。

本開示の一形態によれば、少なくとも１つの光ファイバ、少なくとも１つの光ファイバの周囲に配置され、強度部材の隙間を定める複数の強度部材、複数の強度部材うちの１つ以上の強度材の周囲にそれと電気的に接触して配置された導体、及び強度部材の隙間に配置された導電性の水遮断材料含む光ファイバケーブルが提供される。導電性の水遮断材料は、担体材料及び高伝導の金属粒子を含む。

本開示の他の形態によれば、導電路及び水遮断能力を含む海底光ケーブルを構成する方法が提供され、方法は、強度部材の隙間を画定する複数の強度部材を少なくとも１つの光ファイバの周囲に配置する工程、担体材料及び高伝導な金属粒子を含む導電性の水遮断材料を強度部材に塗布する工程、及び複数の強度部材のうちの１つ以上の周囲にそれと電気的に接触させて導体を配置する工程を含む。

Claims (15)

1. 光ファイバケーブルであって、
   少なくとも１つの光ファイバ（１１２）、
   前記少なくとも１つの光ファイバ（１１２）の周囲に配置され、強度部材の隙間（２０２）を画定する複数の強度部材（１１６）、
   前記複数の強度部材（１１６）のうちの１つ以上の周囲に、前記複数の強度部材（１１６）のうちの１つ以上と電気的に接触して配置された導体（１２０）、及び
   前記強度部材の隙間（２０２）に配置され、担体材料及び所定のサイズを有し、銅を基準として相対電気伝導率１００を有するとした場合、６０より大きい相対電気伝導率を有する高伝導の金属粒子を備える導電性の水遮断材料（３０２）
   を備えた光ファイバケーブル。
2. 前記少なくとも１つの光ファイバ（１１２）がバッファチューブ（１１４）内に配置され、前記複数の強度部材（１１６）が前記バッファチューブ（１１４）の周囲に、前記バッファチューブ（１１４）と電気的に接触して配置された、請求項１に記載の光ファイバケーブル。
3. 前記強度部材（１１６）が、第１層（１１５）及び第２層（１１７）に設けられたワイヤであり、前記第２層（１１７）が前記第１層（１１５）の周囲に配置され、前記導体（１２０）に電気的に接触している、請求項１に記載の光ファイバケーブル。
4. 前記高伝導の金属粒子が銅の粒子である、請求項１に記載の光ファイバケーブル。
5. 前記担体材料がチキソトロピックゲルを備える、請求項１に記載の光ファイバケーブル。
6. 導電路及び水遮断能力を備える海底光ケーブルを構成する方法であって、
   強度部材の隙間（２０２）を画定する複数の強度部材（１１６）を少なくとも１つの光ファイバ（１１２）の周囲に配置する工程、
   所定のサイズを有し、銅を基準として相対電気伝導率１００を有するとした場合、６０より大きい相対電気伝導率を有する高伝導の金属粒子を選択する工程、
   担体材料及び前記選択された高伝導な金属粒子を備える導電性の水遮断材料（３０２）を前記強度部材（１１６）に塗布して、前記水遮断材料（３０２）を前記強度部材の隙間（２０２）に配置させる工程、
   前記複数の強度部材（１１６）のうちの１つ以上の周囲に、前記複数の強度部材（１１６）のうちの１つ以上と電気的に接触させて導体（１２０）を配置する工程
   を備える方法。
7. 前記導電性の水遮断材料を前記強度部材（１１６）に塗布する工程の前に、前記担体材料を前記高伝導な金属粒子と混合する工程をさらに備える請求項６に記載の方法。
8. 前記強度部材（１１６）に前記導電性の水遮断材料を塗布する工程が、前記担体材料を前記強度部材（１１６）に塗布する工程及び前記高伝導の金属粒子を前記担体材料に堆積させる工程を備える、請求項６に記載の方法。
9. 前記少なくとも１つの光ファイバ（１１２）がバッファチューブ（１１４）内に配置され、前記複数の強度部材（１１６）を前記少なくとも１つの光ファイバ（１１２）の周囲に配置する工程が、前記複数の強度部材（１１６）を前記バッファチューブ（１１４）の周囲に、前記バッファチューブ（１１４）と電気的に接触させて配置する工程を備える、請求項６に記載の方法。
10. 前記複数の強度部材（１１６）を前記少なくとも１つの光ファイバ（１１２）の周囲に配置する工程が、前記強度部材（１１６）を第１層（１１５）及び第２層（１１７）に設ける工程を備え、前記第２層（１１７）が前記第１層（１１５）の周囲に配置され、前記導体（１２０）と電気的に接触している、請求項６に記載の方法。
11. 前記高伝導な金属粒子が銅の粒子である、請求項６に記載の方法。
12. 前記担体材料がチキソトロピックゲルを備える、請求項６に記載の方法。
13. 前記金属粒子少なくとも一部が前記強度部材の隙間（２０２）の中に嵌るように、前記高伝導な金属粒子の前記所定のサイズが前記強度部材の隙間に依存する、請求項１に記載の方法。
14. より小さな粒子の前記高伝導な金属粒子がより大きな粒子の前記高伝導な金属粒子の間の隙間に嵌るように、前記高伝導な金属粒子が混合粒子サイズにおいて提供され得る、請求項１に記載の方法。
15. 前記所定のサイズが＋１００メッシュ、＋２００メッシュ及び／又は＋３２５メッシュである、請求項１に記載の方法。