JPH01255812A - 海底光ファイバケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、長期安定性にぼれる海底伝送用の海底光ファ
イバクープルに関するものである。

従来の技術 光ファイバを用いた光通信システムは、その低損失性に
よｆｉ　１００Ｋｍを越える中継間隔が、実用のものと
なりつつあり、長距離Φ大容量の基幹伝送用システムと
して導入が期待されている。

この様な中で、光通信システム全体の高信頼化は、実用
上の重要な課題であシ、特に、伝送媒体である光ファイ
バは、初期的な低損失性は無為のこと、ケーブル製造か
ら布設、さらには布設後の長期間にわたって安定した伝
送特性を維持することが不可欠となっている。

従来、光ファイバは、曲げや側圧、伸びに対して弱点を
有すると考えられ、ケーブル化するに際しては、これら
の外力から可能な限シ光ファイバを保護できるような構
造を選定してきた。

第１図は、これまでに提案されている海底伝送用光ファ
イバケーブルの１例を示す断面構造図であり、ｌは光フ
ァイバ心線、２はこれら光ファイバを複数本収容したユ
ニット、３は耐圧層、≠は抗張力体層、ｊは金属気密層
、乙は絶縁層である。

他にも同じ目的でいくつかのケーブルが提案されている
が、何れも多少の構造、材料に違いばあ枢機能面からみ
た構成は、概ね前記例と同一である。

即ち、耐圧者３により光ファイバ／及びその集合体であ
るユニット２を外力、特に、海底下で受ける巨大な水圧
から保護し、抗張力体層≠によりケーブルの布設時や引
き揚げ時に加わる引張力に抗しうるように設計される。

また、金属気密層間は、光ファイバの機械的強度の劣化
をもたらす水蒸気の外界からの透過を遮断するとともに
伝送路の中間に設けられる中継器への電力を供給する導
体としての役を果たすよう配慮されたものである。

発明が解決しようとする課題 このように第１図のケーブルは、従来の設計で考えられ
る全ての項目を満たすように構成されたものである。

しかしながら、最近になり光ファイバの長期的な伝送特
性に重大な影響を与える新たな問題が明らかとなった。

それは、光ファイバの周りに水素分子が存在する条件で
は、光ファイバ中に拡散する水素分子、或は、イオン化
した水素がガラスファイバ中の各成分と反応して出来る
５ｉＨ−１Ｇ　ｅ　Ｈ−１ＳｉＯＨ−等の吸収基によシ
、特定波長の光成分に大きな吸収損失を生ぜしめ、その
結果、１．３０μｍ％１．５５μｍ帯といった実際の通
信用波長帯の損失にも大きな影響を与えるというもので
ある。

こうしたケーブル中に水素を発生させる原因にはいろい
ろ考えられるが、（１）光ファイバ被覆材、ユニット材
等の構成素材に最初から水素分子が含まれている場合、
（２）ケーブル中に侵入した水分とケーブルを構成する
金属とが電気化学的な反応を起こして水素を発生する場
合に大別できる。

（１）については、例えば被覆材として紫外線硬化型樹
脂など水素発生の極めて少ない材料を選定することによ
って全く問題にならないようにすることが可能になって
いる。しかし、（２）については、第１図の構造では極
めて避は難い問題を有している。その理由の一つは、耐
圧層３や抗張力体Ｎ≠、金属気密層ｊなどには先に述べ
たような機能からいって一定以上の機械的強度が要求さ
れ、そのためには、現状では鉄、銅、アルミ等の金属を
使用せざるを得ないことである。

これら金属は、周囲に水分が存在すると、単体でも腐食
によって水素を発生させるものであるし、異なる金属同
志が接触している状態では、固有の電位差により局部電
池が生じることから水素発生は更に促進されるという問
題を有している。

２番目の理由は、腐食の原因となる水分の存在である。

前述したような金属の腐食は、問りに水分が存在しなけ
れば進行せず１、水素の発生も有り得ない。しかし、ケ
ーブルが漁船のアンカーや漁具等により切断され、金属
殻内に海水が進入するような重大事態は言うに及ばず、
ケーブル製造時には、空気中の湿気や構成材料の内部も
しくは表面にトラップされた水分が取り込まれるし、海
底下に布設されている状況では、絶縁層ｔを透過した湿
気が金属気密層！の極めて微細なピンホールを通して流
入する可能性があるなど、ケーブルの金属殻内から水分
を排除し続けることは現実の問題として不可能である。

以上に述べたように、従来の海底光ファイバケーブルか
ら水素発生を除去することは、非常に難しい問題である
が、現在までは全く対策が取られていないわけではない
。

例えば、ケーブルが切断され、海水が流入する場合を想
定しては、前記ケーブル断面内の空間、即ち前記ユニッ
ト、耐圧層、抗張力体層、金属気密層間の空隙にそれら
材料と接着性の良い樹脂を充填し、海水自身がケーブル
の長手方向に進行しにくい様にすることである。

しかし、ケーブル内に全く空間を作らないようにするこ
とは、温度変化による膨張・収縮や、側圧によるケーブ
ルの微少な変形などを臭因として、光ファイバユニット
の伝送特性が不安定になったり、また、製造管理上も不
可能なことである。そのため、実際上は、僅かであるが
、走水可能な、経路が残された状態になり、切断断面で
完全に水を遮断することは出来ず、ケーブル修理上支障
のない範囲で走水距離を制限しているのが現実である。

また、気体状の水蒸気は、物理的な空隙が無くともユニ
ット材内を拡散していくことができるため、その到達距
離は更に大きく、浸水状態で数カ月、或は数年間放置さ
れた場合には、数−あるいは数十りといったケーブル区
間全長にわたって水分の影響が及ぶことになる危険性も
ある。

また、侵入した水分による金属の腐食を抑制するという
観点からは、（１）金属体にイオン化傾向で水素より非
なるもの、例えば銅を使用する、（２）全ての金属を同
一材料にする、（３）金属表面に絶縁化例えば、プラス
チックを被覆するなどの方策が考えられる。

しかし、（１）の場合、ケーブルの抗張力体に使用する
金属には、一定収上の引張剛性が要求されることから、
現状では、鉄銅材料を用いることが現実的であり、銅で
は要求強度を満たし得ない。

また、（２）については、抗張力体の鉄材に対して、耐
圧層や金属気密層には、給電用の導体としての低抵抗性
、気密封止するための製造上の溶接性の良さ、さらにケ
ーブル重量を下げるための軽量性などの要求により、一
般には銅やアルミが適しているため、使用する金属は、
どうしても異なる組合せになってしまう。また、異なる
金属の全てに水素より非なる金属、例えば銅をメツキす
ることも可能であるが、製造コストが高くなるし、製造
工程等で傷がついたシ、局部的に腐食すると下地金属が
露出し、効果がなくなるという欠点がある。

（３）は、異種金属接触腐食に特に有効なものであるが
、先と同様、製造コスト、傷の問題があるほか、水蒸気
はプラスチックを透過し、容易に金属面に至るため、結
局、単体での腐食は避けることはできないという問題も
ある。

以上、従来の構造の海底光ファイバケーブルについて水
素の発生要因とその対策について種々述べてきたが、何
れにしても万全の策は無く、−旦布設されると２０〜３
０年という長期間使用する必要のある海底伝送用媒体と
しては、長期安定性に問題を有するものであった。

課題を解決するための手段 本発明は、少なくとも１本の光ファイバ心線を内包した
光ファイバユニットの周りに耐圧層、抗張力体層、金属
気密層、絶縁層が積層されてなる海底光ファイバケーブ
ルにおいて、該金属気密層より内側にあって、該光ファ
イバユニット、該耐圧層、該抗張力体層および該金属気
密層の間の間隙に水素吸収作用を有する粘接着性樹脂を
充填するとともに、前記粘接着性樹脂が、可塑剤として
二重結合を含む炭化水素系オイルおよび水添触媒を配合
したポリヒドロキシ炭化水素系重合体としたものである
。

作用 本発明では、水素の発生は、ある程度やむを得ないもの
であるという前提に立って、前記構成により発生した水
素を光ファイバに拡散させないようにしたところにある
。そのため、本発明では、樹脂自体に水素吸収作用とい
う機能を付加し、ケーブル内への走水防止機能と併せて
金属殻内で発生した水素を吸収させ、光ファイバへの水
素分子の拡散を未然に防止したものである。

実施例 第１図は本発明の実施例による海底光ファイバケーブル
の断面構・遣口を示す。

水素吸収樹脂７以外は、第５図と同一符号は同一部品、
部分を示す。

水素吸収樹脂７は、図に示すごとく金属気密層！の内側
の空隙、即ち、光ファイバユニット２、耐圧層３間、お
よび耐圧層３、抗張力体層≠、金属気密層５間に充填さ
れる。

水素吸収樹脂７は、先に述べた種々の原因により発生し
た水素をその内部反応機構により吸収し、光ファイバ中
への拡散を防止する。樹脂の例としては、一般にも止水
剤として用いられているポリヒドロキシ炭化水素系重合
体に新たに可塑剤として二重結合を含む炭化水素系オイ
ルおよび金属ルテニウム等の水添触媒を配合したものが
あげられる。

炭化水素重合体、水添触媒、可塑剤について説明する。

ポリヒドロキシ炭化水素系重合体としては、ポリヒドロ
キシジエン系重合体の水素添加物、イソブチレン−ジエ
ン系モノマー共重合体の酸化分解還元生成物の水素添加
物などが挙げられる。

好ましくは、このポリヒドロキシ炭化水素系重合体をポ
リイソシア浄−トと反応させてウレタン化したものを混
合して使用する。

ボ力イソシアネート、としてはへキラメチレンジまた水
添触媒としてはニツ′ケル、パラジウム、ロジウム、ル
テニウム等の遷移金属触媒が挙げられ、ルテニウム金属
が最も好ましい。

可塑剤としての二重結合を含む可塑剤としては例エバア
ルキルジフェニルエタン、アルキルベンゼン、アルキル
ナフタフタル酸ジオクチル、フェニルキシルスルフォン
、アルキルインデンモノイソロビルビフェニール、エチ
ルジフェニルメタンなどの各種芳香族′系オイル、ミル
セン、アロシメン、ジペンテン、γ−テルピネン、α−
テルピネン、テルピーレン、α−ピネン、β−ピネン、
カレン、カデイネン、アビエタジエン、テルペンダイマ
ーなどの各種チル関ン系化合物、ブタジェン、イソプレ
ン等のジエンのオリゴマーなどが挙げられる。

前記樹脂では、可塑剤として含有される二重結合の炭化
水素不飽和基が水添触媒作用の基で水素分子と化学的に
反応し、下記のように炭素の二重結合が切れた部分に水
素を結合させることによって水素分子を吸収する機能を
持っている。

１−Ｉ　　１−１ 高温であれば、水添触媒がなくても前記反応は起こりう
るが、海底光ファイバケーブルが実際に使用される１０
０℃以下の低温環境では、水添触媒を用いることが望ま
しい。

また、水素の吸収容量は、添加する炭素二重結合の量で
基本的に調整できるため容易に所要の吸収特性を実現す
ることができる簡便性を有し′ている。

また、前記のように水素を炭素原子に化学的に結合させ
る反応によるため、−度反応させると熱化学的に安定で
あり、吸収した水素が再度発生するといった問題は全く
無いことも特徴である。

第２図は、側屈の水素吸収特性を確認するために実施し
た実験の結果を示す。

実験は、試験容器中に水素と窒素の混合気と上記ポリヒ
ドロキシ炭化水素系重合体の水素吸収樹脂とを同時に封
入し、時間経過に伴う容器中の水素量の変化を測定した
もので、図の結果は、樹脂の単位重量当りの吸収量に換
算して示したものである。明確に水素を吸収することが
確認される。

第３図は、より実際のケーブルに近い状態での水素吸収
効果を確認するために実施した実験結果を示す。実着は
、第２図に示した場合とほぼ同様であるが、試、験容器
内には、前記水素吸収樹脂とケーブル化した際に丁度等
価の量に相当する金属を同時に封入し、１６０％飽和水
蒸気圧条件下で強制的に金属を腐食させて、水素の発生
を促し、ケーブル内の光ファイバユニット部の直径を２
．５酬と仮定し、この空間内に拡散する水素分圧を測定
したものである。

温度を６０℃に上げて反応を加速させ、１週間にわたっ
て測定を継続した。また、前記水素吸収樹脂の代わりに
従来から走水防止用として１４１いもれているルテニウ
ム触媒を含有１−ない通常の何面を封入した場合につい
ても同様に測定を行った。

実線が、水素吸収効果を封入した場合、破約が、通常の
樹脂を封入した場合である。通常の樹））百の場合、ケ
ーブル内の水素分圧は、時間の９ｑ：＝）　；ζ伴い急
激に増大していくことがわかる。

一方、水素吸収１ａ脂を封入した場合は、発生１″る水
素の９９％以上をイ立１脂が吸収（−で繋り、分圧が０
．０１気圧を越えることはなく、極めて低レベルに保ち
うろことが確認できた。また、水素を１及収した槌廂だ
けを取り出し、別の容器内に密閉して一２０℃から＋８
０℃までのヒートサイクル加速を行っても水素の再発生
現象は認められたかった。

以上のように前記水素吸収樹脂をケーブル内の空隙に充
填することにより、先１（述べたような種々の要因で海
底光ファイバケーブル内で発生する水素を未然に吸収で
き、光ファイバ中への拡散を防止できるため、長期にわ
たって、極めて安定した伝送特性を維持することが可能
となる。また、先に示した実験のように強制的な水素発
生が促進されるような最悪のケースにおいてもケーブル
内の水素分圧の増加を抑制できることから、ケーブル外
被の剥離等の重大障害によってケーブル断面内に海水が
流入した場合でも一定の修理期間の間の通信機能を保持
することが可能である。

また、従来であれば、浸水もしくは透湿、した区間は、
全区間でケーブルの取り替えが必要であったが、本発明
によるケーブルであれば、浸水状態であることによって
水素の発生があっても極めて水素分圧を低レベルに抑え
ることができるため、そうした区間め再利用も可能であ
り、修理における一ケーブルの取り替え長が従来に比べ
て格段に短かくでき、工期の短縮、修理コストの大幅な
低減を図ることができるようになるという利点もある。

第４図は、本発明の他の実施例であって、水素吸収樹脂
を予めテープ３１に塗布し、それを光ファイバユニット
２と耐圧層３あるいは耐圧層３と抗張力体層≠との空隙
に通常の樹脂３２と共に縦添えで封入したものである。

テープのベース材としては、樹脂と親和性の良い紙やプ
ラスチックであれば特に限定されるものではない。

この様な実施例によれば、水素吸収樹脂の量が精度良く
管理できるばかりでなく、単なる樹脂だけでの充填に比
べて隙間なく極めて均一に充填できるという利点がある
。

発明の効果 本発明を実施例と共にいくつかの実証実験結果について
説明してきたように本発明によれば、海底光ファイバケ
ーブルの長期間の使用条件において発生が想定される水
素を光ファイバ中に拡散させることなく樹脂に吸収させ
ることが出来、従来問題になっていた水素による光ファ
イバ伝送特性の劣化を完全に除去できることになる。

これにより、従来に比べて格段に信頼性の高いケーブル
とそれを用いた光通信システムの構築が可能となり、ま
た、最悪のケーブル断線障害などが生じた場合にあって
も修理時のケーブル取り替えの短尺化、修理時間の短縮
、修理コストの低減が図れることになる。

これらのことから、高い信頼性を要求される海底用の光
ファイバケーブルにとって、本発明が極めて実用上の工
業的価値の高いものであることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例による海底光ファイバケーブ
ルの断面構造図、第２図は、本発明に用いる水素吸収樹
脂の水素吸収特性図、第３図は、本発明の水素吸収樹脂
を用いた海底光ファイバケーブルにおける水素発生特性
の実験結果図、第４図は、本発明の他の実施例による海
底光ファイバケーブルの断面構造図、第５図は、従来の
海底光ファイバケーブルの断面構造図、を示す。 ｌ：光ファイバ心線、 ２＝光ファイバユニツト、 ３：耐圧層、 ｔ：抗張力体層、 ｊ：金属気密層、 ６：絶縁層、 ７：水素吸収樹脂、 ３／：水素吸収樹脂を塗布したテープ、３２：通常の止
水材。 特許出願人　　日本電信電話株式会社 特許出願人　　　日本大洋海底電線株式会社特許出願人
　　三菱化成工業株式会社 代理人弁理士　　阿　　郁　　　　功 １０　　　　　　　／ρρ　　　　　７　ｔｄＯ／１）
Ａ）０吟力 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１本の光ファイバ心線を内包した光フ
   ァイバユニットの周りに耐圧層、抗張力体層、金属気密
   層、絶縁層が積層されてなる海底光ファイバケーブルに
   おいて、該金属気密層より内側にあって、該光ファイバ
   ユニット、該耐圧層、該抗張力体層および該金属気密層
   の間の間隙に水素吸収作用を有する粘接着性樹脂を充填
   したことを特徴とする海底光ファイバケーブル。
2. （２）前記粘接着性樹脂が、可塑剤として二重結合を含
   む炭化水素系オイルおよび水添触媒を配合したポリヒド
   ロキシ炭化水素系重合体であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の海底光ファイバケーブル。