JPS6396610A - 海底光フアイバケ−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） 本発明は非金属繊維を抗張力体に用いた海底光ファイバ
ケーブル構造に関するものである。

（従来の技術及び問題点） 第４図から第８図に従来より各国で用いられている海底
光ファイバケーブル構造を示す。図中１は光ファイバ心
線、２は金属パイプ、３は溝付ケーブル心、４は抗張力
体、５はポリエチレン外被である。第４図、第５図は日
本、第６図はアメリカ、第７図はイギリス、第８図はフ
ランスで用いられている海底光ファイバケーブルの構造
である。

これらの海底光ケーブルでは抗張力体として鉄線を用い
、ケーブル外径は２２〜５０ｍｍ、比重は２〜３である
。

海底光ケーブルを海中に布設および引揚する場合に、ケ
ーブルに作用する張力はケーブルの水中重量の２．５倍
程度に達する。

従って、この時ケーブルに生ずる応力ρ（ｋｓｒ／ｍｍ
２）は水深をｈ　（ｋｍ）とすると、σ＝　２．５ｈ　
（ρ−１’）　　　　　　　　（１１で与えられる。た
だしρはケーブルの比重である。

このときケーブルに生ずる伸び歪εはケーブルのヤング
率をＥ（ｋｇ／ｍｍ”）　とすると次式で与えられる。

ε＝σ／Ｅ＝２．５　ｈ　（ρ−１）／Ｅ　　　（２）
ケーブルに作用する張力は主に抗張力体４で負担される
ため、ケーブルの伸び特性は、抗張力体の伸び特性に依
存する。式（２）を用いて種々の抗張力体材料について
水深ｈ＝８ｋｍの場合に生ずるεを求め、これを表１に
示す。なお水深８ｋｍは現用海底光ファイバケーブルの
適用水深である。

表１　抗張力体材料と伸び歪の関係 ぜい性材料からなる光ファイバの破断を防止して海底光
ファイバケーブルの長期信頼性を高めるには、光ファイ
バに生ずる伸び歪が小さいほど良い。ケーブルの伸び特
性は抗張力体の伸び特性に依存すると考えると、表１に
示したとおり、第４図〜第８図のケーブルのように抗張
力体に鉄を用いた場合に比べて、アラミド繊維やポリエ
チレン繊維など非金属繊維を用いれば、ケーブルの伸び
歪をはるかに小さくできる可能性がある。しかし、この
ような非金属繊維を抗張力体に用いたケーブルは実用化
されていない。その技術的な理由として主に以下の２点
が考えられる。

（１）　　非金属繊維は多数の繊維がたわんだ状態で集
合されているため、数％に及ぶ初期伸び歪が存在する。

第９図に抗張力体伸び特性を示すが、同図（ａ）は鉄線
の伸び特性、同図（ｂ）は非金属繊維集合体の伸び特性
である。ここに示したとおり鉄線では張力と歪が０〜１
％の範囲で比例するのに対しく同図（ａ））、非金属繊
維集合体は張力ゼロで数％の初期伸び歪がある（同図（
ｂ））。

この歪を低減しない限り海底光ファイバケーブルの抗張
力体として用いることはできない。

（２）非金属繊維は軽量なため、ケーブルが海中へ沈降
しにくい。海底ケーブルは一定ルートに布設される必要
があるが、軽量なケーブルは着底するまでに潮流に流さ
れやすい欠点がある。水上間と水中の機器を結ぶコント
ロールケーブルではこのような布設性はあまり問題にな
らないが、定められた海底ルートに布設される通信用海
底光ファイバケーブルでは一定の布設性が要求される。

以上の問題について解決しない限り、非金属繊維を抗張
力体として用いた海底光ファイバケーブルを実現するこ
とはできない。

（問題点を解決するための手段） 本発明は抗張力体に非金属繊維を用い、かつ初期伸び歪
を低減することによってケーブルに生ずる伸び歪を従来
のケーブルに比べて小さく抑え、かつ良好な布設性を有
する軽量な海底光ファイバケーブルを実現するものであ
る。

本発明は光ファイバ心線を収納した銅もしくはアルミニ
ウムからなるパイプ、あるいは銅もくしはアルミニウム
ケーブル心の周囲に非金属繊維を施したことを１つの特
徴としている。従来の技術では抗張力体に鉄線を用いて
おり、この点が異なる。また、金属パイプやケーブル心
など剛性の高い部材と、曲がりやすい非金属繊維を組合
せることにより初期伸び歪を低減した点も本発明の特徴
である。第１０図にヤング率が１１．０００ｋｇ／ｍｍ
２のポリエチレン繊維６０万デニールをよりあわせ、そ
の周囲に光ファイバ心線をポリエステルテープで押え巻
いたケーブルの引張試験結果を示す。図中黒丸が実験値
、実線が理論値を示す。伸び歪は光ファイバ中を伝ぼん
する変調光の位相変化より求めた。

図中の点線が示すとおり、この構造では約１．５％の初
期伸び歪が存在した。一方、第１１図に剛性の高いＦＩ
？Ｐ捧の周囲に上述のポリエチレン繊維を３６０００デ
ニールたてぞえし、その周囲に光ファイバ心線をポリエ
ステルテープで押え巻いたケーブルの引張試験結果を示
す。この場合には理論値と実験値は一致し、初期伸び歪
は生じなかった。これらの実験の結果、剛性の高い部材
の周囲に曲がりやすい非金属繊維をゆるみなく集合する
ことによって、非金属繊維の初期伸び歪を低減できるこ
とを見出した。

海底光ファイバケーブルでは、水圧や側圧等の外力から
光ファイバ心線を保護するためパイプやケーブル心が不
可欠である。これらの材料にアルミニウムや銅といった
剛性の高い材料を用い、その周囲に非金属繊維を設ける
ことにより初期伸び歪の低減が可能となる。さらにこれ
らの材料は導電性であるので給電路としても用いられる
。比重が大きいので後述するとおりケーブルの布設性を
高めることもできる。以下、ケーブルの布設性について
述べる。

ケーブルの布設性は次式で与えられる動水係数Ｈで評価
できる。

ただし、ｇ　＝９．８（ｍ／ｓ”）　、Ｗはｌｋｍ当り
のケーブル水中型ｆｉ（ｔｏｎ／ｋｍ）、ｄは断面が円
形なケーブルの外径（ｍｍ）である。

上式でケーブルの比重ρと水中型１ｗには以下の関係が
ある。

Ｗ＝　−ｄ”（ρ−１）　　Ｘｌ０−’　（ｔｏｎ／ｋ
ｍ）　　（４）動水係数Ｈが大きいほどケーブルの沈下
速度は速く、従って潮流の激しい海域でも流されにくく
、予定したルートに布設しやすい。潮流の激しい海域や
大洋に通信用海底ケーブルを円滑に布設するためには、
経験的にＨ〉３０とする必要がある。これらの関係より を得る。弐（５）の関係を第１２図に示す。図中、横軸
はケーブルの比重を示す。また横軸上に各種ケーブル材
料の比重をあわせて示す。

これより、溝付ポリエチレンケーブル心中に光ファイバ
を収納し、その周囲にポリエチレン製繊維をほどこし、
さらにポリエチレン製外被をほどこしたようなケーブル
では軽量すぎて上述の関係を満たすのは困難なことがわ
かる。海底光ケーブルではケーブル内への透湿を防止し
、摩耗からケーブル内部を保護するためＰＥ外被が不可
欠だが、ＰＥや非金属繊維等、軽量な材料を用い、かつ
細径でＨ〉３０のケーブルを実現するには、アルミニウ
ムや銅など比重の大きい材料を適当に組み合せて用いる
必要があることがわかる。このようにケーブルの布設性
を考慮して最も合理的なケーブル材料の組合せと構造に
言及した点が本発明の特徴である。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例であり、６は光ファイバ
ユニト、７は銅パイプ、８はポリエチレン繊維、５はポ
リエチレン外被である。光ファイバユニット６は外径０
．４ｍｍの光ファイバ心線を外径０．４５ｍｎ＋の銅線
の周囲に６心集合し、これらをウレタン系紫外線硬化樹
脂で充填して外径２．４１とじたものである。このユニ
ットに内径２．８＋ｎｍ　、外径５．２ｍｎ＋の突き合
わせ銅パイプ７を被覆した。光ファイバユニット６と銅
パイプ７の間の空隙にはウレタン系樹脂を連続充填して
走水防止を図った。

バイブ７の周囲にヤング率１１，０００ｋｇ／ｍｍ２、
比重０゜９５のポリエチレン系繊維を６０万デニール集
合し、さらにポリエチレン外被５を押出し被覆して外径
１８１とした。試作したケーブルの比重ρはアルミニウ
ムとポリエチレンを適度に組合せた結果１．４７であり
、動水係数は３１ノツト・度であった。ケーブルのヤン
グ率Ｅは約３５００ｋｇ／ｍｍ”である。式（２）を用
いて水深８０００ｍからケーブルを引揚げた場合に生ず
る伸び歪を求めると約０．２７％となり、従来の抗張力
体に鉄線を用いたケーブルに比べて本発明のケーブルに
生ずる歪は１７３程度に低減できる見通しを得た。ケー
ブル導体抵抗は１．１５Ω／ｋｒｎである。なお銅パイ
プ７は銅テープの突き合わせ成型品でも溶接成型品でも
よい。

第２図は本発明の第２の実施例であり、■は光ファイバ
心線、９は溝付銅ケーブル心、８はポリエチレン繊維、
５はポリエチレン外被である。光ファイバ心線１の外径
は０．４ｍｍである。溝付銅ケーブル心９の外径は５關
で、６本のらせん状の溝を有している。溝のピッチは３
００ｍｍである。光ファイバ心線１とケーブル心９の溝
の間の空隙にはウレタン系樹脂を連続充填し、走水防止
を図った。

ポリエチレン繊維８、外被５の寸法、材質は第１図と同
じである。試作したケーブルの比重は１．６０、動水係
数は３４ノツト・度、ヤング率ハ３７００ｋｇ／ｍｍｚ
である。式（２）から水深　８０００ｍから引揚げた場
合に生ずる伸び歪を求めると約０．３２％となり、従来
のケーブルに比べて優れている。またケーブル導体抵抗
は約１．０Ω八ｍである。

第３図は第３の実施例であり、溝付銅ケーブル心９と銅
バイブ７の両方を備えた例である。

（発明の効果） 以上説明したように、銅もしくはアルミニウムよりなる
パイプあるいは銅もしくはアルミニウムの溝付ケーブル
心に光ファイバ心線を収容し、これらの周囲に非金属繊
維を集合し、さらにポリエチレン外被を被覆し、ケーブ
ル外径ｄと比重ρがｄ＜７．８／（ρ−１）を満足する
よう肉厚を規定することによって、非金属繊維の初期伸
び歪を抑え、従来の鉄製抗張力体を用いたケーブルに比
べてケーブル自重によって生ずる伸び歪を抑制でき、か
つ実用に足る布設性を有し、さらに光ファイバ心線を側
圧や水圧、透湿から防護できる通信回線用の海底光ファ
イバケーブルを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例、 第２図は本発明の第２の実施例、 第３図は本発明の第３の実施例である。 第４〜８図は従来の海底光ケーブルの構造を示す図であ
る。 第９図は抗張力体伸び特性の説明図で、同図（ａ）は鉄
線の伸び特性を、同図（ｂ）は非金属繊維集合体の伸び
特性の一例を示している。 第１Ｏ図は非金属繊維のみの伸び特性を示す図、第１１
図は初期伸び歪の改善を示す図、第１２図はケーブル外
径と比重の関係を示す図である。 １・・・光ファイバ心線　　２・・・金属パイプ３・・
・溝付ケーブル心　　４・・・抗張力体５・・・ポリエ
チレン外被　６・・・光ファイバユニット７・・・銅バ
イブ　　　　　８・・・ポリエチレン繊維９・・・溝付
銅ケーブル心 第４図　　　　第５図 第６図　　　　　第１図 第８図 第９図 （ａ） （’ｂ） イＦＰｌＰ＝“歪　（’／、） 第１１図 張力（Ｋり）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、収容体に光ファイバ心線を収容し、前記収容体の周
   囲に非金属繊維からなる抗張力体を集合し、かつポリエ
   チレンからなる外被を設けたケーブルにおいて、前記ケ
   ーブルの外径ｄ（ｍｍ）とケーブルの比重ρがｄ＞７．
   ８／（ρ−１）を満足することを特徴とする海底光ファ
   イバケーブル。 ２、前記収容体がアルミニウムパイプであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の海底光ファイバケ
   ーブル。 ３、前記収容体が銅パイプであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の海底光ファイバケーブル。 ４、前記収容体が溝付アルミニウムケーブル心であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の海底光フ
   ァイバケーブル。 ５、前記収容体が溝付銅ケーブル心であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の海底光ファイバケー
   ブル。