JPS6240406A - 海底光ケ−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、海底光ケーブルにかかわり、特に、海底光ケ
ーブルに障害があったときに発生する水走りを効果的に
防止することができるような海底光ケーブルに関するも
のである。

〔従来の技術〕

：ＪＳ１図は海底光ケーブルの一例を示す断面構造を示
したもので、ｌは複数本の光ファイ／人心線が中心抗張
力線の周辺に巻回され、充実材によって−・体化した光
ファイバユニット（２，２５ｍｍφ）・２は前記光ファ
イバユニット１を保護している金属ＩＩＩ）ｉ用層（５
，２ａｍφ）、３はケーブルに引張力を付加するために
前記金属耐圧層２の外表面に撚り合わされている抗張力
体で、例えば１層目は１．２４０ｍｍφのピアノ線を１
６木、２層目は１．７５５１１！ｌφのピアノ線を１６
本使用したものである。４は前記抗張力体３を拘束して
いる銅製のチューブ、５はポリエチレン等からなる絶縁
層である。

このような構造からなる海底光ケーブルは、一般に水深
数１０００ｍの海底においても充分な耐圧性が得られる
ような構造とされているが、何らかの原因によってケー
ブルに障害が発生すると、光ファイバユニット１と金属
耐圧層２．金属耐圧層２と抗張力体３．および抗張力体
３相互の空隙部分Ｅが高水圧の海水等の通過路となり、
いわゆろ水走り現象によってケーブルのＩＱ　ｌ、・区
間で損傷な！が発生し、通信回線としての機能を失う。

：；□　そこで、通常、このような空隙部分Ｅにはケー
ブルの９＋ｆｉｏ〜にコンパウンドを充填して水走りの
障害をＫｉｔ止するようになさ、れている。

しかしながら、従来は例えば特願昭５９−１３２９３３
号にみられるように、ケーブルの製造工程でコンパウン
ドをいかに効果的に充填させるかという問題からコンパ
ウンドの特性を改善することが優先されており、また、
コンパウンドを入れることによってケーブルの機械特性
等の機能を損なわないように配慮してコンパウンドの諸
性性を選定していた。

すなわち、前記発明ではコンパウンドの粘度２硬化時間
、対アルミ板せん断剥離強度等を実験および、理論式か
ら特定し、２液混合型のボリウレクン、′ｖ−樹脂の諸
性性を限定したものであり、ケーブルの特性的な而から
は−・応満足できるものであった。

しかしながら、コンパウンドを充填した海底光ケーブル
のより改装な目的は走水による障害をいかに軽減できる
かという点にあるから、硬化前のコンパウンドの粘度、
硬化時間等の選定は海底ケーブルの品質を向上する際に
効果があるものであって、最終の改良目標とはいえない
。また、海底ケーブルの金属耐圧層もアルミとは限定さ
れるとはいえないから、このような条件でコンパウンド
の諸性性を選定しても、ケーブル布設後の水走りを効果
的に防止するという保障は必ずしも得られず、数１０年
間にわたって使用される海底光ケーブルとして高い信頼
性を期待することはむつかしい。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる実状にかんがみてなされたもので、２
液混合型の各種特性のウレタン系樹脂を実際にケーブル
内の空隙部分に充填し、水圧試験の結果、充分に水走り
防止効果が得られるコンパウンドとしての諸性性を解明
し、信頼性の高い海底光ケーブルを提供しようとするも
のである。

〔問題点を解決するための手法〕

木走りが発生し易い原因としては、■コンパウンドの充
填不良、（リコンバウンドとケーブル各部材の界面の接
着不良、■コンパウンドの破壊による走水経路の形成の
３点が考えられる。

このうち、上記０項については海底光ケーブルの製造設
備の性能向−Ｌによって改善すべき問題である。

また、Ｑ）項については本出願人が先に提案したように
、例えば金属耐圧層に梨地加工を施したり抗張力線の表
面処理によって改善されている。

したがって、コンパウンドの充填が充分であり、かつ、
界面の状態も良好である場合、走水のメカニズムは、第
２図（ａ）に示すように空隙部分Ｅにあるコンパウンド
Ｃに水圧Ｐが加わったとき、コンパウンドＣのクリープ
特性によって、時間ｔｏ、ｔｌ、ｔ２　に示すようにコ
ンパウンドが水圧Ｐに抗しながら徐々に変形し、最終的
に破壊に至るものと推定される。そして、走水はこのよ
うな水圧印加→クリープ変形→破壊という現象を繰り返
しながら進行していくものと考えられる。

すると、例えばコンパウンド自身の伸びが大きくかつク
リープ変形の大きいものは、第２図（ｂ）に示すように
破壊に至るまでの踏んばりが少なく、短時間ｔｌ’でコ
ンパウンドを破って走水が起こる。

一方、コンパウンド自身の伸びが少なくかつクリープ変
形の小さいものは、第２図（Ｃ）に示すように当然のこ
とながら少ない変形の後短時間ｔ２°゛に破壊に至る。

さらに、コンパウンド自身があまり固くて、すなわち圧
縮弾性率があまり高く、かつ、クリープ変形の非常に小
さいものはコンパウンド自身による水圧吸収効果（ある
いは自己シール効果）が低く、第２図（ｄ）に示すよう
に水圧Ｐが界面にかかる傾向が顕著となり、やはり短時
間ｔ％＋＋で界面から走水が起こる。

以上のことから、適切なる伸び特性とクリープ特性を有
したコンパウンドＣを選択することによって水圧に対す
る吸収効果と踏んばりが大きくなることが期待できる。

すなわち、コンパウンド中での走水の速さは、コンパウ
ンド自身の強度、伸びに加えて、変形に時間を考慮した
クリープ特性および圧縮弾性率の四者が相Ｗ的に作用し
て決定されるものと考えるのか妥当である。

本発明の海底光ケーブルは、上述したような水走りのメ
カニズムを想定して、コンパウンド自身の引張破断強度
、ならびに破断伸び特性と同時に、それらのクリープ特
性を考慮して走水防止に適切なコンパウンドの特性を選
定し、海底光ケーブル内に充填したものである。

〔実施例〕

以下、この発明の海底光ケーブルに充填する２液（Ａ、
）、（Ｂ）混合型のコンパウンドの製造方法と、その特
性を列挙する。

〔実施例１］ 成分（Ａ）の製造 三菱化成工業社製ポリテール（商品名二以下同じ）　Ｈ
Ａ　（数平均分子ｆｉ＋Ｍｎ＝２，０００、水酸基濃度
：　０　、９０２ｍｅｑ／ｇのポリオレフィンポリオー
ル）５００ｇ、パラフィン系プロセスオイルＰ−２００
（共同石油社製）８００ｇを室温で混合し、次いでトリ
レンジイソシアナート３０ｇを加−え８０’（：！に昇
温した。８峙間反応させた後、アゾ：Ｉ ゛、、カクオドロール（旭′市化社製エチレンジアミン
プノ□ ロビレンオキサイド付加物、４官能ポリオール、水酸基
濃度：　ｌ　３　、６ｍｅｑ／ｇ）ｌ　Ｌ　ｇを添加し
、均一になるまで攪拌し、成分（Ａ）を得た。

成分（Ａ）の粘度は、２８℃で７８００ｃｐｓであった
。

成分（Ｂ）の製造 成分（Ａ）で用いたポリテールＨＡ５００ｇとパラフィ
ン系プロセスオイルＰ−２００６００ｇを室温で混合し
、次いで、トリレンジイソシアナート５９ｇを加え、８
０’Ｏに昇温し、６時間反応させて、成分（Ｂ）を製造
した。

成分（Ｂ）の粘度は、２８℃で８５００ｃｐｓであった
。

配合硬化物の物性 上記で製造した成分（Ａ）、成分（Ｂ）をｌ：ｌで′配
合後、２週間室温で放置し、硬化後の弾性率を測定した
。

なお、別途成分（Ａ）、成分（Ｂ）を１：１で配合し、
触媒としてジブチルチンメルカプチド１００　ｐｐｍを
加え金型に注入し、１００’Ｃで１時間加熱プレスして
、硬化シートを得た。

［実施例２］ 成分（Ａ）の製造 三菱化成工業社製ポリテールＨＡ（数平均分子量：Ｍｎ
＝２，０００、水酸基濃度：０．８９３ｍｅｑ／ｇ）５
００　ｇとパラフィン系プロセスオイルＰ−２００７２
０ｇを室温で均一に混合し、次いで、トリレンジイソシ
アナート２９ｇを添加した。８０°Ｃに昇温し、８時間
反応した後、アブカフオドロール４０ｇを加え、均一に
なるまで攪拌混合し、成分（Ａ）を得た。

成分（Ａ）　（７）粘度は、２８℃で７４００ｃｐｓで
あった。

成分（Ｂ）の製造 成分（Ａ）で用いたポリテールＨＡ（三菱化成工業社製
）５００ｇとパラフィン系プロセスオイルＰ−２００３
１０ｇを室温で均一に混合し、次いでトリレンジイソシ
アナート７８ｇを加え、８０°Ｃで４時間反応し成分（
Ｂ）を得た。

成分（Ｂ）の粘度は、２８℃で６８００ｃｐｓであった
。

配合硬化物の物性 実施例１と全く同様にして、初期弾性率、機械的物性を
Ａ１１ｉ定した。

［実施例３］ 成分（Ａ）の製造 三菱化成工業社製ポリテールＨＡ（数平均分子量：Ｍｎ
＝２，０００、水酸基濃度：　０　、９０２ｍｅｑ／ｇ
のポリオレフィンポリオール）５００ｇ、パラフィン系
プロセスオイルＰ−２００（共同石油社製）３００ｇを
室温で混合し、次いで、ＰＡＰＩ−１３５（化成アップ
ジョン社製ポリメリックジフェニルメタンジイソシアナ
ー）　　ＮＣ０ｃＪｆｆ：３１．３ｗｔ％）１５ｇを加
え８０°Ｃで３時間反応させ、プレポリマーを製造した
。

このプレポリマーに、アブカフオドロール６ｇを加え、
均一・に混合して成分（Ａ）を得た。

成分（Ａ）の粘度は、２８°Ｃで１３０００ｃｐｓであ
った。

成分ＣＢ）の製造 成分（Ａ）で用いたポリテールＨＡ（三菱化成工業社製
）５００ｇとパラフィン系プロセスオイルＰ−２００３
１０ｇを室温で混合し、次いで、トリレンジイソシアナ
ート７９ｇを加え、８０℃に昇温し、６時間反応させて
、成分（Ｂ）を製造した。

成分（Ｂ）の粘度は、２８℃で８５００　ｃｐｓであっ
た。

配合硬化物の物性 実施例１と全く同様にして、初期弾性率、機械的物性を
測定した。

［実施例４］ 成分（Ａ）の製造 実施例３で用いたポリテールＨＡ５００ｇ、Ｔ　Ｐ　−
４００（三洋化成社製トリメチロールプロパンプロピレ
ンオキサイド付加物、３官能ポリオール、水酸基濃度：
６．９３ｍｅｑ／ｇ）２１．４ｇ、ポリテールＨＡＢ　
（三菱化成工業社製、数平均分子、Ｆ約２，０００（７
）ポリオレフィン）５３０ｇ、−ｊハラフィン系プロセ
スオイルＰ−２００３１５ｇヲ８０°Ｃで１時間、均一
に攪拌して成分（Ａ）を得た。

成分（Ａ）の粘度は、２８℃テロ　５００ｃｐｓ　テあ
った。

成分ＣＢ）の製造 成分（Ａ）で用いたポ’）　チー／ｌ／ＨＡ　５００　
ｇ、ポリテールＨＡＢ　５３　ｇ、パラフィン系プロセ
スオイルＰ−２００３９６ｇを室温で混合し、次いでト
リレンジイソシアナート７９ｇを加え、８０℃に昇温し
、６時間反応させて成分（Ｂ）を製造した。

成分（Ｂ）　（７）粘度は、２８℃で７３００ｃｐｓで
あった。

配合硬化物の物性 実施例１と全く同様にして、対ＡＩ板せん断剥敲強度、
初期弾性率、機械的物性を測定した。

−ド記第１表は、実施例１，２，３．４のコンパウンド
組成物の機械的物性を示したものである。

工 なお、上記第１表の引張と伸び特性は、各実施例の組成
物をテフロンシートおよびフェロ板ではさんだ２ｍｍの
スペーサに流し込み、これを１００°Ｃに加熱したプレ
スに入れ、加圧開放を繰り返して脱泡したあと、１　’
ＯＯ’０　テ１時間、１００Ｋｇ／Ｃ１！１２で加熱加
圧して硬化し、作製されたシートかうＪＩｓ　Ｋ　６３
０　ｔ　、　３号ダンベルを打ち抜いてサンプルを作る
。そして、ＪＩＳＫ６３０１に準拠して引張伸び特性を
測定したものである。

なお、引張り速度は２００　ｍｍ／ｆｌＩｉｎに設定し
た。

第３図はかかる引張り強度試験のデータを示したもので
、サンプル（Ｃ）（Ｅ）ＣＤ）（Ｅ）は前記実施例の１
．２，３．４に対応するものである。（Ａ）ＣＦ）は他
の組成物からなるコンパウンドのサンプルを参照のため
に記入したものである。

次に、前記各サンプルの応力緩和データからの換算クリ
ープ特性（〔Ｌ／εｏ）（εＬ二時間を後のクリープ歪
、ε０：クリープ試験における初期歪）の求め方を説明
する。

（１）まず、少量のサンプル（５０ｇ程度）　ｌｉ−Ｌ
／オメータの試料台において、試料厚みの９．５％相当
深さまで５ｍｍφの円柱アダプタを侵入させ停止させる
。

そして、この状態でアダプタにかかる応力（σ（し））
を測定する。

応力緩和弾性率（緩和弾性率）　Ｅｒ＜ｔ＞はマクスウ
ェル（Ｍａｘｗｅｌｌ）模型で近似する場合、・・・・
・・・・・・・・（１） の式に従うことが知られている。但し、Ｅｒ（ｔ）：時
間ｔにおける緩和弾性率σ（Ｌ〕二時間ｔにおけるアダ
プタの応力ε　　：歪　９．５％（＝０．０９５）なお
、では第４図（ａ）に示すマクスウェル模型におけるバ
ネＳの弾性率Ｅと、ダッシュボットＰの粘度ηの比（η
／Ｅ）で緩和時間と称する。

したがって、緩和のし易さは、τの大ｅ小により表示す
ることができ、τが大であればＥｒ（ｔ）の時間変化が
小となり、緩和しにくいということになる。

（２）　　この緩和時間では第（１）式で示されており
、両辺の自然対数をとると、 ・・・・・・・・・・・・（２） したがって、第４図（ｂ）に示すように横軸に時間９、
縦軸に１ｎＥｒ（ｔ）をとってグラフを潟〈とｔ　＝　
ＯＴｌｎ　Ｅｒ（ｏ）＝　Ｉｎ：°”　、　Ｕｎ　Ｅｒ
（ｔ）＝ε ０でｔ＝・・文。′（□）を結ぶ直線が得られ、その傾
きがｍ−であるから、緩和時間τを求めるこτ とができる。

前記のサンプルでてのデータを求めたところ、サンプル
Ａでで＝７３秒、以下、Ｂ＝１０５．Ｃ＝１８０．Ｄ＝
１８９．Ｅ＝４６７、Ｆ＝１０６０秒であった。

ついて述べる。

前記した応力緩和試験の結果から、クリープ試験のデー
タを得る場合、ｒ　Ｍａｘｗｅ　ｌ　］模型によるクリ
ープ特性の近似」では、 と近似される。

ここで、ε０　：クリープ試験における初期歪εｔ　二
時間を後のクリープ歪 σ０　：応力緩和試験の初期応力 σＬ　：時間を後の応力 である。

なお、Ｍａｘｗｅｌｌ模型による緩和弾性率の測定およ
びクリープへの近似換算は、Ｌ　、　Ｅ　、　Ｎ　１ｅ
ｌｓｅｎ著、小野木重治　訳「高分子と複合材料の力学
的性質」ｐ４４〜４５の記載に従った。

緩和時間では前記第（１）式からσ（し）＝σ（ｏ）・
６−ｔ／てから求められているから１時間計とｅ　（ｔ
）／ε（Ｑ）の関係、すなわち、各サンプルのクリープ
特性を近似的にグラフ化することができる。

第５図は前記各サンプル（Ａ）〜（Ｆ）のクリープ特性
をかかる手法でグラフ化したものである。

本発明の海底光ケーブルは前述したような特性の各種サ
ンプル（Ａ）〜（Ｆ’ｌをコンパウンドとして海底光ケ
ーブルに充填して、次に示すような実験を行った。

［実験Ｉ］ 第６図に示すように各種のサンプル（Ａ）〜（Ｆ）を充
填したケーブル１０ｍの試料１０の一端をケーブル金属
キャップ２０によって封塞し、水圧管３０の中に収容し
たのち、ケーブルの他端から２０気圧の水圧を印加し、
一定時間（４０分）後に試料を取り出して解体し、走水
長を調べた。その結果、下記第２表に示すようにサンプ
ル（Ａ）ＣＦ）の場合は金属キャップ２まで、つまり、
１０ｍ以上に走水長が確認されたが、サンプルＣＢ）（
Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は１０ｍ未満であった。

第２表 ［実験ＩＩ　］ 第７図に示すように、水圧管３０内に各種サンプルをコ
ンパウンドとして充填した試料ＩＯのケーブルｌｏｏｍ
を沈め、片側から約５５０気圧の水圧を印加し、他端か
ら走水が確認されるまでの時間を測定した。その結果、
サンプルＣＢ）（Ｃ）（Ｅ）のコンパウンドを充填した
ものはそれぞれ、約４時間、１７時間以北、約３時間で
あった。

ところで、現在、国際的に海底光ケーブルの水走り防止
特性は上記［実験■］の方法では３．５時間とされてお
り、サンプルＣＢ）（Ｃ）（Ｅ）のフンパウンドおよび
［実験工］の結果から類推してコンパウンド（Ｄ）も走
水防止に充分な性能を有するものであると言える。

なお、サンプル（Ａ）と〔Ｆ〕については、［実験Ｉ］
の結果および［実験■］の（Ｅ）の結果を考慮すると、
［実験ＩＩ　］によらなくても［実験■］の結果だけで
、走水防止には不適当と判断される。

以−ヒの各種サンプルの機械特性、および実験データか
ら考察すると、引張破断強度は０．６８Ｋｇ／ｃｍ２以
に、破断伸びは２８０％以−ヒの範囲にあり、かつ、ク
リープ特性（ε（し）／ε（０））比は時間６０秒に対
して約２．２以ドであって、かつ圧縮弾性率４２　Ｋｇ
／ｃｍ２以下であれば走水の防止効果として充分なもの
が期待できる。

さらに、光ファイバユニント外被を構成している樹脂の
圧縮弾性率が通常６０〜８０　Ｋｇ／ｃｍ２であること
を考えると、コンパウンド自身の圧Ｆ’ＱＩ性＝ｔ＝が
５０　Ｋｇ／ｃ＋＋＋２以下であることが、ケーブル化
後の機械特性上望ましく、この点からもコンパウンドＣ
Ｆ）は実用上聞届がある。（コンパウンド（Ｆ）の圧縮
りｂ性率は約６５　Ｋｇ／ｃｍ２テある。）また、ちな
みに、上記サンプル（Ｃ）（Ｅ）ＣＤ）ＣＢ）の２液混
合タイプのコンパウンドの粘度は、いずれのものも初期
粘度４０００〜１５０００ｃｐｓ、硬化時間１０〜１０
０時間とすることができ、従来のケーブルの製造工程に
おいても充分な充填が行われる特性である。

〔発明の効果〕

以Ｊ二説明したように、未発明の海底光ケーブルは、水
走りのメカニズムを理論的な考察と、実験によって確認
し、適切な範囲のクリープ特性を有するコンパウンドを
海底光ケーブルの空隙部分に充填するように構成したの
で、障害蒔に水圧によってケーブル内に発生する走水を
実用上ある許容領置Ｆに抑止することができるという効
果があり、海底光ケーブルの信頼性を向上することによ
って経済的に大きな実益を期待することができるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は海底光ケーブルの構造を示す断面図、第２図（
ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は水走りのメカニズムの
説明図、第３図は各種サンプル（Ａ）〜（Ｆ）の引張り
強度試験のデータ図、第４図（ａ）、（ｂ）はクリープ
特性データを作る説明図とグラフ、第５図は各種サンプ
ル（Ａ）〜（Ｆ）のクリープ特性を示すグラフ、第６図
、第７図は水走りの実験の概要図である。 図中、１は光ファイバユニット、２は全屈耐圧層、３は
抗張力体、４は金属チューブ、５は絶縁層、Ｅはコンパ
ウンドが充填される空隙部分を示す。 笛　１　？。 第２図Ｔａ） 第２　図　（ｄ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 引張破断強度０．５０Ｋｇ／ｃｍ＾２以上、破断伸び２
   ５０％以上の範囲内にあって、応力緩和試験より計算で
   求めたクリープ特性（ε＿ｔ／ε＿０）が測定時間６０
   秒内に於て２．５以下であり、かつ、圧縮弾性率が５０
   Ｋｇ／ｃｍ＾２以下の範囲内にあるような特性を有する
   ２液混合硬化タイプのポリウレタン系樹脂を光ファイバ
   ユニット周辺の空隙部分、およびケーブル抗張力体周辺
   の空隙部分に充填したことを特徴とする海底光ケーブル
   。