(57)【要約】【課題】より軽量な海底ケーブルを提供する。【解決手段】導体部１１と当該導体部の周囲に設けられた絶縁層１３とを有するケーブル心線１０の周囲に巻き付けて配置する複数の鎧装がカーボンファイバー３２を含んでいる。  これにより、鎧装を鉄線のみとする場合よりも重量の低減を図り、許容張力を増加させることが可能となる。また、海底ケーブルの外径を拡大させることなく許容張力を引き上げることができる。さらに、これにより、ターンテーブル取りを不要とし、運搬、布設作業のコスト低減を図ることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体部と当該導体部の周囲に設けられた絶縁層とを有するケーブル心線の周囲に巻き付けて配置する複数の鎧装がカーボンファイバーを含むことを特徴とする海底ケーブル。
【請求項２】
前記複数の鎧装が、鉄線及び前記カーボンファイバーからなることを特徴とする請求項１記載の海底ケーブル。
【請求項３】
前記複数の鎧装において、前記カーボンファイバーの本数が鉄線の本数以下であることを特徴とする請求項２記載の海底ケーブル。
【請求項４】
前記カーボンファイバーの外径が前記鉄線の外径の四分の一程度または四分の一より小さいことを特徴とする請求項２又は３記載の海底ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底、海中で使用される海底ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
海底ケーブルは、布設時に発生する大きな張力からケーブル心線を保護するため、また船舶の錨害対策のために、ケーブル心線の周囲に配設された複数の鉄線からなる鎧装を備えている（例えば、特許文献１参照）。これらの鉄線は錨が食い込まないように、ケーブル心の外周に対して適度な隙間(1〜3mm程度)を空けた状態で巻きつけるため、ケーブルの外径に応じてその本数が決まっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平０５−６６８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
数百m〜数千m程度の水深に対応する超高圧の海底ケーブルを布設する場合、海底ケーブルの重量が大きくなるため、布設時の張力に耐えるために鉄線の鎧装を二重以上にする等の対策が必要となる。しかし、その場合、ケーブルの外径が大きくなり、鉄線の本数が増えてさらなる重量の増加が生じるため、さらなる張力の向上が要求される。
また、ケーブルの外径が大きくなり、鉄線の鎧装を二重以上とした場合、ケーブルの許容曲げ径が大きくなり、また、捻りにくくなるため、コイル取りができず、大型のターンテーブル取りでケーブルを巻いて布設作業を行わなければならない。しかし、ターンテーブルは装置が大がかりであり、非常に高コストとなるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、より軽量な海底ケーブルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、導体部と当該導体部の周囲に設けられた絶縁層とを有するケーブル心線の周囲に巻き付けて配置する複数の鎧装がカーボンファイバーを含むとすることを特徴とする。
【０００７】
上記発明は、鎧装がカーボンファイバーを含んでいるので、鉄線の鎧装と比べて海底ケーブルの許容張力を飛躍的に高めることが可能である。
また、カーボンファイバーは鉄線よりも許容張力が大きいので、鉄線の鎧装に比べてカーボンファイバーの外径を縮小することができ、海底ケーブル全体の小径化を図ることが可能となる。そして、この小径化により海底ケーブルの許容曲げ径の拡大を回避することができ、許容張力を高めつつターンテーブル取りを不要とし、運搬、布設作業のコスト低減を図ることが可能である。
さらに、カーボンファイバーは鉄線よりも軽量であることから、海底ケーブルの軽量化を図ることが可能である。従って、運搬、布設作業の作業負担や作業コストの低減を図ることが可能であるとともに、より大水深への布設も可能となる。
【０００８】
また、上記海底ケーブルにおいて、前記複数の鎧装を、鉄線と前記カーボンファイバーから構成しても良い。
これにより、鎧装をカーボンファイバーのみとする場合よりも製造コストの低減を図ることが可能となる。さらに、鉄線とカーボンファイバーの比率を調節することで、海底ケーブルの許容張力、重量又は外径等の要求と製品コスト低減の要求との調和を図ることが可能となる。
【０００９】
また、上記海底ケーブルにおいて、前記複数の鎧装において、前記カーボンファイバーの本数が鉄線の本数以下となる構成としても良い。
その場合、鉄線に対するカーボンファイバーの割合を調節することにより海底ケーブルの許容張力、重量又は外径を適宜調節することが可能となる。
さらに、カーボンファイバーをケーブル心線の周囲に均一の間隔で配置しても良い。その場合、海底ケーブルの可撓性をいずれの方向に対しても均一とすることができる。
【００１０】
また、上記海底ケーブルにおいて、前記鉄線の鎧装に対して前記カーボンファイバーの鎧装の外径を四分の一程度または四分の一より小さくしてもよい。
鉄線の鎧装に対してカーボンファイバーの鎧装の外径を四分の一程度とすると、ケーブル心線の周囲に並んだ鉄線と鉄線の間にカーボンファイバーを配置することができ、海底ケーブルの拡径を殆ど生じさせることなく許容張力の増加を図ることが可能となる。ここでいう四分の一程度とは鉄線の巻き状態によってはカーボンファイバーの外径が鉄線外径の四分の一よりやや大きくなる場合を含む。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明は、上記の構成により、より軽量で許容張力が大きな海底ケーブルを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】海底ケーブルの長手方向に垂直な断面図である。
【図２】海底ケーブルの一端部において各層を順番に切り開いた状態を示す側面図である。
【図３】亜鉛メッキ鉄線の外径とカーボンファイバーの外径との関係を示す説明図である。
【図４】三本のケーブル心線を備える海底ケーブルの長手方向に垂直な断面図である。
【図５】カーボンファイバーの配置の他の例を示す海底ケーブルの長手方向に垂直な部分断面図である。
【図６】カーボンファイバーの配置のさらに他の例を示す海底ケーブルの長手方向に垂直な部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［実施形態の概要］
本発明の実施形態である海底ケーブル１００について図１乃至図３に基づいて説明する。
図１は海底ケーブル１００の長手方向に垂直な断面図、図２は海底ケーブル１００の一端部において各層を順番に切り開いた状態を示す側面図である。
【００１４】
様々な構成があるが、一例としては、図１に示すように、海底ケーブル１００は、ケーブル心線１０を中心として半径方向外側に向かって座床層２０、鎧装３０、防食層４０が順番に形成されている。
【００１５】
ケーブル心線１０は、中心に導体部１１を備え、当該導体部１１から外側に向かって順番に内部半導電層１２，絶縁層１３，外部半導電層１４，軟銅線からなるシールド層１５，押さえテープ１６，遮水層（金属被など）１７，ポリエチレンシースやテープ層１８が形成されている。
また、ケーブル心線の他の例としては、導体部１１から外部半導電層１４までは同じ構成で、その外側が吸水層、鉛被、テープからなるもの、外部半導電層１４の外側が吸水層、鉛被、ポリエチレンシース、テープからなるもの等が挙げられる。
【００１６】
座床層２０は、ケーブル心線１０の外周面上に巻き付けられたポリプロピレン製のヤーンのラップ巻きから形成されている。この座床層２０は、鎧装３０を巻き付ける作業時にケーブル心線１０を傷つけないように保護するためのものである。ケーブル心線１０のポリエチレンシース１８の強度が十分である場合や鎧装３０の巻き付けがポリエチレンシース１８に傷を生じないように行われる場合には、座床層２０を省略することができる。
【００１７】
［鎧装］
鎧装３０は、複数の亜鉛メッキ鉄線３１と、複数のワイヤ状のカーボンファイバー３２とからなり、これらがケーブル心線１０の周囲に並んで配置されている。また、図２に示すように、各亜鉛メッキ鉄線３１と各カーボンファイバー３２は、いずれもケーブル心線１０に対して螺旋状に巻かれた状態で配置されている。
【００１８】
各亜鉛メッキ鉄線３１は、ケーブル心線１０の外周に外接するように並べた状態で各亜鉛メッキ鉄線３１同士が互いに密接するようにその外径の大きさが設定されているが、実際には、各亜鉛メッキ鉄線３１はケーブル心線１０の外周面に対して1〜3mm程度の隙間が生じるように配置されている。
仮に、各亜鉛メッキ鉄線３１をケーブル心線１０の外周に外接し互いに密接するように配置すると、当該各亜鉛メッキ鉄線３１により海底ケーブル１００の剛性が高くなり、許容曲げ径が大きくなるためである。
なお、各亜鉛メッキ鉄線３１同士の隙間には、後述するカーボンファイバー３２の他にポリプロピレン製のヤーンやジュート等の介在物を充填してもよい。
【００１９】
各カーボンファイバー３２は、断面円形であって、互いに隣接する亜鉛メッキ鉄線３１，３１とケーブル心線１０の外周面とに囲まれた隙間に配置されている。カーボンファイバー３２の本数は各亜鉛メッキ鉄線３１と同じであり、隣接する亜鉛メッキ鉄線３１，３１とケーブル心線１０の外周面とによる隙間の全てにカーボンファイバー３２が配置されている。
また、図３に示すように、カーボンファイバー３２の外径は、各亜鉛メッキ鉄線３１をケーブル心線１０の外周面に外接させて互いに密接した状態で配置した場合に、互いに隣接する亜鉛メッキ鉄線３１，３１とケーブル心線１０の外周面とに密接して収まるように設定されている。
【００２０】
即ち、カーボンファイバー３２の半径をｒ、亜鉛メッキ鉄線３１の半径をＲとした場合、図３に示すように、三平方の定理により、
（Ｒ＋ｒ）2＝Ｒ2＋（Ｒ−ｒ）2
が成立し、ここからＲ＝４ｒが導き出される。つまり、カーボンファイバー３２の外径ｒは亜鉛メッキ鉄線３１の外径Ｒの1/4となっている。
なお、前述したように、実際には、各亜鉛メッキ鉄線３１はケーブル心線１０に対して余裕が生じるように配置されているため、各カーボンファイバー３２も周囲のケーブル心線１０や亜鉛メッキ鉄線３１に対して密接せずに余裕が設けられている。このため、海底ケーブル１００の剛性を低減させて許容曲げ径の縮小化が図られている。
また、亜鉛メッキ鉄線３１の隙間を考慮してカーボンファイバー３２の外径ｒを亜鉛メッキ鉄線３１の外径Ｒの1/4以上としても良い。また、カーボンファイバー３２の周囲にも余裕を持たせる場合にはカーボンファイバー３２の外径ｒを亜鉛メッキ鉄線３１の外径Ｒの1/4以下としても良い。
例えば、後述する実施例１のように、カーボンファイバーの外径ｒは鉄線の外径Ｒに対して1/6程度まで縮小しても良い。
また、後述する実施例２のように、カーボンファイバーの外径ｒは鉄線の外径Ｒと同程度にまで拡大しても良い（実施例２では外径ｒは外径Ｒの3/4程度）。
【００２１】
カーボンファイバー３２の素材はPAN (Polyacrylonitrile)系炭素繊維とピッチ系炭素繊維とがあるが、いずれを使用することも可能であり、また、これらの素材の複合繊維を利用することも可能である。
また、いずれの場合でも、上記カーボンファイバー３２は許容張力が150〜300kg/mm2の範囲のものが好ましく、200kg/mm2以上とすることがより望ましい。
亜鉛メッキ鉄線３１の許容張力はおよそ13kg/mm2であり、上述のように、カーボンファイバー３２の外径を亜鉛メッキ鉄線３１の外径の1/4とした場合、その断面積は1/16となる。これに対して、カーボンファイバー３２の許容張力を200kg/mm2以上とすることにより、カーボンファイバー３２の外径を亜鉛メッキ鉄線３１の外径の1/4とした場合でも亜鉛メッキ鉄線３１と同程度の許容張力とすることができる（200/16≒13kg/mm2）。
前述したように、カーボンファイバー３２は亜鉛メッキ鉄線３１と同じ本数がケーブル心線１０の周囲に配置されるので、亜鉛メッキ鉄線３１のみで鎧装を構成する場合に比べて、カーボンファイバー３２を加えた鎧装３０は、海底ケーブル１００の許容張力をおよそ2倍に強化することができる。
【００２２】
また、亜鉛メッキ鉄線３１のみにより海底ケーブル１００の許容張力を2倍に強化するためには、亜鉛メッキ鉄線３１の本数を2倍に増やす必要があり、そのためには、鎧装３０の外周に亜鉛メッキ鉄線３１からなる鎧装をもう一層形成する必要がある。このため、海底ケーブル１００の外径は少なくとも亜鉛メッキ鉄線３１の半径Ｒの4倍の拡径が生じる。一方、カーボンファイバー３２の半径ｒを亜鉛メッキ鉄線３１の半径Ｒの1/4とした場合、カーボンファイバー３２を亜鉛メッキ鉄線３１と亜鉛メッキ鉄線３１との間の隙間に配置することができる。このため、海底ケーブル１００は、外径を維持したまま許容張力をおよそ2倍にすることができる。
【００２３】
また、亜鉛メッキ鉄線３１の比重は7.8g/cm3であり、カーボンファイバー３２の比重は1.6g/cm3であるため、亜鉛メッキ鉄線３１に対するカーボンファイバー３２の比率は21%である。
亜鉛メッキ鉄線３１のみにより許容張力を2倍にするためには亜鉛メッキ鉄線３１の本数を2倍とするため、その総重量も2倍となる。
一方、カーボンファイバー３２の断面積は亜鉛メッキ鉄線３１の1/16であることからカーボンファイバー３２の総体積も亜鉛メッキ鉄線３１の総体積の1/16となる。さらに、カーボンファイバー３２の比重は亜鉛メッキ鉄線３１の比重の21%であることから、カーボンファイバー３２の総重量は亜鉛メッキ鉄線３１の総重量の21/16=1.3%となる。従って、亜鉛メッキ鉄線３１とカーボンファイバー３２とから鎧装３０を構成する場合には、許容張力をおよそ2倍にしても、その重量は亜鉛メッキ鉄線３１の総重量の1.3%しか増加しない。このため、重量の増加を殆ど生じさせることなく海底ケーブル１００の許容張力を2倍近くまで増加させることが可能である。
以上から、カーボンファイバーが鉄線外径の四分の一以下であれば、外径を維持し、重量増加を殆ど生じることなく許容張力等を増加させることが可能である。ただし、鉄線の巻き状態によっては鉄線間で隙間が生じるため四分の一よりやや大きい外径のカーボンファイバーを入れることが可能となる。したがって、ここでいう四分の一程度とは鉄線の巻き状態によってはカーボンファイバーの外径が鉄線外径の四分の一よりやや大きくなる場合を含むものである。
【００２４】
［防食層］
防食層４０は、防腐性コンパウンドを塗布したポリプロピレン製のヤーンを鎧装３０の外周に巻き付けて形成されており、当該防食層４０は全ての亜鉛メッキ鉄線３１を被覆している。この防食層４０により、その内側の鎧装３０は海水中の含有成分による腐食が抑制される。
【００２５】
［カーボンファイバーによる技術的効果］
このように、海底ケーブル１００は、鎧装３０を亜鉛メッキ鉄線３１とカーボンファイバー３２とにより構成しているので、鉄線３１のみの鎧装と比べて海底ケーブル１００の許容張力を高めることが可能である。
また、カーボンファイバー３２は亜鉛メッキ鉄線３１よりも許容張力が大きいので、亜鉛メッキ鉄線３１の外径に対してカーボンファイバー３２の外径を小さくしても十分な許容張力を得ることが出来る。これにより、亜鉛メッキ鉄線３１のみにより鎧装を構成する場合の隙間にカーボンファイバー３２を配置することができ、海底ケーブル１００の外径の拡大を生じることなく許容張力を引き上げることが可能となる。
例えば、カーボンファイバー３２の外径と亜鉛メッキ鉄線３１の1/4としても亜鉛メッキ鉄線３１と同程度の許容張力とすることができるカーボンファイバー３２を使用すれば、外径の拡径を殆ど生じさせることなく海底ケーブル１００の許容張力をおよそ2倍にまで増やすことが可能である。
【００２６】
また、カーボンファイバー３２の小径化を図ることができるため当該カーボンファイバー３２の可撓性を確保することができ、例えば、亜鉛メッキ鉄線３１のみから鎧装を構成する場合と亜鉛メッキ鉄線３１とカーボンファイバー３２とにより鎧装を構成する場合とでは、許容張力を等しくした場合に、亜鉛メッキ鉄線３１とカーボンファイバー３２とにより鎧装を構成する場合の方が海底ケーブル１００の可撓性を大きくすることができる。つまり、海底ケーブル１００の許容曲げ径の拡大を回避することができ、許容張力を高めつつターンテーブル取りを不要とし、運搬、布設作業のコスト低減を図ることが可能である。
さらに、カーボンファイバー３２は亜鉛メッキ鉄線３１よりも軽量であることから、許容張力を高めても海底ケーブルの重量増加を回避することができ、運搬、布設作業の作業負担や作業コストの低減を図ることが可能である。
【００２７】
［三心電力ケーブルの適用］
上記カーボンファイバー３２を含んだ鎧装３０は、図４に示すように、三本のケーブル心線１０を撚り合わせた三心電力ケーブルを備える海底ケーブル１１０にも適用可能である。
この場合、各ケーブル心線１０の周囲を断面円形に整えるために介在層５０が形成される。この介在層５０は、ポリプロピレン製のヤーンやジュート等が充填される。
【００２８】
［カーボンファイバーの配置の他の例］
図１では海底ケーブル１００の鎧装３０において、亜鉛メッキ鉄線３１とカーボンファイバー３２とを同じ本数とし、亜鉛メッキ鉄線３１一本に対してカーボンファイバー３２を一本の割合で各々を均一間隔で配置しているが、これに限定されない。
例えば、図５に示す鎧装３０Ａのように、亜鉛メッキ鉄線３１二本に対してカーボンファイバー３２を一本の割合で各々を均一間隔で配置しても良いし、図６に示す鎧装３０Ｂのように、亜鉛メッキ鉄線３１三本に対してカーボンファイバー３２を一本の割合で各々を均一間隔で配置しても良い。なお、図５及び図６では海底ケーブルの中心から下半分の図視を省略している。
また、カーボンファイバー３２をより疎となる間隔で配置しても良い。これらの場合、カーボンファイバー３２の本数が少なくなるので、海底ケーブル１００に求められている許容張力に応じてカーボンファイバー３２の間隔を調節することが望ましい。また、各カーボンファイバー３２の外径を変えて許容張力を調節しても良い。
また、カーボンファイバー３２は不均一な間隔で配置しても良い。
【００２９】
［その他］
海底ケーブル１００では、鎧装３０として亜鉛メッキ鉄線３１とカーボンファイバー３２とを混合配置する場合を例示したが、これに限らず、例えば、鎧装をカーボンファイバーのみから構成しても良い。その場合、海底ケーブルをさらに軽量化し、小径化し、許容張力を増加させることができる。
【００３０】
また、各カーボンファイバー３２を隣接する亜鉛メッキ鉄線３１，３１と座床層２０の外周面との間に配置する場合を例示したが、これに限らず、各カーボンファイバー３２を隣接する亜鉛メッキ鉄線３１，３１と防食層４０の内周面との間に配置しても良い。また、亜鉛メッキ鉄線３１，３１と座床層２０の外周面との間と亜鉛メッキ鉄線３１，３１と防食層４０の内周面との間の両方にカーボンファイバー３２を配置しても良い。その場合には、亜鉛メッキ鉄線３１よりも多くのカーボンファイバー３２を配置することが可能である。
【００３１】
また、上記海底ケーブル１００は電力ケーブルのみを有する場合を例示したが、光ファイバケーブルをも備える構成としても良い。光ファイバケーブルを設ける場合には、鎧装３０の亜鉛メッキ鉄線３１又はカーボンファイバー３２の一本を光ファイバケーブルに替えて配置しても良いし、図４のように、三心電力ケーブルを備える場合には、介在層５０内に配置しても良い。
【００３２】
［実施例１］
ケーブル心線の外周に座床層であるポリプロピレン製のテープを巻き付け、さらにその外周に鎧装としてφ６ｍｍの鉄線とφ１ｍｍのカーボンファイバーを螺旋状に巻きつけた。
（カーボンファイバーの外径／鉄線の外径＝１／６）
そして、ポリプロピレン製のヤーンをその外周に巻き付けて防食層とした。
【００３３】
［実施例２］
ケーブル心線の外周に座床層であるポリプロピレン製のテープを巻き付け、さらにその外周に鎧装としてφ６ｍｍの鉄線とφ４．５ｍｍのカーボンファイバーを螺旋状に巻きつけた。
（カーボンファイバーの外径／鉄線の外径＝３／４）
そして、ポリプロピレン製のヤーンをその外周に巻き付けて防食層とした。
【符号の説明】
【００３４】
１０  ケーブル心線
１１  導体部
１２  内部半導電層
１３  絶縁層
１４  外部半導電層
１５  シールド層
１７  遮水層
１８  ポリエチレンシース
２０  座床層
３０，３０Ａ，３０Ｂ  鎧装
３１  亜鉛メッキ鉄線
３２  カーボンファイバー
５０  介在層
１００，１１０  海底ケーブル
【図１】
2015207518.tif 000003
【図２】
2015207518.tif 000004
【図３】
2015207518.tif 000005
【図４】
2015207518.tif 000006
【図５】
2015207518.tif 000007
【図６】
2015207518.tif 000008