JP2003227900A - 電子線照射装置及び光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 真空チャンバ内に大気圧下に不活性ガス
が流通する区画部を形成し、この区画部の外側に電子線
を発生する手段を設けて、この手段から発生した電子線
を、上記区画部内を走行する被処理物に照射する電子線
照射装置において、上記区画部の外側で電子線発生手段
の配設位置より内側に筒状の第２の区画部を形成し、第
１の区画部と第２の区画部との間を冷却ガス流通路と
し、第１の区画部に設けた第１の電子線透過用窓と対応
して第２の区画部に第２の電子線透過用窓を設けて、上
記被処理物に照射するようにした電子線照射装置。 【効果】 本発明によれば、光ファイバ線引き速度の高
速化が可能となり、かつ、生産コストの低減が可能とな
り、光ファイバの生産性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバなどの
製造に使用する電子線照射装置及び光ファイバの製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通信用光ファイバには、石英ガラス系、
多成分ガラス系、プラスチック系等のものがある。なか
でも、石英ガラス系のものは、軽量、低損失、高耐久
性、大伝送容量という特徴から広範囲の分野で大量に使
用されている。この石英ガラス系の光ファイバは極めて
細いため、わずかな傷から切断し易く、また、外部応力
により伝送損失が増大し易い。そこで、石英ガラスの溶
融紡糸（線引き）の直後に、ダイコート等により液状の
紫外線硬化型樹脂等をコートし、紫外線等の照射により
硬化させて保護被覆が施される。通常、まず軟らかい被
覆材からなる一次被覆が施され、その上に硬い被覆材か
らなる二次被覆が施されている。このものは光ファイバ
心線と呼ばれている。更に、この心線を数本（通常は４
本又は８本）束ね、テープ化材で被覆することにより、
テープ心線が製造されている。

【０００３】これらの被覆材としては、ウレタンアクリ
レート系の紫外線硬化型樹脂が提案されており、特公平
１−１９６９４号公報、特許第２５２２６６３号公報、
特許第２５４７０２１号公報に記載されているように、
ウレタンアクリレートオリゴマと、反応性希釈剤と、光
重合開始剤からなる液状紫外線硬化型樹脂が知られてい
る。

【０００４】更に、特許第２５４１９９７号公報には、
活性エネルギー線照射として電子線照射が記載されてい
る。

【０００５】また、高電圧で加速された電子線を光ファ
イバに照射すると、光ファイバコア中のドーパントを変
質させ、伝送損失が増大することが知られている。

【０００６】従来、電子線硬化型樹脂の硬化に使われる
電子線照射装置は、通常、真空中でタングステンフィラ
メントを加熱して発生させた熱電子を百〜数百ｋＶの電
圧で加速し、真空と大気圧を仕切るとともに、電子を透
過する窓を透過させ、大気圧中で樹脂に照射するように
なっている。

【０００７】窓は、電子線が透過し易いように、密度が
低い材質からなり、十分薄いものが使われているが、電
子線のエネルギの一部は窓に吸収されるため、窓は発熱
する。窓が高温になると、窓の劣化が進む恐れがあるた
め、通常は窓の大気圧側から冷却用のガスを吹き付けて
除熱するようになっている（当然真空側ではガス冷却は
できない）。また、窓は薄い方が吸収するエネルギが少
ないため発熱が少なくなるが、一方で強度的に真空と大
気圧の差圧に耐える厚さは最低限必要であり、更に、窓
の大気圧側は雰囲気ガスに接しているので、雰囲気ガス
中の不純物により徐々に化学的に侵食を受け、あるいは
光ファイバとの接触等による物理的な損傷を受ける恐れ
があるため、その分の厚さを上乗せする必要がある。

【０００８】このようなことから、電子透過率、強度、
耐食性を考慮して、１２０ｋＶ以下の加速電圧では、通
常、窓には厚さ１０μｍのＴｉ箔が使われている。ま
た、電子線硬化型樹脂の場合、雰囲気中に酸素が存在す
ると硬化が阻害されるため、通常は窒素ガス等の不活性
ガスを光ファイバの周囲に流して、酸素濃度が数百ｐｐ
ｍ以下になるように雰囲気制御している。一方、電子線
は窓を透過する際に散乱されるので、光ファイバへの照
射効率を高めるため、光ファイバは窓の近傍を通過する
ようになっている。そのため、通常は冷却と雰囲気制御
を兼ねて、窒素ガスを窓と光ファイバの周囲に流すよう
になっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】近年、光ファイバの需
要の急増に伴い、光ファイバの生産性の向上、特に線引
き速度の高速化が求められるようになってきた。線引き
速度の高速化要求に応じるためには、電子線の電流を増
大させる必要があるが、それに伴い、窓の発熱も増大す
るので、冷却ガスの流速を上げる必要が生じる。しか
し、単に冷却ガスの流速を増やすのでは、流れの乱れが
大きくなり、光ファイバにコートした未硬化の電子線硬
化型樹脂の表面に凹凸を生じる恐れがある。光ファイバ
コート表面に凹凸が生じると光ファイバの伝送損失が増
大するという問題があった。

【００１０】また、光ファイバとの不慮の接触や、汚
染、腐食の進行等により、電子線照射装置の窓が劣化又
は破損した場合、窓の交換には、一旦装置内を真空から
大気圧へ戻し、再度真空排気を行う必要があり、長時間
にわたり装置が使えなくなるという問題もあった。

【００１１】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、光ファイバ等の線引き速度の高速度化を可
能とし、生産コストの低減を可能として、光ファイバ等
の生産性を向上させることができる電子線照射装置及び
光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため鋭意検討を行い、窓を分割して内部から
冷却すること、より具体的には、真空中で電界により加
速した電子を、電子線硬化型樹脂をコートした光ファイ
バ等の被処理物に大気圧下、不活性ガス雰囲気中で照射
する電子線照射装置において、真空と大気圧不活性ガス
雰囲気の間に、電子が透過する窓を二重に設けるととも
に、窓の間に冷却ガスを流すことにより、上記目的が達
成されることを知見し、本発明をなすに至った。

【００１３】即ち、本発明は、真空チャンバ内に、内部
が被処理物走行路とされ、大気圧下に不活性ガスが流通
する区画部を形成すると共に、この区画部の外側に電子
線を発生する手段を設けて、この手段から発生した電子
線を上記区画部に設けた電子線透過用窓を通して上記区
画部内の被処理物走行路を走行する被処理物に照射して
この被処理物に塗布された電子線硬化性コーティング材
を電子線硬化するようにした電子線照射装置において、
上記区画部の外側で電子線発生手段の配設位置より内側
に筒状の第２の区画部を形成し、上記第１の区画部と第
２の区画部との間を冷却ガス流通路とすると共に、上記
第１の区画部に設けた第１の電子線透過用窓と対応して
第２の区画部に第２の電子線透過用窓を設けて、上記フ
ィラメントから発生した電子線を上記第２の窓を通し、
更に第１区画部に設けた第１の窓を通して上記被処理物
に照射するように構成したことを特徴とする電子線照射
装置を提供する。

【００１４】この場合、冷却ガスはヘリウムであること
が好ましい。また、第１及び第２の窓の厚さはそれぞれ
２μｍ以上であり、かつ第１及び第２の窓の厚さの和は
１０μｍ以下であることが好ましい。

【００１５】本発明は、上記電子線照射装置を用いて、
光ファイバにコートした電子線硬化性コーティング材を
硬化する光ファイバの製造方法をも提供する。

【００１６】本発明によれば、電子線透過用の窓を二重
にすることにより、窓の機能を真空保持用とその保護用
に分化し、かつ冷却用ガスと雰囲気制御用ガスを確実に
分離することが可能となる。このようにすると冷却用ガ
スは光ファイバには接していないので、流速を十分大き
くしても光ファイバのコート表面に凹凸をつくることは
ない。また、窓を二重に分割すると窓の冷却面積は３倍
になる。更に、冷却ガスは汚染されないため循環使用が
可能であり、冷却効率が高いが高価であるヘリウムを使
用することができる。これらのことから電子線の電流密
度を上げることができる。

【００１７】第１の窓（被処理物走行路に接する窓）は
気密が不要なため、Ｏリングを使うことなく直径の小さ
い筒状に作製することが容易であり、照射距離を短くす
ることができ、照射効率が向上する。更に、冷却ガスに
ヘリウムを使用することで、窒素に比べ電子線の吸収が
減少し、照射効率が向上する。

【００１８】第２の窓（電子線発生用フィラメント側の
真空に接している窓）は常にきれいな冷却ガスに接して
いるので、腐食の心配が少なく、寿命が長くなる。

【００１９】第１の窓は光ファイバの接触や樹脂の付着
などでピンホールがあく恐れがあるが、気密は必要ない
ので、多少のピンホールがあっても使い続けることが可
能である。また、ある程度大きな穴があいた時も、大気
圧中なので交換は容易であり、短時間でできる。なお、
この発明は光ファイバにコーティングされた電子線硬化
性コーティング材の硬化に有効に採用されるが、光ファ
イバ以外の細線や平面状の被照射物にも応用できる。ま
た、樹脂硬化以外、例えば樹脂架橋、表面改質、殺菌、
除害等にも応用できる。

【００２０】

【発明の実施の形態及び実施例】以下、本発明の電子線
照射装置の一実施例について図１を参照して説明する。

【００２１】図１は、特に光ファイバにコーティングさ
れた電子線硬化性コーティング材に対する電子線照射用
として好適なもので、図中１は、真空チャンバであり、
この真空チャンバ１内の中央部に円筒状の第１区画部２
が設けられていると共に、この第１区画部２と離間して
これと同心状に円筒状の第２区画部３が設けられてい
る。この場合、これら第１及び第２区画部２、３の上下
端は、真空チャンバ１の上下壁を気密に貫通し、区画部
２、３内は大気圧下に置かれるようになっている。

【００２２】上記第１区画部２内は、光ファイバ（被処
理物）走行路２ａとされ、この走行路２ａ内に光ファイ
バ（被処理物）４を走行させるようになっている。この
場合、この第１区画部２内（走行路２ａ内）は、大気圧
下で、かつ不活性ガス、例えば窒素ガス、ヘリウムガス
が流通するようになっている。

【００２３】また、上記第２区画部３内も大気圧下にお
かれるが、必要によっては減圧下又は加圧下においても
よい。この第２区画部３内には、冷却ガスが流通するよ
うになっている。

【００２４】上記第２区画部３の外側には、真空チャン
バ１内に存して、電子線を発生するフィラメント５が配
設されている。このフィラメント５は、タングステン等
により形成され、これに電流を流して白熱させ、熱電子
を発生させる。図においては、フィラメント５は互いに
周方向に沿って等間隔隔てて３個配設され、三方向から
同時に電子線を照射するようになっているが、これは一
例に過ぎず、フィラメント５の数及び方向は、光ファイ
バの吸収線量が周方向で均一になるように配置すればよ
い。

【００２５】上記のように、フィラメント５より発生し
た熱電子は、図示していないが、直流電源によって発生
する直流電界により真空中で加速され、電子線Ｅとな
る。この場合、加速電圧は、約８０〜１２０ｋＶである
ことが好ましい。加速電圧が８０ｋＶより低いと、光フ
ァイバ４にコーティングされた電子線硬化性コーティン
グ材が未硬化になる場合があり、１２０ｋＶより高いと
光ファイバの伝送損失が増大する恐れがある。

【００２６】電子線は、第２区画部３に上記フィラメン
ト５と対向して設けられた電子線透過用の窓６を透過
し、大気圧下で冷却ガスが流通する第２区画部３内を通
り、更に第１区画部２に上記フィラメント５及び上記窓
６に対向して設けられた窓７を透過して、第１区画部２
内の光ファイバ走行路２ａ内を大気圧、不活性ガス雰囲
気下において走行する光ファイバ４に照射されるように
なっている。ここで、第１区画部２に形成された窓７を
第１の窓、第２区画部３に形成された窓６を第２の窓と
いう。

【００２７】第２の窓６は厚さが約３〜７μｍのＴｉ箔
で形成することが好ましい。３μｍより薄いと差圧に耐
えられずに破損する恐れがあり、７μｍより厚いと発熱
が大きくなる場合がある。なお、第２の窓６は、Ｏリン
グ８で真空と大気圧の気密を保つようになっている。第
２の窓６と光ファイバ４との距離は約１０〜２０ｍｍで
ある。２０ｍｍより長いと照射効率が著しく低下する恐
れがある。

【００２８】一方、第１の窓７は、厚さが約２〜５μｍ
のＴｉ箔で形成することが好ましく、これは第１区画部
２に支持されている。第１の窓７は、両側が大気圧なの
で、第２の窓６より薄いもので良いが、２μｍより薄い
と外的衝撃に対する強度が不足する恐れがある。また、
深度線量分布から第２の窓６より薄くするのが好ましい
が、５μｍより厚いと発熱が大きくなる。気密は必要な
いので、第１区画部２に接着又は溶接などで固定するこ
とができる。なお、第１の窓７と光ファイバ４との距離
は約３〜１０ｍｍである。３ｍｍより短いと光ファイバ
４と接触する恐れがある。

【００２９】第１の窓７と第２の窓６の厚さの和は１０
μｍ以下であることが好ましい。１０μｍより大きいと
照射効率が低下する恐れがある。第１区画部２と第２区
画部３の間には、上述したように窒素やヘリウムなどの
冷却ガスを流して、窓６及び７を冷却するようになって
いる。冷却ガスは冷却効率の点でヘリウムが好ましい。
冷却ガスの流速は概ね１０〜１００ｍ／ｓである。

【００３０】上記光ファイバ走行路２ａ内には、不活性
ガスを、光ファイバ周辺雰囲気中の酸素濃度が十分低く
なるように流すが、電子線硬化性コーティング材表面に
影響がない程度の流速（概ね線引き速度以下）に抑え
る。不活性ガスはコスト面から窒素ガスが望ましい。

【００３１】不活性ガスは、コーティング材の樹脂から
の揮発物で汚れるので、使い捨てにするが、冷却ガスは
光ファイバ周辺雰囲気には接していないため、きれいな
状態に保たれるので、コスト面から循環して使うのが望
ましい。なお、第２の窓６の材質としては、耐蝕性はあ
まり重要ではないので、Ｔｉより透過率の高いカーボン
やアルミなどの材質も使用可能である。一方、第１の窓
７はコンタミネーションのある雰囲気に接しているの
で、耐蝕性のあるＴｉが好ましい。また、第１の窓７に
ある程度大きな穴が開いたときには、第１区画部２と一
体で交換できるようになっている。

【００３２】本発明において、電子線硬化性コーティン
グ材としては、公知のものを使用することができ、例え
ば、電子線硬化性樹脂の液状組成物として、ポリエーテ
ルウレタンアクリレートを主成分とするものが使用で
き、粘度を調整する目的で反応性希釈剤が併用できる。
ポリエーテルウレタンアクリレートはポリプロピレング
リコール、ポリテトラメチレングリコールなどのポリエ
ーテルに２，４−トルレンジイソシアネート、４，４’
−ジフェニルメタンジイソシアネートなどのジイソシア
ネートを反応させ、更にヒドロキシエチルアクリレート
などの水酸基を有するアクリレートを反応させることで
得ることが出来る。硬化皮膜の特性から望ましい数平均
分子量は８００〜１００００である。反応性希釈剤はエ
チレン性不飽和基を有する化合物が望ましく、ラウリル
アクリレート、イソボロニルアクリレート、Ｎ−ビニル
カプロラクタム、エチレングリコールジアクリレート、
トリメチロールプロパンアクリレートなどが例示され
る。

【００３３】なお、これら成分の配合量は適宜選定され
るが、ポリエーテルウレタンアクリレート１００重量部
に対し、反応性希釈剤は２０〜２００重量部であること
が好ましい。

【００３４】

【実施例】実施例として、電子飛跡のモンテカルロシミ
ュレーション計算を実施した。計算結果を表１に示す。
なお、計算は「電子・イオンビームハンドブック第３
版」（日刊工業新聞社）５１頁記載の方法による。

【００３５】［実施例１］ 第１の窓：厚さ５μｍ、光ファイバからの距離８ｍｍ、
材質Ｔｉ 第２の窓：厚さ５μｍ、光ファイバからの距離１５ｍ
ｍ、材質Ｔｉ 冷却ガス：ヘリウム、流速３０ｍ／ｓ 雰囲気制御ガス：窒素、流速１０ｍ／ｓ 電子線：加速電圧１００ｋＶ、幅１０ｍｍ、３本のフィ
ラメントから発生した電子線を光ファイバに対して１２
０°間隔で照射 光ファイバ：石英ガラス直径１２５μｍ、一次被覆厚さ
３７．５μｍ、二次被覆なし。

【００３６】［実施例２］ 第１の窓：厚さ３μｍ、第２の窓：厚さ７μｍ、他の条
件は実施例１と同じ。

【００３７】［実施例３］ 第１の窓：厚さ３μｍ、第２の窓：厚さ５μｍ、他の条
件は実施例１と同じ。

【００３８】［実施例４］ 第１の窓：厚さ２μｍ、第２の窓：厚さ３μｍ、他の条
件は実施例１と同じ。

【００３９】［比較例］ 第１の窓：なし 第２の窓：厚さ１０μｍ、光ファイバからの距離１５ｍ
ｍ 冷却ガス（雰囲気制御ガスを兼ねる）：窒素、流速１０
ｍ／ｓ 他の条件は実施例１と同じ。

【００４０】

【表１】 （実施例の数値は比較例を１とした場合の相対値）

【００４１】なお、本発明は、上記実施例に制限される
ものではない。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、光ファイバ線引き速度
の高速化が可能となり、かつ、生産コストの低減が可能
となり、光ファイバの生産性が向上するという優れた効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の一実施例を示す横断面図である。

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ２ 第１区画部 ２ａ 光ファイバ（被処理物）走行路 ３ 第２区画部 ４ 光ファイバ（被処理物） ５ フィラメント ６ 窓（第２の窓） ７ 窓（第１の窓） ８ Ｏリング

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ２１Ｋ 5/10 Ｇ２１Ｋ 5/10 Ｌ // Ｃ０８Ｌ 101:00 Ｃ０８Ｌ 101:00

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバ内に、内部が被処理物走行
   路とされ、大気圧下に不活性ガスが流通する区画部を形
   成すると共に、この区画部の外側に電子線を発生する手
   段を設けて、この手段から発生した電子線を上記区画部
   に設けた電子線透過用窓を通して上記区画部内の被処理
   物走行路を走行する被処理物に照射してこの被処理物に
   塗布された電子線硬化性コーティング材を電子線硬化す
   るようにした電子線照射装置において、上記区画部の外
   側で電子線発生手段の配設位置より内側に筒状の第２の
   区画部を形成し、上記第１の区画部と第２の区画部との
   間を冷却ガス流通路とすると共に、上記第１の区画部に
   設けた第１の電子線透過用窓と対応して第２の区画部に
   第２の電子線透過用窓を設けて、上記フィラメントから
   発生した電子線を上記第２の窓を通し、更に第１区画部
   に設けた第１の窓を通して上記被処理物に照射するよう
   に構成したことを特徴とする電子線照射装置。
2. 【請求項２】 冷却ガスがヘリウムであることを特徴と
   する請求項１記載の電子線照射装置。
3. 【請求項３】 第１及び第２の窓の厚さがそれぞれ２μ
   ｍ以上であり、かつ第１及び第２の窓の厚さの和が１０
   μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の
   電子線照射装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の電子線照射装
   置を用いて、光ファイバにコートした電子線硬化性コー
   ティング材を硬化することを特徴とする光ファイバの製
   造方法。