JP2003075599A - 光ファイバ用電子線照射装置及び硬化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 真空チャンバ内に、電子線を発生する複
数のフィラメントを設け、電子線を電子線硬化性コーテ
ィング材を塗布した光ファイバに照射して、コーティン
グ材を硬化する光ファイバ用電子線照射装置であって、
フィラメントを光ファイバの走行方向と平行に配設し
て、光ファイバに対し各フィラメントからそれぞれ光フ
ァイバの走行方向に沿って帯状に電子線を照射するよう
にしたことを特徴とする光ファイバ用電子線照射装置。 【効果】 本発明の電子線照射装置によれば、発生した
電子線を有効に光ファイバに塗布されたコーティング材
の円周方向に均一に照射できるため、ファイバに応力が
かかりにくく、伝送ロスの少ないファイバ芯線を得るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いられ
る光ファイバに塗布された電子線硬化性コーティング材
を硬化するために用いられる電子線照射装置及び上記コ
ーティング材の硬化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】光通信
ファイバとしては、石英ガラス系、多成分ガラス系、プ
ラスチック系等の種々のものがあるが、現実にはその軽
量性、低損失性、高耐久性、更には伝送容量が大きいこ
とから石英ガラス系のものが広範囲の分野で大量に使用
されている。

【０００３】しかし、この石英ガラス系のものは、極め
て細く、外的要因で変化も起こることから、石英ガラス
系の光通信ファイバは、溶融紡糸された石英ガラスファ
イバ上に予め硬化物の軟らかい液状の硬化性樹脂でコー
ティング、硬化し、一次被覆した後、この一次被覆層を
保護するために、更に硬化物の硬い液状の硬化性樹脂で
二次被覆が施されている。このものは、光ファイバ芯線
と呼ばれているが、更にこの芯線を数本（通常は４本）
束ね、テープ化材を塗布硬化することにより、テープ芯
線が製造されている。

【０００４】これらのコーティング材としては、ウレタ
ンアクリレート系の紫外線硬化性樹脂組成物が提案され
ており、特公平１−１９６９４号、特許第２５２２６６
３号、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ーと、反応性モノ
マーと、重合開始剤とからなる紫外線硬化液状組成物が
知られている。しかし、近年、生産性向上のため、光フ
ァイバ線引き速度が高速化しており、紫外線硬化では照
射するＵＶランプの数を増やす以外に解決策がなく、限
られたスペースでの硬化には限界があった。

【０００５】また、特許第２５４１９９７号公報には、
活性エネルギー線として電子線照射が記載されている
が、電子線照射装置については言及されていない。従来
の電子線照射装置は、幅広のシート状物に照射するには
適していたが、光ファイバのような極細の線状物に照射
するには効率が悪いものであった。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屈折率を高める
ために添加されたファイバコア中のドーパントを変質
（黒色化）させ、伝送損失が大きくなるという問題があ
った。

【０００６】電子線は、一般にフィラメントに電流を流
すことにより加熱されて放出した熱電子を電圧（加速電
圧）によって加速し、電子流とするが、このときの加速
電圧は光ファイバに照射した場合の電子透過深さに影響
する。加速電圧が低すぎると被覆した樹脂表面しか硬化
しないという問題があった。

【０００７】本発明は、上記事情を改善するためになさ
れたもので、光ファイバのコーティング材を均一に、か
つ効率よく硬化できる電子線照射装置、及び光ファイバ
の特性を損なわない光ファイバのコーティング材の硬化
方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点を解決するために鋭意検討を重ねた結果、光ファイバ
の走行路を中心とし、真空チャンバ内に少なくとも２個
の棒状又は板状のフィラメントを上記走行路の周方向に
沿って互いに等間隔に、しかもこの走行路と平行になる
ように配置して、各フィラメントからの電子線を上記走
行路に沿って帯状に照射することにより、光ファイバに
塗布されたコーティング材を、光ファイバの円周方向に
概ね均一に硬化でき、更に、線引き速度が高速であって
も効率的に硬化できるなど、光ファイバに塗布された電
子線硬化性コーティング材の硬化処理に有効であること
を見出し、本発明をなすに至ったものである。

【０００９】即ち、本発明は、（１）真空チャンバ内
に、内部が光ファイバ走行路とされた筒状の区画部を形
成すると共に、この区画部の外側に電子線を発生する複
数のフィラメントを上記区画部の周方向に沿って互いに
等間隔離間して設け、これらフィラメントから発生した
電子線を上記区画部のウインドウを通って上記走行路を
走行する電子線硬化性コーティング材を塗布した光ファ
イバに照射して、このコーティング材を硬化するように
した光ファイバ用電子線照射装置であって、上記フィラ
メントとして、棒状又は板状のフィラメントを上記光フ
ァイバの走行方向と平行に配設して、上記光ファイバに
対し上記各フィラメントからそれぞれ光ファイバの走行
方向に沿って帯状に電子線を照射するようにしたことを
特徴とする光ファイバ用電子線照射装置、（２）上記光
ファイバ用電子線照射装置の複数台を同軸上に多段配置
してなることを特徴とする光ファイバ用電子線照射装
置、（３）上記光ファイバ用電子線照射装置の走行路内
に、電子線硬化性コーティング材を膜厚２０〜７０μｍ
に塗工した光ファイバを走行させると共に、この装置の
フィラメントから発生させ、かつ加速電圧６０〜１２０
ｋＶで加速させた電子線を上記光ファイバのコーティン
グ材に吸収線量１０〜１００ｋＧｙになるように照射し
て、このコーティング材を硬化させるようにしたことを
特徴とする光ファイバに塗工された電子線硬化性コーテ
ィング材の硬化方法を提供する。

【００１０】

【発明の実施の形態及び実施例】以下、本発明につき図
面を参照して更に詳しく説明する。本発明の光ファイバ
用電子線照射装置は、光ファイバの走行路を中心とし、
真空チャンバ（装置本体）内に、複数個（少なくとも２
個）の棒状又は板状のフィラメントがこの走行路を取り
囲んで互いに周方向に沿って等間隔に、また各々のフィ
ラメントが走行路中心部から等距離で、かつ光ファイバ
の線引き方向に平行に配置したものである。光ファイバ
に塗布されたコーティング材を円周方向に均一に硬化す
るためには、少なくとも２個のフィラメントを配置する
必要があるが、フィラメントを３個以上配置することが
好ましく、また、各々のフィラメントを光ファイバの走
行路を中心に３６０/ｎ度（ｎは設置するフィラメント
数である）の角度で配置することが望ましい。

【００１１】更に、上記電子線照射装置を光ファイバを
同軸として少なくとも２台、該装置を隣接する他の装置
に対して［３６０／２ｎ］度（ｎは装置中のフィラメン
ト数である）回転させて配置して多段電子線照射装置と
して用いることもできる。上記のように配置すること
で、多くの方向から電子線照射することができる他、個
々の装置の加速電圧を変えて照射することも可能であ
り、コーティング材をより均一に硬化することができ
る。

【００１２】図面は、本発明装置の一実施例を示すもの
で、図中１は断面中空円形状（円筒状）の真空チャンバ
であり、内部が真空ポンプ２により真空に保持される。
３は上記真空チャンバ１の中央部に配設された円筒状の
区画部であり、この内部が光ファイバ走行路４とされ、
この走行路４を電子線硬化性コーティング材を塗布した
光ファイバ５が走行する。なお、この区画部３内（光フ
ァイバ走行路４）は、大気圧下におかれる。

【００１３】上記真空チャンバ１内に存して区画部３の
外側には、この区画部３を包囲するようにそれぞれ区画
部３から等距離の位置に複数個（図面では３個）の棒状
又は板状のフィラメント６が互いに周方向に沿って等間
隔で（図面では互いに１２０°の位相差をもって）配設
されている。これらフィラメント６は、これに高圧電源
７により電流を流し、加熱することにより熱電子が発生
する。なお、上記フィラメント６の長さは、上記区画部
３乃至走行路４の長さの１／１〜１／１０、特に１／２
〜１／４であることが好ましく、通常１０〜１００ｃ
ｍ、特に１５〜５０ｃｍとされる。

【００１４】上記区画部３は、電子線が透過しない材
質、例えばステンレス、鉄、銅等により形成されている
が、上記フィラメント６と光ファイバ５とが対向し合う
部分にはウインドウ８が設けられている。このウインド
ウ８は、電子線が透過するように、通常、膜厚５〜２０
μｍのチタン箔、アルミ箔などを用いて形成される。な
お、このウインドウの形状については特に限定されず、
中空部全体に中空円弧状に形成しても、フィラメント毎
に断面円弧状や平板状に形成してもよい。またこれら
は、ファイバ走行路と平行に配置されるものである。

【００１５】上記ウインドウ８とフィラメント６との間
には、電子線をコントロールするターミナルグリッド９
が配設され、フィラメント６とターミナルグリッド９間
の電圧により、上記電子線を図中矢印で示したように光
ファイバ５に向けて直進させるようになっている。

【００１６】上記区画部３と上記真空チャンバ１との間
は、上述したように、真空に保持されており、また区画
部３内は光ファイバの走行路４とされ、この走行路４は
大気圧となっている。ここで、上記ウィンドウは、チタ
ン、アルミニウムなどの金属箔により上記電子線が透過
可能な厚さに形成され、更にこの金属箔は、その内側に
配設された銅等の金属からなる格子状乃至は網状のサポ
ートにより支持され、電子線はフィラメント６とウィン
ドウ８間において所定の加速電圧に加速され、上記サポ
ートの網目を通過し、上記金属箔を透過して、上記走行
路４を走行する光ファイバのコーティング材を照射する
ようになっている。なお、上記金属製サポートは、上記
薄い金属箔のみでも真空チャンバ１内の真空を保持する
強度があれば、その配設を省略し得る。

【００１７】なお、ターミナルグリッド９は、上記フィ
ラメント６から発生する熱電子をウィンドウ８に向けて
直進するよう配設すればよく、フィラメント６の配設態
様に応じてウインドウ８と同様に中空部全体に中空円弧
状に形成しても、フィラメント毎に断面円弧状や平板状
に形成しても良い。またこれらは、ファイバ走行路と平
行に配置されることが望ましい。

【００１８】なお、図示の装置には、熱電子を内側に反
射させるターミナル１０がフィラメント６の外側に配設
されているが、このような電極を本発明の効果を損なわ
ない範囲で追加してもよい。

【００１９】上記装置は、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際して用いら
れるもので、本発明の光ファイバにコーティングされた
コーティング材の硬化方法は、上記電子線照射装置を使
用するものである。即ち、上記装置の走行路４内におい
て電子線硬化性コーティング材が塗布された光ファイバ
５を走行させながら、上記のように電子線をこのコーテ
ィング材に照射して硬化させるものである。

【００２０】ここで、コーティング材は、一次被覆材で
も二次被覆材でもよく、公知の電子線硬化可能な樹脂を
主成分とするコーティング材を使用し得る。この場合、
電子線硬化可能な樹脂としては、電子線照射によりラジ
カル重合可能な官能基を有するものであればよいが、ラ
ジカル重合性に優れる（メタ）アクリロイル基を分子中
に１個以上有する化合物が望ましく、その粘度は、作業
性の点で光ファイバ芯線の製造条件との適合性から、通
常５００〜１０，０００ｍＰａ・ｓ（２５℃）、特に高
速の製造条件では５００〜４，０００ｍＰａ・ｓ（２５
℃）の範囲が望ましい。

【００２１】また、上記電子線硬化性コーティング材
は、光ファイバに塗布して用いるが、これらを塗布した
ときの膜厚は２０〜７０μｍ、特に２５〜４０μｍであ
ることが望ましい。２０μｍ未満では一次被覆材及び二
次被覆材としての保護効果が損なわれ、７０μｍを超え
るとファイバ芯線の規格径２５０μｍを上まわる問題が
生じる。

【００２２】このような被覆材は、電子線照射により硬
化するが、一次被覆材の硬化皮膜は、外部力及び温度変
化によるマイクロベンドから光ファイバを保護するため
に２ＭＰａ以下のヤング率を有することが望ましく、そ
の上にコーティングされる二次被覆材は、光ファイバを
補強するために４ＭＰａ以上であることが望ましい。

【００２３】一次被覆材を光ファイバにコーティング
し、直ちに二次被覆材をコーティングし、電子線を照射
することも可能で、これは光ファイバの伝送損失防止効
果以外にも、工程を簡略化できる利点がある。

【００２４】また、本発明は、光ファイバに一次被覆
材、二次被覆材をコーティング・硬化した光ファイバ芯
線を４本、８本など複数本まとめ、比較的ヤング率の高
い樹脂で被覆後、硬化させることにより束ねるテープ芯
線製造工程にも用いることができる。この場合、樹脂の
ヤング率は４ＭＰａ以上であることが望ましい。

【００２５】また、電子を加速するためにターミナルグ
リッドとウインドウ間に高電圧をかける必要があるが、
電子の加速電圧は、電子の透過する深度に影響するた
め、コーティング材の深部まで照射でき、光ファイバの
コア部まで到達しないためには、加速電圧は６０〜１２
０ｋＶ、望ましくは８０〜１１０ｋＶ、更に望ましくは
９０〜１００ｋＶである。６０ｋＶより低いとコーティ
ング材の深部硬化性が十分でなくなる恐れがあり、１２
０ｋＶより高いと光ファイバの伝送損失が大きくなる恐
れがある。

【００２６】電子線の線量は、フィラメントに流す電流
値と処理速度により決まり、通常１０〜１００ｋＧｙ、
望ましくは２０〜４０ｋＧｙの線量の電子線を照射する
ことでコーティング材樹脂は硬化可能である。高速線引
きに対応するためには、処理速度に比例して電流値を大
きくすればよい。

【００２７】また、光ファイバの走行速度は５００ｍ／
分以上、より好ましくは５００〜３，０００ｍ／分、更
に好ましくは１，０００〜２，０００ｍ／分とすること
ができ、真空状態でフィラメントに電流を流し、加熱す
ることにより発生した熱電子は、フィラメントとグリッ
ド及びウィンドウ間の電圧により加速され、電子線とな
り、図１の矢印のようにウィンドウに向かって直進す
る。真空を保つために設けられたウィンドウを通過した
電子線は、光ファイバに塗布されたコーティング材に照
射されることにより、コーティング材を硬化することが
できる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の電子線照射装置によれば、発生
した電子線を有効に光ファイバに塗布されたコーティン
グ材の円周方向に均一に照射できるため、ファイバに応
力がかかりにくく、伝送ロスの少ないファイバ芯線を得
ることができる。また、本発明のコーティング材の硬化
方法によれば、光ファイバの特性を損なうことなく、コ
ーティング材を効率よく硬化し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子線硬化装置の一実施例を示す光フ
ァイバ走行路と平行な面の縦断面図である。

【図２】本発明の電子線硬化装置の一実施例を示す光フ
ァイバ走行路と垂直な面の横断面図である。

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ２ 真空ポンプ ３ 区画部 ４ 光ファイバ走行路 ５ 光ファイバ ６ フィラメント ７ 高圧電源 ８ ウィンドウ ９ ターミナルグリッド １０ ターミナル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川田 敦雄 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 (72)発明者 大泉 末年 埼玉県行田市壱里山町１−１ 岩崎電気株 式会社埼玉製作所内 (72)発明者 後藤 均 埼玉県行田市壱里山町１−１ 岩崎電気株 式会社埼玉製作所内 Ｆターム(参考） 4G060 AA01 AA03 AC16 AD22 AD44

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバ内に、内部が光ファイバ走
   行路とされた筒状の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複数のフィラメントを上記
   区画部の周方向に沿って互いに等間隔離間して設け、こ
   れらフィラメントから発生した電子線を上記区画部のウ
   インドウを通って上記走行路を走行する電子線硬化性コ
   ーティング材を塗布した光ファイバに照射して、このコ
   ーティング材を硬化するようにした光ファイバ用電子線
   照射装置であって、上記フィラメントとして、棒状又は
   板状のフィラメントを上記光ファイバの走行方向と平行
   に配設して、上記光ファイバに対し上記各フィラメント
   からそれぞれ光ファイバの走行方向に沿って帯状に電子
   線を照射するようにしたことを特徴とする光ファイバ用
   電子線照射装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光ファイバ用電子線照射
   装置の複数台を同軸上に多段配置してなることを特徴と
   する光ファイバ用電子線照射装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の光ファイバ用電子
   線照射装置の走行路内に、電子線硬化性コーティング材
   を膜厚２０〜７０μｍに塗工した光ファイバを走行させ
   ると共に、この装置のフィラメントから発生させ、かつ
   加速電圧６０〜１２０ｋＶで加速させた電子線を上記光
   ファイバのコーティング材に吸収線量１０〜１００ｋＧ
   ｙになるように照射して、このコーティング材を硬化さ
   せるようにしたことを特徴とする光ファイバに塗工され
   た電子線硬化性コーティング材の硬化方法。