(57)【要約】      （修正有）【課題】被覆樹脂の硬化性及び装置寿命を向上させることが可能な紫外線照射装置及び光ファイバの被覆形成方法を提供する。【解決手段】導光路６１の長手方向両端部からは、半導体発光素子３５から導光路６１の長手方向に沿って紫外線ＵＶが導入されるが、この紫外線ＵＶは、導光路６１の光ファイバＦ側の側面から出射され、集光レンズ６２によって集光され光ファイバ表面に塗布された被覆樹脂Ｃ１，Ｃ２に照射される。樹脂被覆上でライン幅１ｍｍ程度に集光される。紫外線光源は、その発光波長のピーク位置が紫外線硬化型樹脂の吸収波長のピーク位置と重なることが好ましい。紫外線光源から発せられた紫外線ＵＶは、ライン状に導光路全体にわたって上下方向に沿って広げられ、その光ファイバ側に具備された集光レンズにて、２層の樹脂被覆上で１ｍｍ幅程度の縦長ライン状に集光される。【選択図】図２
2010117531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの表面に塗布された紫外線硬化型樹脂に、紫外線を照射して前記紫外線硬化型樹脂を硬化させる紫外線照射装置において、
前記光ファイバの周囲に配置される複数の紫外線照射ユニットを備え、
それぞれの前記紫外線照射ユニットは、
前記光ファイバの長手方向に沿って延びており、且つ、内部に導入された紫外線を側面から出射可能な導光路と、
紫外線光源である半導体発光素子と、
を備え、
前記導光路の長手方向両端部に前記半導体発光素子から紫外線を導入することを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
前記導光路の側面から出射される紫外線を前記光ファイバに向けて集光する集光装置を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
前記導光路の前記長手方向に沿って設けられた反射体を更に備え、前記反射体の位置は、前記反射体で反射された紫外線が前記光ファイバへ向かうように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の紫外線照射装置。
【請求項４】
前記複数の前記紫外線ユニットから出射された紫外線がそのスペクトルにおいて複数のピーク波長を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の紫外線照射装置。
【請求項５】
１つの前記紫外線ユニットから出射された紫外線がそのスペクトルにおいて複数のピーク波長を有していることを特徴とする請求項４に記載の紫外線照射装置。
【請求項６】
紫外線硬化型樹脂が塗布された光ファイバに対して、紫外線照射装置から紫外線を照射して硬化させる光ファイバの被覆形成方法において、
前記紫外線照射装置は、
前記光ファイバの周囲に配置される複数の紫外線照射ユニットを備え、
それぞれの前記紫外線照射ユニットは、
前記光ファイバの長手方向に沿って延びており、且つ、内部に導入された紫外線を側面から出射可能な導光路と、
前記導光路の長手方向両端部から紫外線を導入する紫外線光源と、
を備え、
前記被覆形成方法は、
前記紫外線光源から導入した紫外線を前記導光路の側面から出射し、前記長手方向に沿ったライン状の紫外線を、前記光ファイバに照射することを特徴とする光ファイバの被覆方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの表面上に塗布された樹脂を硬化させるための紫外線照射装置、及び光ファイバの被覆形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリフォームから線引きされた裸光ファイバ、あるいは、一度ボビンに巻き取られた光ファイバ素線の表面上に、樹脂被覆が行われている。光ファイバの外周を紫外線硬化型樹脂（ＵＶ光硬化型樹脂）で被覆し、そのＵＶ光硬化型樹脂に紫外線（ＵＶ光）を照射してＵＶ光硬化型樹脂を硬化させている。下記特許文献１は、ＵＶ光の光源として紫外線レーザダイオード（ＵＶ−ＬＤ）または紫外線発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ）などの紫外線半導体発光素子を１個または複数個使用し、消費電力の低減を達成しようと試みている。
【特許文献１】特開２００３−８９５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、光ファイバの線速が速くなると、ＵＶ−ＬＥＤが紫外線を照射する部分を光ファイバが通過する時間が短くなり紫外線硬化型樹脂に照射される積算紫外線量が減り紫外線硬化型樹脂の硬化が不十分となる。積算紫外線量を増すためにＵＶ−ＬＥＤを多数ライン状に並べるとコスト増につながる。またＵＶ−ＬＥＤ自体の発熱量も増えるために、ＵＶ−ＬＥＤ自体やその封止樹脂やキャビティが高温劣化を引き起こすという問題がある。このような高温劣化は、ＵＶ光の照射強度を低下させてしまい、紫外線硬化型樹脂の硬化性が低下する共に、ＵＶ−ＬＥＤ自体の寿命も低下させてしまう。
【０００４】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、数少ない半導体紫外線発光素子を使用して紫外線硬化型樹脂の硬化性を向上させることが可能な紫外線照射装置及び光ファイバの被覆形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題を解決するため、本発明にかかる紫外線照射装置は、光ファイバの表面に塗布された紫外線硬化型樹脂に、紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させる紫外線照射装置において、光ファイバの周囲に配置される複数の紫外線照射ユニットを備え、それぞれの紫外線照射ユニットは、光ファイバの長手方向に沿って延びており、且つ、内部に導入された紫外線を側面から出射可能な導光路と、紫外線光源である半導体発光素子とを備え、導光路の長手方向両端部に半導体発光素子から紫外線を導入することを特徴とする。
【０００６】
導光路を用いることで、数少ない紫外線光源を用いた場合においても、導光路の側面からライン状に分布した紫外線を出射して、紫外線照射領域を点から線に広げることができる。これにより、紫外線硬化型樹脂が十分な積算光量の紫外線を受けることができるようになるため、光ファイバ被覆の硬化性が向上する。紫外線光源の数が少なくてよいため、低消費電力、且つ、低ランニングコストを実現することができる。また、紫外線光源を半導体発光素子から構成した場合には、ＵＶランプを用いたシステムに比べて長寿命、低消費電力、低ランニングコストを達成することができる。
【０００７】
また、導光路の側面から出射される紫外線を光ファイバに向けて集光する集光装置を更に備えることが好ましい。集光装置がある場合には、集光によって、紫外線硬化型樹脂上の紫外線密度を向上させることができるため、更に効率的に樹脂硬化を促進させることができる。
【０００８】
また、導光路の長手方向に沿って設けられた反射体を更に備え、反射体の位置は、反射体で反射された紫外線が光ファイバ方向へ向かうように設定されていることが好ましい。反射体は、膜状のものであっても、金属ブロックの表面であってもよいが、このような反射体を用いることにより、紫外線硬化型樹脂に到達する紫外線量を増加させることができるため、更に効率的に樹脂硬化を促進させることができる。
【０００９】
また、複数の紫外線ユニットから出射された紫外線がそのスペクトルにおいて複数のピーク波長を有していることが好ましい。半導体発光素子から照射される紫外線はピーク波長をほぼ中心とした狭い波長領域の光である。一方、紫外線硬化型樹脂に含まれる光重合開始剤の吸収スペクトルはそれよりも広い波長領域である。半導体発光素子の発光スペクトルのピーク波長が複数あるということはそれから照射される紫外線の波長領域が広いということであり、紫外線硬化型樹脂に含まれる光重合開始剤を十分に開裂することができるので紫外線硬化型樹脂を十分に硬化させることができる。
【００１０】
また、１つの紫外線ユニットから出射された紫外線がそのスペクトルにおいて複数のピーク波長を有していることが好ましい。一つの紫外線ユニットから出射される紫外線のピーク波長が一つであれば、それとはピーク波長の異なる紫外線を出射する紫外線ユニットを光ファイバの長さ方向（走行方向でもある）に並べることより複数のピーク波長の紫外線を光ファイバ表面に塗布された紫外線硬化型樹脂に照射することができる。それに比べて一つのユニットから複数のピーク波長の紫外線を出射すれば、光ファイバの長さ方向に紫外線ユニットを並べる必要が必ずしもない。
【００１１】
また、本発明に係る光ファイバの被覆形成方法は、紫外線硬化型樹脂が塗布された光ファイバに対して、紫外線照射装置から紫外線を照射して硬化させる光ファイバの被覆形成方法において、この紫外線照射装置は、光ファイバの周囲に配置される複数の紫外線照射ユニットを備え、それぞれの紫外線照射ユニットは、光ファイバの長手方向に沿って延びており、且つ、内部に導入された紫外線を側面から出射可能な導光路と、導光路の長手方向両端部から紫外線を導入する紫外線光源と、を備え、この被覆形成方法は、紫外線光源から導入した紫外線を導光路の側面から出射し、長手方向に沿ったライン状の紫外線を、光ファイバに照射することを特徴とする。
【００１２】
本発明の方法によれば、上述のように、数少ない半導体紫外線発光素子を用いた場合においても、導光路の側面からライン状に分布した紫外線を出射して紫外線硬化型樹脂を硬化することができるので、低消費電力、且つ、低ランニングコストを実現することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の紫外線照射装置及び光ファイバの被覆形成方法によれば、数少ない半導体紫外線発光素子を使用して紫外線硬化型樹脂の硬化性を向上させることが可能となる。また、紫外線光源を長寿命とすることもできる。紫外線光源が低消費電力ともなるのでランニングコストも少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、実施の形態に係る紫外線照射装置及び光ファイバの被覆形成方法について説明する。なお、同一要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、紫外線照射装置ＵＶＡを分解して示す斜視図であり、図２は図１に示した紫外線照射装置ＵＶＡのＩＩ−ＩＩ矢印縦断面図、図３は図１に示した紫外線照射装置ＵＶＡのＩＩＩ−ＩＩＩ矢印水平断面図である。
【００１６】
まず、本実施形態に係る製造方法によって製造される光ファイバＦについて説明する。
図２に示すように、本実施形態において、光ファイバ素線は裸光ファイバＦ１と、その表面を被覆している被覆層Ｃ１，Ｃ２とを含んで構成されている。裸光ファイバＦ１は、プリフォームを線引きして形成されたガラスファイバである。被覆層Ｃ１，Ｃ２は、紫外線が照射されると硬化する紫外線硬化型樹脂からなり、裸光ファイバＦ１の表面を保護する機能を有している。なお、被覆層Ｃ１，Ｃ２は、裸光ファイバに隣接している内層（プライマリ樹脂）Ｃ１と、その内層Ｃ１を取り巻く外層（セカンダリ樹脂）Ｃ２の２層から構成されている。
【００１７】
本実施形態において、被覆層Ｃ１，Ｃ２が顔料・染料などで着色されている場合には、識別性を付与する機能を有することもできる。また、被覆層Ｃ２の外側に紫外線硬化型樹脂からなる着色層が設けられることもある。
【００１８】
内層Ｃ１及び外層Ｃ２に含めることができるラジカル系光重合開始剤の一例は、以下の通りであり、これらの光重合開始剤は、いずれか単独又は複数を組み合わせて用いることができる。
（１）イルガキュア９０７：（２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モリフォリノプロパン−１−オン）
（２）イルガキュア８１９：（ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルフォスフィンオキサイド）
【００１９】
各光重合開始剤の化学構造式を図１８（イルガキュア９０７：以下、Ｉ−９０７）、図１９（イルガキュア８１９：以下、Ｉ−８１９）にそれぞれ示す。なお、「イルガキュア」は登録商標であり、上記光重合開始剤はチバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製のものである。
【００２０】
上述のラジカル系光重合開始剤と共に、内層Ｃ１及び外層Ｃ２に含有される樹脂材料の一例は以下の通りである。
【００２１】
（内層Ｃ１）
内層Ｃ１には、軟質（ヤング率が１ｋｇ/ｍｍ２以下のものを言う）の紫外線硬化型樹脂を用いることが望ましい。内層樹脂には、ポリエーテル系或いはポリエステル系ウレタンアクリレートの使用が好ましく、必要に応じて反応性希釈モノマーを含んでも良い。反応性希釈モノマーとしては、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクタム等の化合物が挙げられ、これらは１種使用しても良いし、２種以上併用しても良い。内層Ｃ１のヤング率は、例えば紫外線硬化型樹脂のポリエーテル部分の分子量及び希釈モノマーの種類により調整する。即ち、内層Ｃ１は、ポリエーテル部分の分子量を大きくすること、及び直鎖状の分子量の大きな単官能希釈モノマーを選定することでヤング率を小さくすることが出来る。
【００２２】
（外層Ｃ２）
外層Ｃ２には、硬質（ヤング率が１０ｋｇ/ｍｍ２以上のものを言う）の紫外線硬化型樹脂を用いることが望ましい。外層樹脂には、ポリエーテル系或いはポリエステル系ウレタンアクリレートの使用が好ましく、必要に応じて反応性希釈モノマーを含んでも良い。反応性希釈モノマーとしては、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクタム等の化合物が挙げられ、これらは１種使用しても良いし、２種以上併用しても良い。外層Ｃ２は、ポリエステル又はポリエーテル部分の分子量を小さくすること、ウレタン基濃度を上げること、及びベンゼン環等の剛直な分子構造を有するモノマーや多官能モノマーを選定することでヤング率を大きくすることが出来る。
【００２３】
図１を参照すると、紫外線照射装置ＵＶＡは、円筒形の支持筐体６０と、支持筐体６０の内壁に固定された複数の紫外線照射ユニットＵＡを備えている。支持筐体６０のＺ軸方向の長さは１００〜３００ｍｍであることが好ましい。支持筐体６０の長手方向の両端には、円環状の水冷装置ＷＣ１，ＷＣ２が固定されている。水冷装置ＷＣ１，ＷＣ２は中空構造を有しており、その内部には側面の一端から冷却液Ｗが導入され、他端から排出される（図３参照）。ＸＹＺ直交座標系のＺ軸方向を光ファイバＦの長手方向とすると、光ファイバＦはＺ軸に沿って走行する。支持筐体６０及び水冷装置ＷＣ１，ＷＣ２の中央には貫通孔が形成されており、この貫通孔内を光ファイバＦが貫通している。なお、支持筐体６０及び各紫外線照射ユニットＵＡの長手方向も、Ｚ軸方向に一致している。
【００２４】
図２に示されるように、各紫外線照射ユニットＵＡは、縦長の支持部６３と、支持部６３に固定された導光路（導光板）６１と、導光路６１の光ファイバＦ側の側面に連続して設けられたシリンドリカルレンズからなる集光レンズ（集光装置）６２を備えている。導光路６１の長手方向の両端部には、光源のマウント基台３６が固定されており、基台３６の凹部内には紫外線光源としての半導体発光素子３５が固定されている。
【００２５】
導光路６１の形状は、柱状であれば特に限定されないが、四角柱や円柱などの形状を採用することができる。本例の導光路６１の形状は四角柱であり、その光ファイバ側の側面に半円柱状のシリンドリカルレンズが集光レンズ６２として位置している。なお、シリンドリカルレンズを構成する集光レンズ６２の中心軸はＺ軸に平行であり、集光レンズ６２は、導光路６１の側面から出射される紫外線を光ファイバＦに向けて集光する。導光路６１は紫外線を伝播させる石英ガラスなどからなり、光ファイバＦの長手方向に沿って延びており、且つ、内部に導入された紫外線を側面から出射することができる。なお、導光路６１の材料は、紫外線に対して透光性を有していれば特に限定されない。
【００２６】
導光路６１の長手方向両端部からは、半導体発光素子３５から導光路６１の長手方向に沿って紫外線ＵＶが導入されるが、この紫外線ＵＶは、導光路６１の光ファイバＦ側の側面から出射され、集光レンズ６２によって集光され光ファイバ表面に塗布された被覆樹脂Ｃ１，Ｃ２に照射される。樹脂被覆上でライン幅１ｍｍ程度に集光される。紫外線光源は、その発光波長のピーク位置が紫外線硬化型樹脂に含まれる光重合開始剤の吸収波長のピーク位置と重なることが好ましい。紫外線光源から発せられた紫外線ＵＶは、ライン状に導光路全体にわたって上下方向に沿って広げられ、その光ファイバ側に具備された集光レンズにて、２層の樹脂被覆上で１ｍｍ幅程度の縦長ライン状に集光される。
【００２７】
なお、半導体発光素子３５は、自身の発熱によりかなりの高温（〜１００℃）となり、高温劣化により照射強度が低下し、且つ自身の寿命を大きく減少させる。これを防ぐため、図２に示すように、冷却装置ＷＣ１，ＷＣ２が紫外線光源の基台３６に接触し、熱的に接続されている。冷却装置ＷＣ１，ＷＣ２によって、基台３６及び半導体発光素子３５も冷却される。半導体発光素子３５を冷却すると、高温化による出力低下や経時劣化を抑制することができ、長寿命化を達成することができる。
【００２８】
また、支持筐体６０の貫通孔内には、窒素などの不活性ガスが矢印ＧＩＮで示されるように、ガス導入管ＩＮＡを介して上方から導入されており、不活性ガスは支持筐体６０の内部を通り、矢印ＧＯＵＴで示されるように、ガス排出管ＯＵＴＡを介して下方から廃棄される。これらのガス導入管ＩＮＡ，ガス排出管ＯＵＴＡの周囲は適度に封止することもできるが、封止しなくてもよい。ガス排出管ＯＵＴＡからは不活性ガス及び揮発した樹脂の成分が排出される。
【００２９】
また、支持筐体６０内に不活性ガスを導入すると、以下のような二次的な効果も生じる。
【００３０】
まず、支持筐体６０内に不活性ガスを導入すると、内部の酸素が追い出され、樹脂の表面の硬化が促進される。紫外線硬化型樹脂が硬化するときに雰囲気中の酸素濃度が０．５（ｖｏｌ％）以上となると、紫外線硬化型樹脂の硬化が不十分となる。したがって、光ファイバに塗布された紫外線硬化型樹脂を硬化するときは、その周囲の酸素濃度を下げるために窒素などのガスが流される。このガスに含まれる酸素含有率は０．５Ｖｏｌ％未満であり、これにより、樹脂表面の硬化阻害作用が抑制される。なお、酸素により硬化が阻害される樹脂は、アシルフォスフィンオキサイド系、チタノセン系、等の光重合開始剤を含むラジカル重合系樹脂である。
【００３１】
次に、支持筐体６０内に窒素などの不活性ガスを流すことによって、樹脂の揮発成分を除去することができるので、集光レンズ６２の表面の汚れや曇りを防止することができる。すなわち、樹脂に紫外線を照射すると、硬化反応熱や輻射熱によって樹脂の低分子量成分が揮発し、この揮発成分が集光レンズ６２の表面に付着して硬化し、これらの表面が曇り、紫外線が遮られてしまう傾向がある。
【００３２】
この場合、紫外線硬化型樹脂に届く紫外線量（パワー）が減り紫外線硬化型樹脂が十分硬化しなくなる。したがって、揮発分が集光レンズの表面に付着する前に除去する必要がある。これらの理由から光ファイバを管に通して、その管の中に窒素ガスなどを流す。本形態では、このような不活性ガスにより揮発成分を除去することができる。
【００３３】
本形態では、光ファイバＦの周囲にガスを流して揮発分が樹脂から出てくれば、すぐにガス流とともに除去する。光ファイバの周囲に効率良くガスを流すため、光ファイバを支持筐体６０で覆って、その支持筐体６０中にガスを流している。ガス流を作る支持筐体６０が先に説明した紫外線光源を固定するための基材を兼ねているため、紫外線光源は熱を発するが、このガス流により放熱が行われ、温度が上がり過ぎることを防ぐことができる。これにより紫外線光源の寿命が延びる。
【００３４】
更に、不活性ガスの流れを層流に近づけることによって、支持筐体６０内での光ファイバの振動を抑制することも可能となる。
【００３５】
また、図３に示すように、光ファイバＦの周囲すべての紫外線硬化型樹脂を硬化させるには、ＸＹ平面内において、光ファイバＦの周囲の複数箇所（３箇所以上）に紫外線照射ユニットＵＡを配置して紫外線ＵＶを照射することが好ましい。本例では、４つの紫外線照射ユニットＵＡがＸＹ平面内においてＺ軸回りに９０度ずつ離間して配置されている。なお、紫外線照射ユニットＵＡは、図１５に示すように、Ｚ軸回りに１２０度毎の角度をなすように３つ配置されていてもよく、図１６に示すように、Ｚ軸回りに７２度毎の角度をなすように５つ配置されていてもよい。もちろん、５つ以上の紫外線照射ユニットＵＡを配置することも可能である。なお、支持筐体６０として、石英管を用いることも可能であるが、これは金属からなることとしてもよい。そして、集光レンズ６２を含めた紫外線光源の表面を窒素ガスなどの不活性ガス流が通るので、このガス流によっても集光レンズ６２、導光路６１及び基台３６を介して半導体発光素子３５が冷却され、温度が上がりすぎることがないため、半導体発光素子３５の寿命が更に延びることとなる。
【００３６】
図４は、１つの紫外線照射ユニットＵＡを分解して示すユニット近傍構造の斜視図である。なお、他のユニット近傍構造も同図に示す構造と同一である。
支持筐体６０の内面はＺ軸に沿って延びた半円筒面からなる凹部６０ａを有しており、この凹部６０ａ内に、支持部６３が嵌って固定されている。支持部６３はＺ軸に沿って延びた柱状形状を有しており、導光路６１を支持して固定するための凹部６３ａを備えている。四角柱状の導光路６１は、支持部６３の凹部６３ａ内に嵌って固定される。導光路６１の長手方向（Ｚ軸）に沿って反射体が設けられている。例えば、支持部６３の凹部６３ａの表面にＡｌやＡｇなどの金属反射膜を形成し、これを反射体とする。或いは、支持部６３自体をＡｌやＡｇなどから構成し、凹部６３ａの表面を鏡面加工する、或いは、導光路６１の凹部６３ａに接触する領域上にＡｌやＡｇなどを含む反射膜を形成し、これを反射体とすることができる。
【００３７】
このように、紫外線光源が配置される上下端面と、集光レンズが配置される光ファイバ側の面以外の側面については、内部の光を外に漏らさず内部へ反射可能な反射膜を形成することが好ましい。反射体の材料としては、ＡｌやＡｇの他、Ａｕを用いることができ、反射膜は蒸着によって形成することができる。また、誘電体多層膜を用いることもできる。これらの材料は、反射率の調整、信頼性、価格の面で実用的である。いずれにしても、反射体で反射された紫外線の一部もが集光レンズ６２へ向かうように設定されている。集光レンズ６２は、紫外線ＵＶの集光によって、紫外線硬化型樹脂上の紫外線密度を向上させることができるため、効率的に樹脂硬化を促進させることができる。
図５は、紫外線光源の斜視図である。
【００３８】
長方形のセラミックスからなるマウント基台３６は、すり鉢状の凹部３６ａを有しており、この凹部３６ａの底面上に半導体発光素子３５が固定されている。マウント基台３６の凹部３６ａの内面には必要に応じてＡｇやＡｌなどからなる反射膜が形成されることが好ましい。基台３６の凹部３６ａの形成された面が導光路６１のＺ軸方向の両端面に固定される。
【００３９】
図６は、別の形態に係る１つの紫外線照射ユニットＵＡを分解して示すユニット近傍構造の斜視図である。なお、他のユニット近傍構造も同図に示す構造と同一である。
【００４０】
この紫外線照射ユニットＵＡの図４に示したものとの相違点は、図４に示された集光レンズ６２を除いた点のみであり、支持部６３の凹部６３ａの表面にＡｌやＡｇなどの金属反射膜を形成し、これを反射体とするなど、他の構成・作用は同一である。この形態に示すように、集光レンズが無い場合、四角柱の導光路６１の側面から出射される紫外線ＵＶは紫外線硬化型樹脂上に集光はされないが、一定の樹脂硬化作用は奏することができる。
【００４１】
図７は、更に別の形態に係る１つの紫外線照射ユニットＵＡを分解して示すユニット近傍構造の斜視図である。なお、他のユニット近傍構造も同図に示す構造と同一である。
【００４２】
この紫外線照射ユニットＵＡの図４に示したものとの相違点は、支持部６３の凹部６３ａの形状を半円筒面とし、導光路６１の形状を円柱形として、凹部６３ａ内に嵌め込み、導光路６１の半円形の側面から紫外線が出射される構成にした点である。なお、光源の基台３６の形状も円柱形に変更しており（図８参照）、凹部３６ａの形成された表面が導光路６１の両端面に固定される。支持部６３の凹部６３ａの表面にＡｌやＡｇなどの金属反射膜を形成し、これを反射体とするなど、その他の構成・作用は、図４に示したものと同一である。この形態に示すように、円柱の導光路６１の側面から出射される紫外線ＵＶは紫外線硬化型樹脂上に集光はされないが、一定の樹脂硬化性は奏することができる。
【００４３】
図９は、更に別の形態に係る１つの紫外線照射ユニットＵＡを分解して示すユニット近傍構造の斜視図である。なお、他のユニット近傍構造も同図に示す構造と同一である。
【００４４】
この紫外線照射ユニットＵＡの図７に示したものとの相違点は、導光路６１の形状を半円柱形として、凹部６３ａ内に嵌め込み、且つ、集光レンズ６２を除いた点である。
なお、光源の基台３６の形状も半円柱形に変更しており（図１０参照）、凹部３６ａの形成された表面が導光路６１の両端面に固定される。支持部６３の凹部６３ａの表面にＡｌやＡｇなどの金属反射膜を形成し、これを反射体とするなど、その他の構成・作用は、図７に示したものと同一である。この形態に示すように、半円柱状の導光路６１の側面から出射される紫外線ＵＶは紫外線硬化型樹脂上に集光はされないが、一定の樹脂硬化性は奏することができる。
【００４５】
次に、紫外線光源について詳説する。
【００４６】
紫外線光源を構成する半導体発光素子３５としては、紫外線レーザダイオード（ＵＶ−ＬＤ）又は紫外線発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ）が用いられる。半導体発光素子３５は、例えば図示しない制御装置に電気的に接続され、該制御装置により半導体発光素子３５への供給電力が制御されても良い。紫外線硬化型樹脂を硬化するためには、照射する紫外線の照射強度が５０００〜７０００ｍＷ／ｃｍ２であることが好ましい。
【００４７】
半導体発光素子３５であるＵＶ−ＬＥＤは、単一で狭い（±５ｎｍ）発光波長を有するが、本システムの紫外線照射装置ＵＶＡには、発光スペクトルのピーク値を与える波長（中心波長）が異なる２種類以上の半導体発光素子３５を、一つの紫外線照射ユニットＵＡに同時に搭載している。例えば、図４（図６、図７又は図９）の上側に示す半導体発光素子３５の発光スペクトルが第１の発光スペクトルであり（第１の半導体発光素子）、下側の半導体発光素子３５の発光スペクトルが第２の発光スペクトル（第２の半導体発光素子）である。なお、複数の紫外線照射ユニットＵＡを配置した場合には、第１の紫外線照射ユニットＵＡに、第１の半導体発光素子３５を搭載し、第２の紫外線照射ユニットＵＡに、第２の半導体発光素子３５を搭載してもよい。
【００４８】
より具体的には、第１及び第２スペクトルのピーク値を与える波長（ピーク波長）λ１、λ２は、それぞれ、紫外線硬化型樹脂に含まれる光重合開始剤の吸収スペクトルのピーク値を与える波長λ３±１０ｎｍの範囲内、又は吸収スペクトルのショルダー値を与える波長λ４±１０ｎｍの範囲内に存在する。すなわち、これらは以下の関係式を有している。
・λ３−１０ｎｍ≦λ１≦λ３＋１０ｎｍ
・λ３−１０ｎｍ≦λ２≦λ３＋１０ｎｍ
・λ４−１０ｎｍ≦λ１≦λ４＋１０ｎｍ
・λ４−１０ｎｍ≦λ２≦λ４＋１０ｎｍ
【００４９】
図１３は、光重合開始剤の種類と、ピーク値を与える波長λ３及びショルダー値を与える波長λ４を示す表である。
【００５０】
なお、実用的には、ピークの波長が３６５ｎｍより長波長側のＬＥＤを用いた場合、発光出力が大きくなる。
【００５１】
例えば、樹脂中に光重合開始剤としてＩ−８１９が用いられている場合、その吸収波長のピーク位置λ３は２８０−３００ｎｍであり、ショルダー位置λ４は３６５ｎｍであるから、半導体発光素子３５としては、（Ａ）２９０±１０ｎｍ、（Ｂ）３６５±１０ｎｍのいずれかの範囲に発光波長のピーク位置λ１、λ２を持つ２種類のＵＶ−ＬＥＤを用いればよい。
【００５２】
このようなＵＶ−ＬＥＤは、以下のような材料から構成することができる。
（Ａ）２９０ｎｍ±１０ｎｍ
活性層：ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、Ｃ、等
基板：Ａｌ２Ｏ３、ＧａＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、等
（Ｂ）３６５ｎｍ±１０ｎｍ
活性層：ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、Ｃ、等
基板：Ａｌ２Ｏ３、ＧａＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、等
【００５３】
また、内層Ｃ１および外層Ｃ２の樹脂中にＩ−８１９という光重合開始剤が用いられている場合には、中心波長λ１、λ２が、それぞれ（Ｃ）３６５±５ｎｍ及び（Ｄ）３９５±５ｎｍのＬＥＤを使用してもよい。
【００５４】
このようなＵＶ−ＬＥＤは、以下のような材料から構成することができる。
（Ｃ）３６５ｎｍ±５ｎｍ
活性層：ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、Ｃ、等
基板：Ａｌ２Ｏ３、ＧａＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、等
（Ｄ）３９５ｎｍ±５ｎｍ
活性層：ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、Ｃ、等
基板：Ａｌ２Ｏ３、ＧａＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、等
【００５５】
上述のように、一つのＬＥＤから出る波長の幅が狭いので、一種類のＬＥＤを使用するのでは樹脂の硬化性が不十分であるが、二種類以上のＬＥＤを使用して紫外線硬化型樹脂の吸収ピーク波長の近くのある程度幅のある波長の光を照射すると、紫外線硬化型樹脂を十分に硬化させることができる。
【００５６】
次に、本実施形態に用いられる光ファイバ素線の製造装置について図１１及び図１２を用いて説明する。なお、図１１又は図１２において、符号６，７，１０，１１，１２は紫外線照射装置を示しており、図１に示した紫外線照射装置ＵＶＡは、これらの紫外線照射装置の代表として示されている。
【００５７】
図１１は、光ファイバ素線を製造する第１の製造装置を示す図である（タンデムコーティング方式）。
【００５８】
この製造装置は、プリフォーム１を収容する線引炉２、強制冷却装置３、外径測定器４、第１の塗布装置５、紫外線照射装置６，７、外径測定器８、第２の塗布装置９、紫外線照射装置１０，１１，１２、外径測定器１３、気泡センサ１４、ガイドローラ１５、キャプスタン１６、巻き取りボビン１７を、光ファイバの通過経路に沿う順番に備えている。
【００５９】
図１２は、光ファイバ素線を製造する第２の製造装置を示す図である（デュアルコーティング方式）。
【００６０】
この製造装置は、プリフォーム１を収容する線引炉２、強制冷却装置３、外径測定器４、第１の塗布装置５、第２の塗布装置９、偏肉測定器２０、紫外線照射装置６，７，１０，１１、外径測定器１３、気泡センサ１４、ガイドローラ１５、キャプスタン１６、巻き取りボビン１７を、光ファイバの通過経路に沿う順番に備えている。
【００６１】
上述の製造装置においては、プリフォーム１から引き出された光ファイバＦの走行方向は鉛直方向に設定されている。線引炉２は、石英ガラスを主成分とするプリフォーム１を線引きして裸光ファイバＦ１（光ファイバＦ）を形成するための装置である。線引炉２は、線引炉２内にセットされるプリフォーム１を挟んで（或いは囲んで）配置されるヒーターを有している。プリフォーム１は、その端部がヒーターにより加熱されて溶融し、線引きされて光ファイバＦとなる。線引きされた光ファイバＦは、所定の走行方向に沿って移動する。
【００６２】
強制冷却装置３は、線引きされた光ファイバＦを冷却するための装置である。強制冷却装置３は、光ファイバＦを十分に冷却するために所定の走行方向に沿って所定の長さを備えている。強制冷却装置３は、光ファイバＦを冷却するために例えば図示しない吸気口及び排気口を備え、この吸気口及び排気口から冷却用ガスを導入することによって光ファイバＦを冷却する。
【００６３】
塗布装置５，９は、裸光ファイバに樹脂を塗布するための装置である。塗布装置５，９には紫外線によって硬化する２種類の液状の樹脂が保持されており、塗布装置の樹脂中を裸光ファイバが通過することによって裸光ファイバの表面に内層樹脂（プライマリ樹脂５Ａ）と外層樹脂（セカンダリ樹脂９Ａ）が塗布される。
【００６４】
図１１に示した例では、これらの樹脂が異なる時期に塗布してから順次硬化され（タンデムコーティング）、図１２に示した例では、これらの樹脂が同時に塗布されてから同時に硬化される（デュアルコーティング）。但し、タンデムコーティング方式の場合はデュアルコーティング方式に比べてスペース効率が悪くなる。
【００６５】
紫外線照射装置６，７，１０，１１，１２は、裸光ファイバの表面に塗布された２種類の樹脂に紫外線を照射して硬化させるための装置である。表面に２種類の樹脂が塗布された裸光ファイバが紫外線照射装置を通過することによって、裸光ファイバ及び２層の被覆層を有する光ファイバ素線が形成される。
【００６６】
ガイドローラ１５は、２種類の樹脂が塗布された光ファイバが所定の走行方向に沿って移動するように光ファイバを案内するための装置である。光ファイバ素線は、ガイドローラー１５により走行方向が変更されて、キャプスタン１６に引き取られ、巻き取りボビン１７へ送られる。巻き取りボビン１７は、完成した光ファイバ素線を巻き取るための装置である。
【００６７】
上述の構成では、樹脂被覆の表層部から内部まで十分な硬化特性を持たせることが可能となり、ファイバの品質を良好に保つことができる。特に、短波長側の紫外線が樹脂表面の硬化を促進する。例えば、光重合開始剤がＩ−８１９の場合、２８０〜３００ｎｍの範囲内にピークを有する紫外線を各半導体発光素子から照射すると、紫外線硬化型樹脂の表面がまず硬化する。先に表面を硬化させて、その後に別の紫外線照射装置で、例えば、３６５±１０ｎｍの範囲内にピークを有する紫外線を各半導体発光素子から照射し、紫外線硬化型樹脂の内部を硬化させることができる。
【００６８】
樹脂の表面が硬化していればガイドローラで方向を光ファイバの走行方向を変えることができるので、後から紫外線を照射する紫外線照射装置は、図１１又は図１２において縦に並んでいる紫外線照射装置１０，１１，（１２）の一部を、ガイドローラ１５の下流でキャプスタン１６の直前までに、配置することができる。例えば、図１１のタンデムコート型のシステムの場合、紫外線照射装置１０，１１，１２の一部をガイドローラ１５の下流に設置すると、その分のスペースは冷却装置を延長するなど光ファイバの冷却にあてることができ、冷却長を延長することにより、光ファイバの線速を上げることができる。
【００６９】
また、紫外線照射装置は、光ファイバの樹脂被覆層の硬化状態に応じて何台使用しても良い。また、図１１及び図１２では光ファイバの線引の例を示したが、ボビンに巻き取られた光ファイバを繰り出して、その上にさらに紫外線硬化型樹脂を被覆する場合も、紫外線を照射して前記紫外線硬化型樹脂を硬化することは同様にできる。
【００７０】
また、上述のように、実施形態にかかる光ファイバの被覆形成方法は、紫外線硬化型樹脂が塗布された光ファイバに対して紫外線を照射して硬化させる光ファイバの被覆形成方法において、紫外線硬化型樹脂に、ピーク波長の異なる少なくとも２種類の紫外線を照射している。ピーク波長の異なる２種類の紫外線は、同時に照射されることが好ましいが、別々に照射されてもよく、また、連続光であっても、パルス光であってもよい。なお、パルス光の場合には、各パルスの紫外線照射タイミングをずらすことも可能である。また、紫外線照射装置は、光ファイバの樹脂被覆層の硬化状態に応じて数台直列に並べて使用することができる。
【００７１】
以下実施例に基づき本発明を具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
【００７２】
図１の紫外線照射装置を用いたデュアルコーティング方式の線引法により二層被覆光ファイバを製造した。得られた二層被覆光ファイバは、外径１２５ｕｍφのガラスファイバ外周に内層２００μｍφ、外層２４０μｍφの二層の紫外線硬化型樹脂を塗布硬化させた。内層樹脂、及び外層樹脂共に、光重合開始剤Ｉ−８１９を含む物を用いた。内層及び外層の樹脂のその他の材料としては、それぞれ、ウレタンアクリレートを用いた。これらの被覆樹脂の組合せに対して、紫外線光源として２種類の紫外線発光ダイオード（発光波長のピーク位置が３６５ｎｍと３９５ｎｍ）を用いて硬化させた。その際の硬化性をゲル分率にて評価した。
【００７３】
ここでゲル分率とは、樹脂がどの程度硬化しているかを示す指標であり、初期の重量をＷ０とし、この被覆から未硬化ゲル成分を溶剤抽出させた後の被覆重量をＷとするとき、ゲル分率＝（Ｗ／Ｗ０）×１００（％）の式で示される。従ってゲル分率は高い方が好ましい。被覆としては一般に９０％以上のゲル分率が望ましい。
【００７４】
実施例１では、図１に示すように、光ファイバの前後左右４方向に２５０ｍｍ長縦長の導光路を設置し、その上下端に、発光波長のピークが３６５ｎｍと３９５ｎｍの２種類のＵＶ−ＬＥＤを配置した。ＵＶ−ＬＥＤから出た紫外線は導光板の上下方向に広げられ、光ファイバ側に具備された集光レンズにより１ｍｍ幅×２５０ｍｍ長に集光され、光ファイバの樹脂被覆上に照射された。
【００７５】
比較例１では、導光路を用いず、光ファイバの前後左右４方向に、発光波長のピークが３６５ｍｍと３９５ｎｍの２種類のＵＶ−ＬＥＤを１個ずつ計２個縦に並べて配置した。ＵＶ−ＬＥＤから出た紫外線は、各々の紫外線発光ダイオードの表面に具備された集光レンズにより１ｍｍ幅×１２ｍｍ長（２個で２４ｍｍ長）に集光され、光ファイバの樹脂被覆上に照射された。
【００７６】
図１４は、実験結果を示す図表である。
【００７７】
実施例１のゲル分率は９２％、比較例１のゲル分率は７８％となった。実施例１では、ファイバ長にして２５０ｍｍの照射領域を確保したことで、得られた光ファイバの被覆硬化度は、ゲル分率で９０％を超え、良好な物となった。それに対し、比較例１では、照射領域がファイバ長にして２４ｍｍと圧倒的に少ないため、得られた光ファイバの被覆硬化度はゲル分率で９０％を大きく下回り、硬化不十分という結果になった。
【００７８】
また、複数の紫外線スペクトルを用いた場合の樹脂硬化性の優位性を検証するため、単数の紫外線スペクトルを用いて樹脂硬化を行い、樹脂硬化性を表面摩擦力にて評価した。
【００７９】
ここで、表面摩擦力の測定方法について説明する。
【００８０】
図１７は表面摩擦力の測定工程を示す模式図である。先ず、直径６ｍｍの円柱状の棒１００に、図１２に示す製造装置で製造された光ファイバ素線Ｆの一部を１００回密に１層巻き付け、ファイバ群ＦＢを形成する。光ファイバ素線Ｆの他の部分（長さ約１０００ｍｍ）を、光ファイバ素線Ｆが巻かれた棒１００と滑車１０１とにかける。この際、滑車１０１と棒１００とは、それらの間の光ファイバ素線がほぼ水平になるように配置しておく。また、滑車１０１と棒１００とに掛けられた光ファイバ素線の一端にはロードセル１０２を取り付け、他端には約３．４ｇの重り１０３を取り付ける。重り１０３が付けられてつり合っている状態で、ロードセル１０２に係る荷重を基準値としてのゼロとする。次に、５００ｍｍ／ｍｉｎ．の速さで矢印Ｍに沿ってロードセル１０２を２００ｍｍ引き上げる（この際、重りも引き上げられる）。
【００８１】
この時、ロードセル１０２で測定される荷重を０．０２秒間隔で取得する。ロードセル１０２が２０ｍｍから１２０ｍｍまで移動する間に取得されたデータを、ロードセル１０２の移動距離１０ｍｍ毎に、１０の区間に分け、それらの区間の最大値を平均して被覆層の表面摩擦力、言い換えれば光ファイバ素線の表面摩擦力とする。この値が０．４Ｎより大きい場合、樹脂（表面）は未硬化になる傾向があり、良品の光ファイバを製造しにくくなる場合が生じやすい。表面摩擦力が０．４Ｎより大きいと、ボビンに巻かれた状態で光ファイバ同士がくっついて、ボビンから光ファイバを繰り出せなくなることがある。表面摩擦力を０．４Ｎ以下とするとそういう問題がないので好ましい。また表面摩擦力が０．２Ｎより小さい場合は、必要以上に紫外線が樹脂に照射されているため、石英管内に曇りが生じやすくなる。
【００８２】
実施例１のように、複数の発光スペクトルを用いた場合、０．２Ｎと表面摩擦の好ましい被覆が形成されていた。また、実施例１において、光重合開始剤の吸収波長のピーク位置、又はショルダー位置±１０ｎｍの範囲に入る発光波長のピーク位置を持つ１種類の紫外線光源（波長３９５ｎｍ）を採用した場合、表面摩擦力は０．６Ｎとなった。ボビンに巻かれた光ファイバ同士がくっつかないようにするには、ピーク波長の異なる少なくとも２種類の紫外線を照射するのが好ましい。
【００８３】
上記実施例では、一つの紫外線照射装置に複数の発光波長のピークを持つ紫外線発光ダイオードを搭載する場合を説明したが、紫外線照射装置毎に異なる発光波長のピークを持つ紫外線発光ダイオードを搭載することも出来る。また、ＵＶ−ＬＥＤに代えて、ＵＶ−ＬＤを用いることも可能である。また、被覆された光ファイバの上にさらに樹脂を被覆する場合にも上記形態を適用することが可能である。さらに、光ファイバを束ねてテープ化する場合の樹脂被覆にも上記形態は適用することができる。このように、上記光ファイバは、素線に限らず、オーバーコートされてなる光ファイバ心線や、樹脂被覆された光ファイバなどの多様な形態の光ファイバを含んでいる。一旦、巻き取った光ファイバを再度繰り出して、樹脂被覆を行う場合にも、上述の装置は適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】紫外線照射装置ＵＶＡを分解して示す斜視図である。
【図２】図１に示した紫外線照射装置ＵＶＡのＩＩ−ＩＩ矢印縦断面図である。
【図３】図１に示した紫外線照射装置ＵＶＡのＩＩＩ−ＩＩＩ矢印水平断面図である。
【図４】１つの紫外線照射ユニットＵＡを分解して示すユニット近傍構造の斜視図である。
【図５】紫外線光源の斜視図である。
【図６】別の形態に係る１つの紫外線照射ユニットＵＡを分解して示すユニット近傍構造の斜視図である。
【図７】更に別の形態に係る１つの紫外線照射ユニットＵＡを分解して示すユニット近傍構造の斜視図である。
【図８】紫外線光源の斜視図である。
【図９】更に別の形態に係る１つの紫外線照射ユニットＵＡを分解して示すユニット近傍構造の斜視図である。
【図１０】紫外線光源の斜視図である。
【図１１】光ファイバ素線を製造する第１の製造装置を示す図である（タンデムコーティング方式）。
【図１２】光ファイバ素線を製造する第２の製造装置を示す図である（デュアルコーティング方式）。
【図１３】光重合開始剤の種類と、ピーク値を与える波長λ３及びショルダー値を与える波長λ４を示す表である。
【図１４】実験結果を示す図表である。
【図１５】紫外線照射装置ＵＶＡの水平断面図である。
【図１６】紫外線照射装置ＵＶＡの水平断面図である。
【図１７】表面摩擦力の測定工程を示す模式図である。
【図１８】化学構造式を示す図である。
【図１９】化学構造式を示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
Ｆ１・・・光ファイバ、Ｃ１・・・内層、Ｃ２・・・外層、３５・・・半導体発光素子、６１・・・導光路。
【図１】
2010117531.tif 000003
【図２】
2010117531.tif 000004
【図３】
2010117531.tif 000005
【図４】
2010117531.tif 000006
【図５】
2010117531.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010117531.tif 000009
【図８】
2010117531.tif 000010
【図９】
2010117531.tif 000011
【図１０】
2010117531.tif 000012
【図１１】
2010117531.tif 000013
【図１２】
2010117531.tif 000014
【図１３】
2010117531.tif 000015
【図１４】
2010117531.tif 000016
【図１５】
2010117531.tif 000017
【図１６】
2010117531.tif 000018
【図１７】
2010117531.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2010117531.tif 000021