(57)【要約】【課題】  ＵＶランプを用いた紫外線照射装置と比較して長寿命、低消費電力、且つ、低ランニングコストの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】  光ファイバＦ１の表面に紫外線硬化型樹脂からなる被覆層Ｃ１，Ｃ２を塗布し、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、紫外線硬化型樹脂に、紫外線を照射可能な位置に設けられた少なくとも２つ以上の半導体発光素子３４を備え、第１及び第２半導体発光素子は紫外線を発し、それらのピーク波長が異なっている。この装置は、光ファイバＦを囲むと共に内部にガスが流れる包囲管３１を有している。【選択図】  図１
2010117527.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、
前記光ファイバを囲むと共に内部にガスが流れる管と、その管の側面に設けられた紫外線透過用の貫通孔を通して、前記紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射可能な位置に設けられた少なくとも第１及び第２半導体発光素子とを備え、
前記第１及び第２半導体発光素子は紫外線を発し、それらのピーク波長が異なる、
ことを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
前記第１及び第２半導体発光素子は、放熱フィンに熱的に接続されてい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】
前記第１及び第２半導体発光素子は、自身以外の半導体発光素子の光出射面に向けて紫外線を出射しないように配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の紫外線照射装置。
【請求項４】
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、
前記光ファイバに前記光ファイバを囲む管を通過させつつ、前記管内にガスを供給すると共に、第１及び第２半導体発光素子が、前記紫外線硬化型樹脂に、ピーク波長の異なる紫外線をそれぞれ照射する工程、
を備えることを特徴とする光ファイバの被覆形成方法。
【請求項５】
前記ガスに含まれる酸素含有率が０．５Ｖｏｌ％未満である、
ことを特徴とする請求項４に記載の光ファイバの被覆形成方法。
【請求項６】
前記第１及び第２半導体発光素子は、放熱フィンに熱的に接続されていることを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載の光ファイバの被覆形成方法。
【請求項７】
前記第１及び第２半導体発光素子は、自身以外の半導体発光素子の光出射面に向けて紫外線を出射しないように、前記紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射することを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の光ファイバの被覆形成方法。
【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、本願発明者らが鋭意検討した結果、上記従来の装置では、光ファイバを被覆する被覆の硬化が不十分であり、光ファイバの品質に悪影響を及ぼすことが判明した。
【０００４】
すなわち、ＵＶ−ＬＥＤは、単一で狭い（±５ｎｍ程度）帯域の発光スペクトルを有しており、この発光スペクトルのピーク値を与える波長（ピーク波長）は、ＵＶ光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やショルダー値を与える波長の近傍には存在しないことがある。その場合、光重合開始剤からのラジカル生成が抑制され、樹脂硬化反応が促進されないという問題がある。かかる点からすれば、樹脂硬化を十分に促進させるには、ＵＶランプの方が有効であると考えるが、ＵＶランプは、寿命が短く消費電力が高いという難点がある。
【０００５】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、ＵＶランプを用いた紫外線照射装置と比較して長寿命、低消費電力、且つ、低ランニングコストの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】
【０００６】
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、光ファイバを囲むと共に内部にガスが流れる管と、その管の側面に設けられた紫外線透過用の貫通孔を通して、紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射可能な位置に設けられた少なくとも第１及び第２半導体発光素子とを備え、第１及び第２半導体発光素子は紫外線を発し、それらのピーク波長が異なることを特徴とする。
【０００７】
本発明の装置によれば、紫外線帯域内に少なくとも２つのスペクトルのピークを有しているため、紫外線硬化型樹脂の硬化を十分に促進させることができる。なお、紫外線帯域とは、波長１０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲である。これにより、半導体発光素子は、ＵＶランプよりも、長寿命で、消費電力が低く、したがって、ランニングコストが低い。したがって、本発明の装置は、半導体発光素子を用いているにも拘らず、紫外線硬化型樹脂の硬化を十分に促進させることができるため、長寿命、低消費電力、低ランニングコストでの動作が可能となる。特に、ガスが管内を流れることにより、第１及び第２の半導体発光素子が直接冷却されるため、これらから出射される光の強度が低下せず、且つ、半導体発光素子の寿命が延びることとなる。
【０００８】
また、第１及び第２半導体発光素子は、放熱フィンに熱的に接続されていることが好ましい。この場合、第１及び第２半導体発光素子は、放熱フィンによって効率的に冷却されるため、照射強度が低下せず且つ紫外線光源の寿命が延びることとなる。
【０００９】
また、第１及び第２半導体発光素子は、自身以外の半導体発光素子の光出射面に向けて紫外線を出射しないように配置されていることが好ましい。半導体発光素子の光出射面に、他の半導体発光素子から紫外線が入射すると、内部で発振などが生じたり、温度上昇が生じて、半導体発光素子が劣化し、その寿命が低下するが、本構成では、かかる状態を回避するように第１及び第２半導体発光素子が配置されている。したがって、半導体発光素子を長寿命化することができる。
【００１０】
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、光ファイバに光ファイバを囲む管を通過させつつ、管内にガスを供給すると共に、前記第１及び第２半導体発光素子が、紫外線硬化型樹脂に、ピーク波長の異なる少なくとも２種類の紫外線をそれぞれ照射する工程を備えることを特徴とする。また、前記ガスに含まれる酸素含有率は０．５Ｖｏｌ％未満であることが好ましい。
【００１１】
上述のように、ピーク波長の異なる少なくとも２種類の紫外線が照射されることにより、紫外線硬化型樹脂の硬化が促進される。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。ここで、ガスを流していることにより、第１及び第２の半導体発光素子が冷却されるため、これらから出射される光の強度が低下せず、且つ、半導体発光素子の寿命が延びることとなる。また、このガス中の酸素含有率を０．５Ｖｏｌ％未満とすることで、酸素による樹脂の表面硬化阻害作用を抑制することができる。
【００１２】
また、このような被覆形成方法においても、第１及び第２半導体発光素子は、放熱フィンに熱的に接続されていることが好ましい。この場合、第１及び第２半導体発光素子は、放熱フィンによって効率的に冷却されているため、照射強度が低下せず且つ紫外線光源の寿命が延びることとなる。
【００１３】
また、このような被覆形成方法においても、第１及び第２半導体発光素子は、自身以外の半導体発光素子の光出射面に向けて出射しないように、紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射することが好ましい。この配置によれば、上述のように、半導体発光素子内部での発振や温度上昇を抑制し、半導体発光素子を長寿命化することができる。
【発明の効果】
【００１４】
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、ＵＶランプを用いた紫外線照射装置と比較して長寿命、低消費電力、且つ、低ランニングコストで光ファイバ被覆を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
（第１実施形態）
図１は、線引き時の光ファイバの走行方向に沿った紫外線照射装置ＵＶＡの縦断面図であり、図２は図１に示した紫外線照射装置ＵＶＡのＩＩ−ＩＩ矢印水平断面図である。なお、図１は、図２におけるＩ−Ｉ矢印線に沿って切った装置の断面図を示している。
【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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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）
各光重合開始剤の化学構造式を図１１（イルガキュア９０７：以下、Ｉ−９０７）、図１２（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。
（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、または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。
（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、または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。
【００２１】
図１を参照すると、紫外線照射装置ＵＶＡは、（管）包囲管３１、複数の半導体発光素子３５からなる紫外線光源、集光レンズ３４、放熱金属板３３Ｍ及び放熱フィン３３Ｆを備えている。包囲管３１の形状は円筒状であり、半導体発光素子３５を固定するためのマウント基台３６が、放熱フィン３３Ｆの内壁に固定されている。包囲管３１は、その長手方向が光ファイバＦ１の走行方向に一致するように配置されている。そして、２種類の樹脂が内層Ｃ１及び外層Ｃ２として塗布された光ファイバＦ１が包囲管３１の中心軸に沿って移動する。
【００２２】
包囲管３１の材料は、遮光性を有する金属から構成することもできる。包囲管３１としては、本例では、紫外線透過用の貫通孔を側面に有する金属管（例：ステンレス鋼（ＳＵＳ））であるとする。本例では、半導体発光素子３５は、包囲管３１の周囲に配置され、その貫通孔を介して包囲管３１の内部に紫外線ＵＶが入射し、光ファイバＦ上に照射される。
【００２３】
なお、包囲管３１の材質は、１００℃くらいの温度に耐えられるものであれば、金属、樹脂、セラミクスなど特に限定されないが、紫外線を吸収せず温度が上昇しないものが好ましい。安価であることと加工性が容易であることからステンレス鋼などを使用するのが好ましい。
【００２４】
なお、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、光ファイバＦの周囲の複数箇所（３箇所以上）に半導体発光素子３５を配置して紫外線ＵＶを照射する必要があり、本形態は半導体発光素子３５を配置するための基材を包囲管３１とした。円筒形の包囲管３１には複数の貫通孔が開けられ、これらの貫通孔の開口部に半導体発光素子３５が取り付けられている。集光レンズ３４の取り付け位置は、包囲管３１の内壁面、外壁面、貫通孔の内面のいずれであってもよい。
【００２５】
包囲管３１として透明な石英管を用い、石英管の外に半導体発光素子３５及び集光レンズ３４を含む光源を配置し、石英管を通して紫外線を光ファイバに照射する構成の場合、光源位置が光ファイバから遠くなる。これに対して、複数の貫通孔が形成された包囲管３１を用いると、光源を光ファイバＦに近づけることができるため、装置の径方向の寸法を小型化することができる点で有利である。
【００２６】
また、ＵＶ−ＬＥＤ自体が発熱するものであるのでＵＶ−ＬＥＤをライン状に並べるとその発熱により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が、本発明では集光レンズ３４を含めた紫外線光源の表面を後述のガス流が通るので、このガス流によっても半導体発光素子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。
【００２７】
また、紫外線光源を複数段密に配置すれば硬化に要する装置の長さ（高さ）を短くすることができ、短くした長さの領域で光ファイバの冷却を行うことができる。この冷却長が長くなることで線速を速くすることができるため、生産性が向上する。
【００２８】
また、包囲管３１内を冷却するため、包囲管３１内に不活性ガスが矢印ＧＩＮで示すように導入され、包囲管３１内を通って、矢印ＧＯＵＴで示されるように包囲管３１から排気される。この不活性ガスとしては、例えば窒素ガスが安価にて用いられる。
【００２９】
また、包囲管３１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、包囲管３１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、包囲管３１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３４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３４に付着して硬化し、これらが曇り、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の周囲にガスが流れているので、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される。包囲管３１中にガスを流しているのでガスが拡散することもなく一定の流れとなり揮発分が効率的に除去される。
【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、包囲管３１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】
包囲管３１の図面上側に位置する塗布装置側の端部には、不活性ガスを矢印ＧＩＮの方向に導入するためのガス導入口が形成されている。ガス導入口にはガス導入管ＩＮＡが接続されており、不活性ガスがガス導入管ＩＮＡを介して包囲管３１内に導入される。また、ガス導入管ＩＮＡが接続されている端部と反対側の包囲管３１の端部には、ガス排出口が形成されている。ガス排出口にはガス排出管ＯＵＴＡが接続されており、不活性ガス及び揮発した樹脂の成分がガス排出管ＯＵＴＡを介して排出される。
【００３６】
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。半導体発光素子３５の前面には集光レンズ３４が固定されており、好ましくは２層の樹脂被覆上でスポット径φ１ｍｍ程度、または１ｍｍ幅×１２ｍｍ長くらいのラインビーム形状に集光される。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。
【００３７】
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、半導体発光素子３５は、これが固定されるマウント用基台３６、及び基台３６に固定された放熱金属板３３Ｍを介して、放熱フィン３３Ｆに熱的に接続されている。放熱フィン３３Ｆは、必要に応じて水冷してもよい。なお、放熱金属板３３Ｍ、放熱フィン３３Ｆ及び基台３６に用いることができる金属としては、ＣｕやＡｌが列挙される。放熱フィン３３Ｆにより、半導体発光素子３５において発生した熱を、マウント用基台３６及び放熱金属板３３Ｍを介して奪い、半導体発光素子３５の温度を約５０℃に保持することが可能となる。これにより、半導体発光素子３５も長寿命化する。
【００３８】
放熱フィン３３Ｆは紫外線が照射される向きとは反対に取り付け、包囲管３１の外に出るように取り付ける。包囲管３１の外壁が薄い場合には、図示の如く放熱フィン３３Ｆは、包囲管３１の周囲に放射状に広がる。包囲管３１の外壁が厚い場合には、紫外線光源の全体が包囲管３１内に埋め込まれるようになるが、この場合には、包囲管３１の貫通孔を介して、放熱フィン３３Ｆが包囲管３１の外に露出するように構成する。包囲管３１に開けた貫通孔から内部を流れるガスが漏れないように、包囲管３１に設けられた貫通孔と集光レンズ３４との間は樹脂等で密封するのが好ましい。
【００３９】
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、一つの紫外線照射装置ＵＶＡに同時に搭載している。例えば、図面の上から奇数番目の半導体発光素子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）、偶数番目の半導体発光素子３５の発光スペクトルが第２の発光スペクトルである（第２の半導体発光素子）。なお、複数の紫外線照射装置ＵＶＡを光ファイバの走行方向に沿って配置した場合には、第１の紫外線照射装置ＵＶＡに、第１の半導体発光素子３５を搭載し、第２の紫外線照射装置ＵＶＡに、第２の半導体発光素子３５を搭載してもよい。
【００４０】
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
図９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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、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の範囲に発光波長のピーク位置λ１、λ２を有する２種類のＵＶ−ＬＥＤを用いればよい。
【００４３】
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
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。
【００４４】
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
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。
【００４５】
半導体発光素子３５は、樹脂が塗布された光ファイバを中心として複数個配置されている。外層Ｃ２上でスポット径φ１ｍｍ程度または１ｍｍ幅×１２ｍｍ長くらいのラインビーム形状に集光するので、光ファイバの周囲全てに紫外線を照射するには、周囲方向に複数点から紫外線を照射する必要がある。例えば、図１に示した例では、１つの水平面内において、３個の半導体発光素子３５が配置される（図２参照）。なお、水平面は光ファイバの走行方向（長手方向）に垂直である。この３個の光源を１セットとし、一つの紫外線照射装置ＵＶＡには、光ファイバの走行方向に沿って数セットの光源が並べて配置されている。
【００４６】
図１には、５セットの光源が描かれているが、セット数は照射される紫外線エネルギーの総量により決定される。５セットとは限らない。これより多くのセット数を並べても、少ないセット数を並べても構わない。２種類以上の紫外線光源を一つの紫外線照射装置に同時に搭載する場合には、このセット毎に、発光波長のピーク位置が異なる紫外線光源を交互に並べて配置することができる。
【００４７】
反対側の半導体発光素子３５に紫外線ＵＶが当たると、その半導体発光素子３５の温度が上昇したり、不要な発振が生じることで、照射量が減り、かつ寿命が短くなるので、好ましくない。そこで、図２に記載のように、光ファイバを挟んで反対側に半導体発光素子３５が位置しないように、半導体発光素子３５を配置する。例えば図２のように、１つの水平面内において、１２０°間隔で半導体発光素子３５を配置する。すなわち、紫外線ＵＶの出射方向は、水平面内において、１２０度の角度を成している。換言すれば、１つの水平面内の第１、第２及び第３の半導体発光素子３５は、自身以外の半導体発光素子３５の光出射面に向けて紫外線を出射しないように配置されている。
【００４８】
半導体発光素子の集光スポット径は１ｍｍであり、これは光ファイバの直径よりも大きく、包囲管の反対側に一部分の紫外線が到達するが、かかる配置により、半導体発光素子の寿命を延ばすことができる。
【００４９】
図３は、上記光源の分解斜視図である。
【００５０】
長方形のセラミクスからなるマウント基台３６は、すり鉢状の凹部を有しており、この凹部の底面上に半導体発光素子３５が固定されている。半導体発光素子３５上には、半導体発光素子３５を収容する凹部を有する集光レンズ３４が設けられており、集光レンズ３４はマウント基台３６の凹部内に嵌っている。マウント基台３６の凹部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。
（第２実施形態）
図４は、線引き時の光ファイバの走行方向に沿った紫外線照射装置ＵＶＡの縦断面図であり、図５は図４に示した紫外線照射装置ＵＶＡのＶ−Ｖ矢印水平断面図である。なお、図４は、図５におけるＩＶ−ＩＶ矢印線に沿って切った装置の断面図を示している。
【００５１】
この実施形態に係る装置の第１実施形態の装置との相違点は、半導体発光素子３５の配置のみである。図５に示した例では、１つの水平面内において、４個の半導体発光素子３５が配置される。この４個の光源を１セットとし、一つの紫外線照射装置ＵＶＡには、光ファイバの走行方向に沿って数セットの光源が並べて配置されている。
【００５２】
図４には、５セットの光源が描かれているが、セット数は照射される紫外線エネルギーの総量により決定される。５セットとは限らない。これより多くのセット数を並べても、少ないセット数を並べても構わない。２種類以上の紫外線光源を一つの紫外線照射装置に同時に搭載する場合には、このセット毎に、発光波長のピーク位置が異なる紫外線光源を交互に並べて配置することができる。
【００５３】
反対側の半導体発光素子３５に紫外線ＵＶが当たると、その半導体発光素子３５の温度が上昇したり、不要な発振が生じることで、照射量が減り、かつ寿命が短くなるので、好ましくない。そこで、図４に記載のように、半導体発光素子３５を水平面に対して傾けて、反対側の半導体発光素子３５に紫外線ＵＶが当たらないようにしてある。換言すれば、図５に示したように、１つの水平面内の第１、第２、第３及び第４の半導体発光素子３５は、自身以外の半導体発光素子３５の光出射面に向けて紫外線を出射しないように配置されている。
【００５４】
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６及び図７を用いて説明する。なお、図６又は図７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又は図４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。
【００５５】
図６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）。
【００５６】
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。
【００５７】
図７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）。
【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、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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
図６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７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。
【００６３】
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。
【００６４】
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、巻き取りボビンへ１７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。
【００６５】
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。
【００６６】
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６又は図７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６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。
【００６７】
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６及び図７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。
【００６８】
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する工程とを備えており、紫外線硬化型樹脂の硬化が促進される。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。
【００６９】
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。
【００７０】
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１２５μｍφ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。
【００７１】
内層樹脂に含まれる光重合開始剤はＩ−８１９の一種類、外層樹脂に含まれる光重合開始剤も、Ｉ−８１９の一種類を用いた。これらの被覆樹脂の組合せに対して、紫外線光源として、一つの紫外線照射装置に紫外線発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ）を２種用いて硬化させた。すなわち、内層及び外層樹脂に含まれる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の前後±１０ｎｍの範囲に入る発光波長のピーク位置を持つ２種類の紫外線光源を採用した（例：３５５ｎｍ，３６５ｎｍ）。
【００７２】
包囲管の材質はステンレス鋼であり、包囲管の内径は３０ｍｍ、長さは２５０ｍｍである。包囲管内に導入される冷却用の不活性ガスとしては窒素ガスを用いた。その際の硬化性を表面摩擦力にて評価した。内層及び外層の樹脂の材料としては、それぞれウレタンアクリレートを用いた。
【００７３】
ここで、表面摩擦力の測定方法について説明する。
【００７４】
図８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７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）。
【００７５】
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。０．４Ｎ以下ではそういう問題がない。また０．２Ｎより小さい場合も、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。これらの結果を図１０に示す。
【００７６】
図１０に示す図表の結果から明らかなように、内壁に紫外線光源を配置した円筒管内部に不活性ガス層流を流すと（実施例１、実施例２）、０．２Ｎと表面摩擦の好ましい被覆が形成されていた。また、紫外線光源の温度も下げることが出来た。紫外線光源であるＬＥＤの寿命は、ＬＥＤの温度が７０℃であれば１００００時間、ＬＥＤの温度が５０℃であれば３００００時間（推定）であるので、放熱フィンがある場合（実施例１）は、紫外線光源の寿命が３００００時間以上であり、放熱フィンなしの場合（実施例２）は１００００時間〜２０００時間程度であると推定される。なお、上記の寿命とは照度変化率が初期の−２０％になるまでの時間である。
【００７７】
それに対し、不活性ガス層流無しの場合（比較例）、光ファイバを製造している間に、揮発成分が紫外線光源（集光レンズ）に付着して紫外線光源の表面が揮発成分の付着で曇ったために、照射強度が減少し、１００ｋｍ線引した時点で紫外線硬化型樹脂が硬化不十分となり、表面摩擦は０．６Ｎ以上となった。
【００７８】
なお、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種類の紫外線光源を採用した場合（例：３６５ｎｍ）、ガス流を流した場合においても、表面摩擦力はやはり０．６Ｎとなった。この場合は線引き開始時点から硬化不十分であった。
【００７９】
また、ＬＥＤが向き合わないように、光ファイバの周囲方向の１２０°間隔で配置し、かつ放熱フィンがあることにより、紫外線光源の温度は１００℃以上から約５０℃にまで冷却されており、高温による劣化を防ぎ、照射強度の低下（寿命の低下）を抑制できた。すなわち、ＵＶ−ＬＤやＵＶ−ＬＥＤなどの光源を樹脂部材内に封止している場合、光源自体が高温になるため、これを封止している樹脂部材やキャビティが劣化し、ＵＶ光の光ファイバ被覆樹脂への照射強度が低下し、しがたって、ＵＶ光硬化型樹脂の光硬化性が低下するが、上記冷却構造を採用することで、この高温化によるＵＶ−ＬＥＤ自体の寿命の低下を抑制することができる。特に、本実施形態では、複数のＵＶ−ＬＥＤが、自身以外の半導体発光素子の光出射面に向けて紫外線を出射しないように、紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射しているので、その温度上昇などが抑制されている。
【００８０】
本例では、半導体発光素子は１段に３個のセットを５段有し、合計１５個の半導体発光素子を使用しているが、図４に示すように１段に４個の半導体発光素子セットを４段有する構造にして、合計１６個の半導体発光素子を使用しても略同様の結果が得られる。
【００８１】
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】
【００８２】
【図１】線引き時の光ファイバの走行方向に沿った紫外線照射装置ＵＶＡの縦断面図である。
【図２】図１に示した紫外線照射装置ＵＶＡのＩＩ−ＩＩ矢印水平断面図である。
【図３】光源の分解斜視図である。
【図４】線引き時の光ファイバの走行方向に沿った紫外線照射装置ＵＶＡの縦断面図である。
【図５】図４に示した紫外線照射装置ＵＶＡのＶ−Ｖ矢印水平断面図である。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】表面摩擦力の測定工程を示す模式図である。
【図９】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を示す図表である。
【図１０】実験結果を示す図表である。
【図１１】化学構造式を示す図である。
【図１２】化学構造式を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
Ｆ１・・・光ファイバ、Ｃ１・・・内層、Ｃ２・・・外層、３５・・・半導体発光素子、３４・・・集光レンズ、３６・・・基台。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010117527.tif 000011
【図１０】
2010117527.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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