(57)【要約】【課題】  光ファイバを被覆する紫外線硬化型樹脂を十分に硬化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】  半導体発光素子３５は、矢印Ｋ１〜Ｋ４で示されるように、光ファイバＦに近づいたり、離れたりするように移動し、集光レンズ３４を介して集光される紫外線ＵＶの集光位置が移動する。この集光位置は、被覆樹脂上とすることもできるし、被覆樹脂の位置からは外すこともできる。光ファイバの高速線引時には、外層Ｃ２の表面又は内層Ｃ１の表面上に集光位置を合わせるが、光ファイバの低速線引時には、外層Ｃ２の表面又は内層Ｃ１の表面上から集光位置をずらす。換言すれば、線速に応じて、半導体発光素子３５の光ファイバＦからの距離が変わり、低速時には照射強度が小さくなり、高速時には照射強度が高くなる。【選択図】  図１
2010117530.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半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から出射された紫外線を集光する集光レンズと、
前記紫外線の集光位置を移動させる移動手段と、
を備えることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
前記移動手段は、前記半導体発光素子を前記光ファイバに対して移動させ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】
出射される紫外線のピーク波長が異なる半導体発光素子が複数種類含まれ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】
前記半導体発光素子の数は複数であり、各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又はその他の樹脂材料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、請求項２又は請求項３に記載の紫外線照射装置。
【請求項５】
紫外線硬化型樹脂が塗布された光ファイバに対して、請求項１に記載の紫外線照射装置を使用して、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、
前記光ファイバの走行速度が所定値未満の場合には、前記紫外線硬化型樹脂上に紫外線が集光しないように紫外線を照射する工程と、
前記光ファイバの走行速度が所定値以上の場合には、前記紫外線硬化型樹脂上に紫外線を集光するように紫外線を照射する工程と、
を備えることを特徴とする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、樹脂被覆を行うことが行われている。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、従来の装置の場合、低速線引時において、過度の紫外線を紫外線硬化型樹脂に照射すると、紫外線硬化型樹脂からの揮発物が多量に発生して紫外線光源に付着し、照射強度が低下し、高速線引時において、十分な樹脂硬化を行うことができないという問題が生じる。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、光ファイバを被覆する紫外線硬化型樹脂を十分に硬化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、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半導体発光素子と、半導体発光素子から出射された紫外線を集光する集光レンズと、紫外線の集光位置を移動させる移動手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
この装置によれば、紫外線の集光位置を移動させることができるため、紫外線硬化型樹脂上の紫外線強度を変更することができる。すなわち、光ファイバの走行速度が低速の場合には、単位面積当たりの紫外線照射時間は長くなるが、集光位置を紫外線硬化型樹脂から外して、単位面積当たりに照射される紫外線強度を低下させることで、過度の樹脂硬化と揮発物の発生を抑制する。光ファイバの走行速度が高速の場合には、単位面積当たりの紫外線照射時間は短くなるが、紫外線の集光位置を紫外線硬化型樹脂に合わせて、単位面積当たりの紫外線強度を増加させることで、好適に樹脂硬化を行うことができる。
【０００７】
また、移動手段は、半導体発光素子を光ファイバに対して移動させることが好ましい。このように半導体発光素子を光ファイバに対して移動させると、容易に紫外線集光位置を変更させることができる。
【０００８】
また、半導体発光素子の数は複数であり、各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又はその他の樹脂材料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。半導体発光素子に紫外線が照射されると発振や温度上昇に伴って出力が低下し、寿命が低下する。また、その他の樹脂材料に紫外線を照射すると、これらの樹脂材料が劣化する。このような樹脂材料は、集光レンズや半導体発光素子の固定部材や接着剤を構成していることがある。本構成では、これらに紫外線が照射されないため、これらの寿命を延ばすことができる。
【０００９】
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、上記紫外線照射装置を使用して、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、光ファイバの走行速度が所定値未満の場合には、紫外線硬化型樹脂上に紫外線が集光しないように紫外線を照射する工程と、光ファイバの走行速度が所定値以上の場合には、紫外線硬化型樹脂上に紫外線を集光するように紫外線を照射する工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
すなわち、上述のように、光ファイバの走行速度に応じて、光ファイバの走行方向以外の方向に集光位置を変更することで、低速時には過度の樹脂硬化と揮発物の発生を抑制し、高速時には好適に樹脂硬化を行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
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、光ファイバを被覆する紫外線硬化型樹脂を十分に硬化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
（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。
【００１４】
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について説明する。
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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１０（イルガキュア９０７：以下、Ｉ−９０７）、図１１（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。
【００１７】
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。
【００１８】
（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。
【００１９】
（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。
【００２０】
図１を参照すると、紫外線照射装置ＵＶＡは、透明管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及びこれらを収容する筐体３３を備えている。筐体３３の形状は筒状であり、半導体発光素子３５を固定するためのマウント基台３６が、筐体を貫通する貫通孔において、スライド可能に支持されている。透明管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が透明管３１の中心軸に沿って移動する。
【００２１】
透明管３１は、紫外線に対して透光性を有していれば、特に限定されないが、例えば石英管が好適に用いられる。透明管３１内を冷却するため、透明管３１内に不活性ガス（使用温度でほぼ不活性なガス）が矢印ＧＩＮで示すように導入され、透明管３１内を通って、矢印ＧＯＵＴで示されるように透明管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。
【００２２】
また、透明管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。まず、透明管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。次に、透明管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、透明管３１内面の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、この揮発成分が透明管３１の内面に付着して硬化し、透明管３１の内面が曇り、紫外線が遮られてしまう傾向があるが、本形態では、不活性ガスにより揮発成分を除去することができる。更に、不活性ガスの流れを層流に近づけることによって、透明管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。
【００２３】
なお、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。
【００２４】
透明管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を介して透明管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透明管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。なお、これらのガス導入管ＩＮＡ及びガス排出管ＯＵＴＡの周囲は封止されていてもよいが、封止されていなくてもよい。
【００２５】
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長のラインビーム形状（長方形、楕円形）が得られる。紫外線硬化型樹脂を硬化するためには、照射する紫外線ＵＶの照射強度が５０００〜７０００ｍＷ／ｃｍ２であることが好ましい。
【００２６】
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、放熱金属板３６Ｍ、放熱フィン３６Ｆに熱的に接続されている。マウント用基台３６、放熱金属板３６Ｍ、及び放熱フィン３６Ｆ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。これらは半導体発光素子３５において発生した熱を、マウント用基台３６を介して奪い、半導体発光素子３５の温度を約６０℃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。
【００２７】
筺体３３には、光ファイバＦの長手方向に垂直な方向に延びる貫通孔が形成されており、この貫通孔内において、マウント基台３６がスライドすることによって、半導体発光素子３５が水平方向に移動する。半導体発光素子３５は、矢印Ｘ１、Ｘ２，Ｘ３で示されるように（図２参照）、光ファイバＦに近づいたり、離れたりするように移動し、集光レンズ３４を介して集光される紫外線ＵＶの集光位置が移動する。この集光位置は、被覆樹脂上とすることもできるし、被覆樹脂の位置からは外すこともできる。光ファイバの高速線引時には、外層Ｃ２の表面又は内層Ｃ１の表面上に集光位置を合わせるが、光ファイバの低速線引時には、外層Ｃ２の表面又は内層Ｃ１の表面上から集光位置をずらす。
【００２８】
光源を移動させるため、放熱フィン３６Ｆの基端部は、移動機構（移動手段）７０に固定されている。移動機構７０を水平面内において移動させることで、放熱フィン３６Ｆと共に半導体発光素子３５を移動させ、集光位置を移動させることができる。
【００２９】
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が第１の発光スペクトルを有しており（第１の半導体発光素子）、偶数番目の半導体発光素子３５が第２の発光スペクトル（第２の半導体発光素子）を有している。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。
【００３０】
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
【００３１】
図８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。
【００３２】
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。
【００３３】
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
【００３４】
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。
【００３５】
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
【００３６】
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。
【００３７】
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長程度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。なお、水平面は光ファイバの走行方向に垂直である。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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
また、各半導体発光素子３５はその他の樹脂材料に向けて紫外線を出射しないように配置されている。樹脂材料に紫外線を照射すると、これらの樹脂材料が劣化する。このような樹脂材料は、集光レンズや半導体発光素子の固定部材や接着剤を構成している。本例では、半導体発光素子３５の底面を固定する接着剤であるとする。本構成では、これらに紫外線が照射されないため、これらの寿命を延ばすことができる。
【００４１】
図３は、上記光源の分解斜視図である。
【００４２】
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）
【００４３】
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。
【００４４】
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が傾斜して配置される。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。
【００４５】
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。
【００４６】
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、かつ寿命が短くなり、また、半導体発光素子３５の周辺の樹脂材料が劣化するので、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４及び図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。
【００４７】
筺体３３には、光ファイバＦの長手方向に垂直な方向から傾斜した方向に延びる貫通孔が形成されており、この貫通孔内において、マウント基台３６がスライドすることによって、半導体発光素子３５が矢印Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４で示されるように（図５参照）、ＸＹ平面内においては水平に移動するが、この移動方向はＺ軸方向の成分も有している。半導体発光素子３５は、矢印Ｋ１〜Ｋ４で示されるように、光ファイバＦに近づいたり、離れたりするように移動し、集光レンズ３４を介して集光される紫外線ＵＶの集光位置が移動する。この集光位置は、被覆樹脂上とすることもできるし、被覆樹脂の位置からは外すこともできる。光ファイバの高速線引時には、外層Ｃ２の表面又は内層Ｃ１の表面上に集光位置を合わせるが、光ファイバの低速線引時には、外層Ｃ２の表面又は内層Ｃ１の表面上から集光位置をずらす。換言すれば、線速に応じて、半導体発光素子３５の光ファイバＦからの距離が変わり、低速時には照射強度が小さくなり、高速時には照射強度が高くなる。
【００４８】
光源を移動させるため、放熱フィン３６Ｆの基端部は、移動機構７０に固定されている。移動機構７０を矢印Ｋ１〜Ｋ４に示す方向に移動させることで、放熱フィン３６Ｆと共に半導体発光素子３５を移動させ、集光位置を移動させることができる。
【００４９】
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。
【００５０】
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）。
【００５１】
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。
【００５２】
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）。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。キャプスタン１６に引き取られた光ファイバ素線は、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。
【００６０】
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、３６５ｎｍ±１０ｎｍの範囲内において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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、光ファイバの走行速度が所定値未満の場合（初期の速度上昇の場合）には、紫外線硬化型樹脂上に紫外線が集光しないように紫外線を照射する工程と、光ファイバの走行速度が所定値以上の場合（定常速度の場合）には、紫外線硬化型樹脂Ｃ１，Ｃ２上に紫外線を集光するように紫外線を照射する工程とを備える。
【００６４】
すなわち、上述のように、光ファイバの走行速度に応じて、集光位置を変更することで、低速時には過度の樹脂硬化と揮発物の発生を抑制し、高速時には好適に樹脂硬化を行うことができる。なお、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。
【００６５】
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。
【００６６】
上記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。
【００６７】
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は、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ＵＶ−ＬＥＤ（発光波長のピーク位置が３６５±５ｎｍ、３９５ｎｍ±５ｎｍの２種類）を用いて硬化させた。図１、図２に示したように、１つの水平面内において、１２０度の角度を成した３個の光源を１セットとし、１つの紫外線照射装置において、光ファイバの走行方向に沿って５セットの光源を配置した。このうち、１，３，５番目の光源セットをピーク波長３６５ｎｍの光源、２，４番目の光源セットをピーク波長３９５ｎｍの光源とした。１つの光源の照射強度は約６０００ｍＷ／ｃｍ２である。透明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、硬化性をゲル分率によって評価した。
【００６８】
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として、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％以上のゲル分率が好ましい。
【００６９】
図９は、実験結果を示す図表である。
【００７０】
図中のｆ（ｍｍ）は、光ファイバから半導体発光素子までの距離を示しており、θ（°）は、水平面からの光軸の傾斜角、Ｔ（ｈｒ）は、紫外線照射強度が初期値の８０％にまで低下するまでの点灯時間を示し、光ファイバを１００ｋｍ線引した時点において、ＰＧ（％）は高線速時の被覆のゲル分率を示している。低線速時の線速は５００ｍ／分であり、高線速時の線速は１５００ｍ／分である。本実験では、線速が所定値の前後において、距離ｆを切り替えるが、所定値は複数であって距離ｆは段階的に切り替えることも可能である。なお、本実験における距離ｆを切り替える際の線速の所定値は１０００ｍ／分である。
【００７１】
実施例１のように、低線速時に半導体発光素子、集光レンズ及びこれらの固定部材を光ファイバから遠ざける（退避させる）ことで、照射強度の低下もなく、ゲル分率も９０％以上の被覆硬化性が得られている。
【００７２】
一方、比較例１では、照射強度が過剰となり、必要以上の揮発成分が放出され、透明管３１が曇ったため、高線速時の照射強度が低下し、被覆のゲル分率が９０％を下回ることになった。
【００７３】
また、実施例２では、低線速時に半導体発光素子、集光レンズ及びこれらの固定部材を光ファイバから遠ざけ（退避させ）たが、半導体発光素子を対向させ、且つ、光軸の傾斜角を０°としたため、ゲル分率は９５％以上の被覆硬化性が得られたが、半導体発光素子や紫外線光源の樹脂材料が紫外線の照射によって劣化し、寿命が５０００時間となった。
【００７４】
上記実施例１，２では、低線速時の距離ｆを３０ｍｍとしたが、この位置に限定されるものではなく、被覆の硬化に必要十分な照射光量が得られる位置であれば、これ以上離したり近づけることも可能である。また、高線速時の距離ｆを１０ｍｍとしたが、紫外線硬化型樹脂上に集光するようであればこれに限定されない。
【００７５】
また、上記実施例１では、光軸の水平面からの傾斜角θを３０°としたが、別の光源に紫外線が当たらない角度であれば、この角度に限定されるものではなく、光ファイバを中心に対向して配置される紫外線光源、又はその上下に配置される紫外線光源からの紫外線を浴びることがなければ何度であっても構わない。
【００７６】
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。
【００７７】
ここで、表面摩擦力の測定方法について説明する。
【００７８】
図１３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）。
【００７９】
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より大きくなると、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。
【００８０】
実施例１、２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、２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。
【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】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９】実験結果を示す図表である。
【図１０】化学構造式を示す図である。
【図１１】化学構造式を示す図である。
【図１２】表面摩擦力の測定工程を示す模式図である。
【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】
2010117530.tif 000009
【図８】
2010117530.tif 000010
【図９】
2010117530.tif 000011
【図１０】
2010117530.tif 000012
【図１１】
2010117530.tif 000013
【図１２】
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