(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線硬化型樹脂を塗布した線条体に、発光部から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工程を有する線条体の被覆方法であって、
前記紫外線照射工程は、
前記線条体の走行方向に垂直な平面方向に微小移動可能なステージ上に前記発光部を含む光学系を設置し、
前記線条体の走行位置の変位を検知し、
検知された前記走行位置の変位に基づいて、前記発光部から照射される紫外線の強度分布のピーク位置を前記走行位置に合わせるように、圧電素子を用いて前記ステージを移動させて紫外線を照射する、線条体の被覆方法。
【請求項２】
紫外線硬化型樹脂が塗布された線条体に、紫外線を照射して前記紫外線硬化型樹脂を硬化させる線条体の被覆装置であって、
前記線条体の走行位置を検知する走行位置検知部と、前記線条体に塗布された紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射する紫外線照射装置と、を有し、
前記紫外線照射装置は、
圧電素子を備え、前記圧電素子によって動作し、前記線条体の走行方向に垂直な平面方向に微小移動可能なステージと、
前記ステージ上に設置された発光部を含む光学系と、
前記走行位置検知部によって検知された前記走行位置の変位に基づいて、前記発光部から照射される紫外線の強度分布のピーク位置を前記走行位置に合わせるように前記ステージを移動させる制御部と、を備える、線条体の被覆装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線条体の被覆方法および被覆装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
線条体の表面に塗布された紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射することで、紫外線硬化型樹脂を硬化させる紫外線照射装置が知られている。特許文献１には、硬化領域における光ファイバの走行方向に沿ったプレート上に、一対の紫外線発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ）とミラーが並べて配置された紫外線照射装置が開示されている。特許文献２には、光ファイバの周方向にＬＥＤとミラーからなる発光部を配置させ、周方向に均等に被覆樹脂を硬化させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許公開８３１４４０８号公報
【特許文献２】中国特許１０３３１９１００Ｂ号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された紫外線照射装置では、光ファイバの周方向に紫外線硬化型樹脂の硬化ムラが発生し、光ファイバの周囲に均等に硬化させることは困難である。また、特許文献２に開示された方法では、光ファイバの走行時に線ブレが発生して光ファイバの走行位置がずれたときに、紫外線強度が低下して紫外線硬化型樹脂の硬化不足が発生する。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、線条体の走行時に線ブレが発生しても紫外線硬化型樹脂の硬化ムラ、硬化不足の発生を抑制することができる線条体の被覆方法および被覆装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る線条体の被覆方法は、紫外線硬化型樹脂を塗布した線条体に、発光部から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工程を有する線条体の被覆方法であって、
前記紫外線照射工程は、
前記線条体の走行方向に垂直な平面方向に微小移動可能なステージ上に前記発光部を含む光学系を設置し、
前記線条体の走行位置の変位を検知し、
検知された前記走行位置の変位に基づいて、前記発光部から照射される紫外線の強度分布のピーク位置を前記走行位置に合わせるように、圧電素子を用いて前記ステージを移動させて紫外線を照射する。
【０００７】
本発明の一態様に係る線条体の被覆装置は、紫外線硬化型樹脂が塗布された線条体に、紫外線を照射して前記紫外線硬化型樹脂を硬化させる線条体の被覆装置であって、
前記線条体の走行位置を検知する走行位置検知部と、前記線条体に塗布された紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射する紫外線照射装置と、を有し、
前記紫外線照射装置は、
圧電素子を備え、前記圧電素子によって動作し、前記線条体の走行方向に垂直な平面方向に微小移動可能なステージと、
前記ステージ上に設置された発光部を含む光学系と、
前記走行位置検知部によって検知された前記走行位置の変位に基づいて、前記発光部から照射される紫外線の強度分布のピーク位置を前記走行位置に合わせるように前記ステージを移動させる制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、線条体の走行時に線ブレが発生しても紫外線硬化型樹脂の硬化ムラ、硬化不足の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る線条体の被覆装置の一例である、線引きされたガラスファイバを紫外線硬化型樹脂で被覆する被覆装置を示す図である。
【図２】本実施形態に係る線条体の被覆装置における紫外線照射装置の紫外線照射装置の光学系と光強度分布を説明する図である。
【図３】本実施形態に係る線条体の被覆装置における紫外線照射装置の構成例を示す断面図である。
【図４】図３に示す紫外線照射装置のＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。
本発明の実施形態に係る線条体の被覆方法は、
（１）  紫外線硬化型樹脂を塗布した線条体に、発光部から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工程を有する線条体の被覆方法であって、
前記紫外線照射工程は、
前記線条体の走行方向に垂直な平面方向に微小移動可能なステージ上に前記発光部を含む光学系を設置し、
前記線条体の走行位置の変位を検知し、
検知された前記走行位置の変位に基づいて、前記発光部から照射される紫外線の強度分布のピーク位置を前記走行位置に合わせるように、圧電素子を用いて前記ステージを移動させて紫外線を照射する。
【００１１】
また、本発明の実施形態に係る線条体の被覆装置は、
（２）  紫外線硬化型樹脂が塗布された線条体に、紫外線を照射して前記紫外線硬化型樹脂を硬化させる線条体の被覆装置であって、
前記線条体の走行位置を検知する走行位置検知部と、前記線条体に塗布された紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射する紫外線照射装置と、を有し、
前記紫外線照射装置は、
圧電素子を備え、前記圧電素子によって動作し、前記線条体の走行方向に垂直な平面方向に微小移動可能なステージと、
前記ステージ上に設置された発光部を含む光学系と、
前記走行位置検知部によって検知された前記走行位置の変位に基づいて、前記発光部から照射される紫外線の強度分布のピーク位置を前記走行位置に合わせるように前記ステージを移動させる制御部と、を備える。
【００１２】
線条体の走行時の線ブレが大きいと、線条体に当たる紫外線強度が低下してしまうため、紫外線硬化型樹脂の硬化不足となる。上記（１）の線条体の被覆方法及び上記（２）の線条体の被覆装置によれば、線ブレに応じてステージを移動させることで、線条体から見た相対的な紫外線強度分布が変化しないように、紫外線強度分布のピーク位置を線条体の走行位置に追随させることができる。したがって、走行時に線条体に線ブレが発生しても紫外線硬化型樹脂の硬化ムラ、硬化不足の発生を抑制することができる。
【００１３】
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る線条体の被覆方法および被覆装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１４】
以下の実施形態では、線条体の被覆装置の一例として、線引きされたガラスファイバを紫外線硬化型樹脂によって被覆する光ファイバの被覆装置について説明する。図１は、光ファイバの被覆装置１０を説明する図である。図２は、紫外線照射装置の光学系と光強度分布の一例を説明する図である。
【００１５】
図１に示すように、被覆装置１０は、塗布器３０と、走行位置検知部である外径測定装置６１，６２と、紫外線照射装置４０とを備えている。紫外線照射装置４０は、透明管４１と、発光部４２を含む光学系（レンズ４３、反射鏡４４等）、ステージ４８と、制御部４９と、を備えている。
【００１６】
図１に示すように、石英ガラスを主成分とする光ファイバ母材４が線引炉２０にセットされる。光ファイバ母材４の下端部が、線引炉２０が有するヒータ２１により加熱・溶融され、光ファイバ母材４は線引きされる。
【００１７】
光ファイバ母材４が線引きされて形成されたガラスファイバ２は、ガラスファイバ２の走行方向（図１中の矢印Ａの方向）において線引炉２０の下流に設けられた冷却装置２５を通過する。冷却装置２５は、ガラスファイバ２を充分に冷却するためにガラスファイバ２の走行方向に沿って所定の長さを備えている。
【００１８】
次に、冷却されたガラスファイバ２は、冷却装置２５の下流に設けられた塗布器（ダイス）３０を通過する。塗布器３０には、液状の紫外線硬化型樹脂３１が溜められている。ガラスファイバ２が塗布器３０を通過することにより、ガラスファイバ２の外周に紫外線硬化型の樹脂が塗布されて光ファイバ１となる。なお、図１には１つの塗布器３０が示されているが、被覆層を内層および外層の２層構造とする場合には、塗布器３０を２つ備えるか（いわゆる  Ｗｅｔ-ｏｎ-Ｄｒｙ法）、または２層を同時に塗布する（いわゆる  Ｗｅｔ-ｏｎ-Ｗｅｔ法）機能を有する塗布器を備えるとよい。
【００１９】
次に、光ファイバ１は、走行方向において塗布器３０の下流に設けられている外径測定装置６１を通過した後、紫外線照射装置４０を通過する。紫外線照射装置４０は、光ファイバ１の表面に塗布された樹脂に紫外線を照射して樹脂を硬化させ、光ファイバ１を形成する。紫外線照射装置４０を通過した後、さらに、外径測定装置６２を通過する。
【００２０】
走行位置検知部の一例である外径測定装置６１，６２は、例えば、光ファイバ１の走行方向に垂直な方向から測定光を照射して、その反対側で測定光を受光して光ファイバ１の影の部分の幅を測定し光ファイバ１の外径を測定できる装置である。周方向の角度を変えた位置からそれぞれ測定光を光ファイバに照射してその影の位置を見ることにより、外径測定装置６１，６２は光ファイバ１の走行位置を検知する。なお、外径測定装置は、紫外線照射装置４０の上下どちらか一方にあればよいが、紫外線照射装置４０の上下にそれぞれ外径測定装置６１，６２が設けられていれば、光ファイバ１の走行方向が鉛直方向から傾き斜めになった場合でも、紫外線照射装置４０内の光ファイバ１の走行位置を特定できる。なお、光ファイバ１の走行位置を検知できるものであれば、走行位置検知部として、外径測定装置以外の装置を用いてもよい。
【００２１】
図２は、光ファイバ１の走行方向Ａに垂直な平面上における、紫外線照射装置４０の光学部品の配置と光強度分布を説明する図である。紫外線照射装置４０内の光学系を構成する光学部品は、紫外線樹脂の硬化が効率的に行われるように配置されている。例えば、図２に示すように、発光部４２（半導体発光素子４２ｂ）、レンズ４３、反射鏡４４等によって構成された光学系を用いる。
【００２２】
図２に示すように、発光部４２から出射され、円柱形のレンズ４３を透過した紫外線ＵＶは、透明管４１を透過する際には略平行光となるように透明管４１内に照射される。レンズ４３が円柱形レンズであり、光ファイバ１の走行方向に垂直に見たときにほぼ円形であるので、発光部４２から光ファイバ１までの距離が短くても紫外線ＵＶを集光して光ファイバに当たる紫外線量を多くすることができる。
【００２３】
透明管４１および光ファイバ１を挟んだ、発光部４２の対面には、反射面が凹面となっている反射鏡４４が配置されている。透明管４１の反対側に出た略平行光の紫外線ＵＶは、反射鏡４４の反射面によって反射し、透明管４１内で集光する。紫外線ＵＶをレンズで直接、集光させるよりも、紫外線ＵＶを一旦反射させて、その反射紫外線ＲＵＶを集光させる方が、光ファイバ１に照射される紫外線量を多くできる。
【００２４】
ＵＶＡ領域の紫外線に対し、比較的高い反射率を有する反射鏡４４は、例えばアルミニウム製とすることが好ましい。ところが、アルミニウムは酸化を受けたり、傷がつきやすいため、反射鏡４４に保護コート（例えば、フッ化マグネシウム）を施すことが望ましい。
【００２５】
反射紫外線ＲＵＶの強度は、反射鏡４４の曲率半径Ｒによって設定できる。光ファイバ１の走行位置に紫外線強度分布のピーク位置Ｐが略一致するように上記曲率半径Ｒを設定する。
【００２６】
また、紫外線照射装置４０において照射する紫外線は、紫外線硬化型樹脂に含まれる光重合開始剤の吸収波長に合わせることが望ましい。光重合開始剤の吸収波長範囲は、ある程度幅を持っている。また、プライマリ樹脂用，セカンダリ樹脂用，プライマリ樹脂とセカンダリ樹脂両用のものなど、吸収波長範囲の異なる複数の光重合開始剤を使用する場合がある。このため、発光部４２として、例えば、照射波長が、３６５ｎｍ、３８５ｎｍである異なる半導体発光素子４２ｂを用いるなどとするとよい。
【００２７】
以上のようにして、紫外線照射装置４０内には、紫外線強度分布のピーク位置Ｐが光ファイバ１の走行位置に略一致するように光学部品が配置されているが、走行時に線ブレが発生すると光ファイバ１の走行位置が紫外線照射装置４０に対して変位する。このため、紫外線照射装置４０内の紫外線の強度分布のピーク位置Ｐが光ファイバ１の走行位置からずれて、紫外線樹脂の硬化が効率的に行われなくなるおそれがある。
【００２８】
発光部４２を含む光学部品は、圧電素子等によって動作するステージ４８上に設置されている。制御部４９は、このステージ４８を光ファイバ１の走行方向Ａに垂直な平面方向（図２のＸ方向、Ｙ方向）に移動させるように制御できる。このため、制御部４９は、走行位置検知部（外径測定装置６１，６２）によって検知された光ファイバ１の走行位置の変位に基づいて、紫外線の強度分布のピーク位置Ｐを光ファイバ１の走行位置に合わせるようにステージ４８を移動させることができる。なお、ステージ４８は、発光部４２と反射鏡４４を設置する部分を別々にして、それぞれ移動できるようして、発光部４２を設置した部分或いは反射鏡４４を設置した部分のどちらかを移動させる、或いは、その両方を移動させてもよい。
【００２９】
以上のようにして、紫外線照射装置４０により紫外線硬化型樹脂３１が硬化された光ファイバ１は、ガイドローラ５０および引取り部５１を経て巻取りドラム５２に巻き取られる。
【００３０】
次に、紫外線照射装置４０の具体的な構成の一例について図を参照して以下詳細に説明する。図３は、紫外線照射装置４０の縦断面図であり、図４は図３に示した紫外線照射装置４０のＢ−Ｂ線断面図である。
【００３１】
図３に示すように、紫外線照射装置４０において、発光部４２は、半導体発光素子４２ｂが複数個並べられて発光部基台４２ａに固定されて構成されている。透明管４１は、その長手方向が光ファイバ１の走行方向に一致するように配置されている。線引きされた光ファイバ１が透明管４１の中心または中心近傍に通され、透明管４１の中心軸に沿って走行する。
【００３２】
透明管４１は、紫外線に対して透光性を有している。例えば石英管（例えば、外径は１０ｍｍ以上２５ｍｍ以下、内径は８ｍｍ以上２３ｍｍ以下）が好適に用いられる。透明管４１内を冷却するため、透明管４１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４１内を通って、矢印ＧＯＵＴで示されるように透明管４１から排気される。
【００３３】
透明管４１の上部に位置する塗布器３０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管４６が接続されている。また、ガス導入管４６が接続されている端部と反対側の透明管４１の端部には、ガス排出管４７が接続されている。なお、ガス導入管４６およびガス排出管４７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。
【００３４】
不活性ガスとしては、例えば窒素ガスが用いられる。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一定量（例えば０．５ｖｏｌ％）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１の周囲の酸素濃度を下げるために、光ファイバ１の周囲が石英ガラス等からなる透明管４１で覆われるとともに、透明管４１内に窒素ガスなどの不活性ガスが導入される。不活性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。
【００３５】
また、紫外線を照射すると紫外線硬化型樹脂に含まれる低分子量成分が硬化時の熱で揮発する。この揮発成分が透明管４１の内面に付着して硬化すると、透明管４１の内面が曇り、紫外線が遮られてしまう傾向がある。紫外線照射装置４０においては、透明管４１内に窒素ガスなどの不活性ガスを導入することで、ガス排出管４７を介して透明管４１内の揮発成分を排出することができる。これにより、透明管４１内面が曇ってしまうことがなく、曇りによる紫外線の遮蔽を防止することができる。
【００３６】
紫外線ＵＶを出射する半導体発光素子４２ｂとしては、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）が用いられる。
【００３７】
紫外線照射装置４０の光学系は、少なくとも一方向から光ファイバ１に紫外線を照射できる構成であればよい。好ましくは、図４に示すように、光ファイバ１の走行方向に垂直な平面上に射影したときに、透明管４１の周囲に、光ファイバ１を中心として放射状に略同じ角度をなすように、五方向（或いは三方向）に光学系が配置されている構成とするとよい。
【００３８】
次に、本実施形態における光ファイバ１の被覆方法の一例について説明する。
塗布器３０により紫外線硬化型樹脂が塗布された光ファイバ１（の中心）を、紫外線照射装置４０の透明管４１の中心、または中心近傍（図３の断面において透明管４１の中心から５ｍｍ以内の箇所）に通す。各半導体発光素子４２ｂから出射された紫外線ＵＶを光ファイバ１の表面の紫外線硬化型樹脂に照射して、紫外線硬化型樹脂を硬化する。このとき、紫外線照射装置４０の通過前の光ファイバ１の走行位置を外径測定装置６１で検知し、通過後の光ファイバ１の走行位置を外径測定装置６２で検知する。
【００３９】
制御部４９は、外径測定装置６１，６２で検知した光ファイバ１の走行位置が、紫外線の強度分布のピーク位置Ｐからずれているか否かを判定し、ずれている場合は、その変位量と変位方向を算出する。そして、制御部４９は、この変位量と変位方向に基づき、紫外線の強度分布のピーク位置Ｐを光ファイバ１の走行位置に合わせるように、ステージ４８を光ファイバ１の走行方向に垂直な平面方向に移動させる。光ファイバ１の走行位置は０．０１ｍｍ〜１ｍｍ以下の範囲でズレることがあるので、ステージ４８はこの範囲で微小に移動させる。下限については、０．０５ｍｍ以上の範囲で動かすことが好ましく、０．１ｍｍ以上の範囲で動かすことがより好ましい。上限については、０．８ｍｍ以下の範囲で動かすことが好ましく、０．５ｍｍ以下の範囲で動かすことがより好ましい。以上のようにして、本実施形態における光ファイバ１の被覆方法では、光ファイバ１の走行位置を紫外線の強度分布のピーク位置Ｐから外さないようにして紫外線を照射する。
【００４０】
以上、詳述した本実施形態によれば、光ファイバ１の線ブレに応じてステージ４８を移動させることで、光ファイバ１から見た相対的な紫外線強度分布が変化しないように、紫外線強度分布のピーク位置Ｐを光ファイバ１の走行位置に追随させることができる。したがって、走行時の光ファイバ１に線ブレが発生しても紫外線硬化型樹脂３１の硬化ムラ、硬化不足の発生を抑制することができる。
【００４１】
本発明の線条体の被覆方法および被覆装置は、上述の実施形態で説明したような、線引きされたガラスファイバを紫外線硬化型樹脂によって被覆する場合以外にも適用できる。例えば、以下のような光ファイバ素線の着色工程にも適用できる。
【００４２】
まず、ガラスファイバの表面に、プライマリ樹脂（例えば、ヤング率が０．３Ｍｐａ〜数ＭＰａの低ヤング率樹脂）及びセカンダリ樹脂（例えば、ヤング率が数百Ｍｐａ〜千数百ＭＰａの高ヤング率樹脂）を被覆して、光ファイバ心線の状態とする。そして、一旦ドラムに巻き取る。この光ファイバ心線を、上記ドラムから繰り出して、紫外線硬化型のインク樹脂を被覆し、紫外線を照射して硬化させる（着色工程）。この着色工程においても、上述の実施形態における線条体の被覆方法および被覆装置を適用して、塗布された紫外線硬化型のインク樹脂の長手方向及び周方向の硬化度のムラを抑制することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  光ファイバ（線条体）
２  ガラスファイバ
４  光ファイバ母材
１０  被覆装置
２０  線引炉
２１  ヒータ
２５  冷却装置
３０  塗布器（ダイス）
３１  紫外線硬化型樹脂
４０  紫外線照射装置
４１  透明管
４２  発光部
４２ａ  発光部基台
４２ｂ  半導体発光素子
４３  レンズ
４４  反射鏡
４６  ガス導入管
４７  ガス排出管
４８  ステージ
４９  制御部
５０  ガイドローラ
５１  引取り部
５２  巻取りドラム
６１、６２  外径測定装置（走行位置検知部）
Ａ  走行方向
Ｒ  曲率半径
Ｐ  ピーク位置
ＵＶ  紫外線
ＲＵＶ  反射紫外線
【図１】
0006798126.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0006798126.tif 000005