(57)【要約】【課題】光ファイバに塗布された紫外線硬化樹脂を十分に硬化させる紫外線硬化樹脂の硬化方法を提供する。【解決手段】ダイスで紫外線硬化樹脂を塗布された光ファイバＦは、ＵＶ硬化炉２６内の石英の保護管１３内に導かれる。ＵＶ硬化炉２６には導入管３から冷却空気が導入され、排気管４から排出され、ＵＶランプ１を冷却する。このとき、冷却空気の導入圧力よりも排出圧力の絶対値の方が高いので、冷却空気は保護管１３内に入っていくことはない。また、ＵＶ硬化炉２６の上に設置された上部無酸素室２４には実質的に無酸素状態の窒素ガスが供給され、その窒素ガスが筒２３内及び保護管１３内にも供給され、紫外線照射による樹脂硬化が終わるまで光ファイバＦ周囲の雰囲気を酸素濃度１０００ｐｐｍ以下の状態に保つ。【選択図】　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバに紫外線硬化樹脂を塗布し、その後、該光ファイバを硬化炉に挿通させ紫外線を照射することによって該紫外線硬化樹脂を硬化させる紫外線硬化樹脂の硬化方法であって、
予め上記硬化炉を貫通し且つ上記光ファイバを挿通させる保護管を設けておき、該保護管に光ファイバを挿通させて該光ファイバに塗布された紫外線硬化樹脂に紫外線を照射するときに、上記硬化炉内部の気圧を上記保護管の内部の方が保護管の外部よりも高くなるように設定することを特徴とする紫外線硬化樹脂の硬化方法。
【請求項２】
硬化炉内で光ファイバに塗布された紫外線硬化樹脂に紫外線を照射するときに、該硬化炉内であって保護管の外部に冷却空気を導入して硬化炉内を冷却し、その後、該冷却空気を硬化炉外に排出するとともに該冷却空気の導入圧力よりも排出圧力の絶対値を高くすることによって硬化炉内部の気圧を保護管の内部の方が保護管の外部よりも高くなるように設定することを特徴とする請求項１記載の紫外線硬化樹脂の硬化方法。
【請求項３】
保護管内に実質的に無酸素状態のガスを供給することを特徴とする請求項１または２記載の紫外線硬化樹脂の硬化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバに塗布された紫外線硬化樹脂を硬化させる紫外線硬化樹脂の硬化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年大量の情報を伝送させるための光通信が広く普及してきている。そして、その光通信に用いられる光ファイバも、その需要が増大している。光通信用の光ファイバは石英からなっているが、光ファイバの表面に傷がつくと小さな力でその傷の部分から破断してしまうため、光ファイバの表面には保護のための樹脂被覆が施されている。樹脂被覆用の樹脂には、生産性向上のため塗布後の硬化時間が短い紫外線硬化樹脂が一般的に用いられている。光ファイバを母材から線引きした直後に樹脂被覆したものを素線と呼び、素線にもう一度樹脂被覆したものを心線と呼ぶ。また、多チャンネルの信号を扱うために、複数の光ファイバ心線を平行に並べてテープ化して使用する（以下、テープ化したものを光ファイバテープ心線という）ことも通常行われている。
【０００３】
このような光ファイバテープ心線は、予め樹脂被覆された単心の光ファイバ心線を並べて紫外線硬化樹脂をテープ状に塗布後、紫外線照射により硬化させて作製する。各単心の光ファイバ心線は、それぞれどのチャンネルに用いられているかが区別できるように、それぞれ別々の色を付けられている。この色は各光ファイバに被覆される樹脂に予め顔料等を混ぜ込んで形成されている。
【０００４】
また、光ファイバに塗布された紫外線硬化樹脂は、硬化炉内で紫外線を照射されて硬化するのであるが、紫外線を発するＵＶランプは、高温になるために冷却空気により強制冷却されている。
【０００５】
上記の光ファイバテープ心線を使用する際には、光学機器や別の光ファイバと接続するのに、テープ状に塗布した樹脂を剥がしてそれぞれ単心に分離させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各単心の樹脂被覆の硬化が不十分であると、テープ状に塗布した樹脂が単心の樹脂被覆に密着してしまって、それぞれ単心に分離させることができないという不具合が発生することがある。この単心の樹脂被覆の硬化が不十分になるのは、樹脂塗布してから紫外線よる硬化までに樹脂表面が酸素に晒されるためである。つまり、酸素によって硬化反応が阻害されるのであり、そのため硬化不良は樹脂表面に生じて、この表面にテープ化のためさらに紫外線硬化樹脂が塗布されるとその界面が強く密着してしまうのである。この酸素は、ＵＶランプの冷却空気から来ているものが多いと考えられる。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光ファイバに塗布された紫外線硬化樹脂を十分に硬化させる紫外線硬化樹脂の硬化方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、硬化炉内を負圧にして硬化炉の冷却空気が光ファイバの周囲に流れていくことを防止することにした。
【０００９】
具体的には、請求項１に係る発明は、光ファイバに紫外線硬化樹脂を塗布し、その後、該光ファイバを硬化炉に挿通させ紫外線を照射することによって該紫外線硬化樹脂を硬化させる紫外線硬化樹脂の硬化方法を対象とする。
【００１０】
そして、予め上記硬化炉を貫通し且つ上記光ファイバを挿通させる保護管を設けておき、該保護管に光ファイバを挿通させて該光ファイバに塗布された紫外線硬化樹脂に紫外線を照射するときに、上記硬化炉内部の気圧を上記保護管の内部の方が保護管の外部よりも高くなるように設定するものとする。
【００１１】
このような請求項１の方法であれば、圧力差の関係より硬化炉内の空気が保護管の中に入っていかないので、保護管内に挿通された光ファイバ表面に塗布された紫外線硬化樹脂において、酸素による紫外線硬化樹脂の硬化阻害はほとんど生じることがなく、塗布表面においても紫外線硬化樹脂を十分に硬化させることができる。従って、この上にさらに紫外線硬化樹脂を塗布し硬化させても、その界面が密着して剥離困難となることはない。
【００１２】
次に、請求項２に係る発明は、硬化炉内で光ファイバに塗布された紫外線硬化樹脂に紫外線を照射するときに、該硬化炉内であって保護管の外部に冷却空気を導入して硬化炉内を冷却し、その後、該冷却空気を硬化炉外に排出するとともに該冷却空気の導入圧力よりも排出圧力の絶対値を高くすることによって硬化炉内部の気圧を保護管の内部の方が保護管の外部よりも高くなるように設定することを特徴とする請求項１記載の紫外線硬化樹脂の硬化方法である。
【００１３】
このような請求項２の方法であれば、硬化炉内に導入された冷却空気が保護管内に入っていくことを容易に防止でき、紫外線硬化樹脂の硬化不良を防止することができる。
【００１４】
次に、請求項３に係る発明は、保護管内に実質的に無酸素状態のガスを供給することを特徴とする請求項１または２記載の紫外線硬化樹脂の硬化方法である。
【００１５】
このような請求項３の方法であれば、硬化炉内の空気が保護管内に入っていくことを確実に防止できると共に、未硬化の紫外線硬化樹脂の周囲を容易に実質的に無酸素状態とすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
（実施形態）
図１に実施形態に係る紫外線硬化樹脂塗布装置２０の概略を示す。この紫外線硬化樹脂塗布装置２０は、光ファイバＦに着色された紫外線硬化樹脂を塗布・硬化により被覆して着色光ファイバ心線Ｔとする装置である。
【００１８】
この紫外線硬化樹脂塗布装置２０は、送出ボビン２１と、送出ボビン２１の斜め上方に設けられた供給シーブ２２と、その下方に順に配設されたダイス２５、筒２３、紫外線を用いたＵＶ硬化炉２６（硬化炉）及び外径測定器２７と、外径測定器２７の下方に設けられた方向転換用シーブ２８と、その方向転換用シーブ２８の斜め上方に設けられた第１及び第２巻取補助シーブ２９，３０と、第１及び第２巻き取り補助シーブ２９，３０間に設けられたダンサローラ３１と、第２巻き取り補助シーブ３０の斜め下方に設けられた巻取ボビン３２と、を備えている。
【００１９】
送出ボビン２１は、光ファイバＦが巻かれており、巻取ボビン３２の巻き取り力によって光ファイバＦが斜め上向きに引き出される。なお、送出ボビン２１に巻かれた光ファイバＦは、コアとクラッドとからなる光ファイバが、裸ファイバの表面の傷の発生を防いでガラスの脆性破壊が生じないように線引き時に樹脂により一次被覆されたいわゆる光ファイバ素線と呼ばれるものである。
【００２０】
供給シーブ２２は、送出ボビン２１から引き出された光ファイバＦを巻き掛けて、走行方向を下向きに変える。
【００２１】
ダイス２５は、径が光ファイバＦの径よりも大きい孔を上下方向に備えており、供給シーブ２２から供給された光ファイバＦがその孔に挿通され、その挿通の間に光ファイバＦの表面に未硬化液状の着色された紫外線硬化樹脂を塗布する。
【００２２】
筒２３は、ダイス２５とＵＶ硬化炉２６との間に設置されていて、その筒２３の内部を光ファイバＦが通過する。
【００２３】
ＵＶ硬化炉２６は、未硬化液状の紫外線硬化樹脂が塗布された状態の光ファイバＦが挿通され、入り口から入って出口から出ていく間に、紫外線硬化樹脂を紫外線照射によって硬化させて光ファイバ心線Ｔを形成させる。
【００２４】
外径測定器２７は、ＵＶ硬化炉２６から出た光ファイバ心線Ｔが挿通され、その挿通の間に光ファイバ心線Ｔの外径幅を検知し、その情報を図示しない制御装置に送り、所定の公差内の製品が製造されているか否かを判断して異常検知するように構成されている。
【００２５】
方向転換シーブ２８は、外径測定器２７からの光ファイバ心線Ｔが巻き掛けられ、下向きに走行していた光ファイバ心線Ｔの走行方向を斜め上向きに変える。
【００２６】
第１及び第２巻取補助シーブ２９，３０は、方向転換用シーブ２８からの光ファイバ心線Ｔが順に巻き掛けられ、光ファイバ心線Ｔを巻取ボビン３２へと導く。また、方向転換シーブ２８乃至第１及び第２巻取補助シーブ２９，３０では、紫外線硬化樹脂の硬化に伴う昇温した光ファイバ心線Ｔの冷却が行われる。
【００２７】
ダンサローラ３１は、第１及び第２巻取補助シーブ２９，３０間で光ファイバ心線Ｔに所定荷重をかけ、光ファイバ心線Ｔが一定張力をかけられた状態で巻取ボビン３２に巻き取られるようにする。
【００２８】
巻取ボビン３２は、第２巻取補助シーブ３０からの製造された光ファイバ心線Ｔを張力がかけられた状態で巻き取る。
【００２９】
上記ダイス２５内の紫外線硬化樹脂は、高分子のモノマーと紫外線照射により分解等して活性化する重合開始剤とを含んでおり、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの樹脂を好ましく使用することができる。ここで酸素が存在すると、重合開始剤の活性化が阻害され、重合が不十分または重合しないことになる。また、この紫外線硬化樹脂は、顔料等により着色されていて、光ファイバ心線Ｔは赤や青等所望の色の被覆をされて巻き取られる。
【００３０】
次に、硬化の工程について説明をする。
【００３１】
図４はＵＶ硬化炉２６の垂直断面模式図であり、図５は水平断面模式図である。ＵＶ硬化炉２６の内部には、石英の保護管１３が上下に貫通するように置かれ、その中を光ファイバＦが通っており、この保護管１３と平行にＵＶ（紫外線）ランプ１がＵＶ硬化炉２６内部に置かれ、保護管１３とＵＶランプ１は反射板２に取り囲まれている。この反射板２は水平断面が楕円形であって、その二つの焦点上にＵＶランプ１と光ファイバＦが置かれて上下に延びている。従って、ＵＶランプ１から出た紫外線７は直接保護管１３を通過して光ファイバＦに照射され、あるいはそれ以外の方向に発せられた紫外線７は反射板２で反射されて高効率且つ均等に光ファイバＦに照射され、光ファイバＦの表面に塗布された紫外線硬化樹脂を均等に硬化させる。
【００３２】
上記ＵＶランプ１は非常に高温になるため、導入管３からＵＶ硬化炉２６内に冷却空気が導入され、この冷却空気が反射板２に開けられた多数の孔５を通ってＵＶランプ１を冷却し保護管１３の外側を流れた後、孔５を通って排気管４から排出される。光ファイバＦは保護管１３で冷却空気が触れないように保護されているので、冷却空気の流れによって揺らされることはなく、冷却空気中のゴミが付着することもない。
【００３３】
上記保護管１３は、冷却空気の影響を避けるためＵＶ硬化炉２６本体の上下に設置された上部無酸素室２４及び下部無酸素室３５の中にまで延びていて、各室２４，３５内に開口している。ＵＶ硬化炉２６本体と上部無酸素室２４及び下部無酸素室３５とのそれぞれの境界は壁によって仕切られている。上部無酸素室２４及び下部無酸素室３５の内部には、それぞれ窒素導入管（供給管）１１，３６から窒素ガスが導入され、内部を実質的に無酸素状態にしている。この窒素ガスとして市販のシリンダー充填のものを用いれば、酸素含有量は１０ｐｐｍ以下であり、吸着方式を利用したＰＳＡ装置からのものを用いれば、酸素含有量は１００ｐｐｍ以下であって、紫外線硬化樹脂にとっては、これらのガスは実質的に無酸素状態のガスであるということができる。なお、窒素ガスは上下の無酸素室２４，３５から保護管１３の中にも供給され、ＵＶ硬化炉２６内では光ファイバＦ周囲の雰囲気はほとんど窒素ガスとなっている。
【００３４】
次に、ダイス２５の出口からＵＶ硬化炉２６の入り口の部分について説明する。図３は、本実施形態に係るダイス２５及びＵＶ硬化炉２６の間の模式断面図である。
【００３５】
本実施形態では、上部無酸素室２４の上面はアイリス１２となっていて、中央の孔の大きさを変えられるようにしている。このようにアイリス１２としているのは、ＵＶ硬化炉２６からの紫外線の外部への漏れを最小にするため、及び光ファイバＦを最初にＵＶ硬化炉２６内に通したりメンテナンスの際の作業のしやすさのためである。このアイリス１２は、下部無酸素室３５にも同様に設置されている。
【００３６】
そして、保護管１３と該保護管１３が挿通する上部無酸素室２４の孔との間にＯリング１４が設置されていて、ＵＶ硬化炉２６内の冷却空気が上部無酸素室２４及び保護管１３の中に入ってこないようにシールされている。Ｏリング１４は下部無酸素室３５にも設置されている。
【００３７】
このＯリング１４は、耐熱性のフッ素ゴムからできているが、ＵＶランプ１により非常に高温になるため、ＵＶ硬化炉２６内の圧力が上部無酸素室２４内の圧力よりもある程度高くなると、シールが破られて上部無酸素室２４内に冷却空気が入ってきてしまう。このようになると保護管１３内の光ファイバＦ表面の紫外線硬化樹脂が酸素と接触するようになって硬化が阻害される。従って、本実施形態では、冷却空気の排出圧力の絶対値を導入圧力よりも高く設定している。このように設定することで、ＵＶ硬化炉２６内の冷却空気が流れる空間は負圧になり、ＵＶ硬化炉２６内において保護管１３内部の方が保護管１３外部よりも気圧が高くなるため、Ｏリング１４のシールが破られて、冷却空気が上部無酸素室２４に侵入してしまうことはない。このことは下部無酸素室３５においても同様である。なお、ＵＶ硬化炉２６内の方が上部無酸素室２４内よりもある程度圧力が高くても、Ｏリング１４は冷却空気を上部無酸素室２４には侵入させないようシールするが、冷却空気の導入及び排出の圧力は一定では無いため、冷却空気の排出圧力の絶対値を導入圧力よりも高く設定しておかないと、冷却空気の上部無酸素室２４への侵入を確実に防ぐことは困難である。
【００３８】
本実施形態では上部無酸素室２４とダイス２５下面との間に筒２３が設置されてそれぞれ連結されているため、ダイス２５の出口から上部無酸素室２４まで一貫して外気と遮断された状態になっている。従って、窒素ガスが上部無酸素室２４内に供給されると、窒素ガスがアイリス１２の中央の孔から筒２３内にも供給され、ダイス２５の下面から下は窒素ガスが充満した状態となる。外部からは筒２３内に空気が入ってこないため、この状態は光ファイバＦが走行していても走行していなくても変わらないので、紫外線硬化樹脂を高速で塗布しても硬化が終了するまで光ファイバＦの周囲の雰囲気は酸素が実質的に除去されたガスの状態となり、紫外線硬化樹脂は表面まで完全に硬化する。そのため、この光ファイバ心線Ｔをテープ心線に加工しても、テープから単心に剥がすときに剥離不良は生じない。
【００３９】
一方、図２に示すように筒２３を取り除いた装置では、光ファイバＦが走行していない状態では上部無酸素室２４内に窒素ガスが供給されてアイリス１２の孔から出ていくため、上部無酸素室２４内は窒素ガスで満たされていて実質的に無酸素状態であるが、光ファイバＦを紫外線硬化樹脂塗布のため図の上から下へと走行させると、ダイス２５の出口からアイリス１２までの間に存する空気が走行する光ファイバＦによって上部無酸素室２４内に引き込まれてしまう。従って、上部無酸素室２４内に酸素が入り込み、さらには保護管１３の中にも酸素が入り込んでしまって、光ファイバＦ表面の紫外線硬化樹脂の硬化が阻害されてしまう。入り込む酸素の量は、光ファイバＦの走行速度に比例して増加するため、この装置では、４００ｍ／分未満の低速で紫外線硬化樹脂を被覆しないと硬化不良が生じてしまうことになり、生産性を上げることが困難である。この装置において、光ファイバＦが走行することに伴う空気の引き込まれを防止するためには窒素ガスを大量に流すとよいが、このようにすると窒素ガスが光ファイバＦに激しく吹き付けることになって光ファイバＦが揺れてしまい、いわゆる線ぶれが生じて好ましくない。
【００４０】
ここで、窒素ガスを供給しているときの光ファイバＦ周囲の雰囲気は、最初に筒内２３、ＵＶ硬化炉２６内及び上下の無酸素室２４，３５内に存していた酸素の量と、冷却空気の上下の無酸素室２４，３５への漏れ量と、窒素ガスの流量等とによって決まってくるが、この雰囲気の酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下であれば紫外線硬化樹脂の硬化不良がほとんど生じず実質的な問題はないため好ましい。実際には、酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下になるように窒素ガスの流量を調節すればよい。酸素濃度が５００ｐｐｍ以下であれば硬化不良の発生がほぼ皆無となりより好ましい。この場合も窒素ガスの流量によって調節する。また、筒２３により密閉された空間が形成されているので、供給する窒素ガスの量は少量で済み、光ファイバＦが揺れてしまうほど大量に供給しなくてもよい。さらに、光ファイバＦの走行速度を高速にしても紫外線硬化樹脂の硬化不良は生じなく、生産性が非常に向上する。
【００４１】
本実施形態では、冷却空気の導入圧力２３５ｋＰａ、排出圧力−８８ｋＰａから、導入圧力１６６ｋＰａ、排出圧力−１７６ｋＰａとすることにより、保護管１３内の酸素濃度が２．３％から４００ｐｐｍに減少し、紫外線硬化樹脂の硬化不良が激減した。
【００４２】
これまで述べてきたように、本実施形態の紫外線硬化樹脂の硬化方法及び紫外線硬化樹脂塗布装置は、ダイス２５とＵＶ硬化炉２６の上部に設けられた上部無酸素室２４との間に、双方に連結された筒２３を設置するという簡単な方法で外部からの空気の侵入を防ぐことができる。そして、ＵＶ硬化炉２６内の冷却空気の導入圧力よりも排出圧力の絶対値を高くしているので、冷却空気が上部無酸素室２４内に侵入することを防止できる。さらに、上部無酸素室２４に無酸素状態の窒素ガスを供給することにより、光ファイバＦ周囲即ち未硬化の紫外線硬化樹脂表面周囲の雰囲気を酸素のほとんどない状態として、紫外線硬化樹脂の硬化不良を防止でき、塗布速度を上げても硬化不良が生ぜず、生産性が向上する。
【００４３】
（他の実施形態）
上記実施形態は例示であり、本発明はこの例に限定されない。窒素ガスの代わりにアルゴンガス等を用いてもよく、実質的に無酸素状態のガスであればどのようなガスであっても構わない。紫外線硬化樹脂塗布装置２０の構成・構造や工程も実施形態で示したものに限られず、別の部材や工程を挿入してもよいし、一部部材を取り除いてもよい。また、筒２３やＵＶ硬化炉２６の構造や形状も限定されず、例えばアイリス１２の代わりに、単に中央に孔の開いた円板を用いてもよい。また、線引きの際の紫外線硬化樹脂被覆工程やテープ化の際に本発明の方法や実施形態の装置を用いても構わない。
【００４４】
また、図６に示すように、筒２３の上端がダイス２５の下面と連結されていなくて、両者の間に隙間を設けてもよい。ここでは、筒２３とダイス２５下面との間に約３ｍｍの隙間があるが、この隙間は狭いため、光ファイバＦが高速で走行してもこの隙間から流れ出る窒素ガスに邪魔をされて外部の空気が筒２３内部に侵入できない。従って、実施形態と同様の作用効果が得られる。また、この隙間を１０ｍｍまで拡げても、光ファイバＦが線ぶれしない程度に窒素ガスの供給を増加させることにより、外部の空気の侵入を防止して、筒２３内、上部無酸素室２４及び保護管１３内の酸素濃度を１０００ｐｐｍ以下とすることができ、紫外線硬化樹脂の硬化不良を防止できる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に述べる効果を奏する。
【００４６】
ＵＶ硬化炉内部の気圧を、保護管内の方が保護管外よりも高くなるよう設定するので、ＵＶ硬化炉内部の冷却空気が保護管内に入ることが無く紫外線硬化樹脂の硬化阻害を防止できる。冷却空気の導入圧力よりも排出圧力の絶対値を高くするので、冷却空気の保護管内への侵入を簡単に阻止できる。保護管内に無酸素状態のガスを供給するので、紫外線硬化樹脂の硬化不良を簡単かつ確実に防止でき、紫外線硬化樹脂の塗布速度を高速にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る紫外線硬化樹脂塗布装置を横から見た模式図である。
【図２】ダイス下面とＵＶ硬化炉上部との間に筒のない装置の鉛直断面模式図である。
【図３】実施形態に係るダイス下面とＵＶ硬化炉上部との間の鉛直断面模式図である。
【図４】実施形態に係るＵＶ硬化炉の鉛直断面模式図である。
【図５】実施形態に係るＵＶ硬化炉の水平断面模式図である。
【図６】他の実施形態に係るダイス下面とＵＶ硬化炉上部との間の鉛直断面模式図である。
【符号の説明】
７　　　　　　紫外線
１１、３６　　窒素導入管（供給管）
１３　　　　　保護管
２６　　　　　ＵＶ硬化炉（硬化炉）
Ｆ　　　　　　光ファイバ
【図１】
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【図２】
2004067466.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004067466.tif 000006
【図５】
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【図６】
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