(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共同設置焦点である第１の焦点と、第２の焦点とをそれぞれ有する少なくとも２つの楕円筒反射体と、
少なくとも２つのカップリング電子機器にそれぞれ結合され、前記少なくとも２つの楕円筒反射体のそれぞれの前記第２の焦点に位置された少なくとも２つのＵＶ光源と、を含み、
前記少なくとも２つの楕円筒反射体の前記第１の焦点は、前記共同設置焦点として同一場所に配置され、
前記２つの楕円筒反射体は、重なって結合されて２つの部分楕円筒を形成し、
前記少なくとも２つのＵＶ光源は、複数の半導体デバイスと、複数のモニタリングデバイスとを含み、
前記複数のモニタリングデバイスは、前記複数の半導体デバイスの温度をモニターし、
前記少なくとも２つの楕円筒反射体は、その内部表面で光を反射し、前記反射された光は、前記共同設置点にフォーカスされることを特徴とするＵＶ硬化デバイス。
【請求項２】
前記少なくとも２つの楕円筒反射体は、ワークピースを受け取るように構成され、前記ワークピースに対して互いに反対側に配置されている請求項１に記載のＵＶ硬化デバイス。
【請求項３】
前記少なくとも２つの楕円筒反射体の楕円表面は、接触し、前記ＵＶ硬化デバイスの中間点近くでトップおよびボトムエッジを形成するように結合され、前記楕円筒反射体の軸長に沿って延在しており、
前記少なくとも２つの楕円筒反射体の前記楕円表面は、前記ＵＶ硬化デバイスの前記トップおよびボトムエッジからいずれの側に外方に向かって延在し、
前記楕円筒反射体は、前記少なくとも２つのＵＶ光源のためのハウジングに取り付けられ、
前記ハウジングは、前記光源と、冷却サブシステムの流体用の注入口および排出口と、を含む請求項１に記載のＵＶ硬化デバイス。
【請求項４】
前記冷却サブシステムは、前記ＵＶ硬化デバイスからの熱を消散するための循環冷却流体を含む請求項３に記載のＵＶ硬化デバイス。
【請求項５】
前記少なくとも２つの楕円筒反射体は、２色性反射体である請求項３に記載のＵＶ硬化デバイス。
【請求項６】
前記少なくとも２つのＵＶ光源の前記複数の半導体デバイスは、ＬＥＤアレイを含む請求項３に記載のＵＶ硬化デバイス。
【請求項７】
前記少なくとも２つのＵＶ光源は、マイクロ波動力ＵＶランプを含む請求項３に記載のＵＶ硬化デバイス。
【請求項８】
前記少なくとも２つのＵＶ光源は、異なるピークの波長を有するＵＶ光を発する請求項３に記載のＵＶ硬化デバイス。
【請求項９】
前記冷却サブシステムは、前記楕円筒反射体の外部表面上に搭載された冷却フィンをさらに含む請求項４に記載のＵＶ硬化デバイス。
【請求項１０】
ワークピースをＵＶ硬化する方法であって、
少なくとも２つの楕円筒反射体の共同設置焦点に沿って前記ワークピースを引き出す工程と、
前記ワークピースに対して互いに反対側に配置された少なくとも２つのＵＶ光源からＵＶ光を照射する工程と、
前記少なくとも２つのＵＶ光源の複数の半導体デバイスの特性をモニタリングする工程と、を含み、
前記特性は、前記複数の半導体デバイスの温度であり、
前記少なくとも２つの楕円筒反射体は、重なって結合されて２つの部分楕円筒を形成し、
前記少なくとも２つの楕円筒反射体のそれぞれは、第１の焦点と、第２の焦点とを有し、
前記少なくとも２つの楕円筒反射体の前記第１の焦点は、前記共同設置焦点として同一場所に配置され、
前記少なくとも２つのＵＶ光源のそれぞれは、前記少なくとも２つの楕円筒反射体の前記第２の焦点に位置され、前記照射されたＵＶ光は、前記少なくとも２つの楕円筒反射体によって反射され、前記共同設置点に沿って、前記ワークピースの表面上にフォーカスされることを含むことを特徴とするＵＶ硬化する方法。
【請求項１１】
前記共同設置焦点に沿って前記ワークピースを引き出す工程は、前記共同設置焦点を通して、ＵＶ硬化コーティング、ＵＶ硬化ポリマーまたはＵＶ硬化インクのうちの少なくとも一つを有する、光ファイバー、リボンまたはケーブルの少なくとも一つを引き出す工程を含む請求項１０に記載のＵＶ硬化する方法。
【請求項１２】
前記照射されたＵＶ光は、楕円筒２色性反射体によって反射される請求項１０に記載のＵＶ硬化する方法。
【請求項１３】
前記ＵＶ光は、ＬＥＤアレイから照射される請求項１０に記載のＵＶ硬化する方法。
【請求項１４】
前記ＵＶ光は、マイクロ波動力ＵＶランプから照射される請求項１０に記載のＵＶ硬化する方法。
【請求項１５】
前記ＵＶ光源は、異なるピークの波長を有するＵＶ光を発する請求項１０に記載のＵＶ硬化する方法。
【請求項１６】
外部フィンを介して前記楕円筒反射体の外部表面から熱が消散される請求項１０に記載のＵＶ硬化する方法。
【請求項１７】
前記少なくとも２つの楕円筒反射体は、前記共同設置焦点のまわりに軸方向に中心に置かれる石英チューブを有し、
前記石英チューブは、前記ワークピースを取り囲み、不活性ガスでパージされる請求項１０に記載のＵＶ硬化する方法。
【請求項１８】
電源と、
冷却サブシステムと、
コントローラーと、
発光サブシステムと、を含むＵＶ硬化用光反応性システムであって、
前記発光サブシステムは、
共同設置焦点である第１の焦点と、第２の焦点とをそれぞれ有する少なくとも２つの楕円筒反射体を含み、ワークピースに対して互いに反対側に配置されたカップリング光学系と、
前記少なくとも２つの楕円筒反射体のそれぞれの前記第２の焦点に位置された２つのＵＶ ＬＥＤアレイ光源と、
少なくとも２つのカップリング電子機器と、を含み、
前記コントローラーは、前記２つのＵＶ ＬＥＤアレイ光源からＵＶ光を照射するための実行可能命令を含み、前記少なくとも２つのカップリング電子機器を介して前記２つのＵＶ ＬＥＤアレイ光源と結合され、
前記少なくとも２つの楕円筒反射体は、重なって結合されて２つの部分楕円筒を形成し、
前記少なくとも２つの楕円筒反射体の前記第１の焦点は、前記共同設置焦点として同一場所に配置され、
前記２つのＵＶ ＬＥＤアレイ光源は、複数の半導体デバイスと、複数のモニタリングデバイスとを含み、
前記照射されたＵＶ光は、前記楕円筒反射体によって反射され、前記共同設置焦点にそって、前記ワークピースの表面にフォーカスされ、
前記コントローラーは、前記複数の半導体デバイスを冷却するための前記冷却サブシステムからのデータを送受信することを特徴とするＵＶ硬化用光反応性システム。
【請求項１９】
前記カップリング光学系は、前記ワークピースを囲み、前記共同設置焦点に軸方向に中心に置かれた石英チューブをさらに含み、
前記石英チューブは、不活性ガスでパージされている請求項１８に記載のＵＶ硬化用光反応性システム。
【請求項２０】
前記冷却サブシステムは、前記楕円筒反射体の外部表面に取り付けられた冷却フィンを含む請求項１９に記載のＵＶ硬化用光反応性システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、２０１１年９月１５日に出願されたアメリカ特許出願第６１／５３５，３１８号の優先権を要求する。その出願の全ての内容はここに挿入される。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバーは、通信産業においてだけでなく、照明用途や画像用途にも普遍的に使用されている。光ファイバーは、電気配線と比較して長距離にわたって、高データ転送レートを提供する。加えて、光ファイバーは、金属配線より、フレキシブルで、明るく、小さい径の中に引き込むことができる。それにより、ケーブルの中に光ファイバーの高容量バンドルを提供する。紫外線（ＵＶ）硬化プロセスを適用された表面コーティングは、物理的損傷や水分の侵入から光ファイバーを保護するため、長期耐久性などの性能を維持するために使用される。
【０００３】
カーターら（アメリカ特許６，６２６，５６１）は、表面を有する光ファイバーのＵＶ硬化の均一性に取り組む。その光ファイバーは、ＵＶ硬化デバイスの焦点の外に位置されている。そのＵＶ硬化デバイスは、楕円反射体の第２の焦点に位置された一つのＵＶ光源から光ファイバーの表面にＵＶ光を向ける楕円反射体を用いる。硬化不均一性の問題は、光源に対する光ファイバーの不正確な配置または不整形な光ファイバーが原因で生ずる。これらの問題に対処するために、カーターは、第１の楕円反射体焦点付近に位置された一つの光源から、第２の楕円反射体焦点付近に位置された光ファイバー表面にＵＶ光を照射するための楕円反射体を使用するＵＶランプ構造を使用する。光ファイバーと電球の両方は、焦点からわずかにずれている。このように、光ファイバーの表面に到達するＵＶ光線は消散し、光コーティングの照射と硬化は、より均一になる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、上記アプローチで潜在的な問題を認識した。すなわち、楕円反射体の焦点から遠ざけてＵＶ光源と光ファイバーをずらすことによって、光ファイバー表面を照射するＵＶ光の強度は消散し、低減される。それによって、硬化率と生産率を低下させ、高い製造コストを招いている。
【発明の効果】
【０００５】
上記問題に対処する一つのアプローチは、ＵＶ硬化デバイスを含む。ＵＶ硬化デバイスは、ワークピースに対して互いに反対側に配置され、共同設置焦点（co-located focus）を有するデュアル楕円反射体（dual elliptical reflectors）と，２つのＵＶ光原とを含む。各光源は、各楕円反射体の第２の焦点に位置されている。これにより、光ファイバーまたは他のワークピースにＵＶ光を均一かつ高強度で照射することができる。それによって、光ファイバーコーティングの急速でかつ均一な硬化を提供している。
【０００６】
上記要旨は、詳細な説明にさらに記載された概念の選択から単純化して提供される。それは、請求項に記載された発明の特徴または本質的特徴を特定する意図ではない。特許請求の範囲は、詳細な説明に続く請求項によって規定される。さらに、請求項に記載された発明は、この開示のいずれの部分における、または上記された利点を解決する実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、電源と、コントローラーと、冷却サブシステムと、発光サブシステムとを含むデュアル光反応性システムの実施例を示す。
【図２】図２は、一つの光源を有するＵＶ硬化デバイスのための従来の楕円反射体の断面図を示す例である。
【図３】図３は、共同設置焦点に配置された２つの楕円形表面の断面図を示す例である。
【図４】図４は、共同設置焦点を有するように配置されたデュアル楕円反射体の断面図を示す構成例である。
【図５】図５は、デュアル楕円反射体と、２つのＬＥＤアレイ光源とを含むＵＶ硬化デバイスの例の平面図である。
【図６】図６は、図５に示されるＵＶ硬化デバイスを使用する光ファイバーのようなワークピースをＵＶ硬化する方法の例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、ＵＶ硬化システムの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
被覆された光ファイバー、リボン、ケーブルおよび他のワークピースの製造に使用される、ＵＶ硬化装置、ＵＶ硬化方法およびＵＶ硬化システムを説明する。光ファイバーのコーティングは、共同設置焦点を有するように配置されたデュアル楕円反射体を使用するＵＶ硬化デバイスによってＵＶ硬化される。ワークピース（例えば、光ファイバー）は、共同設置焦点に位置され、２つのＵＶ光源は、各楕円反射体の第２の焦点に位置される。図１は、ＵＶ硬化デバイスと、カップリング光学系（coupling optics）と、カップリング電子機器（coupling electronics）を含むデュアルＵＶ硬化デバイス（例えば、光反応性システム）の例を示す。図２は、ＵＶ硬化光ファイバー用の従来のＵＶ硬化デバイスのシングル楕円反射体カップリング光学系の構成を示す。図３は、共同設置焦点を有するように配置された２つの楕円形表面の例を示す。図４は、ＵＶ硬化デバイスのデュアル楕円反射体カップリング光学系の構成を示す。そのデュアル楕円反射体は共同設置焦点を有する。図５は、共同設置焦点を有するように配置されたデュアル楕円反射体を含み、２つのＬＥＤアレイ光源と、熱を消散するための外部フィンとともに構成されたＵＶ硬化デバイスの例を示す。図６は、図５のＵＶ硬化デバイスを使用する光ファイバーまたは他のワークピースをＵＶ硬化する方法の工程を示すフローチャートである。図７は、ＵＶ硬化システムの例を示す。
【０００９】
ＵＶ硬化デバイスは、少なくとも２つの楕円反射体と、少なくとも２つの光源とを含む少なくとも２つの光反応性システムを含む。図１を参照して、図１は、デュアル光反応性システム１０および１１を含む構成例のブロック図を示す。この例において、光反応性システムは、互いにＵＶ硬化ワークピースの反対側に配置されている。第１の例において、ＵＶ硬化ワークピースの反対側に配置された光反応性システムは、図１に示されるように、互いに反対側に配置され、または、互いに対して１８０°の方位に配置されている。別の例において、ＵＶ硬化ワークピースの反対側に配置された光反応性システムは、互いに対して少なくとも９０〜２７０°、または、互いに対して少なくとも１７５〜１８５°の方位に配置されている。
【００１０】
一つの例において、光反応性システム１０と１１のそれぞれは、発光サブシステム１２および１３と、コントローラー１４および１５と、電源１６および１７と、冷却サブシステム１８および３９とを含む。
【００１１】
発光サブシステム１２および１３は、複数の半導体装置１９および２７を含む。半導体装置１９および２７は、たとえば、ＬＥＤデバイスである。選択された複数の半導体装置１９および２７は、放射出力（radiant output）２４および２５を提供するように実装される。放射出力２４は、ワークピース２６に向かっている。戻ってきた放射線２８および２９は、それぞれ、ワークピース２６から発光サブシステム１２および１３に向いている（例えば、放射出力２４および２５の反射を介して）。
【００１２】
放射出力２４および２５は、カップリング光学系３０および３１を介してワークピース２６に向いている。カップリング光学系３０および３１は、使用されると、さまざまに実行される。例として、カップリング光学系は、半導体デバイス１９と２７との間に介挿された、１または２以上の層、材料または他の構造を含み、ワークピース２６の表面に放射出力２４および２５を提供している。例として、カップリング光学系３０および３１は、収集（collection）、集光（condensing）、コリメーション（collimation）、または別の方法で放射出力２４および２５の質または効果的な量を増大するためのマイクロレンズアレイを含む。別の例として、カップリング光学系３０および３１は、マイクロ反射体アレイを含む。そのようなマイクロ反射体アレイを使用すると、放射出力２４および２５を提供する半導体デバイスのそれぞれは、１対１の基準で、各マイクロ反射体に配置される。別の例として、半導体デバイス２０および２１のアレイまたは放射出力２４および２５を提供する半導体デバイス２０および２１の複数のアレイのうちの一つのアレイは、多数対１の基準で、複数のマクロ反射体に配置される。このように、カップリング光学系３０は、両方のマイクロ反射体アレイを含んでいる。各半導体装置は、各マイクロ反射体および複数のマクロ反射体において、１対１の基準で配置されている。半導体デバイスからの放射出力２４および２５の量および／または質は、上述されたように、マクロ反射体によってさらに増大される。
【００１３】
カップリング光学系３０および３１の、層、材料または他の構造のそれぞれは、選択された屈折率を有する。各屈折率を正しく選択することによって、放射出力２４および２５（および／または帰ってきた放射線２８、２９）のパスにおける層と、材料と、他の構造の間のインターフェースでの反射光は、選択的に制御される。例として、ワークピース２６に対して半導体デバイス間に配置された選択されたインターフェースでの屈折率の差を制御することによって、そのインターフェースでの反射光は、ワークピース２６への最大搬送のためのそのインターフェースで放射出力の伝送を増大させるように、低減されまたは増大される。例えば、カップリング光学系は、二色性の反射体を含む。ある波長の入射光が吸収される一方、他の入射光は反射され、ワークピース２６の表面にフォーカスされる。
【００１４】
カップリング光学系３０および３１は、種々の目的のために使用される。例えば、半導体デバイス１９および２７を保護する目的、冷却サブシステム１８および３９と関連する冷却流体を保有する目的、放射出力２４および２５を収集し、集光し、および／またはコリメートする目的、戻ってきた放射線２８および２９を取集し、方向付けし、退ける目的、その他の目的が挙げられる。これらは、１種または２種以上組合せることができる。さらなる例として、光反応性システム１０および１1は、特に、ワークピース２６上に送られるような放射出力２４および２５の効果的な質または量を増大するように、カップリング光学系３０および３１を使用してもよい。
【００１５】
選択された複数の半導体デバイス１９および２７は、コントローラー１４および１５にデータを提供するように、カップリング電子機器２２および２３を介してコントローラー１４および１５に結合される。また、以下に説明するように、コントローラーは、そのようなデータを提供する半導体デバイスを、例えば、カップリング電子機器２２および２３を介して、制御するように実装される。コントローラー１４および１５は、各電源１６および１７と、冷却サブシステム１８および３９とに接続されており、それらを制御するように実装されている。さらに、コントローラー１４および１５は、電源１６および１７と、冷却サブシステム１８および３９とからデータを受信する。更なる例において、コントローラー１４および１５は、光反応性システム１０および１１の操作を制御するために、互いに通信してもよい（図１に示されていない）。例えば、コントローラー１４および１５は、マスタースレーブカスケーディング制御アルゴリズム（master-slave cascading control algorithm）で動作する。コントローラーの一つの設定点は、他のコントローラーの出力によって設定される。光反応性システム１１と連動して、光反応性システム１０の動作のための他の制御ストラテジーが使用されてもよい。
【００１６】
電源１６および１７と、冷却サブシステム１８および３９と、発光サブシステム１２および１３とに加えて、コントローラー１４および１５は、内部エレメント３２および３３と、外部エレメント３４および３５に接続され、それらを制御するように実装される。図示されるようなエレメント３２および３３は、光反応性システム１０および１１に対して内側にある。図示されるようなエレメント３４および３５は、光反応性システム１０および１１に対して外側にあるが、ワークピース２６と関連している（例えば、ハンドリング機器、冷却機器またはその他の外部機器）、または、光反応性システム１０および１１が支持する光化学反応に関連する。
【００１７】
電源１６および１７、冷却サブシステム１８および３９、発光サブシステム１２および１３、および／またはエレメント３２および３３と３４および３５の１つまたは２つ以上からコントローラー１４および１５によって受信されたデータは、種々のタイプである。例として、そのデータは、結合された半導体デバイス１９および２７と関連する１または２以上の代表的な特性である。別の例として、そのデータは、発光サブシステム１２および１３と、電源１６および１７と、冷却サブシステム１８および３９と、内部エレメント３２および３３と、データを提供する外部エレメント３４および３５と関連する１または２以上の代表的な特性であってもよい。また、別の例として、そのデータは、ワークピース２６（例えば、代表的な、ワークピースに向く放射出力エネルギーまたはスペクトルコンポーネント）と関連する１または２以上の代表的な特性であってもよい。さらに、データは、これらの特性を組み合わせた代表な特性であってもよい。
【００１８】
コントローラー１４および１５は、そのようなデータの受信において、データに応答するように実装されてもよい。例えば、そのようなコンポーネントからのデータに応答して、コントローラー１４および１５は、電源１６および１７、冷却サブシステム１８および３９、発光サブシステム１２および１３（１または２以上の連結された半導体デバイスを含む）、および／またはエレメント３２、３３、３４および３５の１つまたは２つ以上を制御するように実装されてもよい。一例として、光エネルギーがワークピースに関連する１または２以上のポイントで不十分であるということを示す発光サブシステムからのデータに応答して、コントローラー１４は、次の（ａ）〜（ｄ）のいずれかのように実行される。（ａ）１または２以上の半導体デバイスに電力の電源の供給を増加する。（ｂ）冷却サブシステム１８を介して発光サブシステムの冷却を上げる（例えば、冷却されたら、ある発光デバイスがより大きい放射出力を提供する）。（ｃ）電力がそのようなデバイスに供給される間の時間を増やす。（ｄ）上記の組合せを提供する。
【００１９】
発光サブシステム１２および１３の個々の半導体デバイス１９および２７（例えば、ＬＥＤデバイス）は、コントローラー１４および１５によって独立に制御される。例えば、コントローラー１４および１５は、異なる強度、波長などの光を発する１または２以上の個別のＬＥＤデバイスの第２のグループを制御しながら、第１の強度、波長などの光を発する１または２以上の個別のＬＥＤデバイスの第１のグループを制御する。１または２以上の個別のＬＥＤデバイスの第１のグループは、半導体デバイスの同じアレイ２０および２１内にあってもよく、半導体デバイスの２以上のアレイ２０および２１にあってもよい。半導体デバイスのアレイ２０および２１は、それぞれ、コントローラー１４および１５による発光サブシステム１２および１３における半導体デバイスの他のアレイ２０および２１から、コントローラー１４および１５によって独立に制御されてもよい。例えば、第１のアレイの半導体デバイスは、第１の強度と波長などの光を発するように制御される。一方、第２のアレイの半導体デバイスは、第２の強度と波長などの光を発するように制御される。
【００２０】
更なる例として、第１のセットの条件下（例えば、特別なワークピース、光反応および／または操作条件のセットのための条件）、コントローラー１４および１５は、第１のコントロールストラテジーを実行するために、光反応性システム１０および１１を操作する。第２のセットの条件下（例えば、特別なワークピース、光反応および／または操作条件のセットのための条件）、コントローラー１４および１５は、第２のコントロールストラテジーを実行するために、光反応性システム１０および１１を操作する。上述したように、第１のコントロールストラテジーは、第１の強度と波長などの光を発する１または２以上の個別の半導体デバイス（例えば、ＬＥＤデバイス）の第１のグループを操作することを含んでいる。一方、第２のコントロールストラテジーは、第２の強度と波長などの光を発する１または２以上の個別のＬＥＤデバイスの第２のグループを操作することを含んでいる。ＬＥＤデバイスの第１のグループは、第２のグループと同じＬＥＤデバイスのグループであってもよい。また、ＬＥＤデバイスの第１のグループは、ＬＥＤデバイスの１または２以上のアレイにわたってもよく、または、第２のグループと異なるＬＥＤデバイスのグループであってもよい。しかし、異なるＬＥＤデバイスのグループは、第２のグループからの１または２以上のＬＥＤデバイスのサブセットを含んでいる。
【００２１】
冷却サブシステム１８および３９は、発光サブシステム１２および１３の熱の挙動を扱うように実装されている。例えば、冷却サブシステム１８および３９は、発光サブシステム１２および１３、より具体的に、半導体デバイス１９および２７の冷却のために提供される。冷却サブシステム１８および３９は、ワークピース２６、および／または、ワークピース２６と光反応性システム１０および１１（例えば、発光サブシステム１２および１３）との間のスペースを冷却するために実装される。例えば、冷却サブシステム１８および３９は、空気冷却システムまたは他の流体（例えば、水）冷却システムである。冷却サブシステムは、半導体デバイス１９および２７に取り付けられた冷却フィンまたは半導体デバイスのアレイ２０および２１、カップリング光学系３０および３１に取り付けられた冷却フィンのような冷却エレメントを含む。例えば、冷却サブシステムは、ＬＥＤ反射体（例えば、カップリング光学系３０および３１）の全体にわたって、冷却エアーを吹き付けることを含む。反射体は、熱伝達を増大するために外部フィンを備えている。
【００２２】
光反応性システム１０および１１は、種々のアプリケーションのために使用される。そのようなアプリケーションは、特に限定されないが、例えば、インク印刷からＤＶＤｓの製造の硬化アプリケーション、リソグラフィーなどが挙げられる。光反応性システム１０および１１が使用されるアプリケーションは、関連した操作パラメーターを有する。すなわち、あるアプリケーションは、１または２以上の波長で、１または２以上の期間にわたって付与された１または２以上のレベルの放射強度（radiant power）を提供するように、操作パラメーターを関連づける。アプリケーションと関連づけられた光反応を正しく遂行するために、屈折力（optical power）は、ワークピース２６で、またはワークピース２６近くで、または、１または複数のこれらのパラメーター（ある時間、複数の時間または時間の範囲）の１または２以上の所定のレベルでまたは所定のレベルを超えて供給される必要がある。
【００２３】
意図したアプリケーションのパラメーターに従うために、放射出力２４および２５を提供する半導体デバイス１９および２７は、アプリケーションのパラメーター（例えば、温度、スペクトル分布、放射強度）と関連付けられた種々の特性に従って、操作される。同時に、半導体デバイス１９および２７は、ある操作仕様書を有する。それは、半導体デバイスの製造と関連づけられている。特に、それは、デバイスの破壊が起きないようにするために、および／または、デバイスの劣化を未然に防ぐために、付随される。光反応性システム１０および１１の他のコンポーネントは、操作仕様書を関連づける。これらの仕様書は、他のパラメーター仕様書の中で特に、操作温度および付与された電力の範囲（例えば、最大および最小）を含む。
【００２４】
したがって、光反応性システム１０および１１は、アプリケーションのパラメーターのモニタリングを支援する。加えて、光反応性システム１０および１１は、特性と仕様書とを含む半導体デバイス１９および２７のモニタリングを提供する。さらに、光反応性システム１０および１１は、特性と仕様書とを含むシステム１０および１１の選択された他のコンポーネントのモニタリングも提供する。
【００２５】
そのようなモニタリングによって、光反応性システム１０および１１の動作が確実に評価されるように、システムの正しい動作を証明することができる。例えば、光反応性システム１０および１１は、１または２以上のアプリケーションのパラメーター（例えば、温度、スペクトル分布、放射強度など）、そのようなパラメーターと関連付けられた任意のコンポーネントの特性および／または任意のコンポーネントの操作仕様書とに対して、不適切に動作するかもしれない。モニタリングは、１または２以上のシステムのコンポーネントからコントローラー１４および１５によって受信されたデータにしたがって、反応よく、実行される。
【００２６】
モニタリングは、システムの動作の制御を支援する。例えば、制御ストラテジーは、コントローラー１４および１５を介して実行される。コントローラー１４および１５は、１または２以上のシステムコンポーネントからデータを受信し、反応する。この制御ストラテジーは、上述したように、（例えば、そのコンポーネント動作に関するデータに基づいてコンポーネントに向かう制御信号を介してコンポーネントを制御することによって）直接的に、または、（他のコンポーネントの動作を調節するように向けられた制御信号を介してコンポーネントの動作を制御することによって）間接的に実行される。一例として、半導体デバイスの放射出力は、発光サブシステム１２および１３に印加される電力を調節する電源１６および１７に向けられた制御信号を介して、および／または、発光サブシステム１２および１３に付与される冷却を調節する冷却サブシステム１８および３９に向けられた制御信号を介して、間接的に調節される。
【００２７】
制御ストラテジーは、システムの適切な操作を可能にし、および／または、アプリケーションの性能を上げるために使用される。より具体的な例において、制御は、プリケーションの光反応を適切に完了するために十分なワークピース２６に放射エネルギーを向けながら、例えば、仕様書の範囲を超えて、半導体デバイス１９および２７または半導体デバイスのアレイ２０および２１の加熱が起きないように、アレイの放射出力とその動作温度との間のバランスを可能にする、および／または、増大するために使用される。
【００２８】
いくつかのアプリケーションにおいて、高い放射強度がワークピース２６に送られる。したがって、発光サブシステム１２および１３は、発光半導体デバイスのアレイ２０および２１を使用して実装される。例えば、サブシステム１２および１３は、高密度発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイを使用して実装される。ＬＥＤアレイが使用され、ここで詳細に説明するが、半導体デバイス１９および２７と、そのアレイ２０および２１とは、発明の本質から離れることなく、他の発光技術を使用して実装されてもよい。そのような他の発光技術は、特に限定されないが、有機ＬＥＤｓ、レーザーダイオード、他の半導体レーザーなどが挙げられる。
【００２９】
図１に続き、複数の半導体デバイス１９および２７は、アレイ２０および２１形状、または、（例えば、図１に示されるような）複数のアレイのうちの一つのアレイ形状で提供される。アレイ２０および２１は、１または２以上、または、多くの半導体デバイス１９および２７が放射出力を提供するように構成されるように、実装される。しかしながら、同時に、１または２以上のアレイの半導体デバイス１９および２７は、選択されたアレイの特性のモニタリングを提供するように実装される。モニタリングデバイス３６および３７は、アレイにおけるデバイスの中から選択され、例えば、他の発光デバイスと同じ構造を有している。例えば、発光とモニタリングとの間の差は、（例えば、ＬＥＤアレイは、カップリング電子機器が逆電流を提供するモニタリングＬＥＤデバイスと、カップリング電子機器が順方向電流を提供する発光ＬＥＤデバイスとを有するという基本形において、）特定の半導体デバイスと関連付けられたカップリング電子機器２２および２３によって決定される。
【００３０】
また、カップリング電子機器に基づいて、アレイにおける選択された半導体デバイスは、多機能デバイスおよび／または多重モードデバイスのいずれかまたは両方であってもよい。（ａ）多機能デバイスは、２以上の特性（例えば、放射強度、温度、磁界、振動、圧力、加速度、および他の機械的力または変形のいずれか）を検出することができ、アプリケーションパラメーターまたは他の決定要因にしたがって、これらの検出機能間でスイッチされる。（ｂ）多重モードデバイスは、発光、検出およびその他のいくつかのモード（例えば、オフ）をとることができ、アプリケーションパラメーターまたは他の決定要因にしたがって、モード間でスイッチされる。
【００３１】
上述したように、光反応性システム１０および１１は、ワークピース２６を受けるように構成されている。一例として、ワークピース２６は、ＵＶ硬化光ファイバー、リボン、ケーブルなどである。また、ワークピース２６は、光反応性システム１０および１１のカップリング光学系３０および３１の焦点に、または焦点近くに位置されている。このように、光反応性システム１０および１１から照射されるＵＶ光は、ＵＶ硬化用ワークピースの表面にカップリング光学系を介して向けられ、その場で光反応を実行する。また、光反応性システム１０および１１のカップリング光学系３０および３１は、後に詳細に説明されるように、共同設置焦点を有するように構成されている。
【００３２】
図２に戻って、図２は、シングル楕円反射体２００の例を示す。シングル楕円カップリング光学系は、光ファイバーワークピースの被膜を硬化するための従来のＵＶ硬化デバイスに使用される。
【００３３】
楕円は、ある面と錐体との交差によって生じる平面曲線である。見方によれば、そのようなある面は閉曲線を作り、その錐体は、平面の全ての点の軌跡として規定される。２つの固定された点（楕円の焦点）に対する距離は、同じ定数を与える。楕円上の正反対の点間の距離は、または、楕円の中心に中間点がある点のペア間の距離は、その主軸または横径に沿って最大であり、その直交する短径または共役直径に沿って最小である。楕円は、その主軸および短軸を基準に対照的である。楕円の焦点は、楕円の主軸上の２つの特別な点であり、楕円の中心点（主軸と短軸の交点）から等距離のところにある。楕円上の任意の点からそれら２つの焦点への距離の合計は、一定であり、主軸と等しい。２つの点のそれぞれは、楕円の焦点と呼ばれる。楕円筒は、楕円の断面を有する円筒である。
【００３４】
楕円反射体２００は、楕円の断面を有する楕円筒である。楕円反射体２００は２つの焦点を有し、楕円筒の軸長に沿って、１つの焦点から照射される光は、円筒の軸長に沿って第２の焦点に集結される。楕円反射体の表面２１０は、楕円筒形状と、楕円の断面を有する光制御デバイスの一例である。その結果、楕円反射体の第１の焦点（例えば、楕円筒の軸に沿った焦点）で一つの光源２３０から発する光線２５０は、第２の焦点２４０（例えば、楕円筒の第２の軸に沿った焦点）に向けられる。ＵＶ硬化のために、楕円反射体の内表面は、第２の焦点２４０に位置するワークピースの表面上にＵＶ光を実質的に向けるように、ＵＶ反射する。
【００３５】
一つの光源を有するシングル楕円反射体デバイスにおいて、近距離場のワークピース表面（例えば、光源に向かって直面するワークピース表面）は、遠距離場のワークピース（例えば、光源にから遠ざかって直面するワークピース表面）よりも高い強度で光を受ける。シングル楕円反射体は、光源２３０から発するＵＶ光線２６４をフォーカスするために、および、ワークピースの遠距離場の表面上に向けるようにするために、円筒状の予備的なバック反射体２６０を含む。予備的なバック反射体は、ワークピースのより均一な照射を提供するために使用される。
【００３６】
上述したように、従来のシングル楕円反射体２００は２つの焦点を有している。第１の焦点で光源２３０から出る光は、第２の焦点２４０にほぼ集中される。
【００３７】
図３に戻って、図３は、２つの楕円形表面が部分結合を形成するように重なり、結合した２つの楕円形表面３１０および３２０の一例を示す。２つの楕円形表面の一部が結合される端部は、湾曲した他の楕円孤の中間点近くに２つのエッジ３１４および３２４を形成する。図３に示されるように、楕円形表面３１０および３２０は、それらの主軸３５０に沿って配置され、それらが共同設置焦点３３０をほぼ共有するように配置される。楕円形表面３１０および３２０は、ほぼ共同設置焦点に、またはその付近に位置されたワークピースに対して互いに反対側に配置される。また、２以上の光源は、ワークピースの反対側の焦点３４０および３４６に位置されても、その周辺に位置されてもよく、またはそれらを取り囲んでいてもよい。光源は、例えば、個別のＬＥＤデバイス、ＬＥＤデバイスのアレイまたは複数のＬＥＤアレイのうちのアレイであってもよい。この配置において、デュアル楕円形表面は、デュアル楕円反射体の焦点３４０および３４６に、またはその付近に位置される光源から照射される光を、ワークピースの表面上に集中させることができる。
【００３８】
少なくとも２つの光源がデュアル楕円反射体に関連して使用されるから、ある光源に対して遠距離場に置かれたワークピースの表面は、別の光源に対して近距離場に置かれる。このように、デュアル楕円反射体のデザインは、バック反射体を使用することを潜在的に避け、システムデザインとコストを単純化している。このように、図３に示された構成は、従来のシングル楕円反射体ＵＶ硬化デバイスに対してワークピース表面中に、より高い照射強度と、より均一な照射強度を成し遂げることができる。より高く、均一な照射強度の実現は、生産率を高め、および／または、硬化時間を短くすることができる。それによって、生産物の製造コストを低減させている。
【００３９】
シングル楕円反射体に対するデュアル楕円反射体のさらなる利点は、従来のシングル楕円ＵＶ硬化デバイスと比較して、高強度を維持しながら、２つの光源からのＵＶ光がワークピースの全ての表面にわたってより均一に集中するということである。また、複数の光源が使用されるので、共同設置焦点からワークピースのわずかなずれ、または、焦点の一つから１または２以上の光源のわずかなずれがあるとしても、光源から照射される光は、ほぼ、ワークピースの表面に向けられることができる。また、ワークピースの断面が不均一形状または非対称である場合、または、ワークピースの断面が大きい場合、複数の光源がデュアル楕円反射体とともに使用されるとき、光源から照射される光は、ほぼ、ワークピースの表面に向けられる。
【００４０】
少なくとも２つの光源を使用すると、照射された光の強度とスペクトル波長とを制御するために柔軟に対応できる。例えば、２つの光源の強度と電球タイプは、独立に変化し、またはそれらは一致させられる。複数の光源を使用すると、操作中に光源の一方が故障しまたは誤動作した場合において、フェイルセーフ冗長性（fail-safe redundancy）を提供することができる。
【００４１】
楕円形表面３１０および３２０は、ほぼ楕円であり、または少なくとも部分的に楕円である。デュアル反射体は、ほぼ楕円筒を形成し、焦点３４０および３４６で、またはその付近で照射された光は、共同設置焦点３３０で表面３１０および３２０の内部で実質的に反射される。例えば、表面３１０および３２０の形状は、共同設置焦点３３０で、焦点３４０および３４６の近くの光源または焦点３４０および３４６での光源によって照射された光の集中に支障を来すことなく、完全な楕円形からわずかにずれてもよい。更なる例として、完全な楕円形からわずかにずれる表面３１０および３２０の形状は、ファセットされた楕円形の表面（faceted elliptical surfaces）を含む。反射体の一般的な形状は、楕円形であるが、楕円から若干離れてファセットされた個別断面を有していてもよい。ファセットされた、または、部分的にファセットされた楕円形表面は、与えられた光源のためのワークピース表面での光の均一性または強度を増大させる方法で、反射された光を制御する。ファセット（facets、小平面）のそれぞれは、楕円形表面を形成するために複数のフラットファセットを結合する角を有する平面であってもよい。または、ファセットは、湾曲された表面を有していてもよい。
【００４２】
図４に戻って、図４は、図３の２つの楕円形の表面３１０および３２０の配置のように、デュアル楕円反射体４８０および４９０の主軸に直線状に並べられ、デュアル楕円反射体４８０および４９０が共同設置焦点４６０を共有するように配置されたデュアル楕円反射体４８０および４９０を含むＵＶ硬化デバイス４００用のカップリング光学系の一例の断面図を示す。ＵＶ硬化デバイス４００は、楕円反射体４８０および４９０の他の焦点に、またはその近くに位置された２つの光源４１０および４２０と、中心軸が共同設置焦点に対してほぼ中心に置かれるように位置されたサンプルチューブ４７０とを含む。ＵＶ硬化デバイス４００は、２以上の光源を含んでいる。このように、楕円反射体４８０および４９０は、それらが接触するエッジ４８６および４８８で結合された２つの部分楕円筒を形成する。ＵＶ硬化デバイス４００は、ワークピース４５０を受け取るように構成されている。ワークピース４５０は、サンプルチューブ４７０の中を通り、その結果、その軸は、共同設置焦点４６０の軸に沿って延びている。この構成において、２つの光源と、デュアル楕円反射体は、ワークピースに対して互いに反対側に配置され、デュアル楕円反射体は、ほぼ均一な状態で、かつ高強度で、２つの光源４１０および４２０から照射される光線４１４および４２４をワークピース表面上にフォーカスし、向ける。ここで、略均一な状態でワークピースを照射することは、本質的に同じ放射照度（例えば、単位面積当たりの電力）を有するＵＶ硬化デバイス内に含まれる全てのワークピース表面を照射することに言及する。また、２つの光源とデュアル楕円反射体がワークピースの反対側に位置されているので、ワークピースの表面は２つの光源のうちの少なくとも一つに対して、近距離場表面または、中距離場表面を含む。遠距離場表面はなくなり、ワークピース上に光を向けるために、バック反射体またはデュアル楕円反射体の内部表面以外の反射表面を使用することはない。
【００４３】
デュアル楕円反射体４８０および４９０は、光源４１０および４２０から発する光線４１４および４２４を向けるための反射内部表面４８４および４９４を含む。反射内部表面４８４および４９４は、光の最小吸収または最小屈折を有する可視光線、ＵＶ光線および／またはＩＲ光線を反射する。また、反射内部表面４８４および４９４は、ある範囲の波長の光が反射するように、２色性であってもよい。ある範囲外の波長の光は、反射内部表面４８４および４９４で吸収される。例えば、反射内部表面４８４および４９４は、可視光線およびＵＶ光線を反射し、ＩＲ光線を吸収するように設計されてもよい。そのような反射内部表面は、敏感な（傷つきやすい）コーティングまたはワークピースを熱するために、または、ワークピース４５０の表面で硬化反応の反応率と均一性を穏やかにするために有益である。一方、反射内部表面４８４および４９４は、ＵＶとＩＲの両方を優先的に反射する。なぜなら、硬化反応は、高温でより迅速に進むからである。
【００４４】
ワークピース４５０は、サイズと寸法の範囲を有する、光ファイバー、リボン、またはケーブルを含む。ワークピース４５０は、表面上にプリントされたＵＶ硬化インクだけでなく、ＵＶ硬化クラッディングおよび／またはＵＶ硬化表面コーティングを含む。ＵＶ硬化クラッディングは、１または２以上のＵＶ硬化ポリマー系を含み、１または２以上の硬化段階でＵＶ硬化できる２以上のＵＶ硬化層を含む。ＵＶ硬化表面コーティングは、薄膜、または、光ファイバーまたは光ファイバークラッディングの表面で硬化できるインクを含む。例えば、ワークピースは、コアと、クラッディング層とを含む光ファイバーを含み、クラッディングは、ポリイミドまたはアクリレートポリマーのようなＵＶ硬化ポリマー、または、１または２以上の別のＵＶ硬化ポリマーを含むコーティングを含む。別の例として、デュアル層コーティングが使用されてもよい。ワークピースは、インナー層と、アウター層で被覆されていてもよい。そのようなインナー層は、マイクロベンドによって減衰を最小にするために硬化されるとき、ソフトで弾性のある品質を有している。また、そのようなアウター層は、堅く、摩耗や環境への露出（例えば、湿気やＵＶ）からワークピース（例えば、光ファイバー）を保護するために適合される。インナー層と、アウター層とは、開始剤、モノマー、オリゴマーおよび他の添加剤を含むポリマー系（例えば、エポキシ系）を含む。
【００４５】
硬化中、ワークピース４５０は、サンプルチューブ４７０内で、軸方向にＵＶ硬化デバイスを通って引かれるか引き出される。ワークピース４５０は、共同設置焦点４６０で軸方向に沿って中心に置かれる。また、サンプルチューブ４７０は、共同設置焦点４６０で軸方向に沿って中心に置かれ、ワークピース４５０を同心円状に取り囲む。サンプルチューブ４７０は、ガラス、石英または別の光学透明材料、ＵＶ透明材料および／またはＩＲ透明材料で構成されており、とても厚い寸法でない。その結果、サンプルチューブ４７０は、光源４１０および４２０から照射され、ワークピース４５０の表面上のサンプルチューブを介してデュアル楕円反射体４８０および４９０の内部表面から向けられた光線をブロックしない、または、光線とほぼ相互作用しない。サンプルチューブ４７０は、図４に示されるように、円形の断面を有しているが、適切な形状の別の断面を有していてもよい。サンプルチューブ４７０は、ワークピースの周りの内部雰囲気を維持するため、および、ＵＶ硬化反応を遅くする酸素阻害を低減するために、窒素、炭酸ガス、ヘリウムなどのような不活性ガスを含む。
【００４６】
光源４１０および４２０は、ＬＥＤ光源、ＬＥＤアレイ光源、マイクロ波動力（microwave-powered）光源、ハロゲンアーク光源またはそのアレイのような１または２以上の半導体デバイスまたは半導体デバイスアレイを含む。また、ほぼ焦点４８２および４９２に位置された光源４１０および４２０は、ＵＶ硬化デバイス４００の部分楕円筒反射体部の長さに沿って延びるように、焦点４８２および４９２の軸長に沿って延びている。光源４１０および４２０、光源の特定のアレイ、または光源の複数のアレイのうちのアレイは、ＵＶ硬化デバイス４００の部分楕円筒反射体部の長さに沿って、またはその長さに沿った位置で焦点４８２および４９２以上に延在しているか、それらを含んでいる。このように、デュアル楕円反射体の軸長に沿った光源４１０および４２０から照射された光は、その全体の長さに沿ってワークピース５０の表面に実質的に向け直される。
【００４７】
また、光源４１０および４２０は、１または２以上の可視光、ＵＶ光またはＩＲ光を発する。またさらに、光源４１０および４２０は、同一のタイプの光源または異なるタイプの光源であてもよい。例えば、光源４１０はＵＶ光を照射し、光源４２０はＩＲ光を照射してもよい。別の例として、光源４１０が第１のスペクトルのＵＶ光を照射する一方、光源４２０が第２のスペクトルのＵＶ光を照射してもよい。光源４１０および４２０によって発せられた光の第１と第２のスペクトルは、重複していても重複していなくてもよい。例えば、第１の光源４２０が第１のタイプのＬＥＤ光源であり、第２の光源が第２のタイプのＬＥＤ光源である場合、これらの発光スペクトルは、重複していても重複していなくてもよい。また、光源４１０と光源４２０によって照射された光の強度は、同一であっても異なっていてもよい。それらの強度は、コントローラー（例えば、１４、１５）やカップリング（例えば、２２、２３）電子機器を介してオペレーターによって独立に制御されることができる。このように、光源４１０および４２０の光の強度と波長の両方は、ワークピースの均一なＵＶ照射と均一なＵＶ硬化を成し遂げるために、柔軟にかつ独立に制御されることができる。例えば、ワークピースが、凸凹形状である場合、および／または、デュアル楕円反射体の共同設置焦点に対して対照的でない場合、ＵＶ硬化デバイスは、均一な硬化を成し遂げるために、ワークピースのある部分から別の部分を特異的に照射してもよい。別な例として、異なるコーティングやインクがワークピースの表面に付与されると、ＵＶ硬化デバイスは、ワークピースのある部分から別の部分を特異的に照射してもよい。
【００４８】
デュアル楕円反射体４８０と、その楕円反射体の焦点に位置された少なくとも２つの光源４１０および４２０とを有するＵＶ硬化デバイスにおいて、図２に示されるような１つだけの楕円反射体と１つの光源とを使用する従来のＵＶ硬化デバイスと比較して、共同設置焦点４６０に位置されたワークピースは、より均一にかつ高い強度でＵＶ光を照射される。このように、デュアル楕円反射体４８０および４９０と、その楕円反射体の焦点に位置された２つの光源４１０および４２０とを使用してワークピースをＵＶ硬化することは、ワークピースのより高い硬化率とより均一な硬化とを成し遂げる。すなわち、より高い硬化率は、より均一な硬化を成し遂げつつ、成し遂げられる。不均一または不規則に被覆されたワークピースは、コーティングが拡張または収縮するとき、不均一な力を受ける場合がある。光ファイバーの場合、不均一に被覆された光ファイバーは、より大きいシグナル減衰の影響を受けやすい。より均一な硬化を成し遂げるためには、反応性モノマーおよびオリゴマーの高い変換パーセントと、ポリマー系における高い架橋度とを要する。加えて、一定の厚さを有し、ワークピース（例えば、光ファイバー）のアプリケーション長さにわたって続く、ワークピース（例えば、光ファイバー）のまわりに同心コーティングを成し遂げることを含む。
【００４９】
光ファイバー、ケーブル、リボンなどの連続製造プロセスまたはバッチ製造プロセスにおける高い硬化率を実現することは、製造時間とコストを削減する。また、より均一な硬化の実現は、ワークピースにより高い耐久性と強度とを付与する。光ファイバーコーティングの場合において、高い均一性を有するコーティングは、ファイバー強度を保つ。それによって、光ファイバーにおけるマイクロベンド変形、ストレスによる弱体化、または他の機械的損傷のような現象のために、信号伝送の減衰を防止することに対して、光ファイバーの耐久性を増大させている。高い架橋度は、コーティングの化学的耐性を増大させ、光ファイバーの化学的浸透および化学的腐食や化学的損傷を防止する。光ファイバーは、表面欠陥によって、品質が低下する。従来のＵＶ硬化デバイスにおいて、高い硬化率は、均一性の低い硬化でのみ成し遂げられる。同様に、より均一な硬化は、低い硬化率でのみ成し遂げられる。
【００５０】
ＵＶ硬化デバイスは、共同設置焦点と少なくとも２つのＵＶ光源とを有するように配置された少なくとも２つの楕円筒反射体を含む。各光源は、少なくとも２つの楕円反射体のそれぞれの第２の焦点に位置されている。少なくとも２つの楕円反射体は、ＵＶ硬化ワークピースを受け取るように構成され、ワークピースに対して互いに反対側に配置されている。少なくとも２つの楕円筒反射体の楕円形表面は、ＵＶ硬化デバイスの中間点（midpoint）近くのトップエッジとボトムエッジを形成するために接触し、連結される。また、楕円形表面は、楕円筒反射体の軸長に沿って延びている。楕円筒反射体の楕円形表面は、楕円筒反射体が２以上の光源用のハウジングに取り付けられているＵＶ硬化デバイスのエッジからどちらかの側に外方に向かって延びている。光源は、電源と、コントローラーと、冷却サブシステムと、発光サブシステムとを含む。発光サブシステムは、カップリング電子機器と、カップリング光学系と、複数の半導体デバイスとを含む。ハウジングは、光源を含み、冷却サブシステムの流体用の注入口と排出口とを含む。
【００５１】
冷却サブシステムは、ＵＶ硬化デバイスからの熱を消散させるための循環冷却流体を含み、楕円筒反射体の外表面上に搭載された冷却フィンをさらに含む。また、デュアル楕円反射体は、２色性の反射体を含んでいてもよい。少なくとも２つのＵＶ光源の半導体デバイスは、ＬＥＤアレイと、マイクロ波動力ＵＶランプとを含み、異なるピークの波長を有するＵＶ光を発する。
【００５２】
図５に戻って、図５は、図３で述べられた特徴を含むＵＶ硬化デバイス５００の発光サブシステムの一例を示す。ＵＶ硬化デバイス５００は、カップリング光学系（例えば、デュアル楕円反射体５４０および５５０）と、２つの光源５１０および５２０と、カップリング光学系（例えば、デュアル楕円反射体）の共同設置焦点に位置されたワークピース５３０（例えば、光ファイバー）とを含む。円筒状の同心サンプルチューブ５６０はワークピースを取り囲む。サンプルチューブ５６０は、石英サンプルチューブであり、例えば、窒素、炭酸ガス、ヘリウムまたはその他の不活性ガスのような不活性雰囲気でパージされまたは満たされている。サンプルチューブ５６０は、非円筒形状または非石英材料のサンプルチューブを含む。ＵＶ光のほぼすべてがワークピースの表面に向くように、ＵＶ光がサンプルチューブからの干渉（例えば、吸収や反射）を受けることなく、サンプルチューブを実質的に通過する。サンプルチューブ５６０は、ワークピースの周りの不活性雰囲気を維持するために、および、ＵＶ硬化反応を遅くする酸素による阻害を低減させるために、窒素、炭酸ガス、ヘリウムなどのような不活性ガスを含んでいる。
【００５３】
デュアル楕円反射体の反射内部表面５４４および５５４は、光の最小限の吸収または最小限の屈折を有する可視光線、ＵＶ光線および／またはＩＲ光線を反射する。また、反射内部表面５４４および５５４は、ある範囲の波長の光が反射されるように、２色性であってもよい。その範囲外の波長の光は、反射内部表面５４４および５５４で吸収される。例えば、反射内部表面５４４および５５４は、ＵＶ光線および可視光線を反射し、ＩＲ光線を吸収するように設計される。そのような反射内部表面は、繊細なコーティングまたはワークピースを熱するために、または、ワークピース５３０の表面で硬化反応の反応率と均一性を緩和するために、有益である。一方、反射内部表面５４４および５５４は、ＵＶ光とＩＲ光の両方を選択的に反射する。なぜなら、硬化反応は高温で急速に進行することができるからである。
【００５４】
熱負荷、正確さ、コストなどのようなアプリケーションパラメーターによって、種々のプロセスまたは方法がデュアル楕円反射体５４０および５５０に使用される。デュアル楕円反射体５４０および５５０は、金属から機械加工または成形されてもよい。また、それらは、高反射率を有するコーティングで形成され、そのコーティングと混合された、ガラス、セラミックおよび／またはプラスチックから機械加工または成形されてもよい。また、デュアル楕円反射体５４０および５５０は、ＵＶ硬化システムの熱伝導冷却のために設計された外部表面を含んでいる。例えば、外部表面は、熱伝導を上げるために棟を付けられ（ridged）ていてもよく、デュアル楕円反射体５４０および５５０の外部表面に取り付けられた冷却フィン５９０を含んでいてもよい。冷却サブシステム１８（図５に示されていない）の部品としての追加の冷却エレメントは、デュアル楕円反射体の１または２以上の表面にわたって、冷却空気または他の不活性流体の転換によって提供されてもよい。
【００５５】
光源５１０および５２０は、各楕円反射体の第２の焦点からのＵＶ光を発するＵＶ ＬＥＤアレイ光源である。その結果、発せられたＵＶ光線５７０は、楕円反射体によってワークピースの表面上に向けられる。光源５１０および５２０は、第２の焦点に、またはその近くに位置されてもよく、第２の焦点を超えて含んでも、延在してもよい。その結果、発せられたＵＶ光線５７０は、楕円反射体によってワークピースの表面上に実質的に向けられる。図５において、ＵＶ ＬＥＤアレイ光源５１０および５２０は、ＵＶ硬化デバイス５００とワークピース５３０の軸方向における各楕円反射体の第２の焦点に沿って延在している。その結果、均一で高強度のＵＶ光は、ＵＶ硬化デバイス５００の内側に含まれるワークピースの全長に沿ってワークピースの表面上に向けられる。ＵＶ硬化プロセスは、連続製造プロセスであり、ワークピース５３０（例えば、光ファイバー）の全長は、ＵＶ硬化デバイス５００内に含まれていなくてもよい。例えば、ＵＶ硬化デバイス５００の光ファイバーの下流（downstream）の部分は、ゲーブルまたは被覆材料の共押し出しのような下流処理工程または他の処理工程を伴う。また、ＵＶ硬化デバイス５００の光ファイバーの上流（upstream）の部分は、引き出し（drawing）やコーティングのような上流処理工程を伴う。また、光ファイバー製造プロセスは、ＵＶ硬化のいくつかの段階を含む。直線状に配置されたＵＶ硬化デバイス５００のグループは、各硬化段階を規定するように使用される。例えば、各硬化段階間で、追加的なコーティング工程や他の処理工程があってもよい。
【００５６】
光源５１０および５２０は、１または２以上のＬＥＤ光源と、ＬＥＤアレイ光源と、マイクロ波動力光源またはハロゲンアーク光源とを含む。また、光源５１０および５２０は、１または２以上の可視光、ＵＶ光またはＩＲ光を発する。また、光源５１０および５２０は、同一のタイプの光源であってもよく、異なるタイプの光源であってもよい。例えば、光源５１０はＵＶ光を照射し、光源５２０はＩＲ光を照射してもよい。別の例として、光源５１０が第１のスペクトルのＵＶ光を照射する一方、光源５２０が第２のスペクトルのＵＶ光を照射してもよい。光源５１０および５２０によって発せられた光の第１と第２のスペクトルは、重複していても重複していなくてもよい。例えば、第１の光源５２０が第１のタイプのＬＥＤ光源であり、第２の光源が第２のタイプのＬＥＤ光源である場合、これらの発光スペクトルは、重複していても重複していなくてもよい。また、光源５１０と光源５２０によって照射された光の強度は、同一であっても異なっていてもよい。それらの強度は、オペレーターによって独立に制御されることができる。このように、光源５１０および５２０の光の強度と波長の両方は、ワークピースの均一なＵＶ照射と均一なＵＶ硬化を成し遂げるために、柔軟にかつ独立に制御されることができる。例えば、ワークピースが、凸凹形状である場合、および／または、デュアル楕円反射体の共同設置焦点に対して対照的でない場合、ＵＶ硬化デバイスは、均一な硬化を成し遂げるために、ワークピースのある部分から別の部分を特異的に照射してもよい。別な例として、異なるコーティングやインクがワークピースの表面に付与されると、ＵＶ硬化デバイスは、均一な硬化を成し遂げるために、ワークピースのある部分から別の部分を特異的に照射してもよい。
【００５７】
このように、２つの光源とデュアル楕円反射体とがワークピースに対して反対側に配置され、デュアル楕円反射体は、ほぼ均一な状態で、かつ高強度で、２つの光源から照射される光をワークピースの表面上に向けることができる。ほぼ均一な状態でワークピースへ照射することは、同じ放射照度（例えば、単位面積あたりの電力）を有するＵＶ硬化デバイス内に含まれるワークピースの表面の全てを照射することを含んでいる。また、２つの光源とデュアル楕円反射体とは、ワークピースに対して反対側に位置され、ワークピースの表面は、２つの光源の少なくとも一つに対して近距離場、または中間距離場に位置されている。遠距離場表面は、実質的になくなっている。ワークピースの遠距離場表面上に光をフォーカスするための、デュアル楕円反射体の内部表面以外の反射表面またはバック反射体を使用することは、避けられる。それによって、ＵＶ硬化システムのコストを低下させ、ＵＶ硬化システムのデザインを単純化している。ＵＶ硬化デバイス５００は、電力供給装置のような、図５に示されない他のコンポーネントを含んでいてもよい。また、光源５１０および５２０は、光源用のハウジング５１２および５２２を介して楕円反射体５４０および５５０に取り付けられていてもよい。例えば、光源５１０および５２０用のハウジング５１２および５２２は、図７に示される例のように、フェイスプレート（面板）を介して楕円反射体５４０および５５０に機械的に留められていてもよい。
【００５８】
したがって、ＵＶ硬化のための光反応性システムは、電源供給装置と、冷却サブシステムと、カップリング光学系を含む発光サブシステムと、２つのＵＶ ＬＥＤアレイ光源と、コントローラーとを含んでいる。カップリング光学系は、共同設置焦点を有する少なくとも２つの楕円筒反射体を含み、ワークピースに対して互いに反対側に配置されている。各ＵＶ ＬＥＤアレイ光源は、デュアル楕円反射体のそれぞれの第２の焦点に位置されている。コントローラーは、２つのＵＶ光源からＵＶ光を照射するための実行可能命令を含んでいる。各ＵＶ光源は、楕円筒反射体の焦点に位置される。照射されたＵＶ光は、楕円筒反射体によって反射され、光ファイバーの表面にフォーカスされる。
【００５９】
カップリング光学系は、共同設置焦点で軸方向に中心に置かれた、ワークピースを取り囲む石英チューブをさらに含んでいる。石英チューブは、ＵＶ硬化反応の酸化阻害を軽減するために、不活性ガスでパージされる。また、冷却サブシステムは、楕円筒反射体の外部表面に取り付けられる冷却フィンを含んでいてもよい。
【００６０】
図６に戻って、図６は、ワークピース（例えば、光ファイバー、光ファイバーコーティングまたは別のタイプのワークピース）を硬化する方法６００を示す。方法６００は、工程６１０で始まる。工程６１０は、ファイバー取り出し工程において、母材から光ファイバーの第１の取り出し工程を含んでいる。方法６００は、工程６２０に進み、ファイバーは、所定のコーティング処理を使用するＵＶ硬化コーティングまたはポリマー系で被覆される。
【００６１】
次に、方法６００は、工程６３０に進む。被覆された光ファイバーは、ＵＶ硬化される。ＵＶ硬化工程６３０中、光ファイバーは、直線的に順次に配列された１または複数のＵＶ硬化デバイス５００のサンプルチューブを通して引かれる。その間中、ＵＶ光は、ＵＶ硬化デバイスのＬＥＤアレイ光源５１０および５２０から照射され、デュアル楕円反射体５４０および５５０によって、共同設置焦点で光ファイバーの表面上に向けられる。光ファイバーが引かれる線速度は、とても速く、例えば、２０ｍ／ｓを超える。複数のＵＶ硬化デバイスを直列（順次）に配列することによって、光ファイバーコーティングの硬化を略完全にするために、光ファイバーの被覆された長さ部分が、十分に長い滞留時間、ＵＶにさらされる。光ファイバーコーティングの完全なＵＶ硬化は、強度、耐久性、化学的耐性、疲労強度などのような物理的、化学的性質を付与する。不完全な硬化または不適切な硬化は、生産物の性能品質を低下させ、光ファイバイーの早期故障や性能の損失を引き起こすような他の性質を低下させる。いくつかの例において、ＵＶ硬化段階（例えば、直列に配列されたＵＶ硬化デバイス５００の数）の効果的な程度（length）は、生産率、光ファイバーまたはワークピースの引き出しまたは線速度などを考慮して決定される。こうして、光ファイバーの線速度が遅ければ、ＵＶ硬化システム段階の程度や数は、光ファイバーの線速度が速いケースよりも小さい。
【００６２】
次に、方法６００は、工程６４０に進み、追加的なコーティング段階が要求されるかどうか決定される。いくつかの例において、デュアルレイヤーコーティングまたはマルチレイヤーコーティングが、ワークピース（例えば、光ファイバー）の表面に付与される。上述したように、光ファイバーは、２つの保護同心コーティング層を含むように製造される。例えば、デュアルレイヤーコーティングは、使用されてもよい。ワークピースは、インナー層と、アウター層で被覆されていてもよい。そのようなインナー層は、マイクロベンドによって減衰を最小にするために硬化されるとき、ソフトで弾性のある品質を有している。また、そのようなアウター層は、堅く、摩耗や環境への露出（例えば、湿気やＵＶ）からワークピース（例えば、光ファイバー）を保護するために適合される。インナー層と、アウター層とは、開始剤、モノマー、オリゴマーおよび他の添加剤を含むポリマー系を含む。追加的なコーティング工程が実行されると、方法６００は、工程６２０に戻り、光ファイバーまたは他のワークピース（ＵＶ硬化された第１の層で被覆されている）は、追加的なコーティング工程６２０と、それに続く追加的なＵＶ硬化工程６３０とを経由して被覆される。図６において、各コーティング工程は、簡単に説明するために、光ファイバーコーティング工程６２０として示されている。しかしながら、各コーティング工程は、同一でなくてもよい。その結果、各コーティング工程は、異なるタイプのコーティング、異なるコーティング組成物、異なるコーティング厚さを付与しても、ワークピースに異なるコーティングの性質を付与してもよい。加えて、コーティング処理工程６２０は、異なる処理条件（例えば、温度、コーティング粘度、コーティング方法）を使用してもよい。同様に、異なるコーティング層や工程のＵＶ硬化は、変更可能な方法や処理条件を含んでいる。例えば、異なるＵＶ硬化工程において、ＵＶ光強度、ＵＶ露出時間、ＵＶ光の波長スペクトル、ＵＶ光源などのような処理条件は、コーティングのタイプおよび／またはコーティング性質に依存して変化されてもよい。
【００６３】
１または２以上のコーティングおよび硬化工程６２０および６３０に続いて、方法６００は工程６５０に進む。工程６５０で、ＵＶ硬化インクまたはラッカーが、例えば、彩色目的または識別目的で、被覆された光ファイバー状にプリントされる。プリントは、所定のプリント処理を用いて実行され、１または２以上の多数のプリント段階またはプリント工程を含んでいてもよい。次に、方法６００は、工程６６０に進む。プリントされたインクまたはラッカーは、ＵＶ硬化される。１または２以上の光ファイバーコーティングのＵＶ硬化工程と同様に、プリントされたインクまたはラッカーは、直線的に順次に配置された１または複数のＵＶ硬化デバイス５００のサンプルチューブを介して光ファイバーを引くことによってＵＶ硬化される。その間、ＵＶ光は、ＵＶ硬化デバイス５００のＬＥＤアレイ光源５１０および５２０から照射され、デュアル楕円反射体５４０および５５０によって共同設置焦点で光ファイバーの表面に向けられる。光ファイバーが引かれる線速度は、とても速く、例えば、２０ｍ／ｓを超えていてもよい。順次に複数のＵＶ硬化デバイスを配置することにより、光ファイバーの長さに沿ってプリントされたインクまたはラッカーが、プリントされたインクまたはラッカーの硬化をほぼ完全にするために、十分に長い滞留時間でＵＶにさらされるようになる。いくつかの例において、ＵＶ硬化段階（例えば、直列に配置されたＵＶ硬化デバイス５００の数）の効果的な程度は、生産率、光ファイバーやワークピースの引き出しまたは線速度を考慮して決定される。したがって、光ファイバーの線速度が遅いと、ＵＶ硬化システムの段階の程度または数は、光ファイバーの線速度が速い場合のものよりも小さい。特に、共同設置焦点を有するデュアル楕円反射体と、デュアル光源５１０および５２０とを含むＵＶ硬化デバイス５００を使用することは、高い強度を提供し、ワークピースの表面上に向けられ、照射されるより均一なＵＶ光を提供する。それによって、ワークピースのより速い硬化とより均一な硬化の両方を提供する。このように、光ファイバーコーティングおよび／またはインクは、高い生産率でＵＶ硬化され、それによって、製造コストを下げている。
【００６４】
次に、方法６００は、工程６７０に進み、追加的なプリント段階が要求されるかどうか決定される。例えば、識別目的で、インクまたはラッカーの第１の層をプリントし、それから、プリントされた第１の層を保護するために、インクまたはラッカーの第２の層をプリントすることが好ましい。追加的なプリント段階が要求されれば、方法６００は、追加的にプリントされたインクおよび／またはラッカーをプリントおよびＵＶ硬化するために、工程６４０に戻る。
【００６５】
図６において、各プリント工程は、説明を簡単にするために光ファイバープリント工程６５０として示される。しかしながら、各プリント工程は、インクまたはラッカーの異なるタイプ、インクまたはラッカーの異なる組成、インクまたはラッカーの異なる厚さを提供し、ワークピースに対するインクまたはラッカーの異なる性質を付与するように、同一でなくてもよい。加えて、プリント処理工程６２０は、異なる処理条件（例えば、温度、コーティング粘度、コーティング方法）を使用してもよい。同様に、プリントされた異なる層または異なる工程のＵＶ硬化は、変更可能な方法または処理条件を含んでいる。例えば、異なるＵＶ硬化工程で、ＵＶ光強度、ＵＶ露出時間、ＵＶ光の波長スペクトル、ＵＶ光源などのような処理条件は、コーティングのタイプおよび／またはコーティングの性質に依存して変化される。
【００６６】
追加的なプリント段階がなければ、方法６００は、ポストＵＶ硬化処理工程が実行される工程６８０に進む。例として、ポストＵＶ硬化処理工程は、ケーブルまたはリボン構造を含む。複数の被覆され、およびプリントされたＵＶ硬化光ファイバーは、フラットリボンまたは、多数のファイバーまたはリボンで構成される大口径のケーブルにまとめられる。他のポストＵＶ硬化処理工程は、ケーブルおよびリボンの外部クラッディングまたはシーシングの共押し出しを含んでいる。
【００６７】
このように、ワークピースをＵＶ硬化する方法は、少なくとも２つの楕円筒反射体の共同設置焦点に沿ってワークピースを引き出す工程と、ワークピースに対して互いに反対側に配置された少なくとも２つのＵＶ光源からＵＶ光を照射する工程とを含む。各ＵＶ光源は、楕円筒反射体の第２の焦点に位置される。照射されたＵＶ光は、楕円筒反射体によって反射され、ワークピースの表面上にフォーカスされる。共同設置焦点に沿ってワークピースを引き出す工程は、共同設置焦点を通して、ＵＶ硬化コーティング、ポリマー、インクのうちの少なくとも一つを有する光ファイバー、リボンまたはケーブルのうちの少なくとも一つを引き出す工程を含んでいる。さらに、照射されたＵＶ光は、ＬＥＤアレイまたはマイクロ波動力ＵＶランプから照射され、楕円筒の２色性反射体によって反射される。また、２つのＵＶ光源は、異なるピーク波長を有するＵＶ光を発する。
【００６８】
冷却フィンは、熱を消散するために、少なくとも２つの楕円筒反射体の外部表面上に搭載されている。また、石英チューブは、共同設置焦点のまわりに軸方向に中心に置かれている。それによって、ワークピースを取り囲み、石英チューブは、ＵＶ硬化反応の酸化阻止を軽減するために、不活性ガスでパージされる。
【００６９】
図７に戻って、図７は、ＵＶ硬化システム７００の一例を示す斜視図である。ＵＶ硬化システム７００は、説明の目的のために、シングル楕円筒反射体７６０を含むが、図５のＵＶ硬化デバイス５００で例示したように、２以上の楕円筒反射体を含んでいてもよい。光源７１０は、ハウジング７１６と、冷却流体が循環する注入口および排出口パイプ接続７１４とを含んでいる。光源７１０は、楕円筒反射体の第１の焦点に沿って位置されたＵＶ ＬＥＤの１または２以上のアレイを含んでいてもよい。ＵＶ硬化システム７００は、搭載ブラケット７１８をさらに含み、それによって、ハウジング７１６は反射体の組立ベースプレート７２０に取り付けられる。ＵＶ硬化システム７００は、サンプルチューブ７３０とワークピース（図示しない）とを含む。例えば、光ファイバーは、サンプルチューブ７３０内で引かれまたは引き出され、サンプルチューブ７３０のほぼ中心の長軸に位置されている。サンプルチューブ７３０の長軸は、楕円筒反射体の第２の焦点に実質的に沿って位置されている。光源７１０から生じるＵＶ光は、楕円筒反射体７６０によって、サンプルチューブを介して、ワークピースの表面に実質的に向けられている。サンプルチューブ７３０は、石英、ガラス、または他の材料で構成されており、円筒形状または他の形状を有している。サンプルチューブ７３０の外部表面上に向けられたＵＶ光は、実質的な屈折、反射または吸収なく、サンプルチューブ７３０を通る。
【００７０】
反射体の組立ベースプレート７２０は、反射体の組立フェイスプレートに接続されている。それは、楕円筒反射体７６０のいずれかの端部に機械的に留められている。サンプルチューブ７３０は、反射体の組立フェイスプレート７２４に機械的に留められている。このように、搭載ブラケット７１８と、反射体の組立フェイスプレート７２４と、反射体の組立ベースプレート７２０とは、光源７１０と、楕円筒反射体７６０と、サンプルチューブ７３０とを一直線に並べるようにしている。光源７１０から生じる光は、楕円筒反射体７６０の第１の焦点に実質的に位置されている。サンプルチューブは、楕円筒反射体７６０の第２の焦点に実質的に位置されている。光源７１０から生じるＵＶ光は、楕円筒反射体７６０によって、サンプルチューブ７３０を通って、ワークピースの表面に実質的に向けられている。反射体の組立フェイスプレート７２４は、調節機構７２８を含んでいる。サンプルチューブ７３０の配列および／または位置は、反射体の組立フェイスプレート７２４と、反射体の組立ベースプレート７２０と、楕円筒反射体７６０と、サンプルチューブ７３０とがともに組み立てられた後、調整される。反射体の組立ベースプレート７２０は、反射体の組立搭載プレート７４０に対して一方の側に沿って接続されている。反射体の組立搭載プレート７４０は、１または２以上の搭載スロット７４４と、ＵＶ硬化システム７００が搭載されることができる１または２以上の搭載孔７４８とを提供する。
【００７１】
ＵＶ硬化システム７００は、電気ワイヤー管を接続する目的やセンサーを搭載する目的などのような他の目的のために、接続ポート７２２および７５０をさらに含んでいる。
【００７２】
ここに記載された構成は、実際、一例に過ぎず、これらの特定の実施形態は、限定解釈されるべきではない。なぜなら、種々の変形が可能であるからである。例えば、上記実施形態は、光ファイバー、ケーブルおよびリボン以外のワークピースに適用できる。また、上述されたＵＶ硬化デバイスとシステムは、従来の製造設備と一体化されてもよく、特定の光源のために設計されていなくてもよい。上述したように、適切な光エンジン（light engine）がマイクロ波動力ランプ、ＬＥＤ、ＬＥＤアレイおよび水銀アークランプのように使用されてもよい。本明細書の発明は、ここに開示された、種々の構成と、他の特徴、機能、および／または性質との新規かつ非自明なコンビネーションおよびサブコンビネーションの全てを含む。
【００７３】
ここに記載された処理フローの例は、種々のＵＶ硬化デバイスおよびＵＶ硬化システム構成で使用されることができる。ここに記載された処理フローは、連続処理、バッチ処理、セミバッチ処理、セミ連続処理などのような１または２以上の任意の数の処理ストラテジーを表していてもよい。また、図示された、種々の行為、操作または機能は、同時に、図示された順で実行されてもよく、いくつかの場合においては省略されてもよい。同様に、処理の順番は、ここに記載された実施形態の例の特徴や利点を成し遂げるために必ずしも必要とされるわけではないが、図と説明を簡単にするために提供されている。１または２以上の図示された行為または機能は、使用される特別なストラテジーに依存して繰り返し実行されてもよい。ここに記載された構成および一連の決められた方法は、実際、典型例に過ぎず、これらの特定の実施形態は、限定解釈されるべきではない。なぜなら、多数の変形が可能であるからである。本明細書の発明は、ここに開示された、種々のシステムおよび構成と、他の特徴、機能、および／または性質との新規かつ非自明なコンビネーションおよびサブコンビネーションの全てを含む。
【００７４】
以下のクレームは、特に、新規かつ非自明とみなされるコンビネーションおよびサブコンビネーションを指摘する。これらのクレームは、「１つ」のエレメント、「第１の」エレメントまたはその等価物に言及する。そのようなクレームは、１または２以上のエレメントを含むように理解すべきであり、２以上のエレメントを要求し、除外するように理解すべきではない。記載された、特徴、機能、エレメントおよび／または性質の他のコンビネーションおよびサブコンビネーションは、本クレームの補正によりクレームされるかもしれないし、関連出願またはこの出願における新しいクレームの存在によってクレームされるかもしれない。当初クレームの範囲に対して、より広いクレーム、より狭いクレーム、等価のクレームまたは異なるクレームは、本明細書の発明の範囲内に含まれるとみなされる。
【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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