(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および光ファイバの製造方法を提供する。【解決手段】光ファイバ１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４０は、紫外線を透過可能であり、光ファイバ１を収容する管４１と、管４１の外から光ファイバ１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４２と、半導体発光素子４２から出射された紫外線を集光する集光レンズ４３，４４と、を備えている。集光レンズ４３，４４と管４１とを介して屈折させることにより紫外線を集光させる。【選択図】図３
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【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であって、
前記紫外線を透過可能であり、前記光ファイバを収容する管と、
前記管の外から前記光ファイバに前記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前記紫外線を集光する集光レンズと、を備え、
前記集光レンズと前記管とを介して屈折させることにより前記紫外線を集光させる、紫外線照射装置。
【請求項２】
前記管は、複数の凸部材を前記管内に配置させることにより構成されている、請求項１に記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
前記管は、円筒状の外管と、前記外管の内周面に貼りつけられた少なくとも一つの凸部材と、を含む、請求項１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、請求項１から請求項４のいずれか一項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製造方法であって、
前記紫外線硬化型樹脂が塗布された前記光ファイバを前記管の中心に通す工程と、
前記集光レンズと前記管とを介して屈折されて集光された前記紫外線を前記紫外線硬化型樹脂に照射して前記紫外線硬化型樹脂を硬化する工程と、を備える、光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの周囲に塗布された樹脂を硬化させるための紫外線照射装置、および光ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１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を開示している。特許文献１の紫外線照射装置は、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ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１１７５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような紫外線照射装置において、装置全体の小型化のために半導体発光素子をなるべく光ファイバに近づけたいという要求がある。そのためには、集光レンズをできるだけ小型化することが求められる。
【０００５】
本発明は、半導体発光素子を光ファイバに近づけ、かつ集光レンズを小型化した場合にも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および光ファイバの製造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】
本発明によ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、紫外線を照射して前記紫外線硬化型樹脂を硬化させる紫外線照射装置であって、
前記紫外線を透過可能であり、前記光ファイバを収容する管と、
前記管の外から前記光ファイバに前記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前記紫外線を集光する集光レンズと、を備え、
前記集光レンズと前記管とを介して屈折させることにより前記紫外線を集光させる。
【０００７】
本発明による光ファイバの製造方法は、
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製造方法であって、
前記紫外線硬化型樹脂が塗布された前記光ファイバを前記管の中心に通す工程と、
前記集光レンズと前記管とを介して屈折されて集光された前記紫外線を前記紫外線硬化型樹脂に照射して前記紫外線硬化型樹脂を硬化する工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体発光素子を光ファイバに近づけ、かつ集光レンズを小型化した場合にも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および光ファイバの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】光ファイバを製造する製造装置を示す図である。
【図２】本実施形態の紫外線照射装置の一例を示す断面図である。
【図３】図２に示す紫外線照射装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線水平断面図である。
【図４】（ａ）は、本実施形態の紫外線照射装置における配光を示す図であり、（ｂ）は、従来例の紫外線照射装置における配光を示す図である。
【図５】変形例１に係る紫外線照射装置、および当該紫外線照射装置における配光を示す図である。
【図６】変形例２に係る管の形状を示す図である。
【図７】変形例３に係る管の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本願発明の実施形態に係る紫外線照射装置は、
（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であって、
前記紫外線を透過可能であり、前記光ファイバを収容する管と、
前記管の外から前記光ファイバに前記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前記紫外線を集光する集光レンズと、を備え、
前記集光レンズと前記管とを介して屈折させることにより前記紫外線を前記管の中心寄りに集光させる。
この構成によれば、半導体発光素子を光ファイバに近づけ、かつ集光レンズを小型化した場合にも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を提供することができる。
【００１１】
（２）前記管は、複数の凸部材を前記管内に配置させることにより構成されていることが好ましい。
この構成によれば、レンズ機能を有する管を容易に作成することができる。
【００１２】
（３）前記管は、円筒状の外管と、前記外管の内周面に貼りつけられた少なくとも一つの凸部材と、を含むことが好ましい。
この構成によれば、従来用いられる円筒管を外管として有効利用することができる。
【００１３】
（４）本願発明の実施形態に係る光ファイバの製造方法は、
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製造方法であって、
前記紫外線硬化型樹脂が塗布された前記光ファイバを前記管の中心に通す工程と、
前記集光レンズと前記管とを介して屈折されて集光された前記紫外線を前記紫外線硬化型樹脂に照射して前記紫外線硬化型樹脂を硬化する工程と、を備える。
この構成によれば、半導体発光素子を光ファイバに近づけ、かつ集光レンズを小型化した場合にも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光ファイバの製造方法を提供することができる。
【００１４】
[本願発明の実施形態の詳細]
以下、実施の形態に係る紫外線照射装置および光ファイバの製造方法について説明する。
【００１５】
まず、本実施形態に係る紫外線照射装置を含む製造装置により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、光ファイバは、ガラスファイバと、ガラスファイバの表面を被覆する被覆層とから構成されている。ガラスファイバは、石英ガラスを主成分とする光ファイバ母材（プリフォーム）を線引きして形成されたファイバである。被覆層は、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、ガラスファイバの表面を保護する機能を有している。なお、被覆層は、ガラスファイバの周囲に直接被覆された内層（プライマリ樹脂層）と、その内層の周囲に被覆された外層（セカンダリ樹脂層）の二層または三層以上から構成されていてもよい。
【００１６】
図１は、光ファイバを製造するための製造装置１０を説明する図である。
まず、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の一方の端部（本例においては下端部）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Ａ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Ｒが溜められている。そのため、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、または２層を同時に塗布する機能を有する塗布器を備えるとよい。
【００１９】
次に、樹脂が塗布されたガラスファイバ２は、走行方向Ａにおいて塗布器３０の下流に設けられている紫外線照射装置４０を通過する。紫外線照射装置４０は、ガラスファイバ２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。
【００２０】
紫外線照射装置４０を通過することによって形成された光ファイバ１は、ガイドローラ５０および引取り手段５１を経て巻取りドラム５２に巻き取られる。
【００２１】
次に、紫外線照射装置４０についてより詳細に説明する。
図２は、線引き時の光ファイバ１の走行方向に沿った紫外線照射装置４０の縦断面図であり、図３は図２に示した紫外線照射装置４０のＩＩＩ−ＩＩＩ線水平断面図である。
【００２２】
図２に示すように、紫外線照射装置４０は、透明管４１（管の一例）、複数の半導体発光素子４２、複数の第一集光レンズ４３、複数の第二集光レンズ４４を備えている。半導体発光素子４２は基台４５ａに、第一集光レンズ４３は基台４５ｂに、第二集光レンズ４４は基台４５ｃにそれぞれ固定されている。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。そして、紫外線硬化型樹脂が塗布された光ファイバ１が透明管４１の中心または中心近傍に通され、透明管４１の中心軸に沿って移動する。
【００２３】
透明管４１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。
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。
【００２４】
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、本実施形態においては、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。
【００２５】
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の内面に付着して硬化すると、透明管の内面が曇り、紫外線が遮られてしまう傾向がある。本実施形態においては、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。
【００２６】
紫外線ＵＶを出射する半導体発光素子４２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。本実施形態に係る紫外線照射装置４０には、光ファイバ１の走行方向（透明管４１の長手方向）に沿って複数の半導体発光素子４２が並べて配置されている。
【００２７】
半導体発光素子４２と透明管４１との間には平凸な第一集光レンズ４３および平凸な第二集光レンズ４４が固定されている。半導体発光素子４２から出る紫外線ＵＶは、進行方向に対して±６０度（円錐の頂角では１２０度）程度までに広がって照射される。半導体発光素子４２から出射された紫外線ＵＶを有効利用するために、第一集光レンズ４３および第二集光レンズ４４を介して紫外線ＵＶを屈折させることにより、紫外線ＵＶを透明管４１内に集光している。なお、一つのレンズで光ファイバ付近に紫外線を集光させようとすると非常に大きなレンズを用いる必要がある。そのため、本実施形態においては２つの集光レンズ４３，４４を用いることで、レンズの小型化を図っている。
なお、紫外線照射装置４０で用いられる集光レンズの数は、できるだけ少ない方がよい。本例では、半導体発光素子４２から出る紫外線ＵＶを二つの集光レンズ４３，４４に通すこととしたが、半導体発光素子と透明管との距離を変えずにその間に光ファイバ屈折率の大きな一つの集光レンズを置いて紫外線をそれに通すことで同様に集光できる場合は、当該一つの集光レンズのみを配置する構成としてもよい。
【００２８】
図３に示すように、透明管４１は、複数の平凸部材４１ａ〜４１ｄにより構成されている。各平凸部材４１ａ〜４１ｄは、それぞれ、４分の一円筒形状であって、透明管４１の長手方向に垂直な面においては、一つの面が平面で当該一つの面と対向する面が凸面で構成されている。これらの平凸部材４１ａ〜４１ｄを貼り合わせることで、外周が円形で、内周面が四角形の透明管４１が構成されている。すなわち、透明管４１の内周は直線から構成されている。透明管４１は、外周が円形で内周が四角形であるため、外周の曲率中心と内周の曲率中心とが異なる。すなわち、外周の曲率中心は透明管４１の中心と一致するが、直線から構成されている内周の曲率はゼロであるため、内周の曲率中心は無限大の位置の距離となる。このように、本実施形態においては、透明管４１の外周の曲率中心と内周の曲率中心とが異なるように、例えば平凸部材４１ａ〜４１ｄにより透明管４１を構成している。なお、透明管４１は、研削加工により作製することも可能であるが、本実施形態のように複数の平凸部材４１ａ〜４１ｄを貼り合わせるほうが、加工コストを削減できるため好ましい。
【００２９】
半導体発光素子４２は、光ファイバ１の走行方向に垂直な同一水平面において、光ファイバ１を中心として複数個配置されている。本実施形態においては、１つの水平面内において、透明管４１の内周の四角形状に対応して４個の半導体発光素子４２が配置される。すなわち、透明管４１の内周の一辺ごとに一つの半導体発光素子４２が設けられている。そして、各半導体発光素子４２と透明管４１との間には、第一集光レンズ４３および第二集光レンズ４４が配置されている。同一水平面上の４個の半導体発光素子４２、４個の第一集光レンズ４３および４個の第二集光レンズ４４を１セットとすると、図２に示すように、紫外線照射装置４０には、光ファイバ１の走行方向に沿って５セットの半導体発光素子４２、第一および第二集光レンズ４３，４４が並べて配置されている。
【００３０】
次に、光ファイバ１の製造方法について説明する。
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４２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。このようにして、ガラスファイバ２の表面に紫外線硬化型樹脂が被覆された光ファイバ１を製造する。
【００３１】
図４（ａ）は、本実施形態の紫外線照射装置における配光を示す図であり、図４（ｂ）は、従来例の紫外線照射装置における配光を示す図である。
図４（ｂ）に示すように、従来例に係る紫外線照射装置４０Ａにおいては、透明管４１Ａは円筒形状、すなわち、透明管４１の外周および内周のいずれも円形である。このような円筒形の透明管４１Ａを用いた場合、半導体発光素子４２から出射され第一集光レンズ４３および第二集光レンズ４４を通過した紫外線ＵＶＡは、透明管４１Ａを通過する際には略平行光となって透明管４１Ａ内に照射される。
一方、本実施形態に係る紫外線照射装置４０においては、透明管４１は、その内周が直線から構成されている。このような透明管４１を用いた場合、図４（ａ）に示すように、第一集光レンズ４３および第二集光レンズ４４を通過した紫外線ＵＶが、透明管４１の外周面において透明管４１の中心寄りに屈折されるとともに、さらに透明管４１の内周面においても透明管４１の中心寄りに屈折される。これにより、透明管４１を通過する前の紫外線ＵＶの光束の幅よりも透明管４１を通過した後の紫外線ＵＶの光束の幅が狭くなる。すなわち、本実施形態においては、第一集光レンズ４３および第二集光レンズ４４と透明管４１とにより屈折させることにより紫外線ＵＶを集光させることができる。そのため、図４（ｂ）に示す従来例と比べて、透明管４１の中心に通された光ファイバ１に対する紫外線ＵＶの照射密度が高くなり、照度が向上するため、紫外線硬化型樹脂を十分に硬化することができる。
【００３２】
また、本実施形態においては、透明管４１自体にレンズ機能を持たせているため、透明管４１と半導体発光素子４２との間に位置する集光レンズの数を減らすことができる。そのため、半導体発光素子４２と透明管４１との距離を縮めることができ、紫外線照射装置４０を小型化することができる。
【００３３】
また、本実施形態に係る光ファイバ１の製造方法は、上記説明した紫外線照射装置４０を使用して、紫外線硬化型樹脂が塗布された光ファイバ１を透明管４１の中心に通す工程と、透明管４１の中心に集光された紫外線ＵＶを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工程と、を備えている。これにより、光ファイバ１を被覆する紫外線硬化型樹脂を十分に硬化可能な光ファイバ１の製造方法を提供することができる。
【００３４】
さらに、透明管４１は、複数の平凸部材４１ａ〜４１ｄを貼り合わせることにより構成されている。これにより、レンズ機能を有する透明管４１を容易に作成することができる。
【００３５】
以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。また、上記説明した構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等に変更することができる。
【００３６】
上記実施形態においては、透明管４１は、平凸部材４１ａ〜４１ｄを貼り合わせて構成されているが、この例に限られない。
図５に示す変形例１のように、透明管１４１は、凸レンズ形状である複数の両凸部材１４１ａ〜１４１ｄにより構成されていてもよい。これにより、透明管１４１の内周面がそれぞれ透明管１４１の中心に向けて凸状の曲面から構成される。このような両凸部材１４１ａ〜１４１ｄを用いることで、上記実施形態に係る平凸部材４１ａ〜４１ｄと同様に、透明管１４１から入射する略平行な紫外線ＵＶを透明管１４１の中心寄りに収束させることができる。
【００３７】
また、図６（ａ）に示すように、変形例２の透明管２４１として、円筒形状の外管２４２と、外管２４２の内周面に貼りつけられる複数の平凸部材２４３とを含む構成としてもよい。この構成によれば、透明管２４１の外周部には従来の透明管と同様の円筒状の外管２４２を用いることができるため、透明管２４１の作製が容易であるとともに、強度面でも優れたものとなる。また、図６（ｂ）に示すように、透明管２４１ａとして、外管２４２の内周面に複数の両凸部材２４３ａを貼りつける構成を採用してもよい。
【００３８】
なお、変形例２のように、必ずしも透明管の内周面に複数の平凸部材を貼りつける構成とする必要はない。例えば、図７に示すように、変形例３の透明管３４１として、円筒形状の外管３４２と、その内部に配置される複数の平凸部材３４３とを含み、外管３４２と平凸部材３４３との間に隙間が設けられる構成としてもよい。
【００３９】
上記実施形態においては、透明管４１の内周面は四角形状であって、透明管４１の四方に半導体発光素子４２、第一集光レンズ４３および第二集光レンズ４４が配置された構成となっているが、この例に限られない。
透明管の内周面の少なくとも一辺が直線形状を有し、少なくとも一つの方向から半導体発光素子により紫外線を照射できる構成であってもよい。また、例えば、透明管として、３つの平凸部材を貼り合わせ、内周面が三角形状を有するものを作製し、透明管の周囲の三方から紫外線を照射する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１：光ファイバ
２：ガラスファイバ
４：光ファイバ母材
１０：光ファイバ製造装置
２０：線引炉
２１：ヒータ
３０：塗布器（ダイス）
４０：紫外線照射装置
４１：透明管（管の一例）
４２：半導体発光素子
４３：第一集光レンズ
４４：第二集光レンズ
４５ａ〜４５ｃ：基台
４６：ガス導入管
４７：ガス排出管
５０：ガイドローラ
５１：引取り手段
５２：巻取りドラム
Ｒ：紫外線硬化型樹脂
【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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