JP2006225191A - ファイバ製造方法およびファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】 コート剤の物性確保とガラスファイバ外周表面への密着性を向上しつつ、ファイバの透過率低下やコート被覆ファイバの柔軟性・強靭性低下を発生することが防止されるファイバ製造方法およびファイバを提供する。
【解決手段】 ファイバ１２を製造するファイバ製造方法は、母材１２ａを加熱炉で加熱溶融した状態で前記母材１２ａを線引きしてファイバ母材１２を形成する工程と、ファイバ母材１２の外周表面をコート前処理する工程と、ファイバ母材１２の外周表面に遮光コート剤を塗布する工程と、遮光コート剤を硬化炉で硬化させて遮光コート剤層１４を形成する工程とを備えている。ファイバ母材１２の外周表面をコート前処理する工程は、大気圧プラズマ装置２４によりプラズマガスをファイバ母材１２に吹き付ける前処理を行なう工程を含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ファイバの製造方法やその製造方法を用いたファイバに関し、例えば内視鏡分野に用いる多成分系硝材のイメージガイドにおける遮光コート剤を有するファイバの製造方法およびファイバ製造方法を用いて形成されるファイバに関する。

光を伝達する光ファイバーや画像を伝達するイメージガイドとしては、一般に、ガラスファイバが用いられている。ガラスファイバの母材は、耐熱性や透明性に優れる合成石英が使用されることが一般的である。そのファイバの外周被覆には、外部からの力や衝撃からファイバを保護し、かつ、ファイバが自由に湾曲可能となるように、高弾性率樹脂材と低弾性率樹脂材の２層コートが施されている。

このようなコーティング剤には、熱硬化性樹脂材では硬化時間が長くかかるという欠点から、速硬化可能な紫外線硬化型コーティング剤が用いられているものが多い。例えば、特許文献１に開示された紫外線硬化樹脂被覆光ファイバでは、石英系光ファイバの１次被覆に低弾性率のウレタンアクリレート系を代表とする紫外線硬化樹脂材を被覆し、２次被覆には高弾性率の紫外線硬化樹脂を被覆するものである。また、特許文献２では、１次被覆に硬質シリコーン材を被覆し、２次被覆に軟質シリコーン樹脂材を被覆している。

また、石英母材の場合は熱溶融温度も必然的に高温（１０００℃以上）となるため、耐熱性の高い金属被覆コート剤を用いたり、特許文献３に開示されているように、光ファイバの初期伝送損失が高い金属被覆コート剤の欠点を対策したボロシロキサン系樹脂と二酸化ケイ素と無機顔料で構成されたコート剤が提供されている。
特許第２６６０２７８号公報 実公平４−４０１７７号公報 実用新案登録第２６０１７１８号公報

多成分系硝材の場合には、石英系硝材のような高温を必要とせず、１０００℃未満の加熱溶融温度で溶融することが可能である。しかしながら、多成分系では、様々な酸化化合物が含まれるため、紫外線硬化装置の照度が高いと着色され、透過率の低下を招いてしまう。また、２層コートでは紫外線の積算光量も倍になり、さらに着色による透過率低下は加速する。

このような問題を回避するために、紫外線の照度を低く設定すると、例えば遮光コート剤とファイバ母材との界面付近への光到達比率が下がってしまい、コート剤の未硬化や、ファイバの外周の被覆力の低下が発生する可能性がある。

この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、コート剤の物性確保とガラスファイバ外周表面への密着性を向上しつつ、ファイバの透過率低下やコート被覆ファイバの柔軟性・強靭性低下を発生することが防止されるファイバ製造方法およびファイバを提供することにある。

上記課題を解決するために、この発明に係るファイバ製造方法は、母材を加熱炉で加熱溶融した状態で前記母材を線引きしてファイバ母材を形成する工程と、前記ファイバ母材の外周表面をコート前処理する工程と、前記ファイバ母材の外周表面に遮光コート剤を塗布する工程と、前記遮光コート剤を硬化炉で硬化させる工程とを備えている。そして、前記ファイバ母材の外周表面をコート前処理する工程は、大気圧プラズマ装置によりプラズマガスを前記ファイバ母材に吹き付ける前処理を行なう工程を含むことを特徴とする。

このとき、線引きされるファイバを中心とし、例えばアルゴンガスおよび酸素ガスの雰囲気下でプラズマガスを発生させ、大気中にプラズマガスを放出するプラズマ装置を設置してファイバ外周面の表面処理を行なう。または、例えば大気プラズマ装置を例えば互いに対向するように２台設置し、双方向からファイバ外周面の表面処理を行なう。または、１台のプラズマ装置と１８０度の位置のファイバを挟んだ向かい側位置に、例えば石英ガラスや金属材に例えばミラー蒸着したＵ字型等のガイド板を設けた構造とする。一方向からファイバ外周面にプラズマガスを照射し、通過したプラズマガスをガイドにより受け止めてファイバの外周裏面に跳ね返してファイバに対して全周的に表面処理を行なう。

また、上記課題を解決するために、この発明に係るファイバ製造方法は、母材を加熱炉で加熱溶融した状態で前記母材を線引きしてファイバ母材を形成する工程と、前記ファイバ母材の外周表面をコート前処理する工程と、前記ファイバ母材の外周表面に遮光コート剤を塗布する工程と、前記遮光コート剤を硬化炉で硬化させる工程とを備えている。そして、前記遮光コート剤を硬化炉で硬化させる工程は、１次硬化を行なう光エネルギー硬化工程と、２次硬化を行なう赤外線硬化工程とを含むことを特徴とする。

このため、紫外線や可視光線により遮光コート剤の速硬化を図りながら、赤外線による熱硬化により、ファイバ母材と遮光コート剤層との間の密着力を向上させることができる。

また、好ましくは、前記遮光コート剤は、紫外線および可視光線の少なくとも一方による光エネルギー硬化性と、赤外線が照射されると硬化される赤外線硬化性とを備えていることを特徴とする。

紫外線によるファイバ透過率低下を防止するために、遮光コート剤を光エネルギー硬化性と熱硬化性を付与したものとする。１次硬化工程を光エネルギーにより低照度硬化させることで紫外線による硝材の透過率低下（着色）を回避させ、２次硬化工程の熱硬化によりコート剤の硬化物性を発揮させる。

また、上記課題を解決するために、この発明に係るファイバは、母材を加熱炉で加熱溶融した状態で前記母材を線引きしてファイバ母材を形成し、大気圧プラズマ装置によりプラズマガスを前記ファイバ母材の外周表面に吹き付けるコート前処理を行ない、前記ファイバ母材の外周表面に遮光コート剤を塗布し、前記遮光コート剤を硬化炉で硬化させて、遮光コート剤層を形成してなることを特徴とする。

このため、ファイバ母材に対する遮光コート剤層の密着力を向上させることができる。

また、上記課題を解決するために、この発明に係るファイバは、母材を加熱炉で加熱溶融した状態で前記母材を線引きしてファイバ母材を形成し、前記ファイバ母材の外周表面をコート前処理し、前記ファイバ母材の外周表面に、紫外線および可視光の少なくとも一方による光エネルギー硬化性と、赤外線による赤外線硬化性とを有する遮光コート剤を塗布し、前記遮光コート剤を硬化炉で硬化させて、遮光コート剤層を形成してなることを特徴とする。

このため、紫外線や可視光線により遮光コート剤の速硬化を図りながら、赤外線による熱硬化により、ファイバ母材と遮光コート剤層との間の密着力を向上させることができる。

また、好ましくは、前記遮光コート剤層は、プラスチック硬度ショアＡ７５以上、前記遮光コート剤の光エネルギー硬化および加熱硬化後の前記ファイバ母材に対する密着力が１４ＭＰａ以上である。

このため、ファイバの外部からの力や衝撃による傷防止および被覆ファイバの柔軟性・強靭性を確保することができる。

また、上記課題を解決するために、この発明に係るファイバは、母材を加熱炉で加熱溶融した状態で前記母材を線引きしてファイバ母材を形成し、前記ファイバ母材の外周表面をコート前処理し、前記ファイバ母材の外周表面に遮光コート剤を塗布し、光エネルギーを前記遮光コート剤に照射して前記遮光コート剤を１次硬化させ、赤外線を前記遮光コート剤に照射して前記遮光コート剤を２次硬化させて、遮光コート剤層を形成してなることを特徴とする。

このため、光エネルギーによる遮光コート剤の速硬化を図りながら、赤外線による熱硬化により、ファイバ母材と遮光コート剤層との間の密着力を向上させることができる。

また、好ましくは、前記光エネルギーは、紫外線および可視光線の少なくとも一方である。

このため、紫外線や可視光線により遮光コート剤の速硬化を図りながら、赤外線による熱硬化により、ファイバ母材と遮光コート剤層との間の密着力を向上させることができる。

この発明によれば、コート剤の物性確保とガラスファイバ外周表面への密着性を向上しつつ、ファイバの透過率低下やコート被覆ファイバの柔軟性・強靭性低下を防止可能なファイバ製造方法およびファイバを提供することができる。

以下、図面を参照しながらこの発明を実施するための最良の形態について説明する。

まず、第１の実施の形態について図１および図２を用いて説明する。

図１に示すように、この実施の形態に係るガラスファイバ１０は、ファイバ母材（マルチコアタイプのコンジット、あるいは、コア／クラッドで構成されたモノファイバ）１２と、このファイバ母材１２の外周をコートする遮光コート剤層１４とを備えている。

ファイバ１０は、この実施の形態では、例えばプラスチック硬度ショアＡ９５である。すなわち、遮光コート剤層１４のプラスチック硬度ショアＡ９５である。なお、プラスチック硬度ショアは、好ましくはＡ７５以上、Ａ１００以下であり、特にＡ８０以上Ａ９５以下であることが好適である。これは、上述した硬度ショアよりも硬度が低すぎると遮光コート剤層１４が外部からの力や衝撃に耐えられず、すなわち、ガラスファイバ１０が外部からの力や衝撃に耐えられないからである。一方、硬度が高すぎるとガラスファイバ１０の柔軟性や強靭性が阻害されるおそれがあるからである。

また、遮光コート剤層１４は、ファイバ母材１２との間の密着力が１４ＭＰａである。特に１４ＭＰａ以上であることが好適である。この遮光コート剤層１４の主成分は、例えばアクリル変形シリコーンや、ウレタン変形アクリレート系などである。

図２に示すように、上述したガラスファイバ１０を製造するためのファイバ製造システム２０は、母材１２ａを溶融させる加熱炉（図示せず）と、ファイバ外径測定器２２と、大気圧プラズマ装置２４と、加圧ダイス２６と、光硬化装置２８と、赤外線加熱炉（図示せず）とを備えている。

ファイバ外径測定器２２は、母材１２ａから細長く線引きされて形成されたファイバ母材１２の外径を測定する。

大気圧プラズマ装置２４は、ファイバ外径測定器２２の下流側に配設されている。この大気圧プラズマ装置２４は、ファイバ母材１２の外周表面をコートする前に行なうコート前処理を行なうために配設されている。この大気圧プラズマ装置２４は、アルゴンガスおよび酸素ガスの混合雰囲気中で発生させたプラズマガスを大気圧プラズマ装置２４の出力口からファイバ母材１２の外周面（外表面）に吹き付ける。なお、この際の出力口からファイバ母材１２までの距離を５ｍｍ以内とすることが好適である。

加圧ダイス２６は、大気圧プラズマ装置２４の下流側に配設されている。この加圧ダイス２６は、遮光コート剤層１４を形成するために、光硬化性および熱硬化性を付与したシリコーン系の遮光コート剤をファイバ母材１２の外周面に加圧状態で均一厚さとなるように塗布する。

光硬化装置２８は、紫外線硬化装置であり、遮光コート剤を仮硬化（半硬化）させる。ここで、紫外線の最大照射強度（波長３６５ｎｍ）を１０００ｍＷ／ｃｍ^２以下に抑え、積算光量を１５００ｍＪ／ｃｍ^２から３０００ｍＪ／ｃｍ^２とする。なお、この光硬化装置２８は、紫外線を用いたものでなく、可視光線を用いた光硬化装置であることも好適である。

光硬化装置２８の下流には、任意の長さにカットした、遮光コート剤が被覆されたファイバ母材１２のうち、遮光コート剤を赤外線により熱硬化させる赤外線加熱炉（図示せず）が配設されている。この赤外線加熱炉では、遮光コート剤が被覆されたファイバ母材１２の遮光コート剤を赤外線により１５０℃で１時間で完全に硬化させ、徐冷した後に取り出す。

したがって、このようなガラスファイバ１０は、以下の工程により作製される。

第１の工程として、図２に示すように、母材１２ａを加熱炉で加熱溶融して線引きしてファイバ母材１２を形成する。

第２の工程として、ファイバ母材１２の外径を外径測定器２２で測定する。ファイバ母材１２が所望の外径に形成されていると判断された場合、ファイバ母材１２は大気圧プラズマ装置２４に向かって送られる。

なお、ファイバ母材１２が所望の外径に形成されていないと判断された場合、そのファイバ母材１２を切り取って抜き取る。

第３の工程として、外径測定器２２によって所望の外径に形成されていると判断されたファイバ母材１２は、大気圧プラズマ装置２４でその外周表面をコート前処理する。このとき、大気圧プラズマ装置２４は、アルゴンガスおよび酸素ガスの混合雰囲気中で発生させたプラズマガスを大気圧プラズマ装置２４の出力口からファイバ母材１２の外周面（外表面）に吹き付ける。このように大気圧プラズマ装置２４によってプラズマガスが吹き付けられたファイバ母材１２は、加圧ダイス２６に向かって送られる。

第４の工程として、プラズマガスが吹き付けられたファイバ母材１２の外周面に対し、遮光コート剤層１４を形成するために、加圧ダイス２６によって加圧された遮光コート剤を均一厚さに塗布する。このように加圧ダイス２６によって遮光コート剤が塗布されたファイバ母材１２は、光硬化装置２８に向かって送られる。

第５の工程として、遮光コート剤が塗布されたファイバ母材１２は、光硬化装置２８によって、紫外線が照射される。ここで、紫外線の最大照射強度（波長３６５ｎｍ）は１０００ｍＷ／ｃｍ^２以下であり、積算光量は１５００ｍＪ／ｃｍ^２から３０００ｍＪ／ｃｍ^２である。このような紫外線の照射によって、遮光コート剤が仮硬化される。このように、遮光コート剤が仮硬化されたファイバ母材１２は、赤外線加熱炉に向かって送られる。

第６の工程として、遮光コート剤が仮硬化された状態に被覆されたファイバ母材１２を任意の長さにカットする。そして、このような遮光コート剤が被覆されたファイバ母材１２を赤外線加熱炉に入れて、遮光コート剤を完全に硬化させる。このとき、遮光コート剤が被覆されたファイバ母材１２を、１５０℃の加熱炉内に１時間配置し、遮光コート剤を完全に硬化させる。すなわち、ファイバ母材１２の外周面に遮光コート剤層１４が形成される。この後、赤外線加熱炉の内部を徐冷し、外周面に遮光コート剤層１４が形成されたファイバ母材１２を取り出す。

このようにして、遮光コート剤層１４が外周面に形成されたファイバ母材１２、すなわちガラスファイバ１０が作製される。このように作製したガラスファイバ１０は、例えばプラスチック硬度ショアＡ９５であり、遮光コート剤層１４とファイバ母材１２との間の密着力が例えば１４ＭＰａである。

この実施の形態に係るファイバ製造システム２０を用いて作製されたガラスファイバ１０の作用について説明する。

大気圧プラズマ装置２４のプラズマガス出射によるファイバ母材１２に対するコート前処理により、ファイバ母材１２の外周表面に塗布される遮光コート剤の濡れ性が向上される。このため、遮光コート剤をファイバ母材１２の外周面で硬化させたときの、ファイバ母材１２と遮光コート剤層１４との間の密着力が向上される。

また、光硬化装置（光エネルギー硬化装置）２８の紫外線の照射強度および照射量を低減させて、遮光コート剤を仮硬化させることに留めることで、他成分系材料の酸化による変色が抑制される。

遮光コート剤の本硬化として赤外線加熱炉で遮光コート剤を熱硬化させることにより、光エネルギー硬化装置２８による紫外線照射で硬化不足であった遮光コート剤の硬化反応を完了させる。このため、遮光コート剤層１４の物性が所望の状態に確保されるとともに、ガラスファイバ１０の要求特性が所望の状態に確保される。

以上説明したように、この実施の形態によれば、以下の効果が得られる。

大気圧プラズマ装置２４によるコート前処理によるファイバ母材１２の表面処理が可能となり、ファイバ母材１２に対する遮光コート剤層１４の密着力を向上させることができる。

また、遮光コート剤の硬化時に光エネルギー（紫外線）の影響を極力避けることにより、着色による光透過率の低下を防止することができる。したがって、遮光コート剤層１４をファイバ母材１２の外側に被覆しても、高透明性を確保することができる。

また、遮光コート剤の硬化方法を光硬化装置２８の紫外線や可視光線および赤外線加熱炉の赤外線を用いた２段階とすることで、光硬化装置２８の紫外線や可視光線により遮光コート剤の速硬化を図りながら、赤外線加熱炉の赤外線による熱硬化により、ファイバ母材１２と遮光コート剤層１４との間の密着力を向上させることができる。

さらに、遮光コート剤層１４の物性を所望の状態に確保することができるので、遮光コート剤層１４に対する傷の発生を防止することができる。したがって、上述した工程で作製したガラスファイバ１０は、外力に対して傷の発生を防止することができるとともに、柔軟性・強靭性を得ることができる。

次に、第２の実施の形態について図３を用いて説明する。この実施の形態は第１の実施の形態に係るファイバ製造システム２０の変形例であって、第１の実施の形態で説明した部材と同一の部材には同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。

ここでは、図３に示すように、大気圧プラズマ装置２４を使用する場合に、併せて反射板２４ａを用いる。大気圧プラズマ装置２４の出力口に対して、ファイバ母材１２を挟んだ位置には、出力口の開口幅に合わせて略Ｕ字型の反射板２４ａが設置されている。この反射板２４ａは、例えば石英ガラスや金属材に例えばミラー蒸着したＵ字型等のガイド板が設けられている。このため、ファイバ母材１２の周辺に逃げたプラズマガスを集めて反射板２４ａで反射させて、ファイバ母材１２の裏面に当て付けることができる。

なお、反射板２４ａを用いる代わりに、同条件で大気圧プラズマ装置２４を互いに対向するように設置してもよい。すなわち、２台の大気圧プラズマ装置２４を使用しても良い。

なお、ガラスファイバ１０の製造工程および作用は第１の実施の形態で説明した製造工程および作用と同一であるので、説明を省略する。

以上説明したように、この実施の形態によれば、以下の効果が得られる。

大気圧プラズマ装置２４のプラズマガス出射口に対向する位置に反射板２４ａを用いる、または、互いにプラズマガス出射口が対向するように２台の大気圧プラズマ装置２４を用いることにより、ファイバ母材１２に対するコート前処理をファイバ母材１２の全周にわたってより確実に行なうことができる。

これまで、いくつかの実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明したが、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。

上記説明によれば、下記の事項の発明が得られる。また、各項の組み合わせも可能である。

［付記］
（付記項１） ファイバ母材を加熱炉で加熱溶融し線引きしてガラスファイバを形成する工程と、
ガラスファイバの外周表面をコート前処理する工程と、
ガラスファイバの外周表面に遮光コート剤を塗布する工程と、
遮光コート剤を硬化炉にて硬化する工程と
により製造する方法において、
前記ガラスファイバの外周表面をコート前処理する工程は、大気圧プラズマ装置により前処理を行なうことを特徴とするファイバ製造方法およびファイバ。

（付記項２） ファイバ母材を加熱炉で加熱溶融し線引きしてガラスファイバを形成する工程と、
ガラスファイバの外周表面をコート前処理する工程と、
ガラスファイバの外周表面に遮光コート剤を塗布する工程と、
遮光コート剤を硬化炉にて硬化する工程
により製造する方法において、
前記遮光コート剤は、紫外線または可視光による光エネルギー硬化性と熱硬化性を付与した遮光コート剤であることを特徴とするファイバ製造方法およびファイバ。

（付記項３） ファイバ母材を加熱炉で加熱溶融し線引きしてガラスファイバを形成する工程と、
ガラスファイバの外周表面をコート前処理する工程と、
ガラスファイバの外周表面に遮光コート剤を塗布する工程と、
遮光コート剤を硬化炉にて硬化する工程
により製造する方法において、
前記遮光コート剤を硬化炉にて硬化する工程は、１次硬化を光エネルギー硬化工程とし２次硬化を赤外線硬化工程とすることを特徴とするファイバ製造方法およびファイバ。

（付記項４）付記項２に記載のコート剤硬化後の物性が、プラスチック硬度ショアＡ７５以上、光エネルギー硬化および加熱硬化後の密着力が１４ＭＰａ以上であるコーティング剤であることを特徴とするファイバ。

第１の実施の形態に係るファイバの概略的な断面図。 第１の実施の形態に係るファイバ製造装置を示す概略図。 第２の実施の形態に係るファイバ製造装置を示す概略図。

符号の説明

１０…ガラスファイバ、１２…ファイバ母材、１２ａ…母材、１４…遮光コート剤層、２０…ファイバ製造システム、２２…ファイバ外径測定器、２４…大気圧プラズマ装置、２６…加圧ダイス、２８…光硬化装置

Claims (8)

1. 母材を加熱炉で加熱溶融した状態で前記母材を線引きしてファイバ母材を形成する工程と、
   前記ファイバ母材の外周表面をコート前処理する工程と、
   前記ファイバ母材の外周表面に遮光コート剤を塗布する工程と、
   前記遮光コート剤を硬化炉で硬化させる工程と
   を具備し、
   前記ファイバ母材の外周表面をコート前処理する工程は、大気圧プラズマ装置によりプラズマガスを前記ファイバ母材に吹き付ける前処理を行なう工程を含むことを特徴とするファイバ製造方法。
2. 母材を加熱炉で加熱溶融した状態で前記母材を線引きしてファイバ母材を形成する工程と、
   前記ファイバ母材の外周表面をコート前処理する工程と、
   前記ファイバ母材の外周表面に遮光コート剤を塗布する工程と、
   前記遮光コート剤を硬化炉で硬化させる工程と
   を具備し、
   前記遮光コート剤を硬化炉で硬化させる工程は、１次硬化を行なう光エネルギー硬化工程と、２次硬化を行なう赤外線硬化工程とを含むことを特徴とするファイバ製造方法。
3. 前記遮光コート剤は、紫外線および可視光線の少なくとも一方による光エネルギー硬化性と、赤外線が照射されると硬化される赤外線硬化性とを備えていることを特徴とする請求項２に記載のファイバ製造方法。
4. 母材を加熱炉で加熱溶融した状態で前記母材を線引きしてファイバ母材を形成し、
   大気圧プラズマ装置によりプラズマガスを前記ファイバ母材の外周表面に吹き付けるコート前処理を行ない、
   前記ファイバ母材の外周表面に遮光コート剤を塗布し、
   前記遮光コート剤を硬化炉で硬化させて、遮光コート剤層を形成してなることを特徴とするファイバ。
5. 母材を加熱炉で加熱溶融した状態で前記母材を線引きしてファイバ母材を形成し、
   前記ファイバ母材の外周表面をコート前処理し、
   前記ファイバ母材の外周表面に、紫外線および可視光の少なくとも一方による光エネルギー硬化性と、赤外線による赤外線硬化性とを有する遮光コート剤を塗布し、
   前記遮光コート剤を硬化炉で硬化させて、遮光コート剤層を形成してなることを特徴とするファイバ。
6. 前記遮光コート剤層は、プラスチック硬度ショアＡ７５以上、前記遮光コート剤の光エネルギー硬化および加熱硬化後の前記ファイバ母材に対する密着力が１４ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項５に記載のファイバ。
7. 母材を加熱炉で加熱溶融した状態で前記母材を線引きしてファイバ母材を形成し、
   前記ファイバ母材の外周表面をコート前処理し、
   前記ファイバ母材の外周表面に遮光コート剤を塗布し、
   光エネルギーを前記遮光コート剤に照射して前記遮光コート剤を１次硬化させ、
   赤外線を前記遮光コート剤に照射して前記遮光コート剤を２次硬化させて、遮光コート剤層を形成してなることを特徴とするファイバ。
8. 前記光エネルギーは、紫外線および可視光線の少なくとも一方であることを特徴とする請求項７に記載のファイバ。

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