JP2017504545A - 被覆の放射エネルギー硬化のための装置 - Google Patents

Abstract

放射エネルギーで材料を硬化させる装置および方法が説明される。装置は、半楕円である第１の反射体および第２の反射体を含む。第１の反射体および第２の反射体を定義する楕円は異なる長さの軸を有し、反射体はそれらの焦点が重ねられるように互いに位置合わせされる。反射体の近焦点にある放射エネルギー源は、反射体の遠焦点にある基材上の被覆を硬化させるためにエネルギーを提供することができる。２つの反射体の異なる大きさは放射エネルギーの集束誤差を減少させ、また向上した効率を硬化システムに提供する。【選択図】図５

Description

[0001]ファイバーやロッド、フィラメントなどの高アスペクト比材料は、しばしば保護または他の目的のためにポリマー材料で被覆される。たとえば、通信を含む様々な用途で光を伝送するために使用される光ファイバーは、典型的に、光ファイバーを水分および摩耗から保護し、マイクロベンド損失を低減し、ファイバーのより容易な取扱いを可能にし、かつバンドルにおける個々のファイバーの識別を簡単にするように設計される（たとえば着色）１つまたは複数のポリマー層で被覆される。

[0002]光ファイバーを被覆するための典型的な方法において、液体光硬化性ポリマー材料がまずファイバーの面に塗布される。この被覆は次いで、たとえばファイバーに放射エネルギー、たとえば紫外線エネルギーを照射することによって硬化される。

[0003]そのような被覆の照射硬化のために各種の装置が設計されてきた。たとえば、Ｗｏｏｄへの米国特許第４，７１０，６３８号は、ポリマー被覆を放射エネルギーで処理するための装置を記載する。この装置は、単一の楕円を共に形成する第１および第２の反射体、２つの反射体によって形成される楕円の１つの焦点に位置決めされる光源および楕円の第２の焦点の近くの補助反射体を含む。ポリマー被覆されたファイバーは第２の焦点に位置決めされることができ、そして光源からの放射エネルギーがポリマーを硬化させることができる。共にＲｈｏａｄｅｓへの米国特許第６，４１９，７４９号および第６，５１１，７１５号は、単一の楕円を共に形成する２つの反射体および楕円の１つの焦点に位置決めされる光源を含む同様の装置を記載する。Ｒｈｏａｄｅｓの装置は第１および第２の同心管も含む。光源からの紫外光が第１の管を通過して、そこを通るフィラメント上の被覆を硬化させ、また第２の同心管は赤外光を反射しかつ紫外光を通過させ、フィラメントが第１の管を通る際にその被覆を燃焼および破壊することを防止する。Ｃａｒｔｅｒ他への米国特許第６，６２６，５６１号は別の同様の装置を記載し、電球用の取付台を有することができる第１の反射体上の端反射体が含まれる。

[0004]全てのそのような既知の光学系は、２つの楕円形状の反射体１、２５を含む、図１および図２に例示されるような基本設計を含み、それらは一次および二次反射体の横断面が単一の楕円を形成するように位置決めされる。一次１および二次２５の反射体は単一の楕円を形成するので、一次反射体１の近焦点２は二次反射体２５の遠焦点２と一致する。同様に、一次反射体１の遠焦点４は二次反射体２５の近焦点４と一致する。一次および二次反射体は同じ長軸を共有する。光源１０は、楕円空間において、一次反射体１に最も近い長軸上の近焦点２またはその近傍で吊設される。光ファイバーなどの放射エネルギーに露光されるべき材料は、楕円空間において、一次反射体１から最も遠い焦点４と実質的に一致して、たとえば石英管７内に置かれる。

[0005]そのような装置は様々な技術的改良を提示する一方で、そのような装置に関しては依然として問題が存在する。たとえば、製造生産速度は硬化または露光されるべき材料への放射エネルギー伝送の効率によって制限されるので、製造者は生産速度を向上させるためには追加放射露光ユニットを追加しなければならず、これは資本費、運転費および維持費を増加させる。ＷｏｏｄｓおよびＣａｒｔｅｒ他によって記載されるようなシステムへの追加反射体の追加などの手法によって、ポリマー組成物および／または被覆方法を変更することによって、また硬化放射光の最適波長を選択することによって、被覆および硬化工程の効率を向上させようとする試みが行われてきた。

[0006]当該技術のさらなる改良の余地が存在する。たとえば、当該技術で必要とされるものは、ポリマーを硬化させる放射エネルギーのより効率的な利用を提供する装置である。

[0007]本発明の態様および利点は部分的に以下の説明に記載されることになり、または説明から明らかであることがあり、または本発明の実施を通じて学習されることもある。
[0008]一実施形態によれば、放射エネルギー、たとえば化学線や電子ビーム放射線などを用いて被覆を硬化させる装置が開示される。たとえば、装置は、第１の楕円の端部分に対応する横断面形状を有する一次反射体を含むことができる。この第１の楕円は、長軸および短軸および近焦点および遠焦点を有する。第１の楕円の長軸は、第１の点で一次反射体を二等分する。第１の楕円の近焦点は、第１の楕円の遠焦点によりもこの第１の二等分点に近い。

[0010]装置は、二次反射体も含む。二次反射体の横断面形状は、第２の楕円の端部分に対応する。第２の楕円は、長軸および短軸および近焦点および遠焦点を有する。第２の楕円の長軸は、第２の点で二次反射体を二等分する。第２の楕円の近焦点は、第２の楕円の遠焦点によりもこの第２の二等分点に近い。第１の楕円の長軸および第２の楕円の長軸は異なる長さであり、第１の楕円の短軸および第２の楕円の短軸は異なる長さである。一次および二次反射体は、第１の楕円の長軸が第２の楕円の長軸と同一直線上にあるように位置合わせされる。加えて、一次および二次反射体は、第１の楕円の近焦点が第２の楕円の遠焦点と実質的に一致するように、かつ第１の楕円の遠焦点が第２の楕円の近焦点と実質的に一致するように位置合わせされる。

[0011]装置は、放射エネルギーのための放射源も含むことができる。放射エネルギー源は、それが第１の楕円の近焦点および第２の楕円の遠焦点に実質的に重なるように装置に置かれることができる。

[0012]高アスペクト比基材上のポリマー被覆を硬化させる方法も開示される。方法は、概して、被覆された高アスペクト比基材を第１の楕円の遠焦点および第２の楕円の近焦点に実質的に重なる点を通る直線に沿って通すステップを含む。この直線はまた、第１および第２の楕円の長軸に対して実質的に垂直に伸びる。基材がこの直線に沿って通るときに、エネルギー源は高アスペクト比基材に作用し、ポリマー被覆を硬化させる放射エネルギーを放出する。

[0013]別の実施形態によれば、放射エネルギーを用いて被覆を硬化させる装置のための反射体が開示される。反射体は、楕円の端部分に対応する横断面形状を有する。この楕円は、長軸および短軸によって定義されうる。反射体は、そのような装置のために既知の反射体よりも小さい。たとえば、反射体形状を定義する楕円の長軸は約１２．９５ｃｍ（約５．１０インチ）から約１４．６ｃｍ（約５．７５インチ）までの長さを有することができ、短軸は約６．８５８ｃｍ（約２．７０インチ）から約１０．２９ｃｍ（約４．０５インチ）までの長さを有することができる。

[0014]別の実施形態において、放射エネルギーを用いて被覆を硬化させる装置のための交換部品のキットが開示される。たとえば、キットは一次反射体および二次反射体を含むことができ、２つの反射体は異なる大きさでありうる。より具体的には、２つの反射体は２つの楕円によって定義される横断面形状を有し、第１の楕円は一次反射体を定義して二次反射体を定義する第２の楕円の長軸よりも大きい長軸を有し、第１の楕円は第２の楕円の短軸よりも大きい短軸を有する。周知のように、両方の楕円は、第１および第２の焦点を有する。第１の楕円の第１および第２の焦点間の距離は、第２の楕円の第１および第２の焦点間の距離と実質的に同じであってもよい。

[0015]本発明の、その最良の形態を含め、完全かつ実施可能な開示が、当業者を対象として、添付の図を参照しつつ本明細書に記載される。

[0016]先行技術の楕円反射体システムにおける放射エネルギー経路を表す図である。 [0017]先行技術の楕円反射体システムにおける体積放射源によって導入される光学的な誤差を表す図である。 [0018]本明細書で説明される装置における一次反射体の幾何学的形状を例示する。 [0019]本明細書で説明される装置における二次反射体の幾何学的形状を例示する。 [0020]本明細書で開示される反射体システムの一実施形態の概略図である。 [0021]先行技術の反射体システムと本明細書で開示される反射体システムとの重ね合わせを例示する。 [0022]本明細書で説明される反射体システムの斜視図である。 [0023]本明細書で開示される反射体システムを組み込むことができる硬化装置の一実施形態を例示する。 [0024]図７の反射体システムの立側面図である。 [0025]図７の反射体システムの立端面図である。 [0026]図７の反射体システムの一次アセンブリの底面図である。 [0027]図７の反射体システムの二次アセンブリの上面図である。

[0028]本論考は例証的な実施形態の説明にすぎず、また本開示のより広い態様を限定するものとは意図されないことが当業者によって理解されるべきである。各例は本発明の限定としてではなく、本発明の説明として提供される。実際、本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく様々な変更および変形が本発明に行われうることが当業者に明らかであろう。たとえば、一実施形態の一部として例示または記載される特徴は別の実施形態とともに使用されてさらなる実施形態を生じさせてもよい。したがって、本発明が添付の請求の範囲およびその等価物も含まれるような変更および変形を包含することが意図される。

[0029]一実施形態において、本明細書には、材料を放射エネルギーで露光または硬化させるために使用されうる装置が開示される。別の実施形態において、そのような装置に活用されうる構成要素が開示される。具体的な一実施形態において、構成要素の１つまたは複数が装置のための交換部品として提供、たとえばキットで提供されてよい。装置は、たとえば光ファイバーやファイバー、フィラメント、ヤーン、ケーブル、パイプ、導管などの高アスペクト比基材上の光硬化性ポリマー材料を硬化させるために特に有益であり得る。

[0030]本開示のシステムの利益は、先行技術の反射体システムにおける標的誤差の認識による放射硬化エネルギーのより効率的な標的決定を含む。図１は、一次反射体１、二次反射体２５、第１の焦点２、第２の焦点４および放射エネルギー源１０を含む先行技術の装置を例示する。上記で論じたように、放射エネルギー源は、第１の焦点２から第２の焦点４を標的とするエネルギー波を放出し、被覆された基材は第２の焦点４で、たとえば石英管７内に置かれる。図示するように、源１０から基材への放射エネルギーは概して３つの経路の１つ、すなわちまっすぐにシステムを横断する２２、一次反射体１で反射する経路２０、または二次反射体２５で反射する経路２１のいずれかをとりうる。

[0031]実際には、放射エネルギー源１０は焦点２に置かれる点源でない。むしろ、図２に例示するように、放射エネルギー源１０は体積エネルギー源であり、エネルギーは焦点２に対応する中心点からよりもむしろ源１０の表面から発する。図２に図示するように、実際のエネルギー波３０は一次反射体１の近傍で放射エネルギー源１０の表面から発することになる。図示するように、二次反射体２５での波３０の反射後、波は第２の焦点４にある標的には当たらない。むしろ、実際のエネルギー波３０は完全に標的をはずす。追加反射体２６の存在はこの問題を軽減しない。対照的に、先行技術のシステムで設計上求められてきた理論上のエネルギー波３１は一次反射体１の近くで焦点２に置かれる理論上の点源で生じて、二次反射体２５に当たり、そして焦点４に収束する。理論上の波３１の起点が焦点２から離れて実際の波３０へと移行するにつれて、エネルギー波を焦点４から離れて拡散させる光学誤差が導入され、硬化されるべきポリマーを担持する基材に供給される放射エネルギーを低下させる。

[0032]図１および図２の先行技術のシステムにおける標的での誤差は次式によって近似されうる。
標的での誤差＝［進行距離］×タンジェント（Φ）
ここで、Φは焦点２における点源からの理論上の波３１と放射エネルギー源１０の表面からの実際の波との間の入射角の差である。

[0033]この誤差からの標的でのエネルギー損失は相当であり得る。前述したように、そして図１に例示するように、放射エネルギーの大部分は放射エネルギー源から標的（硬化または露光されるべき材料）まで３つの経路の１つをとる。

・経路２０：放射源１０→反射体１→標的４
・経路２１：放射源１０→反射体２５→標的４
・経路２２：放射源１０→標的４
[0034]放射エネルギーのおよそ７３％が、経路２０で、まず一次反射体１に当たり、次いで標的４へと反射する。放射エネルギーの２％未満が、経路２２で、放射エネルギー源１０から標的４まで直接進行する。放射エネルギーのおよそ２２％が、経路２１で、まず二次反射体２５に当たり、次いで標的４へと反射する。各経路に沿って進行する放射エネルギーの正確な量は、一次反射体１および放射エネルギー源１０の相対的な大きさによって決定される。

[0035]本開示の装置は、この経路に沿って通る放射エネルギー源から標的までのエネルギー伝送の効率を上昇させることができる。本開示に係る装置を用いて、この経路を介して標的に作用する放射エネルギーの量、ひいては放射エネルギー源から標的に伝送されるエネルギーの総量は増加されうる。

[0036]本開示に係る装置の反射体システムは、その横断面幾何学的形状が図３に例示される一次反射体１０１、およびその横断面幾何学的形状が図４に例示される二次反射体２０１を活用する。一次反射体１０１は、楕円１１０の端部分（たとえば、半楕円）に対応する横断面形状を有する。楕円１１０は、図示するように、長軸１０６、短軸１０８、近焦点１０２および遠焦点１０４によって定義される。一次反射体１０１は、図示するように、長軸１０６が点１０３で一次反射体１０１を二等分するように楕円１１０に対応する。加えて、楕円１１０の近焦点１０２は遠焦点１０４によりもこの二等分点に近い。楕円１１０のこの近焦点１０２は一次反射体１０１の近焦点１０２ともいい、楕円１１０の遠焦点１０４は一次反射体１０１の遠焦点１０４ともいえる。一実施形態において、楕円１１０の長軸は約１４．７３ｃｍ（約５．８インチ）から約１６．５１ｃｍ（約６．５インチ）まで、または約１４．９９ｃｍ（約５．９インチ）から約１５．７５ｃｍ（約６．２インチ）までであり得、そして楕円１１０の短軸は、一実施形態において、約１０．４１ｃｍ（約４．１インチ）から約１１．４３ｃｍ（約４．５インチ）まで、または約１０．６７ｃｍ（約４．２インチ）から約１０．９２ｃｍ（約４．３インチ）までであり得る。

[0037]二次反射体２０１は、それが楕円２１０の端部分（たとえば、半楕円）に対応する横断面形状を有するという点で同様の幾何学的形状を有する。楕円２１０は、図示するように、長軸２０６、短軸２０８、近焦点２０２および遠焦点２０４によって定義される。二次反射体２０１は、図示するように、長軸２０６が点２０３で二次反射体２０１を二等分するように楕円２１０に対応する。加えて、楕円２１０の近焦点２０２は遠焦点２０４によりもこの二等分点に近い。楕円２１０の近焦点２０２は二次反射体２０１の近焦点２０２ともいい、楕円２１０の遠焦点２０４は二次反射体２０１の遠焦点２０４ともいえる。一実施形態において、楕円２１０の長軸は約１２．９５ｃｍ（約５．１０インチ）から約１４．６ｃｍ（約５．７５インチ）まで、たとえば約１３．２１ｃｍ（約５．２インチ）から約１４．２２ｃｍ（約５．６インチ）までであり得、そして楕円２１０の短軸は約６．８５８ｃｍ（約２．７０インチ）から約１０．２９ｃｍ（約４．０５インチ）まで、たとえば約７．１１２ｃｍ（約２．８インチ）から約１０．１６ｃｍ（約４．０インチ）までであり得る。

[0038]一実施形態において、一次および二次反射体の相対的な大きさは、反射体を描く２つの楕円の軸の比率として説明されうる。たとえば、二次反射体２０１を描く楕円２１０の長軸２０６は、一次反射体１０１を描く楕円１１０の長軸１０６の長さの約８４％から約９５％まで、または約８８％から約９２％までであり得る。二次反射体２０１を描く楕円２１０の短軸２０８は、一次反射体１０１を描く楕円１１０の短軸１０８の長さの約６３％から約９６％まで、または約７０％から約９０％までであり得る。

[0039]反射体１０１、２０１の形状をそれぞれ定義する２つの楕円１１０、２１０は、長軸１０６、２０６の長さおよび短軸１０８、２０８の長さに関して互いに異なる。たとえば、例示の実施形態において、楕円１１０の長軸１０６は楕円の長軸２０６よりも長く、そして楕円１１０の短軸１０８は楕円２１０の短軸２０８よりも長い。各楕円の２つの焦点間の距離は実質的に同等である、すなわち第１の楕円１１０の２つの焦点１０２および１０４間の距離は第２の楕円２１０の２つの焦点２０２、２０４間の距離と実質的に同じである。ここで使用されているように、距離または位置に関する用語「実質的に同じ」は概して、互いに同じである、いくつかの実施形態では互いから約１０％以内である、またはいくつかの実施形態では互いから約５％以内である、２つの値を指す。

[0040]反射体システムは、その間に空洞を形成するように互いに位置合わせされる第１および第２の反射体を含む。たとえば、図５に例示するように、一次反射体１０１および二次反射体２０１は、長軸１０６、２０６が同一直線上にあり、かつ短軸１０８、２０８も同一直線上にあるように互いに位置合わせされる。加えて、二次反射体２０１と一次反射体１０１との位置合わせにより、楕円１１０／反射体１０１の近焦点１０２は楕円２１０／反射体２０１の遠焦点２０４に重なり、そして楕円１１０／反射体１０１の遠焦点１０４は楕円２１０／反射体２０１の近焦点２０２に重なる。

[0041]図５は、近焦点１０２に置かれる放射エネルギー源１０も例示する。使用中、重ねられた焦点１０２、２０４から放出される理論上のエネルギー波５は、図示するように二次反射体２０１で反射し、焦点１０４、２０２に作用することができる。これは、焦点１０２、２０４における点源から放出された理論上のエネルギー波５に対しての場合である。しかしながら、上述したように、放射エネルギー源１０は点源ではなくて、むしろ放射エネルギーが源１０の表面で放出される体積源である。図５のエネルギー波６は、放射エネルギー源１０から放出されるエネルギーのより現実的な経路を例示する。見て取れるように、領域１７内の波６の誤差はかなり小さく、２つのエネルギー波５、６はほぼ重なる状態になる。二次反射体２０１のより小さい大きさのため、二次反射体２０１に当たる光は、既知のシステムのより大きい二次反射体に当たる光と比較して標的までより短い距離を進行し、これは２つの反射体が等しい大きさである現在のシステムと比較すると、結果としての標的での誤差を低減する。本開示に係るシステムを用いて、二次反射体２０１から反射する放射エネルギーのより多くが標的に当たる。したがって、焦点１０４、２０２と実質的に一致する点に置かれることができる、領域１７内で硬化または露光されるべき製品は、既知の反射体システムと比較して、源１０からより大きい量の放射エネルギーを受けることができる。

[0042]二次反射体が一次反射体と比較して非常に小さい場合、２つの反射体の接合部の近傍で一次反射体から反射するエネルギーが遮られ、またエネルギー源から接合部に向けられるエネルギーが遮られることから、一部のエネルギーが２つの反射体間の接合部で失われることがあり得る。２つの反射体間の接合部で過大なエネルギーが遮られることは、標的に到達する放射エネルギーの量を低減させ、これは本開示に係る設計からの利得を相殺することがあり得る。加えて、二次反射体があまりに小さくなる場合、それは硬化されるべき材料に機械的に影響を与えることになる。したがって、本開示に係る二次反射体は、一次および二次反射体間の接合部で過大な放射エネルギーを失うことなく、標的に放射エネルギーをよりよく集中させるように設計されている。

[0043]図６は、本開示に係るシステムの二次反射体２０１に従前の実施に係る大きさの二次反射体２５を重ね合わせた状態を例示し、その両方が説明されたような一次反射体１０１と位置合わせされている。見て取れるように、本開示に係るシステムは散乱の影響を低減させることができ、かつ二次反射体２０１から反射して１０４で標的に当たる放射エネルギーの量を増加させることができる。

[0044]体積源から二次反射体に当たるエネルギー波は角度誤差Φを有し、ここでΦは点源からの理論上の波と体積源からの実際の波との間の入射角の差である。図６に例示するように、近焦点１０２における点源から発して二次反射体２０１で反射する理論上の波５１は、遠焦点１０４に作用しうる。体積エネルギー源１０の表面から発する実際の波５３は、同様に二次反射体２０１で反射して遠焦点１０４からある距離をおいて作用することができる。比較として、近焦点１０２における点源から発して二次反射体２５で反射する理論上の波５０は、遠焦点１０４に作用することができる。体積エネルギー源１０の表面から発する実際の波５２は、二次反射体２５で反射して遠焦点１０４からある距離をおいて作用することができる。見て取れるように、この距離は、本開示に係るシステムにおいて使用されるようなより小さい二次反射体に対するそれよりも大きい。本開示に係る装置の二次反射体は、二次反射体と標的との間の進行距離を減少させることによって、角度誤差Φの影響を低減することができる。実質的に、実際の波５３による進行距離は実際の波５２による進行距離よりも短く、これは焦点１０４の近傍に保持される基材を標的とする際のより少ない誤差をもたらす。

[0045]図７は、硬化装置内に配置されうる一般的な位置関係に保持された一次反射体１０１および二次反射体２０１を含む斜視図である。図９は２つの反射体の側面図であり、図１０は反射体の端面図であり、図１１は反射体の一次アセンブリの底面図であり、そして図１２は反射体の二次アセンブリの上面図である。図示するように、２つの反射体１０１、２０１はおよそ同じ軸高さ（たとえば、互いの高さから約１．２７ｃｍ（約１／２インチ）以内）であってもよいが、ただしこれは本開示に係る装置の要件ではない。反射体の高さは広く変化することができ、概して具体的な用途に依存する。たとえば、一実施形態において、反射体は高さが約１０．１６ｃｍ（約４インチ）から約２２８．６ｃｍ（約９０インチ）まで、またはいくつかの実施形態において、約１５．２４ｃｍ（約６インチ）から約２５．４ｃｍ（約１０インチ）までであり得る。加えて、２つの反射体の様々な特徴、たとえば穴や通気穴などの正確な位置は変化してよいことが理解されるべきである。

[0046]反射体は、当該技術で知られているように、高反射面を有するように形成されうる。たとえば、一実施形態において、反射体は、紫外線を反射し、かつマイクロ波エネルギーを吸収しない物質で形成または被覆されうる。反射体は、たとえば紫外線エネルギーや赤外線エネルギーなどを含む任意の所望の放射エネルギーを反射するように設計されうる。当該技術で周知の技術によって塗布されるアルミニウム処理被覆が一実施形態において使用されうる。

[0047]図８は、２つの分離可能なサブアセンブリ：一次反射体アセンブリ６０および二次反射体アセンブリ６１を組み込む装置を例示する。
[0048]一次反射体アセンブリ６０は、ハウジング６２、一次反射体１０１によって形成されるＲＦ空洞に１つまたは複数の導波管６４を通してＲＦエネルギーを供給する少なくとも１つのマグネトロン６３、２つの楕円端反射体１０１、２０１、ならびにＵＶ光および冷却空気が一次反射体アセンブリから出ることを可能にするＲＦ不透過スクリーン６５を含む。無電極電球などの放射エネルギー源１０が、上記で論じたように、一次反射体１０１の近焦点１０２におけるＲＦ空洞に位置決めされうる。無電極電球などの放射エネルギー源を励磁するための装置は当該技術で周知であり、したがって本明細書に詳細には論じられない。一実施形態が、参照によって本明細書に取り込まれるＵｒｙへの米国特許第４，３５９，６６８号に記載されている。

[0049]本明細書に開示される装置および方法は放射エネルギー源によって限定されることはなく、たとえば可視、赤外線および／または紫外線放射エネルギー源を含む、当該技術で公知である任意の種類が使用されてよいことが理解されるべきである。一実施形態において、放射エネルギー源は、マイクロ波によって励磁される無電極紫外電球である。別の実施形態において、放射エネルギー源は、水銀ランプ、たとえば中圧水銀ランプであってもよい。放射エネルギー源は、放射エネルギーのスペクトル出力を変更することができる材料または装置を含むことができる。放射エネルギー源の他の適切な例は、発光ダイオード（たとえば、アレイで）やハロゲン赤外線ランプなどを限定することなく含むことができる。

[0050]二次反射体アセンブリ６１は、ハウジング６６、二次反射体２０１、一次反射体１０１に二次反射体２０１を位置合わせさせるために当該技術で一般に公知であるような機能、図示するように、焦点１０４に関連して任意選択の透明な石英管７を装着する機能、および一次反射体アセンブリ６０に二次反射体アセンブリ６１を緊締する締結手段６７を含む。

[0051]図８に図示するように、放射エネルギー源１０は、一次反射体１０１の近焦点１０２と実質的に一致して置かれうる。位置合わせピン６６が、一次反射体１０１に関して二次反射体２０１を適切に置くために使用されうる。

[0052]使用中には、硬化されるべき材料で被覆された基材、たとえば未硬化のポリマー被覆を含む光ファイバーが一次反射体１０１の遠焦点１０４を通ることができる。基材は、一次反射体１０１および二次反射体２０１を定義する楕円の長軸に対して実質的に垂直である方向に遠焦点１０４を通る。

[0053]基材に塗布される放射エネルギー硬化可能な被覆の組成物および硬化は当該技術で周知であり、したがって本明細書に詳細には記載されない。たとえば、被覆として有用である組成物、被覆を塗布する方法、および紫外線放射の使用などで被覆を硬化させる方法は、たとえばＶａｚｉｒａｎｉへの米国特許第４，０９９，８３７号、Ｍａｒｔｉｎへの米国特許第４，１１５，０８７号、Ｌｅｖｙへの米国特許第４，３２４，５７５号、およびＢｉｓｈｏｐ他への米国特許第４，５１４，０３７号に記載され、これらの全ての内容は参照によって本明細書に取り込まれる。放射エネルギーに露光されるべき基材は、前述したように、楕円空間において、遠焦点１０４と実質的に一致して置かれることができる。

[0054]例示の実施形態において、装置は、遠焦点１０４またはその近傍に置かれることができる透明な石英管７も含む。一実施形態において、基材は石英管７に通されることができ、そして放射エネルギーは石英管７内の基材に接触することができる。

[0055]本明細書に記載されるような装置は、高アスペクト比基材が放射エネルギーで処理されうる材料で被覆されうる各種の工程で使用されてよい。たとえば、被覆された光ファイバーと連動する利用に加えて、ヤーンやフィラメント、パイプ、ケーブル、導管などを限定することなく含むフィラメントまたは棒状基材上のインクまたは塗料を硬化させるために、装置が使用されてよい。

[0056]硬化システムの構成要素は、システムの寿命にわたって必要に応じて活用および交換されうる。たとえば、一次および二次反射体は、システムの他の構成要素未満の寿命を有する。したがって、そのような構成要素を、必要とされるときに適切な交換部品と交換することは、財政的に好都合でありうる。一実施形態において、一次および／または二次反射体は、硬化装置のための交換部品として提供されうる。これは、本明細書に記載されるより小さい反射体との既知の大きい二次反射体の交換のために特に有益であることが明らかであろう。したがって、一実施形態において、より小さい二次反射体が個別の構成要素として提供されてもよい。

[0057]別の実施形態において、システムの複数の交換可能な部品が、システムのための交換部品のキットなどとして、共に提供されうる。キットは、たとえば、一次反射体およびより小さい二次反射体を含みうる。一実施形態において、システムの追加構成要素がキットに含まれてもよい。たとえば、交換キットは、一次反射体、二次反射体、交換放射エネルギー源、アセンブリのスクリーンなどを限定することなく含むことができる。

[0058]本発明は、以下提供される実施例を参照することでよりよく理解されよう。

[0059]当該技術で既知の反射体システムおよび本開示に係るシステムを比較するために、比較出力試験が行われた。同じＵＶランプモジュールが両試験のために使用され、２つの試験では二次反射体アセンブリのみが異なる。この試験は、一次反射体に対して遠い焦点の中央に置かれた４ｍｍ×４ｍｍの正方形領域におけるＵＶＡ光の相対強度を測定した。データ値は無次元であり、２つのシステムの相対性能を比較するために有効であった。表１は先行技術のシステムの結果を示し、表２は本開示に係るシステムの結果を示す。

[0060]先行技術のシステムにおいて、平均強度は６．７０７であり、最大強度は８．００２であった。

[0061]本開示に係るシステムにおいて、平均強度は７．３８４であり、最大強度は８．８１６であった。
[0062]本システムは平均強度を１０．１％増加させ、ピーク強度を１０．１％増加させた。

[0063]本明細書は例を使用して、最良の形態を含め、本発明を開示し、かつ当業者が、任意の装置またはシステムを製作および使用することならびに任意の組み込まれた方法を行うことを含め、本発明を実施することを可能にする。本発明の特許性のある範囲は請求の範囲によって定められ、また当業者に想到される他の例を含みうる。そのような他の例は、それらが請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、またはそれらが請求の範囲の文言から実体のない差を有する同等の構造要素を含む場合、請求の範囲内のものであることが意図されている。

Claims (15)

1. 放射エネルギーの使用によって被覆を硬化させる装置であって、
   第１の楕円の端部分に対応する横断面形状を有する一次反射体であって、前記第１の楕円が長軸、短軸、近焦点、および遠焦点を有し、前記第１の楕円の長軸が第１の点で前記一次反射体を二等分し、前記第１の楕円の近焦点が前記第１の楕円の遠焦点よりも前記二等分する第１の点に近い一次反射体と、
   第２の楕円の端部分に対応する横断面形状を有する二次反射体であって、前記第２の楕円が長軸、短軸、近焦点、および遠焦点を有し、前記第２の楕円の長軸が第２の点で前記二次反射体を二等分し、前記第２の楕円の近焦点が前記第２の楕円の遠焦点よりも前記二等分する第２の点に近く、前記第１の楕円の長軸と前記第２の楕円の長軸とが相異なる長さを有し、前記第１の楕円の短軸と前記第２の楕円の短軸とが相異なる長さを有し、前記一次および二次反射体が、前記第１の楕円の長軸が前記第２の楕円の長軸と同一直線上にあり、前記第１の楕円の近焦点が前記第２の楕円の遠焦点と実質的に一致し、かつ前記第１の楕円の遠焦点が前記第２の楕円の近焦点と実質的に一致するように互いに位置合わせされる二次反射体と
   を備える装置。
2. 前記第１の楕円の長軸が前記第２の楕円の長軸よりも長く、たとえば前記第２の楕円の長軸の長さが前記第１の楕円の長軸の長さの約８４％から約９５％までの間である、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の楕円の短軸が前記第２の楕円の短軸よりも長く、たとえば前記第２の楕円の短軸の長さが前記第１の楕円の短軸の長さの約６３％から約９６％までの間である、請求項１に記載の装置。
4. 前記放射エネルギーのための放射源をさらに備え、前記放射エネルギーのための放射源が、前記第１の楕円の近焦点および前記第２の楕円の遠焦点に実質的に重なるように置かれる、請求項１に記載の装置。
5. 前記一次および二次反射体が紫外光を反射する、かつ／もしくは赤外線エネルギーを吸収する、かつ／または前記一次反射体および前記二次反射体が互いにほぼ同じ高さである、請求項１に記載の装置。
6. 前記一次反射体が一次反射体アセンブリの構成要素であり、前記二次反射体が二次反射体アセンブリの構成要素であり、前記一次反射体アセンブリおよび前記二次反射体アセンブリが互いに着脱自在に取り付け可能であり、任意選択的に、前記装置がＵＶ光および空気が前記一次反射体アセンブリから出ることを可能にするスクリーンをさらに備える、請求項１に記載の装置。
7. 前記第２の楕円の第１の焦点に関連づけられる透明管をさらに備える、請求項１に記載の装置。
8. 請求項１に記載された二次反射体であって、
   前記第２の楕円の長軸の長さが約１２．９５ｃｍ（約５．１０インチ）から約１４．６ｃｍ（約５．７５インチ）までの間であり、前記第２の楕円の短軸の長さが約６．８５８ｃｍ（約２．７０インチ）から約１０．２９ｃｍ（約４．０５インチ）までの間である、二次反射体。
9. 前記二次反射体の高さが約１０．１６ｃｍ（約４インチ）から約２２８．６ｃｍ（約９０インチ）までの間である、請求項８に記載の二次反射体。
10. 前記二次反射体が紫外線エネルギーを反射する物質で形成または被覆され、かつ／または前記二次反射体がマイクロ波エネルギーを吸収せず、たとえば前記二次反射体がアルミニウム処理被覆を含む、請求項８に記載の二次反射体。
11. 放射エネルギーの使用によって被覆を硬化させる装置のための交換部品のキットであって、請求項１に記載された一次反射体および二次反射体を含むキット。
12. 放射エネルギーのための放射源、たとえば無電極電球をさらに備え、任意選択的に、ＲＦ不透過スクリーンをさらに備える、請求項１１に記載のキット。
13. 高アスペクト比基材上のポリマー被覆を硬化させる方法であって、前記高アスペクト比基材を請求項１に記載の装置に通すステップであって、前記高アスペクト比基材が前記第１の楕円の遠焦点および前記第２の楕円の近焦点に実質的に重なる点を通る直線に沿って前記装置に通され、前記直線が前記第１および第２の楕円の長軸に対して実質的に垂直に伸び、前記高アスペクト比基材は表面に光硬化性ポリマー材料を備え、前記方法は放射エネルギーの使用によって前記光硬化性ポリマー材料を硬化させるステップをさらに含む、方法。
14. 前記基材が光ファイバー、ファイバー、フィラメント、ヤーン、ケーブル、パイプまたは導管である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記放射エネルギーが紫外線エネルギーを含み、前記光硬化性ポリマー材料が前記紫外線エネルギーによって硬化される、請求項１３に記載の方法。