JPH11142697A

JPH11142697A - 光硬化装置および光硬化システム

Info

Publication number: JPH11142697A
Application number: JP9327208A
Authority: JP
Inventors: Hidehiko Adachi; 秀彦阿達
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 1999-05-28
Anticipated expiration: 2017-11-13
Also published as: JP3387403B2

Abstract

(57)【要約】【課題】装置の全長に対する放電ランプの発光部の割合
が大きく、複数台積み重ねて光硬化システムとしても、
システム全体の高さ方向が大型化しない光硬化装置を提
供する。【解決手段】内面が鏡面である楕円筒状の反射鏡２と、
発光管３１の内部に一対の電極３４が対向して配置さ
れ、両電極間の発光部が反射鏡の第１焦点軸上に位置す
る放電ランプ３からなり、この放電ランプの光によっ
て、反射鏡の第２焦点軸上を走行する光ファイバーＦの
表面に塗布されたコーティング剤を硬化させる光硬化装
置において、放電ランプの電極先端より端部側の非発光
部Ｎを両電極間の発光部に対して略直角に屈曲する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバーの表
面に塗布された紫外線硬化型のコーティング剤を硬化さ
せる光硬化装置および光硬化システムに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバーは、外表面の損傷防止や補
強のために、表面に保護用コーティングが施されること
が多い。また、束ねた光ファイバー同士を接続する際
に、光ファイバーの識別を容易にするために、表面に塗
色用コーティングが施されることが多い。そして、コー
ティング剤は、通常、紫外線硬化型の樹脂が使用され、
光ファイバーの表面に塗布されたコーティング剤は、紫
外線を含む光を照射する光硬化装置によって硬化され
る。

【０００３】かかる目的で使用される光硬化装置は、内
面が鏡面である楕円筒状の反射鏡と、内部に一対の電極
が対向して配置され、両電極間の直線状の発光部が反射
鏡の第１焦点軸上に位置するロングアーク型の放電ラン
プで構成され、放電ランプが垂直姿勢になるように配置
される。一方、ワークである光ファイバーは、この反射
鏡の第２焦点軸上を上方から下方に向かって走行するよ
うになっている。そして、この放電ランプの紫外線を含
む光を楕円筒状の反射鏡によって光ファイバーに集光
し、光ファイバーの表面に塗布されたコーティング剤を
硬化させるようになっている。かかる光硬化装置は、例
えば、特開昭６２−２２９２０２号公報や特開平２−１
１１４７５号公報に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、生産性を向
上するために、光ファイバーの走行速度（線引速度とも
言う）を速くすることが求められ、最近では、数１００
ｍ〜１０００ｍ／ｍｉｎ程度の高速で線引きされる。従
って、光ファイバーが光硬化装置を通過する時間が短く
なり、露光時間が短くなる。このため、コーティング剤
を硬化させるに十分な露光量を得るために、放電ランプ
の発光部を長くして硬化に必要な露光時間を確保する必
要がある。

【０００５】光ファイバーの線引速度が常に一定であれ
ば、速い線引速度に対応するためには、１本の発光部の
長い放電ランプを使用すればよい。しかし、光ファイバ
ーの線引速度は、線引開始から所定の速度になるまでは
加速し、また、所定の速度から停止に到るまでの間は減
速する。つまり、光ファイバーの線引速度は常に一定で
はなく変化する。従って、光ファイバーの線引速度の変
化に応じて放電ランプの照度を変化させる必要が生じ
る。この照度変化を、放電ランプの入力電力を切り換え
ることによって対応しようとしても限界があり、線引速
度に応じた最適露光量を入力電力の切り換えのみによっ
て調整することは困難である。また、１本の放電ランプ
の発光部の長さにも限界があり、発光管の単位長さ当り
の電気入力が大きくて発光部が非常に長い放電ランプを
製造することは困難である。

【０００６】このため、複数台の光硬化装置を積み重ね
て光硬化システムとし、各放電ランプの発光部の長さの
和を長くして光ファイバーの速い線引速度に対応してい
る。そして、線引速度の遅いときは、何台かの装置の放
電ランプを消灯しておき、線引速度が早くなるにつれて
順次放電ランプを点灯して行き、逆に、線引速度が遅く
なるときは順次消灯することによって線引速度の変化に
対応している。

【０００７】従来、上記の光硬化システムにおいて、放
電ランプとしては、例えば紫外線出力の大きな、つまり
発光管の単位長さ当りの入力電力の大きな棒状のメタル
ハライドランプが使用されるが、放電ランプの発光部
は、発光管内に対向配置された一対の電極の間であり、
電極の先端から放電ランプの端部の間、つまり、発光管
の管端部、管端部に続くシール部、シール部に取り付け
られたベースなどは非発光部である。例えば、発光部が
２５０ｍｍのメタルハライドランプを使用したときは、
全長が約３５０ｍｍとなり、ランプ全長に対する発光部
の割合は約７０％である。

【０００８】そして、かかる放電ランプを光硬化装置に
組み込んだとき、装置の全長に対する発光部の割合は約
６０％程度になってしまう。このように、光ファイバー
の走行方向に対して放電ランプの発光部の占める割合が
低いので、かかる光硬化装置を複数台積み重ねて光硬化
システムとすると、システム全体の高さ方向がきわめて
大型化してしまう不具合がある。

【０００９】そこで本発明は、装置の全長に対する放電
ランプの発光部の割合が大きく、複数台積み重ねて光硬
化システムとしても、システム全体の高さ方向が大型化
しない光硬化装置を提供することを目的とする。また、
放電ランプの発光部を反射鏡の焦点軸上に正確に位置さ
せるとともに、放電ランプの非発光部を最適温度に調整
することが可能な光硬化装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１の発明は、内面が鏡面である楕円筒状の反
射鏡と、発光管の内部に一対の電極が対向して配置さ
れ、両電極間の発光部が反射鏡の第１焦点軸上に位置す
る放電ランプからなり、この放電ランプの光によって、
反射鏡の第２焦点軸上を走行する光ファイバーの表面に
塗布されたコーティング剤を硬化させる光硬化装置にお
いて、放電ランプの電極先端より端部側の非発光部を両
電極間の発光部に対して略直角に屈曲することにより、
装置の全長に対する放電ランプの発光部の割合が大きく
する。この放電ランプは、例えば請求項２の発明のよう
に、両端の非発光部を同一平面上において同一方向に屈
曲する。

【００１１】請求項３の発明のように、反射鏡の内面
に、Ｖ字状の凹部を有する支持部材を配置し、放電ラン
プの発光管の外表面をこの該支持部材の凹部に内接して
位置決めし、更には、請求項４の発明のように、放電ラ
ンプの発光管を、反射鏡の背部に配置された弾発部材に
よって支持部材の凹部に圧接することによって、非発光
部が屈曲しているにもかかわらず、放電ランプの発光部
を反射鏡の焦点軸上に正確に位置させることができる。

【００１２】次に、請求項５の発明のように、反射鏡に
放電ランプの非発光部を通す開口を形成し、この開口を
通過する冷却風が放電ランプの非発光部を冷却するする
ようにし、請求項６の発明のように、放電ランプの非発
光部を冷却風に対する遮風部材で覆い、請求項７の発明
のように、遮風部材に放電ランプのシール部に埋設され
た金属箔を冷却するための開口が設けると、放電ランプ
の非発光部を最適温度に冷却できる。

【００１３】請求項８の発明のように、請求項１記載の
光硬化装置を光ファイバーの走行方向に複数台配置して
システム化すると、システム全体の高さ方向が大型化せ
ず、また、低速から高速までの光ファイバーの線引速度
に対応することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、図面に基づいて本発明の
実施の形態を具体的に説明する。図１及び図２は、本発
明の光硬化装置の実施の形態を模式的に示すが、ケーシ
ング１は２分割されており、一方に冷却風の吸入口１１
が形成され、他方に排出口１２が形成されている。そし
て、同じく２分割された反射鏡２がケーシング１内に配
置されている。反射鏡２は、内面が鏡面である長尺の楕
円筒状のものであり、その焦点軸は垂直方向に向いてい
る。また、反射鏡２には、冷却風通過孔２１が複数個穿
設されている。ここで、ケーシング１の高さは約２８０
ｍｍである。

【００１５】ロングアーク型の放電ランプ３が反射鏡２
内に配置されているが、放電ランプ３の直線状の発光部
は反射鏡２の第１焦点軸上に位置している。一方、表面
に紫外線硬化型の樹脂から成るコーティング剤が塗布さ
れた光ファイバーＦは反射鏡２の第２焦点軸上を上方か
ら下方に向けて走行する。光ファイバーＦは、内部に窒
素ガスなどが流れて酸素プアーの状態になった石英管７
で覆われている。これは、コーティング剤を紫外線を含
む光で硬化するとき、酸素が存在すると硬化反応が進み
にくい性質があるためである。

【００１６】このように、放電ランプ３の発光部が反射
鏡２の第１焦点軸上に位置し、光ファイバーＦが反射鏡
２の第２焦点軸上を走行するので、放電ランプ３から放
射する紫外線を含む光は光ファイバーＦに集光して表面
に塗布されたコーティング剤を硬化する。このとき、吸
入口１１から流入した冷却風は、反射鏡２の通過孔２１
を通って放電ランプ３を冷却し、他方の反射鏡２の通過
孔２１および排出口１２を通って排出される。

【００１７】放電ランプ３は、定格消費電力が７ｋＷの
メタルハライドランプであり、図３に示すように、発光
管３１内に一対の電極３４，３４が対向配置されてい
る。また、発光管３１内には、１種または２種以上の金
属を含むガスが封入されている。従って、電極３４，３
４の先端間が発光部Ｌであり、発光部Ｌの長さは２５０
ｍｍである。

【００１８】ここで、発光管３１は、通常の放電ランプ
と異なり、その管端部３２がそれぞれ略直角に屈曲して
いる。つまり、両方の管端部３２，３２は、同一平面上
において同一方向に屈曲している。従って、電極３４，
３４も先端部がＬ字状に屈曲している。管端部３２に続
くシール部３３にはモリブデン箔３５が埋設され、電極
３４の一端がモリブデン箔３５に溶接されている。そし
て、シール部３３にはベース３６が取り付けられ、モリ
ブデン箔３５に電気的に接続されたリード線３７がベー
ス３６の端面から伸び出している。なお、ランプ取付や
配線の関係上から、管端部３２，３２が異なる方向に屈
曲して全体形状がクランク状をした放電ランプであって
も良い。

【００１９】このように、管端部３２がそれぞれ略直角
に屈曲しているので、ベース３６の外側面３６ａが放電
ランプ３の端部となり、放電ランプ３の全長は約２７０
ｍｍである。そして、電極３４の先端とベース３６の外
側面３６ａの間が、発光部Ｌの軸線方向の非発光部Ｎで
あり、この非発光部Ｎの長さは約１０ｍｍである。つま
り、通常の放電ランプに比べて非発光部Ｎの長さが極め
て短く、ランプ全長に対する発光部の割合は約９３％に
なる。従って、かかる放電ランプ３を組み込んだ光硬化
装置は、ケーシング１の高さを約２８０ｍｍとすること
ができ、装置の全長に対する放電ランプの発光部の割合
を９０％にすることができる。

【００２０】従来の光硬化装置においては、放電ランプ
は、棒状であるために、両端のベースの軸線は発光部の
軸線と一致している。従って、このベースを保持するこ
とによって、発光部が反射鏡の焦点軸上に位置するよう
に固定することが可能であった。また、放電ランプを点
灯すると発光管が熱膨張するが、発光管は反射鏡の焦点
軸上で膨張する。従って、発光管が膨張しても発光部が
反射鏡の焦点軸から偏位することはない。

【００２１】しかし、本発明の光硬化装置においては、
放電ランプ３は、管端部３２，３２が発光部Ｌに対して
略直角に屈曲しているので、ベース３６，３６を保持し
たのでは、点灯時に管端部３２やシール部３３も反射鏡
の焦点軸と直角方向に膨張するので、発光部が反射鏡の
焦点軸から偏位する。また、管端部３２，３２を発光部
Ｌに対して同一平面上において完全に直角に屈曲させる
のは困難であり、屈曲角度にばらつきが生じる。従っ
て、ベース３６，３６を保持して放電ランプを固定した
のでは、両電極３４，３４間の発光部の位置が反射鏡の
焦点軸と完全には一致しない。

【００２２】このため本発明の光硬化装置においては、
図１及び図４に示すように、反射鏡２の奥底部２ａに開
口２２を設け、放電ランプ３の管端部３２を差し込む。
そして、反射鏡２の奥底部２ａに、石英ガラスからな
り、Ｖ字状の凹部４１を有する支持部材４を複数個配置
し、放電ランプ３の発光管３１を凹部４１に嵌め込んだ
状態で支持部材４に当接させて、両電極３４，３４間の
発光部が反射鏡２の第１焦点軸上に位置するようにす
る。また、ベース３６には保持部材５を取り付ける。つ
まり、保持部材５の抱持部５１でベース３６を抱持する
と共に、押さえ部５２をベース３６の上端面に当接させ
る。そして、保持部材５とケーシング１の保持片１３の
間にコイルスプリングからなる弾発部材６を配置し、弾
発部材６の弾発力によって発光管３１を支持部材４に圧
接させる。

【００２３】かかるランプ保持構造によって、点灯時に
管端部３２やシール部３３が反射鏡の焦点軸と直角方向
に膨張しても、その膨張は弾発部材６によって吸収され
るので、放電ランプ３の発光部が反射鏡２の焦点軸から
偏位することがない。また、管端部３２の屈曲角度にば
らつきがあって同一平面上において完全な直角に屈曲し
ていなくても、支持部材４によって位置決めするので、
放電ランプ３の発光部を反射鏡２の焦点軸上に位置させ
ることができる。

【００２４】放電ランプ３の管端部３２を差し込むため
の開口２２は、その内径が端部３２の外径よりも大きく
て隙間ができている。そして、その隙間を冷却風が通過
してシール部３３や管端部３２を冷却するようになって
いる。しかし、風量が多くて管端部３２が過冷却になる
ときは、図４に示すように、管端部３２を筒状の遮風部
材８で覆うのがよい。管端部３２が過冷却されると、封
入された金属ガスが管端部３２において凝縮し、ランプ
性能が低下する。

【００２５】しかし、モリブデン箔３５が埋設されたシ
ール部３３は、モリブデン箔３５の酸化防止のために十
分に冷却するのがよく、従って、遮風部材８に、シール
部３３を冷却するための開口８１を設けるのが良い。つ
まり、遮風部材８の大きさや開口８１の個数および位置
を適宜定めることによって、シール部３３と管端部３２
がそれぞれ最適温度に冷却されるように調整することが
できる。

【００２６】かかる光硬化装置をシステムとして使用す
る例を図５に示す。ファイバー素材溶融炉でファイバー
素材か溶融され、ノズルから光ファイバーが線引きされ
る。この線引速度は、数１００ｍ／ｍｉｎの高速であ
る。ノズルの下にはコーティング剤塗布装置が配置さ
れ、光ファイバーの表面に紫外線硬化樹脂からなるコー
ティング剤が塗布される。コーティング剤塗布装置の下
に、複数台、例えば４台の光硬化装置が積み重ねられて
いる。ここで、各光硬化装置の装置の高さに対する放電
ランプの発光部の割合が大きいので、システム全体の高
さ方向が大型化せず、天井の低い建屋においても操業す
ることができる。そして、前記のとおり、これらの光硬
化装置によって光ファイバーの表面に塗布されたコーテ
ィング剤が硬化されて、巻取ホビンで巻取られる。な
お、光硬化装置の下にもう一台のコーティング剤塗布装
置と複数台の光硬化装置を配置し、多層にコーティング
することするようしてもよい。

【００２７】ここで、光ファイバーが高速の一定速度で
線引きされているときは、全ての光硬化装置の放電ラン
プがフルパワー（定格電力）点灯されており、高速の線
引速度に対しても十分な露光時間を確保することができ
る。しかし、立上りの線引速度の遅いときは、何台かの
装置の放電ランプを消灯しておき、線引速度が早くなる
につれて、放電ランプからの紫外線出力が低出力から高
出力になるように、放電ランプの入力電力を調整すると
共に、順次放電ランプを点灯して行く。また、線引速度
が遅くなるときは、放電ランプからの紫外線出力が高出
力から低出力になるように、放電ランプの入力電力を調
整すると共に、順次消灯することによって、線引速度が
変化しても、露光時間をほぼ一定にすることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、電極先
端より端部側の非発光部が両電極間の発光部に対して略
直角に屈曲した放電ランプを使用するので、装置の全長
に対する放電ランプの発光部の割合が大きくなり、複数
台積み重ねて光硬化システムとしても、システム全体の
高さ方向が大型化しない光硬化装置とすることができ
る。また、放電ランプの非発光部が屈曲しているにもか
かわらず、放電ランプの発光部を反射鏡の焦点軸上に正
確に位置させるとともに、放電ランプの非発光部を最適
温度に調整することが可能な光硬化装置とすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。

【図３】放電ランプの説明図である。

【図４】本発明実施例の要部の斜視図である。

【図５】光硬化システムの説明図である。

【符号の説明】

１ケーシング１１吸入口１２排出口２反射鏡２１冷却風通過孔２２開口２ａ反射鏡の奥底部３放電ランプ３１発光管３２管端部３３シール部３４電極３５モリブデン箔３６ベース３７リード線Ｌ発光部Ｎ非発光部４支持部材４１凹部５保持部材５１抱持部５２押さえ部６弾発部材７石英管８遮風部材８１遮風部材の開口Ｆ光ファイバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内面が鏡面である楕円筒状の反射鏡と、
発光管の内部に一対の電極が対向して配置され、両電極
間の発光部が該反射鏡の第１焦点軸上に位置する放電ラ
ンプからなり、この放電ランプの光によって、該反射鏡の第２焦点軸上
を走行する光ファイバーの表面に塗布されたコーティン
グ剤を硬化させる光硬化装置において、前記放電ランプは、電極先端より端部側の非発光部が両
電極間の発光部に対して略直角に屈曲していることを特
徴とする光硬化装置。
【請求項２】前記放電ランプの両端の非発光部が、同
一平面上において同一方向に屈曲していることを特徴と
する請求項１記載の光硬化装置。
【請求項３】前記反射鏡の内面に、Ｖ字状の凹部を有
する支持部材が配置され、該放電ランプの発光管の外表
面が該支持部材の凹部に内接して位置決めされたことを
特徴とする請求項１記載の光硬化装置。
【請求項４】前記放電ランプの発光管は、該反射鏡の
背部に配置された弾発部材によって該支持部材の凹部に
圧接されていることを特徴とする請求項３記載の光硬化
装置。
【請求項５】前記反射鏡には、該放電ランプの非発光
部を通す開口が形成され、この開口を通過する冷却風が
放電ランプの非発光部を冷却することを特徴とする請求
項１記載の光硬化装置。
【請求項６】前記放電ランプの非発光部は、冷却風に
対する遮風部材で覆われたことを特徴とする請求項５記
載の光硬化装置。
【請求項７】前記遮風部材には、放電ランプのシール
部に埋設された金属箔を冷却するための開口が設けられ
たことを特徴とする請求項６記載の光硬化装置。
【請求項８】請求項１記載の光硬化装置が光ファイバ
ーの走行方向に複数台配置されたことを特徴とする光硬
化システム。