JPWO2017111082A1 - 光ファイバ素線の製造方法および紫外線照射装置 - Google Patents

光ファイバ素線の製造方法および紫外線照射装置 Download PDF

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Abstract

光ファイバの外周に塗布された紫外線硬化樹脂に半導体紫外線発光素子から発せられる紫外線を照射して、前記紫外線硬化樹脂を硬化させる光ファイバ素線の製造方法であって、前記紫外線硬化樹脂に向けて前記紫外線を照射する位置が同一円の円周上に複数配置された紫外線照射ユニットが、前記円の中心を前記光ファイバが通過するように前記光ファイバの走行方向に複数配列され、かつ、前記複数の紫外線照射ユニットのうち少なくとも２つが、前記光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なる配置となっている紫外線照射装置を用いて、前記光ファイバの外周に塗布された紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する光ファイバ素線の製造方法。

Description

本発明は、光ファイバ素線の製造方法および紫外線照射装置に関する。
一般に、石英ガラス等からなる光ファイバは、コアおよびクラッドからなる光ファイバ（ガラス光ファイバとも呼ばれる）の外周面に被覆が形成されている。被覆が形成された光ファイバは、光ファイバ素線と呼ばれる。
光ファイバ素線の製造方法としては、光ファイバの母材を線引炉にて線引きすることによってガラス光ファイバを製造し、その後、ダイスともよばれる樹脂塗布装置にて、ガラス光ファイバの外周面に紫外線硬化樹脂を塗布し、紫外線照射装置にて、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射することによって、ガラス光ファイバの外周面に被覆を形成することが一般的である。
従来、光ファイバ素線の製造工程における紫外線照射装置の紫外線光源は、高圧水銀ランプやメタルハライドランプが一般的であった。しかしながら、メンテナンスコストおよび交換頻度の削減、並びに消費電力の削減を目的として、紫外線照射装置に用いる紫外線光源として、紫外線を発光する発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ＵＶ−ＬＤ）などの半導体紫外線発光素子を用いることが検討されている（例えば特許文献１〜５参照）。
特開２０１０−１１７５２５号公報 特開２０１０−１１７５２６号公報 特開２０１０−１１７５２７号公報 特開２０１０−１１７５３０号公報 特開２０１０−１１７５３１号公報
しかしながら、半導体紫外線発光素子から発光される紫外線は単波長ないし従来のランプよりも狭波長帯域であるので、樹脂の硬化度が低下してしまう問題が生じる。樹脂の硬化が不十分であると、光ファイバをボビンに巻き付けた際に光ファイバ素線同士が固着または接着してしまうこと、または、光ファイバに発生するうねりや光ファイバの表面の変色によって伝送特性が低下してしまうことなどの問題が発生してしまう。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、単波長ないし狭波長帯域である紫外線を用いても紫外線硬化樹脂を十分に硬化することができる光ファイバ素線の製造方法および紫外線照射装置を提供することにある。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の実施態様に係る光ファイバ素線の製造方法は、光ファイバの外周に塗布された紫外線硬化樹脂に半導体紫外線発光素子から発せられる紫外線を照射して、前記紫外線硬化樹脂を硬化させる光ファイバ素線の製造方法であって、前記紫外線硬化樹脂に向けて前記紫外線を照射する位置が同一円の円周上に複数配置された紫外線照射ユニットが、前記円の中心を前記光ファイバが通過するように前記光ファイバの走行方向に複数配列され、かつ、前記複数の紫外線照射ユニットのうち少なくとも２つが、前記光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なる配置となっている紫外線照射装置を用いて、前記光ファイバの外周に塗布された紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する、ことを特徴とする。
また、本発明の実施態様に係る光ファイバ素線の製造方法は、前記紫外線照射ユニットにおける前記位置に、前記半導体紫外線発光素子が配置されている、ことを特徴とする。
また、本発明の実施態様に係る光ファイバ素線の製造方法は、前記複数の紫外線照射ユニットが備える前記半導体紫外線発光素子のすべてが前記光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なる角度となっていることを特徴とする。
また、本発明の実施態様に係る光ファイバ素線の製造方法は、前記複数の紫外線照射ユニットが備える前記半導体紫外線発光素子が前記光ファイバの走行方向を軸とした螺旋の上に配置されていることを特徴とする。
また、本発明の実施態様に係る光ファイバ素線の製造方法は、前記複数の紫外線照射ユニットが備える前記半導体紫外線発光素子は、前記光ファイバの走行方向を示す軸上の一点の近傍に向けて紫外線を照射することを特徴とする。
また、本発明の実施態様に係る光ファイバ素線の製造方法は、前記紫外線照射装置は、前記複数の紫外線照射ユニットよりも前記光ファイバの走行方向の前段部に、深紫外線を照射する深紫外線照射ユニットをさらに備え、前記光ファイバの外周に塗布された紫外線硬化樹脂に対して、深紫外線を照射した後に、紫外線を照射することを特徴とする。
また、本発明の実施態様に係る紫外線照射装置は、光ファイバの外周に塗布された紫外線硬化樹脂に半導体紫外線発光素子から発せられる紫外線を照射して、前記紫外線硬化樹脂を硬化させる紫外線照射装置であって、前記紫外線を前記紫外線硬化樹脂に向けて照射する位置が同一円の円周上に複数配置され、該円の中心を前記光ファイバが通過するように前記光ファイバの走行方向に複数配列した紫外線照射ユニットを備え、前記複数の紫外線照射ユニットのうち少なくとも２つが前記光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なる配置となっていることを特徴とする。
また、本発明の実施態様に係る紫外線照射装置は、前記紫外線照射ユニットにおける前記位置に、前記半導体紫外線発光素子が配置されていることを特徴とする。
また、本発明の実施態様に係る紫外線照射装置は、前記複数の紫外線照射ユニットが備える前記半導体紫外線発光素子のすべてが前記光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なる角度となっていることを特徴とする。
また、本発明の実施態様に係る紫外線照射装置は、前記複数の紫外線照射ユニットが備える前記半導体紫外線発光素子が前記光ファイバの走行方向を軸とした螺旋の上に配置されていることを特徴とする。
また、本発明の実施態様に係る紫外線照射装置は、前記複数の紫外線照射ユニットが備える前記半導体紫外線発光素子は、前記光ファイバの走行方向を示す軸上の一点の近傍に向けて紫外線を照射するように傾けられて前記紫外線照射ユニットに取り付けられていることを特徴とする。
また、本発明の実施態様に係る紫外線照射装置は、前記複数の紫外線照射ユニットよりも前記光ファイバの走行方向の前段部に、深紫外線を照射する深紫外線照射ユニットをさらに備えていることを特徴とする。
本発明に係る光ファイバ素線の製造方法および紫外線照射装置は、単波長ないし狭波長帯域である紫外線を用いても紫外線硬化樹脂を十分に硬化することができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施形態に係る光ファイバ素線の製造方法に用いる光ファイバ素線の製造装置の全体構成を示す概略構成図である。 図２は、実施例１に係る紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成を示す図である。 図３は、実施例２に係る紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成を示す図である。 図４は、実施例３に係る紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成を示す図である。 図５は、実施例４に係る紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成を示す図である。 図６は、実施例５に係る紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成を示す図である。 図７は、実施例６に係る紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成を示す図である。 図８は、比較例に係る紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成を示す図である。 図９は、実施したｋｎｏｔ ｔｅｓｔの概要を示す模式図である。 図１０は、ルースチューブ型光ファイバケーブルの構造を示す断面図である。 図１１は、紫外線硬化樹脂に照射される紫外線の照度と２．５％モジュラスとの関係を示すグラフを示す図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る光ファイバ素線の製造方法および紫外線照射装置を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
図１は、本発明の実施形態に係る光ファイバ素線の製造方法に用いる光ファイバ素線の製造装置１０００の全体構成を示す概略構成図である。図１に示すように、光ファイバ素線の製造装置１０００は、線引き炉１００と樹脂塗布装置２００と紫外線照射装置３００と巻き取り装置４００とを備えている。
線引き炉１００は、光ファイバ母材Ｐから光ファイバＦ１を製造するためのものであり、光ファイバ母材Ｐを加熱するためのヒータ１１０を備えている。光ファイバ母材Ｐは、最終製品においてコアとなる領域の外側にクラッドとなる領域を形成した中間製品である。光ファイバＦ１は、この光ファイバ母材Ｐを規格外径（例えば１２５μｍ）となるように引き延ばすことによって製造される。
線引き炉１００が備えているヒータ１１０は、光ファイバ母材Ｐの下端を約２０００℃に加熱する。ヒータ１１０の加熱によって軟化した光ファイバ母材Ｐの下端は、後段の巻き取り装置４００によって引き延ばされる構成である。線引き炉１００によって製造される光ファイバＦ１の外径は、ヒータ１１０の温度および巻き取り装置４００の巻き取り速度等によって調整される。
樹脂塗布装置２００および紫外線照射装置３００は、それぞれ光ファイバＦ１の外周に紫外線硬化樹脂を塗布する装置、および、光ファイバＦ１の外周に塗布された紫外線硬化樹脂を硬化するための装置である。一般に、光ファイバＦ１の外周には、内側のプライマリ層と外側のセカンダリ層との少なくとも２層の被覆が形成される。そして、光ファイバＦ１の外周に多層の被覆を形成する方法としては、Ｗｅｔ−ｏｎ−Ｗｅｔ方式と、Ｗｅｔ−ｏｎ−Ｄｒｙ方式とが知られている。
Ｗｅｔ−ｏｎ−Ｗｅｔ方式は、樹脂塗布装置２００にて複数の紫外線硬化樹脂を光ファイバＦ１上に塗布し、紫外線照射装置３００にて当該複数の紫外線硬化樹脂を一度の紫外線照射によってまとめて硬化させる方法である。
一方、Ｗｅｔ−ｏｎ−Ｄｒｙ方式は、樹脂塗布装置２００と紫外線照射装置３００との組を複数段備え、各段の樹脂塗布装置２００と紫外線照射装置３００とによって１層毎に被覆を形成する方法である。
したがって、図１に示す光ファイバ素線の製造装置１０００は、厳密にはＷｅｔ−ｏｎ−Ｗｅｔ方式の装置構成となる。しかしながら、本発明の実施形態はＷｅｔ−ｏｎ−Ｗｅｔ方式の光ファイバ素線の製造装置１０００に限定されるものではない。Ｗｅｔ−ｏｎ−Ｄｒｙ方式の光ファイバ素線の製造装置１０００の場合であっても、複数段の樹脂塗布装置２００と紫外線照射装置３００との組のうち少なくとも一つ、また、好ましくはすべての組に対して本発明の実施形態を適用することができる。ここでは、単に記載の重複を避けるために、樹脂塗布装置２００と紫外線照射装置３００とを１組だけ備えた光ファイバ素線の製造装置１０００の構成を用いて、本発明の実施形態を説明するものとする。
図１に示すように、樹脂塗布装置２００は、線引き炉１００によって製造された光ファイバＦ１が内部を通過するように構成されている。光ファイバＦ１は、樹脂塗布装置２００の内部を通過する際に、プライマリ層用の紫外線硬化樹脂、および／または、セカンダリ用の紫外線硬化樹脂が塗布される。
紫外線硬化樹脂は、例えば、紫外線で重合・硬化するエチレン性不飽和基を少なくとも２つ有する樹脂であり、好ましくはオリゴマーを使用する。なお、ここでオリゴマーとは、重合度が２〜１００の重合体である。また、紫外線硬化樹脂には、後に例示する光重合開始剤が添加されている。
さらに、紫外線硬化樹脂は、オリゴマーおよび光重合開始剤に加えて、例えば希釈モノマー、光増感剤、シランカップリング剤、連鎖移動剤および各種添加剤を含んでもよい。希釈モノマーとしては、単官能（メタ）アクリレートまたは多官能（メタ）アクリレートが用いられる。ここで、希釈モノマーとは、紫外線硬化樹脂を希釈するためのモノマーを意味する。
半導体紫外線発光素子光源より発せられる発光波長領域が３５０〜４０５ｎｍである場合、この波長領域に紫外線吸収を有し、組成物を好適に硬化させ得る光重合開始剤として以下のものを用いることができる。
例えば、α―アミノケトン型である、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルホリノプロパノン−１、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルホリノフェニル）−ブタン−１−オン、２−（ジメチルアミノ）−２−［（４−メチルフェニル）メチル］−１−［４−（４−モルホリニル）フェニル］−１−ブタノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノアセトフェノン等を挙げることができる。市販品では、Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７、Ｉｒｇａｃｕｒｅ３６９およびＩｒｇａｃｕｒｅ３７９（商品名、ＢＡＳＦジャパン株式会社製）等を挙げることができる。なお、「Ｉｒｇａｃｕｒｅ」は、ＢＡＳＦジャパン株式会社の登録商標である。
アシルホスフィンオキサイド型である、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキサイド、ビス（２，６−ジメトキシベンゾイル）−２，４，４−トリメチル−ペンチルホスフィンオキサイド等を挙げることができる。市販品では、Ｉｒｇａｃｕｒｅ８１９、ＬｕｃｉｒｉｎＴＰＯ、ＬｕｃｉｒｉｎＴＰＯ―ＬおよびＩｒｇａｃｕｒｅ２１００（商品名、ＢＡＳＦジャパン株式会社製）等を挙げることができる。
Ｏ−アシルオキシム型である、市販品の、ＩｒｇａｃｕｒｅＯＸＥ０１およびＩｒｇａｃｕｒｅＯＸＥ０２（商品名、ＢＡＳＦジャパン株式会社製）を挙げることができる。
図１に示すように、紫外線照射装置３００は、樹脂塗布装置２００によって紫外線硬化樹脂が塗布された光ファイバＦ１が内部を通過するように構成されている。光ファイバＦ１は、紫外線照射装置３００の内部を通過する際に紫外線が照射され、塗布された紫外線硬化樹脂が硬化される。
紫外線照射装置３００は、透明管３１０と複数の紫外線照射ユニット３２０と不活性ガス導入管３３１を備えている。透明管３１０は、紫外線に対して透光性を有しており、透明管３１０の中心軸付近を長手方向に光ファイバＦ１が通過するように構成されている。紫外線照射ユニット３２０は、透明管３１０の内部を通過する光ファイバＦ１に対して紫外線ないし深紫外線を照射する半導体紫外線発光素子を有している。紫外線照射ユニット３２０および半導体紫外線発光素子の構成は、後に実施例として例示するように、複数種類の構成を採用し得る。
なお、深紫外線は、紫外線の一部であるが、ここでは以下のように定義する。波長３６５ｎｍ〜４０５ｎｍの紫外線を単に紫外線といい、波長２００ｎｍ〜３５０ｎｍの紫外線を深紫外線という。しかしながら、紫外線照射ユニット３２０は、複数の紫外線照射ユニットの総括名であるので、紫外線を放射する半導体紫外線発光素子を有するものと深紫外線を放射する半導体紫外線発光素子を有するものとを含む。
不活性ガス導入管３３１は、透明管３１０の内部に不活性ガスを充填するためのものである。一般に、紫外線硬化樹脂は、酸素（Ｏ２）濃度が高い雰囲気下で硬化させると、酸素と反応して硬化が不十分となりとなる。これを防ぐために、不活性ガス導入管３３１から透明管３１０の内部に不活性ガスを供給し、透明管３１０の内部を酸素濃度が低い雰囲気とする。ここで、不活性ガスは、光ファイバＦ１およびこれに塗布する紫外線硬化樹脂に対して不活性であれば種類を限定するものではないが、窒素（Ｎ２）を用いることが簡便である。
紫外線照射装置３００によって外周に塗布された紫外線硬化樹脂が硬化された光ファイバＦ１は、光ファイバ素線Ｆ２として巻き取り装置４００に巻き取られる。巻き取り装置４００は、ガイドローラ４１０，４２０と巻き取りドラム４３０とを備えている。なお、図示される巻き取り装置４００の例は、１つの構成例であり、ローラの数および配置は変更し得る。先述したように、巻き取り装置４００は、光ファイバ素線Ｆ２を巻き取る速度を調節することで、線引き炉１００で製造される光ファイバＦ１の外径を制御する。
以上説明したように、図１に示される光ファイバ素線の製造装置１０００は、光ファイバＦ１の外周に塗布された紫外線硬化樹脂に半導体紫外線発光素子から発せられる紫外線を照射して、紫外線硬化樹脂を硬化させ、光ファイバ素線Ｆ２を製造することができる装置である。
以下、紫外線照射装置における紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成の例について説明する。
（実施例１）
図２は、実施例１に係る紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成を示す図である。なお、実施例１に係る紫外線照射ユニットは、上記説明した紫外線照射装置３００における複数の紫外線照射ユニット３２０として適用し得るものである。したがって、説明の重複を避けるために、図２には、紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成および配置のみを記載し、その他の構成に関しては省略している。
図２に示すように、実施例１に係る紫外線照射ユニットは、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する第１から第６の紫外線照射ユニット３２１ａ〜３２６ａによって構成されている。図２（ｂ）〜（ｇ）に示すように、第１から第６の紫外線照射ユニット３２１ａ〜３２６ａは、半導体紫外線発光素子３４０ａを同一円の円周上に３つ配置した同型のユニットであり、図２（ａ）に示すように、これら第１から第６の紫外線照射ユニット３２１ａ〜３２６ａは、円の中心を光ファイバが通過するように光ファイバの走行方向に配列されている。
なお、図２（ａ）には光ファイバの記載が省略されているが、紙面の下方向が光ファイバの走行方向に対応し、一点鎖線で記される直線が、光ファイバの走行位置に対応している。また、光ファイバは、半導体紫外線発光素子３４０ａが配置される円の中心を通過するように構成されているので、光ファイバの走行位置は、半導体紫外線発光素子３４０ａの配置位置で規定される円筒面の中心軸に一致している。
図２（ｂ）〜（ｇ）に示すように、第１から第６の紫外線照射ユニット３２１ａ〜３２６ａは、光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なる配置となっている。具体的には、第１の紫外線照射ユニット３２１ａの角度を基準として、第２から第６の紫外線照射ユニット３２２ａ〜３２６ａは、それぞれ、２０°，４０°，６０°，８０°，１００°で角度が変えられている。
したがって、第１から第６の紫外線照射ユニット３２１ａ〜３２６ａが備える半導体紫外線発光素子３４０ａは、第１から第６の紫外線照射ユニット３２１ａ〜３２６ａが光ファイバの走行方向に配列された際に、当該光ファイバの走行方向を軸とした螺旋の上に配置されることになる。また、第１から第６の紫外線照射ユニット３２１ａ〜３２６ａが備える半導体紫外線発光素子３４０ａは、すべてが光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なる角度となっており、しかもその間隔は円周方向の角度が等しい。結果、光ファイバの円周方向に関して紫外線が均等に照射され、良好な被覆が形成されることになる。
なお、図２（ａ）に示された第１から第６の紫外線照射ユニット３２１ａ〜３２６ａに記載された矢印は、半導体紫外線発光素子３４０ａから放射される紫外線の照射方向を示している。つまり、第１から第６の紫外線照射ユニット３２１ａ〜３２６ａが備える半導体紫外線発光素子３４０ａは、光ファイバの走行方向を示す軸に対して垂直に紫外線を照射している。
（実施例２）
図３は、実施例２に係る紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成を示す図である。なお、実施例２に係る紫外線照射ユニットも、上記説明した紫外線照射装置３００における複数の紫外線照射ユニット３２０として適用し得るものである。
図３に示すように、実施例２に係る紫外線照射ユニットは、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する第１から第４の紫外線照射ユニット３２１ｂ〜３２４ｂによって構成されている。図３（ｂ）〜（ｅ）に示すように、第１から第４の紫外線照射ユニット３２１ｂ〜３２４ｂは、半導体紫外線発光素子３４０ｂを同一円の円周上に４つ配置した同型のユニットであり、図３（ａ）に示すように、これら第１から第４の紫外線照射ユニット３２１ｂ〜３２４ｂは、円の中心を光ファイバが通過するように光ファイバの走行方向に配列されている。
なお、図３（ａ）には光ファイバの記載が省略されているが、紙面の下方向が光ファイバの走行方向に対応し、一点鎖線で記される直線が、光ファイバの走行位置に対応している。また、光ファイバは、半導体紫外線発光素子３４０ｂが配置される円の中心を通過するように構成されているので、光ファイバの走行位置は、半導体紫外線発光素子３４０ｂの配置位置で規定される円筒面の中心軸に一致している。
図３（ｂ）〜（ｅ）に示すように、第１から第４の紫外線照射ユニット３２１ｂ〜３２４ｂは、光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なる配置となっている。具体的には、第１の紫外線照射ユニット３２１ｂの角度を基準として、第２から第４の紫外線照射ユニット３２２ｂ〜３２４ｂは、それぞれ、２２．５°，４５°，６７．５°で角度が変えられている。
したがって、第１から第４の紫外線照射ユニット３２１ｂ〜３２４ｂが備える半導体紫外線発光素子３４０ｂは、第１から第４の紫外線照射ユニット３２１ｂ〜３２４ｂが光ファイバの走行方向に配列された際に、当該光ファイバの走行方向を軸とした螺旋の上に配置されることになる。また、第１から第４の紫外線照射ユニット３２１ｂ〜３２４ｂが備える半導体紫外線発光素子３４０ｂは、すべてが光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なる角度となっており、しかもその間隔は円周方向の角度が等しい。結果、光ファイバの円周方向に関して紫外線が均等に照射され、良好な被覆が形成されることになる。
なお、図３（ａ）に示された第１から第４の紫外線照射ユニット３２１ｂ〜３２４ｂに記載された矢印は、半導体紫外線発光素子３４０ｂから放射される紫外線の照射方向を示している。つまり、第１から第４の紫外線照射ユニット３２１ｂ〜３２４ｂが備える半導体紫外線発光素子３４０ｂは、光ファイバの走行方向を示す軸に対して垂直に紫外線を照射している。
（実施例３）
図４は、実施例３に係る紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成を示す図である。なお、実施例３に係る紫外線照射ユニットも、上記説明した紫外線照射装置３００における複数の紫外線照射ユニット３２０として適用し得るものである。
図４に示すように、実施例３に係る紫外線照射ユニットは、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する第１から第５の紫外線照射ユニット３２１ｃ〜３２５ｃによって構成されている。図４（ｂ）〜（ｆ）に示すように、第１から第５の紫外線照射ユニット３２１ｃ〜３２５ｃは、半導体紫外線発光素子３４０ｃを同一円の円周上に３つ配置した同型のユニットであり、図４（ａ）に示すように、これら第１から第５の紫外線照射ユニット３２１ｃ〜３２５ｃは、円の中心を光ファイバが通過するように光ファイバの走行方向に配列されている。
なお、図４（ａ）には光ファイバの記載が省略されているが、紙面の下方向が光ファイバの走行方向に対応し、一点鎖線で記される直線が、光ファイバの走行位置に対応している。また、光ファイバは、半導体紫外線発光素子３４０ｃが配置される円の中心を通過するように構成されているので、光ファイバの走行位置は、半導体紫外線発光素子３４０ｃの配置位置で規定される円筒面の中心軸に一致している。
図４（ｂ）〜（ｆ）に示すように、第１から第５の紫外線照射ユニット３２１ｃ〜３２５ｃは、光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なる配置となっている。具体的には、第１の紫外線照射ユニット３２１ｃの角度を基準として、第２から第５の紫外線照射ユニット３２２ｃ〜３２５ｃは、それぞれ、２４°，４８°，７２°，９６°で角度が変えられている。
したがって、第１から第５の紫外線照射ユニット３２１ｃ〜３２５ｃが備える半導体紫外線発光素子３４０ｃは、第１から第５の紫外線照射ユニット３２１ｃ〜３２５ｃが光ファイバの走行方向に配列された際に、当該光ファイバの走行方向を軸とした螺旋の上に配置されることになる。また、第１から第５の紫外線照射ユニット３２１ｃ〜３２５ｃが備える半導体紫外線発光素子３４０ｃは、すべてが光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なる角度となっており、しかもその間隔は円周方向の角度が等しい。結果、光ファイバの円周方向に関して紫外線が均等に照射され、良好な被覆が形成されることになる。
なお、図４（ａ）に示された第１から第５の紫外線照射ユニット３２１ｃ〜３２５ｃに記載された矢印は、半導体紫外線発光素子３４０ｃから放射される紫外線の照射方向を示している。つまり、第１から第５の紫外線照射ユニット３２１ｃ〜３２５ｃが備える半導体紫外線発光素子３４０ｃは、光ファイバの走行方向を示す軸上の一点の近傍に向けて紫外線を照射するように傾けられて前記紫外線照射ユニットに取り付けられている。後に実験例によって詳説するが、このように半導体紫外線発光素子３４０ｃを傾けて配置することにより、紫外線硬化樹脂上に照射される紫外線の照度が高まり、紫外線硬化樹脂の硬化が促進されることになる。
（実施例４）
図５は、実施例４に係る紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成を示す図である。なお、実施例４に係る紫外線照射ユニットも、上記説明した紫外線照射装置３００における複数の紫外線照射ユニット３２０として適用し得るものである。
図５に示すように、実施例４に係る紫外線照射ユニットは、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する第１から第６の紫外線照射ユニット３２１ｄ〜３２６ｄと深紫外線を照射する深紫外線照射ユニット３５０ｄとによって構成されている。図５（ｂ）〜（ｇ）に示すように、第１から第６の紫外線照射ユニット３２１ｄ〜３２６ｄは、半導体紫外線発光素子３４０ｄを同一円の円周上に３つ配置した同型のユニットであり、図５（ａ）に示すように、これら第１から第６の紫外線照射ユニット３２１ｄ〜３２６ｄは、円の中心を光ファイバが通過するように光ファイバの走行方向に配列されている。また、深紫外線照射ユニット３５０ｄは、第１の紫外線照射ユニット３２１ｄよりも前段部（紙面では上方）に配置されている。なお、深紫外線照射ユニット３５０ｄは、深紫外線を放射する半導体紫外線発光素子を、例えば第１の紫外線照射ユニット３２１ｄと同様に配置して設けられている。
深紫外線（例えば波長２００ｎｍ〜３５０ｎｍ）は、通常の紫外線（例えば波長３６５ｎｍ〜４０５ｎｍ）よりも波長が短いので、通常の紫外線が到達する深さよりも浅い層の紫外線硬化樹脂に作用する。したがって、第１の紫外線照射ユニット３２１ｄよりも前段部に深紫外線照射ユニット３５０ｄを配置することは、表面に近い層の紫外線硬化樹脂を先に硬化させることになる。先述したように、紫外線硬化樹脂は、酸素濃度が高い雰囲気下で硬化させると、酸素と反応して硬化が不十分となるので、不活性ガスを導入して紫外線硬化樹脂が酸素と反応しないようにしている。第１の紫外線照射ユニット３２１ｄよりも前段部に深紫外線照射ユニット３５０ｄを配置し、より酸素と反応しやすい表面に近い層の紫外線硬化樹脂を先に硬化させることにより、表面品質の向上に寄与する。
なお、実施例４に係る紫外線照射ユニットは、実施例１に係る紫外線照射ユニットに対して深紫外線照射ユニット３５０ｄを追加したものと考えることができる。したがって、実施例４に係る紫外線照射ユニットは、実施例１に係る紫外線照射ユニットにおける作用および効果をそのまま継承している。
（実施例５）
図６は、実施例５に係る紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成を示す図である。なお、実施例５に係る紫外線照射ユニットも、上記説明した紫外線照射装置３００における複数の紫外線照射ユニット３２０として適用し得るものである。
図６に示すように、実施例５に係る紫外線照射ユニットは、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する第１から第４の紫外線照射ユニット３２１ｅ〜３２４ｅと深紫外線を照射する深紫外線照射ユニット３５０ｅとによって構成されている。図６（ｂ）〜（ｅ）に示すように、第１から第４の紫外線照射ユニット３２１ｅ〜３２４ｅは、半導体紫外線発光素子３４０ｅを同一円の円周上に４つ配置した同型のユニットであり、図６（ａ）に示すように、これら第１から第４の紫外線照射ユニット３２１ｅ〜３２４ｅは、円の中心を光ファイバが通過するように光ファイバの走行方向に配列されている。また、深紫外線照射ユニット３５０ｅは、第１の紫外線照射ユニット３２１ｅよりも前段部（紙面では上方）に配置されている。なお、深紫外線照射ユニット３５０ｅは、実施例４における深紫外線照射ユニット３５０ｄと同一の構成を有する。
実施例４と同様に、第１の紫外線照射ユニット３２１ｅよりも前段部に深紫外線照射ユニット３５０ｅを配置することは、より酸素と反応しやすい表面に近い層の紫外線硬化樹脂を先に硬化させることにより、表面品質の向上に寄与する。
なお、実施例５に係る紫外線照射ユニットは、実施例２に係る紫外線照射ユニットに対して深紫外線照射ユニット３５０ｅを追加したものと考えることができる。したがって、実施例５に係る紫外線照射ユニットは、実施例２に係る紫外線照射ユニットにおける作用および効果をそのまま継承している。
（実施例６）
図７は、実施例６に係る紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成を示す図である。なお、実施例６に係る紫外線照射ユニットも、上記説明した紫外線照射装置３００における複数の紫外線照射ユニット３２０として適用し得るものである。
図７に示すように、実施例６に係る紫外線照射ユニットは、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する第１から第５の紫外線照射ユニット３２１ｆ〜３２５ｆと深紫外線を照射する深紫外線照射ユニット３５０ｆとによって構成されている。図７（ｂ）〜（ｆ）に示すように、第１から第５の紫外線照射ユニット３２１ｆ〜３２５ｆは、半導体紫外線発光素子３４０ｆを同一円の円周上に３つ配置した同型のユニットであり、図７（ａ）に示すように、これら第１から第５の紫外線照射ユニット３２１ｆ〜３２５ｆは、円の中心を光ファイバが通過するように光ファイバの走行方向に配列されている。また、深紫外線照射ユニット３５０ｆは、第１の紫外線照射ユニット３２１ｆよりも前段部（紙面では上方）に配置されている。なお、深紫外線照射ユニット３５０ｆは、実施例４における深紫外線照射ユニット３５０ｄと同一の構成を有する。
実施例４と同様に、第１の紫外線照射ユニット３２１ｆよりも前段部に深紫外線照射ユニット３５０ｆを配置することは、より酸素と反応しやすい表面に近い層の紫外線硬化樹脂を先に硬化させることにより、表面品質の向上に寄与する。
なお、実施例６に係る紫外線照射ユニットは、実施例３に係る紫外線照射ユニットに対して深紫外線照射ユニット３５０ｆを追加したものと考えることができる。したがって、実施例６に係る紫外線照射ユニットは、実施例３に係る紫外線照射ユニットにおける作用および効果をそのまま継承している。
（比較例）
図８は、比較例に係る紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成を示す図である。当該比較例は、後に説明する本発明の効果を示す検証実験に用いたものである。なお、比較例に係る紫外線照射ユニットも、上記説明した紫外線照射装置３００における複数の紫外線照射ユニット３２０として適用し得る。
図８に示すように、比較例に係る紫外線照射ユニットは、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する第１から第６の紫外線照射ユニット３２１ｇ〜３２６ｇによって構成されている。図８（ｂ）〜（ｇ）に示すように、第１から第６の紫外線照射ユニット３２１ｇ〜３２６ｇは、半導体紫外線発光素子３４０ｇを同一円の円周上に３つ配置した同型のユニットであり、図８（ａ）に示すように、これら第１から第６の紫外線照射ユニット３２１ｇ〜３２６ｇは、円の中心を光ファイバが通過するように光ファイバの走行方向に配列されている。
したがって、比較例に係る紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成は、実施例１に係る紫外線照射ユニットおよび半導体紫外線発光素子の構成とほぼ同じであるが、比較例では、図８（ｂ）〜（ｇ）に示すように、第１から第６の紫外線照射ユニット３２１ｇ〜３２６ｇは、光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して同じ配置となっている。なお、第１から第６の紫外線照射ユニット３２１ｇ〜３２６ｇが備える半導体紫外線発光素子３４０ｇは、光ファイバの走行方向を示す軸に対して垂直に紫外線を照射している。
（変形例）
実施例１〜６に記載された紫外線照射ユニットまたは深紫外線照射ユニットでは、当該ユニット自体に半導体紫外線発光素子が配置されている。しかしながら、紫外線硬化樹脂に向けて紫外線を照射する位置に、紫外線光源から発せられた紫外線を光ファイバ等で導いて照射する構成を設けてもよい。このような紫外線照射ユニットを実施例１〜６と同様に複数配置して、紫外線照射装置を構成すれば、実施例１〜６と同様の効果を奏することができる。
（検証実験）
以下に掲げる表１は、本発明の実施形態に係る光ファイバ素線の製造方法および紫外線照射装置の効果を検証する実験の結果を示す表である。表１に記載の検証実験は、実施例１〜６および比較例に記載の構成を適用した紫外線照射装置を用いて光ファイバ素線の製造をした場合の光ファイバ素線の特性を検証したものである。
なお、光ファイバの外周に被覆を形成する方法としては、Ｗｅｔ−ｏｎ−Ｄｒｙ方式を採用し、効果の検証を容易にするために、セカンダリ層のみに本発明の実施形態を適用している。また、セカンダリ層の紫外線硬化樹脂に用いた光重合開始剤はＩｒｇａｃｕｒｅ１８４（ＢＡＳＦジャパン株式会社）である。
Figure 2017111082
表１に記載のように、検証実験では、消費電力の削減率とうねりの有無とｋｎｏｔ ｔｅｓｔとケーブルロスと２．５％モジュラスとを比較している。ここで、消費電力の削減率は、比較例と比べた場合の消費電力の削減率を意味している。うねりの有無の判定は、製造された光ファイバ素線の長さを、張力を掛けた状態と掛けない状態とで測定し、張力を掛けた状態で測定した光ファイバ素線の長さが３０ｍである場合に、張力を掛けない状態で測定した光ファイバ素線の長さが５ｃｍ以上縮んでいる場合、うねり有りと判定している。また、張力を掛けた状態とは、ボビンから光ファイバ素線を繰り出す際の張力であり、５０ｇを用いている。
ｋｎｏｔ ｔｅｓｔは、光ファイバ素線の表面の動摩擦力の評価である。図９は、実施したｋｎｏｔ ｔｅｓｔの概要を示す模式図である。その測定方法は、図９に示すように、製造した光ファイバ素線Ｆ３で一重のループを作り、該ループに光ファイバ素線Ｆ３を順次くぐらせて、点Ａ〜Ｅの５箇所で自己と接触する直径約７ｃｍの円を作り、この光ファイバの両端を引張試験機により５ｍｍ／分の速度で引っ張る。このときの荷重（Ｎ）を計測したものを用いている。
また、ケーブルロスは、光ファイバ素線を用いて作成したルースチューブ型光ファイバケーブルにおける波長１．５５μｍの光の伝送に関する損失であり、０．２３０ｄＢ／ｋｍ以下を許容範囲としている。図１０は、ルースチューブ型光ファイバケーブルの構造を示す断面図であり、ケーブルロスの測定は当該ルースチューブ型光ファイバケーブルを用いて測定した。図１０に示すようにルースチューブ型光ファイバケーブルＦ４は、テンションメンバ４１、光ファイバ着色心線４２、ルースチューブ４３、ジェリー４４、およびシース４５から構成される。テンションメンバ４１は、金属またはプラスチックからなる。テンションメンバ４１の円柱側面に、金属またはプラスチックからなるルースチューブ４３が光ファイバ着色心線４２を挿通して複数設けられている。これらのルースチューブ４３同士がプラスチックからなるシース４５によって覆われ、それらの間隙がジェリー４４により埋められている。
２．５％モジュラス（弾性率）の値は、以下のようにして測定した。まず、実施例１〜６および比較例の構成を適用した紫外線照射装置を用いた製造方法で製造した光ファイバ素線を液体窒素に浸漬し、液体窒素温度で被覆除去冶具を用いてガラス心線を抜き取り、被覆層をチューブ状にする。そして、このチューブ状の光ファイバ被覆層５０ｍｍ長をサンプルとし、このサンプルをＪＩＳ Ｋ ７１６１に準拠して標線間距離２５ｍｍで２．５％モジュラスを測定した。
表１を見ると解るように、実施例１〜６の構成を適用した紫外線照射装置を用いて製造した光ファイバ素線は、うねりが発生しないが、比較例の構成を適用した紫外線照射装置を用いて製造した光ファイバ素線は、うねりが発生している。これは、実施例１〜６の構成を適用した紫外線照射装置では、光ファイバの円周方向に関して紫外線が均等に照射され、良好な被覆が形成されたことを示している。
また、表１を見ると解るように、実施例４〜６の構成を適用した紫外線照射装置を用いて製造した光ファイバ素線は、ｋｎｏｔ ｔｅｓｔの測定結果が著しく改善している。実施例４〜６の構成を適用した紫外線照射装置では、深紫外線照射ユニットを用いて表面に近い層の紫外線硬化樹脂を先に硬化させること被覆の表面品質が向上したことを示している。
また、表１を見ると解るように、実施例１〜６の構成を適用した紫外線照射装置を用いて製造した光ファイバ素線は、ケーブルロスの値も良好である。
また、表１を見ると解るように、実施例１〜６の構成を適用した紫外線照射装置を用いて製造した光ファイバ素線は、比較例の構成を適用した紫外線照射装置を用いて製造した光ファイバ素線と比較して、２．５％モジュラスが高い。これは、実施例１〜６の構成を適用した紫外線照射装置では、紫外線硬化樹脂に対して紫外線が十分に照射され、良好な被覆が形成されたことを示している。
一方で、表１を見ると解るように、実施例２，３，５，６の構成を適用した紫外線照射装置の消費電力は、比較例の構成を適用した紫外線照射装置よりも少ない。これは、実施例２，３，５，６の構成を適用した紫外線照射装置は、比較例の構成を適用した紫外線照射装置よりも、半導体紫外線発光素子の使用個数が少ないからである。なお、実施例５，６の構成を適用した紫外線照射装置では、深紫外線の半導体紫外線発光素子も使用しているが、深紫外線の半導体紫外線発光素子は、通常の半導体紫外線発光素子と比較して消費電力が小さいので、その影響は無視できる程度に少ない。
上記結果は、実施例２，３，５，６の構成を適用した紫外線照射装置は、うねりの有無、ｋｎｏｔ ｔｅｓｔ、およびケーブルロス等の性能を維持しながら、紫外線照射装置における消費電力を削減することができることを意味する。
ここで、実施例３，６の構成の利点に関する検証実験の結果について説明する。実施例３，６の構成では、半導体紫外線発光素子が光ファイバの走行方向を示す軸上の一点の近傍に向けて紫外線を照射するように配置されている。この構成が被覆の硬化にどのように寄与するのかを説明する。
図１１は、紫外線硬化樹脂に照射される紫外線の照度（Ｉ）と２．５％モジュラス（Ｇ）との関係を示すグラフを示す図である。図１１に示される測定結果は、以下のような測定によって得られている。
石英ガラスからなる基材を用意し、セカンダリ用紫外線硬化樹脂を厚さ５０μｍでスピンコートする。ここで、セカンダリ用紫外線硬化樹脂は、上記説明した実施例の比較実験で用いた樹脂と同じものである。そして、セカンダリ用紫外線硬化樹脂を塗布した基材をパージボックスに入れ窒素雰囲気にし、コンベヤ型紫外線照射装置にて所定の積算光量になるように照度、速度を調整し、紫外線（３６５ｎｍ）を照射し、樹脂を硬化する。
硬化したセカンダリ用紫外線硬化樹脂を基材から剥し、６ｍｍ幅の短冊状に切断して５０ｍｍ以上の長さのサンプルとする。このサンプルをＪＩＳ Ｋ ７１６１に準拠して標線間距離２５ｍｍで２．５％モジュラス（弾性率）を測定する。
図１１に示されるグラフから読み取れるように、紫外線硬化樹脂に照射される紫外線の照度が高い方が２．５％モジュラスは高い。したがって、紫外線照射装置において、紫外線硬化樹脂に照射される紫外線の照度が高まる構成を採用した方がより良好な被覆を形成することができる。実施例３，６に係る紫外線照射装置の構成では、半導体紫外線発光素子が光ファイバの走行方向を示す軸上の一点の近傍に向けて紫外線を照射するように構成されているので、紫外線硬化樹脂に照射される紫外線の照度が高まり、より良好な被覆を形成することができるようになっている。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上記説明した実施例１〜６では、紫外線照射ユニットのすべてが光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なる配置となっているが、紫外線照射ユニットのうち少なくとも２つが光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なる配置となっているならば、比較例よりも良好な被覆を形成することができる。
また、上記説明した実施例１〜６では、紫外線照射ユニットが備える半導体紫外線発光素子が光ファイバの走行方向を軸とした螺旋の上に配置されているが、必ずしも螺旋配置とする必要はなく、非法則的に半導体紫外線発光素子を光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なるように配置することも可能である。
また、上記説明した実施例１〜６の比較実験では、セカンダリ層のみに着目した比較実験を行ったが、本発明の実施形態をプライマリ層にも適用することが可能である。
以上のように、本発明に係る光ファイバ素線の製造方法および紫外線照射装置は、光ファイバ素線の製造に有用である。
１０００ 光ファイバ素線の製造装置
１００ 線引き炉
１１０ ヒータ
２００ 樹脂塗布装置
３００ 紫外線照射装置
３１０ 透明管
３２０，３２１〜３２６ 紫外線照射ユニット
３３１ 不活性ガス導入管
３４０ 半導体紫外線発光素子
３５０ 深紫外線照射ユニット
４００ 巻き取り装置
４１０，４２０ ガイドローラ
４３０ 巻き取りドラム
４１ テンションメンバ
４２ 光ファイバ着色心線
４３ ルースチューブ
４４ ジェリー
４５ シース

Claims (12)

  1. 光ファイバの外周に塗布された紫外線硬化樹脂に半導体紫外線発光素子から発せられる紫外線を照射して、前記紫外線硬化樹脂を硬化させる光ファイバ素線の製造方法であって、
    前記紫外線硬化樹脂に向けて前記紫外線を照射する位置が同一円の円周上に複数配置された紫外線照射ユニットが、前記円の中心を前記光ファイバが通過するように前記光ファイバの走行方向に複数配列され、かつ、前記複数の紫外線照射ユニットのうち少なくとも２つが、前記光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なる配置となっている紫外線照射装置を用いて、
    前記光ファイバの外周に塗布された紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する、
    ことを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。
  2. 前記紫外線照射ユニットにおける前記位置に、前記半導体紫外線発光素子が配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ素線の製造方法。
  3. 前記複数の紫外線照射ユニットが備える前記半導体紫外線発光素子のすべてが前記光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なる角度となっていることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ素線の製造方法。
  4. 前記複数の紫外線照射ユニットが備える前記半導体紫外線発光素子が前記光ファイバの走行方向を軸とした螺旋の上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ素線の製造方法。
  5. 前記複数の紫外線照射ユニットが備える前記半導体紫外線発光素子は、前記光ファイバの走行方向を示す軸上の一点の近傍に向けて紫外線を照射することを特徴とする請求項２〜４の何れか１つに記載の光ファイバ素線の製造方法。
  6. 前記紫外線照射装置は、前記複数の紫外線照射ユニットよりも前記光ファイバの走行方向の前段部に、深紫外線を照射する深紫外線照射ユニットをさらに備え、
    前記光ファイバの外周に塗布された紫外線硬化樹脂に対して、深紫外線を照射した後に、紫外線を照射することを特徴とする請求項２〜５の何れか１つに記載の光ファイバ素線の製造方法。
  7. 光ファイバの外周に塗布された紫外線硬化樹脂に半導体紫外線発光素子から発せられる紫外線を照射して、前記紫外線硬化樹脂を硬化させる紫外線照射装置であって、
    前記紫外線を前記紫外線硬化樹脂に向けて照射する位置が同一円の円周上に複数配置され、該円の中心を前記光ファイバが通過するように前記光ファイバの走行方向に複数配列した紫外線照射ユニットを備え、
    前記複数の紫外線照射ユニットのうち少なくとも２つが前記光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なる配置となっている、
    ことを特徴とする紫外線照射装置。
  8. 前記紫外線照射ユニットにおける前記位置に、前記半導体紫外線発光素子が配置されていることを特徴とする請求項７に記載の紫外線照射装置。
  9. 前記複数の紫外線照射ユニットが備える前記半導体紫外線発光素子のすべてが前記光ファイバの走行方向を軸とした円周方向の角度に関して異なる角度となっていることを特徴とする請求項８に記載の紫外線照射装置。
  10. 前記複数の紫外線照射ユニットが備える前記半導体紫外線発光素子が前記光ファイバの走行方向を軸とした螺旋の上に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の紫外線照射装置。
  11. 前記複数の紫外線照射ユニットが備える前記半導体紫外線発光素子は、前記光ファイバの走行方向を示す軸上の一点の近傍に向けて紫外線を照射するように傾けられて前記紫外線照射ユニットに取り付けられていることを特徴とする請求項８〜１０の何れか１つに記載の紫外線照射装置。
  12. 前記複数の紫外線照射ユニットよりも前記光ファイバの走行方向の前段部に、深紫外線を照射する深紫外線照射ユニットをさらに備えていることを特徴とする請求項８〜１１の何れか１つに記載の紫外線照射装置。
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