JP3080461B2 - 紫外線硬化樹脂を塗布したファイバリボンへの紫外線照射方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光学ファイバリボン
に均一な薄膜被覆を高強度に形成するために紫外線硬化
樹脂（以下ＵＶ樹脂とよぶ）を塗布したファイバリボン
へ紫外線を照射する紫外線照射方法に係り、特に薄膜被
覆を形成すべきファイバリボンの裏面へも紫外線の一部
を反射させることができるようにしたＵＶ硬化樹脂を塗
布したファイバリボンへの紫外線照射方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】典型的な海底光ケーブルシステムでは、
リピータ局は通常７０kmから２００km離れている。光フ
ァイバは現在のところその個々の長さがせいぜい５０km
程度しかないので、それより長いケーブルを作るには光
ファイバどうしを接続せねばならない。従ってこれらの
接続部分は、ケーブル製造時やケーブルの敷設の際に比
較的強い張力等のストレスに耐えねばならない。従来の
接続方法では、接続箇所の強度が非常に弱くなる。通
常、１２５μｍ被覆された元のファイバの強度は、およ
そ７０Ｎ（ニュートン）であるが、接続後にはおよそ７
Ｎに落ちる。この主たる原因は、例えば被覆を除去する
ための刃や、切断のための刃、或は整列用のＶ溝等の周
辺部材と接触する裸ファイバの機械的損傷によるものと
思われる。

【０００３】これらの機械的損傷はマイクロスクラッチ
をファイバの表面に生じ、その結果局所的に強い応力が
生じる。また、ケーブル化や取扱いの際に付加的な応力
がそれらのスクラッチに集中して作用すると、ファイバ
は容易に破壊されてしまう。現在、高強度技術を得るた
めに種々の接続技術が開発されている。例えば、宮島
は、従来の接続を行なった後に、ファイバ表面をフッ化
水素酸でエッチングしてむき出しにし、接続箇所を被覆
することを提案した。これについては宮島等による「高
強度接続を有する長距離ファイバ」（エレクトロニック
レター １７巻 ６７０頁〜６７２頁 １９８１年９
月）に詳述されている。また、クラウゼは、塩化水素ガ
スを用いた炎融着接続を提案し、ＵＶ硬化材を用いて接
続箇所を保存した。これについては、Ｊ．Ｔ．クラウゼ
等による「Fiber Splices with Perfect Fiber Strengt
hs of 5.5 GPa Ｖ＞０．０１」（Electronics Letters,
vol.21,N.12,Jun.6,1985 PP.533-535) に詳しい。

【０００４】更に一般的な方法としては、非接触法が用
いられている。裸ファイバは、接続前の準備段階から接
続後の被覆に至るまで全接続工程の間、いかなる機械的
損傷も生じないよう細心の注意を払い取扱われる。例え
ば、山田等による「高強度低損失海底光ケーブル輪郭整
合システムによるアーク融着接続」（ＩＥＥＥ，1986）
では、ファイバ被覆はメチレンクロライドを使い化学的
に除去され被覆部を劈開と、整列と、最終的なアーク融
着接続のためにクランプされる。接続箇所は保護のため
ＵＶ硬化樹脂で再度被覆される。１９９０年にアーサＲ
タインズは「光学ファイバにおける高強度接続を行うた
めの方法及びその装置」（米国特許番号第４，９５８，
９０５号）において、ファイバの被覆部を同様に化学的
に除去させているが、整列は非摩擦性材料で被覆された
Ｖ溝ブロックによって行うと共に、接続はタングステン
やタンタルリボンを加熱して生ずる熱を利用している。
また、その接続箇所は保護のためＵＶ硬化樹脂で再度被
覆させている。

【０００５】また例えばＫ．オサカ等による「１．５５
μｍの拡散シフトファイバの現場で用いることのできる
高強度接続技術の開発」（ＩＷＣＳProceedings 1988）
では、別の非接触法が提案されている。これによれば、
ファイバの被覆はホットストリッパで除去され、裸ファ
イバは切断端から数ｍｍを除いておよそ５μｍ程度の厚
さにＵＶ硬化薄膜が被覆される。その後、被覆ファイバ
は従来のアーク放電融着接続機で接続され、接続後のフ
ァイバは熱収縮管で補強される。

【０００６】ここで述べた方法は、単一ファイバに対す
る高強度接続に全て適用できる。しかしながら、ファイ
バリボンに対し高強度接続を行う場合には、ファイバリ
ボンの被覆を化学的に除去することができない。ただ１
つの実際的な除去方法としては、ホットストリッパを使
用することである。また、ファイバリボンは整列させる
に当り被覆部分をクランプすることができない。現在の
ところ、多心融着接続に適用可能なファイバの整列手段
としては、高精度に形成したＶ溝ブロックを用いるだけ
である。即ちこれは、接続すべき一対のファイバのクラ
ッド部分をそのＶ溝ブロック上に配設して整列させてお
き、そのＶ溝ブロックは何れの方向にも動かぬように固
定させておく。従って、もしＶ溝ブロックを使用せずに
整列させてファイバリボンの被覆部分をクランプさせる
と、個々のファイバについて過度の整列誤差（例えばフ
ァイバのカールによる）が生じ、その結果、大きな接続
損失を発生するだろう。さらに、非摩擦材で被覆したＶ
溝ブロックでファイバリボンの整列を行うと、Ｖ溝上の
ほこり、ＳｉＯ₂ 蒸気の堆積物のような微細汚染物質に
より裸ファイバに機械的な損傷を発生するおそれがあ
る。これによってファイバ表面には強度の大幅な低下を
もたらすマイクロスクラッチを生ずるだろう。

【０００７】以上の束縛条件を考慮した上での高強度の
ファイバリボン接続を実現するための有効な方法の１つ
としては、元のファイバリボンから被覆部分をホットス
トリッパで除去し、次に機械的な損傷を防止するために
被覆を除去した裸の部分に厚さ５μｍ程度のＵＶ硬化薄
膜を形成し、その後接続に際してはファイバ整列用とし
て高精度のＶ溝ブロックを使用した従来の多心融着接続
機を用いて接続を行う。それから、接続箇所には保護の
ためＵＶ硬化樹脂を再度被覆する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】単一ファイバの薄膜被
覆では、薄膜厚の均一性についてはそれ程重要ではな
い。何故ならば、多くの有効な単一ファイバ融着機で
は、コア或はクラッドのＸＹ調心機構を有しているから
である。しかしながら、ファイバリボンの薄膜被覆では
個々のファイバでの厚さの均一性と共にリボンでのファ
イバ間の均一性が非常に重要になってくる。何故なら
ば、既に述べたように、全て有効な多心融着接続機では
各ファイバの整列用として高精度のＶ溝ブロックを有し
ているが、リボン内の個々のファイバに対するＸＹ調心
機構は備えていないからである。従って、リボンを構成
する各ファイバの薄膜被覆の不均一性はファイバに極端
な偏心を生じ、大きな接続損失を生じるおそれがある。

【０００９】また、接続箇所の保護を目的として単一フ
ァイバに薄膜被覆を行ったりＵＶ硬化樹脂の再被覆を行
うため、従来の紫外線照射システムでは通常１個の紫外
線源（例えば水銀キセノンランプ（図略））を使用し、
図１４に示す如く被覆すべきファイバ１００のごく近傍
までファイバ束１０１，１０２（ファイバ束の外径寸法
３ｍｍのものが典型的である）で紫外線を導光してい
る。この場合、単一ファイバの薄膜被覆厚の均一性はそ
れ程重要ではなく、従ってこの種の照射システムで単一
ファイバの薄膜被覆は充分良好に行える。もし、上記の
照射システムがファイバリボンの薄膜被覆に採用され、
紫外線導光ファイバ束１０１，１０２がリボン中のファ
イバ１００（ｆ１〜ｆ８）によって形成される平面から
距離ｄｌだけ離れた位置に配置されていれば、各ファイ
バ表面での照射領域は図１５に示すように次式で表わさ
れる直径Ｄの領域となる。 Ｄ＝ｄ₀ ＋２ｄｌ・tan ａ ……（１） ここで、Ｄ：ファイバ表面の照射域の直径 ｄ₀ ：紫外線導光ファイバ束の直径 ｄｌ：紫外線導光ファイバ束からリボンのファイバ束が
形成する平面までの距離 ａ：紫外線導光ファイバ束の分散角度

【００１０】紫外線照射を必要とする領域Ｌ′の最小幅
は、隣接するファイバ間の距離をＰ，ファイバ数をｎと
すると、次式で求められる。 Ｌ′＝（ｎ−１／２）Ｐ ……（２） 紫外線源（例えば水銀キセノンランプ）は通常非常に安
定しているとはいえず、照射方向に垂直な平面での紫外
線強度が均一に分布していないので、リボンの各ファイ
バに照射される紫外線強度は一定にならない。紫外線強
度の不均一性は、Ｌ′とＤとが同等になると（即ち、ｎ
が大でｄｌが小）より重大になる。例えば、ｎ＝８，ｄ
ｌ＝２ｍｍ，Ｐ＝０．２５ｍｍ，ａ＝１４°であると、
それぞれ方程式（１），（２）からＤは３．９９７ｍ
ｍ，Ｌ′は１．８７５ｍｍとなり、これらは同じオーダ
の大きさになる。

【００１１】リボン中のファイバが形成する平面への紫
外線照射領域は形状が円形となり、紫外線照射について
ファイバの相対運動は図１５に示すように方向Ｂとなる
ので、それぞれファイバｆ４，ｆ５に付着するＵＶ硬化
樹脂薄膜層１００Ｄ，１００Ｅは他のファイバに付着す
るＵＶ硬化樹脂薄膜層（例えばそれぞれｆ１やｆ８に付
着する薄膜層１００Ａ，１００Ｈ）より早く照射領域β
へ達する。その結果、ファイバ表面上のＵＶ硬化樹脂薄
膜層に紫外線が照射される時間は、同じではなく、リボ
ン中の各ファイバ間の薄膜の厚さが不均一となる。Ｌ′
やＤの大きさが略等しいと（即ちｎが大でｄｌが小）、
照射時間の差はより一層重大となる。

【００１２】もしｄｌ、つまりリボン中のファイバが形
成する平面から紫外線導光ファイバ束までの距離だけが
増加すると、照射領域の直径Ｄは方程式（１）から非常
に大きくなるだろう。また、ファイバ束は、ファイバ表
面上でのＵＶ硬化樹脂薄膜層の早期硬化を避けるため
に、紫外線ホルダ５よりずっと上方に配置せねばならな
い。ところが、これは好ましくない。なぜならば、光源
に関し相対的に上方へ移動するファイバとの間の間隔が
増大し、その結果薄膜層が十分な紫外線強度によって硬
化されるからである。紫外線源に関してファイバの相対
移動速度は極く遅く（およそ０．０７ｍｍ／sec ）、従
って薄膜被覆に必要な積算時間は非常に長くなる。

【００１３】この発明は、上記した従来の欠点に鑑み、
各ファイバに均一厚の被覆を行ったファイバリボンに高
強度の接続を行うためＵＶ硬化樹脂薄膜層を形成するフ
ァイバリボンの紫外線照射方法を提供することを目的と
するものであり、より詳しくは各ファイバの配列用とし
て高精度に形成したＶ溝ブロックを用いる従来の多心融
着接続機を使用してリボンの接続を行ったのち各ファイ
バの接続箇所に塗布したＵＶ硬化樹脂を均一に硬化させ
てその接続箇所に強度的な偏りのない均一厚の薄膜を形
成することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】即ち、この発明は、紫外
線硬化樹脂を塗布したファイバの接続箇所に、紫外線を
照射して前記樹脂を硬化させ接続箇所の保護を行うファ
イバリボンへの紫外線照射方法であって、前記ファイバ
リボンを鉛直方向にクランプし、前記ファイバリボン中
の各ファイバが形成する面に平行な出口面でクランプさ
れたファイバリボンの正面にスリットを配置し、紫外線
導光用ファイバ束を前記クランプされたファイバリボン
の正面に配置すると共に、前記スリットの正面であっ
て、前記ファイバが形成する平面の法線に平行で、か
つ、前記スリット出口の中心を通過する全ファイバの中
心に、この紫外線導光用ファイバ束の中心を配置し、前
記紫外線導光用ファイバ束及び前記スリットの出口を通
過して前記各ファイバの表面上へ紫外線を導光し、前記
ファイバリボンの裏面へ円筒型凹面鏡を配置し、前記フ
ァイバ間のギャップを通過させて各ファイバの裏面上へ
前記紫外線を反射させるものである。また、この発明
は、厚くて細長い平面スリットの内外面が黒く塗られて
いるとともに、厚くて細長い平面スリットの内外面が比
較的粗い面を有するものである。また、この発明は、円
筒型凹面鏡は、紫外線照射の際に鏡平面とファイバリボ
ン中の各ファイバとのなす角度θが次式で示す関係 tan２θ＝（Ｌ₀ −Ｌ₁ ）／ｄ ここで Ｌ₀ ：厚い平面スリットの出口から鏡面の頂点までの距
離 Ｌ₁ ：厚い平面スリットの出口から好ましいファイバク
ランプ位置までの距離 ｄ：リボン中の各ファイバの直径 を満すように回転するものである。

【００１５】

【作用】薄膜被覆厚の均一性は、紫外線が照射される各
裸ファイバの表面へのＵＶ硬化樹脂薄膜層の付着時間
と、紫外線照射強度とに依存しており、紫外線照射領域
の調整とリボンを構成する各ファイバへの紫外線照射強
度の調整とを行うものである。ファイバ間の照射強度の
均一性を図ると共にファイバ表面に堆積するＵＶ硬化樹
脂薄膜層の早期硬化を防止するために、この発明ではか
なり粗くしかも黒塗りの厚くて細長い平面スリットを用
い、紫外線照射光の入射角を制限させると共に、リボン
を構成する各ファイバがつくる水平に横切った方向での
紫外線強度を完全に均一化させている。この平面スリッ
トを用いることにより、入射する照射光のガイド用とな
る高価で特殊な円筒レンズが不要である。

【００１６】この発明は、円筒状の凹面鏡を用いること
により、従来は紫外線源から直接照射されることのない
裸ファイバの裏面へも紫外線の反射光を照射させること
ができる。従って、ファイバ束へ導き照射させる紫外線
としてはたった１つの紫外線ですむ。典型的な紫外線源
としてはファイバ束へ導くために通常２つの紫外線を出
射するようになっているので、２つのファイバリボンに
対し２つのファイバ束を使用することによって同時にこ
れらのファイバの表裏両面に薄膜を被覆させることがで
きる。これにより、薄膜の平均被覆時間がほぼ半分に減
らすことができる。各ファイバの表裏両面について均一
な照射領域と均一な光強度を得るため、この発明によれ
ば、平面スリットの厚さ寸法，クランプさせるファイバ
リボンの位置，円筒型凹面鏡の半径と最小寸法，さらに
その凹面鏡の設置位置は慎重に決定しなければならな
い。その上、その凹面鏡は、鏡面が形成する平面とリボ
ンを構成する各ファイバがなす平面との間に一定の角度
関係が存在するように回転させる必要がある。これらの
パラメータは互いに密接な関係にあり、その関係は幾何
学的に決定できる。

【００１７】

【実施例】以下この発明の一実施例について添付図面を
参照しながら説明する。なお、ファイバリボンに関する
薄膜被覆形成方法の詳細については1991年８月21日に出
願された特許出願明細書（特願平２−２１８０１５）を
参照せよ。図１は、この発明に係る紫外線硬化樹脂を塗
布したファイバリボンへの紫外線照射方法を示すもので
あり、この方法において、ファイバリボン１（例えば８
本のファイバリボンからなる）は、一端から最初の被覆
がホットストリッピングによって除去されており、裸フ
ァイバｆ１〜ｆ８がむき出しの状態となっている。そし
てファイバリボン１はクランパ２と３とによって垂直に
クランプされる。次にＵＶ硬化樹脂材料４がＵＶ樹脂ホ
ルダ５に塗布される。そして、スロット６とＵＶ硬化樹
脂材料４とが一定速度で下方のＡ方向に滑らかに移動す
る。ＵＶ硬化樹脂の薄膜層７は裸ファイバの表面に残留
し、この薄膜層７が紫外線８，９によって硬化される。

【００１８】上記した方法で形成された薄膜被覆の厚さ
は次のファクタに依存している。 １．ＵＶ硬化樹脂の粘度 ２．ＵＶ硬化樹脂の表面張力 ３．ホルダ５の下方への移動速度 ４．紫外線が照射されるファイバ表面へのＵＶ硬化樹脂
薄膜層の付着時間が長くなるほど、被覆は薄くなる（フ
ァイバ表面にＵＶ硬化樹脂が多く付着すれば、下方へ移
動するホルダ５に残るＵＶ硬化樹脂が作用する表面張力
によって下へ引張られ、或は自分自身の重力で下方へ落
下していくことに留意せよ。）。 ５．紫外線強度（硬化率に影響を及ぼすからである。） 安定した操作温度の下では、ＵＶ硬化樹脂の表面張力や
粘度は略一定であり、薄膜被覆の厚さは通常ホルダ５の
下方への移動速度を調整することによって制御すること
ができる。

【００１９】従って、リボンの各ファイバ間の薄膜被覆
の厚さの均一性は次の条件に依存する。 １．被覆すべき裸ファイバの露出部分の直線性 ２．リボンから露出した裸ファイバ間隔の均一性 ３．紫外線が照射される各裸ファイバ表面にＵＶ硬化樹
脂薄膜層が付着される時間 ４．リボン中の各ファイバに照射される紫外線の強度 先に説明したように、リボン中の各ファイバ間に塗布さ
れる薄膜の厚さは可能な限り均一であるのがよい。これ
は各ファイバに対し、結果として大きな接続損失をもた
らす過度の偏心を防止するためである。従って、均一な
薄膜被覆厚を得るためには、リボン中の各ファイバ間に
先の４条件を満すようにせねばならない。最初の２つの
条件は、次に説明する良好なファイバクランプシステム
の採用によって充分達成できる。従って、この発明で
は、リボン中の各ファイバ間に第３，第４の条件をでき
るだけ均一に維持するような紫外線照射方法（システ
ム）を提供することを目的としている。

【００２０】図２はこの発明に係る紫外線硬化樹脂を塗
布したファイバリボンへの紫外線照射方法を適用した紫
外線照射システムの一実施例を示すものである。この実
施例の紫外線照射システムは、ファイバリボン１（一端
部から元の被覆が一部除去されて裸ファイバｆ１〜ｆ８
が露出しており、そのリボンは、各ファイバにより形成
されるＹ−Ｚ面に平行な面（図略）に対し垂直にクラン
プされている）の接続箇所に均一な薄膜被覆を形成する
ために紫外線を照射するものであり、Ｙ−Ｚ平面に平行
な出口面１１Ａを有する厚くて細長い平面スリット１１
と、ファイバ束の中央がＸ軸と平行であって、スリット
１１出口面１１Ａの中央を通り、露出したファイバｆ１
〜ｆ８の全体中心を通る紫外線導光用の単一のファイバ
束１５と、ファイバ束１５から鏡面に対向するファイバ
ｆ１〜ｆ８の一端へ紫外線照射光の一部を反射させる円
筒型凹状鏡面１６とから構成されている。この発明にお
いて、厚くて細長い平面スリット１１は、紫外線入射角
を制限すると共に、リボン１中のファイバｆ１〜ｆ８が
形成する平面（Ｙ−Ｚ平面）を横切る水平方向（Ｘ−Ｙ
方向）について紫外線強度を精度良く一定にするために
使用されている。前記厚くて長い平面スリット１１とし
ては、精度高く機械加工された細長い溝を有する固体ブ
ロック（例えばアルミニュウムのブロック）を用いる
か、或いは互いに向い合う平面を僅かな一定距離だけ離
して設けた２つの厚い固体ブロックで構成されたものを
用いる。このようにして形成したスリット１１は、十分
な厚さと、被覆されるファイバリボン１の幅に比べ十分
な長さをＹ方向に有せねばならず、その結果、そのスリ
ット１１を通過後の光強度は、考慮すべきＹ方向につい
て小領域を考えたときに、同方向には略一定であるとみ
なすことができる。

【００２１】図３はＺ−Ｘ平面における厚い平面スリッ
ト１１の縦断面図を示すものであり、２個のスリットブ
ロック１２，１３から構成されている。スリットブロッ
ク１２，１３の内面１２Ａ，１３Ａは比較的粗く、黒く
色が塗られている。スリットブロック１２，１３の内面
に衝突しない入射光（例えば２０Ａ，２０Ｂ）は何等の
障害もなく自由に通り抜けることができる。しかしなが
ら、もし入射光（例えば２０）がスリットブロック１
２，１３の内面に衝突するような方向に進行すれば、そ
の入射光はスリットブロック１２，１３の内面が黒く塗
られているためにエネルギーの大部分を吸収されるであ
ろう。その入射光の残ったエネルギーは、図４に示すよ
うに散乱・反射されるのであろう。内面はかなり粗くな
っているからである。散乱光は何度もスリットブロック
１２，１３の内面で衝突するであろう。従って、もしそ
の紫外線がスリットの出口１１Ａに達する前にスリット
ブロック１２，１３の内面で衝突するならば、スリット
ブロック１２，１３の内面で引き続き数回連続的に散乱
・反射したのちスリットの出口１１Ａを通り抜けること
ができる紫外線の光強度の大きさは無視してよい。

【００２２】上記の考え方に従って、図５によれば、ス
リットの出口１１Ａ上の任意の点Ｐは、それぞれＸ軸に
対し、α₁ ，α₂ の角度をなす２直線２０Ｃ，２０Ｄに
より区切られた方向に進行可能な放出光をもつ点光源と
みなすことができる。Ｘ軸となす２つの角度は、次式か
ら得られる。 α₁ ＝ tan^-1〔（Ｓ＋Ｚ）／Ｌ〕 ……（３） α₂ ＝− tan^-1〔（Ｓ−Ｚ）／Ｌ〕 ……（４） ここで、Ｓ：平面スリット１１の幅の半分 Ｌ：平面スリット１１の厚さ Ｚ：Ｘ軸からＰまでの距離 ２つの角度α₁ ，α₂ は、ＺがそれぞれＳ又は−Ｓに等
しいときに最大となり、このときの値は、 ｜α₁ ｜＝｜α₂ ｜＝α＝ tan^-1（２Ｓ／Ｌ）……（５） となる。図６に示す角度αは、対応する厚い平面スリッ
ト１４の最大分散角度である。この最大分散角度はＳと
Ｌとを最適な値にすることで、ごく小さくなるように調
整することができる。

【００２３】厚い平面スリット１１（２Ｓ）の幅は、紫
外線の波長λに比べると極めて大きい（例えばＳ＝０．
４mm，紫外線の波長を３６５nmとすると、２Ｓ／λ＞20
00）。従って、その光量はフレネル回折に従い、±αよ
り大きな回折角は無視することができる。このような条
件下で、平面スリット１１を通過する光のパターンは、
幾何光学を用いることによって得ることができる。

【００２４】この発明によれば、円筒型凹状鏡面１６
は、その鏡面１６に対向する露出したファイバの側へ紫
外線の一部を反射させるのに使用している。この円筒型
凹状鏡面１６は、従来の円筒型凹面鏡又は低反射損失の
ため良く研磨した金属面である。図７に示すように、ス
リットの出口１１Ａを通過する全光線は鏡面１６に衝突
し後方へ反射する。ある点を通過した後の全ての反射光
は、それぞれ入射光線２０Ｅ，２０Ｆと対応する反射光
線２０Ｅ′，２０Ｆ′が境界となっている。入射光線２
０Ｅ，２０ＦはＸ軸に関する伝播角度が平面スリット１
１の最大可能分散角度±αと等しい。先に述べたある点
とは、凹面鏡の平行軸理論が用いられるときの円筒型凹
面鏡１６が形成するスリット出口Ｏでの像Ｉに等しい。
この像の位置は、次に示す周知の凹面鏡の公式から計算
できる。 （１／Ｕ）＋（１／Ｖ）＝１／（２Ｒ） ……（６） ここで、Ｕ：スリットの出口Ｏから鏡面１６の頂点Ｐ₀
までの距離 Ｖ：像Ｉから鏡面１６の頂点Ｐ₀ までの距離 Ｒ：鏡面１６の半径

【００２５】平行軸理論の条件（半径Ｒが大きく、入射
光線は主軸に接近している）下での像Ｉの実際の位置と
の計算上の誤差は、この発明では影響がないであろう。
何故ならば、この発明では最も関心のある点は図７にお
ける位置３０だからである。この位置３０は、Ｘ軸に平
行なリボン中のファイバが形成する平面に垂直な方向で
垂直にクランプすべきファイバリボンの好ましい位置で
ある。この好ましいファイバクランプ位置３０では、リ
ボンの各ファイバの表裏に照射される全強度と同様に照
射領域も表裏で略同様である。従って、ファイバリボン
の薄膜被覆を均一にする（即ち、この発明の目的であ
る）ための先の条件３，４は満足される。この条件３，
４を極力満すためには他に若干の仮定や実際面での考慮
を必要とするということにも留意されたい。この考慮す
べき条件の１つとして、鏡面１６に対向する平面スリッ
ト１１の外面は、鏡面１６で反射する紫外線を吸収し、
若しくは分散し、外面１２Ｂ，１３Ｂで衝突するために
粗く、しかも黒く塗るべきである。

【００２６】この発明によれば、厚い平面スリット１１
の大きさと、ファイバの好ましいクランプ位置３０と、
円筒型凹状鏡面１６の最小高さ及び半径Ｒ₁ と配置すべ
き鏡面１６位置とは、被覆すべきリボン中の各ファイバ
両側で紫外線照射を均一に得るために非常に重要となっ
ている。

【００２７】図８は、スリット１１の最大分散角度±α
に等しい伝播角度を有すると共に、それぞれ鏡面１６で
反射した反射光線２０Ｅ′，２０Ｆ′と対応する入射光
線２０Ｅ，２０Ｆの交差によって得られるクランプ位置
を示すものである。設計上のパラメータの関係について
は以下の通りである。 定義： Ｓ：厚い平面スリット１１の半分の幅 Ｌ：厚い平面スリット１１の厚さ Ｌ₀ ：厚い平面スリット１１から鏡面１６の頂点Ｐ₀ ま
での距離 Ｌ₁ ：厚い平面スリット１１から好ましいファイバクラ
ンプ位置３０までの距離 Ｌ₂ ：好ましいファイバクランプ位置から鏡面１６の反
射点ＰＲ１及びＰＲ２がなす平面までの距離 Ｘ₀ ：反射点ＰＲ１，ＰＲ２がなす平面から鏡面１６の
頂点Ｐ₀ までの距離 Ｃ：鏡面１６の中心 Ｒ：鏡面１６の半径 Ｈ１：鏡面１６の最小高さの半分の長さ Ｈ２：ファイバ面の照射領域の半分の長さ α：厚い平面スリット１１の最大分散角度 ｂ：入射光線２０Ｄが垂線Ｃ−ＰＲ１となす角度 γ：反射光線２０Ｅ′とＰＲ１，ＰＲ２が作る平面との
なす角度

【００２８】さて、もしパラメータＳ，Ｌ，Ｌ₁ ，Ｌ₂
が特定できるならば、他の設計パラメータは幾何学的に
簡単に計算でき、次のような関係が得られる。 α＝ tan^-1〔（２Ｓ）／Ｌ〕 （∵（５）より） Ｈ１＝Ｓ＋（Ｌ₁ ＋Ｌ₂ ） tanα ……（７） Ｈ２＝Ｓ＋Ｌ₁ tanα ……（８） γ＝ tan^-1〔Ｌ₂ ／（Ｈ１＋Ｈ２）〕 ……（９） ｂ＝（π／４）−〔（α＋γ）／２〕 ……（10） Ｒ＝Ｈ１／ sin（α＋ｂ） ……（11） Ｘ₀ ＝Ｒ〔１− cos（α＋ｂ）〕 ……（12） Ｌ₀ ＝Ｌ₁ ＋Ｌ₂ ＋Ｘ₀ ……（13） 要するに、もし厚い平面スリット（ＳとＬ）の大きさ，
好ましいファイバクランプ位置３０（Ｌ₁ ），鏡面１６
での反射点位置（Ｌ₂ ）が決定されれば、円筒型凹状鏡
面１６の最適な半径Ｒ，最小高さ（２Ｈ２），最適位置
（Ｌ₀ ）が上記の方程式から得られる。先に述べたよう
に、この発明（即ち上述の条件３，４）の目的をできる
だけ満足するには、他に若干の仮定や現実的な考慮が必
要である。この付加的仮定や現実的な考慮とは、この発
明の１つの特徴、つまりＺ軸の回りに角度θだけ鏡面１
６が回転するということである。

【００２９】次に図８に示すように、照射光束はファイ
バｆ１〜ｆ８を通り抜けていく。各ファイバｆ１〜ｆ８
のわきを通過する照射光は鏡面１６上に真っ直ぐに前進
する。各ファイバｆ１〜ｆ８を通り抜けた照射光束ＥＷ
は、各ファイバの表裏両面３１，３２の空気との境界面
で２度屈折し、大きな散乱角度で分散していく。ファイ
バｆ１〜ｆ８の表面にＵＶ硬化樹脂があるので、表面３
１に直接照射される光束の大部分が吸収されるであろ
う。一方吸収されずに残った光束は、ファイバｆ１〜ｆ
８を通過したのち、少なくとも２度屈折して最終的には
ファイバｆ１〜ｆ８を通り抜け分散していく。その結
果、ファイバの裏面３２は、表面３１に入射した直接光
束では十分に照射できない。ファイバｆ１〜ｆ８を通り
抜けた弱い分散光は鏡面１６上に前進し反射して裏面３
２へ戻っていくであろう。しかしながら、これらの反射
光束の強度は非常に弱く、しかも広く分散している。従
って、これらの反射光束で裏面３２を照射される光のエ
ネルギー量は、無視することができる。

【００３０】ファイバｆ１〜ｆ８の裏面３２で十分な紫
外線照射を行うため、鏡面１６は図１０に示すようにＺ
軸の回りに角度θだけ回転する。 ここで、 tan２θ＝（Ｌ₀ −Ｌ₁ ）／ｄ ｄ：露出した裸ファイバｆ１〜ｆ８の直径 Ｌ₀ とＬ₁ は前と同じ意味を示す記号 図１０に示すように、ファイバ５の表面３１と裏面３２
で照射される紫外線束について考慮すると、表面３１は
紫外線束Ｅｄ₁ からＥｄ_n まで直接照射されており、一
方裏面３２は入射光束Ｅｒ₁ からＥｒ_n まで鏡面１６の
反射光束で照射されている。ファイバ間のギャップｄ′
はファイバの直径ｄに等しいので、先に述べたのと同様
に必要とするパラメータを全て適正に決定すると、次の
ような結論が得られる。即ち、リボン中の各ファイバの
表裏両面での照射強度と照射領域は略同じであり、従っ
てこの発明の目的は達成される。

【００３１】しかしながら、この結論に達する前に、さ
らに次のような条件を満さねばならない。 １．厚いスリット１４の最大分散角度αは非常に小さ
い。 ２．鏡面１６の半径Ｒは、鏡面１６の最小高さ（２Ｈ
１）に比べて大きい。 ３．Ｚ軸の回りの鏡面１６の回転角度θは非常に小さ
い。 これらの特別な条件を必要とする理由を以下に説明す
る。使用する反射面は円筒型凹面鏡であって平面鏡では
ないので、反射光束のパターンは、もし入射光束と反射
面に対し垂直面との間に角度が存在するような方向に反
射面を回転させたならば歪みが生じるであろう。最も単
純なものとして、（Ｘ−Ｚ平面に）平らで平行なＩ₁ か
らＩ_n までの入射光線とこれらに対応するＲ₁ からＲ_n
までの反射光線とが図１１に示されている。Ｉ₁ からＩ
_n までの入射光線のパターンは、Ｘ方向から観察したと
きには直線となる。しかしながらＲ₁ からＲ_n までの反
射光線のパターンは、同じＸ方向から観察したときにカ
ーブしている（即ち歪んでいる）。その上、Ｒ₁ からＲ
_n までの反射光線のパターン（例えばパターン１(Pat.
1），パターン２(Pat.2），パターン３(Pat.3））は、
反射鏡面１６を形成する面から離れたいろいろな面で観
察すると変化する。

【００３２】この発明における入射紫外線束は平行では
ない。スリットの出口１１Ａから入射する（Ｘ−Ｚ平面
について）平坦な入射光束については、入射光束のＸ軸
からの伝播角度がＯから±αまで変化し、これは既に述
べた点光源のＺ座標に依存する。その結果、これらの平
らな入射光束の反射パターンは、より一層複雑になって
いる。この状況はコンピュータを用いてシュミレートす
ることができる。その結果いろいろな平面で観察される
反射パターンを図１２（ａ）〜（ｆ）に示す。このシュ
ミレーションでのパラメータを以下に示す。 Ｌ＝４０mm 平面スリット１１の厚さ Ｓ＝５mm 平面スリット１１の幅の半分の長さ Ｒ＝４５mm 反射鏡面１６の半径 Ｌ₀ ＝６０mm スリットの出口１１Ａから鏡面１６の頂
点Ｐ₀ までの距離 凹面鏡の回転角θと観察平面Ｌ₁ は変化する。

【００３３】この図１２（ａ）〜（ｆ）に示すように、
反射パターンの歪みは凹面鏡の小さな回転角に対しては
あまり問題ではない。入射光束のＸ軸についての伝播角
度がもし小さいならば（即ち、平面スリット１１の最大
分散角度αが小さく、その結果鏡面１６の最小高さ２Ｈ
１が小さいことが必要ならば）、同様に反射パターンの
歪みもあまり問題とならない。ファイバリボン薄膜被覆
用として実際に使用する照射システムに対しては、平面
スリット１１の最大分散角度α₁ は、ごく僅かな値で制
御することができ、また凹面鏡の回転角は非常に小さ
い。反射パターンの歪みの影響が重大か否かを例証する
ため、紫外線照射システムの設計が一度完全なシュミレ
ーションによって実際に行なわれ、その結果が図１３に
示されている。この設計で使用したパラメータは次のと
おりである。 Ｓ＝０．４mm Ｌ＝２０mm Ｌ₁ ＝１２mm Ｌ₀ ＝２７．０３mm Ｒ＝１５．１２mm θ＝０．２４° ここで、これらの記号は以前と同じ意味を示す。

【００３４】図１３において、 Reg１〜８の領域はそれ
ぞれファイバｆ１〜ｆ８の照射領域を示す。太線で囲ま
れた領域がファイバｆ１〜ｆ８の表面での照射領域であ
り、細線で満された領域がファイバｆ１〜ｆ８の裏面で
の照射域である。上述の実際上の設計パラメータの条件
下では、反射パターンには重大な歪みは発生していな
い。従って、次のような結論が得られる。即ち、薄膜被
覆されるべきリボン中のファイバの表裏面での全照射強
度と全照射領域とは全設計パラメータとして最適なもの
を選択することによって略一定にすることができる。こ
の発明は、ＵＶ硬化樹脂で薄膜被覆すべきファイバリボ
ンの表裏両面に対する均一照射の条件を得るための技術
に焦点を絞ったものである。ここで述べた技術は、何れ
も全てこの発明を用いてファイバにＵＶ硬化樹脂を被覆
するときに利用できる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明の請
求項１に係る紫外線硬化樹脂を塗布したファイバリボン
への紫外線照射方法によれば、平面スリットを用いファ
イバリボンへの紫外線照射光の入射角を限定しており、
ファイバリボンの各ファイバが形成する平面を横切る水
平方向に対し光強度が均一となるように紫外線を照射す
ることができるので、ファイバ表面に付着されたＵＶ硬
化樹脂層の早期硬化を防止しながらＵＶ硬化樹脂の薄膜
をファイバ接続箇所に均一に形成することができるよう
になり、延いてはファイバリボンの高強度融着接続が可
能となる。

【００３６】また、この発明の請求項３に係る紫外線硬
化樹脂を塗布したファイバリボンへの紫外線照射方法に
よれば、円筒型凹面鏡がファイバ間のギャップを通過し
た紫外線を反射させることにより、直接照射できないフ
ァイバ裏面側へも紫外線を照射させることができ、従っ
て（全）ファイバへ導光・照射する紫外線として、たっ
た１つの紫外線束だけでよい。換言すれば、スリットの
寸法やクランプされるファイバリボンの位置、円筒型凹
面鏡の半径や最小寸法さらにこの凹面鏡の配置位置を注
意深く決定することにより、リボン中の各ファイバの表
裏両面に対し均一な照射領域と均一な光強度とが得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るファイバリボンに薄膜被覆を形
成するときの方法を示す全体図。

【図２】この発明の照射システムを示す概略図。

【図３】この発明に係る厚い平面スリットを示す縦断面
図。

【図４】厚い平面スリットの内側表面で光が衝突して拡
散反射される状態を示す説明図。

【図５】スリット出口平面の任意の一点における光の進
行可能な方向を示す説明図。

【図６】厚い平面スリットでの最大拡散角度を示す説明
図。

【図７】鏡面での反射光の限界を示す説明図。

【図８】厚い平面スリットの寸法とファイバの好ましい
クランプ位置と凹面鏡の口径及び最小高さと凹面鏡の配
置すべき位置との関係を示す説明図。

【図９】ファイバと照射光との関係を示す説明図。

【図１０】Ｚ軸のまわりの凹面鏡の回転理由を説明する
図。

【図１１】Ｚ軸に関し一定の角度で凹面鏡を回転させた
ときの反射パターンの歪みの影響を示す説明図。

【図１２】（ａ）〜（ｆ）は凹面鏡の鏡面をＺ軸の回り
に異なる角度で回転させていったときに色々な観測面へ
反射するパターンを示す説明図。

【図１３】薄膜被覆照射システムの一実施例による各フ
ァイバの表裏両面での照射領域を示す説明図。

【図１４】接続箇所の保護として薄膜被覆若しくはＵＶ
硬化樹脂の再被覆を光学ファイバに行うために紫外線照
射システムを示す従来図。

【図１５】従来の紫外線照射系を使用したファイバ表面
での照射領域を示す説明図。

【符号の説明】

１ ファイバリボン ２，３ クランプ ４ ＵＶ硬化樹脂材料 ５ ＵＶ樹脂ホルダ ６ スロット ７ ＵＶ硬化樹脂薄膜層 ８，９ 紫外線 １１ スリット １１Ａ スリット出口 １５ ファイバ束 １６ 円筒型凹状鏡面 ｆ１〜ｆ８ ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−229202（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−156042（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−181032（ＪＰ，Ａ) 特許2967884（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/00 - 6/54 B05C 7/00 - 21/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 紫外線硬化樹脂を塗布したファイバの接
   続箇所に、紫外線を照射して前記樹脂を硬化させ接続箇
   所の保護を行うファイバリボンへの紫外線照射方法であ
   って、 前記ファイバリボンを鉛直方向にクランプし、 前記ファイバリボン中の各ファイバが形成する面に、厚
   く細長いスリットの出口面を配置し、 紫外線導光用ファイバ束を前記クランプされたファイバ
   リボンの正面に配置すると共に、前記スリットの正面で
   あって、前記ファイバが形成する平面の法線に平行で、
   かつ、前記スリット出口の中心を通過する全ファイバの
   中心に、この紫外線導光用ファイバ束の中心を配置し、 前記紫外線導光用ファイバ束及び前記スリットの出口を
   通過して前記各ファイバの表面上へ紫外線を導光し、 前記ファイバリボンの裏面へ円筒型凹面鏡を配置し各フ
   ァイバの裏面上へ前記紫外線を反射させることを特徴と
   した紫外線硬化樹脂を塗布したファイバリボンへの紫外
   線照射方法。
2. 【請求項２】 厚くて細長い平面スリットの内外面が黒
   く塗られているとともに、厚くて細長い平面スリットの
   内外面が比較的粗い面を有することを特徴とする請求項
   １に記載の紫外線硬化樹脂を塗布したファイバリボンへ
   の紫外線照射方法。
3. 【請求項３】 円筒型凹面鏡は、紫外線照射の際に鏡平
   面とファイバリボン中の各ファイバとのなす角度θが次
   式で示す関係 tan２θ＝（Ｌ₀ −Ｌ₁ ）／ｄ 但しここで、 Ｌ₀ ：厚い平面スリットの出口から鏡面の頂点までの距
   離 Ｌ₁ ：厚い平面スリットの出口から好ましいファイバク
   ランプ位置までの距離 ｄ：リボン中の各ファイバの直径 を満すように回転することを特徴とする請求項１又は２
   に記載の紫外線硬化樹脂を塗布したファイバリボンへの
   紫外線照射方法。