(57)【要約】【課題】光ファイバケーブル構造の表面を処理する。【解決手段】光ファイバケーブル構造を処理するために、光ファイバケーブル構造の実質的に長さ全体を、インラインプラズマ処理システムに通す。光ファイバケーブル構造がインラインプラズマ処理システムを通って移動する際に、光ファイバケーブル構造の表面はプラズマに連続的に晒される。光ファイバケーブル構造の表面をプラズマに晒すことによって、光ファイバケーブル構造の表面のターゲット材料へ付着する能力が向上するように、光ファイバケーブル構造の表面の特性が変わる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバケーブル構造の表面を処理する方法であって、
光ファイバケーブル構造の実質的に長さ全体をインラインプラズマ処理システムを通して移動させるステップと、
光ファイバケーブル構造がインラインプラズマ処理システムを通って移動しているときに光ファイバケーブル構造の表面をプラズマに晒すステップと、
を備え、
光ファイバケーブル構造の表面をプラズマに晒すステップは、光ファイバケーブル構造の表面の特性を変えて、光ファイバケーブル構造の表面のターゲット材料へ付着する能力を向上させ、
光ファイバケーブル構造の実質的に長さ全体の表面がプラズマに晒される方法。
【請求項２】
さらに、光ファイバケーブル構造の表面にターゲット材料を付着させるステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ターゲット材料を付着させるステップは、光ファイバケーブル構造の表面に接着層を付着させるステップを含んでいる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記接着層は、シアン酸エステル、樹脂、エポキシ、ポリイミド、ポリウレタン、及びゴムからなる群から選択された材料を含むものである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ターゲット材料を付着させるステップは、ターゲット材料のディスペンサを使って、光ファイバケーブル構造の表面にターゲット材料を吐出するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記ターゲット材料のディスペンサを使うステップは、インラインプラズマ処理システムの一部であるターゲット材料のディスペンサを使うものである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ターゲット材料のディスペンサを使うステップは、インラインプラズマ処理システムから分離したターゲット材料のディスペンサを使うものである、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記光ファイバケーブル構造の実質的に長さ全体をインラインプラズマ処理システムを通して移動させるステップは、巻き取り回転軸に光ファイバケーブル構造を巻き取ることを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記光ファイバケーブル構造の表面をプラズマに晒すステップは、光ファイバケーブル構造の表面を大気プラズマに晒すものである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記光ファイバケーブル構造の表面をプラズマに晒すステップは、光ファイバを包囲するクラッド層の表面を晒すものである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記光ファイバケーブル構造の表面を処理するステップは、光信号を伝送するための光ファイバケーブル構造の表面を処理することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
１又は２以上のプラズマディスペンサと、
光ファイバケーブル構造の実質的に長さ全体を前記１又は２以上のプラズマディスペンサを通して移動させるよう構成された可動構造と、を備えたシステムであって、
前記１又は２以上のプラズマディスペンサは、光ファイバケーブル構造が前記１又は２以上のプラズマディスペンサを通して移動しているときに、光ファイバのターゲット材料へ付着する能力を向上させるために、光ファイバケーブル構造の表面を処理するよう構成されており、
前記１又は２以上のプラズマディスペンサを通しての前記光ファイバケーブル構造の実質的に長さ全体の移動は、光ファイバケーブル構造の実質的に長さ全体の表面に、１又は２以上のプラズマディスペンサによって生成されたプラズマによる処理を受けさせるものである、システム。
【請求項１３】
前記可動構造は、巻き取り回転軸を含んでいる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
さらに、前記光ファイバケーブル構造のプラズマ処理された表面にターゲット材料を吐出するターゲット材料ディスペンスシステムを含んでいる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ターゲット材料は接着剤である、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
光ファイバアセンブリを製造する方法であって、
光ファイバ及び当該光ファイバを包囲するクラッド層を含む構造体をインラインプラズマ処理システムに通すステップと、
前記クラッド層の表面を前記インラインプラズマ処理システムにおいて生成されたプラズマに晒すステップと、
プラズマに晒した後に前記クラッド層の表面にターゲット材料を吐出して当該ターゲット材料を前記クラッド層の表面に付着させるステップと、を備え、
インラインプラズマ処理システムを使用して、前記クラッド層の実質的に長さ全体がプラズマに晒される方法。
【請求項１７】
ターゲット材料の吐出は、前記クラッド層の表面をプラズマに晒すのと直列的に実行される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ターゲット材料の吐出は、前記クラッド層の実質的に長さ全体をプラズマに晒した後に実行される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記クラッド層はポリマーを含んでいる、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ターゲット材料は接着剤である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記接着剤の上にさらなる構造を吐出して、光ファイバ、クラッド層、前記さらなる構造を含む、光ファイバアセンブリを形成する、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバケーブル構造のインラインプラズマ処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の異なる物理パラメータの測定に、光学的な干渉センサを使用することができる。例えば、干渉センサを、測定したい領域に展開させた光ファイバと共に使用することができる。光がファイバ内に入ると、センサ（又は反射器）が後方反射される光の放射を戻し、これは知りたいパラメータ、例えば圧力、温度、歪みなどの変化を決定するために分析される。このようなセンサは、種々の応用、例えば炭化水素の製造、ダウンホール（downhole）における種々の特性（圧力、振動、温度、流体特性など）の特定及び決定のための応用などにおいて有用であることが証明されてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
油井にけるダウンホールへの応用では、高温ポリマー（例えば、ポリイミド）などの保護用材料で光ファイバをコーティングすることができる。この高温ポリマーによって、油井によくある高い温度やその他の厳しい条件のもとでも光ファイバが耐えることができる。しかしながら、光がファイバをポリマーでコーティングする場合の問題として、複合センサアセンブリを形成するために光ファイバに接続される他の構造物を高い信頼性でコーティングするのがしばしば難しいということがある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一般的に、一実施形態によれば、光ファイバケーブル構造の表面を処理する方法には、光ファイバケーブル構造の長さ全体をインライン（inline）プラズマ処理システムの中を通して実質的に移動させることが含まれる。光ファイバケーブル構造がインラインプラズマ処理システムの中を移動すると、光ファイバケーブル構造の表面がプラズマに対して連続的に晒される。光ファイバケーブル構造の表面をプラズマに晒すことによって、光ファイバケーブル構造の表面のターゲット材料に付着する（adhere）能力が向上するよう、光ファイバケーブル構造の特性を変えることができる。
【０００５】
その他の特徴については、以下の説明、添付図面、及び特許請求の範囲から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一実施形態に係る光ファイバケーブル構造の処理のための例示のシステムの概略図である。
【図２Ａ】他の実施形態に係る光ファイバケーブル構造の処理のための例示のシステムの概略図である。
【図２Ｂ】他の実施形態に係る光ファイバケーブル構造の処理のための例示のシステムの概略図である。
【図３】本発明のいくつかの実施形態に係る光ファイバ複合構造の部分の断面図である。
【図４】本発明のいくつかの実施形態に係る光ファイバ複合構造の部分の断面図である。
【図５】一実施形態に係る光ファイバアセンブリを製造するプロセスのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明のいくつかの実施形態について、図面を参照して説明する。
【０００８】
以下において、いくつかの実施形態によって、表面がターゲット材料に付着する能力が向上する、光ファイバケーブル構造の表面を処理する技術又はメカニズムが提示される。光ファイバケーブル構造は、表面が保護用のクラッド層（cladding layer）で包囲された光ファイバを含んでいる。いくつかの実施形態において、このクラッド層は、ポリイミドなどのポリマーによって形成することができる。例えば、光ファイバをポリマーの層（又は複数の層）でコーティングする（あるいは付着させる）ことができる。他の例として、クラッド層として、別の種類の保護材料を使用することができる。
【０００９】
光ファイバを油井のダウンホールに展開させる応用にあっては、光ファイバを包囲するポリマーの層は、油井の穴の中の高温、腐食性流体といった相対的に厳しい条件で光ファイバを保護する。光ファイバを含むアセンブリを油井内へ展開する場合について説明するが、光ファイバを含む他のアセンブリを別の環境で使用できることは注目される。
【００１０】
一つの具体例では、処理された光ファイバケーブル構造を、１又は２以上のパラメータの検知を実行するための光ファイバセンサアセンブリの一部として使用することができる。ダウンイールへの応用では、光ファイバセンサアセンブリを、油井内の温度、圧力、歪み等を検出するのに使用できる。
【００１１】
光ファイバセンサアセンブリには、高感度、電磁的干渉（ＥＭＩ）に対する耐性、電気的な不活性、多重送受信可能性（multiplexability）、相対的に高い信頼性、相対的に低いコストといった種々の利点がある。しかしながら、ポリマー層は接合性又は付着性が乏しいために、光ファイバの周囲のポリマー層によって過酷な高温環境での光ファイバセンサアセンブリの使用は制限される。
【００１２】
光ファイバセンサアセンブリは通常、光ファイバ、光ファイバの周囲のクラッド層、このクラッド層に添付される構造などを含むいくつかの材料の複合的な構成によって形成される。例えば、光ファイバを、型をベースとした樹脂トランスファ成形（resin transfer molding:ＲＴＭ）複合構造に組み込むことができる。
【００１３】
光ファイバの周囲のクラッド層にポリマーを使用することの問題は、一般にポリマー表面を何かに付着させるが難しいということである。ポリマーの熱的及び機械的な安定性、頑丈さ、溶剤の吸収性（solvent absorption）、機械的抵抗力といった相対的に優れたバルク特性が、接合の容易さ損なう。さらに、ポリマーは相対的に表面エネルギーが低く、湿潤性が乏しく、したがって相対的に接合特性が乏しい。
【００１４】
ダウンホールへの応用又は長距離にわたる通信線としての光ファイバの使用といったいくつかの応用では、光ファイバケーブル構造の長さが相対的に長くなる（例えば、１キロメートルを超える）。表面の接合特性を向上させるためにこのように長い光ファイバケーブル構造の表面を処理することは、困難を伴う。一つの部分を処理するためには、その前に各部分を個別に処理する必要があるので、一つ一つの部分をバッチ処理して光ファイバケーブル構造を処理するシステムは、処理に長い時間がかかる。場合によっては、付着特性を向上させるために処理されたクラッド層の表面でも、このような付着特性がある限られた時間しか得られないことがある。相対的に長い光ファイバケーブル構造のすべての目標部分を処理するために長い時間を要するプロセスでは、クラッド層の表面が処理されたある部分の付着特性が、時間が経過するに従って劣化することがあり得る。
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態によって、光ファイバを包囲するクラッド層の表面などの光ファイバケーブル構造の表面のインライン処理を可能にする技術又はメカニズムを提供する。光ファイバケーブル構造の表面のインライン処理には、インラインプラズマ処理システムを使用する。ここで、光ファイバケーブル構造の表面がインラインプラズマ処理システムにおいて生成されるプラズマに連続的に晒されるよう、光ファイバケーブル構造はインラインプラズマ処理システムを通過するよう移動される。光ファイバケーブル構造の表面をプラズマに晒すことによって、光ファイバケーブル構造の表面のターゲット構造（例えば、光ファイバセンサアセンブリの一部である別の構造物）への付着能力が向上するように、光ファイバケーブル構造の表面（クラッド層の表面など）の特性を変える。
【００１６】
光ファイバケーブル構造の表面のインラインプラズマ処理によって、光ファイバケーブル構造の実質的に長さ全体の、インラインの連続的なプラズマ処理を可能にする。光ファイバケーブル構造の異なるセグメントを一度に一つのセグメントしか処理できないバッチ的に処理する場合に比べて、光ファイバケーブル構造の実質的に長さ全体をインラインでプラズマ処理する場合では、短い時間で処理を完了することができる。ここで、「光ファイバケーブル構造の実質的に長さ全体」という表現は、光ファイバケーブル構造の長さ全体の５０％よりも多い場合を指す。より具体的には、「光ファイバケーブル構造の実質的に長さ全体」は、光ファイバケーブル構造の長さ全体の７５％より多い場合、８０％より多い場合、８５％より多い場合、９０％より多い場合、又は９５％より多い場合を指すものとする。
【００１７】
光ファイバケーブル構造の表面のプラズマ処理が素早く完了することによって、光ファイバケーブル構造の表面の向上した付着特性を、光ファイバケーブル構造を含むアセンブリの製造の次のステップにおいて維持することができる。いくつかの実施形態において、付着層（例えば、ポッティング化合物（potting compound）など）を、クラッド層のプラズマ処理された表面上に塗布することができる。クラッド層の表面に付着層を形成することによって、クラッド層に信頼性高く結合される構造を可能とする。
【００１８】
図１は、光ファイバケーブル構造１０１（クラッド層によって包囲された光ファイバを含む）が、インラインプラズマ処理システム１００のチャンバ１１０を通って引き出される、インラインプラズマ処理システムの一例の概略図である。チャンバ１１０は、インラインプラズマ処理システム１００の外部の環境からチャンバ１１０を隔離する密閉されたチャンパとすることができる。
【００１９】
チャンバ１１０の中には、１又は２以上のプラズマディスペンサ１０５が設けられている。光ファイバケーブル構造１０１の異なる側面をカバーできるように、複数の（２又はそれ以上の）プラズマディスペンサ１０５を設けることができる。各プラズマディスペンサ１０５は、プラズマのジェット１０６を生成し、これは光ファイバケーブル構造１０１の表面に向けられる。
【００２０】
プラズマは部分的にイオン化されたガスであり、一定割合の電子は、原子又は分子に束縛されていない自由な電子である。プラズマディスペンサ１０５は、処理すべき表面に向かって加速される荷電粒子を方向付ける。荷電粒子は、処理される表面の結合エネルギー（bond energy）と同程度又はこれを超えるエネルギーまで加速される。処理される表面にぶつかると、各荷電粒子は、反射される、表面から電子又は原子の放出を起こす、表面に捕捉される、構造的な再配置を促す或いは化学的な変化を促進する衝突する、といった現象のうちの１又は２以上の現象を生じる。
【００２１】
インラインプラズマ処理システムの１つのタイプは、誘電バリア放電（dielectric barrier discharge）システムであり、これは、使用されるチャンバ１１０が、大気チャンバである。誘電バリア放電システムは、アルゴン、アンモニア、窒素、酸素、空気などのうちの１又は２以上のプラズマガスを生成することができる。大気プラズマ（atmospheric plasma）システムは、無線周波数（ＲＦ）高電圧生成器、及び、図１に示したディスペンサ１０５のような複数のプラズマディスペンサを含んでいる。プラズマは、プラズマディスペンサ１０５の本体内で生成され、プラズマの一部を分離し、この分離したプラズマ部分をプラズマディスペンサ１０５のノズルを通して処理すべき表面へ輸送するめに、方向付けされた空気（又は別のガス）の流れが放電セクションに沿って与えられる。
【００２２】
方向付けされた大気プラズマ（窒素又は酸素大気プラズマなど）は、以下の１又は２以上の効果を生じさせる。クリーニング効果は、処理すべき表面から微小な物体を追い払う空気の流れを含む。イオン化されたガスは、高い反応性を持ったフリーラジカルを含み、これは有機汚染物質と反応して水の蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素などの不安定な化合物（volatile compounds）を生成する。この不安定な化合物は、処理表面から移動して離れる。大気プラズマのその他の可能な効果は、大気プラズマは、処理すべき表面上の長いポリマーチェーンを分解する。大気プラズマは、表面の酸素−炭素比（oxygen-carbon ratio）を増大させる。さらに、アブレーション（ablation）／除去（removal）がその他の効果として考えられ、長く延びた処理はクラッド層の厚さを薄くする。処理された表面は、有機汚染物質が除去され、したがって湿潤性及び結合特性が改善される。
【００２３】
光ファイバケーブル構造１０１を含む複合アセンブリの形成を可能にするために、図１において回転可能な巻き取り回転軸（winding mandrel）である可動構造１０３によって、インラインプラズマ処理システム１００のチャンバ１１０を通して光ファイバケーブル構造１０１が引き出される。回転軸１０３が回転すると、光ファイバケーブル構造１０１は回転軸１０３に巻き取られる。回転軸１０３による光ファイバケーブル構造１０１の巻き取りによって、回転軸１０３上にはコイル１０４が形成される。
【００２４】
光ファイバケーブル構造１０１がインラインプラズマ処理システム１００のチャンバ１１０を通って引き出される際に、プラズマディスペンサ１０５は、光ファイバケーブル構造１０１の表面を処理するための連続的なプラズマジェット１０６を生成する。
【００２５】
図１に示す実施形態において、接着剤ディスペンサ１０７もまたチャンバ１１０の内部に設けられている。接着剤ディスペンサ１０７は、プラズマディスペンサ１０５によるプラズマ処理の直後に、接着剤を、光ファイバケーブル構造１０１の処理された表面に吐出する。したがって、図１の実施形態によれば、光ファイバケーブル構造１０１の表面への付着層の吐出は、プラズマ処理と直列的（inline）に実行される、効率的なプロセスである。
【００２６】
接着剤ディスペンサ１０７によって吐出される接着剤は、次のうちの１又は２以上とすることができる：シアン酸エステル、ポリエステル・ベース又はエステルベースの樹脂、エポキシ、ポリイミド、ポリウレタン、又はゴム（例えば、加硫ゴム又はシリコンゴム）。
【００２７】
あるいはまた、図２Ａ、図２Ｂに示すように、接着剤ディスペンサ１０７をインラインプラズマ処理システム１００の内部に設ける代わりに、接着剤ディスペンサ１０７を別の場所に設けることもできる。図２Ａのインラインプラズマ処理システム１００Ａは、接着剤ディスペンサ１０７を除いて、図１のシステム１００と同じ部品を含んでいる。図２Ａでは、チャンバ１１０を通して光ファイバケーブル構造１０１を引き出すために、回転軸１０３が光ファイバケーブル構造１０１を回転軸１０３上に巻き取る。光ファイバケーブル構造の表面のプラズマ処理が完了した後、光ファイバケーブル構造１０１は回転可能な回転軸１０３上にコイル状に巻かれる。
【００２８】
回転可能な回転軸１０３は、例えば接着剤ディスペンサ１０７が設けられた接着剤ディスペンスシステム２００の位置などの別の場所に移すことができる。ここで回転軸１０３は、光ファイバケーブル構造１０１を巻き出すように回転することができ、これによって光ファイバケーブル構造１０１は接着剤ディスペンスシステム２００のチャンバ２０２を通して引き出される。チャンバ２０２内の接着剤ディスペンサ１０７は、光ファイバケーブル構造１０１が回転軸１０３から巻き出されチャンバ２０２を通して引き出されるときに、接着剤を光ファイバケーブル構造１０１のプラズマ処理された表面に吐出することができる。
【００２９】
図３は、光ファイバ３００、クラッド層３０２及び接着層３０４を含むアセンブリの断面図である（図１のインラインプラズマ処理システム１００又は図２Ａ、図２Ｂのインラインプラズマ処理システム１００Ａ及び接着剤ディスペンスシステム２００による処理の後）。図３において、光ファイバ３００は、クラッド層３０２（例えばポリマー層）によって包囲（例えばコーティング）されている。さらに、クラッド層３０２の外側表面のプラズマ処理の後に、クラッド層３０２の外側表面に接着層３０４が設けられる。
【００３０】
図４は、図３に示したアセンブリに対してさらなる構造４０２を付着したものを示している。構造４０２は、接着層３０４を用いて図３のアセンブリに付着されている。構造４０２は、チューブ又は型をベースとしたＲＴＭ複合材の一部とすることができる。
【００３１】
図５は、一実施形態に係る光ファイバアセンブリを製造するプロセスのフロー図である。光ファイバアセンブリは、光ファイバ及びこの光ファイバを包囲するクラッド層を有する光ファイバケーブル構造からからスタートして、形成される。光ファイバ構造は、システム（例えば図１のシステム１００又は図２Ａのシステム１００Ａ）のチャンバを通して引き出される（ステップ５０２）。１又は２以上のプラズマディスペンサ１０５（図１又は図２Ａ）が駆動され、光ファイバケーブル構造がチャンバを通って引き出される際に、光ファイバケーブル構造の表面が連続的にプラズマ処理に晒される。
【００３２】
光ファイバケーブル構造の表面のプラズマ処理後に、光ファイバケーブル構造のプラズマ処理された表面に接着剤を吐出するために、接着剤ディスペンサ（図１又は図２Ｂの１０７）が駆動される（ステップ５０６）。接着剤ディスペンサ１０７によるこの接着剤の吐出は、プラズマ処理（図１のシステム１００による）と直列的に実行することができるし、プラズマ処理（図２Ｂのシステム２００による）の完了後に実行することもできる。
【００３３】
光ファイバケーブル構造の上への接着層の形成に続いて、接着層にさらなる構造（１又は２以上）を結合させて（ステップ５０８）、光ファイバアセンブリを形成することができる。これはいくつかの例では光ファイバセンサアセンブリとすることができる。
【００３４】
これまでの説明において、本発明の理解のために種々の詳細が記載された。しかしながら、本発明はこのような詳細がなかったとしても実施できることは当業者によって理解される。本発明は限られた数の実施形態に関して開示されたが、これらから種々の変形や変更が導かれることは、当業者によって理解される。これらの変形や変更が、添付した特許請求の範囲によって本発明の技術的思想の範囲としてカバーされることが意図されている。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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