(57)【要約】捕捉基体によって支持された剥離コーティング上に、スートを成膜するステップを含む、多孔質スート体を形成するための方法。剥離コーティングの特性によって、捕捉基体に対する多孔質スート体の付着強度が制御される。捕捉基体に対する多孔質スート体の弱い付着性によって、多孔質スート体を損傷することなく、捕捉基体から、多孔質スート体を容易に分離することができる。剥離コーティングは脆性材料、又は多孔質スート体を形成するスートの成膜中に、酸化若しくは滅尽する材料から形成することができる。剥離コーティングは、炭素を含むことができる。分離した多孔質スート体を圧密化して、コアケーンを形成するか、又はケーンインスートファイバー母材製造工程において、スリーブ（多孔質クラッド）として機能させることができる。第１の成膜装置において、捕捉基体に剥離コーティングを施し、第２の成膜装置に移送し、そこで多孔質スートを成膜するため、剥離コーティングによってスート成膜装置が汚染されることがない。
2018510114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質スート体を形成する方法であって、
第１の成膜システムに捕捉基体を配置するステップと、
前記捕捉基体に剥離コーティングを形成するステップと、
前記コーティングを形成した捕捉基体を、前記第１の成膜システムから第２の成膜システムに移送するステップと、
前記第２の成膜システムにおいて、前記コーティングを形成した捕捉基体に、スートを成膜するステップと、
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記剥離コーティングが炭素を含み、前記スートがシリカを含んで成ることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記剥離コーティングが、ディップコーティングによって形成され、該ディップコーティングが、前記捕捉基体に、液体コーティング媒体を施すステップを有して成ることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記液体コーティング媒体が、炭素前駆体を含み、該前駆体が炭素粒子を含み、該粒子が、１〜５０μｍの範囲の平均粒径を有することを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記第２の成膜システムが火炎を含み、該火炎がスート前駆体を燃焼させて前記スートを形成することを特徴とする、請求項１〜４いずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記スートが、ケイ素を含み、前記スート前駆体が、オクタメチルシクロテトラシロキサン又はＳｉＣｌ４を含んで成ることを特徴とする、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記火炎によって形成された前記スートが、使用済み部分と未使用部分とを含み、前記使用済み部分が、前記剥離コーティング上に成膜され、前記未使用部分が、前記剥離コーティング上に成膜されておらず、前記方法が、前記第２の成膜システムから、前記スートの前記未使用部分を回収するステップであって、前記回収した未使用のスートが、前記剥離コーティングからの汚染を含んでいない、ステップを更に備えたことを特徴とする、請求項５又は６記載の方法。
【請求項８】
前記スートを成膜するステップが、前記剥離コーティング上に、多孔質スート体を形成するステップを含んで成ることを特徴とする、請求項１〜７いずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記捕捉基体を、前記多孔質スート体から分離するステップであって、前記分離した多孔質スート体が内部空洞を有する、ステップを更に備えたことを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記分離した多孔質スート体の前記内部空洞に、コアケーンを挿入するステップを含んで成る、コア−クラッドアセンブリを形成するステップを更に備えたことを特徴とする、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連技術の相互参照】
【０００１】
本出願は、その内容に依拠し、参照により、全内容が本明細書に組み込まれる、２０１５年３月４日出願の米国仮特許出願第６２／１２８，０８７号の、米国特許法第１１９条に基づく優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、捕捉基体に、光ファイバーの製造に使用される炭素コーティングを施す方法に関するものである。また、本明細書は、光ファイバーの製造に適応した炭素コーティング製剤にも関するものである。
【背景技術】
【０００３】
光ファイバーの製造には、スートを捕捉基体に成膜して多孔質ガラス体を形成し、その後圧密化して高密度ガラスを形成する外部蒸着（ＯＶＤ）法が使用されることが多い。ＯＶＤ法によるスート成膜を図１に示す。ＯＶＤ法において、中心線２８を有する捕捉基体３０（例えば、捕捉ロッド）が、中空又は管状ハンドル３２等のガラス体を通して挿入され、旋盤（図示せず）に取り付けられる。旋盤は、スート生成バーナー３４に近接して、捕捉基体３０を回転及び平行移動させるように設計されている。スート生成バーナー３４は、火炎加水分解又は酸化プロセスにおいて、１つ以上の前駆体（例えば、ＳｉＣｌ４、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ＧｅＣｌ４、ＴｉＣｌ４、Ｔｉアルコキシド等）を反応させることによって、シリカ系スート３６を形成する。捕捉基体３０が回転するにつれ、シリカ系スート３６が捕捉基体３０に向けられる。シリカ系スートの少なくとも一部が、捕捉基体３０及びハンドル３２の一部に堆積する。捕捉基体３０とバーナー３４との相対平行移動運動を通して、シリカ系スート３６が捕捉基体３４に堆積して多孔質スート体２０が形成される。捕捉基体３０に所望量のスートが堆積すると、スート成膜が終了し、捕捉基体３０が多孔質スート体２０から除去され、内部空洞を有する環状母材が生成される。
【０００４】
環状母材は、更に処理することによってコアケーンを形成するか、又はケーンインスート若しくはロッドインシリンダー処理において、スリーブとして使用することができる。コアケーンを形成する場合、環状母材を脱水圧密化し、クラッドを成膜して光ファイバー母材を形成することができる、ガラスコア部分の機能を果たす緻密化したガラスを形成することができる。ケーンインスート若しくはロッドインシリンダー処理において、環状母材は、光ファイバー母材のクラッド部分に対応している。環状母材の内部空洞に圧密化したコアケーンを挿入し、圧密化することによって光ファイバー母材が形成される。ロッドインシリンダー処理において、環状母材は、通常、コアケーンを挿入する前に、特定のサイズ（「チューブ」）に延伸され、ケーンインスート処理では、環状母材は、チューブを形成する中間処理を行わずに直接使用される。圧密化によって、環状母材が緻密化され、コアケーンと融合して光ファイバー母材が形成される。
【０００５】
ファイバー製造工程における問題の１つは、捕捉基体３０を多孔質スート体２０から分離することである。捕捉基体３０を除去するとき、多孔質スート体２０が損傷を受けることが多く、それに応じて製造工程の歩留まりが低下する。捕捉基体３０を除去するとき、多孔質スート体２０に対する損傷を最小限に抑制するための１つの方策は、捕捉基体３０からの多孔質スート体２０の分離を容易にするように作用する剥離剤で、捕捉基体３０をコーティングすることである。炭素スートは一般的な剥離剤であり、炭素含有気体をバーナーに供給し、部分的に燃焼させることによって形成することができる。炭素スートは、多孔質スート体２０の形成に使用するシリカ系スートを成膜する前に、捕捉基体に成膜される。炭素スートは、シリカ系スートが捕捉基体３０に付着するのを防止する犠牲層を構成する。多孔質スート体２０を形成する間に、犠牲炭素層が徐々に酸化及び気化し、捕捉基体３０と多孔質スート体２０との間に狭い間隙が形成される。この狭い間隙が、多孔質スート体２０からの捕捉基体３０の除去を容易にする。
【０００６】
アセチレンは、犠牲炭素層の形成に使用される一般的な炭素含有気体である。アセチレンは、成膜速度が高いという利点はあるが、幾つかの欠点を有している。アセチレンの燃焼を制御することが困難であること、アセチレン原料の純度及びエネルギー含量にムラがあり一定しないこと、特殊なバーナーの設計が必要であること、及びアセチレンから形成された炭素スートは、多くの場合、粗過ぎて、得られる犠牲炭素層の機械的強度が低く、多孔質スート体２０の形成におけるシリカ系スートの蒸着中に、捕捉基体３０から早期に分離する傾向があることである。メタンはアセチレンに代わるものであり、制御が容易である。メタンの原料も純度が高く、シリカ系スートの形成に使用されるのと同じバーナーで燃焼させることができる。また、メタンから形成される炭素スートは、アセチレンから形成されるスートより遥かに木目が細かく、より耐久性がある犠牲炭素層が生成される。メタンの主な欠点は成膜速度が遅いことである。メタンから犠牲炭素層を形成するのに必要な時間は、多孔質スート体２０の形成に必要な全体の処理時間のかなりの部分に相当する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
シリカ系スートを成膜する直前に、その場で、捕捉基体に犠牲炭素層を形成する方法は、未使用のシリカ系スートを収集することが望ましい状況下では不利である。通常のＯＶＤ法において、バーナーによって生成されるシリカ系スートのかなりの部分は、捕捉基体に堆積せず、代わりに頭上空間に残る。未使用のシリカ系スートは最終的に成膜システムの排気口を通して放出される。処理効率を向上させるために、未使用のシリカ系スートを回収して、再利用又は別の目的に利用することが望ましい。シリカ系スートは、例えば、タイル用の艶出し剤の製造に使用することができる。シリカ系スートを成膜する間に、その場で、犠牲炭素層を形成する場合、システム及び排気口の内部に炭素の不純物が形成される可能性がある。システム内に炭素が存在すると、システムから回収した未使用のシリカ系スートが、炭素で汚染される結果となり、回収したシリカ系スートが、多くの別の用途に対して純度が不十分になる。従って、システムから回収される未使用のシリカ系スートの純度を損なうことなく、光ファイバーを製造する間に、犠牲炭素層を捕捉基体に形成する方法を開発することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書は、捕捉基体に、光ファイバーの製造に使用される多孔質スート体を形成する方法を提供する。本方法は、捕捉基体に、剥離コーティングを形成するステップ、及び剥離コーティングに、多孔質スート体を形成するステップを備えている。剥離コーティングは、捕捉基体の表面に形成される犠牲層である。剥離コーティングの存在によって、多孔質スート体からの捕捉基体の分離が容易になる。その後、分離した多孔質スート体を圧密化してコアケーンを形成することができる。あるいは、多孔質スート体をコアケーンと一体化して、コア−クラッドアセンブリを形成することができ、それを圧密化してファイバー母材を形成することができる。
【０００９】
剥離コーティングは、炭素を含むか、又は本質的に炭素から成ることができる。炭素は、炭素粒子又は炭素含有粒子の形態を成すことができる。剥離コーティングの厚さは、１〜２５０μｍ、５〜２００μｍ、１０〜２００μｍ、１０〜１５０μｍ、１５〜１００μｍ、又は２０〜８０μｍとすることができる。
【００１０】
剥離コーティングは、炭素前駆体、結合剤、及び溶媒を含むコーティング製剤から形成することができる。炭素前駆体は、グラファイト又はカーボンブラックであってよい。炭素前駆体は、炭素粒子又は炭素含有粒子を含むことができる。炭素粒子又は炭素含有粒子の平均粒径は、０．１〜５０μｍの範囲、１〜５０μｍの範囲、２〜２５μｍの範囲、５〜２０μｍの範囲、１０〜１００ｎｍの範囲、２５〜７５ｎｍの範囲、４０〜６０ｎｍの範囲、１０〜１０００ｎｍの範囲、２０〜５００ｎｍの範囲、５０〜２５０ｎｍの範囲、２μｍ未満、１μｍ未満、又は５００ｎｍ未満とすることができる。１つの実施の形態において、炭素前駆体は、０．１〜５０μｍの範囲、１〜５０μｍの範囲、２〜２５μｍの範囲、又は５〜２０μｍの範囲の平均粒径を有するグラファイトである。別の実施の形態において、炭素前駆体は、２μｍ未満、１μｍ未満、５００ｎｍ未満、１０〜１００ｎｍの範囲、２５〜７５ｎｍの範囲、４０〜６０ｎｍの範囲、１０〜１０００ｎｍの範囲、２０〜５００ｎｍの範囲、又は５０〜２５０ｎｍの範囲の平均粒径を有するカーボンブラックである。
【００１１】
結合剤はセルロース系結合剤であってよい。セルロース系結合剤は、アルキル化又はアルコキシル化セルロース化合物を含むことができる。１つの実施の形態において、結合剤はエチルセルロースである。溶媒はアルコールであってよい。コーティング製剤は、必要に応じ、共溶媒を含むことができる。共溶媒はアルコールであってよい。１つの実施の形態において、溶媒はイソプロパノールである。別の実施の形態において、溶媒はイソプロパノールであり、コーティング製剤は、共溶媒であるブタノール又は１−メトキシ−２−プロパノールを含んでいる。
【００１２】
コーティング製剤中における、炭素前駆体対結合剤の比（質量％）は、少なくとも５：１、少なくとも１０：１、少なくとも１５：１、又は少なくとも２０：１とすることができる。
【００１３】
１つの実施の形態において、コーティング製剤は、５〜３０質量％の炭素前駆体、０．１０〜２．０質量％の結合剤、及び５０〜９５質量％の溶媒又は溶媒と共溶媒との組み合わせを含んでいる。別の実施の形態において、コーティング製剤は、５〜３０質量％のグラファイト及び／又はカーボンブラック、０．１０〜２．０質量％のセルロース系結合剤、及び５０〜９５質量％の溶媒と共溶媒との組み合わせを含んでいる。
【００１４】
剥離コーティングは、熱分解、ディップコーティング、及びスプレーコーティングを含む、様々な方法によって形成することができる。
【００１５】
剥離コーティングとシリカスートをそれぞれ別の成膜システムで形成することができる。別の成膜システムにおいて、捕捉基体に、剥離コーティングを形成することによって、剥離コーティング対するスートの成膜に使用される、成膜システムの汚染を防止することができ、剥離コーティング又は剥離コーティングの形成に使用される前駆体による汚染がない状態で、スート成膜処理において生じた、未使用のスートを回収することができる。回収した未使用のスートは、再利用又は別の目的に使用することができる。
【００１６】
本開示は多孔質スート体を形成する方法にも及び、本方法は
第１の成膜システムに捕捉基体を配置するステップ、
捕捉基体に、剥離コーティングを形成するステップ、
コーティングを形成した捕捉基体を、第１の成膜システムから第２の成膜システムに移送するステップ、及び
第２の成膜システムにおいて、コーティングを形成した捕捉基体に、スートを成膜するステップ
を備えている。
【００１７】
更なる特徴及び効果は、これに続く詳細な説明に述べてあり、当業者はその記述から、一部は容易に明らかであり、記載された説明、及び特許請求の範囲、並びに添付図面を含め、本明細書に記載の実施の形態を実施することによって認識できるであろう。
【００１８】
前述の概要説明及び以下の詳細な説明は、いずれも単なる例示であって、特許請求の範囲の性質及び特徴を理解するための概要、及び枠組みの提供を意図したものであることを理解されたい。
【００１９】
添付図面は、更なる理解が得られることを意図して添付したもので、本明細書に組み込まれ、その一部を構成するものである。図面は、本明細書の選択された態様の例示であって、明細書と併せ、本明細書に包含される方法、製品、及び組成の原理及び作用の説明に役立つものである。図面に示す特徴は、本明細書の選択された実施の形態の例示であって、必ずしも適切な縮尺で描かれているとは限らない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＯＶＤ法による、捕捉基体へのスート成膜を示す図。
【図２】熱分解炭素剥離コーティングを施したアルミナ捕捉ロッドを示す図。
【図３】剥離コーティングを施すためのディップコーティング装置を示す図。
【図４】ディップコーティング法において、剥離コーティングの厚さ及び捕捉基体の引き上げ速度に影響を及ぼす要因を示す図。
【図５】アルミナ捕捉ロッド上の炭素剥離コーティングを示す図。
【図６】アルミナ捕捉ロッド上の炭素剥離コーティングを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本明細書は、記載された説明の主題を特に指摘して明確に請求する請求項で終わるが、添付の図面と併せ、以下の記述からより良く理解されるであろう。
【００２２】
図面に記載の実施形態は、本質的に例示的なものであり、詳細な説明又は特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。図面全体を通し、可能な限り、同一又は同様の機能には同じ参照番号を使用している。
【００２３】
以下、図示の実施の形態について詳細に説明する。本明細書は、捕捉基体に、光ファイバーの製造に使用される剥離コーティングを形成する方法を提供する。剥離コーティングは、捕捉基体の表面に形成される犠牲層である。多孔質スート体が、剥離コーティングに形成され、剥離コーティングの存在によって、多孔質スート体から捕捉基体が容易に分離される。捕捉基体と多孔質スート体との間に、介在剥離コーティングを含めることによって、多孔質スート体に対する損傷を最小限に抑えて、多孔質スート体を捕捉基体から除去することができる。捕捉基体に対して粘着、あるいは強く作用する代わりに、多孔質スート体は剥離コーティングに対し弱く結合し、最小限の機械的な力で、捕捉基体から容易に摘出することができる。
【００２４】
捕捉基体はスートの堆積を受ける表面を提供する。捕捉基体は平坦、円筒、又はその他任意の形状であってよい。１つの実施の形態において、捕捉基体は、概して円筒形状を有する捕捉ロッドである。別の実施の形態において、捕捉基体は先細りになっていてよい。捕捉基体は、金属、金属合金、又はセラミックであってよい。１つの実施の形態において、捕捉基体はアルミナ等の金属酸化物である。
【００２５】
剥離コーティングは、捕捉基体の表面に形成されるコーティングである。剥離コーティングの外表面は、その後のスートの堆積を受ける表面の役割を果たす。１つの実施の形態において、剥離コーティングは、多孔質スート体から捕捉基体を除去する間に、捕捉基体に機械的な力を加えると容易に破砕する脆性材料である。剥離コーティングの破砕によって捕捉基体と多孔質スート体との連結が分断され、捕捉基体から多孔質スート体を容易に分離することができる。分離した多孔質スート体は、殆ど又は全く損傷を伴わずに完全に回収される。
【００２６】
別の実施の形態において、剥離コーティングは、多孔質スート体を成膜する間に徐々に劣化又は除去され、捕捉基体と多孔質スート体との間に、多孔質スート体と捕捉基体との間の相互作用力を低減する間隙を形成する酸化可能材料、分解可能材料、あるいはその他の反応性材料である。この実施の形態において、多孔質スートの成膜の初期段階において、剥離コーティングは完全なままであり、剥離コーティングに、多孔質スートの初期層が形成される。多孔質スート層の厚さが増すにつれて、その機械的完全性が向上し、十分強くなり多孔質スートの連続成膜を支持し、所望の厚さを有する多孔質スート体を形成することができる。同時に、多孔質スートが形成及び成膜される条件によって、剥離コーティングを酸化、反応、又は滅尽させる、その他のメカニズムが得られる。剥離コーティングが滅尽するにつれ、コーティングは、より薄く又はより多孔質になり、その多孔質スート体を捕捉基体に結合する機械的能力が損なわれる。１つの実施の形態において、多孔質スート体と捕捉基体との間おいて、捕捉基体の長さに沿った１つ以上の位置において間隙が生じる。剥離コーティングの間隙及び／又はポロシティが増すにつれ、剥離コーティングの機械的強度も低下し、剥離コーティングは、より小さい力で破砕し易くなり、捕捉基体からの多孔質スート体の分離が容易になる。
【００２７】
剥離コーティングは、捕捉基体の表面において、緻密なコーティングであってよい。あるいは、剥離コーティングは、捕捉基体の表面において、多孔質コーティングであってよい。１つの実施の形態において、剥離コーティングは、スート又はスート含有材料である。別の実施の形態において、剥離コーティングは、粒子又はナノ粒子材料である。
【００２８】
１つの実施の形態において、剥離コーティングは、炭素含有材料である。炭素含有材料は、多孔質スート体が形成される条件下において、容易に酸化し、徐々に滅尽することができる。炭素含有材料は、炭素含有スート、又は炭素含有粒子若しくはナノ粒子材料であってよい。別の実施の形態において、剥離コーティングは、本質的に炭素から成る材料である。本質的に純粋な炭素材料は、剥離コーティングが滅尽したとき及び／又は多孔質スート体から捕捉基体を分離するとき、不純物として、多孔質スート体の表面又は内部に残る可能性がある、他の成分を本質的に含んでいないため有益である。
【００２９】
剥離コーティングの厚さを調整して、捕捉基体と多孔質スート体との間に、有効な障壁を設けることにより、多孔質スート体からの捕捉基体の分離が容易になる。剥離コーティングの厚さは、１〜２５０μｍ、５〜２００μｍ、１０〜２００μｍ、１０〜１５０μｍ、１５〜１００μｍ、又は２０〜８０μｍとすることができる。
【００３０】
スート成膜が行われる装置が、剥離コーティングに使用される前駆体で汚染されるのを防止するためには、別のシステムで剥離コーティングを形成することが好ましい。剥離コーティングを捕捉基体に形成した後、コーティングを施した捕捉基体をスート成膜装置に配置することができ、剥離コーティングにスートを形成することができる。スート成膜装置が、剥離コーティングの形成に使用される前駆体又は剥離コーティングの形成中に生成された副産物で汚染されるのを回避することによって、スート成膜処理から回収される未使用のスートの純度が高く、未使用のスートは幅広い用途の利用に適している。スートの成膜に使用されるシステムとは別に、剥離コーティングを形成する処理は、本明細書において、オフライン処理と呼ぶことができる。
【００３１】
１つの実施の形態において、熱分解成膜技術によって、剥離コーティングが捕捉基体に形成される。熱分解成膜において、前駆体（通常は気体）が、その分解温度近くに加熱され、捕捉基体の表面に堆積して剥離コーティングが形成される１つ以上の成分が放出される。化学蒸着（ＣＶＤ）が、熱分解成膜技術の一例である。炭素剥離コーティングを成膜するために、ハイドロ炭素気体（例えば、メタン、アセチレン、プロパン、ブタン、１，３−ブタジエン）が、その分解温度（通常は１０００℃超）近くに加熱され、炭素及び水素への転化が誘導される。水素は気体（Ｈ２）として処理から退出し、炭素は捕捉基体の表面に堆積し、そこにコーティングが形成される。処理条件を変更してコーティングのポロシティを制御することができる。緻密なコーティングも形成することができる。複数の前駆体を同時又は順次熱分解して、複数の成分を有する剥離コーティングを形成することができる。分解が炭化水素気体に限定される場合、得られる剥離コーティングは、本質的に炭素から成る。
【００３２】
別の実施の形態において、剥離コーティングが、ディップコーティング法によって形成される。ディップコーティングにおいて、捕捉基体は、液体媒体（溶媒又は懸濁溶媒）中のコーティング材料の溶液又は懸濁液から成る前駆体に浸漬され、その後引き上げられる。
液体媒体が蒸発するにつれ、捕捉基体にコーティングが形成される。コーティングの厚さは、液体媒体の粘度、引き上げ速度、及び蒸発速度によって決定される。１つの例において、炭素剥離コーティングを形成するために、前駆体は、イソプロパノール系の溶媒中に高純度のグラファイト又はカーボンブラック粉末を含む懸濁液を含んでいる。必要に応じ、結合剤（例えば、エチルセルロース）が、懸濁液中に存在することができる。
【００３３】
更に別の実施の形態において、剥離コーティングが、スプレーコーティング法によって形成される。スプレーコーティング法において、気体（例えば、空気）駆動スプレーコーティング供給システムを使用して、液体コーティング材料（例えば、溶媒中のコーティング材料溶液、又は懸濁媒体中のコーティング材料の懸濁液）がミスト又はエアロゾルの形態で捕捉基体に供給される。スプレーヘッドが、所定のエアロゾル流量を供給する一方、スプレーヘッドが捕捉基体の目標とするコーティング長に沿って前後に平行移動するにつれ、捕捉基体が回転する。コーティング製剤は、各々の噴霧の通過と通過との間において、溶媒又は懸濁媒体が素早く蒸発して、液滴の形成又は他の望ましくないコーティングの不均一性が最小限に抑制されるものが理想的である。得られるコーティングの厚さ、密度、及び均一性は、コーティング製剤におけるコーティング材料の添加量、エアロゾルを生成する気体圧力／流速、捕捉ロッドの回転速度、スプレーヘッドの回転速度、スプレーヘッドの平行移動速度、及び通過回数の関数である。コーティングの厚さは＜２５μｍ〜２５０μｍの範囲とすることができる。噴霧処理は、捕捉基体上への剥離コーティングに対し、一定の範囲の蒸着プロファイルを可能にする。処理パラメータを変更することによって、捕捉基体に均一な厚さの剥離コーティングを成膜することができる。あるいは、捕捉基体の長さに沿って、先細り又は波状の厚さプロファイルを有する剥離コーティングを形成することができる。コーティング製剤は、溶媒又は懸濁媒体中に炭素又は炭素含有材料を含むことができる。コーティング製剤は、炭素系インク製剤であってよい。
【００３４】
多孔質スート体は、剥離コーティング上にスートを堆積させることによって形成される。１つの実施の形態において、スートはシリカスートである。シリカスートはドープされていてよい。別の実施の形態において、スートは、ケイ素及び１つ以上の付加元素（例えば、Ｔｉ）を含む酸化物粒子を有するスート等、シリカ含有スートを含んでいる。更に別の実施の形態において、スートはシリカスートと１つ以上の非ケイ素元素から誘導される酸化物スートの混合物である（例えば、シリカスートとチタニアスートとの組み合わせ、又はシリカスートとゲルマニアスートとの組み合わせ）。
【００３５】
当技術分野において、スート堆積技術が幾つか知られている。例えば、スートは、火炎法において、１つ以上のバーナーを使用して生成することができる。火炎法は、１つ以上のバーナーに１つ以上のスート前駆体を供給し、バーナーによって生成された火炎中で燃焼又は反応させることを含んでいる。代表的な火炎法には火炎加水分解及び火炎酸化がある。火炎法には外部蒸着（ＯＶＤ）（図１参照）、及び蒸気軸蒸着（ＶＡＤ）が含まれる。火炎法におけるケイ素前駆体には、ＳｉＣｌ４及びオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）が含まれる。金属酸化物スートの前駆体には、金属塩化物（例えば、ＴｉＣＬ４）及び金属アルコキシド（例えば、Ｔｉ（ｉ−ＯＰｒ）４）が含まれる。火炎法によって生成されるスートは、本質的に粒子であり、剥離コーティングに堆積して多孔質スート体を形成する。剥離コーティングを有する捕捉基体は、ハンドルを備え、捕捉基体を回転及び平行移動させる旋盤に取り付けられる。炎の動きを可能にする可動アセンブリ内に、１つ以上のバーナーを構成し、剥離コーティングに沿ったスートの配置を制御することができる。剥離コーティングを有する捕捉基体の回転運動によって、円形又は曲面を有する捕捉基体の角度方向のスート成膜の均一性が促進される。剥離コーティングが形成された捕捉基体と１つ以上のバーナーとの相対的な平行移動運動によって、広い範囲がカバーされ、捕捉基体に沿った軸方向のスート成膜の均一性が促進される。スートは、スート前駆体から直接剥離コーティングに形成することができる。あるいは、スートは、剥離コーティングとは独立して形成し、スート加圧処理によって、剥離コーティングに貼付して多孔質スート体を形成することができる。
【００３６】
スート成膜処理が終了すると、多孔質スート体が形成されている。多孔質スート体が捕捉基体に取り付けられたままであり、次に、捕捉基体から分離される。前述のように、スートの成膜中に、剥離コーティングが滅尽して、捕捉基体に対する多孔質スート体の接着を弱くすることができる。滅尽は分解、酸化、又は昇華過程の結果である。剥離コーティングは、脆性材料から構成することもできる。機械的な力を加えることによって、捕捉基体から多孔質スート体を分離することができる。捕捉基体を引っ張る及び／又は捩ることによって、多孔質スート体から分離することができる。捕捉基体と多孔質スート体とを隔てている剥離コーティングの機械的強度が弱いため、限られた機械的な力で分離することができる。分離に必要な力は十分に低く、多孔質スート体を破砕又は破損せずに、捕捉基を除去することができる。
【００３７】
分離すると、捕捉基体から独立した多孔質スート体が残る。多孔質スート体は、これまで捕捉基体が占めていた空間に対応する、内部空洞を有している。分離した多孔質スート体を更に処理することができる。１つの実施の形態において、分離した多孔質スート体を圧密化してコアケーンが形成される。圧密化は、水分及びヒドロキシル基を除去するための脱水、並びに孔を崩壊させる焼結を含んでいる。脱水は、分離した多孔質スート体を脱水剤（例えば、Ｃｌ２、ＣＯ、ＳｉＣｌ４、ＳＯＣｌ２）に曝露することによって達成される。脱水は、多孔質スート体の焼結及び高密度化を開始する温度より低い温度で行われる。多孔質スート体の細孔構造が、脱水剤を多孔質スート体の内部に浸透させることによって脱水が促進される。より完全な脱水が得られる。一般的な脱水温度は、約６００℃〜約１３００℃の範囲である。焼結は約１３００℃より高い温度で行われ、細孔構造の崩壊を介し、分離した多孔質スート体の圧縮が誘発され、完全に高密度化したガラス体が得られる。高密度化したガラス体は、光ファイバー母材の製造において、コアケーンとして使用することができる。光ファイバー母材を形成するために、コアケーンに１つ以上のクラッド層を形成し、脱水及び焼結処理を更に施して、クラッドを高密度化し、圧密コアケーンに融合させる。当技術分野で公知の技術を用いて、光ファイバー母材から、光ファイバーを形成することができる。
【００３８】
別の実施の形態において、分離した多孔質スート体を、光ファイバー母材を製造するためのケーンインスート処理において、クラッドとして使用することができる。この用途において、分離した多孔質スート体は、圧密化して高密度コアケーンに融合させることができる多孔質スートクラッドを構成する。分離した多孔質スート体は、「スリーブ」としての機能を果たし、予め製造された圧密コアケーンが、分離された多孔質スート体に存在する内部空洞に挿入されてコア−クラッドアセンブリが形成され、これを更に処理することによって光ファイバー母材を形成することができる。コア−クラッドアセンブリは、多孔質スートクラッド（分離した多孔質スート体）に囲まれた圧密コアケーンを含んでいる。圧密コアケーンと多孔質スートクラッドとの間に間隙が存在している。脱水剤に曝露することによって、コア−クラッドアセンブリを脱水することができる。脱水剤が圧密コアケーンと多孔質スートクラッドとの間の間隙に入り、更に多孔質スートクラッドの細孔構造に浸透して、水分及びヒドロキシル基を除去することができる。多孔質スートクラッドの外表面にも脱水剤を供給して、水分及びヒドロキシル基を除去することができる。脱水したコア−クラッドアセンブリを焼結して高密度光ファイバー母材を製造することができる。当技術分野で公知の技術を用いて、光ファイバー母材から、光ファイバーを形成することができる。
【００３９】
ケーンインスート処理の別の態様において、コア−クラッドアセンブリを還元剤にも曝露することができる。還元剤は脱水後に供給することができる。還元剤は焼結の前及び／又は焼結中に供給することができる。還元剤は、圧密ケーンコアと多孔質スートクラッドとの間隙、及び多孔質スートクラッドの細孔に入る気体として供給することができる。コア−クラッドアセンブリを還元剤に曝露することによって、光ファイバー母材及び母材から線引きされるファイバーにおける、酸素を多く含む欠陥（ペルオキシ欠陥、非架橋酸素ホール中心欠陥）の低減につながる。代表的な還元剤には、ＣＯ、ＳｉＣｌ４、及びＣＨ４が含まれる。コア−クラッドアセンブリを還元剤に曝露する温度は、１０５０℃より高い温度、１１００℃より高い温度、１１５０℃より高い温度、１２００℃より高い温度、１２５０℃より高い温度、１３００℃より高い温度、１０００℃〜１３００℃の温度、又は１０５０℃〜１２５０℃の温度であってよい。
【００４０】
１つの実施の形態において、捕捉基体への剥離コーティングの成膜と多孔質スート体を形成するためのスートの成膜が別のシステムにおいて実施される。第１の成膜システムにおいて、剥離コーティングが捕捉基体に形成され、剥離コーティングを有する捕捉基体が第１の成膜システムから移送されて第２の成膜システムに配置され、第２の成膜システムにおいて、多孔質スート体が形成される。別々の成膜システムを用いて、剥離コーティング及び多孔質スート体を形成する利点には、（１）剥離コーティング処理をオフライン処理に移すことによる、スート成膜に使用される旋盤の利用率の向上、（２）剥離コーティングの形成に最適化された専用システムの使用による、剥離コーティングの成膜におけるより良好な工程管理及び一貫性、（３）剥離コーティングの特性（例えば、厚さ、均一性、捕捉基体上の対象位置）をカスタマイズする上でのより大きい柔軟性、及び（４）剥離コーティングの形成に使用される前駆体からの不純物による、スート成膜処理において生成される未使用スートの汚染回避が含まれる。剥離コーティングが施された捕捉基体の棚卸品を、剥離コーティングを形成する専用の成膜システムで製造し、スート成膜が必要になるまで保存しておくことができる。剥離コーティングの成膜に必要な時間は、全処理時間のかなりの部分を占めることが多いため、予め形成した剥離コーティングを有する捕捉基体が利用できることは有益である。多孔質スート体の成膜に必要な時間は比較的短いため、予め形成した剥離コーティングを有する捕捉基体が利用できることによって、市場の要求を満足するための所要時間が短縮される。
【実施例１】
【００４１】
本実施例では、熱分解法を用いて、炭素剥離コーティングをアルミナ捕捉基体に形成した。アルミナ捕捉基体は、アルミナ捕捉ロッドの形態を成し、炭素含有原料の熱分解によって析出された炭素でコーティングした。炭素含有原料は、不活性ガス（アルゴン又はヘリウム）中の５０％（体積）のメタンの混合物であった。炭素含有原料を、１１００℃で１時間、１００ｓｃｃｍでアルミナ捕捉ロット上に流して、炭素剥離コーティングを形成した。図２は、アルゴンを不活性ガスとして用いて形成した炭素剥離コーティングを有する、処理後の捕捉ロッドを示す図である。上側の画像はコーティングを施した捕捉基体を示し、下側の画像は、剥離コーティングの品質を示すクローズアップ画像である。剥離コーティングの厚さは１０〜２０μｍであって、捕捉ロットの長さに沿って均一であった。炭素剥離コーティングの品質は、ヘリウムを不活性ガスとして用いたときより、アルゴンガスを不活性ガスとして用いたときの方が良好であることが分かった。熱分解成膜処理は、任意の長さの捕捉基体に調整可能であり、成膜システムにおいて、同時に複数の捕捉基体に剥離コーティングを施すことができる。
【実施例２】
【００４２】
本実施例では、ディップコーティング法によって、炭素剥離コーティングが、アルミナ捕捉ロッドに形成される。ディップコーティング法は、捕捉基体をコーティング媒体中に浸漬し、制御された速度でそれを引き上げることを含んでいた。ディップコーティング法は、１回の浸漬サイクルで、数マイクロメートルの厚さのコーティングを施すことができ、グラファイトをアルミナ捕捉ロッドにコーティングするのに適している。
【００４３】
剥離コーティングを形成するための装置を図３に示す。ディップコーティング装置の主な構成要素は、浸漬管、充填管、ポンプ、及びドレン弁である。コーティング媒体が充填管に供給され、ポンプで浸漬管内に送られ、コーティング媒体の貯留容器が形成される。また、ポンプは、コーティング媒体を再循環させて均一性を維持する。捕捉基体が浸漬管の上端に挿入され、コーティング材料の貯留容器の所望の深さまで下降し、その後引き上げられる。捕捉基体の表面から溶媒が蒸発するにつれて、剥離コーティングが形成される。
【００４４】
剥離コーティングの厚さは、溶媒の蒸発速度、及び捕捉基体表面からのコーティング媒体の排水速度の２つの要因によって制御される。溶媒の蒸発速度は、溶媒の選択（高蒸気圧＝高蒸発速度）及び貯留容器上方の温度（高温度＝高蒸発速度）によって影響され得る。排水速度は主にコーティング媒体の粘度に影響される（高粘度＝低排水）。厚いコーティングは、概して、高蒸発速度及び高粘度を有するコーティング媒体によって実現される。
【００４５】
溶媒蒸発速度及び排水速度は、コーティング媒体の貯留容器からの捕捉基体の最適な引き上げ速度も決定する（図４）。コーティング媒体の貯留容器から、基体が引き上げられるにつれ、乾燥前線が形成される。コーティングは乾燥前線の上部で乾燥し、乾燥前線の下部では液体のままである。捕捉基体の引き上げ速度が速すぎると、余分なコーティング媒体が、捕捉基体の表面から流れ落ちるのに十分な時間がなく、貯留容器に戻る前に乾燥する。この場合には、乾燥前線が、時間と共に捕捉基体に沿って上方（貯留容器から離間する方向）に移動し、得られる剥離コーティングの被覆の厚さは、捕捉基体に沿って上から下に向かって増加すると思われる。捕捉基体の引き上げ速度がゆっくり過ぎると、ほとんどのコーティング媒体が捕捉基体の表面から流れ落ちてしまう。得られる剥離コーティングの膜は均一ではあるが、非常に薄く、妥当な厚さのコーティングを得るためには長時間を要することになる。最適な引き上げ速度は、乾燥前線（通常、貯留容器の上端からほんの数インチ上方）が静止したままで、得られる剥離コーティングが、基体の長さに沿って均一であり、かつ剥離コーティングの成膜速度が合理的に高い、コーティング媒体の乾燥速度が排水速度とバランスする速度である。
【００４６】
一般的なコーティング処理において、捕捉基体の表面が溶媒（例えば、イソプロパノール）で洗浄され、コーティングを必要としない捕捉基体の部分はテープ（例えば、マスキングテープ又はＰＴＦＥテープ）で覆われる。次に、捕捉基体の一端が、機械的スライドに取り付けられ、コーティング媒体の貯留容器の上方に引き上げられる。位置合わせをチェックした後、剥離コーティングの目標高さに達するまで、捕捉基体が貯留容器内に下降する。次に、捕捉基体は、ディップコーティング装置から完全に外れるまで、１〜２０ｍｍ／秒の範囲の速度で、貯留容器から引き上げられる。次に、捕捉基体は、スライドから取り外され、コーティングが硬化される。次に、マスクした部分からテープが取り外され、剥離コーティングロッドを有する捕捉基体を、スート成膜ユニットに移送する準備が整う。
【００４７】
炭素剥離コーティングを形成することができるコーティング媒体は、一般に、炭素前駆体、結合剤、及び溶媒を含んでいる。炭素前駆体は不溶性固体であり、溶媒中に浮遊する。炭素前駆体は、グラファイト又はカーボンブラック等の粒状炭素含有固体であってよい。炭素前駆体の粒径は、コーティング媒体の処理及び剥離コーティングの特性に影響を与える。炭素前駆体の粒径が大きすぎると、炭素粒子はコーティング貯留容器の底に沈降する傾向があり、コーティング媒体の均一性が損なわれる。しかし、大きい炭素粒子は、より良好な粘着性を示し、より耐久性のある剥離コーティング（耐擦傷性が低いもの）をもたらし、溶媒中に高濃度で添加することができる。炭素前駆体の高添加量によって、コーティング媒体の高粘度及び（１回の浸漬サイクルに対する）剥離コーティングの厚い被膜が得られる。小さい炭素粒子は浮遊性が高く、時間と共に沈殿し難いが、粘着性が低く（従って、高結合剤濃度を必要とする）、溶媒中に高濃度で添加することができないため、所定の厚さの剥離コーティングを得るためには、より多くの処理時間（長い浸漬サイクル又は複数の浸漬サイクル）を必要とする。
【００４８】
１つの実施の形態において、炭素前駆体は、１〜５０μｍの範囲の平均サイズを有する炭素粒子を含んでいる。別の実施の形態において、炭素前駆体は、２〜２５μｍの範囲の平均サイズを有する炭素粒子を含んでいる。更に別の実施の形態において、炭素前駆体は、５〜２０μｍの範囲の平均サイズを有する炭素粒子を含んでいる。グラファイトは、マイクロメートルスケールの炭素粒子を有する代表的な炭素前駆体である。
【００４９】
炭素前駆体は、１〜５０μｍ、２〜２５μｍ、５〜２０μｍ、１０〜１００ｎｍ、２５〜７５ｎｍ、４０〜６０ｎｍ、１０〜１０００ｎｍ、２０〜５００ｎｍ、５０〜２５０ｎｍ、１μｍ未満、５００ｎｍ未満、又は１００ｎｍ未満の平均サイズを有する炭素粒子又は炭素含有粒子も含んでいる。カーボンブラックは、ナノスケールの炭素粒子を有する代表的な炭素前駆体である。炭素前駆体はマイクロメートルスケールの炭素粒子（例えば、グラファイト）及びナノスケールの炭素粒子（例えば、カーボンブラック）の組み合わせも含んでいる。本明細書において、平均粒径は、炭素前駆体中のすべての粒子の平均サイズを意味し、すべての粒子の部分集合の平均サイズではない。
【００５０】
多孔質スート体の汚染を回避するためには、高純度の炭素前駆体を使用することが好ましい。炭素前駆体は、本質的に炭素及び／又は炭素粒子及び／又はグラファイト及び／又はカーボンブラックから成ることができる。
【００５１】
結合剤は、溶媒中の炭素前駆体の分散を支援することによって、コーティング媒体の均一性を促進する。また、結合剤は、剥離コーティングと捕捉基体との接着性、及び剥離コーティング内部の接着性を促進する。更に、結合剤はコーティング媒体の粘度にも影響を与える。
【００５２】
天然源由来の結合剤（例えばセルロース系の結合剤）は、不純物を含んでいる場合が多い。かかる不純物を最小限に抑制するためには、捕捉基板に対する炭素剥離コーティングの適切な接着性及び炭素剥離コーティング内部の適切な接着性を達成するための必要最小限の結合剤を使用することが好ましい。この目的を達成するために、炭素と結合剤との比（質量％単位）は、少なくとも５：１、少なくとも１０：１、少なくとも１５：１、又は少なくとも２０：１とすることができる。
【００５３】
コーティング媒体の粘度は、溶媒の選択にも影響される。溶媒の揮発性（例えば、蒸気圧）は、コーティング媒体の蒸発速度に影響を与える。共溶媒を含めて、結合剤の溶解を促進することもできる。代表的な溶媒及び共溶媒には、プロパノール及びブタノールアルコール、又はアルコキシ置換アルコール（例えば、１−メトキシ−２−プロパノール）等のアルコールが含まれる。アルコール及びアルコキシ置換アルコールは、セルロース系結合剤を適切に溶解する。
【００５４】
セルロース系の結合剤には、セルロース及び置換セルロース化合物が含まれる。１つの実施の形態において、セルロース系の結合剤は置換セルロース化合物であって、置換はセルロースの１つ以上のヒドロキシル位置で生じ、ヒドロキシル基（−ＯＨ）がアルコキシ基（−ＯＲ、ここでＲはアルキル基又は他の有機基である）に変換される。Ｒは、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アセテート基、プロピオネート基、又はブタノエート基である。置換セルロース化合物は、１つ以上のＲ基による置換を含むことができる。セルロース系の結合剤は、純化合物としてコーティング媒体に組み込むか、又は溶媒で希釈して粘度を制御してもよい。溶媒は、芳香族化合物若しくはアルコール、又は芳香族化合物とアルコールの組み合わせであってよい。１つの実施の形態において、溶媒はトルエンとアルコール（例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、又はブタノール）の混合物である。１つの実施の形態において、結合剤は、例えば、トルエン−エタノール混合溶媒中のエチルセルロース等、芳香族−アルコール混合溶媒中の（本明細書において、アルキルセルロース化合物又はセルロースエーテルとも呼ぶことができる）アルキル置換セルロースである。代表的なセルロース系の結合剤には、エチルセルロース及びセルロースアセテートブチレートが含まれる。
【００５５】
１つの実施の形態において、コーティング媒体は、５〜３０質量％の炭素前駆体、０．１０〜２．０質量％の結合剤、及び５０〜９５質量％の溶媒と共溶媒との組み合わせを含んでいる。別の実施の形態において、コーティング媒体は、５〜３０質量％のグラファイト、０．１０〜２．０質量％のセルロース系の結合剤、及び５０〜９０質量％の１種以上のアルコール溶媒、アルコキシ置換アルコール溶媒、又は共溶媒の組み合わせを含んでいる。更に別の実施の形態において、コーティング媒体は、５〜３０質量％のグラファイト、０．１０〜２．０質量％のエチルセルロース結合剤、及び５０〜９５質量％のイソプロパノール、ブタノール、及び１−メトキシ−２−プロパノールの１種以上の組み合わせを含んでいる。
【００５６】
１つの実施の形態において、コーティング媒体は、５〜３０質量％のグラファイト、０．１０〜２．０質量％のエチルセルロース結合剤、及び５０〜９５質量％のイソプロパノールを含んでいる。別の実施の形態において、コーティング媒体は、１０〜３０質量％のグラファイト、０．１０〜２．０質量％のエチルセルロース結合剤、少なくとも５０質量％のイソプロパノール、及びイソプロパノール以外の少なくとも２質量％のアルコール又はアルコキシアルコールを含んでいる。更に別の実施の形態において、コーティング媒体は、１０〜３０質量％のグラファイト、０．１０〜２．０質量％のエチルセルロース結合剤、６０〜８０質量％のイソプロパノール、イソプロパノール以外の少なくとも１質量％のアルコール、及び少なくとも１質量％のアルコキシアルコールを含んでいる。更に別の実施の形態において、コーティング媒体は、１０〜３０質量％のグラファイト、０．１０〜２．０質量％のエチルセルロース結合剤、６０〜８０質量％のイソプロパノール、及び３〜７質量％のブタノールを含んでいる。更に別の実施の形態において、コーティング媒体は、１０〜３０質量％のグラファイト、０．１０〜２．０質量％のエチルセルロース結合剤、６０〜８０質量％のイソプロパノール、３〜７質量％のブタノール、及び少なくとも１質量％のアルコキシアルコールを含んでいる。更なる実施の形態において、コーティング媒体は、１０〜３０質量％のグラファイト、０．１０〜２．０質量％のエチルセルロース結合剤、６０〜８０質量％のイソプロパノール、３〜７質量％のブタノール、及び少なくとも１質量％の１−メトキシ−２−プロパノールを含んでいる。
【００５７】
コーティング媒体を調製するために、溶媒（及び任意の共溶媒）を計量して受け入れ容器に入れる。炭素前駆体及び結合剤を個別に計量し、軽く混合して混合物を溶媒に添加したとき、結合剤が凝集するのを防止する。次に、受け入れ容器内の溶媒に混合物を添加する。粉砕媒体の断片（例えば、１／２”（約１．２７ｃｍ）×１／２” （約１．２７ｃｍ）のアルミナ）を添加して、結合剤の溶解を促進し凝集物を分解する。次に、受け入れ容器に蓋をして長期間圧延装置に載置する。時間と共に生じる可能性のある沈降を防止するために、ディップコーティング装置で使用する直前に受け入れ容器を攪拌する。
【００５８】
連のコーティング製剤を調製し、アルミナの捕捉ロッドに適用して、炭素剥離コーティングを形成した。製剤の組成を以下の表Ｉ及びＩＩに示す。
【００５９】
【表１】
2018510114.tif 000003
【００６０】
【表２】
2018510114.tif 000004
【００６１】
グラファイト及びカーボンブラックは炭素前駆体である。グラファイトはＡｌｆａ−Ａｅｓａｒ社から取得したもので、表に示すように、２〜１５μｍ、０．２５〜５μｍ、又は０．１〜１０μｍの平均粒径を有していた。アセチレンブラックとも呼ばれる、カーボンブラックは、Ａｌｆａ−Ａｅｓａｒ社から取得したもので（製品番号３９７２４）、４２ｎｍの平均炭素粒径を有していた。ＥＣ−１０、ＥＣ−２２、ＥＣ−３００、セルロースアセテート、及びＣＡＢ−５５３−０．４は、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社から得られる（製品番号それぞれ２００６８９、２００６９７、及び２００５４６）等級が異なるエチルセルロース結合剤である。ＥＣ−１０、ＥＣ−２２、及びＥＣ−３００は、各々４８％のエトキシル標識を有している。等級が異なるエチルセルロース結合剤は、異なる分子量を反映している。ＥＣ−１０はＥＣ−２２より分子量が低く、ＥＣ−２２はＥＣ−３００より分子量が低い。ＣＡＢ−５５３−０．４は、セルロースアセテートブチレートであり、Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から取得したものである。イソプロパノールは溶媒である。１−ブタノールは共溶媒である。ＰＧＭＥ（１−メトキシ−２−プロパノール、ポリエチレングリコールメチルエーテルとしても知られている）は共溶媒である。溶媒及び共溶媒は、Ｆｉｓｈｅｒ社、Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ社、及びＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社を含む多くの販売会社から入手することができる。
【００６２】
図３に示す型のディップコーティング装置を用いて、アルミナの捕捉ロッドに、各々の製剤を施した。各々の捕捉ロッドに製剤を施して、１０〜２０μｍの目標厚さを有する炭素剥離コーティングを形成した。コーティング製剤の貯留容器からの引き上げ速度は１〜２０ｍｍ／ｓであった。コーティングを施した捕捉ロッドのサンプルを図５及び６に示す。各々の捕捉ロッドには、炭素剥離コーティングの形成に使用したコーティング製剤の番号（表Ｉ）が付してある。炭素剥離コーティングは、捕捉ロッドに沿って左から延びている暗色のコーティングに対応している。コーティングの厚さは、捕捉ロッドに沿った選択位置で測定し、１３マイクロメートル以下であることが判明した。サンプルの捕捉ロッドは、ディップコーティング法を用いて、高品質の剥離コーティングを成膜することができることを実証している。
【００６３】
火炎法及びＯＭＣＴＳ（オクタメチルシクロテトラシロキサン）をシリカ前駆体として使用し、多孔質スート体を選択された捕捉基体上に形成した。スート成膜の初期段階において、火炎が捕捉ロッドを横切ってシリカスートの初期層が形成されるとき、剥離コーティングを観察することによって、捕捉ロッド上の炭素剥離コーティングの耐久性を調べた。剥離コーティングは、スート成膜処理の開始時に最も極端な温度に曝され、スートの厚さが増すにつれて断熱され、成膜前線が捕捉ロッドから更に離れる。バーナーの炎が最初に数回通過する間、炭素剥離コーティングの完全性が維持され、多孔質スート体が成功裏に形成された。
【００６４】
多孔質スート体を形成した後、捕捉ロッドを手動で引き抜いて、捕捉ロッドから多孔質スート体を分離した。僅かな力で捕捉ロッドを除去することができ、除去した捕捉ロッドの表面は、残留炭素が殆んど又は全くない清浄な表面であった。捕捉ロッドを除去した後、２つの分離した多孔質スート体をコアケーンと一体化して、コア−クラッドアセンブリを形成し、ケーンインスート処理において圧密した。小さい方の多孔質スート体を小さい方のコアケーンと一体化して、小さい方のコア−クラッドアセンブリを形成した。大きい方の多孔質スート体を大きい方のコアケーンと一体化して、大きい方のコア−クラッドアセンブリを形成した。小さい方のコア−クラッドアセンブリのケーンインスート圧密は、コアケーンの外面と多孔質スート体の内面との間の空間に脱水気体を通すことを含んでいた。両方のコア−クラッドアセンブリを完全に圧密化してファイバー母材を形成した。母材の目視品質は優れており、ファイバーの製造に使用される通常の母材に匹敵するものであった。ファイバーを小さい方の母材から線引きした。線引きしたファイバーの直径は均一であり、空気線欠陥及びシード欠陥は見られなかった。ファイバーについて観察された減衰のレベルは、標準的な市販のファイバーに匹敵し、母材製造過程に含まれる炭素剥離コーティングが、ファイバーの品質に明らかな悪影響を及ぼさなかったことが実証された。
【００６５】
剥離コーティングに関する１つの潜在的な懸念は、捕捉基体の分離後に、剥離コーティングの残留物が、多孔質スート体の内面に残るか否かであった。かかる残留物は、ケーンインスートアセンブリのコアケーンと多孔質スート体との界面に存在し、圧密化後に形成されたファーバー母材及び母材から線引きされるファイバーの機械的脆弱性の原因となる可能性がある。懸念を調査するために、ケーンインスート母材から線引きされたファイバーを１００ｋｐｓｉ（約６．９ＭＰａ）でスクリーン試験して強度を評価した。ファイバーは破断したが、破断端部のＢＳＡ（破断源分析）によって、破断点の位置がファイバーの表面であって、コア−クラッドの界面ではないことが明らかになった。このことは、剥離コーティングの残留物が破断の原因ではなく、剥離コーティングと無関係な幾つかの要因が、機械的破損の原因であったことを示している。
【実施例３】
【００６６】
本実施例では、スプレーコーティング法によって、炭素剥離コーティングが、アルミナ捕捉ロッドに形成される。スプレーコーティング法は、捕捉ロッドの長さに沿ってスプレーガンを平行移動させながら、捕捉ロッドを回転させ、捕捉ロッドにコーティング媒体を塗布して剥離コーティングを成膜することを含んでいる。スプレーガンは空気又は気体で駆動され、コーティング媒体を、液体スプレー又は微細なミストとして捕捉ロッドに塗布する。
【００６７】
スプレー法のコーティング媒体は、炭素前駆体材料を含有する懸濁系製剤であってよい。ディップコーティング法（前述の実施例２において説明した製剤を含む）に使用されるコーティング製剤は、概して、スプレーコーティング法のコーティング媒体として適している。あるいは、スプレーコーティング法のコーティング媒体には、後に炭素に還元されて剥離コーティングをもたらすフェノール樹脂等の有機ポリマー炭素前駆体が含まれる。高品質の炭素剥離コーティングを提供する一方、炭素剥離コーティングの特性がスプレーシステムの要件に合致するように、溶媒（例えば、イソプロパノール）又は相溶性共溶媒（例えば、ブタノール、ＰＧＭＥ、テルピネオール）を追加することによって、炭素前駆体材料の濃度、粘度、及び乾燥速度を調整することができる。
【００６８】
炭素剥離コーティングの厚さ及び均一性は、成膜される材料の炭素濃度、スプレーガンの流量設定、捕捉ロッドの回転速度、噴霧速度、及び目標コーティング長に沿った通過回数の関数である。スプレー法を用い、前述のパラメータを調整することによって、厚さが均一又は捕捉ロッドの長さに沿って変化する（先細り、正弦的厚さ変動等）炭素コーティングを成膜することができる。炭素の厚さは、数マイクロメートル〜１００マイクロメートル未満の範囲とすることができる。
【００６９】
アルミナの捕捉ロッドに炭素剥離コーティングを形成する実験を行った。前述の実施例２において説明した種類の、ディップコーティング用のコーティング製剤を使用して、炭素剥離コーティングを成膜した。１つの製剤は、ＳＰＩ Ｓｕｐｐｌｉｅｓから入手可能な市販のグラファイト塗料（製品番号０５００６−ＡＢ）であった。別の製剤は、１９．８質量％のグラファイト（平均粒径２〜１５μｍ）、０．８５質量％のＥＣ−３００エチルセルロース結合剤、７２．２質量％のイソプロパノール、５．０質量％の１−ブタノール、及び５．０質量％のＰＧＭＥを含んでいた。（ディップコーティング法にも適している）何れの製剤も、スプレーコーティング法において、高品質の炭素剥離コーティングをもたらした。
【００７０】
別に明記しない限り、本明細書に記載のすべての方法は、そのステップを特定の順序で実施する必要があると解釈されることを意図するものでは全くない。従って、方法のクレームが、そのステップが従うべき順序を実際に列挙していない場合、又はステップが特定の順序に限定されることが、請求項又は明細書に具体的に記述されていない場合には、特定の順序が推定されることを意図するものでは全くない。
【００７１】
例示した実施の形態の精神又は範囲を逸脱することなく、様々な改良及び変形が可能であることは当業者には明らかであろう。例示した実施の形態の精神及び実体を組み込んだ、開示した実施の形態の改良、組み合わせ、小組み合わせ、及び変形が当業者に想到され得るため、本明細書は、添付の特許請求の範囲及びその均等物をすべて包含するものと解釈されるべきである。
【００７２】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００７３】
実施形態１
多孔質スート体を形成する方法であって、
第１の成膜システムに捕捉基体を配置するステップと、
前記捕捉基体に剥離コーティングを形成するステップと、
前記コーティングを形成した捕捉基体を、前記第１の成膜システムから第２の成膜システムに移送するステップと、
前記第２の成膜システムにおいて、前記コーティングを形成した捕捉基体に、スートを成膜するステップと、
を備えた方法。
【００７４】
実施形態２
前記捕捉基体が、アルミナを含む、実施形態１記載の方法。
【００７５】
実施形態３
前記捕捉基体が、シリカを含む、実施形態１記載の方法。
【００７６】
実施形態４
前記捕捉基体が、先細りになっている、実施形態１〜３いずれかに記載の方法。
【００７７】
実施形態５
前記第１の成膜システムが、ディップコーティング装置を含んでいる、実施形態１〜４いずれかに記載の方法。
【００７８】
実施形態６
前記剥離コーティングが、炭素を含む、実施形態１〜５いずれかに記載の方法。
【００７９】
実施形態７
前記スートが、シリカを含む、実施形態１〜６いずれかに記載の方法。
【００８０】
実施形態８
前記剥離コーティングが、ディップコーティングによって形成される、実施形態１〜７いずれかに記載の方法。
【００８１】
実施形態９
前記ディップコーティングが、前記捕捉基体に、液体コーティング媒体を施すステップを含む、実施形態８記載の方法。
【００８２】
実施形態１０
前記液体コーティング媒体が、炭素前駆体を含む、実施形態８記載の方法。
【００８３】
実施形態１１
前記炭素前駆体が、１〜５０μｍの範囲の平均粒径を有する炭素粒子を含む、実施形態１０記載の方法。
【００８４】
実施形態１２
前記炭素前駆体が、２〜２５μｍの範囲の平均粒径を有する炭素粒子を含む、実施形態１０記載の方法。
【００８５】
実施形態１３
前記液体コーティング媒体が、結合剤を更に含む、実施形態１０〜１２いずれかに記載の方法。
【００８６】
実施形態１４
前記結合剤が、エチルセルロースを含む、実施形態１３記載の方法。
【００８７】
実施形態１５
前記液体コーティング媒体が、溶媒を更に含み、該溶媒がアルコールを含む、実施形態１０〜１４いずれかに記載の方法。
【００８８】
実施形態１６
前記アルコールが、イソプロパノールである、実施形態１５記載の方法。
【００８９】
実施形態１７
前記コーティング媒体が、共溶媒を更に含み、該共溶媒がアルコールを含む、実施形態１５又は１６記載の方法。
【００９０】
実施形態１８
前記液体コーティング媒体が、５〜３０質量％の炭素前駆体、０．１０〜２．０質量％の結合剤、及び５０〜９５質量％の溶媒を含む、実施形態９記載の方法。
【００９１】
実施形態１９
前記炭素前駆体が、グラファイトである、実施形態１８記載の方法。
【００９２】
実施形態２０
前記結合剤が、エチルセルロースを含む、実施形態１８又は１９記載の方法。
【００９３】
実施形態２１
前記溶媒が、イソプロパノールを含む、実施形態１８〜２０いずれかに記載の方法。
【００９４】
実施形態２２
前記溶媒が、ブタノール又は１−メトキシ−２−プロパノールを更に含む、実施形態２１記載の方法。
【００９５】
実施形態２３
前記剥離コーティングが、１〜２５０μｍの範囲の厚さを有する、実施形態１〜２２いずれかに記載の方法。
【００９６】
実施形態２４
前記第２の成膜システムが、火炎を含み、該火炎がスート前駆体を燃焼させて前記スートを形成する、実施形態１〜２３いずれかに記載の方法。
【００９７】
実施形態２５
前記スートが、ケイ素を含み、前記スート前駆体が、シリカ前駆体を含む、実施形態２４記載の方法。
【００９８】
実施形態２６
前記シリカ前駆体が、オクタメチルシクロテトラシロキサン又はＳｉＣｌ４である、実施形態２５記載の方法。
【００９９】
実施形態２７
前記スートが、ゲルマニウムを含み、前記スート前駆体が、ゲルマニア前駆体を含む、実施形態２４記載の方法。
【０１００】
実施形態２８
前記ゲルマニア前駆体が、ＧｅＣｌ４である、実施形態２７記載の方法。
【０１０１】
実施形態２９
前記スートを成膜するステップが、前記剥離コーティング上に、多孔質スート体を形成するステップを含む、実施形態２７又は２８記載の方法。
【０１０２】
実施形態３０
前記捕捉基体を、前記多孔質スート体から分離するステップを更に備えた、実施形態２９記載の方法。
【０１０３】
実施形態３１
前記多孔質スート体を脱水焼結するステップ、及びコアケーンに再構成するステップを更に備えた、実施形態３０記載の方法。
【０１０４】
実施形態３２
前記火炎によって形成された前記スートが、使用済み部分と未使用部分とを含み、前記使用済み部分が、前記剥離コーティング上に成膜され、前記未使用部分が、前記剥離コーティング上に成膜されていない、実施形態２５又は２６記載の方法。
【０１０５】
実施形態３３
前記第２の成膜システムから、前記スートの前記未使用部分を回収するステップであって、前記回収した未使用のスートが、前記剥離コーティングからの汚染を含んでいない、ステップを更に備えた、実施形態３２記載の方法。
【０１０６】
実施形態３４
前記剥離コーティングが炭素を含み、前記回収された未使用のスートが、炭素汚染されていない、実施形態３３記載の方法。
【０１０７】
実施形態３５
前記スートを成膜するステップが、前記剥離コーティング上に、多孔質スート体を形成するステップを含む、実施形態２４〜３４いずれかに記載の方法。
【０１０８】
実施形態３６
前記多孔質スート体を形成するステップが、前記剥離コーティングにスートを押圧するステップを含む、実施形態３５記載の方法。
【０１０９】
実施形態３７
前記捕捉基体を、前記多孔質スート体から分離するステップであって、前記分離した多孔質スート体が内部空洞を有する、ステップを更に備えた、実施形態３５又は３６記載の方法。
【０１１０】
実施形態３８
前記分離した多孔質スート体の前記内部空洞に、コアケーンを挿入するステップを含む、コア−クラッドアセンブリを形成するステップを更に備えた、実施形態３７記載の方法。
【０１１１】
実施形態３９
前記コア−クラッドアセンブリを脱水するステップを更に備えた、実施形態３８記載の方法。
【０１１２】
実施形態４０
前記コア−クラッドアッセンブリに還元剤を供給するステップであって、前記還元剤が前記コアケートと前記分離した多孔質スート体との間の空間を通過する、ステップを更に備えた、実施形態３８又は３９記載の方法。
【０１１３】
実施形態４１
前記分離した多孔質スート体を焼結するステップを含む、前記コア−クラッドアセンブリを圧密化するステップを更に備えた、実施形態３８〜４０いずれかに記載の方法。
【０１１４】
実施形態４２
前記圧密化したコア−クラッドアセンブリから、ファイバーを線引きするステップを更に備えた、実施形態４１記載の方法。
【０１１５】
実施形態４３
前記分離した多孔質スート体を延伸するステップであって、前記内部空洞の直径を減少させるステップを更に備えた、実施形態３７〜４１いずれかに記載の方法。
【０１１６】
実施形態４４
前記分離した多孔質スート体の前記内部空洞に、コアケーンを挿入するステップを含む、コア−クラッドアセンブリを形成するステップを更に備えた、実施形態４３記載の方法。
【０１１７】
実施形態４５
前記コア−クラッドアセンブリを脱水するステップを更に備えた、実施形態４４記載の方法。
【０１１８】
実施形態４６
前記コア−クラッドアッセンブリに還元剤を供給するステップであって、前記還元剤が前記コアケーンと前記分離した多孔質スート体との間の空間を通過する、ステップを更に備えた、実施形態４５記載の方法。
【０１１９】
実施形態４７
前記分離した多孔質スート体を焼結するステップを含む、前記コア−クラッドアセンブリを圧密化するステップを更に備えた、実施形態４４記載の方法。
【０１２０】
実施形態４８
前記圧密化したコア−クラッドアセンブリから、ファイバーを線引きするステップを更に備えた、実施形態４７記載の方法。
【符号の説明】
【０１２１】
２０  多孔質スート体
２８  中心線
３０  捕捉基体
３２  管状ハンドル
３４  バーナー
３６  シリカ系スート
【図１】
2018510114.tif 000005
【図２】
2018510114.tif 000006
【図３】
2018510114.tif 000007
【図４】
2018510114.tif 000008
【図５】
2018510114.tif 000009
【図６】
2018510114.tif 000010
【国際調査報告】
2018510114.tif 000011
2018510114.tif 000012
2018510114.tif 000013