JP2007264527A - プラズマを用いた線条体の被覆除去方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバに大きな影響を与えることなく、光ファイバの被覆を大気圧雰囲気のドライプロセスで高速に除去する方法及び装置を提供する。
【解決手段】プラズマ生成ガス、マイクロ波、マイクロギャップを備えたラジカル制御された非平衡大気圧プラズマ源と、プラズマ炎を発生させる電極から２〜３ｍｍの距離に線条体を保持する線条体保持部と、前記線条体を長手方向に相対移動させる移動ステージとを備えた線条体の被覆除去装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、線条体の被覆、例えば光ファイバに被覆された樹脂系の被覆層を除去する方法に関し、特にラジカル制御された非平衡大気圧プラズマを用い、大気圧雰囲気で被覆層を除去する方法に関する。

光ファイバ心線を接続するためには接続する光ファイバ心線のプラスチック被覆を一定の長さ除去することが必要である。光ファイバ心線に傷をつけることなく且つ光ファイバを劣化させることなく被覆を除去する方法が提供されている。

光ファイバの強度を低下させることなく、光ファイバ心線の中間部被覆を除去する光ファイバ心線の中間部被服除去方法が特開２００２−９０５５１号広報に開示されている。

この方法においては、光ファイバが紫外線硬化型樹脂のプライマリ層およびセカンダリ層で被覆された光ファイバ心線に対して、先ず、中間部被覆除去区間の両端の２箇所にプライマリ層内に達する円周方向の切込みを入れて切り込み端を形成する。次いで、切削刃を一方の切り込み端のプライマリ層内に切り込ませて、光ファイバを傷つけることなく中間部被覆除去区間の他方の切り込み端まで長手方向に移動させて被覆を除去し、光ファイバを少なくとも部分的に露出させる。更に、中間部被覆除去区間の残された被覆を有機溶剤に浸け膨潤させる。

光ファイバ心線の接続のために、光ファイバ心線端部の被覆を除去する光ファイバ心線の被覆除去方法が特開１９９４−９４９２５号広報に開示されている。
この方法においては、ホットストリッパーを用いる。即ち、外径１２５μｍの光ファイバに外径３００μｍ以下の被覆を施した光ファイバ心線の被覆をホットストリッパーを用いて除去する際に、除去する部分の被覆の外周に外径４００μｍ以上となるように樹脂層を形成した後、ホットストリッパーによりその部分の被覆を樹脂層と共に除去する。この方法によると、 被覆外径が３００μｍ以下の細い光ファイバ心線の被覆をホットストリッパーにより光ファイバに傷をつけずに大きな強度低下を起こさせることなく除去することができる。

プラズマを用いたエッチング技術が、表面技術 Vol.55,No12,2004 P38〜P42に開示されている。それによると、大気圧プラズマは従来、平板に照射する手段として使われていた。即ち、シリコン酸化膜の高速加工をＨｅ、ＮＦ３、Ｈ２Ｏのガス系で、ＳｉＯ２のエッチング速度１４μｍ／ｍｉｎの超高速エッチングに成功した。さらにＳｉはほとんどエッチングされず、選択比２００以上の結果を得たことが開示されている。
半導体プロセスのエッチング工程や成膜工程において使用するフルオロカーボンガスの分解合成に使用するプラズマ発生装置が特開２００５−２３５４６４号広報に開示されている。このプラズマ発生装置によると、大気圧において安定したプラズマを発生させることができる。

半導体デバイスの製造工程に使用されるプラズマ処理装置およびプラズマ源が特開２００４−３５３０６６号広報に開示されている。プラズマ源は、ガスを供給するチャンバとチャンバのガス流出側に配置されたガス通過が可能な複数の電極孔を有するホローカソード電極部材を含み、ホローカソード電極部材の電極孔内で、マイクロカソードプラズマ放電が可能なプラズマ源である。このプラズマ処理装置によると、高効率でかつ高密度のプラズマを生成することができる。
プラズマを使用した電子部品処理方法及び装置が特開２００５−１２９６９２号広報に開示されている。

即ち、端子部を有する電子部品の処理方法が開示されており、銅を主成分としかつ表面が樹脂で被覆された被覆線からなる端子部に、希ガス、酸素およびフッ素を含むガスの混合ガスを用いて発生させたプラズマを照射するに際して、希ガスの比率を９０％以上９９．９％以下とする電子部品の処理方法である。この方法によると、局所的にプラズマを発生させることができ、端子部となる部分のエナメル被覆を除去することができる。
特開２００２−９０５５１号広報 特開２００２−９０５５１号広報 特開２００２−９０５５１号広報 特開１９９４−９４９２５号広報 特開２００５−２３５４６４号広報 特開２００４−３５３０６６号広報 特開２００５−１２９６９２号広報 表面技術 Vol.55,No12,2004 P38〜P42

特開２００２−９０５５１号広報に開示された光ファイバ心線の中間部被服除去方法によると、円周方向の切り込み端の形成、被覆除去区間の一方から他方まで切削刃を移動させ、被覆を除去し、残された被覆を有機溶剤に浸す等の工程が複数のため、被覆除去に時間を要する。また、光ファイバ径により刃の切り込みを調整しなければならないという問題点がある。更に、円形の光ファイバのみしか対応できない。更に、任意の長さに対応することが難しい。有機系溶剤を使用するためドラフトや排気設備が必要となる。有機系溶剤を使用するため環境に良くない等の問題点がある。

特開１９９４−９４９２５号広報に開示された光ファイバ心線の被覆除去方法によると、光ファイバ径ごとに刃を変更または調整しなければならないという問題点がある。更に、任意の長さに対応することが難しい。更に、端末部分しか被覆を剥くことができないという問題点がある。

表面技術 Vol.55,No12,2004 P38〜P42に開示された技術には、大気圧・ドライプロセスのメリットはあるが、平板で生産性を確保する為には装置の大面積化が必要となる。更に、大面積で均一なプラズマは難しいという問題点がある。

特開２００５−２３５４６４号広報に開示されたプラズマ発生装置は、半導体プロセスのエッチング工程や成膜工程において使用するフルオロカーボンガスの分解合成に使用するプラズマ発生装置であり、大面積を対象とした超微細加工技術としてのプラズマエッチングに関するものである。光ファイバの被覆除去への適用の示唆はない。

特開２００４−３５３０６６号広報に開示された半導体デバイスの製造工程に使用されるプラズマ処理装置は、半導体デバイス、液晶デバイス等の電子デバイスの製造工程における成膜、エッチング等の処理のために使用されるプラズマ処理装置である。

特開２００５−１２９６９２号広報に開示されたプラズマを使用した電子部品処理方法は、ガス供給装置と電源が接続されたマイクロプラズマ源を用いて、局所的にプラズマを発生させて、銅を主成分とする線材の端子部となる部分のエナメル被覆を除去するものである。

上述した従来の装置および方法は、半導体デバイス、電子部品等にプラズマを用いるものであり、光ファイバの被覆を大気圧雰囲気で高速に除去することに適用することは困難である。
従って、この発明の目的は、光ファイバを劣化させることなく、光ファイバの被覆を大気圧雰囲気のドライプロセスで高速に除去する方法および装置を提供することにある。

この発明の線条体の被覆除去方法の第１の態様は、被覆材によって被覆された線条体の所定の部分をプラズマ炎にさらして、前記プラズマ炎にさらされた線条体の前記所定の部分の被覆材を全周に渡って除去する、線条体の被覆除去方法である。
この発明の線条体の被覆除去方法の第２の態様は、前記線条体が光ファイバである、線条体の被覆除去方法である。

この発明の線条体の被覆除去方法の第３の態様は、前記プラズマ炎はラジカル制御された非平衡大気圧プラズマ炎である、線条体の被覆除去方法である。
この発明の線条体の被覆除去方法の第４の態様は、前記プラズマ炎の電子密度は５×１０^１４ｃｍ^−３以上である、線条体の被覆除去方法である。
この発明の線条体の被覆除去方法の第５の態様は、前記線条体の円周方向の断面積が前記プラズマ炎の長手方向の断面積より小さい、線条体の被覆除去方法である。
この発明の線条体の被覆除去方法の第６の態様は、前記プラズマ炎が発生する電極と前記線条体との間の距離が、２〜３ｍｍである、線条体の被覆除去方法である。
この発明の線条体の被覆除去方法の第７の態様は、前記線条体の前記被覆材が有機物からなっており、前記プラズマ炎が酸素プラズマを含んでいる、線条体の被覆除去方法である。

この発明の線条体の被覆除去方法の第８の態様は、前記線条体の前記被覆材が金属を含んでおり、前記プラズマ炎がハロゲン系を含んでいる、線条体の被覆除去方法である。
この発明の線条体の被覆除去方法の第９の態様は、長い前記線条体を長手方向に所定の長さだけ相対移動させて、前記被覆材を除去する、線条体の被覆除去方法である。
この発明の線条体の被覆除去装置の第１の態様は、プラズマ生成ガス、マイクロ波、マイクロギャップを備えたラジカル制御された非平衡大気圧プラズマ源と、プラズマ炎を発生させる電極から２〜３ｍｍの距離に線条体を保持する線条体保持部と、前記線条体を長手方向に相対移動させる移動ステージとを備えた線条体の被覆除去装置である。

この発明の線条体の被覆除去装置の第２の態様は、前記プラズマ炎の電子密度が５×１０^１４ｃｍ^−３以上である、線条体の被覆除去装置である。
この発明の線条体の被覆除去装置の第３の態様は、前記線条体の円周方向の断面積が前記プラズマ炎の長手方向の断面積より小さい、線条体の被覆除去装置である。
この発明の線条体の被覆除去装置の第４の態様は、前記線条体に所定の張力を付与するテンションコントローラを更に備えている、線条体の被覆除去装置である。

通常、プラズマ炎は広範囲に照射することが難しく、平板上の被覆除去やエッチングには時間を要する。しかしこの発明によると、プラズマ炎の有効面積より小さな断面を持つ光ファイバを用いることにより、数秒間で被覆を除去することができる。しかも光ファイバの全周に渡り被覆を除去することができるため、平板のように表面が終了後裏面へ反して作業を続けるといった手間を省くことができる。
更に、この発明によると、被覆除去装置のプラズマ炎は、一般的な大気圧プラズマ装置より高効率で高密度であり、数百度の熱が発生する。しかし対象物が２，０００度以上の耐熱性を持つ光ファイバであるので、対象物を損傷することなく光ファイバの被覆を除去することができる。

更に、この発明によると、大気圧中において線条体と電極との距離が２〜３ｍｍの間で、線状体を０．１ｍｍ／ｓの速度で長手方向に動かして酸素プラズマ炎にさらすと、線条体の被覆を全周にわたって完全に剥がすことができる。このとき、線条体のスクリーニング試験を行なったが、線条体が破断することはなかった。

更に、この発明によると、光ファイバの被覆を除去するだけでなく、ファイバ表面に付着した有機系の物質も除去することができ、クリーニング効果もある。

この発明の線条体の被覆除去装置および被覆除去方法を、図面を参照しながら詳細に説明する。

この発明の線条体の被覆除去装置は、プラズマ生成ガス、マイクロ波、マイクロギャップを備えたラジカル制御された非平衡大気圧プラズマ源と、プラズマ炎を発生させる電極から２〜３ｍｍの距離に線条体を保持する線条体保持部と、線条体を長手方向に相対移動させる移動ステージとを備えた線条体の被覆除去装置である。プラズマ炎の電子密度が５×１０^１４ｃｍ^−３以上であり、線条体の円周方向の断面積がプラズマ炎の長手方向の断面積より小さい。

図１はこの発明の線条体の被覆除去装置を説明する概念図である。図１に示すように、この発明の線条体の被覆除去装置においては、電極にマイクロギャップが設けられており、プラズマを生成させるガスを電極のマイクロギャップに流しつつ電圧が印加される。同時にマイクロ波がマイクロギャップに導入される。マイクロギャップにおいてマイクロ波のエネルギー密度が高くなる。即ち、大気圧で電子温度がガス温度よりも高い状態である非平衡のプラズマが得られる。

その結果、ラジカル制御された非平衡大気圧プラズマが安定して生成される。プラズマ炎の電子密度が５×１０^１４ｃｍ^−３以上であり、高密度のプラズマが生成される。プラズマを生成させるガスとして、アルゴン（Ａｒ)、ヘリウム（Ｈｅ）等の希ガスに加えて、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）があり、窒化処理のために窒素（Ｎ２）、親水性・高速エッチングのためにＨ２Ｏ、疎水性のためにＳＦ６がある。

電極のマイクロギャップの下方には、電極から２〜３ｍｍの距離に線条体が所定のテンションを保って線条体保持部によって保持される。このように電極からの距離が保たれた状態で、線条体を長手方向に相対的に移動する移動ステージが設けられている。移動ステージは３次元において移動可能である。被覆を高速に除去し、光ファイバ表面を傷付けないようファイバの位置を制御する。

この発明の線条体の被覆除去装置において、例えば、ＵＶ硬化型樹脂で覆われた光ファイバを大気圧中でラジカル制御された酸素プラズマ炎にさらすと、プラズマ炎にさらされた光ファイバの領域にある被覆が全周に渡って全て除去できる。上述したように、プラズマ炎を生成するために、例えば、希ガス（Ａｒなど）とＨ２Ｏを用いる。

この発明において、（Ａｌ、Ｃｕ、酸化アルミニウムなどの金属によって）金属コートされたガラスの線条体に、上述したラジカル制御された非平衡大気圧のハロゲン系のプラズマを照射すると、光ファイバに傷をつけることなく金属コートを除去することができる。

プラズマ炎を発生させる電極から２〜３ｍｍの距離に線条体を保持するのは、電極から２〜３ｍｍの位置がプラズマ炎の非常に安定した領域であり、線条体の被覆材の除去のレートが早いからである。

電極から２〜３ｍｍの距離に線条体が所定のテンションを保って保持された状態で、線条体を長手方向に相対的に移動させることによって、大気圧プラズマを通過した線条体のすべての部分を全周に渡り、被覆除去することができる。

図１を参照して、更にこの発明の線条体の被覆除去装置について説明する。この態様においては、線条体を浮かした状態で、ラジカル制御された非平衡大気圧プラズマを当てる。図１に示すように、チャンバ上部からマイクロ波を石英窓を通って導入し、先端部がナイフエッジの形状を持ったスリット電極に電界を集中させ、安定したスリット状のプラズマを生成する。このように生成したプラズマを線条体の所定の箇所に照射する。なお、線条体の両端を固定し、クランプを線条体の長手方向に移動させ任意の長さで被覆を除去する。

図２はこの発明の線条体の被覆除去装置を説明する図である。この態様においては、アルゴンガスと水の流量を調整したプラズマ炎を光ファイバに当てる。

図１を参照して説明したと同様に、ラジカル制御された非平衡大気圧プラズマ装置であるが、アルゴンガスと水の流量、および、電圧を調整することによってプラズマ炎のパワーを変えることができ、線条体の被覆除去のレートを変化させることができる。

次に、この発明の線条体の被覆除去装置を実施例によって説明する。
実施例１「ＵＶ硬化型樹脂被覆を付けたグラスファイバの被覆を除去する。」
ラジカル制御機能を持つプラズマ溶射装置にアルゴンガスを０．８ＭＰａで水を通過させ流し、装置には電圧９ｋＶ、２０ｍＡを与え、電極の隙間が約１ｍｍの部分にプラズマ炎を発生させた。線条体として、φ１２５μｍ光ファイバにＵＶ硬化型樹脂が１層被覆されたφ２５０μｍファイバを用いた。
大気圧中で電極から光ファイバを２ｍｍ離し、ラジカル制御された酸素プラズマに３０秒間さらすとファイバを回転させることなく、被覆を約１ｍｍの幅で全周にわたって完全に除去できた。

実施例２
線条体として、φ１２５μｍ光ファイバがＵＶ硬化型樹脂のプライマリー層及びセカンダリー層の２層構造で被覆されたφ２５０μｍファイバを用いた。実施例１と同様に酸素プラズマを当てると全周に渡り被覆を除去できた。

実施例３
線条体として、φ１２５μｍ光ファイバがＵＶ硬化型樹脂のプライマリー層と着色材の入ったＵＶ硬化型樹脂セカンダリー層の２層構造で被覆されたφ２５０μｍ光ファイバを用いた。実施例１と同様に酸素プラズマを当てると全周に渡り被覆を除去できた。

実施例４
□２５０μｍの角型のガラス棒に□３５０μｍのプライマリー層が被覆された線条体を用いる。実施例１と同じ条件で酸素プラズマを当たると全周に渡り被覆を除去できた。

実施例５、実施例１において、プラズマ炎の照射時間を３０秒、１分、３分、１０分と変化させ、光ファイバの被覆を除去した後、スクリーニング試験を行なったが線条体が破断することはなかった。

実施例６
実施例１において、ファイバ炎が発生する電極から２ｍｍの位置にファイバを設置し、その位置から０．３ｍｍずつ５回下げ、３０秒間プラズマを当てたがどの位置においても、ファイバ全周に渡り被覆を除去することができた。逆に０．３ｍｍずつ５回上げた場合もファイバ全周に渡り被覆を除去することができた。しかし除去レートは下げる場合と異なり、３０秒ではなく３分費やした。
実施例７
実施例１において、プラズマ炎の照射時間を５秒から３０秒と５秒間間隔で変化させ、被覆の除去を行なった。５秒間では全周に渡り被覆を除去することはできなかったが、１０秒以上で光ファイバの全周に渡り被覆を除去することができた。

実施例８
実施例１において、アルゴンガスの圧力を半分の０．４ＭＰａに下げ、被覆の除去を行なったが光ファイバの全周に渡り被覆を除去することができた。

実施例９
実施例１において、水を通過させずプラズマ炎を生成し、これをファイバに当てたところ、光ファイバの全周に渡り被覆を除去することができた。

実施例１０
実施例１において、プラズマ炎の照射時間を長時間当てたままにするとファイバ表面がエッチングされた。

実施例１１
プラズマ炎を上や下からと任意の方向から、光ファイバに当てた場合、プラズマ炎の有効面積がファイバの断面積より大きければ全周に渡り被覆を除去することができた。

図１は、この発明の線条体の被覆除去装置を説明する概念図である。 図２は、この発明の線条体の被覆除去装置を説明する図である。

Claims (13)

1. 被覆材によって被覆された線条体の所定の部分をプラズマ炎にさらして、前記プラズマ炎にさらされた線条体の前記所定の部分の被覆材を全周に渡って除去する、線条体の被覆除去方法。
2. 前記線条体が光ファイバである、請求項１に記載の線条体の被覆除去方法。
3. 前記プラズマ炎はラジカル制御された非平衡大気圧プラズマ炎である、請求項１または２に記載の線条体の被覆除去方法。
4. 前記プラズマ炎の電子密度は５×１０^１４ｃｍ^−３以上である、請求項１から３の何れか１項に記載の線条体の被覆除去方法。
5. 前記線条体の円周方向の断面積が前記プラズマ炎の長手方向の断面積より小さい、請求項１から４の何れか１項に記載の線条体の被覆除去方法。
6. 前記プラズマ炎が発生する電極と前記線条体との間の距離が、２〜３ｍｍである、請求項１から５の何れか１項に記載の線条体の被覆除去方法。
7. 前記線条体の前記被覆材が有機物からなっており、前記プラズマ炎が酸素プラズマを含んでいる、請求項１から６の何れか１項に記載の線条体の被覆除去方法。
8. 前記線条体の前記被覆材が金属を含んでおり、前記プラズマ炎がハロゲン系を含んでいる、請求項１から６の何れか１項に記載の線条体の被覆除去方法。
9. 長い前記線条体を長手方向に所定の長さだけ相対移動させて、前記被覆材を除去する、請求項１から８の何れか１項に記載の線条体の被覆除去方法。
10. プラズマ生成ガス、マイクロ波、マイクロギャップを備えたラジカル制御された非平衡大気圧プラズマ源と、プラズマ炎を発生させる電極から２〜３ｍｍの距離に線条体を保持する線条体保持部と、前記線条体を長手方向に相対移動させる移動ステージとを備えた線条体の被覆除去装置。
11. 前記プラズマ炎の電子密度が５×１０^１４ｃｍ^−３以上である、請求項１０に記載の線条体の被覆除去装置。
12. 前記線条体の円周方向の断面積が前記プラズマ炎の長手方向の断面積より小さい、請求項１０または１１に記載の線条体の被覆除去装置。
13. 前記線条体に所定の張力を付与するテンションコントローラを更に備えている、請求項１０から１２の何れか１項に記載の線条体の被覆除去装置。

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