本発明の主題は、導電層でコーティング(被覆)された光ファイバを金属要素に接続する方法である。

光ファイバは一般に、アーク溶接技術を使用して、又は、センサに含まれる光ファイバ要素に接続される機械的接合などの他の手段を使用して、センサ要素に接着される。残念ながら、特に、例えば張力センサ又は温度センサにおいて、光ファイバが接着される金属がセンサの能動的要素である場合、これらには光ファイバと金属との直接接続が必要となる。

光ファイバを生成するために使用される標準的な材料であるガラスの物理的及び化学的特性は、ガラス自体以外の要素を接着するのには困難な環境を作り出す。したがって、能動的な金属要素又は金属化要素を有するセンサで光ファイバを用いるには、金属コーティング又は金属化コーティング、或いは少なくとも金属編組の形のシールド、又は第一に、金属層を含む光ファイバ表面の表面活性化を伴う光ファイバを使用することが必要である。光ファイバを(例えば銅を用いて)金属めっきする別の方法は、線引き工程中に光ファイバをコーティングすることである。ポリマー・コーティングされた光ファイバの場合、それらを他の材料に接続する最も一般的な方法は、粘着である。

ポーランド特許第134228号明細書は、金属コーティングを破壊させる張力による影響を受けない、非常に高い表面の平滑さによって特徴付けられる電解光沢銅コーティングを生成するための溶液槽を記述している。

欧州特許出願第19840113862号明細書の記載によれば、材料表面は銅めっきガルバニック溶液槽内で金属層によって覆われ、亜鉛めっき銅の電気的特性を失うことなく非常に効率的に銅コーティングを生成することができる。

次に、欧州特許出願公開第1283282号明細書は、溶液の温度が25℃まで低下されるプリント回路の亜鉛めっき方法を提示している。

次に、センサの金属要素が光ファイバに締め付け固定(クランプ)される機械的な方法において、接合は、光ファイバ上で金属要素を過度に締め付けた場合に光ファイバに損傷を与えるおそれがある光ファイバの部分安定化に限定される。他方で、光ファイバ上でのクランプの締め付けが緩すぎる場合には、光ファイバと金属との接合は、センサによって記録される信号を伝送しないことになる。しかしながら、光ファイバとセンサとの機械的接着の目的は、しばしば、いかなる信号をも光ファイバに伝送することなく光ファイバを固定することのみである。

電気分解は、腐食、摩耗に対する耐性を向上させること、又は変形の傾向を低減させることを目的とした、金属めっきに使用される広く普及した方法である。電気分解は、リチウムイオン電池などの電気化学電池でも用いられる。純リチウム電池の使用は結果としてデンドライトを形成させることになることがかなり早期に示された。このデンドライドは、電池の動作サイクルごとに成長して、最終的には2つの電極間のブリッジを生じさせ、これが短絡を発生させる。望ましくないが、電気分解を使用して要素を接着できるというこうした関連性が証明されている。例えば金属性物体の損傷した破片の意図的な接着で用いられる方法の1つは、電解めっきの変形である筆めっきであり、ここでは電解液は容器内に配置されるではなく、アノードを覆う多孔質材内に配置される(Derek Vanek著、An update on brush plating、Metal finishing、2002年、100(7)、18〜20頁)。

この方法は、損傷した要素を低温で修理するため又は材料の空洞を低温で充填するために使用される。この方法では、様々な物体をスポット・カバーリングするのに適したユニバーサル・アノードを用いる。しかしながらこれには、すなわちめっきされた材料とアノードとが接触する際に、めっきされた要素が壊れやすいか又はその転位が非常に望ましくない場合、好ましくないという欠点がある。したがって、精密な光ファイバ処理が必要な場合、一般的な金属めっき方法(米国特許第5048919号明細書、米国特許第5311610号明細書)が使用された。上記の特許は、手順に高い精度と低温の環境とが必要であった。これは、光ファイバを位置決めする専用の支持体を用いて電解めっきを使用したおかげで可能となった。上記の研究では、例えばレーザなどの電気光学デバイスに光ファイバを固定するための方法のみを記述して特許を取得しており、これは有用な結合方法を構成する。しかしながらこれは本発明では不要である。なぜなら光ファイバに光を導入する必要がないからである。導電層を有する光ファイバをセンサの金属要素に固定するために接着技術が使用され、これは今までのところ他では公開されていない。更に米国特許第5311610号明細書とは対照的に、導電性ゲルの使用は不要である。なぜなら接続された要素はめっき工程で互いにしっかりと接触されるからである。こうしたセンサを、ポリマー・ゲルの分解が促進されることになる高温で使用することが可能であるため、かなりの進歩がもたらされる。

光ファイバを、例えばセンサの金属要素などの他の材料で作られた要素に接続する方法、例えば金属又は金属化コーティングを生成する方法は、当業者に周知である。これらは大多数の材料上に高品質のコーティングを生成することができるが、光ファイバの表面に対するコーティングの付着力が弱いため、光ファイバの表面上に高品質の金属コーティングを作成するのには適していない。更に、センサ構成要素内の複合材要素よりも安価でより精密な金属アクティブ要素(能動的金属要素)を一般的に使用することにより、センサの状態の検出及び記録を可能にするように光ファイバをセンサの金属要素に接続するための方法を開発することが正当化されよう。

好ましくは金属化された導電性コーティングでコーティングされた光ファイバを金属要素に接続する方法は、以下の段階を有する。 1.電解液を調製する段階、 2.導電性の、好ましくは金属化された光ファイバ表面を清掃し、かつ、複数の電極を清掃する段階、 3.光ファイバ及び金属センサ要素を電解槽内に配置する段階、 4.電気が流れることを可能にする段階、 5.上述の要素、すなわち金属要素に接着された光ファイバ要素をクリーニングする段階。

電解液を調製する段階は、使用可能な硫酸塩、シアン化物、フルオロホウ酸塩、フルオロケイ酸塩、スルファミン酸塩、スルホン酸アルキル、シュウ酸塩、ギ酸塩、ヨウ化物、チオ硫酸塩、ピロリン酸塩、チオシアン酸塩、酒石酸塩、フッ化物、塩化物、臭化物、クロム酸塩、水酸化物、エチレンジアミン、塩素酸塩、過塩素酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、亜硫酸塩、酢酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、リン酸塩、フルオロリン酸塩、セレン酸塩、フルオロアルミン酸塩、アミン電解液(電解質)から選択された0.5〜2mol/dm³の範囲内の濃度の電解液を生成することにあるか、又は、ピリジン、アセチルアセトン、エタノールアミン、キノリン、イミダゾール、ピロール錯体、エチレンジアミン四酢酸、クエン酸、コハク酸、リンゴ酸、乳酸、プロパン酸、アミノ酸、又は同様の物質を含む同様の溶液槽から選択された0.5〜2mol/dm³の範囲内の濃度の電解液を生成することにある。有益な実施形態において、電解液は硫酸塩溶液として調製され、この硫酸塩溶液は、蒸留水を含む硫酸銅水和物の溶液を含む。しかしながら好ましい反応速度及び温度条件に応じて、125〜500gの範囲内の硫酸銅水和物が1dm³の蒸留水に溶解される。溶液は加熱され、連続的に混合され、50℃の温度を超えないようにされる。硫酸銅水和物を溶解した後に、25〜75gの範囲内の硫酸が溶液に注がれる。

光ファイバに接続される金属要素は、好ましくは電気化学的方法を使用して脱脂され、その後に、好ましくは金属化された導電性コーティングを有する光ファイバに接触されるが、これは好ましくはアセトンを用いて脱脂されることによって予めクリーニングされているはずである。

電解槽のアノードは、その表面に付着した酸化物が取り除かれる。硝酸(65%)及び蒸留水の溶液が(体積比が1:1となるように)調製され、この溶液で満たされた容器内にアノードが浸される。酸化物が分解した後に、アノードは溶液から取り出されて、蒸留水ですすがれる。

その後、センサの金属要素に接触した状態の光ファイバが、電解槽内に注がれた調製された溶液内に配置される。電解槽の形状及び寸法によって、接続される光ファイバ及び金属要素の完全な浸漬(溶液槽ディップ)が可能になる。接続される光ファイバ及び金属要素を電解槽内に配置した後に、清掃された電極が電解槽容器内に挿入され、アノード表面を増加させるために複数の銅片が追加される。

電解液で満たされ、かつ、アノード及び銅片を備える電解槽は、電源に接続されて、その後、電気分解のプロセスが少なくとも1時間実施される。有益な実施形態において、電解液を流れる電流の強さは10〜22mAの範囲内であり、電解液の温度は15〜45℃の範囲内で維持される。有益な実施形態において、電気分解の持続時間は2.5時間を超えない。電圧、電流、電解液の組成及び濃度、光沢剤、温度、及びプロセスの持続時間といったパラメータを変更することにより、必要に応じて接合のパラメータ(厚み、粒状性(granulation)、硬度、平滑性、可塑性、耐久性、耐性(抵抗力)、速度上昇、変調電流の印加)を制御することができる。しかしながら電気分解によって得られる層の厚みを増加させるためには、電流強度及び電気分解の時間を増加させなければならない。電解コーティングのより高い粒状性を得るためには、電流強度及び電解液温度を上昇させなければならない。

光ファイバ内での信号伝搬の変化は、センサによって記録されるパラメータに依存して生じる。本発明に従った金属要素及び光ファイバの接合の場合、いずれの金属要素の変形及びその結果生じる張力も(温度変化、金属が固定されている表面にかかる圧力、又は他の要因の結果であるかどうかにかかわらず)、常に光ファイバに伝達され、信号の変化を解釈するデバイスによって収集された後、温度、転位、圧力その他の測定値に変換される。

実施例I 導電層でコーティングされた複数の光ファイバを複数の金属要素に接続する方法は、以下の段階を含む。 1.電解液を調製する段階、 2.光ファイバの表面を清掃し、かつ、複数の電極を清掃する段階、 3.光ファイバ及び金属センサ要素を電解槽内に配置する段階、 4.電気が流れることを可能にする段階、 5.上述の要素、すなわち金属要素に接着された光ファイバ要素をクリーニングする段階。

電解液の調製は、蒸留水を含む硫酸銅水和物の溶液を含む硫酸塩溶液として、0.5mol/dm³の濃度の電解液を生成することからなる。しかしながら、125gの硫酸銅水和物が1dm³の蒸留水に溶解される。溶液は加熱され、連続的に混合され、50℃の温度を超えないようにされる。硫酸銅水和物を溶解した後に、25gの硫酸が溶液に注がれる。

接続される金属要素は、好ましくは電気化学的方法を使用して脱脂され、その後に光ファイバに接触されるが、これは好ましくはアセトンを用いて脱脂されることによって予めクリーニングされているはずである。

電解槽のアノードは、その表面に付着した酸化物が取り除かれる。硝酸(65%)及び蒸留水の溶液が(体積比が1:1となるように)調製され、この溶液で満たされた容器内にアノードが浸される。酸化物が分解した後に、アノードは溶液から取り出されて、蒸留水ですすがれる。

その後、センサの金属要素に接触した状態の光ファイバが、電解槽内に注がれた調製された溶液内に配置される。電解槽の形状及び寸法によって、接続される光ファイバ及び金属要素の完全な浸漬(溶液槽ディップ)が可能になる。接続される光ファイバ及び金属要素を電解槽内に配置した後に、清掃された電極が電解槽容器内に挿入され、アノード表面を増加させるために複数の銅片が追加される。

電解液で満たされ、かつ、アノード及び銅片を備える電解槽は、電源に接続されて、その後、電気分解のプロセスが実施される。電解液を流れる電流の強さは10mAであり、電解液の温度は15℃で維持される。電圧、電流(タイプ、電解液の組成及び濃度、光沢剤)、温度、及びプロセスの持続時間といったパラメータを変更することにより、必要に応じて接合のパラメータ(厚み、粒状性、硬度、平滑性、可塑性、耐久性、速度上昇、変調電流の印加)を制御することができる。しかしながら電気分解によって得られる層の厚みを増加させるためには、電流強度及び電気分解の時間を増加させなければならない。電解コーティングのより高い粒状性を得るためには、電流強度及び電解液温度を上昇させなければならない。

光ファイバ内での信号伝搬の変化は、センサによって記録されるパラメータに依存して生じる。本発明に従った金属要素及び光ファイバの接合の場合、いずれの金属要素の変形及びその結果生じる張力も(温度変化、金属が固定されている表面にかかる圧力、又は他の要因の結果であるかどうかにかかわらず)、常に光ファイバに伝達され、信号の変化を解釈するデバイスによって収集された後、温度、転位、圧力その他の測定値に変換される。

実施例II 導電層でコーティングされた複数の光ファイバを複数の金属要素に接続する方法は、以下の段階を含む。 1.電解液を調製する段階、 2.光ファイバの表面を清掃し、かつ、複数の電極を清掃する段階、 3.光ファイバ及び金属センサ要素を電解槽内に配置する段階、 4.電気が流れることを可能にする段階、 5.上述の要素、すなわち金属要素に接続された光ファイバ要素をクリーニングする段階。

電解液の調製は、蒸留水を含む硫酸銅水和物の溶液を含む硫酸塩溶液として、2mol/dm³の濃度の電解液を生成することからなる。しかしながら、500gの硫酸銅水和物が1dm³の蒸留水に溶解される。溶液は加熱され、連続的に混合され、50℃の温度を超えないようにされる。硫酸銅水和物を溶解した後に、75gの硫酸が溶液に注がれる。

光ファイバに接続される金属要素は、好ましくは電気化学的方法を使用して脱脂され、その後に光ファイバに接触されるが、これは好ましくはアセトンを用いて脱脂されることによって予めクリーニングされているはずである。

電解槽のアノードは、その表面に付着した酸化物が取り除かれる。硝酸(65%)及び蒸留水の溶液が(体積比が1:1となるように)調製され、この溶液で満たされた容器内にアノードが浸される。酸化物が分解した後に、アノードは溶液から取り出されて、蒸留水ですすがれる。

その後、センサの金属要素に接触した状態の光ファイバが、電解槽内に注がれた調製された溶液内に配置される。電解槽の形状及び寸法によって、接続される光ファイバ及び金属要素の完全な浸漬(溶液槽ディップ)が可能になる。接続される光ファイバ及び金属要素を電解槽内に配置した後に、清掃された電極が電解槽容器内に挿入され、アノード表面を増加させるために複数の銅片が追加される。

電解液で満たされ、かつ、アノード及び銅片を備える電解槽は、電源に接続されて、その後、電気分解のプロセスが実施される。電解液を流れる電流の強さは22mAであり、電解液の温度は45℃で維持される。電気分解の持続時間は2.5時間である。電圧、電流(タイプ、電解液の組成及び濃度、光沢剤)、温度、及びプロセスの持続時間といったパラメータを変更することにより、必要に応じて接合のパラメータ(厚み、粒状性、硬度、平滑性、可塑性、耐久性、速度上昇、変調電流の印加)を制御することができる。しかしながら電気分解によって得られる層の厚みを増加させるためには、電流強度及び電気分解の時間を増加させなければならない。電解コーティングのより高い粒状性を得るためには、電流強度及び電解液温度を上昇させなければならない。

光ファイバ内での信号伝搬の変化は、センサによって記録されるパラメータに依存して生じる。本発明に従った金属要素及び光ファイバの接合の場合、いずれの金属要素の変形及びその結果生じる張力も(温度変化、金属が固定されている表面にかかる圧力、又は他の要因の結果であるかどうかにかかわらず)、常に光ファイバに伝達され、信号の変化を解釈するデバイスによって収集された後、温度、転位、圧力その他の測定値に変換される。