JP6567303B2 - 光ファイバ母材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ母材の製造方法に関する。

マルチコアファイバ母材の製造方法として、ドリル法やスタック＆ドロー法等が知られている。ドリル法は、棒状の元材にドリルで空孔を形成し、この空孔にコア用ガラスロッドを挿入する方法である。スタック＆ドロー法は、複数のコア用ガラスロッド及びクラッド用ガラスロッドをクラッド用ガラス管内部に挿入し、加熱延伸してこれらを一体化する方法である。

しかしながら、ドリル法では、棒状の元材にドリルで空孔を形成するため、加工費が高く、高コストとなってしまう問題がある。また、スタック＆ドロー法では、コア用ガラスロッド及びクラッド用ガラスロッドをクラッド用ガラス管内部に挿入して加熱延伸するため、コアの位置精度が低下してしまう問題がある。

また、光ファイバ母材の製造法として、例えば特許文献１乃至６に示されたように、静水圧成形法が案出されている。

静水圧成形法は、伸縮性を有する成形型内にコア用の棒状ガラス材を設置し、その周囲にガラス粉末を充填した後に成形型に外部から静水圧を印加し、棒状ガラス材の外周に多孔質ガラス体を圧縮形成する方法である。

静水圧成形法は、高い成形精度及び信頼性を実現でき、同時にその製造コストも低いため量産性に優れている。また、成形型を変更することにより容易に所望の多孔質ガラス体形状に形成することができるため、設計の自由度が高いという利点がある。

特開平５−５８６５６号公報 特開平５−２５４８７２号公報 特開平５−２５４８５７号公報 特開平５−２２９８３９号公報 特開平６−５１１３９号公報 特開平９−７１４３１号公報

しかしながら、静水圧形成法を適用してマルチコアファイバを製造すると、成形型内の中心以外に設置された棒状ガラス材に変形や破損が発生することがあることが判明した。これは、成形型が静水圧の加圧によって弾性変形する結果、成形型内に配置された棒状ガラス材に、成形型の中心方向へ応力が印加されるためである。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、静水圧成形法を用いた光ファイバ母材の製造方法において、成形型内に配置された棒状部材の変形及び破損を抑制可能な光ファイバ母材の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様による光ファイバ母材を製造するための方法は、所定の形状を有する成形型の中に、成形型の長手方向に垂直な断面の中心を除く位置に、断面と垂直な方向に沿って棒状部材を設置する第１のステップと、成形型の中にシリカを含む粉末材料を充填する第２のステップと、成形型に静水圧を印加する第３のステップと、を含み、棒状部材は、静水圧の印加中に、成形型の断面の中心に向かって所定の距離だけ移動可能であることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明の一態様による光ファイバ母材を製造するための装置は、成形用筒と、上蓋体と、下蓋体と、を具備する装置であって、上蓋体及び下蓋体は、成形用筒の中に棒状部材の上端と下端を設置するための溝を備え、溝が、成形用筒の長手方向に垂直な断面の径方向に、棒状部材の外径に所定の距離を加えた長さを有することを特徴とする。

本発明によれば、静水圧成形法を用いた光ファイバ母材の製造方法において、成形型内に配置された棒状部材の変形及び破損を抑制できるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係るマルチコアファイバ母材の横断面図である。 本発明の実施形態に係る成形型の中心部に配置される（ａ）中心部材及び（ｂ）成形型の外側部に配置される外側部材の模式図である。 本発明の第一実施形態に係る成形型の構造を示す模式図である。 本発明の第一実施形態に係る成形用上蓋体の（ａ）横断面構造及び（ｂ）縦断面構造を示す模式図である。 本発明の第一実施形態に係る成形用下蓋体の（ａ）横断面構造及び（ｂ）縦断面構造を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る光ファイバコア母材の製造工程を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る成形型の成形用下蓋体への中心部材の配置を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る成形型の成形用下蓋体への外側部材の配置を示す模式図である。 本発明の第一実施形態に係る成形型の成形用下蓋体への外側部材の配置を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る成形型の成形用筒の中への造粒粉体の充填を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る成形用上蓋体の成形型の上部への嵌合を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る静水圧成形装置を用いての、中心部材、外側部材、及び造粒粉体を含む成形型への静水圧の印加を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る静水圧成形装置による静水圧の印加中における、中心部材、外側部材、及び造粒粉体を含む成形型の状態を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る静水圧成形装置によって成形された成形体を示す模式図である。 本発明の第二実施形態に係る成形型の構造を示す模式図である。 本発明の第二実施形態に係る成形用上蓋体の（ａ）横断面構造及び（ｂ）縦断面構造を示す模式図である。 本発明の第二実施形態に係る成形用下蓋体の（ａ）横断面構造及び（ｂ）縦断面構造を示す模式図である。 本発明の第二実施形態に係る別のガラス成形母体の横断面構造を示す模式図である。 本発明の第二実施形態に係る別の成形用上蓋体及び成形用下蓋体の横断面構造を示す模式図である。 本発明の一実施例における外径の測定結果のグラフを示す図である。 本発明の一実施例におけるコアロッド間距離の測定結果のグラフを示す図である。 本発明の第三実施形態に係る光ファイバ母材の製造方法を示す模式図である。 本発明の第三実施形態に係る光ファイバ母材の製造方法を示す模式図である。 本発明の第四実施形態に係る成形体の横断面図である。 本発明の第五実施形態に係る中心部材及び外側部材の側面図及び横断面図である。 本発明の第五実施形態に係る光ファイバのコア間距離を測定した結果のグラフを示す図である。 本発明の第六実施形態に係る成形体の縦断面図及び横断面図である。 本発明の第六実施形態に係る成形体の横断面図である。 本発明の第七実施形態に係る成形体の横断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。

［第一実施形態］
以下に本発明の第一実施形態として、光ファイバ母材であるマルチコアファイバ母材を製造する例について説明する。

このマルチコアファイバ母材１０は、図１に示すように、マルチコアファイバ母材１０の中心軸に設けられた中心コア部１ａと、この中心コア部１ａの外周に設けられた複数（図１では８本）の外周コア部１ｂと、これらのコア部１ａ及び１ｂの外周に形成されたクラッド部３とを備えている。クラッド部３は、例えば屈折率調整用のドーパントが添加されていない純石英ガラスなどで構成されている。中心コア部１ａ及び外周コア部１ｂは、それぞれコア１１と、コア１１の外周に設けられたクラッド１３とを備える。

次に、本発明の第一実施形態に係るマルチコアファイバ母材１０の製造方法、及びマルチコアファイバの製造方法について説明する。

図２は本発明の実施形態に係る成形型に配置する棒状部材の断面図、図２（ａ）は、成形型の中心部に配置される棒状部材である中心部材１ａ、図２（ｂ）は、成形型の中心部に対して外側に配置される棒状部材である外側部材１ｂの断面図である。中心部材１ａは、たとえば石英からなる光ファイバ用のコアロッドと、コアロッドの上下にそれぞれ接続される、上部ダミー棒１５及び下部ダミー棒１７とを有する。上部ダミー棒１５及び下部ダミー棒１７は、例えば石英からなり、それぞれ外径ｄ_１５及びｄ_１７を有する。コアロッドは、コア１１と、コア１１を取り囲むクラッド１３とを有し、一方向に延在する円柱形状をしている。コア１１は、例えばゲルマニウムなどがドープされた屈折率の高い石英系ガラスあるいはゲルマニウムとフッ素などの複数のドーパントによって形成される所望の屈折率分布を有する石英系ガラスによって構成されている。クラッド１３は、中心部材１ａの一部を構成する石英系ガラスであり、例えば屈折率調整用のドーパントが添加されていない純石英ガラスなどで構成されている。
なお、コアロッドは、ＶＡＤ（Ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＯＶＤ（Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＣＶＤ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの周知の方法を用いて製造できる。

外側部材１ｂは、たとえば石英からなる光ファイバ用のコアロッドであり、コア１１と、クラッド１３とから構成される。クラッド１３は外径ｄ_１３を有する。コア１１は、例えばゲルマニウムなどがドープされた屈折率の高い石英系ガラスあるいはゲルマニウムとフッ素などの複数のドーパントによって形成される所望の屈折率分布を有する石英系ガラスによって構成されている。クラッド１３は、中心部材１ａの一部を構成する石英系ガラスであり、例えば屈折率調整用のドーパントが添加されていない純石英ガラスなどで構成されている。
なお、本実施形態では、中心部材１ａ、外側部材１ｂとして、コア１１及びクラッド１３を有するコアロッドを用いるが、これには限定されず、たとえばコア１１または、クラッド１３のみからなるものや、コア位置を識別するためのマーカーの役割を有するもの等を用いてもよい。また、中心部材１ａ並びに外側部材１ｂのコア１１は、全て等しいもの、あるいは全てあるいは一部が異なるものを用いてもよい。

クラッド１３の外径ｄ_１３は、例えば、５ｍｍ程度とすることができる。また、中心部材１ａ及び外側部材１ｂに用いるコアロッドの長さは、例えば、５００ｍｍ程度とすることができる。尚、クラッド１３の外径ｄ_１３と中心部材１ａ及び外側部材１ｂに用いるコアロッドの長さは、作製するマルチコアファイバの構造と母材寸法によって任意に設計することが可能であり、これらの数値に限定するものではない。また代替形態として、中心部材１ａ及び外側部材１ｂを、金属、カーボン、又はセラミックスからも構成することができる。

図３（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る成形型２の構造を示す斜視図、図３（ｂ）は、成形型２の構造を示す正面図である。成形型２は、成形用筒２１、成形用上蓋体２３、及び成形用下蓋体２５から構成される。成形用筒２１は、弾性及び収縮性を有する材料からなり、例えば、クロロプレンゴムなどの合成ゴム材料やポリウレタンなどの合成樹脂材料などを用いることができる。また、成形用上蓋体２３及び成形用下蓋体２５は、金属又は金属と同程度の剛性を有するゴムや合成樹脂などの材料からなり、例えば、ステンレスなどを用いることができる。なお、本実施形態では例示的に成形型２を円筒状の構造としているが、本発明は円筒形状に限定されない。静水圧成形法においては、成形型の形状を変更することにより容易に製造する成形体の形状を変化させることができる。例えば、断面が長方形となる形状を成形したい場合、同形状に即した成形型を準備することで本発明を適用することができる。また、成形型２の寸法は、例えば、内径４５ｍｍ程度、及び長さ５００ｍｍ程度とすることができる。尚、成形型の寸法は、マルチコアファイバ母材の寸法によって任意に設計することが可能であり、これらの数値に限定するものではない。

図４（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る成形用上蓋体２３のＡ−Ａ線における横断面構造、図４（ｂ）は、成形用上蓋体２３のＢ−Ｂ線における縦断面構造を示す模式図である。同図に示すように、成形用上蓋体２３は、中心に中心部材１ａの上部ダミー棒１５を嵌め込むための中心溝２３３と、中心部材１ａの外側に外側部材１ｂを配置するための外側溝２３５を有する。中心溝２３３は、断面が円形であり、内径ｄ_２３３を有する。外側溝２３５は、成形用上蓋体の中心を中心とする円環状に設けられ、溝幅ｗ_２３５を有する。

図５（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る成形用下蓋体２５のＣ−Ｃ線における横断面構造、図５（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線における縦断面構造を示す模式図である。同図に示すように、成形用下蓋体２５は、中心に中心部材１ａの下部ダミー棒１７を嵌め込むための中心溝２５３と、中心部材１ａの外側に外側部材１ｂを配置するための外側溝２５５を有する。中心溝２５３は、断面が円形であり、内径ｄ_２５３を有する。外側溝２５５は成形用上蓋体の中心を中心とする円環状に設けられ、溝幅ｗ_２５５を有する。

中心部材１ａの上部ダミー棒１５は、成形用上蓋体２３の中心部にある中心溝２３３に嵌め込まれる。また、中心部材１ａの下部ダミー棒１７は、成形用下蓋体２５の中心部にある中心溝２５３に嵌め込まれる。従って、上部ダミー棒１５の外径ｄ_１５は、中心溝２３３の内径ｄ_２３３よりもわずかに小さく、下部ダミー棒１７の外径ｄ_１７は、中心溝２５３の内径ｄ_２５３よりもわずかに小さい。したがって、上部ダミー棒１５、下部ダミー棒１７をそれぞれ中心溝２３３、中心溝２５３に嵌め込むことで、中心部材１ａは、成形用上蓋体２３、成形用下蓋体２５に固定される。なお、中心部材１ａを固定しつつ位置ずれを生じさせないためには、ダミー棒と中心溝のクリアランスは０ｍｍ〜成形型２の内径×０．０１ｍｍであることが好ましい。

次に、本発明による光ファイバ母材の製造工程について図６及び図７Ａ乃至図７Ｇを参照しながら説明する。

図６は、本発明による光ファイバ母材の製造工程を示すフローチャートである。

先ず、ステップＳ３０１において、図７Ａに示すように、成形型２の成形用下蓋体２５に中心部材１ａを配置する。具体的には、中心部材１ａの下部ダミー棒１７を成形用下蓋体２５の中心部にある中心溝２５３に嵌め込む。

次いで、ステップＳ３０３において、図７Ｂに示すように、成形型２の成形用下蓋体２５に外側部材１ｂを配置する。具体的には、外側部材１ｂの下端を、成形用下蓋体２５の外側溝２５５の初期位置に配置する。なお、図７Ｃに示すように、外側溝２５５には、外側部材１ｂを１以上の任意の数（ここでは８）配置する。
このとき、外側部材１ｂは、たとえば、中心部材１ａとの距離が等距離であり、かつ隣接する外側部材１ｂ同士の距離が等距離となるように配置する。また、このとき中心部材１ａと外側部材１ｂの距離は、後述する焼結工程での体積収縮を考慮して決定されていることが好ましい。

このように、外側溝２５５を成形用下蓋体２５の中心部を中心とする円環状に設けた場合は、図７Ｃに示すように、外側部材１ｂを任意の複数本配置することができる。すなわち、外側溝２５５に沿って所望の数の外側部材１ｂを所望の位置に配置することができる。従って、同一の成形型２を使用して異なる設計の光ファイバを作製することが可能となる。

ここで、初期位置とは、外側部材１ｂの下端が静水圧の印加前に配置されるべき外側溝２５５における位置であり、たとえば、外側部材１ｂの下端側面と外側溝２５５の外側側面とが接する位置である。このように外側部材１ｂを初期位置に配置すると、外側溝２５５の内側側面と外側部材１ｂとの間には空隙が生じる。この空隙によって、静水圧の印加時に外側部材１ｂは成形型２の中心方向へ移動することが可能となる。

次いで、ステップＳ３０５において、図７Ｄに示すように、成形型２の成形用筒２１の中に粉末材料である造粒粉体４１を充填する。このとき、粉末充填密度の均一性の観点から成形型２を電磁振動式等の篩分器に載せ、成形型２に振動を加えながら造粒粉体４１を充填することが望ましい。

造粒粉体４１は、多孔質ガラス体を成形するための材料であり、主に石英系のガラス粉末の一次粒子（以下、単にガラス粉末）から構成される。このガラス粉末としては、たとえば、高純度であり、通常０．０１μｍから１００μｍ程度の粒径を有するものが使用される。ガラス粉末の粒径が小さいほど焼結時の物質移動距離が小さくなる点では有利であるが、塩素ガスを含んだ雰囲気での加熱処理（脱水・精製）を行う際に、ガラス粉末の粒径があまりにも小さいと塩素ガスが多孔質母材の内部に拡散できないため、加熱処理の効果が十分に得られないおそれがある。そのため、ガラス粉末は、塩素ガスが多孔質母材の内部まで拡散が可能な気孔径を形成可能な程度に大きい粒径を有することが望ましい。したがって、ガラス粉末の粒径は、脱水・精製工程での塩素ガスの拡散、成形体強度などの観点から、好ましくは８μｍから１２μｍである。また、ガラス粉末にバインダー、可塑剤等の成形助剤を調合または添加してもよい。バインダーとしてはポリビニルアルコール（ＰＶＡ）など、可塑剤としてはグリセリンなどを用いることができる。

ガラス粉末、バインダー、及び可塑剤の比は、成型性の観点から１００：１〜１０：０〜５であることが好ましく、例えば１００：３：１程度とすることができる。次に、ガラス粉末に溶剤を加えて攪拌し、ガラス粉末を泥漿状にする。ここで溶剤としては、環境への影響を考慮すると水系が好ましく、純度の観点から純水が好ましい。次に、作製した泥漿状ガラスを噴霧乾燥させることにより、複数の一次粒子が集合した造粒粉（二次粒子）が形成され、５０μｍから１５０μｍの粒径を有する造粒粉体４１を生成することができる。なお、造粒粉体４１の粒径を５０μｍから１５０μｍとすることで成形型充填時の流動性が高くなり，一次粒子の特長を生かしたまま充填が容易になるという利点がある。

次いで、ステップＳ３０７において、図７Ｅに示すように、成形型２を密閉するために成形用上蓋体２３を成形型２の上部に嵌合する。具体的には、中心部材１ａの上部ダミー棒１５を成形用上蓋体２３の中心部にある中心溝２３３に嵌め込むと同時に、外側部材１ｂの上端を、成形用上蓋体２３の外側部にある外側溝２３５の初期位置に設置する。

ここでの初期位置とは、ステップＳ３０３と同様に、外側部材１ｂの上端が静水圧の印加前に配置されるべき外側溝２３５における位置であり、たとえば、外側部材１ｂの上端側面と外側溝２３５の外側側面とが接する位置である。このように外側部材１ｂが初期位置に配置されたとき、外側溝２３５のもう一方の側面である内側側面と外側部材１ｂとの間には空隙が生じる。この空隙によって、静水圧の印加時に外側部材１ｂは成形型２の中心方向へ移動することが可能となる。

なお、中心部材１ａは、上下端がそれぞれ成形用上蓋体２３、成形用下蓋体２５に固定された状態で静水圧が印加される。しかしながら、静水圧成形法によれば、成形型２内に印加される圧力は一定の大きさで成形型２の中心方向に印加される。このため、成形型２の中心に配置される中心部材１ａにかかる、破損や変形の原因となる圧力、例えば、中心部材１ａを外径方向の一方へ撓ませる様な圧力は小さい。

次いで、ステップＳ３０９において、図７Ｆに示すように、静水圧成形（ＣＩＰ）装置４３を用いて、中心部材１ａ、外側部材１ｂ、及び造粒粉体４１を含む成形型２に静水圧を印加する。具体的には、成形型２が設置されたＣＩＰ装置４３に圧力媒体４５を導入し、ＣＩＰ装置４３内の圧力を所定の圧力、例えば９８Ｍｐａ程度（２０ＭＰａ〜２９４ＭＰａ）まで上昇させる。この状態を所定の時間、例えば１分間程度（０．５分〜１０分）保持する。このようにして、中心部材１ａ及び外側部材１ｂの外周にシリカ成形体を形成することができる。なお、圧力媒体４５として一般的には腐食防止剤を添加した水や潤滑油などが使用されるが、これ以外の液体を代用してもよい。

ステップＳ３０９において成形型２に静水圧が印加されると、図７Ｇに示すように、弾性材料からなる成形用筒２１は、静水圧によって成形型２の中心方向に向かって変形する。
外側部材１ｂを完全に固定してしまうと、この成形用筒２１の変形に起因して、外側部材１ｂが成形型２の中心方向へ撓んでしまう事象が生じ、外側部材１ｂの変形や破損することがある。

しかしながら、成形型２においては、成形用上蓋体２３の外側溝２３５の内側側面と外側部材１ｂとの間、および成形用下蓋体２５の外側溝２５５の内側側面と外側部材１ｂとの間には空隙があり、この空隙によって、静水圧の印加時に外側部材１ｂは成形型２の中心方向へ移動することができる。したがって、外側部材１ｂに成形型２の中心方向へ撓ませるような圧力が印加されることを抑制できる。

次いで、ステップＳ３１１において、ＣＩＰ装置４３内の圧力を徐々に減圧して成形型２をＣＩＰ装置４３から取り出し、さらに成形型２から図７Ｈに示すような成形体を取り出した後に、該成形体を乾燥雰囲気中に所定の温度、例えば５００℃程度（４００℃〜８００℃）にて所定の時間、例えば５時間程度（１時間〜１０時間）晒すことで水分及びバインダーを除去及び脱脂する。最後に、ステップ３１３において、脱水、精製、及び焼結工程を行う。その結果、成形体は図１に示すマルチコアファイバ母材１０となる。具体的には、成形体の中心部材１ａはマルチコアファイバ母材１０の中心コア部１ａに対応し、成形体の外側部材１ｂはマルチコアファイバ母材１０の外周コア部１ｂに対応し、成形体の造粒粉体４１はマルチコアファイバ母材１０のクラッド部３に対応する。このようにして製造されたマルチコアファイバ母材１０（光ファイバ母材）に対して線引き工程を実施することで、光ファイバを作製する。

以下、成形用上蓋体２３の外側溝２３５の内側側面と外側部材１ｂとの間、および成形用下蓋体２５の外側溝２５５の内側側面と外側部材１ｂとの間の空隙の大きさの好ましい範囲について、さらに詳細に説明する。

外側部材１ｂを、初期位置である外側部材１ｂの上下端側面と成形用上蓋体２３の外側溝２３５、成形用下蓋体２５の外側溝２５５の外側側面とが接する位置に配置した場合、成形用上蓋体２３の外側溝２３５の内側側面と外側部材１ｂとの間、および成形用下蓋体２５の外側溝２５５の内側側面と外側部材１ｂとの間には、空隙が生じる。
このとき、図７Ｂ〜図７Ｅに記載しているように、外側溝２３５、外側溝２５５の内側側面と外側部材１ｂとの距離を距離αとする。すなわち、成形用上蓋体２３の外側溝２３５の溝幅ｗ_２３５及び成形用下蓋体２５の外側溝２５５の溝幅ｗ_２５５は、外側部材１ｂ内のクラッド１３の外径ｄ_１３よりも距離αだけ大きい。換言すると、外側溝２３５及び外側溝２５５は、成形型２の断面中心方向（すなわち、成形型２の長手方向に垂直な断面の径方向）に、外側部材１ｂの外径ｄ_１３（外側部材１ｂが円柱状でない場合には該断面中心方向に沿った長さ）に距離αを加えた長さを有する。

距離αは、静水圧の印加に伴い外側部材１ｂが中心方向に移動し得る最大距離と略同一の値、又は当該最大距離よりも大きい値であることが好ましい。
これにより、外側部材１ｂが成形型２の初期位置に配置されると、外側部材１ｂは、静水圧の印加中に最大で距離αまで成形型２の中心方向へ移動することができる。

例えば、距離αは、静水圧の印加中の成形用筒２１の中心軸方向への成形用筒２１の変形量の最大値以上の大きさであることが好ましい。しかしながら、実際には成形用筒２１の変形量と空隙距離αは必ずしも等価ではない。これは、外側部材１ｂの初期位置が成形用筒２１の中心に近いほど、一般的な条件下では外側部材１ｂの移動量が小さくなるためである。したがって、距離αは、外側部材１ｂの初期位置を考慮の上で、成形用筒２１の変形量よりも短い距離に設計できる。
具体的な距離αは、例えば、成形型２の弾性変形量や造粒粉体４１（多孔質ガラス体を成形するために使用される材料）の特性に基づき、事前実験やシミュレーションによって求められる。

空隙の大きさを距離αとすることで、外側部材１ｂは、静水圧の印加中においても、中心方向に向かって距離α以下の距離を移動することができる。これにより、成形用筒２１が静水圧により変形した場合においても、印加された圧力によって外側部材１ｂが撓むことを抑制でき、静水圧成形法による外側部材１ｂの破損や変形を回避することができる。これにより、外側部材１ｂの変形や破損を生じさせることなく、光ファイバを作製することができる。

なお、静水圧の印加により想定される外側部材１ｂの移動距離が距離α未満の場合は、外側部材１ｂの側面と外側溝２５５の外側側面とは必ずしも接する必要は無い。即ち、想定される移動距離を担保できる所望の位置を、外側部材１ｂの初期位置とすることができる。

[第二実施形態]
以下に本発明の第二実施形態として、光ファイバ母材であるマルチコアファイバ母材を製造する例について説明する。

本発明の第二実施形態は、成形用上蓋体及び成形用下蓋体の外側溝の形状を除き、本発明の第一実施形態と同様である。従って、ここでは重複する説明は省略する。

図８（ａ）は、本発明の実施形態に係る成形型５の構造を示す斜視図、図８（ｂ）は、成形型５の構造を示す正面図である。成形型５は、成形用筒５１、成形用上蓋体５３、及び成形用下蓋体５５から構成される。成形用上蓋体５３及び成形用下蓋体５５は、アルミなどの金属又は金属と同程度の剛性を有するゴムや合成樹脂などの材料からなる。なお、本実施形態では例示的に成形型５を円筒状の構造としているが、本発明は円筒形状に限定されない。上述のように、静水圧成形法においては、成形型の形状を変更することにより容易に成形体の形状を変化させることができる。例えば、断面が長方形となる形状を成形したい場合、同形状に即した成形型を準備することで本発明を適用することができる。また、成形型５の寸法は、内径４５ｍｍ程度と長さ５００ｍｍ程度とすることができる。尚、成形型の寸法は、マルチコアファイバ母材の寸法によって任意に設計することが可能であり、これらの数値に限定するものではない。

図９（ａ）は、本発明の第二実施形態に係る成形用上蓋体５３のＤ−Ｄ線における横断面構造、図９（ｂ）は、Ｅ−Ｅ線における縦断面構造を示す模式図である。同図に示すように、成形用上蓋体５３は、中心に中心部材１ａの上部ダミー棒１５を嵌め込むための中心溝５３３と、中心部材１ａの外側に外側部材１ｂを配置するための複数（ここでは８）の外側溝５３５を有する。中心溝５３３は断面が円形であり、内径ｄ_５３３を有する。外側溝５３５の各々は、成形型５の径方向の長さがｗ_５３５であり、成形型５の外側の周方向の幅がｌ_５３５であり、その断面は、成形型５の径方向の両端部が半円形であり、円周方向の幅が一定の長円形である。

図１０（ａ）は、本発明の第二実施形態に係る成形用下蓋体５５のＦ−Ｆ線における横断面構造であり、図１０（ｂ）Ｅ−Ｅ線における縦断面構造を示す模式図である。同図に示すように、成形用下蓋体５５は、中心に中心部材１ａの下部ダミー棒１７を嵌め込むための中心溝５５３と、中心部材１ａの外側に外側部材１ｂを配置するための外側溝５５５を有する。中心溝５５３は断面が円形であり、内径ｄ_５５３を有する。外側溝５５５の各々は、成形型５の径方向の長さがｗ_５５５であり、成形型５の周方向の幅がｌ_５５５であり、その断面は、成形型５の径方向の両端部が半円形であり、円周方向の幅が一定の長円形である。
このとき、外側溝５５５は、たとえば、中心溝５５３との距離が等距離であり、かつ隣接する外側溝５５５同士の距離が等距離となるように配置されている。また、このとき中心溝５５３と外側溝５５５の距離は、後述する焼結工程での体積収縮を考慮して決定されていることが好ましい。
なお、ここでは外側溝５３５、５５５をそれぞれ複数設けた例を示しているが、外側溝５３５、５５５はそれぞれ１つずつでもよい。

本発明の第一実施形態同様に、中心部材１ａの上部ダミー棒１５は、成形用上蓋体５３の中心部にある中心溝５３３に嵌め込まれる。また、中心部材１ａの下部ダミー棒１７は、成形用下蓋体５５の中心部にある中心溝５５３に嵌め込まれる。従って、上部ダミー棒１５の外径ｄ_１５は、中心溝５３３の内径ｄ_５５３よりもわずかに小さく、下部ダミー棒１７の外径ｄ_１７は、中心溝５５３の内径ｄ_５５３よりもわずかに小さい。したがって、上部ダミー棒１５、下部ダミー棒１７をそれぞれ中心溝５３３、中心溝５５３に嵌め込むことで、中心部材１ａは、成形用上蓋体５３、成形用下蓋体５５に固定される。
なお、中心部材１ａを固定しつつ位置ずれを生じさせないためには、ダミー棒と中心溝のクリアランスは０ｍｍ〜成形型５の内径×０．０１ｍｍであることが好ましい。

なお、中心部材１ａは、上下端がそれぞれ成形用上蓋体５３、成形用下蓋体５５に固定された状態で静水圧が印加される。しかしながら、静水圧成形法によれば、成形型５内に印加される圧力は一定の大きさで成形型５の中心方向に印加される。このため、成形型５の中心に配置される中心部材１ａにかかる、破損や変形の原因となる圧力、例えば、中心部材１ａを外径方向の一方へ撓ませる様な圧力は小さい。

この実施形態では、１つの外側溝５３５、５５５に、それぞれ１本の外側部材１ｂが嵌め込まれる。外側部材１ｂの上端は、成形用上蓋体５３の外側部にある外側溝５３５に配置される。また、外側部材１ｂの下端は、成形用下蓋体５５の外側部にある外側溝５５５に配置される。ここで、外側溝５３５の周方向の幅ｌ_５５５及び外側溝５５５の周方向の幅ｌ_５５５は、外側部材１ｂの外径ｄ_１３よりもわずかに大きい。したがって、外側部材１ｂを外側溝５３５、外側溝５５５に嵌め込むことで、外側部材１ｂの成形型５の周方向への移動が規制される。
なお、外側部材１ｂを固定しつつ周方向の位置ずれを生じさせないためには、外側部材１ｂと外側溝周方向のクリアランスは０ｍｍ〜成形型５の内径×０．０１ｍｍであることが好ましい。

一方、成形用上蓋体５３の径方向の長さｗ_５３５及び成形用下蓋体５５の径方向の長さｗ_５５５は、外側部材１ｂの外径ｄ_１３よりも大きい。
したがって、成形用上蓋体５３の外側溝５３５の内側側面と外側部材１ｂとの間、および成形用下蓋体５５の外側溝５５５の内側側面と外側部材１ｂとの間には空隙が生じる。この空隙によって、静水圧の印加時に外側部材１ｂは成形型５の中心方向へ移動することができる。したがって、外側部材１ｂに成形型５の中心方向へ撓ませるような圧力が印加されることを抑制できる。

なお、第一の実施形態と同様に、外側溝５３５、外側溝５５５の内側側面と外側部材１ｂとの距離を距離αとすると、距離αは、静水圧の印加に伴い外側部材１ｂが中心方向に移動し得る最大距離と略同一の値、又は当該最大距離よりも大きい値であることが好ましい。
これにより、外側部材１ｂが成形型５の初期位置に配置されると、外側部材１ｂは、静水圧の印加中に最大で距離αまで成形型５の中心方向へ移動することができる。

例えば、距離αは、静水圧の印加中の成形用筒２１の中心軸方向への成形用筒５１の変形量の最大値以上の大きさであることが好ましい。しかしながら、実際には成形用筒５１の変形量と空隙距離αは必ずしも等価ではない。これは、外側部材１ｂの初期位置が成形用筒５１の中心に近いほど、一般的な条件下では外側部材１ｂの移動量が小さくなるためである。したがって、距離αは、外側部材１ｂの初期位置を考慮の上で、成形用筒５１の変形量よりも短い距離に設計できる。
具体的な距離αは、例えば、成形型５の弾性変形量や多孔質ガラス体を成形するために使用される材料の特性に基づき、事前実験やシミュレーションによって求められる。

空隙の大きさを距離αとすることで、外側部材１ｂは、静水圧の印加中においても、中心方向に向かって距離α以下の距離を移動することができる。これにより、成形用筒５１が静水圧により変形した場合においても、印加された圧力によって外側部材１ｂが撓むことを抑制でき、静水圧成形法による外側部材１ｂの破損や変形を回避することができる。これにより、外側部材１ｂの変形や破損を生じさせることなく、光ファイバを作製することができる。
なお、静水圧の印加により想定される外側部材１ｂの移動距離が距離α未満の場合は、外側部材１ｂの側面と外側溝５５５の外側側面とは必ずしも接する必要は無い。即ち、想定される移動距離を担保できる所望の位置を、外側部材１ｂの初期位置とすることができる。

また本実施形態において、距離αは、各外側溝５３５及び外側溝５５５毎に異なる大きさとすることができる。例えば、本実施形態においては、成形用上蓋体５３及び成形用下蓋体５５は、各々八つの外側溝５３５及び外側溝５５５を有する。これら八つの外側溝に設置された外側部材１ｂに印加される静水圧のベクトル量は、成形型５の形状及び外側部材１ｂの初期位置によって異なる。従って、成形型の形状及び外側部材１ｂの初期位置に基づいて、各々の外側溝の距離を、距離α_１からα_ｎまで（但し、ｎは外側溝の数。本実施形態においてはｎ＝８）別個に設計することができる。

本発明の第二実施形態の外側溝５３５及び外側溝５５５は、成形型５の外周形状に亘って溝が形成されておらず、代替として所定の幅ｌ_５３５及び幅ｌ_５５５を有する複数の溝が形成されている。

この様に外側溝を構成することで、外側部材１ｂが静水圧の印加によって成形型５の周方向へ移動することを抑制できる。従って、外側部材１ｂの位置合わせが容易となり、位置精度も向上する。第二実施形態に示す外側溝の構成は、特に静水圧が等方的に印加されない場合、例えば、成形型が円筒状で無い場合等において特に有効である。

一例として、図１１に示すような略長方形の断面形状を有するマルチコアファイバ母材９を形成する場合、成形型の断面形状が円形でないため、複数の外側部材１ｂのそれぞれに印加される静水圧は、各々異なるベクトル量を有する。しかしながら、図１２に示す様な、成形型７の中心方向への各々異なる値を有する空隙距離α_１乃至α_８を備えた外側溝７０１乃至７０８を成形用上蓋体及び成形用下蓋体に設けることで、円筒状の成形型同様に、外側部材１ｂの破損や変形を抑制することができる。

本発明の光ファイバ母材の製造方法によれば、コアロッド等の棒状部材の変形及び破損を抑制し、静水圧成形法によって高精度且つ低コストで光ファイバ母材を製造することができる。
なお、本発明の実施形態として、光ファイバ母材であるマルチコアファイバ母材を製造する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、成形型の断面中心を除く位置に、１本の棒状部材を設置し、偏心コアファイバを製造する場合にも適用可能である。

［実施例］
第一実施形態の光ファイバ母材の製造方法を用いて、マルチコアファイバ母材（成形体）を製造した。なお、第一実施形態では外側部材１ｂの数が８本である例が示されているが、本実施例では外側部材１ｂの数を６本とした。中心部材１ａおよび外側部材１ｂとして外径５ｍｍ、長さ２５０ｍｍのコアロッドを用い、図７Ｈに示すような成形体を形成した。そして、得られた成形体の直交する二方向（Ｘ，Ｙ）について外径の測定を行い、さらに外径の平均および外径非円率を求めた。外径非円率は、（Ｘ方向の外径）／（Ｙ方向の外径）によって定義される。

この測定結果を図１３ならびに表１に示す。図１３の横軸は成形体の長さ方向の位置を表し、左の縦軸は外径を表し、右の縦軸は外径非円率を表す。表１は、外径の測定結果から、全長又は両端部を除いた３０ｍｍ〜２３０ｍｍの範囲内について、それぞれ平均値、最大値、最小値を算出したものである。

図１３に示すように、両端部を除いた３０〜２３０ｍｍの範囲（長さ２００ｍｍ）においては、母材外径の精度（外径非円率）は１％程度となっている。この部分をマルチコアファイバ母材の有効部とし、該マルチコアファイバ母材から線引きを行ってマルチコアファイバを製造する場合に、マルチコアファイバの外径を１８０μｍとすると、期待できる光ファイバ長は約５ｋｍとなる。また、マルチコアファイバ母材の外径変動から推定されるマルチコアファイバの外径変動は、外径１８０μｍに対して±１μｍ程度となり、十分な精度が得られる。

さらに、製造された成形体からコアロッドを抜き取り、コアロッドが抜き取られた該成形体を三箇所で輪切りにして、コアロッドがあった穴からコア位置を測定した。コア位置として、断面写真の画像上で、中心コア（中心部材１ａ）があった穴の中心を基準に、外周コア（外側部材１ｂ）があった穴の中心との距離を測定した。この距離（コアロッド間距離）を、各断面において、６本の外周コアについてそれぞれ測定した。なお、三箇所の輪切り位置について、成形体の一方端から順に断面Ａ、Ｂ、Ｃとして測定を行い、さらに断面Ｂでは断面Ｂに対向する断面Ｂ’においても測定を行った。すなわち、成形体の輪切りを行うと各位置で向かい合う２つの断面が生じるが、断面Ａ、Ｃについては該２つの断面の一方を、断面Ｂ、Ｂ’については該２つの断面の両方を測定した。この測定結果を図１４に示す。図１４の横軸は輪切りの各断面を表し、縦軸は中心コアの中心と外周コアの中心との距離（コアロッド間距離）を表す。

図１４に示す測定結果からコアロッド間距離のバラツキ（コアロッドの設定位置に対する実際位置のズレを外径で割った量）を算出したところ、断面Ａでは±１．３％、断面Ｂでは±０．７％、断面Ｂ’では±１．１％、断面Ｃでは±０．７％であった。

向かい合う断面Ｂと断面Ｂ’の間でのバラツキの差から±０．４％程の測定誤差を含むため、最悪値として２．６％程度の変動が生じている可能性があるが、これはマルチコアファイバで求められる精度の範囲内である。

マルチコアファイバのコア間隔を５０μｍとした場合、バラツキが±０．７％である断面Ｂであれば、コア位置ズレは±０．４μｍ以下となり良好な結果が得られている。

［第三実施形態］
上述の第一、第二実施形態では、成形型の蓋に棒状部材を移動可能とする溝が設けられているため、該棒状部材は加圧中に成形型の断面中心方向へ移動可能である。それに対して、本実施形態では、成形型の蓋ではなく造粒粉体によって棒状部材を拘束することによって、該棒状部材を加圧中に成形型の断面中心方向へ移動可能とする。そのため、本実施形態においても、第一、第二実施形態と同様に加圧による棒状部材の変形又は破損を抑制する効果を奏することができる。

図１５は、本実施形態に係る光ファイバ母材の製造方法の前半部分を示す模式図である。本実施形態では、上部固定治具６１及び下部固定治具６３を用いて棒状部材である中心部材１ａ及び外側部材１ｂの配置が行われる。上部固定治具６１及び下部固定治具６３は、金属、合成ゴム、合成樹脂などの材料からなり、例えば、アルミを用いることができる。本実施形態では例示的に上部固定治具６１及び下部固定治具６３を円筒状の構造としているが、これに限定されず、任意の形状でよい。上部固定治具６１及び下部固定治具６３の寸法は、製造対象のマルチコアファイバ母材の寸法によって任意に設計することが可能である。

下部固定治具６３は、中心部材１ａ及び外側部材１ｂを嵌め込むための溝（貫通孔でもよい）を有する。上部固定治具６１は、中心部材１ａ及び外側部材１ｂを嵌め込むための溝（貫通孔でもよい）を有する。上部固定治具６１及び下部固定治具６３が有する溝は、中心部材１ａ、外側部材１ｂの初期位置に対応する位置に設けられる。さらに、上部固定治具６１は、造粒粉体４１が通過可能な多数の貫通孔を有する。

先ず、図１５（ａ）に示すように、下部固定治具６３と上部固定治具６１と間に中心部材１ａ、外側部材１ｂ（本実施形態では６本）及び成形用筒７１を配置する。具体的には、中心部材１ａの上部ダミー棒１５及び各外側部材１ｂの一方端を上部固定治具６１及び下部固定治具６３に設けられた溝（又は貫通孔）に嵌め込むとともに、成形用筒７１を中心部材１ａ及び外側部材１ｂを取り囲むように上部固定治具６１と下部固定治具６３との間に配置する。なお、後の工程で成形体の上下は反転されるため、この段階では中心部材１ａ、外側部材１ｂ及び成形用筒７１は上下逆に配置されている。

次いで、図１５（ｂ）に示すように、上部固定治具６１に設けられた貫通孔（不図示）を通して、上部固定治具６１、下部固定治具６３及び成形用筒７１に取り囲まれる空間内に造粒粉体４１を充填する。造粒粉体４１を充填する際には、中心部材１ａ、外側部材１ｂが浮き上がらないように上方から抑えながら、上部固定治具６１、下部固定治具６３及び成形用筒７１に振動を加える。

造粒粉体４１の充填が完了した後、図１５（ｃ）に示すように、上部固定治具６１を取り外す。

図１６は、本実施形態に係る光ファイバ母材の製造方法の後半部分を示す模式図である。図１６（ａ）に示すように、上部固定治具６１が取り外された後に、成形用筒７１の上側に成形用下蓋体７５を取り付け、成形用下蓋体７５及び成形用筒７１に取り囲まれる空間内に造粒粉体４１をさらに充填する。成形用下蓋体７５の中央の一部は取り外し可能に構成されており、該一部を取り外してから造粒粉体４１を充填し、その後に該一部を再び取り付ける。成形用下蓋体７５の造粒粉体４１側には、成形用下蓋体７５の厚みが周辺部から中央部に向かって漸減するように傾斜がついたテーパ部が設けられる。成形用下蓋体７５は、図５に示す成形用下蓋体２５と同様の中心溝２５３を有するが、外側溝２５５を有さない。すなわち、成形用筒７１の上側に成形用下蓋体７５が取り付けられた状態において、中心部材１ａは成形用下蓋体７５の中心溝２５３に嵌め込まれるが、外側部材１ｂは成形用下蓋体７５に支持されない。

次いで、図１６（ｂ）に示すように、下部固定治具６３、中心部材１ａ、外側部材１ｂ、成形用筒７１、造粒粉体４１及び成形用下蓋体７５を、一体的に上下反転させる。その結果、下部固定治具６３が上側に位置し、成形用下蓋体７５が下側に位置する。そして、下部固定治具６３を取り外す。

次いで、図１６（ｃ）に示すように、下部固定治具６３が取り外された後に、成形用筒７１の上側に成形用上蓋体７３を取り付け、成形用上蓋体７３及び成形用筒７１に取り囲まれる空間内に造粒粉体４１をさらに充填する。成形用上蓋体７３の中央の一部は取り外し可能に構成されており、該一部を取り外してから造粒粉体４１を充填し、その後に該一部を再び取り付ける。成形用上蓋体７３の造粒粉体４１側には、成形用上蓋体７３の厚みが周辺部から中央部に向かって漸減するように傾斜がついたテーパ部が設けられる。成形用上蓋体７３は、図４に示す成形用上蓋体２３と同様の中心溝２３３を有するが、外側溝２３５を有さない。すなわち、成形用筒７１の上側に成形用上蓋体７３が取り付けられた状態において、中心部材１ａは成形用上蓋体７３の中心溝２３３に嵌め込まれるが、外側部材１ｂは成形用上蓋体７３に支持されない。

その後、図７Ｆ〜７Ｈと同様に静水圧の印加、脱水、精製及び焼結工程を行うことによって、光ファイバ母材が得られる。

図１６（ｃ）に示す状態において、外側部材１ｂは成形用上蓋体７３及び成形用下蓋体７５に支持されず、粉末材料である造粒粉体４１によって初期位置（すなわち、静水圧の印加前に配置されるべき位置）に拘束される。造粒粉体４１は流動性を有するため、造粒粉体４１に拘束されている外側部材１ｂは、静水圧の印加が印加される際に移動可能である。そのため、本実施形態に係る光ファイバ母材の製造方法によれば、第一、第二実施形態と同様に加圧による棒状部材の変形又は破損を抑制する効果を奏することができる。

本実施形態に係る光ファイバ母材の製造工程を実験し、１ｔｏｎ／ｃｍ^２の静水圧の印加を１分間行ったところ、中心部材１ａ、外側部材１ｂのいずれにも変形及び破損は認められなかった。

［第四実施形態］
第三実施形態において、成形型（成形用筒７１）の横断面形状は円形である。図１７（ａ）は、成形型の横断面形状が円形である場合の焼結前後の成形体の横断面図である。図１７（ａ）の焼結前の状態では、外側部材１ｂの存在しない領域の成形体の半径Ｒ１は、外側部材１ｂの存在する領域の成形体の半径Ｒ２に等しい。半径Ｒ１は成形体の横断面において該横断面の中心を通って外側部材１ｂを通らない部分の半径であり、半径Ｒ２は成形体の横断面において該横断面の中心を通って外側部材１ｂを通る部分の半径である。

成形体に対して焼結を行う際に、造粒粉体４１は大きく収縮するのに比べて、コアロッドである外側部材１ｂはほとんど収縮しない。そのため成形体中において外側部材１ｂが存在する部分と、外側部材１ｂが存在しない部分とで体積の変化が異なる。その結果、焼結後の成形体（光ファイバ母材）の横断面形状は図１７（ａ）の焼結後の状態のように、外側部材１ｂの存在する領域に６つの頂点が配置された略六角形状になる場合がある。さらに、外側部材１ｂに掛かる応力が不均一となるため、外側部材１ｂの横断面形状は円周方向に僅かに伸びて変形してしまう場合がある。

それに対して、本実施形態では焼結前の成形体の横断面形状を調整することによって、焼結後の成形体（光ファイバ母材）の横断面形状を略円形にすることができる。

図１７（ｂ）は、本実施形態に係る焼結前後の成形体の横断面図である。図１７（ｂ）の焼結前の状態では、外側部材１ｂの存在しない領域の成形体の半径Ｒ１は、外側部材１ｂの存在する領域の成形体の半径Ｒ２よりも大きい（すなわち、Ｒ１＞Ｒ２）。その結果、焼結前の成形体の横断面形状は図１７（ｂ）の焼結前の状態のように、外側部材１ｂの存在しない領域に６つの頂点が配置された略六角形状になる。

このような構成を有する成形体を焼結すると、外側部材１ｂの存在しない領域の半径Ｒ１は、外側部材１ｂの存在する領域の半径Ｒ２よりも大きく減少する。その結果、焼結後の成形体の横断面形状は略円形となる。また、外側部材１ｂに掛かる応力が均一化されるため、外側部材１ｂの変形を抑制することができる。

具体的な半径Ｒ１、Ｒ２の値（又は比率）は、外側部材１ｂの配置や造粒粉体４１の密度等を考慮して適宜決定することができる。

［第五実施形態］
第三実施形態において、図１６（ｃ）の後の静水圧の印加は成形体に成形型を装着した状態で行われる。そのため、成形用上蓋体７３及び成形用下蓋体７５の近傍における成形体の収縮量は、中央部における成形体の収縮量よりも小さい。その結果、加圧後の成形体において、図７Ｈに示すように、両端部は中央部よりも太くなる。例示的な加圧後の成形体において、中央部の外径は約４１ｍｍであり、両端部の外径は約４４ｍｍである。

このような成形体を焼結して光ファイバ母材にし、該光ファイバ母材を線引きして光ファイバを作製すると、該光ファイバの中心に位置する中心コアと該光ファイバの外周に位置する外周コアとの間の距離（以下、コア間距離という）は、中央部よりも両端部で小さくなる。これは、光ファイバの外径は略一定であるため、光ファイバ母材の状態で太い両端部は引き延ばされる割合が大きく、相対的に中心部材１ａと外側部材１ｂとの間の距離が縮まるからである。コア間距離の許容範囲は規格で決まっているため、特に両端部においてコア間距離が許容範囲よりも小さい部分が増加すると、歩留まりが悪化する。

それに対して、本実施形態では成形体中の外側部材１ｂの配置を調整することによって、該成形体から製造される光ファイバ中のコア間距離を改善することができる。

図１８（ａ）は、本実施形態に係る中心部材１ａ及び外側部材１ｂの側面図である。図１８（ａ）は焼結前の成形体内部の中心部材１ａ及び外側部材１ｂを示しており、視認性のため造粒粉体４１は省略されている。本実施形態では、成形体を作製する際に、外側部材１ｂを中心部材１ａ（成形体の中心軸）に関してねじって、すなわち成形体の横断面の円周方向に傾斜させて配置する。具体的には、図１５（ａ）の段階で、外側部材１ｂの上端部が、外側部材１ｂの下端部に対して、成形型の横断面の中心法線に関して相対的に２０°回転して位置するように、上部固定治具６１と下部固定治具６３との間に外側部材１ｂを配置する。その結果、外側部材１ｂの長手方向は、中心部材１ａの長手方向に対して傾斜する。また、上端部及び下端部において中心部材１ａと外側部材１ｂとの間の距離を第三実施形態に比べて０．５％大きくした。なお、回転の方向及び角度は、実験やシミュレーションを行うことによって任意に設計してよい。

図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＧ−Ｇ線で切断した断面図であり、図１８（ｃ）は図１８（ａ）のＨ−Ｈ線で切断した断面図であり、図１８（ｄ）は図１８（ａ）のＪ−Ｊ線で切断した断面図である。図１８（ｂ）〜１８（ｃ）において、破線は造粒粉体４１の外径を示す。図１８（ｂ）に示す上端部及び図１８（ｄ）に示す下端部において、中心部材１ａと外側部材１ｂとの間の距離Ｒ３は同一であり、外側部材１ｂが中心部材１ａ（成形体の中心軸）に関して相対的に２０°回転した状態にある。一方、図１８（ｃ）に示す中央部において、中心部材１ａと外側部材１ｂとの間の距離Ｒ４は、上端部及び下端部における該距離Ｒ３よりも小さい（すなわち、Ｒ３＞Ｒ４）。換言すると、外側部材１ｂを中心部材１ａに関してねじって配置する場合に、上端部と下端部において中心部材１ａと外側部材１ｂとの間の距離は同じだが、中央部において該距離は縮まる。

図１９は、光ファイバのコア間距離を見積もった結果のグラフを示す図である。具体的には、まず、全長２５０ｍｍの成型体に対し両端部とその間を１０ｍｍ間隔でＸ線ＣＴ撮影することにより成型体中のガラスロッド位置を測定する。次に該成形体を透明ガラス化し、外径１８０μｍに線引きした場合のコア間隔を求める。なお、成型体断面内密度は１．４５ｇ／ｃｍ^３で一定であるものとした。また、図１９の横軸は成型体の一方端から他方端に向かって等間隔で設定した測定位置であり、縦軸はコア間距離（μｍ）の見積もり値である。図１９には、回転無しの場合（第三実施形態）に係る成形体から作製した光ファイバ及び２０°回転の場合（本実施形態）に係る成形体から作製した光ファイバのコア間距離が示されている。

例示的な規格において、コア間距離は５０±０．５μｍである。図１９からわかるように、本実施形態に係る光ファイバでは、第三実施形態に係る光ファイバよりも規格内の範囲が大きい。すなわち、本実施形態に係る光ファイバでは特に両端部における規格外の範囲を低減することができる。具体的には、図１９のグラフにおいては、本実施形態の歩留まりは第三実施形態に比べて３％向上する。

本実施形態は、第三実施形態に限られず、第一、第二実施形態のように上下の蓋によって外側部材１ｂを支持する場合にも適用可能である。この場合には、第一、第二実施形態における成形用上蓋体２３、５３と成形用下蓋体２５、５５とを相対的に回転させる（例えば２０°）ことによって、図１８（ａ）と同様に外側部材１ｂを中心部材１ａに関してねじって配置することができ、同様の効果を実現することができる。

本実施形態によれば、成形体中に外側部材１ｂを中心部材１ａに関してねじって、すなわち成形体の横断面の円周方向に傾斜させて配置することによって、外側部材１ｂと中心部材１ａとの間の距離を中央部よりも両端部で長くすることができる。その結果、該成形体から作製される光ファイバのコア間距離を改善することができ、光ファイバの歩留まりを向上させることができる。

［第六実施形態］
第三実施形態において、成形体中では外側部材１ｂは粉末材料である造粒粉体４１によって拘束される。粉末材料により拘束される外側部材１ｂは静水圧の印加前には位置ずれを起こしやすいため、特に多数の外側部材１ｂを含む光ファイバ母材を製造する場合に外側部材１ｂの位置の精度を維持することが難しい。

それに対して、本実施形態では複数回に分けて成形体を作製することによって、より多くの外側部材１ｂを含む光ファイバ母材を精度よく製造することができる。

図２０（ａ）は内側成形体８１の縦断面図であり、図２０（ｂ）は内側成形体８１及び外側成形体８３の縦断面図である。図２０（ｃ）は図２０（ｂ）のＫ−Ｋ線で切断した断面図である。本実施形態では、まず内側成形体８１を作製した後に、内側成形体８１の外側に外側成形体８３を作製し、内側成形体８１及び外側成形体８３を一体的な成形体として用いる。

具体的には、まず図１５（ａ）〜１５（ｃ）及び図１６（ａ）〜１６（ｃ）の工程に従って各部材を配置した後、静水圧の印加を行うことによって、内側成形体８１を作製する。図２０（ａ）に示すように、内側成形体８１中には、中心部材１ａを中心とした円周上に６本の外側部材１ｂが等間隔に配置される。内側成形体８１中の中心部材１ａ及び外側部材１ｂの数及び配置は、この構成に限定されず、任意に設計してよい。

次いで、内側成形体８１を中心部材１ａの代わりに用いて、図１５（ａ）〜１５（ｃ）及び図１６（ａ）〜１６（ｃ）の工程に従って各部材を配置した後、静水圧の印加を行うことによって、内側成形体８１の外側に外側成形体８３を作製する。図２０（ｂ）、２０（ｃ）に示すように、外側成形体８３中には、内側成形体８１の外側において中心部材１ａを中心とした円周上に１２本の外側部材１ｂが等間隔に配置される。外側成形体８３中の外側部材１ｂの数及び配置は、この構成に限定されず、任意に設計してよい。

内側成形体８１の作製時及び外側成形体８３の作製時に用いるため、大きさの異なる上部固定治具６１、下部固定治具６３、成形用上蓋体７３、成形用下蓋体７５及び成形用筒７１の組が２組用意される。上部ダミー棒１５及び下部ダミー棒１７は、内側成形体８１及び外側成形体８３の２種類の成形型に対応するために２段階で太くなっている。

本実施形態では成形体の作製を２回に分けて行っているが、３回以上に分けて行ってもよい。その場合には、大きさの異なる上部固定治具６１、下部固定治具６３、成形用上蓋体７３、成形用下蓋体７５及び成形用筒７１の組を複数用意し、図１５（ａ）〜１５（ｃ）及び図１６（ａ）〜１６（ｃ）の工程及び静水圧の印加を繰り返して実行すればよい。

本実施形態は、第三実施形態に限られず、第一、第二実施形態のように上下の蓋によって外側部材１ｂを支持する場合にも適用可能である。この場合には、大きさの異なる成形用筒２１、５１、成形用上蓋体２３、５３及び成形用下蓋体２５、５５の組を複数用意し、図７Ａ〜７Ｈの工程を繰り返して実行すればよい。

本実施形態によれば、複数回に分けて棒状部材である外側部材１ｂの配置及び加圧を行うため、加圧前の粉末材料により拘束されている外側部材１ｂの数を減らすことができる。これにより、外側部材１ｂの位置ずれを低減し、多数の外側部材１ｂ棒状部材を含む光ファイバ母材を精度よく製造することができる。

本実施形態を応用して、図２１（ａ）、（ｂ）に示すように碁盤目状（格子状）に中心部材１ａ及び外側部材１ｂを配置した透明ガラス体（光ファイバ母材）を作ることが可能である。図２１（ａ）は静水圧の印加前の成形体の横断面図であり、図２１（ｂ）は静水圧の印加後の成形体の横断面図である。図２１（ａ）、（ｂ）の形態では、中心部材１ａの代わりに、コアを有さない石英ガラスからなる棒状部材であるダミー部材１ｃが配置される。図２１（ａ）の静水圧の印加前の成形体において、内側成形体８１中にはダミー部材１ｃを中心とする矩形の各頂点上に４本の外側部材１ｂが配置され、外側成形体８３中には内側成形体８１の外側においてダミー部材１ｃを中心とする矩形の辺上に８本（各辺上に２本ずつ）の外側部材１ｂが配置され、更にその外側にダミー部材１ｃを中心とする矩形の各頂点上に４本の外側部材１ｂが配置される。このような構成の成形体に静水圧を印加した後に焼結することによって、図２１（ｂ）に示すような碁盤目状に配置された１６本のコアを有する光ファイバ母材を製造することができる。なお、それぞれの成型体の形状及び成形前の成形型への棒状部材の配置は、静水圧加圧時の造粒粉体４１の収縮及び焼結時の造粒粉体４１の収縮を考慮して、焼結後に所望の配置が得られるように選定される。図２１（ａ）に示すように、特に外側の矩形の頂点に位置する外側部材１ｂは、静水圧の印加及び焼結による移動距離が大きいため、静水圧の印加前には外側にずらして配置されることが望ましい。

［第七実施形態］
光ファイバにおいて、コアとコアとの間に空孔を設けることによって、クロストークを低減できることが知られている。本実施形態では、成形体中に空孔を有する棒状部材を配置することによって、空孔を有する光ファイバの元となる光ファイバ母材を製造する。

図２２（ａ）は、本実施形態に係る成形体の横断面図である。本実施形態に係る成形体は、第一〜第六実施形態のうちいずれかの方法によって作製される。本実施形態では、中心部材１ａ及び外側部材１ｂに加えて、空孔部材１ｄを用いる。空孔部材１ｄは、一方向に延在するパイプ形状をしており、コア１１の代わりに中心に長手方向に沿って延在する空孔を有する。空孔部材１は、例えば石英からなり、クラッド１３と同一の材料で構成されてよい。空孔部材１中の空孔の径は、作製対象の光ファイバに応じて任意に設計してよい。

図２２（ａ）に示す成形体の断面において、中心に中心部材１ａが配置され、中心部材１ａを中心とする第１の正六角形（破線で表示）の各頂点上に、６本の空孔部材１ｄが配置される。さらに、該第１の正六角形よりも大きい中心部材１ａを中心とする第２の正六角形（破線で表示）の各頂点上に６本の空孔部材１ｄが配置されるとともに、該第２の正六角形の各辺の中点上に６本の外側部材１ｂが配置される。このような構成の成形体を焼結することによって、図２２（ｂ）に示すようなコア間に空孔を有する光ファイバ母材を製造することができる。

図２２（ａ）に示す形態では、成形型内に予め空孔部材１ｄを配置してから静水圧の印加を行うことによって成形体を作製する。一方、静水圧の印加後に成形体に空孔部材１ｄを埋め込むことも可能である。図２２（ｃ）は、図２２（ａ）の成形体を作製する前段階の成形体の横断面図である。図２２（ｃ）では、空孔部材１ｄを配置する予定の位置に、棒状部材である仮部材１ｅが配置される。仮部材１ｅは、空孔部材１ｄと同一の径及び長さを有し、金属や石英などの任意の材料からなる。

図２２（ｃ）の成形体から仮部材１ｅを機械的な加工等によって除去し、仮部材１ｅのあった空間に空孔部材１ｄを挿入する。これにより、図２２（ａ）と同一の構成を有する成形体を作製することができる。

なお、それぞれの成型体の形状及び成形前の成形型への棒状部材の配置は、静水圧加圧時の造粒粉体４１の収縮及び焼結時の造粒粉体４１の収縮を考慮して、焼結後の所望の配置が得られるように決定される。図２２（ａ）、（ｃ）に示すように、特に外側の正六角形の各辺上に位置する外側部材１ｂは、静水圧の印加及び焼結による移動距離が大きいため、静水圧の印加前には外側にずらして配置されることが望ましい。

１ａ 中心部材
１ｂ 外側部材
２、５、７ 成形型
３ クラッド部
９、１０ マルチコアファイバ母材
１１ コア
１３ クラッド
１５ 上部ダミー棒
１７ 下部ダミー棒
２１、５１、７１ 成形用筒
２３、５３、７３ 成形用上蓋体
２５、５５、７５ 成形用下蓋体
４１ 造粒粉体
４３ 静水圧成形（ＣＩＰ）装置
４５ 圧力媒体
６１ 上部固定治具
６３ 下部固定治具
２３３、２５３ 中心溝
２３５、２５５ 外側溝
５３５、５５５ 外側溝
７０１ 外側溝

Claims (12)

1. 所定の形状を有する成形型の中に、前記成形型の長手方向に垂直な断面の中心に上部ダミー棒及び下部ダミー棒がそれぞれ上下に接続された中心部材を設置し、前記成形型の長手方向に垂直な断面の中心を除く位置に、前記断面と垂直な方向に沿って棒状部材を設置する第１のステップと、
   前記成形型の中にシリカを含む粉末材料を充填する第２のステップと、
   前記成形型に静水圧を印加する第３のステップと、
   を含み、
   前記成形型が上部及び下部に前記棒状部材を設置するための溝を備え、
   前記棒状部材は、前記静水圧の印加中に、前記成形型の前記断面の中心に向かって所定の距離だけ移動可能であり、
   前記静水圧の印加圧力は２０Ｍｐａ〜２９４Ｍｐａであり、
   前記溝が、
   前記断面の径方向に、前記棒状部材の外径に前記所定の距離を加えた長さを有し、且つ
   前記断面の中心を中心とし、所定の幅を有する円環状に形成される
   光ファイバ母材の製造方法。
2. 前記溝が、１本の前記棒状部材につき、１つ形成されている
   請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
3. 前記所定の距離が、前記静水圧の印加中における前記成形型の変形量の最大値よりも大きい
   請求項１または２に記載の光ファイバ母材の製造方法。
4. 前記第３のステップでは、前記棒状部材が前記成形型に接触せず前記粉末材料によって拘束された状態で、前記成形型に前記静水圧が印加される
   請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
5. 前記第１のステップにおいて治具を用いて前記棒状部材を設置し、前記第２のステップにおいて前記治具を除去することによって、前記棒状部材を前記成形型に接触せず前記粉末材料によって拘束された状態にする
   請求項４に記載の光ファイバ母材の製造方法。
6. 前記成形型の前記断面は、非円形である
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
7. 前記成形型の前記断面において、前記断面の中心を通って前記棒状部材を通らない部分の半径は、前記断面の中心を通って前記棒状部材を通る部分の半径よりも大きい
   請求項６に記載の光ファイバ母材の製造方法。
8. 前記棒状部材は、前記棒状部材の上端部が、前記棒状部材の下端部に対して、前記成形型の前記断面の中心法線に関して相対的に回転された状態で配置される
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
9. 前記第３のステップの後に前記成形型から成形体を取り出す第４のステップと
   前記第４のステップの後に、前記成形型よりも大きい第２の成形型の中に前記成形体を配置する第５のステップと、
   前記第５のステップの後に、前記成形型の代わりに前記第２の成形型を用いて前記第１のステップから前記第３のステップを実行する第６のステップと、
   をさらに含む請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
10. 前記棒状部材が、該棒状部材の長手方向に垂直な断面の中心と外層とで異なる屈折率を有する光ファイバ用のコアロッドである
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
11. 前記棒状部材は長手方向に沿って延在する空孔を有する
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
12. 前記第３のステップの後に、前記棒状部材を除去する第７のステップと、
    前記第７のステップの後に、前記棒状部材が除去されてできた空間に、長手方向に沿って延在する空孔を有する第２の棒状部材を配置する第８のステップと、
    をさらに含む請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。

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