(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のサポート管内に、該サポート管の中心軸と平行に多数のキャピラリを最密充填すると共に、中実のコア部となるコア部材を該サポート管の中心軸部に配置して又は中空のコア部となる空間を該サポート管の中心軸部に形成してプリフォームを作成し、該プリフォームを線引き加工により細径化するフォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
上記キャピラリは、横断面外郭形状が隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形に形成されていると共に、長さ方向に沿って延びる穴が複数形成されていることを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの製造方法。
【請求項２】
筒状のサポート管内に、該サポート管の中心軸と平行に多数のキャピラリを最密充填すると共に、中実のコア部となるコア部材を該サポート管の中心軸部に配置して又は中空のコア部となる空間を該サポート管の中心軸部に形成してプリフォームを作成し、該プリフォームを線引き加工により細径化するフォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
上記キャピラリの横断面外郭形状が、隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形に形成されており、
上記サポート管に充填する多数のキャピラリにより構成されるキャピラリ群は、複数本のキャピラリの外側部同士が相互に接合されて形成されたキャピラリ複数体を複数含むことを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの製造方法。
【請求項３】
上記キャピラリ複数体は、キャピラリの外側面同士が相互に接合されて形成されていることを特徴とする請求項２に記載のフォトニッククリスタルファイバの製造方法。
【請求項４】
上記キャピラリ複数体は、横断面外郭形状が隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形に形成された筒状のキャピラリ母材を所定本数準備し、該所定本数のキャピラリ母材の外側部同士を相互に接合してキャピラリ複数体母材を作成し、該キャピラリ複数体母材を加熱延伸して小径化することにより製造されていることを特徴とする請求項２に記載のフォトニッククリスタルファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニッククリスタルファイバの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバは、ＳｉＯ２を主体とするコア部とクラッド部とからなり、光を伝搬する媒体として非常によく知られている。そして、上記のようなコア部とクラッド部とからなる光ファイバでは得ることができないような大きな波長分散を発現するものとしてフォトニッククリスタルファイバが注目を集めている。このフォトニッククリスタルファイバは、ファイバ中心を長手方向に延び、中実又は中空に形成されたコア部と、そのコア部を囲うように設けられ、コア部に沿って延び且つコア部の周囲に配設された多数の細孔を有する多孔部とを備えている。
【０００３】
そして、かかるフォトニッククリスタルファイバの製造方法としては、筒状のサポート管に、それと平行に多数のキャピラリ（丸管）を充填すると共に、中実のコア部に形成されるコア部材を該サポート管の軸部に配置して又は中空のコア部に形成される空間を該サポート管の軸部に形成してプリフォームを作成し、そのプリフォームを線引き加工により細径化するというものがある。
【０００４】
この場合において、充填するキャピラリが丸管であると、互いに隣接し合う３本のキャピラリが最密充填状態に配置された際、中央に断面略三角形状の空間が形成され、それがそのまま線引き加工されるとインタースティシャルサイト（interstitial  site）と称される細孔がキャピラリの穴とは別個に形成されることとなる。そして、所望の特性を有するフォトニッククリスタルファイバを得るために、このインタースティシャルサイトの発生を抑止する必要がある場合があり、かかる場合、線引き加工温度を高くしてキャピラリの粘度を下げた状態で線引き加工し、キャピラリ間に形成される断面略三角形状の空間を塞ぐようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の如く線引き加工温度を高くすると、キャピラリが変形する際に、本来塞がれてはいけないキャピラリの穴（格子点部分に相当）まで塞がってしまうという問題がある。
【０００６】
また、線引き加工時にインタースティシャルサイトとなる空間を塞ごうとすると、大幅な体積収縮が生じることとなり、サポート管とキャピラリ束との間に隙間が生じてしまうという問題や、また、インタースティシャルサイトがキャピラリの表面張力や粘性によって収縮することを期待した設計を行うと、設計寸法と出来上がり寸法との合致性が悪くなるという問題もある。
【０００７】
さらに、露出しているキャピラリ外側面が多くなるので、輻射熱がプリフォームの中心部まで届かないことに加え、キャピラリ間に空隙が多く存在するためにキャピラリ間の熱伝導が悪く、プリフォーム内の温度分布が不均一となり、線引き加工時にプリフォームの外側部は容易に昇温するのに対し、中心部は昇温させるのに長時間を要するという問題もある。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、丸管のキャピラリを使用した際に生じる上記問題点を解消するフォトニッククリスタルファイバの製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、サポート管に充填するキャピラリの横断面外郭形状を、隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形にしたものである。
【００１０】
具体的には、本発明は、筒状のサポート管内に、該サポート管の中心軸と平行に多数のキャピラリを最密充填すると共に、中実のコア部となるコア部材を該サポート管の中心軸部に配置して又は中空のコア部となる空間を該サポート管の中心軸部に形成してプリフォームを作成し、該プリフォームを線引き加工により細径化するフォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
上記キャピラリは、横断面外郭形状が隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形に形成されていると共に、長さ方向に沿って延びる穴が複数形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、別の本発明は、筒状のサポート管内に、該サポート管の中心軸と平行に多数のキャピラリを最密充填すると共に、中実のコア部となるコア部材を該サポート管の中心軸部に配置して又は中空のコア部となる空間を該サポート管の中心軸部に形成してプリフォームを作成し、該プリフォームを線引き加工により細径化するフォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
上記キャピラリの横断面外郭形状が、隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形に形成されており、
上記サポート管に充填する多数のキャピラリにより構成されるキャピラリ群は、複数本のキャピラリの外側部同士が相互に接合されて形成されたキャピラリ複数体を複数含むことを特徴とする。
【００１２】
このキャピラリの横断面外郭形状が形成される隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形としては、正三角形及び二等辺三角形のうちのいずれかの三角形、又は正方形、長方形、菱形、平行四辺形及び台形のうちのいずれかの四角形、若しくは正六角形のいずれかを例示することができる。そして、各断面の重心位置にキャピラリの穴を設けるとすると、キャピラリの横断面外郭形状が正三角形又は正方形若しくは正六角形の場合には、キャピラリの穴間の間隔が均一な構造（格子間定数が均一）のものが得られ、キャピラリの横断面外郭形状が二等辺三角形、長方形、菱形、平行四辺形又は台形の場合には、キャピラリの穴間の間隔が方向によって異なる構造（格子間定数が方向によって異なる）のものが得られることとなる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明及び別の本発明によれば、丸管のキャピラリを使用した場合のようにキャピラリ間にインタースティシャルサイトとなる空間がプリフォームに形成されないので、それを塞ぐために高温で線引き加工する必要がなく、線引き温度を比較的低温とすることができ、キャピラリの穴を塞ぐことなく線引き加工を行うことができる。
【００１４】
また、インタースティシャルサイトとなる空間が形成されず、サポート管内におけるキャピラリの体積充填率（占有率）が高くなるので、線引き加工時におけるキャピラリ束の収縮量は小さく、サポート管とキャピラリ束との間に生じる隙間が最小限に抑えられる。その上、キャピラリ及びサポート管の粘度、収縮率等の制御しがたい条件を考慮することなく完成後の形状を設計できるので、高度な寸法設計とその設計に忠実なフォトニッククリスタルファイバの製造が可能となる。加えて、キャピラリ相互の接触面積が多く、キャピラリ相互の密着度が高くなるので、キャピラリ相互の摩擦によりキャピラリの位置ずれ（相転移）が抑止されることとなる。
【００１５】
さらに、インタースティシャルサイトとなる空間が形成されず、キャピラリの外側面同士が密着するので、熱伝導度が高まると共に、反射による熱損失が小さく抑えられ、輻射熱が中心部まで均一に届くこととなり、線引き加工時におけるサポート管及びキャピラリ束の温度の均一化が迅速に図られることとなる。従って、線引き加工時にはプリフォーム全体の温度が均一となった以降の加工部分が製品として採取されるが、その温度の均一化が迅速になされ、歩留まりの向上が図られることとなる。
【００１６】
そして、キャピラリの横断面外郭形状が隙間を生じることなく最密充填可能な多角形に形成されているので、サポート管に規則的にキャピラリを整列させて充填するだけでよく、プリフォーム作成の作業性が極めて優れたものとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
（実施形態１）
実施形態１に係るフォトニッククリスタルファイバの製造方法を工程を追って説明する。
【００１９】
＜準備工程＞
横断面外郭形状が正六角形であって且つ中心に断面円形の穴が設けられたＳｉＯ２製キャピラリ母材を加熱延伸して小径化し、キャピラリを製造する。また、図１に示すように、２本のキャピラリ母材９，９の側面同士を相互に融着接合してキャピラリ二量体母材１０（キャピラリ複数体母材）を作成し、これを加熱延伸して小径化し、キャピラリ二量体（キャピラリ複数体）を製造する。このようにして、キャピラリ二量体を含み、構成キャピラリ本数が１６８本となるキャピラリ群を準備する。
【００２０】
また、ＳｉＯ２製の円柱体に断面正６角形の穴を中心軸に沿って設けたサポート管と、キャピラリと同じ形状の六角柱状のＳｉＯ２製コア部材とを準備する。ここで、サポート管に設けられた断面正六角形の穴は、１６８本のキャピラリ（及びコア部材）をサポート管内に最密充填して作成されるプリフォームを線引き加工により細径化する際に、サポート管の内壁に臨む全てのキャピラリがその内壁に接するように寸法設定されている。すなわち、その寸法設定は、サポート管にキャピラリ（及びコア部材）を最密充填する際において、後述の第１５層のキャピラリを充填する際には、キャピラリが第１４層のキャピラリとサポート管の内壁との間で摩擦により充填不可とならない程度の空間を形成し、且つ第１５層を充填した後には、第１５層のキャピラリとサポート管の内壁との間に極めて小さい隙間を形成するものである。
【００２１】
＜キャピラリ充填工程＞
サポート管の内壁の一つの面を敷きつめるようにして４本のキャピラリ二量体を並列に並べて第１層を形成し、形成された第１層における一対のキャピラリの間に配置されるようにキャピラリを載せてゆき第２層を形成する。このとき、第２層は９本のキャピラリで構成されるため、４本のキャピラリ二量体と１本のキャピラリを使用する。このようにして第７層までキャピラリを充填する。そして、第８層も第７層までと同様にしてキャピラリの充填を行うが、真ん中に配置される第８番目だけはキャピラリではなくコア部材を配置する。続いて、第１５層までキャピラリを充填する。
【００２２】
以上のようにして、図２に示すように、サポート管１に１６８本のキャピラリ２，２，…が充填されると共に、コア部材３が中心軸の位置に配置されたフォトニッククリスタルファイバのプリフォーム４を作成する。
【００２３】
＜線引き工程＞
サポート管にキャピラリ及びコア部材を充填して作成したプリフォームに加熱して延伸する線引き加工を施して細径化（ファイバ化）する。このとき、隣接するキャピラリ同士、キャピラリとサポート管、キャピラリとコア部材は相互に融着一体化することとなる。そうして、図３に示すように、ファイバ中心を長手方向に延び且つ中実に形成されたコア部５と、コア部５を囲うように設けられ且つコア部５に沿って延びる多数の細孔を有する多孔部６と、これらを被覆するように設けられたサポート部７とを備えたフォトニッククリスタルファイバファイバ８が製造される。
【００２４】
上記構成のフォトニッククリスタルファイバ８の製造方法によれば、丸管のキャピラリを使用した場合のようにキャピラリ間にインタースティシャルサイトとなる空間が形成されないので、それを塞ぐために高温で線引き加工する必要がなく、線引き温度を比較的低温とすることができ、キャピラリ２の穴を塞ぐことなく線引き加工を行うことができる。
【００２５】
また、インタースティシャルサイトとなる空間が形成されず、サポート管１内におけるキャピラリ２の体積充填率（占有率）が高くなるので、線引き加工時におけるキャピラリ２束の収縮量は小さく、サポート管１とキャピラリ２束との間に生じる隙間が最小限に抑えられる。その上、キャピラリ２及びサポート管１の粘度、収縮率等の制御しがたい条件を考慮する必要がないので、完成後の形状についての高度な寸法設計ができ、フォトニッククリスタルファイバ８はその設計を忠実に実現するものとなっている。加えて、キャピラリ２相互の接触面積が多く、キャピラリ２同士の密着度が高くなるので、相互の摩擦によりキャピラリ２の位置ずれ（相転移）が抑止されることとなる。
【００２６】
さらに、インタースティシャルサイトとなる空間が形成されず、キャピラリ２の外側面同士が密着するので、熱伝導度が高まると共に、反射による熱損失が小さく抑えられ、輻射熱が中心部まで均一に届くこととなり、線引き加工時におけるサポート管１及びキャピラリ２束の温度の均一化が迅速に図られることとなる。従って、線引き加工時にはプリフォーム４全体の温度が均一となった以降の加工部分が製品として採取されるが、その温度の均一化が迅速になされ、歩留まりの向上が図られることとなる。
【００２７】
そして、キャピラリ２の横断面外郭形状が正六角形であるので、サポート管１に規則的にキャピラリ２を整列させて充填するだけでよく、プリフォーム４作成の作業性が極めて優れることとなる。
【００２８】
また、サポート管１に充填する多数のキャピラリ２により構成されるキャピラリ群の中には、複数本のキャピラリ２の外側部同士が相互に接合されて形成されたキャピラリ複数体が含まれているので、サポート管１内にキャピラリ２を充填する作業の効率化が図られると共に、隣接したキャピラリ２間への別のキャピラリ２の割り込みが防止され、プリフォーム４作成作業の容易化もが図られることとなる。
【００２９】
さらに、このキャピラリ二量体は、キャピラリ２の外側面同士が相互に接合されて形成されているので、キャピラリ２の頂角同士を接合する場合に比べてキャピラリ２相互の密着度が高くなり、線引き加工時にキャピラリ２同士を融着させるのに要する熱量が少なくてよくなる。
【００３０】
（実施形態２）
実施形態２に係るフォトニッククリスタルファイバの製造方法を工程を追って説明する。
【００３１】
＜準備工程＞
横断面外郭形状が正六角形であって且つ中心に断面円形の穴が設けられたＳｉＯ２製キャピラリ母材を加熱延伸して小径化し、キャピラリを製造する。また、同じキャピラリ母材２本の側面同士を相互に融着接合してキャピラリ二量体母材（キャピラリ複数体母材）を作成し、これを加熱延伸して小径化し、キャピラリ二量体（キャピラリ複数体）を製造する。このようにして、キャピラリ二量体を含み、構成キャピラリ本数が５２本となるキャピラリ群を準備する。
【００３２】
また、ＳｉＯ２製の円柱体に断面正方形の穴を中心軸に沿って設けたサポート管と、キャピラリと同じ形状の六角柱状のＳｉＯ２製コア部材とを準備する。
【００３３】
＜キャピラリ充填工程＞
サポート管の内壁の一つの面を敷きつめるようにして４本のキャピラリ二量体を並列に並べて第１層を形成し、形成された第１層における一対のキャピラリの間に配置されるようにキャピラリを載せてゆき第２層を形成する。このとき、第２層は７本のキャピラリで構成されるため、３本のキャピラリ二量体と１本のキャピラリを使用する。このようにして第３層までキャピラリを充填する。そして、第４層も第３層までと同様にしてキャピラリの充填を行うが、真ん中に配置される第４番目だけはキャピラリではなくコア部材を配置する。続いて、第７層までキャピラリを充填する。
【００３４】
以上のようにして、図４に示すように、サポート管１に５２本のキャピラリ２，２，…が充填されると共に、コア部材３が中心軸の位置に配置されたフォトニッククリスタルファイバのプリフォーム４を作成する。
【００３５】
線引き工程の構成、作用及び効果については、実施形態１と同一である。
【００３６】
（その他の実施形態）
上記実施形態１及び２では、１本のキャピラリに１つの穴が空いたものを使用したが、特にこれに限定されるものではなく、図５に示すように、１本のキャピラリに３つの穴が空いているようなキャピラリ２を使用してもよい。このような構成によれば、同数の穴が設けられたプリフォームを作成する場合、充填するキャピラリの本数が少なくて済み、生産性及び作業性の向上を図ることができる。
【００３７】
上記実施形態１及び２では、キャピラリの横断面外郭形状が正六角形のものを用いたが、特にこれに限定されるものではなく、隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形であれば他の形状のものであってもよく、例えば、正三角形、二等辺三角形、正方形、長方形、菱形、平行四辺形又は台形のものを例示することができる。そして、各断面の重心位置にキャピラリの穴を設けるとすると、キャピラリの横断面外郭形状が正三角形又は正方形の場合には、キャピラリの穴間の間隔が均一な構造（格子間定数が均一）のものが得られ、キャピラリの横断面外郭形状が二等辺三角形、長方形、菱形、平行四辺形又は台形の場合には、キャピラリの穴間の間隔が方向によって異なる構造（格子間定数が方向によって異なる）のものが得られることとなる。
【００３８】
また、上記実施形態１及び２では、キャピラリ二量体を使用したが、特にこれに限定されるものではなく、３本のキャピラリを並列に接合したキャピラリ三量体や３本のキャピラリをそれぞれ相互に接合したキャピラリ三量体の他、キャピラリ四量体等であってもよく、また、これらの組み合わせを使用してもよい。
【００３９】
また、上記実施形態１及び２では、コア部材を用いることにより中実のコア部を有するフォトニッククリスタルファイバを製造したが、特にこれに限定されるものではなく、プリフォームの作成時に中心軸部分に空間を形成しておくことにより、中空のコア部を有するものを製造することもできる。
【００４０】
また、上記実施形態１では断面正六角形の穴が設けられたサポート管が用いられ、実施形態２では断面正方形の穴が設けられたサポート管が用いられたが、特にこれに限定されるものではなく、正三角形又は円形の穴が設けられたサポート管を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  キャピラリ母材の断面図及びキャピラリ２量体母材の断面図である。
【図２】  実施形態１に係るプリフォームの断面図である。
【図３】  実施形態１に係るフォトニッククリスタルファイバの斜視図である。
【図４】  実施形態２に係るプリフォームの断面図である。
【図５】  その他の実施形態におけるキャピラリ束の断面図である。
【符号の説明】
１    サポート管
２    キャピラリ
３    コア部材
４    プリフォーム
５    コア部
６    多孔部
７    サポート部
８    フォトニッククリスタルファイバ
９    キャピラリ母材
１０  キャピラリ二量体母材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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