WO2024018917A1 - 光ファイバ母材の製造装置、製造方法、光ファイバ母材および光ファイバ - Google Patents

光ファイバ母材の製造装置、製造方法、光ファイバ母材および光ファイバ Download PDF

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稔之 浅井
光広 川崎
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Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber preform manufacturing apparatus, a manufacturing method, an optical fiber preform, and an optical fiber.
  • the method for manufacturing an optical fiber preform described in Patent Document 1 is based on the method of manufacturing an optical fiber preform by regulating the ratio of the moving speed of a burner for depositing glass fine particles onto a core rod, which is a starting material for an optical fiber preform, and the rotational speed of the core rod.
  • the method includes a step of reducing unevenness on the surface of the fiber base material.
  • Patent Document 1 only defines the relationship between the moving speed of one burner and the rotational speed of the core rod.
  • the flame trajectories of the plurality of burners overlap each other, causing unevenness on the surface of the optical fiber preform.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce unevenness on the surface of an optical fiber preform when a plurality of burners are used.
  • N (N is an integer of 2 or more) and a raw material ejection port
  • the burner array reciprocates around the core rod in the longitudinal direction at a speed v, and forms a porous glass portion on the outer periphery of the core rod
  • the number of rotations (L+x) of the core rod when the burner array moves by the distance d in the longitudinal direction When the L is an arbitrary natural number and the offset x is greater than -0.5 and less than +0.5, the absolute value of the offset x is An apparatus for manufacturing an optical fiber preform is provided.
  • an optical fiber preform manufacturing apparatus that can reduce unevenness on the surface of an optical fiber preform.
  • FIG. 1 is a side view of a deposition apparatus used for manufacturing an optical fiber preform in a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a control device that controls the deposition apparatus in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a side view of the burner array in the first embodiment of the invention.
  • FIG. 4A is a schematic diagram of the operation of the burner array in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B is a schematic diagram of the operation of the burner array in the first embodiment of the invention.
  • FIG. 4C is a schematic diagram of the operation of the burner array in the first embodiment of the invention.
  • FIG. 4D is a schematic diagram of the operation of the burner array in the first embodiment of the invention.
  • FIG. 4A is a schematic diagram of the operation of the burner array in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B is a schematic diagram of the operation of the burner array in the first embodiment of the invention.
  • FIG. 4C is a schematic diagram of
  • FIG. 4E is a schematic diagram of the operation of the burner array in the first embodiment of the invention.
  • FIG. 4F is a schematic diagram of the operation of the burner array in the first embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing the distance of the trajectory of the burner flame with respect to the manufacturing conditions of the optical fiber preform in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a developed view of the locus of the burner array formed on the side of the optical fiber preform in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6B is a developed view of the locus of the burner array formed on the side of the optical fiber preform in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6C is a developed view of the locus of the burner array formed on the side of the optical fiber preform in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6D is a developed view of the locus of the burner array formed on the side of the optical fiber preform in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing the distance of the trajectory of the burner flame with respect to the manufacturing conditions of the optical fiber preform in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A is a developed view of the locus of the burner array formed on the side of the optical fiber preform in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B is a developed view of the locus of the burner array formed on the side of the optical fiber preform in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8C is a developed view of the locus of the burner array formed on the side of the optical fiber preform in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A is a developed view of the locus of the burner array formed on the side of the optical fiber preform in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B is a developed view of the locus of the burner array formed on the side of the optical
  • FIG. 8D is a developed view of the locus of the burner array formed on the side of the optical fiber preform in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart of a method for manufacturing an optical fiber preform and an optical fiber in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A is a diagram showing a variation in the outer diameter of the optical fiber preform of Example 1 in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11B is a diagram showing a variation in the outer diameter of the optical fiber preform of Example 2 in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11C is a diagram showing a variation in the outer diameter of the optical fiber preform of a comparative example in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a side view of a deposition apparatus used for manufacturing an optical fiber preform in this embodiment.
  • the core rod of the optical fiber preform 1 includes a core portion 11 and support portions 12A and 12B.
  • the core portion 11 is a starting material for the optical fiber preform 1 and is made of quartz glass or the like.
  • the core portion 11 may be formed by heating and stretching a rod having a core and a cladding layer formed around the outer periphery of the core.
  • the core portion 11 has a substantially cylindrical shape, and may have a length of 4000 mm and a diameter of 60 mm, for example. Glass particles are deposited on the outer periphery of the side portion of the core portion 11 in a deposition process described later, thereby forming the optical fiber preform 1.
  • the support parts 12A and 12B are support rods, and the support parts 12A and 12B are provided at both ends of the core part 11, respectively.
  • the support parts 12A and 12B are used to support the core part 11 in the glass particle deposition process and sintering process.
  • the support parts 12A and 12B are made of quartz or the like like the core part 11.
  • the support portions 12A, 12B have a substantially cylindrical shape, and may have a length of 1000 mm and a diameter of 90 mm, for example. The length and diameter of the support portions 12A and 12B may be changed as appropriate depending on the length or diameter of the core portion 11, the thickness on which the glass particles are deposited, and the like.
  • the support parts 12A and 12B are joined to the core part 11 so that the support axes of the support parts 12A and 12B and the core axis of the core part 11 are located on substantially the same line.
  • the support parts 12A and 12B are welded to the core part 11 using an oxyhydrogen burner or the like.
  • the welding method is not limited to this, and an electric furnace or the like may be used for welding and joining.
  • the porous glass part 13 is a layer of glass fine particles deposited on the core part 11.
  • the porous glass portion 13 is deposited on the core portion 11 by the deposition device 2 .
  • the method of depositing the porous glass portion 13 may be, for example, a VAD (Vapor Phase Axial Deposition) method, an OVD (Outside Vapor Deposition) method, or the like.
  • the OVD method is a method in which the core portion 11 is held at both ends and glass fine particles are deposited horizontally on the sides of the core portion 11 .
  • the porous glass portion 13 is deposited by the OVD method using a horizontal deposition apparatus.
  • the porous glass portion 13 includes tapered portions 14A and 14B.
  • the tapered portions 14A and 14B are formed with a predetermined length in the X direction.
  • the predetermined length corresponds to the distance in the X direction from a burner at one end to a burner at the other end of a burner array to be described later.
  • the deposition apparatus 2 includes a base 21, support parts 22A and 22B, a grip part 23, a stress applying part 24, a control device 3, and a burner array 4.
  • the base 21 is a member that becomes the base of the deposition apparatus 2, and has a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • the base 21 is installed substantially horizontally with respect to the ground plane.
  • the base 21 includes a rail extending in the longitudinal direction of the base 21 and provided below the core portion 11, and the support portions 22A, 22B and the burner array 4 are movable along the rail. In this embodiment, a configuration including one rail and one burner array 4 is described, but a configuration including a plurality of rails and a plurality of burner arrays 4 may be used.
  • the plurality of rails be provided at a predetermined angle in the circumferential direction of the core portion 11.
  • the three rails are provided in the circumferential direction at an angle of 120 degrees to each other, and the burner array 4 is installed on each rail.
  • the longitudinal direction of the base 21 is the X direction
  • the lateral direction of the base 21 is the Y direction
  • the vertical direction of the base 21 is the Z direction.
  • the support parts 22A and 22B have a columnar shape, are opposed to each other, and are provided on the upper part of the base 21. That is, the support portion 22A is provided at one end of the base 21, and the support portion 22B is provided at the other end of the base 21. At least one of the supports 22A and 22B is movable on a rail laid on the base 21.
  • the support parts 22A, 22B are equipped with a rotary motor, a transmission, etc. that rotate the core part 11 via the support parts 12A, 12B.
  • the gripping part 23 and the stress applying part 24 constitute a chuck, and are provided on the supporting parts 22A and 22B, respectively.
  • the grip part 23 is made of metal such as SUS (Steel Use Stainless) or heat-resistant fluororesin, and includes a plurality of claws that can be brought close to each other or separated from each other.
  • a gripping hole that can grip the support parts 12A and 12B is formed in the center of the plurality of claws.
  • the stress applying part 24 is provided around the grip part 23 and is capable of applying stress to the grip part 23.
  • the stress applying section 24 applies stress to the gripping section 23
  • the plurality of claws move closer to each other, and the diameter of the gripping hole becomes smaller.
  • the support parts 12A and 12B inserted into the grip holes are gripped by the grip part 23.
  • the control device 3 is communicably connected to the deposition device 2 and controls the operation of the deposition device 2 and the burner array 4.
  • the control device 3 controls the rotational direction and rotational speed when the deposition device 2 rotationally drives the core section 11, the magnitude of the stress of the stress applying section 24, the moving direction and moving speed of the burner array 4, the moving range in the X direction, etc. can be controlled.
  • the burner array 4 includes a plurality of burners 41 to 4N and is installed on the rail of the base 21.
  • the burner array 4 can move on the rail in the X direction and deposit glass particles on the core part 11 that rotates around the core axis.
  • the burner 41 is a burner that sprays glass particles onto the core portion 11, and is, for example, a burner that uses gas mainly composed of hydrocarbons (methane) and oxygen or oxyhydrogen as fuel.
  • the burner 41 includes a nozzle for supplying combustible gas, a nozzle for supplying combustion auxiliary gas, a nozzle (raw material spout) for supplying glass raw material, and the like.
  • the combustible gas may be a gas containing hydrogen or a hydrocarbon as a main component, and the combustible gas may be oxygen or the like.
  • the glass raw material may be, for example, a cyclic siloxane, SiCl4 , etc.
  • the burner 41 injects glass raw materials into a flame, and generates glass particles through oxidation/pyrolysis reactions, flame hydrolysis reactions, and the like.
  • the plurality of burners 41 to 4N operate as one. In this way, the porous glass portion 13 is deposited on the outer periphery of the core portion 11, and the optical fiber preform 1 is formed.
  • FIG. 2 is a block diagram of a control device that controls the deposition apparatus in this embodiment.
  • the control device 3 includes a CPU (Central Processing Unit) 301, a ROM (Read Only Memory) 302, a RAM (Random Access Memory) 303, a storage device 304, a display 305, a touch sensor 306, and an input device 3. 07, communication I/F308, sensor It includes an I/F 309 and a bus 310. Each part is interconnected via a bus 310.
  • the CPU 301 controls each part of the deposition device 2 and the burner array 4 using an application program.
  • the ROM 302 is composed of a non-volatile memory and stores an application program for controlling each part of the deposition apparatus 2 and the burner array 4.
  • RAM 303 provides a memory area necessary for the operation of CPU 301.
  • the storage device 304 is composed of a hard disk, a semiconductor memory, and the like.
  • the display 305 includes, for example, a liquid crystal display, an organic light emitting diode (OLED) display, a light emitting diode (LED) display, or the like.
  • a touch sensor 306 is arranged on the surface of the display 305. Touch sensor 306 includes a capacitive or resistive detection circuit.
  • the input device 307 is a user I/F, and may be, for example, a keyboard, a mouse, or the like.
  • the communication I/F 308 is a communication unit that transmits and receives data, and connects the control device 3 and the deposition device 2 in a communicable manner. Communication between the control device 3 and the deposition device 2 via the communication I/F 308 may be either wired communication or wireless communication.
  • Wireless communication methods include, for example, 3rd generation mobile communication, LTE (Long Term Evolution), 4th generation mobile communication, 5th generation mobile communication, short-range wireless communication such as Bluetooth (registered trademark), Wi-Fi, etc. It may be wireless communication using a wireless LAN connection, etc.
  • the sensor I/F 309 acquires various data from sensors included in the deposition apparatus 2 and stores it in the storage device 304 or the like.
  • Various data include, for example, the temperature around the optical fiber preform 1, the surrounding humidity, the mass of the optical fiber preform 1, the surface temperature, the surface roughness, the rotation direction, the rotation speed, the acceleration, the rotation angle, and the porous glass. It may be the amount of accumulation in the portion 13, the position of the burner array 4, the temperature of the flames of the burners 41 to 4N, etc.
  • the control device 3 receives the control parameters of the deposition device 2 and the control parameters of the burner array 4 through an operator's operation, and controls the deposition device 2 and the burner array 4.
  • the control device 3 also receives information from a sensor (not shown) provided in the deposition device 2 via the sensor I/F 309, and receives information such as the rotation direction, rotation speed, and rotation angle of the rotating optical fiber preform 1. , the position of the burner array 4, etc. can be calculated and reflected in the control of the deposition device 2 and the burner array 4.
  • FIG. 3 is a side view of the burner array in this embodiment.
  • the burner array 4 includes a burner stand 401 and N burners 41 to 4N.
  • the number N of burners is an integer of 2 or more.
  • the burner stand 401 is movable on the rails of the base 21 in the X direction.
  • the burners 41 to 4N are installed in a substantially straight line above the burner stand 401.
  • Burner 41 and burner 42 are installed with a distance d between them, and burner 41 and burner 43 are installed with a distance of 2d between them. That is, the burners 41 to 4N are installed in a substantially straight line above the burner stand 401, and a distance d is provided between adjacent burners.
  • the distance from burner 41 to burner 4N in the X direction is (N-1)d.
  • the number N of burners and the distance d can be adjusted depending on the length of the optical fiber preform 1, the desired deposition amount of the porous glass portion 13, the desired length of the tapered portions 14A and 14B, and the like.
  • the temperature of the flame in the burner array 4 the amount of combustible gas and auxiliary gas supplied, the amount of glass raw material supplied, the nozzle and the light
  • the angle formed with the fiber base material 1, etc. can be controlled independently for each burner array 4.
  • FIG. 4A to 4F are schematic diagrams of the operation of the burner array in this embodiment.
  • 4A, FIG. 4B, and FIG. 4E are side views of the optical fiber preform 1
  • FIG. 4B, FIG. 4D, and FIG. 4F are the optical fiber preforms taken along the line II' in FIGS. 4A, FIG. 4C, and FIG. 4E, respectively.
  • 1 is a sectional view of FIG.
  • the optical fiber preform 1 rotates around the core axis of the core portion 11 at a rotational speed r [rpm].
  • the number of burners N 3, and the burner array 4 includes three burners 41 to 43.
  • the burner array 4 moves in the X direction at a moving speed v [mm/min] and deposits the porous glass portion 13 on the optical fiber preform 1 .
  • L+x is the rotation speed of the optical fiber preform 1 and can be set by the operator.
  • the rotation speed L is a natural number representing the integer part of the rotation speed of the optical fiber preform 1
  • the rotation speed L controls the cycle of the flame trajectory of the burner 41 in the X direction. As the rotational speed L increases, the period of the trajectory of the flame of the burner 41 in the X direction becomes smaller, and the density of the glass particles deposited on the sides of the core part 11 by the burners 41 to 4N increases. As the rotational speed L decreases, the period of the trajectory of the flame of the burner 41 in the X direction increases, and the density of glass particles deposited on the sides of the core portion 11 by the burners 41 to 4N decreases.
  • the rotation speed L may be determined according to the number N of burners and the distance d between the burners, or may be determined according to the deposition density of the porous glass portion 13 or the time required for the deposition process.
  • the rotation speed L does not necessarily have to be constant and can be changed as appropriate. For example, it may be determined depending on the amount of accumulation, surface roughness, etc. of the porous glass portion 13. However, while the burner array 4 moves from one end of the optical fiber preform 1 to the other end and deposits glass particles, it is desirable that the rotation speed L is constant.
  • the trajectory of the flame of the burner 41 overlaps with a point P on the side of the optical fiber preform 1. Since the burner 42 and the burner 43 are provided at a distance d and a distance 2d from the burner 41, respectively, the trajectory of the flame of the burner 42 and the trajectory of the flame of the burner 43 are a distance d and a distance 2d, respectively, from the point P in the X direction. It passes through a position 2d away.
  • the offset x controls the distance of the flame trajectory of the burners 41-4N.
  • the offset x is 0, the flame trajectories of the burners 41 to 4N overlap each other. If the trajectories of all the flames of the burners 41 to 4N overlap, the surface irregularities of the optical fiber preform 1 may become large. For this reason, consider the value of the offset x that will make the trajectories of the flames of the burners 41 to 4N evenly spaced and reduce the unevenness on the surface of the optical fiber preform 1.
  • the distance in the X direction between point P and each flame trajectory is determined.
  • the optical fiber base material 1 rotates once with reference to when the trajectory of the flame of the burner 41 overlaps with the point P
  • the trajectory of the flame of the burner 41 is a distance from the point P in the X direction as shown by equation (1).
  • Move d/(L+x) When the optical fiber preform 1 rotates L, the trajectory of the flame of the burner 42 and the point P are located on substantially the same straight line in the X direction. At this time, the distance in the X direction between the trajectory of the flame of the burner 42 and the point P is expressed by the following formula.
  • the trajectory of the flame of the burner 4N and the point P are located on substantially the same straight line in the X direction.
  • the distance in the X direction between the trajectory of the flame of the burner 4N and the point P is expressed by the following formula.
  • equation (4) the ratio of the distance between the flame trajectory of burner 41 and the flame trajectory of burner 42 and the distance between the flame trajectory of burner 41 and the flame trajectory of burner 4N can be obtained. It will be done.
  • the value of offset x is a value excluding 0, and is preferably set to a value greater than -1/(N-1) and smaller than +1/(N-1), and set to ⁇ 1/N. It is more preferable that
  • equation (2) (distance between the trajectory of the flame of burner 41 and the trajectory of the flame of burner 42), equation (4) (distance between the trajectory of the flame of burner 41 and the flame trajectory of burner 44), (distance), and the value of equation (5).
  • 6A to 6D are developed views of the trajectories of the flames of the burners 41 to 44 formed on the sides of the optical fiber preform 1 in this embodiment.
  • a developed view of the trajectory of the flames of the burners 41 to 44 is shown.
  • the value of equation (2) and the value of equation (4) are both 7.89
  • the value of equation (5) is 1.00. Therefore, the distance between the flame trajectory of burner 41 and the flame trajectory of burner 42 is equal to the distance between the flame trajectory of burner 41 and the flame trajectory of burner 44.
  • the distance D2 between the flame locus of the burner 41 and the flame locus of the burner 42 is equal to the distance D4 between the flame locus of the adjacent burner 44 and the flame locus of the burner 41. All flame trajectories are equally spaced across the sides of 1.
  • a developed view of the trajectory of the flames of the burners 41 to 44 is shown.
  • the values of equation (2) and equation (4) are 8.56 and 6.03, respectively, and the value of equation (5) is 0.70. Therefore, the distance between the flame locus of the burner 41 and the flame locus of the burner 42 becomes large, and the distance between the flame locus of the burner 41 and the flame locus of the burner 44 becomes small.
  • distance D4 is smaller than distance D2.
  • a developed view of the trajectory of the flames of the burners 41 to 44 is shown.
  • the values of equation (2) and equation (4) are 9.07 and 4.61, respectively, and the value of equation (5) is 0.51.
  • the distance between the flame trajectory of the burner 41 and the flame trajectory of the burner 42 becomes further larger than in the case of condition (m) in FIG. 5, and the distance between the flame trajectory of the burner 41 and the flame trajectory of the burner 44 becomes smaller.
  • the distance D4 is even smaller than the distance D2, and the surface irregularities of the optical fiber preform 1 may become large.
  • a developed view of the trajectory of the flames of the burners 41 to 44 is shown.
  • the values of equation (2) and equation (4) are 6.58 and 11.59, respectively, and the value of equation (5) is 1.76.
  • the distance between the flame trajectory of burner 41 and the flame trajectory of burner 42 is small, and the distance between the flame trajectory of burner 41 and the flame trajectory of burner 44 is large.
  • the distance D4 is larger than the distance D2, and the surface irregularities of the optical fiber preform 1 may become large.
  • the value of formula (5) may be a value in the range of 3/4 to 4/3 (0.75 to 1.33), and may be in the range of 2/3 to 3/2 (0.67 to 1.50). Even if the value falls within this range, the unevenness on the surface of the optical fiber preform 1 may be within an acceptable range. Therefore, when equation (5) has a value in the range of 3/4 to 4/3 (0.75 to 1.33), is derived, and when equation (5) has a value in the range of 2/3 to 3/2 (0.67 to 1.50), is derived.
  • Equation (2) (distance between the trajectory of the flame of burner 41 and the trajectory of the flame of burner 42), equation (4) (distance between the trajectory of the flame of burner 41 and the flame trajectory of burner 43), (distance), and the value of equation (5).
  • 8A to 8D are developed views of the trajectories of the flames of the burners 41 to 43 formed on the sides of the optical fiber preform 1 in this embodiment.
  • a developed view of the trajectory of flames Nos. 41 to 43 is shown.
  • the values of equation (2) and equation (4) are 11.89 and 12.25, respectively, and the value of equation (5) is 1.03. Therefore, the distance between the flame trajectory of burner 41 and the flame trajectory of burner 42 is approximately equal to the distance between the flame trajectory of burner 41 and the flame trajectory of burner 43.
  • the distance D2 between the flame locus of the burner 41 and the flame locus of the burner 42 is approximately equal to the distance D3 between the flame locus of the adjacent burner 43 and the flame locus of the burner 41. All flame trajectories are approximately equally spaced over the sides of the material 1.
  • a developed view of the trajectory of flames Nos. 41 to 43 is shown.
  • the values of equation (2) and equation (4) are 10.58 and 15.32, respectively, and the value of equation (5) is 1.45. Therefore, the distance between the flame trajectory of burner 41 and the flame trajectory of burner 42 becomes large, and the distance between the flame trajectory of burner 41 and the flame trajectory of burner 43 becomes small.
  • distance D2 is slightly smaller than distance D3.
  • a developed view of the trajectory of flames Nos. 41 to 43 is shown.
  • the values of equation (2) and equation (4) are 13.81 and 7.79, respectively, and the value of equation (5) is 0.56.
  • the distance between the flame trajectory of burner 41 and the flame trajectory of burner 42 is further increased than in the case of condition (f) in FIG. 7, and the distance between the flame trajectory of burner 41 and the flame trajectory of burner 43 is further decreased.
  • the distance D3 is smaller than the distance D2, and the surface irregularities of the optical fiber preform 1 may become large.
  • a developed view of the trajectory of flames Nos. 41 to 43 is shown.
  • the values of equations (2) and (4) are 9.57 and 17.67, respectively, and the value of equation (5) is 1.85.
  • the distance between the flame locus of burner 41 and the flame locus of burner 42 is small, and the distance between the flame locus of burner 41 and burner 43 is long.
  • the distance D3 is larger than the distance D2, and the surface irregularities of the optical fiber preform 1 may become larger.
  • the value of equation (5) is approximately 1.00.
  • the value of equation (5) may be a value in the range of 3/4 to 4/3 (0.75 to 1.33), or 2/3 to 3/2 (0.67 to 1.50).
  • equation (5) has a value in the range of 3/4 to 4/3 (0.75 to 1.33), is derived, and when equation (5) has a value in the range of 2/3 to 3/2 (0.67 to 1.50), is derived.
  • the absolute value of the offset x becomes larger than ⁇ 1/N, the distance between the flame trajectory of burner 41 and the flame trajectory of burner 42 (distance D2 in FIGS. 6A to 6D and distance D2 in FIGS. 8A to 8D) increases. , the distance between the flame locus of burner 41 and the flame locus of burner 4N (distance D4 in FIGS. 6A to 6D and distance D3 in FIGS. 8A to 8D) becomes smaller.
  • the absolute value of the offset is smaller than ⁇ 1/N, the distance between the flame trajectory of burner 41 and the flame trajectory of burner 42 (distance D2 in FIGS. 6A to 6D and distance D2 in FIGS. 8A to 8D) becomes small.
  • the distance between the flame locus of burner 41 and the flame locus of burner 4N (distance D4 in FIGS. 6A to 6D and distance D3 in FIGS. 8A to 8D) increases. Therefore, by setting an appropriate value of the offset x according to the number N of burners, it is possible to manufacture an optical fiber preform with small surface irregularities.
  • FIG. 9 is a flowchart of a method for manufacturing an optical fiber preform and an optical fiber in the embodiment.
  • the support parts 12A and 12B are joined to both ends of the core part 11 (step S101).
  • the support parts 12A and 12B are melt-bonded to the core part 11 using an oxyhydrogen burner or the like so that the virtual support axes of the support parts 12A and 12B and the virtual core axis of the core part 11 are located on substantially the same line. .
  • the core part 11 (optical fiber preform 1) to which the support parts 12A and 12B are joined is installed in the deposition apparatus 2 (step S103).
  • the support parts 12A and 12B are each held by the grip part 23 of the deposition device 2.
  • the offset x may be automatically set to an appropriate value according to the number N of burners.
  • the rotation speed L may be automatically set to an appropriate value according to the number of burners N and the distance d between burners, or may be determined according to the deposition density of the porous glass portion 13 or the time required for the deposition process. You can.
  • the operator sets the rotation speed r and the CPU 301 calculates the movement speed v in S105, the operator may set the movement speed v and the CPU 301 calculates the rotation speed r.
  • the deposition device 2 rotates the optical fiber preform 1 at a rotational speed r, and the burner array 4 is supplied with frit, combustible gas, and auxiliary gas, Glass particles are deposited on the side of the core part 11 by the burner array 4 (step S107).
  • the burner array 4 reciprocates in the X direction from the joint between the support section 12A and the core section 11 to the joint between the support section 12B and the core section 11 at a moving speed v.
  • the burners 41 to 4N feed glass raw materials into the flame, and the generated glass particles are deposited on the side of the core portion 11 at intervals based on set parameters.
  • the burner array 4 reciprocates in the X direction along the lower part of the core part 11 at a moving speed v until a predetermined amount of glass particles are deposited on the side of the core part 11 (NO in step S109). Deposits on the sides.
  • a predetermined amount of glass particles are deposited on the side of the core part 11 (YES in step S109)
  • the supply of glass raw material, combustible gas, and auxiliary gas to the burner array 4 is stopped, and the burner array 4 is extinguished.
  • the deposition of a predetermined amount of glass particles may be determined, for example, by the thickness of the porous glass portion 13 in the Y direction or the Z direction, the difference in mass between the optical fiber preform 1 before and after deposition, and the like.
  • the support parts 12A and 12B are removed from the grip part 23, and the optical fiber preform 1 is removed from the deposition apparatus 2 (step S111).
  • the support part 12A is vertically supported at the upper part of the sintering apparatus, and the optical fiber preform 1 is installed in the sintering apparatus.
  • the optical fiber preform 1 is heated and sintered by the sintering device (step S115). First, chlorine (Cl 2 ) or the like is introduced into the furnace tube of the sintering device from the gas introduction section. Next, the optical fiber preform 1 is heated by a heater while rotating in the furnace tube. As a result, impurities and the like contained in the optical fiber preform 1 are removed. Further, chlorine is discharged to the outside of the reactor core tube, and a mixed gas of chlorine and inert gas is introduced into the reactor core tube as an atmospheric gas.
  • the optical fiber preform 1 is heated to a predetermined temperature by a heater while rotating in the furnace tube.
  • the predetermined temperature may be, for example, 1500°C.
  • helium is discharged to the outside of the furnace tube, and the transparent vitrified optical fiber preform 1 is taken out from the furnace tube.
  • the transparent vitrified optical fiber preform 1 is heated and drawn.
  • the optical fiber preform 1 is heated at a heating temperature of 2000 to 2300°C. In this way, an optical fiber is formed.
  • the deposition of glass fine particles by a single burner is improved. It is efficient and makes it possible to reduce unevenness on the surface of the optical fiber preform.
  • step S107 of FIG. 9 the burner array 4 deposits glass particles on the side of the core part 11 while moving from one end of the optical fiber preform 1 to the other end in the X direction.
  • the control device 3 stores the initial phase ⁇ 1 of the rotation angle of the optical fiber preform 1 when the burner array 4 starts moving from one end. This series of steps is called the first outward deposition step.
  • the control device 3 stores the initial phase ⁇ 2 of the rotation angle of the optical fiber preform 1 when the burner array 4 starts moving from the other end. Such a series of steps is called the first return pass deposition step.
  • the burner array 4 moves to one end of the optical fiber preform 1, the burner array 4 starts moving from the one end of the optical fiber preform 1.
  • the control device 3 controls the initial phase ⁇ 3 of the rotation angle of the optical fiber preform 1 to a value different from the initial phase ⁇ 1.
  • the difference between the initial phases ⁇ 1, ⁇ 3 may be less than the absolute value of the offset x, which is greater than zero. That is, there is a difference between the trajectory of the flame of the burner 41 formed in the first outgoing deposition process and the flame trajectory of the burner 42 formed in the first outgoing deposition process.
  • the initial phase ⁇ 3 may be set such that a flame trajectory is formed.
  • the control device 3 controls the initial phase ⁇ 4 of the rotation angle of the optical fiber preform 1 to a value different from the initial phase ⁇ 2.
  • the difference between the initial phases ⁇ 2, ⁇ 4 may be less than the absolute value of the offset x, which is greater than zero.
  • the initial phase ⁇ 4 may be set so that the trajectory of the flame of the burner 4N in the process is formed.
  • the control device 3 controls the initial phase ⁇ 5 of the rotation angle of the optical fiber preform 1 to a value different from the initial phase ⁇ 3.
  • the difference between the initial phases ⁇ 3, ⁇ 5 may be greater than 0 and less than the absolute value of the offset x. That is, there is a difference between the trajectory of the flame of the burner 41 formed in the second outgoing deposition process and the flame trajectory of the burner 42 formed in the first outgoing deposition process.
  • the initial phase ⁇ 5 may be set such that a flame trajectory is formed.
  • the initial phase of the burner array 4 is set for each deposition process, and the burner array 4 deposits glass particles on the side of the core part 11.
  • the predetermined angle may be calculated based on the number of times the deposition process is performed to obtain a predetermined amount of deposited in S109, or may be determined based on the distribution of the amount of deposited glass particles of the burners 41 to 4N.
  • the predetermined angle added to the initial phase at one end of the optical fiber preform 1 may be the same as the predetermined angle added to the initial phase at the other end, or different predetermined angles may be added to the initial phase at the other end. It may be added to the initial phase.
  • burners 41 to 4N are used for the first outbound pass, the second outbound pass, the third outbound pass, and so on.
  • the initial phase is set so that the flame trajectories of the two do not overlap each other.
  • burners 41 to 4N are used for the first return trip, the second return trip, the third return trip, etc.
  • the initial phase is set so that the flame trajectories of the two do not overlap each other.
  • the relationship between the moving speed of a burner array including a plurality of burners and the rotational speed of the core rod is defined, and the initial phase of the flame trajectory of the burner array is determined for each deposition process.
  • the deposition efficiency is better than the deposition of glass particles using a single burner, and it is possible to reduce the unevenness on the surface of the optical fiber preform.
  • FIG. 10A is a diagram showing variations in the outer diameter of the optical fiber preform 1 in this example.
  • the average thickness of the deposited porous glass portion 13 was about 200 mm.
  • the outer diameter variation was -0.04 to 0.04 mm or less, and an optical fiber preform 1 with small surface irregularities could be manufactured. Note that the standard deviation of the outer diameter variation in FIG. 10A was 1.26 ⁇ 10 ⁇ 2 [mm].
  • FIG. 10B is a diagram showing variations in the outer diameter of the optical fiber preform 1 in this example.
  • the average thickness of the deposited porous glass portion 13 was about 200 mm.
  • the outer diameter variation was ⁇ 0.07 to 0.07 mm or less, and an optical fiber preform 1 with small surface irregularities could be manufactured.
  • the value of equation (5) is 0.70, and if the value of equation (5) is within the range of 2/3 to 3/2 (0.67 to 1.50), the light The surface unevenness of the fiber base material 1 was within an acceptable range.
  • the standard deviation of the outer diameter variation in FIG. 10B was 2.53 ⁇ 10 ⁇ 2 [mm].
  • the optical fiber preform 1 is manufactured by the manufacturing method of the first embodiment, and a part of the side part of the optical fiber preform 1 has a substantially cylindrical shape.
  • the variation in outer diameter was investigated.
  • FIG. 10C is a diagram showing variations in the outer diameter of the optical fiber preform 1 in this example.
  • the average thickness of the deposited porous glass portion 13 was about 200 mm.
  • the outer diameter variation was -0.17 to 0.17 mm or less, with some variations exceeding 0.1 mm.
  • the value of equation (5) is 0.51, and if the value of equation (5) is outside the range of 2/3 to 3/2 (0.67 to 1.50), the optical fiber The surface irregularities of Material 1 became large. Note that the standard deviation of the outer diameter variation in FIG. 10C was 6.22 ⁇ 10 ⁇ 2 [mm].
  • Optical fiber base material 2 Deposition device 3: Control device 4: Burner array

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Abstract

光ファイバ母材の表面の凹凸を低減することができる光ファイバ母材の製造装置を提供する。本発明の一実施形態による光ファイバ母材の製造装置は、コアロッドの長手方向に延在する前記コアロッドの回転軸を中心に回転速度ｒで前記コアロッドを回転する支持部と、距離ｄの間隔で設けられるＮ組（Ｎは２以上の整数）のバーナーおよび原料噴出口を備え、前記コアロッドの周囲を前記長手方向に速度ｖで往復運動し、前記コアロッドの外周に多孔質ガラス部を形成するバーナーアレイと、を備え、前記バーナーアレイが前記長手方向に前記距離ｄだけ移動するときの前記コアロッドの回転数（Ｌ＋ｘ）が、ｒｄ／ｖ＝Ｌ＋ｘで表され、前記Ｌは任意の自然数であり、前記オフセットｘは－０．５より大きく＋０．５以下であるとき、前記回転数ｘの絶対値が、２／（２Ｎ＋１）より大きく、３／（３Ｎ－１）より小さいことを特徴とする。

Description

光ファイバ母材の製造装置、製造方法、光ファイバ母材および光ファイバ
　本発明は、光ファイバ母材の製造装置、製造方法、光ファイバ母材および光ファイバに関するものである。
　近年、光ファイバ母材の製造過程において、光ファイバ母材の表面の凹凸を減らし、光ファイバ母材の真円度を改善する光ファイバ母材の製造方法が提案されている。特許文献１に記載の光ファイバ母材の製造方法は、光ファイバ母材の出発材であるコアロッドにガラス微粒子を堆積するバーナーの移動速度とコアロッドの回転速度との比を規定することにより、光ファイバ母材の表面の凹凸を減らす工程を備える。
特開２００６－１９９５２６号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の光ファイバ母材の製造方法は、１台のバーナーの移動速度とコアロッドの回転速度との関係を規定しているに過ぎない。特許文献１に記載の技術において複数のバーナーを用いた場合、複数のバーナーの火炎の軌跡が互いに重なり合い、光ファイバ母材の表面に凹凸が生じる。
　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、複数のバーナーが用いられた場合において、光ファイバ母材の表面の凹凸を低減することを目的とする。
　本発明の一観点によれば、コアロッドの長手方向に延在する前記コアロッドの回転軸を中心に回転速度ｒで前記コアロッドを回転する支持部と、距離ｄの間隔で設けられるＮ組（Ｎは２以上の整数）のバーナーおよび原料噴出口を備え、前記コアロッドの周囲を前記長手方向に速度ｖで往復運動し、前記コアロッドの外周に多孔質ガラス部を形成するバーナーアレイと、を備え、前記バーナーアレイが前記長手方向に前記距離ｄだけ移動するときの前記コアロッドの回転数（Ｌ＋ｘ）が、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 で表され、前記Ｌは任意の自然数であり、オフセットｘは－０．５より大きく＋０．５以下であるとき、前記オフセットｘの絶対値が、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 であることを特徴とする光ファイバ母材の製造装置が提供される。
　本発明によれば、光ファイバ母材の表面の凹凸を低減することができる光ファイバ母材の製造装置を提供することができる。
図１は、本発明の第１実施形態における光ファイバ母材の製造に用いる堆積装置の側面図である。 図２は、本発明の第１実施形態における堆積装置を制御する制御装置のブロック図である。 図３は、本発明の第１実施形態におけるバーナーアレイの側面図である。 図４Ａは、本発明の第１実施形態におけるバーナーアレイの動作の概要図である。 図４Ｂは、本発明の第１実施形態におけるバーナーアレイの動作の概要図である。 図４Ｃは、本発明の第１実施形態におけるバーナーアレイの動作の概要図である。 図４Ｄは、本発明の第１実施形態におけるバーナーアレイの動作の概要図である。 図４Ｅは、本発明の第１実施形態におけるバーナーアレイの動作の概要図である。 図４Ｆは、本発明の第１実施形態におけるバーナーアレイの動作の概要図である。 図５は、本発明の第１実施形態における光ファイバ母材の製造条件に対するバーナーの火炎の軌跡の距離を示す図である。 図６Ａは、本発明の第１実施形態における光ファイバ母材の側部に形成されるバーナーアレイの軌跡の展開図である。 図６Ｂは、本発明の第１実施形態における光ファイバ母材の側部に形成されるバーナーアレイの軌跡の展開図である。 図６Ｃは、本発明の第１実施形態における光ファイバ母材の側部に形成されるバーナーアレイの軌跡の展開図である。 図６Ｄは、本発明の第１実施形態における光ファイバ母材の側部に形成されるバーナーアレイの軌跡の展開図である。 図７は、本発明の第１実施形態における光ファイバ母材の製造条件に対するバーナーの火炎の軌跡の距離を示す図である。 図８Ａは、本発明の第１実施形態における光ファイバ母材の側部に形成されるバーナーアレイの軌跡の展開図である。 図８Ｂは、本発明の第１実施形態における光ファイバ母材の側部に形成されるバーナーアレイの軌跡の展開図である。 図８Ｃは、本発明の第１実施形態における光ファイバ母材の側部に形成されるバーナーアレイの軌跡の展開図である。 図８Ｄは、本発明の第１実施形態における光ファイバ母材の側部に形成されるバーナーアレイの軌跡の展開図である。 図９は、本発明の第１実施形態における光ファイバ母材および光ファイバの製造方法のフローチャートである。 図１１Ａは、本発明の第１実施形態における実施例１の光ファイバ母材の外径変動を示す図である。 図１１Ｂは、本発明の第１実施形態における実施例２の光ファイバ母材の外径変動を示す図である。 図１１Ｃは、本発明の第１実施形態における比較例の光ファイバ母材の外径変動を示す図である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。明細書全般における同じ参照符号は、実質的に同一の構成要素を意味する。
［第１実施形態］
　図１は、本実施形態における光ファイバ母材の製造に用いる堆積装置の側面図である。光ファイバ母材１のコアロッドは、コア部１１、サポート部１２Ａ、１２Ｂを備える。コア部１１は、光ファイバ母材１の出発材であり、石英ガラス等で形成される。コア部１１は、コアおよび当該コアの外周に形成されたクラッド層を有するロッドを加熱延伸することによって形成され得る。コア部１１は略円柱形をなし、例えば、長さが４０００ｍｍであり、直径が６０ｍｍであり得る。コア部１１の側部の外周には後述する堆積工程においてガラス微粒子が堆積され、光ファイバ母材１が形成される。
　サポート部１２Ａ、１２Ｂは支持棒であり、コア部１１の両端にそれぞれサポート部１２Ａ、１２Ｂが設けられる。サポート部１２Ａ、１２Ｂは、ガラス微粒子の堆積工程および焼結工程において、コア部１１を支持する用途に用いられる。サポート部１２Ａ、１２Ｂはコア部１１と同様に石英等で構成される。サポート部１２Ａ、１２Ｂは略円柱形をなし、例えば、長さが１０００ｍｍであり、直径が９０ｍｍであり得る。サポート部１２Ａ、１２Ｂの長さおよび直径は、コア部１１の長さまたは直径、ガラス微粒子が堆積する厚さ等に応じて適宜変更されてもよい。
　サポート部１２Ａ、１２Ｂのサポート軸およびコア部１１のコア軸が略同一線上に位置するように、サポート部１２Ａ、１２Ｂはコア部１１に接合される。サポート部１２Ａ、１２Ｂは酸水素バーナー等を用いてコア部１１に溶接接合される。溶接接合の方法はこれに限定されず、電気炉等を用いて溶接接合されてもよい。
　多孔質ガラス部１３は、コア部１１に堆積されたガラス微粒子の層である。多孔質ガラス部１３は、堆積装置２によってコア部１１に堆積する。多孔質ガラス部１３の堆積方法は、例えば、ＶＡＤ（Ｖａｐｏｒ　ｐｈａｓｅ　Ａｘｉａｌ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＯＶＤ（Ｏｕｔｓｉｄｅ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等であり得る。ＯＶＤ法は、コア部１１を両端把持し、コア部１１の側部において水平方向にガラス微粒子が堆積する方法である。本実施形態では、横型の堆積装置を用い、ＯＶＤ法によって多孔質ガラス部１３が堆積する。
　多孔質ガラス部１３は、テーパー部１４Ａ、１４Ｂを備える。テーパー部１４Ａ、１４Ｂは、Ｘ方向に所定の長さで形成される。所定の長さは、後述するバーナーアレイが備える一端のバーナーから他端のバーナーまでのＸ方向における距離に相当する。
　堆積装置２は、基台２１、支持部２２Ａ、２２Ｂ、把持部２３、応力付与部２４、制御装置３、バーナーアレイ４を備える。基台２１は堆積装置２の土台になる部材であり、略直方体をなす。基台２１は接地面に対し略水平に設置される。基台２１は、基台２１の長手方向に延在し、コア部１１の下方に設けられたレール等を備え、支持部２２Ａ、２２Ｂ、バーナーアレイ４が当該レールに沿って移動可能である。本実施形態では、１台のレールと１台のバーナーアレイ４を含む構成を記載しているが、複数台のレールと複数台のバーナーアレイ４を含む構成であってもよい。複数のレールと複数台のバーナーアレイ４とを備える構成の場合、複数台のレールはコア部１１の円周方向に所定の角度をなして設けられることが好ましい。例えば、レールが３台設けられる場合では、３台のレールが互いに１２０度の角度をなして円周方向に設けられ、それぞれのレールにバーナーアレイ４が設置される。平面視において、基台２１の長手方向をＸ方向とし、基台２１の短手方向をＹ方向とし、基台２１の鉛直方向をＺ方向とする。
　支持部２２Ａ、２２Ｂは柱状をなし、互いに対向し、基台２１の上部に設けられる。すなわち、支持部２２Ａは基台２１の一方の端部に設けられ、支持部２２Ｂは基台２１の他方の端部に設けられる。支持部２２Ａ、２２Ｂのうち、少なくともいずれか一方は、基台２１に敷設されたレール上を移動可能である。支持部２２Ａ、２２Ｂは、サポート部１２Ａ、１２Ｂを介してコア部１１を回転駆動する回転モータ、変速機等を備える。
　把持部２３および応力付与部２４はチャックを構成し、支持部２２Ａ、２２Ｂにそれぞれ設けられる。把持部２３は、例えばＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ　Ｕｓｅ　Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）等の金属または耐熱性のフッ素樹脂等で構成され、互いに近接または離隔可能な複数の爪を備える。複数の爪の中央にはサポート部１２Ａ、１２Ｂを把持可能な把持穴が形成される。
　応力付与部２４は把持部２３の周囲に設けられ、把持部２３に応力を与えることが可能である。応力付与部２４が把持部２３に応力を与えると、複数の爪は互いに近接し、把持穴の径が小さくなる。これにより、把持穴に挿入されたサポート部１２Ａ、１２Ｂは把持部２３によって把持される。
　制御装置３は、堆積装置２と通信可能に接続され、堆積装置２の動作およびバーナーアレイ４の動作を制御する。制御装置３は、堆積装置２がコア部１１を回転駆動する際の回転方向および回転速度、応力付与部２４の応力の大きさ、バーナーアレイ４の移動方向、移動速度、Ｘ方向における移動範囲等を制御することができる。
　バーナーアレイ４は、複数のバーナー４１～４Ｎを備え、基台２１のレール上に設置される。バーナーアレイ４はレール上をＸ方向に移動し、コア軸を中心に回転するコア部１１にガラス微粒子を堆積することができる。バーナー４１は、コア部１１にガラス微粒子を吹き付けるバーナーであり、例えば、炭化水素（メタン）を主成分とするガスと酸素または酸水素を燃料とするバーナーである。バーナー４１は、可燃性ガスを供給するノズル、助燃性ガスを供給するノズル、ガラス原料を供給するノズル（原料噴出口）等を備える。例えば、可燃性ガスは水素あるいは炭化水素を主成分とするガス等であり、助燃性ガスは酸素等であり得る。また、ガラス原料は、例えば、環状シロキサン、ＳｉＣｌ４等であり得る。バーナー４１は、火炎にガラス原料を投入し、酸化・熱分解反応、火炎加水分解反応等によりガラス微粒子を生成する。複数のバーナー４１～４Ｎは一体をなして稼働する。このようにして、コア部１１の外周に多孔質ガラス部１３が堆積し、光ファイバ母材１が形成される。
　図２は、本実施形態における堆積装置を制御する制御装置のブロック図である。制御装置３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）３０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）３０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）３０３、記憶装置３０４、ディスプレイ３０５、タッチセンサ３０６、入力装置３０７、通信Ｉ／Ｆ３０８、センサＩ／Ｆ３０９、バス３１０を備える。各部はバス３１０を介して相互に接続される。
　ＣＰＵ３０１は、アプリケーションプログラムにより堆積装置２およびバーナーアレイ４の各部を制御する。ＲＯＭ３０２は、不揮発性メモリから構成され、堆積装置２およびバーナーアレイ４の各部を制御するためのアプリケーションプログラムを記憶する。ＲＡＭ３０３は、ＣＰＵ３０１の動作に必要なメモリ領域を提供する。記憶装置３０４は、ハードディスク、半導体メモリ等から構成される。
　ディスプレイ３０５は、例えば、液晶ディスプレイ、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ等から構成される。ディスプレイ３０５の表面にはタッチセンサ３０６が配置される。タッチセンサ３０６は、静電容量式または抵抗式の検出回路を備える。入力装置３０７は、ユーザＩ／Ｆであり、例えば、キーボード、マウス等であり得る。
　通信Ｉ／Ｆ３０８は、データの送受信を行う通信部であり、制御装置３と堆積装置２とを通信可能に接続する。通信Ｉ／Ｆ３０８を介した制御装置３と堆積装置２との通信は、有線通信または無線通信のいずれでもよい。無線通信の方式は、例えば、第３世代移動通信、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、第４世代移動通信、第５世代移動通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線通信、Ｗｉ‐Ｆｉ等の無線ＬＡＮ接続による無線通信等であり得る。
　センサＩ／Ｆ３０９は、堆積装置２が備えるセンサ類から各種のデータを取得し、記憶装置３０４等に格納する。各種のデータは、例えば、光ファイバ母材１の周囲の温度、周囲の湿度、光ファイバ母材１の質量、表面温度、表面粗さ、回転方向、回転速度、加速度、回転角度、多孔質ガラス部１３の堆積量、バーナーアレイ４の位置、バーナー４１～４Ｎの火炎の温度等であり得る。
　制御装置３は、オペレータの操作によって堆積装置２の制御パラメータおよびバーナーアレイ４の制御パラメータを受け付け、堆積装置２およびバーナーアレイ４を制御する。また、制御装置３は、センサＩ／Ｆ３０９を介して堆積装置２に設けられたセンサ（図示せず）から情報を受信し、回転中の光ファイバ母材１の回転方向、回転速度、回転角度、バーナーアレイ４の位置等を計算して、堆積装置２およびバーナーアレイ４の制御に反映することもできる。
　図３は、本実施形態におけるバーナーアレイの側面図である。バーナーアレイ４は、バーナー台４０１、Ｎ個のバーナー４１～４Ｎを備える。ここで、バーナー数Ｎは２以上の整数である。バーナー台４０１は、基台２１のレール上をＸ方向に移動可能である。バーナー４１～４Ｎはバーナー台４０１の上部に略直線状に設置される。バーナー４１およびバーナー４２は距離ｄの間隔を空けて設置され、バーナー４１およびバーナー４３は距離２ｄの間隔を空けて設置される。すなわち、バーナー４１～４Ｎは、バーナー台４０１の上部に略直線状に設置され、隣り合うバーナーとの間に距離ｄが設けられる。したがって、Ｘ方向におけるバーナー４１からバーナー４Ｎまでの距離は（Ｎ－１）ｄである。バーナーの数Ｎおよび距離ｄは、光ファイバ母材１の長さ、多孔質ガラス部１３の所望の堆積量、テーパー部１４Ａ、１４Ｂの所望の長さ等に応じてそれぞれ調整可能である。なお、前述の複数台のレールと複数台のバーナーアレイ４が設けられる構成の場合、バーナーアレイ４における火炎の温度、可燃性ガスおよび助燃性ガスの供給量、ガラス原料の供給量、ノズルと光ファイバ母材１とのなす角度等は、それぞれのバーナーアレイ４ごとに互いに独立して制御可能である。
　図４Ａ～図４Ｆは、本実施形態におけるバーナーアレイの動作の概要図である。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｅは光ファイバ母材１の側面図であり、図４Ｂ、図４Ｄ、図４Ｆは、それぞれ図４Ａ、図４Ｃ、図４ＥのＩ－Ｉ’線における光ファイバ母材１の断面図である。光ファイバ母材１はコア部１１のコア軸を中心に回転速度ｒ［ｒｐｍ］で回転する。バーナー数Ｎ＝３であり、バーナーアレイ４は３つのバーナー４１～４３を備える。バーナーアレイ４は移動速度ｖ［ｍｍ／ｍｉｎ］でＸ方向に移動し、光ファイバ母材１に多孔質ガラス部１３を堆積する。バーナーアレイ４がＸ方向に距離ｄ［ｍｍ］移動する間に光ファイバ母材１が（Ｌ＋ｘ）回転するとき、光ファイバ母材１の回転速度ｒとバーナーアレイ４の移動速度ｖとの関係を以下のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 　ここで、Ｌ＋ｘは光ファイバ母材１の回転数であり、オペレータによって設定され得る。回転数Ｌは光ファイバ母材１の回転数の整数部を表す自然数であり、オフセットｘは光ファイバ母材１の回転数の小数部を表すパラメータである。例えば、Ｌ＝５、ｘ＝０．５であるとき、光ファイバ母材１が５．５回転するとバーナーアレイ４がＸ方向に距離ｄ移動する。なお、オフセットｘの値域は、以下のように設定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　回転数Ｌは、バーナー４１の火炎の軌跡のＸ方向における周期を制御する。回転数Ｌが大きくなると、バーナー４１の火炎の軌跡のＸ方向における周期が小さくなり、バーナー４１～４Ｎによってコア部１１の側部に堆積するガラス微粒子の密度が大きくなる。回転数Ｌが小さくなると、バーナー４１の火炎の軌跡のＸ方向における周期が大きくなり、バーナー４１～４Ｎによってコア部１１の側部に堆積するガラス微粒子の密度が小さくなる。回転数Ｌはバーナー数Ｎおよびバーナー間の距離ｄに応じて決定されてもよく、多孔質ガラス部１３の堆積密度または堆積工程に要する時間等に応じて決定されてもよい。なお、ガラス微粒子を堆積する工程において、回転数Ｌは必ずしも一定でなくてもよく、適宜変更可能である。例えば、多孔質ガラス部１３の堆積量、表面粗さなどに応じて決定されてもよい。ただし、バーナーアレイ４が光ファイバ母材１の一方の端部から他方の端部まで移動しガラス微粒子を堆積する間は、回転数Ｌは一定であることが望ましい。
　図４Ａおよび図４Ｂにおいて、バーナー４１の火炎の軌跡が光ファイバ母材１の側部における点Ｐに重なっている。バーナー４２およびバーナー４３は、バーナー４１からそれぞれ距離ｄおよび距離２ｄ離れて設けられているので、バーナー４２の火炎の軌跡およびバーナー４３の火炎の軌跡は、Ｘ方向において点Ｐからそれぞれ距離ｄおよび距離２ｄ離れた位置を通る。
　オフセットｘ≠０であるとき、図４Ｃおよび図４Ｄにおいて、バーナーアレイ４がＸ方向に距離ｄだけ移動すると、光ファイバ母材１が（Ｌ＋ｘ）回転し、バーナー４２の火炎の軌跡がＸ方向における点Ｐの位置に達する。このとき、点Ｐが図４Ｂにおける点Ｐの位置からコア軸を中心にオフセットｘだけ回転した位置に達するので、バーナー４２の火炎の軌跡は点Ｐに重ならない。すなわち、バーナー４２の火炎の軌跡は、バーナー４１の火炎の軌跡がコア軸を中心にオフセットｘだけ回転した位置を通る。したがって、バーナー４２の火炎の軌跡は、バーナー４１の火炎の軌跡に重ならない。
　図４Ｅおよび図４Ｆにおいて、バーナーアレイ４がＸ方向にさらに距離ｄだけ移動すると、光ファイバ母材１がさらに（Ｌ＋ｘ）回転し、バーナー４３の火炎の軌跡がＸ方向における点Ｐの位置に達する。このとき、点Ｐが図４Ｄにおける点Ｐの位置からコア軸を中心にオフセットｘだけ回転した位置に達するので、バーナー４３の火炎の軌跡は点Ｐに重ならない。すなわち、バーナー４３の火炎の軌跡は、バーナー４２の火炎の軌跡がコア軸を中心にオフセットｘだけ回転した位置を通る。したがって、バーナー４３の火炎の軌跡は、バーナー４１の火炎の軌跡およびバーナー４２の火炎の軌跡に重ならない。
　このように、オフセットｘは、バーナー４１～４Ｎの火炎の軌跡の距離を制御する。例えば、オフセットｘが０であるとき、バーナー４１～４Ｎの火炎の軌跡は互いに重なり合う。バーナー４１～４Ｎのすべての火炎の軌跡が重なると、光ファイバ母材１の表面の凹凸が大きくなりうる。このため、バーナー４１～４Ｎの火炎の軌跡が等間隔になり、光ファイバ母材１の表面の凹凸が小さくなるようなオフセットｘの値について考える。
　バーナー４１の火炎の軌跡、バーナー４２の火炎の軌跡、バーナー４Ｎの火炎の軌跡が、点Ｐの近傍を通過するとき、点Ｐとそれぞれの火炎の軌跡とのＸ方向における距離が求められる。まず、バーナー４１の火炎の軌跡が点Ｐに重なるときを基準にして、光ファイバ母材１が１回転したとき、バーナー４１の火炎の軌跡はＸ方向において点Ｐから（１）式で示す距離ｄ／（Ｌ＋ｘ）移動する。光ファイバ母材１がＬ回転したとき、バーナー４２の火炎の軌跡と点Ｐとが、Ｘ方向において略同一直線上に位置する。このとき、バーナー４２の火炎の軌跡と点ＰとのＸ方向における距離は、以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　同様に、光ファイバ母材１が（Ｎ－１）Ｌ回転したとき、バーナー４Ｎの火炎の軌跡と点Ｐとが、Ｘ方向において略同一直線上に位置する。このとき、バーナー４Ｎの火炎の軌跡と点ＰとのＸ方向における距離は、以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　点Ｐの近傍において、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４Ｎの火炎の軌跡とのＸ方向における距離の差は、（１）式と（３）式の差で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　ここで、オフセットｘ＝±１／（Ｎ－１）であるとき（４）式の値が０になるので、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４Ｎの火炎の軌跡とが重なり合う。
　（４）式を（２）式で除算すると、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４２の火炎の軌跡との距離およびバーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４Ｎの火炎の軌跡との距離の比が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　ここで、オフセットｘ＝±１／Ｎであるとき（５）式が１になるので、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４２の火炎の軌跡との距離が、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４Ｎの火炎の軌跡との距離に等しくなる。バーナー４１とバーナー４２、バーナー４２とバーナー４３、…バーナー４（Ｎ－１）とバーナー４Ｎのそれぞれの火炎の軌跡の間隔は常に等間隔であるので、すべての火炎の軌跡が等間隔になり、光ファイバ母材の表面の凹凸が最小になる。したがって、オフセットｘの値は、０を除く値であって、－１／（Ｎ－１）より大きく＋１／（Ｎ－１）より小さい値に設定されることが望ましく、±１／Ｎに設定されることがより好ましい。
　図５は本実施形態における光ファイバ母材の製造条件に対するバーナーの火炎の軌跡の距離を示す図であり、回転数Ｌ＝５、バーナー数Ｎ＝４、バーナー間の距離ｄ＝１５０［ｍｍ］、光ファイバ母材１の回転速度ｒ＝３０［ｒｐｍ］のときのバーナーアレイ４の移動速度ｖ［ｍｍ／ｍｉｎ］、オフセットｘ、光ファイバ母材１が１回転するときのＸ方向におけるバーナーアレイ４の移動距離ｖ／ｒ、（２）式（バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４２の火炎の軌跡との距離）、（４）式（バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４４の火炎の軌跡との距離）、（５）式の値を示す図である。図６Ａ～６Ｄは、本実施形態における光ファイバ母材１の側部に形成されるバーナー４１～４４の火炎の軌跡の展開図である。
　図５において、オフセットｘの値が０．２８～０．２２および－０．２１～－０．２９であるとき、移動速度ｖは、それぞれ８５２～８６２［ｍｍ／ｍｉｎ］および９３９～９５４［ｍｍ／ｍｉｎ］である。オフセットｘの値が０．２８～０．２２および－０．２１～－０．２９であるとき、光ファイバ母材１が１回転する際にバーナーアレイ４がＸ方向において移動する距離は、それぞれ２８．４１～２８．７４［ｍｍ］および３１．３２～３１．８１［ｍｍ］である。
　図５の条件（ｋ）は、オフセットｘ＝－０．２５のときの（２）式、（４）式、（５）式の値を示し、図６Ａはオフセットｘ＝－０．２５のときのバーナー４１～４４の火炎の軌跡の展開図を示す。図５の条件（ｋ）において、（２）式の値および（４）式の値はいずれも７．８９であり、（５）式の値が１．００である。したがって、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４２の火炎の軌跡との距離は、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４４の火炎の軌跡との距離に等しくなる。図６Ａにおいて、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４２の火炎の軌跡との距離Ｄ２は、隣接するバーナー４４の火炎の軌跡とバーナー４１の火炎の軌跡との距離Ｄ４と等しくなり、光ファイバ母材１の側部全体にわたって、すべての火炎の軌跡が等間隔である。
　図５の条件（ｍ）は、オフセットｘ＝－０．２７のときの（２）式、（４）式、（５）式の値を示し、図６Ｂはオフセットｘ＝－０．２７のときのバーナー４１～４４の火炎の軌跡の展開図を示す。図５の条件（ｍ）において、（２）式の値および（４）式の値はそれぞれ８．５６および６．０３であり、（５）式の値は０．７０である。したがって、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４２の火炎の軌跡との距離が大きくなり、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４４の火炎の軌跡との距離が小さくなる。図６Ｂにおいて、距離Ｄ４が距離Ｄ２に比べて小さくなる。
　図５の条件（ｎ）は、オフセットｘ＝－０．２９のときの（２）式、（４）式、（５）式の値を示し、図６Ｃはオフセットｘ＝－０．２９のときのバーナー４１～４４の火炎の軌跡の展開図を示す。図５の条件（ｎ）において、（２）式の値および（４）式の値はそれぞれ９．０７および４．６１であり、（５）式の値は０．５１である。図５の条件（ｍ）の場合よりもさらにバーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４２の火炎の軌跡との距離が大きくなり、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４４の火炎の軌跡との距離が小さくなる。図６Ｃにおいて、距離Ｄ４が距離Ｄ２に比べてさらに小さくなり、光ファイバ母材１の表面の凹凸が大きくなりうる。
　図５の条件（ｈ）は、オフセットｘ＝－０．２１のときの（２）式、（４）式、（５）式の値を示し、図６Ｄはオフセットｘ＝－０．２１のときのバーナー４１～４４の火炎の軌跡の展開図を示す。図５の条件（ｈ）において、（２）式の値および（４）式の値はそれぞれ６．５８および１１．５９であり、（５）式の値は１．７６である。バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４２の火炎の軌跡との距離が小さく、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４４の火炎の軌跡との距離が大きい。図６Ｄにおいて、距離Ｄ４が距離Ｄ２に比べて大きくなり、光ファイバ母材１の表面の凹凸が大きくなり得る。
　このように、バーナー数Ｎ＝４であるとき、オフセットｘの値は±１／Ｎ＝±０．２５、すなわち（５）式の値が１．００であることが望ましい。（５）式の値が３／４～４／３（０．７５～１．３３）の範囲の値であってもよく、２／３～３／２（０．６７～１．５０）の範囲の値であっても光ファイバ母材１の表面の凹凸は許容範囲であり得る。したがって、（５）式が３／４～４／３（０．７５～１．３３）の範囲の値であるとき、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
 が導出され、（５）式が２／３～３／２（０．６７～１．５０）の範囲の値であるとき、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 が導出される。
　図７は本実施形態における光ファイバ母材の製造条件に対するバーナーの火炎の軌跡の距離を示す図であり、回転数Ｌ＝３、バーナー数Ｎ＝３、バーナー間の距離ｄ＝１２０［ｍｍ］、光ファイバ母材１の回転速度ｒ＝２０［ｒｐｍ］のときのバーナーアレイ４の移動速度ｖ［ｍｍ／ｍｉｎ］、オフセットｘ、光ファイバ母材１が１回転するときのＸ方向におけるバーナーアレイ４の移動距離ｖ／ｒ、（２）式（バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４２の火炎の軌跡との距離）、（４）式（バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４３の火炎の軌跡との距離）、（５）式の値を示す図である。図８Ａ～８Ｄは、本実施形態における光ファイバ母材１の側部に形成されるバーナー４１～４３の火炎の軌跡の展開図である。
　図７において、オフセットｘの値が０．３９～０．２６および－０．２８～－０．３８であるとき、移動速度ｖは、それぞれ７０８～７３６［ｍｍ／ｍｉｎ］および８８２～９１６［ｍｍ／ｍｉｎ］である。オフセットｘの値が０．３９～０．２６および－０．２８～－０．３８であるとき、光ファイバ母材１が１回転する際にバーナーアレイ４がＸ方向において移動する距離は、それぞれ３５．４０～３６．８１［ｍｍ］および４４．１２～４５．８０［ｍｍ］である。
　図７の条件（ｄ）は、オフセットｘ＝０．３３のときの（２）式、（４）式、（５）式の値を示し、図８Ａはオフセットｘ＝０．３３のときのバーナー４１～４３の火炎の軌跡の展開図を示す。図７の条件（ｄ）において、（２）式の値および（４）式の値はそれぞれ１１．８９および１２．２５であり、（５）式の値が１．０３である。したがって、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４２の火炎の軌跡との距離は、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４３の火炎の軌跡との距離にほぼ等しくなる。図８Ａにおいて、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４２の火炎の軌跡との距離Ｄ２は、隣接するバーナー４３の火炎の軌跡とバーナー４１の火炎の軌跡との距離Ｄ３とほぼ等しくなり、光ファイバ母材１の側部全体にわたって、すべての火炎の軌跡がほぼ等間隔である。
　図７の条件（ｆ）は、オフセットｘ＝０．２９のときの（２）式、（４）式、（５）式の値を示し、図８Ｂはオフセットｘ＝０．２９のときのバーナー４１～４３の火炎の軌跡の展開図を示す。図７の条件（ｆ）において、（２）式の値および（４）式の値はそれぞれ１０．５８および１５．３２であり、（５）式の値が１．４５である。したがって、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４２の火炎の軌跡との距離が大きくなり、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４３の火炎の軌跡との距離が小さくなる。図８Ｂにおいて、距離Ｄ２が、距離Ｄ３に比べてやや小さくなる。
　図７の条件（ａ）は、オフセットｘ＝０．３９のときの（２）式、（４）式、（５）式の値を示し、図８Ｃはオフセットｘ＝０．３９のときのバーナー４１～４３の火炎の軌跡の展開図を示す。図７の条件（ａ）において、（２）式の値および（４）式の値はそれぞれ１３．８１および７．７９であり、（５）式の値は０．５６である。図７の条件（ｆ）の場合よりもさらにバーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４２の火炎の軌跡との距離が大きくなり、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４３の火炎の軌跡との距離が小さくなる。図８Ｃにおいて、距離Ｄ３が距離Ｄ２に比べて小さくなり、光ファイバ母材１の表面の凹凸が大きくなりうる。
　図７の条件（ｇ）は、オフセットｘ＝０．２６のときの（２）式、（４）式、（５）式の値を示し、図８Ｄはオフセットｘ＝０．２６のときのバーナー４１～４３の火炎の軌跡の展開図を示す。図７の条件（ｇ）において、（２）式の値および（４）式の値はそれぞれ９．５７および１７．６７であり、（５）式の値は１．８５である。バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４２の火炎の軌跡との距離が小さく、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４３の火炎の軌跡との距離が大きい。図８Ｄにおいて、距離Ｄ３が距離Ｄ２に比べて大きくなり、光ファイバ母材１の表面の凹凸が大きくなり得る。
　バーナー数Ｎ＝３であるとき、オフセットｘの値は±１／Ｎ＝±０．３３、すなわち（５）式の値が約１．００であることが望ましい。また、（５）式の値が３／４～４／３（０．７５～１．３３）の範囲の値であってもよく、２／３～３／２（０．６７～１．５０）の範囲の値であっても光ファイバ母材１の表面の凹凸は許容範囲であり得る。したがって、（５）式が３／４～４／３（０．７５～１．３３）の範囲の値であるとき、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
 が導出され、（５）式が２／３～３／２（０．６７～１．５０）の範囲の値であるとき、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
 が導出される。
　オフセットｘの絶対値が±１／Ｎより大きくなると、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４２の火炎の軌跡との距離（図６Ａ～６Ｄにおける距離Ｄ２および図８Ａ～８Ｄにおける距離Ｄ２）が大きくなり、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４Ｎの火炎の軌跡との距離（図６Ａ～６Ｄにおける距離Ｄ４および図８Ａ～８Ｄにおける距離Ｄ３）が小さくなる。一方、オフセットの絶対値が±１／Ｎより小さくなると、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４２の火炎の軌跡との距離（図６Ａ～６Ｄにおける距離Ｄ２および図８Ａ～８Ｄにおける距離Ｄ２）が小さくなり、バーナー４１の火炎の軌跡とバーナー４Ｎの火炎の軌跡との距離（図６Ａ～６Ｄにおける距離Ｄ４および図８Ａ～８Ｄにおける距離Ｄ３）が大きくなる。したがって、バーナー数Ｎに応じて適切なオフセットｘの値を設定することにより、表面の凹凸が小さい光ファイバ母材の製造方法が可能になる。
　図９は、実施形態における光ファイバ母材および光ファイバの製造方法のフローチャートである。まず、サポート部１２Ａ、１２Ｂがコア部１１の両端に接合される（ステップＳ１０１）。サポート部１２Ａ、１２Ｂの仮想のサポート軸およびコア部１１の仮想のコア軸が略同一線上に位置するように、酸水素バーナー等を用いてコア部１１にサポート部１２Ａ、１２Ｂが溶融接合される。
　次に、サポート部１２Ａ、１２Ｂが接合されたコア部１１（光ファイバ母材１）が、堆積装置２に設置される（ステップＳ１０３）。サポート部１２Ａ、１２Ｂが堆積装置２の把持部２３によってそれぞれ把持される。
　オペレータが入力装置３０７を介して、回転数Ｌ、バーナー数Ｎ、バーナー間の距離ｄ、光ファイバ母材１の回転速度ｒ、オフセットｘ等の設定パラメータを制御装置３に入力する（ステップＳ１０５）と、ＣＰＵ３０１が（１）式に設定パラメータを代入してバーナーアレイ４の移動速度ｖを計算し、堆積装置２に設定パラメータと移動速度ｖを送信する。例えば、オペレータが回転数Ｌ＝５、バーナー数Ｎ＝４、バーナー間の距離ｄ＝１５０［ｍｍ］、光ファイバ母材１の回転速度ｒ＝３０［ｒｐｍ］、オフセットｘ＝０．２５（図５（ｄ）のパラメータの場合）を入力すると、ＣＰＵ３０１がバーナーアレイ４の移動速度ｖ＝８５７［ｍｍ／ｍｉｎ］を計算し、堆積装置２に入力された設定パラメータと移動速度ｖを送信する。なお、オフセットｘはバーナー数Ｎに応じて自動的に適切な値に設定されてもよい。回転数Ｌはバーナー数Ｎおよびバーナー間の距離ｄ等に応じて自動的に適切な値に設定されてもよく、多孔質ガラス部１３の堆積密度または堆積工程に要する時間等に応じて決定されてもよい。Ｓ１０５においてオペレータが回転速度ｒを設定し、ＣＰＵ３０１が移動速度ｖを計算したが、オペレータが移動速度ｖを設定し、ＣＰＵ３０１が回転速度ｒを計算してもよい。
　Ｓ１０５において入力された設定パラメータと移動速度ｖとに基づき、堆積装置２が光ファイバ母材１を回転速度ｒで回転し、バーナーアレイ４にガラス原料、可燃性ガス、助燃性ガスが供給され、バーナーアレイ４によってガラス微粒子がコア部１１の側部に堆積する（ステップＳ１０７）。バーナーアレイ４は、サポート部１２Ａとコア部１１との接合部からサポート部１２Ｂとコア部１１との接合部までの間を、移動速度ｖでＸ方向に往復する。バーナー４１～４Ｎは火炎にガラス原料を投入し、生成されたガラス微粒子がコア部１１の側部に設定パラメータに基づく間隔で堆積する。
　コア部１１の側部に所定量のガラス微粒子が堆積するまで（ステップＳ１０９においてＮＯ）、バーナーアレイ４はコア部１１の下部を移動速度ｖでＸ方向に往復し、ガラス微粒子がコア部１１の側部に堆積する。コア部１１の側部に所定量のガラス微粒子が堆積すると（ステップＳ１０９においてＹＥＳ）、バーナーアレイ４へのガラス原料、可燃性ガス、助燃性ガスの供給が停止され、バーナーアレイ４が消火される。所定量のガラス微粒子の堆積は、例えば、Ｙ方向またはＺ方向における多孔質ガラス部１３の厚さ、堆積前と堆積後の光ファイバ母材１の質量差等で判断されてもよい。
　光ファイバ母材１の温度が自然冷却により所定の温度まで下げられると、サポート部１２Ａ、１２Ｂが把持部２３から取り外され、光ファイバ母材１が堆積装置２から撤去される（ステップＳ１１１）。
　焼結装置の上部においてサポート部１２Ａが垂直に支持され、光ファイバ母材１が焼結装置に設置される。焼結装置によって光ファイバ母材１が加熱され、焼結される（ステップＳ１１５）。まず、塩素（Ｃｌ２）等がガス導入部から焼結装置の炉心管に導入される。次に、光ファイバ母材１が炉心管において回転しながら、ヒーターによって加熱される。これにより、光ファイバ母材１に含まれる不純物等が取り除かれる。さらに、塩素が炉心管の外部に排出され、塩素と不活性ガスとの混合ガスが雰囲気ガスとして炉心管に導入される。光ファイバ母材１は炉心管において回転しながら、ヒーターによって所定の温度に加熱される。所定の温度は、例えば１５００℃等であり得る。光ファイバ母材１の焼結が完了すると、ヘリウムが炉心管の外部に排出され、透明ガラス化された光ファイバ母材１が炉心管から取り出される。この後の工程において、透明ガラス化された光ファイバ母材１は、加熱され、線引きされる。例えば、２０００～２３００℃の加熱温度で光ファイバ母材１が加熱される。このようにして、光ファイバが形成される。
　以上に述べたように、本実施形態によれば、複数のバーナーを備えるバーナーアレイの移動速度とコアロッドの回転速度との関係を規定することにより、１本のバーナーによるガラス微粒子の堆積よりも堆積効率が良く、光ファイバ母材の表面の凹凸を低減することが可能になる。
［第２実施形態］
　本実施形態では、バーナーアレイが往復移動を繰り返す際に、コアロッドの回転角度の初期位相が制御される。以下、本実施形態について、第１実施形態と異なる構成を中心に説明する。第１実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し、または簡潔にする。
　図９のステップＳ１０７において、バーナーアレイ４は、Ｘ方向において光ファイバ母材１の一方の端部から他方の端部まで移動しながら、コア部１１の側部にガラス微粒子を堆積する。制御装置３は、バーナーアレイ４が一方の端部から移動を開始するときの光ファイバ母材１の回転角の初期位相θ１を記憶する。このような一連の工程を１回目の往路の堆積工程と呼ぶ。
　バーナーアレイ４が光ファイバ母材１の他方の端部まで移動した後、バーナーアレイ４は、光ファイバ母材１の他方の端部から一方の端部まで移動しながら、コア部１１の側部にガラス微粒子を堆積させる。制御装置３は、バーナーアレイ４は他方の端部から移動を開始するときの光ファイバ母材１の回転角の初期位相θ２を記憶する。このような一連の工程を１回目の復路の堆積工程と呼ぶ。
　バーナーアレイ４が光ファイバ母材１の一方の端部まで移動すると、バーナーアレイ４は、光ファイバ母材１の一方の端部から移動を開始する。このとき、制御装置３は、光ファイバ母材１の回転角の初期位相θ３を初期位相θ１とは異なる値に制御する。例えば、初期位相θ１、θ３の差は、０より大きいオフセットｘの絶対値未満であり得る。すなわち、１回目の往路の堆積工程において形成されたバーナー４１の火炎の軌跡と１回目の往路の堆積工程において形成されたバーナー４２の火炎の軌跡との間に、今回の堆積工程におけるバーナー４１の火炎の軌跡が形成されるように、初期位相θ３が設定され得る。初期位相θ３に基づき、バーナーアレイ４が光ファイバ母材１の他方の端部まで移動すると、バーナーアレイ４はガラス微粒子の堆積を一時的に停止する。このような一連の工程を２回目の往路の堆積工程と呼ぶ。
　バーナーアレイ４が光ファイバ母材１の他方の端部まで移動すると、バーナーアレイ４は、光ファイバ母材１の他方の端部から移動を開始する。このとき、制御装置３は、光ファイバ母材１の回転角の初期位相θ４を初期位相θ２とは異なる値に制御する。例えば、初期位相θ２、θ４の差は、０より大きいオフセットｘの絶対値未満であり得る。すなわち、１回目の復路の堆積工程において形成されたバーナー４Ｎの火炎の軌跡と１回目の復路の堆積工程において形成されたバーナー４（Ｎ－１）の火炎の軌跡との間に、今回の堆積工程におけるバーナー４Ｎの火炎の軌跡が形成されるように、初期位相θ４が設定され得る。初期位相θ４に基づき、バーナーアレイ４が光ファイバ母材１の一方の端部まで移動すると、バーナーアレイ４はガラス微粒子の堆積を一時的に停止する。このような一連の工程を２回目の復路の堆積工程と呼ぶ。
　２回目の往路の堆積工程と同様に、バーナーアレイ４が光ファイバ母材１の一方の端部まで移動すると、バーナーアレイ４は、光ファイバ母材１の一方の端部から移動を開始する。このとき、制御装置３は、光ファイバ母材１の回転角の初期位相θ５を初期位相θ３とは異なる値に制御する。例えば、初期位相θ３、θ５の差は、０より大きくオフセットｘの絶対値未満であり得る。すなわち、２回目の往路の堆積工程において形成されたバーナー４１の火炎の軌跡と１回目の往路の堆積工程において形成されたバーナー４２の火炎の軌跡との間に、今回の堆積工程におけるバーナー４１の火炎の軌跡が形成されるように、初期位相θ５が設定され得る。初期位相θ５に基づき、バーナーアレイ４が光ファイバ母材１の他方の端部まで移動すると、バーナーアレイ４はガラス微粒子の堆積を一時的に停止する。このような一連の工程を３回目の往路の堆積工程と呼ぶ。
　一方の端部および他方の端部において堆積工程ごとに初期位相に所定の角度を加算し、上記のような堆積工程を繰り返すことにより、バーナーアレイ４によってガラス微粒子が堆積し、光ファイバ母材１が形成される。本実施形態では、１回の堆積工程ごとにバーナーアレイ４の初期位相を設定し、バーナーアレイ４がコア部１１の側部にガラス微粒子を堆積する。なお、所定の角度は、Ｓ１０９における所定の堆積量を得られる堆積工程の回数に基づき算出してもよく、バーナー４１～４Ｎのガラス微粒子の堆積量の分布に基づき決定してもよい。なお、光ファイバ母材１の一方の端部において初期位相に加算する所定の角度は、他方の端部において初期位相に加算する所定の角度と同じであってもよく、それぞれ異なる所定の角度が初期位相に加算されてもよい。
　光ファイバ母材１の一方の端部から他方の端部まで（往路）ガラス微粒子を堆積する工程において、１回目の往路、２回目の往路、３回目の往路、・・・のバーナー４１～４Ｎの火炎の軌跡が互いに重なり合わないように、初期位相が設定される。光ファイバ母材１の他方の端部から一方の端部まで（復路）ガラス微粒子を堆積する工程において、１回目の復路、２回目の復路、３回目の復路、・・・のバーナー４１～４Ｎの火炎の軌跡が互いに重なり合わないように、初期位相が設定される。一方、往路の堆積工程と復路との堆積工程において、往路の火炎の軌跡と復路の火炎の軌跡とは互いに交差するので、互いの初期位相を必ずしも考慮しなくてもよい。
　以上に述べたように、本実施形態によれば、複数のバーナーを備えるバーナーアレイの移動速度とコアロッドの回転速度との関係を規定し、さらに堆積工程ごとにバーナーアレイの火炎の軌跡の初期位相を設定することにより、１本のバーナーによるガラス微粒子の堆積よりも堆積効率が良く、光ファイバ母材の表面の凹凸を低減することが可能になる。
［実施例１］
　回転数Ｌ＝５、バーナー数Ｎ＝４、バーナー間の距離ｄ＝１５０［ｍｍ］、光ファイバ母材１の回転速度ｒ＝３０［ｒｐｍ］、オフセットｘ＝－０．２５として（図５の条件（ｋ）の場合）、第１実施形態の製造方法により光ファイバ母材１を製造し、光ファイバ母材１の側部が略円柱形をなす部位（テーパー部１４Ａ、１４Ｂを除く部位）における一部の外径変動を調べた。図１０Ａは、本実施例における光ファイバ母材１の外径変動を示す図である。堆積した多孔質ガラス部１３の厚さの平均は、約２００ｍｍであった。図１０Ａに示すように、外径変動は－０．０４～０．０４ｍｍ以下であり、表面の凹凸が小さい光ファイバ母材１を製造することができた。なお、図１０Ａにおける外径変動の標準偏差は１．２６×１０－２［ｍｍ］であった。
［実施例２］
　回転数Ｌ＝５、バーナー数Ｎ＝４、バーナー間の距離ｄ＝１５０［ｍｍ］、光ファイバ母材１の回転速度ｒ＝３０［ｒｐｍ］、オフセットｘ＝－０．２７として（図５の条件（ｍ）の場合）、第１実施形態の製造方法により光ファイバ母材１を製造し、光ファイバ母材１の側部が略円柱形をなす部位における一部の外径変動を調べた。図１０Ｂは、本実施例における光ファイバ母材１の外径変動を示す図である。堆積した多孔質ガラス部１３の厚さの平均は、約２００ｍｍであった。図１０Ｂに示すように、外径変動は－０．０７～０．０７ｍｍ以下であり、表面の凹凸が小さい光ファイバ母材１を製造することができた。本実施例において、（５）式の値は０．７０であり、（５）式の値が２／３～３／２（０．６７～１．５０）の範囲内の値であれば光ファイバ母材１の表面の凹凸は許容範囲であった。なお、図１０Ｂにおける外径変動の標準偏差は２．５３×１０－２［ｍｍ］であった。
［比較例］
　一方、比較例として、回転数Ｌ＝５、バーナー数Ｎ＝４、バーナー間の距離ｄ＝１５０［ｍｍ］、光ファイバ母材１の回転速度ｒ＝３０［ｒｐｍ］、オフセットｘ＝－０．２９として（図５の条件（ｎ）の場合）、第１実施形態の製造方法により光ファイバ母材１を製造し、光ファイバ母材１の側部が略円柱形をなす部位における一部の外径変動を調べた。図１０Ｃは、本実施例における光ファイバ母材１の外径変動を示す図である。堆積した多孔質ガラス部１３の厚さの平均は、約２００ｍｍであった。図１０Ｃに示すように、外径変動は－０．１７～０．１７ｍｍ以下であり、一部に０．１ｍｍを超える変動を生じた。本比較例において、（５）式の値は０．５１であり、（５）式の値が２／３～３／２（０．６７～１．５０）の範囲外の値では光ファイバ母材１の表面の凹凸が大きくなった。なお、図１０Ｃにおける外径変動の標準偏差は６．２２×１０－２［ｍｍ］であった。
　実施例１および実施例２において、（５）式の値が２／３～３／２（０．６７～１．５０）の範囲内であれば、光ファイバ母材１の外径変動のばらつきを０．０５％以下に抑えられることがわかった。一方、比較例において、（５）式の値が２／３～３／２（０．６７～１．５０）の範囲外であれば、光ファイバ母材１の外径変動が０．０５％を超えて大きくなることがわかった。
　この出願は２０２２年７月２１日に出願された日本国特許出願第２０２２－１１６６９０号からの優先権を主張するものであり、その内容を引用してこの出願の一部とするものである。
１　　：光ファイバ母材
２　　：堆積装置
３　　：制御装置
４　　：バーナーアレイ

Claims (9)

  1. 　コアロッドの長手方向に延在する前記コアロッドの回転軸を中心に回転速度ｒで前記コアロッドを回転する支持部と、
    　距離ｄの間隔で設けられるＮ組（Ｎは２以上の整数）のバーナーおよび原料噴出口を備え、前記コアロッドの周囲を前記長手方向に速度ｖで移動し、前記コアロッドの外周に多孔質ガラス部を形成する少なくとも１つのバーナーアレイと、を備え、
    　前記バーナーアレイが前記長手方向に前記距離ｄだけ移動するときの前記コアロッドの回転数（Ｌ＋ｘ）が、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     　で表され、前記Ｌは任意の自然数であり、オフセットｘは－０．５より大きく＋０．５以下であるとき、前記オフセットｘの絶対値が、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
     であることを特徴とする光ファイバ母材の製造装置。
  2. 　さらに前記オフセットｘの絶対値が、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
     であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の製造装置。
  3. 　さらに前記オフセットｘが、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
     であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の製造装置。
  4. 　前記速度ｖまたは前記回転速度ｒのいずれか一方を決定すると、他方が決定されることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の製造装置。
  5. 　前記バーナーアレイは、前記コアロッドの一方の端部から他方の端部までの移動を繰り返し実行可能であって、
    　第１の移動を開始する際における前記コアロッドの回転角の第１の初期位相と、前記第１の移動に続く第２の移動を開始する際における前記コアロッドの回転角の第２の初期位相とは互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の製造装置。
  6. 　前記第１の初期位相と前記第２の初期位相との差は、０より大きく前記オフセットｘの絶対値未満であることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ母材の製造装置。
  7. 　少なくとも１つのバーナーアレイがコアロッドの外周に多孔質ガラス部を形成する工程を備え、
    　前記コアロッドは、前記コアロッドの長手方向に延在する前記コアロッドの回転軸を中心に回転速度ｒで回転し、
    　前記バーナーアレイは、距離ｄの間隔で設けられるＮ組（Ｎは２以上の整数）のバーナーおよび原料噴出口を備え、前記コアロッドの周囲を前記長手方向に速度ｖで移動し、
    　前記バーナーアレイが前記長手方向に前記距離ｄだけ移動するときの前記コアロッドの回転数（Ｌ＋ｘ）が、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
     　で表され、前記Ｌは任意の自然数であり、オフセットｘは－０．５より大きく＋０．５以下であるとき、前記オフセットｘの絶対値が、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
     であることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
  8. 　請求項１に記載の光ファイバ母材の製造装置によって製造した光ファイバ母材。
  9. 　請求項８に記載の光ファイバ母材を高温で線引きし、製造した光ファイバ。
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