(57)【要約】      （修正有）【課題】ケイ素化合物を含む原料ガスを燃焼反応させることによって得られるシリカを主成分とするシリカスート（シリカ微粒子の堆積体）を高収率、高堆積速度で合成できる堆積用バーナー及びシリカスートの製造方法を提供する。【解決手段】原料ガス吹出し口とその両側にガス吹出し口を有する堆積用バーナーにおいて、該原料ガス吹出し口がアスペクト比２０以上のスリット状であり、その両側に設けられたガス吹出し口のうち、最もガス線速の大きなガス吹出し口のガス噴射角度θ1が、原料ガスの噴射方向に対して外方に０.５〜２０°の角度で広がっている。【選択図】図６
2005043002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス吹出し口とその両側にガス吹出し口を有するバーナーであって、該原料ガス吹出し口がアスペクト比２０以上のスリット状であり、その両側に設けられたガス吹出し口のうち、最もガス線速の大きなガス吹出し口のガス噴射角度θ1が、原料ガスの噴射方向に対して外方に０.５〜２０°の角度で広がっていることを特徴とする堆積用バーナー。
【請求項２】
原料ガス吹出し口とその両側にガス吹出し口を有するバーナーであって、該原料ガス吹出し口がアスペクト比２０以上のスリット状であり、該原料ガス吹出し口から噴射されるガス流が、スリット長手方向に０.５〜２０°の角度θ2で広がっていることを特徴とする堆積用バーナー。
【請求項３】
原料ガス吹出し口のガス導入路が、スリット長手方向の側部に０.５〜２０°の角度θ3で実質的に拡開したテーパー部を有している請求項２に記載の堆積用バーナー。
【請求項４】
原料ガス吹出し口とその両側にガス吹出し口を有するバーナーであって、該原料ガス吹出し口がアスペクト比２０以上のスリット状であり、原料ガス吹出し口の中心部のガス線速ＶOと、該中心部からスリットの長手方向に向かって８０％の地点におけるガス線速Ｖ1との比ＶO／Ｖ1が０.９〜１.７であることを特徴とする堆積用バーナー。
【請求項５】
原料ガス吹出し口とその両側にガス吹出し口を有するバーナーであって、該原料ガス吹出し口がアスペクト比２０以上のスリット状であり、原料ガス吹出し口のガス導入路に、該原料ガス吹出し口のスリット幅よりも広い幅のガス溜と目開０.２ｍｍ以下の網状整流部を有することを特徴とする堆積用バーナー。
【請求項６】
ガス溜の幅が、原料ガス吹出し口のスリット幅の２倍以上である請求項５に記載の堆積用バーナー
【請求項７】
原料ガス吹出し口よりも長いスリット長を有するシールガス吹出し口を原料ガス吹出し口に隣接して設け、該シールガス吹出し口に隣接して燃焼用ガス吹出し口を設けてなる請求項１乃至６の何れかに記載の堆積用バーナー。
【請求項８】
シールガス吹出し口を構成するスリットの長さが、原料ガス吹出し口のスリット長よりもＬだけ長く、該Ｌが、原料ガス吹出し口を挟むようにして設けられた両シールガス吹出し口の間隔Ｓの２倍以上である請求項１乃至７の何れかに記載の堆積用バーナー。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかに記載の堆積用バーナーを用いて、原料ガス吹出し口から原料ガスと共に支燃性ガスを含有するキャリアガスを噴射させ、シールガス吹出し口からは支燃性ガスを含有するシールガスを噴射させ、燃焼用ガス吹出し口からは可燃性ガスを含有する燃焼用ガスを噴射させることを特徴とするシリカスートの製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至８の何れかに記載の堆積用バーナーを用いて、原料ガス吹出し口から原料ガスと共に可燃性ガスを含有するキャリアガスを噴射させ、シールガス吹出し口からは可燃性ガスを含有するシールガスを噴射させ、燃焼用ガス吹出し口からは支燃性ガスを含有する燃焼用ガスを噴射させることを特徴とするシリカスートの製造方法。
【請求項１１】
シールガス吹出し口から噴射されるシールガスの線速が、原料ガス吹出し口から噴射されるガスの線速の５〜１０％である請求項９又は１０に記載のシリカスートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバー母材の製造に使用される堆積バーナー、特には、ケイ素化合物を含む原料ガスの燃焼反応で生成するシリカを主成分とする化合物の堆積速度および収率に優れた堆積用バーナー及びシリカスートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原料ガスを燃焼させてターゲット表面にシリカスートを効率良く堆積させるためには、火炎中で生成した酸化ケイ素粉末がターゲット表面に向かって移動し付着する必要がある。この現象に大きく影響を及ぼすのがサーモフォレシス効果であると言われている。サーモフォレシス効果は、温度勾配のある空間を漂う微細な粒子が低温側に移動する現象を言い、温度勾配が大きいほどその効果が大きくなる。
【０００３】
サーモフォレシス効果を有効に働かせるためには、原料ガスの燃焼反応で生成した酸化ケイ素粉末を含む火炎（以下、原料火炎と称する）がターゲット表面をできるだけ薄く流れる必要がある。また、このときの火炎は、層流火炎であることが望ましい。
この目的に適したバーナーとして、同心円状の多重管バーナーが一般的に使用されている。このバーナーは、中心部のガス吹出し口から原料を含むガスを噴出し、その外側の吹出し口から水素や酸素などの燃焼用ガスを噴出する構造となっている。
【０００４】
上記バーナーを使用すると、比較的容易に層流の原料火炎が得られる。しかしながら、この構造のバーナーは、以下の問題により大量の原料ガスを流すことが困難である。
つまり、堆積速度を上げる目的で原料ガスの流量を増やすと、ガス線速が増すためにレイノルズ数が増加し、乱流火炎になりやすくなる。逆に、ガス吹出し口の径を大きくすることで、ガス線速を落とそうとすると、ターゲット表面の原料火炎の厚さが厚くなり、堆積効率が低下し収率の悪化を伴いやすい。
【０００５】
この問題を解決するために、バーナーのガス吹出し口を楕円又は長方形にすることが提案されている（特許文献１参照）。この提案によると、原料火炎のターゲット表面での広がりを、吹出し口の短軸の大きさで制御可能であるため、多くの原料ガスを流すことが可能となり、堆積速度および収率が向上するとしている。しかしながら、ガス吹出し口のアスペクト比を大きくすると、火炎が乱れやすくなり、バーナーの性能を十分に発揮できないという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平０４−２６０６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、ケイ素化合物を含む原料ガスを燃焼反応させることによって得られるシリカを主成分とするシリカスート（シリカ微粒子の堆積体）を高収率、高堆積速度で合成できる堆積用バーナー及びシリカスートの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、原料ガス吹出し口とその両側にガス吹出し口を有するバーナーであって、該原料ガス吹出し口がアスペクト比２０以上のスリット状であり、その両側に設けられたガス吹出し口のうち、最もガス線速の大きなガス吹出し口のガス噴射角度θ1が、原料ガスの噴射方向に対して外方に０.５〜２０°の角度で広がっていることを特徴とする堆積用バーナーである。
【０００９】
第２の発明は、原料ガス吹出し口とその両側にガス吹出し口を有するバーナーであって、該原料ガス吹出し口がアスペクト比２０以上のスリット状であり、該原料ガス吹出し口から噴射されるガス流が、スリット長手方向に０.５〜２０°の角度θ2で広がっていることを特徴とする堆積用バーナーであり、原料ガス吹出し口のガス導入路は、そのスリット長手方向の側部に０.５〜２０°の角度θ3で実質的に拡開したテーパー部を有した構造とするのが好ましい。
【００１０】
第３の発明は、原料ガス吹出し口とその両側にガス吹出し口を有するバーナーであって、該原料ガス吹出し口がアスペクト比２０以上のスリット状であり、原料ガス吹出し口の中心部のガス線速ＶOと、該中心部からスリットの長手方向に向かって８０％の地点におけるガス線速Ｖ1との比ＶO／Ｖ1が０.９〜１.７であることを特徴とする堆積用バーナーである。
【００１１】
第４の発明は、原料ガス吹出し口とその両側にガス吹出し口を有するバーナーであって、該原料ガス吹出し口がアスペクト比２０以上のスリット状であり、原料ガス吹出し口のガス導入路に、該原料ガス吹出し口のスリット幅よりも広い幅のガス溜と目開０.２ｍｍ以下の網状整流部を有することを特徴とする堆積用バーナーであり、ガス溜の幅は、原料ガス吹出し口のスリット幅の２倍以上とするのが好ましい。
【００１２】
本発明の堆積用バーナーには、原料ガス吹出し口よりも長いスリット長を有するシールガス吹出し口を原料ガス吹出し口に隣接して設け、該シールガス吹出し口に隣接して燃焼用ガス吹出し口を設けると良く、また、シールガス吹出し口を構成するスリットの長さは、原料ガス吹出し口のスリット長よりもＬだけ長く、該Ｌが、原料ガス吹出し口を挟むようにして設けられた両シールガス吹出し口の間隔Ｓの２倍以上とするのが良い。
【００１３】
本発明のシリカスートの製造方法は、上記堆積用バーナーを用いて、原料ガス吹出し口から原料ガスと共に支燃性ガスを含有するキャリアガスを噴射させ、シールガス吹出し口からは支燃性ガスを含有するシールガスを噴射させ、燃焼用ガス吹出し口からは可燃性ガスを含有する燃焼用ガスを噴射させることを特徴とするものであり、これはまた、原料ガス吹出し口から原料ガスと共に可燃性ガスを含有するキャリアガスを噴射させ、シールガス吹出し口からは可燃性ガスを含有するシールガスを噴射させ、燃焼用ガス吹出し口からは支燃性ガスを含有する燃焼用ガスを噴射させるようにしてもよい。なお、シールガス吹出し口から噴射されるシールガスの線速は、原料ガス吹出し口から噴射されるガスの線速の５〜１０％とするのが良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の堆積用バーナーは、原料ガス吹出し口のアスペクト比を２０以上のスリット状にすることにより、多量の原料ガスを供給しても層流火炎を得ることができる。加えて、原料ガス吹出し口の周囲に配置したガス吹出し口のうち、最もガス線速の大きなガス吹出し口の噴射角度θ1を原料ガスの噴射方向に対して外方に広がった０.５〜２０°の角度としたり、原料ガス吹出し口のガス導入路をそのスリット長手方向の側部形状が０.５〜２０°の角度θ3で広がりを持つテーパー部を有した構造としたり、さらには、原料ガス吹出し口のガス導入路にガス溜と整流部を設けるものであり、これらにより安定した火炎流が得られ、堆積速度及び収率の向上に極めて優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
シリカスートの収率を向上させるためには、原料火炎中のシリカ微粒子がターゲット表面に効率良く付着する必要がある。この役割を担うのがサーモフォレシス効果であるが、サーモフォレシス効果を有効に働かせるためには、原料火炎がターゲット表面上をできるだけ薄く流れる必要がある。また、このときの火炎は、層流火炎であることが望ましい。
【００１６】
火炎の層流又は乱流を決定するパラメータとしてレイノルズ数が知られている。レイノルズ数Ｒeは、以下の式１で表される無次元数である。また、層流火炎を得るためには、レイノルズ数が小さいほど良いことが知られている。火炎のレイノルズ数を下げるためには、式１から、ガスの線速及び／又は代表寸法を小さくすると良いことが判る。
Ｒe＝μＬ／ν      ……（式１）
（μ：ガスの線速、Ｌ：代表寸法（例えば、直径）、ν：ガスの動粘度）
【００１７】
一方、シリカスートの堆積速度を向上させるためには、単位時間当りの原料ガスの噴射量を大きくしなければならない。このためにバーナーの原料ガス吹出し口の形状を変えずに原料ガス噴射速度を上げると、原料ガスの線速が大きくなりレイノルズ数Ｒeは大きくなる。この結果、安定した層流火炎は得られず、収率の低下につながる。
【００１８】
また、原料の層流火炎がターゲット表面に広がる領域(以下、層流火炎領域と称する)は、原料ガス噴射速度によって殆ど変わらないと仮定すると、一定の面積に多量の原料ガスを噴射することになり、ターゲット表面上の原料火炎は薄く広がることができず、サーモフォレシス効果を有効に働かせることが困難となる。
【００１９】
原料ガス噴射速度を上げても収率が低下しない方法として、原料ガス吹出し口の直径を大きくして断面積を拡大することにより、原料ガスの線速を落とすことが考えられる。しかしながら、この方法では、代表寸法Ｌが大きくなるため、レイノルズ数を下げる効果が小さい上に、層流火炎領域の拡大効果も小さく、収率の向上効果が小さい。
【００２０】
そこで、本発明者らは、原料ガス吹出し口の断面積を拡大する方法として、吹出し口のアスペクト比を大きくすることを検討した。吹出し口のアスペクト比を大きくすることのメリットとして、次の２点が期待できる。
（ａ）レイノルズ数の減少
（ｂ）層流火炎領域の拡大
【００２１】
まず、（ａ）の「レイノルズ数の減少」の効果について説明する。
アスペクト比の大きな導管の代表寸法Ｌは、次の式で表すことができる(流体工学、伊藤四郎、科学技術社)。
Ｌ＝４×管路の断面積／管路断面の周の長さ    ……(式２)
上記式１と式２から、同一断面積で、ガス吹出し口のアスペクト比を変えたときのレイノルズ数を求めると、図１のようになる。
【００２２】
図１より、ガス吹出し口のアスペクト比を大きくすると、断面積が同じであってもレイノルズ数を実質上小さくすることができる。
アスペクト比が２０を超えると、通常の円管型ガス吹出し口の半分以下のレイノルズ数に抑えることが可能となり、スリット型ガス吹出し口の効果が十分に現れると予測される。また、アスペクト比を十分に大きくしていくと、代表寸法Ｌは、スリット幅の２倍の値に収束し、スリット長さは、代表寸法Ｌに影響しなくなる。
【００２３】
円管の場合、直径を拡大することで断面積を広げると、代表寸法Ｌが大きくなるため、ガス線速を一定に保った場合、レイノルズ数の増加が起こるが、スリット状の吹出し口の場合、スリット長を延長して断面積を広げても代表寸法Ｌの変化はなく、線速一定の場合、レイノルズ数の増加は起こらない。
このように、スリット状のガス吹出し口を採用することによって、効果的に断面積を拡大でき、大量の原料ガスを燃焼しても層流火炎を保つことが可能となる。
【００２４】
次に、（ｂ）の「層流火炎領域の拡大」の効果について説明する。
原料火炎がターゲット表面上を広がる状態を図２に示し、層流火炎の広がる領域を、層流火炎を正面視した図３に示した。原料火炎は、ターゲット表面に衝突するとターゲットに沿って広がる。ここで、火炎は、ターゲットに衝突した地点から一定の距離までは、層流火炎を維持して広がる(図中実線)。しかし、この領域外では層流を維持できずに乱流火炎となる。層流火炎を維持して広がることのできる距離（層流火炎距離）は、火炎温度やターゲットの材質・形状によって異なるが、任意に変えることは困難である。
【００２５】
原料火炎中に生成したシリカ微粒子は、層流火炎領域においてターゲット表面に付着(シリカスート生成に寄与)するものと仮定した場合、層流火炎領域をできるだけ大きくすることで、収率の向上をはかることが可能となる。
【００２６】
そこで、層流火炎領域を大きくする方法について検討した。
円形の吹出し口を有するバーナーの場合、吹出し口から噴射される火炎は円筒状である。この火炎がターゲット表面に衝突して得られる層流火炎領域は、火炎がターゲットに衝突した地点から一定の距離(層流火炎距離)で囲まれた円形領域となる。ここで、吹出し口の径を２倍に拡大しても、図４の破線領域で示すように、層流火炎領域の直径を２倍にすることはできない。
【００２７】
一方、スリット型の吹出し口から得られる火炎の場合、図５に示すように、円形の吹出し口からの火炎と同一断面積の火炎でも、スリット長を長くするだけで層流火炎領域を拡大することが可能となる。
以上のように、（ａ）の「レイノルズ数」と（ｂ）の「層流火炎領域」の両面から、堆積用バーナーにスリット型の吹出し口を採用することは、高収率、高堆積速度を目指す上で非常に有効であることが判る。
【００２８】
しかしながら、実際にスリット型のバーナー（以下、スリットバーナーと称する）を使用してシリカスート堆積を行うと、想定したほどの高収率、高堆積速度を得ることが困難であることが判明した。
この原因について検討を行った結果、スリット型の吹出し口から噴出した板状の火炎(以下、板状火炎と称する)は、円形の火炎と比較して外乱を受けやすく、層流状態が乱されやすいため、ターゲット表面に十分な面積の層流火炎領域を形成できないことによることが判った。
【００２９】
このような知見を踏まえて、安定した層流の板状火炎と十分な面積の層流火炎領域を形成できる堆積用バーナーについて鋭意検討を行った結果、特許請求の範囲に記載の構成とするのが有効であることを見出し、本発明を完成した。
【００３０】
第１の発明になる堆積用バーナーは、原料ガス吹出し口の周囲に配置したガス吹出し口のうち、最もガス線速の大きなガス吹出し口の噴射角度θ1を、原料ガスの噴射方向、換言すると図６に示すように、原料ガス導入路の中心線に平行な線Ａに対して外方に広がった０.５〜２０°の角度とするものであり、原料吹出し口に対して外方をプラスとしている。なお、図６は、本発明の堆積用バーナーをスリット長手方向に垂直に切断した縦断面図であり、原料ガス吹出し口と最も線速の大きな火炎吹出し口及び噴射方向が示されている。
これは、スリット型吹出し口から噴射される板状火炎が、同一バーナーの別のガス吹出し口から噴射される火炎流によって乱されやすいことを解決するための手段である。
【００３１】
同一バーナーから噴射される火炎のうち、板状火炎を乱しやすい火炎は最も線速の大きな火炎である。そこで、このような火炎を噴射するガス吹出し口の噴射角度θ1とシリカスートの収率との関係を調査した結果、θ1が０.５〜２０°の範囲でシリカスートの収率が向上した。また、θ1が２〜１０°の範囲では、さらに収率が優れており、より望ましいことも判明した。
【００３２】
なお、低角度側で収率が落ちる原因としては、最も線速の大きな火炎が原料火炎である板状火炎に直接影響を与え始める角度であると考えられる。また、高角度側で収率が落ちる原因としては、最も線速の大きな火炎が拡散することによる温度の低下などが考えられる。
【００３３】
第２の発明による堆積用バーナーは、原料ガス吹出し口から噴射されるガス流が、スリット長手方向に０.５〜２０°の角度θ2で拡開噴射されるようにしたものであり、それには、原料ガス吹出し口のガス導入路を、そのスリット長手方向の側部形状が０.５〜２０°の角度θ3で広がりを持つテーパー形状とするものである。
【００３４】
この対策は、板状火炎の火炎流の向きを最適化するものである。板状火炎は、スリット長手方向の火炎流を最適に設定しないと乱れを生じやすい。例えば、図７に示すように、火炎の中心線の方向に向って流れる火炎流が存在すると、火炎がターゲットに衝突する際に渦を発生し、火炎に乱れが生じる。
【００３５】
この現象を解決するために、図８に示すように、火炎流を火炎の中心線に対して角度θ2で外側に向けることが有効である。このような火炎流を実現するためには、スリット型の火炎吹出し口を形成するガス導入路を、図９(a),(b)に示すように、角度θ3で外方に広がったテーパー状に形成すると良い。なお、図８，９において、原料火炎用以外の吹出し口は図示を省略してある。
【００３６】
図９(b)では、原料ガス用ガス導入路は、そのスリット長手方向の側部が角度θ3で広がる単調なテーパー状となっている。また、原料ガス用ガス導入路を、図９(c)に示すように途中から角度θ3で拡開したり、図９(d)のように曲線部を有する実質的にテーパー状としても良い。これによりガスを０.５〜２０°の吹出し角度θ2で噴射することができる。この角度θ2は、特には２〜１０°が望ましい。
同様に、ガス吹出し口用ガス導入路についても、角度θ3のテーパー状とするのが良い。
【００３７】
第３の発明による堆積用バーナーは、原料ガス吹出し口の中心部のガス線速ＶOと、該中心部からスリットの長手方向に向かって８０％位置におけるガス線速Ｖ1との比ＶO／Ｖ1を０.９〜１.７としている。
このガス線速を規定する対策も、板状火炎の乱れを抑制することを目的としている。スリットバーナーによって形成される板状火炎は、スリットの長手方向で安定しにくい。この原因の一つとして、スリットの長手方向にわたる火炎ガスの線速分布が関係していることを見出した。
【００３８】
火炎ガスの線速分布が不適切である場合、図１０(a)に示すように、火炎に渦が発生し火炎に乱れが生じる。これを解決する適切な火炎ガスの線速分布は、図１０(b)に示すような、スリット中心部の線速を相対的に大きくしたものであり、具体的には、ガス線速比ＶO／Ｖ1を０.９〜１.７となるようにする。
なお、斜め噴射火炎の場合の上記ガス線速は、図１１(a)，(b) に示すように、バーナー垂直方向(ガス噴出方向)をｙ軸とし、吹出し口長手方向（スリット長手方向）をｘ軸とした場合のｙ成分ベクトルの大きさとして規定する。なお、図１１において、原料ガス以外の吹出し口は図示を省略してある。
【００３９】
また、ガス線速比ＶO／Ｖ1の値は、より望ましくは、１.１〜１.５の範囲である。ここで、８０％の地点でガス線速を規定する理由は、ガス吹出し口の端部(１００％位置)では、ガス流が安定せず、測定が困難なためである。
また、上記では、ガス線速の規定位置が中心部とその左右８０％地点の３点であるが、この間の線速分布は、図１１(b)のように、左右になだらかな分布を形成しているのが望ましい。
【００４０】
第４の発明による堆積用バーナーは、原料ガス吹出し口のガス導入路に、該原料ガス吹出し口のスリット幅よりも広い幅のガス溜と目開０.２ｍｍ以下の網状整流部を設けるものである。
スリットバーナーでは、スリット状のガス導入路に均一なガス流の形成が望まれる。均一なガス流を形成するには、ガス導入路の流路を十分長く取れば良い。しかしながら、バーナーの寸法上の制約等で流路を十分に長く取ることができない場合が多く、図１２(a),(b)に示すように、ガス流に乱れを生じる。
【００４１】
この場合、上記してきた理想的な板状火炎を得るための対策が、十分に発揮できない可能性がある。この問題を解決するために、スリット状ガス導入路のガス管寄りに、スリット状ガス導入路よりも幅の広いガス溜を設けている。これはガス溜内もしくはガス導入路の任意の場所に、目開０.２ｍｍ以下の網状の整流板を少なくとも一箇所設けるものである。以上の対策により、ガス導入路内のガス流が均一となり、収率の大幅な向上が可能となる。
上記ガス溜の幅ｔは、スリット状ガス導入路の幅の２倍以上あれば良く、望ましくは４倍以上である。また、整流板は、２ヶ所以上設けても良い(図１３、１４参照)。
【００４２】
本発明の堆積用バーナーには、さらに下記の対策が施されている。すなわち、原料ガス吹出し口よりも長いスリット長を有するシールガス吹出し口が原料ガス吹出し口に隣接して設けられ、さらに、シールガス吹出し口に隣接して燃焼用ガス吹出し口が設けられている。このように、シールガス吹出し口を原料ガス吹出し口よりも長くすることによって、酸化ケイ素粉末のバーナーへの付着を確実に防ぐことが可能となる。
【００４３】
ここで、シールガス吹出し口のスリット長は、図１５に示すように、原料ガス吹出し口のスリット長よりも長く、かつ両シールガス吹出し口の間隔Ｓの２倍以上とされる。また、酸化ケイ素粉末のバーナーへの付着を防ぐ効果をより確実にするためには、間隔Ｓの４倍以上の長さとするのが良い。なお、シールガス用の吹出し口は、スリットのみで形成されている必要はなく、スリット形状部を有し、そのスリット長が原料ガス吹出し口のスリット長よりも長い形状であれば良い。
【００４４】
燃焼用ガス吹出し口についても、必ずしもスリット状である必要はなく、円形の吹出し口を多数設けても良い。また、燃焼用ガス吹出し口は、可燃性ガス用と支燃性ガス用を別々に配置した拡散火炎用であっても良く、可燃性ガスと支燃性ガスとを予め混合した予混合火炎用であっても良い。また、予混合火炎用吹出し口と拡散火炎用吹出し口を共に配置しても良い。
【００４５】
このような構成からなるスリットバーナーを用いてシリカスートを製造するに際し、原料ガスと共に導入するキャリアガスが支燃性ガスを含む場合には、シールガス吹出し口から噴射するシールガスは支燃性ガスを含むものとし、燃焼用ガス吹出し口からは可燃性ガスを含むガスを噴射する。一方、キャリアガスが可燃性ガスを含む場合には、シールガスは可燃性ガスを含むものとし、燃焼用ガス吹出し口からは支燃性ガスを含むガスを噴射する。
【００４６】
上記供給するガスの選択は、原料ガスを速やかに高温の火炎状態にして、安定した層流の板状火炎を得るための対策である。通常、ガスは、火炎状態になると動粘度が上昇し、安定した層流状態を形成しやすい。このことは、動粘度が上昇することにより、式１から求められるレイノルズ数が減少することで説明される。
従って、安定した層流火炎を得るには、ガス吹出し口から噴射されるガスが速やかに火炎状態になることが重要であることを意味している。
【００４７】
原料ガスが速やかに火炎を形成するためには、火炎を形成しやすいガスをキャリアガスとして混入する。火炎を形成しやすいガスには、支燃性ガス又は可燃性ガスが挙げられる。
キャリアガスに支燃性ガスを原料ガスと共に混入する場合、原料ガス吹出し口のできるだけ近い位置に、可燃性ガスを含むガスを噴出する燃焼用ガス吹出し口を設ける。
【００４８】
しかしながら、支燃性ガスとして酸素を含むガス(例えば、酸素ガス)を、可燃性ガスとして水素を含むガス(例えば、水素ガスやメタンなどの炭化水素ガス)を使用すると、以下の問題が発生する。
つまり、燃焼反応により発生した水は、原料であるケイ素化合物（例えば、４塩化ケイ素、メチルクロロシランなど）と速やかに反応して酸化ケイ素粉末をバーナー吹出し口近傍に析出させ、バーナー閉塞などの問題を生じる。
【００４９】
この問題を解決する手段として、原料ガス吹出し口に隣接して、原料ガス吹出し口よりも長いスリット長を有するシールガス吹出し口を設け、シールガス吹出し口には、原料ガスと燃焼反応を起こさないシールガスを導入する。このシールガスには、原料のキャリアガスが支燃性ガスを含む場合は、支燃性ガスを使用し、キャリアガスが可燃性ガスを含む場合は、可燃性ガスを含むガスを使用するのが望ましい。これにより、シールガスは、燃焼ガスの燃焼により生成した水を遮断すると共に、燃焼ガスと燃焼反応を行い、原料ガスの着火を促進する。
【００５０】
なお、シールガス吹出し口から噴射されるシールガスの線速は、原料ガス吹出し口から噴射されるガスの線速の５〜１０％とするのが良い。これよりも小さいと、火炎反応で生成した酸化ケイ素粉末がバーナーに付着するのを防止する能力が低下し、これよりも大きいと、原料ガスの火炎形成を阻害する。
【００５１】
原料ガス吹出し口に最も近い燃焼用ガス吹出し口から噴射するガスは、原料ガスと共に供給されるキャリアガスの種類によって使い分けることが必要である。つまり、キャリアガスが支燃性ガスを含む場合は、原料ガス吹出し口に最も近い燃焼用ガス吹出し口からは可燃性ガスを噴射することが望ましく、キャリアガスが可燃性ガスを含む場合は、原料ガス吹出し口に最も近い燃焼用ガス吹出し口からは支燃性ガスを噴射することが望ましい。
これは、酸化ケイ素粉末のバーナーへの付着を防ぎつつ、原料ガスに速やかに火炎を生成させるための有効な手段である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の堆積用バーナーは、ケイ素化合物を含む原料ガスの燃焼反応で生成するシリカを主成分とする化合物の堆積速度および収率に優れ、光ファイバー母材の製造に好適に使用される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】吹出し口のアスペクト比とレイノルズ数の関係を示すグラフである。
【図２】ターゲット表面における原料火炎の広がり状態を示す模式図である。
【図３】火炎流を正面視した、層流火炎の広がり状態を示す図である。
【図４】吹出し口の径を変えた場合の層流火炎の広がり状態を示す図である。
【図５】同一断面積の火炎で、円形火炎と板状火炎の層流火炎領域を比較して示す図である。
【図６】本発明の堆積用バーナーを、スリット長手方向に垂直に切断した縦断面図である。
【図７】スリットバーナーの火炎の乱れを示す図である。
【図８】本発明のスリットバーナーの火炎の乱れ対策を説明する図である。
【図９】（ａ）は、本発明のスリットバーナーの原料ガス吹出し口を示す正面図であり、(ｂ), (ｃ), (ｄ)は、（ａ）のスリット厚み方向中心線に沿っての断面図であり、それぞれガス導入路を示している。
【図１０】（ａ）,(ｂ)は、スリットバーナーの火炎線速分布と火炎の乱れとの関係を示す図である。
【図１１】（ａ）,(ｂ)は、本発明によるスリットバーナーのガス線速分布を説明する図である。
【図１２】スリットバーナーのガス導入路内でのガス流を示す図である。
【図１３】本発明によるスリットバーナーのガス流制御方法を説明する図である。
【図１４】本発明によるスリットバーナーのガス流制御方法を説明する図である。
【図１５】本発明によるスリットバーナーのシールガス吹出し口と燃焼用ガス吹出し口との位置関係を示す図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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