JPH09110455A - 断面組成が勾配を示すロッドの製造方法および装置 - Google Patents
断面組成が勾配を示すロッドの製造方法および装置Info
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- JPH09110455A JPH09110455A JP8098190A JP9819096A JPH09110455A JP H09110455 A JPH09110455 A JP H09110455A JP 8098190 A JP8098190 A JP 8098190A JP 9819096 A JP9819096 A JP 9819096A JP H09110455 A JPH09110455 A JP H09110455A
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- C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
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- C03B17/02—Forming molten glass coated with coloured layers; Forming molten glass of different compositions or layers; Forming molten glass comprising reinforcements or inserts
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 断面の組成が勾配を示すロッド状材料の製造
において、連続的な製造を行ない、製造コストを低下さ
せる。 【解決手段】 リザーバ４および５内に材料を構成する
少なくとも２種類の組成物を流動状態で用意する。リザ
ーバ４内に含まれるロッドの芯を形成する第１の組成物
と、リザーバ５内に含まれる芯の周りに外皮を形成する
第２の組成物とを同時に同心に注型する。この注型物が
凝固してロッドを形成する温度まで注型物を加熱する。
において、連続的な製造を行ない、製造コストを低下さ
せる。 【解決手段】 リザーバ４および５内に材料を構成する
少なくとも２種類の組成物を流動状態で用意する。リザ
ーバ４内に含まれるロッドの芯を形成する第１の組成物
と、リザーバ５内に含まれる芯の周りに外皮を形成する
第２の組成物とを同時に同心に注型する。この注型物が
凝固してロッドを形成する温度まで注型物を加熱する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、断面の組成が勾配
を示す材料からなるロッドを製造する方法および装置に
関し、より詳しくは、屈折率、光学密度、イオン伝導率
等のような特性のうちの１つが、断面の組成変化により
決まる所定の分布の断面勾配を示すガラスロッドを製造
することのできる方法および装置に関するものである。
を示す材料からなるロッドを製造する方法および装置に
関し、より詳しくは、屈折率、光学密度、イオン伝導率
等のような特性のうちの１つが、断面の組成変化により
決まる所定の分布の断面勾配を示すガラスロッドを製造
することのできる方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】レンズの軸に対して横方向に軸対称の屈
折率勾配を示すガラスから作られたレンズのような光学
部材が今日一般的に用いられている。そのような屈折率
勾配を示す光ファイバもまた用いられている。そのよう
な光学部材を製造するために、イオン交換（フランス国
特許第A-2,504,515 号参照）、いわゆる「ゾルゲル」技
術による含浸（米国特許第A-5,069,700 号参照）、粉末
から調製したガラス組成物の使用（米国特許第A-4,883,
522 号）、選択的にドープした多孔性ガラスの使用（米
国特許第A-4,620,861 号）、様々な組成のガラスチップ
の溶融による接合（米国特許第A-4,929,065 号）、ニュ
ートロン照射への露出のような他の技術によらない場合
には、蒸気相中におけるガラスの蒸着（特に、光ファイ
バに関して）等により、ガラスの組成を得るべき部材の
軸に対して横方向に変えている。
折率勾配を示すガラスから作られたレンズのような光学
部材が今日一般的に用いられている。そのような屈折率
勾配を示す光ファイバもまた用いられている。そのよう
な光学部材を製造するために、イオン交換（フランス国
特許第A-2,504,515 号参照）、いわゆる「ゾルゲル」技
術による含浸（米国特許第A-5,069,700 号参照）、粉末
から調製したガラス組成物の使用（米国特許第A-4,883,
522 号）、選択的にドープした多孔性ガラスの使用（米
国特許第A-4,620,861 号）、様々な組成のガラスチップ
の溶融による接合（米国特許第A-4,929,065 号）、ニュ
ートロン照射への露出のような他の技術によらない場合
には、蒸気相中におけるガラスの蒸着（特に、光ファイ
バに関して）等により、ガラスの組成を得るべき部材の
軸に対して横方向に変えている。
【０００３】これまで用いられてきた技術には、不連続
な工程、すなわち、バッチ製造工程が共通している。こ
の不連続性には、工程の生産性の観点から、また製造コ
ストを減少させる観点から好ましくない停止時間が含ま
れる。さらに、既知の方法では、少なくとも経済的に、
１ｃｍまたは２ｃｍより大きい直径を有する部材を製造
できない。さらに、得られた屈折率の勾配は、ある用途
には振幅が不十分であり、分布が十分には制御されない
ことが立証されている。
な工程、すなわち、バッチ製造工程が共通している。こ
の不連続性には、工程の生産性の観点から、また製造コ
ストを減少させる観点から好ましくない停止時間が含ま
れる。さらに、既知の方法では、少なくとも経済的に、
１ｃｍまたは２ｃｍより大きい直径を有する部材を製造
できない。さらに、得られた屈折率の勾配は、ある用途
には振幅が不十分であり、分布が十分には制御されない
ことが立証されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、断面の組成が勾配を示す材料からなるロッド、
特に、上述した既知の方法および装置の欠点をまったく
示さない、断面の組成が勾配を示す光学部材を製造する
ためのガラスロッドを製造できる方法および、装置を提
供することにある。
目的は、断面の組成が勾配を示す材料からなるロッド、
特に、上述した既知の方法および装置の欠点をまったく
示さない、断面の組成が勾配を示す光学部材を製造する
ためのガラスロッドを製造できる方法および、装置を提
供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の目的、並びに以
下の記載により明確となる他の目的は、周囲温度よりも
高い所定の温度で流動状態にある材料を用いて、断面の
組成が勾配を示す材料からなるロッドを製造する方法に
より達成される。この方法は、ａ）この材料を構成する
２種類の異なる組成物を流動状態に調製し、ｂ）一方の
組成物によりロッドの芯を、別の組成物によりこの芯を
囲む外装と同時に、好ましくは同心に、連続的に注型
し、ｃ）この注型物を、凝固させてロッドを形成する温
度にするといった点で注目すべきである。
下の記載により明確となる他の目的は、周囲温度よりも
高い所定の温度で流動状態にある材料を用いて、断面の
組成が勾配を示す材料からなるロッドを製造する方法に
より達成される。この方法は、ａ）この材料を構成する
２種類の異なる組成物を流動状態に調製し、ｂ）一方の
組成物によりロッドの芯を、別の組成物によりこの芯を
囲む外装と同時に、好ましくは同心に、連続的に注型
し、ｃ）この注型物を、凝固させてロッドを形成する温
度にするといった点で注目すべきである。
【０００６】本発明による方法を用いることにより、断
面の組成が必要とする勾配を示すガラスのような材料か
らロッドを連続的に製造する。この方法が連続的である
ために、生産性が高くなり、製造コストが安くなる。
面の組成が必要とする勾配を示すガラスのような材料か
らロッドを連続的に製造する。この方法が連続的である
ために、生産性が高くなり、製造コストが安くなる。
【０００７】本発明による方法の別の特徴によると、工
程ｂ）とｃ）の間で、ロッドの最終断面を規定するよう
に造型した円筒状モールド内に通すことにより注型断面
を膨脹させる。ロッドの断面をこのように広げることに
より、上述した技術を用いて、より大きな直径の光学部
材、特に、例えば、屈折率が勾配を示す、150 ｍｍに達
する直径を有する光学レンズを製造できるブランクがそ
のロッドから得られる。この方法は、例えば、10ｍｍか
ら150 ｍｍまでの広範囲から選択される直径を有する部
材の製造に非常に簡単に適用できる。
程ｂ）とｃ）の間で、ロッドの最終断面を規定するよう
に造型した円筒状モールド内に通すことにより注型断面
を膨脹させる。ロッドの断面をこのように広げることに
より、上述した技術を用いて、より大きな直径の光学部
材、特に、例えば、屈折率が勾配を示す、150 ｍｍに達
する直径を有する光学レンズを製造できるブランクがそ
のロッドから得られる。この方法は、例えば、10ｍｍか
ら150 ｍｍまでの広範囲から選択される直径を有する部
材の製造に非常に簡単に適用できる。
【０００８】本発明による方法を用いた、断面の屈折率
が勾配しているガラスロッドの製造に関して、２種類の
ガラス組成物から、加熱により一方を他方に拡散できる
ロッドが製造される。これらの２種類の組成は、ロッド
が所定の分布の断面屈折率を示すように異なっている。
が勾配しているガラスロッドの製造に関して、２種類の
ガラス組成物から、加熱により一方を他方に拡散できる
ロッドが製造される。これらの２種類の組成は、ロッド
が所定の分布の断面屈折率を示すように異なっている。
【０００９】本発明はまた、この方法を実施する装置を
提供する。この装置は、ａ）少なくとも２つのリザーバ
であって、各々が、流動状態にある、材料を構成する２
種類の異なる組成物のうちのそれぞれ１種類を受容する
のに適し、２つのそれぞれのオリフィスを通してこれら
のリザーバから重力によりこれら２種類の組成物を流出
し、一方が他方を囲んでいるリザーバ、ｂ）これらの流
動物を集めるようにそれらの下流にある、これらのオリ
フィスに同軸に配置された１つの管、およびｃ）リザー
バ内および管内の通路に沿って材料の温度を選択的に調
節する加熱および調節手段からなる。好ましくは、この
装置はさらに、管の出口に、流動状態にある材料が層流
となって蓄積するモールドを含む。このモールドは円筒
状で、管と同軸にあり、管の断面よりも大きい断面を有
する。
提供する。この装置は、ａ）少なくとも２つのリザーバ
であって、各々が、流動状態にある、材料を構成する２
種類の異なる組成物のうちのそれぞれ１種類を受容する
のに適し、２つのそれぞれのオリフィスを通してこれら
のリザーバから重力によりこれら２種類の組成物を流出
し、一方が他方を囲んでいるリザーバ、ｂ）これらの流
動物を集めるようにそれらの下流にある、これらのオリ
フィスに同軸に配置された１つの管、およびｃ）リザー
バ内および管内の通路に沿って材料の温度を選択的に調
節する加熱および調節手段からなる。好ましくは、この
装置はさらに、管の出口に、流動状態にある材料が層流
となって蓄積するモールドを含む。このモールドは円筒
状で、管と同軸にあり、管の断面よりも大きい断面を有
する。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の他の特徴および利点が、
下記に示すように、図面と共に読めば以下の記載から明
白となる。
下記に示すように、図面と共に読めば以下の記載から明
白となる。
【００１１】本発明による製造方法によると、組成の勾
配が、例えば、ガラス中の局所的濃度により、ガラス材
料の物理的特性の値を著しく変性できる化学的要素が高
温で相互拡散することによって得られる。この相互拡散
は、垂直管中に同心に流れる２種類のガラスの間の少な
くとも１つの界面で生じる。ガラスの種類の選択は、特
性における所望の差および必要な分布の種類の関数であ
る。相互拡散がない限定例においては、不連続な組成分
布が得られる（千鳥状）。
配が、例えば、ガラス中の局所的濃度により、ガラス材
料の物理的特性の値を著しく変性できる化学的要素が高
温で相互拡散することによって得られる。この相互拡散
は、垂直管中に同心に流れる２種類のガラスの間の少な
くとも１つの界面で生じる。ガラスの種類の選択は、特
性における所望の差および必要な分布の種類の関数であ
る。相互拡散がない限定例においては、不連続な組成分
布が得られる（千鳥状）。
【００１２】本発明による方法の以下の記載には２種類
のガラスが含まれるが、当業者には明らかであるよう
に、本発明の方法を３または４種類のガラスまで拡張し
てもよい。
のガラスが含まれるが、当業者には明らかであるよう
に、本発明の方法を３または４種類のガラスまで拡張し
てもよい。
【００１３】２種類以上のガラスを、例えば、光学ガラ
スまたは眼鏡用ガラスの製造に使用する典型的な種類の
炉（図示せず）内で別々に溶融する。
スまたは眼鏡用ガラスの製造に使用する典型的な種類の
炉（図示せず）内で別々に溶融する。
【００１４】本発明の好ましい実施の形態の１つには、
断面の組成が勾配を示す材料からなるロッドを製造する
方法があり、この材料は周囲温度よりも高い所定の温度
で流動状態にある。この方法には、ａ）この材料を構成
する少なくとも２種類の組成物を流動状態に調製し、
ｂ）ロッドの芯を形成する第１の組成物および該芯の周
りの外装を形成する第２の組成物を同時に同心に注型
し、ｃ）この注型物が凝固してロッドを形成する温度ま
で該注型物を加熱する各工程がある。
断面の組成が勾配を示す材料からなるロッドを製造する
方法があり、この材料は周囲温度よりも高い所定の温度
で流動状態にある。この方法には、ａ）この材料を構成
する少なくとも２種類の組成物を流動状態に調製し、
ｂ）ロッドの芯を形成する第１の組成物および該芯の周
りの外装を形成する第２の組成物を同時に同心に注型
し、ｃ）この注型物が凝固してロッドを形成する温度ま
で該注型物を加熱する各工程がある。
【００１５】図１に示す、本発明による方法を実施する
装置は、それぞれ、連結、拡散および状態調節の３つの
区域１，２，３に分けられていてもよい。連結区域１の
機能は、両方の種類のガラスをガラスロッドの芯と外皮
の間に分布させることにある。連結区域１は、一方が他
方内に囲まれた耐火性金属の少なくとも２つのリザーバ
４および５からなる。内側リザーバ４の位置は、外側リ
ザーバ５に関して偏芯を修正できるように調節できる。
リザーバ４および５の各々には、それぞれ一方の溶融炉
から出てくるガラスが供給される。外側リザーバ５の下
端は、垂直注型管６中に外皮ガラスを直接排出する。内
側リザーバ４の下端は、注型管６中に数センチメートル
延び芯ガラスを排出する管７からなる。連結区域内の温
度は、均一であり、拡散区域の温度以上でなければなら
ない。流動ガラスが接触する場所の温度を制御するこ
と、すなわち、拡散区域の調節を独立させることが重要
である。環状の加熱手段８をこの下端に設けて、これら
の手段を調節電子回路９により制御する。
装置は、それぞれ、連結、拡散および状態調節の３つの
区域１，２，３に分けられていてもよい。連結区域１の
機能は、両方の種類のガラスをガラスロッドの芯と外皮
の間に分布させることにある。連結区域１は、一方が他
方内に囲まれた耐火性金属の少なくとも２つのリザーバ
４および５からなる。内側リザーバ４の位置は、外側リ
ザーバ５に関して偏芯を修正できるように調節できる。
リザーバ４および５の各々には、それぞれ一方の溶融炉
から出てくるガラスが供給される。外側リザーバ５の下
端は、垂直注型管６中に外皮ガラスを直接排出する。内
側リザーバ４の下端は、注型管６中に数センチメートル
延び芯ガラスを排出する管７からなる。連結区域内の温
度は、均一であり、拡散区域の温度以上でなければなら
ない。流動ガラスが接触する場所の温度を制御するこ
と、すなわち、拡散区域の調節を独立させることが重要
である。環状の加熱手段８をこの下端に設けて、これら
の手段を調節電子回路９により制御する。
【００１６】拡散区域２は、化学的要素の拡散が生じる
管６の一部である。相互拡散の深さは、両方の種類のガ
ラスがこの管のこの部分にいる平均時間の平方根に比例
する。温度はこの区域全体に亘り一定に維持する。製品
の種類および所望の流速に依存して、この区域の長さは
一般的に１ｍから４ｍまでの範囲にある。
管６の一部である。相互拡散の深さは、両方の種類のガ
ラスがこの管のこの部分にいる平均時間の平方根に比例
する。温度はこの区域全体に亘り一定に維持する。製品
の種類および所望の流速に依存して、この区域の長さは
一般的に１ｍから４ｍまでの範囲にある。
【００１７】状態調節区域３は、ガラスを注型温度に調
節する役割と、流速を制御して管の周りの温度分布を調
節する役割の２つの役割を果たす。この区域の長さは、
0.5ｍから３ｍまでの範囲で変更してもよい。電子回路
９により制御される加熱手段10，11により、区域２およ
び３内の温度を調節することができる。
節する役割と、流速を制御して管の周りの温度分布を調
節する役割の２つの役割を果たす。この区域の長さは、
0.5ｍから３ｍまでの範囲で変更してもよい。電子回路
９により制御される加熱手段10，11により、区域２およ
び３内の温度を調節することができる。
【００１８】なお、拡散が望まれない限定例において
は、これら３つの区域を区別する理由はない。
は、これら３つの区域を区別する理由はない。
【００１９】注型管６の寸法は、拡散区域内の２種類の
ガラスを安定に注型するようなものである。安定性は本
質的に、両方の流体の間の密度と粘度の差に依存する。
注型は、下記の安定性基準を満たすべきであることが実
験的に分かっている。
ガラスを安定に注型するようなものである。安定性は本
質的に、両方の流体の間の密度と粘度の差に依存する。
注型は、下記の安定性基準を満たすべきであることが実
験的に分かっている。
【００２０】
【数１】
【００２１】両方のガラスが同一の密度を有する場合に
は、条件(1) が常に満たされ、充填剤の損失による制限
を除いて、管の直径には制限はない。
は、条件(1) が常に満たされ、充填剤の損失による制限
を除いて、管の直径には制限はない。
【００２２】得られた屈折率分布は「Ｓ」拡散分布に対
応し、２種類のガラスの間の初期の界面の近傍に変曲点
がある。1400°での試作により、この種の分布が確かに
得られることを確認できた。分布形状を変更できる２つ
のパラメータは、拡散時間（管内にいる時間）および界
面の位置である。分布は、下記の２つの無次元係数α
（界面の相対位置）およびｔ＊（標準化された拡散時
間）により完全に特徴付けられる。
応し、２種類のガラスの間の初期の界面の近傍に変曲点
がある。1400°での試作により、この種の分布が確かに
得られることを確認できた。分布形状を変更できる２つ
のパラメータは、拡散時間（管内にいる時間）および界
面の位置である。分布は、下記の２つの無次元係数α
（界面の相対位置）およびｔ＊（標準化された拡散時
間）により完全に特徴付けられる。
【００２３】
【数２】
【００２４】ある数のこれらの分布をα＝0.5 の場合の
例として図２に示す。ここで、各々の分布は、それぞれ
Ｎ1 およびＮ2 を管６内に形成されたロッドの芯および
外皮の初期屈折率である場合の、最大屈折率の差（Ｎ1
−Ｎ2 ）の百分率としてΔＮ屈折率差を与えている。こ
の差は、減少した半径ｒ／Ｒの関数として表される。こ
こで、ｒは外皮の軸に関するロッドの一点からの距離で
ある。標準化された拡散時間ｔ＊が増加する場合、この
拡散により影響を受けるロッドの区域の「幅」が、ロッ
ドの軸区域および周囲区域の両方に影響を与えるまで増
加する。
例として図２に示す。ここで、各々の分布は、それぞれ
Ｎ1 およびＮ2 を管６内に形成されたロッドの芯および
外皮の初期屈折率である場合の、最大屈折率の差（Ｎ1
−Ｎ2 ）の百分率としてΔＮ屈折率差を与えている。こ
の差は、減少した半径ｒ／Ｒの関数として表される。こ
こで、ｒは外皮の軸に関するロッドの一点からの距離で
ある。標準化された拡散時間ｔ＊が増加する場合、この
拡散により影響を受けるロッドの区域の「幅」が、ロッ
ドの軸区域および周囲区域の両方に影響を与えるまで増
加する。
【００２５】３種類以上のガラスを使用することによ
り、予期するよりも分布のさらにより精密な制御が行な
える。
り、予期するよりも分布のさらにより精密な制御が行な
える。
【００２６】図３は、半径ｒの関数として屈折率分布Ｎ
を示している。勾配の相対的な度合いは、ΔＧ＝100 Δ
ｒ／Ｒとして規定される。Δｒ＜Ｒの場合には、Δｒ
は、２種類のガラスの間の初期特性差の99％に相当する
勾配の程度を示す。Δｒ＝Ｒが正確に99％の屈折率差と
して得られる時間よりも長い時間に関して得られた全て
の分布を、ΔＧ＝100 ％として示す。
を示している。勾配の相対的な度合いは、ΔＧ＝100 Δ
ｒ／Ｒとして規定される。Δｒ＜Ｒの場合には、Δｒ
は、２種類のガラスの間の初期特性差の99％に相当する
勾配の程度を示す。Δｒ＝Ｒが正確に99％の屈折率差と
して得られる時間よりも長い時間に関して得られた全て
の分布を、ΔＧ＝100 ％として示す。
【００２７】上述したように、注型管６の直径が適切な
寸法を有する程度まで、界面の位置がこれらの種類のガ
ラス各々のそれぞれの流速のみに依存することが分かっ
た。所定の流速比率が、界面の１つの位置に対応する。
図２に実施例において、この界面は半径の長さに沿って
中間に位置している。実際、この界面は、管の長さに沿
ってどこに位置していてもよい、すなわち、αは０から
１までの間のどの値をとっても差支えない。流速の比率
を調節するために、それぞれリザーバ４，５内の溶融ガ
ラスを方向付ける調節手段12，13が通路にあってもよい
（図１参照）。
寸法を有する程度まで、界面の位置がこれらの種類のガ
ラス各々のそれぞれの流速のみに依存することが分かっ
た。所定の流速比率が、界面の１つの位置に対応する。
図２に実施例において、この界面は半径の長さに沿って
中間に位置している。実際、この界面は、管の長さに沿
ってどこに位置していてもよい、すなわち、αは０から
１までの間のどの値をとっても差支えない。流速の比率
を調節するために、それぞれリザーバ４，５内の溶融ガ
ラスを方向付ける調節手段12，13が通路にあってもよい
（図１参照）。
【００２８】本発明の有利な特徴に続いて、ロッドの最
終断面を規定するように造型された円筒状モールド中
に、管６を出る未硬化状態のガラス注型物を通すことに
より、大きな直径を有するガラスロッドを形成する。例
えば、直径の大きいレンズを、このロッドから切断した
ブランクより形成することができる。
終断面を規定するように造型された円筒状モールド中
に、管６を出る未硬化状態のガラス注型物を通すことに
より、大きな直径を有するガラスロッドを形成する。例
えば、直径の大きいレンズを、このロッドから切断した
ブランクより形成することができる。
【００２９】本発明による方法によって、管の底で得ら
れた組成分布（２種類のガラスの拡散分布または同時注
型）をそのままロッドに移すことができる。このロッド
の直径はモールドにより決められる。
れた組成分布（２種類のガラスの拡散分布または同時注
型）をそのままロッドに移すことができる。このロッド
の直径はモールドにより決められる。
【００３０】このロッドの直径の管６の内径に対する比
率は広い範囲内（１から100 、好ましくは1.4 から36）
にある。この利点を以下に挙げる。
率は広い範囲内（１から100 、好ましくは1.4 から36）
にある。この利点を以下に挙げる。
【００３１】・ 小さな直径の管から大きな直径のロッ
ドを形成する。このことにより、この管を構成するのに
必要な貴金属の重量が減少する。
ドを形成する。このことにより、この管を構成するのに
必要な貴金属の重量が減少する。
【００３２】・ 容易に失透しやすいガラスを大きな直
径の通路に流すとき、したがって、粘度が大きいときに
見られるこの種のガラスの失透および結晶化の問題が避
けられる。
径の通路に流すとき、したがって、粘度が大きいときに
見られるこの種のガラスの失透および結晶化の問題が避
けられる。
【００３３】・ ロッドの直径を管の直径よりも著しく
大きくし、拡散されたか否かにかかわらず、２つの異な
る種類のガラスの安定な注型を行なう。制限を意図しな
い実施例により、80ｍｍ−100 ｍｍのロッドが得られ
る。この方法のさらなる利点は、非常に精密な寸法を有
し、表面状態の良好な（「冷えきず（chill wrinkle
）」として知られる、「波」型表面欠陥のない状態）
ロッドを得ることができる。
大きくし、拡散されたか否かにかかわらず、２つの異な
る種類のガラスの安定な注型を行なう。制限を意図しな
い実施例により、80ｍｍ−100 ｍｍのロッドが得られ
る。この方法のさらなる利点は、非常に精密な寸法を有
し、表面状態の良好な（「冷えきず（chill wrinkle
）」として知られる、「波」型表面欠陥のない状態）
ロッドを得ることができる。
【００３４】図４は、ガラス注型物を広げるのに必要な
モールドを製造する第１の方法を示している。管６の底
から排出される複合ガラス（拡散されたか否かにかかわ
らず）が、管６の下方にこの管の軸に配置された垂直円
筒状モールド14中に流れ込む。このガラスの初期界面が
点線で示されている。ガラスが、管の直径に近い直径か
ら、モールドの直径に近い値まで徐々に増加して通過す
る転移区域がある。この流動は層状に行なわれ、再循環
区域がない。このことにより、ガラス組成の分布をその
まま移すことができる。ガラスはモールド内に連続的に
流動する。このモールドには、温度を調節する手段が備
えられており、この手段により、ガラスが冷える速度を
調節することができる。モールドの長さは、ガラスがモ
ールドを出るときに、ガラスが、変形したり表面がきず
ついたりせずに、ガラス自体の重量を支持し、適切に型
彫りされた１組以上のローラ151 ，152 に掴まれるのに
十分に大きい粘度に達するように選択する。これらのロ
ーラの役目は、モールド内に含まれたガラスの重量を支
持し、安定速度で、非常に一定の高さで、ガラスを広げ
る区域を維持するために速度を調節することにある。
モールドを製造する第１の方法を示している。管６の底
から排出される複合ガラス（拡散されたか否かにかかわ
らず）が、管６の下方にこの管の軸に配置された垂直円
筒状モールド14中に流れ込む。このガラスの初期界面が
点線で示されている。ガラスが、管の直径に近い直径か
ら、モールドの直径に近い値まで徐々に増加して通過す
る転移区域がある。この流動は層状に行なわれ、再循環
区域がない。このことにより、ガラス組成の分布をその
まま移すことができる。ガラスはモールド内に連続的に
流動する。このモールドには、温度を調節する手段が備
えられており、この手段により、ガラスが冷える速度を
調節することができる。モールドの長さは、ガラスがモ
ールドを出るときに、ガラスが、変形したり表面がきず
ついたりせずに、ガラス自体の重量を支持し、適切に型
彫りされた１組以上のローラ151 ，152 に掴まれるのに
十分に大きい粘度に達するように選択する。これらのロ
ーラの役目は、モールド内に含まれたガラスの重量を支
持し、安定速度で、非常に一定の高さで、ガラスを広げ
る区域を維持するために速度を調節することにある。
【００３５】ガラスをモールド14に通し始めるために、
モールドは、図５に示す底17のような移動可能な底（図
示せず）からなっていてもよい。このモールドをさらに
詳細に検討する。この底により注型物が広がる。底はモ
ールド内で下がり、ローラ151 ，152 の間を通過した後
に取り出される。
モールドは、図５に示す底17のような移動可能な底（図
示せず）からなっていてもよい。このモールドをさらに
詳細に検討する。この底により注型物が広がる。底はモ
ールド内で下がり、ローラ151 ，152 の間を通過した後
に取り出される。
【００３６】モールドおよびローラの下に、ロッドを所
望の寸法に切断する前に、ガラスをさらに冷却し、芯と
外皮の温度を均一にするために、調節手段（冷却および
／または加熱）からなる熱状態調節区域を設けることも
有利かもしれない。この状態調節区域は１組以上のロー
ラからなっていてもよい。
望の寸法に切断する前に、ガラスをさらに冷却し、芯と
外皮の温度を均一にするために、調節手段（冷却および
／または加熱）からなる熱状態調節区域を設けることも
有利かもしれない。この状態調節区域は１組以上のロー
ラからなっていてもよい。
【００３７】図５に示す実施の形態において、モールド
16には、例えば、ねじジャッキを駆動するギヤモータに
より作動される移動可能な底17が設けられている。この
モールドでは、移動可能な底17が最初に管６内の高い位
置にあり、この底が連続的に下方に移動される。モール
ド16が満たされると、モールド16を管６の下から取り出
し、十分な冷却時間後に、移動可能な底17を元の高い位
置に戻して、ガラスをモールド16から取り出す。モール
ドの位置決めおよび取出しを行なうときに、剪断装置を
用いて、管から流れ落ちるガラスファイバを遮断しても
よい。
16には、例えば、ねじジャッキを駆動するギヤモータに
より作動される移動可能な底17が設けられている。この
モールドでは、移動可能な底17が最初に管６内の高い位
置にあり、この底が連続的に下方に移動される。モール
ド16が満たされると、モールド16を管６の下から取り出
し、十分な冷却時間後に、移動可能な底17を元の高い位
置に戻して、ガラスをモールド16から取り出す。モール
ドの位置決めおよび取出しを行なうときに、剪断装置を
用いて、管から流れ落ちるガラスファイバを遮断しても
よい。
【００３８】モールドが充填されている最中に、移動可
能な底17が下降する速度は、上述した実施の形態におけ
るように、管内に放射状の組成勾配が形成されるのを妨
げそうなガラスの乱流がモールド中で生じるのを防ぎ、
管６の流速の関数である。
能な底17が下降する速度は、上述した実施の形態におけ
るように、管内に放射状の組成勾配が形成されるのを妨
げそうなガラスの乱流がモールド中で生じるのを防ぎ、
管６の流速の関数である。
【００３９】バリエーションとして、タレット上に配列
したいくつかのモールドを用いて、充填位置と排出位置
とを回転により動かしてもよい。
したいくつかのモールドを用いて、充填位置と排出位置
とを回転により動かしてもよい。
【００４０】モールドには温度を調節する手段が設けら
れている。広げる区域のガラスの冷却を制限するため
に、モールドの高い区域には高温が望まれる。このこと
は、モールドの直径の管の直径に対する比率が増加する
につれ、より必要となる。ガラスを冷却するためにモー
ルドの下側部分は温度がより低いことが求められる。
れている。広げる区域のガラスの冷却を制限するため
に、モールドの高い区域には高温が望まれる。このこと
は、モールドの直径の管の直径に対する比率が増加する
につれ、より必要となる。ガラスを冷却するためにモー
ルドの下側部分は温度がより低いことが求められる。
【００４１】モールドを、例えば、ステレンススチー
ル、ブロンズまたはグラファイトのような金属材料とい
った典型的な材料から作成してもよい。グラファイトが
好ましい。モールドの高い区域においては、温度を制限
して、モールドとガラスの間に粘着現象が生じるのを防
ぐ（ソーダ石灰ガラスに関しては約550 ℃の温度）。モ
ールドの底の部分においては、この温度は400 ℃−450
℃まで下がってもよい。
ル、ブロンズまたはグラファイトのような金属材料とい
った典型的な材料から作成してもよい。グラファイトが
好ましい。モールドの高い区域においては、温度を制限
して、モールドとガラスの間に粘着現象が生じるのを防
ぐ（ソーダ石灰ガラスに関しては約550 ℃の温度）。モ
ールドの底の部分においては、この温度は400 ℃−450
℃まで下がってもよい。
【００４２】このようなモールドの欠点の１つは、ガラ
スとモールドとの接触およびモールドの温度に必要とさ
れる制限により、広げる区域のガラスが著しく冷却され
てしまい、このことにより、「冷えきず」として知られ
る欠陥を生じる傾向にあることである。しかしながら、
これらの冷却きずは必ずしもガラスの塊内に広がるわけ
ではなく、ガラスの全幅を用いない場合には、満足な製
品が得られるかもしれない。
スとモールドとの接触およびモールドの温度に必要とさ
れる制限により、広げる区域のガラスが著しく冷却され
てしまい、このことにより、「冷えきず」として知られ
る欠陥を生じる傾向にあることである。しかしながら、
これらの冷却きずは必ずしもガラスの塊内に広がるわけ
ではなく、ガラスの全幅を用いない場合には、満足な製
品が得られるかもしれない。
【００４３】別の欠点は、モールドの温度分布が最適で
はない場合には、ガラスの滑りが完全には規則的ではな
いかもしれないことである。このことは、ある場合に
は、ガラス組成の分布の転移を妨げるかもしれない。
はない場合には、ガラスの滑りが完全には規則的ではな
いかもしれないことである。このことは、ある場合に
は、ガラス組成の分布の転移を妨げるかもしれない。
【００４４】このような欠点を克服するために、本発明
は、図６に示すような、多孔性材料（例えば、グラファ
イト、多孔性ブロンズまたはステンレス、もしくはセラ
ミック）から作成した壁19からなるモールド18を提供す
る。圧力下で壁19を通してモールドの内側に向かって気
体を射出する。この気体は、空気、または、酸化を制限
すべき場合には、天然ガスもしくは還元混合物であって
もよい（通常、８ｍｍ厚のグラファイト壁の圧力は、約
１−６バールである）。図４の実施の形態のように、ガ
ラスロッドのモールドを通る下降速度がローラ201 ，20
2 により制限される。
は、図６に示すような、多孔性材料（例えば、グラファ
イト、多孔性ブロンズまたはステンレス、もしくはセラ
ミック）から作成した壁19からなるモールド18を提供す
る。圧力下で壁19を通してモールドの内側に向かって気
体を射出する。この気体は、空気、または、酸化を制限
すべき場合には、天然ガスもしくは還元混合物であって
もよい（通常、８ｍｍ厚のグラファイト壁の圧力は、約
１−６バールである）。図４の実施の形態のように、ガ
ラスロッドのモールドを通る下降速度がローラ201 ，20
2 により制限される。
【００４５】このように、気体のクッションがモールド
の内側とガラスロッドとの間に形成される。このことに
は以下の利点がある。(a) 粘着する危険性に制限されず
に、モールドの上側区域の温度を自由に選択できる。こ
のように、広がる比率が大きくなるかもしれず、冷却き
ずを減少させることができ、(b) ガラスとモールドとが
接触しないので、抵抗がなく、したがって、規則的な下
降が可能になり、分布転移品質が優れたものとなる。
の内側とガラスロッドとの間に形成される。このことに
は以下の利点がある。(a) 粘着する危険性に制限されず
に、モールドの上側区域の温度を自由に選択できる。こ
のように、広がる比率が大きくなるかもしれず、冷却き
ずを減少させることができ、(b) ガラスとモールドとが
接触しないので、抵抗がなく、したがって、規則的な下
降が可能になり、分布転移品質が優れたものとなる。
【００４６】本発明による多孔性モールドに、空気また
は水による冷却、もしくは電気的加熱またはバーナーに
よる熱制御手段を備えてもよい。
は水による冷却、もしくは電気的加熱またはバーナーに
よる熱制御手段を備えてもよい。
【００４７】小さい流速および／または大きい広がる比
率（例えば、10ｍｍの直径を有する管、5,000 Ｐで送ら
れる10ｋｇ／時間の流速および100 ｍｍの直径のモール
ド）の場合には、広がる区域内の管の下の熱損失を減少
させるように設計した装置21を加えることが慎重である
かもしれない。このような装置により、電気的加熱また
はバーナーによる加熱を行なう。この装置を機械的にモ
ールドに連結してもよい。
率（例えば、10ｍｍの直径を有する管、5,000 Ｐで送ら
れる10ｋｇ／時間の流速および100 ｍｍの直径のモール
ド）の場合には、広がる区域内の管の下の熱損失を減少
させるように設計した装置21を加えることが慎重である
かもしれない。このような装置により、電気的加熱また
はバーナーによる加熱を行なう。この装置を機械的にモ
ールドに連結してもよい。
【００４８】実際問題として、２つの場合を区別する。
【００４９】(1) 半径に関して非常に広範囲に亘る特
性の勾配が望まれる場合。分布が制御されており、この
場合、管内に滞留する時間が比較的長く（したがって、
流速が遅い）、相互拡散温度が高い。
性の勾配が望まれる場合。分布が制御されており、この
場合、管内に滞留する時間が比較的長く（したがって、
流速が遅い）、相互拡散温度が高い。
【００５０】(2) 組成物をそのまま移すことを目的と
する、すなわち、管内のガラスの滞留時間および相互拡
散温度に強制がない場合。それでも、「説明のつかな
い」相互拡散分布が残っている。
する、すなわち、管内のガラスの滞留時間および相互拡
散温度に強制がない場合。それでも、「説明のつかな
い」相互拡散分布が残っている。
【００５１】これらの場合の境界線は、ΔＧ＝20％で任
意に設定されるかもしれず、この値より上では、拡散分
布を制御する価値がないと考えられている。
意に設定されるかもしれず、この値より上では、拡散分
布を制御する価値がないと考えられている。
【００５２】ガラスの流動のパラメータを、下記の表に
示すように選択してもよい。
示すように選択してもよい。
【００５３】
【表１】
【００５４】下記の表は、本発明によるり装置の寸法の
実施例を示している。
実施例を示している。
【００５５】
【表２】
【００５６】この表において： ｔ＊：図２に関して上述にように定義した無次元拡散時
間。実験に基づいて発見した安定性基準(2) および装填
損失を考慮に入れることにより、サイジングを行なっ
た。拡散係数は約10-10 ｍ2 ／秒であり、密度差は0.7
であり、平均密度は３である。
間。実験に基づいて発見した安定性基準(2) および装填
損失を考慮に入れることにより、サイジングを行なっ
た。拡散係数は約10-10 ｍ2 ／秒であり、密度差は0.7
であり、平均密度は３である。
【００５７】 粘度dif ：拡散温度での平均密度 Ｔdif ：拡散区域における温度 注型温度：管の底での温度 Ｌdif ：拡散区域２の長さ（図１参照） Ｌref ：ガラスが冷却される部分の長さ Ｌcond：ガラスが注型温度に保持される部分の長さ。
【００５８】Ｌref ＋Ｌcondが図１に示した状態調節区
域３の長さに対応することに注意すべきである。
域３の長さに対応することに注意すべきである。
【００５９】もちろん、本発明は上述した実施の形態に
限定されるものではない。これら実施の形態は例示のた
めのみに示したものである。したがって、上述した実施
例はガラスに屈折率の勾配を形成することを説明するも
のであるが、光学密度の勾配（例えば、着色ガラス、あ
るいはフォトクロミックガラスが得られる）または例え
ばイオン伝導性の勾配を設けるために同様に本発明を実
施してもよい。
限定されるものではない。これら実施の形態は例示のた
めのみに示したものである。したがって、上述した実施
例はガラスに屈折率の勾配を形成することを説明するも
のであるが、光学密度の勾配（例えば、着色ガラス、あ
るいはフォトクロミックガラスが得られる）または例え
ばイオン伝導性の勾配を設けるために同様に本発明を実
施してもよい。
【００６０】流動状態で相互拡散するのに適した、ガラ
ス以外の材料またはガラスセラミックに組成勾配を設け
てもよい。
ス以外の材料またはガラスセラミックに組成勾配を設け
てもよい。
【００６１】本発明による装置は、実施すべき組成分布
の制御をより微調整するために、３つ以上の同心リザー
バから構成されていてもよい。
の制御をより微調整するために、３つ以上の同心リザー
バから構成されていてもよい。
【００６２】装置の管と同様に、モールドの断面は、そ
のような断面を有するガラスロッドを製造するために角
が鋭くない、円形以外、例えば、正方形または矩形であ
ってもよい。さらに、完全に軸対称の勾配を得るために
は垂直が好ましいかもしれないが、モールドは垂直以外
の向きをしていてもよい。
のような断面を有するガラスロッドを製造するために角
が鋭くない、円形以外、例えば、正方形または矩形であ
ってもよい。さらに、完全に軸対称の勾配を得るために
は垂直が好ましいかもしれないが、モールドは垂直以外
の向きをしていてもよい。
【００６３】
【図１】本発明による方法を実施する装置の概略図
【図２】使用したガラス組成物の異なる拡散期間に対応
する、本発明により製造したガラスロッドに得られる屈
折率分布を示すグラフ
する、本発明により製造したガラスロッドに得られる屈
折率分布を示すグラフ
【図３】本発明により得られた屈折率勾配のパラメータ
を示す図
を示す図
【図４】図１に示した装置と組み合わせて使用できるモ
ールドを示す概略図
ールドを示す概略図
【図５】図１に示した装置と組み合わせて使用できるモ
ールドを示す概略図
ールドを示す概略図
【図６】図１に示した装置と組み合わせて使用できるモ
ールドを示す概略図
ールドを示す概略図
１ 連結区域 ２ 拡散区域 ３ 状態調節区域 ４ 内側リザーバ ５ 外側リザーバ ６ 注型管 ７ 排出管 ８、10、11 加熱手段 ９ 電子回路 14、16、18 モールド 15、20 ローラ 17 底 19 多孔性壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミシェル プラサ フランス国 77870 ヴュレーヌ シュー ル セーヌ リュ サン−エロワ 16
Claims (12)
- 【請求項１】 断面の組成が勾配を示す材料からなるロ
ッドを製造する方法であって、該材料が周囲温度よりも
高い所定の温度で流動状態にあり、該方法が、 ａ） 前記材料を構成する少なくとも２種類の組成物を
流動状態で用意し、 ｂ） ロッドの芯を形成する第１の組成物と、該芯の周
りに外皮を形成する第２の組成物とを同時に同心状に注
型し、 ｃ） この注型物が凝固して前記ロッドを形成する温度
まで該注型物を加熱する、 各工程からなることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 所定の断面組成の勾配分布が、前記芯お
よび前記外皮の間の界面位置を選択し、この界面での前
記組成物の流速および温度を調節することにより設定さ
れることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記界面の位置が、前記組成物の流速の
比率を調整することにより調節されることを特徴とする
請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 工程ｂ）および工程ｃ）の間で、前記ロ
ッドの最終断面を規定するように造型された円筒状モー
ルドに前記注型物を通すことにより該注型物の断面を成
長させ、必要に応じて、注型物の断面を１から100 まで
の比率か、または1.4 から36までの比率に増大させるこ
とを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 前記モールドが多孔質壁であり、該多孔
質壁を気体の流れが通って該モールドに進入することを
特徴とする請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 前記ロッドが、加熱下で互いの中に拡散
できる２種類のガラス組成物から造型され、これら２種
類のガラス組成物が、前記ロッドが所定の分布の断面屈
折率を示すように異なっていることを特徴とする請求項
１記載の方法。 - 【請求項７】 断面の組成が勾配を示す材料からなるロ
ッドを製造する装置であって、 ａ） 少なくとも２つのリザーバであって、各々のリザ
ーバが、１つのオリフィスが別のオリフィスに囲まれる
ようにオリフィスを有し、各々のリザーバが、前記材料
を構成する少なくとも２種類の異なる組成物のうちのそ
れぞれ一方を流動状態で受容するのに適しており、該組
成物がそれぞれのオリフィスを通って前記リザーバから
重力により流動するリザーバ、 ｂ） 前記オリフィスを通って流れる前記材料を集める
ように前記オリフィスの下流に同軸に配置された管、お
よび ｃ） 前記リザーバ内および前記管内の通路に沿って前
記材料の温度を選択的に調節する加熱調節手段 からなり、必要に応じて、前記管内の前記組成物の流動
を調節する手段と、前記管の出口に、前記材料が層流と
なった後に流動状態で蓄積するモールドとを備え、該モ
ールドが円筒状であり前記管に対して同軸にあり、該モ
ールドの断面が前記管の断面よりも大きいことを特徴と
する装置。 - 【請求項８】 前記モールドと前記管の断面が１から10
0 までの比率か、または1.4 から36までの比率にあるこ
とを特徴とする請求項７記載の装置。 - 【請求項９】 前記モールドに、移動する底および該モ
ールドの上部と底部との間に該底を配置する手段があ
り、前記モールドに前記管から流出した前記材料が満た
されるにつれ、前記底が下降し、必要に応じて、前記モ
ールドの底が開き、案内ローラが、前記材料が前記装置
から排出されるときの該材料の進む速度を調節するため
に、該装置の底より下流に配置されていることを特徴と
する請求項７記載の装置。 - 【請求項１０】 前記装置が、タレット上に固定された
いくつかの個々のモード、および前記管に前記材料が満
たされるまで前記管の端部の下に連続して各々モールド
を配置する手段が備えられていることを特徴とする請求
項９記載の装置。 - 【請求項１１】 前記モールドの壁が多孔質であり、前
記モールドの内側の壁とその中の前記材料との間に気体
のクッションを設けるために該モールドの内部に向かっ
て前記壁を通して気体を吹き付ける手段が設けられてい
ることを特徴とする請求項７記載の装置。 - 【請求項１２】 所定の分布の断面屈折率勾配を有する
か、または断面光密度勾配を有するガラスロッドの製造
への請求項７から１１いずれか１項記載の装置の使用。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US004515 | 1987-01-20 | ||
| FR9504646A FR2733224B1 (fr) | 1995-04-19 | 1995-04-19 | Procede et dispositif de fabrication d'une barre en un materiau presentant un gradient de composition transversal, notamment de barre de verre |
| US451595P | 1995-09-29 | 1995-09-29 | |
| US9504646 | 1995-09-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09110455A true JPH09110455A (ja) | 1997-04-28 |
Family
ID=26231899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8098190A Pending JPH09110455A (ja) | 1995-04-19 | 1996-04-19 | 断面組成が勾配を示すロッドの製造方法および装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6062047A (ja) |
| EP (1) | EP0738690B1 (ja) |
| JP (1) | JPH09110455A (ja) |
| DE (1) | DE69613270T2 (ja) |
| ES (1) | ES2159656T3 (ja) |
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| US6598429B1 (en) | 2000-11-17 | 2003-07-29 | Beamtek, Inc. | Method for fabricating gradient-index rods and rod arrays |
| AU2002342664A1 (en) * | 2001-09-10 | 2003-03-24 | Schott Glas | Glass fibre with at least two glass layers |
| US6526782B1 (en) * | 2001-09-28 | 2003-03-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Multi heating zone apparatus and process for making core/clad glass fibers |
| DE10157258B4 (de) * | 2001-11-22 | 2006-11-30 | Schott Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Ausformen eines rohrförmigen Gegenstandes aus thermoplastischen Materialien |
| JP2003326546A (ja) * | 2002-05-10 | 2003-11-19 | Konica Minolta Holdings Inc | 成形装置及び成形方法 |
| US20040118155A1 (en) * | 2002-12-20 | 2004-06-24 | Brown John T | Method of making ultra-dry, Cl-free and F-doped high purity fused silica |
| DE102005058452A1 (de) * | 2005-12-07 | 2007-06-21 | Linde Ag | Bubblerstein |
| CN101028964B (zh) * | 2007-02-08 | 2010-11-17 | 河南安彩高科股份有限公司 | 控制玻璃板厚度均匀性的装置及其控制方法 |
| EP2364956A1 (en) * | 2010-02-25 | 2011-09-14 | Corning Incorporated | Method for stabilizing a column of molten material |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US3614197A (en) * | 1967-04-27 | 1971-10-19 | Semiconductor Res Found | Solid optical wave guide having a radially varying refractive index |
| US4023953A (en) * | 1975-08-07 | 1977-05-17 | Corning Glass Works | Apparatus and method for producing composite glass tubing |
| JPS5393847A (en) * | 1977-01-27 | 1978-08-17 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Production method of light fiber |
| DE2960800D1 (en) * | 1978-03-14 | 1981-12-03 | Post Office | Method and apparatus for drawing optical fibres by means of a double crucible |
| US4248614A (en) * | 1979-03-19 | 1981-02-03 | Corning Glass Works | Method for drawing high-bandwidth optical waveguides |
| FR2504515A1 (fr) * | 1981-04-27 | 1982-10-29 | Essilor Int | Procede pour l'obtention d'un verre mineral a gradient d'indice, et article, en particulier lentille ophtalmique, en un tel verre |
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