JPS63295451A - 積層物品の製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多数のガラス層よりなるガラス物品およびその
物品を製造する方法に関する０本発明の方法は、粘性を
有するガラス溶融物を処理するために効果的であり、か
つ好ましい実施例では、多数の溶融ガラス供給流れから
多層またはグレーデッド・インデクス型ガラス製品を連
続的に作成することを可能にする。

層状のガラスを作成するために多数のガラス流れを形成
装置に供給するガラス製造装置は公知である。例えば、
米国特許第２０５２２６９号には、多数のガラス層また
は成分よりなる温度計用チューブを形成するための装置
が記載されており、その装置では、−次溶融ガラスと二
次コントラスト付与溶融ガラスが延伸用オリフィスに同
時に供給されるようになされており、その延伸用オリフ
ィスは、温度計用のガラス毛管等が延伸される際に上記
コントラスト付与ガラスのストライプが一次溶融ガラス
内に埋没されるようになされている。

上記延伸用ノズル内の２種類のガラスに対するノズルは
、種々の測定用途に遺した完成チューブを形成するため
に上記コントラスト付与ガラスと一次ガラスの横断面を
制御する形状となされうる。

米国特許第３５７３０２４号には、同様の毛管を延伸す
るためのものであって、毛管ストライプのためのコント
ラスト付与ガラスにシードまたは気泡が導入されるのを
回避するようになされた修正された装置が記載されてい
る。

着色されたガラス製品を作成する目的のために溶融ガラ
スの種々の流れが組合せられることも行われている。し
かしながら、この場合には、−次ガラス流れ内における
二次着色用ガラスの位置決めは比較的重要でなく、その
目的は、均一に着色されたガラス製品を得るために一次
ガラスに着色用ガラスを完全に混合させることである。

米国特許第３４４５２１６号には、ガラスカラーフリッ
トを溶融させることによって良好に着色されたガラスの
二次流れを用いて着色ガラスを提供するための装置と方
法が記載されている０Ｍｉ合せられたガラス流れは多数
の攪拌ステーションを通り、そこで最終的な混合された
ガラス供給流れに色の均一性を得るための流れの徹底的
な混合が行われる。

それらの攪拌または混合ステージタンでは、攪拌機のま
わりを流動しそしてそれを通過して流れるガラスのせん
断混合を得るためのパドルまたはスクリエウ型の回転混
合機を利用している。

大量のガラスを高い溶融速度で製造するガラス溶融操作
において均一性を確保するための攪拌装置も開発されて
いる０例えば米国特許第３７２５０２５号には、ガラス
供給流れが多数の小さい供給流れに分割され、そしてそ
れらの小さい供給流れが、互いに対向して相対的に回転
しうる円板要素の面の間におけるせん断によって混合さ
れるようになされた攪拌装置が記載されている。

米国特許第３８１９３５０号には、ガラスを高速で溶融
させるための装置が記載されており、その装置では、回
転シリンダと混合室の円筒状側壁によって形成された環
状の混合領域内でせん断混合によってガラスの均買化が
行われる。これら両方の場合において、混合ゾーンに供
給されるガラスの完全な混合と均賞化を得るのに十分な
時間のあいだ溶融ガラスのせん断が継続され、混合ゾー
ンから出て来たガラスが、それで作成されたガラス物品
に不均一な屈折率または他の化学的あるいは物理的性質
を与えるようなコードまたは他のガラス室包入物を呈し
ないようになされる。

屈折率勾配等のような不均一な物理的性質を呈するガラ
ス製品が光波術の分野ではますます重要になりつつある
。光ファイバの通路に従って長距離にわたり高速で情報
を光学的に伝送するのに有用なガラス光ファイバを開発
することが特に商業上重要である。現在のガラス光ファ
イバは、半径方向の屈折率勾配および／または他のさら
に複雑な半径方向屈折率分布を与えられたガラス・プリ
フォームから線引きされている。

光ファイバ等のためのガラス・プリフォームを作成する
ための一般的な技術では、出発部材またはベイト上に多
数のガラス層を形成し、それら種々のガラス層を添着さ
れる際に所望の屈折率分布を生じさせることを含んでい
る。米国特許第３８２３９９５号には、所望の屈折率を
有するガラス層を適当な組成のガラスの微粒子としてガ
ラス・プリフォーム上に順次的に沈積させて多層ガラス
物品を作成する方法が記載されている。

、このようなまたは他の光学的用途のために利用される
ようなガラス多層化方法は、バッチ・モードで、すなわ
ち別々のプリフォームを作成し、それらのプリフォーム
を多数の工程で処理して完成した製品を作成するように
することによって実施されることが多い、しかしながら
、例えば米国特許第３４０７１８６号に示されているよ
うに、溶融ガラスでグレーデッド・インデクス型光装置
を連続的に作成するための他の方法が開発されている。

この米国特許では、多数のガラス溶融物が準備され、そ
してそれらのガラス溶融物が、多層ガラス溶融物または
ファイバを作成するための同心状の環状取出口を有する
形成用オリフィスに同時に供給される。

多層ガラス製品を作成するための後者の方法は、異なる
組成の多数のガラス溶融物を溶融させることを必要とし
、かつその製品を作成するために必要とされるガラスの
数が多くなるとそれにともなってますます複雑となる。

米国特許第 ３８２３９９５号の方法はさらに複雑な屈折率分布の形
成を可能にするが、一般的に非連続的な製造に限定され
る。

米国特許第３５０７９４０号、第３５０７９４６号およ
び第３５５１９５５号には、粒状材料の隣接した有形チ
ャージを制御された態様で混合するためにそれらのチャ
ージを攪拌して、二次元または三次元の誘電率勾配を有
する物品を作成するための混合工程について記載されて
いる。しかしながら、その方法も非連続的な製造に限定
されるものであり、そこで使用される攪拌工程はガラス
のような粘性を有する液体材料に乱流および／または二
次的流れおよび微細構造の損失を生じやすい。

したがって、本発明の第一の目的は多層ガラス物品を作
成するための改良された方法を提供することである。

本発明の他の目的は２つまたは比較的少数の異なるガラ
ス組成を用いて多層のまたはグレーデッド・インデクス
型のガラス物品を作成するための方法を提供することで
ある。

本発明のさらに他の目的は、予め定められた不均一な半
径方向組成分布を有するガラス溶融物、チューブまたは
ファイバのようなガラス製品を提供することである。

本発明は、粘性を有する液状の２種類以上のガラスまた
は他の材料を結合し、そして制御された混合工程によっ
て組成に任意所望の半径方向変化を有する製品を得る方
法を含む、不均一な半径方向組成分布を有する結果とし
て、その混合された材料は、屈折率、密度、電気的固有
抵抗、化学的耐性あるいは他の特性のような１つ以上の
化学的または物理的特性に所望の半径方向変化を有する
ものとなりうる。

広義の特徴として、本発明の方法は、通常は溶融したガ
ラスまたは液状のガラス形成組成のような２種以上の塑
性的に変形しうるあるいは硬化しうる粘性液体材料を混
合してスクロール（ｓｃｒｏｌ　１　ｉｎｇ）と呼ばれ
る螺旋状をなしたそれらの液体の制御された積層を形成
することを含む、その積層は、例えば複合チャージ内に
適当に配置された異なる組成の個々の粘性液体チャージ
よりなる複合粘性液体チャージを、それが表面間でせん
断されつる対向した表面間の間隙を有する混合領域内に
導入した場合に形成される。それらの対向した表面は一
般に互いに対して相対回転をなしうるようになされてお
り、その相対回転が上記複合チャージ内に成分液体チャ
ージの互いに重なり合った螺旋状層を形成する。この層
状チャージが混合ゾーンから取り出され、そしてさらに
必要に応じて整形または他の処理を施される。この層状
材料の硬化、例えば溶融ガラスの冷却が、他の処理の性
質または製品の意図された用途に応じて混合ゾーンから
取り出される前またはその後で行われうる。

後でさらに詳細に説明するが、複合チャージ内の成分チ
ャージは、混合ゾーン内でせん断が開始すると、それら
の成分チャージのうちの少なくとも１つが引き出されか
つせん断の方向に再分布されるようにせん断・混合間隙
内に配置されることを要求するだけである。せん新表面
の一方または両方の継続した回転運動によって、せん断
された成分は回転軸のまわりで再分布され続け、せん断
表面間の同一横方向位置に配置された他の材料と交互に
、個数が増加しかつ厚さが減少する螺旋状の層に変換さ
れる。

好ましい実施例においては、本発明は、グレーデッドま
たはステップ状の組成分布を有するガラス物品を製造す
る方法であって、典型的には溶融ガラスである２種以上
の粘性液体ガラス形成用組成が結合されて複合ガラス供
給流れとなされ、かつせん断混合のために垂直方向の混
合ゾーン内に導入されるようになされた方法を含む、そ
の垂直方向の混合ゾーンは閉塞した対向表面間の環状の
ギャップを具備しており、それらの表面の少なくとも一
方はそれの対称軸と一敗した回転軸のまわりで他方の表
面に対して回転可能である。その回転可能な表面は典型
的には閉塞した屈曲面、例えば円錐面または円筒面であ
り、それは混合ゾーン内に乱れを生じさせることなしに
回転しうるようになされている。

混合ゾーン内に導入される複合供給流れ内では、成分流
れは、それらのうちの少なくとも２つの成分流れの相対
的配分が回転軸からの距離の関数としてかつ一般的にそ
の回転軸のまわりにおける角度位置の関数としても変化
するように幾何学的に分布される。これにより、回転軸
のまわりにおける成分の積層および１囲方向の分布が生
じうる分布が与えられる。

混合ゾーンの表面は複合供給流れと接触した状態で互い
に関して回転され、上記回転軸のまわりでの成分液体の
せん断と搬送を生じさせる。この回転の作用によって、
上記回転軸のまわりに分布された成分供給流れの螺旋状
積層が生じ、その螺旋は回転可能な混合ゾーン表面の相
対的な回転の数と同じ巻回数を有している。この回転、
すなわちいわゆるスクロールは所望の数の螺旋状層が発
生されるまで継続される。

所望の混合が完了して後に、相対回転は中止されかつ／
または処理されたガラスが混合ゾーンから回収される。

混合ゾーンから回収された処理済みガラスは、典型的に
は多層のまたはグレーデッド・インデクス型のガラスロ
ンドまたはファイバのようなガラス製品となされうるが
、あるいはプレスまたは他の方法により、積層が形成物
品内に任意所望の配向で配置されうるガラス製品となさ
れてもよい。

上述したスクロール技術は、比較的少ない螺旋巻回を与
えるために混合表面の比較的少ない回転数を含みうるが
、通常の光学分析技術によって個々の層の議別が不可能
となるように、極めて細かい積層を得るために多数の回
転を用いてもよい。

後者の場合には、回転軸のまわりで周囲方向に成分ガラ
スの完全な再分布または均質化が行われ、その回転軸の
まわりでの角度位置にともなう組成の初期変化がもはや
検知され得ないようになされた。しかしながら、複合供
給流れ内における予め定められたガラス分布によって回
転軸の半径方向に与えられた組成勾配またはステップ状
変化が保持され、その結果、製品内に供給流れの直径を
横切る方向における予め定められた組成分布が形成され
うる。

製品の横方向寸法を横切る方向における組成分布は本質
的に任意であって、混合表面の相対移動の方向に対して
横方向における混合ゾーン内の材料の搬送が抑制されう
る程度によってのみ制限されることが有利である。この
方法は、再分布機構の性質によって回転軸のまわりにお
ける最終的な分布の同心性が確保される点でさらに付加
的な利益を与える。さらに、もし所望されれば、使用さ
れるべきガラスは、微細な層溶解およびガラス均質化の
プロセスを速くする拡散しうる成分と一緒に選択されて
、それにより、完全にスムーズな屈折率勾配を得るのに
必要な処理時間が短縮されうるようになしうる。

本発明は種々の製品層を形成するためにガラスだけが用
いられる多層製品を製造するために主として適用される
ものであるが、ガラス・外被体あるいは金属または結晶
性セラミック層等のような多層構造内に他の材料を積層
させることも可能である。このような代替材料の唯一の
要件は、上述のように処理されるべきガラス形成組成ま
たは他の成分液体に遺しうる粘性液体状での処理に順応
しうろことである。さらに、スクロール法はわずかに２
種類のガラスまたは他の粘性液体の積層化に限定される
ものではなく、さらに複雑な組成を有する積層製品を提
供するために混合ゾーンにおいて３種類以上の成分液体
を使用する場合にも適用されうる。従って、本発明は、
複雑な形状を存する多層全ガラス製品のほかに、ガラス
・金属コンデンサのような積層ガラス・金属組成を製造
するために適用しうる。

以下図面を参照して本発明の実施例につき説明しよう。

本発明は２以上の溶融ガラスの供給流れから多層ガラス
物品を製造するために主として適用しうるものであり、
下記の説明では、本発明の好ましい実施例として、その
ような目的に適用した場合について述べる。しかしなが
ら、下記の説明は単に例示のためのものであって、本発
明をそれに限定するためのものではない。

ロンドやチューブのような多層ガラス物品を製造する場
合には、２以上のより小さい溶融ガラスの成分流れを組
合せることによって初期のまたは出発複合ガラス供給流
れが都合よく形成され、そしてこの複合供給流れが、屈
曲した内表面および外表面によって画成された環状の混
合ゾーン内に導入される。これらの屈曲した表面はそれ
らの一方または両方を共通の回転軸のまわりで回転させ
ることによって互いに対して回転可能に移動されうる。

このような複合供給流れおよび混合ゾーンの１つの可能
な構成が第１図に示されている。第１図を参照すると、
屈曲外表面２２および屈曲内表面２４によって画成され
た環状混合ゾーン２０が示されており、その中に複合ガ
ラス供給流れが配置されている。この複合ガラス供給流
れは第１の個別成分供給流れ１２および第２の個別成分
供給流れ１４によって構成されている。第１の成分供給
流れ１４は部分的に外側境界セグメント１６および横方
向境界セグメント１６ａによって画成されている０表面
２２は例えば円筒オリフィスの内表面によって形成され
うるちのであり、かつそれは図面の平面に対して直交し
かつ点２６においてその平面と交差する軸に関して線対
称である０表面２４は金属軸の円筒外表面によって形成
されうるちのであり、この金属軸も上記点２６を通る軸
（以下軸２６と呼ぶ）に関して線対称でありかつその軸
を回転軸としてそのまわりで回転可能である。

第１図から最もよくわかるように、２つの成分流れは、
これら２つの流れの相対配分が軸２６のまわりにおける
角度位置の関数としておよび上記回転軸のまわりにおけ
る半径方向の距離の関数として変化するようにして、表
面２２および２４間の環状の混合ゾーン内に分布される
。すなわち、半径Ｒ１およびＲ２によって画定された円
形の横断面領域Ａ内では、成分ガラス１２に対する成分
ガラス１４の比はＲ１と表面２４の間の領域セグメント
におけるより低く、Ｒ２と表面２２の間の領域セグメン
トにおけるより高い。

さらに、成分ガラス１２に対する成分ガラス１４の比は
半径Ｒ２に沿った２種のガラス比とは半径Ｒ１に沿って
異なり、後者の場合の比はゼロである。

ゾーン２０内の複合供給流れに対する表面２２および２
４の相対回転の作用が第２図に示されており、第２図は
混合ゾーンの屈曲内表面２４が軸２６のまわりで図示さ
れた方向に約２回転した後における第１図の各要素の横
断面を概略的に示している。第２図には、成分流れ１４
が混合ゾーンの表面の相対回転の軸のまわりにおける成
分流れ１２内において螺旋状に積層されたゾーンに変換
されることがさらに明瞭に示されている。

第２図に示されたガラス分布は、軸２６のまわりで成分
ガラス流れを純粋に周囲方向に混合させ、その軸の半径
方向にはガラスを搬送または混合させないようにして得
られるものである。従って、周囲方向の境界セグメント
１６は延長されないが、混合ゾーン内でのせん断の周囲
方向に対して横方向の境界セグメントは、軸２６のまわ
りでの表面２４の相対回転の回転数に比例して回転軸の
まわりで延長される。原理的には、混合ゾーンを横切る
半径方向に、すなわち対向した混合表面に直交する方向
に材料が搬送されなければ、無期限の回転期間のあいだ
この状態が得られることになる。

従って、混合ゾーンにおける回転数に等しい数の螺旋状
層が形成されうる。

第１図および第２図に示された混合またはスクロール処
理の正味の効果は、処理された流れの半径方向の組成分
布が回転軸からのすべての方向において同一であり、す
なわちその軸のまわりにおける任意の周囲上に最初に存
在した組成の不連続性が暫時的に平滑化され、そして十
分な回転によって検知できなくなるように成分ガラスが
再分布されることである。同時に、混合ゾーンにおける
せん断の平面を横切るガラスの半径方向搬送が抑制され
るので、供給流れの初期の一体的化された半径方向組成
分布が保持される。このようにして、初期のグレーデッ
ドまたはステップ型半径方向組成分布、例えば、供給流
れ内の小さい半径部分には高屈折率ガラスが集中してお
り、大きい半径部分には低屈折率ガラスが集中している
ような組成分布が忠実に保持される。

第３図は本明細書に説明されているようにして積層ガラ
スを作成するための適当な混合装置の概略断面図である
。スクロール装置と呼ばれるこの装置では、回転中心部
材またはニードル２８の円筒状外表面２４と静止してい
る円筒状混合容器３０の円筒状外表面２２との間に環状
の混合ゾーン２０が形成されている。この環状混合ゾー
ン２０に導入されたガラスは、混合の後に、混合容器３
０の底部オリフィス３２から回収される。

第３図をさらに詳細に参照すると、ガラス溜め１からの
一次ガラスＡが、一般的にトロイダル状のガラス分配室
４に通じたオーバフロー取入れ管３内にガラスを送り込
む送り管２を通じて混合ゾーン内に送り込まれる。室４
は回転ニードル２Ｂのまわりに配置されており、スロッ
ト５のような送りスロットから混合ゾーン内にガラスＡ
を送り込み、この場合、それらの送りスロットは室４の
底部内壁のまわりに周囲方向に配置されている。

勿論、それらのスロットは上記室に対する送り手段の一
例にすぎず、穴や管のような他の送り手段もそれに代え
て用いられうる。

同時に、溜め６からの二次ガラスＢが送り管７、オーバ
フロー取入れ管８および一般的にトロイダル状のガラス
分配室９を通じて混合ゾーン２０内に送り込まれる。そ
の分配室は上記室４の上方においてニードル２８のまわ
りに配置されでいる。

ガラスＢはスロット１０のような送りスロットから混合
ゾーンに流入する。それらのスロットは、室４の送りス
ロットより高いレベルにおける室９の底部内壁のまわり
の選択された位置に配置されている。

スクロール装置における送りスロットの相対寸法、個数
、形状および位置は、混合ゾーン２０の頂部に結合され
た供給流れが入る場合に成分ガラスＡおよびＢの選択さ
れた半径方向の分配を得るように選択される。第４図は
第３図に示されたスロット５およびｌＯに対する１つの
可能な構成を示している。第４図は第３図に示された円
筒状の混合室の内側壁の１８０度破断部分の完全な斜視
図ではなく部分的な概略図であり、混合ゾーン２０の上
方においてガラス送りスロット５および１０のレベルで
みた図である。第４図によって示唆されているように、
このレベルにおける全内側壁の完全円図は各分配室の内
壁の周囲のまわりに配置された分配室４および９のそれ
ぞれからの４つの等しく離間された送りスロットを示す
であろう。

その場合、上方のスロットは室の周囲に沿つて下方のス
ロットから４５°だけ変位される。

上述した第１図および第２図から明らかなように、第３
図における装置の底部オリフィス３２から延伸されたガ
ラスにおける積層の程度は、ニードル２８の回転速度な
らびに環状混合ゾーン２０を通るガラスＡおよびＢの合
成流速に依存する。

低いガラス流量においておよび／またはニードルの比較
的高い回転速度において、ガラスＡおよびＢが混合ゾー
ン２０から出る前にそれらのガラスの実質的な螺旋状混
合が行われ、非常に細かい層構造を有するガラスがオリ
フィス３２から出て来る。流量が十分に小さくかつまた
は中心部材の回転が速い場合には、通常の光学技術によ
っては個々の層がもはや識別できなくなるのに十分なだ
け螺旋状積層が細かくなるが、ガラスＡおよびＢの横方
向混合、すなわち軸２６に対して横方向における大量の
ガラスＡまたはＢの搬送が生ずるような延長された期間
のあいだまたはそのような条件のもとで、混合ゾーン２
０に残留するガラス流れの部分の混合が継続されなけれ
ば、回収されるガラス・ロンドの直径を横切る方向にお
ける所望の組成分布が保持されうる。この点においては
、せん新表面２２および２４が比較的平滑でかつ破損が
なく、すなわち穴や隆起がなく、混合ゾーン内に望まし
くない半径方向の流れおよび／または非直線の垂直方向
の流れを生じさせる乱流および／または二次流れが回避
されることが重要である。

従って、本発明の方法による再配分は環状混合ゾーンの
壁によって供給流れに加えられる液体関せん断にのみ依
存している。

第３図のゾーン２０のような環状混合ゾーン内に導入さ
れるべき複合ガラス供給流れに対する実際の設計分配の
一例が第５図に概略的に示されている。この設計分配は
、−次成分流れＡを具備しており、これに第２のグルー
プの成分流れＢが導入され、これらの流れＡおよびＢは
異なる組成の溶融ガラスを形成し、この場合、ガラスＢ
は比較的高屈折率のガラスよりなり、−次ガラスＡは比
較的低い屈折率のガラスである。これらの成分流れは複
合供給流れを形成し、この複合供給流れが第３図におけ
る中心の回転可能部材２８と周囲方向の円筒壁３０との
間の環状の空間に導入され、混合ゾーンは前記中心部材
２８の屈曲外表面と円筒状容器３０の屈曲内表面によっ
て画定される。

第５図を再度参照すると、混合ゾーンにおける高屈折率
ガラスＢと低屈折率ガラスへの分配は、周囲方向に一体
化されたガラスＢの相対配分が容器３０の表面における
ほぼゼロからニードル２８の表面におけるほぼ１００％
まで増大するようになされる。この一体化された半径方
向の分布はガラスの螺旋状積層化が開始すると保持され
るであろう。

第５図に示された成分流れＡおよびＢよりなる複合供給
流れが部材２８または３０の回転なしに環状混合ゾーン
を移動する場合には、第５図の設計分配が実質的に第５
ａ図に示されているように底部オリフィスから出て来る
。この理論的分配は、例えば送りスロットの寸法の変化
が混合ゾーンを通るガラス流れの相対量に変化を生じさ
せる場合に歪みを与えられうる。しかしながら、スクロ
ールの過程におけるガラスの周囲方向における再分配は
これらの生じうる分配欠陥のあるものを補正しかつ回転
軸に関し優れた対称性を呈する生成物流れを与える傾向
があり有益である。

第６区および第７図は、第５図に示されたような設計分
配を供給された場合に第３図に概略的に示されたような
装置の底部オリフィスから延伸された小さいガラス・ロ
ンドの断面を４０〜５０×の倍率で示す顕微鏡写真であ
る。４０×の倍率でみた場合の第６図のＵ微鏡写真に示
された螺旋化は、約３ｒｐ−のニードル回転速度で動作
されている状態でこの装置で形成されるガラス・ロンド
の呈するものの典型例であり、それは螺旋状積層が明白
に認識されうる構造を特徴とする。第７図はガラス分配
および流れについては同じ条件であるが、装置を３５ｒ
ｐｗのニードル回転速度で動作させた場合に延伸される
同様のガラス・ロンドを示しており、この第７図では、
認識しうる螺旋化は現われず、ガラスは図示のように５
０×の倍率で検査した場合に層のない構造を有する。そ
れにかかわらず、第７図のロンドは、第６図に示された
ロンドが呈するであろう一体化された分布と同じ全体曲
率を有する直径を横切る方向の屈折率分布を保持する。

下記の実施例を参照することにより本発明はさらに理解
されうるが、この実施例は本発明について例示するにす
ぎないものであって、本発明を限定するものではない。

去−」１−廻−」一 本発明の方法が、直径を横切る方向に屈折率勾配を有す
る多層ガラスを製造するために用いられる。この目的の
ために、２種類の異なるガラスが準備される。第１のま
たは一次ガラス（これをガラスＡと呼ぶ）はＳｔＯ□約
６５．３重量部、Ｋ、０約１１．９重量部、Ｎａ、Ｏ約
８．０重量部、ＺｎＯ約７．６重量部、Ｂ　ｔ　Ｏｓ約
３．９重量部、ＣａＯ約２．３重量部、ｐｂｏ約０．５
重量部、Ａｓ１Ｏ１約０．４重量部、およびＴ　Ｉ　Ｏ
を約０．２重量部よりなる組成を有する比較的低屈折率
のガラスである。

このガラスは、グレーデッド・インデクス型ロンドの比
較的低屈折率の層辺Ｎ域に集中するような態様で混合ゾ
ーンに供給されるであろう、ガラスＢと呼ばれかつ比較
的高い屈折率を有する第２のガラスも与えられ、これは
Ｓ　ｉ　Ｏを約６２．３重量部、Ｔｉｅ、約１５．１重
量部、Ｎａ、Ｏ約１７．５重量部、Ａ　ｌ　ｘ　Ｏｓ約
４．８重量部、Ａ　ｓ　、０．約　３０．１５重量部、
および５ｂｔＯｓ約０．１５重量部よりなる。これらの
ガラスは同様の物理的性質を有しており、ガラスＡは約
６８２℃の軟化点温度および約１００ＸＩＯ−’／’ｅ
の熱膨張係数を有し、ガラスＢは約７１４℃の軟化点温
度および０〜３００℃の範囲にわたり約８９．ＩＸ　１
０−’／’ｅの熱膨張係数を有する。

これら２種類のガラスは実質的に第３図に示されたよう
な構造を有するスクロール装置に供給される。ガラスＡ
と表示される一次ガラスは溶融ユニットから下方の分配
室に、約５１ｈａ／時のガラス流量で供給され、他方、
二次高屈折率ガラスは溶融ユニットから上方の分配室に
ガラスＡと同じく約５　１ｂｓ／時の流量で供給される
。

ガラスＡおよびＢの螺旋混合が行われる環状室は直径が
約１０．１６ｃｍ（約４インチ）でかつテーパのついた
円錐状の底部分を有する円筒状外壁（第３図における壁
３０のような）と、直径が約６．９８　ｃｓ　（２−３
／４インチ）でかつ混合ゾーンの底で終端したテーパの
ついた端部を有する内部回転ニードル（第３図における
部材２８のような）によって形成されている。この混合
室の底部オリフィスは直径が約２．８５ＣＩＩ　（１−
１／８インチ）で長さが３５．５６ｃＩＩ（１４インチ
）の送り管に供給する。

ガラス分配室、ならびにガラス取り入れ管、混合室壁、
およびガラス送り管のまわりにおける幾つかの点におい
てスクロール装置を電気的に加熱するための手段が設け
られている。スクロール装置に供給されるガラスＡおよ
びＢの温度、および分配室、混合ゾーンおよび送り管の
温度を制御することによって、装置内のガラスの粘度、
従って底部オリフィスからの多層ガラスの送り速度が制
御されうる。

多層ガラス・ロンドの作成を開始するために、−次ガラ
スＡは約１３２５℃の温度で溶融されて１０２０℃まで
冷却され、そして約９９５℃の温度で混合ゾーンの上方
における環状分配室に送られ、二次または高屈折率ガラ
スも同様にして溶融されかつ冷却されて、約９６０℃の
温度で環状分配室に送られる。

ガラスの流れが最初に開始されたときには、環状の混合
ゾーン内ではニードルの回転は行われていない、混合装
置内の温度は、ガラス粘度を約５０００ポワズとして底
部送り管からのガラスの送り速度が約８　ｌｂｇ／時と
なるように制御される。

ガラスＡおよびＢに対する溶融ユニットからの余剰ガラ
スは、混合ユニットに入る前に取り入れ管（第３図にお
ける管３および８のような）からのオーバフローによっ
て転向される。これらのガラスに対して混合ユニット内
に所望のガラス流を得るために、混合ゾーンおよび送り
管内に９６０〜９９５℃の範囲の温度が維持される。溶
融ユニットから分配室、混合ゾーンおよび送り管を通る
ガラスの定常流が得られて後に、ニードルの回転が開始
され、約１２ｒｐ−まで徐々に増速される。ニードル回
転の開始前および開始時に送り管から出て来る多層ガラ
ス・ケインが延伸されて１／８インチ、ｌ／１６インチ
およびｌ／３２インチの直径となされる。

それらのサンプルが延伸されて後に、ニードルの回転速
度が設定された増分で４５ｒｐ＋ｓの最高速度まで増大
される。各速度において、作成されたガラス・ロンドの
他のサンプルが後で分析するために保存される。

上述したように作成されたグレーデッド・インデクス型
ガラス・ケインのサンプルが光学および電子ｓ９微鏡に
よって分析されるとともに、屈折率分布を分解された。

第６図は、ニードル速度が３ｒｐ−に接近した場合にニ
ードル回転の開始時に発生される螺旋状積層パターンを
示している。混合ゾーンにおいて生じる２種のガラスの
螺旋状積層はケイン・サンプルで容易に明らかである。

第７図は装置が３５ｒｐ−のニードル速度で動作してい
るときに延伸されたガラス・ケインの同様の顕微鏡写真
を示している。このサンプルにおける積層構造は、実際
の層が顕微鏡検査によりては検知できない程度に十分に
微細となった。

第８図は約３３ｒｐｍの回転速度で得られたケイン・サ
ンプルの屈折率分布をプロットしたものであり、この場
合にも第７図と同様に、螺旋状の層はもはや光学的に認
識することはできなかった。

第８図から明らかなように、混合ゾーンに入る成分供給
流れの半径方向の分布から理論的に予想されるものに近
位した比較的平滑なグレーデッド・インデクス型分布が
得られた。

上記の実施例は、連続した熱間形成プロセスで溶融ガラ
スを形成するために本発明を適用した場合を示している
。しかしながら、本発明はこのような連続プロセスに適
用する場合に限定されるものではなく、螺旋状に積層さ
れたガラスまたはセラミック・プリフォームを得るため
、あるいはガラス形成材料あるいは他の材料の粘性溶液
または懸濁液から螺旋状に積層されたプリフォームを作
成するためにバッチ・モードで使用することもできる０
例えば、溶剤を除去しかつ熱処理したときにガラスを形
成しうる２種類の粘性溶液または懸濁液が適当に隔壁で
区画された容器内に導入され、成分溶液のそれぞれが中
心回転部材のまわりに適当な形状で配置されるようにな
される。その溶液が導入された後に、上記隔壁を除去し
かつ上記中心部材を回転させると、ガラス溶液の螺旋状
の積層またはスクロールが生じ、この後で、その溶液が
ゲル化されるかあるいは他のａ様で凝固されかつ液相が
除去されうる。乱流および／または二次流れ混合によっ
てではなくて粘性せん断によって所望の屈折率分布を発
生させることは、得られる製品が平滑である点で従来技
術に比べて実質的な利益を有する。

本発明は構造上のおよび／または電気的の用途有用なガ
ラス・金属または金属・セラミック製品のような複合螺
旋状積層製品を形成するためにも適用しうる０例えば、
適当に隔壁によって区分された容器または連続混合装置
にガラスの懸濁液を金属溶液と一緒に導入し、そして最
終製品に所望の層分布を得るために適当な形状で成分液
体を導入することによってガラス・金属コンデンサを得
ることができる。上記溶液が導入されて後に、螺旋状積
層化を得るために上記中心部材が回転され、これに続い
て、上記懸濁液または溶液がゲル化されまたは他のＶ＆
様で凝固され、そして液相が除去されうる。螺旋状に積
層された製品を製造するためのこれら２つの方法のいず
れにおいても、螺旋状に積層された液体を凝固させるこ
とによって形成された積層体は再延伸または他の方法に
よって適当な寸法と形状を有する最終製品となされうろ
こと勿論である。

勿論上記の実施例は本発明の用途を例示するにすぎない
ものであり、本件の特許請求の範囲内で多数の変形変更
が当業者には明らかとなるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って積層化するために与えられるべ
き複合ガラス供給流れの概略断面図、第２図は本発明に
従って多層化の開始後における第１図の複合供給流れの
概略断面図、第３図は本発明に従って積層ガラスを作成
するのに通した装置の概略断面図、第４図は第３図の装
置で有用なガラス分配用オリフィス・プレイを示す概略
図、第５図は本発明によって与えられる複合ガラス供給
流れの概略図、第５ａ図は第５図の供給流れから得られ
る未混合のガラス生成物流れの概略図、第６図は複合ガ
ラス供給流れを処理することによって得られた混合され
たガラス生成物流れの顕微鏡写真、第７図は複合ガラス
供給流れを処理することによって得られた他の混合され
た生成品流れの顕微鏡写真、第８図は本発明に従って得
られるガラス・ゲイン生成物を横切ってみた半径の関数
としての屈折率プロットである。 図面において、４．９はガラス分配室、５．１０はスロ
ット、６は溜め、７は送り管、８はオーバフロー取り入
れ管、１２．１４は成分供給流れ、２０は混合ゾーン、
２２．２４は屈曲した外、内表面、２６は回転軸、２８
はニードルをそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも一部分内に多数の交互の螺旋状層を形成
   する異なる組成の少なくとも２種類の固体材料よりなる
   固体積層物品を製造するための方法において、 （ａ）粘性を有する液体または塑性材料をせん断混合す
   るための混合ゾーンを設け、その混合ゾーンが互いに対
   向した表面によって画成されたギャップを有しており、
   それらの表面のうちの少なくとも一方が回転軸のまわり
   で他方に対して回転可能であるようになし、 （ｂ）硬化しうる粘性液体またはプラスチック材料の少
   なくとも２種類の個別の成分チャージを含む材料の複合
   チャージを前記混合ゾーンに配置し、前記材料のうちの
   少なくとも２種類のものの相対配分が前記互いに対向し
   た表面によって画成されたギャップを横切る横方向位置
   の関数として変化するようにして前記成分チャージが前
   記混合チャージ内に幾何学的に分布されるようになし、
   （ｃ）前記互いに対向した表面のうちの少なくとも一方
   を回転させて、前記ギャップを横切る方向のせん断応力
   を発生させるとともに、前記回転軸のまわりでの前記ギ
   ャップ内での材料の周囲方向再分布を生じさせ、それに
   より前記成分チャージのうちの少なくとも２つの螺旋積
   層を生じさせ、（ｄ）前記積層複合チャージを除去しか
   つ硬化して中実の多層物質を形成することを特徴とする
   積層物品の製造方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の方法において、前記２
   種類の個別の成分チャージはガラス形成材料の溶液また
   は懸濁液よりなる粘性液体チャージであり、かつ前記溶
   液または懸濁液から液相を除去することによって硬化が
   行われるようにする前記方法。 ３、特許請求の範囲第１項記載の方法において、前記混
   合ゾーンに配置された成分チャージは、前記材料のうち
   の少なくとも２種類のものの相対配分が前記回転軸のま
   わりにおける角度位置の関数としておよび前記互いに対
   向した表面によって画成された前記ギャップを横切る横
   方向位置の関数として変化するように、前記混合ゾーン
   内に幾何学的に分布されるようにする前記方法。 ４、予め選択された屈折率分布を有するガラス物品を連
   続的に製造する方法において、 （ａ）溶融ガラスをせん断混合するための混合ゾーンを
   設け、この混合ゾーンが互いに対向した閉塞表面の間の
   環状ギャップを具備し、それらの表面のうちの少なくと
   も一方が屈曲した線対称表面であり、この表面がそれの
   対称軸に一致した回転軸のまわりで対向表面に対して回
   転されうるようになし、 （ｂ）複合溶融ガラス供給流れを混合ゾーン内に導入し
   、前記複合供給流れは異なる組成の２種以上の成分流れ
   よりなり、前記成分流れのうちの少なくとも２種類のも
   のの相対配分が前記回転軸のまわりでの角度位置の関数
   としておよび前記回転軸からの半径方向の距離の関数と
   して変化するように前記成分流れが前記混合ゾーンに入
   る前記複合流れ内に幾何学的に分布されるようになし、
   （ｃ）前記複合供給流れの周囲方向の混合と、前記回転
   軸のまわりに前記成分流れのうちの少なくとも２つのも
   のの螺旋状積層を得るのに十分であるが、前記環状のギ
   ャップを横切る方向の供給流れの半径方向のガラス再分
   布および均質化を生じさせるのには不十分な時間のあい
   だ、前記複合供給流れに接触した状態で、前記屈曲した
   線対称の表面を他の表面に対して回転移動させ、 （ｄ）混合された複合ガラス供給流れを前記混合ゾーン
   から回収し、そしてガラスを冷却して固体ガラス物品と
   することを特徴とする積層物品の製造方法。 ５、特許請求の範囲第４項記載の方法において、前記混
   合ゾーンが溶融ガラスの下方向流れに対して配置され、
   前記複合溶融ガラス供給流れが前記混合ゾーンの頂部に
   連続的に導入され、かつ前記混合された複合ガラス供給
   流れが前記混合ゾーンから連続的に回収されるようにす
   る前記方法。 ６、特許請求の範囲第５項記載の方法において、前記混
   合ゾーンが互いに対向した同軸状の円筒内および外表面
   間に形成された円筒状の環状ギャップを具備するように
   した前記方法。 ７、特許請求の範囲第５項記載の方法において、前記混
   合ゾーンが互いに対向しており、同軸状でかつ円錐状の
   テーパを有する内外表面間に形成された環状のギャップ
   を具備するようにした前記方法。 ８、特許請求の範囲第７項記載の方法において、前記内
   外表面が同じテーパ角度を有するようにした前記方法。 ９、特許請求の範囲第４項記載の方法において、前記成
   分流れのうちの少なくとも２つのものの相対配分が回転
   軸からの半径に沿ったその半径の少なくとも一部分にわ
   たる距離のグレーデッド関数として変化するようにした
   前記方法。 １０、特許請求の範囲第９項記載の方法において、前記
   混合ゾーンから回収される前記混合された複合ガラス供
   給流れがそれの直径の少なくとも一部分を横切る方向に
   屈折率勾配を有する前記方法。 １１、特許請求の範囲第４項記載の方法において、前記
   成分流れのうちの少なくとも２つのものの相対配分が前
   記回転軸からの半径に沿った距離のステップ状関数とし
   て変化する前記方法。 １２、積層ガラス物品の製造装置において、（ａ）入口
   と、出口と、それらの入口および出口間に溶融ガラス流
   れに対する通路を与える環状の混合ゾーンを具備し、前
   記環状の混合ゾーンは内側および外側の閉塞した線対称
   の表面間の環状ギャップを有しており、前記表面のうち
   の少なくとも１つは屈曲した線対称の表面であり、この
   表面はそれの対称軸と一致した回転軸のまわりで他方の
   表面に対して回転可能である溶融ガラスのための混合室
   と、 （ｂ）前記入口に隣接かつそれに連続されており、溶融
   ガラスの少なくとも２つの個別の成分供給流れの組合を
   複合供給流れとして前記混合室内に同時に導入するよう
   になされており、前記入口において前記成分流れのうち
   の少なくとも２つのものの相対配分が前記回転軸のまわ
   りにおける角度位置の関数としてかつその回転軸からの
   半径方向の距離の関数として変化する複合流れを形成す
   るように前記成分流れを幾何学的に分布させる溶融ガラ
   ス分布手段と、 （ｃ）前記閉塞された屈曲表面のうちの少なくとも一方
   に連続されており、その表面を前記複合溶融ガラス供給
   流れに接触した状態で前記対称な屈曲表面の対称軸のま
   わりで回転させる回転駆動手段を具備した積層ガラス物
   品の製造装置。 １３、特許請求の範囲第１２項記載の装置において、前
   記環状の混合ゾーンが前記混合室の入口と出口の間に下
   方向の溶融ガラス流れに対する通路を与える前記装置。 １４、特許請求の範囲第１３項記載の装置において、閉
   塞した線対称の内表面の少なくとも一部分が平滑な閉塞
   した円筒を形成している前記装置。 １５、特許請求の範囲第１４項記載の装置において、前
   記内表面に対向した閉塞した線対称の外表面が前記内表
   面によって形成された閉塞した円筒体と同軸の平滑な閉
   塞した円筒を形成する前記装置。 １６、特許請求の範囲第１４項記載の装置において、前
   記内表面がテーパした下方チップよりなる回転可能な円
   筒状のニードルによって形成されている前記装置。