JP2000511152A - 連続ガラスフィラメント製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 連続ガラスフィラメント（３０）を製造するための装置（１０）が提供された。装置（１０）は、溶融ガラス流を供給するためのブッシング（２０）と、流れを連続ガラスフィラメント（３０）に延伸するようになった延伸装置とを有する。又、冷却装置（５０）を備え、冷却装置は、ブッシングの下のフィラメント形成領域から加熱空気を吸い込むためにブッシング（２０）に隣接して配置され、それにより、熱をフィラメント形成領域から対流的に移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】 連続ガラスフィラメント製造装置 技術分野 本発明は、一般に、連続フィラメント製造装置に関し、特に、ブッシングと、 ブッシングの下に配置された冷却装置とを有し、冷却装置が、ブッシングの下の フィラメント形成領域から加熱空気を吸い込み、それにより、熱をフィラメント 形成領域から移動させる、かかる装置に関する。 背景 ブッシングの下のフィラメント形成領域から熱を移動させるための装置が、技 術分野において知られている。典型的には、かかる装置は、ブッシングチップ又 はノズルの列の間に延びる多数の中実冷却フィンを有する。フィンは、単一の水 冷マニホルドから片持ちにされ、或いは、それらの両端が一対の水冷マニホルド に固着される。ガラスからの熱は、ガラスが、チップ又はノズルから流れ、細い 連続フィラメントに延伸されるとき、放射、及び、対流によってフィンに伝達さ れる。次に、熱はフィンを伝って水冷マニホルドに伝導的に移動する。 ブッシングの下のフィラメント形成領域から、従来の中実冷却フィン／水冷マ ニホルド装置よりも多くの量の熱を取り除く装置が望まれている。熱の形態の、 より多量のエネルギーがフィラメント形成領域から急速に取り除かれるならば、 ブッシング及びブッシング内のガラスの温度を上げることができ、それにより、 処理量を増加させることができる。従って、ブッシングの下のフィラメント形成 領域から熱を移動させるための改良装置の要求がある。 発明の開示 この要求は本発明によって満たされ、ガラスがブッシングのノズルから流れ、 細い連続フィラメントに延伸されるときに、ガラスの対流冷却を加速するための 改良装置を提供する。装置はフィラメント形成領域内に延びる多数の中空フィン を有する。各フィンは加熱空気をフィラメント形成領域から均一に吸い込む多数 の開口を有する。加熱空気を取り除きながら、下方の静止した外気からの冷たい 空気の流れが、加熱空気と急速に入れ替わり、ガラスがブッシングノズルから流 れて、細くされてフィラメントなる間に、ガラスを対流冷却する。更に、冷たい 空気は底ブッシングプレートを冷却する。熱はガラス及びブッシングからフィン に、放射伝熱もされる。 本発明の冷却装置は、典型的な従来技術の中実フィン／水冷マニホルド装置よ りも多くの量の熱を、ブッシングの下のどの場所でもより均一に、フィラメント 形成領域から対流的に移動させる考えられる。その結果、ブッシング内の溶融ガ ラスの温度を高くすることができ、例えば、溶融ガラスの温度を、通常維持され ている温度よりも約１００°Ｆ（３８℃）高くすることができる。これは処理量 の増加をもたらす。より高い溶融ガラス温度は又、ブッシングへ移動し、繊維切 れを引き起こしてフィラメント形成操作の停止をもたらすことがある透失した結 晶が、ガラス配送装置内、例えば、前炉、又は、配送経路内に形成される可能性 を減じる。冷却装置は、ノズルを有する下ブッシングプレートの対流冷却を増す とも考えられる。ガラスは、ノズルを流れながら、空気で冷却されたブッシング ノズルによって連続的に冷却されているので、ブッシングノズルを出るガラスの 温度を下げることになる。それ故に、ブッシングチップから流れ出すガラスの温 度は低下し、かくして、ガラスが細くされてフィラメントになるときに、ガラス から移動させなければならない余分な熱量を減じる。 本発明の第１の見地によれば、連続ガラスフィラメントを製造するための装置 を提供した。装置は、溶融ガラス流を供給するためのブッシングと、流れを連続 ガラスフィラメントに延伸するようになった延伸装置とを有する。又、ブッシン グの下のフィラメント形成領域から加熱空気を吸い込むためにブッシングに隣接 して配置され、それにより、熱をフィラメント形成領域から対流的に移動させる 冷却装置を提供する。 冷却装置は、外面を有する少なくとも１つのフィンと、内部キャビティと、外 面から内部キャビティに延びる少なくとも１つのオリフィスとを有する。フィン はフィラメント形成領域の中へ延びる。真空マニホルドが、これと連通するよう にフィンに連結される。マニホルドは、加熱空気が、フィン及び、マニホルドを 通ってフィラメント形成領域から吸い込まれるように、真空源と連通するように なっている。 フィンは、フィンの長さに沿って間隔をへだてた複数のオリフィスを有する。 本発明の１つの実施形態によれば、オリフィスは、フィンの長さに沿って互いに 等間隔をへだてられている。 フィンは遠位端、及び、近位端を有し、近位端はマニホルドに隣接して位置決 めされる。本発明の第２の実施形態によれば、少なくとも２つのオリフィスが、 近位端に隣接して配置され、第１の距離だけ間隔をへだてられ、そして、少なく とも２つのオリフィスが、遠位端に隣接して配置され、第１の距離より短い第２ の距離だけ間隔をへだてられる。 本発明の他の実施形態によれば、オリフィスは概ね等しい直径である。 本発明の更なる実施形態によれば、少なくとも１つのオリフィスは、近位端に 隣接して配置され、第１の直径を有し、そして、少なくとも１つのオリフィスは 、遠位端に隣接して配置され、第１の直径より大きい第２の直径を有する。 好ましくは、冷却装置は複数のフィンを有し、各フィンは、外面と、内側キャ ビティと、外面から内側キャビティに延びる少なくとも１つのオリフィスとを有 する。 本発明の第２の見地によれば、ブッシングに隣接して配置された冷却装置が設 けられる。ブッシングは、連続ガラスフィラメントに延伸されるべき溶融ガラス 流を供給する。冷却装置は、フィラメント形成領域からの対流移動をする空気の 上向き流れを発生させるように、ブッシングの下のフィラメント形成領域から加 熱空気を吸い込む。 冷却装置は、外面と、内部キャビティと、外面から内部キャビティに延びる少 なくとも１つのオリフィスとを有する、少なくとも１つのフィンを有する。フィ ンはフィラメント形成領域の中へ延びる。真空マニホルドが、これと連通するよ うにフィンに連結される。マニホルドは、加熱空気が、フィン及びマニホルドを 通ってフィラメント形成領域から吸い出されるように、真空源と連通するように なっている。 従って、本発明の目的は改良冷却装置を有する連続ガラスフィラメント製造装 置を提供することにある。本発明の目的は又、加熱空気を吸い出す少なくとも１ つの中空フィンを有する冷却装置を提供することにある。本発明のこれらの目的 、及び、他の目的は、以下の説明と、添付図面と、請求の範囲とから明らかにな るだろう。 図面の簡単な説明 図１は、本発明によって構成された連続ガラスフィラメント製造装置の正面図 である。 図２は、マニホルド、及び、上面に設けられたオリフィスを有する複数の中空 フィンを示す斜視図である。 図３は、マニホルド、及び、側面にオリフィスを有する複数の中空フィンを示 す斜視図である。 図４は、図１、２、及び３の、ブッシング及び冷却装置の下面図である。 図５は、図１の装置の、３つのフィン及び、ブッシングの一部分の断面図であ る。 図６は、図１及び２の装置の、フィンの部分、及び、マニホルドの部分の断面 図である。 図７は、図４に図示された装置の、ブッシング、及び、冷却装置の一部分を通 る断面図である。 図８は、本発明の変更された冷却装置の一部分の断面図である。 図９は、本発明のブッシング、及び、変更された冷却装置の下面図である。 図１０は、図９に図示されたブッシング、及び、冷却装置の一部分を通る断面 図である。 発明を実施するための最良の態様 本発明により構成された連続ガラスフィラメント製造装置１０を図１に示す。 装置１０は、耐火材２１に覆われたブッシング２０を有する（図７参照）。ブッ シング２０は、溶融ガラス流を放出する複数のノズル、又は、チップ２２を備え る（図１及び５参照）。ガラス流は機械的に延伸されて、巻取り装置４０を経て 連続フィラメント３０を形成する。図示した実施形態では、フィラメント３０は 、サイジング塗布器３６から保護コーティング、又は、サイズ剤を受けた後、集 めローラー３４で連続ストランド３２に集められる。ストランド３２は巻取り装 置４０の回転コレット４２に巻かれ、パッケージ３２ａを形成する。 装置１０は更に、フィラメント形成領域から熱を遠ざけるように、加熱空気を フィラメント形成領域から吸い込むための、ブッシング２０の真下のフィラメン ト形成領域に配置された冷却装置５０を有する。ガラスの冷却は、形成されるべ きガラスフィラメントに対して、タイムリーな方法で起らなければならない。ガ ラスの冷却速度が遅すぎれば、ついには、ガラスの切れが起り、フィラメント形 成工程に停止を引き起こす。 図１及び４に示した実施形態では、冷却装置５０は、複数の第１マニホルド５ ２ａ〜５２ｃと、フィラメント形成領域へ延びる多数の第１冷却フィン５６とを 有する。フィン５６は、ブッシングチップ２２の列の間に位置決めされる。図示 した実施形態では、単列のブッシングチップ２２が、各組の隣接したフィン５６ 間に位置決めされる。２列又はそれ以上の列のブッシングチップ２２を、各組の 隣接したフィン５６の間に配置しても良いことが考えられる。 各フィン５６は、外面５６ａと、内部キャビティ５７と、外面５６ａから内部 キャビティ５７まで延びる複数のオリフィス５６ｂとを有する(図５及び６参照) 。フィン５６は、真空マニホルドと連通するように、真空マニホルド５２ａ〜５ ２ｃに溶接され、さもなければ連結される。マニホルド５２ａ〜５２ｃは、加熱 空気が、フィラメント形成領域からフィン５６及び、マニホルド５２ａ〜５２ｃ を通って吸い出されるように、ホース５３を経て真空源５３ａと連通する。 オリフィス５６ｂは、図２に示すように、各フィン５６の上面５６ｃに沿って 延びる。別の例として、別々の列のオリフィス５６ｂ'を、フィン５６の両側面 ５６ｄ及び５６ｅのうちの一方に沿って、或いは、両方に沿って設けても良い（ 図３参照）。オリフィス５６ｂは、フィンの底面に配置されても良いし、或いは 、フィンの２つ又はそれ以上の面に配置されても良い。 図２に示す実施形態では、オリフィス５６ｂは、各フィン５６の長さに沿って 互いに等間隔をなしている。オリフィス５６ｂは又、概ね等しい直径のものであ る。 各フィン５６は、近位端５６ｆ、及び、遠位端５６ｇを有する（図２参照）。 図示されていないが、オリフィス５６ｂは、近位端５６ｆに近い任意の２つの隣 接したオリフィス５６ｂの間の長さが、遠位端５６ｇに近い任意の２つの隣接し たオリフィス５６ｂの間の長さよりも大きいように、互いに間隔をへだてられる のが良い。更に、オリフィス５６ｂが異なる直径を有しても良いことが考えられ る。近位端５６ｆ近くに配置されたオリフィス５６ｂが、遠位端５６ｇ近くに配 置されたオリフィス５６ｂの直径よりも小さな直径であっても良いことが考えら れる。 先に記載したように、マニホルド５２ａ〜５２ｃは、加熱空気が、フィラメン ト形成領域からフィン５６及び、マニホルド５２ａ〜５２ｃを通って吸い出され るように、真空源５３ａと連通している（図１、２、５及び６参照）。加熱空気 がフィン５６によって取り除かれるとき、冷たい空気の上向き流れが加熱空気と 入れ替わり、ガラスがブッシングノズル２２から流れ、細くされてフィラメント ３０になるとき、ガラスを対流的に冷却するのに役立つ。冷たい空気は更に、底 ブッシングプレートのノズル２２を冷却するのに役立つ。熱は又、ガラス、及び 、ブッシング２０からフィン５６に放射伝熱される。 図示されていないが、更に、最も外側のマニホルド５２ａ及び５２ｃの各々は 、マニホルドに接続され、かつ、最も外側のフィン５６ｊに隣接して配置された 追加のフィン（図示せず）を有しても良いと考えられる。従って、各追加のフィ ンと、それに隣接したフィン５６ｊとの間にはノズル２２は配置されない。追加 のフィンは、最も外側のブッシングノズル２２ａ及び、ノズル２２ａから流れる ガラスから細くされたフィラメント３０の冷却の均一性を改善すると考えられて いる。 更に、フィンが反ったり、曲ったりしないように、即ち、隣接したフィン５６ 間の所望の間隔を維持するために、金属強化ロッド、又は、ストリップ９０がフ ィン５６の端面５６ｋに溶接され、さもなければ連結されるのが良いことが考え られる（図４参照）。別の例として、或いは、フィン５６に対する追加のロッド ９０と組み合わせて、マニホルド５２ａ〜５２ｃ及び、それらに対応したフィン ５６は、反り、及び／又は、曲りを防止するために、応力除去操作を受けてもよ い。かかる操作の更なる利益が、金属マニホルド５２ａ〜５２ｃ及びフィン５６ が操作中に著しく黒くなり、マニホルド５２ａ〜５２ｃ及びフィン５６ｃを放射 熱のより良い吸収体にすることである。 図８に示す別の実施形態によれば、フィン５６は、変更されたフィンマニホル ド１５０に溶接、又は、別の方法で連結されてマニホルドと連通するようにする 。フィンマニホルド１５０は、その上面１５２ａに１又はそれ以上の開口１５２ を備える。 図８に示したブッシング２０は、ステンレススチールのような金属材料で形成 されたフレーム２３によって支持された、耐熱材２１によって包囲されている。 フレーム２３は、フィンマニホルド１５０がフレーム２３の下の所定の位置に固 定されたとき、開口１５２に整合するように位置決めされた１又はそれ以上の開 口２３ｂを有するブッシングマニホルド２３ａを構成する。ブッシングマニホル ド２３ａをフィンマニホルド１５０と連通させるポリマーシールリング２５が、 各組の開口１５２と２３ｂとの間に介在されている。ブッシングマニホルド２３ ａは又、フィッティング２３ｃ及び、ホース２３ｄを経て真空源（図示せず）と 連通し、これにより、加熱空気は、フィン５６及び、マニホルド１５０、２３ａ を通って、ブッシング２０の下の繊維形成領域から吸い込まれる。冷却コイル２ ７がフレーム２３に隣接して位置決めされる。 図９及び１０に示すような、二重底ブッシング２０ａが設けられる場合には、 図２〜６に示したマニホルド５２ａ〜５２ｃ及び、フィン５６と本質的に同じ仕 方で構成された、第１マニホルド１５２ａ〜１５２ｃと、第１冷却フィン１５６ とを有する熱除去装置５０ａの更なる実施形態が提供される。熱除去装置５０ａ は、更に、複数の第２マニホルド１６０ａ〜１６０ｃと、多数の第２フィン１７ ０とを有する。第１及び第２冷却フィン１５６及び１７０は、フィラメント形成 領域へ延び、ブッシング支持部材２００の両側に位置決めされる。ブッシング支 持部材２００は、ブッシング２０ａの中央溝２０ｃに沿って延びる耐火材２０ｂ に接触してブッシング２０ａを支持する（図１０参照）。フィン１５６及び１７ ０は、ブッシングチップ２２の列の間に位置決めされる。この図示した実 施形態では、単列のブッシングチップ２２が、各組の隣接したフィン１５６及び １７０の間に配置される。２列又はそれ以上の列のブッシングチップ２２が、各 組の隣接したフィン１５６及び１７０の間に配置されても良いと考えられる。 各フィン１５６及び１７０は、上に説明したフィン５６と本質的に同じ仕方で 構成される。従って、上に説明したように、各フィンは、オリフィス５６ｂが各 フィン５６の長さに沿って位置決めされたのと同じ仕方で、各フィン１５６及び １７０の長さに沿って位置決めすることができる多数のオリフィス５６ｂを有す る。フィン１５６及び１７０は、真空マニホルド１５２ａ〜１５２ｃ及び１６０ ａ〜１６０ｃに溶接され、さもなければ連結されてこれと連通する。マニホルド １５２ａ〜１５２ｃ及び１６０ａ〜１６０ｃはホース５３を経て真空源２１０と 連通し、それにより、加熱空気が、フィン１５６及び１７０と、マニホルド１５ ２ａ〜１５２ｃ及び１６０ａ〜１６０ｃとを通ってフィラメント形成領域から吸 い出される。 真空源５３ａ及び真空源２１０は、商業的に入手できる多数の真空装置のうち の任意の１つで良い。好ましくは、真空源５３ａ及び２１０は、ブッシングから 流れるガラスを含めてファイバー形成領域の良好な冷却を行うのに適当な、空気 の上向き流速を発生させるのに十分な流量でフィン及びマニホルドを通して空気 を吸い込む。これにより、マニホルド５２ａ〜５２ｃ、１５２ａ〜１５２ｃ、１ ６０ａ〜１６０ｃは、約０乃至−１４．７psig（ゲージ圧０乃至−１０１．４kP a）の範囲内に入る内部圧力を有することになる。 本発明の冷却装置は、典型的な従来技術の中実フィン／水冷マニホルド装置よ りも、非常に多くの熱を、ブッシングの下のフィラメント形成領域から対流的に 伝熱すると考えられる。その結果、ブッシング内の溶融ガラスの温度を、例えば 、通常維持される温度より約１００°Ｆ上昇させることができる。これは処理量 の増加をもたらす。より高い溶融ガラス温度は又、ブッシングへ移動し、繊維切 れを引き起こしてフィラメント形成操作の停止をもたらすことがある透失した結 晶が、ガラス配送装置内、例えば、前炉、又は、配送経路内に形成される可能性 を減じる。冷却装置は又、ノズルを有する下ブッシングプレートの対流冷却率を 増すと考えられる。これは、ガラスが、ノズルを流れながら、空気で冷却された ブ ッシングノズルによって連続的に冷却されているので、ブッシングノズルを出る ガラスの温度を下げることになる。それ故に、ブッシングチップから流れ出すガ ラスの温度は低下し、かくして、ガラスが細くされてフィラメントになるときに 、ガラスから伝達されなければならない追加の熱の量を減じる。 発明を、その好ましい実施形態を参照して詳細に説明したけれども、請求項に 記載の発明の範囲から逸脱することなく、修正と変更が可能であることが明らか であろう。例えば、フィラメントに水霧をスプレーする装置をブッシングの下に 位置決めすることが、更に考えられる。水霧は、フィン５６によって引き出され る加熱空気が冷たい空気に置き換わるとき、冷たい空気と一緒に上方に引かれ、 それにより、フィラメント３０及びブッシング２０の冷却を更に高める。 加えて、冷却装置は、多数のフィンと、フィンの両端に隣接して位置決めされ るように互いに間隔をへだてられた第１及び第２マニホルドとを有することが考 えられる。この冷却装置では、ブッシングの下のフィラメント形成領域から加熱 空気を吸い出すために、第１真空マニホルドはフィンの第１の端と連通し、第２ 真空マニホルドは同じフィンの反対側の第２の端と連通する。かかる冷却装置は 、単一底ブッシングか、二重の底ブッシングのいずれかと一緒に使用してもよい 。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．連続フィラメント（３０）に延伸されるべき溶融ガラス流を供給するための ブッシング（２０）と、 前記溶融ガラス流を前記フィラメントに延伸するようになった延伸装置 （４０）と、 前記ブッシングに隣接して配置された冷却装置（５０）とを有し、 前記冷却装置は、前記ブッシングの下のフィラメント形成領域から加熱空気 を吸い込み、これにより、熱を前記フィラメント形成領域から対流的に移動さ せる、連続ガラスフィラメント製造装置。 ２．連続フィラメント（３０）に延伸されるべき溶融ガラス流を供給するための ブッシング（２０）に隣接して配置された冷却装置（５０）であって、 前記冷却装置は、前記ブッシングの下のフィラメント形成領域から加熱空気 を吸い込み、これにより、熱を前記フィラメント形成領域から移動させる前記 冷却装置。