JP2003212590A - ガラスロービング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 誘電乾燥法による乾燥工程を経ても、ＤＷＲ
のパンクや微小破裂が発生しないガラスロービングを提
供することにある。 【構成】 本発明のガラスロービング２０は、ガラスロ
ービング２０の内表面２１から外表面２２に貫通して形
成された開口部２３が、ガラスロービング２０の端面上
部２４からの投影図においてスパイラル状に形成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、直接巻き取り法に
より製造されるガラスロービングに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】一般に、直接巻き取り法により製造され
るガラスロービング（ＤＷＲ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｗｏｕｎ
ｄ Ｒｏｖｉｎｇ）は、数百〜数千のノズルを有する白
金製ブッシングより引き出された溶融ガラスを、数ミク
ロンから二十数ミクロンのガラスフィラメントに引き伸
ばし、それぞれのガラスフィラメントの表面に集束剤を
塗布した後、ガラスフィラメントを数百〜数千本引き揃
え、ガラスストランドとし、回転するコレットに綾を掛
けながら巻き取ることにより製造される。綾を掛ける方
法としては、トラバースを用いガラスストランドの導糸
ガイドをコレット近傍において左右に往復移動させる方
法が一般的である。ガラスストランドがコレットと成す
角、綾角度は、コレットの回転数とトラバースの往復運
動の速度比により決定される。巻き取られたガラススト
ランドは、集束剤に含まれる水分を蒸発させ、集束剤の
皮膜を形成させるために乾燥し、内外層部分を除去した
後、製品とされる。 【０００３】また、ガラスロービングには、ＤＷＲ以外
に、溶融ガラスを一旦ケーキに巻き取り、乾燥後、数個
〜数十個のケーキを引き揃え、再度円筒状に巻き取るこ
とにより製造する方法もある。このようにケーキから再
度巻き取る方法により製造されるガラスロービングは、
ＤＷＲと区別して合糸ロービングと呼ばれている。合糸
ロービングは、比較的細いガラスストランドを数本から
数十本束ねた事を特徴とし、１本の太いガラスストラン
ドからなるＤＷＲとこの点において大きく異なってい
る。 【０００４】これらのガラスロービングは、フィラメン
トワインディング法（ＦＷ法）、引抜法、シートモール
ディングコンパウンド法（ＳＭＣ法）、スプレーアップ
法、プリフォーム法などの成形法により、ＦＲＰ成形品
の強化材として広く使用されているが、一般に細いガラ
スストランドを束ねた合糸ロービングはＳＭＣ法、スプ
レーアップ法、プリフォーム法などの切断して使用する
製法に多く用いられ、一方、１本のガラスストランドか
らなるＤＷＲは、ＦＷ法や引抜法といった連続して用い
る製法に多く用いられる。特に、ガラス繊維のイーブネ
ス（ガラスロービングに巻き取られたガラスフィラメン
ト１本１本の等長性）を要求される分野において、ＤＷ
Ｒは大きな優位性を有している。 【０００５】ところで、ＤＷＲは、通常２０ｋｇ程度の
重量があり、その形状は、高さ（軸方向長さ）が約２５
０ｍｍ、直径（巻径）が約３００ｍｍの円筒状であり、
その中心部には、直径約１５０ｍｍの円筒状のコレット
を有し、肉厚のあるパイプ形状を成している。 【０００６】ＤＷＲは、紡糸工程において多量の水を含
有する集束剤を塗布するため、巻き上がり直後には約１
０％の水を含有する。この約１０％の水を蒸発除去する
ためには、ＤＷＲを乾燥する必要がある。 【０００７】乾燥方法は、１２０℃〜１４０℃の乾燥炉
内に数〜数十時間ＤＷＲを滞留させ乾燥する熱風乾燥法
と、マイクロ波、高周波を利用し数時間程度で乾燥する
誘電乾燥法（例えば、特許文献１参照）がある。何れの
方法にせよ、ＤＷＲ内部の水は、外部からのエネルギー
補給により温度上昇し、ＤＷＲ表面より空気中に蒸発・
拡散する。 【０００８】一般に、水は大気圧下において熱せられた
場合には、温度の上昇に伴い蒸発速度を速め１００℃に
おいて沸騰し、それ以上温度上昇しないが、圧力釜のよ
うな閉鎖空間においては、圧力の上昇に伴い１００℃以
上に温度が上がってしまう。ガラスストランドが密に巻
かれたＤＷＲの中層部においては、水の蒸発がガラスス
トランドにより妨げられるため、いわば圧力釜の様にな
る。この結果、水温は蒸発する水の気化熱と、外部から
のエネルギー補給熱が釣り合う点まで上昇し、ＤＷＲ内
部の蒸気圧もそれに伴って上昇する。ＤＷＲがこの蒸気
圧上昇に耐えられない場合には、その圧力によりＤＷＲ
が高さ方向に広がり、極端な場合には、パンクと呼ばれ
るＤＷＲの破裂が起こる。 【０００９】このパンクは、ＤＷＲの巻き密度の増加だ
けでなくＤＷＲの持込み水分量の増加、効率化のための
乾燥時間短縮による乾燥温度の上昇等により著しく増加
する。また、パンクは、ＤＷＲに塗布する集束剤の滑性
（滑り易さ）や、コレットとガラスストランドの角度
（綾角度）等の様々な要因にも影響を受ける。 【００１０】ＤＷＲの巻き密度や綾角度を決定する因子
としてワインド数がある。ワインド数は、往復運動する
トラバースの半往復間におけるコレットの回転数を表
し、例えば、ワインド数３とは、トラバースが右端から
左端（或いはその逆）まで移動する間に、コレットが３
回転したことを意味し、トラバースが１往復する間に、
コレットが６回転したことになる。従って、ワインド数
が小さい値であれば綾角度が大きくなり、トラバースの
往復運動が比較的速い速度で行われていることになり、
逆にワインド数が大きい値であれば綾角度が小さくな
り、トラバースの往復運動が比較的遅い速度で行われて
おり、コレットの回転軸に対してより直角に近い綾角度
でガラスストランドが巻かれていることになる。 【００１１】通常、ＤＷＲにおいては、ワインド数が
１．５〜６であるが、これは、ワインド数が１．５より
小さいと、綾角度が大きくなり過ぎるためガラスストラ
ンドが定められた位置に巻き取られず生産できず、６よ
り大きいと、ガラスストランドがコレットの回転軸に対
して垂直に近い綾角度で巻かれ、毛羽や持ち上がり等の
品質問題が多く発生するためである。なお、このように
して巻き上げられた円筒形状のＤＷＲの高さは、トラバ
ースによって往復運動される距離であり、その直径は巻
き取られるガラスストランドの量により決定される。 【００１２】一般に、ワインド数が、３や３．３３３・
・・（１０／３）、或いは、３．２５（１３／４）のよ
うに、整数や、それ以上約分できず、分子が比較的小さ
い分数であると、ＤＷＲは、巻き密度が高くならない。
トラバースがワインド数の分母と等しい回数往復する間
に、分子の２倍の回数、ガラスストランドがコレット上
に巻かれた後、再び最初に巻かれた位置に戻る。例え
ば、ワインド数が、１０／３（３．３３３・・・）のよ
うに分子が小さい場合には、トラバースが３往復する間
に、ガラスストランドは１０×２＝２０回巻かれ、再び
最初に巻かれた位置に戻り、ＤＷＲはこの工程を繰り返
して巻き上げられるため、その形状は、図３に示すよう
な大きな菱形の穴の開いた開口部６を持つ円筒形状とな
るが、ＤＷＲの形状が崩れて円筒形状が維持できなくな
るため、ロービングの解舒性が悪化し、また、ＤＷＲの
輸送効率が低下するため好ましくない。なお、ガラスス
トランドが最初に巻かれた位置に再び戻るまでのコレッ
トの回転数（この場合１０×２＝２０回）は回帰回転数
と呼ばれている。 【００１３】ワインド数は、機械式の場合、ＤＷＲを巻
き取るワインダーに用いられる歯車の歯数により決定さ
れる。例として、図５にＡ〜Ｆ合計６個の歯車を用いた
ワインダーを示す。コレット９及びトラバース１１は、
ワインダー駆動用モータ８とそれぞれ３個の歯車１２〜
１４、１５〜１７を介して動力が伝達され回転運動す
る。 【００１４】各歯車Ａ〜Ｆの歯数を、それぞれａ〜ｆと
したとき、ワインド数はａ×ｃ×ｅ／（ｂ×ｄ×ｆ）に
より与えられ、例えば、各歯車Ａ〜Ｆの歯数を、ａ＝３
０、ｂ＝２９、ｃ＝２８、ｄ＝１７、ｅ＝２５、ｆ＝１
３としたとき、ワインド数は、３０×２８×２５／（２
９×１７×１３）、即ち、３．２７６６４・・・とな
り、回帰回転数は３０×２８×２５×２＝２１０００×
２＝４２０００となる。 【００１５】この例のように、ワインド数を計算するに
当たり、分母に用いられる歯車Ｂ、Ｄ及びＦとして、素
数の歯数を持つ歯車を用いることが多い。これは、分母
に素数を用いることにより、ワインド数がそれ以上約分
できない分数となり、回帰回転数が小さくならず、ＤＷ
Ｒは、大きな菱形の穴の開いた開口部を有することな
く、密に巻くことができるからである。 【００１６】尚、最近では、更に多くの歯車を用いて望
ましいワインド数を設定できる機械式ワインダーや、電
気信号を用い小数点以下五桁以上のワインド数を制御す
るワインダーも開発され、変更時間の短縮等が図られて
いる。 【００１７】このように、ＤＷＲのワインド数は、ＤＷ
Ｒの形状や巻き密度を決定する重要な要因であり、これ
までは生産性や輸送効率の向上のため、高い巻き密度の
ＤＷＲを生産することが一般的であった。 【００１８】 【特許文献１】特公昭５３−６２５５号公報 【００１９】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特許文
献１に開示されているように、特にＤＷＲ内部の水分が
ほぼ同時に蒸発する誘電乾燥法によって、密に巻かれた
ＤＷＲを乾燥する場合、ＤＷＲ内部における水の蒸発が
抑制され、水の蒸気圧上昇を伴い、ＤＷＲがパンクしや
すいという問題がある。 【００２０】このようなＤＷＲのパンクを防止するため
には、ＤＷＲの持込み水分量の減少、蒸気圧低下のため
の乾燥時間の延長、或いは、高い蒸気圧に耐え得る集束
剤や綾角度の選定などが考えられるが、水分量の低下、
集束剤の制限や綾角度の増大は、紡糸性の低下や毛羽の
増大、また、乾燥時間の延長は生産効率の低下や巨大設
備の設置等、何れも大きな問題が残る。また、これらの
対策では、パンクまで至らないが、数ミリから１ｃｍ程
度のＤＷＲの膨張、いわゆる微小破裂は完全に防止でき
ない。微小破裂したＤＷＲは、検査工程において異常品
として見分けることが難しく、顧客での使用時において
毛羽の発生や持ち上がりといった作業性の問題を引き起
こす。 【００２１】本発明の目的は、これらの問題に鑑み、誘
電乾燥法による乾燥工程を経ても、ＤＷＲのパンクや微
小破裂が発生しないガラスロービングを提供することに
ある。 【００２２】 【課題を解決するための手段】本発明者は、上記問題を
解決すべく種々の実験を行った結果、ＤＷＲの内表面か
ら外表面に貫通する小さい開口部がガラスロービング端
面からみた投影図でスパイラル状に設けられることによ
り、水蒸気がこの開口部から容易に蒸発するため、ＤＷ
Ｒ内部における蒸気圧が低下し、ＤＷＲのパンクや微小
破裂を防止できる事を見出し、本発明を提案するに至っ
た。 【００２３】すなわち本発明のガラスロービングは、ガ
ラスストランドが直接巻き取り法により円筒状に綾巻き
されて製造されるガラスロービングにおいて、ガラスロ
ービングの内表面から外表面に貫通して形成される開口
部を備え、開口部がガラスロービングの端面上部からの
投影図においてスパイラル状であることを特徴とする。 【００２４】上記構成とすることによって、誘電乾燥法
によりＤＷＲを乾燥する際でも、ＤＷＲの中心部で蒸発
した水を開口部から外部に逃がすことができ、ＤＷＲの
中心部の蒸気圧を低下させてＤＷＲのパンクや微小破裂
を防止することができる。すなわち、開口部がスパイラ
ル状になっているため、ＤＷＲの何れの位置からも開口
部までの距離が短くなり、ガラスロービング内部で蒸気
となった水は、ガラスロービングの外表面に達する前に
開口部に到達し、その開口部から外部に逃げやすくなる
からである。 【００２５】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１はスパイラル状に形成
された開口部を持つＤＷＲの端面部から見た開口部の投
影模式図である。図２はＤＷＲの概略斜視図、図３は図
２のＤＷＲにおける開口部の部分拡大図、図４はワイン
ド数が３．３３３３・・・のＤＷＲを横から観察した
図、図５は機械式ワインダーの模式図、図６はＤＷＲの
端面部から見た開口部の投影模式図である。 【００２６】ＤＷＲ１の表面に開口部６を形成するに
は、回帰回転数とガラスストランド５の幅の積が、ＤＷ
Ｒ１の巻き高さｈより小さくなるように、図５に示すコ
レット９及びトラバース１１の往復運動用カム１０のそ
れぞれの歯車１２〜１７の歯数を設定する必要がある。
例えば、図５に示すワインダーにおいては、Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの歯車１２〜１７の歯数をそれぞれ３
０、３０、３０、３０、４１、１５とすれば、ワインド
数はａ・ｃ・ｅ／ｂ・ｄ・ｆより、４１／１５、即ち、
２．７３３３３・・・となる。この値は、トラバース１
１が１５往復する間にコレット９が４１×２＝８２回転
することになり、１５往復後には、ガラスストランド５
は最初に巻かれた位置（図４の符号７参照）の真上に巻
かれることを意味する。即ち、このＤＷＲ１は、その高
さ２５０ｍｍの間にＤＷＲ１の軸方向に対して同じ傾き
を持つ４１本のガラスストランド５が巻き付けられ、ガ
ラスストランド５の幅が５ｍｍの場合には、ＤＷＲ１の
高さｈ方向に対し４５ｍｍの隙間が残されることとな
る。従って、開口部６を成す菱形のＤＷＲの軸方向の幅
は、約１．１ｍｍ、即ち、（２５０ｍｍ−４１ｍｍ×
５）÷４１≒１．１ｍｍとなる。また、開口部６の総数
は、交差する４１×１５×２＝１２３０個に形成され
る。 【００２７】このように、歯車１２〜１７の歯数を適し
た歯数に設定することにより、回帰回転数だけコレット
が回転した後、ガラスストランド５が最初に巻き取られ
た位置７の上に巻き取られ、その後においてもガラスス
トランド５が開口部６の上に巻かれることはなく、言い
換えれば、図３に示すように、一度形成された開口部６
の上に次々に開口部６が形成され、最終的には内表面３
から外表面４まで貫通するように直線的に開口部６が形
成される。この開口部６の様子を図式化すると図６のよ
うになり、開口部６は中心から放射状に伸びることとな
る。 【００２８】図１に示すように、本発明のガラスロービ
ング２０は、ガラスロービング２０の内表面２１から外
表面２２に貫通して形成された開口部２３が、ガラスロ
ービング２０の端面上部２４からの投影図においてスパ
イラル状に形成されている。この様に、開口部２３をス
パイラル状に形成するためには、前記ワインド数に極め
て近いワインド数に設定することが必要となる。例え
ば、ワインド数を２．７３３３３・・・に近い２．７３
３２０に設定すれば、ガラスストランドは、ワインド数
が２．７３３３３・・・の場合、最初に巻かれた位置７
の真上にくるのに対し、ワインド数が２．７３３２０で
はその差０．０００１３ずれて巻かれる。すなわち、ト
ラバースが１５往復する間に、ガラスストランドがコレ
ット９上を４１×２＝８２回転し、最初の巻かれた位置
７よりコレットの回転軸に対して垂直方向に約０．３６
ｍｍずれて巻かれ、更に１５往復後には、また約０．３
６ｍｍずれる。この結果、開口部２３は、１５往復毎に
コレットの回転軸に対して垂直に約０．３６ｍｍずれる
ことに加え、ＤＷＲ２０の径が増大するに伴い、次第に
その面積が大きくなる。従って、約１１０００周巻かれ
たＤＷＲ２０では、開口部２３は、図６に示すようにガ
ラスロービング２０の端面上部２４からの投影図におい
てスパイラル状に形成され、外表面２２における開口部
２３の位置は、内表面２１の開口部２３の位置より約４
００ｍｍずれることとなる。このようにＤＷＲ２０内部
にスパイラル状に形成された開口部２３は、ＤＷＲ２０
の何れの位置からも開口部２３迄の距離が小さくなるた
め、図６に示す放射状の開口部６と比較し、蒸気圧低下
の効果は飛躍的に向上し、パンクの発生を防止できる。 【００２９】一般に、開口部２３の総数は、開口部２３
の１個の面積に反比例し、開口部２３の数が増加すれば
開口部２３の１個の面積が減少し、ある一定数を超える
と開口部２３はガラスストランドの滑りにより消滅す
る。また、開口部２３の総数が少ないと、ＤＷＲ２０の
巻き密度が低下し、形状が崩れて円筒形状が維持できな
くなるという問題が発生する。従って、ＤＷＲ２０に形
成する開口部２３の総数Ｎには望ましい範囲があり、次
式で規定される。 ９６．１×ｈ／√Ｗ ＜ Ｎ ＜ ２５０．０×ｈ／√
Ｗ 但し、ここでｈはＤＷＲ２０の高さ（ｍｍ）を、また、
Ｗはガラスストランドの番手（ｇ／１０００ｍ）を表
す。 【００３０】開口部２３の総数Ｎが９６．１×ｈ／√Ｗ
より少ないと、開口部２３の１個の面積が大きくなり、
巻き密度が低下し、また、２５０．０×ｈ／√Ｗよりも
多いと、開口部２３の１個の面積が小さくなりすぎ、乾
燥時にＤＷＲ２０内部の水の蒸気圧が低下しにくいため
このましくない。 【００３１】一般的なＤＷＲ２０、即ち、高さ２５０ｍ
ｍ、番手２３１０ｔｅｘにおいて、望ましい開口部２３
の総数Ｎは、５００〜１３００である。番手２３１０ｔ
ｅｘとは、ガラスストランドの１０００ｍ当たりの重量
が２３１０ｇであることを表す。 【００３２】望ましい開口部２３の総数Ｎは、当然なが
ら、ＤＷＲ２０の高さｈに比例し、例えば、高さｈが２
倍の５００ｍｍの場合には１０００〜２６００となる。
一方、ＤＷＲ２０の直径に関しては、望ましい開口部２
３の総数Ｎは変わらない。これは、開口部２３が内表面
２１から外表面２２まで貫通した１つの穴であり、開口
部２３の形状が、ＤＷＲ２０の径の増大に伴い、コレッ
トの回転軸方向に広げられた菱形となり、開口部２３の
面積も増大するため、外周表面に占める開口率が、ＤＷ
Ｒ２０の端面部２４を除く何れの部位においても等しい
からである。 【００３３】ガラスストランドの番手Ｗも、望ましい開
口部２３の総数に影響を及ぼす。ガラスストランドの番
手Ｗが大きくなると、ガラスストランドの巻き幅（スト
ランド幅）が増大するため、開口部２３が形成されるた
めには、コレット９に巻かれるガラスストランドの本数
の減少、即ち、回帰回転数の減少が必要となる。回帰回
転数の減少に伴い、開口部２３の総数が減少する。従っ
て、望ましい開口部２３の総数Ｎは、ガラスストランド
の幅に反比例し、また、ガラスストランドは番手に関わ
らず断面形状が相似形であるため、望ましい開口部２３
の数は番手Ｗの二分の一乗に反比例する。即ち、番手２
３１０ｔｅｘに対し、ほぼ４分の１となる５７５ｔｅｘ
のＤＷＲ２０において、望ましい開口部２３の総数Ｎは
２倍の１０００〜２６００となる。 【００３４】表１に本発明の実施例１〜４及び比較例
５、６を示す。 【００３５】 【表１】 【００３６】実施例及び比較例は、まず、表１に示す単
繊維径を有するガラスフィラメントに、集束剤（固形分
５０質量％のポリエステルエマルジョンを１０．０質量
％、メタクリルシランカップリング剤を０．６質量％、
カチオン系潤滑剤を０．１質量％、イオン交換水を８
９．３質量％）を塗布し、ギャザリングシューを用いて
集束させ表１に示す番手のガラスストランドとし、図５
に示すように、ガラスストランドを、ワインダーの駆動
用モータ８と連動するカム１０により往復運動するトラ
バース１１を経由して、表１に示すワインド数となるよ
うにコレット９上に巻き取り、水分を約１０％含有した
高さ２５０ｍｍのＤＷＲを作製した。 【００３７】次いで、水分を除去するため、ガラスロー
ビングを誘電加熱炉で８時間乾燥し、集束剤付着量０．
４質量％、水分率０．０３質量％のＤＷＲ２０を得た。 【００３８】表１から明らかなように、実施例１〜４
は、開口部がスパイラル状に形成されているため、誘電
加熱による乾燥工程においても、パンクは全く発生しな
かった。 【００３９】一方、比較例５は、ガラスロービングが密
に巻かれ、開口部がないため、誘電加熱による乾燥工程
において、非常に高い確率でパンクが発生した。比較例
６は、開口部が形成されているものの、開口部が放射状
に形成されているため、誘電加熱による乾燥工程におい
て、１００個中、１５個のＤＷＲでパンクが観察され
た。 【００４０】 【発明の効果】本発明のガラスロービングは、誘電乾燥
法による乾燥工程を経ても、ＤＷＲの品質低下や生産性
の低下といった問題を招くことがなく、ＤＷＲのパンク
や微小破裂を防止させることが可能である。

【図面の簡単な説明】 【図１】スパイラル状に形成された開口部を持つＤＷＲ
端面部から見た開口部の投影模式図。 【図２】ガラスストランドが綾巻きされたＤＷＲの概略
斜視図。 【図３】図１のＤＷＲの開口部の部分拡大図。 【図４】ワインド数が３．３３３３・・・のＤＷＲを横
から観察した図。 【図５】機械式ワインダーの模式図。 【図６】放射状に形成された開口部を持つＤＷＲの端面
部から見た開口部の投影模式図。 【符号の説明】 １、２０ ＤＷＲ（ガラスロービング） ２、２４ 端面部 ３、２１ 内表面 ４、２２ 外表面 ５ ガラスストランド ６、２３ 開口部 ７ 最初に巻かれた位置 ８ ワインダーの駆動用モータ ９ コレット １０ 往復運動用カム １１ トラバース １２〜１７ 歯車

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ガラスストランドが直接巻き取り法によ
   り円筒状に綾巻きされて製造されるガラスロービングに
   おいて、ガラスロービングの内表面から外表面に貫通し
   て形成される開口部を備え、該開口部がガラスロービン
   グの端面上部からの投影図においてスパイラル状である
   ことを特徴とするガラスロービング。