JP2005247650A - ガラスストランド製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 繊維の糸切れ発生をより正確に検知して、糸切れ発生を即時に報知して復旧作業を円滑に行うことを可能にし、生産効率の向上及び復旧作業の省力化を図れるガラスストランド製造装置を提供する。
【解決手段】 溶融されたガラス１を収容するブッシング２の底部３に形成された複数の小孔から、上記溶融ガラスを引き出して繊維４とし、この繊維４を集束装置によって集束してワインダー１０に巻取ってストランド７を製造するガラスストランド製造装置において、繊維４の糸切れ検出手段である温度センサ２０と、この糸切れ検出手段から出力される信号に基いてストランド７の巻取り部の作動を制御すると共に、必要に応じて作業者に糸切れ発生を報知する制御手段であるマイクロコンピューター１８とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶融したガラスを繊維状とし、これを集束してストランドを形成するガラスストランド製造装置に係り、特に、ガラス繊維を集束して巻取る際に、糸切れ発生を直ちに報知すると共にストランドの巻取部を非常停止させる機能を有するガラスストランド製造装置に関する。

ガラス繊維は、マット、クロス、プラスチック補強材など各種の用途に用いられている。ガラス繊維のうち長繊維を利用した製品の一つとして、長繊維を多数本集束して糸状としたストランドが知られている。ストランドは、短く切断してプラスチック補強材となるチョップドストランドの原料として、あるいはガラスクロスの原料として利用されている。

従来、上記のようなガラスストランド製造装置としては、図３に示すようなものが知られている。

同図に示すガラスストランド製造装置の上部には、ガラスを溶融する図示しない電気炉が設けられており、この電気炉で溶融されたガラス１は、ブッシング２に収容される。このブッシング２の底部３には、オリフィスと呼ばれる小孔が多数形成されており、溶融されたガラス１は、この小孔から自重で落下する。そして、この自重落下するガラス繊維４を引き出し、アプリケーターロール５を介して第１ギャザリングシュー６に導入し、ここで繊維４を集束してストランド７を形成する。

なお、アプリケーターロール５は、引き出された繊維４に集束剤（澱粉、シラン系樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、酢酸ビニル樹脂など）を塗布する機能を有し、また、第１ギャザリングシュー６は、通常V形状の溝を有し、この溝によって多数本の繊維４が１本のストランド７に集束される。

次に、ストランド７は、第２ギャザリングシュー８を介してトラバースワイヤー９によりワインダー１０にセットされた紙チューブ１１に綾をかけられながら巻取られる。

なお、このトラバースワイヤー９は、図示するように、回転すると共に回転軸に対して平行に往復移動を繰り返している。

そして、ワインダー１０及びトラバースワイヤー９は、ワインダー制御装置１２によってその回転数等が制御されており、ワインダー制御装置１２は、操作盤１３によってワインダー１０及びトラバースワイヤー９の起動、停止が制御されている。

ところで、このようなガラスストランド製造装置の運転中に繊維４の切れが発生した場合には、作業者は、その切れの発生を目視によって、確認すると同時に、操作盤１３を操作し、ワインダー１０の回転を停止させ、復旧作業をした後、再起動するという作業をしている。通常１台のブッシング２に対し、１台のワインダー１０でガラスストランドを製造し、複数台の装置が同時に稼動している。

しかるに、繊維４の切れが特に複数の装置で重複発生すると、前記した切れ発生時の処理が遅れる装置ができ、この処理が遅れると、オリフィスから落下してきた繊維４の束がアプリケーターロール５や第１ギャグリングシュー6に絡み付き、その復旧に多くの時間を要し、これが更に又、他の装置の復旧作業を非常に困難なものにするという悪循環を繰り返し、設備の稼動率低下、生産効率の低下を生ずるという問題があった。

一方、下記特許文献１には、溶融ガラスを入れた容器から引き出されるガラスフィラメントのような動くフィラメントの運動を監視する監視法において、フィラメントに至近の雰囲気条件を検知して前記雰囲気条件と前記フィラメントの運動により生ずる雰囲気条件の変化とを知り前記の雰囲気条件を指示する信号を生ずることを特徴とするフィラメント運動監視法が開示されている。そして、上記雰囲気条件の監視手段として、フィラメントの外方に熱電対を配置し、フィラメント付近のガス流の変化によって生じる温度変化を検出し、フィラメントの破断を検知することが記載されている。
特開昭４７−２８２２２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたフィラメント付近の温度変化によるフィラメントの破断の監視方法では、破断以外の理由によって温度変化が生じたときに誤動作を生じ、フィラメントの破断のみを正確に検知することができなかった。

本発明は、以上に記したような従来の問題点に鑑みて成されたものであり、繊維の糸切れ発生をより正確に検知して、糸切れ発生を即時に報知して復旧作業を円滑に行うことを可能にし、生産効率の向上及び復旧作業の省力化を図れるガラスストランド製造装置を提供する。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意研究した結果、繊維の周囲の温度は、繊維の糸切れだけでなく、ワインダースタート直後からの経過時間及びワインダーの反転開始直後からの経過時間によっても変化することに着眼し、これらの判断条件を取り入れることによって、繊維の糸切れの発生をより正確に検知できることを見出し、本発明をなすに至った。

すなわち、本発明のガラスストランド製造装置は、溶融したガラスを収容するブッシングの底部に形成された複数の小孔から、上記溶融ガラスを引き出して繊維となし、この繊維を集束装置によって集束してワインダーに巻取ってストランドを製造するガラスストランド製造装置において、
前記繊維の切れ発生を検出する糸切れ検出手段と、
この糸切れ検出手段から出力される信号に基いて前記ストランドの巻取り部の作動を制御すると共に、必要に応じて作業者に糸切れ発生を報知する制御手段とを備え、
前記糸切れ検出手段は、繊維周囲の温度を検出する温度センサからなり、
前記制御手段による糸切れ発生の判断は、前記温度センサにより検出される繊維周囲の温度が、定常時にこの温度センサにより検出される温度の移動平均値よりも、所定の値ＤＴ以上高く、かつ、ワインダースタート直後からの経過時間及びワインダーの反転開始直後からの経過時間が所定時間を経過している時に糸切れと判断することを特徴とする。

ワインダーが起動されると、停止中にブッシング直下に滞留していた高温のエアーが繊維の流れと共に下方に移動し、それが温度センサによって検知されるため、一時的な温度急上昇を招く。また、自動反転式ワインダーの場合には、現在巻取り中のコレットと、新しい紙チューブのセットされた待機中のコレットとが、回転可能な同一円盤上に設置されており、コレット上の紙チューブにストランドが所定量巻かれると、この円盤を回転させ、両者の位置を入れ替える反転が行なわれる。これによるワインダーの反転時に、繊維の巻取り速度が低下し、温度センサの周囲の温度が一次的に急上昇する。

そこで、本発明では、ワインダースタート直後からの経過時間及びワインダーの反転開始直後からの経過時間が所定時間を経過していないときには、繊維周囲の温度が定常時の温度よりも所定の値ＤＴ以上高くても糸切れとは判断しないようにした。これによって、誤動作をなくして糸切れをより正確に検知することが可能となった。

また、本発明では、糸切れが起きた時には、制御手段によって、ガラスストランド製造装置の巻取り部の作動を停止すると共に、作業者に切れ発生を報知するので、作業者は、糸切れの発生を見逃すことなく、迅速に復旧作業を行うことができる。

本発明においては、前記ワインダーの反転開始直後からの経過時間が所定時間を経過する前であっても、前記温度センサにより検出される繊維周囲の温度が、定常時にこの温度センサにより検出される温度の移動平均値よりも、前記所定の値ＤＴよりも高く設定された値ＤＴ１以上高い時には糸切れと判断することが好ましい。

前述したワインダーの反転開始直後における一次的な温度急上昇は、糸切れ時に発生する温度の急上昇よりは小さいことから、そのような急上昇温度よりも更に高い温度に上昇したときには、糸切れと判断することができる。この態様によれば、温度センサにより検出される繊維周囲の温度が、定常時にこの温度センサにより検出される温度の移動平均値よりも、前記所定の値ＤＴよりも高く設定された値ＤＴ１以上高い時には、糸切れと判断することにより、誤動作することなく、糸切れをより確実に検知することができる。

また、本発明においては、前記温度センサを、ブッシングと繊維から所定距離隔てた場所に配置することが好ましい。これによれば、繊維周囲の雰囲気温度の変化をより正確に検知することができる。

更に、本発明においては、前記制御手段が糸切れと判断したときは、この制御手段によってワインダーを停止させるようにすることが好ましい。これによれば、糸切れと判断されたときには、制御装置によってワインダーが直ちに停止するので、繊維の絡み付き復旧作業をしやすくすることができる。

更にまた、本発明によれば、前記制御手段が糸切れと判断したときは、この制御手段によってブザー及びランプを作動し、作業者に糸切れ発生を報知するようにすることが好ましい。これによれば、作業者は、切れ発生を即時発見することが可能になり、復旧作業を円滑に行なうことができる。

更にまた、前記制御手段が糸切れと判断したときは、前記ブッシングより引き出された繊維の落下により集束装置が被害を受けないようにするカバーを上記制御装置によって作動させるようにすることが好ましい。これによれば、オリフィスから落下してきた繊維の束がアプリケーターロールや第１ギャグリングシューに絡み付くのを防止し、復旧作業をしやすくすることができる。

本発明のガラスストランド製造装置によれば、糸切れの検出を迅速かつ誤動作なく確実に行なうことができるので、復旧作業を円滑に行なうことが可能になり、復旧作業の短縮化を図ることができ、結果として設備稼動率及び生産効率を向上させることができる。また、作業者は、目視により糸切れの発生を認識しなくても良いので、種々の作業に対する集中力が向上し、ひいては品質向上を図ることができる等の優れた効果を奏する。

以下、本発明によるガラスストランド製造装置の実施例を、図面に基いて詳細に説明する。

図１には、このガラスストランド製造装置の概略構成図が示されている。なお、図１において、図３に示した従来の装置と実質的に同一の部分には同付号を附し、機械的構成及びその作用の説明は省略する。

図１に示すように、ガラスストランド製造装置巻取部であるトラバースワイヤー９及びワインダー１０の作動を制御するワインダー制御装置１２と、カバー１４の作動を制御するカバー駆動回路１５と、作業者に繊維４の切れ発生を知らせる警報装置１６は、入出力インターフェース１７を介して制御手段としてのマイクロコンピュータ１８に夫々接続されている。また、ブッシング２の底部３及び繊維４から所定距離隔てた位置に配設され、繊維４の切れ発生を検出する糸切れ検出手段としての温度センサ２０が、A／Dコンバーター1９を介してマイクロコンピュータ１８に接続されている。

マイクロコンピュータ１８には、マイクロコンピュータ１８の操作を確認するための情報表示装置（ＣＲＴ）２１、及び情報を入力するためのキーボード２２が夫々接続されており、処理データの確認及び入力等に用いられる。なお、必要があれば、情報を出力するためのプリンター２３が接続されていてもよい。

なお、図示を省略したが、工場内には複数のガラスストランド製造装置が配置されており、個々のガラスストランド製造装置が上記と同様な態様で共通の１つのマイクロコンピュータ１８に接続されている。すなわち、入出力インターフェース１７及びA／Dコンバーター1９には、複数のガラスストランド製造装置からの信号線が多チャンネルで接続されている。このように１台の汎用コンピュータで、複数のガラスストランド製造装置からの上記各信号を多チャンネルで処理することにより、設備コストが抑えられ、１台のＣＲＴで複数台の装置をモニタリング可能で、複数台の装置を一括して設定変更が可能である等のメリットが得られる。

ここで、温度センサ２０による繊維４の切れ発生の検出理論を詳細に説明する。
まず、定常時、すなわち、繊維４が切れを発生することなく第１ギャザリングシュー６によって、ストランド７が形成され、紙チューブ１１に所定速度で巻取られている状態を考える。この状態においては、繊維４の移動速度は例えば１５００m／分程度の高速であるので、前記したような位置に配置した温度センサ２０の周囲には、繊維４の移動に伴なう気流（以下、ダウンエアーフローと称する。）が発生し、ブッシング２から温度センサ２０に照射される強い軸射熱がこの気流によって放熱され、温度センサ２０には、ほぼ一定の温度が検出される。一方、異常時、すなわち、繊維４に切れが発生した状態においては前記した気流が消失し、温度センサ２０は、ブッシング２の強い軸射熱をまともに受けるので、温度センサ２０による検出温度は、繊維４の切れ発生と同時に急上昇することになる。従って、温度センサ２０による検出温度の変化をとらえることにより、繊維４の切れ発生を検出することが可能となる。

次に、図１に示したガラスストランド製造装置における制御部分の作用を、図２に示した動作フローチャートに基いて詳細に説明する。

（ステップ１）
マイクロコンピュータ１８は、温度センサ２０が検出した繊維４の周囲の雰囲気温度ＰＴを、A／Dコンバーター１９から入力する。ここで、温度センサ２０の種類は多種知られているが、このような条件下で最適なデータを提供するものとして、熱電対を利用したＣＡセンサ（クロメル・アルメル）で、応答性を良くするために線径を細くした熱電対を用いたものが好ましい。なお、A／Dコンバーター１９は、温度センサ２０から出力される熱起電力をデジタルデータに変換して出力するものである。

（ステップ２）
マイクロコンピュータ１８は、ステップ１で入力した検出温度ＰＴの経過を一時的に記憶しており、現検出温度ＰＴの直前の任意の時間内に検出された各ＰＴの平均値を、定常時に検出される温度、すなわち移動平均値ＡＴとし、この移動平均値ＡＴと検出温度ＰＴとの温度差が、設定基準温度ＤＴよりも大きいか杏かの判断をする。この結果、（ＰＴ−ＡＴ）≧DTならばステップ３へ、（ＰＴ−ＡＴ）＜ＤＴであればステップ１４へそれぞれ進む。

上記温度ＤＴは、特に限定されないが、一般的には５〜３０℃の範囲で設定することが好ましく、ブッシングの底部に形成された子孔が４０００個以上の、多数本の繊維を高速で巻取る装置においては１５〜３０℃の範囲で設定することがより好ましく、前記子孔が４０００個未満の装置の場合は５〜１５℃の範囲で設定することがより好ましい。

（ステップ３）
マイクロコンピュータ１８は、ワインダー制御装置１２から、ワインダー運転及びワインダー反転に関する接点情報を、入出力インターフェース１７を介して入力し、一時記憶する。

（ステップ４）
マイクロコンピュータ１８は、ステップ３で入力した接点情報に基き、ワインダー１０が運転中であるかどうかの判断をする。ワインダー１０が運転中であれば、ステップ５へ、運転中でなければ、ステップ１４へそれぞれ進む。

（ステップ５）
マイクロコンピュータ１８は、ワインダースタート直後からの経過時間をカウントするタイマーが、Ｔ秒経過しているがどうかの判断をする。タイマーのカウントがＴ秒経過していればステップ６へ、経過していなければステップ１４へそれぞれ進む。

なお、このタイマーは、ワインダー１０の起動直後に発生する一時的な温度急上昇を、繊維４の切発生と誤検出させないための目的で設けられており、この一時的に急上昇した温度分だけ低下、回復するまでの時間を目途として設定されている。ワインダー１０の起動直後に見られるこの一時的温度急上昇の原因は、ワインダー１０の停止中にブッシング直下に滞留していた高温のエアーが繊維４の流れと共に下方に移動し、それが温度センサ２０によって検知されるためである。

（ステップ６）
本実施例の自動反転式ワインダーの場合には、現在巻取り中のコレット１０’ と、新しい紙チューブ１１のセットされた待機中のコレット１０”とが、回転可能な同一円盤上に設置されており、コレット1 0’上の紙チューブ１１にストランド７が所定量巻かれると、この円盤を回転させ、両者の位置を入れ替える反転が行なわれる。

マイクロコンピュータ１８は、ワインダー１０のこの反転開始直後からの経過時間をカウントするタイマーが、ｔ秒経過しているがどうかの判断をする。このタイマーのカウントがｔ秒経過していれば、ステップ８へ、経過していなければステップ７へそれぞれ進む。

なお、このタイマーは、ワインダー１０の反転時にストランド７の巻取りが終了した紙チューブ１１からストランド７を切断する時に、繊維４の巻取り速度が低下し、これに伴なって温度センサ２０の周囲の温度が一時的に急上昇することに起因する繊維４の切れ発生の誤検出を防止する目的で設けられているものである。

（ステップ7）
マイクロコンピュータ１８は、ステップ１で入力した検出温度ＰＴと遅れ移動平均値ＡＴとの温度差が設定基準温度ＤＴ１よりも大きいか否かの判断をする。

この結果、（ＰＴ−ＡＴ）≧ＤＴ１ならばステップ８へ、（ＰＴ−ＡＴ）＜ＤＴ１ならばステッブ１４へそれぞれ進む。

この場合、前述の理由により設置基準温度ＤＴ１は、通常巻取り時における設定基準温度ＤＴよりは一般に大きく、また、ワインダー１０の反転中に通常発生する温度急上昇量よりも大きい値に設定されている。

上記設定基準温度ＤＴ１は、特に限定されないが、一般的には前記設定基準温度ＤＴよりも１０〜３０℃高いことが好ましく、１５〜２０℃高いことがより好ましい。

（ステップ８）
マイクロコンピュータ１８は、以上の処理により、定常の温度に対し、雰囲気温度が設定基準温度より高い値で検出されると、入力インターフェース１７を介して、ワインダー制御装置１２にワインダー１０の停止指令を、カバー駆動回路１５にカバー１４の駆動信号を夫々出力し、ワインダー１０を非常停止すると共に、カバー１４によりアプリケーターロール５を保護する。

（ステップ９）
マイクロコンピュータ１８は、入力インターフェース１７を介して警報装置１６に作動指令を出力し、アラームブザーをＴ１秒間だけ作動させる。

（ステップ１０）
マイクロコンピュータ１８は、ステップ９と同様にして、アラームランプを点灯させる。

（ステップ１１）
マイクロコンピュータ１８は、ワインダー制御装置１２から入出力インターフェース１７を介してワインダー１０の運転信号を入力し、ワインダー１０が完全に停止したか否かの判断をする。

（ステップ１２）
作業者により復旧作業が完了すると、再起動信号が発せられ、この信号はマイクロコンピュータ１８に入力されると同時に、ワインダー１０はワインダー制御装置により再起動される。なお、カバー１４の待避は、作業者によって復旧作業の中で行なわれる。ワインダーが再起動すると、アラームランプが消灯する。

（ステップ１３）
マイクロコンピュータ１８によって、繊維４の切れ発生なしと判断されているので、マイクロコンピュータ１８は、予め記憶されているガラスストランド製造装置の制御プログラムを実行し、ステップ１に戻る。

以上のように、マイクロコンピュータ１８は、温度センサ２０の検出温度ＰＴと移動基準温度ＡＴとの差が、ワインダー１０の運転中であって、ワインダー１０の起動後所定時間経過後及びワインダー１０の反転開始後所定時間経過後である場合には、設定基準温度ＤＴと等しいか、大きいとき、あるいは、ワインダー１０の反転開始後所定時間内である場合には、設定基準温度ＤＴ１と等しいか、大きいときには、それぞれ繊維４に切れが発生したものと判断し、アプリケーターロール５にカバー１４をかぶせ、ワインダー１０を停止させ、アラームブザー及びアラームランプを作動させることになる。

なお、温度センサ２０の設置位置は、定常時の温度検出バラツキの少ない場所、つまり、繊維４の流れにより形成される気流が最も安定している場所であり、かつ、ブッシング2からの軸射熱を多く受け、その結果として繊維４の切断時に急激な温度上昇パターンの得られる場所が最適位置であり、この位置は、図２に示されているように、ブッシング２の底部３から垂直距離Ｈ及び繊維４から水平距離Ｋだけ離れた点である。このＨ及びＫは実験等により求めることができるが、一般的には、上記垂直距離Ｈは、５０〜２００ｍｍが好ましく、５０〜１５０ｍｍがより好ましい。また、上記水平距離Ｋは、３０〜９０ｍｍが好ましく、３０〜５０ｍｍがより好ましい。更に、温度センサ２０の設置数は、繊維４の形成されている幅や検出精度等の要求によって適宜定めれば良い。

また、ブッシングにおける小孔付近には、図示しない冷却フィンが配置されることがあるが、温度センサ２０をこの冷却フィンに取付けて、冷却フィンの温度を検出するようにしても良い。上記冷却フィンの温度も、繊維の糸切れによって変化するので、繊維の糸切れを精度よく検出することができる。

そして、マイクロコンピュータ１８による温度センサ２０からの検出信号のスキャンタイムは、検出精度等の要求により定めれば良いが、１〜２秒が好ましい。

本発明は、溶融したガラスを繊維状とし、これを集束してストランドを形成するガラスストランド製造装置として好適に用いられる。

本発明によるガラスストランド製造装置の実施例を示す概略構成図である。 同装置の動作フローチャートである。 従来のガラスストランド製造装置の概略構成図である。

符号の説明

１：溶融されたガラス
２：ブッシング
３：ブッシングの底部
４：繊維
５：アプリケーターロール
６：第１ギャザリングシュー
７：ストランド
８：第２ギャザリングシュー
９：トラバースワイヤー（ガラスストランド製造装置巻取部）
１０：ワインダー（ガラスストランド製造装置巻取部）
１０’、１０”：コレット（ワインダーの一部）
１１：紙チューブ
１４：カバー
１８：マイクロコンピュータ（制御手段）
２０：温度センサ（糸切れ検出手段）

Claims (6)

1. 溶融したガラスを収容するブッシングの底部に形成された複数の小孔から、上記溶融ガラスを引き出して繊維となし、この繊維を集束装置によって集束してワインダーに巻取ってストランドを製造するガラスストランド製造装置において、
   前記繊維の切れ発生を検出する糸切れ検出手段と、
   この糸切れ検出手段から出力される信号に基いて前記ストランドの巻取り部の作動を制御すると共に、必要に応じて作業者に糸切れ発生を報知する制御手段とを備え、
   前記糸切れ検出手段は、繊維周囲の温度を検出する温度センサからなり、
   前記制御手段による糸切れ発生の判断は、前記温度センサにより検出される繊維周囲の温度が、定常時にこの温度センサにより検出される温度の移動平均値よりも、所定の値ＤＴ以上高く、かつ、ワインダースタート直後からの経過時間及びワインダーの反転開始直後からの経過時間が所定時間を経過している時に糸切れと判断することを特徴とするガラスストランド製造装置。
2. 前記ワインダーの反転開始直後からの経過時間が所定時間を経過する前であっても、前記温度センサにより検出される繊維周囲の温度が、定常時にこの温度センサにより検出される温度の移動平均値よりも、前記所定の値ＤＴよりも高く設定された値ＤＴ１以上高い時には糸切れと判断する請求項１記載のガラスストランド製造装置。
3. 前記温度センサを、ブッシングと繊維から所定距離隔てた場所に配置した請求項２に記載のガラスストランド製造装置。
4. 前記制御手段が糸切れと判断したときは、この制御手段によってワインダーを停止させるようにした請求項１〜３のいずれか１つに記載のガラスストランド製造装置。
5. 前記制御手段が糸切れと判断したときは、この制御手段によってブザー及びランプを作動し、作業者に糸切れ発生を報知するようにした請求項１〜４のいずれか１つに記載のガラスストランド製造装置。
6. 前記制御手段が糸切れと判断したときは、前記ブッシングより引き出された繊維の落下により集束装置が被害を受けないようにするカバーを上記制御装置によって作動させるようにした請求項１〜５のいずれか１つに記載のガラスストランド製造装置。
   

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