JP2010083750A - ガラス繊維製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルから引き出される溶融状態のガラス繊維の条件が変化した場合であっても、ノズルから引き出される溶融状態のガラス繊維を均等に効率よく冷却し、断面形状が所望の扁平形状となるガラス繊維を安定して製造する。
【解決手段】扁平状のノズル孔４ａを有するノズル４を溶融ガラス貯溜槽３の底面に複数配列し、各々の前記ノズル４から溶融状態のガラス繊維２を下方に引き出して冷却することで扁平状の断面形状を有するガラス繊維２を製造するガラス繊維製造装置１であって、内部に冷却水９が流通される複数の冷却管５をノズル４から引き出される溶融状態のガラス繊維２と対面するようにノズル４の配列方向と平行に並列に配列するとともに、各々の冷却管５を上下方向に移動可能な状態で支持する位置調整手段６を配設した。
【選択図】図１

Description

本発明は、扁平状の断面形状を有するガラス繊維の製造技術の改良に関する。

長円形や楕円形のような扁平状の断面形状を有するガラス繊維は、樹脂などに混合して使用した場合に高い補強効果を実現できることから、広範な分野において補強材として利用されている。

この種のガラス繊維は、溶融ガラス貯溜槽の底面に扁平状のノズル孔を有するノズルを複数配列した状態で、各々のノズルから溶融状態のガラス繊維を下方に引き出し、それを冷却することにより製造される。このような一連の製造工程の中で、ガラス繊維を冷却する目的は、溶融状態のガラス繊維が表面張力により丸くなるのを防止する点にあるため、その冷却手法は、扁平状の断面形状を有するガラス繊維を製造する上でも極めて重要なものとなる。

従来、扁平状の断面形状を有するガラス繊維を製造する際に利用されていた冷却手法としては、例えば、ノズルの直下に複数の冷却フィンを配列し、当該フィンによりノズルから引き出された溶融状態のガラス繊維を冷却するものが挙げられる（例えば、下記の特許文献１を参照）。

特開２００３−４８７４２号公報

しかしながら、扁平状をなすノズルから引き出された溶融状態のガラス繊維にフィンの作用により空気を吹き付けて冷却する上述の冷却手法では、各々のノズルから引き出される溶融状態のガラス繊維に対して空気を均等に吹き付けることが困難であることから、ガラス繊維の冷却条件が不均等になりやすい。特に生産効率を上げるためにノズルの数を増加させた場合には、それだけ冷却フィンの寸法も長尺となることから、誘導される空気流にもバラツキが生じやすくなり、ガラス繊維の冷却条件が一層不均等になりやすい。そして、このようにガラス繊維の冷却条件が不均等となれば、結果として製造されるガラス繊維の形状にバラツキが生じ、十分な補強効果を達成し得ないという事態を招いてしまう。

また、ガラス繊維の製造は、長期間に亘って連続的に行われるのが通例であることから、その製造過程で製造品種の変更や経時的な製造設備の変化などのさまざまな要因によって、ノズルから引き出される溶融状態のガラス繊維の温度やその引き出し速度など、ノズルから引き出される溶融状態のガラス繊維の製造条件に変化が生じる場合がある。そのため、このような溶融状態のガラス繊維自体の製造条件の変化によってもガラス繊維の断面形状にバラツキが生じる要因となり得るが、従来においては、このような観点から有効な対策が講じられていないのが実情である。

本発明は、上記実情に鑑み、ノズルから引き出される溶融状態のガラス繊維の製造条件が変化した場合であっても、ノズルから引き出される溶融状態のガラス繊維を均等に効率よく冷却し、断面形状が所望の扁平形状となるガラス繊維を安定して製造することを技術的課題とする。

上記課題を解決するために創案された本発明に係るガラス繊維の製造装置は、扁平状のノズル孔を有するノズルを溶融ガラス貯溜槽の底面に複数配列し、各々の前記ノズルから溶融状態のガラス繊維を下方に引き出して冷却することで、扁平状の断面形状を有するガラス繊維を製造するガラス繊維製造装置であって、内部に冷却液を流通させて溶融状態のガラス繊維を冷却する複数の冷却管を、前記ノズルから引き出される溶融状態のガラス繊維と相対するように前記ノズルの配列方向と平行に並列に配列するとともに、各々の前記冷却管を上下方向に移動可能な状態で支持する位置調整手段を配設したことに特徴づけられる。

上記の構成によれば、溶融状態のガラス繊維は、冷却管の内部を流通する冷却液の作用により効率よく冷却されるので、溶融状態のガラス繊維の冷却条件が不均等になるという事態も生じ難い。しかも、冷却管は、位置調整手段によって、溶融状態のガラス繊維の引き出し方向に沿う上下方向に移動可能に支持されているため、ノズルから引き出される溶融状態のガラス繊維の製造条件が変化したとしても、その製造条件の変化に応じた最適な位置に冷却管の位置を簡単に調整することができる。

上記の構成において、前記位置調整手段が、各々の前記冷却管を水平方向にも移動可能な状態で支持していることが好ましい。

このようにすれば、冷却管の位置の調整の自由度が増すので、冷却管による溶融状態のガラス繊維の冷却位置をより正確に調整することが可能となる。

上記の構成において、前記位置調整手段が、前記冷却管の上下方向の位置調整と、前記冷却管の水平方向の位置調整とを個別に調整可能に構成されていることが好ましい。

このようにすれば、冷却管の上下方向の位置調整と、水平方向の位置調整が別々にできるので、冷却管の位置調整が容易となる。そのため、ノズルから引き出される溶融状態のガラス繊維の条件が変化した場合であっても、その条件の変化により迅速に対処することが可能となる。

上記の構成において、前記位置調整手段が、前記冷却管の両端部にそれぞれ配設されていることが好ましい。

このようにすれば、冷却管の位置調整を細かく行うことが可能となる。すなわち、冷却管の両端部で冷却管の上下方向の位置等を別々に調整すれば、冷却管の傾き等も補正することができるので、より最適な冷却条件に設定し直すことが可能となる。

なお、本発明は、扁平状の断面形状を有するガラス繊維のうち、特に、断面形状の円相当径が、５μｍ以上３０μｍ以下の範囲内にあるものを製造するのに適している。ここで、円相当径とは、ガラス繊維の断面積と等しくなる面積を有する円の直径を意味する。また、ガラス繊維の組成としては、Ｅガラス、Ｄガラス、ＡＲガラス等の既存のガラス繊維組成から、新規のガラス繊維組成まで製品種別や用途などに応じて適宜最適なものを採用することができる。

上記課題を解決するために創案された本発明に係るガラス繊維の製造方法は、扁平状のノズル孔を有するノズルを溶融ガラス貯溜槽の底面に複数配列し、各々の前記ノズルから溶融状態のガラス繊維を下方に引き出して冷却することで、扁平状の断面形状を有するガラス繊維を製造するガラス繊維製造方法であって、複数の冷却管を前記ノズルから引き出される溶融状態のガラス繊維と相対するように前記ノズルの配列方向と平行に並列に配列した状態で、各々の前記冷却管の内部に冷却液を流通させて前記ノズルから引き出された溶融状態のガラス繊維を冷却する冷却工程と、各々の前記冷却管による溶融状態のガラス繊維の冷却位置を上下方向で調整する調整工程とを含むことに特徴づけられる。

このような方法によれば、既に上述したように製造条件の変化に応じた最適な位置に冷却管の位置を調整するという同様の作用効果を享受することができる。

上記の方法において、前記調整工程で、各々の前記冷却管による溶融状態のガラス繊維の冷却位置を水平方向にも調整するようにすることが好ましい。

このようにすれば、既に上述したように冷却管の上下方向の位置調整と、前記冷却管の水平方向の位置調整とを個別に調整可能という同様の作用効果を享受することができる。

以上のように本発明によれば、ノズルから引き出される溶融状態のガラス繊維の温度や引き出し速度など、溶融状態のガラス繊維の製造条件が変化した場合であっても、ノズルから引き出される溶融状態のガラス繊維を冷却管の位置を調整しながら均等に効率よく冷却することができる。したがって、製造されるガラス繊維の断面形状にバラツキが生じることを可及的に低減し、断面形状が所望の扁平形状となるガラス繊維を安定して製造することができる。

本発明の実施形態に係るガラス繊維製造装置を模式的に示す正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２のＸ領域を拡大して示す拡大図である。 図３に示すノズルのＢ−Ｂ断面図である。 ノズルと冷却管の位置関係を説明するための図である。 本発明の他の実施形態に係るノズルと冷却管の周辺部を示す拡大断面図である。 図６に示すノズルのＢ−Ｂ断面図である。 ノズルと冷却管の位置関係を説明するための図である。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係るガラス繊維製造装置を模式的に示す正面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。これら各図に示すように、このガラス繊維製造装置１は、ガラス繊維２となる溶融ガラスが貯溜されている溶融ガラス貯溜槽３と、この溶融ガラス貯溜槽３の矩形状をなす底面に縦横に亘って配列された複数（例えば、縦８列、横５０行の行列配置した計４００本）のノズル４と、各々のノズル４から引き出された溶融状態のガラス繊維２を冷却する冷却管５と、各々の冷却管５を移動可能に支持する位置調整手段６とを備えている。なお、図中において、７は冷却管５に接続される配水管、８は冷却管５を補強するための補強部材を示している。また、後述する図３および図５では、当該補強部材８は便宜上省略している。

ノズル４は、図３および図４に示すように、扁平状のノズル孔４ａを有すると共に、溶融状態のガラス繊維２が流出する先端部の一部が切り欠かれていることにより上下方向の長さが短縮された短縮壁部４ｂを有している。この短縮壁部４ｂは、図４に示すように、ノズル孔４ａの長軸Ｌを境界とした半周分の領域、又は、当該領域を含む半周分以上の領域に亘って設けられる。また、ノズル４の先端部における短縮壁部４ｂ以外の部分は、ノズル孔４ａの周縁一部領域に沿った内周面を有する先端壁部４ｃになっている。そして、このように構成されたノズル４は、図５に示すように、ノズル孔４ａの長軸Ｌが溶融ガラス貯溜槽３の底面の横方向（長辺方向）と平行になるように、溶融ガラス貯溜槽３の底面に配列されている。さらに、この状態で、縦方向に隣接するノズル４は、２列毎に短縮壁部４ｂが設けられていない側の面（先端壁部４ｃ側の面）が互いに対向するように配列されている。

冷却管５は、図５に示すように、ノズル４の短縮壁部４ｂが設けられた側に、溶融ガラス貯溜槽３の底面の横方向と平行に、溶融ガラス貯溜槽３の底面の縦方向（短辺方向）に並列に配置されている。詳述すると、図３に示すように、冷却管５は、ノズル４の短縮壁部４ｂの側方に位置するように配置されている。そして、このように配置された冷却管５の内部には、図１に矢印Ｗで示す方向に冷却水（例えば、工業用水、リサイクル水、防腐剤添加水など）９が流通されるようになっている。

位置調整手段６は、図１および図２に示すように、冷却管５の両端部にそれぞれ配置されており、冷却管５を上下方向および水平方向に移動可能に支持している。詳述すると、この位置調整手段６は、冷却管５の補強部材８に連結された連結部材１０と、連結部材１０の上下方向位置を調整する第１のダイアルナット１１と、連結部材１０の水平方向位置を調整するための第２のダイアルナット１２と、第１のダイアルナット１１による連結部材１０の移動量を測定するための上下方向ゲージ１３と、第２のダイアルナット１２による連結部材１０の移動量を測定するための水平方向ゲージ１４とを備えている。そして、各ダイアルナット１１，１２の回転量により連結部材１０の移動量を調整することで、冷却管５の位置調整が行われるようになっている。なお、本実施形態では、複数の冷却管５の端部が共通の位置調整手段６によって支持されているが、勿論、各々の冷却管５の端部が別々の位置調整手段６によって支持されていてもよい。

次に、以上のように構成されたガラス繊維製造装置１によるガラス繊維の製造方法について説明する。

まず、各々のノズル４と、冷却管５との距離が一定になるように、位置調整手段６により冷却管５の位置を調整する。調整後、溶融ガラス貯溜槽３の底面に設けられた複数のノズル４から溶融状態のガラス繊維２を下方に引き出し、冷却管５により冷却する（冷却工程）。その後、冷却されたガラス繊維２は、図外の巻き取り機によって巻き取られる。

このとき、各々のノズル４から引き出された溶融状態のガラス繊維２は、冷却管５の内部を流通する冷却水９の作用により直ちに冷却される。したがって、ノズル４から引き出された溶融状態のガラス繊維２が表面張力によって丸くなって扁平性が失われるという事態を確実に防止することができる。そのため、細い繊維から太い繊維に至るまでの広範囲のガラス繊維２を製造する場合でも、所望の扁平状の断面形状を有するガラス繊維２を容易に製造することができる。

そして、上述のようなガラス繊維２の製造過程で、製造品種の変更や経時的な製造設備の変化などのさまざまな要因によって、ノズル４から引き出された溶融状態のガラス繊維２の温度や、引き出し速度など、ノズル４から引き出される溶融状態のガラス繊維２の製造条件に変化が生じた場合には、位置調整手段６により、冷却管５の位置を再度調整する（調整工程）。なお、例えば、製造されたガラス繊維２の断面形状や大きさを確認して所望の断面形状や大きさになっていない場合や、扁平度や断面積の異なる多品種のガラス繊維２の製造に切り替えた場合に、溶融状態のガラス繊維２の条件が変化したものと判断し、上記の調整工程を実行する。

調整工程では、溶融状態のガラス繊維２の温度や、引き出し速度、ノズル４の周囲温度、ノズル４の外寸法、およびノズル孔４ａの寸法に基づいて冷却管５とノズル４との間の距離を決定し、決定した距離に冷却管５が位置するように調整する。具体的には、上下方向ゲージ１３を見ながら第１のダイアルナット１１，１１をそれぞれ回転させながら、冷却管５の上下方向を適正な位置に調整し、水平方向ゲージ１４を見ながら第２のダイアルナット１２，１２をそれぞれ回転させて冷却管５の水平方向を適正な位置に調整する。このようにしてノズル４に対する冷却管５の位置を設定する。

なお、冷却管５の位置が、ノズル４の短縮壁部４ｂから遠くなりすぎると、溶融状態のガラス繊維２が十分に冷却できず、表面張力によって溶融状態のガラス繊維２が丸みを帯びる。そのため、ガラス繊維２の扁平性が損なわれるか、或いは、断面形状が脈動した状態となり糸切れが多発するといった問題が生じる場合がある。また、これとは逆に、冷却管５の位置が、ノズル４の短縮壁部４ｂに近づきすぎると、溶融状態のガラス繊維２が冷却されすぎて粘性が高くなり、所望の断面形状の大きさまで引き伸ばさなくなるという問題が生じる場合がある。したがって、このような観点からは、図３に示すように、冷却管５のノズル４側の側面から、ノズル４の先端部における先端壁部４ｃの内周面までの水平方向距離Ｄが、２〜２０ｍｍの範囲内となるように調整することが好ましく、２〜１０ｍｍの範囲となるように調整することがより好ましい。また、冷却管５の上下方向位置については、ノズル４の先端部における先端壁部４ｃよりも冷却管５の上端が上方に位置する範囲で調整し、冷却管５でノズル４の短縮壁部４ｂの一部又は全部を側方から覆うようにすることが好ましい。

図６〜図８は、本発明に係る他の実施形態を示している。この実施形態が上述した実施形態と異なる点は、ノズル４の先端部の形状である。すなわち、この実施形態のノズル４は、扁平状のノズル孔４ａを有すると共に、溶融状態のガラス繊維２が流出する先端部に２箇所の短縮壁部４ｂ１、４ｂ２を有している。図７に示すように、短縮壁部４ｂ１、４ｂ２は、ノズル孔４ａの長軸Ｌを境界とした半周分の夫々の領域内に１個ずつ設けられる。この例では、短縮壁部４ｂ１と４ｂ２は同寸法で、ノズル孔４ａの長軸Ｌに対して対称となるように形成されている。また、ノズル４の先端部における短縮壁部４ｂ１、４ｂ２以外の部分は、ノズル孔４ａの周縁一部領域に沿った内周面を有する先端壁部４ｃ１、４ｃ２になっている。この例では、短縮壁部４ｂ１と４ｂ２は同寸法で、ノズル孔４ａの短軸（表示は省略）に対して対称となるように形成されている。そして、このように構成されたノズル４は、図８に示すように、ノズル孔４ａの長軸Ｌが溶融ガラス貯溜槽３の底面の横方向（長辺方向）と平行になるように、溶融ガラス貯溜槽３の底面に配列されている。さらに、この状態で、縦方向に隣接するノズル４は、２列毎に一方のノズル４の短縮壁部４ｂ２と他方のノズル４の短縮壁部４ｂ２が互いに対向するように配列されている。また、上述した理由と同様の理由から、冷却管５のノズル４側の側面から、ノズル４の先端部における短縮壁部４ｂ２の部位でのノズル孔４ａの周縁までの水平方向距離Ｄが、２〜２０ｍｍの範囲内となるように調整することが好ましく、２〜１０ｍｍの範囲となるように調整することがより好ましい。

図８に示すように、冷却管５は、ノズル４の短縮壁部４ｂ１が設けられた側に、溶融ガラス貯溜槽３の底面の横方向と平行に、溶融ガラス貯溜槽３の底面の縦方向（短辺方向）に並列に配置されている。詳述すると、図６に示すように、冷却管５は、ノズル４の短縮壁部４ｂ１の側方に位置するように配置されている。さらに、一方のノズル４の短縮壁部４ｂ２と他方のノズル４の短縮壁部４ｂ２との間にも冷却管５を配置しても良い。

以上のように、本実施形態に係るガラス繊維製造装置１によれば、溶融状態のガラス繊維２の温度や引き出し速度など、溶融状態のガラス繊維の製造条件が変化した場合であっても、位置調整手段６により冷却管５の位置を調整しながら溶融状態のガラス繊維２を均等に効率よく冷却することができる。したがって、製造されるガラス繊維２の断面形状にバラツキが生じることを可及的に低減し、所望の扁平状の断面形状を有するガラス繊維２を安定して製造することが可能となる。

１ ガラス繊維製造装置
２ ガラス繊維
３ 溶融ガラス貯溜槽
４ ノズル
４ａ ノズル孔
４ｂ 短縮壁部
４ｃ 先端壁部
４ｂ１、４ｂ２ 短縮壁部
４ｃ１、４ｃ２ 先端壁部
５ 冷却管
６ 位置調整手段
１０ 連結部材
１１ 第１のダイアルナット
１２ 第２のダイアルナット
１３ 上下方向ゲージ
１４ 水平方向ゲージ

Claims (6)

1. 扁平状のノズル孔を有するノズルをガラス貯溜槽の底面に複数配列し、各々の前記ノズルから溶融状態のガラス繊維を下方に引き出して冷却することで、扁平状の断面形状を有するガラス繊維を製造するガラス繊維製造装置であって、
   内部に冷却液を流通させて溶融状態のガラス繊維を冷却する複数の冷却管を、前記ノズルから引き出される溶融状態のガラス繊維と相対するように前記ノズルの配列方向と平行に並列に配列するとともに、各々の前記冷却管を上下方向に移動可能な状態で支持する位置調整手段を配設したことを特徴とするガラス繊維製造装置。
2. 前記位置調整手段が、各々の前記冷却管を水平方向にも移動可能な状態で支持している請求項１に記載のガラス繊維製造装置。
3. 前記位置調整手段が、前記冷却管の上下方向の位置調整と、前記冷却管の水平方向の位置調整とを個別に調整可能に構成されている請求項２に記載のガラス繊維製造装置。
4. 前記位置調整手段が、前記冷却管の両端部にそれぞれ配設されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス繊維製造装置。
5. 扁平状のノズル孔を有するノズルを溶融ガラス貯溜槽の底面に複数配列し、各々の前記ノズルから溶融状態のガラス繊維を下方に引き出して冷却することで、扁平状の断面形状を有するガラス繊維を製造するガラス繊維製造方法であって、
   複数の冷却管を前記ノズルから引き出される溶融状態のガラス繊維と相対するように前記ノズルの配列方向と平行に並列に配列した状態で、各々の前記冷却管の内部に冷却液を流通させて前記ノズルから引き出された溶融状態のガラス繊維を冷却する冷却工程と、各々の前記冷却管による溶融状態のガラス繊維の冷却位置を上下方向で調整する調整工程とを含むことを特徴とするガラス繊維製造方法。
6. 前記調整工程で、各々の前記冷却管による溶融状態のガラス繊維の冷却位置を水平方向にも調整する請求項５に記載のガラス繊維製造方法。

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