JP2015137198A - ガラス繊維製造用ブッシング - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス繊維製造用のブッシングについて、使用過程で生じることがあるノズルの磨耗損傷を抑制することができるものを提供する。
【解決手段】本発明は、ベースプレートと、溶融ガラスを吐出するノズルとを備え、前記ノズルが前記ペースプレート上に複数整列配置されノズル列を形成するガラス繊維製造用のブッシングにおいて、前記整列配置されたノズルの最外層のノズル列に沿って、前記ベースプレート表面から突出する防風壁が設置されていることを特徴とするガラス繊維製造用のブッシングである。防風壁の寸法は、外気によるノズルの冷却作用を考慮しつつ調整することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、溶融ガラスからガラス繊維を製造するためのブッシングに関する。また、このガラス繊維製造用ブッシングを使用したガラス繊維の製造方法に関する。

ガラス繊維は、ガラス原料（カレット）を高温加熱した溶融ガラスを清澄・均質化して得られたガラス素地をブッシングに供給して製造される。このガラス繊維製造用のブッシングは、底面にブッシングプレートを備えた箱型容器である。ブッシングプレートは、ベースプレートの底面に、多数のノズルを整列配置して取り付けたものであり、このノズルからガラス素地が繊維状となって吐出される。ノズルから吐出されたガラス繊維は冷却されつつ巻き取られる。このブッシングを使用したガラス繊維の製造工程の例としては、特許文献１がある。

溶融状態にあるガラス素地は１５００℃以上の高温であり、ガラス素地がノズルから吐出される際の速度は毎分数千ｍであることから、ブッシングプレートの使用環境は相当に苛酷なものである。更に、製品としてのガラス繊維にはわずかな不純物の混入も許されていない。これらから、ブッシングプレートはガラス素地を汚染することがないように、高い安定性及び強度を有する材料の適用が求められる。そして、この点を考慮してブッシングプレートの構成材料としては、白金、白金合金等の貴金属材料が用いられている。貴金属及びその合金は、化学的安定性、高温強度に優れ、特に高温クリープ特性が良好であり、ガラス製造装置のような高温下で応力負荷を受ける構造体の構成材料として適格である。

特表２００１−５１３４７８号公報

これまで、ガラス製造装置の構造材料である白金系材料に関しては、数多くの検討がなされており、それらはガラス製造用ブッシングプレートについてもフィードバックされている。従って、上記のような過酷な使用環境下にあっても十分な使用期間を確保した設計がなされてきた。しかし、本発明者等によれば、こうしたガラス製造用ブッシングプレートにおいて想定外の損傷例があることが確認されている。

特に、ブッシングプレートの損傷例としては、整列配置されたノズルの最外層となるノズル列について、ノズル先端部に磨耗によるものと思われる損傷が確認されている。このようなノズルの損傷は、たとえそれが一部のノズルで生じたものであっても、ガラス繊維の安定的製造に支障をきたすこととなる。

そこで本発明は、ガラス繊維製造用ブッシングプレートについて、上述のようなノズルの損傷を抑制することができるものを提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明者等は、まず上述のノズル損傷の要因について検討を行った。ノズルの磨耗の要因として第一に考えられるのは、白金の揮発による磨耗である。上記の通り、ブッシングプレートに供給されるガラス素地は１５００℃以上の高温である。かかる高温下において生じる白金、白金合金における白金の揮発損失に関しては、ガラス製造分野においても従来から知られている。ただ、白金の揮発損失がノズル損傷の要因であるとしても、それのみでは最外層のノズル列が選択的に損傷することには繋がらないはずである。そこで、本発明者等は、更なる考察を行った結果、ブッシングプレート周辺の空気の流れ（気流）が最外層のノズル列の磨耗を加速させていると推察した。上述したように、ノズルからの繊維状ガラスの吐出速度は毎分数千ｍであり、かかる高速で高温のガラス繊維が吐出するブッシングプレートの周囲にはガラス吐出方向に沿った高速の気流が発生している。そして、この気流の影響を最も受けるのが最外層のノズルの先端部であり、この部位で気流によって白金の揮発損失が加速され磨耗が生じていると考えられる（図１（ａ））。

本発明者等は、上記の考察をもとに、整列配置されたノズルのうち最外層のノズル列を気流から保護することでノズルの磨耗を抑制することができるとして本発明に想到した（図１（ｂ））。

即ち、本発明は、ベースプレートと、溶融ガラスを吐出するノズルとを備え、前記ノズルが前記ペースプレート上に複数整列配置されノズル列を形成するガラス繊維製造用のブッシングプレートにおいて、前記整列配置されたノズルの最外層のノズル列に沿って、前記ベースプレート表面から突出する防風壁が設置されていることを特徴とするガラス繊維製造用のブッシングプレートである。

上記の通り、本発明に係るガラス繊維製造用のブッシングプレートは、整列配置されたノズルの最外層のノズルについて気流から保護するための防風壁を設置するものである。よって、他の構成（ベースプレート、ノズル本体）については基本的には従来のブッシングプレートと同様である。

ベースプレートは、溶融状態のガラス素地を停留させる部材であり、板状又は曲げ加工により箱形状を有するものである。ベースプレートは、ノズルとの接続位置に貫通孔を備える。ベースプレートの材質は、白金又は白金合金からなり、好ましくは、白金、白金−ロジウム合金（ロジウム濃度：５〜２０ｗｔ％）の他、強度向上の目的で分散型強化白金合金、分散型強化白金−ロジウム合金が適用される。

ノズルは、円筒形の筒体であり、ベースプレートの底面に複数整列配置されて接合されている。ガラス繊維製造用のブッシングプレートにおけるノズルの設置本数は特に制限されるものではないが、通常、２００〜８０００個のノズルを備えるものが多い。ノズルの形状についても、特に限定はなく、ストレートな直管でもよく、先細りのテーパー状の筒体でも良い。ノズルの材質についても、白金又は上記した白金合金が適用される。

そして、本発明では、ベースプレート上に最外層のノズル列に沿って設置された防風壁を備える。防風壁は、気流による空気の衝撃から最外層のノズルを保護するためのものである。ここで、防風壁の高さについては、好ましくは、最外層のノズルの高さに対して０．１ｍｍ〜２０．０ｍｍ高いものが好ましい。気流からノズルを保護する観点から、防風壁の高さはノズルよりも高いものが好ましい。一方、ブッシングプレート周りの空気は、ノズル全体を冷却するための冷媒として作用するものであり、ノズルの設置領域に空気が全く侵入しないと、ノズルの過熱による損傷が懸念される。防風壁の高さが高すぎると、このような状態になることが考えられることから防風壁の高さについては、上記のように制限するのが好ましい。

防風壁の形状としては、ノズル列を全面的に覆うものを設置しても良い。但し、上記したノズル全体に冷媒となる空気を送り込むことを考慮すると、ノズルとノズルとの間隙に対応する部位に切欠きを設けた防風壁が好ましい。切り欠きを適宜に配することで、気流によるノズル損傷を抑制しつつ、ノズルの設置領域に空気を侵入させることができる。このような切り欠きを設けて防風壁を分断する場合、個々の防風壁の幅はノズルの幅に対して、略同幅〜プラス５．０ｍｍ幅を確保するのが好ましい。切り欠きの形状は、矩形、楔形いずれでも良い。

また、防風壁は一体的な板材で形成されたものでも良いが、複数の部材で構成しても良い。例えば、ノズル列に沿ってベースプレートに接合される薄い板状のベース材に、防風板をノズル位置に対応する箇所に順次接合した２ピース構成の防風壁が適用できる。このような複数部材で構成することで、例えば、一部の防風板が気流により磨耗・損傷した場合等において、部分的な補修が可能となる。

尚、防風壁の設置位置については、防風壁のノズル側端面と最外層のノズルの中心線との間隔で、１ｍｍ〜５０ｍｍとするのが好ましい。距離が近すぎるとノズルに干渉してしまい、遠すぎると防風効果を発揮せずノズルの損傷抑制ができないからである。また、防風壁の厚さは０．１ｍｍ〜１０ｍｍとするのが好ましい。薄すぎると容易に損傷し防風壁としての効果を有しない一方、厚過ぎるとブッシングプレート全体の重量増の要因となる。

防風壁の材質は、ベースプレート及びノズルと同様に、白金又は白金合金で構成するのが好ましい。防風壁も高温環境に曝されることからである。防風壁とベースプレートとの接合は、溶接によるのが好ましい。

以上説明したように、本発明に係るガラス繊維製造用のブッシングプレートは、従来のブッシングプレートに防風壁を設置するものであり、これにより従来生じていた最外層のノズルの磨耗・損傷を抑制することができる。これにより、ガラス製造装置の使用期間を延長することができ、安定的なガラス繊維の製造を行うことができる。

気流による最外層のノズル先端の磨耗状態を説明する図。 本実施形態に係るガラス繊維製造用ブッシングプレートの外観。 本実施形態における防風壁の構成を説明する図。 本実施形態に係るガラス繊維製造用ブッシングプレートの防風壁付近の断面図。 防風壁の他の構成を説明する図。 防風壁について断面形状の他の形態を説明する図。

以下、本発明の実施形態について説明する。図２は、本実施形態に係るガラス繊維製造用のブッシングプレート１００を概略図示するものである。図２において、ガラス繊維製造用ブッシングプレートは、ベースプレート１０と、その底面に整列配置された複数のノズル２０を備える。

ベースプレート１０は、白金製の板材（厚さ１．５ｍｍ）を曲げ加工して成形されたものであり、中央に凸部を設けつつ端部を折曲げ加工したものである（底面寸法：４４４ｍｍ×１２０ｍｍ）。中央に凸部を形成するのは、上方から流入する溶融ガラス素地の整流のためである。

ノズル２０は、厚さ０．３５ｍｍで１．６５ｍｍ（内径）×２．９４ｍｍ（上端部外径）×２．３５ｍｍ（下端部外径）のテーパー状の円筒体であり、白金製である。ノズル２０は、ベースプレート１０に対して６．４ｍｍ間隔で６０個×２４個で合計１４４０個取り付けられている。ノズル２０のベースプレート１０への取り付けは、ベースプレート１０のノズル取り付け箇所に予め２．８１ｍｍの孔を穿孔し、ここにノズル２０を貫入、拡管して密着固定した。

そして、このガラス繊維製造用ブッシングプレート１００は、上記のように整列配置されたノズル郡の最外層のノズル列に沿って防風壁３０を備える。図３は、この防風壁３０の外観を示す。本実施形態の防風壁３０は、ベースプレートに接合される厚さ１．５ｍｍの平板棒状のベース部材３１と、ノズル設置位置に対応する位置上に設置される複数の防風板３２（厚さ１．０ｍｍ、高さ５．０ｍｍ）との組合せで構成される。防風壁の材質は、両部材共に白金製である。防風壁は、予めベース部材３１に防風板３２を順次溶接したものを製作し、これをベースプレートに溶接した。このとき、防風部材の壁面（ノズル側）とノズルとの間隔は６．４ｍｍとした。この防風壁３０を設置したガラス繊維製造用ブッシングプレートの断面図を図４に示す。

尚、防風壁３０の形態としては、図３のように、複数の防風板を共通する一本のベース材に接合したものの他、ノズルに対応して分断されたベース部材を用意し個々に防風壁を形成しても良い（図５）。また、防風壁の断面形状に関しても、図４のように防風面が垂直なものの他、防風面が傾斜したものや、鍵字状のものを適用できる（図６）。防風壁は、ブッシング外周からの気流がノズル列に接触するのを抑制すること目的とするものであり、断面形状に制限はない、図６以外にも円柱状の防風壁でも良い。

本実施形態に係るガラス繊維製造用ブッシングプレートを用いたガラス繊維の製造例としては、まず、上記のブッシングプレートにターミナル及び箱型のサイドフランジを接合して箱型容器であるブッシングを構成する。このブッシングをガラス製造装置に組み込む。ガラス製造装置は、目的組成に調合されたガラス原料の溶解槽、溶融ガラスの清澄槽、清澄された溶融ガラスを攪拌して均質化する攪拌槽を備え、これらの下流側にブッシングが設置される。ブッシングから吐出されるガラス繊維は適宜に巻き取られる。

ここで、図２で示した本実施形態に係るガラス繊維製造用ブッシングプレートを備えるガラス製造装置により、ガラス繊維製造を１年間行った。この間、ブッシングプレートに顕著な異常は見られなかった。そして、１年間の装置稼動後、装置をシャットダウンしてブッシングプレートのノズルを検査したところ、全部のノズルにおいて磨耗は見られなかった。

本発明に係るガラス繊維製造用のブッシングプレートは、防風壁を設置したことにより、底面に備えたノズル群の磨耗損傷を抑制するものである。本発明によれば、ガラス製造装置について長期の稼動期間における安定的運用を可能とすることができ、良質なガラス繊維を効率的に製造することができる。

Claims (4)

1. ベースプレートと、溶融ガラスを吐出するノズルとを備え、前記ノズルが前記ペースプレート上に複数整列配置されノズル列を形成するガラス繊維製造用のブッシングにおいて、
   前記整列配置されたノズルの最外層のノズル列に沿って、前記ベースプレート表面から突出する防風壁が設置されていることを特徴とするガラス繊維製造用のブッシング。
2. 防風壁は、その高さがノズル高さに対して０．１ｍｍ〜２０．０ｍｍ高いものとなっている請求項１記載のガラス繊維製造用のブッシング。
3. 防風壁は、ノズル列のノズルとノズルとの間隙に対応する部位に切欠きを有する請求項１又は請求項２記載のガラス繊維製造用のブッシング。
4. 防風壁端面と最外層のノズル列のノズル中心の間隔は、１ｍｍ〜５０ｍｍである請求項１〜請求項３のいずれかに記載のガラス繊維製造用のブッシング。