JP2021001111A - ガラス繊維集合体 - Google Patents

Abstract

【課題】異形断面ガラス繊維の製造技術の改良に関するもので、ノズルの熱変形を抑えつつ成形時の溶融ガラスの粘度を適正に調整し、安定的に成形した異形断面ガラス繊維集合体を提供する。【解決手段】複数本のガラス繊維Ｇｍからなるガラス繊維集合体Ｇｓであって、ガラス繊維Ｇｍは、断面が扁平形状をなす異形断面を有し、断面の扁平比のばらつきσを扁平比の平均値で割った値の百分率は１５％以下である。異形断面ガラス繊維製造用ノズル５は、溶融ガラスＧが流出する先端部において、扁平状のノズル孔と、ノズル孔の短径方向で対向する一対の第１の壁部と、ノズル孔の長径方向で対向する一対の第２の壁部と、を備え、一対の第１の壁部のそれぞれは、先端側に向かうに連れて長径方向の開口幅が漸次拡大する凹状の切欠き部を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、異形断面ガラス繊維の製造技術の改良に関するものである。

断面が長円形や楕円形のような扁平形状などの非円形断面を有する異形断面ガラス繊維は、樹脂と混合して複合化した場合に高い補強効果を実現できることから、さまざまな分野で利用されている。

この種の異形断面ガラス繊維は、ノズルから溶融ガラスを引き出しながら冷却することにより製造されるのが一般的である。この際、ノズル先端部のノズル孔の形状が製造されるガラス繊維の断面形状の基礎を形作ることから、異形断面ガラス繊維の製造する場合、ノズル先端部においてノズル孔が扁平状とされることが多い。

しかしながら、扁平状のノズル孔を有するノズルを使用したとしても、ノズルから引き出される溶融ガラスの粘度が低すぎれば、ノズル先端部の直下で表面張力により溶融ガラスの断面が丸くなるように形成されやすく、所期の異形断面ガラス繊維を製造することができなくなる。

そこで、例えば、特許文献１の図１８〜２０に開示のノズルでは、溶融ガラスが流出するノズル先端部において、扁平状のノズル孔の短径方向で対向する一対の長壁部のそれぞれに凹状の切欠き部を設け、この凹状の切欠き部により冷却して溶融ガラスの粘度を調整している。

特許第３３６９６７４号公報

ところで、特許文献１の図１８〜２０に開示の切欠き部は、基端側（溶融ガラスの流入側）の開口幅と先端側（溶融ガラスの流出側）の開口幅が実質的に同じ矩形状である。そのため、切欠き部を設けたノズル先端部の強度が必然的に弱くなる。特に、矩形状の切欠き部の開口面積を大きくするために、長壁部の略全域に矩形状の切欠き部を設けた場合、切欠き部を除くノズル先端部の残余部が、実質的にノズル孔の長径側で対向する一対の短壁部のみになるため、ノズル先端部の強度低下はより顕著になる。

しかしながら、ノズルの内部には高温の溶融ガラスが流通するとともに周辺温度も高いため、上述のようにノズル先端部の強度が低いと、短壁部が外側に広がるなどの熱変形が生じるおそれがある。この場合、ノズル先端部におけるノズル孔の形状変形を伴うことから、成形されるガラス繊維の形状にばらつきが大きくなり、安定的な成形が難しくなる。

以上の実情に鑑み、本発明は、ノズルの熱変形を抑えつつ成形時の溶融ガラスの粘度を適正に調整し、異形断面ガラス繊維を安定的に成形することを課題とする。

上記課題を解決するために創案された本発明に係る異形断面ガラス繊維製造用ノズルは、溶融ガラスが流出する先端部において、扁平状のノズル孔と、ノズル孔の短径方向で対向する一対の第１の壁部と、ノズル孔の長径方向で対向する一対の第２の壁部と、を備えた異形断面ガラス繊維製造用ノズルであって、一対の第１の壁部のそれぞれは、先端側に向かうに連れて長径方向の開口幅が漸次拡大する凹状の切欠き部を有することを特徴とする。

このような構成によれば、切欠き部の開口幅が先端側に向かうに連れて漸次拡大するため、ノズル先端部において、切欠き部を除く第１の壁部の残余部の基端側面積はその先端側面積よりも大きくなる。その結果、基端側における第１の壁部の強度が十分確保され、切欠き部を設けたノズル先端部が熱変形しにくくなる。そして、このようにノズル強度を確保した状態で、先端側の切欠き部の開口幅は大きくなるので、切欠き部の開口面積も十分に確保できる。そのため、両側の切欠き部を通じて溶融ガラスを十分に冷却することができる。その結果、ノズル先端部における溶融ガラスの粘度が高くなり、ノズルから引き出される溶融ガラスの断面が表面張力によって丸まりにくくなる。したがって、上記構成を備えたノズルによって異形断面ガラス繊維を製造すれば、扁平形状などの非円形断面を有する異形断面ガラス繊維を安定的に成形することが可能となる。特に、一対の第１の壁部のそれぞれに切欠き部を有するため、ばらつきが少ない異形断面ガラス繊維を得ることができる。

上記の構成において、切欠き部は、第１の壁部のうち、長径方向の中央部のみに形成されていることが好ましい。このようにすれば、第１の壁部の長径方向の両端部には切欠き部が形成されない。そのため、第１の壁部の先端側の強度も確保しやすくなり、ノズルの熱変形をより確実に防止することができる。

上記の構成において、切欠き部が、三角形状、台形状、および弦と弧からなる弓形状の中から選択された１つの形状であってもよい。特に、台形状や半円形などの弓形状が、切欠き部に鋭角部が形成されないため好ましい。

上記課題を解決するために創案された本発明に係る異形断面ガラス繊維製造装置は、上記の構成を適宜備えたノズルが底部に複数設けられたブッシングを備えていることを特徴とする。このような構成によれば、既に述べた対応する構成と同様の効果を享受することができる。

上記の構成において、ノズルの切欠き部に対向するように、冷却手段が配置されていることが好ましい。このようにすれば、切欠き部を通じて溶融ガラスをより効率的に冷却することができる。

上記の構成において、長径方向を同一方向に向けた複数のノズルを長径方向に延びる同一直線上に配置してなるノズル列が、平行に複数列配置されるとともに、冷却手段が、隣接するノズル列の間に、ノズル列と平行に配置されていてもよい。このようにすれば、冷却手段の数を減らしつつ、ブッシングにノズルを密に配置できるため、異形断面ガラス繊維を効率よく製造することができる。

上記課題を解決するために創案された本発明に係る異形断面ガラス繊維製造方法は、扁平状のノズル孔と、ノズル孔の短径方向で対向する一対の第１の壁部と、ノズル孔の長径方向で対向する一対の第２の壁部と、を備えたノズルを用いて異形断面ガラス繊維を製造する異形断面ガラス繊維製造方法であって、ノズルは、一対の第１の壁部のそれぞれに、先端側に向かうに連れて長径方向の開口幅が漸次拡大する凹状の切欠き部を有することを特徴とする。このような構成によれば、既に述べた対応する構成と同様の効果を享受することができる。

上記の構成において、溶融ガラスはＥガラスであってもよい。このようにすれば、Ｅガラスは失透しにくいガラスであるため、異形断面ガラス繊維の生産性が向上するという利
点がある。

上記の構成において、成形温度において、溶融ガラスは、１０^２．０〜１０^３．５ｄＰａ・ｓの粘度を有することが好ましい。すなわち、１０^３．５ｄＰａ・ｓ以下であれば、溶融ガラスの粘度が高くなりすぎないため、ガラス繊維の成形性を良好に維持することができる。また、１０^２．０ｄＰａ・ｓ以上であれば、溶融ガラスの粘度が低くなりすぎないため、溶融ガラスが表面表力によって円形断面に戻ろうとする力が弱められ、ガラス繊維の扁平比（長径寸法／短径寸法）を高めることができる。

以上の本発明によれば、ノズルの熱変形を抑えつつ成形時の溶融ガラスの粘度を適正に調整し、異形断面ガラス繊維を安定的に成形することができる。

本発明の一実施形態に係る異形断面ガラス繊維製造装置を示す断面図である。 図１のノズル周辺を拡大して示す断面図である。 図１のノズル周辺を拡大して示す底面図である。 本発明の第１の実施形態に係るノズルを示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１−Ａ１断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ１−Ｂ１断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ１−Ｃ１断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るノズルを示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ２−Ａ２断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ２−Ｂ２断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ２−Ｃ２断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るノズルを示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ３−Ａ３断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ３−Ｂ３断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ３−Ｃ３断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るノズルを示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ４−Ａ４断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ４−Ｂ４断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ４−Ｃ４断面図である。 本発明の第５の実施形態に係るノズルを示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ５−Ａ５断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ５−Ｂ５断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ５−Ｃ５断面図である。 本発明の第６の実施形態に係るノズルを示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ６−Ａ６断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ６−Ｂ６断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ６−Ｃ６断面図である。 本発明の第７の実施形態に係るノズルを示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）のＡ７−Ａ７断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ７−Ｂ７断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ７−Ｃ７断面図である。 本発明の第８の実施形態に係るノズルを示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）のＡ８−Ａ８断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ８−Ｂ８断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ８−Ｃ８断面図である。 本発明の第９の実施形態に係るノズルを示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）のＡ９−Ａ９断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ９−Ｂ９断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ９−Ｃ９断面図である。 本発明の第１０の実施形態に係る異形断面ガラス繊維製造用ノズルを示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１０−Ａ１０断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ１０−Ｂ１０断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ１０−Ｃ１０断面図である。 本発明の第１１の実施形態に係る異形断面ガラス繊維製造用ノズルを示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１１−Ａ１１断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ１１−Ｂ１１断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ１１−Ｃ１１断面図である。 本発明の第１２の実施形態に係る異形断面ガラス繊維製造用ノズルを示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１２−Ａ１２断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ１２−Ｂ１２断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ１２−Ｃ１２断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、異形断面ガラス繊維の一例を模式的に示す断面図である。 比較例１に係るノズルを示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１３−Ａ１３断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ１３−Ｂ１３断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ１３−Ｃ１３断面図である。 比較例２に係るノズルを示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１４−Ａ１４断面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面に基づいて説明する。

（異形断面ガラス繊維の製造装置及び製造方法の一実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係る異形断面ガラス繊維製造装置は、ガラス溶融炉１と、ガラス溶融炉１に接続されたフォアハース２と、フォアハース２に接続されたフィーダー３とを備えている。ここで、図１に示すＸＹＺからなる直交座標系において、Ｘ方向及びＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向が鉛直方向である（以下、同様）。

溶融ガラスＧは、ガラス溶融炉１からフォアハース２を通じてフィーダー３に供給されると共に、フィーダー３内に貯留される。図１では１つのフィーダー３を図示しているが、ガラス溶融炉１には複数のフィーダー３が接続されていてもよい。

この実施形態では、溶融ガラスＧはＥガラスからなるが、Ｄガラス、Ｓガラス、ＡＲガラス、Ｃガラス等の他のガラス材質であってもよい。

フィーダー３の底部は、ブッシング４によって構成されている。ブッシング４は、ブッシングブロック等を介してフィーダー３に取り付けつけられている。ブッシング４の底部には、複数のノズル５が設けられている。各ノズル５の近傍には冷却手段としての冷却管６が設けられている。

ブッシング４に設けられた複数のノズル５からフィーダー３内に貯留された溶融ガラスＧが下方に引き出され、ガラス繊維（モノフィラメント）Ｇｍが製造される。この際、成形温度における溶融ガラスＧの粘度は、１０^２．０〜１０^３．５ｄＰａ・ｓ（好ましくは１０^２．５〜１０^３．３ｄＰａ・ｓ）の範囲内に設定される。なお、成形温度における溶融ガラスＧの粘度は、ノズル５に流入する位置における溶融ガラスＧの粘度とする。ガラス繊維Ｇｍの表面には、図示しないアプリケータにより集束剤が塗布されるとともに、１００〜１００００本が１本のストランドＧｓに紡糸される。紡糸されたストランドＧｓは、巻き取り装置のボビン７に繊維束Ｇｒとして巻き取られる。ストランドＧｓは、例えば、１〜２０ｍｍ程度の所定長に切断され、チョップドストランドとして利用される。

ガラス溶融炉１、フォアハース２、フィーダー３、ブッシング４、ノズル５及び冷却管６は、少なくとも一部が白金又は白金合金（例えば、白金ロジウム合金）により形成されている。

溶融ガラスＧの粘度を調整するために、フォアハース２、フィーダー３およびブッシング４の中から選ばれた一又は複数の要素を通電加熱などで加熱してもよい。

図２及び図３に示すように、ノズル５は、先端部（下側部分）において、Ｘ方向で対向する一対の長壁部（第１の壁部）５１と、Ｙ方向で対向する一対の短壁部（第２の壁部）５２と、長壁部５１と短壁部５２で区画形成された扁平状のノズル孔５３とを備えている。各々の長壁部５１には切欠き部５４が設けられており、ノズル孔５３の一部が切欠き部５４を通じてノズル５の外部空間に連通している。この実施形態では、ノズル孔５３の長径方向はＹ方向と一致しており、ノズル孔５３の短径方向はＸ方向と一致している。また、この実施形態では、短壁部５２のＸ方向寸法は長壁部５１のＹ方向寸法よりも短い。もちろん、壁部５１，５２のこれら寸法関係は特に限定されるものではない。

冷却管６は、その内部に流体としての冷却水Ｆを循環させて冷却作用を及ぼすようになっている。冷却管６は、板状体であって、その板面が上下方向に沿うように配置されている。なお、冷却管６は、この実施形態では、ブッシング４の底部に一体的に設けられているが、ブッシング４の底部から離して設けてもよい。また、冷却管６は、円管状体であってもよい。冷却管６の高さ位置は、溶融ガラスＧの冷却条件に応じて適宜調整することができる。例えば、冷却管６は、ノズル５から引き出された溶融ガラスＧに直接対面しないようにノズル５の先端よりも上方に配置されていてもよいし、ノズル５とノズル５から引き出された溶融ガラスＧの双方に跨るように配置されていてもよい。冷却手段は、冷却管６に限らず、空気流を誘導して冷却作用を及ぼす冷却フィンなどであってもよい。冷却手段は、必須の構成ではなく省略してもよい。

この実施形態では、図３に示すように、ブッシング４の底部において、複数のノズル列ＬがＸ方向に間隔を置いて平行に配置されている。各ノズル列Ｌは、ノズル孔５３の長径方向をＹ方向に向けた複数のノズル５をＹ方向に延びる同一直線上に配置することで構成される。冷却管６は、Ｘ方向に隣接するノズル列Ｌの間に、ノズル列Ｌと平行に配置されている。これにより、冷却管６がノズル５の切欠き部５４に対向し、切欠き部５４を通じてノズル５内を流通する溶融ガラスＧが冷却されるようになっている。具体的には、ノズル５の先端部において、溶融ガラスＧは冷却管６によって１０００℃以上の温度から急激に冷却される。なお、冷却管６は、ブッシング４やノズル５を冷却し、これらの熱劣化を抑えて耐久性を高める機能もある。

（ノズルの第１の実施形態）
図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、ノズル５の各々の長壁部５１に設けられた切欠き部５４は、先端側に向かうに連れてＹ方向の開口幅Ｗが漸次拡大する。この実施形態では、各々の長壁部５１，５１に設けられた切欠き部５４，５４は、同一寸法の三角形状であり、かつ、長壁部５１のうちＹ方向の両端部を除く中央部のみに形成されている。詳細には、切欠き部５４は、長壁部５１の中心線Ｍ１上に頂点Ｔ１を有し、かつ、中心線Ｍ１に対して対称な二等辺三角形状（正三角形状を含む）である。頂角θ１は、例えば４０〜１５０°（好ましくは６０〜１２０°）である。また、この実施形態では、ノズル孔５３は、扁平な長円形（又は楕円）であり、Ｚ方向で一定の形状である。図４（ｄ）に示すように、ノズル５の先端部において、ノズル孔５３は、Ｙ方向寸法（長径寸法）ａに対するＸ方向寸法（短径寸法）ｂの比率（ａ／ｂ）が１．５〜２０（好ましくは３〜１０）の範囲である。

このような構成によれば、ノズル５の切欠き部５４に起因する形状変形を抑えつつ、切欠き部５４の開口面積も十分に確保できる。したがって、扁平形状などの非円形断面を有する異形断面を有するガラス繊維Ｇｍを安定的に成形可能となる。換言すれば、製造されたガラス繊維Ｇｍの断面形状のばらつきが小さくなる。

ノズル５は、先端部において長壁部５１と短壁部５２によって区画形成された扁平状のノズル孔５３を有していれば、基端部（上側部分）の形状は先端部の形状と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

ノズル５の切欠き部５４の形状は種々変形可能である。以下、その変形例を説明する。

（ノズルの第２の実施形態）
図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、各々の長壁部５１，５１に設けられた切欠き部５４，５４は、同一寸法の三角形状であり、かつ、長壁部５１の基端側ではＹ方向の一部領域に形成されるとともに、長壁部５１の先端側ではＹ方向の全領域に形成されていてもよい。詳細には、この実施形態では、切欠き部５４は、長壁部５１の中心線Ｍ２上に頂点Ｔ２を有し、かつ、中心線Ｍ２に対して対称な二等辺三角形状である。頂角θ２は、例えば９０〜１６５°（好ましくは１００〜１５０°）である。なお、この実施形態では、ノズル孔５３は扁平な長円形であり、Ｚ方向で一定の形状である。

（ノズルの第３の実施形態）
図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、各々の長壁部５１，５１に設けられた切欠き部５４，５４は、同一寸法の弓形状であり、かつ、長壁部５１のうちＹ方向の両端部を除く中央部のみに形成されていてもよい。詳細には、この実施形態では、切欠き部５４は、長壁部５１の中心線Ｍ３上に頂点Ｔ３を有し、かつ、中心線Ｍ３に対して対称な半円形状（弦の長さが直径となる弓形状）である。曲率半径Ｒ３は、例えば０．５〜５ｍｍ未満（好ましくは２〜４ｍｍ）である。なお、切欠き部５４は、弦の長さが円の直径未満となる弓形状であってもよいし、円弧ではない凹状の曲線であってもよい。また、この実施形態では、ノズル孔５３は扁平な長円形であり、Ｚ方向で一定の形状である。

（ノズルの第４の実施形態）
図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、各々の長壁部５１，５１に設けられた切欠き部５４，５４は、同一寸法の弓形状であり、かつ、長壁部５１の基端側ではＹ方向の一部領域に形成されるとともに、長壁部５１の先端側ではＹ方向の全領域に形成されていてもよい。詳細には、この実施形態では、切欠き部５４は、長壁部５１の中心線Ｍ４上に頂点Ｔ４を有し、かつ、中心線Ｍ４に対して対称で弦の長さが円の直径未満となる弓形状である。曲率半径Ｒ４は、例えば５〜２０ｍｍ（好ましくは５〜１０ｍｍ）である。なお、切欠き部５４は、半円形状であってもよいし、円弧ではない凹状の曲線であってもよい。また、この実施形態では、ノズル孔５３は扁平な長円形であり、Ｚ方向で一定の形状である。

（ノズルの第５の実施形態）
図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、各々の長壁部５１，５１に設けられた切欠き部５４，５４は、同一寸法の台形状であり、かつ、長壁部５１のうちＹ方向の両端部を除く中央部のみに形成されていてもよい。詳細には、この実施形態では、切欠き部５４は、長壁部５１の中心線Ｍ５上に上底の中心点Ｔ５を有し、かつ、中心線Ｍ５に対して対称な等脚台形状（上底が下底よりも短い）である。内角θ５（上底の両側の内角）は、例えば９０°超〜１６０°（好ましくは１１０°〜１５０°）である。なお、この実施形態では、ノズル孔５３は扁平な長円形であり、Ｚ方向で一定の形状である。

（ノズルの第６の実施形態）
図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、各々の長壁部５１，５１に設けられた切欠き部５４，５４は、同一寸法の台形状であり、かつ、長壁部５１の基端側ではＹ方向の一部領域に形成されるとともに、長壁部５１の先端側ではＹ方向の全領域に形成されていてもよい。詳細には、この実施形態では、切欠き部５４は、長壁部５１の中心線Ｍ６上に上底の中心点Ｔ６を有し、かつ、中心線Ｍ６に対して対称な等脚台形状である。内角θ６（上底の両側の内角）は、例えば９０°超〜１６０°（好ましくは１１０°〜１５０°）である。なお、この実施形態では、ノズル孔５３は扁平な長円形であり、Ｚ方向で一定の形状である。

また、ノズル孔５３の形状は種々変形可能である。以下にその変形例となる実施形態を説明する。なお、切欠き部５４の形状は、図４（ａ）に示した三角形状を例にとって説明するが、これに限定されるものではなく、上述した変形例のような切欠き部５４の形状を有するものであってもよい。

（ノズルの第７の実施形態）
図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように、ノズル５の基端部において、ノズル孔５３は、Ｙ方向に細長いスリット部５３ａと、スリット部５３ａの両端部に設けられ、スリット部５３ａよりもＸ方向の寸法が大きい拡大部５３ｂとを有していてもよい。具体的には、この実施形態では、ノズル孔５３は、拡大部５３ｂが円形状をなすダンベル形状である。図１０（ｄ）に示すように、切欠き部５４が形成されるノズル５の先端部において、Ｙ方向の流路面積が実質的に同じになるようにノズル孔５３の形状を変化させてもよい（図示例では長円形）。この場合、図１０（ｂ）及び（ｃ）に示す基端部のノズル孔５３の流路は、図１０（ｄ）に示す先端部のノズル孔５３の流路内に全て含まれるものとする。なお、ノズル５の先端部においても、ノズル孔５３を同一形状のダンベル形状としてもよい。

（ノズルの第８の実施形態）
図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、ノズル５の基端部において、ノズル孔５３は、Ｙ方向の中心から両端部に向かって流路面積が漸次拡大する面積変化部５３ｃを有していてもよい。具体的には、この実施形態では、ノズル孔５３は２つの二等辺三角形のそれぞれの頂点を突き合わせ、かつ、頂角の二等分線を同一直線上（Ｙ方向）に配置した形状である。図１１（ｄ）に示すように、切欠き部５４が形成されるノズル５の先端部において、Ｙ方向の流路面積が実質的に同じになるようにノズル孔５３の形状を変化させてもよい（図示例では矩形状）。この場合、図１１（ｂ）及び（ｃ）に示す基端部のノズル孔５３の流路は、図１１（ｄ）に示す先端部のノズル孔５３の流路内に全て含まれるものとする。

（ノズルの第９の実施形態）
図１２（ａ）〜（ｄ）に示すように、ノズル孔５３は、Ｚ方向で一定の形状となる矩形状であってもよい。

（ノズルの第１０の実施形態）
図１３（ａ）〜（ｄ）に示すように、ノズル５の基端部において、ノズル孔５３は複数のノズル孔５３ｄに分割されていてもよい。詳細には、ノズル孔５３ｄは円形状であり、Ｙ方向の両端部と中心部に間隔を置いて設けられている。図１３（ｄ）に示すように、切欠き部５４が形成されるノズル５の先端部において、分割された複数のノズル孔５３ｄが一つに合流するようにノズル孔５３の形状を変化させてもよい（図示例では長円形）。この場合、図１３（ｂ）及び（ｃ）に示す基端部のノズル孔５３の流路は、図１３（ｄ）に示す先端部のノズル孔５３の流路内に全て含まれるものとする。

（ノズルの第１１の実施形態）
図１４（ａ）〜（ｄ）に示すように、ノズル５の基端部において、ノズル孔５３は、流路面積の大きい大面積部５３ｅと、流路面積の小さい小面積部５３ｆとをＹ方向に交互に有していてもよい。詳細には、この実施形態では、円形状の大面積部５３ｅがＹ方向の両端部と中心部に設けられおり、隣り合う大面積部５３ｅの間に、両側の大面積部５３ｅと接するように円形状の小面積部５３ｆが設けられている。図１４（ｄ）に示すように、切欠き部５４が形成されるノズル５の先端部において、Ｙ方向の流路面積が実質的に同じになるようにノズル孔５３の形状を変化させてもよい（図示例では長円形）。この場合、図１４（ｂ）及び（ｃ）に示す基端部のノズル孔５３の流路は、図１４（ｄ）に示す先端部のノズル孔５３の流路内に全て含まれるものとする。

（ノズルの第１２の実施形態）
図１５（ａ）〜（ｄ）に示すように、ノズル５の基端部において、ノズル孔５３は、Ｙ方向の中心から両端部に向かって流路面積が漸次縮小する面積変化部５３ｇを有していてもよい。具体的には、この実施形態では、ノズル孔５３の形状はひし形状である。この場合、図１５（ｄ）に示すように、切欠き部５４が形成されるノズル５の先端部において、Ｙ方向の流路面積が実質的に同じになるようにノズル孔５３の形状を変化させてもよい（図示例では長円形）。この場合、図１５（ｂ）及び（ｃ）に示す基端部のノズル孔５３の流路は、図１５（ｄ）に示す先端部のノズル孔５３の流路内に全て含まれるものとする。

以上のような製造装置のノズル５から溶融ガラスＧを引き出して製造されたガラス繊維Ｇｍは、図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、断面（引き出し方向に垂直な横断面）が扁平形状をなす異形断面を有する。この実施形態では、ガラス繊維Ｇｍの断面における長径をＡ、短径をＢとした場合に、断面形状の扁平比（Ａ／Ｂ）が１．５〜２０（好ましくは３〜１０）の範囲内となっている。そして、このようなガラス繊維ＧｍからなるストランドＧｓであれば、例えば３ｍｍ長に切断してチョップドストランドとすれば、電子制御デバイスの筐体など寸法精度の要求の厳しい部品を得るために必要な複合材の強化材として好適な性質を有する。そのため、射出成形後の筐体の歪みを低減したり、強度を向上したりする効果が得られる。

また、この実施形態では、ガラス繊維Ｇｍの扁平比のばらつきσを扁平比の平均値で割った値を百分率で表すと、１５％以下である。すなわち、ばらつきが少ないガラス繊維Ｇｍを得ることができる。なお、ガラス繊維Ｇｍの扁平比のばらつきσを扁平比の平均値で割った値を百分率で表した値は、１０％以下であることがより好ましい。

ここで、ガラス繊維Ｇｍの扁平比は次のように測定する。まず、ガラス繊維Ｇｍの断面を観察するため、Ｋｕｌｚｅｒ社製の常温硬化樹脂テクノビットにガラス繊維Ｇｍを垂直に埋設し、樹脂硬化後に研磨を行う。次に、偏光顕微鏡でガラス繊維Ｇｍの断面形状を観察するとともに、三谷商事株式会社製画像処理ソフトＷｉｎＲＯＯＦを用いて観察したガラス繊維Ｇｍの長径および短径のそれぞれの長さを測定し、扁平比（長径/短径）を算出する。また、扁平比のばらつきσは５０本のガラス繊維Ｇｍの断面を観察して得た扁平比から算出した標準偏差とする。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の形態において実施することができる。

（実施例１）
図８（ａ）〜（ｄ）に示したノズル５を、長壁部５１が平行になるように直線上に１００個配列したブッシングを用いて、溶融ガラスの粘度が１０^３．０ｄＰａ・ｓとなる温度で紡糸を行った。得られたガラス繊維の断面形状を観察したところ、扁平比（長径／短径）の平均は４．８であり、そのばらつきσは０．１４であった。その結果、σを扁平比の平均値で割った値（百分率）は２．９％であった。また、1週間生産を継続した後もノズルの変形は認められなかった。

（実施例２）
図１５（ａ）〜（ｄ）に示したノズル５を、長壁部５１が平行になるように直線上に１００個配列したブッシングを用いて、溶融ガラスの粘度が１０^３．０ｄＰａ・ｓとなる成形温度で紡糸を行った。得られたガラス繊維断面形状を観察したところ、扁平比の平均が２．８であり、そのばらつきσは０．２４であった。その結果、σを扁平比の平均値で割った値（百分率）は８．５％であった。また、1週間生産を継続した後もノズルの変形は認められなかった。

（実施例３）
図８（ａ）〜（ｄ）に示したノズル５を、長壁部５１が平行になるように直線上に１００個配列したブッシングと、ノズル５の長壁部５１と平行に配置された冷却フィンとを用いて、溶融ガラスの粘度が１０^３．０ｄＰａ・ｓとなる成形温度で紡糸を行った。得られたガラス繊維の断面形状を観察したところ、扁平比の平均は５．０であり、そのばらつきσは０．１０であった。その結果、σを扁平比の平均値で割った値（百分率）は２％であった。また、1週間生産を継続した後もノズルの変形は認められなかった。

（比較例１）
図１７（ａ）〜（ｄ）に示すノズル１０１を、長壁部１０２が平行になるように直線上に１００個設けられたブッシングを用いて、溶融ガラスの粘度が１０^３．０ｄＰａ・ｓとなる成形温度で紡糸を行った。ノズル１０１は、長壁部１０２と短壁部１０３を備え、長壁部１０２に矩形状の切欠き部１０５を有する。ノズル孔１０４は長円形であり、上下方向で一定の形状である。得られたガラス繊維の断面形状を観察したところ、扁平比の平均は２．２であり、そのばらつきσは０．２７であった。その結果、σを扁平比の平均値で割った値（百分率）は１２．２％であった。また、1週間生産を継続した後にノズルの変形が認められた。

（比較例２）
図１８（ａ）〜（ｂ）に示すノズル２０１を、長壁部２０２が平行になるように直線上に１００個設けられたブッシングを用いて、溶融ガラスの粘度が１０^３．０ｄＰａ・ｓとなる成形温度で紡糸を行った。ノズル２０１は、長壁部２０２と短壁部２０３を備えているが、長壁部２０２及び短壁部２０３のいずれにも切欠き部を有していない。ノズル孔２０４は長円形であり、上下方向で一定である。得られたガラス繊維の断面形状を観察したところ、扁平比の平均は１．８であり、そのばらつきσは０．１１であった。その結果、σを扁平比の平均値で割った値（百分率）は６％であった。なお、1週間生産を継続した後もノズル先端部の変形は認められなかった。

以上のように、実施例１〜３では、切欠き部の効果によりガラス繊維の扁平比の平均が大きくなるとともに、切欠き部の形状の適正化を図りノズル先端部に変形が生じないため、ばらつきσも小さくなるという良好な結果を得た。これに対し、比較例１では、切欠き部の効果によりガラス繊維の扁平比の平均は大きくなるものの、切欠き部の形状が不適正でノズル先端部に変形が生じたため、ばらつきσが大きくなるという結果を得た。また、比較例２では、切欠き部がないため、実施例１〜３に比べて、扁平比の平均が小さくなるという結果を得た。したがって、本発明によれば、ノズルの変形を抑えつつ、異形断面ガラス繊維を安定的に成形可能であることが確認できる。

１ ガラス溶融炉
２ フォアハース
３ フィーダー
４ ブッシング
５ ノズル
５１ 長壁部
５２ 短壁部
５３ ノズル孔
５４ 切欠き部
６ 冷却管
７ ボビン
Ｇ 溶融ガラス
Ｇｍ ガラス繊維
Ｇｓ ストランド
Ｇｒ 繊維束
Ｗ 切欠き部の開口幅
Ｆ 冷却水

Claims (2)

1. 複数本のガラス繊維からなるガラス繊維集合体であって、
   前記ガラス繊維は、断面が扁平形状をなす異形断面を有し、
   前記断面の扁平比のばらつきσを扁平比の平均値で割った値の百分率は１５％以下であるガラス繊維集合体。
2. 前記断面の扁平比は１．５〜２０である請求項１に記載のガラス繊維集合体。