JP2532939B2 - 超微粒子状アルミナ組成物を用いたオリフィス用断熱成形体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガラス壜等ガラス成形品を製造する場合の
溶融ガラスのコブ成形のための流出口に用いられるオリ
フィス用断熱成形体に関する。

〔従来技術と問題点〕

ガラス等の溶融体を押し出す場合には通常第１図に示
すオリフィス５が用いられている。この断熱には従来バ
ルク状のセラミックファイバーやモルタル類等６が使用
されている。ところがオリフィス５の断熱はオリフィス
煉瓦８とオリフィスケース４の間隙が非常に小さいため
にバルク状のセラミックファイバー等のみでは十分では
ない。このためオリフィス周囲のガラスの温度低下や温
度むらが生じ、その結果部分的に結晶化していわゆる失
透が発生する場合がある。この失透は製品の外観を損う
ばかりでなく強度低下の一因ともなる。そこで断熱効果
にすぐれ、かつ取扱い易いオリフィス用断熱成形体が必
要とされている。

〔問題解決に係る知見〕

本発明者は、断熱性と耐熱性にすぐれ、かつ成形性の
良い上記オリフィス用断熱成形体の改善を試み、超微粒
子状アルミナを主体とする断熱材を用いることにより従
来の問題点を解決できることを見出した。

〔発明の構成〕

本発明は超微粒子状アルミナを主体とする以下の構造
（イ）〜（ヘ）を有するオリフィス用断熱成形体を提供
する。

（イ）超微粒子状アルミナ組成物からなる成形体 （ロ）超微粒子状アルミナ組成物とセラミックファイバ
ーを積層してなる成形体 （ハ）超微粒子状アルミナ組成物と超微粒子状シリカ組
成物との積層成形体 （ニ）超微粒子状アルミナと超微粒子状シリカとの混合
組成物からなる成形体 （ホ）上記（ハ）の積層体にセラミックファイバーを積
層した成形体 （ヘ）上記（ニ）の混合組成物にセラミックファイバー
を積層した成形体 本発明において超微粒子状アルミナ組成物とは、超微
粒子状アルミナに赤外線不透過剤を混合して熱伝導度を
低下させ、さらに繊維状補強材を混合したものである。
超微粒子状アルミナはフュームドアルミナと呼ばれ、揮
発性あるいは昇華性のアルミニウム化合物を火炎中で燃
焼して煙霧質のアルミナとして製造されたもので、代表
的なものとしては西独デグサ社製の「アルミニウムオキ
サイドＣ」があり、その平均一次粒子径は約0.02ミクロ
ン、比表面積は100m²/gである。

赤外線不透過剤としては酸化チタン、酸化鉄、酸化ジ
ルコニウム、カーボンブラックその他赤外線に対する屈
折率、反射率あるいは散乱効果の大きい耐熱性の物質が
知られている。中でも酸化チタンはその効果が大きく、
しかも入手もし易く安価であるため好適である。赤外線
不透過剤は平均粒径が数ミクロン、例えば0.5〜25ミク
ロンのものを超微粒子状アルミナ組成物全重量の10〜70
wt％（容積0.2〜８％）を加えることにより成形体の熱
伝導率を下げることができる。高温領域では輻射熱（赤
外線）による伝熱が著しい。上記赤外線不透過剤はこの
輻射熱を遮断することにより低熱伝導率を達成する。

本発明において用いられる繊維状補強材は、アスベス
ト、ロックウール、その他種々の耐熱性の繊維状物質で
あり、特にバルク状のセラミックファイバーが補強性に
優れており、耐熱性、経済性の面からも好適である。含
有量は組成物全重量の３〜30wt％、通常は５〜10wt％で
ある。

超微粒子状アルミナ等組成物に積層されるセラミック
ファイバーはブランケット状のものがよく、厚さ６〜25
mmの市販品をオリフィス煉瓦とほぼ同じ大きさに切断し
て用いることができる。

本発明において超微粒子状シリカ組成物は、前記超微
粒子状アルミナ組成物と併用されるものであり、超微粒
子状シリカに赤外線不透過剤を混合して熱伝導度を低下
させ、さらに繊維状補強材を混合したものである。

超微粒子状シリカはフュームドシリカと呼ばれ、揮発
性のケイ素化合物を火炎中で燃焼し煙霧質のシリカとし
て製造されるもので、代表的なものとして、例えば、日
本アエロジル社製の「アエロジル」（商品名）があり、
その１次粒子の平均粒径は約0.01〜0.02μｍ、比表面積
は約100〜400m²/gである。

（イ）超微粒子状アルミナ組成物からなる成形体 超微粒子アルミナ組成物からなるオリフィス断熱成形
体は従来のバルク状セラミックファイバーからなるオリ
フィス断熱成形体に比較して断熱効果がう著しく高い利
点を有する。また超微粒子アルミナ粒子は熱伝導性が低
いが、超微粒子アルミナ粒子のみからなる成形体よりも
超微粒子アルミナ組成物からなる成形体は断熱効果が高
い。

（ロ）超微粒子状アルミナ組成物とセラミックファイバ
ーを積層してなる成形体 超微粒子状アルミナ組成物とセラミックファイバーと
を層状に一体化したものはセラミックファイバーによっ
て成形体が柔軟性を有するので、該成形体をオリフィス
ケースに装着し易く、成形体が破損する虞がない。ま
た、モールドからの離型性が良い。更に、セラミックフ
ァイバーは高い耐熱性を有するので、断熱効果と共に耐
熱性に優れた成形体を得ることができる。セラミックフ
ァイバーは、これがオリフィス煉瓦に接して内側に位置
するように積層すると良い。また、セラミックファイバ
ー層は複数設けても良い。

（ハ）超微粒子状アルミナ組成物と超微粒子状シリカ組
成物を積層してなる成形体 超微粒子状アルミナ組成物と超微粒子状シリカ組成物
とを積層した成形体については、オリフィス煉瓦に接す
る高温側（内側）に超微粒子状アルミナ組成物の層を設
け、低温側（外側）に超微粒子状シリカ組成物の層を設
けると良く、この構造によれば超微粒子アルミナ組成物
のみからなる成形体よりも断熱効果が向上する。

（ニ）超微粒子状アルミナと超微粒子状シリカとの混合
組成物からなる成形体 超微粒子状アルミナと超微粒子状シリカとの混合組成
物は、超微粒子状アルミナと超微粒子状シリカとを混合
したものに上記赤外線不透過剤と繊維状補強材を配合し
たものである。この混合組成物における混合割合は、通
常、超微粒子状アルミナが１重量部に対して超微粒子状
シリカが２重量部以下であり、好ましくは超微粒子状シ
リカ１重量部以下が適当である。この混合組成物からな
る成形体は超微粒子状シリカ組成物のみからなる成形体
よりも断熱性が格段に良い。また、この混合組成物から
なる成形体は超微粒子状アルミナ組成物のみからなる成
形体よりも安価であり、断熱性も優れている。

（ホ）上記（ハ）の積層体にセラミックファイバーを積
層した成形体 （ヘ）上記（ニ）の混合組成物にセラミックファイバー
を積層した成形体 超微粒子状アルミナ組成物と超微粒子状シリカ組成物
の積層体にセラミックファイバーを積層した成形体、お
よび超微粒子状アルミナと超微粒子状シリカとの混合組
成物にセラミックファイバーを積層した成形体はいずれ
も、セラミックファイバー層を有しない成形体に比べて
耐熱性が良い、また、これらの成形体は柔軟性を有する
のでオリフィスへの装着が容易であり、かつモールドか
らの離型性に優れる。セラミックファイバー層は前述の
ように、オリフィス煉瓦に接する高温側の位置に設ける
と良い。なお、上記構造に加えて他の断熱材を適宜挟み
込んで成形体を製造しても良い。本発明はこのような態
様も含む。

本発明のオリフィス用断熱成形体は第２図に示すモー
ルドを製作し、これを用いて押圧成形すると良い。

第２図に示すように、モールド10は、オリフィス煉瓦
の外形と略同形の下型11、該下型11の上部のオリフィス
出口孔に相当する部分を覆う上型12、成形体を押し固め
るための加圧板13、加圧板の押し込み蓋14、底板15、円
筒状の外周枠16からなる。尚、オリフィスケース底部の
周縁に段部が設けられている場合には段部用型17を設け
ればよい。下型11は種々の方法により製作される。

オリフィス煉瓦の形状は複雑であり、その中を通って
押し出される溶融ガラスの塊りの大きさ、例えば壜など
のガラス成形品の大きさにより、開口の口径や数も異り
その種類は非常に多い。そこで下型11を経済的に製作す
るためには石膏、セメント、樹脂、低融点金属等を用い
た型どりが利用される。具体的にはまず容器中に入れた
オリフィス煉瓦の外側に石膏などを注いで母型を作り、
これを反転させてもとのオリフィス煉瓦を基にした下型
11をつくる。これらの注型用材料としては、硬化した時
の寸法変化ができるだけ少なくなく硬化度は強度の大き
いものが良い。下型11以外の型12〜17は形状が比較的単
純なので適当なモールド材を機械加工して製造すること
ができる。

尚、上記モールド10に超微粒子状アルミナ組成物等を
充填して加圧成形する際に、加圧力の解除に伴う寸法の
戻りが生ずるので下型11はこれを考慮した大きさに製造
する必要がある。即ち、第２図中、Ａは加圧時の充填物
周縁部の高さであるが、プレス後にモールド10からの取
り出したときの成形体周辺部の高さは加圧の解除に伴い
多少寸法の戻りがありＡよりも大きくなるので
（Ａ′）、Ａの長さは、実際のオリフィス煉瓦における
この部分に相当する長さ即ちプレス後の成形物周辺部の
高さＡ′よりもＢだけ短かくなるように下型11の大きさ
を定める。その一例として、第２図に示すようにオリフ
ィス煉瓦相当部分イの表面に寸法の戻り分に相当する厚
さロにパテ状物質または硬化物質を塗布して下型11を製
造する。またオリフィス成形体の開口周縁部へも同様の
処理が必要となる。開口周縁部へはその厚さが薄いため
モールド10に充填した成形体材料を過度に圧縮すると硬
化して変形しあるいは波打った形状となり易い。また圧
縮板13の端部も変形する場合があるので、前記ロの部分
と同様にオリフィス煉瓦相当部分イの開口周縁部表面に
パテ状物質等を塗布し、オリフィス煉瓦外形より僅かに
大きな部分ハを有する開口部外形とする。同様にオリフ
ィスの直径方向にも加圧後の寸法戻りが生じるので、モ
ールド10の内径Ｄはオリフィスケースの内径よりも僅か
に小さく設定される。寸法戻りの程度は、成形体材料の
充填密度、加圧力、加圧時間により異なるが、これらを
一定にすれば、多数回の押圧成形を通じて一定寸法の成
形体を得ることができる。

次に本発明に係る成形体の製造手順についてその一例
を説明する。第２図に示すように、先づ、底板15の上面
に、下型11、外周枠16、上型12を組み立て、下型11の表
面にブランケット状のセラミックファイバーニを設置
し、その上側に超微粒子状アルミナ組成物、超微粒子状
アルミナと超微粒子状シリカとの混合組成物あるいは超
微粒子状アルミナ組成物と超微粒子状シリカ組成物との
積層体ホを充填する。これら組成物の充填密度は0.2〜
0.6g/mlが好ましく、更には0.3〜0.4g/mlが好ましい。
該充填後、加圧板13、蓋14を設置し、加圧装置により加
圧する。加圧力は通常10kg/cm²前後、加圧時間は２〜10
分程度である。

〔実施例〕

フュームド法で製造された超微粒子状アルミナと赤外
線不透過剤として酸化チタンおよび繊維状補強材として
バルク状のセラミックファイバーを用い、アルミナの他
にフュームド法で製造された超微粒子状シリカを夫々第
１表に示す割合で混合して成形体原料とした。混合は密
閉した高速プロペラ型撹拌機中で10分間行なった。

次に、予め、出口孔の部分を鉄板でシールしたオリフ
ィス煉瓦の上に寸法戻り分の油粘土を塗り、これを木型
枠の中において石膏スラリーを流し込んで硬化させて母
型をとった。次いでこの母型にシリコーン系の離型剤を
塗布した後にエポキシ樹脂を流し込んで下型を製作し
た。他のモールド部分は木質部材を機械加工により製作
した。

このモールドに、成形後の体積で密度が0.35g/mlにな
る量の前記混合組成物を投入し平板プレスで約５分間加
圧成形を行なった。

また別途、同一原料を用い同一密度の25mm厚の板状の
試料を製造し、これを成形体の厚さの変化、円筒法によ
る熱伝導度、加熱時の収縮率及び曲げ強さの測定試料と
した。

成形時の厚さの変化は、鉄製角棒を比較基準とし該棒
の厚さ迄クロース袋に入った混合物をプレスし、取出し
た後のクロース袋入りの成形体の厚さと鉄製角棒の厚さ
を比較して求めた。

熱伝導度は円筒法により求めた。即ち、外径及び高さ
100mm、厚さ25mmの円筒状試料を製作し、該試料の内側
に熱源を設置して加熱し、試料の内外壁の温度が一定に
なったときの温度と加えられる熱量から算出した。

熱収縮は、直径100mm厚さ25mmの円板状の試料の中央
に穴をあけ鉄の棒を通して架台の上に載せ電気炉中で11
00℃２時間加熱後直径の変化を測定して求めた。

曲げ強さは、200×400×25mmの試料を、試料の下側の
支点の間隔を300mmとしその中央に上から巾20mmの角棒
を載せその上から荷重を加えて試料が折れて破壊する時
の重量で比較した。

これらの測定結果を第１表に示す。

比較例１および２ 第１表に示す材料（超微粒子状シリカ又は超微粒子状
チタニア）を用い、実施例1,2と同様にオリフィス用成
形体を製造し、成形時の厚さ変化、熱伝導度、熱収縮、
曲げ強さを実施例1,2と同様に測定した。この結果を第
１表に併せて示す。

実施例1,2においては熱収縮が小さく熱伝導度も低く
成形時の寸法変化が少い。また成形体をモールドから取
出す際も破壊せず使用に適していた。特に実施例１は熱
収縮が格段に小さい利点を有している。またこれらの実
施例から、微粉末シリカは微粉末アルミナに対して1:1
かそれより少い配合比で使用できることが判る。

比較例１の超微粒子状シリカからなる成形体はモール
ドから離型する際に破損し易く、また熱収縮が大きいの
で使用に適さなかった。比較例２の超微粒子状チタニア
からなる成形体は、熱収縮も熱伝導度の点でも超微粒子
状アルミナを使用した場合より数段劣る。

実施例３ 実施例１の本発明に係るオリフィス用断熱成形体の断
熱効果を従来用いられているバルク状セラミックファイ
バーの断熱効果と比較すると第２表の結果が得られた。
本発明の断熱成形体の両面の温度差は従来の断熱材に較
べ極めて大きく、断熱効果が優れていることが判る。

また、本発明の断熱成形体の使用によりオリフィス周
辺で発生していた失透が大幅に減少した。

実施例４ オリフィス煉瓦に近い高温側（内側）に実施例１に示
す超微粒子状アルミナ組成物層とその外側に比較例１に
相当する超微粒子状シリカ組成物層とを積層した成形体
を製造し、成形時の厚さの変化、熱伝導度、熱収縮、曲
げ強さを測定したところこれらは何れも、実施例２と略
同等であった。

実施例５ 厚さ6mmのブランケット状セラミックファイバーを、
モールドの下型とほぼ同じ大きさに切って下型の表面に
敷き、その上に実施例１と同じ組成の超微粒子状アルミ
ナ組成物を積層してプレスし、オリフィス煉瓦に接する
内側にセラミックファイバー層を有する成形体を製造し
た。得られたラミネート状の成形体はモールドからの離
れが極めてよく、表面に弾力性が残るので、オリフィス
煉瓦との密着性が高まり、耐熱性も向上した。またこの
成形体はクッション性があり該成形体をオリフィス煉瓦
とオリフィスケースの間に挟んでスパウト出口に取りつ
ける際に成形体の装着が容易であった。またセラミック
ファイバー層のない成形体はその２〜３割がオリフィス
への装着時ないし使用時に破損したが、本実施例の成形
体は全く破損しなかった。

比較例３ ブランケット状のセラミックファイバーを使用せずに
超微粒子状シリカ組成物のみをモールド中に充填して成
形体を製造したがモールドから取外す時に大部分は破損
した。この超微粒子状シリカ組成物にシリカゾル、アン
モニア水等のバインダーとなる液状物をスプレーしなが
ら混合したのちに押圧成形し、乾燥して成形体を製造し
たところ硬さや強さを持ったものを得ることができたが
熱伝導率が実施例１の成形体に比較して約２倍であり、
かつ1100℃で１〜２日間使用すると体積が1/2以下に収
縮し使用に適さなかった。

〔発明の効果〕

本発明による超微粒子状アルミナ組成物を用いたオリ
フィス断熱用成形体は1100℃に近い高温での使用に耐
え、且つ1100℃２時間加熱時の熱収縮は数％であり熱伝
導度も平均温度500℃で0.03〜0.04Kcal/mhr℃と極めて
低く、従来みられたガラスの失透が著しく減少した。ま
た本発明の成形体は成形時の厚さ変化も非常に小さく、
寸法精度、寸法安定性もあり、強度も比較的大きいの
で、オリフィスへの装着が容易である。

セラミックファイバーとラミネート化した一体成形体
は離型性がよく製造上の能率を大いに向上させ、オリフ
ィス煉瓦との密着性が一層良くなるため使用時の破損が
極めて少く取扱い易い。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶融ガラスコブ成形部のスパウト部分の断面
図、第２図はオリフィス用断熱成形体の製造方法を示す
説明図、第３図は第２図の方法で製造された成形体の概
略断面図である。 図面中、 １……プランジャー、２……チューブ、４……オリフィ
スケース、５……オリフィス、６……断熱材、８……オ
リフィス煉瓦、11……下型、12……上型、13……加圧
板、14……加圧板押込蓋、15……底板、16……外周枠、
17……段部用型である。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超微粒子状アルミナに赤外線不透過剤を混
   合して熱伝導度を低下させ、さらに繊維状補強材を混合
   してなる超微粒子状アルミナ組成物によって形成された
   オリフィス用断熱成形体。
2. 【請求項２】超微粒子状アルミナに赤外線不透過剤を混
   合して熱伝導度を低下させ、さらに繊維状補強材を混合
   してなる超微粒子状アルミナ組成物に、超微粒子状シリ
   カに赤外線不透過剤を混合して熱伝導度を低下させ、さ
   らに繊維状補強材を混合してなる超微粒子状シリカ組成
   物を積層してなるオリフィス用断熱成形体。
3. 【請求項３】超微粒子状アルミナと超微粒子状シリカと
   を混合したものに赤外線不透過剤を混合して熱伝導度を
   低下させ、さらに繊維状補強材を混合してなる混合組成
   物からなるオリフィス用断熱成形体。
4. 【請求項４】上記超微粒子状アルミナ組成物、上記超微
   粒子状アルミナ組成物と上記超微粒子状シリカ組成物と
   の積層体、または上記超微粒子状アルミナと上記超微粒
   子状シリカとの混合組成物のいずれか一種とセラミック
   ファイバーとを、セラミックファイバーがオリフィス煉
   瓦に接する位置に積層してなるオリフィス用断熱成形
   体。