JP4370633B2

JP4370633B2 - Nozzle tip for flat glass fiber spinning and manufacturing apparatus

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Publication number: JP4370633B2
Application number: JP14906699A
Authority: JP
Inventors: 省一齋藤; 靖三浦; 新河西
Original assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Current assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: JP2000335932A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、扁平比の高い異形断面を有する扁平ガラス繊維を製造するために用いるノズルチップ及び扁平ガラス繊維の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような扁平形状の断面を持つ扁平ガラス繊維１が開発されており、特に、長径の短径に対する比（以下扁平比という）が２以上で長方形に近い形状の断面を持つ扁平ガラス繊維は、その繊維を配合した樹脂製品の強度を上げ、表面の平滑性を増し、そり、ねじれを減少させ、振動減衰効果を大きくし、またガラス不織布では、バインダー量が少なくても強度がでる、充填密度が上げられるためガラスクロスの代用に使用することができるなどの効果があるため、その効率的工業生産が望まれている。なお、本明細書において、扁平断面の長径、短径とは、図１０（ｃ）に示すように、扁平ガラス繊維１の断面に外接する長方形２を想定した時に、その長方形２の長辺の長さＡ（繊維断面の最長寸法に相当）、短辺の長さＢ（繊維断面の長径にほぼ直角方向における最長寸法に相当）を示しており、従って、扁平比はＡ／Ｂである。また、この扁平比は、後述するノズル孔の断面形状についても適用する。
【０００３】
一般に、ガラス繊維は、溶融ガラスを多数のノズルチップを形成したノズルプレートから吐出し、引き伸ばしながら冷却、固化して製造されており、扁平ガラス繊維を製造する従来方法においても、例えば、特開平１−２６６９３７号公報に示すような、扁平な断面のノズル孔を備えたノズルチップを使用した以外は、同様な方法で製造されている。しかしながら、このようなノズルチップを用いても、吐出された溶融ガラスが、表面張力によって丸くなろうとする傾向が大きいため、望ましい扁平ガラス繊維を効率良く得ることはきわめて困難であった。すなわち、ノズルチップから吐出された溶融ガラスが丸くなるのを抑えるには、ノズルチップから吐出した時点でのガラス温度が低くなるようにノズルチップを長くするとか、細くする必要があるが、そのようにすると、ノズル孔による抵抗が大きくなるため溶融ガラスの吐出量が少なくなり、紡糸速度を低下せざるを得ず、また、ノズルチップ出口部分での溶融ガラスの温度が低くなるため流動性が不足して糸切れを起こすことが多くなり、しかも、ノズルチップからの吐出温度を下げたとしても吐出された溶融ガラスが丸くなろうとする傾向はかなり残るため、得られたガラス繊維の扁平比はノズル孔断面の扁平比に比べてはるかに小さくなってしまい、結局、扁平比が２以上というような高扁平比の扁平ガラス繊維を、例えば、１５００ｍ／ｍｉｎ以上といった高速紡糸によって生産することは実質上不可能であった。特に、ＥＣＲガラスと呼ばれる耐酸性の良いガラス繊維は表面張力が大きいので、特に生産が困難であった。
【０００４】
そこで、扁平ガラス繊維を効率良く紡糸可能なノズルチップの開発が行われており、例えば、特開平６−２２８８０６号公報、特開平７−１２６０３３号公報、特開平７−１３３１３２号公報等に提案されている。これらの公報には、長方形の孔の断面を持つノズルチップ、長方形の孔の短辺の両側に突起部を設けたオリフィスに関する技術が開示されている。しかしながら、これらの形状の孔を多数設けたブッシングプレートによっても扁平ガラス繊維を安定して多量に製造することは困難であった。
【０００５】
また、特開平１１−４３３４３号公報には、断面が長円形若しくは長円形に類似したノズル孔を備え、且つそのノズル孔の断面積を溶融ガラスの流入口側から吐出口側に向かって徐々に小さくしたノズルチップが提案されている。このノズルチップではノズルチップ内におけるガラスの流れの乱れを少なくし、且つ冷却効果を大きくすることができ、従来のノズルチップに比べると、扁平比の高い扁平ガラス繊維を生産性良く製造することができる利点を有している。しかしながら、このノズルチップでも、ノズルチップから吐出した溶融ガラスが丸くなる傾向はかなり残っており、例えば、ノズル孔の吐出口における扁平比に対して、得られるガラス繊維の扁平比は約半分程度に減少しており、扁平比の大きい扁平ガラス繊維の製造が困難であるという問題があった。また、このノズルチップを多数、ノズルプレートに取り付ける場合、ノズルチップ間に工作上適当な間隔を必要とすることから、ノズルプレートの単位面積当たりのノズルチップの配置数、すなわちノズル孔の配置数をあまり多くできず、所望本数のガラス繊維を紡糸するために使用するノズルプレートの面積が大きくなるという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、扁平比が２．０以上というような高扁平断面を持った扁平ガラス繊維を、１５００ｍ／ｍｉｎ以上といった高速で紡糸しながら、糸切れ等をほとんど起こすことなく安定して操業可能なノズルチップを提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、ノズルプレートに対してノズル孔の配置密度が高くなるような形態で設けることができ、これによってノズルプレートを小型化することを可能とするノズルチップ、並びにそのノズルチップを用いたガラス繊維製造装置を提供することも目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題を解決するため鋭意検討の結果、ノズルチップに、一対の扁平な断面形状のノズル孔を、それぞれのノズル孔の長径方向が互いに平行になるように且つノズル孔の長径方向のノズル孔壁の一方をはさむように、並べて配置すると共に、前記一対のノズル孔にはさまれた領域のノズル孔壁に、前記ノズル孔の長径方向に計った幅Ｗが、長径方向のノズル孔の長さＬの３０〜１００％である凹状のノズル孔壁切り欠き部を設けることにより、一対のノズル孔を近接配置したにもかかわらず、吐出された溶融ガラスが合流してトラブルを起こすということがなく、しかもノズル孔から吐出された溶融ガラスが、扁平比をほとんど減少させることなく冷却してガラス繊維となり、従って、高扁平比のガラス繊維を安定して紡糸できることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明は、ノズル部と該ノズル部を貫通する少なくとも一対のノズル孔を備えた扁平ガラス繊維紡糸用ノズルチップであって、前記一対のノズル孔は、それぞれの断面が扁平形状をなす共に、それぞれのノズル孔の長径方向が互いに平行になるように且つノズル孔の長径方向のノズル孔壁の一方をはさむように、並べて配置されており、更に前記一対のノズル孔にはさまれた領域のノズル孔壁に、前記ノズル孔の長径方向に計った幅Ｗが、長径方向のノズル孔の長さＬの３０〜１００％である凹状のノズル孔壁切り欠き部が設けられていることを特徴とする、扁平ガラス繊維紡糸用ノズルチップである。
【０００９】
上記したように本発明のノズルチップでは、長径方向が互いに平行になるように並べて配置された一対の扁平な断面形状のノズル孔にはさまれた領域のノズル孔壁にノズル孔壁切り欠き部を設けており、従って、扁平な断面形状の各ノズル孔の両側に位置する二つのノズル孔壁（ノズル孔の長径方向の一端から他端に延びるノズル孔壁、以下、長辺側のノズル孔壁という）のうち、一対のノズル孔にはさまれた領域にある一方のみのノズル孔壁に切り欠き部を形成しているため、そのノズル孔を流下する溶融ガラスが、少なくとも切り欠き部の無い側の長辺側のノズル孔壁を濡らした状態で流下し、このためノズル孔断面の扁平比にほぼ等しい扁平比を保って流下し、しかも、その流下の間に切り欠き部から冷却されるため、ノズルチップの先端から吐出された時点では適度に冷却され、丸まろうとする傾向が低下しており、その後、引き伸ばされつつ繊維化する際、扁平比がほとんど減少せず、場合によっては増加することもあり、結局、扁平なガラス繊維が得られる。また、溶融ガラスがノズル孔の切り欠き部を流下する際には、流下中の溶融ガラスの片面が開放されるため流下抵抗が小さくなり、ノズル部を通過中の溶融ガラスが冷却されて粘度が高くなっても、なんら支障はなく、溶融ガラスが安定して流下する。このため、高速で紡糸しても安定して所望の扁平比のガラス繊維を得ることができる。
【００１０】
更に、ノズル孔壁に形成した切り欠き部は、近接配置した一対のノズル孔の間に設けているので、紡糸開始時において一対のノズル孔から吐出開始した溶融ガラスが、切り欠きの有無に基づく冷却スピードの差による粘度差によって切り欠き部のある側に湾曲し、互いにくっついて大きいビーズとなって敏速に落下し、しかも、溶融ガラスが合流しても、２本の溶融ガラスの向かい合った面は切り欠き部による冷却によって温度が低下しているため、その溶融ガラスを引っ張ることで直ちに分流させることができ、敏速に通常の紡糸状態に入ることができる。かくして紡糸開始作業を敏速に行うことができる。また、一対のノズル孔を近接配置しているにも係わらず、定常運転中において２本の溶融ガラスが合流することはほとんどなく、安定した紡糸を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す本発明の実施の形態を参照して本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態による扁平ガラス繊維の製造装置を概略的に示す正面図であり、１１はガラス溶融炉、１２はその底面に配置されたノズルプレート、１３はそのノズルプレート１２の下面に設けられたノズルチップ、１４はノズルチップ１３から紡糸されたガラス繊維、１５はノズルチップ１３及びガラス繊維１４を冷却するための冷却フィン、１６は冷却フィン１５を冷却するための水冷却部、１７はガラス繊維１４に集束剤を塗布するための集束剤塗布装置、１８は多数のガラス繊維を集束する集束ローラ、１９は集束されたガラス繊維を巻き取るワインダーであり、各ノズルチップ１３から紡糸されたガラス繊維１４が集束ローラ１８で集束され、ワインダー１９に巻き取られている。ここで、ノズルチップ１３は本発明の一実施の形態を構成するもので、後述するように扁平な断面形状のノズル孔を備えており、これによって扁平断面のガラス繊維が製造される。
【００１２】
図２はノズルチップ１３の概略斜視図（溶融ガラス溜まり部内部図示省略）、図３は図２のＸ−Ｘ矢視概略断面図、図４はノズルチップ１３の概略下面図である。ノズルチップ１３は、ノズルプレート１２の下面に多数、設けられる。このノズルチップ１３は、ノズルプレート１２とは別に製造され、溶接等で取り付けられてもよいし、一枚の板から、フライス盤、エンドミルなどによる機械加工、或いは放電加工、プレス加工などにより、ノズルプレート１２と一体構造として作られてもよい。
【００１３】
ノズルチップ１３は、ノズルプレート１２の上方の溶融ガラスを導入するための溶融ガラス溜まり部２２と、その下方に形成され、扁平ガラス繊維の断面形状に大きな影響を与えるノズル部２３と、そのノズル部２３を貫通して設けられた一対の断面が扁平形状のノズル孔２４を備えている。なお、本発明においてノズルチップ１３に設けるノズル孔２４は、図４に示す一対に限らず、図５に示すように複数対（図面では３対）としてもよい。また、図３に示す実施の形態では、ノズル部２３の外形を、その上の溶融ガラス溜まり部２２を形成した領域の外形と同じとしているが、本発明はこの構成に限らず、図６に示すように、ノズル部２３をその上の溶融ガラス溜まり部２２を形成した領域よりも小さい外形としてもよい。この構成を採用すると、ノズル部２３の冷却効果を一層高めることができる利点が得られる。ノズルチップ１３やそれに形成したノズル部２３の外形は、図示の実施の形態では、直方体としているが、これに限らず、角錐形、円筒形、円錐形等に変更することも可能である。ただし、図示の直方体とすると、一枚の板から多数のノズルチップを備えたノズルプレートを機械加工で製造する際の加工が容易となる利点が得られる。
【００１４】
図２〜図４において、ノズル部２３に形成する一対のノズル孔２４は、断面が扁平形状のものである。ここで、「断面」とは、ノズル孔２４内を流下する溶融ガラスの方向に対して直角な面における断面を意味している。但し、後述するようにノズル孔２４を取り囲んでいるノズル孔壁の一部に、先端側（下面側）から凹状の切り欠き部２５を形成しているため、その切り欠き部２５のある位置と無い位置ではノズル孔２４の断面形状が異なることとなるので、本明細書における「断面」は、切り欠き部２５の無い位置（すなわち切り欠き部２５よりも上の位置）における断面を示すものとする。
【００１５】
ノズル孔２４の断面形状として採用する扁平形状の具体例としては、長方形、長方形の４隅に丸みをつけたもの、長方形の長手方向の両端に短辺の長さに等しい直径の半円を付けたもの（長円形）、長方形の長手方向の両端に短辺長さよりも大きい直径の部分円を付けたもの（ダンベル形）、楕円形、あるいはこれらに近い形状を挙げることができ、図示の実施の形態では長円形を示している。ノズル孔２４の断面形状や扁平比は、製造しようとする扁平ガラス繊維の断面形状や扁平比に応じて定めるものであるが、本発明のノズルチップを用いた場合、製造される扁平ガラス繊維の扁平比はノズル孔の断面の扁平比に比較的近い値となるため、ノズル孔２４の扁平比は、製造すべき扁平ガラス繊維の扁平比と同等若しくはそれに近い値に設定すればよい。例えば、扁平比が２．０〜１０の扁平ガラス繊維を製造する場合、用いるノズル孔２４の扁平比も２．０〜１０程度に設定すればよい。一般的に扁平ガラス繊維の扁平比としては、３．０以上とすることが好ましいので、ノズル孔２４の扁平比も３．０以上とすることが好ましい。一方、ノズル孔２４の扁平比が大きくなると、繊維の断面形状が不安定になりがちで効率的な生産が困難となるので、扁平比は１０以下とすることが好ましく、更には８．０以下とすることが一層好ましい。ノズル孔２４の最短径は、溶融ガラスの種類と生産量に見合ったものに調整されるが、０．５ｍｍ以上、好ましくは０．８ｍｍ以上であることが望ましい。０．５ｍｍ未満では、溶融ガラスの流出が順調でなく、繊維寸法変化が大きく望ましくない。
【００１６】
一対のノズル孔２４、２４は、それぞれのノズル孔の長径方向が互いに平行になるように且つノズル孔の長径方向のノズル孔壁の一方をはさむように、並べて配置されており、更に一対のノズル孔２４、２４にはさまれた領域のノズル孔壁に、ノズル孔の両端部を除いて、ノズルチップの先端側から凹状のノズル孔壁切り欠き部２５が設けられている。従って、ノズルチップ１３の先端における各ノズル孔２４を取り囲むノズル孔壁は、ノズル孔２４の長径方向のノズル孔壁を形成する長径方向ノズル孔壁２４ａと、両端の短径方向のノズル孔壁を形成する短径方向ノズル孔壁２４ｂと、ノズル孔壁切り欠き部２５の両側で長径方向のノズル孔壁の一部を形成する長径方向端部ノズル孔壁２４ｃで形成されている。
【００１７】
かくして、このノズル孔２４から溶融ガラスを吐出すると、その溶融ガラスはノズル孔壁切り欠き部２５を通過する際にその切り欠き部２５に面する領域が冷却されて表面張力が小さくなるが、切り欠き部２５を除いた領域では、高温のノズル孔壁２４ａ、２４ｂ、２４ｃに取り囲まれているので冷却が抑制され、それらのノズル孔壁２４ａ、２４ｂ、２４ｃに濡れ広がり、ノズルチップ１３の先端を出るまではノズル孔２４の断面形状にほぼ等しい形状を保っている。そして、ノズルチップ１３の先端を離れた後においても、扁平なガラス繊維の、ノズル孔壁切り欠き部２５に面していた側の面が冷却されて表面張力が小さくなっているので、その後にガラス繊維が高速で引き伸ばされた時、表面張力によって丸まることがほとんどない。また、溶融ガラスがノズル孔２４の切り欠き部２５を流下する際には、流下中の溶融ガラスの片面が開放されるため流下抵抗が小さくなり、ノズル部１３を通過中の溶融ガラスが冷却されて粘度が高くなっても、なんら支障はなく、溶融ガラスが安定して流下する。かくして、ノズル孔２４の扁平比にほぼ等しい扁平比の扁平ガラス繊維を高速で安定して製造できる。
【００１８】
上記したように、ノズル孔壁切り欠き部２５は吐出中の溶融ガラスの片面を冷却して表面張力を小さくし、扁平化効率を上昇させる効果を発揮する。このノズル孔壁切り欠き部２５のサイズは、この効果をより有効に発揮させるよう、ガラスの溶融温度、ガラス繊維の紡糸速度、扁平比の安定性など種々の要素を考慮して定められる。具体的には、ノズル孔壁切り欠き部２５は、その中心がノズル孔２４の長径方向の中心に一致するように配置され且つその幅Ｗ（溶融ガラスの流下方向に直角方向で且つノズル孔の長径方向に計った長さ）は、通常、長径方向のノズル孔の長さＬの３０〜１００％、好ましくは４０〜９０％、最も好ましくは、５０〜８０％に設定される。３０％未満では、切り欠き部の効果が少なく、一方、長径方向のノズル孔壁の１００％を切り欠き、更に短辺部分（ノズル孔壁２４ｂ）を１／２以下にすると過冷却となり、溶融ガラスが切り欠き部２５を通過する際にその短辺部分まで濡らさず、丸まり始めてしまい、扁平化効率が悪くなる。ノズル孔壁切り欠き部２５の深さＤ（溶融ガラスの流下方向の長さ）は、ノズル部２３の長さＣにも関連するが、冷却効果を発揮する上から０．２ｍｍ以上は必要である。ノズル部２３の長さＣは、切り欠き部２５を形成可能な長さを確保すると共に流下する溶融ガラスを適当に冷却することができるように設定するものであり、１〜６ｍｍ程度に設定することが好ましく、より好ましくは１〜４ｍｍである。切り欠き部２５の深さＤは、ノズル部２３の有効長さ〔本明細書では、ノズル孔２４の全長Ｃから、ノズル孔を形成するために強度上必要な最低厚さ（通常、０．３ｍｍ程度）を差し引いた長さを、有効長さと称する〕に対して、１０〜１００％とすることが好ましく、より好ましくは３０〜８０％である。
【００１９】
一対のノズル孔２４、２４は、それぞれのノズル孔の長径方向が互いに平行になるように並べて配置されており、これにより小さいスペースに二つのノズル孔２４を配置できる。そして、ノズル孔壁切り欠き部２５を一対のノズル孔２４、２４にはさまれた領域に形成したことにより、次のような作用効果が得られる。すなわち、もし、図９に示すように、一対のノズル孔２４、２４の外側にノズル孔壁切り欠き部２５′を形成した場合には、図９（ａ）に示すように紡糸開始時に溶融ガラスがノズル孔２４、２４から流下し始めた時、ノズル孔２４から出た溶融ガラス２８が両面の冷却速度の差による粘度差によって、切り欠き部２５′を形成した側に反り上がり、ノズルプレート１２の下面を汚してしまうことがあるとか、図９（ｂ）に示すように、ノズル孔２４、２４より出た溶融ガラス２８が合流することがあると、その合流面の温度が高いため分流せず、エアを吹きつけてもなかなか分流せず、紡糸作業の邪魔になるという問題が生じるが、本発明のように、一対のノズル孔２４、２４の間に切り欠き部２５を設けた構成とすると、紡糸開始時において一対のノズル孔から吐出開始した溶融ガラスが、切り欠き部２５を形成した側に湾曲した時、互いにくっついて大きいビーズとなって敏速に落下し、従って、ノズルプレートの下面を汚すことがなく、しかも、吐出された溶融ガラスが合流しても、２本の溶融ガラスの向かい合った面は切り欠き部２５による冷却によって温度が低下しているため、一対のノズル孔２４、２４からの溶融ガラスを引っ張ることで直ちに分流し、また、分流しない場合でもエアを吹きつけることで容易に分流させることができ、敏速に通常の紡糸状態に入ることができる。かくして紡糸開始作業を敏速に行うことができる。ここで、一対のノズル孔２４、２４の間隔（近接した側のノズル孔壁間の距離）は、ノズル孔をコンパクトに配置する上からは狭い方がよいが、あまり狭くすると運転中に溶融ガラスが合流してしまうので、これらを考慮して定めれば良い。具体的には、ノズル孔短径の１．１〜２．０倍程度、或いは１〜２ｍｍ程度が好ましい。
【００２０】
なお、ノズル孔２４から吐出されるガラス繊維の扁平化を一層安定化させるため、ノズル孔２４の先端で且つ長径方向の両端に、ノズル孔２４の短径の最大幅を超えない幅で且つ深さが０．１〜０．７ｍｍ程度の凹状の溝を設けるとか、高さが０．１〜０．７ｍｍ程度の凸状縁を設ける等の変更を行ってもよい。
【００２１】
図３示すように、ノズルチップ１３のノズル孔２４の上部には、溶融ガラス溜まり部２２を設けている。この溶融ガラス溜まり部２２はノズル孔２４に対する溶融ガラスの流れを安定化させるために設けたものであり、必要なければ省略してもよい。例えば、図７に示すように、ノズルプレート１２に、溶融ガラス溜まり部を備えていないノズルチップ１３Ａを設け、ノズル孔２４が直接ノズルプレート１２の上面に連通する構成としてもよい。
【００２２】
円形断面のガラス繊維紡糸用ノズルチップのノズル孔の上部にガラス溜まり部を設けたノズルチップでは、一般的に円柱形或いは円錐形の溜まり部を設けるが、図３、図４に示すように一対の扁平なノズル孔２４、２４の上に溶融ガラス溜まり部２２を設ける場合には、冷却効果により壁面に近い部分の溶融ガラスの粘度を上げ扁平効率を改善するとともに、ノズル孔の長径が長いので流出量の分布を、製造する扁平ガラス繊維の断面形状に適したものとするため、溶融ガラス溜まり部２２の断面形状も、一対のノズル孔２４、２４の断面形状に相似するような細長い形状とすることが好ましい。また、溶融ガラス溜まり部２２の断面形状を、長円形、楕円形、ダンベル形などに変えることによりノズルチップ内でのガラスの冷却と流れを制御することもできる。
【００２３】
溶融ガラス溜まり部２２の断面積すなわち溶融ガラス流入部面積は、一対のノズル孔２４、２４の開口断面積より大きく、また、隣接するノズルチップの設置に支障のない大きさに設定されるものであり、具体的には、一対のノズル孔２４、２４の面積合計に対して、３〜１６倍で、好ましくは、４〜１０倍であることが望ましい。３倍以下ではストレートでガラス溜まりのないノズルチップとの差が少なく、１６倍以上ではガラス溜まりにデッドゾーンができ、粘度の高い溶融ガラスが生じやすく、紡糸の安定化、扁平ガラス繊維の断面形状の安定化に悪影響があるばかりでなく、ガラス溜まりを持つノズルチップの断面積が大きくなり、同一面積に配置できるノズルチップの数が少なくなり、扁平ガラス繊維の生産量が減少するからである。溶融ガラス溜まり部２２の深さは、ノズルチップ１３全体の長さとノズル孔２４の長さから溶融ガラスの冷却の程度や流れの乱れ等を考慮して決められる。深さは０ｍｍからノズルプレートの厚さの２倍、望ましくは１〜２倍である。深さが浅いと効果が少なく、深過ぎると冷却されすぎてノズルチップからの溶融ガラスの吐出量が減少したり、扁平ガラス繊維の断面形状が不安定になりやすい。
【００２４】
溶融ガラス溜まり部２２の断面形状は、流入口の形状がノズル孔の直上までストレートに降りているものでもよいし、或いは流入口とノズル孔が滑らかな面で結ばれ、段差のほとんどない先細りの形状のものでもよい。なお、溶融ガラス溜まり部２２は、一対のノズル孔２４、２４に対して共通のものとする場合に限らず、各ノズル孔２４に対応してそれぞれ独立した溶融ガラス溜まり部を設けても良い。
【００２５】
以上に説明したように、一対の扁平な断面形状のノズル孔２４、２４間にノズル孔壁切り欠き部２５を備えたノズルチップ１３を用いることにより、そのノズルチップ１３から扁平状態で吐出された溶融ガラスが、引き伸ばされて繊維化する際に丸まることが少なく、扁平状態を保持した状態で冷却、固化され、扁平比が２以上というような高扁平ガラス繊維を高速で安定して製造することが可能となる。従来、扁平ガラス繊維を製造する際には扁平なノズル孔から吐出した溶融ガラスが丸まるのを抑制するために吐出された溶融ガラスを敏速に冷却、固化させるよう冷風を吹きつける方法を採っているが、本発明のノズルチップ１３ではこのような冷風による冷却は必要なく、また、冷却自体も省略できる。ただし、紡糸速度を上げるためには、冷却を行うことが必要となるが、その場合にも冷却吹き付けは必要なく、従来の円形断面のガラス繊維の製造に用いられている冷却フィンの使用により十分な冷却効果を得ることができる。そこで、図１に示す実施の形態では、ノズルプレート１２の下方に多数の冷却フィン１５を配置しており、この構成の採用により、安定して扁平ガラス繊維の製造ができる。冷風を吹きつけて冷却する方法では、冷風量によって冷却速度が大きく変動するため、冷風量を精密にコントロールする必要があり、しかも冷風のむらがあると、繊維の扁平比のばらつきが大きくなり、均一な品質の扁平ガラス繊維を製造することは困難であるが、本発明では冷却フィンの使用が可能となることで、より均一な品質の扁平ガラス繊維を安定して製造できる。
【００２６】
上記構成のノズルチップ１３は、ノズルプレート１２の下面に多数が配列されるが、その際の配列方法としては、図８に示すように、多数のノズルチップ１３を、縦方向及び横方向に並べて且つノズル孔２４の長径方向を平行にして配列することが好ましい。この配列を採用することにより、冷却フィン１５を、ノズルチップ１３をそのノズル孔２４の長径方向に並べて形成した複数のノズルチップ列の間に配置することが可能となり、この構成を採用することで、冷却フィン１５により、各ノズルチップ１３及びそれから吐出される溶融ガラスを均一に冷却でき、均一な品質の扁平ガラス繊維を製造できる。
【００２７】
更に、ノズルチップ１３を、そのノズル孔２４の長径方向を平行にして配列する場合、図８に示すように、ノズル孔２４の長手方向が、長方形のノズルプレート１２の短辺１２ａに平行となるように配列することが好ましい。この構成とすると、短辺１２ａに平行なノズルチップ列内におけるノズルチップ１３の個数を少なくでき、従ってノズルチップ列の長さが短くなるため、それに沿って配置する冷却フィン１５の長さを短くできる。もしこの冷却フィン１５を長くして多くのノズルチップ１３を冷却しなければならない場合には、冷却フィンの冷却能力が不足し、冷却の程度が場所によって異なってしまう。その結果、冷却が適正に行われるノズルチップからのガラス繊維は扁平比が大きく、冷却不足のノズルチップからのガラス繊維は扁平比が小さくなり、同じガラス繊維束の中で扁平比のばらつきを大きくしてしまう。これに対し、図８に示す配列を採用することで、冷却フィン１５を短くでき、列内のノズルチップ１３をそれぞれ適正に冷却して扁平比のばらつきを小さく抑えることができる。
【００２８】
図１において、ノズルプレート１２は、その長手方向が、下方に配置される集束剤塗布装置１７の回転軸やワインダー１９の回転軸に平行になるように配置されている。前記したように、ノズル孔２４の長径方向がノズルプレート１２の短辺１２ａ（図８参照）に平行になるように（従って、長手方向には直角方向に）配列しているため、ノズル孔２４の長径方向に並んだノズルチップ１３の個数が少なく、ノズルチップ列は短い。このため、このノズルチップ列内における各ノズルチップ１３から引き出されて集束剤塗布装置１７に向かって走行する扁平ガラス繊維１４のノズルチップ先端面に対する角度には、あまり大きい差がなく（図面ではノズルチップ１３と集束剤塗布装置１７の間隔を小さく示しているため、角度差があるように見えるが、実際の装置ではこの間隔が大きいため、角度差はあまり生じていない）、このため、ノズルチップ１３から吐出された溶融ガラスが延伸される際の角度差に基づく扁平比のむらはほとんど生じない。この点からも、ガラス繊維束内ので扁平ガラス繊維の扁平比のむらを少なくできる。
【００２９】
なお、従来は、ノズルチップ１３のノズル孔２４の長径方向を集束剤塗布装置１７の回転軸やワインダー１９の回転軸に直角に配置した場合、扁平ガラス繊維１４は集束剤塗布装置１７の表面に直角に立った状態で接触し、ランダムに倒れた後、集束されることとなり、隙間の多いガラス繊維束になるものと考えられており、隙間の少ないガラス繊維束を得るために、ノズル孔はその長径方向が集束剤塗布装置１７に対して平行になるように配列していたが、本発明者等が確認したところ、ノズル孔２４の長径方向の集束剤塗布装置１７の回転軸に直角に配置しても、平行に配置した場合と何ら差は見られず、集束された繊維束は扁平ガラス繊維が同じ方向に並んだ、隙間の少ない状態であることが判明した。
【００３０】
本発明において使用されるガラスの組成は、Ｅガラス、ＥＣＲガラス、Ｓガラス、Ｃガラス、Ｄガラスなど、ガラス繊維を製造しうるものであればよく、特に限定されるものではない。本発明のノズルチップで製造するガラス繊維の太さは、製造条件の設定により種々の繊維径のものが製造可能である。しかしながら、横断面における短径が３〜２０μｍ、好ましくは４〜１５μｍ、最長径が６〜１００μｍ、好ましくは１５〜８０μｍの範囲のものが製造上好ましい。つまり、短径が３μｍ未満のものは、ガラス繊維自体の紡糸が困難であり、長径が１００μｍを越えるものは、扁平化効率が悪く、剛性が高過ぎ、効率的な生産ができない。
【００３１】
【実施例】
以下に、本発明の理解を深めるために実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
【００３２】
〔実施例１〕
図２〜図４に示す形状のノズルチップ１３を用いた。このノズルチップ１３に設けたノズル孔２４は、断面が長円形で、長径が５．２ｍｍ、短径が１．０ｍｍ、扁平比５．２であり、ノズル孔２４の全長Ｃは１．６ｍｍとした。一対のノズル孔２４、２４の間隔（中心間距離）は２．３ｍｍとし、そのノズル孔２４、２４の間に長さ３．１ｍｍ（ノズル孔の長径に対して６０％）、深さ０．６ｍｍ（ノズル部２３の有効長さの３７．５％）のノズル孔壁切り欠き部２５を形成した。
【００３３】
このノズルチップ１３を、図８に示すように、ノズルプレート１２に対して、短辺１２ａに平行な列内には、ピッチ６．７ｍｍで６個ずつ配置し、長辺１２ｂに平行な列内にはピッチ７．０ｍｍで４０個ずつ配置した。そのノズルプレート１２を図１に示す装置に取り付け、Ｅガラス組成の溶融物を紡糸温度１２００°Ｃ、紡糸速度２０００ｍ／ｍｉｎで紡糸を行った。紡糸されたフィラメントの断面は長径２４．６μｍ、短径５．９μｍ、換算繊維径１３．２μｍのほぼ長円形断面のものであり、扁平ガラス繊維を安定して得ることができた。なお、扁平比は４．２であり、扁平化効率（ガラス繊維の扁平比のノズル孔断面扁平比に対する％）は８０．８％であり、また、繊維束内における扁平比のばらつきは小さかった。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明のノズルチップは、二つのノズル孔を、それぞれのノズル孔の長径方向が互いに平行になるように並べて配置したことにより、ノズル孔の配置密度を高めることができ一定面積のノズルプレート当たりの生産量を増加させることができ、更に、一対のノズル孔の間にノズル孔壁切り欠き部を設けたことにより、扁平比が２以上というような高扁平比の扁平ガラス繊維を安定して高速で紡糸することができ、しかも、紡糸開始時には、吐出された溶融ガラスがノズルプレートの下面を汚すことがなく、敏速に紡糸を開始できる等の効果を有している。
【００３５】
ここで、ノズル孔壁切り欠き部の切り欠き深さを、有効ノズル部の長さに対して１０〜１００％に設定することで、切り欠き部によるガラス繊維の扁平化効果を良好に発揮させることができるという効果が得られる。
【００３６】
また、前記ノズル部の上部に、前記一対のノズル孔に連通する溶融ガラス溜まり部を設けることで、ノズル孔への溶融ガラスの流れが安定し、ガラス繊維の扁平化効果を一層安定させることができるという効果が得られる。
【００３７】
本発明の扁平ガラス繊維製造装置は、上記構成のノズルチップを多数、縦方向及び横方向に並べて且つ前記ノズル孔の長径方向を平行にしてノズルプレートに配置し、そのノズルプレートの下方に且つノズル孔の長径方向に並べて形成した複数のノズルチップ列の間に冷却フィンを配置したことにより、各ノズルチップを冷却フィンにより均一に且つ安定して冷却でき、扁平比のばらつきが小さい扁平ガラス繊維束を高速で安定して製造できるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による扁平ガラス繊維の製造装置の概略正面図
【図２】図１の装置に用いるノズルチップの概略斜視図
【図３】図２のＸ−Ｘ矢視概略断面図
【図４】図２に示すノズルチップの概略下面図
【図５】ノズルチップの変形例を示す概略下面図
【図６】ノズルチップの他の変形例を示す概略断面図
【図７】ノズルチップの更に他の変形例を示す概略断面図
【図８】図１に示す装置のノズルプレート及び冷却フィンを示す概略下面図
【図９】（ａ）は切り欠き部を一対のノズル孔の外側に形成した構成のノズルチップにおける吐出溶融ガラスの挙動の一例を示す概略断面図
（ｂ）はそのノズルチップにおける吐出溶融ガラスの挙動の他の例を示す概略断面図
【図１０】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、扁平ガラス繊維の断面の例を示す概略断面図
【符号の説明】
１１ガラス溶融炉
１２ノズルプレート
１３ノズルチップ
１４ガラス繊維
１５冷却フィン
１６水冷却部
１７集束剤塗布装置
１８集束ローラ
１９ワインダー
２２溶融ガラス溜まり部
２３ノズル部
２４ノズル孔
２５ノズル孔壁切り欠き部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nozzle chip and a flat glass fiber manufacturing apparatus used for manufacturing flat glass fibers having a modified cross section with a high flat ratio.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a flat glass fiber 1 having a flat cross section as shown in FIGS. 10A, 10B, and 10C has been developed, and in particular, a ratio of a major axis to a minor axis (hereinafter referred to as a flat ratio). Flat glass fiber with a cross-section of a shape close to a rectangle with 2 or more increases the strength of the resin product blended with the fiber, increases the smoothness of the surface, reduces warping and twisting, increases the vibration damping effect, In addition, the glass non-woven fabric is effective even when the amount of the binder is small, and has an effect that it can be used as a substitute for glass cloth because the packing density can be increased. Therefore, its efficient industrial production is desired. In this specification, the major axis and minor axis of the flat cross section are, as shown in FIG. 10 (c), when the rectangle 2 circumscribing the cross section of the flat glass fiber 1 is assumed, the long side of the rectangle 2 A length A (corresponding to the longest dimension of the fiber cross section) and a short side length B (corresponding to the longest dimension in a direction substantially perpendicular to the major axis of the fiber cross section) are shown, and the flatness ratio is A / B. Moreover, this flatness ratio is applied also about the cross-sectional shape of the nozzle hole mentioned later.
[0003]
In general, glass fiber is manufactured by discharging molten glass from a nozzle plate on which a large number of nozzle chips are formed, and cooling and solidifying it while stretching. In the conventional method for manufacturing flat glass fiber, for example, It is manufactured in the same manner except that a nozzle tip having a flat cross-sectional nozzle hole as shown in Japanese Patent Publication No. 266937/1997 is used. However, even if such a nozzle tip is used, it is extremely difficult to efficiently obtain a desired flat glass fiber because the discharged molten glass tends to be rounded due to surface tension. That is, in order to prevent the molten glass discharged from the nozzle tip from being rounded, it is necessary to lengthen or reduce the nozzle tip so that the glass temperature at the time of discharge from the nozzle tip is lowered. If this is the case, the resistance due to the nozzle holes will increase, so the discharge rate of the molten glass will decrease, the spinning speed will have to be reduced, and the temperature of the molten glass at the nozzle tip outlet will decrease, resulting in insufficient fluidity As a result, there is a tendency for the molten glass to be rounded even if the discharge temperature from the nozzle tip is lowered. A flat glass fiber having a high aspect ratio that is much smaller than the flat ratio of the hole cross-section and eventually has a flat ratio of 2 or more, for example, 150 It was virtually impossible to produce by high speed spinning such m / min or more. In particular, a glass fiber with good acid resistance called ECR glass has a large surface tension, and thus is difficult to produce.
[0004]
Accordingly, nozzle tips capable of efficiently spinning flat glass fibers have been developed, and are proposed in, for example, JP-A-6-228806, JP-A-7-126033, JP-A-7-133132, and the like. ing. These publications disclose a technique related to a nozzle chip having a rectangular hole cross section and an orifice having protrusions on both sides of the short side of the rectangular hole. However, it has been difficult to stably produce a large amount of flat glass fibers even with a bushing plate having a large number of holes having these shapes.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-43343 has a nozzle hole whose cross section is oval or similar to an oval, and the cross-sectional area of the nozzle hole is gradually changed from the inlet side to the outlet side of the molten glass. A reduced nozzle tip has been proposed. In this nozzle tip, the disturbance of the glass flow in the nozzle tip can be reduced and the cooling effect can be increased. Compared with the conventional nozzle tip, flat glass fibers having a high aspect ratio can be produced with high productivity. It has the advantage that it can. However, even with this nozzle tip, there is still a tendency for the molten glass discharged from the nozzle tip to be rounded. For example, the flatness ratio of the glass fiber obtained is about half of the flatness ratio at the discharge port of the nozzle hole. There has been a problem that it has been difficult to produce flat glass fibers having a large flatness ratio. In addition, when a large number of nozzle chips are attached to the nozzle plate, an appropriate work interval is required between the nozzle chips. Therefore, the number of nozzle chips arranged per unit area of the nozzle plate, that is, the number of nozzle holes arranged is determined. There is also a problem that the area of the nozzle plate used for spinning the desired number of glass fibers cannot be increased.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such a conventional problem. While spinning a flat glass fiber having a high flat cross section with a flat ratio of 2.0 or higher at a high speed of 1500 m / min or higher, An object of the present invention is to provide a nozzle tip that can be stably operated with little occurrence of the above.
[0007]
Further, the present invention can be provided in such a form that the arrangement density of the nozzle holes is increased with respect to the nozzle plate, thereby enabling the nozzle plate to be miniaturized, and the nozzle chip to be used. Another object of the present invention is to provide a glass fiber manufacturing apparatus.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have made a pair of flat cross-sectional nozzle holes in the nozzle tip so that the major axis directions of the nozzle holes are parallel to each other. And so as to sandwich one of the nozzle hole walls in the major axis direction of the nozzle hole, The width W measured in the major axis direction of the nozzle hole is 30 to 100% of the length L of the nozzle hole in the major axis direction on the nozzle hole wall in the region sandwiched between the pair of nozzle holes. By providing a concave nozzle hole wall notch, even though a pair of nozzle holes are placed close to each other, the discharged molten glass does not join and cause trouble, and is discharged from the nozzle holes. It was found that the molten glass was cooled to glass fibers with almost no decrease in the flatness ratio, and thus high-flat ratio glass fibers could be stably spun, and the present invention was completed. That is, the present invention is a flat glass fiber spinning nozzle chip having a nozzle portion and at least a pair of nozzle holes penetrating the nozzle portion, and each of the pair of nozzle holes has a flat cross section. , So that the major axis direction of each nozzle hole is parallel to each other And so as to sandwich one of the nozzle hole walls in the major axis direction of the nozzle hole, Further, the width W measured in the major axis direction of the nozzle hole is 30 to 100, which is the length L of the nozzle hole in the major axis direction, on the nozzle hole wall in a region sandwiched between the pair of nozzle holes. It is a flat glass fiber spinning nozzle tip, characterized in that a concave nozzle hole wall cutout portion is provided.
[0009]
As described above, in the nozzle tip of the present invention, The nozzle hole wall notch is provided in the nozzle hole wall in the region sandwiched between a pair of flat cross-sectional nozzle holes arranged side by side so that the major axis directions are parallel to each other. , Each nozzle hole with a flat cross-sectional shape Of two nozzle hole walls (both nozzle hole walls extending from one end to the other end in the long diameter direction of the nozzle holes, hereinafter referred to as long side nozzle hole walls) located on both sides, a region sandwiched between a pair of nozzle holes Only in one Since the notch is formed in the nozzle hole wall, the molten glass flowing down the nozzle hole, at least Long side on the side with no notch Side Since the nozzle hole wall flows down with the nozzle hole wall wet, it flows down while maintaining a flat ratio approximately equal to the flat ratio of the nozzle hole cross section, and is cooled from the notch during the flow, so the tip of the nozzle tip At the time of being discharged from, it is moderately cooled, the tendency to curl is reduced, and then, when being fiberized while being stretched, the flat ratio is hardly decreased, and in some cases it may increase, eventually A flat glass fiber is obtained. In addition, when the molten glass flows down the notch portion of the nozzle hole, one side of the molten glass that is flowing down is released, so the flow resistance is reduced, and the molten glass that is passing through the nozzle portion is cooled to reduce the viscosity. Even if it becomes high, there is no problem and the molten glass flows down stably. For this reason, even if it spins at high speed, the glass fiber of desired aspect ratio can be obtained stably.
[0010]
Furthermore, since the notch part formed in the nozzle hole wall is provided between a pair of nozzle holes arranged close to each other, the molten glass started to be discharged from the pair of nozzle holes at the start of spinning is based on the presence or absence of the notch. Curved to the side with the notch due to the difference in viscosity due to the difference in cooling speed, sticking to each other and quickly falling into large beads, and even if the molten glass merges, the two opposed surfaces of the two molten glasses Since the temperature is lowered by the cooling by the notch portion, the molten glass can be immediately diverted by pulling the molten glass, and can quickly enter the normal spinning state. Thus, the spinning start operation can be performed promptly. In addition, despite the fact that the pair of nozzle holes are arranged close to each other, the two molten glasses hardly meet during steady operation, and stable spinning can be performed.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments of the present invention shown in the drawings. FIG. 1 is a front view schematically showing a flat glass fiber manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, in which 11 is a glass melting furnace, 12 is a nozzle plate disposed on the bottom surface, and 13 is the nozzle plate. Nozzle tip provided on the lower surface of 12, 14 is a glass fiber spun from the nozzle tip 13, 15 is a cooling fin for cooling the nozzle tip 13 and the glass fiber 14, and 16 is water for cooling the cooling fin 15. A cooling unit, 17 is a sizing agent coating device for applying a sizing agent to the glass fibers 14, 18 is a focusing roller that focuses a number of glass fibers, 19 is a winder that winds the focused glass fibers, and each nozzle tip Glass fibers 14 spun from 13 are converged by a converging roller 18 and wound around a winder 19. Here, the nozzle tip 13 constitutes an embodiment of the present invention, and is provided with nozzle holes having a flat cross-sectional shape as will be described later, whereby a glass fiber having a flat cross-section is produced.
[0012]
2 is a schematic perspective view of the nozzle tip 13 (not shown inside the molten glass reservoir), FIG. 3 is a schematic sectional view taken along the line XX of FIG. 2, and FIG. 4 is a schematic bottom view of the nozzle tip 13. A large number of nozzle chips 13 are provided on the lower surface of the nozzle plate 12. The nozzle tip 13 may be manufactured separately from the nozzle plate 12 and may be attached by welding or the like. Alternatively, the nozzle plate 13 may be machined from a single plate by a milling machine, an end mill, or the like, or by electric discharge machining, pressing, or the like. 12 may be made as a unitary structure.
[0013]
The nozzle chip 13 includes a molten glass reservoir portion 22 for introducing molten glass above the nozzle plate 12, a nozzle portion 23 formed below the nozzle plate 23 that greatly affects the cross-sectional shape of the flat glass fiber, and the nozzle portion. A pair of cross-sections provided so as to penetrate through 23 is provided with a flat nozzle hole 24. In the present invention, the nozzle holes 24 provided in the nozzle chip 13 are not limited to the pair shown in FIG. 4, but may be a plurality of pairs (three pairs in the drawing) as shown in FIG. In the embodiment shown in FIG. 3, the outer shape of the nozzle portion 23 is the same as the outer shape of the region where the molten glass pool portion 22 is formed. However, the present invention is not limited to this configuration, and FIG. As shown, the nozzle portion 23 may have an outer shape smaller than the region where the molten glass pool portion 22 is formed. By adopting this configuration, there is an advantage that the cooling effect of the nozzle portion 23 can be further enhanced. In the illustrated embodiment, the outer shape of the nozzle tip 13 and the nozzle portion 23 formed on the nozzle tip 13 is a rectangular parallelepiped, but is not limited thereto, and can be changed to a pyramid shape, a cylindrical shape, a conical shape, or the like. However, if the rectangular parallelepiped shown in the figure is used, there is an advantage that processing when a nozzle plate having a large number of nozzle chips is manufactured by machining from a single plate is easy.
[0014]
2 to 4, the pair of nozzle holes 24 formed in the nozzle portion 23 has a flat cross section. Here, the “cross section” means a cross section in a plane perpendicular to the direction of the molten glass flowing down in the nozzle hole 24. However, as will be described later, a concave notch 25 is formed on the part of the nozzle hole wall surrounding the nozzle hole 24 from the front end side (lower surface side). Since the cross-sectional shape of the nozzle hole 24 is different at the position where the nozzle hole 24 is not present, the “cross-section” in the present specification indicates a cross-section at a position where the notch 25 is not present (that is, a position above the notch 25). To do.
[0015]
Specific examples of the flat shape adopted as the cross-sectional shape of the nozzle hole 24 include a rectangle, four rounded corners of the rectangle, and semicircles having a diameter equal to the length of the short side at both ends of the rectangle in the longitudinal direction. Can be enumerated (oval), rectangular with both ends of the rectangle in the longitudinal direction (dumbbell shape) with a diameter larger than the short side length, oval, or similar shapes. In this form, an oval shape is shown. The cross-sectional shape and flatness ratio of the nozzle hole 24 are determined according to the cross-sectional shape and flatness ratio of the flat glass fiber to be manufactured, but when the nozzle tip of the present invention is used, the flat glass fiber to be manufactured Since the flatness ratio is a value relatively close to the flatness ratio of the cross section of the nozzle hole, the flatness ratio of the nozzle hole 24 may be set equal to or close to the flatness ratio of the flat glass fiber to be manufactured. For example, when a flat glass fiber having a flat ratio of 2.0 to 10 is manufactured, the flat ratio of the nozzle hole 24 to be used may be set to about 2.0 to 10. In general, the flat ratio of the flat glass fiber is preferably 3.0 or more, and the flat ratio of the nozzle hole 24 is also preferably 3.0 or more. On the other hand, if the flatness ratio of the nozzle hole 24 is increased, the cross-sectional shape of the fiber tends to be unstable and efficient production becomes difficult. Therefore, the flatness ratio is preferably 10 or less, and more preferably 8.0 or less. More preferably. The shortest diameter of the nozzle hole 24 is adjusted to match the type and production amount of the molten glass, but is desirably 0.5 mm or more, preferably 0.8 mm or more. If it is less than 0.5 mm, the outflow of the molten glass is not smooth, and the fiber dimensional change is large and undesirable.
[0016]
The pair of nozzle holes 24, 24 are arranged so that the major axis directions of the nozzle holes are parallel to each other. And so as to sandwich one of the nozzle hole walls in the major axis direction of the nozzle hole, Further, the nozzle hole wall in the region sandwiched between the pair of nozzle holes 24, 24 is excluded from both ends of the nozzle hole, and a concave nozzle hole wall notch 25 is formed from the tip side of the nozzle tip. Is provided. Accordingly, the nozzle hole wall surrounding each nozzle hole 24 at the tip of the nozzle tip 13 includes a long-diameter nozzle hole wall 24a that forms a long-diameter nozzle hole wall of the nozzle hole 24 and a short-diameter nozzle hole wall at both ends. A short-diameter nozzle hole wall 24b to be formed and a long-diameter end nozzle hole wall 24c forming part of the long-diameter nozzle hole wall on both sides of the nozzle hole wall notch 25 are formed.
[0017]
Thus, when molten glass is discharged from the nozzle hole 24, when the molten glass passes through the nozzle hole wall notch 25, the region facing the notch 25 is cooled and the surface tension is reduced. In the area excluding the notch 25, the nozzle hole walls 24a, 24b, and 24c are surrounded by the high-temperature nozzle hole walls, so that the cooling is suppressed, the nozzle hole walls 24a, 24b, and 24c are wetted and spread. Until it comes out, the shape of the nozzle hole 24 is almost equal to the cross-sectional shape. And even after leaving the tip of the nozzle tip 13, since the surface of the flat glass fiber facing the nozzle hole wall notch 25 is cooled and the surface tension is reduced, When glass fibers are stretched at high speed, they are hardly rounded by surface tension. Further, when the molten glass flows down the notch 25 of the nozzle hole 24, one side of the molten glass that is flowing down is opened, so that the flow resistance is reduced, and the molten glass passing through the nozzle 13 is cooled. Even if the viscosity increases, there is no problem and the molten glass flows down stably. Thus, flat glass fibers having a flat ratio substantially equal to the flat ratio of the nozzle hole 24 can be stably manufactured at high speed.
[0018]
As described above, the nozzle hole wall notch 25 exhibits the effect of cooling one side of the molten glass being discharged to reduce the surface tension and increasing the flattening efficiency. The size of the nozzle hole wall notch 25 is determined in consideration of various factors such as the melting temperature of glass, the spinning speed of glass fiber, and the stability of the flat ratio so that this effect is more effectively exhibited. Specifically, the nozzle hole wall notch 25 is disposed so that the center thereof coincides with the center of the major axis direction of the nozzle hole 24 and its width W (perpendicular to the flow direction of the molten glass) And measured in the major axis direction of the nozzle hole Length) is usually the nozzle in the major axis direction Hole length 30 to 100%, preferably 40 to 90%, most preferably 50 to 80% of the thickness L. If it is less than 30%, the effect of the notch portion is small. On the other hand, if 100% of the nozzle hole wall in the major axis direction is notched, and if the short side portion (nozzle hole wall 24b) is reduced to 1/2 or less, it becomes supercooled and melts. When the glass passes through the notch 25, the short side portion does not get wet and starts to curl, resulting in poor flattening efficiency. The depth D of the nozzle hole wall notch 25 (the length in the flowing direction of the molten glass) is related to the length C of the nozzle 23, but 0.2 mm or more is necessary from the standpoint of exerting the cooling effect. is there. The length C of the nozzle portion 23 is set so as to ensure a length capable of forming the notch portion 25 and to appropriately cool the molten glass flowing down, and is set to about 1 to 6 mm. It is preferably 1 to 4 mm. The depth D of the cutout portion 25 is the effective length of the nozzle portion 23 [in this specification, the minimum thickness necessary for forming the nozzle hole from the entire length C of the nozzle hole 24 (usually 0. The length obtained by subtracting about 3 mm) is referred to as an effective length], and is preferably 10 to 100%, more preferably 30 to 80%.
[0019]
The pair of nozzle holes 24, 24 are Arrange so that the major axis direction of each nozzle hole is parallel to each other The two nozzle holes 24 can be arranged in a smaller space. Then, by forming the nozzle hole wall notch 25 in the region sandwiched between the pair of nozzle holes 24, 24, the following operational effects can be obtained. That is, if the nozzle hole wall notch 25 'is formed outside the pair of nozzle holes 24, 24 as shown in FIG. 9, the molten glass is formed at the start of spinning as shown in FIG. 9 (a). Begins to flow down from the nozzle holes 24, 24, the molten glass 28 coming out of the nozzle holes 24 warps to the side where the notch 25 ′ is formed due to the difference in viscosity due to the difference in the cooling rate on both sides, and the nozzle plate 12. If the molten glass 28 coming out of the nozzle holes 24, 24 may join, as shown in FIG. However, even if air is blown, there is a problem that the flow is not easily diverted and obstructs the spinning operation. However, as in the present invention, a configuration in which the notch portion 25 is provided between the pair of nozzle holes 24 and 24 is provided. Then, when spinning starts When the molten glass started to be discharged from the pair of nozzle holes is bent to the side where the cut-out portion 25 is formed, the molten glass sticks to each other and quickly falls as a large bead, so that the lower surface of the nozzle plate is not soiled. In addition, even if the discharged molten glass merges, the temperatures of the opposed surfaces of the two molten glasses are lowered by the cooling by the notch portions 25, so the molten glass from the pair of nozzle holes 24, 24 The flow is immediately diverted by pulling, and even when it is not diverted, it can be easily diverted by blowing air, and the normal spinning state can be quickly entered. Thus, the spinning start operation can be performed promptly. Here, the distance between the pair of nozzle holes 24, 24 (distance between the nozzle hole walls on the adjacent side) is preferably narrow from the viewpoint of arranging the nozzle holes in a compact manner. Can be determined in consideration of these. Specifically, about 1.1 to 2.0 times the nozzle hole minor axis, or about 1 to 2 mm is preferable.
[0020]
In order to further stabilize the flattening of the glass fiber discharged from the nozzle hole 24, the width and depth of the nozzle hole 24 do not exceed the maximum width of the short diameter at the tip of the nozzle hole 24 and at both ends in the long diameter direction. For example, a concave groove having a height of about 0.1 to 0.7 mm may be provided, or a convex edge having a height of about 0.1 to 0.7 mm may be provided.
[0021]
As shown in FIG. 3, a molten glass reservoir 22 is provided in the upper part of the nozzle hole 24 of the nozzle tip 13. The molten glass reservoir 22 is provided to stabilize the flow of molten glass with respect to the nozzle hole 24 and may be omitted if not necessary. For example, as illustrated in FIG. 7, the nozzle plate 13 may be provided with a nozzle chip 13 </ b> A that does not include a molten glass reservoir, and the nozzle hole 24 may directly communicate with the upper surface of the nozzle plate 12.
[0022]
In a nozzle tip having a glass reservoir portion provided above the nozzle hole of a glass fiber spinning nozzle tip having a circular cross section, a cylindrical or conical reservoir portion is generally provided. However, as shown in FIGS. When the molten glass reservoir 22 is provided on the flat nozzle holes 24, 24, the viscosity of the molten glass near the wall surface is increased by the cooling effect to improve the flat efficiency, and the major axis of the nozzle hole is long. In order to make the distribution of the outflow suitable for the cross-sectional shape of the flat glass fiber to be manufactured, the cross-sectional shape of the molten glass reservoir 22 is also an elongated shape similar to the cross-sectional shape of the pair of nozzle holes 24, 24. It is preferable to do. Further, the cooling and flow of the glass in the nozzle tip can be controlled by changing the cross-sectional shape of the molten glass reservoir portion 22 to an oval shape, an oval shape, a dumbbell shape, or the like.
[0023]
The cross-sectional area of the molten glass reservoir 22, that is, the area of the molten glass inflow portion is larger than the opening cross-sectional area of the pair of nozzle holes 24, 24 and is set to a size that does not hinder the installation of adjacent nozzle tips. Specifically, it is 3 to 16 times, preferably 4 to 10 times the total area of the pair of nozzle holes 24 and 24. If it is less than 3 times, there is little difference from a nozzle tip that is straight and has no glass pool, and if it is 16 times or more, a dead zone is formed in the glass pool, high-viscosity molten glass tends to be produced, spinning is stabilized, and the cross-sectional shape of flat glass fiber This is because not only is there an adverse effect on the stabilization of the glass, but also the cross-sectional area of the nozzle tip having a glass pool increases, the number of nozzle tips that can be arranged in the same area decreases, and the production of flat glass fibers decreases. The depth of the molten glass pool portion 22 is determined in consideration of the degree of cooling of the molten glass, the turbulence of the flow, and the like from the entire length of the nozzle tip 13 and the length of the nozzle hole 24. The depth is from 0 mm to twice the thickness of the nozzle plate, preferably 1 to 2 times. If the depth is shallow, the effect is small. If the depth is too deep, the glass is cooled too much and the discharge amount of the molten glass from the nozzle tip is reduced, or the cross-sectional shape of the flat glass fiber is likely to be unstable.
[0024]
The cross-sectional shape of the molten glass reservoir 22 may be such that the shape of the inflow port is straight down to the position directly above the nozzle hole, or the inflow port and the nozzle hole are connected by a smooth surface so that there is almost no step. The shape may be sufficient. The molten glass reservoir 22 is not limited to a common one for the pair of nozzle holes 24, 24, and an independent molten glass reservoir may be provided corresponding to each nozzle hole 24.
[0025]
As described above, by using the nozzle tip 13 having the nozzle hole wall notch 25 between the pair of flat cross-sectional nozzle holes 24, 24, the nozzle tip 13 is discharged in a flat state. Stable production of high-flat glass fibers with a flat ratio of 2 or more, which is cooled and solidified in a state where the molten glass is stretched and hardly rounds when it is stretched and fiberized. Is possible. Conventionally, when manufacturing flat glass fibers, a method of blowing cool air to quickly cool and solidify the molten glass discharged from the flat nozzle hole to prevent the molten glass discharged from being rounded has been adopted. However, the nozzle tip 13 of the present invention does not require cooling with such cold air, and the cooling itself can be omitted. However, in order to increase the spinning speed, it is necessary to cool, but in that case, cooling spraying is not necessary, and the use of cooling fins used in the production of glass fibers having a conventional circular cross section is sufficient. Cooling effect can be obtained. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, a large number of cooling fins 15 are arranged below the nozzle plate 12, and flat glass fibers can be stably manufactured by adopting this configuration. In the method of cooling by blowing cold air, the cooling speed varies greatly depending on the amount of cold air, so it is necessary to precisely control the amount of cold air. Although it is difficult to produce flat glass fibers having a high quality, in the present invention, the use of cooling fins enables stable production of flat glass fibers having a more uniform quality.
[0026]
A large number of nozzle chips 13 having the above-described configuration are arranged on the lower surface of the nozzle plate 12. As an arrangement method at that time, as shown in FIG. 8, a large number of nozzle chips 13 are arranged in the vertical direction and the horizontal direction. In addition, the nozzle holes 24 are preferably arranged with the major axis directions parallel to each other. By adopting this arrangement, the cooling fins 15 can be arranged between a plurality of nozzle chip rows formed by arranging the nozzle chips 13 in the major axis direction of the nozzle holes 24. By adopting this configuration, the cooling fins 15 can be arranged. The cooling fins 15 can uniformly cool the nozzle chips 13 and the molten glass discharged from the nozzle chips 13, and can produce flat glass fibers of uniform quality.
[0027]
Further, when the nozzle chips 13 are arranged with the major axis direction of the nozzle holes 24 being parallel, the longitudinal direction of the nozzle holes 24 is parallel to the short side 12a of the rectangular nozzle plate 12, as shown in FIG. It is preferable to arrange them as follows. With this configuration, the number of nozzle tips 13 in the nozzle tip row parallel to the short side 12a can be reduced, and thus the length of the nozzle tip row is shortened. Therefore, the length of the cooling fins 15 disposed along the nozzle tip row is shortened. it can. If this cooling fin 15 is lengthened and many nozzle chips 13 must be cooled, the cooling capacity of the cooling fin is insufficient, and the degree of cooling differs depending on the location. As a result, the glass fiber from the nozzle tip that is properly cooled has a large flat ratio, the glass fiber from the nozzle chip that is undercooled has a low flat ratio, and the variation in the flat ratio is large in the same glass fiber bundle. Resulting in. On the other hand, by adopting the arrangement shown in FIG. 8, the cooling fins 15 can be shortened, and the nozzle chips 13 in the row can be appropriately cooled to suppress the variation in the flat ratio.
[0028]
In FIG. 1, the nozzle plate 12 is arranged such that its longitudinal direction is parallel to the rotation axis of the sizing agent coating device 17 and the rotation axis of the winder 19 arranged below. As described above, the nozzle holes 24 are arranged so that the major axis direction of the nozzle holes 24 is parallel to the short side 12a (see FIG. 8) of the nozzle plate 12 (and therefore, the nozzle holes 24 are perpendicular to the longitudinal direction). The number of nozzle tips 13 arranged in the major axis direction is small, and the nozzle tip row is short. For this reason, the angle of the flat glass fiber 14 drawn from each nozzle chip 13 in this nozzle chip row and traveling toward the sizing agent coating device 17 with respect to the nozzle chip tip surface is not so large (in the drawing, the nozzle Since the interval between the tip 13 and the sizing agent coating device 17 is shown small, there appears to be an angle difference, but in an actual device, this interval is large, so the angle difference does not occur so much)). The unevenness of the flat ratio based on the angle difference when the molten glass discharged from 13 is stretched hardly occurs. Also from this point, the unevenness of the flat ratio of the flat glass fiber can be reduced in the glass fiber bundle.
[0029]
Conventionally, when the major axis direction of the nozzle hole 24 of the nozzle tip 13 is arranged at right angles to the rotation axis of the sizing agent coating device 17 and the rotation axis of the winder 19, the flat glass fiber 14 is placed on the surface of the sizing agent coating device 17. It is thought that the glass fiber bundles with many gaps will be converged after coming into contact at a right angle, falling down randomly, and then converging. The long diameter direction was arranged so as to be parallel to the sizing agent coating device 17. However, as a result of confirmation by the present inventors, the major axis direction of the nozzle hole 24 is perpendicular to the rotation axis of the sizing agent coating device 17. Even if arranged, there was no difference from the case where they were arranged in parallel, and it was found that the bundle of bundles of fibers was in a state with few gaps in which flat glass fibers were arranged in the same direction.
[0030]
The composition of the glass used in the present invention is not particularly limited as long as it can produce glass fibers such as E glass, ECR glass, S glass, C glass, and D glass. The thickness of the glass fiber manufactured by the nozzle tip of the present invention can be manufactured with various fiber diameters by setting the manufacturing conditions. However, it is preferable in production that the minor axis in the cross section is 3 to 20 μm, preferably 4 to 15 μm, and the longest diameter is 6 to 100 μm, preferably 15 to 80 μm. That is, when the short diameter is less than 3 μm, it is difficult to spin the glass fiber itself, and when the long diameter exceeds 100 μm, the flattening efficiency is poor, the rigidity is too high, and efficient production cannot be performed.
[0031]
【Example】
EXAMPLES In order to deepen the understanding of the present invention, examples will be specifically described below, but the present invention is not limited to these examples.
[0032]
[Example 1]
The nozzle tip 13 having the shape shown in FIGS. 2 to 4 was used. The nozzle hole 24 provided in the nozzle tip 13 has an oval cross section, a major axis of 5.2 mm, a minor axis of 1.0 mm, and a flatness ratio of 5.2. The total length C of the nozzle hole 24 is 1.6 mm. did. The distance (center distance) between the pair of nozzle holes 24 and 24 is 2.3 mm, the length between the nozzle holes 24 and 24 is 3.1 mm (60% with respect to the major diameter of the nozzle holes), and the depth is 0.2 mm. A nozzle hole wall notch 25 of 6 mm (37.5% of the effective length of the nozzle 23) was formed.
[0033]
As shown in FIG. 8, six nozzle tips 13 are arranged at a pitch of 6.7 mm in a row parallel to the short side 12a with respect to the nozzle plate 12, and in the row parallel to the long side 12b. 40 pieces were arranged at a pitch of 7.0 mm. The nozzle plate 12 was attached to the apparatus shown in FIG. 1, and a melt of E glass composition was spun at a spinning temperature of 1200 ° C. and a spinning speed of 2000 m / min. The cross-section of the spun filament was a substantially oval cross section having a major axis of 24.6 μm, a minor axis of 5.9 μm, and a converted fiber diameter of 13.2 μm, and a flat glass fiber could be obtained stably. The flatness ratio was 4.2, the flattening efficiency (% of the glass fiber flatness ratio to the nozzle hole cross-sectional flatness ratio) was 80.8%, and the variation of the flatness ratio in the fiber bundle was small. .
[0034]
【The invention's effect】
As described above, the nozzle tip of the present invention has two nozzle holes. Align the major axis direction of each nozzle hole parallel to each other By arranging it, it is possible to increase the arrangement density of nozzle holes, increase the production amount per nozzle plate of a certain area, and further provide a nozzle hole wall notch between a pair of nozzle holes Thus, flat glass fibers having a high aspect ratio of 2 or more can be stably spun at high speed, and the discharged molten glass does not contaminate the lower surface of the nozzle plate at the start of spinning. It has the effect of being able to start spinning quickly.
[0035]
Here, by setting the notch depth of the nozzle hole wall notch part to 10 to 100% with respect to the length of the effective nozzle part, the flattening effect of the glass fiber by the notch part is satisfactorily exhibited. The effect that it can be obtained.
[0036]
Further, by providing a molten glass pool portion communicating with the pair of nozzle holes at the upper part of the nozzle portion, the flow of the molten glass to the nozzle holes is stabilized, and the flattening effect of the glass fiber can be further stabilized. The effect that it can be obtained.
[0037]
The flat glass fiber manufacturing apparatus according to the present invention includes a large number of nozzle chips having the above-described configuration arranged in the vertical and horizontal directions and arranged in the nozzle plate with the major axis direction of the nozzle holes parallel to each other. By arranging cooling fins between a plurality of nozzle tip rows formed side by side in the major axis direction of the holes, each nozzle tip can be uniformly and stably cooled by the cooling fins, and a flat glass fiber bundle with a small variation in flatness ratio Can be manufactured stably at high speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic front view of a flat glass fiber manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic perspective view of a nozzle tip used in the apparatus of FIG.
3 is a schematic cross-sectional view taken along arrow XX in FIG.
4 is a schematic bottom view of the nozzle tip shown in FIG.
FIG. 5 is a schematic bottom view showing a modified example of the nozzle tip.
FIG. 6 is a schematic sectional view showing another modification of the nozzle tip.
FIG. 7 is a schematic sectional view showing still another modification of the nozzle tip.
8 is a schematic bottom view showing a nozzle plate and cooling fins of the apparatus shown in FIG.
FIG. 9A is a schematic cross-sectional view showing an example of the behavior of discharged molten glass in a nozzle chip having a configuration in which a notch is formed outside a pair of nozzle holes.
(B) is a schematic sectional view showing another example of the behavior of the discharged molten glass in the nozzle tip
FIGS. 10A, 10B, and 10C are schematic cross-sectional views each showing an example of a cross-section of a flat glass fiber.
[Explanation of symbols]
11 Glass melting furnace
12 Nozzle plate
13 Nozzle tip
14 Glass fiber
15 Cooling fin
16 Water cooling section
17 Sizing agent coating device
18 Converging roller
19 Winder
22 Molten glass reservoir
23 Nozzle
24 Nozzle holes
25 Nozzle hole wall notch

Claims

A flat glass fiber spinning nozzle chip having a nozzle part and at least a pair of nozzle holes penetrating the nozzle part, wherein the pair of nozzle holes has a flat cross section and a The nozzle holes are arranged side by side so that the major axis directions are parallel to each other and sandwich one of the nozzle hole walls in the major axis direction of the nozzle holes , and further on the nozzle hole walls in the region sandwiched between the pair of nozzle holes, A flat glass having a concave nozzle hole wall notch portion in which the width W measured in the major axis direction of the nozzle hole is 30 to 100% of the length L of the nozzle hole in the major axis direction Nozzle tip for fiber spinning.

The flat glass fiber spinning nozzle tip according to claim 1, wherein a notch depth of the concave nozzle hole wall notch is 10 to 100% with respect to a length of the effective nozzle part.

The nozzle tip for flat glass fiber spinning according to claim 1 or 2, wherein a molten glass pool portion communicating with the pair of nozzle holes is provided on an upper portion of the nozzle portion.

A nozzle plate in which a large number of flat glass fiber spinning nozzle tips according to any one of claims 1 to 3 are arranged in the longitudinal direction and the lateral direction and the major axis direction of the nozzle holes is arranged in parallel, and the nozzle plate And a cooling fin disposed below, wherein the cooling fin is disposed between a plurality of nozzle chip rows formed by arranging the nozzle chips in the major axis direction of the nozzle holes. Textile manufacturing equipment.