JP4462115B2 - ガラス繊維ストランドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、扁平断面を有するガラス繊維フィラメントを束ねて形成されるガラス繊維ストランドの製造方法に関する。

従来より、ガラス繊維フィラメントを束ねて形成されたガラス繊維ストランドが、ガラスクロス等を作製するために利用されている。また、ガラス繊維ストランドは、細かく切断してから樹脂に混ぜることで樹脂成型体の補強材としても利用されている。一般にガラス繊維フィラメントの断面形状は半径一定の真円形であるが、長円形、楕円形、まゆ型等の非真円形断面形状のガラス繊維フィラメントも公知である。特許文献１では、このような非真円形断面形状の扁平な断面を有するガラス繊維フィラメントを束ねて形成されたガラス繊維ストランドの一例が記載されている。
特公平４−１３３００号公報

このようなガラス繊維ストランドは、通常はコレットに巻き取られてケーキとして取り扱われる。そのため、一般に、ガラス繊維ストランドでは、ガラス繊維ストランドのケーキからの引き出しやすさである解舒性、解舒した後のガラス繊維ストランドの切断しやすさである切断性を向上する要求がある。特に、ガラス繊維ストランドの解舒性が悪いと、ガラス繊維ストランドをストランドから引き出す際に、ガラス繊維ストランドの表面にあるガラス繊維フィラメントが切断されて毛羽立ってしまい、ガラス繊維ストランドの品質を低下させてしまう。よって、ガラス繊維ストランドの解舒性を向上することは重要である。しかしながら、一般に、扁平断面を有するガラス繊維フィラメントを束ねて形成されたガラス繊維ストランドにおいては、真円形断面を有するガラス繊維フィラメントを束ねたガラス繊維ストランドに比べ、解舒性及び切断性がともに低下する傾向にあり、特許文献１のガラス繊維ストランドにおいても、解舒性及び切断性が十分に高められていなかった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、ガラス繊維ストランドの解舒性を向上することを目的とする。また、本発明は、ガラス繊維ストランドの切断性を向上することを目的とする。

発明者による鋭意検討の結果、ガラス繊維ストランドにおいてガラス繊維フィラメントが十分に密に配置されていないことが、ガラス繊維ストランドの解舒性及び切断性を悪化させる原因となっていることがわかった。以下に、ガラス繊維ストランドの解舒性及び切断性を悪化について、より詳しく説明する。

真円形断面を有するガラス繊維フィラメントを束ねて形成されたガラス繊維ストランドでは、ガラス繊維ストランド内でガラス繊維フィラメントが動きやすく、コレットに巻き取る際にガラス繊維フィラメントが詰まった状態になりやすい。一方、扁平断面を有するガラス繊維フィラメントを束ねて形成されたガラス繊維ストランドでは、ガラス繊維ストランド内でガラス繊維フィラメントが動きづらいので、同じ紡糸条件では真円形断面を有するガラス繊維フィラメントを束ねて形成されたガラス繊維ストランドと比較して詰まった状態にならない。

このように扁平断面を有するガラス繊維フィラメントを束ねて形成されたガラス繊維ストランドでは、ガラス繊維フィラメントが十分に密に配置されていないため、ガラス繊維フィラメント間に隙間が多かった。このため、ガラス繊維ストランドがコレットに巻き取られた際に、ガラス繊維ストランド同士の食い込みが生じていた。即ち、ガラス繊維ストランド同士の接触面において、一方のガラス繊維ストランドのフィラメントが他方のガラス繊維ストランドのフィラメント間の隙間に挟まり込んでしまっていた。この結果、ガラス繊維ストランドをコレットから引き出すためにより強い引っ張り力が必要となり、ガラス繊維ストランドの解舒性が悪化していた。さらには、挟まり込んだガラス繊維フィラメントがフィラメント間の隙間から抜け出るときに、ガラス繊維フィラメントの一部が切断されてしまい、ガラス繊維ストランドの表面が毛羽立ってしまい、毛羽立ち性が悪化していた。

また、上述したように、扁平断面を有するガラス繊維フィラメントを束ねて形成されたガラス繊維ストランドにおいて、ガラス繊維ストランドの切断性が悪化していた。この理由は、上述したとおりガラス繊維フィラメント間に隙間が多かったため、ガラス繊維ストランドを切断する際に、カッター刃に接触したガラス繊維フィラメントが移動してしまっていたためであると考えられる。

上述したガラス繊維フィラメントの解舒性及び切断性の悪化を解消するために、本発明に係るガラス繊維ストランドの製造方法は、平率１．５〜７の扁平断面を有する多数本のガラス繊維フィラメントを１個または複数個のギャザリングシューで束ねてなるガラス繊維ストランドの製造方法において、１つのギャザリングシューで束ねるガラス繊維フィラメントを１５０本以下とし、

により算出されるフィラメント占有率αを０．６以上とすることを特徴としている。

上述したガラス繊維ストランドの製造方法によれば、フィラメント占有率αが０．６以上とされているので、ガラス繊維ストランドにおいてガラス繊維フィラメントが密に配置されており、ガラス繊維フィラメント間に形成される隙間は少ない。ここで、ガラス繊維ストランドの表面に着目すると、ガラス繊維ストランドの表面においても多数本のガラス繊維フィラメントが密に並んでいるので、ガラス繊維フィラメント間に形成される隙間は少ない。このため、ガラス繊維ストランドがコレットに巻き取られた際に、ガラス繊維フィラメント間の隙間にガラス繊維フィラメントが挟まり込むことが少ない。よって、本実施形態のガラス繊維ストランドでは、ケーキ（巻体）からガラス繊維ストランドを引き出すときの抵抗が小さくされており、ガラス繊維ストランドの解舒性が向上されている。また、ガラス繊維ストランドの表面の毛羽立ちが抑制されている。

また、上述したガラス繊維ストランドの製造方法によれば、既述のとおり、フィラメント占有率αが０．６以上とされているので、ガラス繊維ストランドにおいてガラス繊維フィラメントが密に配置されている。このため、ガラス繊維ストランドを切断するために、ガラス繊維ストランドの表面にカッター刃を接触させたときでも、各ガラス繊維フィラメントはほとんど移動することがない。よって、ガラス繊維ストランドは切断しやすく、ガラス繊維ストランドの切断性が向上されている。
しかも、１つのギャザリングシューで束ねるガラス繊維フィラメントを１５０本以下とすることで、ガラス繊維フィラメントを十分に密に束ね、ガラス繊維ストランドの解舒性及び切断性を向上することができる。
同様に、本発明に係るガラス繊維ストランドの製造方法は、扁平率１．５〜７の扁平断面を有する多数本のガラス繊維フィラメントを複数段のギャザリングシューで束ねてなるガラス繊維ストランドの製造方法において、１段目で束ねるガラス繊維フィラメントを１つのギャザリングシュー当たり１５０本以下として、複数個の１段目のギャザリングシューでガラス繊維フィラメントを束ね、最終段のギャザリングシューでガラス繊維フィラメントを１本に束ね、

により算出されるフィラメント占有率αを０．６以上とすることを特徴としている。
上述したガラス繊維ストランドの製造方法によれば、フィラメント占有率αが０．６以上とされているので、ガラス繊維ストランドにおいてガラス繊維フィラメントが密に配置されており、ガラス繊維フィラメント間に形成される隙間は少ない。ここで、ガラス繊維ストランドの表面に着目すると、ガラス繊維ストランドの表面においても多数本のガラス繊維フィラメントが密に並んでいるので、ガラス繊維フィラメント間に形成される隙間は少ない。このため、ガラス繊維ストランドがコレットに巻き取られた際に、ガラス繊維フィラメント間の隙間にガラス繊維フィラメントが挟まり込むことが少ない。よって、本実施形態のガラス繊維ストランドでは、ケーキ（巻体）からガラス繊維ストランドを引き出すときの抵抗が小さくされており、ガラス繊維ストランドの解舒性が向上されている。また、ガラス繊維ストランドの表面の毛羽立ちが抑制されている。
また、上述したガラス繊維ストランドの製造方法によれば、既述のとおり、フィラメント占有率αが０．６以上とされているので、ガラス繊維ストランドにおいてガラス繊維フィラメントが密に配置されている。このため、ガラス繊維ストランドを切断するために、ガラス繊維ストランドの表面にカッター刃を接触させたときでも、各ガラス繊維フィラメントはほとんど移動することがない。よって、ガラス繊維ストランドは切断しやすく、ガラス繊維ストランドの切断性が向上されている。
しかも、１段目の複数個のギャザリングシューで、ガラス繊維フィラメントを１つのギャザリングシュー当たり１５０本以下として束ねることで、ガラス繊維フィラメントを十分に密に束ね、ガラス繊維ストランドの解舒性及び切断性を向上することができる。

また、本発明に係るガラス繊維ストランドの製造方法は、上述した構成に加えて、さらに

により算出されるガラス繊維ストランドの扁平率γを５〜３０とすることが好ましい。

この製造方法によれば、ガラス繊維ストランドは薄くなるので、ガラス繊維ストランドの解舒性が向上され、また、ガラス繊維ストランドの切断性が向上されている。
また、本発明に係るガラス繊維ストランドの製造方法は、上述した構成に加えて、さらに

により算出されるガラス繊維フィラメントの配向係数βを７５以下とすることが好ましい。
この製造方法によれば、ガラス繊維ストランドの解舒性及び切断性が向上する。

本発明によれば、ガラス繊維ストランドの解舒性を向上することができる。また、ガラス繊維ストランドの切断性の向上することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係るガラス繊維ストランド１０の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

[ガラス繊維ストランド]
ガラス繊維ストランド１０は、数μｍ〜数十μｍ程度の太さの繊維状のガラス繊維フィラメント１２を多数本束ねて紐状に形成されたものである。図１には、ガラス繊維ストランド１０を切断した断面の模式図が示されており、ガラス繊維ストランド１０は紙面に垂直な方向に延伸している。また、図２には、図１の一部Ｒを拡大した拡大断面図が示されている。ガラス繊維ストランド１０は、多数本のガラス繊維フィラメント１２を束ねることにより、全体として略凸レンズ状の断面形状となっている。ガラス繊維ストランド１０がこのような形状となるのは、後述するように、ガラス繊維ストランド１０の製造工程において、ガラス繊維フィラメント１２がギャザリングシューにより束ねられるためである。

ガラス繊維ストランド１０の断面は略凸レンズ形状であり、レンズ形状の横幅Ａを長径とし、レンズ形状の厚さＢを短径としている。ここで、ガラス繊維ストランド１０のレンズ形状の横幅Ａとは、ガラス繊維ストランド１０の断面において左右の角部を結ぶ線分Ｌ１の長さである。また、ガラス繊維ストランド１０のレンズ形状の厚さＢとは、ガラス繊維ストランド１０の断面において、線分Ｌ１と直交し、且つ、断面上での長さが最長となる線分Ｌ２の長さである。また、ガラス繊維ストランド１０は、長径Ｌ１を挟んで、ほぼ曲率半径ρの２つの曲面を有している。

図２の拡大図に示すように、ガラス繊維ストランド１０の内部では、多数本のガラス繊維フィラメント１２が密に配置されている。各ガラス繊維フィラメント１２は、扁平な断面形状を有した扁平ガラス繊維フィラメントであり、紙面に垂直な方向に延伸している。ガラス繊維フィラメント１２のうち多く１２ｂは、扁平断面の長手方向を、ガラス繊維ストランド１０の凸レンズ形状の長径Ｌ１方向（断面長手方向）に沿う方向に向けて配置されている。但し、ガラス繊維フィラメント１２のうちの一部１２ｃは、扁平断面の長手方向を、ガラス繊維ストランド１０の凸レンズ形状の長径Ｌ１方向から大きく傾斜した方向に向けて配置されている。

なお、扁平ガラス繊維フィラメントとは、その断面形状が略だ円形、略長円形、略まゆ形等であって、扁平率が１．５〜７のガラス繊維フィラメントをいう。ここで、扁平率とは以下で定義される値である。すなわち、扁平ガラス繊維フィラメント１２ａの延伸方向に対して直交する断面に外接する最小面積の長方形を想定する。この長方形の長辺の長さａ（繊維横断面の最長寸法に相当）を扁平ガラス繊維フィラメントの長径とする。一方、長方形の短辺の長さｂを扁平ガラス繊維フィラメントの短径とする。扁平率は、長辺の長さと短辺の長さの比、すなわちａ／ｂの値である。

発明者による調査の結果、ガラス繊維ストランド１０の断面においてガラス繊維フィラメント１２が占める面積の占有率αを０．６以上とすることで、ガラス繊維ストランド１０の解舒性及び切断性が向上されることが確認された。ここで、フィラメント占有率αは次式で表される。

なお、上記のフィラメント占有率αの式において、ガラス繊維フィラメント１２と断面積の等しい真円形断面の直径φは、ガラス繊維ストランド１０を切断した後に、ガラス繊維フィラメント１２の断面を観察して、その断面積を計測することにより求めることができる。また、ガラス繊維フィラメント１２の集束数Ｎは、ガラス繊維ストランド１０を切断した後に、ガラス繊維ストランド１０の切断面を観察して、ガラス繊維フィラメント１２の本数を数えることで計測することができる。

また、ガラス繊維ストランド１０の断面積Ｓを計測するに際して、ガラス繊維ストランド１０を切断してからガラス繊維ストランド１０の断面積Ｓを計測しようとすると、ガラス繊維ストランド１０を切断するときに、カッター刃の押圧によりガラス繊維フィラメント１２の配置がずれて、ガラス繊維ストランド１０の断面積が変化してしまうおそれがある。そこで、ガラス繊維ストランド１０の断面積Ｓは、次のようにして計測する。

先ず、長さ２５ｍｍに切断したガラス繊維ストランド１０をサンプルフォルダーにストランド１０の長径Ｌ１の方向が寝るように置き、ＳＥＭにて観察して、ストランド長径Ｌ１の全巾がカメラの視野に入るように７０〜２２０倍の倍率で撮影し、ストランド長径Ｌ１の長さＡを計測する。また、ガラス繊維ストランド１０の断面形状で切断による影響がない部分について、断面方向からストランド短径Ｌ２の全巾がカメラの視野に入るように７０〜２２０倍の倍率で撮影し、ストランド短径Ｌ２の長さＢを計測する。

次に、計測されたストランド長径Ｌ１の長さＡ、及びストランド短径Ｌ２の長さＢの条件を満たすようなガラス繊維ストランド１０の断面形状を推定し、ガラス繊維ストランド１０の断面積Ｓを求める。即ち、半径の等しい２つの円の一部が互いに重なって、当該重複部分が、図１に示すガラス繊維ストランドの凸レンズ形状になる状況を想定する。ここで、重複部分の長径Ｌ１が長さＡとなり、重複部分の短径Ｌ２が長さＢとなるような、曲率半径ρを半径とする２つの円の重複部分を、ガラス繊維ストランド１０の断面積Ｓとして求めることができる。

以下、ガラス繊維フィラメント１２が占める面積の占有率αを０．６以上としたことによる、ガラス繊維ストランド１０の解舒性及び切断性の向上について、詳しく説明する。本実施形態のガラス繊維ストランド１０では、フィラメント占有率αが０．６以上とされているので、ガラス繊維ストランド１０においてガラス繊維フィラメント１２が密に配置されており、ガラス繊維フィラメント１２間に形成される隙間は少ない。ここで、ガラス繊維ストランド１０の表面に着目すると、ガラス繊維ストランド１０の表面においても多数本のガラス繊維フィラメント１２が密に並んでいるので、ガラス繊維フィラメント１２間に形成される隙間は少ない。このため、ガラス繊維ストランド１０がコレットに巻き取られた際に、ガラス繊維フィラメント１２間の隙間にガラス繊維フィラメント１２が挟まり込むことが少ない。よって、本実施形態のガラス繊維ストランド１０では、ケーキからガラス繊維ストランド１０を引き出すときの抵抗が小さくされており、ガラス繊維ストランド１０の解舒性が向上されている。そのため、ガラス繊維ストランド１０の表面の毛羽立ちが抑制されている。

また、本実施形態のガラス繊維ストランド１０では、既述のとおり、フィラメント占有率αが０．６以上とされているので、ガラス繊維ストランド１０においてガラス繊維フィラメント１２が密に配置されている。このため、ガラス繊維ストランド１０を切断するために、ガラス繊維ストランド１０の表面にカッター刃を接触させたときでも、各ガラス繊維フィラメント１２はほとんど移動することがない。よって、ガラス繊維ストランド１０は切断しやすく、ガラス繊維ストランド１０の切断性が向上されている。

また、発明者による調査の結果、フィラメント占有率αを０．６以上とするのに加えて、さらに、ガラス繊維ストランド１０において多数本のガラス繊維フィラメント１２の方向がそろっている度合いを示す配向係数βを７５以下とすることで、ガラス繊維ストランド１０の解舒性及び切断性が向上されることが確認された。ここで、ガラス繊維フィラメント１２の配向係数βは次式で表される。

ここで、ガラス繊維フィラメント１２の配向係数βが大きいほど、ガラス繊維フィラメント１２の方向がそろっていないことを示し、ガラス繊維フィラメント１２の配向係数βが小さいほどガラス繊維フィラメント１２の方向がそろっていることを示す。

なお、上記のガラス繊維フィラメント１２の配向計数βの式において、ガラス繊維フィラメント１２と断面積の等しい真円形断面の直径φ、及びガラス繊維ストランド１０のストランド長径Ｌ１の長さＡの計測方法は、既述したとおりである。ちなみに、ガラス繊維ストランド１０のストランド長径Ｌ１の長さＡの計測においては、計測精度を向上する観点から、例えば、長さ２５ｍｍに切断したガラス繊維ストランド５００本をシャーレ上に並べ、リアルタイム画像処理解析装置（（株）ニコレ製ＬＵＺＥＸ−ＦＳ）にて、切断により形状に影響のない部分のストランド長径Ｌ１の長さＡを１本当たり３箇所で測定し、ストランド長径Ｌ１を計測した長さＡの分布において、平均値に対して標準偏差が４％以内であることを確認するとよい。

また、ガラス繊維フィラメント１２の本数Ｍは、図１にて示す矢印Ｚ方向でガラス繊維ストランド１０を観察して、フィラメント短径ｂの１／２以上が確認できるフィラメント数を計数することで求めることができる。例えば、ガラス繊維フィラメント１２の本数Ｍは、上記リアルタイム画像処理解析装置による測定における鉛直方向（Ｚ方向）の画像をもとに、フィラメント短径ｂの１／２以上が確認できるフィラメント数を計数すればよい。

以下、ガラス繊維フィラメント１２の配向係数βを７５以下としたことによる、ガラス繊維ストランド１０の解舒性及び切断性の向上について、詳しく説明する。本実施形態のガラス繊維ストランド１０では、ガラス繊維フィラメント１２の配向係数βを７５以下と小さな値としているので、ガラス繊維フィラメント１２のうち多くは、扁平断面の長手方向を、ガラス繊維ストランド１０の凸レンズ形状の断面の長手方向に沿う方向に向けて配置されている。よって、ガラス繊維ストランド１０の断面において、ガラス繊維フィラメント１２間の隙間は極めて少なくされており、ガラス繊維フィラメント１２は密に配置されている。このため、ガラス繊維ストランド１０の表面においても多数本のガラス繊維フィラメント１２が密に並んでいるので、ガラス繊維フィラメント１２間に形成される隙間は少ない。よって、本実施形態のガラス繊維ストランド１０では、ケーキからガラス繊維ストランド１０を引き出すときの抵抗が小さくされており、ガラス繊維ストランド１０の解舒性が向上されている。さらには、ガラス繊維ストランド１０の表面の毛羽立ちが抑制されている。また、ガラス繊維ストランド１０においてガラス繊維フィラメント１２が密に配置されたことにより、ガラス繊維ストランド１０の表面にカッター刃を接触させても、各ガラス繊維フィラメント１２はほとんど移動することがないため、ガラス繊維ストランドは切断しやすく、ガラス繊維ストランドの切断性が向上されている。

また、発明者による調査の結果、フィラメント占有率αを０．６以上とするのに加えて、さらに、ガラス繊維ストランド１０の断面形状の扁平の度合いを表す扁平率γを５〜３０とすることで、ガラス繊維ストランド１０の解舒性及び切断性が向上されることが確認された。ここで、ガラス繊維ストランド１０の扁平率γは、次式で表される。

上式のとおり、ガラス繊維ストランド１０の扁平率γは、ガラス繊維ストランド１０の断面の長径Ａと短径Ｂの比である。ガラス繊維ストランド１０の扁平率γが大きいほどガラス繊維ストランド１０の断面形状が扁平であることを示し、扁平率γが小さいほどガラス繊維ストランド１０の断面形状が半径が一定の真円形に近いことを示す。なお、ガラス繊維ストランド１０の長径Ａ及び短径Ｂの計測方法は、既述したとおりである。

本実施形態のガラス繊維ストランド１０では、ガラス繊維ストランド１０の扁平率γを５〜３０とすることにより、ガラス繊維ストランド１０をフラットな形状にしている。このようにガラス繊維ストランド１０をフラットな形状にすると、ガラス繊維ストランド１０をコレットに巻き取る際に、既にコレットに巻回されたガラス繊維ストランド１０間の隙間に、ガラス繊維ストランド１０が挟まり込みづらくなる。よって、ガラス繊維ストランド１０はコレットから引き出しやすくなっており、ガラス繊維ストランド１０の解舒性が向上されている。また、ガラス繊維ストランド１０が薄くなっていることにより、ガラス繊維ストランド１０は切断しやすくなっており、ガラス繊維ストランド１０の切断性が向上されている。なお、ガラス繊維ストランド１０の解舒性及び切断性は、ガラス繊維ストランド１０の扁平率γを９〜２０とすると特に良好となる。

[ガラス繊維ストランドの製造方法]
次に、上述したガラス繊維ストランド１０の製造方法について説明する。図３には、ガラス繊維ストランド１０の製造装置２０が示されている。

ガラス繊維ストランド１０の製造装置２０では、ガラス原料を溶融するための２つの溶融ガラス溜まり部２２Ａ，２２Ｂが設置されており、それぞれの溶融ガラス溜まり部２２Ａ，２２Ｂの下方に、ガラス繊維フィラメント１２に集束剤を塗布するためのアプリケータ２６Ａ，２６Ｂと、複数のガラス繊維フィラメント１２を束ねるための一段目のギャザリングシュー（集束器）２８Ａ，２８Ｂが設置されている。また、２つの一段目のギャザリングシュー２８Ａ，２８Ｂの下方に、二段目のギャザリングシュー３０が設置されている。さらに、ガラス繊維ストランド１０を綾振りするためのトラバース装置３２と、ガラス繊維ストランド１０を巻き取るためのコレット３４が設置されている。

それぞれの溶融ガラス溜まり部２２Ａ，２２Ｂの下面には多数のノズル孔を有するブッシング２４Ａ，２４Ｂが取り付けられている。溶融ガラスが各ノズル孔から流出した後に冷却されて固化することで、多数本のガラス繊維フィラメント１２が形成される。なお、ガラス繊維フィラメント１２を長円形、楕円形等の非真円形の異形断面とするために、ブッシング２４Ａ，２４Ｂのノズル孔は楕円形、長円形、長方形などの非円形の孔形状とされている。ここで、溶融ガラスが各ノズル孔から流出した後に非真円形の異形断面から真円形断面に変形しないように、溶融ガラスがノズル孔から流出した直後に、溶融ガラスを急冷することが好ましい。

それぞれの溶融ガラス溜まり部２２Ａ，２２Ｂから流出して形成されたガラス繊維フィラメント１２は、アプリケータ２６Ａ，２６Ｂにより集束剤が塗布されてから、一段目のギャザリングシュー２８Ａ，２８Ｂにより束ねられ、２本のガラス繊維ストランド１０Ａ，１０Ｂが形成される。さらに、これらの２本のガラス繊維ストランド１０Ａ，１０Ｂは、二段目のギャザリングシュー３０により１本に束ねられて、ガラス繊維ストランド１０が形成される。ここで、各ギャザリングシュー２８Ａ，２８Ｂ，３０において、ガラス繊維ストランド１０に適度な張力を与える。この張力により、ガラス繊維ストランド１０は各ギャザリングシュー２８Ａ，２８Ｂ，３０において凸レンズ状の断面形状となるように束ねられる。また、ガラス繊維ストランド１０に作用する張力により、各ガラス繊維フィラメント１２は、その断面長手方向を、ガラス繊維ストランド１０の断面長手方向に沿う方向に向けて配置される。最後に、ガラス繊維ストランド１０をトラバース装置３２で綾振りしながら高速回転するコレット３４表面に巻き取って、ガラス繊維ストランド１０のケーキが完成する。

上述したガラス繊維ストランド１０の製造工程において、一段目のギャザリングシュー２８Ａ，２８Ｂのそれぞれにつき、束ねられるガラス繊維フィラメント１２の本数を１５０本以下とすることが好ましい。仮に、一つのギャザリングシュー２８Ａ，２８Ｂにより１５０本を超えた本数のガラス繊維フィラメント１２を束ねると、ガラス繊維フィラメント１２は十分に密に束ねられず、ガラス繊維ストランド１０においてガラス繊維フィラメント１２間の隙間が多くなってしまう。この結果、ガラス繊維ストランド１０の解舒性及び切断性が悪化してしまう。これに対して、１つのギャザリングシュー２８Ａ，２８Ｂにより束ねられるガラス繊維フィラメント１２の本数を１５０本以下とすることで、ガラス繊維フィラメント１２を十分に密に束ね、ガラス繊維ストランド１０の解舒性及び切断性を向上することができる。なお、太いガラス繊維ストランド１０を得たい場合には、１つのギャザリングシュー２８Ａ，２８Ｂにより束ねられるガラス繊維フィラメント１２の本数を１００〜１５０本程度とすればよい。

上述したガラス繊維ストランド１０の製造装置２０の構造を変更しても、解舒性及び切断性の良好なガラス繊維ストランド１０を製造することができる。例えば、上述したガラス繊維ストランド１０の製造装置２０では、溶融ガラス溜まり部２２Ａ，２２Ｂ、ブッシング２４Ａ，２４Ｂ、アプリケーター２６Ａ，２６Ｂをそれぞれ２つ設けているが、図４に示されるように、溶融ガラス溜まり部２２、ブッシング２４、アプリケーター２６をそれぞれ１つにしてもよい。

また、１本のガラス繊維ストランドを製造するために用いるガラス繊維フィラメント１２の本数が少ない場合には、３つのギャザリングシュー２２Ａ，２２Ｂを二段階に分けて設ける必要はなく、１つのギャザリングシューを設けるのみでもよい。逆に、１本のガラス繊維ストランドを製造するために用いるガラス繊維フィラメントの本数が多い場合は、一段目のギャザリングシューを３つ以上にしたり、多数のギャザリングシューを三段階以上に分けて設けてもよい。

なお、特許文献１では、溶融ガラス溜まり部内を加圧することで、溶融ガラスの粘度が比較的に高くても、溶融ガラスがノズル孔から流出する速度を速めていた。このようにして形成されたガラス繊維フィラメントは高い扁平率の扁平ガラス繊維を得ることができるが、ガラス繊維ストランドを形成した場合には、ガラス繊維ストランドにおいてガラス繊維フィラメントは粗に配置されてしまう。この結果、ガラス繊維ストランドの解舒性が悪化し、ガラス繊維ストランドをコレットから引き出すと、ガラス繊維フィラメントの表面が毛羽立ってしまう。また、ガラス繊維ストランドの切断性が悪化してしまう。

[ガラス繊維ストランド]
次に、ガラス繊維ストランド１０の実施例及び比較例について説明する。実施例及び比較例に係るガラス繊維ストランド１０に関するデータを、次表に示す。

（１）実施例１
実施例１では、ガラス繊維ストランド１０を形成するために、短径が６μｍであり長径が２４μｍの長円形の扁平断面を有するガラス繊維フィラメント１２を用いた。このガラス繊維フィラメント１２の断面面積に対して、同じ断面積を有する真円形の直径に算出すると１３μｍであった。一段目のギャザリングシューを３つ用意し、各ギャザリングシューで１０８本のガラス繊維フィラメント１２を束ね、さらに二段目のギャザリングシューで束ねることにより、３２４本のガラス繊維フィラメント１２からなるガラス繊維ストランド１０を形成した。ガラス繊維ストランド１０の短径は９５μｍであり長径は９２４μｍであった。ガラス繊維ストランド１０の曲率半径は約２２７０μｍと算出される。また、ガラス繊維ストランド１０の番手は１１０ｔｅｘであった。なお、ガラス繊維の番手（ｔｅｘ）は、ガラス繊維フィラメント１２の１０００ｍ当たりのグラム数に相当する。

（ｉ）ガラス繊維ストランド１０の短径、長径及び曲率半径に基づいて、ガラス繊維ストランド１０の断面積が算出される。また、ガラス繊維フィラメント１２の集束数などに基づいて、多数のガラス繊維フィラメント１２が占める総断面積が算出される。そして、ガラス繊維ストランド１０の断面積及びガラス繊維フィラメント１２の総断面積に基づいて、フィラメント占有率αが算出される。実施例１において、フィラメント占有率αは０．７３３であった。（ｉｉ）一本のガラス繊維フィラメント１２の断面積を計測すると、ガラス繊維フィラメント１２の断面積に基づいて断面積が等しい真円形断面の直径が算出される。この真円形断面の直径などに基づいて、ガラス繊維ストランド１０におけるガラス繊維フィラメント１２の配向係数βが算出される。実施例１において、配向係数βは６７．５であった。（ｉｉｉ）また、ガラス繊維ストランド１０の短径及び長径に基づいて、ガラス繊維ストランド１０の扁平率γが算出される。実施例１において、扁平率γは９．７であった。なお、ガラス繊維ストランド１０のフィラメント占有率α、配向係数β、扁平率γの算出では、３本のガラス繊維ストランド１０を用意して各ガラス繊維ストランド１０のフィラメント占有率α、配向係数β、扁平率γを測定し、それらの平均値を求めた。

（２）実施例２
実施例２では、ガラス繊維ストランド１０を形成するために、短径が６μｍであり長径が２４μｍの長円形の扁平断面を有するガラス繊維フィラメント１２を用いた。このガラス繊維フィラメント１２の断面面積に対して、同じ断面積を有する真円形の直径に算出すると１３μｍであった。一段目のギャザリングシューを６つ用意し、各ギャザリングシューで１０８本のガラス繊維フィラメント１２を束ね、さらに二段目のギャザリングシューで束ねることにより、６４８本のガラス繊維フィラメント１２からなるガラス繊維ストランド１０を形成した。ガラス繊維ストランド１０の短径は１１３μｍであり長径は１４１２μｍであった。ガラス繊維ストランド１０の曲率半径は約４４３９μｍであった。また、ガラス繊維ストランド１０の番手は２２０ｔｅｘであった。

実施例２に係るガラス繊維ストランド１０のフィラメント占有率α、配向係数β、扁平率γを算出したところ、フィラメント占有率αは０．８０８であり、配向係数βは５９．８であり、扁平率γは１２．５であった。

（３）実施例３
実施例３では、ガラス繊維ストランド１０を形成するために、短径が７μｍであり長径が２８μｍの長円形の扁平断面を有するガラス繊維フィラメント１２を用いた。このガラス繊維フィラメント１２の断面面積に対して、同じ断面積を有する真円形の直径に算出すると１５μｍであった。一段目のギャザリングシューを３つ用意し、各ギャザリングシューで１０８本のガラス繊維フィラメント１２を束ね、さらに二段目のギャザリングシューで束ねることにより、３２４本のガラス繊維フィラメント１２からなるガラス繊維ストランド１０を形成した。ガラス繊維ストランド１０の短径は９７μｍであり長径は１３４４μｍであった。ガラス繊維ストランド１０の曲率半径は約４６７９μｍであった。また、ガラス繊維ストランド１０の番手は１４５ｔｅｘであった。

実施例３に係るガラス繊維ストランド１０のフィラメント占有率α、配向係数β、扁平率γを算出したところ、フィラメント占有率αは０．６５８であり、配向係数βは６０．３であり、扁平率γは１３．９であった。

（４）実施例４
実施例４では、ガラス繊維ストランド１０を形成するために、短径が１０．５μｍであり長径が２１μｍのまゆ型の扁平断面を有するガラス繊維フィラメント１２を用いた。このガラス繊維フィラメント１２の断面面積に対して、同じ断面積を有する真円形の直径に算出すると１５μｍであった。一段目のギャザリングシューを２つ用意し、各ギャザリングシューで１００本のガラス繊維フィラメント１２を束ね、さらに二段目のギャザリングシューで束ねることにより、２００本のガラス繊維フィラメント１２からなるガラス繊維ストランド１０を形成した。ガラス繊維ストランド１０の短径は９４μｍであり長径は８７４μｍであった。ガラス繊維ストランド１０の曲率半径は約２０５５μｍであった。また、ガラス繊維ストランド１０の番手は９０ｔｅｘであった。

実施例４に係るガラス繊維ストランド１０のフィラメント占有率α、配向係数β、扁平率γを算出したところ、フィラメント占有率αは０．６４４であり、配向係数βは７８．９であり、扁平率γは９．３であった。

（５）実施例５
実施例５では、ガラス繊維ストランド１０を形成するために、短径が１０．５μｍであり長径が２１μｍのまゆ型の扁平断面を有するガラス繊維フィラメント１２を用いた。このガラス繊維フィラメント１２の断面面積に対して、同じ断面積を有する真円形の直径に算出すると１５μｍであった。一段目のギャザリングシューを４つ用意し、各ギャザリングシューで１００本のガラス繊維フィラメント１２を束ね、さらに二段目のギャザリングシューで束ねることにより、４００本のガラス繊維フィラメント１２からなるガラス繊維ストランド１０を形成した。ガラス繊維ストランド１０の短径は１１８μｍであり長径は１２１７μｍであった。ガラス繊維ストランド１０の曲率半径は約３１６７μｍであった。また、ガラス繊維ストランド１０の番手は１８０ｔｅｘであった。

実施例５に係るガラス繊維ストランド１０のフィラメント占有率α、配向係数β、扁平率γを算出したところ、フィラメント占有率αは０．７３７であり、配向係数βは６９．０であり、扁平率γは１０．３であった。

次に、ガラス繊維ストランドの比較例について説明する。比較例では、１つのギャザリングシューを用いて全てのガラス繊維フィラメントを一度に束ねている。

（６）比較例１
比較例１では、ガラス繊維ストランド１０を形成するために、直径が１４μｍの真円形断面のガラス繊維フィラメント１２を用いた。ガラス繊維ストランド１０は、このガラス繊維フィラメント１２を２００本束ねることにより形成された。ガラス繊維ストランド１０の短径は１０７μｍであり長径は６４７μｍであった。ガラス繊維ストランド１０の曲率半径は約１００４μｍであった。また、ガラス繊維ストランド１０の番手は８０ｔｅｘであった。

比較例１に係るガラス繊維ストランド１０のフィラメント占有率α、配向係数β、扁平率γを算出したところ、フィラメント占有率αは０．６７３であり、配向係数βは１００．２であり、扁平率γは６であった。

（７）比較例２
比較例２では、ガラス繊維ストランド１０を形成するために、直径が１５μｍの真円形断面のガラス繊維フィラメント１２を用いた。ガラス繊維ストランド１０は、このガラス繊維フィラメント１２を２００本束ねることにより形成された。ガラス繊維ストランド１０の短径は１１０μｍであり長径は９３２μｍであった。ガラス繊維ストランド１０の曲率半径は約２００１μｍであった。また、ガラス繊維ストランド１０の番手は９５ｔｅｘであった。

比較例２に係るガラス繊維ストランド１０のフィラメント占有率α、配向係数β、扁平率γを算出したところ、フィラメント占有率αは０．５１６であり、配向係数βは８８．５であり、扁平率γは８．５であった。

（８）比較例３
比較例３では、ガラス繊維ストランド１０を形成するために、直径が１５μｍの真円形断面のガラス繊維フィラメント１２を用いた。ガラス繊維ストランド１０は、このガラス繊維フィラメント１２を４００本束ねることにより形成された。ガラス繊維ストランド１０の短径は１３５μｍであり長径は１３３８μｍであった。ガラス繊維ストランド１０の曲率半径は約３３４９μｍであった。また、ガラス繊維ストランド１０の番手は１９０ｔｅｘであった。

比較例３に係るガラス繊維ストランド１０のフィラメント占有率α、配向係数β、扁平率γを算出したところ、フィラメント占有率αは０．５８６であり、配向係数βは８１．８であり、扁平率γは９．９であった。

（９）比較例４
比較例４では、ガラス繊維ストランド１０を形成するために、短径が１０．５μｍであり長径が２１μｍのまゆ型の扁平断面を有するガラス繊維フィラメント１２を用いた。ガラス繊維ストランド１０は、このガラス繊維フィラメント１２を４００本束ねることにより形成された。ガラス繊維ストランド１０の短径は１３５μｍであり長径は１３３８μｍであった。ガラス繊維ストランド１０の曲率半径は約３３４９μｍであった。また、ガラス繊維ストランド１０の番手は１９０ｔｅｘであった。

比較例４に係るガラス繊維ストランド１０のフィラメント占有率α、配向係数β、扁平率γを算出したところ、フィラメント占有率αは０．４６１であり、配向係数βは７８．４であり、扁平率γは６．８であった。

[ガラス繊維ストランドの評価]
（１）〜（５）の実施例に対して（６）〜（９）の比較例は、ガラス繊維フィラメント１２の断面積、ガラス繊維フィラメント１２の集束数、ガラス繊維ストランド１０の番手などのパラメータはほぼ同程度であり、比較の対象として適当であることがわかる。よって、（１）〜（９）のガラス繊維ストランド１０に対して、切断性、解舒性、毛羽立ち性を検査するための試験（ａ），（ｂ），（ｃ）を行った。各試験（ａ），（ｂ），（ｃ）は、次の手順で行った。

（ａ）切断性検査の試験
複数本のガラス繊維ストランド１０を束ねることで約４８００ｔｅｘの繊維束を１０本用意した。それぞれの繊維束をゴム製の台に置き、カッター刃付きのオートグラフで切断し、切断時の最大荷重を測定した。そして、１０本の繊維束の切断荷重から近似法（最小２乗法）を用いて、４８００ｔｅｘにおける切断荷重を算出した。比較例の切断荷重が５．５〜６．４であるのに対して、実施例の切断荷重は４．５〜５．３と小さな値となっている。よって、従来技術によれば、扁平断面のフィラメントを用いたガラス繊維ストランドの切断性は、真円形断面のフィラメントを用いたガラス繊維ストランドの切断性より劣っていたが、本実施例によれば、扁平断面のフィラメントを用いたガラス繊維ストランドの切断性が向上し、真円形断面のフィラメントを用いたガラス繊維ストランドよりも切断性が優れるようになったことがわかる。

（ｂ）解舒性検査の試験
ガラス繊維ストランド１０のケーキから１０００ｍの繊維束を速度１００ｍ／分で引き出し、テンションメータで０．１秒ごとに引き出しに必要な荷重を測定することで、多数の引き出し荷重の測定値を得た。これらの引き出し荷重の平均値を、解舒抵抗として算出した。比較例の解舒荷重が１２．１〜１７．１であるのに対して、実施例の解舒荷重は７．５〜１２．２と小さな値となっている。よって、従来技術によれば、扁平断面のフィラメントを用いたガラス繊維ストランドの解舒性は、真円形断面のフィラメントを用いたガラス繊維ストランドの解舒性より劣っていたが、本実施例によれば、扁平断面のフィラメントを用いたガラス繊維ストランドの解舒性が向上し、真円形断面のフィラメントを用いたガラス繊維ストランドよりも解舒性が優れるようになったことがわかる。

（ｃ）毛羽立ち検査の試験
複数本のガラス繊維ストランド１０を束ねることで約４８００ｔｅｘの繊維束を１０本用意した。それぞれの繊維束について、繊維束の一方の端に５００ｇの錘を固定してから、繊維束の他方の端を手で持ち、繊維束を直径１５ｍｍの真鍮製の棒に引っ掛けて、繊維束を持った手を５０ｃｍ程度繰り返し上下させることで繊維束を棒でしごく。繊維束を引っ張る時の手の感触をたよりに、繊維束が毛羽立って摩擦が増加することによる引っ掛かりの感触があるまで、手の上下動を往復回数を計数した。１０本の繊維束における往復回数の平均値を、毛羽立ち回数とした。実施例の毛羽立ち回数は２２〜３８であり、真円形断面のガラス繊維フィラメントを用いた比較例１〜３に対しては毛羽立ち性が同程度又は劣るものの、実施例と同じく扁平断面のガラス繊維フィラメントを用いた比較例４に対しては毛羽立ち性が遥かに向上されていることがわかる。

ガラス繊維ストランドの構成を示す断面図である。 ガラス繊維ストランドの断面の一部を拡大して示す拡大図である。 ガラス繊維ストランドの製造工程を示す概略図である。 ガラス繊維ストランドの製造装置の変形例を示す概略図である。

符号の説明

１０…ガラス繊維ストランド、１２…ガラス繊維フィラメント、２０…製造装置、２２Ａ，２２Ｂ…溶融ガラス溜まり部、２４Ａ，２４Ｂ…ブッシング、２６Ａ，２６Ｂ…アプリケータ、２８Ａ，２８Ｂ…一段目のギャザリングシュー、３０…二段目のギャザリングシュー、３２…トラバース装置、３４…コレット。

Claims (5)

1. 扁平率１．５〜７の扁平断面を有する多数本のガラス繊維フィラメントを１個または複数個のギャザリングシューで束ねてなるガラス繊維ストランドの製造方法において、
   １つのギャザリングシューで束ねるガラス繊維フィラメントを１５０本以下とし、
   

   

   により算出されるフィラメント占有率αを０．６以上とすることを特徴とするガラス繊維ストランドの製造方法。
2. 扁平率１．５〜７の扁平断面を有する多数本のガラス繊維フィラメントを複数段のギャザリングシューで束ねてなるガラス繊維ストランドの製造方法において、
   １段目で束ねるガラス繊維フィラメントを１つのギャザリングシュー当たり１５０本以下として、複数個の１段目のギャザリングシューでガラス繊維フィラメントを束ね、
   最終段のギャザリングシューでガラス繊維フィラメントを１本に束ね、
   

   

   により算出されるフィラメント占有率αを０．６以上とすることを特徴とするガラス繊維ストランドの製造方法。
3. 

   により算出されるガラス繊維ストランドの扁平率γを５〜３０とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス繊維ストランドの製造方法。
4. 

   により算出されるガラス繊維フィラメントの配向係数βを７５以下とすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のガラス繊維ストランドの製造方法。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の製造方法により製造されたガラス繊維ストランドを巻き取って形成された巻体。

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