JP4860053B2

JP4860053B2 - 連続ガラスフィラメント製造装置

Info

Publication number: JP4860053B2
Application number: JP2001158839A
Authority: JP
Inventors: 明浩西村
Original assignee: オーウェンスコーニング製造株式会社
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2021-05-28
Also published as: EP1391436B1; WO2002102731A1; EP1391436A4; US20030106342A1; CN1463255A; EP1391436A1; US8720232B2; CN1216820C; JP2002348140A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブッシングの各ノズルから出てくる溶融ガラスフィラメントを冷却して連続ガラスフィラメントを製造する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、図１に示すように、ガラス繊維６を製造する過程において、溶融したガラスをブッシング１に導入して、該ブッシング１に多数設けられたノズル２から前記溶融ガラスを引き出した後、これを冷却および収束して巻き取りロール７に巻き取ることでガラスフィラメントを製造する方法が用いられている。
【０００３】
前記冷却の方法は、ノズル２から射出された直後の高温の溶融ガラス繊維６を固化するために、ブッシング１に設けられた多数のノズル２の近傍に、冷却したフィン３を配置させる方法が知られており、例えば、図７に示すように、特公平６−５３５９１号公報には、冷媒をヘッダ４（マニーホールド）の導入口９から導入し、ヘッダ４中に冷媒を通過させた後、排出口１０から冷媒を排出する方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に開示された方法では、図７に示すように、マニーホールドの一箇所の導入口９から冷媒を導入し、中空マニーホールド４内を通過させてマニーホールド４中に冷媒を一方向に流した後、排出口１０から排出させている。フィン３およびマニーホールド４はブッシング１の熱により温められているため、前記冷媒は排出口１０付近の温度が上昇し易く、導入口９と排出口１０付近の温度差が生じる。この温度差などにより前記マニーホールド４に接続しているフィン３は温度がばらつき易くなり、耐食性のためにフィン３に付したメッキが剥離するなどにより劣化が生じたり、フィン３の冷却能が変化し、ブッシング１のヒートパターンが不均一になったりするといった問題を有していた。
【０００５】
前記問題を解決するために、次の如き方策が考えられる。
（１）冷媒の量を増してフィン３による熱の吸収量を増やすことにより、導入口９と排出口１０との間で温度差は小さくなるが、一方向で流せる冷媒の流量には限界があり、依然としてフィン３の劣化を抑えることができず、ブッシング１のヒートパターンが不均一になり、その結果として得られるガラスフィラメントは、繊維径がばらついたり、繊維の断線が起こり易く、製品の歩留まりが低下したりするといった問題を有していた。また、一方向で冷媒の流量を上げるためには、マニーホールド４内の中空部の径を大きくする必要があるため、必然的にマニーホールド４を大きくする必要があり、材料コストがかかるとともに、取り付けなどの作業性が劣るという問題を有していた。
【０００６】
（２）また、冷媒の温度を下げることにより、導入口９および排出口１０で温度差は生じるものの、全体的な温度が低いために比較的効率的に冷却効果が得られるものの、冷却装置が必要となり、設備的にコストがかかる点、設備が煩雑になるといった問題を有していた。
【０００７】
（３）また、フィン３の厚みを厚くすれば腐食の進行が遅くなるものの、フィン３を繊維の収束させる方向にフィン３の角度を調整するなど、加工性が劣るといった問題を有していた。
（４）また、フィン３の長さを短くすれば腐食の進行が遅くなるものの、フィン３にノズル２の数を合わせなければならず、ノズル２の数を減らす必要が生じるので好ましくない。
【０００８】
（５）また、マニーホールド４を分割して、ブッシング１に多数のマニーホールド４を付与すれば、比較的効率的に冷却効果はあるものの、設備的にコストがかかる点、設備が煩雑になるといった問題を有し、また、マニーホールド４を多くすると、マニーホールド４とフィン３のユニット同士の間に空間を設ける必要があり、必然的にノズル２の数を減らさなければならず、ガラス繊維６の生産効率が劣るといった問題を有していた。
【０００９】
したがって、本発明は、上記問題点に鑑み、複雑な装置を用いず、フィンの耐久性を向上させ、ガラス繊維の質を向上させるとともに、特に多数のノズルを有する大型のブッシングに適合可能なガラスフィラメントの製造装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、溶融ガラスをブッシングのノズルを通して紡糸し、冷却したマニーホールドと連結し、かつ、該ノズルの間に配置させたフィンにより紡糸されたフィラメントを冷却することで、連続ガラスフィラメントを製造する装置であって、前記マニーホールドの１ユニットに対し、冷媒の導入口と排出口とを総数で３箇所以上有することを特徴とする連続ガラスフィラメント製造装置を提供する。
【００１１】
本発明によれば、前記マニーホールドの１ユニットに対し冷媒の導入口と排出口との総数を３箇所以上にすることで、冷媒の導入口と冷媒の排出口との温度差を小さくし、マニーホールドの冷却効率を向上させて、フィンの冷却効率を向上させるとともに、さらにフィンの劣化を抑制させることが可能なため、ガラス繊維の品質を安定させ、製品の歩留まりを向上させるとともに、フィンの交換回数を減らすことが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に好ましい実施の形態を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、本発明における連続ガラスフィラメント製造装置の側面図であり、図２は、図１の装置の下方から見た一部省略斜視図であり、図３は、図２の装置の一部省略底面図である。従来の連続ガラスフィラメント製造装置は、図７に示すように、ブッシング１にマニーホールド４およびフィン３を配置させ、該マニーホールド４にはマニーホールド４に対して直角に延出した複数枚のフィン３が接合されており、フィン３はブッシング１のノズル２の列と列との間に配置され、上記マニーホールド４は冷媒の導管であり、一方の端部９から冷媒が導入され、他方の端部１０から排出され、かつ循環使用することでフィン３を冷却していた。
【００１３】
本発明の特徴は、上記従来の装置において、マニーホールド４の１ユニットに対し、冷媒の導入口５と排出口５（導入口と排出口とは、冷媒の導入方向によって決まるので同じ符号で示す）との総数が３箇所以上であることを特徴としている。図２および図３に示す本発明の一実施形態では、冷媒を通過させるマニーホールド４に対して、その長手方向に沿って、合計で４箇所の冷媒の導入口（排出口）５１、５２、５３および５４が連結されている。
【００１４】
冷媒の導入（矢印で示す）は５２および５３から行い、冷媒の排出（矢印で示す）は５１および５４から行っているが、マニーホールド４内の冷媒の滞留を少なくして冷却効果を上げるには、５２および５３（５２と５３は２本で描かれているが、近接しているので１箇所の導入口とする）から冷媒を導入し、２箇所の排出口５１および５４から冷媒を排出することが好ましい。
【００１５】
図４は、本発明の他の実施形態を示す図であり、マニーホールド４と冷媒の導入口および排出口（それぞれ冷媒の流れは矢印で示される）のみが示されている。図４（ａ）に示す例は、従来のマニーホールド４のほぼ中心に新たな導入口５２を設け、マニーホールド４の両端５１、５３から冷媒を排出する例であり、図４（ｂ）に示す例は、図４（ａ）において排出口５１、５３をマニーホールド４に対して垂直に設けた例であり、図４（ｃ）に示す例は、図２および図３において冷媒の導入と冷媒の排出を逆にした例（５２と５３は２本で描かれているが、近接しているので１箇所の排出口とする）であり、図４（ｄ）に示す例は、図２および図３と同じであり、図４（ｅ）に示す例は、冷媒の導入を５１および５３から行い、冷媒の排出を５２と５４で行う例である。
【００１６】
以上のように、本発明では、マニーホールド４の１ユニットに対し、冷媒の導入口と排出口との総数を３箇所以上にすることにより、前記本発明の効果が奏されるが、マニーホールド４における冷媒の導入口が、実質的に１箇所であり、排出口が２箇所以上を有する例、すなわち、図４（ａ）、図４（ｂ）および図４（ｄ）の構成が、マニーホールド４内にける冷媒の流れが均一になり、フィン３を効率的に冷却することができるので好ましい。さらに好ましい形態は、マニーホールド４における冷媒の導入口が２箇所以上であり、排出口が実質的に１箇所である例、すなわち、図４（ｃ）に示す例である。
【００１７】
図５は、本発明の他の実施形態を示す図であり、ブッシング１、マニーホールド４およびフィン３を配置させた装置の底面図の一例が示されている。溶融ガラスの重量によるブッシング４の撓みによる溶融ガラスの繊維化の不安定化を防止するために、ブッシング１の下部に支持バー８を設けている。前記支持バー８を設ける場合、ブッシング１はノズル（不図示）の列が４ブロックに分かれる。前記ブロックのそれぞれにマニーホールド４を設置し、それと同時にマニーホールド４に連結したフィン３がブッシング１のノズルの列と列の間に配置される。図６は、複数の隣接している２つのブロックにマニーホールド４を１箇所配置させている。図５および図６におけるマニーホールド４に設ける冷媒の導入口および排出口（５１〜５４）に関しては、図５および図６に示す以外に、前記図４に示すと同様に各種の形態を取り得ることは勿論である。
【００１８】
本発明の装置においてマニーホールド４は、冷媒を導入口から導入し、前記中空マニーホールド４内を通過させて排出口から排出させることにより、フィン３を冷却をすることが必要であり、マニーホールド４を配置させる位置は特に限定はしないが、溶融ガラスを繊維化するブッシング１の少なくとも一辺に沿って配置することが好ましく、ブッシング１の長辺に沿ってマニーホールド４を配置させることで、フィン３の長さをブッシング１の短辺方向の長さに合わせることができるため、フィン３の長さを短くすることが可能となり、冷却効果に優れ好ましい。また、このような構成が設計上装置の複雑化にならず、コストの点から好ましい。
【００１９】
前記マニーホールド４の材質は、ブッシング１の熱から劣化を防ぐこと、および冷却効果を高めるために銅や銀などを用いることが好ましい。
また、前記冷媒としては、水、アルコール、アンモニア、液体窒素などが挙げられ、これらの組み合わせなども使用することができ、コストの点からは通常、水を用いることが好ましいので、以下冷媒を冷却水という。前記冷却水の温度は、特に限定しないが１０〜３０℃が好ましく、１５〜２０℃であることがより好ましい。
【００２０】
マニーホールド４を通過させる冷却水の量は、特に限定はしないが、紡糸装置に取り付けるマニーホールド４の大きさや重さを鑑みると、３．０〜２０リットル／ｍｉｎが好ましい。さらに本発明は、冷却水を連続して一方向に流さないため、通常の大きさのマニーホールド４において一方向に流していた冷却水の量のおおよそ２倍の冷却水を流すことが可能となる。従って、前記水量は６．０〜２０リットル／ｍｉｎと大量に冷却水を流すことが可能となり、これにより、効率的かつ十分にマニーホールド４およびフィン３を冷却することが可能となる。
【００２１】
さらに、本発明の装置ではマニーホールド４の大きさや重量を上げることがないため、装置に対する取り付けなどの作業性に優れるものである。マニーホールド４を通過させる冷却水の量が３．０リットル／ｍｉｎより少ないとフィン３に対する冷却効果が小さくなり、２０リットル／ｍｉｎを越えると、それ以上の冷却効果が望めず、また、冷却水の導入口の径やマニーホールドの中空部の径を大きくする必要があり、したがって装置が大きくなるので経済的に好ましくない。
【００２２】
前記マニーホールド４は、該マニーホールドに対して直角に延出した複数のフィン３からなり、前記フィン３は、ブッシング１のノズル２間に配置させることにより、紡糸された溶融ガラスを冷却することが可能となる。前記フィン３は通常使用されている寸法のものを用いることができ、厚さ０．８〜２．５ｍｍが好ましく、高さは１５〜３０ｍｍであることが好ましい。また、フィン３の長さが５５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２３】
フィン３の材質は通常使用されているものを使用することができ、例えば、水冷したマニーホールド４の温度を伝えやすくするために銅、銀などを用い、熱による劣化防止のためにニッケル、パラジウム、クロム溶射などのメッキを施すことが好ましい。
【００２４】
本発明の装置におけるマニーホールド４には、前記の通りマニーホールド４の１ユニットに対し冷却水の導入口および排出口を３箇所以上有することが重要である。これにより、冷却水の流れ方向を異ならせること、マニーホールド４の１ユニット内に流れる冷却水の量を容易に増加させること、マニーホールド４を通過する冷却水の流れる距離が短くなるということが相俟って、冷却水の導入口と排出口との温度差が小さくなり、フィン３の冷却効果が向上するものである。
【００２５】
マニーホールド４の１ユニットに対し冷却水の導入口および排出口を３箇所以上有する場合、前記マニーホールド４における冷却水の導入口が実質的に１箇所であり、排出口が２箇所以上を有することが好ましい。例えば、図４（ａ）、図４（ｂ）および図４（ｄ）に示すように、実質的に１箇所である５２（または５２と５３）を導入口とし、マニーホールド４の両端に設けた５１と５３（または５１と５４）の２箇所を排出口とすることで、冷却水の導入口と排出口との温度差が小さくなり、マニーホールド４による冷却効果を向上させ、フィン３の冷却効果を向上させるとともに、マニーホールド４およびフィン３の劣化を防止することが可能となる。
【００２６】
さらに、図４（ｃ）に示すように、前記マニーホールド４における冷却水の導入口が２箇所（５１と５４）以上であり、排出口が実質的に１箇所（５２と５３）にすることで、冷却水の導入口と排出口との温度差が小さくなり、前記冷却効果をより向上させるとともに、前記導入口が１箇所のものよりも冷却水の流れの均一性が得られるため、フィン３の劣化のポイントが分散でき、フィン３の局部的な劣化が無くなり、ひいてはフィン３の寿命を向上させることが可能となる。
【００２７】
本発明においては、ブッシングの長手方向に配列される各ノズルの両端の間の距離をＬ（ｍｍ）（図６参照）とし、該ブッシングに配置されているマニーホールド個数をＮとしたときのＬ／Ｎが１０５〜３３０であることが好ましい。前記Ｌ／Ｎが１０５未満であると十分な冷却が得られるものの、ブッシング１にマニーホールド４を多く設置する必要があり、その結果装置が複雑化し、マニーホールド４の１ユニット間に空間を設けなければならないこととなり、同一ノズル数のブッシング１にする場合は、ブッシング１が大型化してしまい、逆にブッシング１を同一サイズにすると、ノズル２の数を減らす必要があるため、生産性が劣り好ましくない。一方、３３０を越えると冷却能力が劣り好ましくない。
【００２８】
また、本発明の装置においては、前記Ｌ（ｍｍ）と、前記マニーホールドにおける冷却水の導入口と排出口の総個数をＰとしたときのＬ／Ｐが２６〜２１０であることが好ましい。Ｌ／Ｐが２６未満であると十分な冷却が得られるものの、導入口または排出口を多く設置する必要があり、そのため装置が複雑化し、一方、Ｌ／Ｐが２１０を超えると冷却能力が劣るので好ましくない。
【００２９】
また、本発明の装置において、前記マニーホールド長さをＭ（ｍｍ）とし、総水量（リットル／ｍｉｎ）をＷとすると、Ｍ／Ｗが１０〜６３であることが好ましい。Ｍ／Ｗが１０未満であると十分な冷却が得られるものの、マニーホールドの長さを短くする必要があり、その結果装置が複雑化し、一方、Ｍ／Ｗが６３を超えると冷却能力が劣るので好ましくない。
【００３０】
また、本発明の装置において、一つのマニーホールドに接合しているフィンの枚数をＩ（枚）とし、マニーホールドの長さをＭ（ｍｍ）としたときのＭ／Ｉが１２．０以下であることが好ましい。Ｍ／Ｉが１２を超えるとフィンとノズルとの間隔が大きくなり、フィンの冷却効果が劣るので好ましくない。
【００３１】
【実施例】
次に実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１〜５および比較例１〜３
１個当たりのブッシングのホール数：６０００個、ノズル間距離（Ｌ）６３０ｍｍ、ガラス射出量：１３６Ｋｇ／ｈ、ブッシング温度：１２４３℃、マニーホールド長：３２０ｍｍ、マニーホールド数：４、フィン枚数：３０枚／マニーホールド、フィン長：１０５ｍｍ，フィン厚み：２．３ｍｍ、冷却水の給水温度：１７℃の装置において、給排水口、および冷却水量を変えて上記条件でガラスフィラメントを連続製造した際のフィンの寿命を測定した。その結果を下記表１に示す。
【００３２】

上記表１において、フィンの寿命は、マニーホールドに連結される複数枚のフィン内、１枚でも劣化防止で施したメッキが剥離した時点で寿命とした。
【００３３】
実施例と比較例を対比すると、給排水量が近い実施例２と比較例２とでは実施例２の方がフィンの寿命が著しく改善されている。また、給排水量が同一である実施例３および４と比較例１、および実施例５と比較例３とにおいても同様である。また、給水口が２個で、排水口が１個である実施例１、３および５と、給水口が１個で排水口が２個である実施例２および４と比較すると、給水口が２個で排水口が１個の方がより優れている。また、給排水量についてみると、当然のことながら給排水量が大きいほど効果的である。尚、比較例３の場合には、給排水量を多くすることで、マニーホールドのユニットが重くなり、フィンの交換における作業性が劣っていた。
【００３４】
【発明の効果】
以上の如き本発明によれば、マニーホールドの１ユニットに対し冷媒の導入口と排出口との総数を３箇所以上にすることで、冷媒の導入口と冷媒の排出口との温度差を小さくし、マニーホールドの冷却効率を向上させて、フィンの冷却効率を向上させるとともに、さらにフィンの劣化を抑制させることが可能なため、ガラス繊維の品質を安定させ、製品の歩留まりを向上させるとともに、フィンの交換回数を減らすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における連続ガラスフィラメント製造装置の側面図。
【図２】図１の装置の下方から見た一部省略斜視図。
【図３】図２の装置の一部省略底面図。
【図４】本発明の他の実施形態を示す図。
【図５】本発明の他の実施形態を示す図。
【図６】本発明の他の実施形態を示す図。
【図７】従来技術の装置を示す図。
【符号の説明】
１：ブッシング
２：ノズル
３：フィン
４：マニーホールド
５：冷媒の導入口または排出口
６：ガラスフィラメント
７：巻き取りロール
８：支持バー
９：導入口
１０：排出口

Claims

溶融ガラスをブッシングのノズルを通して紡糸し、冷却したマニーホールドと連結し、かつ、該ノズルの間に配置させたフィンにより紡糸されたフィラメントを冷却することで、連続ガラスフィラメントを製造する装置であって、前記マニーホールドの１ユニットに対し、冷媒の導入口と排出口とを総数で３箇所以上有することを特徴とする連続ガラスフィラメント製造装置。
前記マニーホールドにおける冷媒の導入口が、実質的に１箇所であり、排出口が２箇所以上である請求項１に記載の連続ガラスフィラメント製造装置。
前記マニーホールドにおける冷媒の導入口が２箇所以上であり、排出口が実質的に１箇所である請求項１に記載の連続ガラスフィラメント製造装置。
ブッシングの長辺方向に配置されている各ノズルの両端の距離をＬ（ｍｍ）とし、該ブッシングに配置されたマニーホールド個数をＮとしたときのＬ／Ｎが１０５〜３３０である請求項１〜３のいずれか１項に記載の連続ガラスフィラメント製造装置。
前記Ｌ（ｍｍ）と、前記マニーホールドにおける冷媒の導入口と排出口の総個数をＰとしたときのＬ／Ｐが２６〜２１０である請求項１〜４のいずれか１項に記載の連続ガラスフィラメント製造装置。
前記マニーホールドにおける冷媒の総流量が６．０〜２０リットル／ｍｉｎである請求項１〜５のいずれか１項に記載の連続ガラスフィラメント製造
装置。
前記マニーホールドの長さをＭ（ｍｍ）とし、総水量（リットル／ｍｉｎ）をＷとしたときのＭ／Ｗが１０〜６３である請求項１〜６のいずれか１項に記載の連続ガラスフィラメント製造装置。
前記フィンの厚みが０．８〜２．５ｍｍである請求項１〜７のいずれか１項に記載の連続ガラスフィラメント製造装置。
前記フィンの長さが５５ｍｍ以上である請求項１〜８のいずれか１項に記載の連続ガラスフィラメント製造装置。
１個のマニーホールドに接合しているフィンの枚数をＩ（枚）とし、マニーホールドの長さをＭ（ｍｍ）としたときのＭ／Ｉが１２．０以下である請求項１〜９のいずれか１項に記載の連続ガラスフィラメント製造装置。