JP6273812B2 - ブッシング、ガラス繊維の製造装置及びガラス繊維の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブッシング、ガラス繊維の製造装置及びガラス繊維の製造方法に関する。

従来、ガラス繊維（典型的にはガラス長繊維）の製造方法として、ブッシングと呼ばれる成形用ノズル付き容器から溶融ガラスを吐出させることによりガラス繊維を得る方法が知られている。

例えば、特許文献１には、複数のノズルを有するブッシングプレートを有するブッシングを用いて、同時に複数本のガラス繊維を成形することが記載されている。特許文献１に記載のブッシングは、ブッシングプレートから上方に向かって延びる側壁を有する。この側壁とブッシングプレートとによって内部空間が区画形成されている。内部空間は、上方に向かって開口している。その開口は、溶融炉に接続されており、開口を経由して溶融炉からブッシングの内部空間に溶融ガラスが供給される。

ブッシングの内部空間の上側部分は、ブッシングプレート側に向かって拡径している。

特表２０１０−５１３１８４号公報

特許文献１に記載のブッシングでは、製造されるガラス繊維の太さ等の形状のばらつきが生じやすいという問題がある。

本発明の主な目的は、形状のばらつきが小さいガラス繊維を製造し得るブッシング、ガラス繊維の製造装置及びそれを用いたガラス繊維の製造方法を提供することにある。

本発明に係るブッシングは、溶融ガラスの供給口と、供給口に接続された内部空間とを有し、供給口から内部空間に供給された溶融ガラスをガラス繊維に成形するブッシングである。本発明に係るブッシングは、ブッシングプレートと、側壁とを備える。ブッシングプレートは、溶融ガラスが吐出される複数の吐出孔を有する。側壁は、ブッシングプレートから供給口側に向かって延びている。側壁は、ブッシングプレートと共に内部空間を区画形成している。側壁は、供給口側からブッシングプレート側に向かって拡径している拡径部を有する。ブッシングプレートが水平方向に沿って延びるように本発明に係るブッシングが配されたときに、拡径部の面と鉛直方向とのなす角の大きさが７０°以下である。

本発明に係るブッシングは、ガラス繊維の成形時に直接通電されることにより加熱されるものであることが好ましい。

本発明に係るブッシングにおいて、ブッシングプレートが水平方向に沿って延びるように本発明に係るブッシングが配されたときに、拡径部の面と鉛直方向とのなす角の大きさが１０°以上であることが好ましい。

本発明に係るブッシングは、側壁は、拡径部とブッシングプレートを接続している接続部をさらに備えていてもよい。その場合、接続部は、中央部側に向かって延びる凹部をさらに備えることが好ましい。凹部は、接続部のブッシングプレート側端部に設けられていることが好ましい。

本発明に係るブッシングにおいて、ブッシングプレートの底面から前記供給口の上面までの高さをＨとし、ブッシングプレートの面積をＳ_１としたときに、Ｈ／Ｓ_１が４．５×１０^−４以上であることが好ましい。

本発明に係るブッシングにおいて、供給口の面積をＳ_０とし、ブッシングプレートの面積をＳ_１としたときに、Ｓ_１／Ｓ_０が１．０２以上であることが好ましい。

本発明に係るブッシングにおいて、ブッシングプレートは、吐出孔の数が３０００以上であることが好ましい。

本発明に係るガラス繊維の製造装置は、本発明に係るブッシングと、ブッシングの上に設けられており、供給口に接続されたフィーダーとを備える。

本発明に係るガラス繊維の製造装置は、ブッシングの周囲に設けられており、一方側端部がフィーダーに接続されており、他方側端部にブッシングを支持する支持部を有する金属製の支持部材と、支持部材とブッシングとの間に設けられた耐火物とをさらに備えていてもよい。その場合、支持部は、ブッシングプレートの下方に至っていることが好ましい。

本発明に係るガラス繊維の製造方法では、本発明に係るガラス繊維の製造装置を用いてガラス繊維を成形する。

本発明によれば、形状のばらつきが小さいガラス繊維を製造し得るブッシング、ガラス繊維の製造装置及びそれを用いたガラス繊維の製造方法を提供することができる。

第１の実施形態に係るガラス繊維の製造装置の略図的断面図である。 第２の実施形態に係るガラス繊維の製造装置の略図的断面図である。 第３の実施形態に係るガラス繊維の製造装置の略図的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るガラス繊維の製造装置の略図的断面図である。図１に示されるように、ガラス繊維の製造装置１は、図示しない溶融炉に連結されたフィーダー１０を備えている。溶融炉には、ガラス繊維の原料となる原料バッチやカレット等が投入される。投入された原料は、溶融炉に備えられた、図示しない加熱手段により加熱溶融され、溶融ガラス１１となる。溶融ガラス１１は、フィーダー１０に供給される。

なお、フィーダー１０は、一般的には、耐火物や白金等の貴金属により構成されている。

フィーダー１０の底壁１０ａには、貫通孔１０ａ１が設けられている。フィーダー１０内の溶融ガラス１１は、この貫通孔１０ａ１を介して、後述するブッシング２０に供給される。

ブッシング２０は、フィーダー１０の底壁１０ａに取り付けられている。ブッシング２０は、フィーダー１０の底壁１０ａの貫通孔１０ａ１に接続されている。

ブッシング２０は、ブッシングプレート２１と、側壁２２とを有する。ブッシングプレート２１の内側の底面は、略平面状に設けられている。ブッシングプレート２１は、底壁１０ａの下方に位置している。側壁２２は、ブッシングプレート２１から底壁１０ａに向かって延びている。すなわち、側壁２２は、ブッシングプレート２１から上方に向かって延びている。詳細には、側壁２２は、ブッシングプレート２１の周縁部から上方に向かって延びている。この側壁２２とブッシングプレート２１とによって内部空間２０ａが区画形成されている。

内部空間２０ａは、側壁２２により構成された供給口２２ａに接続されている。供給口２２ａは、上方に向かって開口している。供給口２２ａは、フィーダー１０の底壁１０ａに設けられた貫通孔１０ａ１に接続されている。このため、貫通孔１０ａ１及び供給口２２ａを経由して、フィーダー１０内の溶融ガラス１１が内部空間２０ａに供給される。

ブッシング２０は、一般的には、白金等の貴金属により構成されている。ガラス繊維の製造時において、ブッシング２０に直接通電される。これにより、ブッシング２０が加熱される。

ブッシングプレート２１には、内部空間２０ａに接続された複数の吐出孔２１ａが設けられている。これら複数の吐出孔２１ａから溶融ガラス１１が吐出される。吐出された溶融ガラス１１が冷却されることにより、ガラス繊維（ガラス長繊維）が得られる。

ブッシングプレート２１には、吐出孔２１ａが多数設けられていることが好ましい。その場合、多数のガラス繊維を同時に製造し得るためである。具体的には、ブッシングプレート２１に設けられた吐出孔２１ａの数は、３０００以上であることが好ましく、４０００以上であることがより好ましく、５０００以上であることがさらに好ましく、７０００以上であることがなお好ましく、１００００以上であることが一層好ましく、１５０００以上であることがなお一層好ましい。但し、吐出孔２１ａの数が多すぎると、溶融ガラス１１の温度が均一とならず、吐出孔２１ａから吐出されるガラス繊維の形状のばらつきが大きくなる場合がある。また、吐出孔２１ａの数が多すぎると、ブッシングプレート２１の面積が大きくなるためにブッシング２０の質量が大きくなり、ブッシング２０を支持できない場合がある。従って、ブッシングプレート２１に設けられた吐出孔２１ａの数は、２００００以下であることが好ましい。

ブッシングプレート２１に多数の吐出孔２１ａを設ける観点からは、供給口２２ａの断面積をＳ_０とし、ブッシングプレート２１の面積をＳ_１としたときに、Ｓ_１／Ｓ_０が１．０２以上であることが好ましく、１．０５〜１．４５であることがより好ましく、１．１０〜１．３０であることがさらに好ましい。Ｓ_１は、４０８００ｍｍ^２〜２１７５００ｍｍ^２であることが好ましく、５００００ｍｍ^２〜１５００００ｍｍ^２であることがより好ましい。Ｓ_０は、４００００ｍｍ^２〜１５００００ｍｍ^２であることが好ましく、４５０００ｍｍ^２〜１２５０００ｍｍ^２であることがより好ましい。

側壁２２は、拡径部２２ｂを備えている。拡径部２２ｂは、供給口２２ａ側からブッシングプレート２１側に向かって拡径しているテーパ状に設けられている。拡径部２２ｂとブッシングプレート２１とは、接続部２２ｃによって接続されている。接続部２２ｃは、ブッシングプレート２１から垂直方向の上向きに延びている。もっとも、拡径部がブッシングプレートに直接接続されていてもよい。すなわち、側壁に接続部が設けられていなくてもよい。

以下、本実施形態では、鉛直方向等の方向は、ブッシングプレート２１が水平方向に沿って延びるようにブッシング２０が配されたときの方向をいうものとする。

ところで、ガラス繊維の製造効率を高める観点からは、ブッシングプレートにより多くの吐出孔を設けることが好ましい。このため、拡径部２２ｂの面と鉛直方向とのなす角の大きさθを大きくして、Ｓ_１／Ｓ_０を大きくすることが好ましい。特許文献１に記載のガラス繊維の製造装置では、θが９０°に近い大きな角度とされている。

しかしながら、本発明者らは、鋭意研究の結果、拡径部２２ｂの面と鉛直方向とのなす角の大きさθを大きくしすぎると、製造されるガラス繊維の形状のばらつきが大きくなることを見出した。本発明者らは、さらに鋭意研究した結果、拡径部２２ｂの面と鉛直方向とのなす角の大きさθが大きすぎると、ブッシングプレートの中央部に設けられた吐出孔から吐出されたガラス繊維と、ブッシングプレートの周縁部に設けられた吐出孔から吐出されたガラス繊維との形状がばらつきやすいことを見出した。また、その原因が、たとえブッシングに直接通電して加熱したとしても、ブッシングの周縁部において溶融ガラスが対流しにくく、ブッシングの中央部における溶融ガラスの温度よりもブッシングの周縁部における溶融ガラスの温度が低くなり、粘度が高くなることにあることを見出した。

本実施形態では、拡径部２２ｂの面と鉛直方向とのなす角の大きさθが７０°以下である。このため、吐出孔２１ａが多く、面積Ｓ_１が大きい場合であっても、ブッシング２０の中央部における溶融ガラス１１の温度と周縁部における溶融ガラス１１の温度との差が小さくなる。従って、ブッシングプレート２１の中央部に設けられた吐出孔２１ａから吐出されるガラス繊維の形状と、周縁部に設けられた吐出孔２１ａから吐出されるガラス繊維との形状に差が生じにくい。従って、形状ばらつきが小さいガラス繊維を製造し得る。

また、拡径部２２ｂの面と鉛直方向とのなす角の大きさθが７０°以下である場合は、θが９０°により近い場合よりも、溶融ガラス１１がブッシングプレート２１の周縁部において対流しやすい。このため、ブッシング２０に流入した溶融ガラス１１が、ブッシング２０の周縁部に設けられた吐出孔２１ａから吐出されるまでのブッシング２０内における滞留時間がより長くなる。このため、直接通電されることにより加熱されたブッシング２０によってブッシング２０の周縁部に位置する溶融ガラス１１が再加熱される。よって、ブッシング２０の周縁部に位置する溶融ガラス１１の温度が中央部に位置する溶融ガラス１１の温度よりも低くなることをより効果的に抑制することができる。従って、より形状ばらつきが小さいガラス繊維を製造し得る。

さらに形状ばらつきが小さいガラス繊維を製造し得るようにする観点からは、拡径部２２ｂの面と鉛直方向とのなす角の大きさθは、６０°以下であることが好ましい。但し、拡径部２２ｂの面と鉛直方向とのなす角の大きさθが小さすぎると、吐出孔２１ａの数が少なくなり、ガラス繊維の生産性が低下してしまう場合がある。従って、拡径部２２ｂの面と鉛直方向とのなす角の大きさθは、１０°以上であることが好ましく、１５°以上であることがより好ましい。

さらに、本実施形態では、側壁２２が、中央部側に向かって延びる凹部２２ｄを有する。このため、内部空間２０ａの凹部２２ｄが設けられている部分が狭い。これにより、内部空間２０ａの周縁部において溶融ガラス１１の対流がさらに促進される。よって、ブッシング２０の周縁部に位置する溶融ガラス１１の温度が中央部に位置する溶融ガラス１１の温度よりも低くなることをより効果的に抑制することができる。従って、形状ばらつきがより小さいラス繊維を製造し得る。

なお、ブッシングプレート２１に設けられた吐出孔２１ａの数が３０００以上と多く、ブッシング２０のブッシングプレート２１の底面から供給口２２ａの上面までの高さをＨとし、ブッシングプレート２１の面積をＳ_１とし、供給口２２ａの面積をＳ_０としたときに、Ｈ／Ｓ_１が４．５×１０^−４以上で、かつＳ_１／Ｓ_０が１．０２以上である場合は、内部空間２０ａの体積が比較的大きいため、ブッシング２０の中央部における溶融ガラスの温度と周縁部における溶融ガラスの温度とに差が生じやすい。従って、本実施形態の技術は、このような場合などに特に好適である。

ブッシング２０は、一方側端部がフィーダー１０に接続された金属製のフレーム３０により支持されている。フレーム３０の他方側端部には、ブッシング２０を支持する支持部３１が設けられている。支持部３１は、略水平方向に沿って延びている。支持部３１は、ブッシングプレート２１の下方に至っている。この支持部３１によってブッシングプレート２１が支持されている。

なお、金属製のフレーム３０とブッシング２０との間には、フレーム３０とブッシング２０とが接触することを抑制するために、モルタルなどの耐火物４０が充填されている。

以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係るガラス繊維の製造装置の略図的断面図である。

第１の実施形態では、側壁２２に凹部２２ｄが設けられている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図２に示されるように、側壁２２に凹部が設けられていなくてもよい。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係るガラス繊維の製造装置の略図的断面図である。

第３の実施形態では、図３に示されるように、側壁２２のブッシングプレート２１との接続部よりも上方に位置する部分に凹部２２ｄが設けられていてもよい。

１：製造装置
１０：フィーダー
１０ａ：底壁
１０ａ１：貫通孔
１１：溶融ガラス
２０：ブッシング
２０ａ：内部空間
２１：ブッシングプレート
２１ａ：吐出孔
２２：側壁
２２ａ：供給口
２２ｂ：拡径部
２２ｃ：接続部
２２ｄ：凹部
３０：フレーム
３１：支持部
４０：耐火物

Claims (10)

1. 溶融ガラスの供給口と、前記供給口に接続された内部空間とを有し、前記供給口から前記内部空間に供給された溶融ガラスをガラス繊維に成形するブッシングであって、
   溶融ガラスが吐出される複数の吐出孔を有するブッシングプレートと、
   前記ブッシングプレートから前記供給口側に向かって延びており、前記ブッシングプレートと共に前記内部空間を区画形成している側壁と、
   を備え、
   前記側壁は、前記供給口側から前記ブッシングプレート側に向かって拡径している拡径部を有し、
   前記ブッシングプレートが水平方向に沿って延びるように配されたときに、前記拡径部の面と鉛直方向とのなす角の大きさが７０°以下であり、
   前記ブッシングプレートの底面から前記供給口の上面までの高さをＨとし、
   前記ブッシングプレートの面積をＳ _１ としたときに、
   Ｈ／Ｓ _１ が４．５×１０ ^−４ ｍｍ ^−１ 以上である、ブッシング。
2. ガラス繊維の成形時に直接通電されることにより加熱される、請求項１に記載のブッシング。
3. 前記ブッシングプレートが水平方向に沿って延びるように配されたときに、前記拡径部の面と鉛直方向とのなす角の大きさが１０°以上である、請求項１又は２に記載のブッシング。
4. 前記側壁は、前記拡径部と前記ブッシングプレートを接続している接続部をさらに備え、
   前記接続部は、中央部側に向かって延びる凹部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のブッシング。
5. 前記凹部は、前記接続部の前記ブッシングプレート側端部に設けられている、請求項４に記載のブッシング。
6. 前記供給口の面積をＳ_０としたときに、
   Ｓ_１／Ｓ_０が１．０２以上である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のブッシング。
7. 前記ブッシングプレートは、前記吐出孔の数が３０００以上である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のブッシング。
8. 溶融ガラスの供給口と、前記供給口に接続された内部空間とを有し、前記供給口から前記内部空間に供給された溶融ガラスをガラス繊維に成形するブッシングであって、
   溶融ガラスが吐出される複数の吐出孔を有するブッシングプレートと、
   前記ブッシングプレートから前記供給口側に向かって延びており、前記ブッシングプレートと共に前記内部空間を区画形成している側壁と、
   を備え、前記側壁は、前記供給口側から前記ブッシングプレート側に向かって拡径している拡径部を有し、前記ブッシングプレートが水平方向に沿って延びるように配されたときに、前記拡径部の面と鉛直方向とのなす角の大きさが７０°以下であるブッシングと、
   前記ブッシングの上に設けられており、前記供給口に接続されたフィーダーと、
   前記ブッシングの周囲に設けられており、一方側端部が前記フィーダーに接続されており、他方側端部に前記ブッシングを支持する支持部を有する金属製の支持部材と、
   前記支持部材と前記ブッシングとの間に設けられた耐火物と、
   を備え、
   前記支持部は、前記ブッシングプレートの下方に至っている、ガラス繊維の製造装置。
9. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のブッシングを用いてガラス繊維を成形する、ガラス繊維の製造方法。
10. 請求項８に記載のガラス繊維の製造装置を用いてガラス繊維を成形する、ガラス繊維の製造方法。

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