JP6507914B2

JP6507914B2 - ガラス繊維の製造方法

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Publication number: JP6507914B2
Application number: JP2015152223A
Authority: JP
Inventors: 知辻本
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2019-05-08
Anticipated expiration: 2035-07-31
Also published as: JP2017031003A

Description

本発明は、中空部を有するガラス繊維の製造方法に関する。

中空部を有するガラス繊維は、樹脂材料の補強材として用いると軽量化を図ることができるという利点がある。この種のガラス繊維は、特許文献１の段落［０００３］に記載されるように、ノズルの外管と内管との間の環状部分に溶融ガラスを通過させるとともに、内管を通じる空気を溶融ガラスに供給して紡糸することで製造される。また、特許文献２には、ノズルの側部から空気を流入する構成が開示されている。さらに、特許文献３には、ノズル（紡糸口金）から引き出される溶融ガラスに外気を自然吸引させることで、中空部を有するガラス繊維を製造する方法が開示されている。

特開２００４−０１０４４２号公報特開２００３−２０１１４１号公報特開２００３−２６７７４７号公報

中空部を有するガラス繊維の製造では、中空部を形成するための気体をノズル内に供給する流路構造が複雑になり易く、例えば、そうした流路構造が破損し易い。すなわち、中空部を有するガラス繊維の製造において、ノズル内への気体の供給について未だ改善の余地がある。

本発明の目的は、中空部を有するガラス繊維の製造において、中空部を形成するための気体をノズル内に容易に供給することのできるガラス繊維の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するガラス繊維の製造方法は、ブッシング内の溶融ガラスを前記ブッシングの底部に形成されたノズルから引き出して中空部を有するガラス繊維を製造するガラス繊維の製造方法であって、前記ブッシングの底部を陽極として構成するとともに、前記ブッシング内に陰極を配置し、前記陽極と前記陰極との間に直流電圧を印加し、前記ブッシング内の溶融ガラス中の成分を電気分解することで発生させた泡を前記溶融ガラスとともに前記ノズル内に流入させることにより、前記中空部を形成する。

この方法によれば、外部からブッシングのノズル内に気体を導く流路構造を省略することができる。また、ブッシング内にブッシングとは別部材の陽極を配置することを回避することができる。
上記ガラス繊維の製造方法において、前記ブッシングの底部から前記泡を発生させることが好ましい。

上記方法によれば、ノズルを有する底部（陽極）から泡を発生させることで、ノズル内に泡を効率よく流入させることができる。

本発明によれば、中空部を有するガラス繊維の製造において、中空部を形成するための気体をノズル内に容易に供給することができる。

（ａ）は、本実施形態のガラス繊維の製造装置を示す概略断面図であり、（ｂ）は、ノズル内に泡が流入される状態を示す模式図である。（ａ）及び（ｂ）は、中空部を有するガラス繊維を示す模式図である。

以下、ガラス繊維の製造方法及びガラス繊維の製造装置の実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張して示す場合がある。また、各部分の寸法比率についても、実際と異なる場合がある。まず、ガラス繊維の製造装置について説明する。

図１（ａ）に示すように、ガラス繊維ＧＦの製造装置１１は、ブッシング１２と、ブッシング１２内の溶融ガラスＭＧに直流電圧を印加する電極（陽極１３及び陰極１４）とを備えている。こうしたガラス繊維ＧＦの製造装置１１は、電極に接続される直流電源１５を備えている。

ガラス繊維ＧＦの製造装置１１におけるブッシング１２は、側壁部１２ａと底部１２ｂとを有している。底部１２ｂ（ブッシングプレート）には、複数のノズルＮが形成されている。ブッシング１２には、図示を省略したガラス溶融炉を用いて調製された溶融ガラスＭＧが供給される。

図１（ｂ）に示すように、各ノズルＮの有する流路は、上下に延在する柱状であり、下方へ溶融ガラスＭＧが引き出されることでガラス繊維ＧＦが紡糸される。ノズルＮの内径（流路径）は、例えば、０．５０ｍｍ以上、２．００ｍｍ以下の範囲に設定される。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ガラス繊維ＧＦの製造装置１１における電極は、ブッシング１２の底部１２ｂにより構成される陽極１３と、ブッシング１２内に配置される陰極１４とを有している。陰極１４は、ブッシング１２内において底部１２ｂの上方に配置されている。陰極１４は、例えば、ブッシング１２の上方からブッシング１２内に挿入される。なお、陰極１４の形状は、棒状であってもよいし、板状であってもよい。陰極１４は、ブッシング１２の底部１２ｂに沿って延在する部分を有することが好ましい。

陽極１３と陰極１４との電極間距離Ｄは、例えば、２ｍｍ以上、５０ｍｍ以下の範囲に設定される。ガラス繊維ＧＦの製造装置１１における陽極１３（ブッシング１２）及び陰極１４は、白金製又は白金合金製であることが好ましい。

ガラス繊維ＧＦの製造装置１１は、ブッシング１２内の溶融ガラスＭＧを加熱するための交流電源１６をさらに備え、この交流電源１６によりブッシング１２（側壁部１２ａ）を通電加熱することができるように構成されている。なお、ガラス繊維ＧＦの製造装置１１は、図示を省略するが、ガラス繊維ＧＦを一定の速度で引き取る引取装置を備えている。引取装置は、ガラス繊維ＧＦを巻き取る巻取装置として構成してもよい。また、ガラス繊維ＧＦの製造装置１１は、ガラス繊維ＧＦを冷却する冷却装置を備えていてもよい。

次に、ガラス繊維ＧＦの製造方法について主な作用とともに説明する。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ガラス繊維ＧＦの製造方法は、ブッシング１２内の溶融ガラスＭＧをブッシング１２の底部１２ｂに形成されたノズルＮから引き出して中空部を有するガラス繊維ＧＦを製造する方法である。ガラス繊維ＧＦの製造方法では、ブッシング１２内の溶融ガラスＭＧ中の成分を電気分解することで発生させた泡Ｂを、図１（ｂ）に破線矢印で示すように溶融ガラスＭＧとともにノズルＮ内に流入させることにより、ガラス繊維ＧＦに中空部を形成する。この方法によれば、外部からブッシング１２のノズルＮ内に気体を導く流路構造を省略することができる。

本実施形態におけるガラス繊維ＧＦの製造方法では、ブッシング１２の底部１２ｂから上記の電気分解により泡Ｂを発生させる。換言すると、本実施形態におけるガラス繊維ＧＦの製造方法では、ブッシング１２の底部１２ｂを陽極１３として構成するとともに、ブッシング１２内に陰極１４を配置し、陽極１３と陰極１４との間に直流電圧を印加する。この方法の場合、ノズルＮを有する底部１２ｂ（陽極１３）から泡Ｂを発生させることで、ノズルＮ内に泡Ｂを効率よく流入させることができる。また、ブッシング１２内にブッシング１２とは別部材の陽極１３を配置することを回避することができる。

上記電気分解における直流電圧（直流電源１５）は、溶融ガラスＭＧ中の成分の電気分解により発生する泡Ｂを増加させるという観点から、０．４Ｖ以上であることが好ましい。また、この直流電圧は、電極の損傷を抑えるという観点から、２Ｖ以下であることが好ましい。この直流電圧値は、直流電源装置の実測値である。

上記電気分解における直流電流（直流電源１５）は、溶融ガラスＭＧ中の成分の電気分解により発生する泡Ｂを増加させるという観点から、５Ａ以上であることが好ましい。また、この直流電流は、電極の損傷を抑えるという観点から、３５Ａ以下であることが好ましい。この直流電圧値は、直流電源装置の実測値である。

ここで、溶融ガラスＭＧ中の成分の電気分解について説明する。溶融ガラスＭＧ中には、例えば、酸素（酸素イオン又は酸素を含む化合物）が含まれる。この場合、電気分解中の陽極１３では、下記式（１）で示される酸化反応により酸素ガスが発生する。

Ｏ^２−→１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻…（１）
すなわち、溶融ガラスＭＧ中の成分の電気分解により発生する泡Ｂは、例えば、酸素ガスにより形成されている。なお、電気分解により発生するガスは、溶融ガラスＭＧ中の成分のうち、陽極１３で酸化反応する成分（化合物）に基づくため、上記の泡Ｂには、酸素ガス以外のガスが含有される場合もある。

なお、上述したブッシング１２内の溶融ガラスＭＧを加熱するための交流電圧（交流電源１６）は、例えば、１Ｖ以上、５Ｖ以下の範囲に設定されるとともに、交流電流（交流電源１６）は、２０００Ａ以上、４０００Ａ以下に設定される。なお、交流電源１６を用いた抵抗加熱では、溶融ガラスＭＧ中の成分は実質的に電気分解されない。

次に、ガラス繊維ＧＦについて説明する。
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ガラス繊維ＧＦの製造装置１１により製造されるガラス繊維ＧＦは、中空部Ｈを有している。ガラス繊維ＧＦの中空部Ｈは、図２（ａ）に示すように、ガラス繊維ＧＦの長さ方向に沿って連続した中空部Ｈであってもよいし、図２（ｂ）に示すように、ガラス繊維ＧＦの長さ方向において離間した複数の中空部Ｈであってもよい。このようなガラス繊維ＧＦの中空部Ｈの態様は、例えば、上記電気分解における直流電圧を制御することで、溶融ガラスＭＧ中の泡Ｂの生成量を調整することにより、変更することができる。ガラス繊維ＧＦの径方向における中空部Ｈの寸法は、例えば、ガラス繊維ＧＦの直径の０．１％以上、７０％以下の範囲である。なお、ガラス繊維ＧＦの直径（繊維径）は、例えば、３μｍ以上、３０μｍ以下の範囲である。

ガラス繊維ＧＦは、例えば、所定の長さに切断したカット繊維として用いることができる。こうしたカット繊維は、樹脂材料と混合することで樹脂材料の補強材として用いることができる。なお、カット繊維の端面（切断面）は、中空部Ｈの開口を有していてもよいし、カット繊維を加熱することで前記開口を封止してもよい。

このように中空部Ｈを有するガラス繊維ＧＦ（カット繊維）と、樹脂材料と複合することで、低誘電率の複合材料を提供することが可能である。カット繊維と樹脂材料とを含有する複合材料の用途としては、例えば、回路基板用途等の電子機器用途が挙げられる。なお、ガラス繊維ＧＦを所定の長さに切断したカット繊維は、例えば、コンクリート、モルタル等の無機系材料に混合して建築用途に用いてもよい。

以上詳述した実施形態によれば、次のような作用効果が発揮される。
（１）ガラス繊維ＧＦの製造方法は、ブッシング１２内の溶融ガラスＭＧをブッシング１２の底部１２ｂに形成されたノズルＮから引き出して中空部Ｈを有するガラス繊維ＧＦを製造する方法である。ガラス繊維ＧＦの製造方法では、ブッシング１２内の溶融ガラスＭＧ中の成分を電気分解することで発生させた泡Ｂを溶融ガラスＭＧとともにノズルＮ内に流入させることにより、ガラス繊維ＧＦに中空部Ｈを形成している。

この方法によれば、外部からブッシング１２のノズルＮ内に気体を導く流路構造を省略することができる。従って、中空部Ｈを有するガラス繊維ＧＦの製造において、中空部Ｈを形成するための気体をノズルＮ内に容易に供給することができる。

また、例えば、ノズルＮの構造の複雑化は、ノズルＮの損傷を招き易く、設備コストを増大させる要因となる。本実施形態では、ブッシング１２のノズルＮとしては、中空部を有しない中実のガラス繊維を製造するノズルと同等のノズルＮ（気体のみを流通する流路を省略したノズルＮ）を用いることができる。つまり、外管と内管とを有する二重構造のような複雑な形状のノズルを用いずに、中空部Ｈを有するガラス繊維ＧＦを製造することが可能である。このようにノズルＮの構造について複雑化を回避することが可能となるため、ノズルＮの複雑化を要因とした設備コストの増大を回避することが可能となる。

（２）ガラス繊維ＧＦの製造方法において、ブッシング１２の底部１２ｂから上記の泡Ｂを発生させることが好ましい。換言すると、ガラス繊維ＧＦの製造方法において、ブッシング１２の底部１２ｂを陽極１３として構成するとともに、ブッシング１２内に陰極１４を配置し、陽極１３と陰極１４との間に直流電圧を印加することが好ましい。

この場合、ノズルＮを有する底部１２ｂ（陽極１３）から泡Ｂを発生させることで、ノズルＮ内に泡Ｂを効率よく流入させることができる。従って、中空部Ｈを有するガラス繊維ＧＦの製造効率を高めることが可能となる。また、ブッシング１２内にブッシング１２とは別部材の陽極１３を配置することを回避することができるため、ブッシング１２内の構造を簡素化することができる。

（３）ガラス繊維ＧＦの製造装置１１は、溶融ガラスＭＧが引き出されるノズルＮを底部１２ｂに有するブッシング１２と、ブッシング１２内の溶融ガラスＭＧに直流電圧を印加する電極とを備えている。この構成によれば、上記（１）欄で述べた作用効果と同様の作用効果が得られる。

（４）ガラス繊維ＧＦの製造装置１１における電極は、ブッシング１２の底部１２ｂにより構成される陽極１３と、ブッシング１２内に配置される陰極１４とを有している。この場合、上記（２）欄で述べた作用効果と同様の作用効果が得られる。

（５）ガラス繊維ＧＦの製造装置１１における陰極１４は、ブッシング１２の上方からブッシング１２内に配置することができるため、陰極１４と直流電源１５との接続経路をブッシング１２の側壁部１２ａを貫通するように設けることを回避することができる。従って、例えば、中空部を有しない中実のガラス繊維を製造するブッシングと同様の構成を有するブッシングを用いることが可能である。

（６）ガラス繊維ＧＦの製造装置１１における陰極１４は、ブッシング１２の底部１２ｂに沿って延在する部分を有することで、ブッシング１２内において複数のノズルＮやそれらノズルＮの近傍から上記泡Ｂを発生させることができる。これにより、複数のノズルＮ内に泡Ｂを効率よく流入させることができる。従って、複数のノズルＮを用いて中空部Ｈを有するガラス繊維ＧＦを効率よく製造することが可能である。

（変更例）
上記実施形態を次のように変更して構成してもよい。なお、以下では、ガラス繊維ＧＦの製造装置１１の変更例について説明するが、ガラス繊維ＧＦの製造方法においても同様に変更することができる。

・ガラス繊維ＧＦの製造装置１１では、ブッシング１２の底部１２ｂから上記の泡Ｂを発生させている。すなわち、ブッシング１２の底部１２ｂを陽極１３として構成しているが、ブッシング１２内のノズルＮ近傍に別途陽極を配置し、その陽極を用いて上記の泡Ｂを発生させてもよい。

・ガラス繊維ＧＦの製造装置１１は、交流電源１６を備え、ブッシング１２を通電加熱しているが、例えば、バーナー等を用いてブッシング１２を加熱してもよい。なお、ブッシング１２に供給される溶融ガラスＭＧの温度が紡糸に適した温度に維持できれば、ブッシング１２の加熱を省略してもよい。

・ガラス繊維ＧＦの製造装置１１において、ノズルＮの数は、特に限定されず、単数であってもよい。また、ノズルＮに形成された流路の断面形状は、円形状であるが、例えば、楕円形状や多角形状等の異形断面形状に変更することもできる。

・ガラス繊維ＧＦの製造装置１１において、ブッシング１２内を気体で加圧することでノズルＮから吐出される溶融ガラスＭＧの吐出量を調整してもよい。また、ガラス繊維ＧＦの製造装置１１において、ブッシング１２への溶融ガラスＭＧの供給は、連続式でもよいし、バッチ式でもよい。

１１…ガラス繊維の製造装置、１２…ブッシング、１２ｂ…底部、１３…陽極、１４…陰極、Ｂ…泡、Ｎ…ノズル、ＭＧ…溶融ガラス、ＧＦ…ガラス繊維、Ｈ…中空部。

Claims

ブッシング内の溶融ガラスを前記ブッシングの底部に形成されたノズルから引き出して中空部を有するガラス繊維を製造するガラス繊維の製造方法であって、
前記ブッシングの底部を陽極として構成するとともに、前記ブッシング内に陰極を配置し、前記陽極と前記陰極との間に直流電圧を印加し、
前記ブッシング内の溶融ガラス中の成分を電気分解することで発生させた泡を前記溶融ガラスとともに前記ノズル内に流入させることにより、前記中空部を形成することを特徴とするガラス繊維の製造方法。
前記ブッシングの底部から前記泡を発生させることを特徴とする請求項１に記載のガラス繊維の製造方法。