JPH0269331A - 極細ガラス繊維の製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガラス繊維の製造方法と製造装置にかんするも
のである。更に詳細には、本発明は繊維化ディスク内へ
のガラスの比較的低い入力供給温度及び繊維化ディスク
外部のガラスの液状化温度を越える温度と組合せてスピ
ナー・ディスク技術を使用することで極細ガラス繊維を
形成する方法に関するものである。

（従来の技術〕 ガラス繊維を製造する最も普通の方法の１つはいわゆる
回転型又は遠心型方法によるものである。

回転型方法においては、ガラスの溶融流れがフィラメン
トの形態で通って出る内部に形成された複数個の開口部
を有するリムを周縁部に備えている急速回転するロータ
ーの上に当該ガラスが出される。回転周縁部にある開口
部からフィラメントが出るときこれらのフィラメントは
それらのフィラメントを径の細い繊維に減少させるよう
高速度高温の気体ブラストの作用を受ける。この方法を
述べている典型的な参照文献は米国特許第３，１９０．
７３６号である。スピナー・ディスクは通常堅固な底部
及び多数の小さいオリフィスを含む垂直周縁壁を有して
いる。ガラスは繊維化装置に入るとき常時液体状態にあ
り、この処理方法においてはガラスのガラス性除去の温
度を充分上廻ねる温度にてガラスがディスク内のオリフ
ィスを通過することが重要である。通常の処理において
はガラスが結晶化し始めるとガラスは繊維化ディスク内
のオリフィスに詰まる。従って、ガラス繊維を保護する
先行技術のロータリ一方法ではスピナー・ディスクに対
する入力ガラス材料が溶融状態にある間に温度はそのガ
ラス材料の液化温度を充分上廻ねる温度であることが要
求される。

他の関連ある技術はいわゆるフレーム減衰技術である。

この技術においては押出されたガラス棒上の高温気体流
れの作用によりガラス棒の加熱と伸張を生じて所望直径
のガラス繊維が形成される。

この技術と詳細な説明についてはオーエンス・コーニン
グに譲渡された米国特許第２，６０７，０７５号及びジ
ョーンズ・マンビルに譲渡された米国特許第２，８６３
．１７６号及び同第２，９９４．９１６号に見出すこと
が出来る。これらの特許においては１次フィラメントの
押出しが単一列に制限されている。従って、この処理方
法はガラス棒の単一列を伸張させるのに必要なエネルギ
ー消費の観点からは極めて非効率的である。言う迄もな
（、フレーム減衰化された繊維は標準的なロータリー技
術で作成された繊維により等しくされない良好な品質を
備えている。然し乍ら、低温で且つ壊われ易い１次ガラ
ス棒は時おり事前に破壊し、ｒショット」の形成を生ぜ
しめる。これは勿論、フレーム減衰処理にとっては欠点
である。−方、ロータリー技術ではフレーム減衰に対し
て要求される場合より数倍エネルギー消費が低い状態で
ショットの無い繊維を生産出来る。標準的なロータリー
技術では断熱目的と音響的目的に対し極めて有用な比較
的粗いガラス繊維が生産される。

〔発明の要約〕

本発明の処理においては入力ガラス材料は小さいマーブ
ル、ペレット、塊、立法状態、フリット当の形態で半固
体状態にて繊維化装置及びスピナー・ディスク内に入る
。これらのペレットは繊維化ディスク内に入るときガラ
ス・ペレットを半分柔かい状態に変えるエネルギー・コ
ストを最低にする目的から予備加熱出来る。そうでない
場合はディスク外部からディスク内部へ導かれる熱でガ
ラスのペレットはこの半分柔かい状態を達成する。

言う迄もなく、この箇所におけるガラス温度は依然液状
化温度を充分下廻わる温度である。スピナー・ディスク
内で半分柔かいガラスに作用する遠心力は次に、このガ
ラスをディスクの加熱壁のオリフィスを通じて押出す。

技術的に見て、これらのガラスをオリフィスを通じて流
すのはペレットの慣性であるが、遠心力という用語が便
宜上使用される。

ガラスとディスク内部の温度はガラスの結晶成長（ガラ
ス性除去）の速度が重要でない箇所での値であり、こう
してオリフィス内又はディスク内部にガラスを生成する
問題が最低にされる。又、ディスクの低温度はディスク
の使用寿命を著しく増加させる好ましい効果を持ってい
る。ディスク自体の外部周面ば高周波ヒーター及び環状
減衰バーナーの両者により加熱される。

半固損状態のガラス棒（１次繊維）が押出されるのに伴
ない、この棒は減衰バーナーからの気体の高温ブラスト
の下向きの力を受ける。これによりガラス棒はその温度
を急激に高め、柔かくなり又、引伸ばされ、こうしてそ
の直径が細くなる。

熱及びバーナーの高速気体性プラストの減衰作用の組合
せによりガラス棒は細い繊維に減径される。

この点で技術は一段と通常のものになるので、これは慣
用的なロータリー・ガラス繊維製造技術とは著しく異な
らず、又、サイクル化されるｒフレム減衰１技術とは著
しく異ならない。フレーム減衰技術の力は、先端におけ
る高温ガラスが繊維を引張り、こうしてその繊維を加熱
し、最終的な所望の寸法に引張る。

〔作用〕

従って、本発明の新しい方法とその関連ある装置はロー
タリー技術とフレーム減衰技術の両者の欠点を伴なわず
にその利点を組合せている。この方法は押出されたガラ
ス棒が既に半分柔かい状態にあって破断しないので、シ
ョットの無い繊維を生産する。フし・−ム減衰型ガラス
繊維の高品質が維持され、これらの繊維を生産するのに
必要なエネルギー消費量が殆んどロータリー技術のレベ
ルに迄低減価される。更に、ロータリー、スピナー・デ
ィスクの使用寿命はその低作動温度が原因で更に伸ばさ
れる。最後に、この方法による生産高は直径が２ミクロ
ン以下の極細繊維の生産に対し理想的に適している極め
て低いレヘルに調節出来る。

以下の詳細な説明は本発明の一実施態様に対するもので
ある。本発明の範囲は前掲の特許請求の範囲で決定すべ
きである。例えば、この特定の実施態様には一層一般的
なガラス繊維生産システムの全ての実施態様に対して必
要とされないガラス・ペレット予備加熱サブ・システム
が含まれている。その上、フィーダー、バーナー、ヒー
ター等各種型式のものが異なるシステム要件に応じてそ
の機能上回等のものと置換出来る。

〔実施例〕

ここで図面に移ると、この好適実施態様においては、ガ
ラス・マーブル又はペレット１２がペレット・ビン１０
内に含まれている。このペレット・ビンの寸法はシステ
ムの下流側における要件に対して人力ガラス材料の適当
な溜めを装備するのに充分大きいだけで特に重要ではな
い。ペレット・ビン１０は２４及び２６の箇所で支持さ
れている。ペレット・ビンの底部にはガス・バーナー２
２の形態になったヒーターが設けである。このヒーター
の目的はガラス・ペレット内に予備加熱状態を生しさせ
ることにある。その温度はペレット・ビン内にある温度
検出ユニット２４の作用により監視される。温度情報は
温度制御装置１６に伝えられ、この温度制御装置は逆に
図示の如くペレット・ビン１０内で検出された温度に応
答する温度制御装置１６により駆動される弁１８の制御
された作動によりガス燃料２０のガス・バーナー２２へ
の供給を制御する。

この特定の実施態様においてはガラス材料はどこでも毎
時５ないし３０ｋｇの割合にてシステム内に供給される
。この流量はペレット・ビン１０内のガラス材料の！を
量を検出してこの情報を制御装置２８に供給するロード
・セル／支持体２６から成る他のサブ・システムにより
制御される。制御装置２８はガラス材料を特定の流量に
てシステムの下流側部分に供給するようプログラフされ
ている。制御装置２８はその磁気的駆動ユニット３０を
励起することにより断熱振動フィーダー３２で所定流量
を送出させる。制御装置は、ペレット・ビン内のガラス
材料の重量が時間の関数として減少しでいる割合を検出
して所望流量を維持する磁気的駆動ユニット３０の作動
を調節することにより制？１１１を行なう。利用された
特定の実験室用フィーダーはペンシルベニア州エリ−の
イワッッ社が製造しているＣｅｎｔｒｏｎフィーダーで
ある。

スクリュー型フィーダーも同様に利用可能であろう。

ガラス人力材料は依然全体的に寸法範囲が約０゜３ｃｍ
　（１／８インチ）ないし約１．２５ｃｍ（１／２イン
チ）のマーブル又はペレットの形態である。

ガラス自体の組成は特に重要ではない。ペレット・ビン
１０内における予備加熱温度はどこでも大気温度から約
５００′Ｃ迄に出来る。

断熱振動フィーダー３２の出力はスピナーの人力スタッ
ク３６に送られる。スピナー自体は多数のサブ・システ
ム及びこれに取付けられる関連ある補助システムを備え
た比較的複雑な機器である。

ガラス繊維を生産する実際のスピナーは組立体の底部に
向って設けられた繊維化ディスク３８である。この繊維
化ディスクはスピナー駆動装置３７により約２，０００
ないし約３．５０Ｏｒｐｍの割合にて通常回転される。

その回転速度は繊維化ディスク３８の内部に含まれてい
る半分柔かいガラス・マーブル又はペレットの押出しを
生じさせるのに充分である。繊維化ディスクは勿論、そ
の周壁に複数個のオリフィスを備え、高ニッケル・クロ
ム合金で作成される。オリフィスは所望の繊維寸法に従
って寸法を決めることが出来、典型的には直径が０．０
２５ｃｍ　（０，０１０インチ）又は０．１２５ｃｍ　
（０，０５０インチ）であろう。

ディスクの直径は一般に２０ｃｍ（８インチ）−６０Ｃ
Ｉ１１（２４インチ）になろう。この大型組立体にはま
た人力３５を通じて気体燃料供給を受取る減衰バーナー
３３が含まれている。高周波数ヒータ４０によって付加
的熱が押出ガラス棒に供給される。ここで使用される特
定のヒーターは容量４０キロワツトのｆ；ｏｒｅｌ高周
波数ヒーターであったが中間周波数又は低周波数ヒータ
ーは必ずしもこの全パワー・レベルにて作動する必要は
なく、エネルギー消費を最低にし又は適当に繊維化ディ
スク３８の外壁を加熱する目的で最適化される。

図面に示されていない好適に採用可能な他のシステムは
送風クラウンである。このサブ・アッセンブリーは約２
．　８ｋｇ／ｃＡ（４０ｐ　ｓ　ｉ）ないし約７ｋｇ／
ａｎｔ　（１００ｐ　ｓ　ｉ）の圧力にて毎分約２７ｔ
ｒ？（１００ｆｔ３）ないＬ約１３．５１Ｔｒ（５００
ｆ　ｔ３）の圧搾空気を供給する。これは繊維化ディス
ク３８内の下方の孔の底部の僅かに下方に位置付けられ
、繊維の直径を所望程度に減衰化させる目的でその高温
押出しガラス繊維の引出しを援助する。押出しガラス繊
維４２上に下方向に向けられる気体性ブラストは、殆ん
ど減衰バーナー３３から発する例えば１１４８．８℃（
２１０’Ｆ）の高温気体流れである。ガラスの流量は毎
時約３００ないし約１００ＯＮｉである。ディスク自体
の温度は約７００℃ないし１，０００℃の範囲になろう
。然し乍ら、繊維化ディスク３８の外側の直ぐ外部にお
ける気体温度は押出しガラス繊維４２を、これらの繊維
が効果的に伸張されてその直径が所望寸法に迄減衰され
る温度迄加熱するのに必要な程度迄これより高くなろう
。

出力される押出しガラス繊維４２は繊維形成室４４内に
集められる。室寸法は幅が７．５ｃＩｌ（３インチ）な
いし１２．５ｃｍ（５インチ）で長さが７．５ｃｍ（フ
インチ）ないし１５０（６インチ）である。排気ガスは
吸入箱４６内に集められ矢示の如く４８にて排出される
。

本明細書で述べたシステムは直径が約０．４ないし約２
．０ミクロンにわたる極細ガラス繊維を生産するのに適
した。これらの繊維の長さは一般に約２５ＣＩ１１（１
０インチ）以下であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の各種素子を部分的に破断して示
す概略図である。 〔符号の説明〕 ２２：ガス・バーナー ３２：断熱振動フィーダー ３７：スピナー駆動装置 ４０：高周波数ヒーター ４２：押出しガラス繊維 特許　出願人　グラス　インコーホレイ＝４７ド手続補
正書防幻 昭和６３年１１月１０日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガラス繊維の製造方法であって、 急速回転するスピナー・ディスクの内部にペレットの形
   態になったガラス材料を運びディスクの温度をガラス材
   料を半固体状態に維持するような値にし； 回転スピナー・ディスクの周壁内の複数個のオリフィス
   内にある間にガラス材料が依然半固体状態にあってガラ
   ス材料を遠心力により当該オリフィスを通じて押し出し
   ； 加熱された柔かくされて押出されたガラス材料を繊維形
   態にて押出すよう気体の流れを作用させてその押出され
   た繊維の直径を減少させるようガラスの液化温度を越え
   る温度にてその押出されたガラス材料がオリフィスを離
   れた直後に当該材料を比較的高速度の気体の流れにさら
   し；及びガラス繊維を集めて冷却することから成る製造
   方法。 ２、スピナー・ディスクが毎分あたり約２，０００ない
   し約３，５００回転する請求項１に記載の製造方法。 ３、更に、スピナー・ディスクに運ばれる前にガラス材
   料を約５００℃以下の温度に予備加熱することから成る
   請求項１に記載の製造方法。 ４、高速気体流れに対し相対的にディスクの上流側の位
   置においてスピナー・ディスクの外周縁部を実質上包囲
   する環状ガス・バーナーの作用によりその押出されたガ
   ラスが加熱される請求項１に記載の製造方法。 ５、押出されたガラスとスピナー・ディスクの外部が更
   に誘導ヒーターの作用により加熱される請求項４に記載
   の製造方法。 ６、ヒーターが高周波数ヒーターである請求項５に記載
   の製造方法。 ７、ヒーターが中間周波数ヒーターである請求項５に記
   載の製造方法。 ８、ヒーターが低周波数ヒーターである請求項５に記載
   の製造方法。 ９、高速気体流れが下方向に向けられる請求項１に記載
   の製造方法。 １０、高速気体流れがスピナー・ディスク内の最下方の
   オリフィスの僅かに下方の位置においてスピナー・ディ
   スクの外周縁部に対し包囲する関係にて圧搾空気を高速
   気体流れに供給する送風クラウンの作用により高速気体
   流れが補助される請求項９に記載の製造方法。 １１、利用される送風クラウンが誘導ヒーターを有する
   一体的ユニットとして設けられる請求項１０に記載の製
   造方法。 １２、気体速度が毎時あたり約３００ないし約１０００
   公称立法ｍである請求項９に記載の製造方法。 １３、スピナー・ディスクに運ばれるガラス材料の寸法
   が約０．３ｃｍ（１／８インチ）ないし約１．２５ｃｍ
   （１／２インチ）である請求項１に記載の製造方法。 １４、スピナー・ディスク自体の温度が約１０００℃以
   下である請求項１に記載の製造方法。 １５、スピナー・ディスクの温度が約７００℃ないし約
   １０００℃である請求項１に記載の製造方法。 １６、ガラス繊維製造装置であって、 ガラス・ペレットの制御された供給を行う供給装置、 ガラス・ペレットを半固体状態に加熱する加熱装置、 ペレットを受取るよう適合し複数個のオリフィスを備え
   た繊維化ディスク及びこのディスクを急速回転させて遠
   心力により半固体状ガラス・ペレットをオリフィスをつ
   うじて押出す装置を含むスピナー装置、及び こうして形成されたガラス繊維を集める装置から成るが
   らす繊維製造装置。 １７、加熱装置が繊維化ディスクの上流側のガラス・バ
   ーナーを含む請求項１６に記載のガラス繊維製造装置。 １８、加熱装置がスピナー装置に隣接して配設された誘
   導ヒーターを含む請求項１６に記載のガラス繊維製造装
   置。 １９、加熱装置がスピナー装置に隣接して配設された誘
   導ヒーターを含む請求項１７に記載のガラス繊維製造装
   置。 ２０、更に、繊維化ディスクの下方からその繊維化ディ
   スクを離れる形成されたガラス繊維上に下方に向けられ
   る高温の気体性ジェットを提供する装置を含む請求項１
   ６に記載のガラス繊維製造装置。