JPH04507082A - 遠心力により無機溶融物を繊維化するためのスピニング・ホイール・ユニット - 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】 遠心力により無機溶融物を繊維化するためのスピニング・ホイール・ユニット 本発明は、遠心力により無機溶融物を繊維化す−るためのスピニングマシーンに 用いるスピニング・ホイール・ユニット、特に、少なくとも１つのスピニング・ ホイール・シャフトとこれに付属したスピニング・ホイールを備え、スピニング ・ホイールの外周部の位置、内周部の位置、または内周部から外周部にかけての 移動の際に繊維が形成されるスピニングマシーン用のスピニング・ホイール・ユ ニットに係る。

スピニング・ホイールの外周部に沿って繊維を形成するスピニングマシーンはカ スケード遠心機と呼ばれている。カスケード遠心機は、通常２〜４個のスピニン グ・ホイールを備えている。個々のスピニング・ホイールは、駆動シャフトと、 空気、冷媒、バインダーおよびその他の添加剤を供給する装置を備えている。ス ピニング・ホイールとこれに付属した装置は台車上に一括して配置するのが一般 的であり、装置全体を炉に向けて搬送するようにしている。台車はファンを支持 でき、また外側ファンに連結することができる。こうしたファンにより、スピニ ング・ホイールの繊維形成区域を横切って軸方向に空気が吹き出される。空気は 形成された繊維をチャンバーまで搬送し、ウール繊維は集められコンベアに送ら れる。

スピニング・ホイールの内周部に沿った繊維化現象は概ね同じ原理に則って生じ ているが、無機溶融物をスピニング・ホイール内にパイプ輸送し、無機溶融物を 内周部により搬送し、スピニング・ホイールの縁に沿ってクリープ変形させ、軸 方向の空気の流れに遭遇させ、こうして形成された繊維の流れをウール捕集チャ ンバまで搬送する点が異なっている。

ガラス繊維はスピニング・ホイール内で作られるのが通常である。このスピニン グ・ホイールは、溶融物が内部から微細穴を通じて外周部に通り抜ける際、この 溶融物を繊維化するためのものである。スピニング・ホイールシャフトは縦に向 いているため、できた繊維の流れは重力と軸方向の吹出しにより下向きに移動し ていく。

従来は、繊維の流れを適切に管理し、捕集コンベア上に好ましい状態に繊維を分 散させ、また繊維に適当なオリエンテーションをかけるには、スピニング・ホイ ールの前方区域に空気または他の気体を吹ぎ付けると効果的であるとされてきて いる（例えば、ＵＳ　Ａ　４０４６５３９）　。

この区域内の圧力状態は、繊維がスピニング・ホイールの周囲から引き出される 際に負圧状態が生じるため不安定となる。しかしながら、空気の吹出しにより安 定した状態にすることができる。この空気の吹出しは、中空のスピニング・ホイ ールシャフトを通じて行うことができる。この吹出し方法を取り入れれば繊維の 流れの制御が簡単に行なえ、高品質のウールが得られる。

スピニングシャフトの端部に設けた中央ノズルを通じ、スピニング・ホイールの 前方区域にバインダーおよび他の添加剤を導入することが好ましい。この構造は 、必要とあらば繊維の流れの外に位置する外側ノズルに組み合わせて用いられ、 繊維に対し添加剤をさらに均一に添加できるようにしている。この例は、ＵＳ　 Ａ　２９４４２８４に見ることができる。この技術によれば、スピニングシャフ トには３つの同心状のダクトが組み込まれており、最も内側のダクトはバインダ ーを供給し、また別のものはスピニング・ホイールに冷却水を送ったりスピニン グ・ホイールから冷却水を回収するようにしている。

スピニングシャフトの中央穴を用いれば、スピニング・ホイールの前方区域に気 体や様々な液体を供給できることは既に知られている。しかしながら、スピニン グシャフトにサイズの大きな中央穴を使用する上で制約のある課題が残されてい る。繊維加工に用いる回転速度はかなり速く、１５０ｍ／秒のスピニング・ホイ ールの周速度が良好な繊維加工にとって必要である。動作は均一でなくてはなら ず、また構造体がそうした速度に耐えられるよう制御する必要がある。これを実 現する条件として、シャフトの機械的な特性、特にシャフトベアリングの機械特 性が大きな比重を占めている。ベアリング部での周速度が異常に大きくなるのを 避けるために、比較的細いシャフトを用いる必要があるため、回転シャフトを通 じて様々な媒体を多量に搬送するのに必要な大きな空所を確保する充分なベース が得られない。

本発明の目的は、ベアリングが大きな周速度に耐えられるようスピニング・ユニ ットのベアリングの性能を改善し、大きな中央穴を備えたスピニングシャフトを 使用してスピニング・ホイールの前方区域に様々な媒体を導入できるようにする ことにある。

こうした目的は、スピニングシャフトのベアリングを回転部品同志が物理的に接 触せず、気体の隙間を介して分離するように構成されている本発明によれば達成 することができる。またこの目的は、少な（とも１つの磁気ベアリングを使用す れば達成することができる。ちなみに、ラジアルベアリングの周速度は２００ｍ ／秒まで高めることができ、軸方向ベアリングの場合には４００ｍ／抄まで大き くすることができる。スピニング・ホイールの直径と回転速度には、今まで構造 上のウィークポイントであったベアリングが改善されたため、スピニング・ホイ ール自体の機械強度が関与している。

本発明の一実施形態によれば、駆動モータはスピニングシャフトに駆動接触した 状態にあり、結果的に、スピニングシャフトに固定的に取り付けたスピニング・ ホイールと駆動接触した状態にある。従って、スピニングシャフトはスピニング ・ユニット全体を通り抜けているシャフトである。この構造によれば、スピニン グ−ホイールより繊維を剥がし捕集チャンバに搬送する工程管理を容易に行なう ことができ、こうした構造は空気力学の観点から特に有益である。

駆動モータにとって最も適したベアリングの使い方は、スピニングシャフトに対 し１つのアクシャル磁気ベアリングと２つのラジアル磁気ベアリングを使用する 方法である。スピニングシャフトに直接にまたは中間スリーブを介して恒久的に 固定されているスピニング・ホイールはスピニングシャフト用にそれ自身はベア リングを装備しておらず、駆動モータのためにベアリングを使用している。

本発明の有益な実施例によれば、駆動モータは電気モータであり、磁気ベアリン グを伴って電磁気ユニットを構成している。このユニットはスピニングシャフト の廻りに配置されている。電気モータのロータはステータの内側に配置し、スピ ニングシャフトに固定的に連結することができる。あるいは、ステータの外側に ロータを配置しておき、スピニング・ホイールに恒久的に固定することができる 。モータは、０から２０．０００　ｒｐｍの可変速度でスピニング・ホイールを 駆動している。

好ましい実施例では、中央穴の直径は少なくとも５０ｍｎあり、スピニング・ホ イールの直径の７５％を最大としている。スピニングシャフトの壁の通常の厚み は約１５１１０１であるが、材料並びに使用条件により変えることもできる。ス ピニング・ホイールの直径は約３００〜４゜Ｏｍｎ＋が普通である。スピニング ・ホイールおよびホイール用冷却装置等に利用する充分なスペースを確保するた めに、穴の直径はスピニング・ホイールの直径の約７５％を越えてはならない。

中央穴の直径は１ｏＯから１５０ｍｍの範囲が適当であるが、穴の直径に関して は上限はない。スピニング・ホイールの機械強度はスピニング・ホイールの直径 を決定する要素であり、結果的に、スピニングシャフトの直径を決定する要素で もある。

本発明に使用するベアリングには、中央穴を持たないものも含めて、様々なタイ プのスピニング・ホイール・シャフトを使用できることば勿論である。ただし、 シャフトの貫通空所を使用すれば空気またはその他の気体、バインダーや他の添 加剤を吹き付けることができる。また中央穴を使用すれば、ウール繊維の流れに 粘土やセメント等の固形粒子を供給できる利点がある。縁から脱落した繊維とそ の副産物は繊維の流れに合流し、リサイクルされる。

前述した全ての材料がスピニング・ユニットの中央チュウブを通じて供給され、 繊維の接着を行なう場合には、繊維がスピニング・ホイールを出た直後にこの材 料を繊維の流れに混合する方法には大きな利点がある。スピニング・ホイールの 前方区域の圧力状態を平衡化すれば繊維の流れを適切に制御でき、繊維の流れに 材料または粒子を非常に均一に分散さすことができる。

本発明では、スピニングシャフトの内壁は円筒形をしており、表面は平坦で屈曲 していない。ただし、スピニングシャフトまたはこのシャフトの内壁には、様々 な媒体の流れを制御するスクリュー、ファン等の装置を装着することができる。

こうした装置を使用すれば、媒体の供給をより適切に制御することができる。

スピニングシャフトの外壁に装置したファンが空気を搬送し、この空気がユニッ トの外側ケーシングと電磁気ユニットの間にある繊維を取り出す働きをする。ま た空気は電磁気ユニットを冷却する。内壁に設けたファンは、内壁と貫通穴を絞 る挿入体との間のスピニングシャフト後方位置に取り付けることができる。この ファンを使用して、粒子媒体を含有することもある空気または他の気体をスピニ ング・ホイールの前方区域まで送ることができる。ファンは、スピニングシャフ トの壁の外側または内側に駆動接触するように取り付けることができる。

これらファンに加えて、またはこれらファンの代わりに、複数の独立したファン を用いてスピニング・ホイール・ユニットを運転することができる。

様々な媒体を搬送するために、１つまたはそれ以上のチューブを互いに重なり合 う状態で、または互いに外れた位置にくるよう回転駆動シャフト内に装着するこ とができる。１つまたは２つチューブを中央スプレッダに連結し、このスプレッ ダのノズルから媒体の放出を行なうことができる。チューブは加圧状態の下で多 量の媒体を供給できるよう比較的太くしておくことができる。媒体を適切に分配 するために、必要とあらば、チューブは回転可能および／または移動可能にして おくことができる。チューブの長さは等しくしたり変えることができる。

また、これらチューブはスピニング・ホイールを越えた位置まで配置することが できる。チューブまたはチューブの内壁にスクリュー、ファン等の装置を設ける こともできる。

スピニングシャフトの端部に位置する中央ノズルを通じてバインダーを供給でき ることは既に知られている。

しかしながら、従来のカスケードスピニング装置によるバインダーの添加方法に は、回転する中央ノズルから全ての方向にバインダーが散布され、主にスピニン グ・ホイール周囲の特定の扇状部分から繊維が放出される欠点が残されている。

このためバインダーの散布が不均一に行なわれ、バインダーの多くが無駄になる 。本発明では、中央ノズルは好ましい状態に静止しており、適当に配置したノズ ルによりバインダーを扇状に供給することができる。バインダーは非常に均一に 供給され、高品質のウールが得られ、バインダーの消費量を減らすことができる 。

中央穴を空気またはその他の気体の送風用にのみ使用する場合、モータハウジン グのダクトを通じ、またチャンネルを通じて中央ノズルとスピニング・ホイール にバインダーおよび冷却水を供給することもできる。

以下、添付図面に沿って本発明の好ましい実施例を説明する。

第１図は連動式の２つのスピニング・ホイール・ユニットの前方部分を示す斜視 図である。

第２図は、磁気ベアリングを用いてカスケード遠心機内に支持したスピニング・ ホイールの縦断面を示している。

第３図は、第２図のｌｌ−ｌｌ、ＩＩに沿って断面にしてみた、磁気ベアリング 制御回路の概略図である。

第１図は、カスケード遠心機に用いる連動式の２つのスピニング・ホイール・ユ ニット（２，２°）の構造例を示している。スピニング・ホイールの中央穴内に はチューブ（１０，１１）が組み込まれている。このチューブのシャフト端は中 央スプレッダ（１２）で終わっており、スプレッダのノズル（１３）は添加剤を 扇状に散布できるように配置されている。チューブとシャフト壁の間に示した矢 印（１９）は、中央穴からスピニング・ホイールの前方の区域にかけて、形成さ れた繊維の流れの内部に向けて中央穴から空気または他の気体を送風している状 態を表わしている。繊維を剥取る空気は、外側空気ノズル（２０）を通じて繊維 の流れの外側に吹き出している。

第２図は、本発明に係るスピニング・ホイール・ユニットの構造例を示す概略図 である６番号（１）はスピニングシャフトを示し、また（２）はスピニング・ホ イール・ユニット、（３）は電気モータと磁気ベアリングからなる！磁気ユニッ ト、（４）はロータ、（５）はステータをそれぞれ示している。例えば、モータ はスピニングシャフトの外側に配置され、ロータ（４）はシャフト（１）の固定 部分を構成している。スピニング・ホイールは中間スリーブ（１８）を用いてス ピニングシャフトに嵌め込まれている。番号（６）で示す電気モータは、磁気ベ アリング（７，８ａ、８ｂ）を介してスピニングシャフトにより支持されている 。ベアリング（７）はアクシャルベアリングであり、ベアリング（８ａ、８ｂ） はそれぞれモータの前後に配置したラジアルベアリングである。スピニング・ホ イール（２）はスピニングシャフトの前方端に固定的に取り付けてあり、またこ のスピニングシャフトの前方端はロータ（４）に強固に連結されている。

空所（９）を通り抜けるスピニングシャフトは１００から１５０ｍｍの直径を備 えている。スピニングシャフトの周速度は、径が大きく磁気ベアリングを使用し ているため早くすることができる。

図示の例では、２つのチューブ（１０，１１）は何れも中央穴（９）の内部に据 え付けられている。チューブは静止しており、中央ノズル（１２）に連結されて いる。これらチューブはバインダーおよびその他の添加剤を供給するためのもの である。ノズルの周囲には穴（１３）が配置されている。これら穴はノズル周囲 に分散して位置し、バインダーは扇状に放出される。この機能は、中央ノズルが 固定されていることで得られている。その結果、繊維を吹き出している扇状箇所 に向けてバインダーを直接送ることができ、バインダーの消費量を極力少なくす ることができる。

モータの後方端にほぼ一致して、チューブ（１１）の周囲にスロットル（１４） が配置されている。このスロットルとスピニングシャフトの内壁の間にはファン （１５）が取り付けられ、スピニング・ホイールのすぐ前方に位置する不安定な 圧力ゾーンに空気または他の気体を導入することができる。こうした空気の流れ を付加することにより、スピニング・ホイールの前方を流れる繊維の流れを適切 に制御することができる。スピニングシャフトの外壁とスピニング・ホイールの 外側ケーシング（１６）の間には別のファン（１７）が取り付けられ、繊維を剥 離させるのに用いる気体を送り出すようにしている。これら両方のファンは、ス ピニング・ホイール・ユニットのモータ（４）により駆動される。ファン（１， ５，１７）は、電磁気ユニット（３）を冷却する役割をも果たしている。

第２図に示す例では、スピニング・ホイール・ユニットは内側ロータを備えてい る。構造は異なるが、同じ配置形態を外側ロータの構成に取り入れることもでき る。

第３図は、スピニングシャフト（１）の磁気ベアリング用の制御回路を示す、第 ２図のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略断面図である０位置検知器（２４）がフェライ トロータ（４）の位置を検知し、制御回路に位置信号（２５）を送る。位置信号 は制御回路により基準信号（２６）に比較される。この基準信号はロータが本来 あるべき位置を示している。位置信号と基準信号を比較して得たディファレンス 信号（２７）は、図中では前方のラジアルベアリングに相当するｉｉ電磁石２９ ）の間の電力分配手段（２８）として機能する。これら一連のプロセスによりエ アーギャップ（３０）は所定の範囲内に維持される。

第２図および第３図に示す実施例では、磁気ベアリングはロータの外側に位置し ている。Ｍｉ磁気ベアリング交互にロータの内側に配置することもできる。この 例では２つの磁石の対を使用しているが、ロータに沿ってグループ化した複数の 電磁石ユニットを設置することもできる。

図面は、スピニングシャフトを磁気ベアリングで支持する好ましい方法を単に示 したにすぎない。本発明には他にも様々な方法を取り入れることができる。

ＦＩ３．１ 国際調査報告 国際調査報告 ▼ｂ＋ｌｌＨｎｌＨ１１＋１１１ｈ＄！１１２４１１１ＭＩＩＴＭｒ＋ｈｌ４１ ４ＰｌＩ畷１ｎ４１６ｔｈｅｌＩＩ＋ｎｊａａ＋ｕｍ＋ｍ＋{ｌｌｌｆｌｉｎ＋ ｈｓ＃Ｍ＋ＰＭＴＡＩＩＱＨＭｌ＋ＩＴｌ＋ｔｌＩＯ＋ｌｌ喀ｅ＋＋＋ｈ４１’ ｌ１！ＭｔｈｅｍｐｍｙｒｌＩｌｌＩＩｉｎｌｌｌｌＨｌＩ＋＋１１１１＋ｌｔ ｌｌｌＮＰｊｌ＋＋ＩＯτＬＩＰ１ローｍ＝−−９０−０８−０２ＴｂｅＳ＋ｍ ｎト１１１＋ＭＩＯｌｂｌＰＩＩＩｎＭ＋１＋自１１５１１１６１噸ｈｔ＋ｓＤ ｊＭｌ（ｕｌｌｌｌｍｈｌｌｈａ（＃ｍｅ＋ｐ撃凾撃戟{ｌｎｌａ＋ｔｈｅｊｔ ｕＤ６１１６１１＋Ｉｏ＜＋１？ｏｈ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．遠心力により無機溶融物を繊維化するスビニングマシーン用のスビニング・ ホイール・ユニットにして、前記スビニングマシーンは少なくとも１つの回転ス ビニングシャフトとこれに付属するスビニング・ホイールを有し、スビニングシ ャフト（１）が少なくとも１つの磁気ベアリングを備えていることを特徴とする スビニング・ホイール・ユニット。
2. ２．請求項１に記載されたスビニング・ホイール・ユニットにおいて、スビニン グシャフトは、２つのラジアルベアリング（８ａ、８ｂ）と１つのアクシャルベ アリング（７）により支持されていることを特徴とするスビニンク・ホイール・ ユニット。
3. ３．請求項１または２に記載されたスビニング・ホイール・ユニットにおいて、 駆動モータ（６）はスビニンクシャフト（１）に、結果的にスビニング・ホイー ル（２）に駆動接触した状態にあり、スビニング・ホイールはスビニングシャフ トに恒久的に固定され、スビニングシャフトの非接触ベアリングが駆動モータと スビニングホイールの両者のためのベアリングを構成していることを特徴とする スビニング・ホイール・ユニット。
4. ４．請求項１から３の何れか１つに記載されたスビニンク・ホイール・ユニット において、スビニングシャフト（１）は、スビニングシャフトの空所（９）を通 じ、および／またはスビニングシャフトの外側に沿って前方区域に送られる様々 な媒体の供給量を調節する装置（１０、１１；１５、１７）を備えていることを 特徴とするスビニング・ホイール・ユニット。
5. ５．請求項４に記載されたスビニング・ホイール・ユニットにおいて、前記装置 は、回転スビニングシャフト（１）の内側または外側に接触した状態でこの回転 スビニンクシャフトにより駆動されるように構成した１つまたはそれ以上のファ ン（１５、１７）を備えていることを特徴とするスビニング・ホイール・ユニッ ト。
6. ６．請求項４または５に記載されたスビニング・ホイール・ユニットにおいて、 液状、気体状および／または粒子状をしたバインダーおよび／または添加剤を供 給するために、スビニングシャフト（１）の内部には、互いに重なり合いまたは 互いに外れた位置に１つまたはそれ以上のチューブ（１０、１１）の設置されて いることを特徴とするスビニング・ホイール・ユニット。
7. ７．請求項６に記載されたスビニング・ホイール・ユニットにおいて、チューブ 端は中央穴（９）の開口部にマウスピース（１２）を備え、このマウスピースの ノズル穴が添加剤を扇状に放出できるように配置されていることを特徴とするス ビニング・ホイール・ユニット。
8. ８．請求項６または７に記載されたスビニング・ホイール・ユニットにおいて、 チューブ（１０、１１）の１つまたはそれ以上のものが軸方向に回転または移動 可能であることを特徴とするスビニング・ホイール・ユニット。
9. ９．請求項６から８の何れか１つに記載されたスビニング・ホイール・ユニット において、チューブの断面が円形から変化していることを特徴とするスビニング ・ホイール・ユニット。