JPH08502947A - ガラス繊維製造用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本開示は、熱伝達部材即ちフィンシールド（２２）が外方配置の面を有し、この面にセラミックコーティング（３０）が結合されているフィーダ即ちブッシングを叙述しする。熱伝達面は、また、フィーダ（１１）の流出壁に直接接触しかつこれに隣接し、熱伝達面は流出壁を支持する支持部材として作用する。この組合せは、多数のオリフィス（１４）を有するフィーダ即ちブッシング（１１）を設計するのに特に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 ガラス繊維製造用装置 〔技術分野〕 本発明は、ガラスのような熱軟化性材料で繊維を製造する技術に関する。特に 、本発明は、ガラス繊維形成用装置に関する。 〔背景技術〕 本発明は、溶融ガラスの流れが小さい直径の連続繊維に機械的に繊細化され、 しかる後、ストランドに分類され、パッケージに巻かれる連続ガラス繊維の生産 を参照することによって、本発明を例示する。 「繊維」即ち連続ガラスフィラメントの生産において、フィラメント形成装置 の処理量と作動効率を増す果てしない追求があった。処理量を増すために、多数 のオリフィスを有する幾つかのフィーダが設計され、一方、他の装置においては 、フィーダ及びガラスの作動温度を上げることによって処理量を増そうと試みら れている。どちらの場合でも、冷却装置が多くの熱を取り除かなければならない 。最も広く用いられている冷却装置の１つは、形成領域及びガラスから熱を取り 除く水冷ヘッダー即ちマニホルドに取り付けられた複数の熱伝達部材即ちフィン シールドを有する。 産業は、貴金属ブッシング又はガラスフィーダを用いて、長年ガラス繊維を製 造している。このようなガラスフィーダは、溶融ガラスのプールを保持する、普 通、技術においてチッププレートと称する小孔を有する底板即ち壁を備える。溶 融ガラスの流れは、底のブッシング壁の開口即ちチップから流出する。しかる後 、適当な手段によってガラスの流れは繊細化され、ガラス繊維の形に収集される 。このようなガラスフィーダ即ちブッシングは、溶融ガラスの作動状態に化学的 耐性でなければならず、高い作動温度で寸法的に安定でなければならない。現今 、 このようなブッシングは貴金属で製造され、この貴金属はプラチナ又はプラチナ 合金及びロジウム合金のような元素で存在する貴金属及び合金を含む。 また、貴金属ブッシングは、使用されるとクリープ即ち変形する傾向がある。 変形、即ち「たわみ」により、ブッシングを早期に使用から外すことが必要にな る。もし、腐食性作用がフィーダに損害を与えないとしても、たわみが損害を与 える。 〔発明の開示〕 本発明は、熱伝達部材即ちフィンシールドが外方配置の面を有し、この面にセ ラミックコーティングが結合されているフィーダ即ちブッシングを開発した。熱 伝達面は、また、フィーダの流出壁に直接接触しかつこれに隣接し、熱伝達面は 流出壁を支持する支持部材として作用する。普通、フィーダの底壁が流出壁であ る。この組合せは、多数のオリフィスを有するフィーダ即ちブッシングを設計す るのに特に有用である。 〔図面の簡単な説明〕 図１は、ガラスフィーダ、熱伝達部材及び冷却マニホルドの部分的に断面図で ある側面図である。 図２は、フィーダの流出壁に接触した熱伝達部材を示す端面図である。 図３は、セラミックコーティングだけが熱伝達部材に接触するのを示す拡大図 である。 図４は、熱伝達部材の頂部だけに結合されたセラミックコーティングを示す拡 大図である。 図５は、熱伝達部材の表面全部に結合されたセラミックコーティングを示す拡 大図である。 図６は、三角形形状のセラミックコーティングの頂部だけが熱伝達部材に接触 するのを示す拡大図である。 〔発明を実施する最善の形態〕 本開示に記述した熱伝達部材の外方配置の面は、セラミック材料によってブッ シング面から隔離されなければならない。さもなければ、電気短絡及び熱短絡が 発生する。熱伝達部材の頂上に配置されたセラミックロッド即ちチューブは、十 分な耐熱衝撃性を有しないため用いることができない。また、セラミックロッド 即ちチューブは、熱伝達部材の洗浄中に亀裂が入り、即ち、正常な位置から外れ て落ちる。商業用として入手できるセラミックロッド即ちチューブは、高い熱伝 導率を有し、ブッシングからあまりにも多くの熱を取り去る。 本発明は、貴金属に非反応性で、ガラス繊維の製造条件下で耐熱衝撃性のセラ ミックコーティングを用いる。炭化けい素及び窒化けい素は、貴金属と反応性の ため満足な材料ではない。同様に、クロム酸化物は、耐熱衝撃性が不十分で強度 が不十分なために条件に合わない。アルミニウム酸化物は、熱伝導率が高すぎる 。本発明に一番適合する断熱セラミックを見いだした。普通、これらの材料は、 約１１４９゜Ｃから１４２７゜Ｃ程度の温度において強度を維持するに相違ない 。 好ましいセラミック材料は、商業用として入手できる結晶学的に安定化されたジ ルコニアである。通常、ジルコニアは、カルシア、マグネシア、セリア、イット リア及びアルミナのような材料による壊変によって安定化される。最も好ましい 材料は、イットリアにより安定化されたジルコニアである。一般的には、安定剤 は、（ジルコニアと安定剤を化合させた）重量で約６％から約８％の量が用いら れる。他の適当なセラミックは、アルミナ、チタニア、ハフニア及びそれらの合 金、例えば、アルミナ−チタニア合金を含む。 イットリアにより安定化されたジルコニアは、熱伝導率及び電気伝導率が非常 に低く、耐熱衝撃性が優秀であるために、適用に好ましい材料である。著しく厚 いコーティング（０．１５２センチメートルから０．３０５センチメートル）が 、ブッシングから熱伝達部材への過度の熱損失を防ぐために熱伝達部材につけら れる。このコーティング厚さは、断熱コーティング用にジェットエンジンへの適 用に通常用いられている厚さよりも非常に厚い。薄い横断面を有するこのような 熱伝達部材への厚いコーティングの適用は独特である。結合コーティングによっ て、 断熱コーティングを熱伝達部材から隔てることが可能になる。 今、図面を参照すると、図１は、ガラス体を溶融状態にするための耐火炉１０ を図示し、該炉は、これと関連したブッシング即ちフィーダ１１を有し、フィー ダ１１からの複数のガラスの流れが、ファイバ１６への繊細化のためにフィーダ のオリフィスから放出される。 熱伝達部材２２が、フィーダチップ１４の間でフィーダ１１の底にわたって延 びる。部材２２は、種々の配列でチップ１４とコーン１２を分割しても良い。典 型的には、部材２２間に、１列又は２列のチップ１４が整列される。部材２２は 、フィーダに関して横方向に配置された長さ方向の中空ヘッダ２４から延びる。 冷却液が、ヘッダ２４に接続した導管２６を通ってヘッダ２４に供給される。 図２は、熱伝達部材２２の頂部のセラミックコーティング３０を示す。セラミ ックコーティング３０だけが、フィーダ１１の底に接触する。 図３は、熱伝達部材２２の頂部にだけ結合されたセラミックコーティング３０ を示す。 図４は、熱伝達部材２２の一部分を拡大して詳細に示す。３つの部材２２を、 ヘッダ２４及び導管２６と共に示す。冷却液（図示せず）が、導管２６を通って 中空ヘッダ２４の中に入る。しかる後、冷却液は、中空部材２２の中を通って中 空ヘッダ２８に入り、導管２９を通って出る。ヘッダ２８と導管２９を図１に示 すが、図３には示さない。 図５は、熱伝達部材２２の表面全部に結合されたセラミックコーティング３０ を示す。 図６は、熱伝達部材２２の頂部に三角形形状で結合させたセラミックコーティ ング３０を示す。 また、集束部材に引くことによってストランドに集束されたガラス繊維は示さ れていない。集束部材の収集個所より上で各フィラメントにサイジングを供給す るロール型式のアプリケータによって繊維にサイジング液が塗布される。集束さ れた繊維によって形成されたストランドは、回転コレットに取付けられたチュー ブにストランドを収集する巻取機によって巻かれ、らせん形ワイヤトラバースの ような適当なトラバース装置によってトラバースされる。巻取機は、フィーダか ら流れる溶融ガラスからガラス繊維を引き出す張力を各ガラス繊維に発生させる コレットの回転により、繊維のための繊細化力を生じさせる。 本発明は、たわみを除去するため、生産効率を改善し、ブッシングの寿命を増 す。更に、本発明は、以前に実施されていたものより非常に大きなチッププレー トを作る能力により、チップレートにより多数のオリフィスを可能にする。更に 、より安価な、より低いロジウム含有合金（より高いクリープ速度を有する）の 使用が、広い支持形体により可能である。本発明は、繊維の冷却を行いチッププ レート支持を行い、かつ現行の技術水準より非常に大きな実用的なブッシングの 操作を可能にする独特のセラミック頂付き水冷フィン構造を用いる。 均一なサイズ及び特性のガラス流の満足な形成を進めるために、工業において は、ガラスを比較的低粘度でオリフィス付きチップの中を流す。これに反して、 ガラス流から細いフィラメントを満足に繊細化するためには、チップの外部に隣 接するガラス流の粘度を増すことが必須である。従って、粘度を上げるためにガ ラス流から熱を運び去るための手段を設ける。マニホルド即ちヘッダが、ガラス 流の両側に配置され、フィーダの長さ方向に延びる。ベーン即ちフィンがマニホ ルドから横方向に延びる。フィンは、マニホルドに熱伝導関係に、溶合、溶接又 は別な方法で固定される。マニホルドは、循環冷却液、例えば、水を収容するよ う構成される。フィンは、ガラス流から熱を吸収し、即ち、取り去り、フィンに よってマニホルドに伝導された熱は、循環冷却液によって運び去られる。好まし い実施の形態では、本発明の「フィン」は、内部水冷部材を用いる。水は、一定 な流量で、又、フィンとフィーダチップから放出されたガラスとの間に所望の温 度差を確立するように予め決定された温度でマニホルドの中を通ることができる 。この構成により、ガラス流からの熱の回収即ち抽出がガラスの粘度を増し細い フィラメントへのガラス流の効率的な繊細化を進める。 ブッシング即ちフィーダが比較的新しいとき、フィーダ底は真直ぐであり、従 来のフィンがチップを一様におおう。従って、チップから放出されたガラスコー ン即ちガラス流は、比較的均一な粘度のものである。しかしながら、この均一の おおいは、フィーダ寿命の初期段階の間だけに起こる。フィーダがしばらく作動 したあとでは、高い温度、ガラスの重量、及び、繊細化によって引き起こされた 張力から生ずる応力により、底即ちチップ部分はたわみ始める。底のたわみが増 せば増すほど、フィンのおおい即ちシールドがより不均一になる。 従来技術のブッシングの状態では、フィンをチップ及びブッシングの床に接触 させない多くの努力がなされている。 本発明では、セラミック頂付きフィンブレードを、ブッシングのチッププレー トを支持するのに用いる。 本発明の多くの変形が可能である。フィン全体をセラミックコーティングして も良いけれども、頂部だけをコーティングすることを選ぶ。頂部の代表的なコー ティングは、コーティングの小さい部分だけがブッシングの底板に接触、即ち「 軽く触れる」三角形形状のコーティングを有する。他の形状が可能である。異な る形状のすべての点は、接触点を最低限に保持するためのものである。 上部ブッシング本体は適所にとどまり、かつ、支持されたチップ部分だけが必 要なとき取り替えられるような取外し可能なチッププレートを含む（これに制限 されないが）多くの他の変形は、有益であると期待される。この変形によって、 パラジウム又は純プラチナのような上部本体の金属を変えることができ、かくし て、ブッシングの全体のコストを減ずる。 本発明を標準の０．１５２センチメートルの厚さのチッププレートで実施した が、チッププレートの著しい厚さの減少と安価で高クリープ速度の合金の使用と を十分に期待する。例えば、「工業規格」の２０％から２５％のロジウム合金と 比較して低ロジウム（１０％）合金を用いて、２回の試験を行った。さらに加え て、チッププレートへの薄い（プラズマ溶射した）ジルコニアコーティングと組 合わせて、厚さの薄いチッププレートの使用を実施した。ジルコニア頂付きフィ ンブレードは、より薄いチッププレート支持を行う。 更に、チッププレートガセットは必要ないし、また、他の支持構造も必要とし ない。これは、合金及び製作の時間の節約をもたらす。 ブッシングを、代表的な金属フレーム内の在来の鋳型可能な耐火材内に据えつ けた。マニホルドは、組立てを容易にするために、長いフレームの側に沿って（ 片面に１つずつ）取り付けられる。流体を通す中空の「フィンブレード」は頂に セラミックが付けられ、この場合、０．３０５センチメートルの厚さのジルコ ニアがプラズマ溶射される。 この構成により、ブッシングの貴金属チッププレートを支持するジルコニア頂 付き流体冷却フィンブレードとなる。コーティングされたセラミック層の厚さを 変えても良いが、好ましい厚さは、０．１５２センチメートルから０．６３５セ ンチメートル程度である。 本発明は、周知のアークプラズマ溶射技術によるセラミックコーティングを利 用する。この工程は、粒状材料を溶融し、材料を基材に移すのに高温ガスプラズ マを用い、基材上で材料はコーティングとして固まる。普通、プラズマは２つの 同心の電極の間にガスを通し、維持された高い直流によってガスを加熱すること によって発生される。温度は１６６４９°Ｃ以上に達することができ、これによ りガスを膨張させ、非常に高速度で前面の電極ノズルから流出させる。アークの 下流で、粉末が都合の良いキャリヤーガスを媒介として注入され、プラズマと混 合される。粉末は溶融して品物に運ばれ、粉末は、濃くて強く結合したコーティ ングを形成するように結合する。 本発明のセラミック被覆支持フィンは、フィーダの有効寿命を伸ばす。特に、 本発明のフィンは、チッププレートにさらに多くのオリフィスを設けることを可 能にする。例えば、フィーダの有効寿命は、本発明の支持セラミックコーティン グフィンシールドを用いることによって、２５％以上も伸びる。かつて生産の「 実際的な」細目（良い加熱パターン等）で達成した寿命に対して２倍乃至３倍の 改良が期待される。 多層パッケージのヤード数のバランスを必要とする製品については、米国特許 第４,７８０,１２０号の現行の注入装置が個々のパッケージのヤード数の制御を 達成するのに好ましい方法である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．流れを構成するようになっているオリフィスを有する流出壁を有するフィー ダ手段と、 前記溶融流れを、通路に沿って進む連続フィラメントに機械的に引くための 繊細化手段と、 前記流出壁に隣接して配置され、前記オリフィスの間に延び、前記溶融流れ から熱を取り除くようになった熱伝達部材とを備え、前記熱伝達部材は、前記流 出壁を支持する支持部材として作用するように前記流出壁に直接接触しかつこれ に隣接し、 前記熱伝達部材は、外方配置の面を有し、この面にセラミックコーティング が結合されていることを特徴とする、 溶融無機材料の流れから連続フィラメントを製造する装置。 ２．前記セラミックコーティングは、前記熱伝達部材の表面全部に結合されてい る、請求の範囲第ｌ項に記載の装置。 ３．前記熱伝達部材は頂面を有し、前記セラミックコーティングは前記頂面だけ に結合され、前記セラミックコーティングした頂面だけが前記流出壁に接触する 、請求の範囲第１項に記載の装置。 ４．前記セラミックコーティングの小さい部分だけが前記流出壁に接触する、請 求の範囲第１項に記載の装置。 ５．前記頂面の前記セラミックコーティングは三角形形状を有する、請求の範囲 第３項に記載の装置。 ６．前記セラミックコーティングは、効果的に安定化する量のイットリアにより 結晶学的に安定化されたジルコニアコーティングである、請求の範囲第１項に記 載の装置。 ７．前記セラミックコーティングは、０．１５２センチメートルから０．６３５ センチメートルの厚さを有する、請求の範囲第１項に記載の装置。 ８．前記セラミックコーティングは、０．３０５センチメートルの厚さを有する 、請求の範囲第１項に記載の装置。 ９．前記セラミックコーティングは、アークプラズマ溶射によって前記熱伝達部 材に直接に結合された、請求の範囲第１項に記載の装置。 10．前記フィーダ手段は、流出壁である底壁を有する、請求の範囲第１項に記載 の装置。 11．前記フィーダ手段は、セラミックコーティングが結合されている外方配置の 面を有する、請求の範囲第１項に記載の装置。 12．流れを構成するようになっているオリフィスを有する流出壁を有するフィー ダ手段と、 前記溶融流れを連続フィラメントに機械的に引くための繊細化手段とを備え 、前記フィラメントは通路に沿って進み、 前記流出壁に隣接して配置され、前記オリフィスの間に延び、前記溶融流れ から熱を取り除くようになった熱伝達部材を備え、前記熱伝達部材は長さと２つ の端を有し、 前記熱伝達部材の各端に接続され、前記熱伝達部材の長さに実質的に垂直に 延びるマニホルドを備え、 前記熱伝達部材は、前記流出壁を支持する支持部材として作用するように前 記流出壁に直接接触しかつこれに隣接し、 前記熱伝達部材は、外方配置の面を有し、この面にセラミックコーティング が強く結合されていることを特徴とする、 溶融無機材料の流れから連続フィラメントを製造する装置。 13．前記セラミックコーティングは、前記熱伝達部材の表面全部に結合されてい る、請求の範囲第１２項に記載の装置。 14．前記熱伝達部材は頂面を有し、前記セラミックコーティングは前記頂面だけ に結合され、前記セラミックコーティングした頂面だけが前記流出壁に接触する 、請求の範囲第１２項に記載の装置。 15．前記セラミックコーティングの小さい部分だけが前記流出壁に接触する、請 求の範囲第１２項に記載の装置。 16．前記頂部面の前記セラミックコーティングは、三角形形状を有する、請求の 範囲第１４項に記載の装置。 17．前記マニホルド及び前記熱伝達部材は中空で流入孔及び流出孔を有し、冷却 流体が前記マニホルドから前記熱伝達部材を通り抜け他のマニホルドに出る、請 求の範囲第１２項に記載の装置。 18．前記フィーダ手段は、外方配置の面を有し、前記フィーダ手段の表面全部に セラミックコーティングが結合されている、請求の範囲第１２項に記載の装置。 19．前記セラミックコーティングは、０．１５２センチメートルから０．６３５ センチメートルの厚さを有する、請求の範囲第１２項に記載の装置。 20．前記セラミックコーティングは、０．３０５センチメートルの厚さを有する 、請求の範囲第１２項に記載の装置。 21．前記熱伝達部材は薄い横断面を有し、セラミックコーティングは前記薄い横 断面と比較して厚い、請求の範囲第１２項に記載の装置。