JPS594388B2 - ガラス繊維製造用紡糸炉におけるオリフイスプレ−ト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガラス繊維製造用紡糸炉に使用されるオリフィ
スプレートに関し、特に表面平滑で非常に多数のオリフ
ィスが密接配列され紡糸に際し下方から気流の吹きつけ
を必要とするようなオリフィスプレートの改良に関する
ものである。

ガラス繊維の生産量を高めるためにはオリフィスプレー
トに形成されるオリフィスの密度を高めることが望まれ
るがこの密度がある限界以上になると各オリフィスを通
して流出しオリフィスプレート下面に形成される溶融ガ
ラスのコーンが合流し紡糸し得なくなるためこれを防止
する一方法として各オリフィスの出口に下方に突出する
チップをもつたチップオリフィスが従来より知られてい
る。

こうしてチップオリフィスを有するオリフィスプレート
においては或る程度オリフィス密度を高めることに成功
しているが、更に密度を高めるとオリフィスを通して流
出した溶融ガラスがチップ外壁をはい上つて合流する現
象が生ずるため、これを防ぐためにチップとチップの間
に水冷された冷却フィンを挿入するか、水冷管を挿入し
て溶融ガラスを冷却することが必要とされている。この
ためチップオリフィスのピッチには通常冷却フィンの入
らないところで３．５７ｎｍ乃至５、Ｏｕ、冷却フィン
の入るところで５．５薦１乃至１０、Ｏｕと制限され、
１台のブッシングのオリフィス数は４００乃至８００、
多くても２、０００個というものが使用されているに過
ぎない。一方表面平滑なプレートに単なる平凡から成る
オリフィスを形成したオリフィスプレートにおいてオリ
フィス密度を高めるためにオリフィスプレートの下方か
らオリフィスプレートに向けて繊維の走行方向と逆方向
に気流を１回の空気柱として吹きつける方法が特公昭５
１−４６８５９号において提案された。

この方法によると通常オリフィスプレート下面に流出形
成される溶融ガラスのコーンが合流し紡糸し得なくなる
ような高密度にオリフィスを有する場合でも気流による
ガラスコーン冷却作用とガラスコーンの周りの停滞ガラ
スの排除作用により溶融ガラスの塊りを個々のガラスコ
ーンに分離し１本１本の繊維として紡出することが可能
である。この方法においてはチップノズルの場合のよう
なチップのスペースと冷却フィン等の挿入物のスペース
を必要とせず、又気流の強い冷却作用による優れた分離
効果の結果オリフィス密度を極めて高密度とすることが
可能で現在１．４０ｊ！ｌ乃至４．００１１のピツチで
配列された２０００乃至６０００個のオリフイスを有す
る多孔オリフイスプレートの使用が可能となつている。
しかし、この方法は繊維径が１５ミクロン以上の太いガ
ラス繊維の紡糸には高い生産性を発揮するが、繊維径の
１４ミクロン以下の細いガラス繊維を紡糸しようとする
場合、切断頻度が増加し生産性が落ちる欠点がある〇一
般に紡糸中のガラス繊維の切断は溶融ガラスに含まれる
泡（シート）、未溶解物、耐火物等により引き起される
。

このような異物による切断はチツプオリフイスの場合に
も起ることは同様である。しかし、同一の溶融ガラスを
使用して同一繊維径のガラス繊維を紡糸する場合密接配
列オリフイスを有する表面平滑なオリフイスプレートの
方がチツプオリフイスよりも遥かに切断頻度が高い。そ
の理由は第１に同一繊維径のガラス繊維を紡糸する場合
の溶融ガラスの温度条件の相違およびオリフイス長の相
違により表面平滑なオリフイスプレートのオリフイス径
の方が一般にチツブオリフイ ンス径の％から尾になる
ように小さく設計され、その結果オリフイス出口に形成
される溶融ガラスコーンが前者の方が小さくなり従つて
、コーンの体積に対する表面積の割合が前者の方が高く
異物がコーンの表面に現れる確率が高くなることによる
。〉即ち切断はコーン内部の異物の存在によつては影響
されず、コーン表面に現れる異物が原因となるために前
者において切断頻度が高くなる。第２に表面平滑なオリ
フイスプレートに適用される気流の冷却効果がチツプオ
リフイスに適用される冷却 ３フインの冷却効果より大
きいことによる。即ち前者においては小さなコーンの表
面が気流の強制対流効果により強く冷却されて極めて粘
性の高いガラスになつておりこの部分に僅かな泡が存在
しても繊維に延伸される際にこれが傷となつて切断し
３易くなるからである。更に前記特公昭５１−４６８５
９号の方法においても、運転を開始する場合、又は運転
中紡糸繊維の束から成るストランドが同時に切断した場
合、ガラスの分離状態が破壊されて隣接するオリフイ
ψス間に溶融ガラスが粘りつき更にこれがオリフイスプ
レートの全面に合流することがある。

一旦合流が起るとこれを再び１本１本のガラスフイラメ
ントに分離するためには多くの時間と人手が必要とされ
生産能率を低下させる。これを改善する方法として米国
特許第４，０３２，３１４号にオリフイスの配列をグル
ーブ化する方法、又米国特許第３，９８２，９１５号に
２つのオリフイスを対として配列する方法が提案されて
いる。しかしこれ等の方法は第１に穴あけ加工に非常に
高い精度が要求されオリフイスの製作費が高くなる不利
益があり、又特に後者の方法では各対のオリフイス同志
の間で合流し易くなり、完全な解決は得られない。更に
これ等の特許に提案されたオリフイスプレートは細径の
ガラス繊維の紡糸について何等の改善を与えるものでは
ない。本発明は以上に述べた特公昭５１−４６８５９号
によるガラス繊維紡糸方法を更に改良し、より安定した
紡糸運転を行い生産性を高めることのできるオリフイス
の密接配列を有する表面平滑なオリフイスプレートを提
供することを主目的とするものである。

更に本発明は上記方法において不可能であつた５ミクロ
ン乃至１３ミクロンの繊維径を有する細いガラス繊維の
製造を可能とするオリフイスプレートを提供することを
目的とするものである。

又本発明はオリフイスプレート全面に粘着した溶融ガラ
スを１本１本のフイラメントに分離する作業を容易なら
しめることのできるオリフイスプレートを提供すること
を目的とするものである。又本発明は紡糸中に使用され
る冷却用空気の量を減少することのできるオリフイスプ
レートを提供することを目的とするものである。更に本
発明は上記目的を達成する構造簡単で安価なオリフイス
プレートを提供することを目的とするものである。

次に本発明の具体的実施例を図面につてい説明する。

第１図は本発明を適用するガラス繊維製造装置の概要を
示し、予めフオーハースで調整された高温の溶融ガラス
１は耐火物２の開孔部を通り更にスクリーン４を通過し
て紡糸炉３に流入する。

紡糸炉３は低電圧高電流が流れて発熱し溶融ガラスを所
定の温度に維持する。この温度制御のために紡糸炉３の
温度を絶えず検出し前記電流はフイードバツク制御され
る。溶融ガラスは更に紡糸炉３の底に取りつけた表面平
滑なオリフイスプレート５にあけられた多数のオリフイ
ス６を通過して大気中に流気する。一方オリフイスプレ
ート５の下方には空気ノズル７が設けられオリフイスプ
レート５の下面に向けて空気が吹きつけられる。この空
気の作用でオリフイスプレート５の下面に流出した溶融
ガラスは各オリフイス６毎に分離したコーンとなり、こ
れ等のコーンは巻取機８からの引張力を受けて１本１本
の繊維９となり、バインダー塗布ローラ１０、集束シユ
一１１を経て１本のストランド１２に纒められ更にトラ
バース装置１３により綾ふりされた後巻取機８に巻取ら
れる。オリフイスプレート５のオリフイス６の配列は空
気ノズル７より空気が吹きつけられなければ各オリフイ
スを通してオリフイスプレート５の下面に流出した溶融
ガラスが互に合流して紡糸ができないような高密度のも
のである。なお図中１４はオリフイスプレート５に対す
る空気ノズル７の位置および角度を最適状態に調整する
ためのスタンドである。第２図は第１図の卜｛面から失
印の方向にみた本発明の一実施例のオリフイスプレート
５の下面図である。

オリフイスプレート５は白金、ロジユーム合金、又は白
金、金、パラジウム合金で作られ下面に多数のオリフイ
ス６の間を通して縦横に平行に多数の直線溝１５が刻設
される。即ち各オリフイス６を囲んで格子状に溝１５が
刻設され、こうして第３図および第４図の拡大図に明瞭
に示すように各オリフイス６は流出口１６が角柱に孔を
あけた外面形状を呈する。このオリフイスプレート５は
前述の通り非常に多数のオリフイス６が密接配列されて
いるためこのままでは各オリフイス流出口１６から流出
した溶融ガラスは外縁１ｒまで移動し更にそこから溝１
５内にはい上りこうして全オリフィス流出口１６から流
出した溶融ガラスが合流してオリフイスプレート全面に
粘りつくため各オリフイス流出口１６から流出した溶融
ガラスを個々のガラスコーンとして分離状態に維持する
ためにはやはり空気流の吹きつけが不可欠である。

しかし後述するように溝のない従来のオリフイスプレー
トに比較して吹きつけ空気量は少くてすみその結果様々
な利点が得られる。溝１５の寸法は巾０．３ｊ！ｌから
３．０關、深さ０．４ｍｍから４．０１１とすると良好
な結果が得られる。

溝の巾が０．３１１より小さいと溝による分離効果以上
にガラスの表面張力が勝るため、例えば紡糸中に１個の
オリフイスから紡出されるガラス繊維に切断が起るとそ
の溶融ガラスはオリフイス流出口１６から即座に溝の外
縁１７に拡がつて液滴となり、このガラス液滴のもつ大
きな表面張力の作用で隣接するガラスコーンに接触合流
する。溝の巾が３．０１１より大きいときは密接配列と
は云えない。従つてこの場合は空気流の吹きつけを行わ
なくても分離状態を維持することができる。溝の深さが
０．４１１より浅いときは新品時には使用可能であると
しても長期間使用の後にはオリフイスプレートの材質が
蒸発して溝の形状がくずれるため期待する効果が得られ
なくなる。溝の深さを４．０ｍｍ以上とすることは加工
の上て難しい。従来の溝のない密接配列オリフイスプレ
ートにおいてガラスコーンを分離状態に維持するために
必要な空気流は一般にオリフイスプレートに衝突する際
の風圧で１２關水柱圧から２５肱水柱圧、空気量で例え
ば２０００ホールのオリフイスプレートに対して１．２
イ／分から２．５ｍ゛／分であり、ガラスコーンはこの
ような強い空気冷却作用と下方への引張力により安定し
た分離状態を保つている。

引張力が失われるか空気流の冷却が弱くなると溶融ガラ
スと白金属合金製のオリフイスプレートとの濡れが良く
なるため即座にガラスコーンは破壊され単なる溶融ガラ
スとなつてオリフイス流出口の周りに拡がつて隣接する
ガラスコーンに合流し更にこの合流が次々と拡大する。
このように従来の溝のない密接配列オリフイスプレート
でガラスコーンの合流を防止するためには可成り強い空
気冷却を必要としコーンの表面温度は可成り代くその粘
性は非常に高くなつている。又この場合コーンは非常に
小さいために微細な泡やみやくりが表面近傍の粘性の高
いガラスに現れると緩和する暇もなく表面傷を作りコー
ンは容易に破壊される。そして繊維径が細くなればなる
程このような異物を許容し難くなり切断頻度が増加する
。このような理由で従来の密接配列オリフイスプレート
を使用して１．３ミクロン以下の細いガラス繊維を紡糸
することは殆ど不可能であつた。これに対し各オリフイ
ス流出口１６の周りに溝１５を形成した本発明のオリフ
イスプレートでは溝の存在によりガラスコーンの合流傾
向は減少する。

即ち仮にガラスとオリフイスプレートの濡れがよくなり
ガラスがオリフイス流出口から溝の外縁まで拡がつても
隣接するオリフイスにまで拡がり合流するためには溝を
はい上るだけの表面エネルギーを必要とするからである
。従つて合流を阻止するに必要な空気流による冷却の程
度は溝のない従来のオリフイスプレートの場合より遥か
に少くてよい。そして、コーンの下方への引張力が失わ
れた場合でも比較的少量の空気量で分離状態を維持する
ことができる。実験の結果によれば本発明のオリフイス
プレートに衝突せしめる空気の風圧は５１１水柱圧から
１５１１水柱圧、空気量は２０００ホールのもので０．
６ｍ３／分から１．４ｍ３／分と従来の同一オリフイス
密度を有する溝のないォリフイスプレートに比較して大
巾に減少することができる。このように冷却を弱めるこ
とができるということはガラスコーンの表面温度を高め
ることができることであり、従つてガラスコーン表面の
粘度が低くなるため小さな泡やみやくりは充分に緩和さ
れ滑らかな表面を形成するので傷はでき難くなり切断頻
度は著しく減少する。例えば従来のオリフイスプレート
を使用して１３ミクロン乃至１０ミクロンの繊維径のガ
ラス繊維を紡糸した場合切断が頻発し生産性が極度に悪
化したが、本発明の溝をもつたオリフイスプレートでは
切断頻度を著しく減少することができた。更に本発明に
よれば従来全く紡糸不能であつた７ミクロンから５ミク
ロノの極めて細径のガラス繊維を紡糸することも可能で
ある。更に本発明のオリフイスプレートは紡糸炉の運転
開始時、又は全繊維が切断したときの溶融ガラスの分離
作業を極めて容易にする。

従来の密接配列オリフイスプレートにおける分離作業は
次の順序で行われている。１）紡糸炉中の溶融ガラスの
温度を紡糸時の制御温度より２０℃から６０℃下げて溶
融ガラスとオリフイスプーレートの濡れを悪くする。

２）オリフイスプレート下面に合流しているガラスをピ
ンセツトで下方に引きながら空気ノズルからオリフイス
プレートに向けて空気を吹きつける。

こうして空気流の当る面から分離が始まる。３）分離の
進行と共に空気量を増し、溶融ガラスの温度を上げてい
く。

４）最後に残つた少数のオリフイス合流部分を１本の管
から成る空気ランスにより空気を強く吹きつけて分離す
る。

この分離作業過程中紡糸炉を流れる電流の大きさが変化
するためオリフイスプレ一 卜の温度変化に場所による
ずれが生ずること、又すでに分離された部分と合流して
いる部分との間に温度差ができること等によりオリフイ
スプレート全面の温度分布が不均一となることを否めな
い。

このオリフイスプレートの温度分布の不均一は分離作業
を困難にする。即ち高温部分では合流する傾向を示し低
温部分ではガラスが固化してオリフイス出口を塞いでし
まうということが起るからである。このため従来の分離
作業は多くの時間と人手を必要とし、又このように分離
作業が能率の悪いものであるため、ｌ部の切断がオリフ
イスプレート全体に拡がることを防ぐよう絶えず運転状
態を監視することが必要である。したがつて従来の２０
００ホールのオリフイスを使用した紡糸炉の１人当りの
持ち台数は３台が限度とされていた。これに対し各オリ
フイス出口を溝で囲んだ本発明のオリフイスプレートを
使用する場合には分離作業の際に紡糸炉の制御温度およ
び空気量を変える必要はなくオリフイスプレート全面に
わたつて殆ど同時に分離を進行させることができる。

このように分離作業を極めて短時間に簡単に行うことが
できるため従来のように切断を監視する作業も不要とな
り省力化に寄与することができる。以下オリフイス密度
配列を有する表面平滑なオリフイスプレートについて従
来の溝のないものと本発明の溝つきのものを比較実験し
た例を示す。従来の溝なしオリフイスプレートの場合、
紡出量が少くなると、オリフイスから流出する溶融ガラ
スの持ち込み熱量が減少するため分離に必要な空気量を
吹きつけると過冷却されついにガラスは固化して流出し
なくなる。又空気量を少くすると合流したままで分離が
進まない。このため紡出速度の小さい場合は分離が不可
能である。実際の限界点として１オリフイス当り紡出量
が０．２９／分以下の場合分離できないことが認められ
ている。しかし本発明による溝をつけたものでは少い紡
出量でも少い空気量で冷却するだけで溝にはい上つてい
た溶融ガラスが溝の外縁に移動し分離を遂行できる。以
上の通り本発明は特に空気流の吹きつけを必要とするオ
リフイスの密接配列を有する表面平滑なオリフイスプレ
ートに適用して従来不可能であつた代紡出量での分離、
紡糸を可能にすると共に分離時間を短縮し、又より細い
繊維を紡糸する場合の切断頻度を減少させると共に使用
空気量の節約および人手の節約を可能とする等の数々の
効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のオリフイスプレートを使用するガラス
繊維製造装置の全体を示す概要図である。 第２図は第１図の卜］面から矢印の方向にみた本発明オ
リフイスプレ一上の一実施例の下面図である。第３図は
第２図のｌ部拡大図である。第４図は第３図の−線に沿
う断面図である。１・・・・・・溶融ガラス、３・・・
・・・紡糸炉、５・・・・・・オリフイスプレート、６
・・・・・・オリフイス、７・・・・・・空気ノズル、
９・・・・・・ガラス繊維、１５・・・・・・溝、１６
・・・・・・オリフイス流出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 密接配列された複数のオリフィスの平行列を有し下
   方から気流を吹きつけて紡糸するガラス繊維紡糸炉に使
   用される表面平滑なオリフィスプレートにおいて、前記
   オリフィスプレートの表面に各オリフィス出口を囲むよ
   うに巾０．３ｍｍ乃至３．０ｍｍ、深さ０．４ｍｍ乃至
   ４．０ｍｍの複数の直接溝を格子状に形成したことを特
   徴とするオリフィスプレート。