JPS621335B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、遠心力を利用してガラス繊維を製造
する装置の改良に関するもので、グラスウールを
形成するガラス繊維に高品質を維持させ、しかも
熱エネルギーを節約しうるようにすることを目的
としている。即ち本発明は、溶融ガラスを中空円
筒状の回転体即ちローターの周壁部に穿たれた多
数の細孔から遠心力によつて前記周壁部の外表面
まで吐出せしめ、前記周壁部の外表面において、
前記細孔の開口面積に相当する小円を底面とした
溶融ガラスからなる小円錐体を形成し、更に前記
小円錐体の頂点の位置で一次フイラメントを形成
し、前記一次フイラメントをさらに二次的に延伸
するための噴射火炎流に向つて遠心力によつて進
行させ、前記噴射火炎流中で二次的に延伸してグ
ラスウールの構成繊維たる二次フイラメントにす
る装置において、前記二次的に延伸するための噴
射火炎流のうちの、前記小円錐を破壊しないまで
に速度が減衰した外炎部分のみを、前記周壁部の
外表面下部に接触させることにより、延伸バーナ
ーの寄与を、延伸効果のみに限ることなく、ロー
ターに必要な温度の保持のためにも活用したうえ
で、それだけではどうしても必要な温度を保持し
得ない個所、すなわちローター上端部のみを、必
要最少限の熱量で効果的に加熱することを目的と
して、上部環状フランジの上面、或いは上面及び
下面を接触通過し、少くとも前記上部環状フラン
ジと前記ローター周壁部との接続位置にまで到達
する熱を与える小容量のバーナーを、前記上部環
状フランジの内側に、その火炎の噴射方向が前記
上部環状フランジの延長面上で前記上部環状フラ
ンジの面に平行な角度となるよう配置することに
より、ローターの周壁部の上部と下部の温度を等
しくすることを目的とするグラスウール繊維化装
置である。

一般に、遠心力を利用してグラスウールを製造
する装置は、溶融ガラスを毎分3000回転にも及ぶ
高速で回転するローターの周壁部内面に導入し、
ローターの周壁部に多数穿たれてある細孔から吐
出させ、多数の一次フイラメントを形成せしめて
から、二次的に延伸するための噴射手段によつて
グラスウールを構成するガラス繊維としての二次
フイラメントに変換している。

この種の装置においては、ローターの周壁部に
ある多数の細孔を通過して周壁部の外周面に出て
来た溶融ガラスは、外周面において、細孔の開口
面積に相当する小円を底面とした小円錐体を形成
し、小円錐体の頂点の位置で一次フイラメントを
形成し、さらに二次的に延伸され、二次フイラメ
ントとされるための噴射火炎流に向つて進行する
のが観察される。そして二次フイラメントを形成
するためには、前記小円錐体の頂点と、小円錐体
の底面との間に、二次的延伸を起す程の高速度の
噴流（噴射火炎流あるいは噴射気流）があつては
ならない。

もしも、この小円錐体の頂点と小円錐体の底面
との間に二次的延伸を起す程の高速度の噴射火炎
流あるいは噴射気流があると小円錐体が破壊され
て一次フイラメントの形成ができない。

さらにこの種の装置においては、ローターの周
壁部にある多数の細孔を通過する溶融ガラスの流
量は、その温度が高く、従つて粘性が小であれば
多く、その温度が低く、従つて粘性が大であれば
少なくなる。

溶融ガラスの温度がさらにもつと低くなり、従
つて粘性が非常に大となり、ローターの周壁部の
細孔を通過し得なくなれば、供給される溶融ガラ
スはローターからあふれ出てしまうこともあるの
で所望の繊維化が果し得なくなる。

溶融ガラスの粘性は、温度によつて大きく影響
されるものであるから、ローターの周壁部の細孔
を通過するこの溶融ガラスの温度を、定められた
温度で一定に維持することが、周壁部の細孔から
吐出する溶融ガラスの量、ひいては一次フイラメ
ントの直径を一定にし、さらには一次フイラメン
トを噴射火炎流によつて二次的に延伸して得られ
るグラスウールを構成するガラス繊維たる二次フ
イラメントの直径のバラツキ巾を少なくして良質
なグラスウールを得るにあたつて重要なことにな
る。

ところで、ローターの周壁部の細孔を通過する
溶融ガラスの温度は、ローターの温度に影響さ
れ、細孔付近のローター部分の温度が高ければ、
その細孔を通過する溶融ガラスの温度も高くな
り、細孔付近のローター部分の温度が低ければそ
の細孔を通過する溶融ガラスの温度も低くなる。

一方、一次フイラメントを二次的に延伸する手
段は、一般に高速な気体噴射流であるので、これ
による吸引効果のため、ローターの周囲には、第
１図中矢印Ａで示すように、環状の二次的延伸部
材Ｂの環状内側Ｃを通して空気が吸引されて通過
しており、この通過する空気流がローターの周壁
部の細孔から吐出して来る溶融ガラスを小円錐を
経て一次フイラメントに変換するのに役立つてい
るのであるが、この吸引されて来る空気流は、同
時にローター外周表面から熱を奪い去り、細孔を
通過する溶融ガラスの流出を困難にする原因にも
なつている。

従つて、何らかの手段でローターを一定の高温
度に維持することが、遠心力を利用してガラス繊
維を製造するために必要であるので、これまでに
ローターを加熱するための手段が数多く提案され
てきた。これらの代表的な一手段として、二次延
伸用噴流装置をそなえたうえ、さらにローターを
外側上部からローター加熱用のバーナーで加熱す
るものを挙げることができるが、この装置はロー
ターの外側からローターの上端部を含めたロータ
ー外周壁全体に対して火炎を接触させるので、前
述の一次フイラメントを形成するための小円錐体
を破壊させないためには、ローター外側上部にあ
るローター加熱用バーナーからの火炎速度は二次
延伸させる程の速度があつてはならず、例えば輻
射バーナーの如き加熱専用のバーナーである必要
がある。

従つて、一次フイラメントを二次延伸させるた
めの延伸用噴流（実際には高圧高温蒸気）装置を
別に設ける必要があるので、全体としてのグラス
ウール紡糸装置は複雑なものとなる上、さらに高
圧高温蒸気発生装置も必要とし、全体として熱の
有効利用の見地からも好ましくない。

ローターを加熱するための別の手段としては、
ローターをその外側にある高周波線輪による誘導
電流によつて加熱する手段があるが、この手段
は、加熱に必要な大容量の高周波発生装置が必要
であるばかりでなく、高周波線輪を装着したグラ
スウール繊維化装置の付近は、電磁気的に遮蔽し
て危険を防止する必要があるので、全体としての
グラスウール繊維化装置は複雑なものとなるばか
りか操業上も不便なことが多い等の欠点がある。

ローターを加熱するためのさらに別の手段とし
ては、ローターを内側からバーナーで加熱する手
段を挙げることができるが、過去に開示された如
何なる手段も、本発明が以下に開示する如く、ロ
ーター上端部にある上部環状フランジの上面ある
いは上面および下面を火炎が接触通過し、少なく
とも前記環状フランジとローターの周壁部との接
続位置にまで到達する熱を与えるバーナーを、前
記上部環状フランジの内側において、その火炎噴
射方向を、前記上部環状フランジの延長面上で、
該フランジの面と平行な角度となるよう配置した
例は無い。

過去に示されたローターをその内側からバーナ
ーで加熱する手段は、ローターの周壁部及びロー
ターの底部にのみ、内側からの火炎を接触させる
ものであつて、上部環状フランジと周壁部の接続
位置に迄火炎を直接接触させたものはない。ロー
ターをその内側からバーナーで加熱する過去に示
された手段は、二次延伸用の噴射流が火炎である
場合でも、この延伸用火炎によるローター外周か
らの加熱は意図しておらず、前述の溶融ガラスの
小円錐体を破壊することなく、一次フイラメント
の形成を確実にするために、二次延伸用のバーナ
ーは、噴射流がローターに接触しない位置を保つ
ており、この二次延伸用噴射流がもたらす前記吸
引効果により発生する吸引空気流の、ローター外
周冷却に対する補償は、ローターからの放熱がい
ちじるしいローター底部からのローターの周壁部
にわたつて、ローターの内側から多量の火炎を接
触させることによりおこなつており、上方がバー
ナー部分によつて閉がつている故に、放熱がさほ
どいちじるしくないローターの上端部への熱の供
給は、ローター内側においてローター底部からロ
ーター周壁部下端部に向つて与える多量の火炎
が、ローター底部に接触してからまき上るように
下から上に向い、その火炎の先端がローター上端
にある上部フランジの内側に接することによつて
与える熱が、上部フランジを通して上部フランジ
とローター周壁部の接続位置（一番昇温しにくい
位置）まで伝わることと、ローター内側からの前
記多量の火炎によりローター周壁部に多量に与え
た熱の一部がローター周壁部を伝わつてローター
周壁部と上部フランジの前記接続位置にまで到達
することによつて、ローター上端部に必要な温度
を与えていたのである。

従つて、ローターを内側からバーナーで加熱す
る過去に示さた手段は、必然的に多量の燃料ガス
を前記内側にあるバーナーに供給する必要にせま
られ、ローター内側のせまい空間に多量のガスを
供給するための特別の工夫を要するほどであつ
た。

以上列挙した大別して三つの手段は、何れも溶
融ガラスをローターから吐出した後に、一次フイ
ラメントを二次的に延伸する手段のための噴射流
熱源とは別に、さらにローターを加熱するための
熱源として大容量を必要とするので、省エネルギ
ーの必要性が強く要請されて昨今では現状に適さ
なくなつて来ている。

燃料の節約に主眼を置き、さらにグラスウール
の高品質の維持を目的とする本発明は、二次的延
伸を第一の目的として下に向つて噴射する火炎の
拡大した外炎部、即ち速度が減衰しているものの
温度は高い外炎部を、ローターの最も熱放散の多
い下端部に接触せしめ、ローター下部に必要な温
度を維持すると共に、ローターの周壁部を構成す
る金属のローター上部を必要とする温度に保持す
るためには、下から上に向つて伝わつて行く熱量
だけでは、ローター上部を必要な温度に維持する
には不足するので、この不足の熱量を補なうため
の最少必要限度の加熱を、ローター内側上端付近
の特定の位置に配置したバーナーにより一定条件
で与えるようにしたものであり、一次フイラメン
ト形成に悪影響を与えない範囲で、二次的延伸を
第一の目的とする噴射火炎流を、ローターの温度
維持にも極力活性して、ローターの均一温度維持
のための補助加熱手段は、最少の熱量で足りるよ
うにしたものである。

以下、図示実施例についてその構成を説明す
る、第１図、第２図において、回転軸１の下端
に、ローターと称される中空円筒状の回転体２が
固着されており、該回転体２は、底壁３と、溶融
ガラス吐出用の多数の細孔４を穿設されている周
壁部５と、周壁部５の上端内側に形成された上部
環状フランジ６とで構成されており、この回転体
２を囲んで延伸バーナー７が配設されており、延
伸バーナー７の環状内側８内に、前記回転軸１が
配置され、溶融ガラス９は、ノズル１０から、こ
の環状内側８を通つて回転体２内に供給されるよ
うに構成されている。

前記延伸バーナー７は、火口１１から、高速の
内炎１２と、比較的低速の外炎１３とよりなる噴
射火炎流１４を噴射するものである。

上述の噴射火炎流１４は後述するように、中空
円筒状の回転体２の周壁部５の細孔４群から吐出
されたガラス小円錐体の前端に形成される一次フ
イラメントを二次フイラメントに細繊化するもの
であり、内炎１２は、この二次フイラメントに細
繊化しうる速度を有するが、外炎１３部分は前記
一次フイラメントに続くガラス小円錐体を破壊し
得ない程にその速度が減衰されているものであ
る。

本発明では、前記噴射火炎流１４のうちの外炎
１３部分のみが、回転体２の周壁部５の外表面下
部に接触しうる位置に、前記延伸バーナー７の火
口１１の位置が選定されている。

また、本発明では、回転体２の上部環状フラン
ジ６の内側に、加熱バーナー１５が付設されてお
り、この加熱バーナーは、火炎１６の噴射方向
が、上部環状フランジ６の延長面上で、該フラン
ジ６の面と平行する方向とされており、その加熱
度は、火炎１６が、上部環状フランジ６の上面或
いは、上面および下面に接触通過することによ
り、熱が、少なくとも上部環状フランジ６と、周
壁部５との接続位置１７に到達する程度とされて
いる。

本発明に係る装置は上述の構成であり、次のよ
うに作用する。ガラス溶融炉（図示せず）から流
量を一定に制御されてノズル１０から流下する溶
融ガラス９は回転軸１を介して回転するローター
たる回転体２の底部３に到達すると直ちに遠心力
によつて周壁部５の内側に分配されて、さらに遠
心力によつて細孔４を通過して周壁部５の外側に
吐出され、この外側周壁面においてそれぞれの細
孔４の開口面積に相当する小円を底面とした溶融
ガラスの小円錐体を形成し、小円錐体の頂点の位
置で一次フイラメントになつてから延伸バーナー
７の火口１１から噴射する噴射火炎流の延伸能力
をもつ内炎１２の個所まで送入されて二次的に延
伸され、二次フイラメントになる。この二次フイ
ラメントがグラスウールを構成するガラス繊維で
ある。

ところで、延伸バーナー７は一次フイラメント
を延伸して二次フイラメントたるガラス繊維にす
るのが目的であつて、その火炎噴射速度が大きい
必要がある。そこで、延伸バーナー７の炎口１１
から噴射する環状の噴射火炎流１４と周壁部５と
の外表面との位置関係が問題となる。

ここで延伸バーナー７の火口１１から噴射する
噴射火炎流１４について、本発明の構成要件の一
つである小円錐体を破壊しないまでに速度が減衰
した外炎１３部分のみを周壁部５の外表面下部に
接触させると云う関係からはづれた場合について
検討する。

最初に周壁部５の外表面がその上下共完全に噴
射火炎流１４において、一次フイラメントを延伸
して二次フイラメントにするのに足るだけ充分な
速度をもつ内炎１２部分中にある場合について述
べるならば、細孔４から遠心力で周壁部５の外面
に吐出された溶融ガラスは直ちに二次延伸をする
のに充分な速度をもつ噴射火炎に接触するので、
小円錐体を形成し得えず、従つて一次フイラメン
トを形成し得ないで、細孔４から吐出されると同
時に、周壁部５の外面に塗り付けられるように付
着し、引続いて吐出されて来る溶融ガラスによつ
て、前記塗り付けられた溶融ガラスの厚さがある
厚さになると、ランダムな粒状、或いは制御され
ない太さの繊維状となつて排出されるようになる
ので、正常な繊維化をはたし得ない。この事実は
噴射火炎流１４が一次フイラメントを延伸して二
次フイラメントにする程の温度と速度との両方を
もつているので、一次フイラメントを形成する以
前に、前記噴射火炎流１４が細孔４から吐出され
た溶融ガラスを周壁部５の外周面で直撃し、小円
錐体の形成ひいては一次フイラメントを形成する
空間も時間も与えないことから起る現象である。
正常な繊維化を行なうためには一次フイラメント
を形成するに足るだけの空間及び時間を与えなけ
ればならない。本発明において噴射火炎流１４と
周壁部５の外表面との位置関係を限定する理由の
一つがこれである。

一方、噴射火炎流１４が一次フイラメントを延
伸して二次フイラメントにするためには、延伸バ
ーナー７の火口１１と、回転体２について、その
上下方向の距離を出来るだけ短くして、噴射火炎
流１４の速度が減衰してしまわない位置に置かな
ければならない。噴射火炎流１４は、延伸バーナ
ー７の火口１１を出て、上から下に向つて進行す
るに従つて、巾を拡げながらその速度を減衰して
行く。

本発明装置においては周壁部５の外表面下部
が、噴射火炎流１４の速度が減衰して巾が拡がつ
て外炎１３に接しても、一次フイラメントを形成
させない程の悪影響を及ぼす直撃を与えない位置
関係をとつてある。

すなわち、周壁部５の外表面下部が、巾の拡が
つた外炎１３に接しても、一次フイラメントを形
成し得る範囲で、可能な限り環状をなす噴射火炎
流１４と周壁部５の外表面下部とを近づけること
がよい。

さらにその理由を説明するならば、細孔４を通
つて周壁部５の外側に出て来る溶融ガラスは、周
壁部５の温度が低い場合には、細孔４を通過中に
熱を失つて温度が低下することにより、粘性が増
加して所定の繊維形成には不充分な量の溶融ガラ
スしか細孔４を通過できなくなるか、或いは全く
通過できなくなる場合さえある。

周壁部５の外表面下部が、噴射火炎流１４が下
方に進行するにつれて巾が拡がつて生じた外炎１
３に接しても、その外炎１３の速度が減衰してい
て、前記溶融ガラスの小円錐体が一次フイラメン
トを形成し得る状態であるならば、できるだけ周
壁部５を外炎１３に接触させて周壁部５の温度を
高く保つことによつて、細孔４を通過中の溶融ガ
ラスの温度低下を回避し、所定の繊維形成に必要
な量の溶融ガラスを細孔４を通過させて周壁部５
の外側に吐出せしめ、一次フイラメント形成の過
程を経て、噴射火炎流１４中で二次的に延伸し
て、グラスウールを構成するガラス繊維たる二次
フイラメントを得ることができるのである。そこ
で延伸バーナー７の火口１１から噴射する噴射火
炎流１４の挙動を見るに、外炎１３と内炎１２か
ら構成される噴射火炎流１４は、延伸バーナー７
の火口１１から噴射した直后で、回転体２の上端
部に対する位置では、その速度が速く、外炎１３
がいまだあまり発達しておらず、外炎１３の巾の
拡がりはあまり大きくない状態にある。

従つて回転体２の上端部は、その下部に比較し
て、外炎１３との接触が充分でないので温度を高
めにくい状態にある。

一方、回転するローターたる回転体２に対する
溶融ガラス９の供給状態を見るに、回転体２の底
壁３に到達した溶融ガラスは遠心力によつて周壁
部５の内側に分配されるものであるが、このとき
溶融ガラスは周壁部５の内側を下から上に向つて
かけあがるように昇つて行く。このとき、溶融ガ
ラスが持つていた熱は、底壁３及び周壁部５の下
から順に放出されるので、周壁部５の上部に到達
した溶融ガラスは、周壁部５の下部内面にある溶
融ガラスに比較してその温度が低くなる。

従つて、ここに述べた周壁部５の内側を下から
上に向つてけかけあがる際に、溶融ガラスが放熱
することに起因する、周壁部５の上部に到達した
溶融ガラスの温度低下と、前述の噴射火炎流１４
の巾の拡がりが上部においては少ないことにより
外炎１３に接しにくいことに起因する周壁部５上
部の温度の高めにくさが相乗的に加算されて、周
壁部５においては、上部は下部に比較して温度を
高めることができない。このことから、いま、本
発明のもう一つの構成要件たる回転体２の上端部
に対する効果的な加熱手段を、もし用いないとし
た場合の挙動を述べるならば、周壁部５に穿たれ
た多数の細孔４のうち、上部にある細孔４を通過
する溶融ガラスは、下部にある細孔４を通過する
溶触ガラスに比較して温度が低く、粘性が大とな
るので、上部にある細孔４を通過するときの流体
抵抗が大となり、従つて上部にある細孔４を通過
する溶融ガラスの量は下部にある細孔４を通過す
る溶融ガラスの量に比較して少くなる。従つて上
部にある細孔４を通過して周壁部５の外側に出て
から形成される一次フイラメントは、下部にある
細孔４を通過して周壁部５の外側に出てから形成
される一次フイラメントに比較して細い状態で出
て来る。この細い一次フイラメントが周壁部５の
上部にある細孔から出て延伸バーナー７の火口１
１から噴射直后の速度の速い噴射火炎流１４で延
伸されるのであるから、こうして得られる二次フ
イラメントの直径は、周壁部５の下部にある細孔
４から出る太い一次フイラメントが延伸バーナー
７の火口１１から噴出してから速度を減衰しつつ
下方に向つた噴射火炎流１４で延伸されて得られ
る二次フイラメントの直径に比較して非常に細く
なる。

すなわち、本発明の一つの構成要件たる噴射火
炎流１４と周壁部５の外表面下部との位置関係を
満たしていたとしても、本発明のもう一つの構成
要件たる回転体の上端部に対する効果的な加熱手
段をもしも用いないとすると、周壁部５の上部か
ら出た二次フイラメントは、非常に細く、周壁部
５の下部から出た二次フイラメントは非常に太く
なつて、結果としてこれら二次フイラメントの集
積物たるグラスウールは繊維直径バラツキ巾の大
きな粗悪品になつてしまうのであるが、本発明で
は、その一つの構成要件たる延伸用の噴射火炎流
と周壁部の外表面との位置関係を満たすことによ
つて、延伸用の噴射火炎流による溶融ガラスの小
円錐の破壊に起因する一次フイラメント形成不能
を回避しつつ、前述の噴射火炎流の一部分たる速
度が遅く温度が高い外炎１３部分を周壁部５の外
表面下部に接触せしめ、回転体２の温度保持に必
要な熱量の大半を与えるように上記延伸用の噴射
火炎流１４を活用しつつ、さらに本発明のもう一
つの構成要件たる、上部環状フランジ６の上面或
いは上面及び下面を接触通過して少くとも前記上
部環状フランジ６と周壁部との接続位置１７にま
で到達する加熱バーナー１５を、前記上部環状フ
ランジ６の内側において、その火炎の噴射方向を
前記上部環状フランジ６の延長面上で前記上部環
状フランジ６の面に平行な角度Ｔ（通常60゜ない
し90゜）で配置することによつて、周壁部５の上
端部を、必要最少限の、例えば延伸バーナー７に
要する燃料の約３ないし４パーセントの燃料で、
効果的に加熱して、周壁部５の上部と下部とに、
等しく高温とする温度保持をはたし、また一次フ
イラメントの太さの均一化をはたし、グラスウー
ルを構成する繊維たる二次フイラメントの直径の
均一化をはたし得たのである。

前述のごとき条件を満した本発明によつて、一
見極めて単純な構造の繊維化装置でありながら品
質の高いグラスウールを少量の燃料を用いて製造
することが可能になつたのである。しかも構造も
小型、簡単なものとすることができ、作業性もそ
こねることがないのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施の１例の略示縦断面図、第２図は
要部の略示縦断面図である。 ２……中空円筒状の回転体、３……底壁、４…
…細孔、５……周壁部、６……上部環状フラン
ジ、７……延伸バーナー、１１……火口、１３…
…外炎、１４……噴射火炎流、１５……加熱バー
ナー、１６……加熱バーナーの火炎、１７……接
続位置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 底壁と、溶融ガラス吐出用の多数の細孔を穿
   設されている周壁部と、周壁部上端内側に位置す
   る上部環状フランジとを有する中空円筒状の回転
   体と、該回転体から吐出されたガラス小円錐体の
   先端に形成される一次フイラメントを二次フイラ
   メントに細繊化する延伸バーナーの火口とを備え
   る遠心式ガラス繊維製造装置において、前記延伸
   バーナーの火口は、該火口から噴射された火炎流
   のうちの、前記ガラス小円錐体を破壊しないまで
   に速度の減衰された外炎部分のみが、前記中空円
   筒状の回転体の周壁部の外表面下部に接触する位
   置に配設されていると共に、前記中空円筒状の回
   転体の上部環状フランジの内側には、加熱バーナ
   ーが付設されており、該加熱バーナーは、火炎の
   噴射方向が上部環状フランジの延長面上で、上部
   環状フランジの面と平行する方向とされ、その加
   熱度合は、火炎が前記上部環状フランジの上面或
   いは上面および下面に接触通過し、熱が、少なく
   とも該環状フランジと中空円筒状の回転体の周壁
   部との接続位置にまで到達する程度とされている
   ことを特徴とするガラス繊維の製造装置。