JPS624440A - ガラスフアイバ充填反応容器とその製作方法 - 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、新規な反応容器とその製作方法に係る。とり
わけ、本発明は、バイオ支持体、触媒、色層分析の用途
やその他の類似の目的に用いるのに適している、ファイ
バを向き決めし且つ充填しである新規な充填コラムに係
る。さらに具体的に言うと、本発明は、色層分析に用い
るコラムのバイオ支持体、触媒反応器およびその他の類
似の用途に使われる、多孔状および／または中空にされ
ることのある新規なガラスファイバの充填コラムに係る
。

（従来の技術） 現在の多くの化学的処理法やバイオ化学処理法では、固
体表面や液体保持表面に流体を接触させる方法が行なわ
れている。こうした処理法の多くの一般的な事例には、
高圧液体色層分析法（ＨＰＬＣ）　、薄膜処理法、濾過
処理の用途や触媒が含まれている。様々な材料が固相ま
たは支持体として使われてきた。この中には珪藻土、ア
ルミナ、ガラスピーズ並びにセルロース繊維、合成繊維
あるいはガラスファイバが含まれている。

ガラスピーズのような球体粒子、並びに珪藻土、アルミ
ナおよびこれに類似する微粒子材料が、酵素、蛋白質お
よび細胞等の生物学的物質を固定する支持体として実際
に反応装置に利用できることが判明している。これら材
料並びにガラスピーズの微粒子は、触媒反応装置や液相
色層分析法にも使われてぎている。こうした微粒子の使
用に伴う問題点は、これら材料をコラムに充填するのが
困難でしかも取り扱いが面倒なことにある。粒子は充填
時に固まりを形成し易く、コラムに充填する際、しばし
ば高圧を加える必要がある。ガラスピーズを用いた色層
分析用のコラムは、例えば米国特許第４．１６５．２１
９号に記載されている。

緩い状態で不規則な形態にファイバを充填しても、米国
特許第４，２１０．５４０号に記載されているようにフ
ィルタチューブには幾つか利点のあることが判明してい
る。

固相支持体が多くの化学的用途に使用されてきているが
、ファイバのうちでも特に相当量のボロシテーが形成さ
れ、および／または多孔状で中空なガラスファイバが注
目されている。多孔状のガラスファイバ並びに多孔状で
中空なガラスファイバの注目点は、これらガラスファイ
バが有機物による汚染に対しほぼ不活性であり、しかも
バイオ化学の汚染に対してもほぼ不活性なためである。

また、ガラスファイバは再生剤で簡単に洗浄できて損傷
することがない。従って洗浄を終えれば、ガラスファイ
バを続けて再使用することができる。

ファイバを使用する場合の問題点、とりわけガラスファ
イバの使用に伴う問題点には、従来のやり方で狭い部分
に必要な量のファイバの充填を行なえないことがある。

例えば色層分析用のコラム等の圧力容器や、化学反応容
器の一部に使用するコラムあるいはチューブ、複式チュ
ーブ固定ベッド触媒反応装置やその他の類似の用途には
、従来まではそうしたファイバの充填は実用化されてき
ていない。特にチューブまたはコラムにガラスファイバ
を充填する際には、ファイバが事実上互いに擦れること
がなくまた充填しようとするコラムの側部にも擦れるこ
とがないようにするために注意を払わなければならない
。摩滅により、ガラスファイバ支持材料に広範囲に損傷
が及ぶことがある。ざらに、チューブ内に充填されるフ
ァイバに溶着ヤ割れが生じないように注意しなくてはな
ら°ない。

（問題点を解決するための手段） 本発明により、本件出願人は、ファイバが互いにほぼ平
行に延びているように当該ファイバを充填した新規な反
応容器を製作した。ファイバは緻密な束に集約され、反
応容器として使われるコラムを充填することができる。

また本発明の方法を使用することにより、ガラスファイ
バは中実なガラスファイバ、多孔状のガラスファイバま
たは中空で多孔状のガラスファイバの形態をした充填材
として使うことができる。

本発明の目的は、従来のものより大幅に品質管理の行き
届いた高密度で充填される、ファイバを含有する充填チ
ューブを提供することにある。

本発明の他の目的は、使われているファイバ並びにチュ
ーブの直径に基づく理論上の最大充填密度の少なくとも
６０％、好ましくは理論上の最大充填密度の７０％から
１００％の詰め込み状態の下で、互いにまたチューブに
対しほぼ平行に向けられたファイバを含有する充填チュ
ーブを提供することにある。

本発明の他の目的は、多孔状、中実、中空または多孔状
で中空なガラスファイバを用いている、平行に整列して
いるガラスファイバの充填チューブを提供することにあ
る。

本発明の他の目的は、使われているファイバ並びにチュ
ーブの直径に基づく理論上の最大充填密度の少なくとも
６０％、好ましくは理論上の最大充ｔｉ４密度の７０％
から１００％の充填密度の下で、多孔状、中実、中空ま
たは中実で中空な平行なガラスファイバの充填チューブ
を提供することにある。

本発明の他の目的は、充填するファイバをチューブに収
容するにあたりファイバのボロシテーを調節すことによ
り、箇々の用途に合わせて表面部分を加工できる平行な
ガラスファイバの充填チューブを提供することにある。

本発明の他の目的は、損傷することなくファイバを最大
の密度で所定のチューブに充填できる、ガラスファイバ
をチューブに充填する手軽な方法を提供することにある
。

本発明の伯の目的は、所望の必要な長さに調節できる充
填チューブを製作するための、平行なガラスファイバを
チューブに充填する方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、通り抜ける流体に対し良好な流れ
特性をもつ高ｆＪ度充填コラムを製作できる、ファイバ
の充填チューブを提供することにある。

本発明の他の目的は、一定したファイバ充填密度でチュ
ーブを充填できる、チューブの充填方法を提供すること
にある。

本発明の他の目的には、細胞、蛋白質および酵素を固定
するのに用いる孔を備え、平行なガラスファイバの充填
チューブを提供することも含まれている。

本発明のこれらの目的およ゛びその他の目的は以下の説
明から明らかになる。

本発明の充填チューブは、全長にわたりチューブの長軸
並びに互いにほぼ平行したファイバを収容している。チ
ューブに充填されたファイバは中実か、内部に孔を備え
た中実なものか、中央管腔の構造をした中空なファイバ
にでき、またある場合には管腔を取り囲んでファイバに
孔を設けた中空なものにできる。中空なファイバに設け
た孔は、管腔に連絡する充分な深さまで設けることもで
き、あるいは管腔に達しない深さまで設けることもでき
る。本発明の好ましい実施例では、使われるファイバは
ガラスからできている。以下の説明では、便宜上、ガラ
スファイバの用語を用いて発明を説明しているが、ガラ
ス以外のファイバも使用できることは明らかである。

充填チューブは、典型的には、内部のファイバが実質的
に動けなくするのに必要な密度に充填される。充填密度
は変えられるが、具体的には、使われているファイバの
直径並びにチューブの内径に基づいて決められる。充填
密度は、選択したファイバピッチに基づき６０％から１
００％の範囲、好ましくは７０％から１００％の範囲に
ある。前記ファイバピッチは、一般に三角ピッチパター
ンをしている。

互いにまた収容用のチューブに対しほぼ平行に向けられ
たファイバを°持つ本発明の充填チューブによれば、曲
がりがほとんど無くなるためチューブを通じ流体は容易
に流れることができる。ファイバの束が曲がっているよ
うな場合でも、流体はチューブの方向に流され、はとん
どあるいはまったく曲がった部分に遭遇することがない
。

チューブの充填を行なう本発明の方法は、ガラスファイ
バを使用する場合にファイバの損傷を極力少なくし、手
軽に高い充填密度が得られるようになっている。

この発明の一実施例では、加熱状態の下で軸方向に圧縮
し内部にファイバを充填することのできるケーシングを
用いて緻密に充填されたファイバの束を形成する段階と
、ケーシングを収縮させるかまたはつぶして緻密な充填
体内にファイバの束の一方の端部を保持する段階とファ
イバの束の一方の端部にチューブ並びにこれに付属する
ファイバの束を所定の直径のチューブへと引き抜く手段
を設ける段階とを備えている。

本発明の好ましい実施例では、所定の数のファイバから
なるファイバの束が固定された内径のチューブ内に設置
される。この内径は、必要とされる最終的なチューブの
直径より大きい。このチューブは次にダイスを通じて引
き抜かれる。ダイスによりチューブは、ファイバと共に
所望の直径まで内径を縮小される。従って、ファイバは
最終の直径のチューブができ上がる際にはＷｉ密な状態
に集約されている。仕上がった充填チューブはその後に
必要な長さに切断され、様々な装置に使えるようにする
ために切断縁は機械加工される。一般にはダイスを一度
通せば充分であるが、本発明では縮径ダイスを数回にわ
たり通すこともあり得る。

（実施例） 準備するファイバ 本発明の好ましい充填反応容器を製作するにあたり用い
るガラスファイバは、中実なものかあるいはた多孔状に
した中実なファイバが使える。またガラスファイバは、
中空なものがあるいは中空でしかも処理を加えて多孔状
にしたファイバも使用できる。ファイバを製造丈るのに
用いるガラス成分は、必要とされるそれぞれのファイバ
のタイプに応じ、また充填チューブを使用する用途に応
じて変えられる。一般に、ガラスファイバの製造に適し
たガラス成分であればそれらを用いることができる。例
えばＥ−ガラスファイバ、６２１−ガラスファイバ、ま
たはガラス成分の重量比で５から２８パーセントの８２
０３を含有するその他のガラスファイバを使用すること
ができる。こうした種類のガラスは、米国特許第２．１
０６，７４４号、第２．３３４，９６１号、第２，５７
１゜０７４号、第３．６５０．７２１号に記載されてい
る。これら米国特許のすべては、この指摘により本明細
店中で引用例として取り扱われている。

米国特許第４．１６６．７４７号に記載されているよう
な少量の８２０３の含有物を含むガラス、並びに米国特
許第３．８４７．６２６号に記載されているようなフッ
素およびホウ素を含有しないガラスを使用することもで
きる。これら米国特許のすべでは、この指摘によ９本明
細書中で引用例として取り扱われている。１９８３年１
２月１９日付は提出の本件出願人を選り受は人とする同
時係属中の米国出願筒５６２．９４５号に記載されてい
るようなガラスも使用することができる。

一般に、これらファイバは従来技術で用いられてきてい
るガラスファイバ製造用の在来の方法により作ることが
できる。ファイバは、ガラスファイバ製造のための直接
溶融法で広く用いられてきたバッチ原料のガラス成分か
ら作ることができる。

またこうしたガラスファイバは、所望のガラス成分を含
有していてしかもブツシュ（ｂｕｓｈｉｎａ　）と呼ば
れるマーブル溶融容器内で溶かされ、予備成形されたガ
ラスマーブルから作ることもできる。

直接溶融法では、ガラス原料は互いに混合され、直接溶
融炉内で溶かされる。こうして溶融されたガラスは前方
炉床に流され、ブツシュと称する容器によりファイバに
されていく。前記ブツシュは前方炉床の下側に取り付け
られている。ブツシュは底に多数の孔を備えている。こ
れら孔は、当該孔を通じて流れ出る溶融ガラスから各々
がファイバを形成する。典型的には、孔は下向きに垂れ
下がった先端を備え、引き出されるファイバの直径並び
に速度によりでき上がるファイバの最終的な直径を調節
するようになっている。次いでファイバは塗布面上を通
過した後に、一般には単一のストランドへと集められる
。ブツシュは、ガラスを溶融した状態に保つために電気
的に加熱されるのが通例である。潤滑剤、接着剤等の種
々の処理補助剤を、ファイバが塗布面を越えてブツシュ
から引き出される際にファイバに塗布する。前述したガ
ラスファイバの製造方法は従来技術では周知である。米
国特許第３．０８２．６１４号は、ある秤の、直接溶融
法を明らかにしている。マーブル溶融ブツシュは、１９
７３年エルシビア出版社（ＥｌｓｅｖｉｅｒＰｕｂｌｉ
ｓｈｉｎｇ　Ｃｏ、）　、ローベンスタイン著（Ｌｏｗ
ｅｎｓｔｅｉｎ）　　”連続ガラスファイバの製造技術
（Ｔｈｅ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｙ　ｏｆＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｇ１５ｓ　Ｆｉ
ｂｅｒｓ）　”の９０〜９１頁に示されている。

多孔性ファイバを利用する例では、様々な周知の技術を
用いてガラスファイバにボロシテ−（Ｐｏｒｏｓｉｔｙ
）が形成される。従ってほうけい酸ガラス（ｂｏｒｏｓ
ｉｌｉｃａｔｅ　ｇｌａｓｓ）を処理する場合、例えば
、ガラスは所定の時間にわたり加熱処理が加えられ、フ
ァイバのガラス成分に相分離を起こさせている。相分離
の後、ファイバははうけい酸を多く含む相すなわち浸出
可能な物質を無機酸を使用して浸出させる処理を行ない
、特定の直径の孔を形成している。そうした方法の１つ
が、浸出ガラス粒子に関連した本件出願と同一の譲り受
は人の米国特許第３．６３０，７００号に記載されてい
る。これと同じ方法を用いてもガラスファイバの浸出を
行なうことができる。Ｅ−ガラスの場合にそうした方式
を用いるとなると、熱処理工程は浸出処理に先だって行
なわれることはなく、従って熱処理工程は用いられない
。他の同じような浸出法が、米国特許第３，６５０，７
２１号並びに米国特許第４，０４２，３５９号に記載さ
れている。これら特許に記載された原理を用いる場合、
中実または中空なガラスファイバにはボロシテーを形成
する処理が加えられる。好ましい中空なファイバの例で
は、充分な時間にわたり浸出処理を施して、中空なファ
イバの管腔につながる孔を形成することもできる。中空
なファイバは、米国特許第３．２６８．３１３号に記載
された方法を用いて製造することができる。本件出願と
同一の譲り受は人の米国特許第３．５１０．３９３号は
、中空なガラスファイバを権利請求している。この中空
なガラスファイバは、さらに多孔状にする処理を加える
際かまたは当該処理を加えた後に、本発明の反応容器を
製作するのに用いることができる−０一部の例では、酸
浸出法を用いないで水だけを使ってファイバを多孔状に
することができる。

こうした例の典型的なものでは、浸出処理されたガラス
は通常５パーセント以下の８２０３を含有し、また少量
のアルカリ金属酸化物、例えば１パーセント以下のアル
カリ金ａｍ化物を含有することがある。

さらに、多量の、例えば重量比で２８パーセントＪ：り
多いＢ２Ｏ３を含有するガラスの場合、水でこうした種
類のガラスから分離可能浸出物を簡単に分離できるため
、水を用いてボロシテーを形成することができる。例え
ば２８から５４パーセン］−の範囲のＢ２Ｏ３を含むガ
ラスは熱処理をガラスに加えるかまたは熱処理を加えな
いで、水を用いて浸出を行なえる。

ガラスをアルカリを用いて浸出処理する酸浸出加工の後
、ファイバを使用する用途に孔が充分な直径を備えてい
ない場合、酸処理でガラスファイバを多孔状にする際に
孔を拡大することが行なりれてきた。例えばアルカリ金
属水酸化物等のアルカリ溶液を用いて多孔状ガラスファ
イバに処理を加え、ガラスファイバのガラス構造からあ
る程度の材料を溶解して孔を大ぎくできる。一部のＳｉ
ＯやＡｌ２Ｏ３等の酸を用いたのでは簡単に浸出しない
そうした材料は、酸の浸出を行なった後にでも残ってい
ることが多い。

コラムを充填するのに用いたファイバはファイバの形で
利用でき、あるいはストランドやロビン、グの形で利点
することもできる。当業者には、ファイバが箇々のフィ
ラメン１〜を意味し、ストランドが単一体の束に集めら
れた一群のフィラメントを意味し、Ｏピングが１本の束
に集められた複数のストランドを意味していることは明
らかである。

コラムの充填 本発明の新規な反応容器を製作する際の、コラムにファ
イバを緻密に充填する方法の１つを第１図から第６図に
基づいて説明する。

第１図から第６図を詳しく参照する。所定の内径のコラ
ムを充填するのに必要な複数のガラスファイバ１を長さ
方向に整合させ、互いにほぼ平行に熱収縮性チューブ２
内に包み込む。前記熱収縮性チューブ２は、例えば熱収
縮可能なポリオレフィンやポリエチレンからできている
。ポリオレフィンのチューブの直径は、充填しようとす
るコラムの直径より大きいサイズにされている。しかし
ながら収縮すると、充填しようとするコラムの内径に一
致する。ポリオレフィンのチューブ材料を通り抜けるフ
ァイバの端部は、ポリエステル樹脂に浸漬される。前記
ポリエステル樹脂は室温で同化できるものが望ましく、
ファイバの長さに沿って約２ｉｎｃｈ（５，０８Ｃ！Ｒ
）の距離にわたリシミ込むことができる。樹脂３がファ
イバの長さに沿って所望の距離にわたりしみ込んだ後、
収縮チューブはファイバの束の端部に向けて第２図に示
す、ように束の端部を僅かに越えた地点まで移動される
。

こうして、収縮チューブの端部も樹脂で充填された状態
になる。剛性のあるワイアまたはロッド４が樹脂内に挿
入され、ファイバの束を貫くようにされる。次いで樹脂
３が固化するまでに、熱収縮性チューブ２に熱が加えら
れ収縮を起こさせる。

この収縮によりファイバの束１はつぶれ、樹脂３は収縮
チューブの一部に行き渡る。この熱収縮作業を行なうこ
とにより、チューブ２の端部はファイバの束１を取り囲
むチューブの部分よりもかなり大きく収縮し、ファイバ
の束の先端の位置でチューブは内向きの角度が付き端部
が円錐形になる。

樹脂３が固化すれば、収縮したチューブは樹脂から取り
除かれ、樹脂に埋設されたワイア４の付いた二星−ン状
の樹脂プラグ５を残すようになっている。次いでワイア
４は充填しようとするチューブ６に通される。ワイア４
はチューブ６を通じて引っ張られ、樹脂プラグと当該樹
脂プラグ５を越えて緩く結束された残りのファイバはチ
ューブ６内に引き込まれる。ワイア４は、プラグ５がコ
ラムの端部を越えて付き出すまで、チューブを通して引
っ張られる。次いで樹脂プラグ５はファイバの束から切
断され、チューブは内部に樹脂および収縮チューブを取
り去った高密度に充填されたファイバ１の束を収容する
ことになる。

充填作業は、所望の長さのコラムまたはチューブに実施
することができる。例えば長いチューブに充填を行ない
、様々なサイズの反応装置に使用できるよう箇々の長さ
に切断できる。でき上がったチューブは、当該チューブ
内に充填されたファイバの束を備えている。ファイバは
、チューブを製作する際に用いた直径のファイバを使用
して、所望の直径の充填コラムの理論上の最大充填密度
の７０パーセン］・またはそれよりも大きい密度まで充
填できる。

第２の好ましい変更例では、冷間引き抜き金属チューブ
法を用いてチューブにガラスファイバが充填される。こ
の方法では、圧力容器に使用するガラスファイバは金属
チューブの内側に設置される。チューブは、ダイスを通
り抜けてチューブ直径並びに壁厚を縮小させることによ
り、寸法を減少させることができる。

この好ましい方法に則って充填チューブを製造する技術
に関し、第７図から第１０図を参照する。

第７図と第８図を詳しく説明する。第８図に示されてい
るようなチューブ１０が使用される。第８図に図示した
チューブ１０は、当該チューブにファイバを挿入してで
きるだけ多聞のファイバ１３でチューブ１０の容積を満
たすことにより、ファイバ１３の充填が行なわれている
。ファイバ１３は、互いにまたチューブ１０の長袖に対
しほぼ平行に向けられている。隣接するファイバで形成
された流通室の間を流体がより移動し易くするために、
ファイバにある程度のねじれを加えることもできる。こ
れを行なう場合、ファイバの端部はチューブ１０の狭め
られた首部１０’　で終わっている。チューブ１０は縮
径断面の部分１０′を掴まれ、チューブを細くするのに
使う第７図のダイス１２に挿入することができる。ファ
イバ１３をチューブ１０に充填した後、チューブ１０の
先＠１０′は縮径ダイス１２を通される。ダイス１２は
ｌｆｄ鋼材からなるフレーム１５またはベンチに取り付
けている。ダイス１２はダイスヘッド１６に支持されて
いる。また引き扱きベンチは、ｆｆ１ｌ矩形リンクチエ
ーン１８の通るスプロケットホイール１７を備えている
。チェーン１８は、スプロケットホイール１７からダイ
スヘッド１６に向けて延びているベンチ１５の上部にあ
る溝に嵌まっている。チェーン１８はアイドラ１９の周
囲を通り、ベンチの下部からスプロケットホイール１７
まで戻っている。スプロケットホイール１７は、図示し
ていない適当な減速歯車装置を介して速度可変モータに
より駆動される。プライヤーと呼ばれているキャリッジ
２１は、ベンチの上部にある軌道上をトラックの間の溝
に嵌まっているチェーン１８に沿って走行する。このプ
ライヤー２１は一方の端部にチューブ１０の狭められた
端部１０′を掴む顎部材２２を備え、また反対の端部に
は引っ張りチェーン１８のリンク２４に係合するフック
２３を備えている。プライヤー２１は、図示されていな
いケーブルによりモータ作動ドラム２６に連結されてい
る。このモータ作動ドラム２６により、プライヤーはチ
ューブ１ｏを引き抜いた後にダイスヘッド１６まで戻る
。顎部材２２幡、ダイス１２から約６ｉｎｃｈ（１５，
２４Ｃｍ）にわたり突き出たチューブ１０の縮径端部す
なわち先端を掴む。チェーン１８に係合した状態で降下
するフック２３の運動により、顎部材２２の閉鎖が行な
われる。従っていったん操作者がボタンを押してプライ
ヤー２１を掴み位置まで復帰させれば、チューブ１０を
掴みそしてチェーン１８を係合する連続動作は自動的に
行なわれる。

使用するベンチ１５は任意の長さにできるが、一般的に
は８０　ｆｅｅｔから１００ｆｅｅｔ（２４，４７７Ｌ
から３０．５ｍ）の長さがあり、また通常ではチューブ
１０に５０，０Ｏ０１ｂｓから４００．０００１　ｂｓ
の引っ張り力を加えられる能力を備えている。チェーン
速度は所望の縮径の程度に応じ、代表的には毎分当たり
２０　ｆｅｅｔから１５０ｆｅｅｔ（６，１ｍから４５
．７ｍ）で変えられ、また自動的に制御されている。こ
の為チューブ１ｏはダイス１２から低速で送り始められ
、完全に動き始めてから速度は所定の引き抜き率に応じ
て増速される。

この装冒を使用すると、ファイバ１３を充填したチュー
ブ１ｏは端部１ｏ′が縮径ダイス１２に挿入される。顎
部材２２はチューブ１ｏの端部を掴み、チューブ１ｏを
ダイス１２を通して引っ張る。ダイスを通り抜ける際チ
ューブ１０は仕上がったチューブの理論上の最大充填密
度の７０パーセントから１００パーセントになるよう直
径を必要な吊にわたり縮径している。この充填密度を測
定する方法を以下に説明する。

第７図から第９図に示した端部１０′をチューブ１０の
縮径により得るには、代表的には回転型鉄により行なわ
れ、あるいはチューブ１０の端部を鍛造温度まで加熱し
て行なわれる。

充填作業を終えたチューブ１０は第９図に示されている
。作業の最終段階に先端１０′の除去作業がある。この
作業は先端の切除により行なわれ、チューブは必要な長
さに切断される。こうして仕上げられたチューブの１つ
が第１０図に示されている。

ファイバ充　密　の測− 便宜上、本件出願人の重量を基準とする方法を用いて本
発明の充填チューブを製作するにあたり、コラムを用い
て中にファイバを充填することもできる。所定のコラム
に用いるファイバを測定するこうした方法によればファ
イバの数を数える必要がなく、所望の仕上がり寸法のチ
ューブに用いるのに適したファイバの束の寸法を正確に
決定することができる。

引き抜き後の予め定められた内径からなるチューブに入
れられる適切なファイバの束を計算するだめに、ファイ
バの外径が測定される。次いで所望の仕上がったチュー
ブの内径が選択される。ファイノＳはほぼ円筒状の形を
していて、束の形に重なり合うため、０．９０６９の充
填係数が使われる。この係数は、選択したチューブの断
面積に掛は合わせると、三角ヒマフチ充填法に基づいて
充填を行なうのに利用できる有効チューブ断面積が得ら
れる。前記三角ピッチ充填法によれば、円形断面のファ
イバを最大限緻密に充填することができる。充填するの
に使えるコラムの有効断面積を使用するファイバの断面
積で割れば、コラムの有効断面積を満たすのに必要なフ
ァイバの数を簡単に篩用できる。次いでこの数を用いて
、チューブの断面積に充填しようとするコラムの長さを
掛は合わすことにより、所定の長さにわたり特定寸法の
チューブの断面積を満たすのに必要なファイバの総体積
が求められる。そして使用するファイバの体積にガラス
ファイバの密度を掛は合わせれば、ファイバの型組が簡
単に求められる。

これら計算結果は、特定の直径のコラムまたはチューブ
にとって理論上の最大充填密度である。

従って箇々のチューブに望ましいそれぞれの密度は、こ
うした４算を用いて得られる理論上の１００パーセント
の充填率からこれよりも低い需要家が求めるバーセンテ
イジまで変えることができる。

こうした密度は、本発明の目的に係る記載にもあるよう
に、チューブを用いる用途に応じて変えられる。

以下の例では、第７図から第１０図に概略的に示した好
ましい方法の実施例により製作された、本発明の新規な
充填チューブが明らかにされている。

例■ 〜 ０．２４８ｉｎｃｈ（６，２９９ｍ）の外径と０．１９
３ｉｎｃｈ（４，９０２αｍ）の内径を持ち、チューブ
に平行に向けられた互いに平行なガラスファイバの充填
体を収めた１　０ｉｎｃｈ（２５，４ｃ！Ｒ）の長さの
充填チューブが準備された。チューブを充填するのに用
いられたファイバは実質的に同一のものからなり、７．
ＯＯＸ　１０−５＋＋２であった。

望ましい最終のチューブ直径は予め０．４９０ｏ＋に設
定しである。ダイス１２は、０．９４７αのＯＤ、０．
８１３ｃＩＲの１０および０．０６８５ａ＋の壁厚を持
つ３１０番のステンレススチールのチューブから前記内
径の得られる寸法にされている。

ステンレススチールのチューブは端部１０’が先細にさ
れ、この先細にした部分をダイス１２に簡単に通せるよ
うになっている。チューブには狭められた先細の端部か
ら長さが２５．４ｃＩＩで３．０３８＜１１のファイバ
が充填された。ファイバは手で挿入され、お互いにまた
チューブの壁に対し平行に整合させた。ファイバの重量
は、Ｍ＝Ａ／Ａ’の方程式を用いて、使用するファイバ
の数を計算して決められた。口こて、Ａ’　＝３．８５
ＸＩＯａｓ　　であり、Ａ＝、１８９ｃＩＲ２Ｘ０．９
０７　（充填率）ｔなわち０．１７１α２である。方程
式を用いて決定されたファイバの数は４．４４Ｘ１０−
３であった。望ましい最終の充填チューブの長さは２５
．’４αであったため、必要とされるファイバ重量は方
程式ＷＴ＝ＮｘＤｘＶを用いて計算された。ここでＮ＝
ファイバの数、Ｄ＝各ファイバのガラス密度、Ｖ＝２８
ｃ！Ｒの長さのファイバの体積である。このためこの方
程式は以下のようにも使われる。

チューブ１ｏに必要な重量のファイバを詰め込んだ後、
キャリッジ２１の顎部材２２をチューブ１０の端部１０
′に係合し、またフック２３をチェーン８に係合する。

図示していないモータを起動して、引張力をダイス１２
を通る引っ張りチューブ１０に加えた。こうしてチュー
ブ１ｏのＯＤは０．６２９ｃｍに、壁厚は１．０７３ａ
にまた１０は０．４９０ｃｍに縮小された。

例■ 各々が名目上で０．００７ｃＩｌのＯＤを持つファイバ
を用いて２．３４ｃｍの１０の充填チューブを形成する
ために、第２のチューブが準備された。

箇々のファイバの断面積は３．８５Ｘ　１０’ｃｍ２で
あった。別のダイス１２は、３．１７５ｃＩｔのＯＤ、
３０１１のｒｏおよび１．０１６αの壁厚を持つ３１０
番ステンレススチールのチューブから前記内径の得られ
る寸法にされている。ステンレススチールのチューブ１
０は、端部１０′が先細にされ、この先細にした部分を
ダイス１２に簡単に通せるようになっている。そしてチ
ューブには６９．１１０１１のガラスファイバが充填さ
れる。ファイバは２５．４ｉｎｃｈ（６４，５ｃＩＲ＞
の長さがある。

Ｎ＝Ａ／Ａ’の公式を使用する。ここでＡ’　＝３．８
５Ｘ１０−”ｃｍ２であり、またＡ＝４．２８９ｎ２Ｘ
０．９０７　（充填率）すなわち３．８９ａｌｔ”であ
る。必要とされるファイバの数は１０１Ｘ１０５であっ
た。長さが２５．４ａの１本のファイバの体積は、９　
、７８　Ｘ　１０−４ｃｃになるように決定された。例
■と同じ公式ＷＴ＝ＩＶ）ｘ　（Ｄ）ｘ　（Ｎ＞を用い
、必要とする値を求めると以下の通りである。

ＷＴ＝９．７８　Ｘ１０−’ＣＣＸ工泗ｘ　１０１Ｘ１
０５＝６９．１１０ｇｍ。

Ｃ ６９．１１ｇｍ５の重量のファイバがチューブ内に挿入
され、先細にされた狭められた部分を通り越えて２５．
４ｉＪの当初のチューブ長さを占めるようにした。先の
例と同じように、チューブ１ｏの先細の部分１０’　に
顎部材２２を固定し、フック２３をチェーン１８に向け
て降下させ、モータ駆動スプロケット１７を起動して、
ファイバを収容したチューブがダイスを通り抜けてしま
うまでダイス１２を通じてチューブ１０を引き抜いた。

先細の端部は切除され、またチューブが２５．４ＣＩＲ
の長さになるよう反対の端部を切断した。第１０図に図
示したようなでき上がったチューブは、２．３４ｃｍの
仕上がりＩＤ、２．５３７０の００および０．１０２ｃ
ＩＩＬの壁厚を備えていた。

充填チューブは、同じ計算式を用いる先の例で示すよう
に、１００パーセントの理論上の充填を行なうのに要づ
る量以下でも製作することができる。用いられる最終的
なファイバの重機を決定する際、１００パーセントの充
填を行なうのに要するファイバの数は適当に少なくされ
る。

充填チューブを製作する好ましい方法の利点の１つは、
チューブを縮径する以前にチューブ内のファイバを処理
できることがある。例えば多孔状のガラスファイバの充
填金属チューブを製作するように構成されたシステムで
は、縮径を行なう以前に通常の方法でチューブの充填が
行なわれる。

次いでそうしたチューブは１ｆｆｌオーブン内に置かれ
、チューブ内に収容されたファイバを加熱し、相分離可
能なガラスファイバを相分離することができる。そして
チューブは取り出され、従来の浸出技術を用いて浸出作
業を一行ない、ガラスファイバに所望のポロシティ−を
形成することができる。

浸出作業の後にファイバを洗浄し、次いでチュー。

ブとファイバを第７図に図示したように冷間引ぎ抜き工
程に送り、所望の高密度充填体を形成することができる
。ファイバの熱処理は不用である。

すなわちＥ　”ガラスファイバを使用する際、ファイバ
の充填されたチューブは従来技術と同じようにして酸で
浸出が行なわれ、浸出作業の後に洗浄され、そして再び
第７図のチューブ引き抜き工程に引き戻され所望の緻密
な充填体を形成している。

充填チューブは様々な目的で使用することができ、ガラ
スファイバには箇々の用途に合った組成と物理特性を付
与することもできる。従来技術で周知の種々の浸出技術
を用いファイバを多孔状にすることで、例えば多孔状の
ファイバを使用することもできる。また従来では得られ
なかった充填密度を得るのに、セルロースｇＡＨおよび
有ｉ繊維等のガラスファイバ以外のものをも工程←加え
ることができる。使用するファイバは使われるチューブ
の充填密度限界を越えないように注意を払う必要がある
。充填過多はチューブ壁面を変形させ、場合によっては
壁の破裂の原因となるためである。

好ましい方法ではスチールチューブを使用したが、引き
抜きの行なえるその他のチューブ状の金属材料も使用す
ることができる。また例えば熱可塑性チューブを用いて
本発明の新規なチューブを製作することも本発明の範囲
に属している。加熱されるダイス並びに充填されるファ
イバは、引き抜き中に樹脂を軟化さぼるのに用いる熱で
損傷を起こしてはならない。図示の実施例では円筒状の
チューブを使用したが、本発明の精神から逸脱すること
なく、三角形、矩形並びに楕円形等のその他の形状のチ
ューブも使用することができる。

以上のように本発明はある特定の実施例について説明し
てきたが、特許請求の範囲に属するものと認められるも
のは実施にあたり制限を受けることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法の第１の実施例における、充填
チューブを製作する第１の工程を示す概略図である。 第２図は、第１の実施例の方法における、第２の製作工
程示す概略図である。 第３図は、第１の実施例の方法における、第３の製作工
程を示す概略図である。 第４図は、第１の実施例の方法における、第４の製作工
程を示す概略図である。 第５図は、第１の実施例の方法における、第５の製作工
程を示す概略図である。 第６図は、第１の実施例の方法により製作された本発明
の充填チューブを示す概略図である。 第７図は、本発明の新規な反応チューブの充填を行なう
第２の好ましい方法に用いられる、冷間引き抜きチュー
ブ縮径装置を示す図である。 第８図は、第６図に示したチューブとダイスを断面で示
す拡大側面図である。 第９図は、ファイバの向きを示すために一部を断面にし
た、第６図の装置で縮径したチューブの側面図である。 第１０図は、本発明の仕上がった充填チューブの一部を
断面で示す側面図にして、ファイバの向きを図示しであ
る。 １・・・・・・ガラスファイバ、 ２・・・・・・熱収縮チューブ、 ３・・・・・・樹脂、 ４・・・・・・ワイア（ロッド）、 ５・・・・・・樹脂プラグ、 ６・・・・・・チューブ、 １０・・・・・・チューブ、 １０’　・・・・・・狭められた部分（先端）、１２・
・・・・・ダイス、 １３・・・・・・ファイバ、 １５・・・・・・フレーム（ベンチ）、１６・・・・・
・ダイスヘッド、 １７・・・・・・スプロケットホイール、１８・・・・
・・引っ張りチェーン（リンクチェーン）、１９・・・
・・・アイドラ、 ２１・・・・・・プライヤー（４ニヤリツジ〉、２２・
・・・・・顎部材、 ２３・・・・・・フック、 ２４・・・・・・リンク、 ２６・・・・・・モータ作動ドラム。

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. （１）チューブを有する反応容器にして、当該チューブ
   内には多数のファイバが充填され、ファイバの充填密度
   が、使われているファイバの直径並びにチューブの直径
   に基づく理論上の最大充填密度の６０％から１００％の
   値があり、当該ファイバは互いにまたチューブの長手方
   向軸線に対しほぼ平行に向けられ、流体が前記チューブ
   の一方の端部に流れ込む際、チューブの一方の端部から
   反対の端部にかけてチューブの表面に沿つた流体の流れ
   を形成するような反応容器。
2. （２）前記ファイバは多孔状である特許請求の範囲第１
   項に記載の反応容器。
3. （３）前記ファイバは中空である特許請求の範囲第１項
   に記載の反応容器。
4. （４）前記ファイバは多孔状でしかも中空である特許請
   求の範囲第１項に記載の反応容器。
5. （５）前記ファイバは多孔状でしかも中空であり、ファ
   イバの当該孔のファイバの表面並びにこのファイバの管
   腔を連絡する特許請求の範囲第１項に記載の反応容器。
6. （６）ファイバがガラスファイバである特許請求の範囲
   の第１項に記載の反応容器。
7. （７）前記ファイバは多孔状になつている特許請求の範
   囲第６項に記載の反応容器。
8. （８）前記ファイバは中空である特許請求の範囲第６項
   に記載の反応容器。
9. （９）前記ファイバは多孔状でしかも中空である特許請
   求の範囲第６項に記載の反応容器。
10. （１０）前記ファイバは多孔状でしかも中空であり、フ
    ァイバの当該孔がファイバの表面並びにこのファイバの
    管腔を連絡する特許請求の範囲第６項に記載の反応容器
    。
11. （１１）チューブを有する反応容器にして、当該チュー
    ブ内には多数のガラスファイバが充填され、ファイバの
    充填密度が、使われているファイバの直径並びにチュー
    ブの直径に基づく理論上の最大充填密度の７０％の値が
    あり、当該ファイバが互いにほぼ平行に向けられ、また
    ファイバの一方の端部がチューブの一方の端部に位置し
    且つこのファイバの反対の端部がチューブの反対の端部
    に位置するようにチューブに対し向き決めされており、
    その結果、流体がチューブの一方の端部に流れ込む際、
    チューブの一方の端部から反対の端部にかけてファイバ
    の表面に沿つてコラムを通り抜ける流体の流れを形成す
    るような反応容器。
12. （１２）前記ガラスファイバは多孔状である特許請求の
    範囲第１１項に記載の反応容器。
13. （１３）前記ガラスファイバは中空である特許請求の範
    囲第１１項に記載の反応容器。
14. （１４）前記ガラスファイバは多孔状でしかも中空であ
    る特許請求の範囲第１１項に記載の反応容器。
15. （１５）前記ガラスファイバは多孔状でしかも中空であ
    り、ファイバの当該孔がファイバの表面に連絡していて
    、ファイバの孔の少なくとも一部がファイバの表面並び
    にこの管腔を連絡する特許請求の範囲第１項に記載の反
    応容器。
16. （１６）長さ方向に沿つて互いにまたチューブに平行に
    向けられたガラスファイバの充填体を備えた充填チュー
    ブにしてファイバは、使われているファイバの直径並び
    にチューブの内径に基づく論理上の最大充填密度の少な
    くとも７０％の密度で充填されているような充填チュー
    ブ。
17. （１７）チューブが金属である特許請求の範囲第１６項
    に記載の充填チューブ。
18. （１８）チューブが熱可塑性である特許請求の範囲第１
    ６項に記載の充填チューブ。
19. （１９）ファイバを細長いチューブに充填する方法にお
    いて、当該方法は、所望の仕上がり直径を上回る直径か
    らなるチューブに、互いにまた当該チューブの長軸に対
    し平行に向けられたファイバを充填する段階と、内部に
    ファイバの充填されたチューブをダイスに通す段階と、
    チューブを冷間引き抜き法によりダイスを通じて引つ張
    ることにより、当該チューブがダイスを出た後、仕上が
    つたチューブに含まれる充填密度が、使われているファ
    イバの直径並びに三角ピッチパターン充填法を用いたチ
    ューブの仕上がり直径に基づく理論上の最大密度の７０
    ％から１００％の間になるような内径までチューブを縮
    径して、当該チューブの内径を狭める段階とを有する方
    法。
20. （２０）チューブ内に充填されたファイバがガラスファ
    イバである特許請求の範囲第１９項に記載の方法。
21. （２１）前記ガラスファイバが多孔状のガラスファイバ
    である特許請求の範囲第２０項に記載の方法。
22. （２２）チューブに充填されたファイバが中空な多孔状
    のガラスファイバである特許請求の範囲第２０項に記載
    の方法。
23. （２３）ファイバが中空なガラスファイバである特許請
    求の範囲第２０項に記載の方法。
24. （２４）中空なガラスファイバが多孔状にもなつている
    特許請求の範囲第２３項に記載の方法。
25. （２５）多孔状のガラスファイバをチューブに充填する
    方法において、当該方法は、互いにまたチューブに対し
    平行に向けられたファイバをチューブに充填する段階と
    、抽出可能な相にまた抽出不可能な相にガラスファイバ
    を相分離することのできる温度までファイバを充填した
    チューブを加熱する段階と、チューブに収められたファ
    イバを無機酸に通して抽出可能な物質を浸出させる段階
    と、浸出の後にファイバを洗浄する段階と、浸出したフ
    ァイバを収めたチューブをダイスに通し、充填チューブ
    に使われているファイバの直径に基づく仕上がり直径の
    チューブの理論上の最大充填密度の７０％から１００％
    の密度にファイバが充填されているような仕上がり内径
    のチューブへとチューブを冷間引き抜き加工する段階と
    を有する方法。
26. （２６）ファイバが、最初の加熱処理を行なわないで浸
    出が行なわれる特許請求の範囲第２５項に記載の方法。