JPWO2004101459A1 - ガラス繊維の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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遠心法によるガラス繊維の製造方法及び/又は装置としては、以下のものが知られている。例えば、日本特公平6−49588号公報には、中空のシャフト組体に支えられ、水平に配置された高速で回転する遠心力射出装置および分配バスケットを有するガラス繊維製造装置が開示されている(第1図、第3図、第4図参照)。
日本特公昭44−23141号公報には、遠心回転子が、下向きに傾斜する軸に取付けられて配置されている、繊維の形成方法及び形成装置が開示されている(第1図参照)。
日本特公昭50−20612号公報には、台皿形状の孔のない底又は床によって一方の端を閉じられた回転子が、たわみ軸に水平に固定され高速回転する繊維製造装置が開示されている(第3図、第4図、第5図参照)。日本特開平9−295824号公報には、回転体の底部全面に断熱保温部を有する繊維製造装置が開示されている(図1、図3参照)。
<日本特公平6−49588号公報>
前記日本特公平6−49588号公報に記載される熱絶縁性無機繊維形成方法にあっては、溶融材料の連続流は中空シャフトの軸に沿って落下し、分配バスケットの底部に供給される。前記材料は、遠心力により分配バスケットの周縁部に形成される多数のオリフィスを通って放出されて遠心力射出装置の周縁壁内面に溶融材料の連続層を形成する。次に該溶融材料は遠心力により、周縁壁のオリフィスを通って、細繊化ガス流に細い流れとして射出され、細繊化される。
この製造法では、溶融材料が分配バスケットの底部に到達してから遠心力射出装置の周縁部のオリフィスから射出されるまでの該材料の温度降下が大きいため、該材料の温度を高くする必要がある。このため分配バスケットは白金、ロジウム等の高価な金属を使用しなければならない欠点があった。また、分配バスケットから放出される多数の溶融材料の流れは制御困難な冷却作用を受けて、遠心力射出装置の周縁壁内面に該材料の連続層を形成後、細い流れとして放出されるため、細繊化された繊維径のばらつきが大きいという問題がある。また、遠心力射出装置の周縁壁内面に高温、高速の溶融材料が直接衝突するために、周縁壁内面の摩耗が大きく、該射出装置の寿命が短いという問題もある。
<日本特公昭44−23141号公報>
日本特公昭44−23141号公報に開示の発明では、遠心回転子は下向きに傾斜する軸に取付けられて配置され、溶融硝子は垂直軸線を有する自由落下流となって該回転子の内部で繊維形成オリフィス上に供給される。次に遠心回転子の遠心力により溶融硝子をオリフィスより射出し、細繊化する。この製造方法及び装置では、次のような問題がある。
▲1▼遠心力回転子はオーバハング(片持ち)されて装架されるため、該回転子の高速回転時に振動し易いという欠点がある。振動することにより、均一な細繊化が阻害され、回転子の振動による変形に基づく寿命の短命化、回転子の振動による変形に基づく駆動系の短命化につながる。
▲2▼高温の溶融硝子は、自由落下速度で、遠心回転子内部の繊維形成オリフィス上に落下するため、該回転子の周壁の摩耗が大きく、回転子の寿命が短い問題があり、また溶融硝子の温度変化、従って粘度の変化が、直接、繊維径のばらつきになるため、良質な繊維を製造することが困難である問題がある。
<日本特公昭50−20612号公報>
日本特公昭50−20612号公報に開示の発明では、融解したガラスは、流れとなって回転子の床又は底部の孔のない台錐形状の傾斜路部分に供給され、遠心力により回転子の内部周辺壁に流れた後、回転の変化する壁厚の小さいオリフィスから放出され、細繊化される。この製造装置では次のような問題がある。
▲1▼融解した高温のガラスは、回転子の床の傾斜路表面に落下し、遠心力により回転子の内部周辺壁まで高速度で流れるため、該傾斜路表面が摩耗し、その肉厚が減る。摩耗は融解したガラスの落下位置が一番大きい。その結果遠心力により傾斜路が倒されていき、傾斜角度が減少し、回転子の変形となって現れ、回転子回転のバランスを失い、振動発生の原因となり、回転子の寿命の短命化、均一な細繊化の阻害となる問題がある。
▲2▼日本特公昭50−20612号公報開示の発明では、回転子の壁の内部表面から融解したガラスの落下位置までの距離A(図1、図2、図3参照)について何等言及されていない。
前記距離Aが大きい場合、壁の内部表面に到達するまでの融解ガラスの温度降下が大きいため、必要な繊維化粘性の確保及びガラス結晶化によるオリフィスの閉塞を防ぐために、供給される融解したガラスの温度を上げる必要がある。このため、融解エネルギーの上昇、回転子の摩耗の促進による短命化、回転子の壁の小さなオリフィスからのガラスの放出パターンの乱れによる繊維径の不揃、繊細化エネルギーの増加といった諸問題がある。これらの問題は、例えば無硼酸ガラスのような、高粘度で、かつ液相温度が高く、繊維化温度と液相温度の差が小さいガラスで顕著になる。
前記距離Aが小さい場合、供給される融解したガラスの温度変化、従って粘度変化が回転子の壁の温度変化に敏感に作用し、繊維径のばらつきになるため、良質な繊維を製造することが困難となる。
また、回転子は高価な耐熱金属を使用しており、その製作コストを下げるために、また高速回転力学上からも出来るだけ軽量にすることが望ましい。
この解決策としては、回転子の傾斜路の肉厚は、日本特公昭50−20612号の第4図、第5図に示すものとは異なり、周辺壁の下部肉厚に近付くように漸減していく構造が望ましい、ただ第4図、第5図に示す回転子にあっては、前述の漸減構造とする場合、肉厚の減少した所に高温の融解したガラスが落下することとなるため、前述の▲1▼の問題点が更に顕著に発生することが予想される。
▲3▼また、日本特公昭50−20612号公報開示の発明では、図示のごとく、回転子の周壁の厚さを変化させているが、回転子の切削加工上や、オリフィスの穿孔加工上、加工が複雑かつ製作コストアップになるといった問題もある。
<日本特開平9−295824号公報>
日本特開平9−295824号公報開示の発明では、スピナーの底部の外面に断熱保温部を設け該断熱保温部は、皿上の耐熱材料製プレートとスピナー底部との間に無機質短繊維マットを充填してなる旨記述されているが、前記マットの充填範囲は、該文献の図1にも明示する通り、スピナー底部全面にわたるものであり、適切な断熱層の範囲については、特に考慮されていない。該文献の図3は単に前記プレートの底部への取付構造の具体例を示したものであり(第4欄最下行〜第5欄9行)、前記充填範囲を限定しているものではなく、強度上や断熱保温部の製造コスト等の考慮は何等示されていない問題がある。
断熱保温層の範囲が広過ぎた場合の欠点としては、
▲1▼断熱保温材の余分な充填範囲の無駄
▲2▼スピナーの保温(加熱)の不要な部分、例えば底部と駆動軸(回転軸)との嵌合(取付)部などの温度が徒に上昇するため、スピナーの強度が低下し、寿命が短くなることや、更に駆動軸などの駆動部品の温度も上昇するもので耐用年数が短くなる
といった欠点がある。
また、前記プレートの外周側には、突出する上縁部が設けられているが、スピナーの底部下面側には突起が全く設けられて居らず、底部の側縁の突起のない部分と、プレートの上縁部との間に隙間を設けているが、この隙間構成構造では、日本特開平9−295824号公報の第5欄19行〜20行に記載する通り、10kg/m3未満の場合、隙間からマットの素材である短繊維が遠心力で外部へ飛散する可能性があると述べている。また、同欄17行〜18行には、「マットの密度としては10〜250kg/m3が好ましい」と述べているが、本出願発明者の知見では、密度が100kg/m3以下の場合、マットが飛散しやすいという欠点と共に、前記構成の隙間の構造では、該隙間を小さくして飛散しないようにしても、図9に示すごとく、遠心力の作用で、マット40が所々で円周方向に多段状に引裂かれてクラック41、41を生じ、断熱力のない数多くの円周方向の該クラック41、41によりマット40が保温断熱欠陥を有するに到る欠点を有する。
また、日本特開平9−295824号公報では溶融ガラスのスピナーへの供給位置については何等言及していない。溶解ガラスが硬質ガラスで、しかも液相温度の高い場合は、スピナーを保温しても、オリフィスまでの前記供給位置が離れ過ぎている場合は、溶融ガラスの温度低下を来たすため、粘度が上昇し、そのため、加熱のための繊維化エネルギーの増加、スピナーの変形及び細孔の閉塞によるスピナー寿命の短命化、繊度分布(綿質)の悪化といった欠点が生ずる。
前述の諸問題の解決が課題となっていた。
発 明 の 概 要
前記従来のガラス繊維の製造方法及び同装置に関する諸問題に鑑み、本発明によれば、底部と、該底部の外周縁より上方に延出し多数の細孔が形成されている周壁と、該周壁の上端より内方に延出する環状フランジとよりなる、垂直な回転軸周りに高速回転可能な有底中空円筒状の回転体を高速回転させ、
該回転体の底部に、溶融ガラスを落下し、
回転体の高速回転により生ずる遠心力により、前記細孔を通して、前記溶融ガラスを噴出させて、溶融ガラスをフィラメントとし、ガラス繊維を製造する、ガラス繊維製造方法において、
前記周壁の内面から、前記環状フランジの内縁よりも少なくとも10mm以上大きく離れており、該内面から75mm以下離れており、かつ、底部の壁が肉厚である位置に、前記溶融ガラスを落下させることを特徴とする、ガラス繊維の製造方法が提供される。
好ましくは、前記回転体の底部が、平円板状の底壁と、該周壁の周りに配置され、外方に向かって上方に傾斜する傾斜壁とよりなり、該傾斜壁の厚さは、前記底壁との接続部分において最も厚く、周壁に向かって漸減する。
また、好ましくは、溶融ガラスの落下位置近傍から周壁近傍まで、前記回転体の底部を保温する。
また、本発明によれば、垂直な回転軸周りに高速回転可能な回転体を含むガラス繊維製造装置であって、
前記回転体が、有底中空円筒状であって、底部と、該底部の外周縁より上方に延出する周壁と、該周壁の上端より内方に延出する環状フランジとよりなり、
前記底部が、平円板状の底壁と、該周壁の周りに配置され、外方に向かって上方に傾斜する傾斜壁とよりなり、
前記底部には、溶融ガラスが供給され、
前記周壁には、溶融ガラスが噴出しフィラメントに形成される、多数の細孔が形成されている、ガラス繊維製造装置において、
前記傾斜壁の厚さは、前記底壁との接続部分において最も厚く、周壁に向かって漸減し、
溶融ガラスの回転体への落下位置が、前記周壁の内面から、前記環状フランジの内縁よりも少なくとも10mm以上大きく離れており、かつ、該内面から75mm以下離れている、ことを特徴とする、ガラス繊維製造装置が提供される。
好ましくは、前記ガラス繊維製造装置が、更に延伸バーナーを含み、該延伸バーナーは、前記回転体の外周に配置され、該延伸バーナーは、前記周壁の外面の母線と並行に開口される吐出口を有し、前記細孔から噴出されたフィラメントに、該延伸バーナーで発生する火炎流を吹き付け、フィラメントを細繊化する。
好ましくは、前記回転体の傾斜壁の外周には、下方に延出する環状突起が形成され、前記回転体の底部の下には、保温皿が配設され、前記保温皿には、環状凹部と、保存皿の周縁に環状突起とが形成されており、前記保存皿の環状突起は、前記底部の環状突起に対峙し、前記環状凹部は、前記溶融ガラスの落下位置よりも内側に延び、また前記保存皿の環状突起まで延び、保温部を形成する。
好ましくは、傾斜壁の環状突起と保温皿の環状突起との間隙が、0.5〜1.0mmである。
図2は、第一の実施形態の回転体の部分拡大縦断面図である。
図3は、本発明の第二の実施形態によるガラス繊維製造装置を示す略示縦断面図である。
図4は、第二の実施形態の回転体の部分拡大縦断面図である。
図5は、硬質ガラス、標準ガラスの、ガラス粘度−ガラス温度曲線図である。
図6は、落下地点から細孔までの流動ガラスの温度低下が小さい場合(繊維質が良い場合)と温度低下が大きい場合(繊維質が悪い場合)とのガラス繊維の繊維径のバラつきを示した、繊維径分布線図である。
図7は、溶融ガラスの落下位置(周壁内面からの距離)と、繊維質、所要燃料ガス量および回転体寿命との関係を示す。
図8は、従来技術によるガラス繊維製造装置を示す略示縦断面図である。
図9は、従来技術による、保温材の高速回転による裂断発生状態を示す平面図である。
好ましい実施の形態
図1及び図2は、本発明の第一の実施形態によるガラス繊維製造装置を示している。第一の実施形態のガラス繊維製造装置は、回転体4と、該回転体4の外周に配置された延伸バーナー13とを有する。
前記回転体4は、垂直な回転軸7周りに高速回転可能である。より詳細には、回転軸7は、支持端5において、フレーム(図示せず)に回転自体に支持され、ベルト6を介して原動機(図示せず)により回転駆動される。回転体4は、前記回転軸7の下端に固着されている。
該回転体4は、有底の中空円筒形状を有する。該回転体4は、底部11と、周壁8と、環状フランジ25とを有する。
該底部11は、平円板状の底壁30と、該底壁30の周囲に配置され、外方に向かって上方に傾斜する傾斜壁29とよりなる。
前記周壁8は、該傾斜壁29の周囲に立上り連設されており、一次繊維作成のための多数の細孔9が全周に穿設されている。前記周壁8は、内面8Aと外面15とを有す。
前記環状フランジ25は、該周壁8の上端より内方に延出する。環状フランジ25は、回転体4の強度を増強するため、及び遠心力により溶融ガラスが回転体から飛出さない為の部材である。該フランジの幅Bは、回転体の直径、回転速度、溶融ガラスの温度等により決定されるが、幅Bは少なくとも20mm、好ましくは25mm以上である。
前記延伸バーナー13は、周壁8の外面15の母線と平行に開口される吐出口14を有し、二次繊維(ガラス繊維)28を作成する。
前記回転体4は、ガラス溶融炉1の前炉2の吐出ノズル3の直下に配置されており、吐出ノズル3から溶融ガラス10が、該回転体4内に落下供給される。該回転体4を延伸バーナー13で加熱しつつ垂直な回転軸7周りに高速回転させ、前記細孔9、9から遠心力の作用で溶融ガラスを吐出させフィラメント(一次繊維)27とする。前記延伸バーナー13により、該一次繊維27をガラス繊維(二次繊維)28とする。
<傾斜壁29の厚さ>
本発明においては、前記回転体4の底壁30を厚く形成する。底壁30は、均一厚である。一方、周壁8は薄く形成し、均一厚である。
前記傾斜壁29の厚さkは、底壁30との接続部分において最も厚く、底壁30の厚さtと同じであり、周壁8に向かって漸減し、側壁8との接続部分においては周壁8の厚さsと同じである。換言すれば、傾斜壁29の厚さkは、s≦k≦tである。このように傾斜壁の厚さを薄くしたので、回転体の軽量化が図られる。また、溶融ガラスの落下位置26では壁厚が厚いので、高温の溶融ガラスによる底部11の変形、摩耗が小さく、従って、回転体4の寿命を長くすることが可能となる。例えば、底壁30の厚さは、12mmであり、傾斜壁29の外周端における厚さは、5mmであるが、本発明は、これら数値に限定されない。
<落下位置26の、周壁内面からの距離>
本発明においては、溶融ガラス10の回転体4内への落下位置26は、周壁8の内面8Aからの距離A(mm)に位置し、該距離Aは、前記内面8Aから環状フランジ25の内縁31までの距離B(mm)よりも10mm以上大きい。また、距離Aは、75mm以下である。換言すれば、(B+10)mm≦A≦75mmであり、例えば、35mmである。
(B+10)mm未満だと、溶融ガラス10が該フランジ内縁31に触れてしまい、回転体4内へ溶融ガラス10が十分に供給されない恐れがある。
Aが75mmを越えると、落下位置26から細孔9までの距離が大きくなってしまい、溶融ガラスの温度が下がってしまう。溶融ガラスの温度が下がってしまうと、ガラスの粘度が高くなってしまい、得られるガラス繊維の質が悪化してしまう。ここで、「繊維質」とは、触感が良いか否か、風綿(繊維長が極端に短い綿)が多いか否か等によって決定される。得られたガラス繊維の径が揃っていれば、繊維質が良好となる(図6参照)。
図7は、縦軸にそれぞれ使用する燃料ガス量(m3/Hr)、回転体の寿命(Hr)、繊維質(劣−良)をとり、横軸に溶融ガラスの落下距離Ammをとり、距離Aと、燃料ガス量、回転体の寿命、繊維質との関係を示した図である。距離A=50〜60mmの範囲で繊維質は最も良好となり、燃料ガス量は最も少なくてすみ、回転体の交換を必要とする寿命も長寿を保持されることがわかる。
図5に示したように、ガラスの温度と粘度とには密接な関係がある。上述のように、ガラス温度が変化すると粘度が変化してしまい、得られる繊維の質が悪化してしまう。
回転体の寿命も、周壁内面からの距離Aによる。距離Aが小さすぎると、ガラス温度が高く、高温によって回転体の変形がもたらされるものと思われる。一方、距離Aが大きすぎると、ガラス温度が低下し、ガラスの粘度が大きくなってしまう。従って、高い粘度によって細孔が摩耗してしまうものと思われる。
周壁内面からの距離Aが小さくなると、ガラス温度は上昇し、燃料ガス量は減少する。しかしながら、ガラス温度が高すぎる(距離Aが小さすぎる)と、燃料ガス量は増加する。溶融炉1による加熱と内部バーナー22による加熱とのバランスが悪くなるためと思われる。
<落下位置26における、底部の壁厚>
前記落下位置26は、(B+10)mm≦A≦75mmの範囲内で、実質的に肉厚tを有する位置にある。溶融ガラス10が落下する部分26において、回転体4は最も加熱され、落下部分26において最も摩耗する。従って、溶融ガラス10が落下する位置26における回転体4は、肉厚であることが必要である。また、肉厚であることにより、熱による回転体4の変形も防止される。
<原料ガラス>
本発明に用いるガラスは、標準ガラスであってもよく、硬質ガラスであっても良い。硬質ガラスは、ガラス粘度1000ポイズでガラス温度1250℃以下のもの、好ましくはガラス粘度1000ポイズでガラス温度1200℃以下であり液相温度1050℃以下のものである。一方、標準ガラスは、ガラス粘度1000ポイズでガラス温度1050℃以下のものが好ましい。
図5は、縦軸にガラス粘度(ポイズ)をとり、横軸にガラス温度(℃)をとって標準ガラスと硬質ガラスとの大略の範囲を示した線図である。図5より明らかなように、標準ガラスの、ガラス粘度とガラス温度との相関関係と、硬質ガラスの、ガラス粘度とガラス温度との相関関係とは異なる。図5において、図示の曲線上又はその左側に位置するガラス(ガラス温度が低く、粘度も低い)が好ましい。
<ガラス繊維の製造方法>
図1及び図2に示された装置を用いて、以下のようにしてガラス繊維を製造することができる。上述のように、溶融ガラス10は、実質的に厚さtである落下位置26で回転体4内に落下する。回転体4の高速回転により生ずる遠心力によって、落下した溶融ガラス10は、傾斜壁29の内面に沿って周壁8に達する。この場合において、落下位置26が周壁8の内面8Aから75mm以下に位置するので、溶融ガラス10の温度低下が少なく、従って、ガラスの粘度の上昇を少なくすることができる。
周壁8に達した溶融ガラスは、前記遠心力によって、更に周壁8の内面8Aに沿って上方に流動する。この流動ガラス12は、細孔9から、遠心力の作用で噴出され、更に遠心力の作用で半径方向外方へ延伸され、一次繊維27が形成される。
前記延伸バーナー13の燃焼室16で発生した燃焼排ガスが火炎流17となって、前記吐出口14を通して、周壁8の外周面15に沿って噴出される。この火炎流17は、前記一次繊維27、27に衝突し、前記母線方向の下方向に向けて一次繊維27を細繊化し、二次繊維(ガラス繊維)28を形成する。
前記吐出口14は、外側火口フレーム18と内側火口フレーム19とで環状スリット状に形成されている。
内部バーナー22は、回転体4の環状フランジ25内を加熱するバーナーである。圧縮気体吐出ノズル23は、二次繊維28の繊維長を調節するために設置されている。気体吐出リング24は、繊維の綿質を調節するために設置されている。
<第二実施形態>
図3及び図4は、本発明の第二の実施形態によるガラス繊維製造装置を示す。第二実施形態の構成中、第一実施形態の構成と同じものは、説明を省略する。第二の実施形態においては、回転体4の底部11が、溶融ガラス10の落下位置26近傍から周壁8近傍まで保温材21Aで覆われており、保温されている。
第一実施形態と同様、溶融ガラス10の落下位置26は、(B+10)mm≦A≦75mmの範囲に位置し、図示実施例ではA=58mmであるが、本発明は、これに限定されない。
<環状突起8B>
第一実施形態とは異なり、第二実施形態の回転体4には、底部11の外周において、下方に延出する環状突起8Bが形成されている。
<保温皿20>
また、第二実施形態の回転体4には、前記底部11の下面11Bに接して、保温皿20が固着されている。保温皿20は、環状凹部20Aと外周端に環状突起20Bとを有している。保温皿20は、公知の材料により製造することができ、好ましくは、材質はステンレス鋼、インコネル等の耐熱鋼により製造する。保温皿20は、回転体4と同じ材料(例えば、Ni基耐熱金属)で製造しても良い。
<保温部21、保温材21A>
前記外側面11Bと環状凹部20Aと環状突起20Bとにより、保温部21が形成される。該保温部21には、保温材(断熱材)21Aが充填されている。保温材21Aは、キャスタブル耐火物、無機質繊維保温材を使用できるが、保温性(断熱性)を考慮すると、無機質繊維保温材が好ましい。
例えば、密度300kg/m3、厚さ12mm、熱伝導率0.11kcal/m・h・℃(at 700℃)のセラミックファイバ成形品を使用し、該成形品を前記保温部21内に充填後、10mm厚に圧縮し、保温皿20に固着する。
<傾斜壁29の環状突起8Bと保温皿20の環状突起20Bとの間隙>
保温皿20の上面外周には、環状突起20Bが形成されている。環状突起20Bは、傾斜壁29の環状突起8Bと対峙する。環状突起20Bと環状突起8Bとの間には、間隙を設ける。回転体4の変形を防止し、回転体4の強度を増加するためである。間隙を有することにより、回転体の振動等を吸収することが可能となる。この間隙は、0.5〜1.0mmであることが好ましい。0.5mm未満だと、遊びが不足してしまい、回転体の振動等を吸収することができなくなってしまい、回転体が変形したり、強度が不足してしまうこととなる。1.0mmを越えると、回転体4の高速回転による遠心力によって保温剤21Aが間隙Bから飛び出してしまうからである。
例えば、保温皿20の環状突起20Bと周壁8の下部の環状突起8Bとの間の間隙Cは、0.8mmであり、回転体4の高速回転による遠心力によって保温材21Aが前記間隙Bから飛び出すといった問題は全くない。
回転体4の高速回転により、傾斜壁29の内面に沿って高温の溶融ガラスが流れる。従って、傾斜壁29の内面側部分が、外面側部分に比してより大きく膨張する傾向がある。本発明の第二実施形態によれば、(1)環状突起8Bにより傾斜壁29の強度が増大し、(2)下側にある保温皿20の存在により回転体4の強度が増大し、そして(3)傾斜壁29の厚さkが厚い底壁30の厚さtから薄い周壁の厚さsまで漸減することにより、重量減程には強度減少が生じない。従って、第二実施形態の底部11の変形が更に少なくなり、従って高速回転による回転体4の変形を少なくすることができ、その結果回転体4の寿命長期化を達成出来るに至った。
実施例1、比較例1
図1に示される製造装置を用いて、ガラス繊維を製造した。溶融ガラス10の落下位置26を周壁8の内面8Aから45mmとした(実施例1)。該実施例においては、図5に示される標準ガラス(1070℃で約1000ポイズの粘度を有する硼酸(B2O3)を含有するガラス又は無硼酸ガラス)を使用した。
また、落下位置26を内面8Aから80mmとし、細孔9の孔径、配置を変えた以外は、実施例1と同じ方法によりガラス繊維を製造した(比較例1)。結果を表1に示す。
実施例1と比較例1とでは、細孔9の孔径、配置が異なる。その理由は、紡糸量を同じにし、燃料ガス量と回転体の寿命とを比較するためである。
実施例1の場合、比較例1に比べて、回転体4の周壁内面8Aから溶融ガラス落下位置26までの距離Aが短いため、周壁8に達するまでの流動ガラス12の温度降下が約25℃小さい。従って、溶融ガラス12の粘度上昇が小さくなる。このため回転体4の周壁8に穿孔された細孔9、9の孔径を小さくすることができる。従って、一次繊維27を二次繊維28に形成するための延伸バーナー13の燃料ガス量を減少することができる。
比較例1の場合、溶融ガラス12の温度降下が大きく、従って流動ガラス12の粘度が増加した。従って、細孔9、9の孔径を大きくする必要があった。更に、溶融ガラス12の粘度が大きいため、下段の孔径を中段より大きくする必要があった。得られた一次繊維27の径が大きいので、燃料ガス量が増加した。孔径の異なる細孔9を用いる必要があったことより、また、流動ガラス12の粘度が高かったことより、繊維径分布がバラついてしまった(図6参照)。その結果、触感が悪い、風綿(繊維長が極端に短い綿)が多い等繊維質も劣ることとなった。
なお、標準ガラスは、硬質ガラスと比べて繊維化温度(粘度を1000ポイズ以下にすることができるガラスの温度)が低い(80℃〜100℃)。従って、標準ガラスを使用する場合の回転体4の寿命は、高温の溶融ガラスに触れることによる回転体4の変形に基づくよりも、むしろ、ガラス粘度の増加による細孔9、9の摩耗による繊維径の増大や、繊維径分布の悪化により左右される。細孔の摩耗は、ガラスの温度が高く、ガラスの粘度が高い(硬い)場合、大きくなる。
比較例において、下段の細孔(孔径が大きい)は、延伸バーナー13の吐出口14から最も離れて位置する。従って、下段の細孔から噴出する一次繊維27の細繊化をコントロールすることが難しい。従って、下段の細孔の孔径が摩耗により大きくなると、繊維径の増大、繊維分布の悪化(拡大)を招き、回転体4を取替えなければならず、回転体4の寿命短を招来する。比較例での前記落下位置までの距離Ammが80mmになると、繊維質は劣った。
実施例2、比較例2
図1に示される製造装置を用い、硬質ガラスより、ガラス繊維を製造した(実施例2)。
また、図8に示される製造装置を用い、実施例2と同じ硬質ガラスより、ガラス繊維を製造した。図8に示される製造装置において、回転体4Aの底部11Aの底壁30Aと傾斜壁29Aとは、周壁8と共に同一厚さとされている。図8に示される製造装置には、保温部が設けられていない。
結果を表2に示す。
実施例2では、回転体4の周壁8の内面8Aから58mmの位置で溶融ガラス10を落下せしめた。この落下位置26では底部11が肉厚で、かつ保温部21の保温材21Aが具備されていた。従って、流動ガラス12の温度降下が小さく、流動ガラスの粘度を低いまま維持することができた。その結果、比較例2より孔径の小さい多数の細孔9、9から一次繊維27を製造することができ、同じ繊維径の二次繊維(ガラス繊維)を、より少ない燃料ガス(延伸バーナー13のための燃料ガス)量により紡糸することができた。
また、実施例2の装置は保温部21を具備していたので、回転体4の周壁8の温度バランスが良くなり、特に周壁8の下部の温度が1060℃に保たれた。従って、周壁8の下部での失透(結晶化)による細孔9の閉塞を生ずることもなく、細孔径の長期維持が可能になり、回転体4の長期寿命を可能になった。
本発明によれば、溶融ガラスの落下位置をなるべく周壁に近くした(周壁内面から75mm以下)ので、流動ガラスの温度降下を減少させることができ、従ってガラス粘度増大を防ぐことによるができる。このため、得られるガラス繊維の繊維質の向上が図られる。
上述のように、流動ガラスの温度降下が減少するので、燃料ガス量が減少し、製造コストの減少が図られる。
上述のように、流動ガラスの粘度増大を防ぐことができるので、細孔の閉塞を防ぐことができ、よって回転体の寿命を長くすることができる。細孔の閉塞を防ぐことができるので、ガラス繊維の生産性の低下が無い。
溶融ガラスの落下位置を、周壁内面から35mm以上としたので、落下する溶融ガラスが、環状フランジに触れることが防止され、従って、紡糸量の低下防止が図られる。
溶融ガラスの落下位置における回転体の底部の壁を厚くしたので、高温の溶融ガラスが落下しても、落下位置における回転体の変形、摩耗を防止することが可能となる。
傾斜壁の厚さを周壁に行くに従い薄く形成すれば、回転体の軽量化を図ることが可能となり、運転コストが低減される。この場合、溶融ガラスの落下位置における回転体の底部の壁が厚いので、たとえ傾斜壁の厚さを上述のように薄くしたとしても、回転体の強度が保持されることとなる。
回転体の下側の、溶融ガラスの落下位置から周壁近傍まで保温すれば、流動ガラスの温度低下、粘度増大をより効果的に防ぐことができる。
この場合において、溶融ガラスの落下位置より中心寄りの、保温が必要でない個所には保温部が形成されていないので、保温部維持費用が減少する。
傾斜壁の環状突起と保温皿の環状突起との間隔を1.0mm以下とすれば、保温材の外部への飛散は全くない。また、前記間隔を0.5mm以上とすれば、回転体の傾斜壁が変形したとしても、遊びがあるので、回転体の変形が防止され、回転体の強度が増加する。
Claims (7)
- 底部(11)と、該底部(11)の外周縁より上方に延出し多数の細孔(9)が形成されている周壁(8)と、該周壁(8)の上端より内方に延出する環状フランジ(25)とよりなる、垂直な回転軸(7)周りに高速回転可能な有底中空円筒状の回転体(4)を高速回転させ、
該回転体(4)の底部(11)に、溶融ガラス(10)を落下し、
回転体(4)の高速回転により生ずる遠心力により、前記細孔(9)を通して、前記溶融ガラス(10)を噴出させて、溶融ガラスをフィラメントとし、ガラス繊維を製造する、ガラス繊維製造方法において、
前記周壁(8)の内面(8A)から、前記環状フランジ(25)の内縁(31)よりも少なくとも10mm以上大きく離れており、該内面(8A)から75mm以下離れており、かつ、底部(11)の壁が肉厚である位置(26)に、前記溶融ガラス(10)を落下させることを特徴とする、
ガラス繊維の製造方法。 - 前記回転体(4)の底部(11)が、平円板状の底壁(30)と、該周壁(30)の周りに配置され、外方に向かって上方に傾斜する傾斜壁(29)とよりなり、
該傾斜壁(29)の厚さ(k)は、前記底壁(30)との接続部分において最も厚く、周壁(8)に向かって漸減する、
請求の範囲1に記載の方法。 - 溶融ガラス(10)の落下位置(26)近傍から周壁(8)近傍まで、前記回転体(4)の底部(11)を保温する、請求項1記載のガラス繊維の製造方法。
- 垂直な回転軸(7)周りに高速回転可能な回転体(4)を含むガラス繊維製造装置であって、
前記回転体(4)が、有底中空円筒状であって、底部(11)と、該底部(11)の外周縁より上方に延出する周壁(8)と、該周壁(8)の上端より内方に延出する環状フランジ(25)とよりなり、
前記底部(11)が、平円板状の底壁(30)と、該周壁(30)の周りに配置され、外方に向かって上方に傾斜する傾斜壁(29)とよりなり、
前記底部(11)には、溶融ガラス(10)が供給され、
前記周壁(8)には、溶融ガラスが噴出しフィラメントに形成される、多数の細孔(9)が形成されている、ガラス繊維製造装置において、
前記傾斜壁(29)の厚さ(k)は、前記底壁(30)との接続部分において最も厚く、周壁(8)に向かって漸減し、
溶融ガラス(10)の回転体(4)への落下位置(26)が、前記周壁(8)の内面(8A)から、前記環状フランジ(25)の内縁(31)よりも少なくとも10mm以上大きく離れており、かつ、該内面(8A)から75mm以下離れている、
ことを特徴とする、ガラス繊維製造装置。 - 前記ガラス繊維製造装置が、更に延伸バーナー(13)を含み、
該延伸バーナー(13)は、前記回転体(4)の外周に配置され、
該延伸バーナー(13)は、前記周壁(8)の外面(15)の母線と並行に開口される吐出口(14)を有し、
前記細孔(9)から噴出されたフィラメントに、該延伸バーナー(13)で発生する火炎流(17)を吹き付け、フィラメントを細繊化する、
請求の範囲4に記載の装置。 - 前記回転体(4)の傾斜壁(29)の外周には、下方に延出する環状突起(8B)が形成され、
前記回転体(4)の底部(11)の下には、保温皿(20)が配設され、
前記保温皿(20)には、環状凹部(20A)と、保存皿(20)の周縁に環状突起(8B)とが形成されており、
前記保存皿の環状突起(8B)は、前記底部(11)の環状突起(8B)に対峙し、
前記環状凹部(20A)は、前記溶融ガラス(10)の落下位置(26)よりも内側に延び、また前記保存皿の環状突起(8B)まで延び、保温部(21)を形成する、
請求項3記載のガラス繊維製造装置。 - 傾斜壁(29)の環状突起(8B)と保温皿(20)の環状突起(20B)との間隙が、0.5〜1.0mmである、請求の範囲4記載のガラス繊維製造装置。
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