KR20050101209A - 유리를 주성분으로 한 필라멘트와 같은 필라멘트를생산하는데 사용되는 부싱용 보강 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 다수의 홀을 구비하며, 이 홀로부터 필라멘트, 특히 유리 필라멘트를 뽑는, 다수의 홀을 구비하는, 특히 부싱(bushing)의 바닥을 위한 보강 소자(1)로서, 적어도 하나의 수용 하우징을 한정하는 제 1 중공부분(12)과 상기 중공 부분(12)의 길이에 걸쳐 적어도 부분적으로 연장하는 제 2 부분(13)을 구비하는 보강 부재(10)와 상기 중공 부분의 수용 하우징으로 삽입되는 적어도 하나의 스티프너(40)를 포함하는, 보강 소자(1)에 있어서, 상기 스티프너(40)의 횡단면은 상기 중공 부분(12)의 내부 횡단면과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는, 보강 소자에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 섬유, 특히 유리 섬유를 방출하는 섬유화 설비에 관한 것이며, 보다 상세하게는 섬유화 설비의 구성요소 중 하나의 구성요소를 기계적으로 보강하는 것에 관한 것이다.
종래에, 섬유화 설비는 유리를 녹이는 노(furnace)에 연결된 급송장치로부터 나오는 용융 유리를 수용하는 유리 흐름 블록, 부싱 블록, 및 부싱을 포함한다. 이 부싱(bushing)은 다수의 필라멘트를 뽑아내기 위해 용융 유리가 흐르는 다수의 홀을 구비하는 판의 바닥에 제공된다.
이들 필라멘트는 그 직경이 5 내지 33㎛ 범위일 수 있으며 적어도 하나의 가닥(strand)을 형성하고 예를 들어 감기 위해 조립 디바이스 상에 수렴하는 적어도 하나의 시트에 수집된다. 그 용도에 따라, 이 가닥은 (절단된 가닥을 형성하기 위해) 절단되거나 또는 (연속하는 가닥 매트를 형성하기 위해) 벨트 상에 투입될 수 있다.
얻어진 제품은 주로 여러 보강 응용에 사용된다.
부싱은 전기적으로 전도성을 가지면서 아주 높은 온도에 대해 시간에 따라 내성이 있는 물질인 플래티늄(platinum)과 로듐(rhodium)의 합금으로 제조된다. 이 부싱은 부싱의 바닥에 있는 홀에서 용용 유리를 뽑을 수 있도록 유리를 용융 상태로 유지하기 위해 유리를 약 1100 내지 1400℃의 특정 온도에 유지하게끔 줄 효과(Joule effect)(저항 가열)에 의해 가열된다. 이 부싱은 2개의 단자를 부싱의 외부에 전기 접속 요소에 연결시켜 전기 변압기를 사용하여 가열되며, 각 단자는 부싱의 대향 단부 각각에 위치한다.
부싱의 단자는 이 단자를 부싱의 측벽에 용접하여 접착된다. 이 단자는 외부 접속 요소에 접속되도록 돌출된다.
부싱의 블록 측면 상에 부싱의 바닥과 거의 평행한 면에서 부싱 내부에는 용융 유리에 의해 가해지는 유체 정압(hydrostatic pressure) 중 일부를 흡수하기 위해 유리를 열적으로 조정하기 위해 의도된 스크린이 존재한다.
용융 유리는, 이 측면에, 스크린에, 및 부싱의 바닥에, 약 6000Pa의 높은 응력(stress)을 작용한다. 시간이 지남에 따라, 이들 응력은, 열과 결합하여, 부싱의 바닥과, 스크린과, 측면에 변형을 초래한다. 나아가, 부싱의 단자에 연결된 외부 전기 접속 요소가 부싱에 매달려 부싱에 대해 추가적인 기계적 장력을 가하며, 이는 또한 시간에 따라 부싱의 변형을 초래한다.
시간이 지남에 따라, 부싱의 구성 물질의 높은 변형은, 용융 유리의 유체 정압과 결합하여, 바닥과 스크린과 측면을 변형시키며, 결과적으로 가닥의 품질과 역가(titer) 균일성 문제 및 수율 문제를 초래한다.
부싱의 벽에 달려있는 요소의 장력(무게)과 선형 팽창은 또한 높은 기계적 응력을 유발한다.
부분적으로 부싱의 변형을 방지하기 위해서는, 부싱의 바닥의 상부 부분에 그리고 그 측면 사이에 부싱의 최대 길이 측면에 교차하게 부싱의 바닥 면에 교차하는 면에 놓여있는 복수의 상호 평행한 보강 요소를 추가하는 것으로 알려져 있다. 상세한 설명의 나머지 부분에서, 상부 및 하부라는 용어는 부싱을 통과하여 유리가 흐르는 방향에 대해 한정되며, 이 유리는 상부 부분 쪽에서부터 하부 부분 쪽으로 전달된다.
U.S. 특허 US 3 920 430은, 보강 요소 내에 세라믹 봉(rod)을 추가적으로 배치함으로써, 그 구성에 필요한 플래티늄이나 플래티늄 합금의 무게를 증가시키지 않으면서 벤딩 저항성을 증가시키는데 도움이 되는 보강 요소나 소자를 개시한다.
이 특허 문헌에서, 길이방향의 막대(bar)로 구성된 보강 요소는 중공 형태이며 세라믹 봉을 수용하는데, 이 세라믹 봉은 보강 막대의 단부 각각을 넘어 연장하며 부싱을 팩킹하기 위해 결합체(concrete)에 고정된다. 이 특허 문헌은 보강 막대의 상부 부분에 봉을 배치하여 이 막대의 상부 내벽에 지지되며 이 막대의 하부 부분에 빈 공간을 남겨둔다는 사실을 기술한다.
그러나, 특히 하부 부분에서 내부 빈 공간으로 인해 이 보강 막대는 벤딩 저항성이 충분치 않다. 나아가, 플래티늄이 변형하는 온도로 인해, 막대는 변형하며 그 하부 부분은 구부러지며 부싱의 바닥에 유리가 가하는 추력(thrust force)은 이 부싱을 변형시키고 만다.
도 1은 본 발명의 복수의 보강 소자들이 추가된 부싱의 바닥의 부분 사시도.
도 2는 본 발명의 보강 소자의 측면도.
도 3 및 도 4는 도 2의 변형예를 도시하는 도면.
도 5는 부싱의 스크린과 부싱의 바닥에 추가된 보강 소자의 여러 형태를 도시하는 횡단면도.
따라서, 본 발명의 목적은, 동작하는 시간에 따라 합금 변형으로 인한 벤딩 저항성을 증가시키고 열 레벨을 안정화시킬 수 있는 보강 소자를 제공하는 것이다.
다수의 홀을 구비하며, 이 홀로부터 필라멘트, 특히 유리 필라멘트를 뽑아내는, 다수의 홀을 구비하는, 특히 부싱(bushing)의 바닥을 위한 보강 소자로서, 적어도 하나의 수용 하우징을 한정하는 제 1 중공부분과 상기 중공 부분의 길이에 걸쳐 적어도 부분적으로 연장하는 제 2 부분을 구비하는 보강 부재(reinforcement piece)와 상기 중공 부분의 수용 하우징으로 삽입되는 적어도 하나의 스티프너(stiffener)를 포함하는, 보강 소자는, 상기 스티프너의 횡단면이 상기 중공 부분의 내부 횡단면과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 한다.
일 특징에 따라, 이 소자는 밀봉 방식으로 나머지 공간을 채우기 위해 중공 부분의 내부 벽과 스티프너 사이에 중공 부분의 수용 하우징에 배치된 추가적인 내화 물질을 포함한다. 이 추가적인 내화 물질은 바람직하게는 내화 플라스틱 절연체이다.
유리하게, 이 스티프너는, 중공 부분이 만들어진 물질의 고온 내변형성(hot creep resistance)보다 더 큰 고온 내변형성을 갖는 적어도 하나의 물질로 만들어진다. 이 물질은 적어도 99.5%의 순도와 바람직하게는 99.7 내지 99.8%의 순도를 갖는 알루미나(alumina)와 같은 세라믹 유형일 수 있다. 이 물질은 또한 철을 주성분으로 하거나 니켈을 주성분으로 하거나 티타늄을 주성분으로 한 ODS 합금일 수 있다.
본 소자의 다른 특징에 따라, 중공 부분은 단일 방향으로 연장하는 직사각형 형상을 가지거나, 또는 그렇지 않고 중공 부분은 2개의 다른 방향을 따라 연장하며 접합면에서 접하는 2개의 부분을 포함하는 역 V자 형상을 가질 수 있다. 역 V자 형상을 가지는 변형예에서, 중공 요소의 2개의 부분은 적어도 하나의 스티프너가 삽입되는 2개의 각 수용 하우징을 구성한다.
다른 특징에 따라, 중공 부분은 단일 부재로 만들어지거나 또는 그렇지 않고 중공 부분이 2개의 부분으로 만들어지는 변형예에서는 중공 부분은 서로 고정되는 2개의 부재로 만들어질 수 있다.
또 다른 특징에 따라, 중공 부분은 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형, 심각형 또는 사다리꼴 형상의 횡단면을 가진다.
바람직하게는 보강 부재는 플래티늄 합금으로 만들어진다.
마지막으로, 보강 부재의 바디는 제 2 부분 맞은편 측면에 있고 중공 부분의 길이에 걸쳐 적어도 부분적으로 연장하는 제 3 부분을 가진다.
본 발명에 따라, 적어도 하나의 보강 소자는 유리하게 부싱에 사용될 수 있으며, 이 보강 소자나 소자들은 부싱의 최대 긴 측면에 교차하는 면으로 연장하며 상기 스티프너 또는 스티프너들의 단부는 중공 부분으로부터 연장하며 부싱을 팩킹하기 위해 결합체에 고정되며, 전체 조립체는 이에 의해 변형되지 않는 블록을 형성한다.
일 특징에 따라, 이 소자는 보강 부재의 제 2 부분의 길이 방향 자유 단부와 보강 부재의 중공 부분의 측방향 자유 단부를 접착함으로써 바닥에 접착된다.
다른 특징에 따라, 부싱은 보강 소자나 소자들의 상부에 배치된 스크린을 포함하며, 상기 보강 부재의 제 3 부분은 이 스크린에 고정된다.
본 발명의 다른 잇점과 특징은 이제 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 기술된다.
도 1은, 부싱(상세하게는 도시되어 있지 않음)의 바닥(2)의 판(20)에 추가되며 예를 들어 용융 유리로부터 유리 필라멘트를 방출할 수 있는 섬유화 설비 부분을 형성하기 위한 본 발명의 몇몇 보강 소자(1)를 도시한다.
바닥(2)은 긴 측면이라고 불리우는 대향하는 측면(21)과, 짧은 측면이라고 불리우는 긴 측면과 수직한 더 짧은 측면(22)을 가지고 있는 직사각형 판(20)을 포함한다. 이 긴 측면(21)은 판(20)의 상부면(2a)으로부터 연장하는 수직 플랜지(23)를 구비한다.
판(20)의 하부면(2b)에는 홀(hole)을 통해 가공된 니플(nipple)(3)이 배열되어 있으며 이 홀로부터 유리를 필라멘트로 뽑아낸다.
이 소자(1)는 예를 들어 2개의 이중 열(double row) 사이에 있는 니플에 의해 유리의 흐름을 방해하지 않도록 니플의 열 사이에 삽입되도록 배치된다.
도 2 내지 도 4에 상세히 도시되어 있는 바와 같이 각 보강 소자(1)는 보강 부재(10)와 적어도 하나의 스티프너(40)를 포함한다.
이 보강 부재(10)는, 중앙 제 1 중공 부분(12)과, 스커트(skirt)라고 불리우며 중공 부분(12)의 전체 길이 또는 일부에 걸쳐 연장하는 제 2 하부 부분(13)을 가지는 길이가 긴 바디(longitudinal body)(11)를 포함한다.
이 소자는, 바디(11)가 긴 측면(21)에 교차하는 방향으로 연장하도록 바닥(2)에 결합되며, 중공 부분의 대향하는 측방향 자유 단부(14, 15)는 플랜지(23)에 고정되며 이들 플랜지로부터 돌출되어 있으며, 상기 바디의 스커트(13)의 길이방향 단부(13a)는 판(20)의 상부면(2a)에 고정된다.
보강 부재의 무게를 제한하기 위해, 스커트(13)는 유리하게는 홀(도 4)로 가공되거나 또는 그 밖에 중공 부분(12)(미도시)의 길이를 따라 서로 이격되어 있는 몇 개의 부분으로 구성될 수 있다.
보강 부재의 중앙 중공 부분(12)은 적어도 하나의 스티프너(40)에 대해 적어도 하나의 수용 하우징을 한정하며, 상기 스티프너의 단부(41, 42)는 삽입된 후 중공 부분의 각 측방향 단부(14, 15)로부터 돌출한다.
이 스티프너의 단부(41, 42)는 부싱을 팩킹하기 위해 결합체(미도시)에 고정된다. 이것에 의해 부싱과 팩킹 결합체에 의해 형성된 조립체의 완전한 통합이 이루어지며 이는 변형될 수 없다.
중공 부분(12)은 여러 형상(도 5), 예를 들어 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형, 삼각형 또는 사다리꼴 형상의 횡단면을 가질 수 있으며, 스티프너(40)는 바람직하게는 하우징에 밀봉되게 삽입하기 위하여 중공 부분의 내부 횡단면과 실질적으로 동일한 횡단면을 가진다.
중공 부분(12)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 단일 방향을 따라 연장할 수 있다. 대략 동일한 횡단면을 갖는 봉(rod)의 형태인 단일 스티프너(40)는 수용 하우징 내에 배치된다.
일 변형예(도 4)로서, 중공 부분(12)은 스커트(13)와 반대쪽 측면에 바디의 상부 부분에 그리고 접합면(P)에서 교차하는 2개의 방향을 따라 연장하여 2개의 부분(12a 및 12b)을 형성할 수 있으며, 그리하여 전체 조립체는 지붕 트러스(roof truss) 방식으로 역 V자 형상의 횡단면을 가져서 잘 알려진 바와 같이 더 우수한 벤딩 저항성을 나타낸다.
이 구성은 단일 부재로 제조되거나 또는 이와 달리 접합면(P)을 따라 용접된 적어도 2개의 부재로 제조된다. 이 변형예에서, 부분(12a, 12b)은 2개의 각 스티프너(40)에 대해 적어도 2개의 수용 하우징을 제공하며, 이 스티프너(40)의 단부는 접합면(P)에서 그 전체 면에 걸쳐 인접하여야 한다.
보강 부재(10)의 바디(11)는 부싱의 바닥과 유사하거나 유사하지 않을 수 있는 플래티늄 합금 물질로 만들어지는 반면, 스티프너(40)는 보강 부재가 만들어진 물질의 고온 변형 강도(hot creep strength)보다 더 큰 고온 변형 강도를 갖고 플래티늄과는 다른 물질로 만들어진다. 이 보강 소자는 중앙 부분(12)이 꽉차있고 플래티늄으로 만들어지는 경우보다 더 가볍다.
스티프너(40)의 물질은, 알루미나, 실리콘 질화물이나 지르코니아와 같은 세라믹 유형의 물질, 또는 그 밖에 니켈을 주성분으로 하거나 철을 주성분으로 하거나 티타늄을 주성분으로 하는 (ODS : Oxide-Dispersion-Strengthened) 합금 유형이거나 또는 그 밖에 내화 합금 유형, 특히 텅스텐을 주성분으로 하거나 몰리브덴이나 니오븀을 주성분으로 하는 합금 유형의 물질일 수 있으나, 이 유형의 합금은 고가이다.
세라믹 유형 물질은 플래티늄과 공융(eutectic)을 형성하지 않는 잇점을 제공한다.
ODS 합금 유형 물질은 약 1500 내지 근 1700℃의 매우 높은 온도에서 사용될 수 있는 잇점을 제공한다.
유리하게는, 추가적인 내화 물질(50)이 제공되며, 이것은 수용된 후에 부분(12)의 내부 벽과 스티프너(40) 사이에 남아있는 공간으로 삽입되어 하우징 내 스티프너(40)를 고정시켜 중공 부분(12)의 변형을 방지하도록 밀봉된다. 이 물질(50)은, 예를 들어, 레프락톨(Re'fractol) 사로부터 구입가능한 물질 REFRACTOL(등록상표)과 같은 내화 플라스틱 절연체이다.
그리하여, 종래 기술에서와 같이 내부 봉 주위로 중공 보강 부재를 변형시켜 스커트가 구부러지고 바닥이 변형될 수 있는 위험이 없는 전체 보강 부재의 완전한 강성이 제공된다. 나아가, 중공 부분(12) 내에는 공간이 존재하지 않음으로써, 종래 기술과는 달리 플래티늄이 스티프너에서 승화되는(sublimed) 것이 방지된다. 따라서, 플래티늄 손실이 최소화되며, 부싱의 동작 종료 후에 플래티늄을 회수할 때 비용 절감을 할 수 있다.
바디(11)는, 먼저 바닥의 상부 면(2a)에 하부 부분의 길이방향 단부(13a)를 고정하고 다음으로 플랜지(23)에서 나오는 중공 부분의 대향하는 측방향 자유 단부(14, 15)를 고정하여 용접함으로써 부싱의 바닥(2)에 접착된다.
선택적으로 및 바람직하게는 바디(11)는 하부 부분(12)으로부터 반대 쪽 측면에 배치되며 중공 부분(12)의 전체 길이나 일부 길이에 걸쳐 연장하는 상부 제 3 부분(17)을 포함한다. 이 상부 부분(17)은 부싱의 스크린(4)을 지지하여 이 스크린이 변형하지 않도록 하는데 사용된다. 이 상부 부분(17)은 (처음 며칠 동안의 동작 동안 가열된 후에) 부싱의 동작 동안 금속의 확산에 의해 자발적으로 스크린에 접착된다.
상부 부분의 이 추가적인 접착은 부싱의 모든 요소들이 완전히 고정되는 것을 보장한다.
따라서 부싱은 변형될 수 없는 강성의 블록을 구성한다. 열적 이미지와 헤드 손실이 간직된다. 부싱의 동작은 이에 의해 용이하게 되며 특히 조정을 위한 섬유화 공정에 대해 인터럽트를 회피한다. 얻어진 제품의 품질은 시간에 따라 일정하며 제조 수율은 더 향상된다.
전술된 바와 같이, 본 발명은 유리 필라멘트를 방출하는 부싱을 위한 보강 소자에 사용가능하다.
Claims (18)
- 다수의 홀을 구비하며, 이 홀로부터 필라멘트, 특히 유리 필라멘트를 뽑아내는, 다수의 홀을 구비하는, 특히 부싱(bushing)의 바닥을 위한 보강 소자(1)로서, 적어도 하나의 수용 하우징을 한정하는 제 1 중공 부분(12)과 상기 중공 부분(12)의 길이에 걸쳐 적어도 부분적으로 연장하는 제 2 부분(13)을 구비하는 보강 부재(10)와 상기 중공 부분의 수용 하우징으로 삽입되는 적어도 하나의 스티프너(40)를 포함하는, 보강 소자(1)에 있어서,상기 스티프너(40)의 횡단면은 상기 중공 부분(12)의 내부 횡단면과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는, 보강 소자.
- 제 1 항에 있어서, 밀봉 방식으로 나머지 공간을 채우기 위하여 상기 중공 부분의 내부 벽과 상기 스티프너(40) 사이에 상기 중공 부분(12)의 수용 하우징에 배치된 추가적인 내화 물질(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 보강 소자.
- 제 2 항에 있어서, 상기 추가적인 내화 물질(50)은 내화 플라스틱 절연체인 것을 특징으로 하는, 보강 소자.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스티프너(40)는 상기 중공 부분(12)이 만들어진 물질의 고온 내변형성(hot creep resistance)보다 더 큰 고온 내변형성을 갖는 적어도 하나의 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 보강 소자.
- 제 4 항에 있어서, 상기 스티프너(40) 물질은 세라믹 유형인 것을 특징으로 하는, 보강 소자.
- 제 5 항에 있어서, 상기 스티프너(40) 물질은 적어도 99.5%의 순도 및 바람직하게는 99.7% 내지 99.8%의 순도를 갖는 알루미나(alumina)인 것을 특징으로 하는, 보강 소자.
- 제 4 항에 있어서, 상기 스티프너(40) 물질은 철을 주성분으로 하거나 니켈을 주성분으로 하거나 티타늄을 주성분으로 한 ODS 합금 유형인 것을 특징으로 하는, 보강 소자.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중공 부분(12)은 단일 방향을 따라 연장하는 직사각형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는, 보강 소자.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중공 부분(12)은 2개의 상이한 방향을 따라 연장하며 접합면(P)에서 접하는 2개의 부분(12a, 12b)을 포함하는 역 V 자형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는, 보강 소자.
- 제 9 항에 있어서, 상기 중공 요소의 2개의 부분(12a, 12b)은 적어도 하나의 스티프너(40)가 삽입되는 2개의 각 수용 하우징을 구성하는 것을 특징으로 하는, 보강 소자.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중공 부분(12)은 단일 부재로 만들어진 것을 특징으로 하는, 보강 소자.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 중공 부분(12)의 2개의 부분(12a, 12b)은 서로 고정된 2개의 각각의 부재로 만들어진 것을 특징으로 하는, 보강 소자.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중공 부분(12)은 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형, 삼각형 또는 사다리꼴 형상의 횡단면을 가지는 것을 특징으로 하는, 보강 소자.
- 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강 부재(10)는 플래티늄(platinum) 합금으로 만들어진 것을 특징으로 하는, 보강 소자.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강 부재의 바디(11)는 상기 제 2 부분(13)과는 반대쪽 측면에 있고 상기 중공 부분(12)의 길이에 걸쳐 적어도 부분적으로 연장하는 제 3 부분(17)을 가지는 것을 특징으로 하는, 보강 소자.
- 홀(3)을 구비하며 이 홀로부터 필라멘트가 흐르는 바닥(2)과, 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 기재되어 있는 적어도 하나의 보강 소자(1)를 포함하는 필라멘트, 특히 유리 필라멘트를 방출하는 부싱(bushing)으로서, 상기 보강 소자 또는 소자들은 상기 부싱의 최대 긴 쪽 측면(21)과 교차하는 면에 연장하며, 상기 스티프너 또는 스티프너들(40)의 단부는 상기 중공 부분(12)으로부터 연장하며, 상기 부싱을 팩킹(pack)하기 위해 결합체(concrete)에 고정되는, 부싱.
- 제 16 항에 기재되어 있는 적어도 하나의 보강 소자(1)를 포함하는 부싱으로서, 상기 소자는 상기 보강 부재(10)의 제 2 부분(13)의 길이방향 자유 단부(13a)와 상기 보강 부재의 중공 부분(12)의 측방향 자유 단부(14, 15)를 접착함으로써 상기 바닥(2)에 접착되는 것을 특징으로 하는, 부싱.
- 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 보강 소자 또는 소자들(1)의 상부에 배치된 스크린(4)을 포함하며, 상기 보강 부재의 제 3 부분(17)은 상기 스크린에 고정되는 것을 특징으로 하는, 부싱.
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