KR20110130437A - 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치, 및 유리 섬유의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 효과적으로 저감시키는 것이 가능한 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치 및 이것을 사용한 유리 섬유의 제조 방법을 제공한다. 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(100)는 제 1 유리 용융조(12)와, 제 1 유리 용융조(12)로부터 하방으로 신장되는 도관(14)과, 제 1 유리 용융조(12)를 감압 분위기에 노출시키기 위한 흡인 장치(18)와, 도관(14)의 하방에 설치되고 대기압 분위기에 노출되는 제 2 유리 용융조(20)와, 제 2 유리 용융조(20)의 저부에 설치되고 다수의 노즐(22a)을 갖는 부싱(22)을 구비한다.
Description
본 발명은 유리 섬유를 방사하기 위해서 유리 원료를 용융하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치, 및 이것을 사용한 유리 섬유의 제조 방법에 관한 것이다.
용융 유리를 섬유화하여 복수의 유리 섬유로 하고, 이것을 집속하여 유리 섬유사로서 방사하는 유리 섬유의 제조에 있어서의 대표적인 용융 방법으로서, 다이렉트 멜트법과 마블 멜트(marble melt)법이 있다. 다이렉트 멜트법은 유리 원료인 각종 광물질의 분말이나 입상물을 배합하여 용융로에 투입하고, 이것을 용융하여 용융 유리로 하는 방식이다. 한편, 마블 멜트법은 용융 유리를 굳힌 마블이라고 불리는 유리 덩어리를 용융로에서 재용융하여 용융 유리로 하는 방식이다(예를 들면, 특허문헌 1).
이와 같이 유리 섬유의 방사에 있어서는, 광물질의 유리 원료나 유리 덩어리 등의 고형 원료를 용융하게 되지만, 용융시에 발생하는 기포가 문제가 된다. 발생하는 기포로서는, 용융로에 원료 투입할 때 끌어들인 거품에 의한 기포, 원료에 포함되는 휘발 성분(탄산염, 황산염, 산화물)에 의한 기포, 용융로의 지르코니아 벽돌과의 계면에서 발생하는 기포, 용융로의 백금과의 반응에 의해 발생하는 기포 등을 들 수 있다.
이들 기포의 존재에 의해, 그 후의 방사에 있어서 유리 섬유 중에 기포가 존재해 버리면, 유리 섬유사의 방사시에 절단의 트러블이 일어나거나, 방사된 유리 섬유사를 보강재로 하는 성형품의 기계적 강도나 전기 절연성 등의 저하를 초래하거나 할 우려가 있다.
그래서, 유리 원료나 고형 원료에 청징(淸澄)제를 첨가하거나, 특허문헌 1과 같이 용융로의 유출구에 밸브를 장착하거나 하여, 기포를 감소시키고 있다.
그러나, 청징제를 첨가하는 것은 환경 문제나 비용면에서 바람직하지 못하고, 또한 특허문헌 1과 같이 용융로의 유출구에 밸브를 장착하는 것으로는, 기포의 혼입을 효과적으로 저감시킬 수는 없었다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 효과적으로 저감시키는 것이 가능한 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치 및 이것을 사용한 유리 섬유의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치는 제 1 유리 용융조와, 제 1 유리 용융조로부터 하방으로 신장되는 도관과, 제 1 유리 용융조를 감압 분위기에 노출시키기 위한 제 1 흡인 장치와, 도관의 하방에 설치되어 대기압 분위기에 노출되는 제 2 유리 용융조와, 제 2 유리 용융조의 저부에 형성되고 다수의 노즐을 갖는 부싱을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 유리 용융 장치에서는, 제 1 유리 용융조에 있어서 감압 분위기 하에서 유리를 용융함으로써, 용융 유리로부터 기포를 제거할 수 있다. 따라서, 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 효과적으로 저감시키는 것이 가능해진다.
제 1 유리 용융조, 도관, 제 2 유리 용융조, 및 부싱의 각각은 독립적으로 온도 조정 가능한 가열 수단을 구비하면 바람직하다. 이와 같이 하면, 제 1 유리 용융조, 도관, 제 2 유리 용융조, 및 부싱을 각각 독립적으로 온도 조정함으로써, 각 영역에서 최적인 온도 조건을 부여할 수 있어 리보일에 의한 기포 발생을 억제할 수 있다.
도관의 상부 또는 제 1 용융조와, 도관의 하부에는 각각 전극부가 형성되고, 도관은 통전 가열되면 바람직하다. 유리 섬유의 제조에 있어서는, 단위 시간당 방사되는 유리 중량이 작고, 반입 열량이 적기 때문에 도관의 도중에 용융 유리가 냉각되어 굳어질 우려가 있다. 이로 인해, 전극부를 개재하여 도관 자체를 통전 가열함으로써, 용융 유리의 냉각을 억제할 수 있다.
도관의 하부에는 도관으로부터 분기되어 상방을 향하여 신장되는 도관 분기부가 형성되어 있고, 도관의 상부 또는 제 1 용융조와, 도관 분기부에는 각각 전극부가 형성되고, 도관 및 도관 분기부는 통전 가열되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 도관의 하단부로부터 분기된 도관 분기부에 전극부를 형성함으로써, 전극부와의 접속부와 도관 사이에 소정 거리를 둘 수 있기 때문에, 도관의 하단부도 안정된 설정 온도로 승온시킬 수 있다. 이것에 의해, 도관에 도입된 용융 유리를 적절하게 승온시킬 수 있다.
제 1 유리 용융조 및 도관은 제 1 흡인 장치에 의해 감압되는 감압 하우징에 의해 덮여 있으면 바람직하다. 이와 같이 하면, 제 1 유리 용융조의 감압 제어가 용이해진다. 또한, 도관도 감압 하우징에 의해 덮음으로써, 감압에 의한 도관의 좌굴(坐屈)이 발생하기 어려워지기 때문에, 도관의 두께를 얇게 할 수 있다. 이것은 백금 등의 고가의 재료에 의해 도관을 제조하는 경우에 특히 유효하다.
도관의 하부와 감압 하우징은 수냉관을 갖는 플랜지를 개재하여 연결되어 있으면 바람직하다. 도관과 감압 하우징은 O 링 등의 패킹을 사용하여 밀폐하면 바람직하지만, 이 경우, 도관과 감압 하우징의 연결부의 온도를 패킹의 내열 온도 이하로 제어할 필요가 있다. 그러나 도관은 고온으로 되기 때문에, 이와 같이 수냉관을 갖는 플랜지를 개재하여 연결함으로써, 패킹을 사용하여 밀폐하는 것이 가능해진다.
제 1 유리 용융조, 도관, 및 제 2 유리 용융조는 적어도 내면이 백금 또는 백금 합금으로 형성되어 있으면 바람직하다. 내화물 벽돌로 이들을 형성한 경우, 용융 유리와의 계면 열화에 의해 이물이 혼입될 우려가 있지만, 적어도 내면을 백금 또는 백금 합금으로 형성함으로써, 이물의 혼입을 최소한으로 억제할 수 있다.
또한, 도관뿐만 아니라, 제 1 유리 용융조, 및 제 2 유리 용융조도 통전 가열할 수 있다.
제 2 유리 용융조의 하부에는 부싱이 복수 설치되어 있으면 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 생산성을 향상시킬 수 있고, 게다가 하나의 부싱에서 문제가 발생해도, 다른 부싱을 개재하여 방사를 계속함으로써, 안정된 유리 섬유의 제조가 가능하게 된다.
다수의 노즐을 갖는 부싱이 저부에 설치되어 있고 대기압 분위기에 노출되는 제 3 유리 용융조와, 제 2 유리 용융조와 제 3 유리 용융조를 연통시키는 연통관을 구비하면 바람직하다. 이와 같이 하면, 제 2 유리 용융조와 제 3 유리 용융조에서 각각 방사를 하고 있어서, 제 2 유리 용융조나 제 3 유리 용융조에서 문제가 발생해도, 문제가 발생한 용융조 하부의 부싱의 온도를 제어하여, 상기 부싱으로부터 방사되지 않도록 함으로써, 문제가 발생한 이외의 용융조 하부의 부싱으로부터 방사를 계속할 수 있어 안정된 유리 섬유의 제조가 가능하게 된다.
본 발명의 유리 섬유의 제조 방법은 상기한 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치를 사용한 유리 섬유의 제조 방법이다. 이 방법에서는, 제 1 유리 용융조에 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 투입하고, 감압 분위기 하에서 제 1 유리 용융조를 가열하여 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 용융하고, 또한 도관, 제 2 유리 용융조, 및 부싱의 각각을 가열하여 용융시킨 유리를 제 2 유리 용융조에 도입하고, 부싱의 노즐로부터 용융된 유리를 방사하여 유리 섬유를 제조하는 것을 특징으로 한다.
이 유리 섬유의 제조 방법에서는, 제 1 유리 용융조에 있어서 감압 분위기 하에서 유리를 용융함으로써, 유리로부터 기포를 제거할 수 있다. 따라서, 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 효과적으로 저감시키는 것이 가능해진다.
제 1 유리 용융조의 용융 유리 액면을 제 2 유리 용융조의 용융 유리 액면보다도 150㎝ 이상 높게 하면 바람직하다. 이 정도의 높이로 하면, 제 1 유리 용융조의 용융 유리 액면을 대기압과 비교하여 0.4기압 정도 이상 낮게 할 수 있다. 이 정도의 감압 분위기하로 하면, 용융 유리 중의 가스가 연속적으로 기존의 기포 내로 확산되어 기포 직경이 급격히 커짐으로써, 큰 탈포 효과를 얻을 수 있다.
환언하면, 제 1 유리 용융조의 용융 유리 액면을 대기압과 비교하여 0.4 내지 0.9기압 정도 낮아지도록, 도관의 길이나 제 1 유리 용융조의 용융 유리의 깊이를 적절히 설정하면, 큰 탈포 효과를 얻을 수 있다.
제 1 유리 용융조가 노출되는 감압 분위기의 기압과 대기압의 압력차가 일정해지도록, 제 1 흡인 장치에 의한 흡인량을 제어하면 바람직하다. 이와 같이, 대기압과의 압력차가 일정해지도록 제어함으로써, 대기압의 미소한 변동에 의한 용융 유리의 액면 변동을 억제할 수 있다.
제 2 유리 용융조의 용융 유리 액면의 높이에 기초하여, 제 1 유리 용융조로의 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료의 투입량을 제어하면 바람직하다. 또한, 제 2 유리 용융조의 용융 유리 액면의 면적은 제 1 유리 용융조의 용융 유리 액면의 면적 이상으로 하는 것을 특징으로 해도 좋다. 이와 같이 하면, 제 2 유리 용융조의 액위의 변동을 적게 할 수 있어 제 2 유리 용융조의 벽면과 용융 유리의 접촉면으로부터의 끌어들인 기포의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 방사하는 유리 섬유의 굵기의 변동을 억제하여, 유리 섬유의 번수(番手) 변동에 의한 성형품의 강도나 전기 특성의 편차를 억제할 수 있다.
그런데, 상기 유리 섬유 제조용 유리 용융조의 경우, 유리 섬유의 제조에 있어서는 단위 시간당 방사되는 유리 중량이 작기 때문에, 도관을 가열하지 않으면 용융된 유리가 도관 내에서 냉각되어 고화되어 버린다. 이로 인해, 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 시동시에 도관을 가열하는데, 이 가열시의 온도 상승에 의해, 도관 및 이 도관을 덮는 감압 하우징은 길이 방향으로 팽창된다. 그러나, 도관과 감압 하우징 사이에서는 큰 온도차가 발생하는 동시에 열팽창 계수도 상이한 점에서, 열팽창에 의한 신장량이 크게 상이해져 버린다. 이로 인해, 그 신축량의 차이에 의해 도관 및 감압 하우징이 파손될 가능성이 크다.
그래서, 본 발명은 또한 도관의 가열에 기인하는 도관 및 감압 하우징의 파손을 방지할 수 있는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치 및 이것을 사용한 유리 섬유의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치는 제 1 유리 용융조 및 도관을 덮고 제 1 흡인 장치에 의해 감압되는 감압 하우징과, 제 1 유리 용융조, 도관, 제 2 유리 용융조, 부싱을 각각 가열하는 가열 장치를 추가로 구비하고, 감압 하우징에는 신축 가능한 신축 하우징부가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치에서는, 제 1 유리 용융조에 있어서 감압 분위기 하에서 유리를 용융함으로써, 용융 유리로부터 기포를 제거할 수 있기 때문에, 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 효과적으로 저감시키는 것이 가능해진다. 그리고, 도관의 가열에 의해 승온된 도관 및 감압 하우징은 열팽창 계수의 차이나 온도차에 의해 그 신축량이 상이하지만, 신축 하우징부에 의해 감압 하우징을 신축시킴으로써, 양자의 길이를 일치시킬 수 있다. 이것에 의해, 승온에 의한 신축량의 차이에 의해 도관 및 감압 하우징에 부여하는 부하를 경감시킬 수 있기 때문에, 도관 및 감압 하우징의 파손을 방지할 수 있다.
이 경우, 감압 하우징에는 단열재가 수용되어 있고, 단열재의 적어도 일부는 탄성을 갖는 탄성 단열재인 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 도관 및 감압 하우징의 열팽창에 따라 탄성 단열재가 팽창되기 때문에, 단열재의 간극 발생에 의한 단열 효율의 저하를 억제할 수 있다.
그리고, 감압 하우징에는 단열재를 구획하는 구획 부재가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 구획 부재의 상부에 배치된 단열재가 구획 부재로 지지되기 때문에, 감압 하우징에 설치된 신축 하우징부에 작용하는 하중을 경감시킬 수 있다. 게다가, 도관 및 감압 하우징의 열팽창에 의해 발생하는 단열재의 간극의 위치가 특정되기 때문에, 탄성 단열재를 적절한 위치에 삽입할 수 있다.
또한, 탄성 단열재는 구획 부재의 부근에 수용되어 있는 것이 바람직하다. 도관 및 감압 하우징이 열팽창되면, 구획 부재에 의해 구획된 단열재 사이에 간극이 생기기 때문에, 이 구획 부재의 부근에 탄성 단열재를 수용함으로써, 단열재의 간극을 적절하게 메울 수 있다.
그리고, 감압 하우징에는 감압 하우징 내에 단열재를 삽입하기 위한 단열재 삽입구가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 도관 및 감압 하우징의 열팽창에 의해 단열재의 간극이 생겼다고 해도, 외부로부터 감압 하우징 내에 단열재를 삽입할 수 있기 때문에, 단열 효율의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 도관에는 굴곡 또는 만곡되어 도관을 신축시키는 신축 도관부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 도관과 도관 하우징에 있어서의 도관을 덮는 부분(도관 하우징부)의 길이의 어긋남이 교정되기 때문에, 도관과 도관 하우징의 길이를 일치시킬 수 있다.
본 발명에 따르는 유리 섬유의 제조 방법은 상기한 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치를 사용한 유리 섬유의 제조 방법으로서, 유리 섬유의 제조 시작 단계로서, 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 제 1 유리 용융조 및 제 2 유리 용융조의 적어도 한쪽에 투입하는 단계(1)와, 제 1 유리 용융조 및 제 2 유리 용융조의 적어도 한쪽을 가열하고, 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 용융하여, 도관의 하단부를 용융된 유리로 막는 단계(2)와, 계속해서, 제 1 유리 용융조를 감압 분위기에 노출시키는 단계(3)와, 제 1 유리 용융조, 도관, 제 2 가스 용융조, 부싱을 가열하여, 부싱의 노즐로부터 용융된 유리를 방사하는 단계(4)를 포함하고, 유리 섬유의 제조 시작 단계에, 도관의 열팽창량과 감압 하우징의 열팽창량의 관계에 기초하여 신축 하우징의 신장량을 조정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 도관의 하단부를 용융된 유리로 막는 단계(2)를 효율적으로 행하기 위해서는, 단계(1)에 있어서, 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 제 2 유리 용융조에 투입하고, 단계(2)에 있어서, 제 2 유리 용융조를 가열하는 것이 바람직하다. 또한, 유리 섬유의 제조 시작 단계의 작업을 효율적으로 행하기 위해서, 단계(1)에 있어서, 제 1 유리 용융조에도 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 도관에 다량으로 유출하지 않을 정도로 투입하고, 단계(2)에 있어서, 제 1 용융조도 가열하는 것이 바람직하고, 또한, 단계(2)에 있어서, 도관도 가열하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명에 따르는 유리 섬유의 제조 방법에서는, 유리 섬유의 제조 시작 단계로서, 용융된 유리로 도관의 하단부를 막음으로써, 제 1 유리 용융조가 밀폐되기 때문에, 제 1 유리 용융조를 감압 분위기에 노출시킬 수 있다. 그리고, 제 1 유리 용융조에 있어서 감압 분위기 하에서 유리를 용융함으로써, 용융 유리로부터 기포를 제거할 수 있기 때문에, 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 효과적으로 저감시키는 것이 가능해진다. 그리고, 도관의 가열에 의해 승온된 도관 및 감압 하우징은 열팽창 계수의 차이나 온도의 차이에 의해 그 신축량이 상이하지만, 신축 하우징부에 의해 감압 하우징을 신축시킴으로써, 양자의 길이를 일치시킬 수 있다. 이것에 의해, 승온에 의한 신축량의 차이에 의해 도관 및 감압 하우징에 부여하는 부하를 경감시킬 수 있기 때문에, 도관 및 감압 하우징의 파손을 방지할 수 있다.
이 경우, 도관 및 감압 하우징의 승온에 따라, 감압 하우징 내에 단열재를 삽입하는 것이 바람직하다. 도관 및 감압 하우징이 승온되면 도관 및 감압 하우징이 열팽창되어 단열재에 간극이 생기지만, 외부로부터 감압 하우징 내에 단열재를 삽입함으로써, 단열 효율의 저하를 억제할 수 있다.
그런데, 유리 용융조에 있어서 용융 유리의 액위가 변동되면, 유리 용융조의 벽면과 용융 유리의 접촉면으로부터의 끌어들인 기포가 발생하는 경우가 많다. 그러나, 상기 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치에서는, 제 1 유리 용융조의 압력 변동에 의해 제 1 유리 용융조에 있어서의 용융 유리의 액위가 변동되기 때문에, 고형 원료를 제 1 유리 용융조에 투입할 때, 어떻게 하여 제 1 유리 용융조의 기압 변동을 억제할지가 중요한 문제가 된다.
그래서, 본 발명은 또한 고형 원료를 제 1 유리 용융조에 투입할 때, 제 1 유리 용융조의 압력 변동을 억제할 수 있는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치 및 이것을 사용한 유리 섬유의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치는 제 1 유리 용융조 및 도관을 덮고 제 1 흡인 장치에 의해 감압되는 감압 하우징과, 감압 하우징에 연결되어 제 1 유리 용융조에 투입하는 고형 원료가 수용되고, 고형 원료의 입구측에 설치된 제 1 개폐 기구와, 고형 원료의 출구측에 설치된 제 2 개폐 기구가 설치된 투입 용기와, 투입 용기 내를 감압하는 제 2 흡인 장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치에서는, 제 1 유리 용융조에 있어서 감압 분위기 하에서 고형 원료를 용융시킴으로써, 용융 유리로부터 기포를 제거할 수 있기 때문에, 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 효과적으로 저감시키는 것이 가능해진다. 그리고, 제 2 개폐 기구를 닫은 상태에서 투입 용기에 고형 원료를 투입하고, 제 1 개폐 기구 및 제 2 개폐 기구를 닫은 상태에서 투입 용기 내를 감압하고, 이어서 제 2 개폐 기구만을 열고 고형 원료를 제 1 유리 용융조에 투입함으로써, 제 1 유리 용융조를 대기압에 노출시키지 않고 고형 원료를 제 1 유리 용융조에 투입할 수 있기 때문에, 제 1 유리 용융조의 압력 변동을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 제 1 유리 용융조에 있어서의 용융 유리의 액위 변동이 억제되기 때문에, 제 1 유리 용융조의 벽면과 용융 유리의 접촉면으로부터의 끌어들인 기포의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 제 1 유리 용융조에 있어서의 용융 유리의 액위 변동이 억제되기 때문에, 제 2 유리 용융조에 있어서의 용융 유리의 액위 변동도 억제되어 제 2 유리 용융조의 벽면과 용융 유리의 접촉면으로부터의 끌어들인 기포의 발생을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 방사하는 유리 섬유의 굵기의 변동을 억제하여, 유리 섬유의 번수 변동에 의한 성형품의 강도나 전기 특성의 편차를 억제할 수 있다.
이 경우, 제 1 유리 용융조에는 투입 용기로부터 고형 원료가 투입되는 위치에 배치되고 개구가 형성된 용융조 내 용기가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 고형 원료를 직접 제 1 유리 용융조에 투입하면, 제 1 유리 용융조의 저부의 조류(早流)에 의해, 용융 유리로부터 기포를 제거하기 위한 충분한 체류 시간을 확보할 수 없을 우려가 있지만, 이와 같이 구성함으로써, 투입 용기로부터 투입된 고형 원료는, 용융조 내 용기에 있어서 용융된 후에, 개구로부터 유출되어 제 1 유리 용융조로부터 도관으로 흘러 간다. 이것에 의해, 제 1 유리 용융조 내에 있어서, 용융 유리로부터 기포를 제거하기 위한 충분한 체류 시간을 확보할 수 있기 때문에, 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 보다 효과적으로 저감시키는 것이 가능해진다.
그리고, 제 1 유리 용융조에는 용융 유리의 상부를 구획하는 상부 구획판이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 용융 유리로부터 제거된 기포가 용융 유리의 흐름에 따라 진행되는 것을 상부 구획판에 의해 저해할 수 있기 때문에, 이 기포가 도관으로 흘러 가는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 보다 효과적으로 저감시키는 것이 가능해진다.
또한, 제 1 유리 용융조에는 용융 유리의 하부를 구획하는 하부 구획판이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 제 1 유리 용융조에 있어서 용융된 용융 유리는 하부 구획판을 타고 넘은 후에 도관으로 흘러 가기 때문에, 용융 유리로부터 기포를 제거하기 위해서 충분한 체류 시간을 확보할 수 있는 동시에, 용융 유리로부터 제거된 기포가 제 1 유리 용융조의 저부의 조류를 타고 도관으로 흘러 가는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 보다 효과적으로 저감시키는 것이 가능해진다. 게다가, 완전히 용융되지 않은 고형 원료는 하부 구획판에 의해 진행이 저해되기 때문에, 이 고형 원료가 도관으로 흘러 가는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제 1 용융조에는 상기의 상부 구획판 및 하부 구획판의 적어도 한쪽이 설치되어 있는 것이 바람직하지만, 상부 구획판 및 하부 구획판의 양쪽 모두가 설치되어 있는 것이 보다 바람직하다.
또한, 제 1 흡인 장치와 제 2 흡인 장치는 동일하게 해도 좋다. 이와 같이 구성함으로써, 제 1 유리 용융조의 기압과 투입 용기 내의 기압을 용이하게 일치시킬 수 있다. 게다가, 하나의 흡인 장치에서 제 1 유리 용융조와 투입 용기의 쌍방을 감압시킬 수 있기 때문에, 비용을 저감시킬 수 있다.
본 발명에 따르는 유리 섬유의 제조 방법은 상기한 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치를 사용한 유리 섬유의 제조 방법으로서, 제 2 개폐 기구를 닫은 상태에서 제 1 개폐 기구를 열고 투입 용기에 고형 원료를 투입하고, 제 1 개폐 기구를 닫고 제 2 흡인 장치에 의해 투입 용기 내를 감압한 상태에서, 제 2 개폐 기구를 열고 제 1 유리 용융조에 고형 원료를 투입하고, 감압 분위기 하에서 제 1 유리 조를 가열하여 고형 원료를 용융하고, 도관, 제 2 유리 용융조, 및 부싱의 각각을 가열하여 용융한 용융 유리를 제 2 유리 용융조에 투입하고, 부싱의 노즐로부터 용융 유리를 방사하여 유리 섬유를 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 유리 섬유의 제조 방법에서는, 제 1 유리 용융조에 있어서 감압 분위기 하에서 고형 원료를 용융시킴으로써, 용융 유리로부터 기포를 제거할 수 있기 때문에, 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 효과적으로 저감시키는 것이 가능해진다. 그리고, 제 2 개폐 기구를 닫은 상태에서 투입 용기에 고형 원료를 투입하고, 제 1 개폐 기구 및 제 2 개폐 기구를 닫은 상태에서 투입 용기 내를 감압하고, 제 2 개폐 기구만을 열고 고형 원료를 제 1 유리 용융조에 투입함으로써, 제 1 유리 용융조를 대기압에 노출시키지 않고 고형 원료를 제 1 유리 용융조에 투입할 수 있기 때문에, 제 1 유리 용융조의 압력 변동을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 제 1 유리 용융조에 있어서의 용융 유리의 액위 변동을 억제할 수 있기 때문에, 제 1 유리 용융조의 벽면과 용융 유리의 접촉면으로부터의 끌어들인 기포의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 제 1 유리 용융조에 있어서의 용융 유리의 액위 변동이 억제되기 때문에, 제 2 유리 용융조에 있어서의 용융 유리의 액위 변동도 억제되어 제 2 유리 용융조의 벽면과 용융 유리의 접촉면으로부터의 끌어들인 기포의 발생을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 방사하는 유리 섬유의 굵기의 변동을 억제하여 유리 섬유의 번수 변동에 의한 성형품의 강도나 전기 특성의 편차를 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 효과적으로 저감시키는 것이 가능한 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치 및 이것을 사용한 유리 섬유의 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 도관의 가열에 기인하는 도관 및 감압 하우징의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 고형 원료를 제 1 유리 용융조에 투입할 때, 제 1 유리 용융조의 압력 변동을 억제할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 감압 하우징을 제거한 상태의 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 3은 도관의 하부에 있어서의 도관과 감압 하우징의 연결 모양을 도시하는 도이며, 도 3a는 일부 파단 정면도이며, 도 3b는 도 3a의 b-b선 단면도이다.
도 4는 제 2 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 5는 도관의 하부에 있어서의 도관과 감압 하우징의 연결 모양을 도시하는 도이며, 도 5a는 일부 파단 정면도이며, 도 5b는 도 5a의 b-b선 단면도이다.
도 6은 한 쌍의 전극부 사이에 개재되는 도관의 온도 분포를 도시하고 있다.
도 7은 제 3 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 일부를 확대한 단면도이며, 도 8a는 정면 단면도이며, 도 8b는 도 8a의 b-b선 단면도이다.
도 9는 도관의 하부에 있어서의 도관과 감압 하우징의 연결 모양을 도시하는 도이며, 도 9a는 일부 파단 정면도이며, 도 9b는 도 9a의 b-b선 단면도이다.
도 10은 제 4 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 일부를 확대한 단면도이며, 도 11a는 정면 단면도이며, 도 11b는 도 11a의 b-b선 단면도이다.
도 12는 도관 및 도관 하우징이 열팽창된 상태를 도시한 도이다.
도 13은 제 5 실시형태에 있어서의 도관의 일부 확대도를 도시한 도이며, 도 13a 내지 도 13d는 도관의 변형예를 도시한 도이다.
도 14는 제 6 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 15는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 16은 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 17은 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 18은 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 19는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 20은 감압 탈포하지 않고 대기압하에서 용융 유리를 얻고, 용융조 중의 용융 유리의 정수(靜水)압에 의해 부싱의 노즐로부터 용융 유리를 유하시켜 냉각 고화시킨 유리 덩어리(도 20a)와, 도 1의 유리 용융 장치에 의해 용융 유리를 감압 탈포하여 용융 유리를 얻고, 마찬가지로 제작한 유리 덩어리(도 20b)를 현미경으로 관찰한 사진이다.
도 2는 감압 하우징을 제거한 상태의 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 3은 도관의 하부에 있어서의 도관과 감압 하우징의 연결 모양을 도시하는 도이며, 도 3a는 일부 파단 정면도이며, 도 3b는 도 3a의 b-b선 단면도이다.
도 4는 제 2 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 5는 도관의 하부에 있어서의 도관과 감압 하우징의 연결 모양을 도시하는 도이며, 도 5a는 일부 파단 정면도이며, 도 5b는 도 5a의 b-b선 단면도이다.
도 6은 한 쌍의 전극부 사이에 개재되는 도관의 온도 분포를 도시하고 있다.
도 7은 제 3 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 일부를 확대한 단면도이며, 도 8a는 정면 단면도이며, 도 8b는 도 8a의 b-b선 단면도이다.
도 9는 도관의 하부에 있어서의 도관과 감압 하우징의 연결 모양을 도시하는 도이며, 도 9a는 일부 파단 정면도이며, 도 9b는 도 9a의 b-b선 단면도이다.
도 10은 제 4 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 일부를 확대한 단면도이며, 도 11a는 정면 단면도이며, 도 11b는 도 11a의 b-b선 단면도이다.
도 12는 도관 및 도관 하우징이 열팽창된 상태를 도시한 도이다.
도 13은 제 5 실시형태에 있어서의 도관의 일부 확대도를 도시한 도이며, 도 13a 내지 도 13d는 도관의 변형예를 도시한 도이다.
도 14는 제 6 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 15는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 16은 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 17은 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 18은 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 19는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 20은 감압 탈포하지 않고 대기압하에서 용융 유리를 얻고, 용융조 중의 용융 유리의 정수(靜水)압에 의해 부싱의 노즐로부터 용융 유리를 유하시켜 냉각 고화시킨 유리 덩어리(도 20a)와, 도 1의 유리 용융 장치에 의해 용융 유리를 감압 탈포하여 용융 유리를 얻고, 마찬가지로 제작한 유리 덩어리(도 20b)를 현미경으로 관찰한 사진이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
[제 1 실시형태]
도 1은 제 1 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 2는 감압 하우징을 제거한 상태의 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 제 1 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(이하, 「유리 용융 장치」라고도 한다.)(100)는, 제 1 유리 용융조(12)와, 도관(14)과, 감압 하우징(16)과, 흡인 장치(18)와, 제 2 유리 용융조(20)와, 부싱(22)을 구비하고 있다.
제 1 유리 용융조(12)는 투입된 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 수용하여 용융하는 것이며, 상방이 개구되어 있다.
이 제 1 유리 용융조(12)는 용융 유리, 유리 덩어리, 유리 원료의 용융을 위한 도시하지 않는 가열 수단을 구비하고 있다. 이 가열 수단으로서는 예를 들면 버너나 전기 히터라도 좋고, 또는 조에 접속한 전극으로부터 통전하여 조를 자기 발열시키는 것이라도 좋다. 자기 발열시키는 경우는, 조는 통전에 의해 발열되는 재료로 적어도 내벽이 형성되어 있으면 바람직하고, 예를 들면 백금이나 백금 합금으로 구성되어 있으면 바람직하다.
도관(14)은 제 1 유리 용융조(12)로부터 하방으로 신장되고 있고, 제 1 유리 용융조(12)에서 용융된 유리를 제 2 유리 용융조(20)로 보낸다. 이 도관(14)은 용융 유리의 가열을 위한 가열 수단(30)을 구비하고 있다. 이 가열 수단(30)은 도관(14)의 상부 및 하부에 형성한 플랜지상의 전극부(32)로부터 통전하여 자기 발열시키는 것이다. 따라서, 도관(14)은 통전에 의해 발열되는 재료로 형성되어 있고, 예를 들면 백금이나 백금 합금으로 구성되어 있다. 또한, 전극부(32)의 설치 위치는 도관(14)의 상부 대신, 제 1 용융조의 벽면으로 해도 좋다. 이 경우, 제 1 용융조의 가열 수단의 장해가 되지 않도록, 전극부(32)는 제 1 용융조의 저면부나 측면부 하방에 형성하는 것이 바람직하다.
감압 하우징(16)은 도관(14)의 하단이 돌출된 상태에서, 제 1 유리 용융조(12) 및 도관(14)을 기밀하게 덮고 있다. 감압 하우징(16)의 재질 및 구조는 기밀성 및 강도를 갖는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 스테인리스 등의 금속 재료로 형성되어 있으면 바람직하다.
이 감압 하우징(16)의 상벽에는 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 도입하는 도입구(16a)가 형성되어 있다. 도입구(16a)는 개폐 가능한 구조를 구비하고 있다. 또한, 감압 하우징(16)의 측벽에는 흡인 장치(18)에 접속된 감압을 위한 흡인구(16b)가 형성되어 있다. 또한, 감압 하우징(16)과 제 1 유리 용융조(12) 및 도관(14) 사이의 공간에는 단열재(24)가 설치되어 있으면 단열 효율이 향상되기 때문에 바람직하다.
흡인 장치(18)는 감압 하우징(16) 내의 가스를 진공 펌프에 의해 흡인하여 감압 하우징(16) 내를 감압 분위기로 한다.
제 2 유리 용융조(20)는 도관(14)의 하방에 설치되고, 도관(14)으로부터 공급되는 용융 유리를 수용하여 용융한다. 이 제 2 유리 용융조(20)는 상방이 개구되어 있고, 대기압 분위기에 노출되어 있다. 이 제 2 유리 용융조(20)는 용융 유리를 가열하기 위한 도시하지 않는 가열 수단을 구비하고 있다. 이 가열 수단으로서는, 예를 들면 버너나 전기 히터라도 좋고, 또는 조에 접속한 전극으로부터 통전하여 조를 자기 발열시키는 것이라도 좋다. 자기 발열시키는 경우는, 조는 통전에 의해 발열되는 재료로 적어도 내벽이 형성되어 있으면 바람직하고, 예를 들면 백금이나 백금 합금으로 구성되어 있으면 바람직하다.
부싱(22)은 제 2 유리 용융조(20)의 저부에 설치되어 있다. 이 부싱(22)은 방사를 위한 다수(예를 들면, 100 내지 4000 정도)의 노즐(22a)을 가지고 있다. 이 부싱(22)은 용융 유리의 가열을 위한 가열 수단을 구비하고 있다. 이 가열 수단은 부싱(22)에 형성한 도시하지 않는 전극으로부터 통전하여 자기 발열시키는 것이다. 따라서, 부싱(22)은 통전에 의해 발열되는 재료로 형성되어 있으며, 예를 들면 백금이나 백금 합금으로 구성되어 있다.
상기한 제 1 유리 용융조(12), 도관(14), 제 2 유리 용융조(20), 및 부싱(22)을 가열하는 가열 수단 각각은 독립적으로 온도 조정 가능하게 하고 있다.
여기서, 상기한 바와 같이, 감압 하우징(16)은 도관(14)도 덮고 있기 때문에, 도관(14)의 하부와 감압 하우징(16)의 연결이 중요하다. 그래서, 본 실시형태에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 도관(14)의 하부와 감압 하우징(16)은 수냉관(50)을 갖는 플랜지(40)를 개재하여 연결되어 있다. 또한, 도 3은 도관의 하부에 있어서의 도관과 감압 하우징의 연결 모양을 도시하는 도이며, 도 3a는 일부 파단 정면도이며, 도 3b는 도 3a의 b-b선 단면도이다.
보다 상세하게는, 이 플랜지(40)는 도관(14) 하부에 일체적으로 형성되어 플랜지상으로 형성된 전극부(32)를 끼워 넣는 위 플랜지(42)와 아래 플랜지(44)를 가지고 있다. 위 플랜지(42)는 볼트 등에 의해 감압 하우징(16)의 하단에 접속되어, 전극부(32)를 상측으로부터 끼워 넣는다. 아래 플랜지(44)는 도관(14)의 하단으로부터 삽통되고, 전극부(32)를 하방으로부터 끼워 넣는다. 이러한 위 플랜지(42) 및 아래 플랜지(44)는 환상의 부재로 예를 들면 스테인리스 등의 금속으로 형성되어 있고, 내측에는 단열재(24)가 배치되어 있다.
이와 같이, 위 플랜지(42)와 아래 플랜지(44)가 전극부(32)를 상하에서 끼워 넣은 상태에서, 이들이 일체적으로 볼트 등에 의해 연결되어 있다. 또한, 위 플랜지(42)와 전극부(32) 사이, 아래 플랜지(44)와 전극부(32) 사이에는 기밀성 및 전기 절연성을 확보하기 위한 패킹(46)이 형성되어 있다. 또한, 감압 하우징(16)과 위 플랜지(42) 사이에는 기밀성을 확보하기 위한 O 링(48)이 형성되어 있다. 이와 같이 하여, 도관(14)의 하부와 감압 하우징(16) 사이는 위 플랜지(42) 및 아래 플랜지(44)에 의해 기밀하게 사이에 개재된 전극부(32)에 의해 기밀성이 보지되고 있다.
여기서, 전극부(32)는 직접 통전에 의해 가열되기 때문에, 전극부(32) 자체가 고온이 된다. 따라서, 연결 부분에서의 온도는 300℃ 이상이 되고, O 링(48)이나 패킹(46)의 내열 온도 이상이 될 우려가 있는 점에서, 기밀성을 보지할 수 없게 될 우려가 있다. 그래서, 위 플랜지(42)와 아래 플랜지(44)에는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 수냉관(50)이 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, 수냉관(50)은 위 플랜지(42) 및 아래 플랜지(44)의 두꺼운 부분을 도려내어 형성되어 있다.
단, 수냉은 도관(14)을 냉각시켜 도관(14)을 흐르는 용융 유리의 온도를 저하시키는 것으로도 이어지기 때문에, 수냉관(50)의 위치는 도관(14)으로부터 가능한 한 떨어진 편이 좋다. 그러나, 수냉관(50)의 위치를 도관(14)으로부터 떨어지게 함으로써 감압 하우징(16)의 대형화로도 이어지기 때문에, 도관(14)으로부터의 거리가 90 내지 200mm 정도가 되도록 설계하는 것이 좋다. 또한, 수냉관(50)의 단면 형상은 원형이 바람직하지만, 가공성을 고려하면 직사각형이라도 좋다.
또한, 수냉관(50)은 O 링(48)이나 패킹(46)을 균일하게 냉각시키기 위해서, 주상(周狀)으로 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 수냉관(50)은 패킹(46)의 직하, 직상에 설치함으로써, 효율적으로 냉각을 행할 수 있다.
또한, 제 1 유리 용융조(12), 도관(14), 및 제 2 유리 용융조(20)는 적어도 내면이 백금 또는 백금 합금으로 형성되어 있으면 바람직하다. 상기 설명에서는, 통전 가열의 관점에서 이들 제 1 유리 용융조(12), 도관(14), 및 제 2 유리 용융조(20)가 백금 또는 백금 합금으로 형성해도 좋은 것을 설명했지만, 이물 혼입 방지의 관점에서는, 적어도 내면을 백금 또는 백금 합금으로 형성함으로써, 내화물 벽돌로 이들을 형성하는 경우에 발생할 수 있는, 용융 유리와의 계면 열화에 의한 이물의 혼입을 최소한으로 억제할 수 있다.
다음에, 상기한 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(100)를 사용한 유리 섬유의 제조 방법에 관해서 설명한다.
우선, 제 1 유리 용융조(12)에 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 투입한다. 유리 원료는 클레이, 라임스톤, 돌로마이트, 콜레마나이트, 실리카 샌드, 알루미나, 탄산칼슘, 탄산나트륨 등의 분말상의 혼합물이다. 용융 유리는 이 혼합물을 제 1 용융조에 투입하기에 앞서 미리 용융시킨 것이다. 유리 덩어리는 용융 유리를 일단 냉각 고화시킨 것이다.
한편, 흡인 장치(18)에 의해 감압 하우징(16) 내의 압력 손실이 대기압이 대해 0.4 내지 0.9기압 낮아지도록, 감압 하우징(16) 내를 감압한다. 또한, 용융 유리의 온도가 1350 내지 1550℃가 되도록 제 1 유리 용융조(12)를 가열하여, 상기 용융 유리, 유리 덩어리, 유리 원료를 용융한다.
또한, 도관(14), 제 2 유리 용융조(20), 및 부싱(22)의 각각을 독립적으로 가열한다. 각각의 온도는 도관(14)에서 1300 내지 1450℃, 제 2 유리 용융조(20)에서 1290 내지 1400℃, 부싱(22)에서 1250 내지 1300℃로 한다. 또한, 도관(14), 제 2 유리 용융조(20), 및 부싱(22) 중의 용융 유리의 온도보다 제 1 유리 용융조(12) 중의 용융 유리의 온도가 높아지도록 온도 제어하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 리보일에 의한 기포의 발생을 억제할 수 있다. 다음에, 제 1 유리 용융조(12)로부터 도관(14)을 통과시켜 제 2 유리 용융조(20)에 용융 유리를 도입한다. 그리고, 용융 유리를 부싱(22)의 노즐(22a)로부터 도시하지 않는 권취기에 의해 높은 텐션으로 권취됨으로써 용융 유리를 방사하여 섬유화한다. 하나의 노즐(22a)로부터의 용융 유리의 토출 유량은, 예를 들면 0.05 내지 5.0g/분이다.
이와 같이 제 1 유리 용융조(12)의 용융 유리를 감압 분위기하에 노출시킴으로써, 유리로부터 효과적으로 기포를 제거할 수 있다. 또한, 제 1 유리 용융조(12), 제 2 유리 용융조(20), 및 부싱(22)을 가열할 뿐만아니라 도관(14)도 가열하고, 게다가 독립적으로 온도 제어함으로써, 도관(14)에서 유리가 굳어지는 것을 억제할 수 있다. 즉, 유리 섬유의 제조에 있어서는, 단위 시간당 방사되는 유리 중량이 작고, 반입 열량이 적기 때문에 도관(14)의 도중에서 용융 유리가 냉각되어 굳어질 우려가 있지만, 본 실시형태에서는 상기 구성에 의해 도관(14)에서 유리가 굳어지는 것을 억제하고 있다.
여기서, 본 실시형태에서는, 제 1 유리 용융조(12)의 용융 유리 액면이 제 2 유리 용융조(20)의 용융 유리 액면보다도 150㎝ 이상 높은 상태에서 방사한다. 보다 바람직하게는, 230 내지 460㎝로 한다. 이 정도의 높이로 하면, 제 1 유리 용융조(12)의 용융 유리 액면을 대기압과 비교하여 0.4 내지 0.9기압 정도 낮게 할 수 있어 용융 유리 중의 가스가 연속적으로 기존의 기포 내로 확산되어 기포 직경이 급격히 커짐으로써, 큰 탈포 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제 1 유리 용융조(12)가 노출되는 감압 분위기, 즉 감압 하우징(16) 내의 기압과 대기압의 압력차가 일정해지도록, 흡인 장치(18)에 의한 흡인량을 제어한다. 이와 같이 함으로써, 대기압의 미소한 변동에 의한 용융 유리의 액면 변동을 억제할 수 있다.
제 1 유리 용융조(12)로의 용융 유리, 유리 덩어리, 유리 원료의 투입량은 제 2 유리 용융조(20)의 용융 유리 액면의 높이에 기초하여, 그 높이가 일정해지도록 제어한다. 또한, 제 2 유리 용융조(20)의 용융 유리 액면의 면적을 제 1 유리 용융조(12)의 용융 유리 액면의 면적 이상으로 한다. 이와 같이 하면, 제 2 유리 용융조(20)의 액위의 변동을 적게 할 수 있어, 제 2 유리 용융조(20)의 벽면과 용융 유리의 접촉면으로부터의 끌어들인 기포의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 방사하는 유리 섬유의 굵기의 변동을 억제하여, 유리 섬유의 번수 변동에 의한 성형품의 강도나 전기 특성의 편차를 억제할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 실시형태의 유리 용융 장치(100)에서는, 제 1 유리 용융조(12)에 있어서 감압 분위기 하에서 유리를 용융함으로써, 용융 유리로부터 기포를 제거할 수 있다. 따라서, 청징제를 사용하지 않고 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 효과적으로 저감시키는 것이 가능해진다. 예를 들면, 용융 유리를 감압 분위기 하에서 탈포하지 않고 대기 분위기 하에서 방사한 유리 섬유와 비교하여, 동일한 길이의 유리 섬유 중에 포함되는 기포의 수를 1/10 내지 1/1000로 감소시킬 수 있다.
또한, 제 1 유리 용융조(12), 도관(14), 제 2 유리 용융조(20), 및 부싱(22)의 각각은 독립적으로 온도 조정 가능한 가열 수단을 구비하기 때문에, 제 1 유리 용융조(12), 도관(14), 제 2 유리 용융조(20), 및 부싱(22)을 각각 독립적으로 온도 조정함으로써, 각 영역에서 최적인 온도 조건을 부여할 수 있고, 기포 발생을 억제하기 위한 리보일을 제어하기 쉬워진다.
또한, 도관(14)의 상부와 하부에는 각각 전극부(32)가 형성되어 통전 가열되기 때문에, 도관(14)에 있어서 용융 유리가 냉각되어 굳어지는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제 1 유리 용융조(12) 및 도관(14)은 흡인 장치(18)에 의해 감압되는 감압 하우징(16)에 의해 덮여 있기 때문에, 제 1 유리 용융조(12)의 감압 제어가 용이해진다. 또한, 도관(14)도 감압 하우징(16)에 의해 덮음으로써, 감압에 의한 도관(14)의 좌굴이 발생하기 어려워지기 때문에, 도관(14)의 두께를 얇게 할 수 있다. 이것은 백금 등의 고가의 재료에 의해 도관(14)을 제조하는 경우에 특히 유효하다.
또한, 도관(14)의 하부와 감압 하우징(16)은 수냉관(50)을 갖는 플랜지(40)를 개재하여 연결되어 있기 때문에, 도관(14)과 감압 하우징(16)을 패킹(46)이나 O 링(48)을 사용하여 밀폐하는 것이 가능해진다.
[제 2 실시형태]
다음에, 도 4 및 도 5를 참조하여, 제 2 실시형태에 관해서 설명한다. 제 2 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(200)는 기본적으로 제 1 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(100)와 동일한 구성을 하고 있다. 이로 인해, 이하에서는 제 1 실시형태와 상이한 점만 설명하고, 제 1 실시형태와 동일한 점의 설명을 생략한다.
도 4는 제 2 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 5는 도관의 하부에 있어서의 도관과 감압 하우징의 연결 모양을 도시하는 도이며, 도 5a는 일부 파단 정면도이며, 도 5b는 도 5a의 b-b선 단면도이다. 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(200)는 제 1 유리 용융조(12)와, 도관(214)과, 감압 하우징(16)과, 흡인 장치(18)와, 제 2 유리 용융조(20)와, 부싱(22)을 구비하고 있다.
도관(214)은 제 1 실시형태와 같이 제 1 유리 용융조(12)로부터 하방으로 신장되어 있고, 제 1 유리 용융조(12)에서 용융된 유리를 제 2 유리 용융조(20)로 보낸다. 그리고, 도관(214)의 하단부에 도관(214)으로부터 분기되는 도관 분기부(214a)가 형성되어 있다.
이 도관 분기부(214a)는 감압 하우징(16)의 하단부 부근에 있어서, 도관(214)의 하단부로부터 도관(214)을 덮도록 접혀 겹쳐져 있다. 그리고, 도관 분기부(214a)는 도관(214)으로부터 소정 거리 이간하는 동시에 도관(214)을 따라 연직 방향 상방을 향하여 신장되는 원통상으로 형성되어 있다. 이로 인해, 도관(214)과 도관 분기부(214a)에 의해 이중관이 형성된다. 그리고, 도관 분기부(214a)의 선단이 도관(214)과 수냉관(50) 사이에서 위 플랜지(42)와 아래 플랜지(44) 사이에 개재되는 전극부(32)에 접속되어 있다. 이로 인해, 전극부(32)와 도관(214)이 소정 거리 이간되어 있다. 이와 같이 하여, 도관(214)의 하부와 감압 하우징(16) 사이는 도관 분기부(214a)와 위 플랜지(44) 및 아래 플랜지(42)에 의해 기밀하게 사이에 개재된 전극부(32)에 의해, 기밀성이 보지되어 있다. 이로 인해, 흡인 장치(18)에 의한 흡인에 의해, 도관(214)과 도관 분기부(214a) 사이도 감압 분위기가 된다. 그리고, 도관 분기부(214a)는 도관(214)과 같이, 통전에 의해 발열되는 재료로 형성되어 있고, 예를 들면 백금이나 백금 합금으로 구성되어 있다. 이로 인해, 도관(214)으로의 통전은 전극부(32)로부터 도관 분기부(214a)를 개재하여 이루어진다.
그리고, 감압 하우징(16)과 도관(214) 사이에 수용되는 단열재(24)는 도관(214)과 도관 분기부(214a) 사이에도 수용되어 있다. 이로 인해, 전극부(32)와 도관(214) 사이에 형성되는 공간에 단열재(24)가 배치된다. 이것에 의해, 위 플랜지(42) 및 아래 플랜지(44)에 설치되는 수냉관(50)에 의한 냉각 작용이 도관(214)에 미치는 영향을 작게 할 수 있다.
또한, 아래 플랜지(44)에는 도관 분기부(214a)를 덮는 하우징(216)이 연결되어 있고, 이 하우징(216)과 도관 분기부(214a) 사이에도 단열재(24)가 수용되어 있다. 이것에 의해, 도관 분기부(214a)의 가열 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 도관 분기부(214a)와 하우징(216) 사이의 영역과, 도관 분기부(214a)와 도관(214) 사이의 영역은 도관 분기부(214a)에 의해 분단되어 있기 때문에, 흡인 장치(18)로 흡인해도, 도관 분기부(214a)와 하우징(216) 사이의 영역은 감압 분위기가 되지 않는다.
도 6은 한 쌍의 전극부 사이에 개재되는 도관의 온도 분포를 도시하고 있다. 또한, 도 6에 있어서, 도관(214)은 편의상 일직선상으로 신장하여 도시하고 있다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 전극부(32)로부터 통전 가열되면, 도관(214)의 중앙 부분에서는 온도 구배가 작게 설정 온도로 승온되지만, 전극부(32)와의 접속부 부근은 큰 온도 구배에 의해 단부를 향할수록 온도가 저하된다. 여기에서, 제 1 유리 용융조(12)측에 배치된 전극부(32)와의 접속부 부근에서는, 제 1 유리 용융조(12)로부터 도입된 용융 유리의 반입 열량에 의해, 도관(214)의 과냉각을 방지할 수 있다. 그러나, 제 2 유리 용융조(20)측에 배치된 전극부(32)의 접속부 부근에서는 이러한 반입 열량이 적기 때문에, 설정 온도 미만이 되어 과냉각될 가능성이 있다. 그래서, 도관(214)의 하단부로부터 분기된 도관 분기부(214a)의 선단에 전극부(32)를 접속함으로써, 전극부(32)와의 접속부와 도관(214) 사이에 소정 거리를 둘 수 있기 때문에, 도관(214)의 하단부도 안정된 설정 온도로 승온시킬 수 있다. 이것에 의해, 도관(214)에 도입된 용융 유리를 적절하게 승온시킬 수 있다. 또한, 도관(214)에 있어서의 용융 유리의 가열 영역을 확보하는 관점에서, 도관(214)으로부터 도관 분기부(214a)가 분기되는 위치를 가능한 한 하방에 배치하는 것이 바람직하다.
[제 3 실시형태]
다음에, 도 7 및 도 8을 참조하여 제 3 실시형태에 관해서 설명한다. 제 3 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(300)는 기본적으로 제 1 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(100)와 동일한 구성을 하고 있다. 이로 인해, 이하에서는 제 1 실시형태와 상이한 점만 설명하고, 제 1 실시형태와 동일한 점의 설명을 생략한다.
도 7은 제 3 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 8은 도 7에 도시하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 일부를 확대한 단면도이며, 도 8a는 정면 단면도이며, 도 8b는 도 8a의 b-b선 단면도이다. 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(300)는 제 1 유리 용융조(12)와, 도관(14)과, 감압 하우징(316)과, 흡인 장치(18)와, 제 2 유리 용융조(20)와, 부싱(22)을 구비하고 있다.
감압 하우징(316)은 제 1 유리 용융조(12)를 덮는 용융조 하우징(317a)과, 도관(14)을 덮는 도관 하우징(317b)에 의해 구성되어 있고, 도관(14)의 하단이 돌출된 상태에서, 제 1 유리 용융조(12) 및 도관(14)을 기밀하게 덮고 있다. 감압 하우징(316)의 재질 및 구조는 기밀성 및 강도를 갖는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 스테인리스 등의 금속 재료로 형성되어 있으면 바람직하다.
이 감압 하우징(316)과 제 1 유리 용융조(12) 및 도관(14) 사이의 공간에는 단열 효율을 향상시키기 위한 단열재(24)가 수용되어 있다. 이 단열재(24)는 제 1 유리 용융조(12) 및 도관(14)과 감압 하우징(316) 사이를 단열하는 것이며, 감압 하우징(316)의 온도를 내열 온도 이하로 하는 것이다. 따라서, 단열재(24)는 감압 하우징(316)의 온도를 내열 온도 이하로 하여 장기적으로 구조가 보지되는 재료로 형성되어 있고, 예를 들면, 형상 보지성이나 경제성이 우수한 내화 단열 벽돌(24a)이나, 탄성 구조를 갖는 탄성 단열재(24b)로 구성되어 있다. 또한, 탄성 단열재(24b)는, 예를 들면, 파이버 플랙스 등의 울계의 단열재로서, 글라스울 등으로 구성된다.
여기서, 상기한 바와 같이, 도관(14)이 가열 수단(30)에 의해 가열되면, 도관(14) 및 도관 하우징(317b)이 열팽창에 의해 신장된다. 그래서, 본 실시형태에서는 용융조 하우징(317a)에 수용되는 단열재(24)는 적층된 내화 단열 벽돌(24a)에 의해 구성되어 있고, 도관 하우징(317b)에 수용되는 단열재(24)는 적층된 내화 단열 벽돌(24a) 사이에 탄성 단열재(24b)가 삽입되어 구성되어 있다. 이것에 의해, 도관(14) 및 도관 하우징(317b)의 신장에 따라 탄성 단열재(24b)가 팽창되고, 도관 하우징(317b) 내가 항상 단열재(24)로 충전된 상태가 된다. 또한, 탄성 단열재(24b)는 임의의 위치에 있어서 내화 단열 벽돌(24a) 사이에 삽입해도 좋지만, 내화 단열 벽돌(24a)의 자중을 고려하면, 상부에 배치되는 내화 단열 벽돌(24a) 사이에 삽입하는 것이 바람직하다.
용융조 하우징(317a)은 유리 용융 장치(300)가 설치되는 건조물에 설치되어 있고, 예를 들면, 건물 바닥면에 재치되어 있다. 이로 인해, 용융조 하우징(317a)에 수용되는 단열재(24)는 이 건물의 바닥면으로 지지되고 있다.
이 용융조 하우징(317a) 상벽에는 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 투입하는 도입구(316a)가 형성되어 있다. 도입구(316a)는 개폐 가능한 구조를 구비하고 있다. 또한, 용융조 하우징(317a)의 측벽에는 흡인 장치(18)에 접속된 감압을 위한 흡인구(316b)가 형성되어 있다.
여기서, 상기한 바와 같이, 도관(14)이 가열 수단(30)에 의해 가열되면, 도관(14)은 1400℃ 정도까지 승온된다. 그런데, 도관 하우징(317b)은 단열재(24)에 의해 단열되는 동시에 외기에 노출되어 있기 때문에, 300℃정도까지밖에 승온되지 않는다. 이로 인해, 도관(14)과 도관 하우징(317b)의 온도차 및 그 열팽창율의 차이에 의해, 도관(14)의 열팽창량과 도관 하우징(317b)의 열팽창량이 상이하고, 그 길이에 어긋남이 생긴다. 그래서, 본 실시형태에서는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 도관 하우징(317b)의 몸통부의 일부에 길이 방향(상하 방향)으로 신축 가능한 신축 하우징부(360)가 설치되어 있다.
이 신축 하우징부(360)는 도관 하우징(317b)을 길이 방향으로 신축시키는 것이다. 신축 하우징부(360)는 제 2 유리 용융조(20)의 복사열에 의한 악영향을 억제하고, 장기 내구성이나 작업성을 고려하여, 도관 하우징(317b)의 길이 방향에 있어서 중앙보다 상부에 형성되어 있다. 그리고, 신축 하우징부(360)는 주름 상자부(361)와, 제 1 플랜지부(362)와, 제 2 플랜지부(363)와, 지지부(364)를 구비하고 있다.
주름 상자부(361)는 주름 상자상으로 굴곡되어 신축 가능하게 구성되어 있다. 또한, 주름 상자부(361)는 도관 하우징(317b)과 같은 횡단면을 가지고 있으며, 도관 하우징(317b)의 몸통부를 구성하고 있다. 이로 인해, 주름 상자부(361)의 재질 및 구조는 기밀성 및 강도를 갖는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 스테인리스 등의 금속 재료로 형성되어 있으면 바람직하다.
제 1 플랜지부(362)는 주름 상자부(361)의 상부에 있어서, 도관 하우징(317b)으로부터 돌출된 플랜지 위에 형성되어 있다. 제 2 플랜지부(363)는 주름 상자부(361)의 하부에 있어서, 도관 하우징(317b)으로부터 돌출된 플랜지 위에 형성되어 있다. 그리고, 제 1 플랜지부(362)와 제 2 플랜지부(363)는 주름 상자부(361)를 사이에 개재하도록 서로 대향하여 배치되어 있다.
지지부(364)는 제 1 플랜지부(362)와 제 2 플랜지부(363)를 신축 가능하게 지지하는 것이다. 이로 인해, 지지부(364)는 도관(14), 도관 하우징(317b) 및 도관 하우징(317b)에 수용되는 단열재(24)를 지지할 뿐인 내하중성을 가지며, 신축 가능한 구조에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 제 1 플랜지부(362) 및 제 2 플랜지부(363)에 나착(螺着)되는 복수개의 볼트 및 너트에 의해 구성된다. 그리고, 예를 들면, 볼트를 풀면, 제 1 플랜지부(362)와 제 2 플랜지부(363)의 이간 거리가 넓어져 신축 하우징부(360)가 신장되고, 볼트를 잠그면, 제 1 플랜지부(362)와 제 2 플랜지부(363)의 이간 거리가 좁아져 신축 하우징부(360)가 단축되는 구조로 되어 있다.
또한, 도관 하우징(317b)의 측벽에는 단열재(24)를 삽입하는 단열재 삽입구(370)가 형성되어 있다. 단열재 삽입구(370)는 단열재(24)를 삽입할 때의 작업성을 고려하여, 도관 하우징(317b)의 상부에 형성되어 있으며, 상세하게는, 적층된 내화 단열 벽돌(24a) 사이이며 탄성 단열재(24b)가 삽입된 위치에 형성되어 있다.
그리고, 도관 하우징(317b)은, 도 9에 도시하는 바와 같이, 도관(14)의 하부에 있어서 수냉관(50)을 갖는 플랜지(40)를 개재하여 연결되어 있다.
다음에, 상기한 유리 용융 장치(300)를 사용한 유리 섬유의 제조 방법에 관해서 설명한다.
우선, 유리 용융 장치(300)의 가동을 개시할 때는, 유리 섬유를 제조하는 유리 섬유의 제조 공정에 앞서, 유리 섬유의 제조 준비를 행하는 유리 섬유의 제조 시작 공정을 행한다.
이 유리 섬유의 제조 시작 공정에서는, 우선, 제 1 유리 용융조(12) 및 제 2 유리 용융조(20)에 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 투입한다. 유리 원료는, 클레이, 라임스톤, 돌로마이트, 콜레마나이트, 실리카 샌드, 알루미나, 탄산칼슘, 탄산나트륨 등의 분말상의 혼합물이다. 용융 유리는 이 혼합물을 제 1 유리 용융조(12)에 투입하기에 앞서 미리 용융시킨 것이다. 유리 덩어리는 용융 유리를 일단 냉각 고화시킨 것이다.
다음에, 투입된 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료가 용융되도록, 제 1 유리 용융조(12) 및 제 2 유리 용융조(20)를 가열한다. 또한, 이때에 도관(14)도 가열한다. 그리고, 제 1 유리 용융조(12) 및 제 2 유리 용융조(20)에 투입된 상기 용융 유리, 유리 덩어리, 유리 원료를 용융하여, 도관(14)의 하단부를 용융된 유리로 막는다. 그 후, 흡인 장치(18)에 의해 감압 하우징(316) 내의 기압이 대기압이 대해 0.4 내지 0.9기압 낮아지도록, 감압 하우징(316) 내를 감압한다. 그러면, 이 감압 하우징(316)의 감압에 의해, 도관(14) 내의 용융 유리의 액면이 상승한다.
또한, 제 1 유리 용융조(12), 도관(14), 제 2 유리 용융조(20), 및 부싱(22)의 각각을 독립적으로 가열한다. 각각의 온도는 제 1 유리 용융조(12)에서 1350 내지 1550℃, 도관(14)에서 1300 내지 1450℃, 제 2 유리 용융조(20)에서 1290 내지 1400℃, 부싱(22)에서 1250 내지 1300℃로 한다. 그리고, 제 1 유리 용융조(12)로부터 도관(14)을 통과시켜 제 2 유리 용융조(20)에 용융 유리를 도입하고, 용융 유리를 부싱(22)의 노즐(22a)로부터 인출한다. 또한, 유리 섬유의 제조 시작 공정에서는 부싱(22)의 노즐(22a)로부터 용융 유리를 인출하지 않고, 단순히 노즐(22a)로부터 용융 유리를 방류하는 것만이라도 좋다.
여기서, 도관(14)의 온도와 도관 하우징(317b)의 온도를 계측하여, 이들 온도에 기초하여 도관(14) 및 도관 하우징(317b)의 열팽창에 의한 신장량을 산출하고, 도관(14)의 신장량과 도관 하우징(317b)의 신장량의 차분을 산출한다.
도관(14)의 신장량과 도관 하우징(317b)의 신장량의 차분(λ)은 수학식 1에 의해 구해진다.
여기서, L은 승온 전의 도관(14) 및 도관 하우징(317b)의 길이, α1은 승온 후의 도관(14) 온도에 있어서의 도관(14)의 열팽창 계수, Δt1은 승온 전의 분위기 온도와 승온 후의 도관(14) 온도의 온도차, α2는 승온 후의 도관 하우징(317b) 온도에 있어서의 도관 하우징(317b)의 열팽창 계수, Δt2는 승온 전의 분위기 온도와 승온 후의 도관 하우징(317b) 온도의 온도차를 나타내고 있다.
예를 들면, 도관(14) 및 도관 하우징(317b)의 길이가 350㎝이며, 도관(14)이 백금으로 형성되고, 도관 하우징(317b)이 스테인리스로 형성된 유리 용융 장치(300)에 있어서, 외계의 분위기 온도가 20℃일 때, 도관(14)을 1400℃로 승온시킴으로써, 도관 하우징(317b)이 300℃로 승온된 경우에 관해서 생각한다. 이 경우, 도관(14)의 열팽창 계수는 1.0×10-5(/℃), 도관 하우징(317b)의 열팽창 계수는 1.7×10-5(/℃)이 되기 때문에, 도관(14)은 약 4.83㎝ 신장되고, 도관 하우징(317b)은 약 1.67㎝ 신장되어, 도관(14)은 도관 하우징(317b)보다도 약 3.2㎝ 길게 신장된다.
그리고, 이와 같이 산출된 열팽창에 의한 신장량의 차분이 제로가 되도록, 신축 하우징부(360)의 볼트를 풀어 도관 하우징(317b)을 신장시켜 도관(14)과 도관 하우징(317b)의 길이를 일치시킨다. 또한, 유리 용융 장치(300)를 정지시키기 위해서 도관(14)의 가열을 정지했을 때는, 신축 하우징부(360)의 볼트를 잠그고 도관 하우징(317b)을 단축시켜 도관(14)과 도관 하우징(317b)의 길이를 일치시킨다.
그런데, 단열재(24)로서 도관 하우징(317b) 내에 적층된 내화 단열 벽돌(24a)은 신축성이 매우 작다. 이로 인해, 열팽창에 의해 도관(14) 및 도관 하우징(317b)이 신장되는 동시에, 신축 하우징부(360)의 조정에 의해 도관 하우징(317b)이 신장되면, 내화 단열 벽돌(24a) 사이에 간극이 생긴다. 이 때, 내화 단열 벽돌(24a) 사이에 삽입된 탄성 단열재(24b)가 팽창되기 때문에, 내화 단열 벽돌(24a) 사이의 간극이 탄성 단열재(24b)에 의해 메워진다. 그리고, 도관(14) 및 도관 하우징(317b)의 신장량이 크고, 탄성 단열재(24b)의 팽창만으로는 내화 단열 벽돌(24a) 사이의 간극을 완전히 메울 수 없을 경우나, 탄성 단열재(24b)의 부피 밀도가 작아진 경우는, 단열재 삽입구(370)로부터, 새롭게 탄성 단열재(24b) 등의 단열재(24)를 도관 하우징(317b) 내에 삽입함으로써, 내화 단열 벽돌(24a) 사이의 간극을 완전히 메울 수 있다.
그리고, 유리 용융 장치(300)가 규정의 온도 및 기압이 되면, 유리 섬유의 제조 시작 공정을 종료하고, 유리 섬유의 제조 공정을 행한다.
이 유리 섬유의 제조 공정에서는, 제 1 유리 용융조(12)의 액위가 대략 일정해지도록, 제 1 유리 용융조(12)에 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 투입한다.
또한, 흡인 장치(18)에 의해 감압 하우징(316) 내의 기압이 대기압이 대해 0.4 내지 0.9기압 낮아지도록, 감압 하우징(316) 내를 감압한 상태로 한다. 또한, 용융 유리의 온도가 1350 내지 1550℃이 되도록 제 1 유리 용융조(12)를 가열하고, 상기 용융 유리, 유리 덩어리, 유리 원료를 용융한다.
또한, 도관(14), 제 2 유리 용융조(20), 및 부싱(22)의 각각을 독립적으로 가열한다. 각각의 온도는 도관(14)에서 1300 내지 1450℃, 제 2 유리 용융조(20)에서 1290 내지 1400℃, 부싱(22)에서 1250 내지 1300℃로 한다. 또한, 도관(14), 제 2 유리 용융조(20), 및 부싱(22) 중의 용융 유리의 온도보다 제 1 유리 용융조(12) 중의 용융 유리의 온도가 높아지도록 온도 제어하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 리보일에 의한 기포의 발생을 억제할 수 있다.
그리고, 제 1 유리 용융조(12)로부터 도관(14)을 통과시켜 제 2 유리 용융조(20)에 용융 유리를 도입한다. 그리고, 용융 유리를 부싱(22)의 노즐(22a)로부터 도시하지 않는 권취기에 의해 높은 텐션으로 권취됨으로써 용융 유리를 방사하여 섬유화한다. 하나의 노즐(22a)로부터의 용융 유리의 토출 유량은 예를 들면 0.05 내지 5.0g/분이다.
이와 같이, 제 1 유리 용융조(12)의 용융 유리를 감압 분위기하에 노출시킴으로써, 유리로부터 효과적으로 기포를 제거할 수 있다. 또한, 제 1 유리 용융조(12), 제 2 유리 용융조(20), 및 부싱(22)을 가열할 뿐만아니라 도관(14)도 가열하고, 게다가 독립적으로 온도 제어함으로써, 도관(14)에서 유리가 굳어지는 것을 억제할 수 있다. 즉, 유리 섬유의 제조에 있어서는, 단위 시간당 방사되는 유리 중량이 작고, 반입 열량이 적기 때문에 도관(14)의 도중에 용융 유리가 냉각되어 굳어질 우려가 있지만, 본 실시형태에서는 상기 구성에 의해 도관(14)에서 유리가 굳어지는 것을 억제하고 있다.
그리고, 제 1 유리 용융조(12)의 용융 유리 액면이 제 2 유리 용융조(20)의 용융 유리 액면보다도 150㎝ 이상 높은 상태로 방사한다. 보다 바람직하게는, 230내지 460㎝로 한다. 이 정도의 높이로 하면, 제 1 유리 용융조(12)의 용융 유리 액면을 대기압과 비교하여 0.4 내지 0.9기압 정도 낮게 할 수 있고, 용융 유리 중의 가스가 연속적으로 기존의 기포 내로 확산되어 기포 직경이 급격히 커짐으로써, 큰 탈포 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제 1 유리 용융조(12)가 노출되는 감압 분위기, 즉 감압 하우징(316) 내의 기압과 대기압의 압력차가 일정해지도록, 흡인 장치(18)에 의한 흡인량을 제어한다. 이와 같이 함으로써, 대기압의 미소한 변동에 의한 용융 유리의 액면 변동을 억제할 수 있다.
또한, 제 1 유리 용융조(12)로의 용융 유리, 유리 덩어리, 유리 원료의 투입량은 제 2 유리 용융조(20)의 용융 유리 액면의 높이에 기초하여 그 높이가 일정해지도록 제어한다. 또한, 제 2 유리 용융조(20)의 용융 유리 액면의 면적을 제 1 유리 용융조(12)의 용융 유리 액면의 면적 이상으로 한다. 이와 같이 하면, 제 2 유리 용융조(20)의 액위의 변동을 적게 할 수 있고, 제 2 유리 용융조(20)의 벽면과 용융 유리의 접촉면으로부터의 끌어들인 기포의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 방사하는 유리 섬유의 굵기의 변동을 억제하여, 유리 섬유의 번수 변동에 의한 성형품의 강도나 전기 특성의 편차를 억제할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 실시형태의 유리 용융 장치(300)에서는, 제 1 유리 용융조(12)에 있어서 감압 분위기 하에서 유리를 용융함으로써, 용융 유리로부터 기포를 제거할 수 있기 때문에, 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 효과적으로 저감시키는 것이 가능해진다. 그리고, 도관(14)의 가열에 의해 승온된 도관(14) 및 도관 하우징(317b)은 열팽창 계수의 차이나 온도의 차이에 의해 그 신축량이 상이하지만, 신축 하우징부(360)에 의해 도관 하우징(317b)을 신축시킴으로써, 양자의 길이를 일치시킬 수 있다. 이것에 의해, 승온에 의한 신축량의 차이에 의해 도관(14) 및 도관 하우징(317b)에 부여하는 부하를 경감시킬 수 있기 때문에, 도관(14) 및 도관 하우징(317b)의 파손을 방지할 수 있다.
게다가, 본 실시형태의 유리 용융 장치(300)를 사용하여 유리 섬유를 제조할 때, 유리 섬유의 제조 시작 공정으로서, 용융된 유리로 도관의 하단부를 막음으로써, 제 1 유리 용융조가 밀폐되기 때문에, 제 1 유리 용융조(12)를 감압 분위기에 노출시킬 수 있다. 그리고, 제 1 유리 용융조(12)에 있어서 감압 분위기 하에서 유리를 용융함으로써, 용융 유리로부터 기포를 제거할 수 있기 때문에, 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 효과적으로 저감시키는 것이 가능해진다.
그리고, 단열재(24)의 일부를 탄성 단열재(24b)로 함으로써, 도관(14) 및 도관 하우징(317b)의 열팽창에 따라 탄성 단열재(24b)가 팽창되기 때문에, 단열재(24)의 간극 발생에 의한 단열 효율의 저하를 억제할 수 있다.
게다가, 도관 하우징(317b)에 단열재 삽입구(370)를 형성함으로써, 탄성 단열재(24b)의 팽창에 의해서도 단열재(24)의 간극이 메워지지 않는 경우에, 도관 하우징(317b) 내에 탄성 단열재(24b) 등의 단열재(24)를 새롭게 삽입할 수 있기 때문에, 단열재(24)의 간극 발생에 의한 단열 효율의 저하를 더욱 억제할 수 있다.
[제 4 실시형태]
다음에, 도 10 및 도 11을 참조하여, 제 4 실시형태에 관해서 설명한다. 제 4 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(400)는 기본적으로 제 3 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(300)와 동일한 구성을 하고 있다. 그리고, 이 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(400)는 도관 하우징(317b)에 단열재(24)를 구획하는 구획 부재(420)가 형성된 점만 제 3 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(300)와 상이하다. 이로 인해, 이하에서는, 제 3 실시형태와 상이한 점만 설명하고, 제 3 실시형태와 동일한 점의 설명을 생략한다.
도 10은 제 4 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 11은 도 10에 도시하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 일부를 확대한 단면도이며, 도 11a는 정면 단면도이며, 도 11b는 도 11a의 b-b선 단면도이다. 도 10 및 도 11에 도시하는 바와 같이, 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(400)에는 도관 하우징(317b)에 구획 부재(420)가 형성되어 있다.
이 구획 부재(420)는 도관 하우징(317b)에 수용된 단열재(24)를 구획하고, 구획 부재(420)보다도 상부에 배치되는 단열재(24)를 지지하는 것이다. 구획 부재(420)는 단열재 삽입구(370)의 직상에 배치되어 있으며, 도관 하우징(317b)의 내벽으로부터 내측으로 돌출되는 플랜지상으로 형성되어 있다. 구체적으로는, 도관 하우징(317b) 내에 적층된 내화 단열 벽돌(24a)이 구획 부재(420)에 의해 구획되어 있고, 구획 부재(420)의 상부에 배치된 내화 단열 벽돌(24a)이 구획 부재(420)에 의해 지지되고 있다. 이와 같이, 구획 부재(420)는 내화 단열 벽돌(24a)을 지지하기 때문에, 가능한 한 도관 하우징(317b)의 상부에 배치되는 것이 바람직하다. 그리고, 구획 부재(420)에 의해 구획된 내화 단열 벽돌(24a) 사이에 탄성 단열재(24b)가 삽입되어 있다. 이것에 의해, 단열재 삽입구(370)는 구획 부재(420)에 의해 지지되고 있는 내화 단열 벽돌(24a) 아래에 삽입된 탄성 단열재(24b)에 접속되어 있다.
다음에, 도 12를 참조하여, 상기한 유리 용융 장치(400)를 사용한 유리 섬유의 제조 방법에 관해서 설명한다.
우선, 제 3 실시형태에 따르는 유리 용융 장치(300)와 같이, 유리 섬유의 제조 시작 공정에 있어서, 제 1 유리 용융조(12) 및 제 2 유리 용융조(20)에 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 투입한다. 그리고, 제 1 유리 용융조(12) 및 제 2 유리 용융조(20)와, 또한 도관(14)을 가열하여 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 용융하고, 이 용융된 유리로 도관(14)의 하단부를 막은 후, 흡인 장치(18)에 의해 감압 하우징(316) 내를 감압하여, 도관(14) 내의 용융 유리의 액면을 상승시킨다. 그 후, 제 1 유리 용융조(12), 도관(14), 제 2 유리 용융조(20), 및 부싱(22)의 각각을 독립적으로 가열하여, 제 1 유리 용융조(12)로부터 도관(14)을 통과시켜 제 2 유리 용융조(20)에 용융 유리를 도입하고, 용융 유리를 부싱(22)의 노즐(22a)로부터 인출한다.
그러면, 도관(14) 및 도관 하우징(317b)이 열팽창에 의해 신장되기 때문에, 신축 하우징부(360)에 의해 도관 하우징(317b)을 신장시켜 도관(14)과 도관 하우징(317b)의 길이를 일치시킨다.
이 때, 도 12에 도시하는 바와 같이, 도관 하우징(317b) 내에서는 구획 부재(420)의 상부에 배치된 내화 단열 벽돌(24a)이 구획 부재(420)로 지지되고, 도관 하우징(317b)의 신장에 따라, 구획 부재(420)로 구획된 내화 단열 벽돌(24a) 사이에 간극이 생긴다. 그러면, 이 사이에 삽입된 탄성 단열재(24b)가 팽창되어 내화 단열 벽돌(24a) 사이의 간극이 탄성 단열재(24b)에 의해 메워진다. 이 때, 단열재 삽입구(370)가 구획 부재(420)의 직하에 배치되어 있기 때문에, 내화 단열 벽돌(24a) 사이에 형성된 간극에 단열재 삽입구(370)가 연통된다. 그래서, 도관(14) 및 도관 하우징(317b)의 신장량이 크고, 탄성 단열재(24b)의 팽창만으로는 내화 단열 벽돌(24a) 사이의 간극을 완전히 메울 수 없는 경우나, 탄성 단열재(24b)의 부피 밀도가 작아진 경우는, 감압 하우징(316) 내를 감압하기 전에, 단열재 삽입구(370)로부터 새롭게 탄성 단열재(24b) 등의 단열재(24)를 도관 하우징(317b) 내에 삽입하여, 내화 단열 벽돌(24a) 사이의 간극을 완전히 메운다.
이와 같이 하여 유리 섬유의 제조 시작 공정이 종료되면, 유리 섬유의 제조 공정을 행한다. 즉, 제 1 유리 용융조(12)로부터 도관(14)을 통과시켜 제 2 유리 용융조(20)에 용융 유리를 도입하고, 용융 유리를 부싱(22)의 노즐(22a)로부터 도시하지 않는 권취기에 의해 높은 텐션으로 권취함으로써 용융 유리를 방사하여 섬유화한다.
이상 상술한 바와 같이, 본 실시형태의 유리 용융 장치(400)에서는 도관 하우징(317b)에 구획 부재(420)를 설치함으로써, 구획 부재(420)의 상부에 배치된 내화 단열 벽돌(24a)이 구획 부재(420)로 지지되기 때문에, 도관 하우징(317b)에 설치된 신축 하우징부(360)에 작용하는 하중을 경감시킬 수 있다. 게다가, 도관(14) 및 도관 하우징(317b)의 열팽창에 의해 형성되는 내화 단열 벽돌(24a) 사이의 간극의 위치가 특정되기 때문에, 탄성 단열재(24b)를 적절한 위치에 삽입할 수 있는 동시에, 단열재 삽입구(370)를 적절한 위치에 설치할 수 있다.
이 경우, 도관(14) 및 도관 하우징(317b)이 열팽창되면, 구획 부재(420)에 의해 구획된 내화 단열 벽돌(24a) 사이에 간극이 생기기 때문에, 구획 부재(420)에 의해 구획된 내화 단열 벽돌(24a) 사이에 탄성 단열재(24b)를 삽입함으로써, 단열재의 간극을 적절하게 메울 수 있다.
또한, 도관 하우징(317b)에 단열재 삽입구(370)를 형성함으로써, 도관(14) 및 도관 하우징(317b)의 열팽창에 의해 내화 단열 벽돌(24a) 사이에 간극이 생겼다고 해도, 외부로부터 도관 하우징(317b) 내에 탄성 단열재(24b)를 삽입할 수 있기 때문에, 단열 효율의 저하를 억제할 수 있다.
[제 5 실시형태]
다음에, 도 13을 참조하여, 제 5 실시형태에 관해서 설명한다. 제 5 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(500)는 기본적으로 제 3 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(300)와 동일한 구성을 하고 있다. 그리고, 이 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(500)는 도관(14)의 일부가 변형되어 있는 점만 제 3 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(300)와 상이하다. 이로 인해, 이하에서는 제 3 실시형태와 상이한 점만 설명하고, 제 3 실시형태와 동일한 점의 설명을 생략한다.
도 13은 제 5 실시형태에 있어서의 도관의 일부 확대도를 도시한 도이며, 도 13a 내지 도 13d는 도관의 변형예를 도시한 도이다. 도 13a 내지 도 13d에 도시하는 바와 같이, 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(500)의 도관(14)에는 도관(14)을 길이 방향으로 신축시키는 신축 도관부(514a 내지 514d)가 형성되어 있다.
이 신축 도관부(514a 내지 514d)는 도관(14)의 일부가 굴곡 또는 만곡되어 형성되어 있다. 신축 도관부(514a 내지 514d)의 형상은 도관(14)을 길이 방향으로 신축시킬 수 있으면 어떤 형상이라도 좋고, 도관(14)을 만곡 또는 굴곡시켜 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 13a에서는 도관(14)을 주름 상자상으로 굴곡시킨 형상의 신축 도관부(514a)를 채용하고 있으며, 도 13b에서는 도관(14)의 직경이 부풀어 만곡된 형상의 신축 도관부(514b)를 채용하고 있으며, 도 13c에서는 도관(14)을 한 방향으로 만곡시킨 형상의 신축 도관부(514c)를 채용하고 있으며, 도 13d에서는 도관(14)을 파도상으로 만곡시킨 형상의 신축 도관부(514d)를 채용하고 있다. 또한, 도관(14)에는 신축 도관부(514a 내지 514d)의 적어도 하나가 형성되어 있으면 좋다.
또한, 도관(14)은 비교적 긴 통상체이기 때문에, 도 13a 형태의 도관이 제작상 바람직하다. 여기에서, 유리 용융 장치의 조립시의 작업성이나 수송 비용을 고려한 경우, 2개 이상으로 분할되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 분할된 도관(14)을, 일단 또는 양단을 외측으로 굴곡시킨 통상체나, 일단 또는 양단에 플랜지가 형성된 통상체로 하고, 유리 용융 장치의 조립시에, 굴곡부의 선단끼리나 플랜지의 선단끼리를 용접하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 효율적으로 조립을 행할 수 있고, 신축 도관부(514a 내지 514d)를 갖는 도관(14)을 용이하게 작성할 수 있다.
다음에, 상기한 유리 용융 장치(500)를 사용한 유리 섬유의 제조 방법에 관해서 설명한다.
우선, 제 3 실시형태에 따르는 유리 용융 장치(300)와 같이, 유리 섬유의 제조 시작 공정에 있어서, 제 1 유리 용융조(12) 및 제 2 유리 용융조(20)에 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 투입한다. 그리고, 제 1 유리 용융조(12) 및 제 2 유리 용융조(20), 또한 도관(14)을 가열하고, 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 용융하고, 이 용융된 유리로 도관(14)의 하단부를 막은 후, 흡인 장치(18)에 의해 감압 하우징(316) 내를 감압하여, 도관(14) 내의 용융 유리의 액면을 상승시킨다. 그 후, 제 1 유리 용융조(12), 도관(14), 제 2 유리 용융조(20), 및 부싱(22)의 각각을 독립적으로 가열하여, 제 1 유리 용융조(12)로부터 도관(14)을 통과시켜 제 2 유리 용융조(20)로 용융 유리를 도입하고, 용융 유리를 부싱(22)의 노즐(22a)로부터 인출한다.
그러면, 도관(14) 및 도관 하우징(317b)이 열팽창에 의해 신장되기 때문에, 상기한 수학식 1에 의해 산출된 차분(λ)에 기초하여 신축 하우징부(360)를 조정하여, 도관(14)과 도관 하우징(317b)의 길이를 일치시킨다.
이 때, 실제로는, 도관(14)이나 도관 하우징(317b)의 온도 분포가 같지 않기 때문에, 반드시, 이론값과 실제로 생성된 실현상은 일치하지 않는다. 이로 인해, 신축 하우징부(360)에서 조정했다고 해도, 도관(14)과 도관 하우징(317b)의 길이가 일치하지 않는 경우가 있다. 그래서, 도관(14)에 형성된 신축 도관부(514a 내지 514d)가 신축됨으로써, 도관(14)과 도관 하우징(317b)의 길이의 어긋남이 교정되어 도관(14)과 도관 하우징(317b)의 길이가 일치한다.
이와 같이 하여 유리 섬유의 제조 시작 공정이 종료되면, 유리 섬유의 제조 공정을 행한다. 즉, 제 1 유리 용융조(12)로부터 도관(14)을 통과시켜 제 2 유리 용융조(20)에 용융 유리를 도입하고, 용융 유리를 부싱(22)의 노즐(22a)로부터 도시하지 않는 권취기에 의해 높은 텐션으로 권취함으로써 용융 유리를 방사하여 섬유화한다.
이상 상술한 바와 같이, 본 실시형태의 유리 용융 장치(500)에서는 도관(14)에 신축 도관부(514a 내지 514d)를 형성함으로써, 신축 하우징부(360)의 조정으로 도관(14)과 도관 하우징(317b)의 길이가 일치하지 않는 경우라도, 도관(14)과 도관 하우징(317b)의 길이의 어긋남이 교정되기 때문에, 도관(14)과 도관 하우징(317b)의 길이를 일치시킬 수 있다.
[제 6 실시형태]
다음에, 도 14를 참조하여, 제 6 실시형태에 관해서 설명한다. 제 6 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(600)는 기본적으로 제 1 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(100)와 동일한 구성을 하고 있다. 이로 인해, 이하에서는 제 1 실시형태와 상이한 점만 설명하고, 제 1 실시형태와 동일한 점의 설명을 생략한다.
도 14는 실시형태에 따르는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 14에 도시하는 바와 같이, 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(600)는 제 1 유리 용융조(612)와, 도관(14)과, 감압 하우징(616)과, 제 1 흡인 장치(618)와, 제 2 유리 용융조(20)와, 부싱(22)과, 원료 계량부(626)와, 압력 용기(628)와, 제 2 흡인 장치(630)와, 동압화 밸브(632)를 구비하고 있다.
제 1 유리 용융조(612)는 투입된 유리 덩어리나 유리 원료 등의 고형 원료를 용융하여 도관(14)에 도출하는 것이며, 상방이 개구되어 있다.
이 제 1 유리 용융조(612)는 고형 원료의 용융을 위한 도시하지 않는 가열 수단을 구비하고 있다. 이 가열 수단으로서는 예를 들면 버너나 전기 히터라도 좋고, 또는 조에 접속한 전극으로부터 통전하여 조를 자기 발열시키는 것이라도 좋다. 자기 발열시키는 경우는, 조는 통전에 의해 발열되는 재료로 적어도 내벽이 형성되어 있으면 바람직하고, 예를 들면 백금이나 백금 합금으로 구성되어 있으면 바람직하다.
그리고, 제 1 유리 용융조(612)에는 고형 원료가 투입되는 바스켓(634)과, 제 1 유리 용융조(612)를 구획하는 상부 구획판(636) 및 하부 구획판(638)이 설치되어 있다. 또한, 바스켓(634), 상부 구획판(636) 및 하부 구획판(638)의 상세한 것은 후술한다.
도관(14)은 제 1 유리 용융조(612)에서 용융된 유리를 제 2 유리 용융조(20)로 보내는 것이며, 제 1 유리 용융조(612)로부터 하방으로 신장되는 가늘고 긴 원통상으로 형성되어 있다.
이 도관(14)은 용융 유리의 가열을 위한 도시하지 않는 가열 수단을 구비하고 있다. 이 가열 수단은 도관(14)의 상부 및 하부에 형성한 도시하지 않는 전극부로부터 통전하여 자기 발열시키는 것이다. 따라서, 도관(14)은 통전에 의해 발열되는 재료로 형성되어 있고, 예를 들면 백금이나 백금 합금으로 구성되어 있다.
감압 하우징(616)은 도관(14)의 하단이 돌출된 상태에서, 제 1 유리 용융조(612) 및 도관(14)을 기밀하게 덮고 있다. 감압 하우징(616)의 재질 및 구조는 기밀성 및 강도를 갖는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 스테인리스 등의 금속 재료로 형성되어 있으면 바람직하다.
이 감압 하우징(616)의 상벽에는 고형 원료를 도입하는 도입구(616a)가 형성되어 있다. 또한, 감압 하우징(616)의 측벽에는 제 1 흡인 장치(618)에 접속된 감압을 위한 흡인구(616b)가 형성되어 있다. 그리고, 감압 하우징(616)과 제 1 유리 용융조(612) 및 도관(14) 사이의 공간에는 단열재(24)가 형성되어 있다. 이 단열재(24)는 감압 하우징(616)의 온도를 내열 온도 이하로 하여 장기적으로 구조가 보지되는 재료로 형성되어 있으며, 예를 들면, 형상 보지성이나 경제성이 우수한 내화 단열 벽돌이나, 탄성 구조를 갖는 탄성 단열재 등으로 구성되어 있다. 또한, 탄성 단열재는, 예를 들면, 파이버 플랙스 등의 울계의 단열재이며, 글라스울 등으로 구성된다.
제 1 흡인 장치(618)는 감압 하우징(616) 내의 가스를 진공 흡인하여 감압 하우징(616) 내를 감압 분위기로 하는 것이며, 진공 펌프에 의해 구성되어 있다.
원료 계량부(626)는 제 1 유리 용융조(612)에 투입하는 고형 원료를 계량하는 것이며, 감압 하우징(616)의 상방에 설치되어 있다. 이 원료 계량부(626)는 고형 원료의 형상에 맞춰서 적절히 변경하는 것이 바람직하고, 그 계량 방식은, 예를 들면, 고형 원료가 마블 등인 경우는, 마블을 카운트하는 카운터 방식이 채용되고, 고형 원료가 컬리트(Cullet)나 배치 등인 경우는, 로드셀 등의 중량 측정 방식이 채용된다.
압력 용기(628)는 제 1 유리 용융조(612)에 투입하는 고형 원료를 수용하는 것이며, 감압 하우징(616)의 상부에 설치되어 있다. 이 압력 용기(628)는 원료 계량부(626)에 연결되는 동시에, 감압 하우징(616)의 도입구(616a)에 연결되어 있고, 용기부(628a)와, 상부 개폐 기구(628b)와, 하부 개폐 기구(628c)를 구비하고 있다.
용기부(628a)는 원료 계량부(626)에서 소정량으로 계량된 고형 원료를 제 1 유리 용융조(612)에 투입하기 위한 용기이다. 그리고, 용기부(628a)는 상부 개폐 기구(628b)를 개재하여 원료 계량부(626)와 연통되어 있고, 하부 개폐 기구(628c)를 개재하여 감압 하우징(616)의 도입구(616a)와 연통되어 있다.
상부 개폐 기구(628b)는 용기부(628a)의 고형 원료의 입구측인 원료 계량부(626)측에 형성되어 있으며, 용기부(628a)와 원료 계량부(626) 사이를 개폐하는 것이다. 이 상부 개폐 기구(628b)는, 예를 들면, 셔터 등에 의해 구성되어 있다. 그리고, 상부 개폐 기구(628b)가 열리면, 원료 계량부(626)와 용기부(628a)가 연통되어 원료 계량부(626)에서 계량된 고형 원료가 용기부(628a)에 투입된다. 한편, 상부 개폐 기구(628b)가 닫히면, 원료 계량부(626)와 용기부(628a) 사이가 밀폐된다.
하부 개폐 기구(628c)는 용기부(628a)의 고형 원료의 출구측인 감압 하우징(616)측에 설치되어 있으며, 용기부(628a)와 감압 하우징(616) 사이를 개폐하는 것이다. 이 하부 개폐 기구(628c)는, 예를 들면, 셔터 등에 의해 구성되어 있다. 그리고, 하부 개폐 기구(628c)가 열리면, 용기부(628a)와 감압 하우징(616)이 연통되어, 용기부(628a)에 수용된 고형 원료가 감압 하우징(616)의 도입구(616a)로부터 제 1 유리 용융조(612)에 투입된다. 한편, 하부 개폐 기구(628c)가 닫히면, 용기부(628a)와 감압 하우징(616) 사이가 밀폐되어 감압 하우징(616) 내가 기밀하게 유지된다.
제 2 흡인 장치(630)는 용기부(628a) 내의 가스를 진공 흡인하여 용기부(628a) 내를 감압 분위기로 하는 것이며, 진공 펌프에 의해 구성되어 있다.
동압화 밸브(632)는 용기부(628a) 내의 기압과 감압 하우징(616) 내의 기압을 동일하게 하는 것이다. 이 동압화 밸브(632)는 용기부(628a)와 감압 하우징(616)의 도입구(616a)에 연통된 배관에 장착되어 있고, 이 배관을 개폐하는 밸브이다. 그리고, 동압화 밸브(632)가 열리면, 용기부(628a)와 감압 하우징(616)이 연통되어 용기부(628a) 내의 기압과 감압 하우징(616) 내의 기압이 동압화된다. 한편, 동압화 밸브(632)가 닫히면, 용기부(628a)와 감압 하우징(616)이 분단되어, 감압 하우징(616) 내가 기밀하게 유지된다.
그리고, 상기한 바스켓(634)은 압력 용기(628)로부터 투입된 고형 원료가 투입되는 것이며, 압력 용기(628)가 장착되는 도입구(616a)의 직하에 배치되고, 상방이 개구되어 있다. 또한, 바스켓(634)은 적어도 표면이 백금 또는 백금 합금으로 형성되어 있으면 바람직하다.
이 바스켓(634)은 펀칭 플레이트가 조합된 상자형으로 형성된 용기이며, 복수의 개구(634a)가 형성되어 있다. 이 개구(634a)는 바스켓(634)의 중앙부 및 상부에만 형성되어 있으며, 바스켓(634)의 저면 및 하부에 형성되어 있지 않다. 이와 같이, 바스켓(634)의 저면 및 하부에 개구(634a)를 형성하지 않음으로써, 유리 용융 장치(600)의 시작시나 기압의 변동 등의 이유로 제 1 유리 용융조(612)의 액위가 바스켓(634)보다도 저하된 경우라도, 바스켓(634) 내에 용융 유리를 모아둘 수 있다. 이로 인해, 압력 용기(628)로부터 투입된 고형 원료가 직접 바스켓(634)에 충돌함으로써 일어나는 바스켓(634)의 변형이나, 바스켓(634)의 백금이 이물이 되어 용융 유리에 혼합되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 이 바스켓(634)은 제 1 유리 용융조(612)에 있어서 들어 올려진 상태로 보지되어 있어, 그 저부가 뜬 상태로 되어 있다. 제 1 유리 용융조(612)에서는 저부보다도 상부를 향할수록 용융 유리의 온도가 높아지기 때문에, 이와 같이 바스켓(634)을 들어 올린 상태로 함으로써, 압력 용기(628)로부터 투입된 고형 원료를 보다 높은 온도로 확실하게 용융시킬 수 있다.
상부 구획판(636)은 용융 유리의 상부를 구획하는 것이며, 용융 유리의 액면 부근에서의 통과를 차단하여, 제 1 유리 용융조(612)의 저면 부근에서의 용융 유리의 통과만을 허가하는 것이다. 이 상부 구획판(636)은 제 1 유리 용융조(612)를 횡단하도록 설치되어 있으며, 제 1 유리 용융조(612)의 중단부로부터 용융 유리의 액면보다도 높은 위치까지 입설되어 있다. 이것에 의해, 상부 구획판(636)의 하방으로부터만 용융 유리의 통과가 가능해지고 있다. 그리고, 이 상부 구획판(636)은 바스켓(634)과 도관(14) 사이에 2장 설치되어 있다.
하부 구획판(638)은 용융 유리의 하부를 구획하는 것이며, 제 1 유리 용융조(612)의 저면 부근에서의 용융 유리의 통과를 차단하고, 용융 유리의 액면 부근에서의 통과만을 허가하는 것이다. 이 하부 구획판(638)은 제 1 유리 용융조(612)를 횡단하도록 형성되어 있으며, 제 1 유리 용융조(612)의 저면으로부터 용융 유리 액면보다도 낮은 위치까지 입설되어 있다.
이것에 의해, 하부 구획판(638)의 상방으로부터만 용융 유리의 통과가 가능해지고 있다. 그리고, 이 하부 구획판(638)은 바스켓(634)과 도관(14) 사이에 2장 설치되어 있다.
그리고, 상부 구획판(636)과 하부 구획판(638)은 교대로 나란히 배치되어 있으며, 바스켓(634)측에 상부 구획판(636)이 배치되는 동시에, 도관(14)측에 하부 구획판(638)이 배치되어 있다. 또한, 상부 구획판(636) 및 하부 구획판(638)은 적어도 표면이 백금 또는 백금 합금으로 형성되어 있으면 바람직하다.
또한, 상기한 제 1 유리 용융조(612), 도관(14), 제 2 유리 용융조(20), 및 부싱(22)을 가열하는 가열 수단의 각각은 독립적으로 온도 조정 가능하게 하고 있다.
다음에, 상기한 유리 용융 장치(600)를 사용한 유리 섬유의 제조 방법에 관해서 설명한다.
우선, 상부 개폐 기구(628b), 하부 개폐 기구(628c) 및 동압화 밸브(632)를 닫고, 제 1 흡인 장치(618)에 의해 감압 하우징(616) 내의 압력이 대기압이 대해 0.4 내지 0.9기압 낮아지도록, 감압 하우징(616) 내를 감압한다.
다음에, 원료 계량부(626)에 고형 원료를 투입하고, 소정량의 고형 원료를 계측한다. 고형 원료는 유리 원료나 유리 덩어리 등이다. 유리 원료는 클레이, 라임스톤, 돌로마이트, 콜레마나이트, 실리카 샌드, 알루미나, 탄산칼슘, 탄산나트륨 등의 분말상의 혼합물이다. 유리 덩어리는 용융 유리를 일단 냉각 고화시켜 마블 상 또는 컬리트상 등으로 형성한 것이다.
다음에, 하부 개폐 기구(628c)를 닫은 상태에서 상부 개폐 기구(628b)만을 열고, 원료 계량부(626)에서 계량된 고형 원료를 용기부(628a)에 투입한다. 그리고, 상부 개폐 기구(628b)를 닫고 용기부(628a)를 밀폐하고, 제 2 흡인 장치(630)에 의해 용기부(628a) 내의 기압이 대기압이 대해 0.4 내지 0.9기압 낮아지도록, 용기부(628a) 내를 감압한다. 이 때, 제 1 흡인 장치(618)와 제 2 흡인 장치(630)의 개체차 등에 의해, 감압 하우징(616) 내의 기압과 용기부(628a) 내의 기압이 일치하지 않는 경우가 있다. 그래서, 동압화 밸브(632)를 열고, 감압 하우징(616) 내의 기압과 용기부(628a) 내의 기압을 동압화한다. 그 후, 상부 개폐 기구(628b)를 닫은 상태에서 하부 개폐 기구(628c)만을 열고, 용기부(628a)에 수용되어 있는 고형 원료를 낙하시키고, 감압 하우징(616)의 도입구(616a)로부터 제 1 유리 용융조(612)에 투입한다. 이 때, 고형 원료는 제 1 유리 용융조(612)에 설치된 바스켓(634)에 투입된다.
그리고, 용융 유리의 온도가 1350 내지 1550℃이 되도록 제 1 유리 용융조(612)를 가열하여, 고형 원료를 용융한다. 이 때, 제 1 유리 용융조(612)에서는 바스켓(634)에 투입된 고형 원료가 용융되고, 이 용융 유리가 바스켓(634)의 개구(634a)로부터 제 1 유리 용융조(612) 내로 유출된다. 그리고, 이 용융 유리는 상부 구획판(636)의 하방을 빠져나가는 동시에, 하부 구획판(638)의 상방을 타고 넘어 도관(14)으로 도출된다.
또한, 도관(14), 제 2 유리 용융조(20), 및 부싱(22)의 각각을 독립적으로 가열한다. 각각의 온도는 도관(14)에서 1300 내지 1450℃, 제 2 유리 용융조(20)에서 1290 내지 1400℃, 부싱(22)에서 1250 내지 1300℃로 한다. 또한, 도관(14), 제 2 유리 용융조(20), 및 부싱(22) 중의 용융 유리의 온도보다 제 1 유리 용융조(612) 중의 용융 유리의 온도가 높아지도록 온도 제어하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 리보일에 의한 기포의 발생을 억제할 수 있다.
그 후, 제 1 유리 용융조(612)로부터 도관(14)을 통과시켜 제 2 유리 용융조(20)에 용융 유리를 도입한다. 그리고, 용융 유리를 부싱(22)의 노즐(22a)로부터 도시하지 않는 권취기에 의해 높은 텐션으로 권취함으로써 용융 유리를 방사하여 섬유화한다. 하나의 노즐(22a)로부터의 용융 유리의 토출 유량은 예를 들면 0.05 내지 5.0g/분이다.
이와 같이, 제 1 유리 용융조(612)의 용융 유리를 감압 분위기하에 노출시킴으로써, 유리로부터 효과적으로 기포를 제거할 수 있다. 또한, 제 1 유리 용융조(612), 제 2 유리 용융조(20), 및 부싱(22)을 가열할 뿐만아니라 도관(14)도 가열하고, 게다가 독립적으로 온도 제어함으로써, 도관(14)에서 유리가 굳어지는 것을 억제할 수 있다. 즉, 유리 섬유의 제조에 있어서는 단위 시간당 방사되는 유리 중량이 작고, 반입 열량이 적기 때문에 도관(14)의 도중에 용융 유리가 냉각되어 굳어질 우려가 있지만, 본 실시형태에서는 상기 구성에 의해 도관(14)에서 유리가 굳어지는 것을 억제하고 있다.
그리고, 제 1 유리 용융조(612)의 용융 유리 액면이 제 2 유리 용융조(20)의 용융 유리 액면보다도 150㎝ 이상 높은 상태로 방사한다. 보다 바람직하게는, 230 내지 460㎝로 한다. 이 정도의 높이로 하면, 제 1 유리 용융조(612)의 용융 유리 액면을 대기압과 비교하여 0.4 내지 0.9기압 정도 낮게 할 수 있고, 용융 유리 중의 가스가 연속적으로 기존의 기포 내로 확산되어 기포 직경이 급격하게 커짐으로써, 큰 탈포 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제 1 유리 용융조(612)가 노출되는 감압 분위기, 즉 감압 하우징(616) 내의 기압과 대기압의 압력차가 일정해지도록, 제 1 흡인 장치(618)에 의한 흡인량을 제어한다. 이와 같이 함으로써, 대기압의 미소한 변동에 의한 용융 유리의 액면 변동을 억제할 수 있다.
또한, 제 1 유리 용융조(612)로의 고형 원료의 투입량은 제 2 유리 용융조(20)의 용융 유리 액면의 높이에 기초하여 그 높이가 일정해지도록 제어한다. 또한, 제 2 유리 용융조(20)의 용융 유리 액면의 면적을 제 1 유리 용융조(612)의 용융 유리 액면의 면적 이상으로 한다. 이와 같이 하면, 제 2 유리 용융조(20)의 액위의 변동을 적게 할 수 있고, 제 2 유리 용융조(20)의 벽면과 용융 유리의 접촉면으로부터의 끌어들인 기포의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 방사하는 유리 섬유의 굵기의 변동을 억제하여, 유리 섬유의 번수 변동에 의한 성형품의 강도나 전기 특성의 편차를 억제할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 실시형태의 유리 용융 장치(600)에서는, 제 1 유리 용융조(612)에 있어서 감압 분위기 하에서 고형 원료를 용융시킴으로써, 용융 유리로부터 기포를 제거할 수 있기 때문에, 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 효과적으로 저감시키는 것이 가능해진다. 그리고, 하부 개폐 기구(628c)를 닫은 상태에서 용기부(628a)에 고형 원료를 투입하고, 상부 개폐 기구(628b) 및 하부 개폐 기구(628c)를 닫은 상태에서 용기부(628a) 내를 감압하고, 하부 개폐 기구(628c)만을 열고 고형 원료를 제 1 유리 용융조(612)에 투입함으로써, 제 1 유리 용융조(612)를 대기압에 노출시키지 않고 고형 원료를 제 1 유리 용융조(612)에 투입할 수 있기 때문에, 제 1 유리 용융조(612)의 압력 변동을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 제 1 유리 용융조(612)에 있어서의 용융 유리의 액위 변동이 억제되기 때문에, 제 1 유리 용융조(612)의 벽면과 용융 유리의 접촉면으로부터의 끌어들인 기포의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 제 1 유리 용융조(612)에 있어서의 용융 유리의 액위 변동이 억제되기 때문에, 제 2 유리 용융조(20)에 있어서의 용융 유리의 액위 변동도 억제되고, 제 2 유리 용융조(20)의 벽면과 용융 유리의 접촉면으로부터의 끌어들인 기포의 발생을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 방사하는 유리 섬유의 굵기의 변동을 억제하여, 유리 섬유의 번수 변동에 의한 성형품의 강도나 전기 특성의 편차를 억제할 수 있다.
이 때, 고형 원료를 직접 제 1 유리 용융조(612)에 투입하면, 제 1 유리 용융조(612)의 저부의 조류에 의해, 용융 유리로부터 기포를 제거하기 위한 충분한 체류 시간을 확보할 수 없을 우려가 있다. 그러나, 감압 하우징(616)의 도입구(616a) 직하에 바스켓(634)을 설치함으로써, 압력 용기(628)로부터 투입된 고형 원료는 바스켓(634) 내에 있어서 용융된 후에, 개구(634a)로부터 유출되어 제 1 유리 용융조(612)로부터 도관(14)으로 흘러 간다. 이것에 의해, 제 1 유리 용융조(612) 내에 있어서 용융 유리로부터 기포를 제거하기 위한 충분한 체류 시간을 확보할 수 있기 때문에, 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 보다 효과적으로 저감시키는 것이 가능해진다.
그리고, 제 1 유리 용융조(612)에 상부 구획판(636)을 설치함으로써, 용융 유리로부터 제거된 기포가 용융 유리의 흐름에 따라 진행되는 것을 상부 구획판(636)에 의해 저해할 수 있기 때문에, 이 기포가 도관(14)으로 흘러 가는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 보다 효과적으로 저감시키는 것이 가능해진다.
또한, 제 1 유리 용융조(612)에 하부 구획판(638)을 설치함으로써, 제 1 유리 용융조(612)에 있어서 용융된 용융 유리는 하부 구획판(638)을 타고 넘은 후에 도관(14)으로 흘러 가기 때문에, 용융 유리로부터 기포를 제거하기 위해서 충분한 체류 시간을 확보할 수 있는 동시에, 용융 유리로부터 제거된 기포가 제 1 유리 용융조(612)의 저부의 조류를 타고 도관(14)으로 흘러 가는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 방사되는 유리 섬유 중으로의 기포의 혼입을 보다 효과적으로 저감시키는 것이 가능해진다. 게다가, 완전히 용융되지 않은 고형 원료는 하부 구획판(638)에 의해 진행이 저해되기 때문에, 이 고형 원료가 도관(14)으로 흘러 가는 것을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 적합한 실시형태에 관해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되지 않으며, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 제 1 실시형태에서는 하나의 제 1 유리 용융조(12)로부터 하나의 제 2 유리 용융조(20)로 용융 유리를 공급하여 방사하는 경우에 관해서 설명했지만, 도 15에 도시하는 유리 용융 장치(100a)와 같이, 다수의 노즐(22a)을 갖는 부싱(22)이 저부에 설치된 제 3 유리 용융조(60)를 구비하고 있어도 좋다.
제 3 유리 용융조(60)의 구조는 제 2 유리 용융조(20)와 같다. 이 유리 용융 장치(100a)에서는 제 3 유리 용융조(60)를 복수 구비하고 있으며, 이들 제 3 유리 용융조(60)는 상부가 개구되어 대기압 분위기에 노출되어 있다. 제 2 유리 용융조(20)와 제 3 유리 용융조(60)는 연통관(62)에 의해 연통되어 있으며, 제 2 유리 용융조(20)로부터 제 3 유리 용융조(60)로 용융 유리가 공급되도록 되어 있다. 여기에서, 연통관(62) 및 제 3 유리 용융조(60)에는 독립적으로 온도 제어 가능한 가열 수단이 형성되어 있으면 바람직하다.
이 유리 용융 장치(100a)는 제 3 유리 용융조(60)를 구비하기 때문에, 하나의 제 1 유리 용융조(12)를 공용하여, 보다 많은 유리 섬유를 효율적으로 제조할 수 있다. 또한, 제 2 유리 용융조(20)나 하나의 제 3 유리 용융조(60)에 문제가 발생해도, 상기 용융조 하부의 부싱의 온도를 낮게 하여 방사를 정지하고, 제 2 용융조나 다른 제 3 용융조 하부의 부싱 노즐로부터 방사를 계속할 수 있다.
또한, 또한 제 3 유리 용융조(60)를 설치하고, 제 3 유리 용융조(60)끼리를 연통관(62)으로 연통해도 좋다. 또한, 제 2 및 제 3 유리 용융조(20, 60)의 액위의 변동을 적게 하는 관점에서는, 제 2 및 제 3 유리 용융조(20, 60)의 용융 유리 액면의 면적을 실질적으로 동일하게 하여, 제 2 및 제 3 유리 용융조(20, 60)의 용융 유리 액면의 면적의 합계를 제 1 유리 용융조(12)의 용융 유리 액면의 면적 이상으로 하면 바람직하다.
또한, 도 16에 도시하는 유리 용융 장치(100b)와 같이, 도관(14)으로부터 직접 용융 유리가 공급되는 제 2 유리 용융조(20)를 복수 구비해도 좋다. 이 경우, 도관(14)은 도중에 제 2 유리 용융조(20)의 수만큼 분기된다. 이와 같이 해도, 하나의 제 1 유리 용융조(12)를 공용하여, 보다 많은 유리 섬유를 효율적으로 제조할 수 있다. 또한, 제 2 유리 용융조(20)는 서로 연통관으로 연통되어 있어도 좋다.
또한, 복수의 제 2 유리 용융조(20)의 액위의 변동을 적게 하는 관점에서는, 각각의 제 2 유리 용융조(20)의 용융 유리 액면의 면적을 실질적으로 동일하게 하여, 복수의 제 2 유리 용융조(20)의 용융 유리 액면의 면적의 합계를 제 1 용융조의 용융 유리 액면의 면적 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 실시형태에서는, 하나의 제 1 유리 용융조(12)로부터 하나의 제 2 유리 용융조(20)에 용융 유리를 공급하여 방사하는 경우에 관해서 설명했지만, 복수의 제 1 유리 용융조(12)로부터 하나의 제 2 유리 용융조(20)에 용융 유리를 공급하도록 해도 좋다. 이와 같이 하면, 하나의 제 1 유리 용융조(12)에서의 용융 유리의 공급에 문제가 생긴 경우는 문제가 발생한 제 1 유리 용융조(12)나 그 하부의 도관(14)에서 용융 유리를 냉각시킴으로써, 용융 유리를 굳혀서 하나의 제 1 유리 용융조(12)로부터의 용융 유리의 공급을 정지하면서, 다른 제 1 유리 용융조(12)로부터의 용융 유리의 공급에 의해 방사를 계속할 수 있다. 또한, 이 경우에 있어서도, 제 2 유리 용융조(20)의 액위의 변동을 적게 하는 관점에서는, 제 1 유리 용융조(12)의 용융 유리 액면의 면적을 실질적으로 동일하게 하여, 제 2 유리 용융조(20)의 용융 유리 액면의 면적을 복수의 제 1 유리 용융조(12)의 용융 유리 액면의 면적의 합계 이상으로 하면 바람직하다.
또한, 제 1 실시형태에서는, 제 2 유리 용융조(20)에 부싱(22)이 하나 형성되는 형태에 관해서 설명했지만, 도 17에 도시하는 유리 용융 장치(100c)와 같이, 제 2 유리 용융조(20)를 크게 하여, 저부에 부싱(22)을 복수 설치하도록 구성해도 좋다. 이와 같이 하면, 하나의 부싱(22)에서 문제가 생겨도, 다른 부싱(22)을 개재하여 방사를 계속함으로써, 안정된 유리 섬유의 제조가 가능하게 된다.
또한, 도 1에 도시하는 유리 용융 장치(100)나, 도 17에 도시하는 유리 용융 장치(100c)를 복수 병렬로 설치하고, 각각의 제 2 유리 용융조를 연통관으로 연통 할 수도 있다. 이 경우, 제 1 용융조나 도관에서 문제가 발생해도, 또한 제 2 용융조나 연통관에서 문제가 발생해도, 작업을 중단하지 않고 안정적으로 연속하여 유리 섬유를 제조할 수 있다.
또한, 제 3 및 제 4 실시형태에서는, 도관 하우징(317b) 내에 내화 단열 벽돌(24a)과 탄성 단열재(24b)가 수용되어 있는 것으로서 설명했지만, 초기 상태에서 내화 단열 벽돌(24a)만을 수용해 두고, 도관(14) 및 도관 하우징(317b)이 열팽창되었을 때, 단열재 삽입구(370)로부터 탄성 단열재(24b)를 삽입하는 것으로 해도 좋다.
또한, 제 4 실시형태에 있어서, 구획 부재(420)는 도관 하우징(317b)의 내벽으로부터 내측으로 돌출되는 플랜지상으로 형성되는 것으로서 설명했지만, 단열재(24)를 구획하는 동시에 지지할 수 있으면 어떤 형상이라도 좋고, 도관 하우징(317b)의 내벽으로부터 내측으로 돌출되는 설편상이나 직사각형 판상이라도 좋다.
또한, 제 6 실시형태에서는 제 2 흡인 장치(630)에 의해 압력 용기(628)의 용기부(628a) 내를 감압하는 것으로서 설명했지만, 도 18에 도시하는 유리 용융 장치(600a)와 같이, 제 1 흡인 장치(618)에 의해 압력 용기(628)의 용기부(628a) 내를 감압하는 것으로 해도 좋다. 이 경우, 제 1 흡인 장치(618)와 용기부(628a)를 연통하는 배관에 밸브(650)를 장착해 두고, 통상시에는 밸브(650)를 닫아 두고, 용기부(628a) 내를 감압할 때만 밸브(650)를 연다. 이와 같이 구성함으로써, 제 1 유리 용융조(612)의 기압과 용기부(628a) 내의 기압을 용이하게 일치시킬 수 있다. 게다가, 제 1 흡인 장치(618)만으로 제 1 유리 용융조(612)와 용기부(628a)의 쌍방을 감압시킬 수 있기 때문에, 비용을 저감할 수 있다.
또한, 제 6 실시형태에서는 도입구(616a)의 직하에 바스켓(634)을 설치하는 것으로서 설명했지만, 도 19에 도시하는 유리 용융 장치(600b)와 같이, 바스켓(634) 대신에 제 1 유리 용융조(612)를 구획하는 구획판(660)을 설치하는 것으로 해도 좋다. 이 구획판(660)은 상부 구획판(636) 및 하부 구획판(638)보다도 도입구(616a)에 근접한 위치로서, 상부 구획판(636) 및 하부 구획판(638)보다도 상류에 배치되어 있다. 구획판(660)은 제 1 유리 용융조(612)를 횡단하도록 제 1 유리 용융조(612)의 저면에서부터 상방을 향하여 신장하고 있고, 중앙부 및 상부에 복수의 개구(660a)가 형성되어 있다. 이로 인해, 개구(660a)는 용융 유리의 액면 부근에 배치된다.
이와 같이 구성함으로써, 제 1 유리 용융조(612)에 투입된 고형 원료(670)는 구획판(660)으로 구획된 영역 내에 수용된 상태에서 용융되고, 용융된 용융 유리만이 개구(660a)로부터 도관(14)을 향하여 흘러 나간다. 그리고, 구획판(660)의 하부에 개구(660a)를 형성하지 않음으로써, 유리 용융 장치(600)의 시작시나 기압 변동 등의 이유로 제 1 유리 용융조(612)의 액위가 바스켓(634)보다도 저하된 경우라도, 구획판(660)에 구획된 도입구(616a) 직하 영역에 용융 유리를 모아둘 수 있다. 이로 인해, 압력 용기(628)로부터 투입된 고형 원료가 직접 제 1 유리 용융조(612)에 충돌함으로써 일어나는 제 1 유리 용융조(612)의 변형이나, 제 1 유리 용융조(612)의 백금이 이물이 되어 용융 유리에 혼합되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제 6 실시형태에서는 용기부(628a) 내의 기압과 감압 하우징(616) 내의 기압을 동압화시키기 위해서 동압화 밸브(632)를 설치하는 것으로서 설명했지만, 예를 들면, 하부 개폐 기구(628c)를 약간 열어 용기부(628a) 내의 기압과 감압 하우징(616) 내의 기압을 동압화시키는 것으로 해도 좋다.
또한, 제 6 실시형태에서는, 상부 구획판(636) 및 하부 구획판(638)을 각각 2세트씩 설치하는 것으로서 설명했지만, 그 수, 조합, 배치 방법 등은 적절히 선택할 수 있고, 예를 들면, 1세트씩 설치해도 좋고, 어느 한쪽만을 설치해도 좋다.
실시예
다음에, 도 1에 도시하는 유리 용융 장치(100)를 사용하여 유리 섬유를 제조한 경우에 있어서의, 탈포 효과를 확인하는 실증 시험과 그 시험 결과에 관해서 설명한다.
이 실증 시험에서는, 도 1에 도시하는 유리 용융 장치(100)를 사용하여, 제 1 유리 용융조(12)에 E 유리 마블을 직접 투입하고, 용융과 감압 탈포를 동시에 행하고, 도관(14), 제 2 유리 용융조(20)를 개재하여, 부싱(22)에서 유리 섬유의 용융 방사를 행하였다. 그리고, 이 유리 용융 장치(100)를 사용하여 용융 유리를 고속으로 방사하고, 양호하게 유리 섬유를 얻을 수 있는 것을 확인하였다. 그리고, 탈포 효과를 확인하기 위해서, 제 2 용융조의 부싱(22)의 노즐로부터 용융 유리를 유하시켜 비즈상으로 함으로써, 비즈 내에 혼입되는 기포의 개수를 현미경 관찰에 의해 조사하였다.
여기서, 원료 투입량의 편차에 의해, 부싱(22)의 노즐(22a)로부터 토출되는 유량과 등가가 되지 않는 경우를 상정하고, 제 2 유리 용융조(20)의 액면 면적은 제 1 유리 용융조(12)의 액면 면적과 동등(34000㎟)하게 함으로써, 제 2 유리 용융조(20)의 액면 변동을 제어하기 쉬워 유리 섬유의 섬유 직경으로의 원료 투입량의 편차에 의한 영향을 낮게 하였다.
감압 탈포에 의한 용융 방사의 정상 운전이 개시된 후, 부싱(22)의 노즐(22a)로부터 토출된 용융 유리를 비즈상이 될 때까지 보지한 후, 이것을 채취하였다.
또한, 이 실증 시험에 있어서의 각 조건을 표 1에 기재한다.
1개당 약 3 내지 10g(평균 약 6g)의 유리 비즈 50kg을 현미경 관찰하고, 비즈 내의 기포의 개수를 조사하였다. 기포의 수는 1개/kg이었다.
또한, 별개의 용융조에서 제 1 용융조, 도관, 및 제 2 용융조 중의 용융 유리와 동중량의 유리 마블을 대기압하에서 용융하고, 얻어진 유리 마블의 기포수를 같은 방법으로 조사하였다. 기포수는 약 100개/kg이고, 이것으로부터 감압 탈포에 의한 유리 용융 장치(100)의 탈포 효과가 높은 것을 알 수 있었다.
도 20은 대기압에서만 유리를 용융하고, 유리의 정수압에 의해 부싱의 노즐로부터 용융 유리를 유하시켜 제작한 유리 덩어리(도 20a)와, 도 1의 유리 용융 장치(100)에 의해 용융 유리를 감압 탈포하여 유리를 용융하고, 용융 유리를 유하시켜 제작한 유리 덩어리(도 20b)의 유리 비즈를 현미경으로 관찰한 사진이다. 도 20에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 유리 용융 장치(100)에 의해 용융 유리를 감압 탈포하여 방사한 경우, 현저한 탈포 효과가 얻어지는 것을 알 수 있다.
본 발명은 유리 섬유를 방사하기 위해서 유리 원료를 용융하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치로서 이용 가능하다.
100, 100a, 100b, 100c, 200, 300, 400, 500, 600, 600a, 600b…유리 섬유 제조용 유리 용융 장치(유리 용융 장치), 12…제 1 유리 용융조, 14…도관, 16…감압 하우징, 16a…도입구, 16b…흡인구, 18…흡인 장치(제 1 흡인 장치), 20…제 2 유리 용융조, 22…부싱, 22a…노즐, 24…단열재, 24a…내화 단열 벽돌, 24b…탄성 단열재, 30…가열 수단, 32…전극부, 40…플랜지, 42…위 플랜지, 44…아래 플랜지, 46…패킹, 48…O 링, 50…수냉관, 60…제 3 유리 용융조, 62…연통관, 214…도관, 214a…도관 분기부, 316…감압 하우징, 316a…도입구, 316b…흡인구, 317a…용융조 하우징, 317b…도관 하우징, 360…신축 하우징부, 361…주름 상자부, 362…제 1 플랜지부, 363…제 2 플랜지부, 364…지지부, 370…단열재 삽입구, 420…구획 부재, 514a 내지 514d…신축 도관부, 612…제 1 유리 용융조, 616…감압 하우징, 616a…도입구, 616b…흡인구, 618…제 1 흡인 장치, 626…원료 계량부, 628…압력 용기(투입 용기), 628a…용기부, 628b…상부 개폐 기구(제 1 개폐 기구), 628c…하부 개폐 기구(제 2 개폐 기구), 630…제 2 흡인 장치, 632…동압화 밸브, 634…바스켓(용융조 내 용기), 634a…개구, 636…상부 구획판, 638…하부 구획판, 650…밸브, 660…구획판, 660a…개구, 670…고형 원료.
Claims (28)
- 제 1 유리 용융조와,
상기 제 1 유리 용융조로부터 하방으로 신장되는 도관과,
상기 제 1 유리 용융조를 감압 분위기에 노출시키기 위한 제 1 흡인 장치와,
상기 도관의 하방에 설치되어 대기압 분위기에 노출되는 제 2 유리 용융조와,
상기 제 2 유리 용융조의 저부에 설치되고 다수의 노즐을 갖는 부싱을 구비하는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유리 용융조, 상기 도관, 상기 제 2 유리 용융조, 및 상기 부싱의 각각은 독립적으로 온도 조정 가능한 가열 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 도관의 상부 또는 상기 제 1 용융조와, 상기 도관의 하부에는 각각 전극부가 형성되고, 상기 도관은 통전 가열되는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 도관의 하부에는 상기 도관으로부터 분기되어 상방을 향하여 신장되는 도관 분기부가 형성되어 있고,
상기 도관의 상부 또는 상기 제 1 용융조와, 상기 도관 분기부에는 각각 전극부가 형성되고, 상기 도관 및 상기 도관 분기부는 통전 가열되는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 유리 용융조 및 상기 도관은 상기 제 1 흡인 장치에 의해 감압되는 감압 하우징에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 도관의 하부와 상기 감압 하우징은 수냉관을 갖는 플랜지를 개재하여 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 유리 용융조, 상기 도관, 및 상기 제 2 유리 용융조는 적어도 내면이 백금 또는 백금 합금으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 유리 용융조의 저부에는 상기 부싱이 복수 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 노즐을 갖는 부싱이 저부에 설치되어 있고 대기압 분위기에 노출되는 제 3 유리 용융조와,
상기 제 2 유리 용융조와 상기 제 3 유리 용융조를 연통시키는 연통관을 구비하는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치를 사용한 유리 섬유의 제조 방법으로서,
제 1 유리 용융조에 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 투입하고,
감압 분위기 하에서 상기 제 1 유리 용융조를 가열하여 상기 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 용융하고,
도관, 제 2 유리 용융조, 및 부싱의 각각을 가열하여 용융된 유리를 상기 제 2 유리 용융조에 도입하고,
상기 부싱의 노즐로부터 상기 용융된 유리를 방사하여 유리 섬유를 제조하는 것을 특징으로 하는 유리 섬유의 제조 방법. - 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 유리 용융조의 용융 유리 액면을 상기 제 2 유리 용융조의 용융 유리 액면보다도 150㎝ 이상 높게 하는 것을 특징으로 하는 유리 섬유의 제조 방법.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 유리 용융조가 노출되는 감압 분위기의 기압과 대기압의 압력차가 일정해지도록, 상기 제 1 흡인 장치에 의한 흡인량을 제어하는 것을 특징으로 하는 유리 섬유의 제조 방법.
- 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 유리 용융조의 용융 유리 액면의 높이에 기초하여, 상기 제 1 유리 용융조로의 상기 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료의 투입량을 제어하는 것을 특징으로 하는 유리 섬유의 제조 방법.
- 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 유리 용융조의 용융 유리 액면의 면적은 상기 제 1 유리 용융조의 용융 유리 액면의 면적 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 유리 섬유의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유리 용융조 및 상기 도관을 덮고 상기 제 1 흡인 장치에 의해 감압되는 감압 하우징과,
상기 제 1 유리 용융조, 상기 도관, 상기 제 2 유리 용융조, 상기 부싱을 각각 가열하는 가열 수단을 또한 구비하고,
상기 감압 하우징에는 신축 가능한 신축 하우징부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치. - 제 15 항에 있어서, 상기 감압 하우징에는 단열재가 수용되어 있고,
상기 단열재의 적어도 일부는 탄성을 갖는 탄성 단열재인 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치. - 제 16 항에 있어서, 상기 감압 하우징에는 상기 단열재를 구획하는 구획 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치.
- 제 17 항에 있어서, 상기 탄성 단열재는 상기 구획 부재의 부근에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치.
- 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감압 하우징에는 상기 감압 하우징 내에 상기 단열재를 삽입하기 위한 단열재 삽입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치.
- 제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도관에는 굴곡 또는 만곡되어 상기 도관을 신축시키는 신축 도관부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치.
- 제 15 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 기재된 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치를 사용한 유리 섬유의 제조 방법으로서,
상기 유리 섬유의 제조 시작 단계로서,
용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 제 1 유리 용융조 및 제 2 유리 용융조의 적어도 한쪽에 투입하는 단계와,
상기 제 1 유리 용융조 및 상기 제 2 유리 용융조의 적어도 한쪽을 가열하고, 상기 용융 유리, 유리 덩어리, 또는 유리 원료를 용융하고, 도관의 하단부를 용융된 유리로 막는 단계와,
이어서, 상기 제 1 유리 용융조를 감압 분위기에 노출시키는 단계와,
상기 제 1 유리 용융조, 상기 도관, 상기 제 2 유리 용융조, 상기 부싱을 가열하고, 상기 부싱의 노즐로부터 상기 용융된 유리를 방사하는 단계를 포함하고,
상기 유리 섬유의 제조 시작 단계에,
상기 도관의 열팽창량과 감압 하우징의 열팽창량의 관계에 기초하여 신축 하우징의 신장량을 조정하는 것을 특징으로 하는 유리 섬유의 제조 방법. - 제 21 항에 있어서, 상기 도관 및 상기 감압 하우징의 승온에 따라, 상기 감압 하우징 내에 단열재를 삽입하는 것을 특징으로 하는 유리 섬유의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유리 용융조 및 상기 도관을 덮고 상기 제 1 흡인 장치에 의해 감압되는 감압 하우징과,
상기 감압 하우징에 연결되어 상기 제 1 유리 용융조에 투입하는 고형 원료가 수용되고, 상기 고형 원료의 입구측에 설치된 제 1 개폐 기구와, 상기 고형 원료의 출구측에 설치된 제 2 개폐 기구가 설치된 투입 용기와,
상기 투입 용기 내를 감압하는 제 2 흡인 장치를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치. - 제 23 항에 있어서, 상기 제 1 유리 용융조에는 상기 투입 용기로부터 상기 고형 원료가 투입되는 위치에 배치되어 개구가 형성된 용융조 내 용기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치.
- 제 1 항 내지 제 9 항, 제 15항 내지 제 20 항, 제 23 항, 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 유리 용융조에는 용융 유리의 상부를 구획하는 상부 구획판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치.
- 제 1 항 내지 제 9 항, 제 15 항 내지 제 20 항, 제 23 항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 유리 용융조에는 용융 유리의 하부를 구획하는 하부 구획판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치.
- 제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 흡인 장치와 상기 제 2 흡인 장치는 동일한 것을 특징으로 하는 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치.
- 제 23 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 기재된 유리 섬유 제조용 유리 용융 장치를 사용한 유리 섬유의 제조 방법으로서,
제 2 개폐 기구를 닫은 상태에서 제 1 개폐 기구를 열고 투입 용기에 고형 원료를 투입하고,
상기 제 1 개폐 기구를 닫고 제 2 흡인 장치에 의해 상기 투입 용기 내를 감압한 상태에서, 상기 제 2 개폐 기구를 열고, 제 1 유리 용융조에 상기 고형 원료를 투입하고,
감압 분위기 하에서 상기 제 1 유리조를 가열하여 상기 고형 원료를 용융하고,
도관, 제 2 유리 용융조, 및 부싱의 각각을 가열하여 용융한 용융 유리를 상기 제 2 유리 용융조에 투입하고,
상기 부싱의 노즐로부터 상기 용융 유리를 방사하여 유리 섬유를 제조하는 것을 특징으로 하는 유리 섬유의 제조 방법.
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