WO2013024617A1 - ガラス不織布の製造装置及び方法並びにガラス不織布 - Google Patents

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WO2013024617A1
WO2013024617A1 PCT/JP2012/064417 JP2012064417W WO2013024617A1 WO 2013024617 A1 WO2013024617 A1 WO 2013024617A1 JP 2012064417 W JP2012064417 W JP 2012064417W WO 2013024617 A1 WO2013024617 A1 WO 2013024617A1
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glass
nonwoven fabric
target member
glass material
electrode means
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PCT/JP2012/064417
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神屋　和雄
芳宏 久保田
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信越石英株式会社
信越化学工業株式会社
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/002—Inorganic yarns or filaments
    • D04H3/004—Glass yarns or filaments
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/02—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments
    • D04H3/03—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments at random

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for producing a nonwoven fabric made of ultrafine glass fibers by electrospinning, and a glass nonwoven fabric, and more particularly, a thin glass nonwoven fabric production apparatus for forming a high-frequency circuit board with low dielectric constant and low loss. And a method and a glass nonwoven fabric.
  • glass nonwoven fabrics have a fine fiber diameter and a large specific surface area and are excellent in heat resistance and chemical stability. Therefore, they are used for high temperature filters, catalyst carriers, enzyme immobilization substrates, FRP substrates, etc.
  • a composite material of a glass cloth and a resin is used for a printed wiring board, and aluminoborosilicate glass generally called E glass is used.
  • E glass aluminoborosilicate glass
  • D glass is used when a low dielectric constant and a low loss are required as a high-frequency circuit board.
  • quartz glass cloth has been used as a high-frequency circuit board having a frequency exceeding 1 GHz.
  • These glass cloths are manufactured by drawing out a plurality of filaments from a glass melt and weaving a yarn obtained by twisting strands made of these filaments.
  • the glass cloth produced in this way is expensive because it undergoes many steps.
  • quartz glass cannot be spun from the melt because of its high melt viscosity.
  • Patent Document 1 a large number of quartz glass rods are melted simultaneously to draw out filaments and converge them. Therefore, it is necessary to uniformly heat a large number of quartz glass rods, a precise control device is required, productivity is low, and the cost is extremely expensive.
  • Patent Document 2 a method for producing a quartz glass nonwoven fabric at low cost by the melt blow method has been proposed. This method is highly productive and can be manufactured in large quantities, but because the molten glass is blown away to form filaments, the fiber length is short, the diameter and length vary, and there is no entanglement between filaments. It was difficult to obtain a sufficient, uniform and high-strength nonwoven fabric.
  • Patent Document 3 and Patent Document 4 As another method for obtaining such a quartz glass nonwoven fabric, as in Patent Document 3 and Patent Document 4, an electric field is applied to a sol solution obtained by hydrolyzing alkoxysilane, and the nonwoven fabric is spun by electrostatic force. Manufacturing methods are known. In this method, since the fiber diameter varies depending on the viscosity of the sol solution, it is necessary to prepare a stable sol solution, and it is difficult to obtain a filament of stable quality. Further, it is necessary to sinter and vitrify after spinning, and it is difficult to make the thickness after sintering constant. Furthermore, there has been a problem that some of the filaments are fused to each other at the time of sintering and flexibility is impaired.
  • the present invention solves such a conventional problem, and is a non-woven fabric made of glass filaments having an ultrafine diameter, for example, a diameter of 0.3 ⁇ m to 5 ⁇ m by an electrospinning method, particularly a high-frequency circuit having a low dielectric constant and a low loss.
  • An object of the present invention is to provide an apparatus and method for producing a glass nonwoven fabric having a very thin thickness, for example, a thickness of 50 ⁇ m to 1 mm, and a glass nonwoven fabric for forming a substrate.
  • a first aspect of the glass nonwoven fabric manufacturing apparatus of the present invention includes a glass material supply means for supplying a long glass material, and the supplied long glass material as a predetermined.
  • Conveying means for conveying at a speed, guide electrode means for performing the action of feeding out the long glass material that has been conveyed and being an electrode formed from a conductive material, and the long glass material that has been fed out A heating means for melting and softening, a target member made of a conductive material disposed opposite to the guide electrode means with a predetermined interval, and a direct current for applying a direct current voltage between the guide electrode means and the target member Power supply means, A tip portion of the long glass material is fed out from the guide electrode means and melted and softened by the heating means, and a DC voltage is applied between the guide electrode means and the target member, and the guide electrode means
  • the glass filament can be deposited on the target member from the tip of the long glass material melted and softened by the heating means by the electrostatic force generated between the target member and
  • the second aspect of the glass nonwoven fabric manufacturing apparatus of the present invention comprises: a glass material supply means for supplying a long glass material; a transport means for transporting the supplied long glass material at a predetermined speed; A heating electrode means having a guide portion for delivering the long glass material that has been formed and being made of a conductive material and serving as an electrode for melting and softening the long glass material that has been conveyed; and the heating A target member made of a conductive material placed opposite to the electrode means at a predetermined interval, and a DC power source means for applying a DC voltage between the heating electrode means and the target member, The distal end portion of the long glass material is conveyed to the guide portion of the heating electrode means and melted and softened, and a DC voltage is applied between the heating electrode means and the target member, and the heating electrode means and the heating electrode means
  • the glass filament can be deposited on the target member from the tip of the long glass material melted and softened by the heating electrode means by the electrostatic force generated between the target member and the target member.
  • the long glass material is a glass rod or glass fiber
  • the glass rod has a diameter of 0.3 mm to 2 mm
  • the glass fiber has a diameter of 0.1 mm to 0.5 mm. Is preferred.
  • the diameter of the glass filament is preferably 0.3 ⁇ m to 5 ⁇ m, and the DC voltage is preferably 5 kV to 100 kV. Quartz glass is preferably used as the long glass material.
  • the shape of the target member is not particularly limited, a target member that can be moved in the XY direction or a target cylindrical member that can be rotated can be employed.
  • the 1st aspect of the manufacturing method of the glass nonwoven fabric of this invention is a manufacturing method of the glass nonwoven fabric using the manufacturing apparatus of the 1st aspect of this invention, Comprising: A long glass raw material is supplied from the said glass raw material supply means. A glass material supply step, a glass material transfer step of transferring the supplied long glass material at a predetermined speed by the transfer means, and the heating of the long glass material transferred by the guide electrode means. A glass raw material feeding step for feeding to the means, and melting and softening the leading end of the long glass material that has been sent out by the heating means, and between the guide electrode means and the target member by the DC power supply means. A direct current voltage is applied to generate an electrostatic force, and the electrostatic force causes the glass filament to move from the tip of the long glass material to the target portion. It is deposited on top and having a glass filaments deposition process of a glass nonwoven, a.
  • the 2nd aspect of the manufacturing method of the glass nonwoven fabric of this invention is a manufacturing method of the glass nonwoven fabric using the manufacturing apparatus of the 2nd aspect of this invention, Comprising: A long glass raw material is supplied from the said glass raw material supply means. A glass material supply step, a glass material transfer step of transferring the supplied long glass material at a predetermined speed by the transfer means, and the long glass material transferred to the guide portion of the heating electrode means The heating electrode means is melted and softened by the heating electrode means, and a DC voltage is applied between the heating electrode means and the target member by the DC power supply means to generate an electrostatic force. A glass filament deposition step in which a glass filament is deposited on the target member from the front end portion of the material to form a glass nonwoven fabric.
  • the glass nonwoven fabric of the present invention is manufactured by the manufacturing method of the first or second aspect of the present invention, and glass filaments having a diameter of 0.3 ⁇ m to 5 ⁇ m are entangled with each other to be deposited in a thickness of 50 ⁇ m to 1 mm. It is characterized by.
  • the quartz glass nonwoven fabric using a quartz glass filament as a glass filament is preferable.
  • ultrathin glass filaments can be continuously manufactured with long fibers, and a thin glass nonwoven fabric is manufactured by depositing the filaments on a target member. Can do.
  • a nonwoven fabric can be easily produced even with a material having a high melting point such as quartz glass, which is difficult to spin from a melt, and has a low dielectric constant.
  • a thin glass nonwoven fabric for forming a low-loss high-frequency circuit board can be provided.
  • the glass nonwoven fabric of the present invention is thin, for example, having a thickness of 50 ⁇ m to 1 mm, and has an advantage that a high-frequency circuit board having a low dielectric constant and low loss can be effectively formed.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory view showing one embodiment of the glass nonwoven fabric manufacturing apparatus of the present invention.
  • symbol 10 is a manufacturing apparatus of the glass nonwoven fabric of this invention.
  • the glass nonwoven fabric manufacturing apparatus 10 has a glass material supply means 14 such as a bobbin for supplying a long glass material 12.
  • Examples of the shape of the long glass material include glass rods and glass fibers.
  • the glass rod preferably has a diameter of 0.3 mm to 2 mm, and the glass fiber preferably has a diameter of 0.1 mm to 0.5 mm.
  • quartz glass is used suitably.
  • Numeral 16 denotes a conveying means that performs the operation of conveying the long glass material 12 supplied from the glass material supplying means 14 at a predetermined speed.
  • a conveying means 16 for example, a feed roll means composed of a pair of rolls installed opposite to each other as shown in FIG. 1 can be adopted.
  • the long glass material 12 conveyed by the conveying means 16 is further sent out in the conveying direction by the guide electrode means 18.
  • the guide electrode means 18 is formed of a conductive material such as graphite and is configured to act as an electrode.
  • Numeral 20 is a heating means, and is placed oppositely in the vicinity of the guide electrode means 18.
  • the long glass material 12 sent out by the guide electrode means 18 is melt-softened by the heating means 20 at the tip portion thereof.
  • various heating devices can be applied as will be described later.
  • FIG. 1 the configuration in which the oxyhydrogen burner flame 20 b is emitted from the burner 20 a is illustrated.
  • the burner 20a When the burner 20a is applied, the tip of the long glass material 12 is melted and softened in the oxyhydrogen burner flame 20b.
  • the target member 22 is a target member made of a conductive material, for example, a metal material such as stainless steel, and is disposed opposite to the guide electrode means 18 and the heating means 20 with a predetermined distance therebetween.
  • Reference numeral 24 denotes a DC power source means, which is connected to the guide electrode means 18 and the target member 22 via wirings 25, respectively, so that a high-voltage DC voltage is applied between the guide electrode means 18 and the target member 22. Act on.
  • the target member 22 is held by a target member holding means 23 that is movable in the XY directions, and is configured to be movable in the XY directions as necessary.
  • the distal end portion of the long glass material 12 is sent out from the guide electrode means 18 and melted and softened by the heating means 20.
  • a high voltage DC voltage is applied between the guide electrode means 18 and the target member 22, and the heating means 20 melts and softens the electrostatic force generated between the guide electrode means 18 and the target member 22.
  • a glass filament 26 is deposited on the target member 22 as shown in FIG. 1 from the tip of the elongated glass material 12 thus formed, and a glass nonwoven fabric 28 can be formed.
  • the distance between the guide electrode means 18 and the target member 22 is about 50 mm to 300 mm and a high voltage DC voltage of 5 kV to 100 kV is applied. Under such working conditions, a glass filament 26 having a diameter of 10 ⁇ m or less can be deposited on the target member 22 from the front end portion of the melted long glass material 12 by electrostatic force.
  • the outer diameter of the glass filament 26 can be controlled by adjusting the feed speed, flame temperature, applied voltage, etc. of the long glass material 12.
  • the target member 22 in the illustrated example of FIG. 1, the case where the metal target member is fixed and shown is shown, but the target member 22 is rotated in a cylindrical shape as shown in FIG. Further, it is possible to adopt a configuration in which reciprocation is performed in the direction of the rotation axis, and the target member holding means 23 shown in FIG. 1 is operated to move the metal target member two-dimensionally on the XY stage.
  • Filaments 26 may be deposited in a flat shape to form a glass nonwoven fabric 28.
  • the glass nonwoven fabric produced can be reinforced by applying a sizing material during or after deposition, and can be strengthened by adding a binder.
  • the long glass material 12 may be a glass used for a printed wiring board such as E glass or D glass, and borosilicate glass may be used.
  • quartz glass is preferably used. Since quartz glass has a high melt viscosity and cannot be spun from a melt, it is effective to apply the apparatus and method of the present invention when producing a quartz glass nonwoven fabric.
  • the conductive material constituting the guide electrode means 18 a metal material such as copper or stainless steel can be used, but graphite is preferable when mixing of metal impurities is not desired.
  • the conductive material constituting the target member 22 is not particularly limited, but a metal material such as stainless steel is used.
  • the flame 20b radiated from the burner 20a serving as the heating means 20 is stable in the method of heating from the direction orthogonal to the supply direction of the glass material 12, and has excellent controllability. However, as shown in FIG. By supplying in parallel and adding a gas flow rate, the spinning speed can be increased and the productivity can be increased, which will be described below.
  • the term “spinning” is used as a term that refers to a state in which the tip of a glass material is melted and softened and separated and floated as a glass filament by electrostatic force.
  • FIG. 2 is a schematic explanatory view showing another embodiment of the apparatus for producing a glass nonwoven fabric of the present invention.
  • the difference between the embodiment of FIG. 2 and the embodiment of FIG. 1 is as follows.
  • the guide electrode means 18 shown in FIG. 1 is omitted, and a heating electrode that can serve both as a heating action and a guide action instead of the heating means 20 shown in FIG. Means 21 are installed.
  • the burner 21 a that constitutes the heating electrode means 21 is installed in a state that is coincident with or parallel to the supply direction of the glass material 12, and therefore the oxyhydrogen burner flame 21 b is coincident with or parallel to the supply direction of the glass material 12. Is emitted.
  • a guide portion 30 which is a through hole through which the long glass material 12 can be inserted is opened inside the burner 21a, and the glass filament 26 of the long glass material 12 melted and softened by the oxyhydrogen burner flame 21b. As shown in FIG. 2, it is radiated with a flame in the horizontal direction from the tip opening of the burner 21a and is deposited on the target member 22 by electrostatic force. Further, the DC power supply means 24 is connected to the heating electrode means 21 and the target member 22 via wirings 25, respectively, and applies a high-voltage DC voltage between the heating electrode means 21 and the target member 22. Act on. Other configurations are the same as those in FIG. 1 and are denoted by the same reference numerals, and therefore, a repetitive description of those components is omitted.
  • the leading end portion of the long glass material 12 is conveyed by the conveying means 16, inserted into the guide portion 30 of the heating electrode means 21, and melted and softened by the heating electrode means 21.
  • a high-voltage direct current voltage is applied between the heating electrode means 21 and the target member 22 and melted by the heating electrode means 21 by the electrostatic force generated between the heating electrode means 21 and the target member 22.
  • a glass filament 26 radiated in the horizontal direction from the tip of the softened long glass material 12 can be deposited on the target member 22 as shown in FIG. 2 to form a glass nonwoven fabric 28.
  • the electrostatic field is disturbed by the disturbance of the gas flow velocity, and the variation in the filament diameter tends to increase.
  • electric discharge easily occurs due to the electric conductivity of the flame, it is necessary to set a distance and an angle so that the position of the target member 22 and the flame are not too close.
  • FIGS. 1 and 2 an example in which a metal target member is used as the target member 22 has been shown.
  • the target member 22 a member having a shape other than a flat plate member can be used.
  • a cylindrical member can also be applied as shown in FIG. 3 shows an example in which the target member 22 is a cylindrical member in the configuration of FIG. 2, the cylindrical target member can be similarly applied to the configuration of FIG. Not too long.
  • FIG. 3 is a schematic explanatory view showing another embodiment of the glass nonwoven fabric manufacturing apparatus of the present invention.
  • the difference between the embodiment of FIG. 3 and the embodiment of FIG. 2 is as follows.
  • the target cylindrical body 34 attached in a state of being rotatable on the rotating shaft 32 and movable in the direction of the rotating shaft instead of the target member 22 shown in FIG. Is provided.
  • Other configurations are the same as those in FIG. 2 and are denoted by the same reference numerals, and therefore, re-explanation of those components is omitted.
  • the target cylindrical body 34 which is a cylindrical target member, is used, and a glass filament is deposited on the surface of the target cylindrical body 34 so as to reciprocate in the direction of the rotation axis while rotating the target cylindrical body 34. It is also possible to produce a non-woven fabric.
  • an example of the oxyhydrogen burner flame 20b by the burner 20a is shown as the heating means 20, but heating by a laser beam or an electric furnace may be used.
  • a laser beam or an electric furnace In the case of laser light, a carbon dioxide laser, YAG laser, or the like is used. Since the melted portion has a high viscosity, it is necessary to provide a gas injection nozzle around the melted portion so that the filament can be easily blown out. In the case of an electric furnace, the melted portion softens and falls, so spinning is performed downward. It is necessary to provide a furnace core tube made of alumina in the electric furnace to completely insulate it from the heater. The electric furnace needs to be treated against discharge, such as grounding the glass melted portion as a negative electrode and the metal target member as a positive electrode.
  • FIG. 1 the example in which the burner as the heating means is installed in the vertical direction is shown, but the heating means including the heating means other than the burner is appropriately tilted in addition to the vertical direction as necessary.
  • FIG. 4 it is also possible to adopt a configuration in which the burner 20a as the heating means 20 is installed in the horizontal direction in the configuration of FIG.
  • the configuration of FIG. 1 is the same as that of FIG. 1 except that a guide portion 30 is provided in the heating means 20 to guide the long glass material 12 in the horizontal direction inside the heating means 20.
  • the same action as in the case of the configuration can be performed.
  • Each member in FIG. 4 is the same except for the difference in the above-described configuration, and is denoted by the same reference numerals as in FIG.
  • FIGS. 2 and 3 an example of the oxyhydrogen burner flame 21b by the burner 21a having the guide portion 30 as the heating electrode means 21 is shown.
  • heating with a laser beam or an electric furnace can also be adopted, and when heating with an electric furnace, a tubular electric furnace with a heater function inside or an arc furnace can be applied.
  • FIG. 3 the example in which the burner as the heating means is installed in the horizontal direction is shown.
  • the heating means including the heating means other than the burner is appropriately tilted other than in the horizontal direction as necessary. Needless to say, it may be installed in a state where it is in contact.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the process sequence of one embodiment of the first aspect of the method for producing a glass nonwoven fabric of the present invention.
  • the 1st aspect of the manufacturing method of the glass nonwoven fabric of this invention utilizes the 1st aspect of the manufacturing apparatus of the glass nonwoven fabric of this invention.
  • the long glass material 12 is prepared in the glass material supply means 14 such as a bobbin (Step 100 in FIG. 5).
  • the leading end portion of the long glass material 12 is conveyed to the guide electrode means 18 by the conveying means 16 (step 102 in FIG. 5).
  • tip part of the elongate glass raw material 12 is sent out from the said guide electrode means 18 by the conveyance means 16 (step 104 of FIG. 5).
  • the leading end portion of the long glass material 12 sent out from the guide electrode means 18 is melted and softened by the heating means 20 (step 106 in FIG. 5).
  • a high DC voltage is applied between the guide electrode means 18 and the target member 22 to generate an electrostatic force between the guide electrode means 18 and the target member 22 (step 108 in FIG. 5).
  • a glass filament 26 is deposited on the target member 22 as shown in FIG. 1 from the tip of the glass material 12 melted and softened by the heating means 20 by the generated electrostatic force (step 110 in FIG. 5). In this way, the glass nonwoven fabric 28 is manufactured.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the process sequence of one embodiment of the second aspect of the method for producing a glass nonwoven fabric of the present invention.
  • the 2nd aspect of the manufacturing method of the glass nonwoven fabric of this invention utilizes the 2nd aspect of the manufacturing apparatus of the glass nonwoven fabric of this invention.
  • the reference numerals shown in FIG. 1 are the reference numerals shown in FIG.
  • the long glass material 12 is prepared in the glass material supply means 14 such as a bobbin (Step 200 in FIG. 6).
  • tip part of the elongate glass raw material 12 is conveyed by the conveyance means 16 to the heating electrode means 21 (step 202 of FIG. 6).
  • the tip of the long glass material 12 that has been conveyed is inserted into the guide portion 30 of the heating electrode means 21 and melted and softened by the heating electrode means 21 (step 204 in FIG. 6).
  • a high DC voltage is applied between the heating electrode means 21 and the target member 22 to generate an electrostatic force between the heating electrode means 21 and the target member 22 (step 206 in FIG. 6). .
  • the glass filament 26 radiated in the horizontal direction as shown in FIG.
  • the glass nonwoven fabric 28 is manufactured.
  • the electrostatic field is disturbed by the disturbance of the gas flow velocity, and the variation in the filament diameter tends to increase.
  • electric discharge easily occurs due to the electric conductivity of the flame, it is necessary to set a distance and an angle so that the position of the target member 22 and the flame are not too close.
  • the case where one long glass material 12 is used has been described as an example.
  • it is preferable to manufacture a glass nonwoven fabric by installing a large number of long glass materials 12 and simultaneously spinning a plurality of or a large number of glass filaments.
  • the guide electrode means 18 or the heating electrode member 21 and the target member 22 are shown as opposed to each other in the horizontal direction. Needless to say, it can be installed in the opposite direction, and other opposing positions can be set according to the installation location.
  • Example 1 A quartz glass nonwoven fabric is produced using an apparatus similar to the apparatus shown in FIG.
  • a long quartz glass fiber having a diameter of 0.3 mm was prepared as a long glass material, and the long quartz glass fiber was supplied to the graphite guide electrode means by a conveying means (feed roller). From the direction perpendicular to the feeding direction, the tip of the long quartz glass fiber was heated to about 2000 ° C. with an oxyhydrogen burner flame from a burner serving as a heating means, and melted and softened.
  • a target member holding means that can move in the XY2 direction is placed at a position facing the guide electrode means and 150 mm apart, and the stainless steel substrate that is the target member is held (in this embodiment, the stainless steel substrate is moved in the XY direction). State).
  • this graphite guide electrode means When this graphite guide electrode means is used as an electrode and a high-voltage DC voltage of 20 kV is applied by a DC power source to a distance of 150 mm from the stainless steel substrate to generate an electrostatic force between the guide electrode means and the stainless steel substrate, A quartz glass filament having a diameter of about 0.5 ⁇ m was separated and floated by an electrostatic force from the tip of the glass silica fiber and deposited on the stainless steel substrate. The deposited quartz glass filaments were entangled with each other to form a quartz glass nonwoven fabric (thickness: 200 ⁇ m).
  • Example 2 A quartz glass nonwoven fabric is produced using an apparatus similar to the apparatus shown in FIG.
  • a long quartz glass fiber having a diameter of 0.3 mm is prepared as a long glass material, and this long quartz glass fiber is heated by a conveying means (feeding roller) and has a through hole as a guide portion at the center.
  • a conveying means feeding roller
  • Hydrogen and oxygen were supplied to a metal burner, and the tip of the long quartz glass fiber was heated to about 2000 ° C. with an oxyhydrogen flame to melt and soften.
  • a rotatable stainless steel cylindrical drum was placed at a position facing the metal burner and separated by 150 mm, and this stainless steel cylindrical drum was used as a target member.
  • the stainless steel cylindrical drum is rotated and reciprocated in the direction of the rotation axis, and a high voltage DC voltage of 20 kV is applied between the stainless steel cylindrical drum using the metal burner as an electrode, and an electrostatic force is generated between the burner and the stainless steel cylindrical drum.
  • the quartz glass filament with a diameter of about 1 ⁇ m is separated and floated by the electrostatic force from the tip of the long quartz glass fiber sent in the same direction as the oxyhydrogen burner flame and melted and softened by the gas flow velocity and electrostatic force from the burner.
  • Example 3 A quartz glass nonwoven fabric (thickness: 200 ⁇ m) was produced by the same procedure and conditions as in Example 1 except that a carbon dioxide laser was used instead of the burner as the heating means.
  • Example 4 a long glass fiber having a diameter of 0.3 mm made of borosilicate glass containing 80% SiO 2 and 12% B 2 O 3 is used as the long glass material. About 0.3 ⁇ m in diameter from the tip of the long glass material melted in the same manner as in Example 1 except that the tip of the long glass fiber was melted and softened by heating to about 1200 ° C. with a burner flame. Glass filaments separated and floated by electrostatic force and deposited on the stainless steel substrate. The deposited glass filaments were entangled with each other to form a glass nonwoven fabric (thickness 50 ⁇ m) made of borosilicate glass.
  • 10, 10A, 10B, 10C Glass nonwoven fabric manufacturing apparatus
  • 12 Long glass material
  • 14 Glass material supply means
  • 16 Conveyance means
  • 18 Guide electrode means
  • 20: Heating means, 20a: Burner, 20b Oxyhydrogen burner flame
  • 21a: Burner, 21b Oxyhydrogen burner flame
  • 28 Glass nonwoven fabric
  • 30 Guide part
  • 32 Rotating shaft
  • 34 Target cylindrical body.

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Abstract

　エレクトロスピニング法により極細径、例えば直径が０．３μｍ～５μｍのガラスフィラメントからなる不織布、特に、低誘電率、低損失な高周波回路基板を形成するための極肉薄、例えば厚さが５０μｍ～１ｍｍのガラス不織布の製造装置及び方法並びにガラス不織布を提供する。　長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給手段と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を所定速度で搬送する搬送手段と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を送り出す作用を行うとともに導電性材料から形成されかつ電極となるガイド電極手段と、送り出されてきた該長尺状ガラス素材を溶融軟化させる加熱手段と、該ガイド電極手段から所定間隔を介して対向して設置された導電性材料からなるターゲット部材と、該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加する直流電源手段とを有するようにした。

Description

ガラス不織布の製造装置及び方法並びにガラス不織布
　本発明はエレクトロスピニング法により極細径のガラス繊維からなる不織布を製造する装置及び方法並びにガラス不織布に関し、特に、低誘電率、低損失な高周波回路基板を形成するための肉薄のガラス不織布の製造装置及び方法並びにガラス不織布に関する。
　一般的に、ガラス不織布は細かい繊維径と大きな比表面積を有し耐熱性、化学的安定性に優れているために高温でのフイルターや触媒担体、酵素固定基材、ＦＲＰ基材などに利用される。また、誘電率特性に優れていることから高周波用電子基材としても有用であり、レーザードームや電子回路基板などの用途が広がっている。
　従来、プリント配線基板にはガラスクロスと樹脂の複合材料が使用されており、一般的にはＥガラスと称せられるアルミノホウケイ酸ガラスが用いられている。特に高周波回路基板として低誘電率、低損失が要求される場合にはＤガラスが用いられている。さらに周波数が１ＧＨｚを超える高周波回路基板として石英ガラスクロスが用いられてきている。
　これらのガラスクロスの製造はガラス融液から複数本のフィラメントを引き出し、これを収束させたストランドを撚り合わせたヤーンを紡織することで製造されている。このようにして製造されたガラスクロスは多くの工程を経るために高価である。とくに石英ガラスの場合は溶融粘度が高いために融液からの紡糸ができず、特許文献１に示されているように多数本の石英ガラスロッドを同時に溶融してフィラメントを引き出し、これを収束させて製造されており、多数本の石英ガラスロッドを均一に加熱する必要があり、精密な制御装置が必要な上に、生産性も低く、きわめて高価なものになっている。
　そこで、特許文献２に示されているように、メルトブロー法により安価に石英ガラス不織布を製造する方法が提案されている。この方法は生産性も高く大量に製造することが可能であるが、溶融ガラスを吹き飛ばしてフィラメントを形成するために、繊維長が短く、径や長さがばらつきもあり、フィラメント同士の絡みつきも不十分で、均一で高強度の不織布を得ることが困難であった。
　このような石英ガラス不織布を得る別の方法として、特許文献３や特許文献４のようにアルコキシシランを加水分解して得られたゾル液に電界を作用させて、静電力によって紡糸して不織布を製造する方法が知られている。この方法ではゾル液の粘度によって繊維径が変動することから、安定したゾル液を調製しなければならず、安定した品質のフィラメントを得ることが困難であった。また、紡糸した後に焼結してガラス化する必要があり、焼結後の厚みを一定にすることが困難であった。さらに、焼結時にフィラメント同士の一部が融着して、柔軟性が損なわれるなどの問題があった。
特開２００４－９９３７６号公報 特開２００４－３５３１３２号公報 特開２００３－７３９６４号公報 特開２００７－６３６８３号公報
　本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、エレクトロスピニング法により極細径、例えば直径が０．３μｍ～５μｍのガラスフィラメントからなる不織布、特に、低誘電率、低損失な高周波回路基板を形成するための極肉薄、例えば厚さが５０μｍ～１ｍｍのガラス不織布の製造装置及び方法並びにガラス不織布を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するために、本発明のガラス不織布の製造装置の第１の態様は、長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給手段と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を所定速度で搬送する搬送手段と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を送り出す作用を行うとともに導電性材料から形成されかつ電極となるガイド電極手段と、送り出されてきた該長尺状ガラス素材を溶融軟化させる加熱手段と、該ガイド電極手段から所定間隔を介して対向して設置された導電性材料からなるターゲット部材と、該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加する直流電源手段とを有し、
前記長尺状ガラス素材の先端部を前記ガイド電極手段から送り出して前記加熱手段によって溶融軟化させて、前記ガイド電極手段と前記ターゲット部材との間に直流電圧を印加して、該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に発生した静電力により前記加熱手段によって溶融軟化させられた該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させることができるようにしたことを特徴とする。
　本発明のガラス不織布の製造装置の第２の態様は、長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給手段と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を所定速度で搬送する搬送手段と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を送り出す作用を行うガイド部を有するとともに導電性材料から形成されかつ電極となりかつ搬送されてきた該長尺状ガラス素材を溶融軟化させる加熱電極手段と、該加熱電極手段から所定間隔を介して対向して設置された導電性材料からなるターゲット部材と、該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加する直流電源手段とを有し、
前記長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱電極手段のガイド部に搬送して溶融軟化させ、前記加熱電極手段と前記ターゲット部材との間に直流電圧を印加して、該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に発生した静電力により前記加熱電極手段によって溶融軟化させられた該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させることができるようにしたことを特徴とする。
　前記長尺状ガラス素材がガラスロッドまたはガラス繊維であり、前記ガラスロッドの直径が０．３ｍｍ～２ｍｍであり、前記ガラス繊維の直径が０．１ｍｍ～０．５ｍｍであるように設定するのが好適である。
　前記ガラスフィラメントの直径が０．３μｍ～５μｍであり、また前記直流電圧が５ｋＶ～１００ｋＶであるのが好ましい。前記長尺状ガラス素材としては石英ガラスが好適に用いられる。
　前記ターゲット部材の形状には特別の限定はないが、ＸＹ方向に移動可能とされたターゲット部材又は回転可能とされたターゲット円筒部材を採用することができる。
　本発明のガラス不織布の製造方法の第１の態様は、本発明の第１の態様の製造装置を用いるガラス不織布の製造方法であって、前記ガラス素材供給手段から長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給工程と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を前記搬送手段によって所定速度で搬送するガラス素材搬送工程と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を前記ガイド電極手段によって前記加熱手段に向かって送り出すガラス素材送り出し工程と、送り出されてきた該長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱手段によって溶融軟化させるとともに前記直流電源手段によって該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加して静電力を生じさせこの静電力により該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させてガラス不織布とするガラスフィラメント堆積工程と、を有することを特徴とする。
　本発明のガラス不織布の製造方法の第２の態様は、本発明の第２の態様の製造装置を用いるガラス不織布の製造方法であって、前記ガラス素材供給手段から長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給工程と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を前記搬送手段によって所定速度で搬送するガラス素材搬送工程と、前記加熱電極手段のガイド部に搬送されてきた該長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱電極手段によって溶融軟化させるとともに前記直流電源手段によって該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加して静電力を生じさせこの静電力により該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させてガラス不織布とするガラスフィラメント堆積工程と、を有することを特徴とする。
　本発明のガラス不織布は、本発明の第１又は第２の態様の製造方法により製造され、直径が０．３μｍ～５μｍのガラスフィラメントが相互に絡み合って５０μｍ～１ｍｍの厚さに堆積状態となっていることを特徴とする。本発明のガラス不織布においては、ガラスフィラメントとして石英ガラスフィラメントを用いた石英ガラス不織布が好ましい。
　本発明のガラス不織布の製造装置及び方法によれば、極細径のガラスフィラメントを長繊維で連続して製造することができ、これをターゲット部材上に堆積することで肉薄のガラス不織布を製造することができる。本発明のガラス不織布の製造装置及び方法においては、ガラス材料として石英ガラスのように高融点であるために融液からの紡糸が困難な材料でも容易に不織布を製造することができ、低誘電率、低損失な高周波回路基板を形成するための肉薄のガラス不織布を提供することができる。本発明のガラス不織布は、肉薄、例えば厚さが５０μｍ～１ｍｍであり、低誘電率、低損失な高周波回路基板を効果的に形成することができるという利点がある。
本発明のガラス不織布の製造装置の一つの実施の態様を示す概略説明図である。 本発明のガラス不織布の製造装置の他の実施の態様を示す概略説明図である。 本発明のガラス不織布の製造装置の別の実施の態様を示す概略説明図である。 本発明のガラス不織布の製造装置のさらに別の実施の態様を示す概略説明図である。 本発明のガラス不織布の製造方法の第１の態様の一つの実施の形態の工程順を示すフローチャートである。 本発明のガラス不織布の製造方法の第２の態様の一つの実施の形態の工程順を示すフローチャートである。
　以下に、本発明を実施するための好ましい形態を添付図面に基づいて説明するが、本発明は図示例に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能であることはいうまでもない。
　図１は本発明のガラス不織布の製造装置の一つの実施の態様を示す概略説明図である。
図１において、符号１０は本発明のガラス不織布の製造装置である。該ガラス不織布の製造装置１０は、長尺状ガラス素材１２を供給するボビン等のガラス素材供給手段１４を有している。該長尺状ガラス素材の形状としてはガラスロッドやガラス繊維を例示することができる。また、該ガラスロッドとしては直径が０．３ｍｍ～２ｍｍのものが、該ガラス繊維としては直径が０．１ｍｍ～０．５ｍｍのものが好適に使用される。また、上記長尺状ガラス素材としてはホウケイ酸ガラス等の一般的なガラス素材が使用できるが、石英ガラスが好適に使用される。
　１６は搬送手段で、前記ガラス素材供給手段１４から供給されてきた長尺状ガラス素材１２を所定速度で搬送する作用を行う。該搬送手段１６としては、例えば図１に示したように相対向して設置された一対のロールからなる送りロール手段を採用することができる。該搬送手段１６によって搬送されてきた長尺状ガラス素材１２はガイド電極手段１８によってさらに搬送方向に送り出される。該ガイド電極手段１８は黒鉛等の導電性材料から形成され電極として作用するように構成される。
　２０は加熱手段で、該ガイド電極手段１８に近接して対向設置されている。該ガイド電極手段１８によって送り出されてきた長尺状ガラス素材１２はその先端部分が加熱手段２０によって溶融軟化せしめられる。該加熱手段２０としては、後述するように種々の加熱装置を適用することができるが、図１の図示例ではバーナー２０ａから酸水素バーナー火炎２０ｂを放射する構成を図示した。バーナー２０ａを適用する場合には、酸水素バーナー火炎２０ｂの中で長尺状ガラス素材１２の先端部が溶融軟化せしめられる。
　２２は導電性材料、例えばステンレス材等の金属材料からなるターゲット部材で、該ガイド電極手段１８及び加熱手段２０からそれぞれ所定間隔を介して対向して設置されている。２４は直流電源手段で、該ガイド電極手段１８と該ターゲット部材２２とにそれぞれ配線２５を介して接続されており、該ガイド電極手段１８と該ターゲット部材２２の間に高圧直流電圧を印加するように作用する。該ターゲット部材２２はＸＹ方向に移動可能とされたターゲット部材保持手段２３に保持されており、必要に応じてＸＹ方向に移動できるように構成されている。
　上記の構成によりその作用を説明する。まず、前記長尺状ガラス素材１２の先端部を前記ガイド電極手段１８から送り出して前記加熱手段２０によって溶融軟化させる。一方、前記ガイド電極手段１８と前記ターゲット部材２２との間に高圧直流電圧を印加して、該ガイド電極手段１８と該ターゲット部材２２との間に発生した静電力により前記加熱手段２０によって溶融軟化させられた長尺状ガラス素材１２の先端部からガラスフィラメント２６を図１に示したように該ターゲット部材２２上に堆積させ、ガラス不織布２８を形成することができる。
　実際の作業においては、該ガイド電極手段１８と該ターゲット部材２２との間隔は５０ｍｍ～３００ｍｍ程度として、５ｋＶ～１００ｋＶの高圧直流電圧を印加するのが好適である。このような作業条件では、溶融した長尺状ガラス素材１２の先端部分から直径１０μｍ以下のガラスフィラメント２６を静電力によりターゲット部材２２上に堆積させることができる。
　ガラスフィラメント２６の外径は長尺状ガラス素材１２の送り速度、火炎温度、印加電圧などを調整することで制御することができる。前記ターゲット部材２２としては、図１の図示例では金属ターゲット部材を固定して設置した場合を示したが、ターゲット部材２２を、後掲する図３に示すように、円筒状にして回転しつつ、回転軸方向に往復移動させる構成とすることもでき、また、図１に示した前記ターゲット部材保持手段２３を作動させて金属ターゲット部材をＸＹステージ上で二次元的に移動させることによって、ガラスフィラメント２６を平面状に堆積させてガラス不織布２８とすることもできる。製造されるガラス不織布は堆積中あるいはその後にサイジング材を塗布して強度を維持するようにすることができ、また、バインダーを加えて強化することも可能である。
　前記長尺状ガラス素材１２としてはＥガラス、Ｄガラスなどのプリント配線基板に用いられるようなガラスでも良く、またホウケイ酸ガラスを用いることもできるが、とくに石英ガラスが好適に用いられる。石英ガラスは溶融粘度が高いために融液からの紡糸ができないという難点があるため、石英ガラス不織布を製造する場合には本発明の装置及び方法を適用するのが有効である。ガイド電極手段１８を構成する導電性材料としては銅やステンレスなどの金属材料も使えるが金属不純物の混入を嫌う場合には黒鉛が好ましい。ターゲット部材２２を構成する導電性材料については特に限定されないが、ステンレスなどの金属材料が用いられる。
　加熱手段２０となるバーナー２０ａから放射される火炎２０ｂはガラス素材１２の供給方向に直交する方向から加熱する方法が安定しており制御性に優れているが、図２に示したように火炎に平行に供給してガス流速を加えることで、紡糸速度を速めて生産性を高めることができるので、以下に説明する。なお、本発明における紡糸はガラス素材の先端部が溶融軟化され静電力によってガラスフィラメントとして分離浮遊する状態を指称する用語として用いている。
　図２は本発明のガラス不織布の製造装置の他の実施の形態を示す概略説明図である。図２の実施の形態と図１の実施の形態との相違点は次の通りある。図２のガラス不織布の製造装置１０Ａにおいては図１に示したガイド電極手段１８が省略されており、かつ図１に示した加熱手段２０の代わりに加熱作用とガイド作用を兼ねることのできる加熱電極手段２１が設置されている。図２の例では、該加熱電極手段２１を構成するバーナー２１ａがガラス素材１２の供給方向と一致乃至平行した状態で設置され、従って酸水素バーナー火炎２１ｂがガラス素材１２の供給方向と一致乃至平行した状態で放射される。
　該バーナー２１ａの内部に長尺状ガラス素材１２が挿通可能な貫通孔であるガイド部３０が開穿されており、酸水素バーナー火炎２１ｂによって溶融軟化された長尺状ガラス素材１２のガラスフィラメント２６は図２に示したように該バーナー２１ａの先端開口部から水平方向に火炎と共に放射されて静電力によってターゲット部材２２上に堆積する。また直流電源手段２４は、該加熱電極手段２１と該ターゲット部材２２とにそれぞれ配線２５を介して接続されており、該加熱電極手段２１と該ターゲット部材２２の間に高圧直流電圧を印加するように作用する。その他の構成は図１と同様であり、同一の符号によって示してあるので、それらの構成部材についての再度の説明は省略する。
　図２の構成のガラス不織布の製造装置１０Ａの作用について説明する。まず、前記長尺状ガラス素材１２の先端部を前記搬送手段１６によって搬送し、加熱電極手段２１のガイド部３０内に挿通し前記加熱電極手段２１によって溶融軟化させる。一方、前記加熱電極手段２１と前記ターゲット部材２２との間に高圧直流電圧を印加して、該加熱電極手段２１と該ターゲット部材２２との間に発生した静電力により前記加熱電極手段２１によって溶融軟化させられた長尺状ガラス素材１２の先端部から水平方向に放射されたガラスフィラメント２６を図２に示したように該ターゲット部材２２上に堆積させ、ガラス不織布２８を形成することができる。この場合、ガス流速の乱れによって静電場が乱され、フィラメント径のばらつきは大きくなる傾向になる。また、火炎の電気導電性のために放電が生じやすくなることから、ターゲット部材２２の位置と火炎が接近しすぎないような距離、角度を設定する必要がある。
　図１及び図２の実施の形態では、ターゲット部材２２として金属ターゲット部材を使用した例を示したが、ターゲット部材２２としては平板状部材以外の形状の部材を使用することもでき、例えば図３に示すように円筒状の部材を適用することもできるので、以下に説明する。なお、図３の図示例では図２の構成においてターゲット部材２２を円筒状部材とした例を示してあるが、図１の構成においても同様に円筒状のターゲット部材を適用することができることはいうまでもない。
　図３は本発明のガラス不織布の製造装置の別の実施の形態を示す概略説明図である。図３の実施の形態と図２の実施の形態との相違点は次の通りある。図３のガラス不織布の製造装置１０Ｂにおいては図２に示したターゲット部材２２に代えて回転軸３２上に回転可能でありかつ回転軸方向に移動可能とされた状態で取り付けられたターゲット円筒体３４が設けられている。その他の構成は図２と同様であり、同一の符号によって示してあるので、それらの構成部材についての再度の説明は省略する。このように円筒状のターゲット部材であるターゲット円筒体３４を用い、このターゲット円筒体３４を回転させつつ回転軸方向に往復移動させる状態としてガラスフィラメントを当該ターゲット円筒体３４の表面に堆積させてガラス不織布を製造させるようにすることも可能である。
　図１に示したガラス不織布の製造装置１０の図示例においては、加熱手段２０としてはバーナー２０ａによる酸水素バーナー火炎２０ｂの例を示したが、レーザー光や電気炉による加熱であってもよい。レーザー光の場合には炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザーなどが用いられる。溶融部分の粘度が高いため、溶融部分の周囲にガス噴射ノズルを設けてフィラメントが吹き出し易くする必要がある。電気炉の場合には溶融部分が軟化して落下するために、下方に向けて紡糸する。電気炉内にはアルミナ製の炉心管を設けて、ヒーターとの絶縁を完全におこなう必要がある。電気炉はアースしてガラス溶融部分を負電極、金属ターゲット部材を正電極にするなど、放電に対する処置が必要である。
　なお、図１の図示例では加熱手段であるバーナーを垂直方向に設置した例を示したが、バーナー以外の加熱手段を含めて必要に応じて加熱手段を垂直方向以外にも適宜傾斜させた状態で設置してもよいことはいうまでもない。例えば、図４に示すように図１の構成において加熱手段２０であるバーナー２０ａを水平方向に設置する構成を採用してガラス不織布の製造装置１０Ｃとすることも可能である。この場合は、加熱手段２０にガイド部３０を設けて加熱手段２０の内部において長尺状ガラス素材１２の水平方向のガイドを行う点を除いては図１の構成と同様であるが、図２の構成の場合と同様の作用を行うことができる。図４における各部材は、上記構成の相違点以外は同様であり、図１と同様の符号で示されている。
　図２及び図３に示したガラス不織布の製造装置１０Ａ，１０Ｂの図示例においては、加熱電極手段２１としてガイド部３０を備えたバーナー２１ａによる酸水素バーナー火炎２１ｂの例を示したが、図１の場合と同様にレーザー光や電気炉による加熱を採用することもでき、また電気炉による加熱を行う場合には、内部にヒーター機能を備えた管状の電気炉や、アーク炉を適用することが可能である。なお、図２及び図３の図示例では加熱手段であるバーナーを水平方向に設置した例を示したが、バーナー以外の加熱手段を含めて必要に応じて加熱手段を水平方向以外に適宜傾斜させた状態で設置してもよいことはいうまでもない。
　続いて、本発明のガラス不織布の製造方法の第１及び第２の態様について図５及び図６に基づいて説明する。図５は本発明のガラス不織布の製造方法の第１の態様の一つの実施の形態の工程順を示すフローチャートである。本発明のガラス不織布の製造方法の第１の態様は本発明のガラス不織布の製造装置の第１の態様を利用するものである。以下の説明における各部材の符号は図１に示した符号を使用する。
　まず、長尺状ガラス素材１２をボビン等のガラス素材供給手段１４に用意する（図５のステップ１００）。次に、長尺状ガラス素材１２の先端部を搬送手段１６によってガイド電極手段１８に搬送する（図５のステップ１０２）。さらに長尺状ガラス素材１２の先端部を搬送手段１６によって当該ガイド電極手段１８から送り出す（図５のステップ１０４）。このガイド電極手段１８から送り出されてきた長尺状ガラス素材１２の先端部を前記加熱手段２０によって溶融軟化させる（図５のステップ１０６）。一方、前記ガイド電極手段１８と前記ターゲット部材２２との間に高圧直流電圧を印加して、該ガイド電極手段１８と該ターゲット部材２２との間に静電力を発生させる（図５のステップ１０８）。この発生した静電力により前記加熱手段２０によって溶融軟化させられたガラス素材１２の先端部からガラスフィラメント２６を図１に示したように該ターゲット部材２２上に堆積させる（図５のステップ１１０）。このようにしてガラス不織布２８を製造する。
　図６は本発明のガラス不織布の製造方法の第２の態様の一つの実施の形態の工程順を示すフローチャートである。本発明のガラス不織布の製造方法の第２の態様は本発明のガラス不織布の製造装置の第２の態様を利用するものである。以下の説明における各部材の符号は図２に示した符号を使用する。
　まず、長尺状ガラス素材１２をボビン等のガラス素材供給手段１４に用意する（図６のステップ２００）。次に、長尺状ガラス素材１２の先端部を搬送手段１６によって加熱電極手段２１に搬送する（図６のステップ２０２）。搬送されてきた長尺状ガラス素材１２の先端部を加熱電極手段２１のガイド部３０内に挿通し前記加熱電極手段２１によって溶融軟化させる（図６のステップ２０４）。一方、前記加熱電極手段２１と前記ターゲット部材２２との間に高圧直流電圧を印加して、該加熱電極手段２１と該ターゲット部材２２との間に静電力を発生させる（図６のステップ２０６）。この発生した静電力により前記加熱電極手段２１によって溶融軟化させられた長尺状ガラス素材１２の先端部から図２に示したように水平方向に放射されたガラスフィラメント２６を該ターゲット部材２２上に堆積させる（図６のステップ２０８）。このようにしてガラス不織布２８を製造する。前述したように、この方法を採用する場合には、ガス流速の乱れによって静電場が乱され、フィラメント径のばらつきは大きくなる傾向になる。また、火炎の電気導電性のために放電が生じやすくなることから、ターゲット部材２２の位置と火炎が接近しすぎないような距離、角度を設定する必要がある。
　なお、図１～図４に示した実施の形態においては、長尺状ガラス素材１２を１本使用した場合について例示して説明したが、本発明の実施にあたっては生産効率の点から複数本乃至多数本の長尺状ガラス素材１２を設置して同時に複数本乃至多数本のガラスフィラメントを紡糸するようにしてガラス不織布を製造するのが好適であることは勿論である。また、図１～図４に示した実施の形態においては、ガイド電極手段１８又は加熱電極部材２１とターゲット部材２２は水平方向に相対向して設置された例を示したが、垂直方向に相対向して設置することもできるし、また設置場所に応じてその他の相対向位置を設定できることは言うまでもない。
　以下に本発明の実施例を挙げてさらに具体的に説明するが、これらの実施例によって本発明が限定的に解釈されるものでないことはいうまでもない。
（実施例１）
　図１に示した装置と同様の装置を用いて石英ガラス不織布を製造する。長尺状ガラス素材として直径０．３ｍｍの長尺状石英ガラス繊維を用意し、この長尺状石英ガラス繊維を搬送手段（送りローラー）により黒鉛製のガイド電極手段に供給した。この送り方向と直交する方向から加熱手段であるバーナーからの酸水素バーナー火炎で前記長尺状石英ガラス繊維の先端部を約２０００℃に加熱して溶融軟化させた。上記ガイド電極手段に対向しかつ１５０ｍｍ離間した位置にＸＹ２方向に移動可能なターゲット部材保持手段を置き、ターゲット部材であるステンレス基板を保持させた（本実施例ではステンレス基板をＸＹ方向に移動させた状態とした）。この黒鉛製のガイド電極手段を電極としてステンレス基板との距離１５０ｍｍ間に直流電源によって２０ｋＶの高圧直流電圧を印加しガイド電極手段とステンレス基板との間に静電力を発生させると、溶融した長尺状石英ガラス繊維の先端部から直径約０．５μｍの石英ガラスフィラメントが静電力により分離浮遊してステンレス基板上に堆積した。堆積した石英ガラスフィラメントは相互に絡み合い石英ガラス不織布（厚さ２００μｍ）となっていた。
（実施例２）
　図３に示した装置と同様の装置を用いて石英ガラス不織布を製造する。長尺状ガラス素材として直径０．３ｍｍの長尺状石英ガラス繊維を用意し、この長尺状石英ガラス繊維を搬送手段（送りローラー）により、中心にガイド部である貫通孔を有する加熱電極手段である金属バーナーの貫通孔に供給した。金属バーナーに水素と酸素を供給して酸水素火炎で前記長尺状石英ガラス繊維の先端部を約２０００℃に加熱して溶融軟化させた。上記金属バーナーに対向しかつ１５０ｍｍ離間した位置に回転可能なステンレス円筒ドラムを置き、このステンレス円筒ドラムをターゲット部材とした。このステンレス円筒ドラムを回転させるとともに回転軸方向に往復移動させた状態とし、前記金属バーナーを電極としてステンレス円筒ドラムとの間に２０ｋＶの高圧直流電圧を印加しバーナーとステンレス円筒ドラムの間に静電力を発生させた。バーナーからのガス流速と静電力によって、酸水素バーナー火炎と同軸方向に送られかつ溶融軟化した長尺状石英ガラス繊維の先端部から直径約１μｍの石英ガラスフィラメントが静電力により分離浮遊してステンレス円筒ドラム上に堆積した。堆積したフィラメントは相互に絡み合い石英ガラス不織布（厚さ２００μｍ）となっていた。
（実施例３）
　加熱手段としてバーナーの代わりに炭酸ガスレーザーを使用した以外は実施例１と同様の手順及び条件で石英ガラス不織布（厚さ２００μｍ）を製造した。
（実施例４）
　長尺状ガラス素材として長尺状石英ガラス繊維の替わりにＳｉＯ２を８０％、Ｂ２Ｏ３を１２％含むホウケイ酸ガラスからなる直径０．３ｍｍの長尺状ガラス繊維を用いて、酸水素バーナー火炎で長尺状ガラス繊維の先端を約１２００℃に加熱して溶融、軟化させた以外は実施例１と同様の手順で溶融した上記長尺状ガラス素材の先端部から直径約０．３μｍのガラスフィラメントが静電力により分離浮遊してステンレス基板上に堆積した。堆積したガラスフィラメントは相互に絡み合いホウケイ酸ガラスからなるガラス不織布（厚さ５０μｍ）となっていた。
　１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：ガラス不織布の製造装置、１２：長尺状ガラス素材、１４：ガラス素材供給手段、１６：搬送手段、１８：ガイド電極手段、２０：加熱手段、２０ａ：バーナー、２０ｂ：酸水素バーナー火炎、２１：加熱電極手段、２１ａ：バーナー、２１ｂ：酸水素バーナー火炎、２２：ターゲット部材、２３：ターゲット部材保持手段、２４：直流電源手段、２５：配線、２６：ガラスフィラメント、２８：ガラス不織布、３０：ガイド部、３２：回転軸、３４：ターゲット円筒体。

Claims (12)

  1. 　長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給手段と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を所定速度で搬送する搬送手段と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を送り出す作用を行うとともに導電性材料から形成されかつ電極となるガイド電極手段と、送り出されてきた該長尺状ガラス素材を溶融軟化させる加熱手段と、該ガイド電極手段から所定間隔を介して対向して設置された導電性材料からなるターゲット部材と、該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加する直流電源手段とを有し、
    前記長尺状ガラス素材の先端部を前記ガイド電極手段から送り出して前記加熱手段によって溶融軟化させて、前記ガイド電極手段と前記ターゲット部材との間に直流電圧を印加して、該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に発生した静電力により前記加熱手段によって溶融軟化させられた該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させることができるようにしたことを特徴とするガラス不織布の製造装置。
  2. 　長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給手段と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を所定速度で搬送する搬送手段と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を送り出す作用を行うガイド部を有するとともに導電性材料から形成されかつ電極となりかつ搬送されてきた該長尺状ガラス素材を溶融軟化させる加熱電極手段と、該加熱電極手段から所定間隔を介して対向して設置された導電性材料からなるターゲット部材と、該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加する直流電源手段とを有し、
    前記長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱電極手段のガイド部に搬送して溶融軟化させ、前記加熱電極手段と前記ターゲット部材との間に直流電圧を印加して、該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に発生した静電力により前記加熱電極手段によって溶融軟化させられた該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させることができるようにしたことを特徴とするガラス不織布の製造装置。
  3. 　前記長尺状ガラス素材がガラスロッドまたはガラス繊維であることを特徴とする請求項１又は２記載のガラス不織布の製造装置。
  4. 　前記ガラスロッドの直径が０．３ｍｍ～２ｍｍであり、前記ガラス繊維の直径が０．１ｍｍ～０．５ｍｍであることを特徴とする請求項３記載のガラス不織布の製造装置。
  5. 　前記ガラスフィラメントの直径が０．３μｍ～５μｍであることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項記載のガラス不織布の製造装置。
  6. 　前記直流電圧が５ｋＶ～１００ｋＶであることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項記載のガラス不織布の製造装置。
  7. 　前記長尺状ガラス素材が石英ガラスであることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項記載のガラス不織布の製造装置。
  8. 　前記ターゲット部材がＸＹ方向に移動可能とされた基板又は回転可能とされた円筒部材であることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項記載のガラス不織布の製造装置。
  9. 　請求項１記載の製造装置を用いるガラス不織布の製造方法であって、前記ガラス素材供給手段から長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給工程と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を前記搬送手段によって所定速度で搬送するガラス素材搬送工程と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を前記ガイド電極手段によって前記加熱手段に向かって送り出すガラス素材送り出し工程と、送り出されてきた該長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱手段によって溶融軟化させるとともに前記直流電源手段によって該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加して静電力を生じさせこの静電力により該ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させてガラス不織布とするガラスフィラメント堆積工程と、を有することを特徴とするガラス不織布の製造方法。
  10. 　請求項２記載の製造装置を用いるガラス不織布の製造方法であって、前記ガラス素材供給手段から長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給工程と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を前記搬送手段によって所定速度で搬送するガラス素材搬送工程と、前記加熱電極手段のガイド部に搬送されてきた該長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱電極手段によって溶融軟化させるとともに前記直流電源手段によって該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加して静電力を生じさせこの静電力により該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させてガラス不織布とするガラスフィラメント堆積工程と、を有することを特徴とするガラス不織布の製造方法。
  11. 　請求項９又は１０記載の製造方法により製造され、直径が０．３μｍ～５μｍのガラスフィラメントが相互に絡み合った状態で５０μｍ～１ｍｍの厚さに堆積形成されたことを特徴とするガラス不織布。
  12. 　前記ガラスフィラメントが石英ガラスフィラメントであることを特徴とする請求項１１記載のガラス不織布。
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