WO2015111468A1 - ガラス繊維製造用ブッシング - Google Patents

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glass
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一三 大澤
年寛 大沢
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田中貴金属工業株式会社
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    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/08Bushings, e.g. construction, bushing reinforcement means; Spinnerettes; Nozzles; Nozzle plates
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/08Bushings, e.g. construction, bushing reinforcement means; Spinnerettes; Nozzles; Nozzle plates
    • C03B37/095Use of materials therefor

Definitions

  • the present invention relates to a bushing for producing glass fibers from molten glass.
  • the present invention also relates to a method for producing glass fiber using this glass fiber production bushing.
  • Glass fiber is manufactured by supplying a glass base obtained by fining and homogenizing molten glass obtained by heating a glass raw material (cullet) at a high temperature to a bushing.
  • the bushing for glass fiber production is a box-shaped container provided with a bushing plate at the bottom.
  • the bushing plate has a large number of nozzles aligned and mounted on the bottom surface of the base plate, and the glass substrate is discharged in the form of fibers from the nozzles.
  • the glass fiber discharged from the nozzle is wound while being cooled.
  • the glass plate in the molten state has a high temperature of 1500 ° C or more, and the speed at which the glass plate is discharged from the nozzle is several thousand meters per minute, so the working environment of the bushing plate is quite severe. . Furthermore, the glass fiber as a product is not allowed to contain slight impurities. From these, it is required to apply a material having high stability and strength so that the bushing plate does not contaminate the glass substrate. Then, in consideration of this point, noble metal materials such as platinum and platinum alloy are used as a constituent material of the bushing plate. Noble metals and their alloys are excellent in chemical stability, high temperature strength, particularly good in high temperature creep characteristics, and are suitable as a constituent material of a structure subjected to stress load under high temperature such as a glass manufacturing apparatus.
  • an object of this invention is to provide what can suppress the damage of the above-mentioned nozzles about the bushing plate for glass fiber manufacture.
  • the present inventors examined the cause of the above-mentioned nozzle damage first.
  • the primary cause of nozzle wear is wear due to platinum volatilization.
  • the glass substrate supplied to the bushing plate has a high temperature of 1500 ° C. or more.
  • the volatilization loss of platinum in platinum and platinum alloys generated at such high temperatures it is conventionally known also in the field of glass production.
  • platinum volatilization loss is the cause of nozzle damage, it should not lead to selective damage of the outermost nozzle row. Therefore, as a result of further consideration, the present inventors speculated that the air flow (air flow) around the bushing plate accelerates the wear of the outermost nozzle row.
  • the discharge speed of the fibrous glass from the nozzle is several thousand meters per minute, and a high speed air flow along the glass discharge direction is generated around the bushing plate from which the high temperature glass fiber discharges at high speed. doing. Then, it is the tip of the nozzle of the outermost layer that is most affected by the air flow, and it is thought that the volatilization loss of platinum is accelerated by the air flow and wear occurs at this portion (FIG. 1 (a)).
  • the present inventors conceived the present invention as protecting the nozzle row of the outermost layer of the aligned nozzles from the air flow to suppress the wear of the nozzles (see FIG. 1 (b).
  • a bushing plate for manufacturing glass fibers comprising a base plate and a nozzle for discharging molten glass, wherein the nozzles are arranged in a plurality on the pace plate to form a nozzle row, It is a bushing plate for glass fiber production characterized in that a windproof wall protruding from the surface of the base plate is installed along the nozzle row of the outermost layer of the nozzle.
  • the bushing plate for glass fiber production according to the present invention is provided with a windproof wall for protecting the outermost layer nozzles of the aligned nozzles from the air flow. Therefore, the other configurations (base plate, nozzle body) are basically the same as the conventional bushing plate.
  • the base plate is a member for holding the glass base in a molten state, and has a plate shape or a box shape by bending.
  • the base plate is provided with a through hole at a connection position with the nozzle.
  • the material of the base plate is platinum or platinum alloy, and preferably platinum, platinum-rhodium alloy (rhodium concentration: 5 to 20 wt%), dispersion-type reinforced platinum alloy for the purpose of strength improvement, dispersion-type platinum-rhodium The alloy is applied.
  • the nozzles are cylindrical cylinders, and a plurality of nozzles are aligned and joined to the bottom surface of the base plate.
  • the number of the nozzles installed in the bushing plate for glass fiber production is not particularly limited, but usually the number of nozzles is usually 200 to 8000.
  • the shape of the nozzle is also not particularly limited, and may be a straight straight pipe or a tapered cylindrical body. Platinum or the above-described platinum alloy is also applied to the material of the nozzle.
  • the wind-proof wall installed along the nozzle row of the outermost layer on the base plate is provided.
  • the windproof wall is for protecting the nozzle of the outermost layer from the impact of air by air flow.
  • the height of the windproof wall is preferably 0.1 mm to 20.0 mm higher than the height of the nozzle of the outermost layer. From the viewpoint of protecting the nozzle from the air flow, the height of the windproof wall is preferably higher than that of the nozzle.
  • the air around the bushing plate acts as a coolant for cooling the entire nozzle, and if the air does not intrude into the installation area of the nozzle, there is a concern that the nozzle may be damaged due to overheating. It is preferable to limit the height of the windproof wall as described above because it is considered that such a state will occur if the height of the windproof wall is too high.
  • the shape of the windproof wall one that entirely covers the nozzle array may be installed.
  • a windproof wall provided with a notch in a portion corresponding to the gap between the nozzle and the nozzle.
  • the width of each windproof wall secures approximately the same width to plus 5.0 mm width with respect to the width of the nozzle.
  • the shape of the notch may be rectangular or wedge-shaped.
  • the windproof wall may be formed of an integral plate material, but may be formed of a plurality of members.
  • a two-piece windproof wall in which a windproof board is sequentially joined to a position corresponding to a nozzle position, to a thin plate-like base member joined to a base plate along a nozzle row.
  • partial repair becomes possible when, for example, some of the windproof boards are worn or damaged by the air flow.
  • the installation position of the windproof wall is preferably 1 mm to 50 mm at the distance between the nozzle side end face of the windproof wall and the center line of the outermost layer nozzle. If the distance is too close, it will interfere with the nozzle, and if it is too far, the windproof effect can not be exhibited and damage to the nozzle can not be suppressed.
  • the thickness of the windproof wall is preferably 0.1 mm to 10 mm. When it is too thin, it is easily damaged and has no effect as a windproof wall, while when it is too thick, it causes an increase in weight of the entire bushing plate.
  • the material of the windproof wall is preferably made of platinum or platinum alloy as well as the base plate and the nozzle. It is because a windbreak wall is also exposed to a high temperature environment.
  • the connection between the windproof wall and the base plate is preferably by welding.
  • the bushing plate for glass fiber production according to the present invention is to install a windproof wall on a conventional bushing plate, thereby suppressing the wear and damage of the nozzle of the outermost layer which has conventionally occurred. be able to. Thereby, the period of use of a glass manufacturing apparatus can be extended, and stable glass fiber can be manufactured.
  • the figure explaining other composition of a windbreak wall. The figure explaining the other form of a cross-sectional shape about a windshield wall.
  • FIG. 2 schematically illustrates a bushing plate 100 for glass fiber production according to the present embodiment.
  • the glass fiber manufacturing bushing plate includes a base plate 10 and a plurality of nozzles 20 aligned on the bottom surface thereof.
  • the base plate 10 is formed by bending a platinum plate (thickness 1.5 mm) and is formed by bending an end portion while providing a convex portion in the center (bottom dimension: 444 mm ⁇ 120 mm).
  • the formation of the convex portion in the center is to rectify the molten glass base flowing from above.
  • the nozzle 20 is a tapered cylindrical body having a thickness of 0.35 mm and a diameter of 1.65 mm (inner diameter) ⁇ 2.94 mm (upper end outer diameter) ⁇ 2.35 mm (lower end outer diameter), and is made of platinum.
  • a total of 1440 nozzles 20 are mounted at a distance of 6.4 mm with respect to the base plate 10 at 60 ⁇ 24.
  • a hole of 2.81 mm was previously bored in the nozzle attachment portion of the base plate 10, and the nozzle 20 was inserted into the hole and expanded and closely fixed.
  • this glass fiber manufacturing bushing plate 100 is provided with a windproof wall 30 along the outermost nozzle row of the nozzle group aligned as described above.
  • FIG. 3 shows the appearance of the windproof wall 30.
  • the windproof wall 30 of the present embodiment includes a 1.5 mm thick flat rod-like base member 31 joined to the base plate, and a plurality of windproof plates 32 (thickness 1.) installed on positions corresponding to the nozzle installation positions. 0 mm, height 5.0 mm) in combination.
  • the material of the windproof wall is made of platinum for both members.
  • As the windproof wall one in which the windproof plate 32 was sequentially welded to the base member 31 in advance was manufactured, and this was welded to the base plate. At this time, the distance between the wall surface (the nozzle side) of the windproof member and the nozzle was 6.4 mm.
  • a cross-sectional view of a glass fiber manufacturing bushing plate on which the windproof wall 30 is installed is shown in FIG.
  • the base member divided corresponding to a nozzle is prepared, and windproof separately. It may form a wall ( Figure 5). Further, as to the cross-sectional shape of the windproof wall, one having a vertical windproof surface as well as one having a vertical windproof surface as shown in FIG. 4 can be applied (FIG. 6).
  • the purpose of the windproof wall is to suppress air flow from the outer periphery of the bushing from coming into contact with the nozzle array, and there is no limitation on the cross-sectional shape, and it may be a cylindrical windproof wall other than FIG.
  • the bushing plate for glass fiber manufacture As a manufacturing example of glass fiber using the bushing plate for glass fiber manufacture which concerns on this embodiment, first, a terminal and a side flange of a box type are joined to said bushing plate, and the bushing which is a box type container is comprised.
  • This bushing is incorporated into a glass manufacturing apparatus.
  • the glass manufacturing apparatus includes a dissolution tank for glass raw materials prepared to a target composition, a clarification tank for molten glass, and an agitation tank for stirring and homogenizing the clarified molten glass, and a bushing is installed downstream of these. .
  • the glass fiber discharged from the bushing is appropriately wound up.
  • glass fiber was manufactured for one year by the glass manufacturing apparatus provided with the bushing plate for glass fiber manufacture which concerns on this embodiment shown in FIG. During this time, no remarkable abnormality was found in the bushing plate. Then, after one year of operation of the device, the device was shut down and the nozzles of the bushing plate were inspected. As a result, no wear was found in all the nozzles.
  • the bushing plate for producing glass fiber according to the present invention suppresses wear and damage of the nozzle group provided on the bottom surface by installing a windproof wall. According to the present invention, stable operation of the glass manufacturing apparatus can be enabled during a long operation period, and high-quality glass fibers can be efficiently manufactured.

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Abstract

 本発明は、ベースプレートと、溶融ガラスを吐出するノズルとを備え、前記ノズルが前記ペースプレート上に複数整列配置されノズル列を形成するガラス繊維製造用のブッシングにおいて、前記整列配置されたノズルの最外層のノズル列に沿って、前記ベースプレート表面から突出する防風壁が設置されていることを特徴とするガラス繊維製造用のブッシングである。防風壁の寸法は、外気によるノズルの冷却作用を考慮しつつ調整することができる。本発明のガラス繊維製造用のブッシングは、その使用過程で生じるおそれのある、ノズルの磨耗損傷を抑制するものである。

Description

ガラス繊維製造用ブッシング
 本発明は、溶融ガラスからガラス繊維を製造するためのブッシングに関する。また、このガラス繊維製造用ブッシングを使用したガラス繊維の製造方法に関する。
 ガラス繊維は、ガラス原料(カレット)を高温加熱した溶融ガラスを清澄・均質化して得られたガラス素地をブッシングに供給して製造される。このガラス繊維製造用のブッシングは、底面にブッシングプレートを備えた箱型容器である。ブッシングプレートは、ベースプレートの底面に、多数のノズルを整列配置して取り付けたものであり、このノズルからガラス素地が繊維状となって吐出される。ノズルから吐出されたガラス繊維は冷却されつつ巻き取られる。このブッシングを使用したガラス繊維の製造工程の例としては、特許文献1がある。
 溶融状態にあるガラス素地は1500℃以上の高温であり、ガラス素地がノズルから吐出される際の速度は毎分数千mであることから、ブッシングプレートの使用環境は相当に苛酷なものである。更に、製品としてのガラス繊維にはわずかな不純物の混入も許されていない。これらから、ブッシングプレートはガラス素地を汚染することがないように、高い安定性及び強度を有する材料の適用が求められる。そして、この点を考慮してブッシングプレートの構成材料としては、白金、白金合金等の貴金属材料が用いられている。貴金属及びその合金は、化学的安定性、高温強度に優れ、特に高温クリープ特性が良好であり、ガラス製造装置のような高温下で応力負荷を受ける構造体の構成材料として適格である。
特表2001-513478号公報
 これまで、ガラス製造装置の構造材料である白金系材料に関しては、数多くの検討がなされており、それらはガラス製造用ブッシングプレートについてもフィードバックされている。従って、上記のような過酷な使用環境下にあっても十分な使用期間を確保した設計がなされてきた。しかし、本発明者等によれば、こうしたガラス製造用ブッシングプレートにおいて想定外の損傷例があることが確認されている。
 特に、ブッシングプレートの損傷例としては、整列配置されたノズルの最外層となるノズル列について、ノズル先端部に磨耗によるものと思われる損傷が確認されている。このようなノズルの損傷は、たとえそれが一部のノズルで生じたものであっても、ガラス繊維の安定的製造に支障をきたすこととなる。
 そこで本発明は、ガラス繊維製造用ブッシングプレートについて、上述のようなノズルの損傷を抑制することができるものを提供することを目的とする。
 上記課題を解決すべく、本発明者等は、まず上述のノズル損傷の要因について検討を行った。ノズルの磨耗の要因として第一に考えられるのは、白金の揮発による磨耗である。上記の通り、ブッシングプレートに供給されるガラス素地は1500℃以上の高温である。かかる高温下において生じる白金、白金合金における白金の揮発損失に関しては、ガラス製造分野においても従来から知られている。ただ、白金の揮発損失がノズル損傷の要因であるとしても、それのみでは最外層のノズル列が選択的に損傷することには繋がらないはずである。そこで、本発明者等は、更なる考察を行った結果、ブッシングプレート周辺の空気の流れ(気流)が最外層のノズル列の磨耗を加速させていると推察した。上述したように、ノズルからの繊維状ガラスの吐出速度は毎分数千mであり、かかる高速で高温のガラス繊維が吐出するブッシングプレートの周囲にはガラス吐出方向に沿った高速の気流が発生している。そして、この気流の影響を最も受けるのが最外層のノズルの先端部であり、この部位で気流によって白金の揮発損失が加速され磨耗が生じていると考えられる(図1(a))。
 本発明者等は、上記の考察をもとに、整列配置されたノズルのうち最外層のノズル列を気流から保護することでノズルの磨耗を抑制することができるとして本発明に想到した(図1(b))。
 即ち、本発明は、ベースプレートと、溶融ガラスを吐出するノズルとを備え、前記ノズルが前記ペースプレート上に複数整列配置されノズル列を形成するガラス繊維製造用のブッシングプレートにおいて、前記整列配置されたノズルの最外層のノズル列に沿って、前記ベースプレート表面から突出する防風壁が設置されていることを特徴とするガラス繊維製造用のブッシングプレートである。
 上記の通り、本発明に係るガラス繊維製造用のブッシングプレートは、整列配置されたノズルの最外層のノズルについて気流から保護するための防風壁を設置するものである。よって、他の構成(ベースプレート、ノズル本体)については基本的には従来のブッシングプレートと同様である。
 ベースプレートは、溶融状態のガラス素地を停留させる部材であり、板状又は曲げ加工により箱形状を有するものである。ベースプレートは、ノズルとの接続位置に貫通孔を備える。ベースプレートの材質は、白金又は白金合金からなり、好ましくは、白金、白金-ロジウム合金(ロジウム濃度:5~20wt%)の他、強度向上の目的で分散型強化白金合金、分散型強化白金-ロジウム合金が適用される。
 ノズルは、円筒形の筒体であり、ベースプレートの底面に複数整列配置されて接合されている。ガラス繊維製造用のブッシングプレートにおけるノズルの設置本数は特に制限されるものではないが、通常、200~8000個のノズルを備えるものが多い。ノズルの形状についても、特に限定はなく、ストレートな直管でもよく、先細りのテーパー状の筒体でも良い。ノズルの材質についても、白金又は上記した白金合金が適用される。
 そして、本発明では、ベースプレート上に最外層のノズル列に沿って設置された防風壁を備える。防風壁は、気流による空気の衝撃から最外層のノズルを保護するためのものである。ここで、防風壁の高さについては、好ましくは、最外層のノズルの高さに対して0.1mm~20.0mm高いものが好ましい。気流からノズルを保護する観点から、防風壁の高さはノズルよりも高いものが好ましい。一方、ブッシングプレート周りの空気は、ノズル全体を冷却するための冷媒として作用するものであり、ノズルの設置領域に空気が全く侵入しないと、ノズルの過熱による損傷が懸念される。防風壁の高さが高すぎると、このような状態になることが考えられることから防風壁の高さについては、上記のように制限するのが好ましい。
 防風壁の形状としては、ノズル列を全面的に覆うものを設置しても良い。但し、上記したノズル全体に冷媒となる空気を送り込むことを考慮すると、ノズルとノズルとの間隙に対応する部位に切欠きを設けた防風壁が好ましい。切り欠きを適宜に配することで、気流によるノズル損傷を抑制しつつ、ノズルの設置領域に空気を侵入させることができる。このような切り欠きを設けて防風壁を分断する場合、個々の防風壁の幅はノズルの幅に対して、略同幅~プラス5.0mm幅を確保するのが好ましい。切り欠きの形状は、矩形、楔形いずれでも良い。
 また、防風壁は一体的な板材で形成されたものでも良いが、複数の部材で構成しても良い。例えば、ノズル列に沿ってベースプレートに接合される薄い板状のベース材に、防風板をノズル位置に対応する箇所に順次接合した2ピース構成の防風壁が適用できる。このような複数部材で構成することで、例えば、一部の防風板が気流により磨耗・損傷した場合等において、部分的な補修が可能となる。
 尚、防風壁の設置位置については、防風壁のノズル側端面と最外層のノズルの中心線との間隔で、1mm~50mmとするのが好ましい。距離が近すぎるとノズルに干渉してしまい、遠すぎると防風効果を発揮せずノズルの損傷抑制ができないからである。また、防風壁の厚さは0.1mm~10mmとするのが好ましい。薄すぎると容易に損傷し防風壁としての効果を有しない一方、厚過ぎるとブッシングプレート全体の重量増の要因となる。
 防風壁の材質は、ベースプレート及びノズルと同様に、白金又は白金合金で構成するのが好ましい。防風壁も高温環境に曝されることからである。防風壁とベースプレートとの接合は、溶接によるのが好ましい。
 以上説明したように、本発明に係るガラス繊維製造用のブッシングプレートは、従来のブッシングプレートに防風壁を設置するものであり、これにより従来生じていた最外層のノズルの磨耗・損傷を抑制することができる。これにより、ガラス製造装置の使用期間を延長することができ、安定的なガラス繊維の製造を行うことができる。
気流による最外層のノズル先端の磨耗状態を説明する図。 本実施形態に係るガラス繊維製造用ブッシングプレートの外観。 本実施形態における防風壁の構成を説明する図。 本実施形態に係るガラス繊維製造用ブッシングプレートの防風壁付近の断面図。 防風壁の他の構成を説明する図。 防風壁について断面形状の他の形態を説明する図。
 以下、本発明の実施形態について説明する。図2は、本実施形態に係るガラス繊維製造用のブッシングプレート100を概略図示するものである。図2において、ガラス繊維製造用ブッシングプレートは、ベースプレート10と、その底面に整列配置された複数のノズル20を備える。
 ベースプレート10は、白金製の板材(厚さ1.5mm)を曲げ加工して成形されたものであり、中央に凸部を設けつつ端部を折曲げ加工したものである(底面寸法:444mm×120mm)。中央に凸部を形成するのは、上方から流入する溶融ガラス素地の整流のためである。
 ノズル20は、厚さ0.35mmで1.65mm(内径)×2.94mm(上端部外径)×2.35mm(下端部外径)のテーパー状の円筒体であり、白金製である。ノズル20は、ベースプレート10に対して6.4mm間隔で60個×24個で合計1440個取り付けられている。ノズル20のベースプレート10への取り付けは、ベースプレート10のノズル取り付け箇所に予め2.81mmの孔を穿孔し、ここにノズル20を貫入、拡管して密着固定した。
 そして、このガラス繊維製造用ブッシングプレート100は、上記のように整列配置されたノズル郡の最外層のノズル列に沿って防風壁30を備える。図3は、この防風壁30の外観を示す。本実施形態の防風壁30は、ベースプレートに接合される厚さ1.5mmの平板棒状のベース部材31と、ノズル設置位置に対応する位置上に設置される複数の防風板32(厚さ1.0mm、高さ5.0mm)との組合せで構成される。防風壁の材質は、両部材共に白金製である。防風壁は、予めベース部材31に防風板32を順次溶接したものを製作し、これをベースプレートに溶接した。このとき、防風部材の壁面(ノズル側)とノズルとの間隔は6.4mmとした。この防風壁30を設置したガラス繊維製造用ブッシングプレートの断面図を図4に示す。
 尚、防風壁30の形態としては、図3のように、複数の防風板を共通する一本のベース材に接合したものの他、ノズルに対応して分断されたベース部材を用意し個々に防風壁を形成しても良い(図5)。また、防風壁の断面形状に関しても、図4のように防風面が垂直なものの他、防風面が傾斜したものや、鍵字状のものを適用できる(図6)。防風壁は、ブッシング外周からの気流がノズル列に接触するのを抑制すること目的とするものであり、断面形状に制限はない、図6以外にも円柱状の防風壁でも良い。
 本実施形態に係るガラス繊維製造用ブッシングプレートを用いたガラス繊維の製造例としては、まず、上記のブッシングプレートにターミナル及び箱型のサイドフランジを接合して箱型容器であるブッシングを構成する。このブッシングをガラス製造装置に組み込む。ガラス製造装置は、目的組成に調合されたガラス原料の溶解槽、溶融ガラスの清澄槽、清澄された溶融ガラスを攪拌して均質化する攪拌槽を備え、これらの下流側にブッシングが設置される。ブッシングから吐出されるガラス繊維は適宜に巻き取られる。
 ここで、図2で示した本実施形態に係るガラス繊維製造用ブッシングプレートを備えるガラス製造装置により、ガラス繊維製造を1年間行った。この間、ブッシングプレートに顕著な異常は見られなかった。そして、1年間の装置稼動後、装置をシャットダウンしてブッシングプレートのノズルを検査したところ、全部のノズルにおいて磨耗は見られなかった。
 本発明に係るガラス繊維製造用のブッシングプレートは、防風壁を設置したことにより、底面に備えたノズル群の磨耗損傷を抑制するものである。本発明によれば、ガラス製造装置について長期の稼動期間における安定的運用を可能とすることができ、良質なガラス繊維を効率的に製造することができる。

Claims (4)

  1.  ベースプレートと、溶融ガラスを吐出するノズルとを備え、前記ノズルが前記ペースプレート上に複数整列配置されノズル列を形成するガラス繊維製造用のブッシングにおいて、
     前記整列配置されたノズルの最外層のノズル列に沿って、前記ベースプレート表面から突出する防風壁が設置されていることを特徴とするガラス繊維製造用のブッシング。
  2.  防風壁は、その高さがノズル高さに対して0.1mm~20.0mm高いものとなっている請求項1記載のガラス繊維製造用のブッシング。
  3.  防風壁は、ノズル列のノズルとノズルとの間隙に対応する部位に切欠きを有する請求項1又は請求項2記載のガラス繊維製造用のブッシング。
  4.  防風壁端面と最外層のノズル列のノズル中心の間隔は、1mm~50mmである請求項1~請求項3のいずれかに記載のガラス繊維製造用のブッシング。
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