特開 2022-33465 ブッシング及び異形断面ガラス繊維製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022033465

(43)【公開日】2022-03-02

(54)【発明の名称】ブッシング及び異形断面ガラス繊維製造方法

(51)【国際特許分類】

   C03B 37/08 20060101AFI20220222BHJP

【ＦＩ】

C03B37/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020137363

(22)【出願日】2020-08-17

(71)【出願人】

【識別番号】000232243

【氏名又は名称】日本電気硝子株式会社

(72)【発明者】

【氏名】松浦 禅

【テーマコード（参考）】

4G021

【Ｆターム（参考）】

4G021MA02

4G021MA03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】所望の異形断面ガラス繊維を安定して製造することができるブッシング、及び該ブッシングを用いて異形断面ガラス繊維を製造する製造方法を提供する。
【解決手段】所定の一方向に延び、溶融ガラスを冷却可能に構成された冷却部材を配置可能な複数の冷却領域Sを具備するベースプレート４１と、ベースプレート４１に設けられ、溶融ガラスが流出する先端部において、扁平形状をなすノズル孔５３と、ノズル孔５3の短径方向で対向し、凹状の切欠き５４を有する一対の第１の壁部５１と、ノズル孔５3の長径方向で対向する一対の第２の壁部５２と、を備えた複数のノズル５と、を備え、第１の壁部５１が、冷却領域Sの方向に向くように複数のノズル５が配置されたブッシング４。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の一方向に延び、溶融ガラスを冷却可能に構成された冷却部材を配置可能な複数の冷却領域を具備するベースプレートと、
前記ベースプレートに設けられてなり、前記溶融ガラスが流出する先端部において、扁平形状をなすノズル孔と、前記ノズル孔の短径方向で対向し、凹状の切欠きを有する一対の第１の壁部と、前記ノズル孔の長径方向で対向する一対の第２の壁部と、を備えた複数のノズルと、
を備え、前記第１の壁部が、前記冷却領域の方向に向くように複数の前記ノズルが配置されたブッシングであって、
隣接する前記冷却領域の間には、前記冷却領域の延びる方向に沿って、所定の間隔を有して複数の前記ノズルが配置された第１ノズル列と、
前記第１ノズル列と間隔を有するとともに、前記冷却領域の延びる方向に沿って、所定の間隔を有して複数の前記ノズルが配置された第２ノズル列とが配置され、
前記第１ノズル列における、前記ノズルの一対の第１の壁部に設けられた前記切欠きのそれぞれが、前記冷却領域と対向可能となるように、前記第１ノズル列のノズルが配置される、ブッシング。

【請求項2】

前記第２ノズル列における、前記ノズルの一対の第１の壁部に設けられた切欠きのそれぞれが、前記冷却領域と対向可能となるように、前記第２ノズル列のノズルが配置される、請求項1に記載のブッシング。

【請求項3】

前記第１ノズル列における前記複数のノズル間及び前記第２ノズル列における前記複数のノズル間の間隔は、前記ノズルにおける前記ノズルの切欠きの先端の幅よりも狭い、請求項１または２に記載のブッシング。

【請求項4】

請求項１～３のいずれかに記載のブッシングを用いて異形断面ガラス繊維を製造する異形断面ガラス繊維製造方法。

【請求項5】

前記溶融ガラスがＥガラスである請求項４に記載の異形断面ガラス繊維製造方法。

【請求項6】

成形温度において、前記溶融ガラスは、１０^２．０～１０^３・５ｄＰａ・ｓの粘度を有する請求項４または５に記載の異形断面ガラス繊維製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、異形断面ガラス繊維の製造技術の改良に関するものである。

【背景技術】

【0002】

断面が長円形や楕円形のような扁平形状などの非円形断面を有する異形断面ガラス繊維は、樹脂と混合して複合化した場合に高い補強効果を実現できることから、さまざまな分野で利用されている。

【0003】

この種の異形断面ガラス繊維は、ブッシングのノズルから溶融ガラスを引き出しながら冷却することにより製造されるのが一般的である。この際、製造されるガラス繊維の断面形状は、ノズル先端部のノズル孔の形状に依存するため、異形断面ガラス繊維を製造する場合、ノズル先端部においてノズル孔が扁平状とされることが多い。

【0004】

しかしながら、扁平状のノズル孔を有するノズルを使用したとしても、ノズルから引き出される溶融ガラスの粘度が低すぎれば、ノズル先端部の直下で表面張力により溶融ガラスの断面が丸くなるように形成されやすく、所望の異形断面ガラス繊維を製造することができなくなる。

【0005】

そこで、例えば、特許文献１のノズルでは、溶融ガラスが流出するノズル先端部において、扁平状のノズル孔の短径方向で対向する一対の長壁部のそれぞれに凹状の切欠き部を設け、この凹状の切欠き部により冷却して溶融ガラスの粘度を調整している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１７－２２６５７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

近年、１つのブッシングから引き出される異形断面ガラス繊維を増やすことにより、生産性を向上させることや、大きな番手のストランドを製造することが検討されている。特許文献１に記載の通り、両方の切欠きの近くに冷却部材を配することにより、ブッシングに設けられるノズルの個数が減り、異形断面ガラス繊維の生産性を十分に上げられない場合がある。

【0008】

また、両方の切欠き近くに冷却部材を配して溶融ガラスを冷却した場合、溶融ガラスが冷却されすぎる場合がある。そのため、異形断面ガラス繊維を安定的に成形できない場合もあった。

【0009】

以上の実情に鑑み、本発明は、所望の異形断面ガラス繊維を安定して製造することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係るブッシングは、所定の一方向に延び、溶融ガラスを冷却可能に構成された冷却部材を配置可能な複数の冷却領域を具備するベースプレートと、前記ベースプレートに設けられてなり、前記溶融ガラスが流出する先端部において、扁平形状をなすノズル孔と、前記ノズル孔の短径方向で対向し、凹状の切欠きを有する一対の第１の壁部と、前記ノズル孔の長径方向で対向する一対の第２の壁部と、を備えた複数のノズルと、を備え、前記第１の壁部が、前記冷却領域の方向に向くように複数の前記ノズルが配置されたガラス繊維製造装置であって、隣接する前記冷却領域の間には、前記冷却領域の延びる方向に沿って、所定の間隔を有して複数の前記ノズルが配置された第１ノズル列と、前記第１ノズル列と間隔を有するとともに、前記冷却領域の延びる方向に沿って、所定の間隔を有して複数の前記ノズルが配置された第２ノズル列とが配置され、前記第１ノズル列における、前記ノズルの一対の第１の壁部に設けられた前記切欠きのそれぞれが、前記冷却領域と対向可能となるように、前記第１ノズル列のノズルが配置される。

【0011】

このような構成によれば、冷却部材の間に、第１ノズル列と第２ノズル列が配されるため、従来と比較してより多くのノズルを配置することができる。そのため、異形断面ガラス繊維の生産性を向上させることができるとともに、一度に多数のガラス繊維を得ることができるため、大きな番手のストランドを製造することができる。
さらに、第１ノズル列に含まれるノズルについては、一方の切欠きが冷却部材に直接向かい合い、他方の切欠きは、第２ノズル列のノズル間の隙間の領域を介して冷却部材に向かい合うため、溶融ガラスが冷却されすぎることを抑制できる。従って、成形時の溶融ガラスの粘度を適正に調整し、異形断面ガラス繊維を安定的に成形することができる。
なお、他方の切欠きが、第２ノズル列のノズルのみと向かい合う場合、溶融ガラスが冷却されない。

【0012】

本発明においては、前記第２ノズル列における、前記ノズルの一対の第１の壁部に設けられた切欠きのそれぞれが、前記冷却領域と対向可能となるように、前記第２ノズル列のノズルが配置されることが好ましい。

【0013】

このような構成によれば、第２ノズル列に含まれるノズルから引き出された溶融ガラスにおいても、成形時の溶融ガラスの粘度を適正に調整し、異形断面ガラス繊維を安定的に成形することができる。

【0014】

本発明においては、前記第１ノズル列における前記複数のノズル間及び前記第２ノズル列における前記複数のノズル間の間隔は、前記ノズルにおける前記ノズルの切欠きの先端の幅よりも狭いことが好ましい。

【0015】

このような構成によれば、溶融ガラスが冷却されすぎることを確実に抑制できる。

【0016】

本発明に係る異形断面ガラス繊維製造方法は、上述のブッシングを用いて異形断面ガラス繊維を製造することを特徴としている。このような構成によれば、既に述べた構成と同様の効果を得ることができる。

【0017】

本発明においては、前記溶融ガラスがＥガラスであることが好ましい。Ｅガラスは失透しにくいガラスであるため、異形断面ガラス繊維の生産性が向上する。

【0018】

本発明においては、成形温度において、溶融ガラスは、１０^２．０～１０^３・５ｄＰａ・ｓの粘度を有することが好ましい。すなわち、１０^３・５ｄＰａ・ｓ以下であれば、溶融ガラスの粘度が高くなりすぎないため、ガラス繊維の成形性を良好に維持することができる。また、１０^２．０ｄＰａ・ｓ以上であれば、溶融ガラスの粘度が低くなりすぎないため、溶融ガラスが表面表力によって円形断面に戻ろうとする力が弱められ、ガラス繊維の扁平比（長径寸法／短径寸法）を高めることができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、 所望の異形断面ガラス繊維を安定して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る異形断面ガラス繊維製造装置を示す断面図である。

【図2】図２は、図１のブッシングのノズル周辺を拡大して示す断面図である。

【図3】図３は、図１のブッシングのノズル周辺を拡大して示す底面図である。

【図4】図４は、本発明の実施形態に係るブッシングのノズルを示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１－Ａ１断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ１－Ｂ１断面図である。

【図5】図５は、図３のブッシングのノズル周辺を拡大して示す底面図である。

【図6】図６は、比較例に係るブッシングのノズル周辺を拡大して示す底面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

【0022】

（異形断面ガラス繊維の製造装置及び製造方法の一実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係る異形断面ガラス繊維製造装置１０は、ガラス溶融炉１と、ガラス溶融炉１に接続されたフォアハース２と、フォアハース２に接続されたフィーダー３とを備えている。ここで、図１に示すＸＹＺからなる直交座標系において、Ｘ方向及びＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向が鉛直方向である（以下、同様）。

【0023】

溶融ガラスＧは、ガラス溶融炉１からフォアハース２を通じてフィーダー３に供給されると共に、フィーダー３内に貯留される。図１では１つのフィーダー３を図示しているが、ガラス溶融炉１には複数のフィーダー３が接続されていてもよい。また、ガラス溶融炉１とフォアハース２との間に清澄炉を設けてもよい。

【0024】

この実施形態では、溶融ガラスＧはＥガラスからなるが、Ｄガラス、Ｓガラス、ＡＲガラス、Ｃガラス等の他のガラス材質であってもよい。

【0025】

フィーダー３の底部に、ブッシング４が配置されている。ブッシング４は、ブッシングブロック等を介してフィーダー３に取り付けつけられている。ブッシング４の底部は、図２に示すようにベースプレート４１により構成されており、ベースプレート４１には、複数のノズル５が設けられている。また、ベースプレート４１には、所定の一方向であるＹ方向に延び、冷却管６を配置可能な複数の冷却領域Ｓが設けられている（図３参照）。そして、冷却領域Ｓには、冷却部材としての冷却管６が設けられている。

【0026】

ブッシング４のベースプレート４１に設けられた複数のノズル５からフィーダー３内に貯留された溶融ガラスＧが下方に引き出され、ガラス繊維（モノフィラメント）Ｇｍが製造される。この際、成形温度における溶融ガラスＧの粘度は、１０^２．０～１０^３・５ｄＰａ・ｓ（好ましくは１０^２．５～１０^３・３ｄＰａ・ｓ）の範囲内に設定される。なお、成形温度における溶融ガラスＧの粘度は、ノズル５に流入する位置における溶融ガラスＧの粘度とする。ガラス繊維Ｇｍの表面には、図示しないアプリケータにより集束剤が塗布されるとともに、１００～１００００本が１本のストランドＧｓに紡糸される。なお、ストランドＧｓの番手は、紡糸されるガラス繊維Ｇｍに依存し、ガラス繊維Ｇｍの本数が多いほど、ストランドＧｓの番手が大きくなる。紡糸されたストランドＧｓは、巻き取り装置のコレット７に繊維束Ｇｒとして巻き取られる。ストランドＧｓは、例えば、１～２０ｍｍ程度の所定長に切断され、チョップドストランドとして利用される。

【0027】

ガラス溶融炉１、フォアハース２、フィーダー３、ブッシング４、ノズル５及び冷却管６は、少なくとも一部が白金又は白金合金（例えば、白金ロジウム合金）により形成されている。

【0028】

溶融ガラスＧの粘度を調整するために、フォアハース２、フィーダー３およびブッシング４の中から選ばれた一又は複数の要素を通電加熱などで加熱してもよい。

【0029】

図２及び図３に示すように、ノズル５は、先端部（下側部分）において、Ｘ方向で対向する一対の長壁部（第１の壁部）５１と、Ｙ方向で対向する一対の短壁部（第２の壁部）５２と、長壁部５１と短壁部５２で区画形成された扁平状（本実施形態では長円形）のノズル孔５３とを備えている。各々の長壁部５１には切欠き５４が設けられており、ノズル孔５３の一部が切欠き５４を通じてノズル５の外部空間に連通している。この実施形態では、ノズル孔５３の長径方向はＹ方向と一致しており、ノズル孔５３の短径方向はＸ方向と一致している。また、この実施形態では、短壁部５２のＸ方向寸法は長壁部５１のＹ方向寸法よりも短い。もちろん、壁部５１，５２のこれら寸法関係は特に限定されるものではない。また、ノズル孔５３の断面形状は、長円形以外にも、楕円形等の形状であってもよい。

【0030】

図４（ａ）～（ｃ）に示すように、ノズル５の各々の長壁部５１に設けられた切欠き５４は、同一寸法の台形状である。詳細には、この実施形態では、切欠き５４は、長壁部５１の中心線Ｍ１上に上底の中心点Ｔ１を有し、かつ、中心線Ｍ１に対して対称な等脚台形状（上底が下底よりも短い）である。内角θ１（上底の両側の内角）は、例えば９０°超～１６０°（好ましくは１１０°～１５０°）である。なお、この実施形態では、ノズル孔５３は扁平な長円形であり、Ｚ方向で一定の形状である。図４（ｃ）に示すように、ノズル５の先端部において、ノズル孔５３は、Ｙ方向寸法（長径寸法）ａに対するＸ方向寸法（短径寸法）ｂの比率（ａ／ｂ）が１．５～２０（好ましくは３～１０）の範囲である。

【0031】

このような構成によれば、ノズル５の切欠き５４に起因する形状変形を抑えつつ、切欠き５４の開口面積も十分に確保できる。したがって、扁平形状などの非円形断面を有する異形断面を有するガラス繊維Ｇｍを安定的に成形可能となる。換言すれば、製造されたガラス繊維Ｇｍの断面形状のばらつきが小さくなる。

【0032】

ノズル５は、先端部において長壁部５１と短壁部５２によって区画形成された扁平状のノズル孔５３を有していれば、基端部（上側部分）の形状はノズル５の先端部の形状と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0033】

ノズル５は、ベースプレート４１に２００～１００００個配置されていることが好ましい。ノズル５を上記の個数配置することにより、番手の大きなストランドＧｓを得ることができる。なお、ノズル５は、ベースプレート４１に１５００個以上配置されていることが好ましい。

【0034】

冷却管６は、その内部に流体としての冷却水Ｆを循環させて冷却作用を及ぼすようになっている。冷却管６は、板状体であって、その板面が一定の方向（上下方向）に沿うように複数配置されている。なお、冷却管６は、この実施形態では、ベースプレート４１の冷却領域Ｓに一体的に設けられているが、ブッシング４の底部から離して設けてもよい。また、冷却管６は、円管状体であってもよい。冷却管６の高さ位置は、溶融ガラスＧの冷却条件に応じて適宜調整することができる。例えば、冷却管６は、ノズル５から引き出された溶融ガラスＧに直接対面しないようにノズル５の先端よりも上方に配置されていてもよいし、ノズル５とノズル５から引き出された溶融ガラスＧの双方に跨るように配置されていてもよい。冷却部材は、冷却管６に限らず、空気流を誘導して冷却作用を及ぼす冷却フィンなどであってもよい。

【0035】

図３及び図５に示すように、ブッシング４のベースプレート４１において、隣接する冷却領域Ｓの間に、複数のノズル列Ｌ１，Ｌ２がＸ方向に間隔を置いて平行に配置されている。各ノズル列Ｌ１，Ｌ２は、ノズル孔５３の長径方向をＹ方向に向けた複数のノズル５をＹ方向に延びる同一直線上に配置することで構成される。冷却管６は、Ｘ方向に隣接するノズル列Ｌ１，Ｌ２の間に、ノズル列Ｌ１，Ｌ２と平行に配置されている。なお、本実施形態において、ノズル列Ｌ１とノズル列Ｌ２は、Ｙ方向におけるノズル５の配置位置が異なるものの、それ以外は同じである。これにより、図５に示すように冷却管６が、冷却管６と隣接するノズル５の切欠き５４ａに対向し、切欠き５４ａを通じてノズル５内を流通する溶融ガラスＧが冷却されるようになっている。具体的には、ノズル５の先端部において、溶融ガラスＧは冷却管６によって１０００℃以上の温度から急激に冷却される。なお、冷却管６は、ブッシング４やノズル５を冷却し、これらの熱劣化を抑えて耐久性を高める機能もある。

【0036】

また、冷却管６と隣接しないノズル５の切欠き５４ｂに関しても、隣接するノズル列（ノズル列Ｌ１に隣接するノズル列はＬ２であり、ノズル列Ｌ２に隣接するノズル列はＬ１である）に含まれるノズル５間の隙間の領域を介して冷却部材６に向かい合うため、溶融ガラスＧが冷却されすぎることを抑制できる。従って、成形時の溶融ガラスＧの粘度を適正に調整し、異形断面ガラス繊維を安定的に成形することができる。すなわち、ノズル５の切欠き５４ａ側の溶融ガラスＧは、冷却管６に直接向かい合うために急激に冷やされ、ノズル５の切欠き５４ｂ側の溶融ガラスＧは、所定の距離を置いて冷却管６に向かい合うために、切欠き５４ａ側の溶融ガラスＧと比べてゆっくりと冷やされる。そのために、切欠き５４ａ側の溶融ガラスＧはすぐに固まり、変形しにくくなる一方、切欠き５４ｂ側の溶融ガラスＧは、固まるまでにおいて、ある程度変形可能である。扁平率の高い異形断面ガラス繊維を安定して成形するためには、溶融ガラスＧの一部分のみを急激に固めて繊維の断面が円くなるのを抑制する一方、その他の部分は徐々に固める必要がある。例えば、両方の長径側の溶融ガラスＧを急激に固めてしまうと、扁平率は高くなるものの、ガラス繊維の切断等が発生しやすくなる。

【0037】

なお、図６のように、ノズル列Ｌ１のみからなり、冷却管６と隣接しないノズル５の切欠き５４ｂが冷却部材６に向かい合わないと、溶融ガラスＧが十分に冷却されない。

【0038】

本実施形態において、間隔Ｄ１及びＤ２は、切欠き５４ａ及び５４ｂの先端での幅Ｗよりも狭い。そのため、溶融ガラスＧが冷却されすぎることを抑制できる。

【0039】

ノズル５間の間隔Ｄ１及びＤ２は、１～１０ｍｍであることが好ましく、１～５ｍｍであることがより好ましい。これにより、ベースプレート４１により多くのノズル５を配置することができる。また、切欠き５４の先端での幅Ｗは、２～２０ｍｍであることが好ましい。なお、間隔Ｄ１及びＤ２と切欠き５４の先端での幅Ｗの比率（Ｗ／Ｄ（Ｄ１，Ｄ２））は、例えば、０．５～５とすることができるが、１．１～２．５であることが好ましい。

【0040】

なお、1個のノズル列Ｌ１及びＬ２に含まれるノズル５の数は、１０～５００個以下であることが好ましい。

【0041】

以上のようにして異形断面ガラス繊維を製造する本実施形態によれば、以下に示すような作用効果が得られる。

【0042】

本実施形態では、冷却領域Ｓ（冷却管６）の間に、第１ノズル列Ｌ１と第２ノズル列Ｌ２が配されるため、従来と比較してより多くのノズル５を配置することができる。そのため、異形断面ガラス繊維の生産性を向上させることができる。また、多くのノズル５が配置されるため、一度に得られるガラス繊維Ｇｍの本数が多くなり、その結果、番手の大きなストランドＧｓを製造することができる。さらに、第１ノズル列Ｌに含まれるノズル５については、一方の切欠き５４ａが冷却管６に直接向かい合い、他方の切欠き５４ｂは、第２ノズル列Ｌ２のノズル５間の隙間の領域を介して冷却管６に向かい合うため、溶融ガラスＧが冷却されすぎることを抑制できる。従って、成形時の溶融ガラスＧの粘度を適正に調整し、異形断面ガラス繊維を安定的に成形することができる。

【0043】

さらに、第２ノズル列Ｌに含まれるノズル５についても、一方の切欠き５４ａが冷却管６に直接向かい合い、他方の切欠き５４ｂは、第１ノズル列Ｌ１のノズル５間の隙間の領域を介して冷却管６に向かい合うため、溶融ガラスＧが冷却されすぎることを抑制できる。

【0044】

以上、本発明の実施形態に係る異形断面ガラス繊維の製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々のバリエーションが可能である。

【0045】

上記実施形態では、ノズル５間の間隔Ｄ１及びＤ２が等しいが、これらは異なっていてもよい。その場合、Ｄ１とＤ２の比率Ｄ１／Ｄ２は、０．５～２．０の範囲内であることが好ましい。

【符号の説明】

【0046】

１：ガラス溶融炉、４：ブッシング、４１：ベースプレート、５：ノズル、５１：長壁部（第１の壁部）、５２：短壁部（第２の壁部）、５３：ノズル孔、５４：切欠き、６：冷却管、１０：異形断面ガラス繊維製造装置、Ｇ：溶融ガラス、Ｇｍ：ガラス繊維（モノフィラメント）、Ｇｓ：ストランド、Ｓ：冷却領域、Ｌ１：第１ノズル列、Ｌ２：第２ノズル列、Ｗ：切欠きの開口幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】