特開 2025-18306 ガラス繊維製造用ノズル、ガラス繊維製造装置及び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】P2025018306

(43)【公開日】2025-02-06

(54)【発明の名称】ガラス繊維製造用ノズル、ガラス繊維製造装置及びガラス繊維製造方法

(51)【国際特許分類】

   C03B 37/083 20060101AFI20250130BHJP

【ＦＩ】

C03B37/083

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023121896

(22)【出願日】2023-07-26

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100168550

【弁理士】

【氏名又は名称】友廣 真一

(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】

【課題】ノズル先端部における溶融ガラスの這い上がりに起因する、ガラス繊維の糸切れを防止する。
【解決手段】先端部８ｘから溶融ガラスＧを流出させる管状部８を有するガラス繊維製造用ノズル５であって、管状部８の先端部８ｘにおいて、管状部８の外周面を囲むように、溶融ガラスＧの流出方向に沿ってガスＣを供給するガス供給部９を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

先端部から溶融ガラスを流出させる管状部を有するガラス繊維製造用ノズルであって、
前記管状部の先端部において、前記管状部の外周面を囲むように、前記溶融ガラスの流出方向に沿ってガスを供給するガス供給部を備えることを特徴とするガラス繊維製造用ノズル。

【請求項2】

前記ガスが、前記管状部を冷却可能な冷却ガスである請求項１に記載のガラス繊維製造用ノズル。

【請求項3】

前記ガス供給部は、前記管状部の先端部を内部に収容する外管を備え、前記管状部の外周面と前記外管の内周面との間に前記ガスが供給される請求項１又は２に記載のガラス繊維製造用ノズル。

【請求項4】

請求項１又は２に記載のノズルが底部に複数設けられたブッシングを備えることを特徴とするガラス繊維製造装置。

【請求項5】

請求項１又は２に記載のノズルを用いて、ガラス繊維を製造することを特徴とする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、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】

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】

この種のガラス繊維は、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、ノズル先端部の形状が製造されるガラス繊維の断面形状の基礎を形作ることから、要求されるガラス繊維の断面形状に応じて、種々の形状を有するノズル先端部が提案されるに至っている（例えば、特許文献１を参照）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平６－２２８８０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ノズルから溶融ガラスを引き出しながらガラス繊維を安定して製造するためには、ノズルに連なったガラス繊維が所定の切断位置とは異なる位置で不当に切れる、いわゆる糸切れを防止する必要がある。

【0006】

しかしながら、図６及び図７に示すように、ガラス繊維の製造中に、ノズル先端部１０１ｘから引き出された溶融ガラスＧｘがノズル先端部１０１ｘの外周面に沿って、矢印Ｚのように這い上がり、ビーズ状のガラス溜りが形成される場合がある。このような溶融ガラスＧｘの這い上がり（上向きの動き）は、ノズル先端部１０１ｘから正常に流出する溶融ガラスＧｘの動き（下向きの動き）を阻害するため、ノズル先端部１０１ｘにおいて糸切れが生じる原因となる。なお、図６及び図７では、すでにノズル先端部１０１ｘにおいて糸切れが生じた状態を図示している。

【0007】

そして、糸切れの原因となる溶融ガラスＧｘの這い上がりは、図６に示すように、１本のノズル１０１のノズル先端部１０１ｘにおいて生じる場合もあるが、図７に示すように、隣接する２本以上のノズル１０１のノズル先端部１０１ｘに跨って生じる場合もある。後者の現象は、ガラス繊維の製造効率を上げるために、ノズル１０１の配置密度を高めた場合に特に生じやすい。

【0008】

本発明は、ノズル先端部における溶融ガラスの這い上がりに起因する、ガラス繊維の糸切れを防止することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１） 上記課題を解決するために創案された本発明に係るガラス繊維製造用ノズルは、先端部から溶融ガラスを流出させる管状部を有し、管状部の先端部において、管状部の外周面を囲むように、溶融ガラスの流出方向に沿ってガスを供給するガス供給部を備えることを特徴とする。

【0010】

このようにすれば、管状部の先端部において、管状部の外周面に沿った溶融ガラスの這い上がりを、ガス供給部から供給されるガスによって阻止できる。したがって、管状部の先端部における溶融ガラスの這い上がりに起因する、ガラス繊維の糸切れを防止できる。

【0011】

（２） 上記（１）の構成において、ガスが、管状部を冷却可能な冷却ガスであることが好ましい。

【0012】

このようにすれば、ガス供給部から供給されるガスによって管状部の先端部が冷却される。したがって、溶融ガラスの這い上がりによるガラス繊維の糸切れを防止しつつ、管状部の熱による損耗を抑制できる。その結果、長期間にわたってガラス繊維を安定的に製造できる。

【0013】

（３） 上記（１）又は（２）の構成において、ガス供給部は、管状部の先端部を内部に収容する外管を備え、管状部の外周面と外管の内周面との間にガスが供給されることが好ましい。

【0014】

このようにすれば、管状部の外周面の全周囲にガスを供給できるため、管状部の先端部における溶融ガラスの這い上がりをより確実に防止できる。

【0015】

（４） 上記課題を解決するために創案された本発明に係るガラス繊維製造装置は、上記（１）～（３）のいずれかの構成のノズルが底部に複数設けられたブッシングを備えることを特徴とする。

【0016】

このようにすれば、上述の対応する構成と同様の作用効果を享受できる。

【0017】

（５） 上記課題を解決するために創案された本発明に係るガラス繊維製造方法は、上記（１）～（３）のいずれかの構成のノズルを用いて、ガラス繊維を製造することを特徴とする。

【0018】

このようにすれば、上述の対応する構成と同様の作用効果を享受できる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、ノズル先端部における溶融ガラスの這い上がりに起因するガラス繊維の糸切れを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第一実施形態に係るガラス繊維製造装置を示す断面図である。

【図2】本発明の第一実施形態に係るノズルを示す断面図である。

【図3】図２のＡ－Ａ断面図である。

【図4】図２のＢ－Ｂ断面図である。

【図5】本発明の第二実施形態に係るノズルを示す断面図である。

【図6】従来のノズルの問題点を説明するための断面図である。

【図7】従来のノズルの問題点を説明するための断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態について、添付図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。

【0022】

＜第一実施形態＞
（ガラス繊維製造装置）
図１に示すように、第一実施形態に係るガラス繊維製造装置は、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。

【0023】

フィーダー３の底部は、ブッシング４によって構成されている。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に取り付けられている。ブッシング４の底部には、複数のノズル５が設けられている。

【0024】

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及びノズル５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。なお、ノズル５の詳細構造については後述する。

【0025】

本実施形態では、各ノズル５に随伴気流が当たるのを防止するための防風板６が設けられている。防風板６の上下方向寸法は、ノズル５の上下方向寸法よりも長くなっている。

【0026】

（ガラス繊維製造方法）
第一実施形態に係るガラス繊維製造方法では、上記のガラス繊維製造装置を用いる。詳細には、図１に示すように、本製造方法では、溶融ガラスＧが、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。フィーダー３内に貯留された溶融ガラスＧは、ブッシング４に設けられた複数のノズル５から下方に引き出され、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共に、１００～１００００本のガラス繊維Ｇｍが、１本のストランドＧｓに紡糸される。紡糸されたストランドＧｓは、巻き取り装置のボビン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】

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及びブッシング４の中から選ばれた一つ又は複数の要素を通電加熱などで加熱してもよい。

【0028】

溶融ガラスＧのガラス材質は特に限定されるものではないが、例えば、Ｅガラス、Ｄガラス、Ｓガラス、ＡＲガラス、Ｃガラスなどを用いることができる。

【0029】

（ノズル）
図２～図４に示すように、第一実施形態に係るノズル５は、管状部８と、ガス供給部９とを備える。なお、図１では、ガス供給部９の図示は省略している。

【0030】

管状部８は、円筒状の筒状部材であり、管状部８の先端部８ｘにおける管状部８の内周面８ａで区画される流出孔８ａａは円形状である。なお、流出孔８ａａの形状は、これに限定されず、扁平形状の断面を有するガラス繊維を製造する場合には、長円形や、長方形などであってもよい。

【0031】

ガス供給部９は、管状部８の先端部８ｘにおいて、管状部８の外周面８ｂを囲むように、溶融ガラスＧの流出方向（下方）に沿って冷却ガスＣを供給するものである。ここで、「管状部８の外周面８ｂを囲む」とは、管状部８の外周面８ｂを連続的に囲む場合と、管状部８の外周面８ｂを断続的に囲む場合とを含む。なお、本実施形態では、管状部８の外周面８ｂを連続的に囲むように、冷却ガスＣを供給する場合を例示する。

【0032】

本実施形態では、ガス供給部９は、外管１０と、接続管１１と、ガス供給源１２とを備える。

【0033】

外管１０は、管状部８の先端部８ｘを内部に収容するように配置される。つまり、図３に示すように、管状部８の先端部８ｘでは、外管１０と管状部８とで二重管構造が構成されている。換言すれば、ブッシング４側に位置する管状部８の基端部８ｙには、外管１０は配置されていない。

【0034】

図２及び図４に示すように、接続管１１は、隣接する外管１０同士、又は、外管１０とガス供給源１２とを接続するように複数配置される。接続管１１の内部Ｓ１と外管１０の内部（詳細には、外管１０の内周面１０ａと管状部８の外周面８ｂとの間の空間）Ｓ２とは、互いに連通されており、冷却ガスＣを流通するための流路を構成する。

【0035】

ガス供給源１２は、接続管１１を介して、外管１０の内周面１０ａと管状部８の外周面８ｂとの間の空間Ｓ２に冷却ガスＣを供給する。

【0036】

冷却ガスＣとしては、例えば、空気、酸素、窒素、不活性ガスなどが利用できる。ただし、管状部８、外管１０、接続管１１等の構成材料（例えば白金）の酸化による揮発抑制等を考慮すれば、窒素、二酸化炭素、アルゴン等の冷却ガスＣを用いることが好ましい。冷却ガスＣの温度は、例えば、２０～４０℃程度の常温付近でよいが、ガラス繊維Ｇｍの製造中は当該温度を大きく変化させないことが好ましい。冷却ガスＣの温度が変化することで、ノズル５直下のガラス生地温度に影響を与え、生産性を阻害するおそれがあるためである。

【0037】

ガス供給源１２から供給される冷却ガスＣは、図４に示すように、接続管１１によって、各ノズル５の外管１０の内周面１０ａと管状部８の外周面８ｂとの間の空間Ｓ２に順に供給されるとともに、図２に示すように、各空間Ｓ２から溶融ガラスＧの流出方向（下方）に沿って排出される。このようにすれば、各管状部８の外周面８ｂの全周囲から冷却ガスＣを排出できるため、管状部８の先端部８ｘにおいて、管状部８の外周面８ｂに沿って溶融ガラスＧが這い上がるのを確実に防止できる。その結果、ガラス繊維Ｇｍの糸切れを抑制し、ガラス繊維Ｇｍを安定して製造できる。

【0038】

また、冷却ガスＣによって管状部８の先端部８ｘが冷却されるため、管状部８の熱による損耗を抑制できる。なお、本実施形態では、管状部８の先端部８ｘにのみ外管１０が設けられているため、冷却ガスＣを用いても、管状部８全体が冷却されすぎる事態は生じにくい。つまり、管状部８の内部の溶融ガラスＧの粘度は、ガラス繊維Ｇｍの製造に適した値に維持される。

【0039】

＜第二実施形態＞
（ノズル）
図５に示すように、第二実施形態に係るノズル５のガス供給部９は、管状部８の先端部８ｘにおいて、管状部８の外側に、管状部８の外周面８ｂに沿って間隔を置いて配置された複数のガス供給管２１を備えている。各々のガス供給管２１は、溶融ガラスＧの流出方向（下方）に沿って冷却ガスＣを供給する。そのため、複数のガス供給管２１からは、管状部８の外周面８ｂを断続的に囲むように、冷却ガスＣが供給される。このような構成でも、管状部８の先端部８ｘにおいて、管状部８の外周面８ｂに沿って溶融ガラスＧが這い上がるのを防止できる。

【0040】

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の形態において実施することができる。

【0041】

上記の実施形態では、ガス供給部９によって、冷却ガスＣを供給する場合を説明したが、これに限定されない。溶融ガラスＧの這い上がりを防止する観点からは、ガス供給部９から冷却機能を有さないガスを供給してもよい。

【0042】

上記の実施形態では、ガス供給部９によって、管状部８の先端部８ｘのみで、管状部８の外周面８ｂを囲むように、溶融ガラスＧの流出方向に沿ってガスＣを供給する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、管状部８が過度に冷却されない場合には、ガス供給部９は、管状部８の先端部８ｘ及び基端部８ｙの両方で、管状部８の外周面８ｂを囲むように、溶融ガラスＧの流出方向に沿ってガスＣを供給してもよい。具体的には、本発明の第一実施形態に係るノズルにおいて、管状部８の先端部８ｘから基端部８ｙにわたって、外管１０と管状部８とで二重管構造が構成されていてもよい。あるいは、本発明の第二実施形態に係るノズルにおいて、管状部８の先端部８ｘから基端部８ｙにわたって、管状部８の外側に、管状部８の外周面８ｂに沿って間隔を置いて配置された複数のガス供給管２１を備えていてもよい。

【符号の説明】

【0043】

１ ガラス溶融炉
２ フォアハース
３ フィーダー
４ ブッシング
５ ノズル
６ 防風板
７ ボビン
８ 管状部
９ ガス供給部
１０ 外管
１１ 接続管
１２ ガス供給源
２１ ガス供給管
Ｃ 冷却ガス
Ｇ 溶融ガラス
Ｇｍ ガラス繊維
Ｇｒ 繊維束
Ｇｓ ストランド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】