特許 7521228 ガラス繊維の製造方法およびガラス繊維製造用ノズル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-16

(45)【発行日】2024-07-24

(54)【発明の名称】ガラス繊維の製造方法およびガラス繊維製造用ノズル

(51)【国際特許分類】

   C03B 37/083 20060101AFI20240717BHJP

   D01D 4/00 20060101ALI20240717BHJP

【ＦＩ】

C03B37/083

D01D4/00 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020060720

(22)【出願日】2020-03-30

(65)【公開番号】P2021160943

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2022-11-29

(73)【特許権者】

【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

(72)【発明者】

【氏名】森 博隆

(72)【発明者】

【氏名】川口 哲司

【審査官】酒井 英夫

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５９－０５７９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０８３７３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２７５７２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０３Ｂ ３７／０８３，

Ｄ０１Ｄ ４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

先端部に溶融ガラスを流出させる流出口が形成された筒状のノズル（但し、ノズル先端部がＡｕ－Ｐｔ系合金からなる場合を除く）を用いて、
前記流出口より下方に流出させた溶融ガラスからガラス繊維を製造する方法であって、
前記ノズルの外周面をガラスで被覆するコーティング工程を備え、
前記コーティング工程では、前記ガラス繊維となる溶融ガラスから前記外周面を被覆するガラスを隔てることを特徴とするガラス繊維の製造方法。

【請求項2】

先端部に溶融ガラスを流出させる流出口が形成された筒状のノズルを用いて、
前記流出口より下方に流出させた溶融ガラスからガラス繊維を製造する方法であって、
前記ノズルの外周面をガラスで被覆するコーティング工程を備え、
前記ノズルは、前記外周面上に凸部が設けられることで、前記外周面に凹凸を有し、
前記外周面から前記凸部が突出する寸法が０．１ｍｍ～１ｍｍであることを特徴とするガラス繊維の製造方法。

【請求項3】

前記ノズルの全長Ｌと肉厚Ｔとの比（Ｌ／Ｔ）が、０．５～２０であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス繊維の製造方法。

【請求項4】

前記外周面を被覆するガラスは、前記流出口より流出させた溶融ガラスのうち、流出後に前記外周面に沿って這い上がらせた溶融ガラスであることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のガラス繊維の製造方法。

【請求項5】

前記ノズルは、前記先端部における前記外周面が、溶融ガラスの流れ方向に沿って先細りするテーパーに形成されたノズルであることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のガラス繊維の製造方法。

【請求項6】

先端部に形成された流出口より流出させた溶融ガラスからガラス繊維を製造するための筒状のガラス繊維製造用ノズルであって、
外周面がガラスで被覆されており、
前記外周面上に凸部が設けられることで、前記外周面に凹凸を有し、
前記外周面から前記凸部が突出する寸法が０．１ｍｍ～１ｍｍであることを特徴とするガラス繊維製造用ノズル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガラス繊維の製造方法およびガラス繊維製造用ノズルに関する。

【背景技術】

【0002】

周知のように、ガラス繊維は、樹脂と混練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、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）用の繊維として採用される等、様々な分野で利用されている。

【0003】

ここで、ガラス繊維を製造するための方法の一例として、以下のような方法を挙げることができる。

【0004】

同方法においては、ガラス溶解炉等で生成した溶融ガラスを流通させるためのフィーダーと、フィーダーの下方に配置されたブッシングとを用いる。ブッシングは多数の筒状のノズル（特許文献１を参照）を備えており、各ノズルの先端部には溶融ガラスを流出させるための流出口が形成されている。なお、ノズルは、一般的に白金や白金合金で構成される。これらの製造設備を用いて、フィーダーからブッシングに溶融ガラスを供給し、各ノズルの流出口から下方に流出させた溶融ガラスを引き出しつつ冷却する。このようにしてガラス繊維を製造する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第５４０３２９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記の形態においては下記のような解決すべき問題があった。

【0007】

すなわち、ブッシングに備わった各ノズルは、当該ノズルを構成する成分が酸化して揮発していくことで、筒状のノズルの外周面が次第に減耗し、ノズルの肉厚が薄くなっていく。このことに起因して、ノズルの寿命が短くなってしまう。そのため、ノズルの長寿命化を実現できる技術の確立が期待されていた。

【0008】

上記の事情に鑑みなされた本発明は、ノズルの流出口より流出させた溶融ガラスからガラス繊維を製造するに際し、ノズルの長寿命化を図ることを技術的な課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するためのガラス繊維の製造方法は、先端部に溶融ガラスを流出させる流出口が形成された筒状のノズルを用いて、流出口より下方に流出させた溶融ガラスからガラス繊維を製造する方法であって、ノズルの外周面をガラスで被覆するコーティング工程を備えることを特徴とする。

【0010】

本方法では、コーティング工程を実行することで、ノズルの外周面がガラスで被覆されるため、ノズルを構成する成分が酸化して揮発することを抑制できる。その結果、ノズルの長寿命化を図ることが可能となる。

【0011】

上記の方法において、外周面を被覆するガラスは、流出口より流出させた溶融ガラスのうち、流出後に外周面に沿って這い上がらせた溶融ガラスであることが好ましい。

【0012】

このようにすれば、ノズルの流出口より流出させた溶融ガラスの一部を、ノズルの外周面を被覆するガラスとして機能させることができ、コーティング工程を効率的に実行することが可能となる。

【0013】

上記の方法において、ノズルは、先端部における外周面が、溶融ガラスの流れ方向に沿って先細りするテーパーに形成されたノズルであることが好ましい。

【0014】

このようにすれば、ノズルの先端部における外周面がテーパーに形成されていることで、外周面に沿って溶融ガラスを這い上がらせやすくなる。これにより、コーティング工程を更に効率的に実行できる。

【0015】

上記の方法において、コーティング工程では、ガラス繊維となる溶融ガラスから外周面を被覆するガラスを隔てることが好ましい。

【0016】

このようにすれば、ノズルの外周面を被覆するガラスにより、円滑なガラス繊維の紡糸が妨げられることを抑制することが可能となる。

【0017】

上記の方法において、ノズルは、外周面に凹凸を有することが好ましい。

【0018】

このようにすれば、這い上がった溶融ガラスがベースプレートまで流れてしまい、外周面を被覆するガラスが少なくなることを抑制できる。従って、コーティング工程をより効率的に実行することが可能となる。

【0019】

また、上記の課題を解決するためのガラス繊維製造用ノズルは、先端部に形成された流出口より流出させた溶融ガラスからガラス繊維を製造するための筒状のノズルであって、外周面がガラスで被覆されていることを特徴とする。

【0020】

本ノズルでは、上記のガラス繊維の製造方法に係る説明で既述の作用・効果を同様に得ることが可能である。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、ノズルの流出口より流出させた溶融ガラスからガラス繊維を製造するに際し、ノズルの長寿命化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】ガラス繊維の製造方法およびガラス繊維製造用ノズルを示す断面図である。

【図2】ガラス繊維の製造方法を示す断面図である。

【図3】ガラス繊維の製造方法を示す断面図である。

【図4】ガラス繊維の製造方法を示す断面図である。

【図5】ガラス繊維の製造方法を示す断面図である。

【図6】ガラス繊維の製造方法およびガラス繊維製造用ノズルを示す断面図である。

【図7】ガラス繊維の製造方法およびガラス繊維製造用ノズルを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、実施形態に係るガラス繊維の製造方法、及び、ガラス繊維製造用ノズルについて、添付の図面を参照しながら説明する。

【0024】

本実施形態に係るガラス繊維の製造方法（以下、本製法と表記）には、図１に示すガラス繊維製造用ノズル１（以下、ノズル１と表記）を用いる。ノズル１は、先端部２に形成された流出口２ｘより下方に流出させた溶融ガラス３からガラス繊維４を製造するためのものである。

【0025】

ノズル１は、ブッシングに備わったベースプレート５（図１ではブッシング全体のうちのベースプレート５のみを図示）に取り付けられている。ノズル１は、白金又は白金合金で構成されている。ノズル１の形状は、筒状であれば特に限定されるものではないが、本実施形態では円筒状に形成されている。上下方向に沿ったノズル１の全長Ｌは２０ｍｍ以下とされている。

【0026】

ノズル１は、ベースプレート５に直接取り付けられる本体部６と、本体部６に連なった先端部２とを有する。本実施形態においては、先端部２に形成された流出口２ｘの形状が円形に形成されている。勿論この限りではなく、流出口２ｘが扁平な形状（例えば、長円形や楕円形等）に形成されていてもよい。この場合、ノズル１の形状についても流出口２ｘの形状に合わせた筒状に形成される。

【0027】

先端部２の外周面２ａは、下方向に向かって先細りするテーパーに形成されている。これにより、先端部２では下方に移行するほどノズル１の肉厚が小さくなっている。これに対して、本体部６ではノズル１の肉厚Ｔが一定になっている。

【0028】

なお、ノズル１の全長Ｌと肉厚Ｔとの比（Ｌ／Ｔ）は、０．５～２０であることが好ましい。

【0029】

本体部６の外周面６ａは、ガラス７（以下、被覆ガラス７と表記）により被覆されている。本実施形態では、外周面６ａの全領域が被覆ガラス７で被覆されている。また、本体部６における上方に位置する部位ほど、被覆ガラス７の厚み（ノズル１の径方向に沿った厚み）が大きくなっている。被覆ガラス７は、本体部６の外周面６ａに加えて、外周面６ａと連続するベースプレート５の下面の一部領域も被覆している。被覆ガラス７は、流出口２ｘから流出する溶融ガラス３とは隔てられた状態にある。詳述すると、ノズル１を下方から視た場合、被覆ガラス７は、溶融ガラス３とは間隔を空けた状態で当該溶融ガラス３を囲っている。これにより、被覆ガラス７が溶融ガラス３に溶けてブツとなり、円滑なガラス繊維４の紡糸が妨げられるのを抑制できる。

【0030】

ここで、本実施形態の変形例として、本体部６の外周面６ａにおける一部領域のみが被覆ガラス７で被覆されていてもよい。また、被覆ガラス７により本体部６の外周面６ａのみでなく、先端部２の外周面２ａまでもが被覆されていてもよい。さらに、被覆ガラス７の厚みの分布は、本実施形態とは異なっていてもよい。

【0031】

被覆ガラス７は、溶融した状態のガラスであってもよいし、固化した状態のガラスであってもよい。本実施形態においては、被覆ガラス７は、流出口２ｘから流出する溶融ガラス３と実質的に同一の組成のガラスからなる。しかしながら、本実施形態とは異なり、被覆ガラス７が、溶融ガラス３とは異なる組成のガラスからなってもよい。

【0032】

以下、上記のノズル１を用いた本製法の詳細について説明する。

【0033】

図２は、本製法を開始した時点である初期状態を示している。同図に示す初期状態の下においては、ノズル１における本体部６の外周面６ａが、被覆ガラス７により被覆される前の状態にある。

【0034】

本製法における溶融ガラス３はＥガラスからなる。しかしながら、これには限定されず、溶融ガラス３はＤガラス、Ｓガラス、ＡＲガラス、Ｃガラス等の他のガラスからなってもよい。ノズル１に流入する溶融ガラス３の温度・粘度は、それぞれ１１００℃～１３００℃（好ましくは１１５０℃～１２００℃）、１０^２．６ｄＰａ・ｓ～１０^３・８ｄＰａ・ｓ（好ましくは１０^２．９ｄＰａ・ｓ～１０^３・３ｄＰａ・ｓ）に設定している。

【0035】

本製法では、ノズル１における本体部６の外周面６ａを被覆ガラス７で被覆するコーティング工程を実行する。

【0036】

コーティング工程を実行する形態の一例は、以下のような形態である。図２に示す初期状態の通り、溶融ガラス３は、ノズル１の流出口２ｘから流出した後に外気等により冷やされてガラス繊維４となる。図３に二点鎖線で示すように、ノズル１の先端部２の下方において、ノズル１の流出口２ｘから流出した溶融ガラス３を上下に分断する。これにより、ガラス繊維４の製造が一旦中断される。そして、図４に示すように、ノズル１の先端部２の下方に液溜まり８が形成されると共に、液溜まり８が次第に膨張していく。このとき、液溜まり８の上部に存する溶融ガラス３の一部が、同図に矢印Ａで示すように、先端部２の外周面２ａおよび本体部６の外周面６ａを伝って這い上がっていく。

【0037】

ここで、上述の溶融ガラス３の這い上がりを促すためには、一例として、下記の（Ａ），（Ｂ）の手法を用いることが有効である。（Ａ）ノズル１の全長Ｌ（図１を参照）を短くすることで、ノズル１の流出口２ｘから溶融ガラス３を流出させやすくし、溶融ガラス３の流量を増加させる。（Ｂ）先端部２の下方に形成された液溜まり８を下方から支える。例えば、板状部材により液溜まり８を支えればよい。

【0038】

上述の溶融ガラス３の分断後、所定時間が経過した後に、図５に示すように、一旦中断されていたガラス繊維４の製造を再開する。同図に示した状態の下では、ガラス繊維４となる溶融ガラス３（以下、繊維用溶融ガラス３ａと表記）と、先端部２の外周面２ａおよび本体部６の外周面６ａを這い上がり、後に被覆ガラス７となる溶融ガラス３（以下、被覆用溶融ガラス３ｂと表記）とが、連なった状態にある。

【0039】

本実施形態では、繊維用溶融ガラス３ａと被覆用溶融ガラス３ｂとを分離させて、両者３ａ，３ｂを隔てさせることで、円滑なガラス繊維４の紡糸が妨げられることを抑制する。両者３ａ，３ｂを分離させるための手法の一例を挙げると、両者３ａ，３ｂの相互間に存する溶融ガラス３を物理的に除去する手法がある。このような手段の他、自然に両者３ａ，３ｂを分離させてもよい。この場合、両者３ａ，３ｂの自然な分離を促すために、例えば、本体部６におけるノズル１の肉厚Ｔ（図１を参照）を大きくしてもよい。他にも、例えば、先端部２の外周面２ａに耐熱性の離型剤等を塗布して両者３ａ，３ｂの自然な分離を促してもよい。

【0040】

上述の溶融ガラス３の分断から、繊維用溶融ガラス３ａと被覆用溶融ガラス３ｂとの分離までの過程を一回、又は、複数回行う。これにより、図１に既に示したように、本体部６の外周面６ａが被覆ガラス７（這い上がってきた溶融ガラス３）で被覆された状態となり、コーティング工程が完了する。ここで、本実施形態のコーティング工程では、ノズル１の流出口２ｘから流出した溶融ガラス３を意図的に分断しているが、ガラス繊維４を製造する過程で意図せず発生した溶融ガラス３の分断をコーティング工程に利用しても構わない。

【0041】

以下、本製法による主たる作用・効果について説明する。

【0042】

本製法では、コーティング工程を実行することで、ノズル１の外周面（本実施形態では本体部６の外周面６ａ）が被覆ガラス７で被覆されるため、ノズル１を構成する成分が酸化して揮発することを抑制できる。その結果、ノズル１の長寿命化を図ることが可能となる。特に、溶融ガラス３と同じ組成のガラスを被覆ガラス７とすることにより、ノズル１を構成する成分が酸化することを効率的に抑制できる。

【0043】

ここで、本発明に係るガラス繊維の製造方法、及び、ガラス繊維製造用ノズルは、上記の実施形態で説明した態様や構成に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、先端部２の外周面２ａおよび本体部６の外周面６ａを溶融ガラス３に這い上がらせることで、コーティング工程を実行しているが、この限りではない。本体部６の外周面６ａに溶融ガラスを塗布したり、ガラス繊維４の製造を開始する前の時点で予め外周面６ａを固化したガラスで覆ったりすることで、コーティング工程を実行してもよい。

【0044】

また、上記の実施形態では、先端部２の外周面２ａがテーパーに形成されているが、この限りではない。図６に示すように、先端部２の外周面２ａにテーパーが無くてもよい。しかしながらこの場合、ガラス繊維４の製造中に、ノズル１を構成する成分が酸化して揮発していくのに伴う経時変化等により、同図に二点鎖線で示すように、外周面２ａにテーパーが形成されるようにしてもよい。

【0045】

また、図７に示すように、本体部６の外周面６ａ上に凸部６ｘを設けることで、外周面６ａが凹凸を有するようにしてもよい。同図に示した形態では、上下複数段に凸部６ｘを設けており、各凸部６ｘは、平面視でノズル１の孔軸を中心とする円環状をなす。外周面６ａから凸部６ｘが突出する寸法は、０．１ｍｍ～１ｍｍであることが好ましい。ここで、凸部６ｘを設ける形態は、図７に例示した形態に限られるものではなく、凸部６ｘの存在により外周面６ａに凹凸が形成される限りで任意の形態としてよい。

【0046】

凸部６ｘを設けておけば、外周面６ａに這い上がってきた溶融ガラス３が、外周面６ａ上に保持されやすくなり、溶融ガラス３が、外周面６ａを通過してベースプレート５まで這い上がってしまうことを防止しやすくなる。そのため、凸部６ｘが存在しない場合に比べて、コーティング工程に要する溶融ガラス３の量が少なくてすみ、少量の溶融ガラス３によって外周面６ａを被覆することが可能になる。

【符号の説明】

【0047】

１ ガラス繊維製造用ノズル
２ 先端部
２ａ 先端部の外周面
２ｘ 流出口
３ 溶融ガラス
３ａ 繊維用溶融ガラス
３ｂ 被覆用溶融ガラス
４ ガラス繊維
５ ベースプレート
６ 本体部
６ａ 本体部の外周面
６ｘ 凸部
７ 被覆ガラス
８ 液溜まり
Ｌ ノズルの全長
Ｔ ノズルの肉厚

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】