JPH021787B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱軟化性物質特にガラスの繊維化方
法に関する。

更に詳しくは、熱軟化性物質を吐出するための
細孔と該細孔の周囲に位置する、高温のガスを高
速度で噴出するためガス噴出口とを備え、それに
よつて該ガス噴出口から噴出した高温・高速ガス
を該細孔から吐出された溶融した熱軟化性物質に
当て該熱軟化性物質を繊維化するためのノズルを
使用する繊維化方法に関する。

従来、溶融ガラスに高温・高速ガスを当てて溶
融ガラスを繊維化する方法およびそのために好適
に用いられる溶融ガラスを吐出するための細孔と
その周囲に高温・高速ガスを噴出するためのガス
噴出口とを備えた、ガラス繊維製造用ノズルは知
られている（例えば、特開昭52−25113号公報お
よび米国特許第4135903号明細書参照）。

本発明は、熱軟化性物質から繊維を製造するた
めの、従来公知の上記の如き繊維化用ノズルの改
良したノズルを使用する繊維化方法に関する。

従来のかかるノズルは、添付図面の第１図〜第
３図に示したように、ノズル１内にノズルの長軸
方向に伸びそしてガス流入口５，５′に通じてい
るガス流通路８，８′を有している。ガス流入口
５，５′からガス流通路８，８′に導かれた高温ガ
スは、ガス噴出口９，９′より高温・高速度で噴
出せしめられる。

そのため、この種のノズルは一般にノズル自体
が通電により発熱するような金属例えば白金の如
き貴金属等から作られており、例えばターミナル
１０，１０′を通じて通電され発熱される。

この種のノズルを使つて、例えばガラスを繊維
化する場合、ガラスの種類によつて異なるが、ノ
ズル１はガラスが繊維化されるに適切な粘度を示
すような高温度例えば1300℃に加熱される。一
方、吐出された溶融ガラスに噴出される高温ガス
は、ガス流入口５，５′から約700〜800℃の温度
に加熱されてノズル内ガス流通路８，８′へと導
かれる。

それ故、ノズル温度と高温ガス温度との温度差
が大きいため、ノズル温度は該ガスによつて特に
ノズルの両端すなわちガス流入口に近接する部分
ほどガラスが繊維化されるに適切な粘度を示すよ
うな温度よりも低くなる傾向が大きく、場合によ
つてはノズルの両端部分の溶融ガラスの吐出細孔
からはガラスが冷却されて吐出されないようなこ
とも起る。

かかる不都合を解決するため、本発明者はノズ
ルの長手方向に、中央部から両端部へ向けて断面
積が次第に小さくなるような変化を持たせ、それ
によつて通電した場合中央部から両端部へ向うほ
ど発熱量が大きくなるようなノズル構造を先に提
案した。

このようなノズル構造は、ノズルの長手方向に
ノズルの温度をガラスの繊維化に適切な温度とす
るために好適なものであるが、例えばノズルに流
入するガラスの温度を変えた場合や噴出ガス量
（ガス圧）を変えた場合等に、そのような適切な
温度を維持するのが必ずしも容易ではなく、また
中央部の断面積を大きくしただけ白金等の貴金属
の使用量が多くなり、製作、製造コストが高くな
ることは否めない。

本発明者は、上記の如き高温度ガスの噴出口を
備えたノズルにおいて、ノズル温度がガスによつ
て冷却されて長手方向に不均一となるのを防止す
べく更に研究をつづけた結果本発明に到達したも
のである。

すなわち、本発明は、複数個のオリフイス、該
複数個のオリフイスの個々のオリフイスの近傍に
設けられた複数個のガス噴出口および該ガス噴出
口にガスを供給するための複数本のガス流通路と
を備えておりそして該複数個のオリフイスはノズ
ルの長手方向に１列又は複数列に配置されており
且つ該複数本のガス流通路はノズルの長手方向に
該オリフイスの各列を挟むようにノズル内に配列
している熱軟化性物質吐出用ノズルを備えた装置
により熱軟化性物質の繊維を製造する方法であつ
て、前記１組のガス流通路の各ガス流通路は一方
の開口端が他方の開口端と異なる流量係数を有し
ており且つ１組の該ガス流通路においてそのよう
な一方の開口端がノズルの長手方向反対側両端の
それぞれに位置しているノズルを使用して該ノズ
ルの該複数個のオリフイスから溶融した熱軟化性
物質を吐出しつつ該一組のガス流通路のそれぞれ
にノズルの長手方向に関して反対方向から、実質
上、一方向のガスの流れを供給することを特徴と
する方法である。

添付図面を参照しつつ以下に本発明を詳細に説
明する。

添付図面の第１図〜第３図は、前記したとお
り、従来のノズルの構造を示す概略図である。

第１図は、側面図であり、第２図は長手方向に
直角方向の断面図であり、そして第３図は底面図
である。

第１〜３図において、熱軟化性物質の溶融ポツ
ト１１の下部に取付けられている（取外し可能に
又は１体として）熱軟化性物質吐出用ノズル１は
溶融ポツト１１から供給される溶融した熱軟化性
物質をオリフイス２を通じて出口３より吐出する
と同時に、ガス導入口５，５′から部屋７，７′を
経てノズル１内に設けられたガス流通路８，８′
に導かれたガスをガス噴出口９，９′からジエツ
トガスとして噴出せしめる。オリフイス２の出口
３から吐出された溶融した熱軟化性物質は、ガス
噴出口９，９′から噴出されたジエツトガスと衝
突して強く引き伸ばされ細繊４化される。ノズル
１は、ターミナル１０，１０′を通じてその両端
から通電された熱軟化性物質の溶融温度以上の温
度に加熱されている。

第１〜３図において、熱軟化性物質吐出用ノズ
ル１は、長手方向の両端部からガスを供給されて
おり、それ故、該ガスにより奪われる両端部にお
ける熱量は中央部における熱量よりも大きくな
る。

添付図面の第４図には、第１図〜第３図に示し
た構造のノズルにおけるノズル単位長さ（cm）当
りの高温ガスによる冷却熱量（KW／cm、縦軸）
が示されている。第４図において横軸はノズルの
長手方向の距離（cm）を示している。ガス導入口
５，５′から、800℃の温度に加熱されてガス流通
路８，８′（長手方向の長さ50cm、直径約６mm）
に35Nl／secで導かれた高温ガスは、両端部がほ
ぼ1300℃に維持されるように加熱された白金製の
ノズル（長手方向の断面は縦14mm、横23mm）に設
けられたガス噴出口９，９′から噴出された。ガ
ス導入口５，５′から導かれた高温ガスは、ガス
流通路８，８′のそれぞれにほぼ等しい流量で分
配されノズルのほぼ中央部で衝突する。

第４図に示されているとおり、ガス流通路８，
８′のそれぞれに導かれた高温ガスがノズルから
持去る熱量（線Ａ）は、ノズルの端部において約
0.4KW／cmであり、中央部では約0.12KW／cmで
あり、結局両通路に導かれた高温ガスが全体とし
てノズルから持去る熱量（線S₁）はノズルの端部
において約0.8KW／cmであり中央部で約
0.24KW／cmである。ノズルの端部と中央部とに
おけるこのような冷却熱量の差は、端部と中央部
とに約130℃の温度差となつて表われる。

添付図面の第５図には、本発明で使用されるノ
ズルにおけるノズル単位長さ（cm）当りの高温ガ
スによる冷却熱量（KW／cm、縦軸）が示されて
いる。第５図に示された結果は、第１図〜第３図
に示された構造のノズルにおいて、部屋７側のガ
ス流通路８′にオリフイスを取外し自在に嵌入し、
部屋７′側のガス流通路８に同様にオリフイスを
嵌入した本発明のノズルを用いて、第４図につい
て上記したと同じ条件下に実験を行つて得られた
ものである。ガス流通路に嵌入した上記オリフイ
スはオリフイス部の最小直径が約0.5mmであり、
部屋７側からガス流通部８′内へおよび部屋７′側
からガス流通路８内へは高温ガスが実質的に導入
されなかつた。

それ故、第５図に示されているとおり、ガス流
通路８，８′のそれぞれに導かれた高温ガスがノ
ズルから持去る熱量はそれぞれ、一方のノズル端
部から他方のノズル端部に向つて次第に減少して
おり（線ＢおよびＣ）、結局両通路に導かれた高
温ガスが全体としてノズルから持去る熱量（線
S₂）はノズルの端部において約0.64KW／cmであ
り中央部において0.54KW／cmであることがわか
る。

この結果は、ノズルの中央部と端部とにおいて
冷却熱量の差が極めて小さいことを示している
（温度差では約19℃）。

添付図面の第６図には、本発明で使用される他
のノズルにおける冷却熱量（KW／cm）が第５図
の場合と同様に示されている。第６図の実験結果
は第５図の実験において、ガス流通路８，８′に
嵌入するオリフイスの最小直径を約4.8mmとして
ガス流通路８，８′の直径の約2/3としたものであ
り、その他は第５図の実験と実質的に同じように
して行つたものである。

各流通路に通路の両端から導入された高温ガス
は、オリフイスを嵌入した側から約20cmガス流通
路内に入つた位置で衝突することが第６図の冷却
熱量を示す線Ｄ，Ｅの折れ曲り点の位置からわか
る。

第６図の結果は、両通路に導かれた高温ガスが
全体としてノズルから持去る熱量（線S₂）は、そ
れぞれの通路に導かれた高温ガスが持去る熱量
（線ＤおよびＥ）の合計として、ノズルの端部に
おいて約0.8KW／cmでありノズルの中央部にお
いて約0.31KW／cmであることを示している。

上記した第５図と第６図との結果から、本発明
で使用されるノズルにおける、熱軟化性物質を吐
出するためのオリフイスの列を挟むようにノズル
内に配置された１組のガス流通路は、一方の開口
端が他方の開口端と異なる流量係数を有してお
り、且つそのような一方の開口端のそれぞれはノ
ズルの長手方向反対側両端のそれぞれに位置して
必要のあることがわかる。また、それぞれの流通
路内において両端からその内へ導入された高温ガ
スの流通路内において衝突する位置が、流通路の
一方の開口端に近接するほどノズルの端部と中央
部とにおける冷却熱量の差が小さくなり望ましい
こともわかる。

第５図および第６図の結果は、１列の熱軟化性
物質吐出用オリフイスと１組のガス流通路から成
つている本発明で使用されるノズルについて得ら
れた結果であるが、本発明で使用されるノズルが
このような構造のものに限定されず、オリフイス
の複数列と各列のオリフイスを挾むように配置さ
れた１組のガス流通路の複数組とから成るノズル
を包含することは容易に理解されよう。

すなわち、本発明で使用されるノズルの最大の
特徴が、ガスにより持去られる熱量をノズルの長
手方向においてできるだけ平坦化すべく、１組の
ガス流通路を１つの単位として各ガス流通路へ通
ずる高温ガスの導入方式を制御すべく各ガス流通
路に上記の如き手段を設けた点にあり、明らかに
オリフイスの列の数に無関係であることから理解
される。

また、本発明で使用されるノズルにおけるその
ための手段は、上記した如く、１組のガス流通路
の反対側の開口端にそれぞれに設けられたオリフ
イスに限られず、一方の開口端と他方の開口端と
が該ガス流通路の中心軸をとおる断面において異
なる形状を有するように両開口端の形状を変化さ
せてもよい。そのような開口端の形状の例として
は、例えば添付図面の第７図に示した概略部分断
面によつて図示される如きものがあげられる。第
７図においてａは開口端に特別の工夫をしていな
い円筒状ガス流通路の断面、ｂは開口端が段落を
なすように拡大された円筒状ガス流通路の断面、
ｃは開口端が外方へ向つて円滑に拡大された円筒
状ガス流通路の断面、およびｄは開口端が外方へ
向つて円筒の内壁面とは不連続な面を持つように
拡大された円筒状ガス流通路の断面を示してい
る。

また、本明細書において、１列のオリフイスを
挾むように配置された１組のガス流通路における
各ガス流通路とは、その１列のオリフイスにのみ
高温ガスを供給するようにその１列のオリフイス
のために専用に設けられたガス流通路を意味する
他、相隣る２列のオリフイスのいずれに対しても
高温ガスを供給するようにその２列のオリフイス
のために共通に設けられた１つのガス流通路をも
意味する。

従つて、１列のオリフイスしか持たない本発明
で使用されるノズルは、１組のガス流通路として
該１列のオリフイスのために専用に設けられた２
本のガス流通路を有するが、２列以上の複数列の
オリフイスを持つ本発明で使用されるノズルは、
１組のガス流通路として該各列のオリフイスのた
めに専用に設けられた２本のガス流通路を持つか
（この場合は相隣る２列のオリフイス間に２本の
ガス流通路が存在する）あるいは、相隣る２列の
オリフイスのために共通に設けられたガス流通路
の２本又は相隣る２列のオリフイスのために共通
に設けられた１本のガス流通路とその列のオリフ
イスのために専用に設けられた１本のガス流通路
とを有する（この場合は、相隣る２列のオリフイ
ス間に１本だけのガス流通路が存在する）。

例えば、２列のオリフイスと３本のガス流通路
からなる本発明で使用されるノズルは、２列のオ
リフイスに対し共通に設けられた中央の１本のガ
ス流通路は、各列のオリフイスに対し１組のガス
流通路の一方を構成する。

各ガス流通路の両開口端におけるガス流量係数
の比が、流量係数の大きい方を分母として、０〜
0.8の範囲の値にある、熱軟化性物質吐出用ノズ
ルは、本発明において特に望ましいものとして使
用される。

本発明で使用されるノズルは、１組のガス流通
路の各ガス流通路の中心軸がいずれか一方の開口
端側においてノズルの長手方向両端部に位置する
それぞれのガス導入口の中心軸と実質的に一致し
ていることが望ましい。

このような構造とすることによつて、ガス導入
口を通してガス流通路の開口端にガスの流量係数
を変えるためのオリフイスを容易に取付けたりあ
るいは交換したりすることができる。

本発明で使用されるノズルを用いいて熱軟化性
物質であるガラスからガラス繊維を製造する場合
について、本発明で使用されるノズルを更に詳細
に説明する。

ノズルは、例えば白金、ロジウム、パラジウ
ム、インジウム、鉄、ニツケル、クロム、マンガ
ンあるいはこれらの合金等の材質、好ましくは白
金、ロジウム、パラジウムの如き貴金属材質から
成つている。溶融したガラスを吐出するノズルの
間隔（ピツチ）は通常2.5〜10mm好ましくは５〜
７mmである。

ガラスの溶融温度はガラスの組成によりもちろ
ん変動するが、例えばガラス吐出オリフイスにお
ける溶融ガラス温度が通常1200〜1400℃であるの
に対し、ノズルに導入されるガスの温度はガス発
生機器あるいは配管の耐熱性による限度から、せ
いぜい上限が1000℃程度であり、それ故好ましく
は約500〜900℃とされる。

かくして、上記の如き熱軟化性物質吐出用ノズ
ルを用いれば、ノズルに導入されるガスにより持
ち去られる熱量が、ノズルの長手方向において殆
んど差がないようにすることができ、それ故ノズ
ルの熱軟化性物質吐出面における、ノズルの長手
方向の温度分布を、繊維化のために殆んど問題の
ない程度に維持することができる。

本発明で使用されるノズルによれば、ノズルの
両端部における発熱量を大きくするためノズルの
中央部の断面積を大きくすることなしに、上記の
如き温度分布を得ることができる。

しかしながら、ノズルの中央部の断面積を大き
くしたノズルに対しても本発明が適用できること
は容易に理解されよう。

本発明により繊維化される熱軟化性物質として
は、ガラスの他、オリオレフインその他の熱可塑
性樹脂等をあげることができるが、本発明は特に
ガラスの細繊化のため好ましく用いられる。

また、本発明は、トル法あるいはロータリーガ
スジエツト法等に用いられ、また短繊維の製造お
よび長繊維の製造のいずれにも用いることができ
る。

なお、本明細書において、ガスの流量係数と
は、圧力損失が生じないような理想的形状のノズ
ルの流入口を通過する等エントロピー流の流量Ａ
と圧力損失を生じる通常のノズルの流入口を通過
する流体の流量Ｂとの比の逆数、すなわちＡ／Ｂ
を云う。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は、従来のノズル
の構造を示す概略図であり、第１図は側面図、第
２図は長手方向に直角方向の断面図および第３図
は底面図である。第４図は従来のノズルによる長
手方向の冷却熱量を示している。第５図および第
６図は本発明で使用されるノズルによる長手方向
の冷却熱量を示している。第７図は本発明で使用
されるノズルにおけるガス流通路の開口端部分の
概略断面図を示している。 １…ノズル、２…熱軟化性物質吐出用ノズル、
５，５′…高温ガス導入口、８，８′…ガス流通
路、９，９′…ガス噴出口、１０，１０′…ターミ
ナル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数個のオリフイス、該複数個のオリフイス
   の個々のオリフイスの近傍に設けられた複数個の
   ガス噴出口および該ガス噴出口にガスを供給する
   ための複数本のガス流通路とを備えておりそして
   該複数個のオリフイスはノズルの長手方向に１列
   又は複数列に配置されており且つ該複数本のガス
   流通路はノズルの長手方向に該オリフイスの各列
   を挟むようにノズル内に配列している熱軟化性物
   質吐出用ノズルを備えた装置により熱軟化性物質
   の繊維を製造する方法であつて、前記１組のガス
   流通路の各ガス流通路は一方の開口端が他方の開
   口端と異なる流量係数を有しており且つ１組の該
   ガス流通路においてそのような一方の開口端がノ
   ズルの長手方向反対側両端のそれぞれに位置して
   いるノズルを使用して該ノズルの該複数個のオリ
   フイスから溶融した熱軟化性物質を吐出しつつ、
   該一組のガス流通路のそれぞれにノズルの長手方
   向に関して反対方向から、実質上、一方向のガス
   の流れを供給することを特徴とする方法。 ２ 一方の開口端と他方の開口端とが該ガス流通
   路の中心軸を通る断面において異なる形状を有
   し、それによつて該両開口端からのガスの流量係
   数が異つている特許請求の範囲第１項の記載によ
   る方法。 ３ 一方の開口端に取外し自在にオリフイスを取
   り付け、それによつて該両開口端からのガスの流
   量係数が異つている特許請求の範囲第１項の記載
   による方法。 ４ 各ガス流通路の両開口端のガスの流量係数の
   比が、流量係数の大きい方を分母として、０〜
   0.8の範囲の値にある特許請求の範囲第１項〜第
   ３項のいずれかの記載による方法。 ５ 溶融した熱軟化性物質を吐出するための複数
   個のオリフイスがノズルの長手方向に１列に配置
   されており、そしてこのオリフイスの列を挟むよ
   うに１組のガス流通路が配列している、特許請求
   の範囲第１項〜第４項のいずれかの記載による方
   法。 ６ １組のガス流通路の各ガス流通路の中心軸が
   いずれか一方の開口端側においてノズルの長手方
   向両端部に位置するそれぞれのガス流入口の中心
   軸と実質的に一致している特許請求の範囲第５項
   の記載による方法。