JPH0623072B2 - 新規な中空繊維製造装置およびそれを用いて中空繊維を製造する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は中空ガラス繊維の製造に関する。さらに詳しく
は、中空繊維の製造に用いられる装置および方法に関す
る。またさらに詳しくは、より均一な（内径／外径）比
を有する中空繊維の製造に用いられる装置および方法に
関する。

［従来の技術］ 米国特許第 3,510,393号明細書に中空ガラス繊維のスト
ランドに関する記載がある。

前記特許明細書の特許請求の範囲に記載された典型的な
ストランドの中空ガラス繊維は、 7.6〜76ミクロン(0.0
003 〜 0.003インチ)の外径を有し、10〜65％の中空容
積を有する繊維である。前記特許明細書に記載された中
空ガラス繊維は、レーダー・ドームの樹脂の補強などフ
ィラメントワインディング(filament wound)して適用さ
れる用途や自動車、貯蔵タンクなど樹脂を補強する用途
にも用いられた。中空ガラス繊維の利点は、コンポジッ
トの補強に使用される補強用繊維の重さに対する強度の
比に著しい改善をもたらしたことであった。さらに、前
記特許明細書に述べられているように、ソリッドな繊維
で補強したものにくらべ、中空繊維で補強した材料は比
誘電率の著しい低下をもたらした。

米国特許第3,268,313 号明細書には、前記米国特許第3,
510,393 号明細書に記載の中空ガラス繊維の製造に使用
するのに適した装置が開示されている。同様に、米国特
許第3,421,873 号明細書には、長さ方向に沿って間欠的
に中空である繊維を製造しうる別の装置および方法が開
示されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 前記の装置、方法および繊維は、市場においてある程度
有用ではあったが、その用途はいくつかの要因によって
制限されていた。１つの要因は中空ガラス繊維の製造コ
ストが高いことであった。このコストが高くなったの
は、繊維の形成中にプロセスが何度も中断されることな
く連続的に機械を運転することが困難であったことによ
る。高い製造コストは必然的に販売価格を上昇させこれ
が市場での障害になっていた。さらに、これらの特許明
細書に記載されている方法と装置で製造された繊維は、
市販のサイズのブッシング(bushings)から製造された当
初は中空であるが、ある時間がたつと、中空繊維だけで
はなく、多くのソリッドな繊維を含むストランドとなっ
た。さらにまた、多数の繊維のストランドの状態に製造
される中空ガラス繊維は、中心部のルーメン(lumen) の
同心性が均一でないかまたはほとんど均一でなかった。
いい換えれば、繊維のＫ値すなわち内径の外径に対する
比が著しく変動し、製造された繊維からなるあるストラ
ンドにおいて広範囲にばらつきがちであった。

このように、従来より、中空ガラス繊維を製造する方法
の出現にもかかわらず、より均一な形状の中空ガラス繊
維を製造する方法と装置に対する必要性がなお存在す
る。さらに、内径の外径に対する比がより均一で、繊維
の中心部のルーメンの同心性がよりすぐれたフィラメン
ト(filaments) または繊維(fibers)を含む中空ガラス繊
維のストランドが必要とされている。

本発明の目的は中空ガラス繊維の改良された製造方法を
提供することにある。

本発明の別の目的は改良された品質を有する中空ガラス
繊維を製造しうるガラス繊維用ブッシングを提供するこ
とにある。

本発明のさらに別の目的は従来より入手可能であったも
のに比べより均一なＫ値を有するガラス繊維を製造する
装置を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は特定のＫ値を有するガラス繊
維を製造する方法を提供することにある。

本発明のこれらおよび他の目的は以下の記載にて当業者
に明らかになるであろう。

［問題点を解決するための手段］ 本発明により改良された中空ガラス繊維を製造する方法
が提供される。かかる方法による繊維は従来製造可能で
あったものに比べ中心部ルーメンの同心性がより良好で
従来製造されている繊維に比べＫ値がより均一であると
いう新規な形態を有している。その結果、熱硬化および
熱可塑性樹脂などの材料を強化するためにコンポジット
として用いるばあいに、（強度／重量）の比がより均一
になる。本明細書に記載の改良された中空繊維の製造用
の新規な装置は耐久性にすぐれ、構造が簡単で、ブッシ
ングの寿命を通じて一定した繊維の品質を提供する。

すなわち本発明によれば、ガス供給用チューブの外壁と
それを囲むチップの内壁とによって形成されるブッシン
グチップ内の環状部に溶融ガラスが通過せしめられるこ
とによって中空ガラス繊維が製造される。ガス供給用チ
ューブからのガスはガラス形成用のチップを出るときに
溶融ガラス中に引き込まれ、チップにおいて形成される
ガラス繊維内に中空のルーメンを形成する。本発明にか
かわる中空繊維を形成する方法においてはまた、チップ
内において（ガス供給用チューブの内径／チップの内
径）の比を最終的に製造される繊維の所望の（ルーメン
の直径／繊維の直径）の比に近似せしめられるように設
定される。

別の局面において本発明はブッシングチップと、溶融ガ
ラスがチップ外部に流れ出る際に通過する環状部をチッ
プ内に形成するようにブッシングチップ内の中心部に配
置されるガス供給用チューブとを有する。ブッシングチ
ップに正確な直径を有する通路が設けられているよう
に、ガス供給用チューブにも正確な直径を有するガス用
通路が設けられている。（ガス用通路の内径／チップの
内径）の比は、最終製造物である繊維における所望のＫ
値と実質的に同一に設定される。前記Ｋ値の値は一般的
には0.5 〜0.9 の範囲内であり、好ましくは0.6 〜0.8
の範囲である。

［実施例］ 第１図および第２図においてはブッシング本体(1)が示
されており、ブッシング本体(1)はチッププレート、フ
ェースプレートまたは底部部材（以下、チッププレート
という）(13)を有し、チッププレート(13)には第２図に
示されるように４個のブッシングチップ(7)が配置され
ている。

第２図には４個のチップが示されているが、要すれば図
示された４個のチップよりも多くのチップを採用しうる
ことは、もちろん当業者に理解されるところである。

したがって、第２図に示されたブッシングは４個の繊維
形成用材料チップを有しているが、製品であるストラン
ドにおいて所望のストランドあたりに要求されるフィラ
メント数をもたらすために、チップ数をいかなる適当な
数にも増加させうることは当業者に理解されるところで
ある。

空気用マニホールド部材(6)内の空気通路(4)と通じた流
路(9)を中心部に有するガス供給チューブ(10)がブッシ
ングチップ(7)の内壁と同心状になるように配置され、
ブッシングチップ(7)の中心部に配置されている。再び
第２図においては、各空気用マニホールド(6)は単一の
ブッシングチップ(7)に供給する単一のガス供給チュー
ブ(10)を経て単一のブッシングチップ(7)に供給してい
るのが示されている。実際の大きなブッシング、すなわ
ち代表的には多数のブッシングチップが何列にも配置さ
れているブッシングにおいてはガス用マニホード(6)お
よび付随するガス通路(4)は、複数のチップ(7)内に配置
されるガス供給用の複数の配列されたチューブ(10)にガ
スを供給する。

底部において、ガス供給用チューブ(10)は、流路(17)に
ガスを導入するコンジット(9)よりも大きな直径を有す
る流路(17)に向かって内側が面とりされている。コンジ
ット(10)およびチップ(7)は同一水平面内に終端を有
し、その同一水平面において内容物を大気中に放出す
る。同心状のチューブ(10)の外壁とチップ(7)の内壁と
の配置は、チューブ(10)の底部部分をとり囲む環状部(1
6)をもたらす。環状部(16)は通路を形成し、ブッシング
チップ上の(25)で示される区域に滞留しているガラスが
その通路を通ってブッシング本体から大気中に流出す
る。第１図から明らかなように、環状部(16)から出るガ
ラスと、(18)で示される部分において流路(17)から出る
空気とは一緒に大気中に出る。空気導入のための拡大さ
れた底部部分を有するガス用チューブ(10)を設ける際に
考慮されるべき重要な点は、最終的にえられる中空繊維
における（内径／外径）の望ましい比と実質的に同一と
なるように空気流の直径を環状部の外径に対して設定す
ることである。このようにブッシングチップ内において
所望の比とすることによって、ガラスコーン(8)が最終
的に固化したフィラメント形状において、点(18)におけ
る（ガスコンジット(9)の内径／チップ(7)の内径）の比
にほぼ同一な（ルーメンの直径／繊維の外径）の比を有
することがわかる。コンジット(9)の出口(18)の直径と
チップ(7)の内径とが最終製造物における所望の（内部
ルーメンの直径／繊維外径）の比になるように関係づけ
られてチップ(7)およびチューブ(10)が機械加工される
ことによってほぼ所望の前記比を有する中空ガラス繊維
が容易にえられる。

本発明にかかわる好ましいブッシング構造においてはガ
ス供給チューブ(10)の外表面のまわりにブラケット部材
(11)が設けられる。チッププレート(13)には孔(24)が設
けられ、ブラケット部材(11)の側部のピース(pieces)ま
たはタブ(tabs)(14)がチッププレート(13)の孔(24)に挿
入される。第１図の右側においては、前記タブのうちの
ひとつが穴に挿入された状態が示されている。同じ図の
左側に示された形状は、このブラケット部材の仕上げら
れた状態を示すものである。このように第１図の右側に
示されたブラケット(14)はブッシング本体のチッププレ
ート(13)の孔(24)に挿入されている。挿入ののち、溶接
用トーチがチッププレート(13)の下に突き出たタブ(14)
の表面にあてられ融点まで加熱される。タブ(14)の質量
は、加熱され溶融されたときに第１図の左側に示される
ようにチッププレート(13)内にボタン(15)を形成し、そ
れによってチッププレートの一部分となるように設定さ
れる。仕上げられた形態においては第１図の開口の右側
部分は図示されている左部分と同様になる。ブラケット
(11)の腕(14)はチッププレート(13)と一体になり、ブラ
ケット(11)の上部は溶接部(22)においてガス供給チュー
ブ(10)に溶接される。かかる構造はチューブ(10)の溶接
部(30)を介してのガスコンジット(6)への取り付けとと
もに、チッププレート(13)に対してトラス構造を提供す
る。ブラケットの端部はチッププレート(13)と一体化し
ているため、使用中の時間にわたってわずかなゆがみに
よるチッププレートの動きが最小限におさえられ、その
ようなゆがみの結果チップ(7)が動くいかなる方向にも
供給チューブ(10)が動かされる。さらに、かかるトラス
構造によってチッププレート(13)がたわむ傾向が実質的
に低減され、それによってチューブ(10)とチップ(7)と
が使用中において互いに一定の位置関係になるように維
持される。チップ(7)は溶接部(23)において当業者にと
って通常の方法でチッププレート(13)に溶接されてい
る。ブッシング本体(1)自体は第２図に示されるように
電気的に加熱される。前記加熱は電気的なターミナル(1
2)に接続された適当なブッシングコネクター(3)を経て
行なわれる。ターミナル(12)は通常パワートランスフォ
ーマーの２次側に取りつけられる。パワートランスフォ
ーマーは図示されていないが、かかる配置は当業者に充
分理解されるものであり、またたとえば「ザ・マニュフ
ァクチュアリング・テクノロジー・オブ・コンティニュ
アス・グラスファイバーズ(The Manufacturing Technol
ogy of Continuous Glass Fibers) 」、（ケイ・エル・
ロウエンスタイン、エルスビアー・パブリッシング・カ
ンパニー、1973、チャプターＶ）などの書籍においても
容易にみることができるものである。

本発明の方法を実施するばあい、適当なガラス供給源か
らの溶融ガラスはブッシング本体(1)の内部に入れら
れ、各ブッシングチップ(7)のうえの区域(25)を通って
下方に流され、各ブッシングチップ(7)内の環状部(16)
を通って大気中に出される。ガス、好ましくは空気の流
れは、マニホールド(6)の流路(4)を通り、各ブッシング
チップ(7)に付随する空気供給用チューブ(10)内の中心
部通路(9)を通って流される。この空気はチューブ(10)
の通路(9)を下向きに通り、拡大された流路(17)に流さ
れ、溶融ガラスが環状部(16)から流れるのと同一高さの
水平面においてチップから出される。図示されているよ
うな要領で通路(9)は(17)の点において流路が拡大され
ているので、(18)の部分においてチップ(7)の端部を出
る空気の流れは、前述の米国特許明細書に記載されてい
る従来から使用されているものに比べ、大きな直径を有
している。ガスのためのかかる大きな直径によって、た
とえば米国特許第3,268,313 号明細書に記載の従来の技
術においてみられる溶融ガラスのコーンの特徴的な膨れ
を回避することができる。さらに、この構造によって繊
維を形成するために使用されるガラスコーン内に繊維の
ルーメンを形成するのに必要な空気圧力が低減される。
したがってさらに安定したアテニュエーションプロセス
(attenuation process) が達成され、また、(18)の点に
おける空気の流れの直径とガラスの流れの直径とが好ま
しい最終製造物とほぼ同一の比率に設定されているの
で、より均一でより同心性の良好なルーメンが繊維内に
形成されるが、これは従来見出されていなかったことで
ある。繊維に形成されるルーメンは中心部に位置され
る。ブラケット部材(11)、ブッシング本体のチッププレ
ート(13)およびチューブ(10)の堅固な接続がそれらの位
置関係を一定に維持する。チューブ(10)およびブラケッ
ト部材(11)のあいだの溶接部(22)と、ブラケット(11)の
側腕タブ(14)によってチッププレート(13)にタブ(14)の
ために設けられた孔(24)に形成されるソリッドな接続ま
たはボタン(15)と、チューブ(10)の他端におけるコンジ
ット(6)への溶接による接続とによって堅固で確実なト
ラス型の接続がもたされ、その接続が使用中においてチ
ッププレート(13)を実質的に支持しチッププレート(13)
のいかなる実質的なゆがみをも防止するのを助け、それ
によって運転中、チューブ(10)とチップ(7)がその製作
時の位置関係に維持される。

図示されているブッシング本体(1)は現在の技術状態に
おいて用いられるいかなる好適なブッシング材料で作ら
れてもよい。代表的には、本発明によるブッシングは主
として白金や白金−ロジウム合金のごとき金属で作られ
る。白金(80 重量%)とロジウム(20 重量%)との合金は好
適なブッシング材料であり、ブッシング本体のみなら
ず、空気分配用チューブ、マニホールドなどのごとき他
の付随するすべての機器にも使用されうる。したがっ
て、溶融ガラスと接触するいかなる表面にも、一般的に
白金−ロジウム合金または同等の材料が使用されうる。
ブッシングにおいて1260℃ (2300゜F) を上回る温度に
加熱することが必要なガラス繊維組成が要求されるばあ
いは、ジルコニア安定化された(zirconia stabilized)
またはほかのグレイン安定化された(grain stabilized)
白金または白金系合金を利用してもよく、ブッシングお
よび外部支持部材へセラミック・コーティングを施して
もよい。

良好な中空ガラス繊維は、ここに示され記述されている
中空ガラス繊維の製造のためのブッシングや方法を採用
して製造することができる。一般に、ガラス繊維を形成
しうるいかなるガラス組成を用いても本発明の新規な装
置によって中空繊維を充分製造することができる。

本発明はある特定の方法や図示された実施態様に関連し
て記載されてきたが、これらに限定されるものではな
い。

【図面の簡単な説明】 第１図は改良された中空繊維を製造するのに好適な本発
明にかかわるブッシングの側断面図、第２図は第１図中
の線II−IIからみた本発明にかかわるブッシングの断面
図である。 （図面の主要符号） (1)：ブッシング本体 (6)：マニホールド (7)：チップ (10)：チューブ (16)：環状部

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶融ガラスの供給源と、該供給源からの溶
   融ガラスが通過するための複数の開口を有するブッシン
   グと、各開口内に延長され該開口の終端部と同一面内に
   終端部を有する複数のチューブと、該チューブへのガス
   供給手段とを有し、 該チューブが開口内に環状部を形成するように開口を制
   限しており、かつ該チューブがその全長にわたって内部
   の中心部にガス用通路を有しており、（該通路の直径／
   前記開口の直径）の比が、えられる中空繊維の所望の
   （内径／外径）の比に相当するように設定されてなる中
   空ガラス繊維製造装置。
2. 【請求項２】（チューブの内径／開口の内径）の比が
   0.5〜0.9 である特許請求の範囲第１項記載の装置。
3. 【請求項３】（チューブの内径／開口の内径）の比が
   0.6〜0.8 である特許請求の範囲第１項記載の装置。
4. 【請求項４】開口と関連するチューブとのあいだの相対
   的な動きをなくすことを確実にするために各チューブ端
   部をそれぞれの開口に隣接する部分でブッシング本体に
   取り付ける手段を有する特許請求の範囲第１項、第２項
   または第３項に記載の装置。
5. 【請求項５】ブッシング本体に付随する複数の中空チッ
   プを通って出てくる溶融ガラスにガスが供給され、各チ
   ップが、中心部にガス用通路が設けられチップの壁面と
   ともにチップ内をガラスが通過するための環状部を形成
   するチューブと該チューブ内にガスを通過させる手段と
   を有し、前記チューブは前記チップの終端部と同一面内
   に終端部を有しており、（ガス用通路の直径／環状部の
   直径）の比が製造される中空繊維の（内径／外径）の比
   に相当するように調整されてなる中空繊維製造用ブッシ
   ング。
6. 【請求項６】調整される比が 0.5〜0.9 である特許請求
   の範囲第５項記載のブッシング。
7. 【請求項７】調整される比が 0.6〜0.8 である特許請求
   の範囲第５項記載のブッシング。
8. 【請求項８】チップとチューブとのあいだの相対的な動
   きをなくすことを確実とするために各チューブをそれぞ
   れのチップに隣接する部分でブッシング本体に取り付け
   る手段を有する特許請求の範囲第５項、第６項または第
   ７項記載のブッシング。
9. 【請求項９】溶融ガラス供給源から複数の繊維形成用チ
   ップを通して溶融ガラスを供給し、チップ内にその壁面
   と同心状に配置され、かつその終端部が前記チップの終
   端部と同一面内にあるチューブであって溶融ガラスがそ
   れによって周囲の環状部を通過せしめられるようなチュ
   ーブを通してガスを流し、溶融ガラスが大気中で固化す
   る際に内部にガス流で満たされた中空の中心部をもたら
   すのに充分な圧力で溶融ガラスがチップから出るときに
   溶融ガラスの中心部にガスを通し、ブッシングチップ内
   において（チューブ直径／チップ直径）の比を、えられ
   る繊維の（内径／外径）の比と同一になるように制御す
   ることによってえられる繊維の（内径／外径）の比を調
   整する中空ガラス繊維の製造方法。
10. 【請求項１０】チューブ直径およびチップ直径が 0.5〜
    0.9 の（内径／外径）の比を有する繊維をもたらす大き
    さに設定される特許請求の範囲第９項記載の方法。
11. 【請求項１１】チューブ直径およびチップ直径が 0.6〜
    0.8 の（内径／外径）の比を有する繊維をもたらす大き
    さに設定される特許請求の範囲第10項記載の方法。