JPH06235108A - 粘ちょうな物質から繊維を製造する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ショット含有率を低減させた渦巻法による粘
ちょうな物質から繊維を製造すること。 【構成】 流下する粘ちょう物質流１４は第１気体流７
が該物質流１４に最も接近する点Ｐ付近で、点Ｐに接近
する複数本の第１気体流７の作用を同時に受けて細かく
分断され、次いで、点Ｐから徐々に離れて行く第１気体
流７の各々の進行方向に沿って中心軸線Ｈ₀の周囲に均
等に分配され、さらに第１気体流７に向かって噴出さ
れ、その後徐々に断面積が狭まっていく第２気体流１２
の作用を受けて延伸され、繊維１６状態となって第２ノ
ズル８の円筒管部８ａの出口から出ていく。ここで、円
筒管部８ａの絞り機構を設け、第２気体流１２を中心軸
線Ｈ₀に向かって全体として円錐形に絞るように進行さ
せると繊維１６中のショットを減少し、繊維１６が必要
以上に細くなったり、長さが短くなることなく、かつ安
定な繊維形成が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粘ちょうな物質から気
体流の作用によって該物質の細い繊維を製造する方法お
よび装置に係わり、詳しくは、粘ちょうな物質の中でも
特に、粘ちょうにされ、高速気体流の作用を初めて受け
るときの該物質の粘性が、１０ポアズ以下であるような
粘性の低い物質、粘ちょうにされ、高速気体流の作用を
受ける領域に供給されるまでの間に、実用的な方法や装
置では該粘ちょう物質をごく少量に分配できないような
物質もしくは前記の両方の性質を併せ持つような物質、
例えば、セラミックス、スラグ、岩石、ガラスなどか
ら、高速気体流の作用によって、直径が数ミクロンの、
細いウール状の短繊維を製造する方法および装置に係わ
る。

【０００２】

【従来の技術】粘ちょうな物質を高速気体流の作用によ
って繊維化する方法は、「吹製法」あるいは「ブローイ
ング法」と総称され、いわゆる無機人造繊維の工業的な
製造法として、最も初期に開発され、かつ現在もスラグ
ウールやロックウール、セラミックファイバーなどの生
産に用いられている。このブローイング法においては、
まず溶融炉のような適当な容器中でガス加熱や電気溶融
など適当な方法で粘ちょうにした物質を容器に設けられ
た流出口から流下させる。そして、連続流のまま、もし
くは流下中に自然に分裂して滴状になった粘ちょう物質
流に、その進行方向ないしは直交する方向から高圧蒸気
や圧縮空気などの高速気体流を衝突させ、気体流のせん
断作用により粘ちょう物質を細かく分ける（ここでは便
宜上「分断」と称する）とともに、概ね気体流の進行方
向へ吹き飛ばし（飛散させ）、延伸して繊維状に成形す
る。

【０００３】また方法によっては、粘ちょう物質の「延
伸」に先立って、気体流に分断後の物質を気体流の作用
領域内に持ちこすための粘ちょう物質の飛散方向の制御
（ここでは便宜上「分配」と称する）を行わせる場合が
ある。これを含めるとブローイング法における繊維化プ
ロセスは、順を追って粘ちょう物質の「分断」と「分
配」、そして「延伸」の３つに分けることができる。こ
のブローイング法では、直径数μｍの細さを持つウール
状の短繊維が得られる。

【０００４】ところが、従来公知の方法によって得られ
た繊維の中には、十分に延伸を受けずに固化した、太短
い異形もしくは球形の「ショット」と呼ばれる非繊維化
物質が大量に含まれ、その割合も本発明が取り扱うよう
な粘性が低かったり、大量供給が必須条件であるような
物質の場合、重量分率にして６０％以上にもなる。繊維
中に含まれる前記ショットは、繊維のみで構成される非
常に軽量な繊維製品の場合は、その重量を増加させてし
まう。さらに、例えば自動車用ブレーキ材料として使用
される場合には、相手材を傷つけたり、成形品として加
工される際に製品表面に筋状の傷をつけるなどして、む
しろ品質を損なう働きをする。このためショット含有率
の低い繊維が望まれている。

【０００５】ここで、ショット発生について考えてみる
と、本発明が取り扱うような低粘性、あるいは大量供給
が必須であるか、もしくはその両方の性質を併せ持つよ
うな粘ちょう物質を、高速気体流を用いて細かく分断
し、細い繊維状に延伸しようとする場合、粘ちょう物質
が繊維よりもむしろショットになり易いことは容易に想
像される。すなわち、粘ちょう物質の粘性が低い場合、
該物質が高速気体流によって細かく分断された後の延伸
において粘性の低さのために引き続き分断が生じたり、
気体流の与える延伸力よりも粘ちょう物質の表面張力の
方が勝るために、該物質は延伸されず分断されたままで
あったり、表面張力の作用によって球状に変形し易い。

【０００６】一方、粘ちょう物質の大量供給が必須の場
合に、これを細かく分断した後の該物質の大きさは均一
にはならずにばらつきのある広い分布を有する。この中
で大きなものはその大きさに比して気体流の延伸エネル
ギーが不足であったり、分断の際に受けた大きな慣性力
によって気体流の延伸作用領域の外へ飛び散るなどして
細い繊維状にまでなり得ない。そこで、高速気体流を用
いた、低粘性あるいは大量供給が必須な、もしくは両方
を併せ持つ粘ちょう物質の繊維化において、ショットの
発生を抑制するためには、（１）粘ちょう物質流の均一
な大きさへの分断、（２）分断された全ての粘ちょう物
質の延伸領域への均等な分配、（３）該物質の表面張力
に打ち勝つ延伸作用、の３つの要件のすべてを満足する
ことが必要である。以上の知見に基づき、この３つの要
件を満足する方法が本出願人から提案されている（特願
平３−２５１９２０号）。この方法は先に参照した方法
と同じく２種類の気体流を用いるものであるが、各々の
気体流の進行方向に工夫が加えられている。

【０００７】すなわち、その要旨とするところは、粘ち
ょうな物質に高速気体流を作用させて、該物質の細い繊
維を得る方法において、粘ちょうにされ、流下する物質
流に対して、少なくとも３本の第１の直線状高速気体流
を作用させ、該物質を分断し、かつ第１の気体流の周囲
に配した第２の高速気体流へ向けて分配し、これらに第
２の気体流を作用させて、繊維状に延伸させる方法と装
置である。図１２は前記本出願人の特許出願の方法にお
ける繊維化の模様を表した概念図である。流下する粘ち
ょう物質流３４は、まず、第１の気体流２７（第１のノ
ズル２２の第１の気体噴出口２６より）が該物質流３４
に最も接近する点Ｐ₂付近で、点Ｐ₂に接近する複数本の
第１の気体流２７の作用を同時に受けて細かく分断され
る。分断された物質３５は、今度は点Ｐ₂から徐々に離
れていく第１の気体流２７の各々の進行方向に沿って中
心軸線Ｈ₀の周囲に均等に分配され、次に第１の気体流
２７に向かって噴出された第２の気体流３２（第２のノ
ズル２８の第２の気体噴出口３１より）の作用を受けて
延伸され、繊維３６となって第２の気体流３２の進行方
向へ送られる。

【０００８】前記方法によれば、第２の気体流３２を延
伸のみに集中して使用できる。また、この方法では、複
数の第１の気体流２７は、粘ちょう物質流３４の周りに
周方向に均等に配置されており、該気体流２７の一本一
本が粘ちょう物質３４に対して、その一部をそぎ取るよ
うに作用し、しかも各々の第１の気体流２７が同時に同
じ量のせん断作用を粘ちょう物質流３４におよぼし、第
１の気体流２７の全体の作用の結果として粘ちょう物質
流３４全体を分断するようになっている。さらに、前記
第１の気体流２７による分断作用に続いて、複数の第１
の気体流２７の各々が、自らせん断した一部の粘ちょう
物質に対して分配作用を行なうのである。従って粘ちょ
う物質の均一な分断と分配が達成され、しかも第１の気
体流２７が粘ちょう物質の周りに均等に配置され、これ
を囲むように第２の気体流３２が配置されているので粘
ちょう物質の均等な分配が行えるのである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記本出願人の特許出
願の方法によれば、確かにショット含有率の低減が達成
されるのであるが、それでもなお繊維３６中には５０％
程度のショットが含まれている。このため、さきに説明
した繊維３６中へのショットの混入による不具合を考え
れば、さらにショットを低減することが要求されるので
ある。本発明の目的は、前記本出願人の特許出願の方法
を改良して、ショット含有率をさらに低減することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記本出
願人の特許出願の方法の手段と作用を「均一な分断」と
「均等な分配」、そして「延伸」という３つの要件に照
らし合わせて検討した結果、「延伸」作用において改善
の余地があるという考えに至ったのである。図１２によ
ると、粘ちょう物質の延伸が行われる領域、すなわち
「繊維化領域」は、第２の気体流噴出口３１より下流方
向の領域であるが、ここにおいて第２の気体流３２から
最も離れた粘ちょう物質流３４の中心軸線Ｈ₀付近は低
速である。いま、第１の気体流２７に沿って繊維化領域
へ分配されつつある粘ちょう物質が、該気体流２７の広
がりの中に広く分布していると考えると、分配される粘
ちょう物質の一部は中心軸線Ｈ₀付近へ飛散すると考え
てよい。これらの中心軸線Ｈ₀付近へ飛散した一部の粘
ちょう物質は第２の気体流噴出口３１に向かって分配さ
れる粘ちょう物質に比較して第２の気体流３２の延伸作
用を十分に受けることができず、従って繊維状に引き伸
ばされずにショットとなることが考えられる。

【００１１】そこで、ショット低減のためには、繊維化
領域の中でも中心軸線Ｈ₀付近の第２の気体流３２の低
速領域を無くすことが有効であり、そのためには第２の
気体流３２の噴出方向を中心軸線Ｈ₀に向けたり、第２
の気体流噴出口３１の流路断面積を減少することが有効
と考えられる。しかしながら前者の方法では、第１の気
体流２７と第２の気体流３２との交差域において気体流
２７、３２同士の衝突によって分配された粘ちょう物質
が第２のノズル２８上方に向かってはじき飛ばされるの
で好ましくない。また後者の目的のために、例えば第２
のノズル２８の内径（図１２では左右の第２の気体流噴
出口３１の間隔）を小さくすると、第１の気体流２７に
よって分配される粘ちょう物質の全てを第２のノズル２
８内に流入させることが困難である。

【００１２】本発明者らは上記の不具合を無くし、しか
も安定的に気体流３２の低速域を無くす方法を検討した
結果、以下の知見を得たのである。すなわち、 （１）繊維化領域が第２の気体流噴出口３１の下流方向
にあることを考えれば、該下流域中の第２の気体流３２
の低速域のみを無くせば良い。 （２）そのためには、該下流域で第２の気体流３２を中
心軸方向へ向かわせるように、すなわち、全体として絞
るように進行させれば良い。 （３）ただし、粘ちょう物質を弾き飛ばすような第１の
気体流２７との交差を避けるために、該交差域を過ぎて
から第２の気体流３２を中心に向かって絞るか、もしく
は弾き飛ばしが生じない程度の角度で絞るようにする。

【００１３】ここで低粘性物質に高速気体流を作用させ
た場合、得られた繊維３６がしばしば必要以上に細くな
ったり、短くなったりする場合が見受けられることに注
意しなければならない。繊維３６が短いと例えばマット
やブランケットなどの製品への加工が困難になったり、
十分な強度が得られない等の不具合が生じる。ところ
が、本発明者らが、以上の知見に基づいて作製した種々
のノズルを用いて繊維化を行ったところ、繊維３６中の
ショット含有率の減少と同時に、得られた繊維３６の繊
維径が、気体流を絞らない方法で得られる繊維３６の繊
維径に比べて１０〜２０％大きくなることを発見したの
である。

【００１４】この結果は、単に低速域を減少させること
から予想される結果とは合致しない。従って、本発明者
らの意図とは異なる別の作用が粘ちょう物質に働いてい
ることが推定される。本発明者らは、この発見に基づき
鋭意検討を重ねた結果、第２の気体流３２を絞るように
進行させる方法を用い、絞り機構の形状を適当に選ぶこ
とにより、繊維３６中のショットを減少し、ここにおい
て繊維３６が必要以上に細くなったり、長さが短くなる
ことなく、かつ安定な繊維形成が行える手段に到達した
のである。

【００１５】こうして、本発明の前記目的は、次の構成
によって達成された。すなわち、粘ちょうな物質に高速
気体流を作用させて、該物質の細い繊維を得る方法であ
って、適当な方法で粘ちょうにされ、連続流状もしくは
滴状で流下する物質流に対し、該物質流の中心軸線の周
りに、周方向に間隔を置いて配置した、少なくとも３本
の気体噴出ノズルから、直線状に第１の高速気体流を吹
き出させ、ここにおいて、第１の気体流の各々は、前記
の粘ちょう物質流の中心軸線を横断する断面の外周に沿
う接線方向の成分と、該粘ちょう物質流の進行方向に向
かって、まず、該物質流の中心軸線に徐々に接近し、次
に該中心軸線から徐々に離れて行く成分とを有してお
り、前記粘ちょう物質流の中心軸線の周りに、周方向に
環状に配置した、第２の気体噴出ノズルから、第２の高
速気体流を吹き出させ、ここにおいて、第２の高速気体
流は、第１の高速気体流が粘ちょう物質流の中心軸線に
最も接近する位置よりも、該物質流の下流側において、
前記第１の高速気体流と交差するように、その噴出方向
が指向されており、加えて第２の高速気体流は、第１の
高速気体流の総噴出エネルギーの２倍以上となるような
噴出エネルギーを有しており、これら第１と第２の高速
気体流により、粘ちょう物質流は、まず、第１の高速気
体流の作用を受けて細かく分断させられるとともに、該
気体流の進行方向に沿って第２の高速気体流に向かって
飛散させられ、次に、第２の高速気体流の作用を受けて
繊維状に延伸成形される繊維の製造方法において、第２
の気体流を、前記粘ちょう物質の中心軸線に向かって全
体として円錐形に絞るように進行させる粘ちょうな物質
から繊維を製造する方法である。

【００１６】また、本発明の前記目的は、次の構成によ
っても達成された。すなわち、有限の直径を有する仮想
の円柱のまわりに、周方向に間隔を置いて配置した、少
なくとも３本の第１の気体噴出ノズルを備え、これら第
１の気体噴出ノズルは、それらの噴出口が、前記の仮想
円柱の中心軸線を横断する断面の外周に沿う接線方向の
成分と、該仮想円柱に向かって、まず、円柱の中心軸線
に徐々に接近し、次に該中心軸線から徐々に離れて行く
成分とを有する方向を指向して配置されており、これに
加えて、前記仮想円柱のまわりに周方向に環状に配置し
た第２の気体噴出ノズルを備え、この第２の気体噴出ノ
ズルの噴出口は、その位置が、いま、全ての第１の気体
噴出ノズルの噴出口の中心軸線を含む面を境界とし、仮
想円柱を含む領域を内部領域とすれば、その外側の領域
にあって、かつ、第１の気体噴出ノズルの噴出口の中心
軸線の延長線上であって、該第１の気体噴出ノズルから
見て、各々の第１の気体噴出ノズルの噴出口の中心軸線
が、前記仮想円柱の中心軸線に最も接近する点を越えた
点を含み、仮想円柱に直交する面と第１の気体噴出ノズ
ルの噴出口との間の領域にあり、かつまた、第２の気体
噴出ノズルの噴出口は、その噴出口の気体噴出方向が前
記第１の気体噴出ノズルの噴出口の中心軸線の延長線上
であって、該第１の気体噴出ノズルから見て、各々の第
１の気体噴出ノズルの噴出口の中心軸線が、前記仮想円
柱の中心軸線に最も接近する点を越えた点を指向するよ
うに配設されている粘ちょうな物質から繊維を製造する
装置において、第２の気体流噴出口は、有限の長さを有
する円筒管部に内接して配設されており、該円筒管部
は、前記噴出口の下流側の内壁に管路の断面積を狭める
ための絞り機構を有する粘ちょうな物質から繊維を製造
する装置である。

【００１７】ここで下記の条件を満たす円筒管部の絞り
機構を設けた構成を採用することができる。 （１）円筒管部の絞り部直径Ｄ_V2と入口円筒部内径Ｄ_V0
との比： Ｄ_V2／Ｄ_V0＝０.６〜０.９ （２）円筒管部の入口円筒部と入口円錐管部における １）入口円錐管部の円錐角度θ₁： θ₁＝５〜３０度 ２）入口円筒部の長さｌ_v0と入口円錐管部の長さｌ_v1の
合計に対する入口円筒部内径）Ｄ_v0の比： （ｌ_v0＋ｌ_v1）／Ｄ_v0＝１.０〜３.０ （３）円筒管部の絞り部の長さｌ_v2： ０≦ｌ_v2≦Ｄ_v2 （４）円筒管部の出口円錐管部において １）出口円錐管部の円錘の角度θ₃： θ₃＝７〜１５度 ２）出口円筒部内径Ｄ_v3に対する絞り部直径Ｄ_V2の比： Ｄ_V2／Ｄ_V3≧１

【００１８】本発明に用いる気体の種類としては、通常
のブローイング法において公知の高圧蒸気、圧縮空気な
どが使用でき、限定的でない。また、粘ちょう物質の性
質上、加熱したり、空気以外の気体によって反応させた
りして、繊維形成中の物質の粘性調整や固化を行うこと
が有効な場合があるが、そのために用いられる加熱空気
やその他の気体が、本発明の手段と作用と同等な働きを
するならば本発明の範囲に含まれる。本発明で使用され
る粘ちょう物質とは、例えば、セラミックス、スラグ、
岩石、ガラスなどである。

【００１９】

【作用】本発明の独特の第２のノズルの持つ円筒部の絞
り機構が粘ちょう物質の延伸におよぼす作用は以下のと
おりである。第２の気体流噴出口下方の繊維化流域での
低速域を減少させ、第２の気体流の高速部分の作用を分
配された粘ちょう物質の全てにおよぼすことができる。
そのため、粘ちょう物質から形成される繊維が必要以上
に細くなったり、短くなったりするのを防ぐ。この作用
の原因は不明であるが、物質の粘性と冷却速度に応じて
繊維径や長さが決定されること、およびノズルに供給さ
れる粘ちょう物質の温度、すなわち粘性は従来と同じで
あることから、絞り機構が物質の冷却速度に何等かの影
響をおよぼしたものと推定される。

【００２０】さらに、言い換えると、本発明の方法と装
置を用いて粘ちょう物質の繊維化領域における第２の気
体流の進行方向を制御することによって、以下のような
該気体流の作用と粘ちょう物質の延伸に対する作用効果
がある。 （１）繊維化領域内の低速域の減少により、分配される
粘ちょう物質の全てが第２の高速気体流の作用を受ける
ことができるために、延伸が効果的に行える。 （２）絞り部において第２の気体流の圧力が速度に変換
され、気体流速が増大するので、粘ちょう物質の表面張
力に打ち勝つためのさらに強力な作用を該物質におよぼ
すことができる。

【００２１】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。本発明の理解のために、以下に本発明で用いる
一つの実施態様に基づき、本発明の手段と作用をさらに
詳細に説明する。図１は装置全体を示す断面図である。
本実施例においては、装置は第１の複数の直線状高速気
体流（第１の気体流）噴出用ノズル本体（第１のノズル
本体）２、本発明の特徴である絞り部を有する円筒管部
８ａを有する第２の高速気体流（第２の気体流）噴出用
ノズル（第２のノズル）８および各々のノズル２、８へ
気体を供給する装置（図示せず）から構成されている。
図２は図１のＡ₁−Ａ₆線に沿って、向かって下方向から
見た横断面図、図３は図１のＢ₁−Ｂ₂線に沿って、向か
って上方向から見た横断面図である。

【００２２】図１、図２において、第１のノズル本体２
は、全体として中央部の無いドーナッツ形状を有してお
り、第１のノズル本体２には第１の気体流導入管３が接
続され、第１のノズル本体２内部には第１の気体流導入
管３と連通するマニホールド（気体分配管）４が設けら
れている。そして第１のノズル本体２の内側下部には、
マニホールド４に連通した複数個の第１の気体流噴出ノ
ズル（第１のノズル）５とその噴出口６（本実施例では
１２個）が設けられている。本実施例では、複数の第１
のノズル５は、マニホールド４を含め第１のノズル本体
２に一体として設けられているが、各１本１本の独立の
ノズルを円周方向に配列した構成でもよい。

【００２３】これら第１のノズル５は、その噴出口６
が、全ての噴出口６の中心を含む直径Ｄ₁（「吹き出し
径」と称する）の円の中心を通り、この円に直交する中
心軸線（Ｄ₁の中心軸線）と同じ中心軸線Ｈ₀（図４）を
有する有限な直径Ｄ₀（但し、Ｄ₀＜Ｄ₁）の仮想の円柱
１（中心軸線Ｈ₀）の横断面の外周に沿う接線方向の成
分と、中心軸線Ｈ₀に向かって、まず中心軸線Ｈ₀に徐々
に接近し、中心軸線Ｈ₀上の点Ｐを含み中心軸線Ｈ₀に直
交する面内において中心軸線Ｈ₀に最も接近し、次に中
心軸線Ｈ₀から徐々に離れて行く成分とを有する方向を
指向して配設されている。ここで便宜上、点Ｐを「焦
点」とし、焦点を含み中心軸線Ｈ₀に直交する平面と第
１のノズル５の各々の噴出口６の断面の中心軸線Ｈ₁と
の交点で形成される円の直径Ｄ₁’（図２）を「絞り
径」とする。なお、本実施例では、図１、図２にみられ
るように第１のノズル５は１２個設けられているが、そ
の数は少なくとも３本以上であれば限定的ではない。好
適な態様については後述する。また、第１のノズル５の
各々の噴出口６は、図２に示したように、吹き出し径Ｄ
₁の円周に沿って均等な間隔を置いて配置されるのが好
適である。

【００２４】一方、図１、図３において、第２のノズル
８は、仮想円柱１の周りにあって、全体として中空の円
筒形状を有しており、該円筒部８ａ内に本発明の特徴で
ある絞り機構が第１のノズル５側の端部（入口円筒部、
図１で長さｌ_v0の区間）とその反対の端部の間に設置さ
れており、該絞り機構は入口円錐管部、絞り部、および
出口円錐管部（各々図１で長さｌ_v1、ｌ_v2、ｌ_v3の区
間）より構成されている。そして第１のノズル５側の端
部には、第２の気体導入管９と、これに連通するマニホ
ールド１０が設けられている。そして、第２のノズル８
内側に第２の気体を噴出するための環状のスリット形の
噴出口１１が、マニホールド１０に連通して設けられて
いる。

【００２５】この第２のノズル８は、その第２の気体流
噴出口１１の位置が、すべての第１のノズル５の気体流
噴出口６の中心軸線Ｈ₁を含む面から構成される概ね円
錐形の面（図１では概ねＰＱＱ’とＰＲＲ’を頂点とす
る三角形、ただしＱ、Ｑ’は気体流噴出口６の中心軸線
Ｈ₁と気体流噴出口６の開口部平面との交点であり、
Ｒ、Ｒ’は気体流噴出口６の中心軸線Ｈ₁と該中心軸線
Ｈ₁と交差する気体流噴出口１１の開口部から噴出する
第２の気体流１２の中心軸線Ｈ₁から形成される円筒表
面との交点である。）を境界とし、仮想円柱１を含む領
域の外側の領域、すなわち前記ＰＱＱ’とＰＲＲ’を頂
点とする三角形の外側にあって、かつ第１の気体流噴出
口６の中心軸線Ｈ₁の延長線上であって、気体流噴出口
６から見て、中心軸線Ｈ₁が点Ｐに最も接近する点
（「絞り径」Ｄ₁’の円周上の点）を越えた点Ｒ
（Ｒ’）を含み、仮想円柱１に直交する面（図１ではＲ
Ｒ’を含む直線）と第１の気体噴出口６との間の領域に
ある。

【００２６】また、第２の気体流噴出口１１は、その開
口面が本実施例では仮想円柱１の中心軸線Ｈ₀に直交す
る横断面に平行しており、かつ第１の気体流噴出口６の
中心軸線Ｈ₁の延長線上であって、第１の気体流噴出口
６から見て、中心軸線Ｈ₁が点Ｐに最も接近する点
（「絞り径」Ｄ₁’の円周上の点）を越えた外側の点Ｒ
（Ｒ’）を指向するように、環状の第２の気体流噴出口
１１の位置と開口面の向き、内径Ｄ₂および、第１の気
体流噴出口６と第２の気体流噴出口１１との間隔Ｌが定
められている。第２の気体流噴出口１１は、また内壁に
管路の断面積を狭めるための絞り機構を有する円筒管部
８ａに内接して配設されている。

【００２７】なお、第２のノズル８は、その円筒管部８
ａの中心軸線Ｈ₂（図示せず）が、前記仮想円柱１と第
１のノズル本体２の「吹き出し径」Ｄ₁との共通の中心
軸線Ｈ₀とほぼ重なるように第１のノズル本体２との平
行位置が定められている。このように配設された１組の
ノズルにおいて、複数の（本実施例では１２本の）第１
のノズル５の気体噴出口６より、第１の直線状高速気体
流７が噴出し、該気体流７は、各々がはじめは中心軸線
Ｈ₀に徐々に接近し、点Ｐ付近で中心軸線Ｈ₀に最も接近
した後、中心軸線Ｈ₀から徐々に離れて行くように進行
する。この徐々に離れて行く第１の気体流７に向かっ
て、第２のノズル８の気体流噴出口１１より環状の第２
の高速気体流１２が噴出される。そして本実施例では第
２の気体流１２は円筒管部８ａ内を、はじめは直進し、
次に入口円錐管部においてその断面積が徐々に狭めら
れ、次に絞り部で最も絞られた後、出口円錐管部で今度
はその断面積を徐々に広げられ、出口１３に至って大気
中に解放される。粘ちょうな物質からの繊維の形成は、
これら１組のノズルを、粘ちょうにされ、流下する物質
の連続流であればその中心軸線が、また滴状であればそ
の中心が先に説明した仮想円柱１の中心軸線Ｈ₀と重な
るように、すなわち、第１のノズル本体２の「吹き出し
径」Ｄ₁の中心軸線Ｈ₀と重なり、第２のノズル８の中心
軸線Ｈ₂とほぼ重なるように配置することによって行わ
れる。

【００２８】図４は本発明の一実施例による繊維化の模
様を表した概念図である。流下する粘ちょう物質流１４
は、まず、第１の気体流７が該物質流１４に最も接近す
る点Ｐ付近で、点Ｐに接近する複数本の第１の気体流７
の作用を同時に受けて細かく分断される。分断された粘
ちょう物質流１５は、今度は点Ｐから徐々に離れて行く
第１の気体流７の各々の進行方向に沿って中心軸線Ｈ₀
の周囲に均等に分配され、次に第１の気体流７に向かっ
て噴出され、その後徐々に断面積が狭まっていく第２の
気体流１２の作用を受けて延伸され、繊維１６状態とな
って円筒管部８ａの出口から出ていく。

【００２９】本実施例の特徴である第２のノズル８の円
筒管部８ａの絞り機構においては、繊維１６中のショッ
トを減少し、繊維１６の長さを短くせず、かつ安定な繊
維１６の形成を可能ならしめるという本実施例独特の方
法からなる以下のような好適な条件が存在する。 （１）円筒管部８ａの絞り部直径Ｄ_V2と入口内円筒部径
Ｄ_V0との比β： β（Ｄ_V2／Ｄ_V0）＝０.６〜０.９（好ましくは０.６〜
０.８） （２）円筒管部８ａの入口円筒部と入口円錐管部におけ
る １）入口円錐管部の円錐角度θ₁： θ₁＝５〜３０度（好ましくは５〜２２度） ２）入口円筒部の長さｌ_v0と入口円錐管部の長さｌ_v1の
合計に対する入口円筒部内径Ｄ_v0の比： （ｌ_v0＋ｌ_v1）／Ｄ_v0＝１.０〜３.０（好ましくは１.
０〜２.０） （３）円筒管部８ａの絞り部の長さｌ_v2： ０≦ｌ_v2≦Ｄ_v2 （４）円筒管部８ａの出口円錐管部において １）出口円錐管部の円錘の角度θ₃： θ₃＝７〜１５度 ２）出口円筒部１３の内径Ｄ_v3に対する絞り部直径Ｄ_V2
の比： Ｄ_V2／Ｄ_V3≧１

【００３０】以上に示された条件の範囲以外であれば、
絞り機構が有効に働かないためにショットが減少せず、
逆に第１の気体流７と第２の気体流１２との衝突などに
よって粘ちょう物質の繊維化が不安定になったり、これ
によって第１の気体流７の流量と第２の気体流１２の流
量を減少せざるをえなくなるといずれもショット増加等
の不具合がある。また、繊維化が不安定であれば安全な
繊維成形ができない。

【００３１】以上に示された条件を満足する範囲内であ
れば、円筒管部８ａの絞り機構とこれを含む円筒管部８
ａが以下に示すような形状であっても良く、いずれも本
発明に含まれる。すなわち、 （１）本実施例では入口円筒部は、その内径Ｄ_v0が一定
の直管であるが、図５に示すように、その入口部分が末
広がりになっている形状。 （２）図６に示すように入口円筒部が実質的に無い（長
さが０）形状。 （３）本実施例では円錐管部が直線状のテーパとなって
いるが、図７に示すような曲線のテーパ状。 （４）絞り部において、第２の気体流１２が概ね絞り方
向に進行するのであれば、図８または図９に示すように
円周方向の一部が欠落したいわゆる櫛歯状であってもよ
い。なお図８は図９のＣ₁−Ｃ₂線に沿った横断面図であ
る。 （５）図１０に示すように絞り部の長さが実質的に無い
形状。 （６）図１１に示すように出口円錐管部が実質的に無い
（長さが０）形状。

【００３２】次に本発明の中で粘ちょう物質の延伸の
前、すなわち分断から分配にいたる手段は本発明者らに
よる前記特許出願した方法と同一の手段を用いることが
でき、本発明の範囲に含まれる。従って本発明における
分断と分配の作用と効果、および好適な実施態様も前記
特許出願した方法と同一である。これらは概略して以下
のように示される。全ての第１の気体流７の中心軸線Ｈ
₁が仮想円柱１の中心軸線Ｈ₀に最も接近する点を含む円
周の直径、すなわち「絞り径」Ｄ₁’（図２参照）は、
粘ちょう物質の大量供給、すなわち大量の粘ちょう物質
の繊維形成を可能ならしめるために有限の大きさが必要
である。絞り径Ｄ₁’の大きさは、第１の気体流７の噴
出エネルギーと第１の気体流噴出口６と焦点Ｐとの距
離、および粘ちょう物質流１４（図４）の断面径すなわ
ち流量によって定まる適当な範囲がある。絞り径Ｄ₁’
が小さすぎると複数本から成る気体流７の相互のぶつか
りが生じ、気流の乱れが生じるために、粘ちょう物質流
１４の均一な分断と均等な分配が阻害されるので好まし
くない。逆に絞り径Ｄ₁’が大きすぎると粘ちょう物質
に対するせん断作用が不十分となり、粘ちょう物質の中
に分断されない部分が生じるなど、均一な分断が達成さ
れず、また分断されない部分が第１の気体流７に乗って
運ばれず、分配も不十分になるため好ましくない。

【００３３】第１の気体流７の本数は、粘ちょう物質流
１４の均一な分断と均等な分配のために、少なくとも３
本以上が必要である。第１の気体流７の噴出エネルギー
は大きい方が好ましいが、大きすぎても分断に用いられ
ない部分が生じるので効率が低下する。この噴出エネル
ギーと気体流の本数によって第１の気体流７の噴出口６
の断面積Ｄ₁が決定される。第１のノズル本体２の「吹
き出し径」Ｄ₁は、粘ちょう物質流１４が第１のノズル
５に接触しないだけの大きさがあれば、できるだけ小さ
いほうが噴出口６と焦点Ｐとの距離を短くでき、第１の
気体流７のエネルギーを効率よく粘ちょう物質流１４へ
作用させることができる。粘ちょう物質流１４の中心軸
線Ｈ₀と第１の気体流７の中心軸線Ｈ₁とのなす角αは０
度より大きくかつ５０度以下であることが必要であり、
好ましくは３０〜４５度である。第１の気体流７と第２
の気体流１２の噴出エネルギーの比率は１：２以上であ
ることが必要である。この比率が１：２以下であれば、
第１の気体流７の作用によって第２のノズル８内に気流
の乱れが生じて、分配した粘ちょう物質の円滑な延伸が
阻害されたり、第１の気体流７自体にも乱れが生じて、
粘ちょう物質の均一な分断と均等な分配が達成できなく
なる。上記いずれの場合でもショット量が増加するので
好ましくない。

【００３４】第２のノズル８の噴出口１１の内径Ｄ
₂は、第１の気体流７と分配された粘ちょう物質の全て
の量を、第１気体流７と第２の気体流１２によって生
じ、第２のノズル８内に流入しようとする周囲の大気か
らの伴流と共に第２のノズル８内部に安定に流入できる
だけの大きさが必要である。分配された細かな粘ちょう
物質が速やかに延伸されるように、第１の気体流噴出口
６の下端部と第２のノズル８の上端部との間隔Ｌは短い
ほうがよく、こうすることにより、第２のノズル８の内
径Ｄ₂を小さくできるために、第２の気体流１２の流量
を少なくすることができる。但し、間隔Ｌが短すぎると
周囲の大気からの伴流の流入が妨害されるため、第２の
ノズル８内に気流の乱れが生じるので好ましくない。

【００３５】第２の気体流噴出口１１は、図３に示した
ように、本実施例では円形のスリット状になっている
が、第１の気体流７の合計エネルギー量の２倍以上であ
って、粘ちょう物質の延伸に必要なだけの気体エネルギ
ー量の供給が可能であるならば、第２の気体流１２がい
わゆる「のこぎり歯」状に噴出するような、直径Ｄ₂の
円周上に小孔が並んだ形状であっても良い。また、本実
施例は本発明者らによって前記特許出願の方法と同じ
く、第１の気体流７が供給される粘ちょう物質流１４の
一部に作用すれば良いので、粘ちょう物質流１４の横ぶ
れや流量の変動、ないしは第１の気体流７の脈動といっ
た繊維成形操業条件の変動に対して従来公知のブローイ
ング法よりも安定性が高い。そして本実施例に用いるノ
ズル５、８は粘ちょう物質と非接触であるため、その材
質は通常の炭素鋼で十分であり、冷却のための複雑な構
造を必要とせず、しかも装置の耐久性が大きいのであ
る。

【００３６】実施例１ 図１〜３に示した装置を用い、ここにおいて第２のノズ
ル８は下記の表１に示された仕様の円筒部８ａの絞り機
構を有する装置を用いた。粘ちょう物質として、約２０
００℃で溶融したアルミナ：シリカ＝５０：５０ｗｔ％
の組成の融液（粘性約５ｐｏｉｓｅ）を用い、これを流
量５０Ｋｇ／Ｈで流下させた。次に、第１の気体流７と
第２の気体流１２として常温の圧縮空気を用い、第１の
ノズル２のマニホールド４の内圧を４Ｋｇ／ｃｍ²Ｇ、
第１の気体流量の合計を２００Ｎｍ³／Ｈとし、第２の
ノズル８のマニホールド１０の内圧を４Ｋｇ／ｃｍ
²Ｇ、第２の気体流１２の流量を６００Ｎｍ³／Ｈ（第１
の気体流７と第２の気体流１２の噴出エネルギー比約
１：３）として繊維形成を行った。これにより得られた
繊維１６（図４）とショットの全量に占めるショット量
は重量分率で約４０％であった。

【００３７】

【表１】

【００３８】実施例２ 第２ノズル８として図６と表１に示された形状を有する
ノズルを用いたことを除いて実施例１と同じ装置と条件
で繊維形成を行った。これにより得られた繊維１６とシ
ョットの全量に占めるショット量は重量分率で約４２％
であった。

【００３９】実施例３ 第２のノズル８として図１０と表１に示され形状を有す
るノズルを用いたことを除いて実施例１と同じ装置と条
件で繊維形成を行った。これにより得られた繊維１６と
ショットの全量に占めるショット量は重量分率で約４５
％であった。

【００４０】比較例１ 実施例１と同様の装置で、ここにおいて第２のノズル８
の円筒部８ａが表１に比較例として示したように絞り機
構を有しない直管である装置を用い、そのほかは実施例
１と同一の条件で繊維形成を行った。これにより得られ
た繊維１６とショットの全量に占めるショット量は重量
分率で約５５％であった。

【００４１】比較例２ 従来公知である、流下する粘ちょうの物質流１４（図
４）に対して概ね直交する方向から、主気体流と補助気
体流の２本の高速気体流を衝突させるブローイング法を
用い、実施例と同一の組成と温度の融液を、同一流量で
流下させ、実施例１や比較例１と同じく常温の圧縮空気
を用いて、主気体流と補助気体流ノズルの共通のマニホ
ールドの内圧を４Ｋｇ／ｃｍ²Ｇ、主気体流と補助気体
流の総流量を８００Ｎｍ³／Ｈとして繊維形成を行っ
た。これにより得られた繊維１６とショットの全量に占
めるショット量は重量分率で約６５％であった。

【００４２】

【発明の効果】本発明の方法と装置を用いることによ
り、従来のブローイング法や本発明者らが提案した絞り
機構を有していない方法に比して、同等の気体エネルギ
ー消費量でショット量の少ない高品質の繊維を得ること
ができる。また、従来のブローイング法より生産におけ
る安定条件の範囲が広いため、ショット量の変動が少な
く、またより安全に生産が実施でき、しかも、安価な材
質のノズルを耐久性良く用いることができるので、生産
性と経済性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の装置全体を示す断面図。

【図２】 図１のＡ₁−Ａ₆線に沿って向かって下方向か
ら見た横断面図。

【図３】 図１のＢ₁−Ｂ₂線に沿って向かって上方向か
ら見た横断面図。

【図４】 本発明の一実施例の繊維化の模様を表した概
念図。

【図５】 本発明の一実施例の装置の第２のノズルの横
断面図。

【図６】 本発明の一実施例の装置の第２のノズルの横
断面図。

【図７】 本発明の一実施例の装置の第２のノズルの横
断面図。

【図８】 図９のＣ₁−Ｃ₂線に沿った横断面図。

【図９】 本発明の一実施例の装置の第２のノズルの横
断面図。

【図１０】 本発明の一実施例の装置の第２のノズルの
横断面図。

【図１１】 本発明の一実施例の装置の第２のノズルの
横断面図。

【図１２】 先に本発明者らが提案した方法における繊
維化の模様を表した概念図。

【符号の説明】 １…仮想円柱、２…第１のノズル本体、３…第１の気体
流導入管、４…第１の気体流マニホールド、５…第１の
ノズル、６…第１の気体流噴出口、７…第１の気体流、
８…第２のノズル、９…第２の気体流導入管、１０…第
２の気体流マニホールド、１１…第２の気体流噴出口、
１２…第２の気体流、１３…第２のノズルの出口、１４
…粘ちょう物質流、１５…細かく分断された粘ちょう物
質流、１６…繊維

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩井 孝宏 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号 日本板硝子株式会社内 (72)発明者 高輪 啓介 愛知県豊川市赤代町１丁目46番地

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粘ちょうな物質に高速気体流を作用させ
   て、該物質の細い繊維を得る方法であって、 適当な方法で粘ちょうにされ、連続流状もしくは滴状で
   流下する物質流に対し、該物質流の中心軸線の周りに、
   周方向に間隔を置いて配置した、少なくとも３本の気体
   噴出ノズルから、直線状に第１の高速気体流を吹き出さ
   せ、ここにおいて、第１の気体流の各々は、前記の粘ち
   ょう物質流の中心軸線を横断する断面の外周に沿う接線
   方向の成分と、該粘ちょう物質流の進行方向に向かっ
   て、まず、該物質流の中心軸線に徐々に接近し、次に該
   中心軸線から徐々に離れて行く成分とを有しており、 前記粘ちょう物質流の中心軸線の周りに、周方向に環状
   に配置した、第２の気体噴出ノズルから、第２の高速気
   体流を吹き出させ、ここにおいて、第２の高速気体流
   は、第１の高速気体流が粘ちょう物質流の中心軸線に最
   も接近する位置よりも、該物質流の下流側において、前
   記第１の高速気体流と交差するように、その噴出方向が
   指向されており、加えて第２の高速気体流は、第１の高
   速気体流の総噴出エネルギーの２倍以上となるような噴
   出エネルギーを有しており、 これら第１と第２の高速気体流により、粘ちょう物質流
   は、まず、第１の高速気体流の作用を受けて細かく分断
   させられるとともに、該気体流の進行方向に沿って第２
   の高速気体流に向かって飛散させられ、次に、第２の高
   速気体流の作用を受けて繊維状に延伸成形される繊維の
   製造方法において、 第２の気体流を、前記粘ちょう物質の中心軸線に向かっ
   て全体として円錐形に絞るように進行させることを特徴
   とする粘ちょうな物質から繊維を製造する方法。
2. 【請求項２】 有限の直径を有する仮想の円柱のまわり
   に、周方向に間隔を置いて配置した、少なくとも３本の
   第１の気体噴出ノズルを備え、 これら第１の気体噴出ノズルは、それらの噴出口が、前
   記の仮想円柱の中心軸線を横断する断面の外周に沿う接
   線方向の成分と、該仮想円柱に向かって、まず、円柱の
   中心軸線に徐々に接近し、次に該中心軸線から徐々に離
   れて行く成分とを有する方向を指向して配置されてお
   り、 これに加えて、前記仮想円柱のまわりに周方向に環状に
   配置した第２の気体噴出ノズルを備え、この第２の気体
   噴出ノズルの噴出口は、その位置が、いま、全ての第１
   の気体噴出ノズルの噴出口の中心軸線を含む面を境界と
   し、仮想円柱を含む領域を内部領域とすれば、その外側
   の領域にあって、かつ、第１の気体噴出ノズルの噴出口
   の中心軸線の延長線上であって、該第１の気体噴出ノズ
   ルから見て、各々の第１の気体噴出ノズルの噴出口の中
   心軸線が、前記仮想円柱の中心軸線に最も接近する点を
   越えた点を含み、仮想円柱に直交する面と第１の気体噴
   出ノズルの噴出口との間の領域にあり、かつまた、第２
   の気体噴出ノズルの噴出口は、その噴出口の気体噴出方
   向が前記第１の気体噴出ノズルの噴出口の中心軸線の延
   長線上であって、該第１の気体噴出ノズルから見て、各
   々の第１の気体噴出ノズルの噴出口の中心軸線が、前記
   仮想円柱の中心軸線に最も接近する点を越えた点を指向
   するように配設されている粘ちょうな物質から繊維を製
   造する装置において、 第２の気体流噴出口は、有限の長さを有する円筒管部に
   内接して配設されており、該円筒管部は、前記噴出口の
   下流側の内壁に管路の断面積を狭めるための絞り機構を
   有することを特徴とする粘ちょうな物質から繊維を製造
   する装置。
3. 【請求項３】 下記の条件を満たす円筒管部の絞り機構
   を設けたことを特徴とする請求項２記載の粘ちょうな物
   質から繊維を製造する装置。 （１）円筒管部の絞り部直径Ｄ_V2と入口円筒部内径Ｄ_V0
   との比： Ｄ_V2／Ｄ_V0＝０.６〜０.９ （２）円筒管部の入口円筒部と入口円錐管部における １）入口円錐管部の円錐角度θ₁： θ₁＝５〜３０度 ２）入口円筒部の長さｌ_v0と入口円錐管部の長さｌ_v1の
   合計に対する入口円筒部内径）Ｄ_v0の比： （ｌ_v0＋ｌ_v1）／Ｄ_v0＝１.０〜３.０ （３）円筒管部の絞り部の長さｌ_v2： ０≦ｌ_v2≦Ｄ_v2 （４）円筒管部の出口円錐管部において １）出口円錐管部の円錘の角度θ₃： θ₃＝７〜１５度 ２）出口円筒部内径Ｄ_v3に対する絞り部直径Ｄ_V2の比： Ｄ_V2／Ｄ_V3≧１