JPS5911539B2 - ガラス繊維を製造するための方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶融ガラスまたは他の熱可塑性材料から遠心
すなわち回転成形方法によって繊維を製造するための改
良方法および装置に関する。

この技術分野において、周囲面に複数の開口部を有する
高速遠心機すなわちロータに溶融ガラスの流れを供給し
て、溶融ガラスを遠心力によって開口部を介し流出させ
ることにより、ガラス繊維を大量生産することは周知で
ある。

ロータの開口部から流出するガラス流れは、高速ガスの
衝風の作用を受け、溶融流れは繊維化（ａ ｔ ｔｅｎ
ｕａ ｔ ｉｎｇ）されて細い繊維すなわちフィラメン
トにされる。

このような方法によって生産することができるガラス繊
維の生産率は、ロータの周囲の開口部の数の関数となる
。

したがって、この生産率を上げるためには、より多くの
ガラス流れ成形用開口部を設けなければならない。

このことは、開口部が開けられるロータの周囲表面積を
増大することによってなすことができる。

周囲表面積は、ロータの深さすなわちその直径を増大す
ることによって大きくさせられる。

ロータの深さすなわちその直径を増大させると、ガラス
流れおよび熱の均一化問題が起き、これはガラス繊維の
望ましくない性質の原因となる。

−方ロータの直径を増大させると、ロータのすぐ下側の
低圧区域がより大きくなり、ロータから流出する繊維ベ
ールの安定性に与える影響もより大きくなる。

なお、繊維ベールとはロータから流出する多数のガラス
繊維がベール状になったものを言う。

ロータの直径を３０．５ないし４０．６ｃｒｆＬ（１２
ないし１６１ｎｃｈｅｓ ）の範囲に増大させると、繊
維ベールが極めて不安定になることが経験上明らかとな
った。

不安定な繊維ベールは、ロータの回転軸線の下側延長部
付近であらゆる方向にでたらめに動く傾向がある。

このようなでたらめな動きは、繊維化区域におけるバー
ナからのガス流および繊維化用衝風についての流れパラ
メータに影響を及ぼす。

最も影響の大きい区域は、径方向に向い合ったでたらめ
な動きの方向であると考えられる。

このように乱された流れパラメータのために、質の悪い
、不均一な望ましくない繊維が生産される。

もし繊維ベールが、常に繊維化区域であるところで、連
続的にでたらめに動かされると、そこから質の悪い繊維
が放出され、その結果不均一なガラスウール製品が作く
られる。

繊維ベールの不安定性現象は、必ずしも大きな径のロー
タに限定されない。

不安定な繊維ベールは、直径２０．３ｃｒｆＬ（８ｉ
ｎｃｈ ）のロータの下側にもできる。

概して、このような不安定性現象は、ロータのすぐ下側
の高速ガスの渦巻強さに依存するガス流の乱れにおいて
見られる。

ロータの直径を大きくすることによって得られる利点は
、与えられたガラス繊維生産率に対して、よりゆっくり
した回転（ＲＰＭ）を用いることができるということで
ある。

例えは、直径２０．３゜３０．５および３８．ＩＣｒｒ
ｔ（８，１２および１５１ｎｃｈ）のロータは、それぞ
れ３０００．２０００および１６００ＲＰＭで回転させ
なければ、１時間轟り４５３．６ないし６８０．４ｋｇ
（１０００ないし１５００ ｐｏｕｎｄｓ ）のガラス
繊維を生産することができない。

更に上記速力でロータに作用する遠心力は、それぞれ１
０００．７５０および５７０ｇである。

したがって、より大きな径のロータは、より小さい材料
歪みで作動するので、より長い有効寿命を期待すること
ができる。

ロータの下側の低圧区域の影響を小さくしかつ繊維ベー
ルを制御するための代表的な従来技術は、米国特許３１
１４６１８号、第３２８５７２号、第３１７９５０７号
、第３３７２０１１号、第２８５５６２６号および第３
０４０３７７号に見ることができる。

引用した最初の３つの米国特許のものには、ロータの下
側の中心軸線から外側に繊維ベールを物理的に押しやる
ための装置が用いられている。

これは、繊維ベール内に、例えば下方に向って拡がるよ
うな円錐面を持つ構造物などを設けることによって、ま
たは低圧区域内にその強さを減少させるように空気また
は蒸気などのガスを導くことによって、達成されている
。

残りの３つの米国特許においては、ロータの下側の不安
定な流れを小さくするための装置として、テーパ状の回
転体がロータの底部に設けられている。

低圧区域に設けられる形状として、製作が簡単な円錐形
状は最適な形状ではない。

このような分流状態には、円錐表面に沿って上側方向に
逆流するガスおよび繊維の特有の小渦巻が発生する。

更に、このような場合、ガラス繊維、繊維化媒体（ａｔ
ｔｅｎｕａｔｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ）および円錐体作動
温度は、繊維が円錐表面に衝突してそこに付着するよう
な温度になっているということが経験上明らかとなった
。

言うまでもなく、そのような状態下では、繊維ベールに
ついての流れパラメータは破壊されることになる。

本発明にあっては、繊維ベールについての流れパラメー
タは、流れ制御装置を設けることによって安定化させら
れ、この流れ制御装置の形状すなわち外観は、ロータの
下側の低圧区域の境界となるガス流についての流線に近
似する。

低圧区域とガス流との間の領域すなわち境界層には適当
な量のガスの付加が行なわれ、このガス流れ制御装置の
形状に沿って流されて、流れ制御装置の表面上の境界層
は比較的冷い境界層となる。

また、冷い境界層は、境界層を横切る熱移動を小さくす
ることによって流れ制御装置の表面温度を制御する。

更に、この冷い境界層は、繊維が流れ制御装置に衝突す
るのを防ぐための高密度ガスの動的バリヤを形成する。

流れ制御装置の基本的な２つのタイプは本発明の範囲に
ある。

これらは、層流境界層流れおよび渦流境界層流れを備え
る。

本発明の範囲には必要とされないが、゛流れ制御装置を
取り囲みかつその内部容積容量をアキュミュレータとし
て利用することは好ましい。

これにより、供給ガスのいかなる変動をも無くすことが
でき、かつガスの清めらかな連続流を境界層に提供する
ことができる。

本発明の目的は、遠心繊維化装置からすぐ下側の繊維ベ
ールについての流れパラメータを安定化させるための改
良方法および装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、遠心繊維化装置のすぐ下側の流れ
制御装置の均一な作動温度を均一に維持するための改良
方法を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、層流または渦流を備える最適
な流れ制御装置形状を提供することにある。

本発明の更に別の目的および利点は、添附図面に示す本
発明の実施例によって以下に詳しく述べられる。

これらの記載は本発明の説明のためのものであり、本発
明を制限するものではない。

添附図面を参照すると、第１図には遠心ロータ１０が示
され、これは駆動スピンドルすなわち撓み軸１１によっ
て回転させられる。

ロータ１０は例えばガラスなどの溶融材料１２の流れを
受け、この溶融材料は、そこで遠心力を受けてロータ面
１３の内側から外に流される。

溶融ガラスに作用する静水圧のために、溶融ガラスは、
ロータ面１３に開けられた多数の穴１６を介して流れる
ように押しやられるのである。

結果として生じた溶融ガラス１４の流れは、環状のバー
ナ口１５から排出される高温燃焼ガスの環状衝風によっ
て作用を受け、溶融ガラス流れは下方に向けられる。

なお、ここで環状衝風とは環状のバーナ口１５から流出
する衝風のことである。

更に、高圧ガスの噴流が送風ノズル２０を介して吐き出
される。

バーナ１５からの高温高圧ガスと送風ノズルから吐き出
される高圧ガスとの組合は、溶融ガラス流れ１４に作用
し、その流れを細くして（ａｔｔｅｎｕａｔｅ）繊維２
１を形成し、かつこの繊維を高速ガスの下方に流れる円
筒状の繊維ベール２２内に向かわせると共に加速させる
。

なお、ここで円筒状繊維ベールとは、環状衝風によって
多数のガラス繊維が円筒形のベール状になったものを言
う。

上記作用によって、閉じ込められたガスの区域２３は周
囲圧力より低くなっており、その区域はロータ１０のす
ぐ下側に存在する。

このような区域２３の中には矢印２４で示すような逆流
が存在する。

この低圧区域２３さその中の流２４とは大体において不
安定であり、このため繊維ベール２２に同様な不安定性
をいろいろ起させる。

繊維ベール２２は無策為にでたらめに動くことになり、
その結果、不満足な不均一の製品を作くることになる。

第２図には、本発明の一実施例が示されて、そこにおい
て、溶融ガラス１２の流れを高速ロータ１０に供給する
ことによってガラス繊維２１を形成するための上述した
ような装置および方法は、次のように改良されている。

撓み軸１１はロータ１０の下側に延び、そこには流れ制
御装置２９が適当な手段例えば円板形状の支持体３４に
よって取付けられる。

流れ制御装置２９は、幾何学的に言えばロータ１０に対
して共軸となった共軸回転体である。

このような共軸回転体は截頭円錐形状にすることができ
るが、より好ましくは、その形状を、ロータ１０の下側
の低圧区域を形成するガス流の流線に近似させることが
よい。

たとえ、流れ制御装置２９の形状が当面の問題とならな
いとしてでもある。

このような回転体の形状として、例えば放物線形、双曲
線形または楕円形などが挙げられるであろう。

要するに、回転体はテーパ状となっていることがよい。

流れ制御装置本体は、それとロータ１０との間に環状開
口空間すなわちスロット３５を残して、ロータ面１３の
すぐ下側の符号３１で示すところから始まって、所定の
形状に従ってロータの軸線に向って下側にかつ内側に截
頭部３２のレベルまで続き、更にそこから水平に撓み軸
延長部３３まて続き、そしてこの延長部に適当に取付け
られる。

これにより、充満室（ｐｌｅｎｕｍ ｃｈａｍｂｅｒ
） ４０が円板状支持体３４、撓み軸延長部３３および
流れ制御装置形状３０によって郭成される。

比較的冷いガス例えば空気４１は撓み軸１１の中央通路
４２内に入れられ、適当な開口４３を介して室４０内に
流し込まれる。

拘束体４４は開口４３の下側で中央通路４２を塞ぎ、冷
却ガスを室４０内に押しやる。

冷却ガスは、室４０から支持体３４に設けられた適当な
開口４５を通って流され、ロータ１０の底部に沿って通
過し、環状スロット３５を介して排出され、流れ制御装
置に沿って下側に、矢印４６で示すように注入されて境
界層を形成する。

流れ制御装置形状３０に沿って流れる冷却境界層は、高
温ベール２２から流れ制御装置形状３０への空気熱力学
的伝達性の熱移動を減少させる。

流れ制御装置を３８０°Ｃ（７００°Ｆ）以下に維持し
て、繊維が流れ制御装置に打ち当ってそこに付着しない
ようにすることは必要である。

更に、比較的冷却されたガスが注入されるので、境界層
の密度は比較的高くなっているために、繊維がこの境界
層を通り抜けようとする傾向、また流れ制御装置形状３
０に打ち当る傾向は小さくされる。

２．７２ないし３．４ａｔｍ （４０ないし５０ｐｓｉ
）で供給される流量０．８４９４５ ｍ’／ｉｉ
ｎ（３０ｃｔｍ）の標準工場汎用圧縮空気が１時間当り
約４５３．６ないし６８０．４ｋｇ（１０００ないし１
５００ ｐｏｕｎｄｓ ）のガラス繊維を生産する直径
３０．５ないし３８．１ｃｆｆＬ（１２ないし１５ｉｎ
ｃｈｅｓ ）のロータに対して妥当であると判明した。

流れ制御装置２９は、繊維ベールについての流れパラメ
ータに最も大きな影響を与えるロータ１０のすぐ下側の
低圧区域（第１図において符号２３で示す）の部分を占
め、かつ最適な流れ形状３０を高速の繊維ベール２２に
提供してそれを追従させる。

このような区域に流れ制御装置を設けることによって、
繊維ベールに発生する不安定性を無して、しつかりした
幾何学的形状を与え、繊維ベール２２を安定させる。

直径３０．５ないし３８、ＩＣＷＬ（１２ないし１５１
ｎｃｈｅｓ ）のロータを有し、かつ１時間当り約４５
３．６ないし６８０．４ｋｇ（１０００ないし１５００
ｐｏｕｎｄｓ ）のガラス繊維を生産するガラス繊維
化装置にとって、ロータ直径に対する適当な長さしの比
は約０．７である。

約２０．３ｃＩｒＬ（８１ｎｃｈｅｓ ）の直径を有す
るロータにとって、この比は１．０以上であってもよＧ
）。

流れ制御装置の下側には、より小さなそれ程極端でない
低圧区域が残される。

しかしながら、流れ制御装置２９が設けられているため
に、その区域は第１図の区域２３よりも極めて小さく、
繊維ベールの安定性に与える影響は非常に少ない。

更に、流れ制御装置２９のために、繊維ベール２２は、
残された低圧区域４７の影響を受ける前に、形状３０に
沿って流れることによって、すでに安定化されている。

形状３０によって決められた制御流路に沿う繊維ベール
２２に与えられた運動エネルギは、それ程激しくない低
圧区域４７によって影響を受ける前に繊維ベールを安定
化させる。

第３図は、本発明の別の実施例を示すものであり、そこ
において、流れ制御形状５０は、第１図に示す繊維ベー
ル２２と低圧区域２３との間の分離流線に追従しないで
、内側でこの流線と平行になっている。

その結果、ロータ１０の幾何形状と組み合わされた流れ
制御形状５０は、ロータから下方に流れて細くなる繊維
２１の流れに関して後方ステップ５１を形成する。

この後方ステップ５１のために、形状５０に沿って乱流
５２が生じる。

ガス状冷却媒体、例えば空気または蒸気は、撓み軸１１
を通って、第２図に示した場合のように充満室４０に入
れられる。

この冷却ガスは、同様に、ロータ１０と流れ制御形状５
０とによって形成された環状スロット５３を介して乱流
５２に付加される。

流れ制御形状５０に沿う冷却乱流５２は、流れ制御体に
対し増大された冷却効果を有する。

しかしながら、繊維が流れ制御形状５０に打ち当る機会
は、第２図に示す層流制御の場合よりも多くなる。

第４図は、乱流制御の更に他の実施例を示すものであり
、そこにも流れ制御形状５０に沿って乱流を生じさせる
後方ステップが用いられる。

しかしながら、この実施例にあっては、リップすなわち
シールド５５が設けられ、時折繊維がロータ１０の底部
に打ち当るのを保護する。

これは、小さな逆流分部５６が特に後方ステップの下側
に生じるからである。

冷却ガス流は矢印５７によって示され、ロータ１０とリ
ップ５５との間に形成された環状スロット５８を介して
境界層に注入される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が適用されないロータの下側の低圧区
域を示す概略断面図。 第２図は、本発明の一実施例を示す図であり、この実施
例においてロータ面と流れ制御装置との間から流れ制御
装置を覆う層流が提供される。 第３図も本発明の一実施例を示す図であり、この実施例
ではロータと流れ制御装置との間に後方ステップが設け
られ、この後方ステップは流れ制御装置形状に沿う渦流
を生じさせる。 第４図は、第３図に示す実施例に対する別の実施例を示
す図である。 １０・・・・・・ロータ、１３・・・・・・ロータ面、
２２・・・・・・繊維ベール、２９・・・・・・流れ制
御装置、４７・・・・・・低圧区域、５０・・・・・・
流れ制御装置形状、５１・・・・・・後方ステップ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融ガラスを遠心装置でもってガラス流に変えるこ
   とによってガラス繊維を形成するための方法であって、
   前記遠心装置の周囲の高速高温の環状衝風に前記ガラス
   流を係合させ、これにより前記ガラス流を細い繊維にす
   るとともに前記遠心装置のすぐ下流側の共軸回転体まわ
   りを流れる円筒状繊維ベールとして前記繊維を前記遠心
   装置から離れるように軸線方向に搬送するようになった
   方法において、前記回転体の表面上の境界層にガスの連
   続流を付加的に注入することによって前記ベール内の高
   温ガスからの前記回転体への熱伝達を減少させることを
   特徴とする方法。 ２ 周囲に複数の開口が設けられた遠心装置に溶融ガラ
   スを供給することによってガラス繊維を製造するための
   装置であって、前記溶融ガラスは前記開口から発散させ
   られて溶融流れにされ、かつ前記遠心装置の周辺で放出
   させる高温高速ガス状の繊維化手段の作用を受け、前記
   繊維化手段は前記の発散されたガラスの溶融流れと係合
   するように向わされて、前記遠心装置から離れて軸線方
   向に流れるようなガラス繊維ベールを生じさせる製造装
   置において、前記の繊維ベール内にかつ前記遠心装置の
   すぐ下流側に位置されるテーパ状の回転体が設けられ、
   更に前記回転体上の境界層に付加的に連続流体流れを供
   給するための装置が設けられることを特徴とする装置。