JPS60145929A - グラスフアイバを製造する装置と方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 先非ユ丘景上１」 本発明は、熱可塑性無機材料のファイバ化、特にグラス
ファイバ及びセラミックファイバの製造に関する。説明
を簡単にするためグラスファイバについてのみ説明する
が、本発明はそれに限られるものではない。更に詳しく
述べると、本発明はスピナディスクによる細いグラスフ
ァイバの製造に関しており、このスピナディスクは溶融
ガラスを収容して回転し、スピナディスクの壁は、スピ
ナディスクの回転によって生ずる遠心力によって溶融ガ
ラス流が押し出されるオリフィスを有しており、′形成
された粗ファイバは高温ガス流によって更に細いファイ
バへと絞られる。

例えば西ドイツ特許出願第２６０２９０２号で例示され
た従来技術によると、スピナディスクは高密度の極めて
小径のオリフィス、いわゆるガラスノズルを有しており
、これによって製造されるファイバの却を増加させ、又
押し出し技術によって極めて細いファイバを形成する。

上記の出願では、スピナディスクの周囲に４００００か
ら１０００００個のガラスノズルが要求されている。一
般にスピナディスク”の寸法は直径４５０＋１１１１、
高さ６０１１＠を越えないことを考えれば、このような
スピナディスクを作る時にいかなる困難が生ずるかを理
解できるし、又何故これらのオリフィスが従来技術で穿
孔されずにレーザ穿孔法によってスピナディスクの壁に
正確に位置せしめられねばならないかをも理解される。

本発明の最初の前提は、上のような“°高度技術゛によ
るスピナディスクが発達しすぎてその欠点の方が利点を
越えてしまっていることにある。小さな多数のガラスノ
ズルの導入は、その製造の困難さに加えて、スピナディ
スクの壁が比較的薄い時にのみａ１能である。しかしｔ
ル〈された壁は、高速回転で生ずる遠心力と溶融ガラス
がスピナディスクの赤熱した高温壁にｑ−える圧力とに
よって不安定になる。小径のカラスノズルに溶融ガラス
を押し入れるためには、例えば３００　Ｏｒｐｍ以−」
二に回転数を上げなければならず、したがってＬの効果
が著しくなる。このことは直ちにガラスノズルの径の拡
大やスピナディスクの変形につながるため、スピナディ
ヌクが交換されるまでの寿命は１０〜３０蒔間となる。

このような小径のガラスノズルを用いる時には、更に、
溶融ガラス中の不純物や粘性の変動によってオリフィス
の目ル古りが生しうることを考慮に入れておかねばなら
ない。このオリフィスの目詰り、いわゆる゛凍結”°を
運転中に修復することはできないので、ある一定の割合
のカラスノズルが凍結した時は掃除のため生産を中断す
る必要がある。

したがって本発明では、現在の“技術状態゛′によるス
ピナディスク設計から出発し、粗ファイバを作り出すガ
ラスノズルの径を大きくかつその数を小さく選ぶ。これ
らの相ファイバはスピナディスクのガラスノズルから出
た後、特定の方向の高温気５体流によってより細いファ
イバに引き出される。

定常的又は連続的な溶融プロセス、つまり溶融ガラスを
タンク又はトラフ中で高温に維持し、トラフの底を形成
するブッシングのカラスノズルを通して溶融ガラスを押
し出すプロセスに関連して、いろいろの形の送風装置が
用いられてきた。これらの送風装置はガラスノズルのす
ぐ近傍に置かれノズルの下に現れたカラスコーンへと向
けられる。例えば、西ドイツ公開特許出願第２６３７５
３６号は種々の形の実施例及び装置においてガラスノズ
ルを有する送風装置を示している。しかしこれらの送風
装置は、粗ファイバに基本的に接する複数の気体流を生
ずるように設計されており、西ドイツ公開特許出願第２
４１４７７９号によると、１つの送風ノズルはガラスコ
ーンのすぐ近く＋出装置され、（それに対して直角をな
す）ガラスノズルに対しては斜めの方向を向き、ガラス
コーンに作用するもう１つの気体流が備えられている。

これら公知の送風方法は次のことを考慮していない。即
ち、スピナディスクは実際には周囲の空気中で回転する
のであり（例えば西ドイツ特許出願第２６０２９０２号
、第２頁、第１６〜１７行と比較せよ）、この空気は流
れの慣性を増加させることもできるが、回転による押し
出しを損なう破断や冷却の作用も起こしかねない。粗フ
ァイバやガラスコーンの先端の大部分ですらこの周囲の
空気によって曲がり、スピナディスクの回転を遅らせて
しまう。このことは、ガラスコーンを引き出して細いフ
ァイバにできるのは、ロータの外側の比較的短かい距離
の所だけであるということを意味する。このことから、
特にガラスコーンを粗ファイバへと変換するところ、つ
まりガラスコーンの先端の領域において問題が生ずる。

即ち、カラスノズルを長くする程、この周囲の空気の影
響も大きくなるということである。

したがって、より多くかつ小さいノズルへ向かっている
産業界の傾向から生ずるこれらの問題や欠点を回転プロ
セスから除くことが本発明の目的である。また、一定方
向の気体流によって相フフイ／へから細いファイバを生
産する公知の方法を回転プロセスに対して適合させるこ
とも本発明の目的である。更に本発明の目的の１つは、
ファイバを絞る効率を改善しかつスピナディスクの周囲
の空気による効果を排除することによって現在の回転プ
ロセスを改良することである。

３′　６　な（」 スピナディスク（回転ディスク）１０のハブ１１がシャ
ツ）１２に固定して結合し、モータと“トランスミッシ
ョン（開路）によってシャフトを介してスピナディスク
が回転する。スピナディスクｌＯは１例えば高温で耐熱
、耐腐食性にすぐれるスチール合金でよい。

溶融ガラス１４の流れが生産能力と見合う速度でスピナ
ディスクに供給される。溶融ガラス１４はスピナディス
クの底面１６に流れて、溶２０・融ガラスに作用する遠
心力によって外ＩＩｔ１６１：を高い地点まで」二Ａす
る。溶融カラス１４が当る底面１６の部分には、低価格
で耐久性のよくない基材を保護するために例えば酸化ア
ルミニュウムのコーティングを施したり、あるいは寿命
を長くするために高価格の材料（例えば貴金属合金）を
用いることができる。ガラスノズル２０が例えば従来の
穿孔技術によって側壁に形成されている。スピナディス
クの回転速度、ガラスノズル及びスピナディスクの直径
、スピナディスクへの溶融ガラスの供給率及び溶融ガラ
スの密度と粘性は、溶融ガラスがガラスノズル２０の少
し上までｆ　ａ、　してそれ以上は上昇しないようにコ
ントロールされる。溶融ガラスはガラスコーン（円錐形
のガラス）２２の形でガラスノズルを出て、その端部か
ら引き続いて粗ファイバが引き出される。

ガラスノズル２０の内径は約４〜６ｒｒ＋ｍである。こ
の程度の直径に対しては、溶融ガラスをガラスノズルへ
押し出すのにわずかな遠心力で部分であり、したがって
、スピナディスクの回転速度を他のプロセスよりかなり
低くできる（例えば２５００　ｒｐｍ以Ｆ）。

スピナディスク１０のＬ下には環状の気体チャネル２６
．２８がＪｆ！けられている。各気体チャネル２６．２
８は圧力管（開路）に接続されており、この圧力管が各
気体チャネル−高速高温気体を供給する。気体チャネル
２６．２８からの気体はそれぞれ溝付きの送風ノズル３
０．３２を通って流れ出る。送風ノズル３０．３２の出
目は、放出される気体流が刀ラスコーン２２にほぼ沿っ
て横方向に上下からガラスコーンを捕えるように方向付
けられていて、これによってカラスコーンは粗ファイバ
２４へとそしてその粗ファイバは更に細いファイバへと
絞られる。口状の溝をもつ送風ノズル３０．３２からの
２つの気体流はカラスノズルから上り距離のところで一
緒になり、ガラスコーンの列を効率よく取り囲むように
位置づけられている。カラスコー７２２の全表面を気体
流と接触させることによって強力な引き出し又は絞り効
果が加えちれる。ｙ！シこ、これらの高温ガスのカーテ
ンは、スピナディスクの周囲の空気の侵入からカラスコ
ーンの列を保護している。送風ノズル３０．３２はガラ
スノズル２０の近くに固定されているので、ガラスコー
ンは−・点に集まる気体のカーテンによって次々に捕え
られ、カラスノズルから出た後で強力な引き出し効果を
直接受ける。このことは、カラスコーンが最高温度にあ
るうちにファイバへと絞られ、モしてスピナディスクの
周囲の空気の影響を除くか又は相当に減するという利点
を有している。このような周囲の空気はガラスコーンや
粗ファイバヲ１し易く、又、更なる絞りができなくなる
ような温度までガラスを冷却してしまう。

送風ノズル３０．３２の外側の、これらノズルによる絞
り効果が小さくなる場所に、環状の溝をもつ送風ノズル
３６を有するもう１つの気体チャネル３４が設けられて
おり、これによって粗ファイバ２４は下方に向は直され
る。この送風ノズル３６は、送風ノズル３０，３２によ
って始められた絞りを継続し、スピナディスクの周囲の
空気の′＃胃を除くのに＋Ｊ加的に寄与しており、又、
場合によっては、更なる高速気体流にファイバをさらす
ことによってファイバ繊Ｍ［力専σファイバへと分割さ
れるような温度までファイバを７％却する。この目的の
ために、送風ノズル３６の１ｆ目コはカラスコーンの先
端でつくられる半径よりわずかに大きい゛ト径」二に位
置している。ファイバは送風ノズル３６によって下刃に
向かい収集手段Ｃ開路）によって集められる。

第２図の実施例では、スピナディスクは溶融カラス１４
の収容部４０と気体チャネル４２とよりなる。収容部の
鉛直な外壁４４と気体が伝導する部分の鉛直な外壁４６
との間に環状のＣ１−状のチャンバが形成されるように
、気体チャネルは収容部を囲んでいる。このチャンバに
はノズルリング５０が取す付けられ、ノズルリング５０
には着脱Ｕｆ能なガラスノズル５ｏがすえられ、そこに
リング状チャネル５４．５６が形成される。リング状チ
ャネル５４，５６は環状の溝を持った送風ノズル５８．
６０をそれぞれ与える。収容部４０．気体チャネル４２
．ノズルリング５０及びガラスノズル５２はすべて別々
に機械加工され、その後で溶接等によって組み立てられ
るので、スピナディスクの設計、製造に関しては何の問
題もない。一端組み立てられると、ノズルリング５ｏと
鉛直の外壁とは閉じたチャネルを形成し、ここを通って
高温気体が送風ノズル５８．６ｏへと流れる。高温ガス
は中空のロータシャフト６４を通って気体チャネル４２
へと進む。気体チャネル４２内の気体は外方向へ押され
て、一部はり′ング状チャネル５６から送風ノズル６ｏ
へと、そして一部はカラスノズル５２の間からリング状
チャネル５４を通り送風ノズル５８へと流れる。

送風ノズル５８．６ｏはガラスコーン５３のすぐ近くに
備えられるのでそれらのノズルによる絞りの程度は増加
する。送！／ズル５８゜６０はガラスノズルと同時に回
転しているので、送風ノズルのある特定の部分は常に谷
ガラスノズルの近傍にあることになる。前の実施例と同
様に、気体チャネル６７を通って送風ノズル６８から出
る気体流によって更なる絞りが達せられる。

収容部４０の突出部分６２は、気体チャネル４２の外壁
に設けられたフランジ状の広い部分にくい込んでおり、
これによって溶融ガラスの収容部４０と気体チャネル４
２とは相互接続されている。本実施例のノズルリングは
比較的製造し易く、又１例えば直径と幅が異なる他のガ
ラスノズルが望ましいときにはガラスノズルを交換する
ことができる。同様に１００個のガラス７′ズルの中で
、高温の溶融ガラスにさらされて過度に疲労したものが
あれば、いくつでも取り変えることができ、しかもスピ
ナディスク全体を交換するよりずっと容易にかつ安価に
できる。

第２図の実施例の作動の仕方を別途説明すると、各ガラ
スノズル５２の周りにリング状の送風ノズルか同心円状
に配置されている。上昇管チャネル６６がこれら個々の
送風ノズルを気体チャネル４２に接続させている。この
ようにして特に強力な引き出し即ち絞り効果が得られる
。更にスピナディスクのコストは下がり疲労寿命は増加
し、他方ガラスノズルの直径を大きくしたのでその１」
詰りゃ凍結の可能性は事実上除かれている。

両実施例のスピナディスク１０は、インコネルのような
安価な合金で構成してもよいし、又、高温で用いられる
代表的なタイプの白金−ロジウム合金のような責金属で
構成してもよい。スピナディスクの壁の厚さは、現在の
°゛高度技術″によるスピナディスクの厚さの２〜ｌＯ
倍にすることができ、したがって構造上の安定性が著し
く増加する。回転速度が２５０Ｏｒｐｍを越える必要は
ない。ファイバ形成のための回転プロセスに用いられる
ホウケイ酸ガラスのファイバ化温度は一般に１７００ｃ
Ｆ〜２０００°Ｆの領域にあり、ファイバ化粘性は　１
００〜１００００ボイズである。本発明の送風装置で用
いられる気体流の温度と圧力／流速は必要なファイバの
、Ｊ　？）、に応じて変えることができる。刀ラスコー
ンに当るように位１δづけられた送風装置に対しては、
圧力はりｌＩ型的には１Ｏｐｓｉ〜３０ｐｓｉであり、
気体の速度は４００フイート、７秒（ｆｐｓ）〜２２０
０ｆｐｓとなる。細いファイバ（１０ミクロン以下）に
対しＣは圧力／流速の１−限を用いることができる。別
の場合には、（できれば化学量論比にある）空気と天然
カスの程合気体を送風装置に供給し、ノズル出口で点火
側ることかできる。この場合は燃焼による膨張のために
速１■が大きくなるので気体の圧力が低くてよい。

第２の送風’Ａ置の運転パラメータは、どのような性能
特性を望むかに依存する。もし更なる絞りと類ファイバ
＼の分−Ａが必要であれば、温度範囲ヲ１５０ｃ′Ｆ−
３５０ｃ′Ｆ、！：　Ｌｉ１ｉｊ述（、ターＭｌの送風
装置と１「すし圧力範囲を用いるとよい、ｆＭ続したフ
ァイバ繊維ソはロープが必要ならば。

ガラスの塑性を維持して破断を避けるために、もっと高
い温度（５００°Ｆ）の気体流を用いることができる。

又もし更なる絞りをそれ程必要としないならば、ファイ
バを別々の長さへ単に分割するためにより低い温度でか
つ中間圧力の気体流を用いることができる。

当業者にとっては、上記の明細書に基く種々の変形例が
得られることは明らかである。例えば、ファイバを下方
に向は更に絞りあるいはファイバを分割する付加的な送
風ノズル６８を、第２図の実施例のリング状チャネル５
４．５６と同じように、スピナディスクの一部として一
体に作ることがＯｆ能である。したがって、特許請求の
範囲にあるすべての変形例は本発明の一部と見做される
べきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置の輻小図で、一部は垂直断
面を、一部は側面を示し。 ｔｌＳ２図は、第２の実施例による′Ａ置の半分を垂直
断面図で示したものである。 （主要部分の符号の説明） スピナディスク・・・・・・・・・１０第１の送風手段
・・・・・・・・・２Ｂ、２８，３０，３２．ｔ２，５
８．８０溶融ガラス・・・・・・・・・１４ ５　ガラスノズル　・・・・・・・・・２０．５２ガラ
スコーン　・・・・・・・・・２２．５３粗　フ　ァ　
イ　バ　・・・　・・・　・・・　２４ノズルリング　
・・・・・・・・・５０９　第２の送風手段・・・・・
・・・・３４．３Ｂ、８７．６８１７“＋′＊ｆ昭和５
昭和５９許特願第２１８７３５号３　補正をする者 ・１代理人 （１）別紙の通り、印書せる全文明細書を１通提出致し
ます。 （２）別紙の通り、正式図面１通を提出致します。 上申：出願当初手書の明細書を提出致しましたが７　こ
のたびタイプ印」明細岩と差替えまず。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ５１、溶融ガラスからグラスファイバを製造する装置に
   於て、に記装置は 円筒状のスピナディスクと第１の送風手段とから成り、 ］二記スピナディスクは、底面と、−［−記溶融カラス
   を受け込れるための上部の開いた部分と、＃ｉ数のガラ
   スノズルを有するほぼ鉛直な壁部とからなり、］−記各
   ガラスノズルを通してその先端に上記溶融ガラスが押し
   出されてガラスコーンが各々形成され、」−記ガラスコ
   ーンは遠心力によって粗ファ・ｆパを形成し、 上記第１の送風手段は、上記各ガラスコーンを囲んでそ
   れを押し出し、したがって］−記油相ァイバの形成を助
   けかつ強い押し出し動イ′１によって更に上記相ファイ
   バを細いフγイノ゛・へと押し出すことを特徴とする装
   置。 ２、　上記第１の送風手段は上記スピナディスクに固定
   された第１及び第２の送風チャネルからなり、上記第１
   及び第２の送風チャネルはそれぞれ、上記カラスコーン
   の表面にほぼ接する方向に向けられた環状のノズルを有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装
   置。 ３、上記第１の送風手段は上記スピナディスクとともに
   回転するように固定された気体チャネルよりなることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ４、」二記ガラスノズルは、環状のノズルリングによっ
   て」−記スビナディスクの開口と整合しているノズルか
   らなることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の
   装置。 ５、に記ファイバを更に細くしかつその方向を変えるた
   めの第２の送風手段を更に含むことを特徴とする特許請
   求の範囲第１ｑ＋に記載の装置。 ６、溶融材料からグラスファイバを形成する方法に於て
   、 複数のガラスノズルを周囲の壁に有するスピナディスク
   へ」二足溶融材料を供給する工程と。 Ｌ記スピナディスクを２５０　Ｏｒｐｍ以下で回転させ
   て上記ガラスノズルからＪ二足溶融材料を押し出し、粗
   ファイバが延びるガラスコーンを上記ガラスノズル上に
   形成する。■程と、 に記ガラスコーンを高温気体流で囲んで」−記ガラスコ
   ーンと」二足粗ファイ・・〜を強く引き出して上記粗フ
   ァイバを細いファイノ′・へと絞る］二程 とからなることを特徴とする方法。 ７、」二足ファイバを別の高温気体流と接触させてＬ記
   ファイバを更に絞る工程を更に含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第６項に記載の方法。