JPS635336B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は遠心スピナー、従つてガラスまたは
類似の熱可塑性材料、特に無機材料を繊維化する
ための技法の改善に関する。この技法においては
遠心スピナー（回転部材）が通常直立軸上に取付
けられて使用され、ガラス流はこのスピナーの内
部に供給され、スピナーの周縁壁の内面に送ら
れ、このスピナーは多数の列のオリフイスを備え
るから、スピナーが回転するとガラスはスピナー
の周縁壁中のオリフイスから遠心力により複数の
流れ、すなわち一次流が射出される。燃焼室から
衝風の形態の環状細長化ガス流を送出する装置が
備えられ、環状衝風流はスピナーの穿孔された周
縁壁の外壁表面の近くに下方に向けて流され、そ
れによつてガラス流は細長化され通常結合剤で被
覆されて、細長化衝風中を下方に向けて運ばれて
通常捕集室の底面壁として配置された多孔性捕集
コンベアの上表面に捕集される。代表的な装置で
はコンベア上でマツトまたは毛布状物を造るのを
助勢するために前記多孔性捕集コンベアの下に吸
引箱が配置され、造られたマツトは次後の処理、
包装などのために運び去られる。 この既知のタイプの通常使用されている装置で
はいわゆる「軟質」ガラス、すなわちスピナーの
材質が過度の侵食および変形を受けないで耐用で
きる温度制限内の温度でスピナー壁中のオリフイ
スを自由に通る粘度となる温度／粘度特性をもつ
ように特に配合成分が選ばれたガラス組成物を使
用するのが慣習となつていた。 上述の目的のために使用するガラス組成物には
普通溶融温度または液相線温度および粘度を下げ
るが失透化する傾向があり、従つて過度に高い温
度での溶融ガラスを使用しないですむためのバリ
ウム、ホウ素およびフツ素化合物の１種または２
種以上を使用するのを常とした。 しかしかなりの量のホウ素またはフツ素または
バリウムさえ含む組成物を使用すると、特にホウ
素およびフツ素の場合には望ましくない揮発性成
分が発生し、溶融ガラス製造装置中を通り過ぎて
外部に搬出されるから、環境汚染の可能性は避け
られるにしても、これらの成分の別個の、そして
適切な廃棄処分のための排出ガスの特殊な処理が
必要となるから、これらの成分の場合にはある種
の注意を払うことが必要である。 バリウム、ホウ素およびフツ素化合物は代表的
にはそれぞれ約３％、６％および1.5％の量で使
用ガラス中に存在したが、普通使用されるホウ素
およびフツ素化合物はガラス製造に使用される溶
融温度で揮発性で、フツ素は繊維化工程で使用す
る温度でさえも揮発するから、ガラスにこれらの
成分を上記含量を与えるためにはガラス溶融温度
での揮発による損失を補うためにガラス製造に際
しより多量初期仕込量を必要とする。 これらの化合物をかなりの量で使用する時の他
の欠点は製造される繊維のコストが上昇すること
である。この欠点は特に高価なバリウム化合物を
使用するときに特に指摘できる。また比較的軟質
なガラスは望ましい耐高温性をもたないガラス繊
維を生ずる。 このタイプの繊維化技法で従来遭遇してきた
種々の要因は所定の装置の生産能力を制限する傾
向をもつものであつた。 上述の先行技術の欠点に鑑みて、この発明の一
般的な目的は先行技術の上記欠点を克服するにあ
る。 こうして、この発明はスピナーを囲む環状細長
化衝風中にガラス流を送出する遠心スピナーを使
用する種類の装置の所定の設備の生産性を増大す
ることを意図し、より安価なガラス組成物の使用
を可能となし、改善された耐温度特性をもつ繊維
製品を提供することを意図するものである。 先行技術の組成物を穿孔スピナーを通して造つ
た繊維の場合には約400℃を実質的に超えない温
度に露出される用途に前記ガラス繊維製品を使用
できるにすぎないが、この発明によるスピンナは
対応する温度を約480℃に上昇させることができ
る。 こうして、この発明は延伸用ガスの環状流の内
側の軸まわりに回転可能に設置され、かつ溶融ガ
ラスの糸を射出するためのオリフイスを備えた周
縁壁を有する、ガラス繊維製造用中空遠心スピン
ナにおいて、環状補強部材１６が遠心スピンナ１
２の周縁壁１３の下端に結合し、該補強部材は周
縁壁１３の下端よりも半径方向に内側にずれて取
付けられ、周縁壁１３の壁厚よりも厚い遠心スピ
ンナに平行な壁厚をもつことを特徴とする、ガラ
ス繊維製造上中空遠心スピンナに係る。 上述の一般的な種々の目的はスピナーにおける
環状補強部材１６の設置により達成される。すな
わち、この発明のスピナーの好適な実施例によれ
ばスピナーは従来普通に用いられてきたものより
大きな直径のものとすることができる。例えばス
ピナーは従来使用されてきた代表的なものが直径
300mmであるのに比して、直径400mm程度のものと
することができる。これはスピナーの周縁壁のガ
ラス吐出オリフイスの数をかなり増やすことを可
能となし、このオリフイス数の増大はスピナーか
らその周りの細長化用衝用中へ射出するガラス流
の数を増加させるのに有利である。これはこの種
のスピナーは比較的高速度で回転するから、スピ
ナー壁にはかなりの遠心力が作用する。またスピ
ナーは高めた温度で運転されるから、その周縁壁
の中央区域は外側に彎曲する傾向が常に存在する
が、この傾向は環状補強部材１６（支持装置）を
使用することにより無くすことができるからであ
る。 この発明のスピナーで使用するガラス組成物
（以下にその例を述べる）についてまず述べると、
この発明の好適な実施例においては、ガラス組成
物はフツ素は含まないで、バリウムおよびホウ素
は含むにしても少量であるように組成される。こ
のようなガラス組成物は「硬質ガラス」であり、
高融点および高失透温度をもつ。フツ素不含、そ
してホウ素不含ならびにバリウム不含でさえある
特徴あるガラス組成物は先行技術のスピナー技法
によつては繊維化は実用的ではないが、ここに開
示するスピナーにより容易に繊維化される。その
上、これらの硬質ガラスは増大した温度性能の点
から望ましい「硬質」ガラス繊維を生ずる。 高失透温度をもちかつ高温度ではじめて適当な
繊維化粘度を達成する、このような硬質ガラス組
成物は特殊な取扱いおよび特殊な繊維化装置を必
要とするが、この発明のスピナーはこれらの硬質
ガラスから繊維を製造することを容易となし、既
知のスピナー構造および技法を使用したのでは繊
維化が不可能ではないにしても困難である、ある
種の非常に硬質のガラス組成物の繊維化が可能と
なる。 この構造上の改善は硬質ガラスの繊維化に特に
有利で重要であるが、ここに考慮する遠心スピナ
ーは他の種類のガラス、例えば軟質ガラスの繊維
化にもまた有利である。 この構造上の改善はここに開示するスピナーを
備えた装置を考慮した後で説明するのが最善であ
り、従つて図を参照して説明する。 第１図はこの発明の好適な実施例により構成さ
れたスピナーを配置し、該スピナーの周縁壁に隣
接して下方に向けて送出される環状細長化衝風を
送出するための衝風発生器を備えた、部分断面図
による垂直断面図である。 まず第１にこの第１図の実施例を参照すると、
垂直のスピナー支持軸が１０で示され、この軸は
スピナーを取付けるためのハブを下端に備え、ハ
ブを図に１１で示す。スピナー自体は１２で示さ
れ、このスピナーは多数の列のスピナーオリフイ
スを備えた周縁壁１３からなり、壁１３の上端は
中央取付部すなわち頚部１４によりハブ１１に接
続される。スピナー壁中のオリフイスはスピナー
壁の断面部分にだけ示すが、多数のオリフイスが
多数の垂直に間隔を置いて配列された列をなすオ
リフイスが設けられていることを理解されたい。
スピナーはその下端に内方に突出したフランジ１
５を備え、このフランジ１５に円筒形部材すなわ
ち円筒形要素１６の上端が接続し、この円筒形要
素１６は以下に更に説明するように補強機能また
は支持機能を呈する。 スピナー内に、そしてスピナーと共に回転する
ように取付けられた分配バスケツト１７はスピナ
ー周縁壁の最上段列オリフイスの面に実質上設け
られた一列に並んだ分配オリフイス１８を備え
る。図に示すように分配バスケツト１７は懸吊す
る腕木１７ａによりハブ１１上に取付けられる。
ガラス流はスピナー取付け構造を通つて下方に向
けて且つ中心部に送出され、５で示すようにバス
ケツト１７の底面壁の内側に送られて該底面壁上
を横方向に拡げられてバスケツトの穿孔周縁壁に
達し、バスケツト壁の内側に層を造り、この穿孔
周縁壁からガラス流は１９として示すようにオリ
フイスの最上段に近いスピナーの周縁壁の内面へ
向つてオリフイスを通つて放射状に外方へ射出さ
れ、このオリフイスの最上段区域からガラスはス
ピナー壁の内壁を下方に向つて流れる。この下降
流はスピナー周縁壁の内側に内部包囲壁すなわち
室構造をもたないから妨害されずに流下し、この
流れはストロボスコープ光により観察すると層流
特性をもち、この層流中には平滑な波状外観を呈
する。ガラスがスピナー周縁壁中のオリフイスに
入るのはこの妨害されない制限されない層流から
であり、ガラスは該層流から全スピナーオリフイ
スを通つて多流の流れ、すなわち一次流となつて
外方に射出され、該一次流は以下に記載する装置
によつて確立された環状衝風（ガスブラスト）に
よつて細長化される。 第１ａ図は互い違いに配列され且つスピナー壁
の最上段のオリフイス区域にガラスを吐出するた
めの共通面に接近して設けられた２列のオリフイ
スを備えた別の分配バスケツト１７ｂを示す。 分配バスケツト（第１図の１７および第１ａ図
の１７ｂ）の配列に関して、先行技術で使用され
た大抵の分配バスケツトは穿孔スピナー壁の垂直
方向の長さの主要長さ全体にわたつてスピナー穿
孔周縁壁にガラスを分配するために互に離れて垂
直に設けられた数列のオリフイスを備える。しか
し我々は先行技術の共通の技法に従つてガラスの
垂直分配を行うために必要な多数のオリフイスを
設けるに際して、特に比較的大型のスピナーの場
合に多孔周縁壁の孔の直径および垂直高について
ある種の不利益と困難とに遭遇することを見出し
た。 上記した不利益および困難のうちの最も重要な
問題の一つは分配バスケツトからスピナーの周縁
壁の内側へ吐出されるガラス流からの熱損失に関
する。このような熱損失は吐出されるガラス流の
全表面積に正比例する。先行技術による配列のよ
うに非常に多数の細い場合には全表面積はここに
開示するような分配バスケツトが唯一列だけの先
行技術のものより大きな寸法のオリフイスを備
え、それによつて全表面積をはるかに小さくしな
がら同じ量のガラスを吐出する配列よりもはるか
に大きい。事実代表的な場合には、ここに開示し
た配列は先行技術の表面の約1/7にすぎない、所
定量のガラス流を吐出する。 従つて第１図に示す改善された配列は分配バス
ケツトからスピナ周縁壁へ吐出されるガラスから
の過度の熱損失（これは先行技術の装置の主たる
欠点である）をなくする。その上、先行技術で使
用する細いガラス流の場合には分配バスケツトか
らスピナの周縁へ吐出の際の熱損失の各異なるガ
ラス流間の均一性は第１図に示す配列におけるよ
うにより少ない数の太い流れの場合よりはるかに
少ない。 先行技術で使用する軟質ガラスを使用するとき
は前述の熱損失の問題は禁止的とは思われない
が、この発明で意図するより硬質ガラスを使用す
るときにはこのような熱損失は耐えることはでき
ない。 この発明のスピナーは直径を増大することを意
図するものである。先行技術におけるような分配
バスケツトから細い直径のガラス流が吐出される
時にはスピナ直径を大きくするとガラス流の不規
則な脈流を生ずる傾向があり、それによつて操作
条件の一様性に悪い影響を与える。より太いガラ
ス流をより少ない数で使用すればこのような不規
則な脈流を解決できる。このような不規則脈流傾
向を減少する他の手段は第２図ないし第６図に示
す実施例について以下に記述する。 更にバスケツト壁の穿孔の大部分を通してスピ
ナ穿孔周縁壁の内側に吐出された多数の細ガラス
流の場合には、該ガラス流の若干は分配バスケツ
ト壁の個々の穿孔と実質上一線に並んだスピナ周
縁穿孔に到達するが、他のガラス流はスピナ周縁
壁の穿孔間の非穿孔区域の部分に到達する。従つ
てこれは非均一な動的条件を導入し、製造される
繊維の均一性に悪影響を与える。 上述のことを考慮して、スピナ周縁壁上に垂直
方向に分配された多数の供給流を使用する代り
に、改善された配列は穿孔された周縁壁の内面上
に溶融ガラスの拘束されない、制限されない下方
に流れる層を確立維持し、ガラスの供給は前記層
の上端部に行われ、前記層はスピナ壁の全穿孔上
を層流をなして下方に流れるから、周縁壁の各穿
孔からガラス流を射出する動的条件は実質上同一
となり、それによつて製造される繊維の非均一性
の根源は除去される。 下方に流れる非拘束流の発達すなわち確立は第
１図および第１ａ図に関して上述した分配バスケ
ツトにより行われ、すなわちスピナ壁の穿孔の最
上段列の高さの、或はその高さに接近した高さの
平面に或はその平面に接近して設けられた一列の
オリフイスを通してスピナ壁に繊維化されるため
の全ガラスを送給するバスケツトまたは分配装置
の使用により行われる。この一列のオリフイスは
全部で約75個ないし200個からなるのが望ましく、
この数は多数列分配バスケツト中で普通使用され
る数の約1/10〜約1/3の数である。 スピナ壁の穿孔を通してガラスを所望のように
均一に供給することは以下に記載する他の好適な
操作条件によつて、特にスピナ壁の上部および下
部の区域でガラスの実質上均一な粘度を得る温度
条件を維持することによつて増大される。 細長化のために第１図に示す構造物は環状吐出
オリフイス２１を備えた環状室２０を含み、該室
２０は燃料を燃焼しそれによつて所望の熱細長化
ガスを造るための適当な装置を備えた２２で示す
ような１個またはそれ以上の燃焼室から細長化ガ
スを供給される。これはスピナを囲むカーテンの
ような形態の下降する環状流を与える。スピナ取
付装置の構造の詳細および衝風発生器の構造の詳
細はこの業界では周知であるから、それらをここ
で記述する必要はない。 第１図からわかるように、装置はまたスピナー
の下端を加熱する装置をも含むのが有利である。
これは種々の形態をとり、好適には２３で示すよ
うに環状の高周波加熱装置である。この加熱装置
の環はスピナーの直径より大きいのが望ましく、
スピナーの底部の僅かに下に間隔をおいて配置さ
れる。 さて第１図に説明する実施例の運転について述
べる。ここに開示した種々の構成要素を任意の寸
法のスピナーと共に使用できるが、この発明の改
善された技法の好適な実施例によればスピナーは
従来普通に用いられてきたものより大きな直径の
ものが使用される。例えばスピナーは従来使用さ
れてきた代表的なものが直径300mmであるのに比
して、直径400mm程度のものを使用する。これは
スピナーの周縁壁のガラス吐出オリフイスの数を
かなり増やすことを可能となし、このオリフイス
数の増大はスピナーからその囲りの細長化用衝用
中へ射出するガラス流の数を増加させるのに有利
である。この種のスピナーは比較的高速度で回転
するから、スピナー壁にはかなりの遠心力が作用
する。またスピナーは高めた温度で運転されるか
ら、その周縁壁の中央区域は外側へ彎曲する傾向
が常に存在する。この傾向は補強手段または支持
装置を使用することにより無くすことができ、そ
の補強または支持装置のいくつかを図中の種々の
実施例中で開示する。第１図のスピンナでは補強
装置は周縁壁の下端に内向フランジ１５により取
付けられた環状部材の形をなす。この環状補強部
材１６の補強作用は、周縁壁１３の中央区域が遠
心力の作用の下で外側に彎曲する傾向は周縁壁１
３の下端とフランジ１５との連接線のまわりにフ
ランジ１５を上方におよび内側に曲げる傾向があ
ることを考えれば理解されよう。環状部材１６が
もし存在しなかつたとすると（先行技術のスピナ
ーの場合のように）、フランジ１５の比較的薄い
内側端部に僅かな「波状運動」または小波状運動
が生ずることによつてフランジ１５の上述の上方
および内側に曲げる作用が少量だけ付与されるに
すぎない。しかしフランジの内側端部に環状部材
１６が結合している場合にはフランジの内側端部
のこのような小波状運動は抑止され、それによつ
てスピナーの壁構造の補強すなわち支持を与え
る。環状部材１６のフランジ１５との角度を付し
た結合も所望の補強を付与するのを助勢する。 上述の目的のためには、補強部材（環状部材）
１６はスピナー周縁壁１３の平均壁厚より厚い、
望ましくはスピナー壁の最大の厚ささえよりも厚
いスピナー軸方向の寸法を備えるのが好ましい。
更に、周縁壁の外側への彎曲を抑える所望の作用
を与えるために環状部材はフランジ１５の内側端
部から下方に突出した位置に取付けられるのが望
ましい。ここに開示のようにスピナーを補強すれ
ばスピナー壁の彎曲が阻止され、スピナーの有用
寿命が伸長する。 この補強作用を達成する他の構造物の形は以下
に記載する他の図に開示される。 第１図に示すような装置の実施例の好適な操作
を考える前に、比較的軟質なガラスを用いるスピ
ナーを使用する代表的な先行技術の操作ではガラ
スは普通スピナーの中心区域に取付けられた、多
数の間隔をおいて配置された縦方向の列をなすガ
ラス分配オリフイスを有する分配バスケツト中に
吐出され、その結果ガラスは該バスケツトからス
ピナーの周縁壁の少くとも大部分の垂直方向の寸
法全体に送出されることをまず指摘しなければな
らない。このような先行技術の代表的操作では前
記周縁壁の上端部分と下端部分との間にはかなり
の温度差が存在する。すなわち、上端部分は周縁
壁の上端部分は細長化衝風の根源に近いという主
な理由で上端部分は下端部分より高温である。そ
の上、代表的な場合には周縁壁はその高さ全体に
亘つて同じ厚さであり、或は場合によつては底部
端の方に向うより上部端に向つてより厚くなる。
加うるに、この代表的な先行技術においてはオリ
フイスの直径がスピナーの上側の列と下側の列と
の間に若干差がある。これらの種々の因子は、例
えばチヤーペンチールおよびその協同者による米
国特許第3304164号の第３図に開示されているよ
うな「傘」繊維化と云われてきた繊維をうるため
にガラス流の射出を下方のオリフイスより上方の
オリフイスの方からより多くの割合で射出するた
めに確立されたものである。これはもし上側の列
のオリフイスと下側の列のオリフイスとの両方か
ら同じ程度にガラス流が射出される時のように繊
維が互に交さし合つて互にからみ合い融着するの
を回避する。 これら先行技術のあるものにおけるスピナーの
下端は溶融ガラスの導入およびそれを囲む細長化
衝風から生ずる加熱に加えて若干の加熱も行われ
るけれども、代表的先行技術の傘繊維化の達成に
はスピナーの上端と下端との間のようなガラス温
度に差をつけて操作することを普通必要とする。
スピナーの上端は既に述べたような因子のために
温度はより高く、スピナーの下端は若干の熱が加
えられたとしても大抵より低く、この温度差のた
めに、例えば頂部に向つて約1050℃から、底部に
向つて950℃の温度差のために、ガラスの生成粘
度は底部より頂部で低く、従つて上側の穿孔を通
つてより大きい流速すなわち引出し速度が得ら
れ、従つてガラス流はスピナーの底部におけるよ
り頂部においてより多く射出され、これにより所
望の傘繊維化が達成される。 軟質ガラスを使用する先行技術の場合には、温
度を失透温度よりかなり高めた温度でさえ（また
ガラスを上段列のオリフイスに近い高めた温度で
使用しても）その温度はスピナーの金属に重大な
不利な作用をしないから、上述の目的のためには
スピナーの上端と下端温度差に頼ることができた
のである。 上述とは逆に、硬質ガラスの場合にはスピナー
の上端と下端との間に実質上温度差があつてはス
ピナーの運転はできない。その理由はもし下端部
の温度がガラスの結晶化、従つて下段のオリフイ
スの閉塞を避けるのに充分に高い温度に定められ
ること、傘繊維化を達成するために先行技術で頻
繁に使用される温度差を確立するためにはスピナ
ーの上端近くのガラス温度をスピナーがとても高
くて侵食、磨食および／または変形するような高
い温度に高める必要がある。 これらの因子を考慮に入れて、改善された技法
は硬質ガラス組成物を使用するときに新規な仕方
で所望の傘繊維化が達成される。スピナーの上端
と下端の温度差を使用する代りに、改善された技
法はスピナーの上端および下端でほぼ同じ温度で
確定し、この温度は失透温度の上のしかしそれに
近い温度（例えば1050℃）に定められる。ガラス
の粘度は従つてスピナーの頂部および底部の列の
オリフイスで本質的に同一例えば約5000ポイズ
で、この改善された技法によれば下段列オリフイ
スからのガラス流の射出に対して所望の増大した
抵抗性が先行技術とは異つた仕方で達成される。
こうして先行技術とは異つて、この改善された技
法は第１図に明瞭に示されるように頂部端に向う
より底部端に向つてより厚くなる周縁壁を使用す
ることを意図するものである。これは底部端に向
うに従つて長さが長くなるオリフイスを生じ、こ
のことは所定のガラス粘度の場合には遠心力の作
用の下で底部端オリフイスに向うに従つてガラス
流の射出に対して大きな抵抗が与えられる。この
ようなガラス流射出のより大きくなる抵抗によ
り、スピナーの底部端に比して上部端でより多量
にガラス流が射出され、それによつて所望の傘型
繊維化（傾斜型繊維化）を生ずる。所望により、
底部列オリフイスを通るガラス流の抵抗は底部列
オリフイスの直径を小さくすることによつて更に
増大できる。 スピナーの下端部で所望の温度を得るために、
従来使用されていたより一層強い加熱をスピナー
の下端部で行うことが好ましい。こうして第１図
の加熱器２３は従来使用されていた能力の少くと
も２倍ないし３倍の能力を持つべきである。
10000Hmで60KWの加熱器が適当である。 ここに開示する好適な実施例においては、周縁
壁の頂部および底部部分の両方の区域でのガラス
温度を使用するガラス失透温度の約10℃〜約20℃
上に保つ条件を維持することが意図される。 大抵の目的に対して、スピナ周縁壁の下端部の
厚さは上端部の厚さの少くとも約3/2倍となすべ
きで、場合によつてはスピナー周縁壁の下端部の
厚さを上端部の厚さの5/2倍もの厚さとすること
が望ましい。この発明の代表的実施例ではスピナ
ーの下端部の厚さは上端部の厚さの約２倍であ
る。例えばこのような代表的スピナーではスピナ
ーの頂端部の厚さは３mmで、下端部では６mmであ
る。 以下に第１０図および第１１図について述べ
る。 上述の点について頂部に向うより底部に向つて
より厚くなるスピナー周縁壁の断面を拡大して説
明する第１０図に注意を払われたい。第１図に説
明のように、頂部から底部に向つてスピナー周縁
壁の厚さを実質上一様に厚くしていつてもよい
が、第１０図に示すような変形を使用することも
できる。この変形では、周縁壁の厚さは底部端に
向つて最も厚くなり、最も薄い部分は中央区域
で、上端部は中間の厚さである。壁厚のこのタイ
プの勾配は所望の傘型繊維化を一層正確に確立す
るのに有利に使用できる。この点に関して周縁壁
を加熱する２種の主要な熱源は頂部に向けて行わ
れる細長化衝風と底部向けの誘導加熱器２３であ
ることに留意すべきである。この結果周縁壁の中
間区域は頂端部および下端部より温度が若干低く
なり、中間区域におけるガラスの粘度は対応して
高くなろう。第１０図に示すような壁厚の変化は
ガラス流の程度および所望のガラスの射出量すな
わち頂部における最大の流れおよび射出量、中央
区域における中位の流れおよび射出量および底部
における最少の流れおよび射出量を確立するのを
助勢する。 第１図および第１０図では、壁の外側表面は円
錐形、すなわち頂部に向う方向より底部に向う方
向にわずかに直径が大きくなつているが、第１１
図に示すようにこの外側表面は第１１図に示すよ
うに円筒状であつてもよい。 以下にパラメータに関して付加的に説明する。 第２図ないし第９図に説明する他の実施態様お
よび関連する特長を記述する前に、この発明の構
造および操作上の特徴の両者の範囲を含む付加的
なパラメータを述べることが望ましい。 この発明の種々の構成要件は先行技術において
使用する程度の大きさの周縁壁の穿孔率（すなわ
ち全穿孔面積／全面積比）をもつスピナーに関し
て使用されるが、この発明で意図する若干の要件
は周縁壁の単位表面積当り増大した穿孔数をもつ
スピナーに関して有利に使用される。このような
穿孔率の増大により、スピナーのガラス引出し速
度すなわちスピナーにより繊維化されるガラスの
総量を増大することが可能である。 この件を解析するに際しては、スピナー壁の穿
孔を通るガラスの吐出速度は吐出されるガラスの
粘度により影響されることを心に留めて置かなけ
ればならない。ガラスの粘度が増大すると各孔を
通るガラスの流れを遅くするが、穿孔率を増大す
ることによりガラス粘度が高くなつてさえスピナ
ーの所定の全ガラス引出し速度を維持できる。従
つて穿孔率の増大はスピナーの全ガラス引出速度
を生ずることなく、スピナーに慣習的に使用され
てきた粘度より高粘度のガラスを使用することを
可能となす。 ガラス引出し速度は個々の穿孔の直径にも依存
するから、スピナー当りの所定のガラス引出し速
度は穿孔率が充分に増大すれば個々の穿孔の直径
は小さくしてさえ維持できる。 この発明で開示する技法は所定のスピナーの総
生産量すなわち引出し速度を増大することを意図
するものであるが、この発明はまたスピナー壁の
個々の穿孔を通るガラスの通過速度を減少しなが
ら前記総生産量の増大を達成することを意図する
ものである。このことは一部既に上述のように穿
孔率を増大することにより達成でき、また以下に
述べるある他の因子により達成でき、その結果総
生産量は増大するにも拘らず磨食およびスピナー
の劣化は減少するのである磨食はもちろん個々の
穿孔に集中して起るが、穿孔率の増大（これはス
ピナーを弱体化することが予想される）にも拘ら
ず、スピナーの生産能力および寿命は減少せず、
先行技術のものに比して若干増大もしくは延長さ
れさえするのである。 その上、個々の穿孔を通るガラス流の速度が減
少するのに伴つてスピナー周縁壁の外側表面に隣
接して噴出される細長化衝風の速度は個々の穿孔
を通るガラス流の速度がより高い場合と同じほど
大きくする必要はない。このことは２重の利点を
もつ。 まず第１に、既知のようにここに考慮するタイ
プのスピナーにより製造される繊維の長さは一般
に細長化ガスの速度に逆比例するから、上述の細
長化衝風の速度の減少はより長い繊維の製造を可
能となす。第２に細長化ガスの速度の低下はエネ
ルギー節約にもなる。 穿孔率の増大はまた所定の体積量の細長化ガス
中でもより多くの数の繊維の細長化を行うことを
可能となし、このことはエネルギー保存に対する
可能性を表わすものである。ここに開示した技法
においては細長化ガスの単位体積当りの繊維の数
が増大するにも拘らず、製造された繊維は瘤状
（ポケツト）すなわち凝塊状繊維の区域がなく、
全細長化工程中互に個々に単離されたままの状態
で製造され、従つて高品位の絶縁性をもつ繊維製
品が製造される。 大抵の目的に対しては周縁壁の穿孔部のcm²当り
少くとも15穿孔を与えるような穿孔率、例えば毎
cm²当り15〜45または50個の穿孔を与えることが意
図される。好適な値は毎cm²当り約35個の穿孔であ
る。使用する穿孔の直径は約0.8mm〜約1.2mmであ
るのが好ましい。 ある種の要件を任意の直径をもつスピナーにつ
いて使用できるが、多くの目的に対しては先行技
術で使用したスピナーに比してスピナーの直径を
大きくすることを意図するものである。こうして
先行技術による代表的スピナーの直径は約300mm
であるが、この発明によるスピナーの直径は少く
とも300mm、そして500mmもの大きさのものである
ことを意図するものである。 周縁壁が所望の垂直方向の長さをもつスピナー
についてある種の要件を使用できるが、ある種の
目的に対してはスピナーの周縁壁は先行技術のス
ピナーの２倍もの高ささえある増大した高さのも
のでもよく、スピナーの高さは例えば約40mmない
し80mm増大できる。このような高さの増大は穿孔
総数を増大するために行われ、このようにして付
与された穿孔数の増大は増大した数のガラス流す
なわち一次流が細長化ガス流中に射出され、それ
によつて更にエネルギーを保存する。 第２図ないし第９図の詳細な説明を以下に述べ
る。 さて第２図に説明した実施例について述べる。
中央のスピナー支持（取付け）軸１０が備えら
れ、その下端にハブ構造物２４が設けられて、一
般的に２５で示すスピナーを支持する。第１の実
施例ではスピナーの周縁壁に隣接して細長化衝風
を噴出するために環状衝風噴出オリフイス２１を
有する環状の室２０が設けられる。第２図のスピ
ナーの直径は第１図のスピナーの直径より若干大
きく周縁壁２６は再び下端の方へ向けて厚さが増
大している。周縁壁の下端に内向したフランジ
（補強部材）２７が設けられ、このフランジ（補
強部材）は徐々に半径方向に内側に向つて厚さが
厚くなり、その内側端部の軸方向の寸法は少くと
も周縁壁２６の平均の厚さと少くとも同じ厚さ
で、好適には周縁壁２６の最大の厚さよりも厚い
ものとし、それによつて上述のように周縁壁２６
の中央区域における彎曲に抵抗するための突張り
が与えられる。 第２図においては分配バスケツト２８はスピナ
ーの中心に取付けられ、一連の周縁の穿孔２９が
設けられる。ガラス流Ｓは第１図と同様に上方か
ら分配バスケツトに入り、分配バスケツト２８の
回転によりガラス流３０を径方向に外側に排出さ
せる。 スピナーの周縁壁内部にガラス流３０を直接吐
出する代りに、第２図の実施例では分配（供給）
バスケツトとスピナーの周縁壁との間に挿入され
たリレー装置が設けられ、環状の内側に開口した
斗３１の形をなし、スピナーの周縁壁へガラス
流３２を吐出するための間隔を置いて設けられた
リレー用穿孔を斗の底部に備える。この最初に
記載した実施例ではガラス流を吐出するオリフイ
スはスピナーの穿孔された壁の上端部区域に繊維
化されるガラスの全部を吐出するように設置さ
れ、それによつて既に記載のように下方に向つて
流れる妨害されない層流を生ずる。 第２図の実施例においては、第２図のスピナー
直径が第１図のスピナー直径より大きいにも拘ら
ず分配（供給）バスケツト２８の直径は第１図の
分配バスケツトの直径より小さいことを注意すべ
きである。問題の部分のこの割合は望ましい。こ
の理由は第１図に示すバスケツト１７の直径のよ
うな直径の分配バスケツトの場合でさえ、分配バ
スケツトからのスピナー穿孔壁への距離は吐出さ
れたガラス流の均一性をそこない、ガラス流の不
規則な波動流を生じさせ、その結果ガラス吐出流
の若干はスピナ壁の上端部より下のスピナー壁区
域に吐出されることになる。これは望ましくな
い。その理由はこの発明ではスピナー周縁壁の頂
部から下降して周縁壁の底部へ流れる所望の妨害
されない層流を生ずるように周縁壁の実質上最上
段列のオリフイスのある平面に実質上全部のガラ
スが吐出されることを意図するものだからであ
る。 第１図に示す分配バスケツトの直径より若干小
さい直径の分配バスケツト２８を使用することに
よつて、そして更に第２図に示す環状斗３１の
ようなリレー装置を使用することによつて、ガラ
ス流の吐出はスピナーオリフイスの最上段列の区
域に一層正確に行うことができる。斗３１は外
形３１ａで示すようなバスケツト支持構造によつ
てハブ構造２４の一部の上に取付けられる。この
取付部は好適には絶縁手段（例えば第７図および
第８図に示すような）を含む。 第１図と同様に、第２図の場合にもスピナー周
縁壁の上端部分および下端部分の温度を望しく同
じように保つために高周波誘導加熱器２３が使用
される。 第３図は第２図と類似の実施例を説明し、第２
図と同じく、もしくはよく似た構造部に対しては
第２図と同じ番号を第３図においても使用する。
スピナー２５および分配バスケツト２８は実際上
第２図と同じ構造をもつが、第３図の実施例では
環状の内側に開口した斗３１の代りに第３図の
実施例は前記斗３１とは異なるリレー装置３３
を備える。この装置３３はブラケツト支持材３３
ａ（第７図および第８図におけるように絶縁材を
備える）によりハブ構造上に取付けられた環状の
リングからなる。このリングは分配バスケツト２
８から吐出されたガラス流３０を受けとるための
内側に向つて開口した溝を備え、この溝の下端は
せきすなわち溢流せき３４により規定され、その
結果リレーリング３３により受留められたガラス
は溢流して遠心力によりスピナーの周縁壁の内側
に吐出される。好適にはリレーリング３３は溢流
せきがスピナー壁の最上段列のオリフイス平面に
ガラスを吐出するように位置して設けられる。 第３図の実施例の機能は、第２図の斗３１の
場合には個々のガラス流３２は斗の底部にある
オリフイスから排出されたのに対し、第３図の場
合にはガラスは個々の流れではなくて３５で示さ
れるシート様形態物を本体とするリレー装置によ
り送出される点以外は第２図と同様である。 さて第４の実施例に説明を移すと、この第４図
に示すスピナー３６は第１図、第２図および第３
図のスピナーに比して実質的に増大した縦方向の
寸法をもつ。第４図では第３図について述べたの
と類似の分配バスケツト２８を使用し、このバス
ケツトは第３図に関して述べたのと同様な構造の
環状リレー装置３３にガラス流を吐出する。しか
し第４図においてはリレー装置３３はガラスを直
接スピナーの内側に吐出しないで、スピナー内に
設けられたスピナーの上端に向けてスピナーと連
結した構造部材３８上に取付けられた環状の内側
に向つて開口した斗３７内に吐出される。 構造部材３８は一般に円筒形で、その上端はス
ピナーの頚部に固定され、下端にはスピナーの底
部の内向フランジ上に設けられた下向き端部３６
ａを受入れるための環状ソケツト３８ａを有す
る。構造部材３８または底板３８ｂとも連結す
る。連造部材３８と底板とは図示のように間隔を
おいて配置された孔を有するのが好適である。周
縁状に間隔をあけるアンカすなわちブラケツト３
９（第９図をも参照）がスピナーの周縁壁の中央
部から延び、支持構造部材３８上に設けられた周
縁上に間隔をあけるソケツト３８ｃと係合するリ
ング３９ａを取付けるのに使われる。ブラケツト
３９の周縁状の間隔は周縁壁の内側表面上のガラ
スの層流を認めうる程度に制止または外乱するの
を避けさせる。３６ａ―３８ａおよび３９ａ―３
８ｃの相互係合は支持構造部材３８とスピナーの
周縁壁との相対的垂直方向の膨張および収縮が自
在なせき構造を与える。この支持構造特に部材３
９，３９ａおよび３８ｃはスピナの周縁壁の効果
的な補強部材ともなり、それによつて遠心力の作
用下での周縁壁の外側への彎曲を抑止する。 この構造の利点は支持部材がより低い温度に保
たれる；例えばスピナー周縁壁は運転中約1050℃
の温度で、支持部材は約600℃であることができ、
従つてより剛性な状態にあることができる。 リレー斗３７および支持（取付）構造部材３
８の構造の詳細は第８図の拡大断面図に説明す
る。この図から斗の底部の各吐出孔４０は支持
構造部材３８に半径方向に向いて造られた孔４１
を通つてガラス流を流すような位置に設けられる
ことがわかる。スピナー壁の内側のまわりに所々
に設けられたブラケツト３９の空間はスピナーの
上端から下端部へのガラスの所望の層流の発達を
最少の中断により造ることを可能となす。 装置の他の部分例えばスピナーのジヤーナル固
定、細長化ガスのための環状室および環状オリフ
イスおよび加熱要素２３はすべて既述のものと同
様である。 第５図の実施例ではスピナー４２の構造は第４
図のスピナー３６と類似しているが、第５図のス
ピナーは直径がより小さく、ガラス供給のために
第５図の配列は第４図に２８で示す分配バスケツ
トの直径より若干大きい直径の分配バスケツト中
央分配バスケツト４３を備え、このバスケツトは
溢流リレーリング３３を介する代りにガラス流４
４を直接リレー斗３７中に供給する周縁孔を備
える。この実施例は支持構造部材３８、中心部が
切り取られた底板３８ｂおよび第４図について上
述したようなスピナーの周縁壁との連結部材を含
む。 第４図および第５図の配列の種々の特長が均一
な厚さの周縁壁について使用できるが、壁厚は既
述の理由により底部端に向つて増大するのが好適
である。 第６図における構造は第３図の構造と同様に説
明でき、スピナー２５は第３図のスピナーと同じ
である。その上、分配バスケツト２８も第３図の
ものと同じであるが、第６図では溢流リレーリン
グ４５が用いられ、この実施例のこのリング（第
７図をも参照されたい）は第３図におけるように
ハブ構造上に取付けられるのではなく、スピナー
壁自体の一部上に直接取付けられる。 第７図および第８図による詳細図では両者の場
合にリレー装置（第８図では３７、第７図では４
５）は絶縁材４６の挿入層を備え、この絶縁材４
６はリレー装置からスピナーへの熱移動を減少さ
せ、第４図、第５図および第８図の実施例では支
持構造部材３８への熱移動を減少されるために設
けられる。 以下にガラス組成物について記述する。 この発明の高度に望ましい特長はその構造およ
び操作上の要件が広範囲のガラス組成物について
使用できることである。 こうして、種々の構造上の、および操作上の要
件を独立に或は「軟質」ガラスを含む多くの既知
の細長化ガラス組成物と組合わせて使用できる。
加うるに、個々の特長構成およびそれらの組合わ
せは一次ガラス流を細長化衝風中に射出するため
の遠心スピナーを使用する先行技術の繊維化操作
において従来使用されなかつたある種のガラス組
成物についても使用できる。事実ここに開示した
スピナーおよび技法を使用すれば種々の理由か
ら、特に比較的高いスピナー温度を使用すること
を必要とする比較的高い失透温度のために先行技
術のスピナー装置で使用することは実用的でなか
つたガラス組成物を容易に使用できる。もしこの
ような高スピナー温度を先行技術のスピナーで使
用すればスピナーの劣化（スピナーの磨食およ
び／または外側への彎曲）を生じ、その結果スピ
ナーは実用的な、すなわち工業的な寿命をもたな
くなる。事実この発明の技法で使用することを意
図するガラス組成物のあるものの場合には先行技
術のスピナーを使用しては事実上繊維化できな
い。 更に、ここに開示した改善された技法において
使用するのに特に適した望ましい温度および粘度
特性をもつ従来既知でさえなかつたある種のガラ
ス組成物を使用することをこの発明では使用する
ことを意図するものであり、これらの新規のガラ
ス組成物はスピナー技法による繊維化に使用する
ガラス組成物の処方中に個々に或は組合わされて
普通使用されてきたフツ素、ホウ素およびバリウ
ムのうちフツ素化合物を含まないこと、およびホ
ウ素化合物またはバリウム化合物の一方を含まな
いか或は両者共に実質上含まない点でまた有利で
ある。その結果これらの特別のガラス組成物は経
済的で環境汚染問題を起さないから特に有利であ
る。ここに述べる比較的高融点および失透温度を
もつ新規な組成物により、改善された温度抵抗特
性をもつ繊維が製造される。こうして、このよう
な新規ガラス組成物から造られた熱絶縁性製品
は、種々の既知の「軟質」ガラスでできた繊維か
ら造られた絶縁製品の場合の約400℃の温度に比
して、約450℃〜500℃のような高温度で使用され
る用途にも安全に使用できる。 ここに開示する改善された技法で意図する好適
なガラス組成は上述した種々の特長により特徴付
けられるだけでなく、望ましくは以下に掲げる例
および範囲と一致する組成をもつ。このようなガ
ラス組成物を同定する前に、慣用の先行技術の条
件下では繊維化の操作温度でのガラスの粘度は
1000センチポイズ程度のものであつた。こうして
できるだけ低い失透温度が探究され、このような
低い温度はフツ素化合物の添加により、またはホ
ウ素またはバリウム化合物さえもの添加により達
成される。これとは異つて、ここに開示の新規な
ガラス組成物を使用する改善された技法ではスピ
ナーの操作温度では5000ポイズ程度の粘度をも
ち、1030℃〜1050℃のスピナー温度すなわち液相
線のわずかに上の温度が使用される。 ここに開示する装置および技法を使用する種々
のガラス組成物に関して、従来既知で且つ使用さ
れた種々のガラス組成物を使用できることを再び
留意されたい。しかし特に望ましい結果は従来既
知でなく、従来使用されておらず、または従来技
術によるスピナー技法を使用するにはよく適合し
ないある種の組成物を使用するときに得られる。
下記の第１表に上述の範囲に入る８種の異種の組
成物の組成を掲げる。少量の未確認不純物以外は
数値はいずれも重量部である。この第１表はこれ
らの８種の組成物の主要な特性をも掲げる。

【表】 上述の数種の成分の％に関して、第１表は実際
のサンプルガラスの分析からの数値を表わすもの
であるが、バツチ成分の化学組成の変化、ガラス
融解中での蒸発から生ずる変化および重量値お
よび化学分析値を測定できる精度のために、各成
分に±５％までの若干の範囲を与え、しかも第２
表のＣ欄に述べた全範囲内にあるようにするのが
適当である。 組成物０はある種の既知のスピナー技法で繊維
化できようが、既知の技法によるこの組成物の生
産速度すなわち引出し速度は許容できないほどに
低いだろうから、上述のような組成物の繊維化操
作は工業的見地からは経済的に実施不能である。
しかしこの発明の技法によれば組成物０も経済的
に使用できる。 その他のガラス組成物は既知の遠心スピナー技
法によつては工業的基準で繊維化できない。これ
に反して、これらの他の組成物はここに開示する
改善された技法に使用するのに特に適する。例え
ば組成物５、６および７のようなこれらの組成物
のあるものは従来未知であり、これらのうちで組
成物６が好適である。 ここに開示した技法および装置は極めて広範囲
のガラス組成物、例えば第２表のＡ欄に示すよう
なガラス組成物を用いて使用できる。

【表】 欄Ａの範囲内で、一方では粘度、そして他方で
は失透温度、耐水性との釣合いのとれた組成物を
使用するのが好適であり、前記釣合いは先行技術
により処方されたガラスを使う場合には特に困難
である。第２表の欄ＢおよびＣはマンガンを含有
するガラス組成物に対する範囲を掲げ、またこれ
らは上述の釣合いがとれるように組成されてい
る。 欄Ｂのガラスは少量のホウ素を含有し、そのほ
か同じように少量のバリウムを含有する。 これに対して、欄Ｃのガラス、例えば第１表の
５、６および７のようなガラスは新規な組成物で
ある。これらはマンガンおよび鉄を含む組成物
で、それらからはバリウムおよびホウ素は意識的
に添加されない。しかし若干のこん跡量は存在し
てしてもよい。 以下にスピナー合金について述べる。 約1150℃以上の温度で1000ポイズ程度の粘度を
もち、1030℃程度の失透温度をもつ最硬質ガラス
の若干を使用する場合には、所要の温度に耐える
ことができる特殊の組成の合金でできたスピナー
を使用することをこの発明では使用する。更に、
もしこの合金を軟質ガラスの場合に使用すると、
スピナーの寿命は増大する。このような合金は下
記のような組成をもつ。ここに部とは重量部であ
る。 第 ３ 表 元 素 範囲（部） Ｃ 0.65〜0.83 Cr 27.5〜31 Ｗ ６〜7.8 Fe ７〜10 Si 0.7〜1.2 Mn 0.6〜0.9 Co ０〜0.2 Ｐ ０〜0.03 Ｓ ０〜0.02 Ni（残部）〜 59〜50 この種の合金は例えば直径が少くとも400mmの
ような大きな直径のスピナーの場合に特に望まし
い。 いわゆる硬質ガラスの繊維化のほかに、上述の
スピナー合金の使用は硬質および軟質両種のガラ
スを含めた広範囲の組成のガラスの繊維化を可能
となし、後者（軟質ガラス）の場合にはこのスピ
ナー合金を使用すればスピナーの寿命が増大され
る。こうして上記新規合金で造つたスピナーは下
記第４表に示す範囲内の組成をもつガラスについ
て使用できる。 第 ４ 表 元 素 範囲（重量部） SiO₂ 59〜67 Al₂O₃ ３〜８ Na₂O 12.5〜18 K₂O ０〜３ R₂O＝Na₂O＋K₂O 15〜18 CaO 4.5〜９ MgO ０〜４ MgO／CaO ０〜0.75 MnO ０〜４ BaO ０〜５ Fe₂O₃ 0.1〜５ B₂O₃ ０〜５ その他 １ その他の中のSO₃ 0.6

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の好適な実施例により構成さ
れるスピナーを備え、該スピナーの周縁壁に隣接
して下方に向けて噴出される環状細長化衝風を噴
出するための衝風発生器を備えた繊維化装置の部
分破断垂直断面図、第１ａ図は第１図の繊維化装
置にも配置できる他の実施例の分配オリフイスの
拡大立面図、第２図、第３図、第４図、第５図お
よび第６図は第１図と同様な部分垂直断面図で、
各々スピナーおよびスピナー内のガラス供給機構
のそれぞれ異なつた実施例を説明する図、第７図
は第６図に示すようなスピナー内の別の形のガラ
ス供給装置（リレー装置）の部分拡大断面図、第
８図は第４図および第５図に示すガラス供給装置
のリレー装置を説明する拡大破断断面図、第９図
は第４図および第５図のスピナーの補強構造の破
断透視図、第１０図および第１１図はスピナー周
縁壁のそれぞれ異る形の破断断面図である。 図中：１０…スピナー支持軸（軸）、１１…ハ
ブ、１２…スピナー、１３…周縁壁、１４…頚
部、１５…フランジ（部材）、１６…環状部材
（補強材）、１７，１７ｂ…分配バスケツト（供給
バスケツト）、１７ａ…腕木、１８，１８ａ…
（分配）オリフイス、１９…ガラス流、Ｓ…ガラ
ス流、２０…室、２１…（衝風）噴出オリフイ
ス、２３…加熱器、２４…ハブ、２５…スピナ
ー、２６…周縁壁、２７…フランジ、２８…分配
バスケツト、２９…穿孔、３０…ガラス流、３１
…斗、３１ａ…外形、３２…ガラス流、３３…
リレーリング（リレー装置）、３４…溢流せき、
３３ａ…ブラケツト支持材、３５…リレー装置、
３６…スピナー、３７……斗（リレー斗）、
３８…構造部材、３８ａ…ソケツト、３８ｂ…底
板、３９…ブラケツト、４０…吐出口、４１…
孔、４２…スピナー、４３…分配バスケツト、４
４…ガラス流、４５…リレー装置、４６…絶縁
材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 延伸用ガスの環状流の内側の軸のまわりに回
   転可能に設置され、かつ溶融ガラスの糸を射出す
   るためのオリフイスを備えた周縁壁を有する、ガ
   ラス繊維製造用中空遠心スピナーにおいて、環状
   補強部材１６が遠心スピナー１２の周縁壁１３の
   下端に結合し、該補強部材は周縁壁１３の下端よ
   りも半径方向に内側にずれて取付けられ、周縁壁
   １３の壁厚よりも厚い遠心スピナーに平行な壁厚
   をもつことを特徴とする、ガラス繊維製造用中空
   遠心スピナー。