JP2796757B2 - ガラス繊維の製造方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は遠心法によるガラス繊維の製造方法と製造装
置とに関するものである。

従来の技術 遠心法によるガラス繊維の製造方法と製造装置として
は、第５図に示すごときものが周知である。

すなわち駆動装置Ｈにより高速回転する中空円筒状の
回転体Ａに、ガラス溶融炉Ｉの前炉ＪのノズルＫから溶
融ガラスＢを連続供給し、回転体Ａの周壁部Ｃの細孔Ｄ
から遠心力の作用で小円錐形状に吐出させ、その先端に
形成された一次線条を、延伸バーナーＥの火口Ｆから噴
出する火炎流Ｇ中に進入させ、火炎流によって二次繊維
に細繊化している。

この手段で高断熱性の繊維径の細いガラス繊維を製造
する手段としては、ガラスの種類を同一とした場合に
は、第１に、前記火炎流Ｇの流速を増大させる手段があ
るが、この手段では延伸がバーナーＥの燃焼量を増大さ
せることとなり、火口Ｆの火炎温度が上昇し過ぎ、一次
線条が球状や鉤状の非繊維化物とされる量が増大し綿質
が悪化する。

この現象を避けるため、米国特許第3785791号明細書
に示されるごとく、燃焼空気量を多くする手段も採用さ
れているが、空燃比がある数値を超えると不安定な燃焼
となり、未燃焼料の発生、振動燃焼等が発生し、火炎温
度のむらが大となり、均一径の二次繊維を製造し得なく
なる欠点が生じている。

第２の手段としては、前記周壁部Ｃの細孔Ｄの径と小
とし、一次線条の径を小とすることにより、得られる二
次繊維を細くする手段があるが、細孔Ｄを小径とする
と、溶融ガラスが流出しにくくなるため、（ａ）溶融ガ
ラスの供給量を減少させるとか、（ｂ）回転体Ａの回転
数を増加させるとか、（ｃ）回転体Ａ内の溶融ガラスの
温度を高くして粘度を低くする等の手段を付加する必要
が生じ、（ａ）の手段では生産量の減少を生じ、（ｂ）
および（ｃ）の手段では回転体Ａの耐用時間が大幅に短
縮され、いずれも好ましいものではない。

第３の手段として、回転体Ａの周壁部Ｃの細孔Ｄの１
個当りの単位時間当りの溶融ガラスの流出量（一錘量）
を下げることにより、得られる二次繊維を細くする手段
が考えられるが、これは得られる二次繊維の生産量の減
少となる。この減産を避ける手段として、周壁部Ｃの高
さを高くして細孔Ｄの数を増加させる手段の採用が考え
られるが、周壁部Ｃの高さが高くなると、周壁部Ｃの下
端付近が延伸バーナーの火口Ｆから遠くなり、火炎流Ｇ
による二次延伸が不足し、該下端付近での二次繊維の形
成が困難となるため、周壁部Ｃの高さには限界がある。

また前述の一錘量を下げると、一次線条は火炎流Ｇの
温度の影響を敏感に受けるようになり、温度が高いと一
次線条が球状や鉤状の非繊維化物になり易いし、二次繊
維同士の粘着も生じやすく、綿質が低下するので、通常
より低い火炎流温度が必要となるが、既述のごとく火炎
温度を下げることには限界が存し、一錘量を下げた場合
は、延伸バーナーＥの燃料燃焼量を下げ、熱エネルギー
を下げて対処する必要が生じ、火炎流Ｇの到達距離はよ
り短くなるため周壁部Ｃの高さには、この面からも制限
が生じ、大幅の減産を招く問題が存する。

またガラス繊維の品種が多く、繊維径の太細多種のも
のを生産する必要があるが、従来の方法，装置では、同
一装置で多種のガラス繊維を紡糸することは、既述のご
とく減産、熱エネルギーの増大，品質の悪化等を招き好
ましい手段ではない。

勿論各品種のガラス繊維ごとに専用製造ラインを設け
ることは生産コストの上昇につながり好ましい手段では
無い。

発明が解決しようとする課題 前述の従来技術の現状に鑑み、本発明は、延伸バーナ
ーで生成された火炎流の温度を、未燃燃料の発生とか振
動燃焼等を伴なうことなく所定温度まで低下させ、しか
も火炎流の流速を増大させることができ、従って、回転
体の周壁部の高さを高くし、周壁部の細孔１個当りの溶
融ガラスの流出量、所謂一錘量を下げても、回転体の周
壁部の高さ方向の全域に亘り、溶融ガラスの一次線条の
熱破壊を伴なわずに良好な二次繊維化を行なうことがで
き、高品質の細いガラス繊維を増産できると共に、延伸
バーナーにおける燃料燃焼量の増大を伴なわず、紡糸エ
ネルギーの削減も可能なガラス繊維の製造方法と製造装
置とを提供することを課題としている。

課題を解決するための手段 前述の課題を解決するため、特許請求の範囲第１項の
発明では、遠心法によるガラス繊維の製造方法におい
て、延伸バーナーの火口フレームの内部直近位置から、
バーナーの吐出口の喉部に向けて吐出口からの火炎流の
吐出方向に対し鋭角方向から、該火炎流たる燃焼排ガス
の温度を下げうる熱量と、その流速を上昇させうる運動
エネルギーとを有する圧縮気体を噴出させ、喉部入口部
分で、燃焼排ガスと混合させて燃焼排ガスの温度を下
げ、かつ流速を上昇させ、この混合ガスを、バーナー吐
出口から、前記周壁部外周面母線方向と略平行方向に噴
出させ、前記一次線条を二次繊維に細繊化する方法を採
っている。

また特許請求の範囲第２項の発明では、遠心式のガラ
ス繊維製造装置において、延伸バーナーの内部における
火口フレームの上部に吐出口の喉部入口に向って開口さ
れ、延伸バーナーの火炎流たる燃焼排ガスの温度を下
げ、流速を上昇させるための圧縮気体供給源に連通され
た圧縮気体噴出用の多数のオリフィスが配置されている
という構成とし、さらに、オリフィスの圧縮気体の噴出
方向が延伸バーナーの吐出口からの燃焼排ガスの噴出方
向に対し鋭角をなす方向とされているという具体的構成
および圧縮気体噴出用の多数のオリフィスが、延伸バー
ナーの火口フレームに設けられているという具体的構成
ならびに圧縮気体噴出用の多数のオリフィスが延伸バー
ナー内部における火口フレームの上部に配置された圧縮
気体チャンバーに形成されているという具体的構成とし
ている。

作用 本発明に係る方法，装置は、前述の構成とされてお
り、延伸バーナーで所要量の燃料が燃焼され、その燃焼
排ガスがバーナー吐出口から噴出するとき、該吐出口の
喉部に向けて、火口フレームの内部直近位置の多数のオ
リフィスから圧縮気体が噴出されるが、その圧縮気体の
噴出方向が、吐出口からの前記燃焼排ガスの噴出方向に
対して鋭角をなす方向とされており、しかも圧縮気体は
吐出口の喉部に向うので、喉部入口部分で燃焼排ガスと
噴出された圧縮気体とが混合する。この混合は吐出口の
喉部入口部分で行なわれるので延伸バーナー内部での燃
料の燃焼には関与せず、燃焼状態を変化させることは無
い。

燃焼排ガスは、該ガスの温度を下げうる熱量の圧縮気
体の混合により温度を下げられると共に、圧縮気体の噴
出方向が燃焼排ガスの噴出方向に対して鋭角をなす方向
であることにより、圧縮気体の有する運動エネルギーを
噴出方向に付加され、その結果として、延伸バーナーで
生成され、吐出口に到達した燃焼排ガスより低温で、し
かも更に強力な噴射圧力を持った火炎流として、回転体
の周壁部外周面に沿い略平行方向に噴出される。

このため回転体の周壁部の高さを従来のものより高く
し、これに従来のものより溶融ガラスの一錘量が少ない
細孔を形成しても、火炎流は周壁部の下端まで十分な熱
量と流速を以って到達することができ、しかも火炎流温
度が圧縮気体の付加によって低温されているので、溶融
ガラスの一錘量の減少により一次線条が従来のものより
細径であっても該一次線条の破壊を生ずることが無く、
また周壁部の高さの増加による細孔数の増加により、生
産される二次繊維の総量の減少も生じないし、圧縮気体
の付加によって火炎流の噴出圧を高めているので燃料消
費量の増大も伴なうことが無い。

また、圧縮気体の噴出量，噴出圧、該気体の有する熱
量等の選択，調整により、単一装置での多種のガラス繊
維の製造に対応することが可能となる。

実施例 第１図および第２図は、特許請求の範囲第２項，第３
項および第４項の発明に係る装置の実施の一例を示して
おり、第３図は、特許請求の範囲第５項の発明の実施の
一例を示しているが、これらの装置の構成について説明
したうえで、特許請求の範囲第１項の発明に係る方法の
構成について説明する。

第１図および第２図において、ガラス溶融炉１の前炉
２の溶融ガラス吐出ノズル３の直下に、中空円筒状の回
転体４が駆動装置５に結合されて配設されている。

駆動装置５は、図示を省略したフレームに支持され、
ベルト６で回転される回転軸７よりなり、回転軸７の下
端に前記回転体４が固着されている。

回転体４は、周壁部８の全周に多数の細孔９が穿設さ
れており、溶融ガラス吐出ノズル３から吐出され、流下
した溶融ガラス10を底壁11に受け、駆動装置５による高
速回転により、周壁部８の周面に沿って立ち上がった溶
融ガラス12を細孔９から小円錐状に遠心力の作用で噴出
させ、更に遠心力の作用で、一次線条として半径方向外
方へ延伸させつつ進出させる。

回転体４の上方には、回転体４の外周域を囲んで延伸
バーナー13が配置されており、その吐出口14が周壁部８
の外周面15の母線方向と平行方向に開口され、延伸バー
ナー13の燃焼室16で発生した燃焼排ガスが火炎流17とな
って、周壁部８の外周面15に沿って噴出される。この火
炎流17は細孔９から吐出され、遠心力の作用で一次線条
とされたガラスを二次繊維に細繊化する。

吐出口14は、外側火口フレーム18と内側火口フレーム
19とで形成されており、外側火口フレーム18の延伸バー
ナー13の燃焼室16側の上部には、多数の圧縮気体噴出用
のオリフィス20が形成されている。

このオリフィス20は、吐出口14の喉部21の入口に向っ
て開口され、その噴出方向Ｘ−Ｘは、吐出口における火
炎流17すなわち燃焼排ガスの排出方向Ｙ−Ｙに対し、鋭
角αをなす方向とされている。

前記オリフィス20は、外側火口フレーム18の内腔22に
連通され、内腔22は圧縮気体供給路23により、空気ある
いは窒素ガス，炭酸ガス等の不活性気体の圧縮気体、す
なわち前記火炎流17たる燃焼排ガスの温度を下げ、かつ
該火炎流17の流速を上昇させうる圧縮気体の圧縮供給源
に連通されている。

第１図，第２図に示す実施例では外側火口フレーム18
に、オリフィス20と、圧縮気体が供給される内腔22とが
形成されているが、第３図に示す第２の実施例では、圧
縮気体を噴出するオリフィス24が、外側火口フレーム25
の上部に配設されたガスチャンバー26に形成され、ガス
チャンバー26が圧縮気体供給路27で図示を省略した圧縮
気体供給源に連通されている点の第１の実施例と相違し
ているが、他の部分の構成は第１図，第２図に示すもの
と全く同一構成である。

なお、第１図、第２図に示す第１の実施例も、第３図
に示す実施例も共に外側火口フレーム18,25の側にのみ
オリフィス20,24が形成されているが、内側火口フレー
ム19,28側にも、同一構成のオリフィスを形成し、吐出
口の喉部の入口に、内外両側から圧縮気体を噴出するよ
うに構成してもよい。

以上説明したガラス繊維の製造装置を使用する特許請
求の範囲第１項の発明たるガラス繊維の製造方法は次の
ごとき構成である。

延伸バーナー13の燃焼室16で燃料を完全燃焼させ、高
温の燃焼排ガスを吐出口14から噴出させると共に、オリ
フィス20から空気あるいは不活性気体を圧縮して得られ
た圧縮気体、すなわち火炎流17たる燃焼排ガスの温度を
下げ、かつその流速を上昇させる圧縮気体を、吐出口14
の喉部21の入口へ向けて、吐出口14からの燃焼排ガスの
噴出方向に対し鋭角方向から噴出させ、該入口部分で燃
焼排ガスと混合させ、この混合により吐出口14から噴出
する燃焼排ガスの温度をを所定値まで低下させると共に
噴出圧力を増大させる。

温度低下させられ、かつ増速された燃焼排ガスは、火
炎流17となって、吐出口14から、回転体４の周壁部８の
外周面15の母線方向と略平行方向に噴出させられる。

この操作と同時に高速回転する回転体４内へ溶融ガラ
ス吐出ノズル３から溶融ガラス10を連続供給する。

供給された溶融ガラス10は、回転体４の周壁部８の細
孔９群から小円錐体状に吐出され、更に遠心力の作用で
一次線条に延伸されて該小円錐体の頂点から、回転体４
の半径方向外方へ進出し、前記火炎流17の中へ進み、火
炎流17によって二次繊維に細繊化され、回転体４の下方
へ飛翔し、図示を省略した捕集装置に捕集される。

既述のごとく、圧縮気体の噴出により、火炎流17の温
度は、燃焼室16内で発生させた燃焼排ガスの温度より低
下させられるので、回転体４の周壁部８の上縁に接する
火炎流17の温度を所定の低い温度に設定することが可能
となり、細孔９から吐出される溶融ガラスの量、すなわ
ち一錘量を小としても、形成される一次線条の熱破壊を
防止できる温度の維持が可能となるし、また前記圧縮気
体の噴出は、火炎流17の噴出圧力を増大させうるので、
火炎流17の熱エネルギーを失うことなく到達できる距離
が長くなり、従って、周壁部８の高さを従来より長く
し、多数の細孔９の増設が可能となるので、一錘量を小
とすることの減産を細孔９の増加でカバーされる。

特許請求の範囲第１項の発明たるガラス繊維の製造方
法は、以上説明した工程のものである。

以下、本発明の従来技術と具体的実施態様について比
較説明する。

前記第１表の数値から、本発明によると燃料消費量を
同一とすると、従来技術に比し、多量のガラス繊維を製
造でき、しかも得られた綿質が優れていることが認めら
れ、従って本発明によればエネルギー指数の大幅の減少
とガラス繊維の増産を図りうることが明らかに認められ
る。

第２表および第３表からは、ガラス繊維の一般品を本
発明と従来技術とにより等量製造した場合、本発明の場
合は燃料消費量が少なく、綿質も良好なガラス繊維が得
られることが明らかに認められ、高品質の高断熱性のガ
ラス繊維の製造においても、従来技術に比し、燃料消費
量の大幅な増加を伴なうことなく製造しうることが認め
られる。

第２表および第３表に示されるごとく良好な品質のガ
ラス繊維が得られる一因として、本発明の方法，装置で
は、既述のごとく一次線条の非繊維化という所謂繊維の
破壊が生じないのに対し、従来技術では周壁部上部およ
び下部に対し、周壁部の中部が高温であり、このため、
周壁部上部から吐出形成された一次線条が二次繊維化さ
れる帯域中を周壁部中部から吐出形成された一次線条の
先端部が横切りつつ二次繊維化されることとなり、一次
線条と二次繊維との交叉によって品質が低下するものと
考えられる。

本発明に係る方法および装置においては、圧縮気体を
噴出させる点に特徴が存し、その噴出位置，火炎流の噴
出方向に対する圧縮気体の噴出角度，噴出速度分布，気
体量，気体圧が重要な要因をなしている。

圧縮気体の噴出位置については、該気体が二次燃焼空
気ではないので、延伸バーナー内での燃料の燃焼が完了
した位置で、該バーナーの吐出口に近接し、しかも燃焼
排ガスと圧縮気体が混合したのち、整流されて吐出口か
ら火炎流となって吐出される位置であることが必要であ
り、これが、吐出口の喉部の入口部分となる。

また前記整流のためには吐出口の喉部という平行内周
面を有する部位であることが必要である。

噴出角度としては、噴出される圧縮気体のエネルギー
の有効利用と、燃焼排ガスの円滑な排出という面から、
吐出口から噴出される火炎流の中心線に対し、圧縮空気
の噴出流の中心線が角度30度から60度の傾斜角度とされ
るが、この角度は小さい程良く鈍角となると燃焼排ガス
の排出を妨げ、不安定な燃焼を生起する。なお実施例で
は角度45度に設定されている。

圧縮気体は回転体の円周方向における速度分布が均整
であることが必要であり、不均整であると延伸バーナー
の吐出口から噴出される火炎流の温度むら，速度むらが
生じ得られる二次繊維の品質が低下する。

このため、オリフィスは小径で、円周方向に密な均等
間隔で配置することが好ましく、径は1mm〜3mm、間隔は
5mm〜10mmの範囲が好ましい。

実施例では、径が2mm、間隔が6.5mmに設定されてい
る。

圧縮気体の噴出量は、回転体の直径と回転体の周壁部
の高さ、製造すべきガラス繊維の径、延伸バーナーの燃
焼排ガス量に応じて選定され、回転体の直径が大とな
り、周壁部の高さが高く、製造すべきガラス繊維が細
く、かつ延伸バーナーの燃焼排ガスの量が多い程、圧縮
気体の噴出量は多く設定される。

また圧縮気体の圧力は、延伸バーナーの内部圧力に打
ち勝つ圧力を有すればよく、実施例では供給圧力5Kg/cm
²Gの圧縮空気が使用されている。

効果 本発明に係る方法，装置は、以上説明した構成，作用
のものであって、特許請求の範囲第１項の発明によれ
ば、延伸バーナーの吐出口から噴出される火炎流の温度
を、該バーナー内での燃焼に影響を与えることなく低下
させ、かつ火炎流を増速させうるので、燃料消費の増大
なしに高品質の細いガラス繊維を増産できる効果を奏す
る。

また特許請求の範囲第２項ないし第５項の発明によれ
ば、圧縮気体は吐出口の喉部で燃焼排ガスと混合される
ので、燃焼排気ガスは低温とされ、かつ混合された燃焼
排気ガスは、吐出口を通過するときに整流されると共に
噴出速度を増加されるので回転体の周壁部の高さを増加
させてもその下端まで有効な火炎流が到達できる効果を
奏する。

また従来のものに比し、周壁部の高さを高くし、細孔
を小径として一錘量を少なくしても細い一次線条の破壊
が生ぜず、高品質のガラス繊維を減産に伴なうことなく
製造できる効果を奏する。

さらに圧縮気体の噴出によって、延伸バーナーの燃焼
排ガスの温度を低下させ、かつ圧縮気体の噴出エネルギ
ーで火炎流の噴出圧を高くしているので燃料消費量の増
大も伴なわない効果も有している。

また本発明に係る方法，装置では、圧縮気体の噴出
量，噴出圧力，該気体の有する熱量等の選択，調整によ
り、単一の方法，装置により、多種のガラス繊維を製造
できる効果も有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は特許請求の範囲第２項，第３項および第４項の
発明の実施の一例の略示縦断面図、第２図は第１図に示
すものの要部の略示拡大断面図、第３図は、特許請求の
範囲第５項の発明の実施の一例の要部の略示拡大断面
図、第４図はガラス繊維製造用ガラスの温度−粘度の関
係を示す線図、第５図は従来装置の一例の略示縦断面図
である。 1:ガラス溶融炉、3:溶融ガラス吐出ノズル、4:回転体、
5:駆動装置、8:周壁部、9:細孔、10,12:溶融ガラス、1
3:延伸バーナー、14:吐出口、15:外周面、17:火炎流、1
8:外側火口フレーム、19:内側火口フレーム、20:オリフ
ィス、21:喉部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C03B 37/00 - 37/16

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周壁部に多数の細孔が穿設されている中空
   円筒状の回転体内に溶融ガラスを供給し、該回転体の高
   速回転による遠心力の作用で、溶融ガラスを周壁部の細
   孔から小円錐形状に吐出させ、該小円錐形状の先端に形
   成される一次線条を、前記周壁部の外周域において、延
   伸バーナーから、周壁部外周面母線方向と略平行方向に
   噴出される火炎流中に進入させ、火炎流によって二次繊
   維に細繊化するガラス繊維の製造方向において、前記延
   伸バーナーの火口フレームの内部直近位置から、バーナ
   ーの吐出口の喉部に向けて吐出口からの火炎流の吐出方
   向に対し鋭角方向から、該火炎流たる燃焼排ガスの温度
   を下げうる熱量と、その流速を上昇させうる運動エネル
   ギーとを有する圧縮気体を噴出させ、喉部入口部分で、
   燃焼排ガスと混合させて燃焼排ガスの温度を下げ、かつ
   流速を上昇させ、この混合ガスを、バーナー吐出口か
   ら、前記周壁部外周面母線方向と略平行方向に噴出さ
   せ、前記一次線条を二次繊維に細繊化するガラス繊維の
   製造方法。
2. 【請求項２】原料ガラス溶融炉の溶融ガラス吐出ノズル
   の直下に、周壁部に多数の細孔が穿設されている中空円
   筒状の回転体が、回転駆動装置に結合されて配設され、
   該回転体の周壁部の外周域に、周壁部外周面母線方向と
   平行方向に開口する吐出口を有する延伸バーナーが配置
   されており、該延伸バーナーの内部における火口フレー
   ムの上部には、吐出口の喉部入口に向って開口され、延
   伸バーナーの火炎流たる燃焼排ガスの温度を下げ、流速
   を上昇させるための圧縮気体供給源に連通された圧縮気
   体噴出用の多数のオリフィスが配置されているガラス繊
   維の製造装置。
3. 【請求項３】オリフィスの圧縮気体の噴出方向が延伸バ
   ーナーの吐出口からの火炎流たる燃焼排ガスの噴出方向
   に対し鋭角をなす方向とされている特許請求の範囲第２
   項記載のガラス繊維の製造装置。
4. 【請求項４】圧縮気体噴出用の多数のオリフィスが、延
   伸バーナーの火口フレームに設けられている特許請求の
   範囲第２項または第３項記載のガラス繊維の製造装置。
5. 【請求項５】圧縮気体噴出用の多数のオリフィスが延伸
   バーナー内部における火口フレームの上部に配置された
   圧縮気体チャンバーに形成されている特許請求の範囲第
   ２項，第３項または第４項記載のガラス繊維の製造装
   置。