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WO2004101459A1 - ガラス繊維の製造方法及び製造装置 - Google Patents

ガラス繊維の製造方法及び製造装置 Download PDF

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Publication number
WO2004101459A1
WO2004101459A1 PCT/JP2004/006777 JP2004006777W WO2004101459A1 WO 2004101459 A1 WO2004101459 A1 WO 2004101459A1 JP 2004006777 W JP2004006777 W JP 2004006777W WO 2004101459 A1 WO2004101459 A1 WO 2004101459A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotating body
glass
wall
peripheral wall
molten glass
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/006777
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Keiji Otaki
Mitsuji Yoda
Yoshiyuki Harada
Original Assignee
Paramount Glass Manufacturing Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Paramount Glass Manufacturing Co., Ltd. filed Critical Paramount Glass Manufacturing Co., Ltd.
Priority to EP04732803A priority Critical patent/EP1645547A4/en
Priority to US10/556,947 priority patent/US20060242997A1/en
Priority to JP2005506236A priority patent/JPWO2004101459A1/ja
Publication of WO2004101459A1 publication Critical patent/WO2004101459A1/ja
Priority to US12/461,819 priority patent/US20090314036A1/en

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/04—Manufacture of glass fibres or filaments by using centrifugal force, e.g. spinning through radial orifices; Construction of the spinner cups therefor
    • C03B37/045—Construction of the spinner cups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/04—Manufacture of glass fibres or filaments by using centrifugal force, e.g. spinning through radial orifices; Construction of the spinner cups therefor
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/18—Formation of filaments, threads, or the like by means of rotating spinnerets

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing glass fiber by a centrifugal method and an improvement of the production apparatus.
  • Japanese Patent Publication No. 6-495888 discloses a glass fiber manufacturing apparatus having a centrifugal force injection device which is supported by a hollow shaft assembly and is arranged at a high speed and which is rotated at a high speed, and a distribution packet. It has been disclosed (see Figures 1, 3, and 4).
  • Japanese Patent Publication No. 441-12321 / 41 discloses a fiber forming method and a fiber forming device in which a centrifugal rotor is mounted on a shaft inclined downward. See figure).
  • Japanese Patent Publication No. 50-020612 discloses that a rotor whose one end is closed by a bottom or floor without a plate-shaped hole is fixed horizontally to the deflection shaft and rotates at high speed.
  • An apparatus for producing fiber is disclosed (see FIGS. 3, 4, and 5).
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 9-2955842 discloses a fiber manufacturing apparatus having a heat insulating section on the entire bottom surface of a rotating body (see FIGS. 1 and 3).
  • the continuous flow of the molten material falls along the axis of the hollow shaft, and the distribution packet is distributed. Supplied to the bottom.
  • the material is discharged by centrifugal force through a number of orifices formed at the periphery of the distribution basket to form a continuous layer of molten material on the inner peripheral wall of the centrifugal injection device.
  • the molten material is injected by the centrifugal force through the orifice of the peripheral wall as a thin stream into the thinning gas stream, and is thinned.
  • centrifugal force injection is performed after the molten material reaches the bottom of the distribution packet. Due to the large temperature drop of the material before it is ejected from the orifice at the periphery of the device, it is necessary to raise the temperature of the material. For this reason, there was a drawback that the distribution basket had to use expensive metals, such as platinum and rhodium. In addition, the flow of a large number of molten materials discharged from the distribution packet is subjected to a cooling operation that is difficult to control, and is formed as a thin flow after forming a continuous layer of the material on the inner peripheral wall of the centrifugal injection device. Therefore, there is a problem that the variation in the diameter of the fine fiber is large.
  • the centrifugal rotator is mounted on a shaft that is inclined downward, and the molten glass becomes a free-falling flow having a vertical axis and the rotation is performed. It is fed over the fiber forming orifice inside the child. Next, the molten glass is ejected from the orifice by the centrifugal force of the centrifugal rotator and is made fine.
  • This manufacturing method and apparatus have the following problems.
  • centrifugal rotor is overhanged (cantilevered) and mounted, so it has a disadvantage that it easily vibrates when the rotor rotates at high speed. By vibrating, uniform thinning is hindered, which leads to shortening of life due to deformation due to rotor vibration and shortening of life of drive system due to deformation due to rotor vibration.
  • the melted glass is supplied as a stream to a floor or a truncated cone-shaped ramp without a hole at the bottom of the rotor, After flowing to the inner peripheral wall of the rotor due to centrifugal force, it is released from the orifice with a small wall thickness whose rotation changes, and is finely divided.
  • This manufacturing apparatus has the following problems.
  • the temperature of the molten glass decreases greatly until it reaches the inner surface of the wall, so that the molten glass supplied is supplied in order to secure the necessary fiberization viscosity and prevent the orifice from being blocked by glass crystallization. It is necessary to raise the temperature of the glass. For this reason, there are various problems such as an increase in melting energy, shortening of life due to accelerated wear of the rotor, irregularity of fiber diameter due to disturbance of the discharge pattern of glass from an orifice having a small rotor wall, and an increase in the energy of fineness. . These problems are particularly prominent in glasses having a high viscosity, a high liquidus temperature, and a small difference between the fiberization temperature and the liquidus temperature, such as glass without boric acid.
  • the rotor uses expensive heat-resistant metal, and it is desirable that the rotor be as light as possible in order to reduce the manufacturing cost and from the viewpoint of high-speed rotation dynamics.
  • the thickness of the rotor ramp is different from that shown in Figs. 4 and 5 of Japanese Patent Publication No. 50-20612. It is desirable to have a structure that gradually decreases as it approaches. However, in the case of the rotor shown in FIGS. 4 and 5, when the above-described gradually decreasing structure is used, high-temperature molten glass is placed at the place where the wall thickness is reduced. Since it will fall, it is expected that the problem (1) described above will occur more remarkably.
  • a protruding upper edge portion is provided on the outer peripheral side of the plate, but no protrusion is provided on the bottom lower surface side of the spinner, and a portion of the bottom side edge having no protrusion is provided. And a gap between the upper edge of the plate and the upper edge of the plate.
  • This gap configuration structure is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-2955824, column 5, lines 19 to 20. As described, it is stated that if it is less than 1 O kg / m 3 , short fibers, which are the material of mat, may be scattered outside by centrifugal force through gaps. In the same column, lines 17 to 18 state that “the density of the mat is preferably 10 to 25 O kg / m 3 ”.
  • the mat has a disadvantage that the mat is easily scattered, and in the structure of the gap having the above configuration, even if the gap is made small so as not to be scattered, as shown in FIG.
  • the mat 40 is torn in multiple stages in the circumferential direction in some places to generate cracks 41, 41, and the mat 40, due to a number of circumferential cracks 41, 41 without heat insulation, causes mat 40 to be broken. It has the drawback of having a thermal insulation defect.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-2955824 discloses that molten glass is supplied to a spinner. No mention is made of the location. If the molten glass is hard glass and the liquidus temperature is high, even if the spinner is kept warm, if the supply position to the orifice is too far away, the temperature of the molten glass will drop, and the viscosity will decrease. As a result, the fiberization energy for heating increases, the spinner deforms, the life of the spinner shortens due to blockage of pores, and the fineness distribution (cotton) deteriorates. . The solution of the above-mentioned problems has been an issue.
  • a bottom in consideration of the above-described problems related to the conventional method for manufacturing glass fiber and the same apparatus, according to the present invention, a bottom, a peripheral wall extending upward from an outer peripheral edge of the bottom, and having a plurality of pores formed therein;
  • a glass fiber manufacturing method comprising: producing a glass fiber by using the molten glass as a filament by ejecting the molten glass through the pores by centrifugal force generated by high-speed rotation of a rotating body.
  • the molten glass is dropped from the inner surface of the peripheral wall at a position at least 10 mm or more from the inner edge of the annular flange, at a distance of 75 mm or less from the inner surface, and at a position where the bottom wall is thick.
  • a method for producing glass fiber is provided.
  • the bottom of the rotating body comprises a flat disk-shaped bottom wall, and an inclined wall disposed around the peripheral wall and inclined upward and outward.
  • the thickness of the inclined wall is It is the thickest at the connection with the bottom wall and gradually decreases toward the peripheral wall.
  • the bottom of the rotating body is kept warm from near the falling position of the molten glass to near the peripheral wall.
  • a glass fiber manufacturing apparatus including a rotating body capable of rotating at high speed around a vertical rotation axis,
  • the rotating body has a bottomed hollow cylindrical shape, and includes a bottom, a peripheral wall extending above an outer peripheral edge of the bottom, and an annular flange extending inward from an upper end of the peripheral wall.
  • a bottomed hollow cylindrical shape and includes a bottom, a peripheral wall extending above an outer peripheral edge of the bottom, and an annular flange extending inward from an upper end of the peripheral wall.
  • the bottom is supplied with molten glass
  • the peripheral wall has a large number of fine pores formed by blowing molten glass into filaments.
  • the thickness of the inclined wall is the thickest at a connection portion with the bottom wall, and gradually decreases toward the peripheral wall,
  • the glass is characterized in that the molten glass is dropped from the inner surface of the peripheral wall by at least lOmni or more than the inner edge of the annular flange from the inner surface of the peripheral wall, and is separated by 75 mm or less from the inner surface.
  • a fiber manufacturing device is provided.
  • the glass fiber manufacturing apparatus further includes a drawing burner, wherein the drawing burner is disposed on an outer periphery of the rotating body, and the drawing burner is opened in parallel with a generatrix on an outer surface of the peripheral wall. A flame having a discharge port is sprayed onto the filament ejected from the pores to generate a fine filament.
  • annular projection extending downward is formed on the outer periphery of the inclined wall of the rotating body, and a heat retaining dish is provided below a bottom of the rotating body, and the heat retaining dish has an annular concave.
  • the gap between the annular projection of the inclined wall and the annular projection of the heat retaining dish is 0.5 to 1.0 mm.
  • FIG. 1 is a schematic vertical sectional view showing a glass fiber manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partially enlarged longitudinal sectional view of the rotating body of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic vertical sectional view showing a glass fiber manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention. '
  • FIG. 4 is a partially enlarged longitudinal sectional view of the rotating body of the second embodiment.
  • FIG. 5 is a graph showing glass viscosity versus glass temperature curve of hard glass and standard glass.
  • Figure 6 shows the case where the temperature drop of the flowing glass from the drop point to the pores is small (fibrous
  • FIG. 3 is a fiber diameter distribution diagram showing the variation in fiber diameter of glass fibers when the temperature drop is large (when the fiber quality is poor) and when the temperature drop is large (when the fiber quality is poor).
  • Fig. 7 shows the relationship between the drop position of the molten glass (distance from the inner surface of the surrounding wall), the fibrous material, the required fuel gas amount, and the life of the rotating body.
  • FIG. 8 is a schematic vertical sectional view showing a glass fiber manufacturing apparatus according to a conventional technique.
  • FIG. 9 is a plan view showing a state of occurrence of tearing due to high-speed rotation of a heat insulating material according to a conventional technique.
  • the glass fiber manufacturing apparatus according to the first embodiment has a rotating body 4 and a drawing burner 13 arranged on the outer periphery of the rotating body 4.
  • the rotating body 4 can rotate at high speed around a vertical rotation axis 7. More specifically, the rotating shaft 7 is supported by the frame itself (not shown) at the support end 5, and is driven to rotate by a motor (not shown) via a belt 6. The rotating body 4 is fixed to the lower end of the rotating shaft 7.
  • the rotating body 4 has a bottomed hollow cylindrical shape.
  • the rotating body 4 has a bottom 11, a peripheral wall 8, and an annular flange 25.
  • the bottom portion 11 includes a flat disk-shaped bottom wall 30 and an inclined wall 29 disposed around the bottom wall 30 and inclined upward and outward.
  • the peripheral wall 8 is built upright around the inclined wall 29, and a large number of pores 9 for forming primary fibers are perforated all around.
  • the peripheral wall 8 has an inner surface 8A and an outer surface 15.
  • the annular flange 25 extends inward from the upper end of the peripheral wall 8.
  • the annular flange 25 is a member for increasing the strength of the rotating body 4 and for preventing molten glass from flying out of the rotating body due to centrifugal force.
  • the width B of the flange is determined by the diameter of the rotating body, the rotation speed, the temperature of the molten glass, and the like.
  • the width B is at least 20 mm, and preferably 25 mm or more.
  • the drawing burner 13 has a discharge port 14 opened in parallel with the generatrix of the outer surface 15 of the peripheral wall 8, and forms a secondary fiber (glass fiber) 28.
  • the rotating body 4 is disposed directly below the discharge nozzle 3 of the forehearth 2 of the glass melting furnace 1, and the molten glass 10 is dropped and supplied from the discharge nozzle 3 into the rotating body 4.
  • the rotator 4 is rotated at high speed around a vertical rotation axis 7 while being heated by a drawing burner 13, and molten glass is discharged from the pores 9 and 9 by the action of centrifugal force to form a filament (primary fiber) 27 I do.
  • the primary fibers 27 are turned into glass fibers (secondary fibers) 28 by the drawing burner 13.
  • the bottom wall 30 of the rotating body 4 is formed thick.
  • the bottom wall 30 has a uniform thickness.
  • the peripheral wall 8 is formed thin and has a uniform thickness.
  • the thickness of the inclined wall 29 is the thickest at the connection portion with the bottom wall 30, is the same as the thickness t of the bottom wall 30, gradually decreases toward the peripheral wall 8, and decreases at the connection portion with the side wall 8. Is the same as the thickness s of the peripheral wall 8.
  • the thickness k of the inclined wall 29 is s ⁇ k ⁇ t. Since the thickness of the inclined wall is reduced in this manner, the weight of the rotating body can be reduced. Further, since the wall thickness is large at the molten glass drop position 26, the deformation and wear of the bottom 11 due to the high-temperature molten glass are small, so that the life of the rotating body 4 can be prolonged.
  • the thickness of the bottom wall 30 is 12 mm, and the thickness at the outer peripheral end of the inclined wall 29 is 5 mm, but the present invention is not limited to these values.
  • the drop position 26 of the molten glass 10 into the rotating body 4 is located at a distance A (mm) from the inner surface 8A of the peripheral wall 8, and the distance A is annular from the inner surface 8A. 10 mm or more larger than the distance B (mm) to the inner edge 31 of the flange 25.
  • the distance A is 75 mm or less. In other words, (B + 10) mm ⁇ A ⁇ 75 mm, for example, 35 mm.
  • the molten glass 10 may touch the inner edge 31 of the flange, and the molten glass 10 may not be sufficiently supplied into the rotating body 4.
  • “fibrous” means whether or not the tactile sensation is good. Cotton). If the diameters of the obtained glass fibers are uniform, the fiber quality is good (see FIG. 6).
  • FIG. 7 shows the amount of fuel gas used (m3 / Hr), the life of the rotating body (Hr), and the fiber quality (poor quality) on the vertical axis, and the drop distance Amm of the molten glass on the horizontal axis.
  • the life of the rotating body also depends on the distance A from the inner surface of the surrounding wall. If the distance A is too small, the glass temperature will be high, and the high temperature will cause deformation of the rotating body. On the other hand, if the distance A is too large, the glass temperature will decrease and the viscosity of the glass will increase. Therefore, it seems that the pores are worn due to the high viscosity.
  • the glass temperature rises and the amount of fuel gas decreases.
  • the amount of fuel gas will increase. It is considered that the balance between the heating by the melting furnace 1 and the heating by the inner panners 22 was deteriorated.
  • the drop position 26 is located within a range of (B + 10) 1! 1111 ⁇ 8 ⁇ 7 5 111111, and substantially has a wall thickness t.
  • the rotating body 4 is heated the most, and at the falling part 26 it is worn most. Therefore, the rotating body 4 at the position 26 at which the molten glass 10 falls needs to be thick. In addition, due to the thickness, deformation of the rotating body 4 due to heat is also prevented.
  • the glass used in the present invention may be standard glass or hard glass.
  • the hard glass has a glass viscosity of 1000 vois and a glass temperature of 1250 ° C or lower, preferably a glass viscosity of 1000 vois and a glass temperature of 1200 or lower and a liquidus temperature of 1050 ° C or lower.
  • the standard glass has a glass viscosity of 1000 boys and a glass temperature of 1050. Those below ° c are preferred.
  • Fig. 5 is a diagram showing the approximate range of standard glass and hard glass using the vertical axis for glass viscosity (bois) and the horizontal axis for glass temperature (° C). As is clear from FIG. 5, the correlation between the glass viscosity and the glass temperature of the standard glass is different from the correlation between the glass viscosity and the glass temperature of the hard glass. In FIG. 5, glass (lower glass temperature and lower viscosity) located on or to the left of the curve shown is preferred.
  • glass fibers can be produced as follows. As described above, the molten glass 10 falls into the rotating body 4 at the drop position 26 where the thickness is substantially t. The dropped molten glass 10 reaches the peripheral wall 8 along the inner surface of the inclined wall 29 due to the centrifugal force generated by the high speed rotation of the rotating body 4. In this case, since the drop position 26 is located 75 mm or less from the inner surface 8A of the peripheral wall 8, the temperature of the molten glass 10 is less reduced, and therefore, the increase in the viscosity of the glass can be reduced.
  • the molten glass that has reached the peripheral wall 8 further flows upward along the inner surface 8A of the peripheral wall 8 due to the centrifugal force.
  • the flowing glass 12 is ejected from the pores 9 by the action of centrifugal force, and is further stretched outward in the radial direction by the action of centrifugal force to form primary fibers 27.
  • the combustion exhaust gas generated in the combustion chamber 16 of the stretching parner 13 is jetted along the outer peripheral surface 15 of the peripheral wall 8 through the discharge port 14 as a flame flow 1 mm.
  • the flame 17 collides with the primary fibers 27, 27, and finely divides the primary fibers 27 downward in the generatrix direction to form secondary fibers (glass fibers) 28. .
  • the discharge port 14 is formed in an annular slit shape by an outer crater frame 18 and an inner crater frame 19.
  • the internal burner 22 is a burner that heats the inside of the annular flange 25 of the rotating body 4.
  • the compressed gas discharge nozzle 23 is provided for adjusting the fiber length of the secondary fiber 28.
  • the gas discharge ring 24 is provided to adjust the cotton quality of the fiber.
  • ⁇ Second embodiment> 3 and 4 show a glass fiber manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • the bottom 11 of the rotating body 4 is covered with a heat insulating material 21A from the vicinity of the falling position 26 of the molten glass 10 to the vicinity of the peripheral wall 8 to keep the temperature.
  • the present invention is not limited to this.
  • the rotating body 4 of the second embodiment has an annular projection 8B extending downward on the outer periphery of the bottom 11.
  • the rotating body 4 of the second embodiment has a heat insulating dish 20 fixed thereto in contact with the lower surface 11B of the bottom portion 11.
  • the heat retaining dish 20 has an annular concave portion 2OA and an annular protrusion 20B at an outer peripheral end.
  • the heat insulation dish 20 can be manufactured from a known material, and preferably, the material is manufactured from heat-resistant steel such as stainless steel and Inconel.
  • the heat retaining plate 20 may be made of the same material as the rotating body 4 (for example, a Ni-based heat-resistant metal).
  • the outer surface 11B, the annular concave portion 20A, and the annular protrusion 20B form a heat retaining portion 21.
  • the heat insulating section 21 is filled with a heat insulating material (heat insulating material) 21A.
  • a heat insulating material 21A a castable refractory or an inorganic fiber heat insulating material can be used, but from the viewpoint of heat insulating property (insulation), an inorganic fiber heat insulating material is preferable.
  • a ceramic fiber molded product having a density of 300 kg / m3, a thickness of 12 mm, and a thermal conductivity of O.llkcalZmh ⁇ ° C (at 700 ° C) is used, and the molded product is placed in the heat retaining section 21. After filling, it is compressed to a thickness of 10 mm and fixed to the heat-insulating dish 20.
  • An annular protrusion 20 B is formed on the outer periphery of the upper surface of the heat retaining dish 20.
  • the annular projection 20B faces the annular projection 8B of the inclined wall 29.
  • a gap is provided between the annular projection 20B and the annular projection 8B. This is for preventing deformation of the rotating body 4 and increasing the strength of the rotating body 4. By having a gap, it is possible to absorb vibrations of the rotating body Become.
  • This gap is preferably between 0.5 and 1.0 mm. If it is less than 0.5 mm, play will be insufficient, and it will not be possible to absorb the vibration of the rotating body, etc., and the rotating body will be deformed and the strength will be insufficient. If the distance exceeds l.Omm, the heat retaining agent 21A jumps out of the gap B due to the centrifugal force caused by the high speed rotation of the rotating body 4.
  • the gap C between the annular protrusion 20 B of the heat retaining dish 20 and the annular protrusion 8 B at the lower part of the peripheral wall 8 is 0.8 mm, and the heat insulating material 2 is formed by centrifugal force caused by the high speed rotation of the rotating body 4.
  • 1A jumps out of the gap B there is no problem at all.
  • the inner surface side portion of the inclined wall 29 tends to expand more than the outer surface side portion.
  • (1) the strength of the inclined wall 29 is increased by the annular projection 8B, and (2) the strength of the rotating body 4 is increased by the presence of the heat-insulating dish 20 on the lower side.
  • Glass fibers were manufactured using the manufacturing apparatus shown in FIG. The falling position 26 of the molten glass 10 was set at 45 mm from the inner surface 8A of the peripheral wall 8 (Example 1).
  • the standard glass shown in FIG. 5 a glass containing boric acid (B203) having a viscosity of about 1000 vise at 170 ° C. or a borate-free glass
  • B203 boric acid
  • glass fibers were produced in the same manner as in Example 1 except that the drop position 26 was changed from the inner surface 8 A to 8 O mm and the hole diameter and the arrangement of the pores 9 were changed (Comparative Example 1). Table 1 shows the results.
  • Example 1 and Comparative Example 1 differ in the pore diameter and arrangement of the pores 9. The reason is to make the spinning amount the same and compare the fuel gas amount with the life of the rotating body.
  • the increase in the viscosity of the molten glass 12 is reduced. For this reason, it is possible to reduce the diameter of the fine holes 9, 9 formed in the peripheral wall 8 of the rotating body 4. Therefore, the fuel gas amount of the drawing burner 13 for forming the primary fibers 27 into the secondary fibers 28 can be reduced.
  • the standard glass has a lower fiberization temperature (the temperature of the glass whose viscosity can be reduced to 1000 Boys or less) (80 ° C to 100 ° C) as compared with the hard glass. Therefore, the life of the rotating body 4 when using the standard glass is not based on the deformation of the rotating body 4 due to contact with the high-temperature molten glass, but rather on the wear of the pores 9 and 9 due to the increase in the viscosity of the glass. Due to the increase in fiber diameter and the deterioration of fiber diameter distribution. Pore wear increases with higher glass temperature and higher (harder) glass viscosity. In the comparative example, the lower pore (large pore diameter) is located farthest from the discharge port 14 of the stretcher 13.
  • Glass fiber was produced from hard glass using the production apparatus shown in Fig. 1 (Example 2).
  • glass fibers were manufactured from the same hard glass as in Example 2 using the manufacturing apparatus shown in FIG.
  • the bottom wall 3OA of the bottom 11A of the rotating body 4A and the inclined wall 29A have the same thickness as the peripheral wall 8.
  • Figure 8 The manufacturing equipment shown does not have a thermal insulation
  • Example 2 Comparative Example 2 Inclined wall thickness (mm) 3 ⁇ 4g Large: 12 12 (uniform) Minimum: 5 Heat insulation layer Yes No 58 58 Falling position of molten glass from inner surface of rotating body
  • Example 2 the molten glass 10 was dropped at a position 58 mm from the inner surface 8A of the peripheral wall 8 of the rotating body 4. At the drop position 26, the bottom 11 was thick and the heat insulating material 21A of the heat insulating part 21 was provided. Therefore, the temperature drop of the fluidized glass 12 was small, and the viscosity of the fluidized glass could be kept low.
  • primary fibers 27 can be produced from a large number of pores 9, 9 having smaller pore diameters than Comparative Example 2, and secondary fibers (glass fibers) having the same fiber diameter can be produced with less fuel gas (stretched burner). The fuel gas for 13) could be spun by the amount.
  • Example 2 since the apparatus of Example 2 was provided with the heat retaining section 21, the temperature balance of the peripheral wall 8 of the rotating body 4 was improved, and in particular, the temperature of the lower portion of the peripheral wall 8 was maintained at 106 ° C. . Accordingly, the pores 9 can be maintained for a long time without causing clogging of the pores 9 due to devitrification (crystallization) at the lower portion of the peripheral wall 8, and the long life of the rotating body 4 has been enabled.
  • the falling position of the molten glass is set to be very close to the peripheral wall (75 mm or less from the inner surface of the peripheral wall), so that the temperature drop of the flowing glass can be reduced, and thus the increase in the viscosity of the glass can be prevented. . Therefore, the fiber quality of the obtained glass fiber is improved.
  • the viscosity of the flowing glass can be prevented from increasing, the clogging of the pores can be prevented, and the life of the rotating body can be prolonged. Since the clogging of the pores can be prevented, the productivity of the glass fiber does not decrease.
  • the thickness of the inclined wall is made thinner toward the peripheral wall, the weight of the rotating body can be reduced, and the operating cost can be reduced.
  • the thickness of the inclined wall was reduced as described above. Therefore, the strength of the rotating body is maintained.
  • the distance between the annular projection on the sloping wall and the annular projection on the heat insulation dish is set to 1.0 mm or less, there will be no scattering of the insulation. Further, if the interval is 0.5 mm or more, even if the inclined wall of the rotating body is deformed, there is play, so that the rotating body is prevented from being deformed, and the strength of the rotating body is increased.

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Abstract

底部(11)と、該底部(11)の外周縁より上方に延出し多数の細孔(9)が形成されている周壁(8)と、該周壁(8)の上端より内方に延出する環状フランジ(25)とよりなる、垂直な回転軸(7)周りに高速回転可能な有底中空円筒状の回転体(4)を高速回転させ、該回転体(4)の底部(11)に、溶融ガラス(10)を落下し、回転体(4)の高速回転により生ずる遠心力により、前記細孔(9)を通して、前記溶融ガラス(10)を噴出させて、溶融ガラスをフィラメントとし、ガラス繊維を製造する、ガラス繊維製造方法において、前記周壁(8)の内面(8A)から、前記環状フランジ(25)の内縁(31)よりも少なくとも10mm以上大きく離れており、該内面(8A)から75mm以下離れており、かつ、底部(11)の壁が肉厚である位置(26)に、前記溶融ガラス(10)を落下させる。また、前記回転体(4)の底部(11)が、平円板状の底壁(30)と、該周壁(30)の周りに配置され、外方に向かって上方に傾斜する傾斜壁(29)とよりなり、該傾斜壁(29)の厚さ(k)は、前記底壁(30)との接続部分において最も厚く、周壁(8)に向かって漸減する。

Description

明 細 書 ガラス繊維の製造方法及び製造装置 発明の属する技術分野
本発明は、 遠心法によるガラス繊維の製造方法と同製造装置との改良に関する ものである。
関連する技術
遠心法によるガラス繊維の製造方法及びノ又は装置としては、 以下のものが知 られている。 例えば、 日本特公平 6— 4 9 5 8 8号公報には、 中空のシャフト組 体に支えられ、 水平に配置された高速で回転する遠心力射出装置および分配パス ケットを有するガラス繊維製造装置が開示されている （第 1図、 第 3図、 第 4図 参照)。
日本特公昭 4 4一 2 3 1 4 1号公報には、 遠心回転子が、 下向きに傾斜する軸 に取付けられて配置されている、 繊維の形成方法及び形成装置が開示されている (第 1図参照)。
日本特公昭 5 0 - 2 0 6 1 2号公報には、 台皿形状の孔のない底又は床によつ て一方の端を閉じられた回転子が、 たわみ軸に水平に固定され高速回転する繊維 製造装置が開示されている （第 3図、 第 4図、 第 5図参照）。 日本特開平 9一 2 9 5 8 2 4号公報には、 回転体の底部全面に断熱保温部を有する繊維製造装置が 開示されている （図 1、 図 3参照)。
く日本特公平 6— 4 9 5 8 8号公報 >
' 前記日本特公平 6— 4 9 5 8 8号公報に記載される熱絶縁性無機繊維形成方法 にあっては、 溶融材料の連続流は中空シャフトの軸に沿って落下し、 分配パスケ ットの底部に供給される。 前記材料は、 遠心力により分配バスケットの周縁部に 形成される多数のオリフィスを通って放出されて遠心力射出装置の周縁壁内面に 溶融材料の連続層を形成する。 次に該溶融材料は遠心力により、 周縁壁のオリフ イスを通って、 細繊化ガス流に細い流れとして射出され、 細繊化される。
この製造法では、 溶融材料が分配パスケッ卜の底部に到達してから遠心力射出 装置の周縁部のオリフィスから射出されるまでの該材料の温度降下が大きいた め、 該材料の温度を高くする必要がある。 このため分配バスケットは白金、 ロジ ゥム等の高価な金属を使用しなければならない欠点があった。 また、 分配パスケ ットから放出される多数の溶融材料の流れは制御困難な冷却作用を受けて、 遠心 力射出装置の周縁壁内面に該材料の連続層を形成後、 細い流れとして放出される ため、 細繊化された繊維径のばらつきが大きいという問題がある。 また、 遠心力 射出装置の周縁壁内面に高温、 高速の溶融材料が直接衝突するために、 周縁壁内 面の摩耗が大きく、 該射出装置の寿命が短いという問題もある。
<日本特公昭 4 4 - 2 3 1 4 1号公報 >
日本特公昭 4 4— 2 3 1 4 1号公報に開示の発明では、 遠心回転子は下向きに 傾斜する軸に取付けられて配置され、 溶融硝子は垂直軸線を有する自由落下流と なって該回転子の内部で繊維形成オリフィス上に供給される。 次に遠心回転子の 遠心力により溶融硝子をオリフィスより射出し、 細繊化する。 この製造方法及び 装置では、 次のような問題がある。
①遠心力回転子はオーバハング （片持ち） されて装架されるため、 該回転子の 高速回転時に振動し易いという欠点がある。 振動することにより、 均一な細繊化 が阻害され、 回転子の振動による変形に基づく寿命の短命化、 回転子の振動によ る変形に基づく駆動系の短命化につながる。
②高温の溶融硝子は、 自由落下速度で、 遠心回転子内部の繊維形成ォリフィス 上に落下するため、 該回転子の周壁の摩耗が大きく、 回転子の寿命が短い問題が あり、 また溶融硝子の温度変化、 従って粘度の変化が、 直接、 繊維径のばらつき になるため、 良質な繊維を製造することが困難である問題がある。
<日本特公昭 5 0— 2 0 6 1 2号公報 >
日本特公昭 5 0 - 2 0 6 1 2号公報に開示の発明では、 融解したガラスは、 流 れとなって回転子の床又は底部の孔のない台錐形状の傾斜路部分に供給され、 遠 心力により回転子の内部周辺壁に流れた後、 回転の変化する壁厚の小さいオリフ イスから放出され、 細繊化される。 この製造装置では次のような問題がある。
①融解した高温のガラスは、 回転子の床の傾斜路表面に落下し、 遠心力により 回転子の内部周辺壁まで高速度で流れるため、 該傾斜路表面が摩耗し、 その'肉厚 が減る。 摩耗は融解したガラスの落下位置が一番大きい。 その結果遠心力により 傾斜路が倒されていき、 傾斜角度が減少し、 回転子の変形となって現れ、 回転子 回転のパランスを失い、 振動発生の原因となり、 回転子の寿命の短命化、 均一な 細繊化の阻害となる問題がある。
②日本特公昭 5 0 - 2 0 6 1 2号公報開示の発明では、 回転子の壁の内部表面 から融解したガラスの落下位置までの距離 A (図 1、 図 2、 図 3参照） について 何等言及されていない。
前記距離 Aが大きい場合、 壁の内部表面に到達するまでの融解ガラスの温度降 下が大きいため、 必要な繊維化粘性の確保及びガラス結晶化によるオリフィスの 閉塞を防ぐために、 供給される融解したガラスの温度を上げる必要がある。 この ため、 融解エネルギーの上昇、 回転子の摩耗の促進による短命化、 回転子の壁の 小さなオリフィスからのガラスの放出パターンの乱れによる繊維径の不揃、 繊細 化エネルギーの増加といった諸問題がある。 これらの問題は、 例えば無硼酸ガラ スのような、 高粘度で、 かつ液相温度が高く、 繊維化温度と液相温度の差が小さ いガラスで顕著になる。
前記距離 Aが小さい場合、 供給される融解したガラスの温度変化、 従って粘度 変化が回転子の壁の温度変化に敏感に作用し、 繊維径のばらつきになるため、 良 質な繊維を製造することが困難となる。
また、 回転子は高価な耐熱金属を使用しており、 その製作コストを下げるため に、 また高速回転力学上からも出来るだけ軽量にすることが望ましい。
この解決策としては、 回転子の傾斜路の肉厚は、 日本特公昭 5 0— 2 0 6 1 2 号の第 4図、 第 5図に示すものとは異なり、 周辺壁の下部肉厚に近付くように漸 減していく構造が望ましい、 ただ第 4図、 第 5図に示す回転子にあっては、 前述 の漸減構造とする場合、 肉厚の減少した所に高温の融解したガラスが落下するこ ととなるため、 前述の①の問題点が更に顕著に発生することが予想される。
③また、 日本特公昭 5 0— 2 0 6 1 2号公報開示の発明では、 図示のごとく、 回転子の周壁の厚さを変化させているが、 回転子の切削加工上や、 オリフィスの 穿孔加工上、 加工が複雑かつ製作コストアツプになるといつた問題もある。
<日本特開平 9一 2 9 5 8 2 4号公報 > 日本特開平 9— 2 9 5 8 2 4号公報開示の発明では、 スピナ一の底部の外面に 断熱保温部を設け該断熱保温部は、 皿上の耐熱材料製プレー卜とスピナ一底部と の間に無機質短繊維マツトを充填してなる旨記述されているが、 前記マツトの充 填範囲は、 該文献の図 1にも明示する通り、 スピナ一底部全面にわたるものであ り、 適切な断熱層の範囲については、 特に考慮されていない。 該文献の図 3は単 に前記プレートの底部への取付構造の具体例を示したものであり （第 4攔最下行 〜第 5欄 9行）、 前記充填範囲を限定しているものではなく、 強度上や断熱保温 部の製造コスト等の考慮は何等示されていない問題がある。
断熱保温層の範囲が広過ぎた場合の欠点としては、
①断熱保温材の余分な充填範囲の無駄
②スピナ一の保温 （加熱） の不要な部分、 例えば底部と駆動軸 （回転軸） との 嵌合 （取付） 部などの温度が徒に上昇するため、 スピナ一の強度が低下し、 寿命 が短くなることや、 更に駆動軸などの駆動部品の温度も上昇するもので耐用年数 が短くなる
といった欠点がある。
また、 前記プレートの外周側には、 突出する上縁部が設けられているが、 スピ ナ一の底部下面側には突起が全く設けられて居らず、 底部の側縁の突起のない部 分と、 プレートの上縁部との間に隙間を設けているが、 この隙間構成構造では、 日本特開平 9—2 9 5 8 2 4号公報の第 5欄 1 9行〜 2 0行に記載する通り、 1 O kg/m3未満の場合、 隙間からマツトの素材である短繊維が遠心力で外部へ飛 散する可能性があると述べている。 また、 同欄 1 7行〜 1 8行には、 「マットの 密度としては 1 0〜2 5 O kg/m3が好ましい」 と述べているが、 本出願発明者 の知見では、 密度が 1 0 O kg/m3以下の場合、 マットが飛散しやすいという欠 点と共に、 前記構成の隙間の構造では、 該隙間を小さくして飛散しないようにし ても、 図 9に示すごとく、 遠心力の作用で、 マット 4 0が所々で円周方向に多段 状に引裂かれてクラック 4 1、 4 1を生じ、 断熱力のない数多くの円周方向の該 クラック 4 1、 4 1によりマツト 4 0が保温断熱欠陥を有するに到る欠点を有す る。
また、 日本特開平 9一 2 9 5 8 2 4号公報では溶融ガラスのスピナ一への供給 位置については何等言及していない。 溶解ガラスが硬質ガラスで、 しかも液相温 度の高い場合は、 スピナ一を保温しても、 オリフィスまでの前記供給位置が離れ 過ぎている場合は、 溶融ガラスの温度低下を来たすため、 粘度が上昇し、 そのた め、 加熱のための繊維化エネルギーの増加、 スピナ一の変形及び細孔の閉塞によ るスピナ一寿命の短命化、 繊度分布 (綿質) の悪化といつた欠点が生ずる。 前述の諸問題の解決が課題となっていた。
発 明 の 概 要
前記従来のガラス繊維の製造方法及び同装置に関する諸問題に鑑み、 本発明に よれば、 底部と、 該底部の外周縁より上方に延出し多数の細孔が形成されている 周壁と、 該周壁の上端より内方に延出する環状フランジとよりなる、 垂直な回転 軸周りに高速回転可能な有底中空円筒状の回転体を高速回転させ、
該回転体の底部に、 溶融ガラスを落下し、
回転体の高速回転により生ずる遠心力により、 前記細孔を通して、 前記溶融ガ ラスを噴出させて、 溶融ガラスをフィラメントとし、 ガラス繊維を製造する、 ガ ラス繊維製造方法において、
前記周壁の内面から、 前記環状フランジの内縁よりも少なくとも 10mm以上大 きく離れており、 該内面から 75mm以下離れており、 かつ、 底部の壁が肉厚であ る位置に、 前記溶融ガラスを落下させることを特徴とする、 ガラス繊維の製造方 法が提供される。
好ましくは、 前記回転体の底部が、 平円板状の底壁と、 該周壁の周りに配置さ れ、 外方に向かって上方に傾斜する傾斜壁とよりなり、 該傾斜壁の厚さは、 前記 底壁との接続部分において最も厚く、 周壁に向かって漸減する。
また、 好ましくは、 溶融ガラスの落下位置近傍から周壁近傍まで、 前記回転体 の底部を保温する。
また、 本発明によれば、 垂直な回転軸周りに高速回転可能な回転体を含むガラ ス繊維製造装置であって、
前記回転体が、 有底中空円筒状であって、 底部と、 該底部の外周縁より上方に 延出する周壁と、 該周壁の上端より内方に延出する環状フランジとよりなり、 前記底部が、 平円板状の底壁と、 該周壁の周りに配置され、 外方に向かって上 方に傾斜する傾斜壁とよりなり、
前記底部には、 溶融ガラスが供給され、
前記周壁には、 溶融ガラスが噴出しフィラメン卜に形成される、 多数の細孔が 形成されている、 ガラス繊維製造装置において、
前記傾斜壁の厚さは、 前記底壁との接続部分において最も厚く、 周壁に向かつ て漸減し、
溶融ガラスの回転体への落下位置が、 前記周壁の内面から、 前記環状フランジ の内縁よりも少なくとも lOmni以上大きく離れており、 かつ、 該内面から 75mm 以下離れている、 ことを特徴とする、 ガラス繊維製造装置が提供される。
好ましくは、 前記ガラス繊維製造装置が、 更に延伸バーナーを含み、 該延伸パ ーナ一は、 前記回転体の外周に配置され、 該延伸バーナーは、 前記周壁の外面の 母線と並行に開口される吐出口を有し、前記細孔から噴出されたフィラメントに、 該延伸パーナ一で発生する火炎流を吹き付け、 フィラメントを細繊化する。
好ましくは、 前記回転体の傾斜壁の外周には、 下方に延出する環状突起が形成 され、 前記回転体の底部の下には、 保温皿が配設され、 前記保温皿には、 環状凹 部と、 保存皿の周縁に環状突起とが形成されており、 前記保存皿の環状突起は、 前記底部の環状突起に対峙し、 前記環状凹部は、 前記溶融ガラスの落下位置より も内側に延び、 また前記保存皿の環状突起まで延び、 保温部を形成する。
好ましくは、 傾斜壁の環状突起と保温皿の環状突起との間隙が、 0.5〜： 1.0mm である。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の第一の実施形態によるガラス繊維製造装置を示す略示縦断面 図である。
図 2は、 第一の実施形態の回転体の部分拡大縦断面図である。
図 3は、 本発明の第二の実施形態によるガラス繊維製造装置を示す略示縦断面 図である。 '
図 4は、 第二の実施形態の回転体の部分拡大縦断面図である。
図 5は、 硬質ガラス、 標準ガラスの、 ガラス粘度一ガラス温度曲線図である。 図 6は、 落下地点から細孔までの流動ガラスの温度低下が小さい場合 （繊維質 が良い場合） と温度低下が大きい場合 （繊維質が悪い場合） とのガラス繊維の繊 維径のバラつきを示した、 繊維径分布線図である。
図 7は、 溶融ガラスの落下位置 （周壁内面からの距離） と、 繊維質、 所要燃料 ガス量およぴ回転体寿命との関係を示す。
図 8は、 従来技術によるガラス繊維製造装置を示す略示縦断面図である。 図 9は、 従来技術による、 保温材の高速回転による裂断発生状態を示す平面図 である。
好ましい実施の形態
図 1及び図 2は、 本発明の第一の実施形態によるガラス繊維製造装置を示して いる。 第一の実施形態のガラス繊維製造装置は、 回転体 4と、 該回転体 4の外周 に配置された延伸バーナー 1 3とを有する。
前記回転体 4は、 垂直な回転軸 7周りに高速回転可能である。 より詳細には、 回転軸 7は、 支持端 5において、 フレーム （図示せず） に回転自体に支持され、 ベルト 6を介して原動機 （図示せず） により回転駆動される。 回転体 4は、 前記 回転軸 7の下端に固着されている。
該回転体 4は、 有底の中空円筒形状を有する。 該回転体 4は、 底部 1 1と、 周 壁 8と、 環状フランジ 2 5とを有する。
該底部 1 1は、 平円板状の底壁 3 0と、 該底壁 3 0の周囲に配置され、 外方に 向かって上方に傾斜する傾斜壁 2 9とよりなる。
前記周壁 8は、 該傾斜壁 2 9の周囲に立上り建設されており、 一次繊維作成の ための多数の細孔 9が全周に穿設されている。 前記周壁 8は、 内面 8 Aと外面 1 5とを有す。
前記環状フランジ 2 5は、 該周壁 8の上端より内方に延出する。 環状フランジ 2 5は、 回転体 4の強度を増強するため、 及び遠心力により溶融ガラスが回転体 から飛出さない為の部材である。該フランジの幅 Bは、回転体の直径、回転速度、 溶融ガラスの温度等により決定されるが、 幅 Bは少なくとも 2 0 mm、 好ましく は 2 5 mm以上である。
前記延伸バーナー 1 3は、 周壁 8の外面 1 5の母線と平行に開口される吐出口 1 4を有し、 二次繊維 （ガラス繊維） 2 8を作成する。 前記回転体 4は、 ガラス溶融炉 1の前炉 2の吐出ノズル 3の直下に配置されて おり、 吐出ノズル 3から溶融ガラス 1 0が、 該回転体 4内に落下供給される。 該 回転体 4を延伸バーナー 1 3で加熱しつつ垂直な回転軸 7周りに高速回転させ、 前記細孔 9、 9から遠心力の作用で溶融ガラスを吐出させフィラメント （一次繊 維） 2 7とする。前記延伸バーナー 1 3により、該一次繊維 2 7をガラス繊維（二 次繊維） 2 8とする。
<傾斜壁 2 9の厚さ >
本発明においては、 前記回転体 4の底壁 3 0を厚く形成する。 底壁 3 0は、 均 一厚である。 一方、 周壁 8は薄く形成し、 均一厚である。
前記傾斜壁 2 9の厚さ は、 底壁 3 0との接続部分において最も厚く、 底壁 3 0の厚さ tと同じであり、 周壁 8に向かって漸減し、 側壁 8との接続部分におい ては周壁 8の厚さ sと同じである。 換言すれば、 傾斜壁 2 9の厚さ kは、 s≤k ≤ tである。 このように傾斜壁の厚さを薄くしたので、 回転体の軽量化が図られ る。 また、 溶融ガラスの落下位置 2 6では壁厚が厚いので、 高温の溶融ガラスに よる底部 1 1の変形、 摩耗が小さく、 従って、 回転体 4の寿命を長くすることが 可能となる。 例えば、 底壁 3 0の厚さは、 1 2 mmであり、 傾斜壁 2 9の外周端 における厚さは、 5 mmであるが、 本発明は、 これら数値に限定されない。
<落下位置 2 6の、 周壁内面からの距離 >
本発明においては、 溶融ガラス 1 0の回転体 4内への落下位置 2 6は、 周壁 8 の内面 8 Aからの距離 A (mm) に位置し、 該距離 Aは、 前記内面 8 Aから環状 フランジ 2 5の内縁 3 1までの距離 B (mm) よりも 10mm以上大きい。 また、 距離 Aは、 75mm以下である。 換言すれば、 （B + 1 0 ) mm≤A≤ 7 5 mmで あり、 例えば、 3 5 mmである。
( B + 1 0 ) mm未満だと、 溶融ガラス 1 0が該フランジ内縁 3 1に触れてし まい、 回転体 4内へ溶融ガラス 1 0が十分に供給されない恐れがある。
Aが 7 5 mmを越えると、 落下位置 2 6から細孔 9までの距離が大きくなつて しまい、 溶融ガラスの温度が下がってしまう。 溶融ガラスの温度が下がってしま うと、 ガラスの粘度が高くなつてしまい、 得られるガラス繊維の質が悪化してし まう。 ここで、 「繊維質」 とは、 触感が良いか否か、 風綿 （繊維長が極端に短い 綿） が多いか否か等によって決定される。 得られたガラス繊維の径が揃っていれ ば、 繊維質が良好となる （図6参照）。
図 7は、 縦軸にそれぞれ使用する燃料ガス量 （m3/Hr)、 回転体の寿命 （Hr)、 繊維質（劣一良） をとり、横軸に溶融ガラスの落下距離 Ammをとり、距離 Aと、 燃料ガス量、 回転体の寿命、 繊維質との関係を示した図である。 距離 A = 5 0〜 6 0 mmの範囲で繊維質は最も良好となり、 燃料ガス量は最も少なくてすみ、 回 転体の交換を必要とする寿命も長寿を保持されることがわかる。
図 5に示したように、 ガラスの温度と粘度とには密接な関係がある。 上述のよ うに、 ガラス温度が変化すると粘度が変化してしまい、 得られる繊維の質が悪化 してしまう。
回転体の寿命も、 周壁内面からの距離 Aによる。 距離 Aが小さすぎると、 ガラ ス温度が高く、高温によつて回転体の変形がもたらされるものと思われる。一方、 距離 Aが大きすぎると、 ガラス温度が低下し、 ガラスの粘度が大きくなつてしま う。 従って、 高い粘度によって細孔が摩耗してしまうものと思われる。
周壁内面からの距離 Aが小さくなると、 ガラス温度は上昇し、 燃料ガス量は減 少する。 しかしながら、 ガラス温度が髙すぎる （距離 Aが小さすぎる） と、 燃料 ガス量は増加する。 溶融炉 1による加熱と内部パーナ一 2 2による加熱とのバラ ンスが悪くなるためと思われる。
く落下位置 2 6における、 底部の壁厚 >
前記落下位置 2 6は、 （B + 1 0 ) 1!1111≤八≤7 5 111111の範囲内で、 実質的に 肉厚 tを有する位置にある。 溶融ガラス 1 0が落下する部分 2 6において、 回転 体 4は最も加熱され、 落下部分 2 6において最も摩耗する。 従って、 溶融ガラス 1 0が落下する位置 2 6における回転体 4は、 肉厚であることが必要である。 ま た、 肉厚であることにより、 熱による回転体 4の変形も防止される。
<原料ガラス >
本発明に用いるガラスは、 標準ガラスであってもよく、 硬質ガラスであっても 良い。 硬質ガラスは、 ガラス粘度 1000ボイズでガラス温度 1250°C以下のもの、 好 ましくはガラス粘度 1000ボイズでガラス温度 1200 以下であり液相温度 1050°C以 下のものである。 一方、 標準ガラスは、 ガラス粘度 1000ボイズでガラス温度 1050 °c以下のものが好ましい。
図 5は、 縦軸にガラス粘度 （ボイズ） をとり、 横軸にガラス温度 （°C) をとつ て標準ガラスと硬質ガラスとの大略の範囲を示した線図である。 図 5より明らか なように、 標準ガラスの、 ガラス粘度とガラス温度との相関関係と、 硬質ガラス の、 ガラス粘度とガラス温度との相関関係とは異なる。 図 5において、 図示の曲 線上又はその左側に位置するガラス （ガラス温度が低く、 粘度も低い） が好まし い。
<ガラス繊維の製造方法 >
図 1及び図 2に示された装置を用いて、 以下のようにしてガラス繊維を製造す ることができる。 上述のように、 溶融ガラス 1 0は、 実質的に厚さ tである落下 位置 2 6で回転体 4内に落下する。 回転体 4の高速回転により生ずる遠心力によ つて、 落下した溶融ガラス 1 0は、 傾斜壁 2 9の内面に沿って周壁 8に達する。 この場合において、 落下位置 2 6が周壁 8の内面 8 Aから 75mm以下に位置する ので、 溶融ガラス 1 0の温度低下が少なく、 従って、 ガラスの粘度の上昇を少な くすることができる。
周壁 8に達した溶融ガラスは、 前記遠心力によって、 更に周壁 8の内面 8 Aに 沿って上方に流動する。 この流動ガラス 1 2は、 細孔 9から、 遠心力の作用で噴 出され、 更に遠心力の作用で半径方向外方へ延伸され、 一次繊維 2 7が形成され る。
前記延伸パーナ一 1 3の燃焼室 1 6で発生した燃焼排ガスが火炎流 1 Ίとなつ て、 前記吐出口 1 4を通して、 周壁 8の外周面 1 5に沿って噴出される。 この火 炎流 1 7は、 前記一次繊維 2 7、 2 7に衝突し、 前記母線方向の下方向に向けて 一次繊維 2 7を細繊化し、 二次繊維 （ガラス繊維） 2 8を形成する。
前記吐出口 1 4は、 外側火口フレーム 1 8と内側火口フレーム 1 9とで環状ス リツ卜状に形成されている。
内部バーナー 2 2は、 回転体 4の環状フランジ 2 5内を加熱するバーナーであ る。 圧縮気体吐出ノズル 2 3は、 二次繊維 2 8の繊維長を調節するために設置さ れている。気体吐出リング 2 4は、繊維の綿質を調節するために設置されている。
<第二実施形態 > 図 3及び図 4は、 本発明の第二の実施形態によるガラス繊維製造装置を示す。 第二実施形態の構成中、 第一実施形態の構成と同じものは、 説明を省略する。 第 二の実施形態においては、 回転体 4の底部 1 1が、 溶融ガラス 1 0の落下位置 2 6近傍から周壁 8近傍まで保温材 2 1 Aで覆われており、 保温されている。
第一実施形態と同様、 溶融ガラス 1 0の落下位置 2 6は、 （B + 1 0 ) mm≤ A≤ 7 5 mmの範囲に位置し、図示実施例では A = 5 8 mmであるが、本発明は、 これに限定されない。
く環状突起 8 B>
第一実施形態とは異なり、 第二実施形態の回転体 4には、 底部 1 1の外周にお いて、 下方に延出する環状突起 8 Bが形成されている。
<保温皿 2 0 >
また、 第二実施形態の回転体 4には、 前記底部 1 1の下面 1 1 Bに接して、 保 温皿 2 0が固着されている。 保温皿 2 0は、 環状凹部 2 O Aと外周端に環状突起 2 0 Bとを有している。 保温皿 2 0は、 公知の材料により製造することができ、 好ましくは、 材質はステンレス鋼、 インコネル等の耐熱鋼により製造する。 保温 皿 2 0は、 回転体 4と同じ材料 （例えば、 N i基耐熱金属） で製造しても良い。
<保温部 2 1、 保温材 2 1 A>
前記外側面 1 1 Bと環状凹部 2 0 Aと環状突起 2 0 Bとにより、 保温部 2 1が 形成される。 該保温部 2 1には、 保温材 （断熱材） 2 1 Aが充填されている。 保 温材 2 1 Aは、 キャス夕ブル耐火物、 無機質繊維保温材を使用できるが、 保温性 (断熱性） を考慮すると、 無機質繊維保温材が好ましい。
例えば、 密度 300kg/m3、 厚さ 1 2 mm、 熱伝導率 O.llkcalZm · h · °C (at 700 °C) のセラミックファイバ成形品を使用し、 該成形品を前記保温部 2 1内に充填 後、 1 0 mm厚に圧縮し、 保温皿 2 0に固着する。
<傾斜壁 2 9の環状突起 8 Bと保温皿 2 0の環状突起 2 0 Bとの間隙 >
保温皿 2 0の上面外周には、 環状突起 2 0 Bが形成されている。 環状突起 2 0 Bは、 傾斜壁 2 9の環状突起 8 Bと対峙する。 環状突起 2 0 Bと環状突起 8 Bと の間には、 間隙を設ける。 回転体 4の変形を防止し、 回転体 4の強度を増加する ためである。 間隙を有することにより、 回転体の振動等を吸収することが可能と なる。 この間隙は、 0.5〜： l.Ommであることが好ましい。 0.5mm未満だと、 遊び が不足してしまい、 回転体の振動等を吸収することができなくなってしまい、 回 転体が変形したり、 強度が不足してしまうこととなる。 l.Ommを越えると、 回転 体 4の高速回転による遠心力によって保温剤 2 1 Aが間隙 Bから飛び出してしま うからである。
例えば、 保温皿 2 0の環状突起 2 0 Bと周壁 8の下部の環状突起 8 Bとの間の 間隙 Cは、 0 . 8 mmであり、 回転体 4の高速回転による遠心力によって保温材 2 1 Aが前記間隙 Bから飛び出すといつた問題は全くない。
回転体 4の高速回転により、 傾斜壁 2 9の内面に沿って高温の溶融ガラスが流 れる。 従って、 傾斜壁 2 9の内面側部分が、 外面側部分に比してより大きく膨張 する傾向がある。 本発明の第二実施形態によれば、 （1) 環状突起 8 Bにより傾斜 壁 2 9の強度が増大し、 （2) 下側にある保温皿 2 0の存在により回転体 4の強度 が増大し、 そして (3) 傾斜壁 2 9の厚さ kが厚い底壁 3 0の厚さ tから薄い周壁 の厚さ sまで漸減することにより、 重量減程には強度減少が生じない。 従って、 第二実施形態の底部 1 1の変形が更に少なくなり、 従って高速回転による回転体 4の変形を少なくすることができ、 その結果回転体 4の寿命長期化を達成出来る に至った。
実施例 1、 比較例 1
図 1に示される製造装置を用いて、 ガラス繊維を製造した。 溶融ガラス 1 0の 落下位置 2 6を周壁 8の内面 8 Aから 4 5 mmとした （実施例 1 )。 該実施例に おいては、 図 5に示される標準ガラス （1 0 7 0 °Cで約 1 0 0 0ボイズの粘度を 有する硼酸 （B 2 0 3 ) を含有するガラス又は無硼酸ガラス） を使用した。 また、 落下位置 2 6を内面 8 Aから 8 O mmとし、 細孔 9の孔径、 配置を変え た以外は、 実施例 1と同じ方法によりガラス繊維を製造した （比較例 1 )。 結果 を表 1に示す。
実施例 1と比較例 1とでは、 細孔 9の孔径、 配置が異なる。 その理由は、 紡糸 量を同じにし、 燃料ガス量と回転体の寿命とを比較するためである。 実施例 1 比較例 1 回転体の周壁内面から 45 80
溶融ガラスの落下位置
までの距離 A (mm) 溶融ガラス温度 （°C) 1090 1090
(回転体底部落下位置） 回転体の周壁温度 （で） 上 990 980 中 1000 985 下 980 950 溶融ガラスの落下位置 小さい 大きい から回転体の周壁内面 (約 25°C大きい） までの温度降下 ί圣 vmm) 上 段： 0. 8 上 段： 0. 9 その他： 0. 7 中 段： 0. 8 下 段： 0. 9 保温層 無し 無し 平均繊維径 (βπύ 5〜6 0 ~ 6 繊維質 良 劣る 紡糸量 （Kg/Hr) 400 400 燃料ガス量 （m 3ZHr) 20 23 回転体の寿命 （Hr) 380 300 実施例 1の場合、 比較例 1に比べて、 回転体 4の周壁内面 8 Aから溶融ガラス 落下位置 26までの距離 Aが短いため、 周壁 8に達するまでの流動ガラス 12の 温度降下が約 2 5 °C小さい。 従って、 溶融ガラス 1 2の粘度上昇が小さくなる。 このため回転体 4の周壁 8に穿孔された細孔 9、 9の孔径を小さくすることがで きる。 従って、 一次繊維 2 7を二次繊維 2 8に形成するための延伸バーナー 1 3 の燃料ガス量を減少することができる。
比較例 1の場合、 溶融ガラス 1 2の温度降下が大きく、 従って流動ガラス 1 2 の粘度が増加した。従って、細孔 9、 9の孔径を大きくする必要があった。更に、 溶融ガラス 1 2の粘度が大きいため、 下段の孔径を中段より大きくする必要があ つた。 得られた一次繊維 2 7の径が大きいので、 燃料ガス量が増加した。 孔径の 異なる細孔 9を用いる必要があったことより、 また、 流動ガラス 1 2の粘度が高 かったことより、 繊維径分布がバラついてしまった （図 6参照）。 その結果、 触 感が悪い、 風綿 （繊維長が極端に短い綿） が多い等繊維質も劣ることとなった。 なお、 標準ガラスは、 硬質ガラスと比べて繊維化温度 （粘度を 1000ボイズ以下 にすることができるガラスの温度） が低い （8 0 °C〜 1 0 0 °C)。 従って、 標準 ガラスを使用する場合の回転体 4の寿命は、 高温の溶融ガラスに触れることによ る回転体 4の変形に基づくよりも、 むしろ、 ガラス粘度の増加による細孔 9、 9 の摩耗による繊維径の増大や、 繊維径分布の悪化により左右される。 細孔の摩耗 は、 ガラスの温度が高く、 ガラスの粘度が高い （硬い） 場合、 大きくなる。 比較例において、 下段の細孔 （孔径が大きい） は、 延伸パーナ一 1 3の吐出口 1 4から最も離れて位置する。 従って、 下段の細孔から噴出する一次繊維 2 7の 細繊化をコントロールすることが難しい。 従って、 下段の細孔の孔径が摩耗によ り大きくなると、 繊維径の増大、 繊維分布の悪化 （拡大） を招き、 回転体 4を取 替えなければならず、 回転体 4の寿命短を招来する。 比較例での前記落下位置ま での距離 Ammが 8 0 mmになると、 繊維質は劣った。
実施例 2、 比較例 2
図 1に示される製造装置を用い、 硬質ガラスより、 ガラス繊維を製造した （実 施例 2 )。
また、 図 8に示される製造装置を用い、 実施例 2と同じ硬質ガラスより、 ガラ ス繊維を製造した。 図 8に示される製造装置において、 回転体 4 Aの底部 1 1 A の底壁 3 O Aと傾斜壁 2 9 Aとは、 周壁 8と共に同一厚さとされている。 図 8に 示される製造装置には、 保温部が設けられていない
結果を表 2に示す。
2, 実施例 2 比較例 2 傾斜壁の厚さ （mm) ¾g 大： 12 12 (均一） 最 小： 5 保温層 有り 無し 回転体の周壁内面から 58 58 溶融ガラスの落下位置
までの距離 A (mm) 溶融ガラス温度 （°C) 1 170 1 1 70 (回転体底部落下位置） 回転体の周壁温度 （°c) 上 1065 1040 中 1 085 1 060 下 1 060 1 01 0 ίし ί圣 、mm) 上 段： 1. 2 上 段： 1. 3 中 段： 1. 1 中 段： 1. 2
中央部： 1. 1 下 段： 1. 1 下 段： 1. 3 平均繊維径 （ m) ら〜 Ί 6〜7 繊維質 良 劣る 紡糸量 （Kg/Hr) 400 400 燃料ガス量 （m3ZHr) 1 3 1 9 回転体の寿命 （Hr) 340 270 実施例 2では、 回転体 4の周壁 8の内面 8 Aから 5 8 mmの位置で溶融ガラス 1 0を落下せしめた。 この落下位置 2 6では底部 1 1が肉厚で、 かつ保温部 2 1 の保温材 2 1 Aが具備されていた。従って、流動ガラス 1 2の温度降下が小さく、 流動ガラスの粘度を低いまま維持することができた。 その結果、 比較例 2より孔 径の小さい多数の細孔 9、 9から一次繊維 2 7を製造することができ、 同じ繊維 径の二次繊維 (ガラス繊維) を、 より少ない燃料ガス （延伸バーナー 1 3のため の燃料ガス） 量により紡糸することができた。
また、 実施例 2の装置は保温部 2 1を具備していたので、 回転体 4の周壁 8の 温度バランスが良くなり、 特に周壁 8の下部の温度が 1 0 6 0 °Cに保たれた。 従 つて、周壁 8の下部での失透（結晶化） による細孔 9の閉塞を生ずることもなく、 細孔径の長期維持が可能になり、 回転体 4の長期寿命を可能になった。
本発明によれば、 溶融ガラスの落下位置をなるベく周壁に近くした （周壁内面 から 75mm以下） ので、 流動ガラスの温度降下を減少させることができ、 従って ガラス粘度増大を防ぐことによるができる。 このため、 得られるガラス繊維の繊 維質の向上が図られる。
上述のように、 流動ガラスの温度降下が減少するので、 燃料ガス量が減少し、 製造コストの減少が図られる。
上述のように、 流動ガラスの粘度増大を防ぐことができるので、 細孔の閉塞を 防ぐことができ、 よって回転体の寿命を長くすることができる。 細孔の閉塞を防 ぐことができるので、 ガラス繊維の生産性の低下が無い。
溶融ガラスの落下位置を、 周壁内面から 35mm以上としたので、 落下する溶融 ガラスが、 環状フランジに触れることが防止され、 従って、 紡糸量の低下防止が 図られる。
溶融ガラスの落下位置における回転体の底部の壁を厚くしたので、 高温の溶融 ガラスが落下しても、 落下位置における回転体の変形、 摩耗を防止することが可 能となる。
傾斜壁の厚さを周壁に行くに従い薄く形成すれば、 回転体の軽量化を図ること が可能となり、 運転コストが低減される。 この場合、 溶融ガラスの落下位置にお ける回転体の底部の壁が厚いので、 たとえ傾斜壁の厚さを上述のように薄くした としても、 回転体の強度が保持されることとなる。
回転体の下側の、 溶融ガラスの落下位置から周壁近傍まで保温すれば、 流動ガ ラスの温度低下、 粘度増大をより効果的に防ぐことができる。
この場合において、 溶融ガラスの落下位置より中心寄りの、 保温が必要でない 個所には保温部が形成されていないので、 保温部維持費用が減少する。
傾斜壁の環状突起と保温皿の環状突起との間隔を 1.0mm以下とすれば、 保温材 の外部への飛散は全くない。 また、 前記間隔を 0.5mm以上とすれば、 回転体の傾 斜壁が変形したとしても、 遊びがあるので、 回転体の変形が防止され、 回転体の 強度が増加する。

Claims

請 求 の 範 囲 底部 (11)と、 該底部 (11)の外周縁より上方に延出し多数の細孔 (9)が形成さ れている周壁 (8)と、 該周壁 (8)の上端より内方に延出する環状フランジ (25)と よりなる、垂直な回転軸 (7)周りに高速回転可能な有底中空円筒状の回転体 (4) を高速回転させ、
該回転体 (4)の底部 (11)に、 溶融ガラス (10)を落下し、
回転体 (4)の高速回転により生ずる遠心力により、 前記細孔 (9)を通して、 前記溶融ガラス (10)を噴出させて、 溶融ガラスをフィラメントとし、 ガラス 繊維を製造する、 ガラス繊維製造方法において、
前記周壁 (8)の内面 (8A)から、 前記環状フランジ (25)の内縁 (31)よりも少な くとも 10mm以上大きく離れており、 該内面 (8A)から 75mm以下離れており、 かつ、 底部 (11)の壁が肉厚である位置 (26)に、 前記溶融ガラス (10)を落下させ ることを特徴とする、
ガラス繊維の製造方法。
前記回転体 (4)の底部 (11)が、 平円板状の底壁 (30)と、 該周壁 (30)の周りに 配置され、 外方に向かって上方に傾斜する傾斜壁 (29)とよりなり、
該傾斜壁 (29)の厚さ (k)は、 前記底壁 (30)との接続部分において最も厚く、 周壁 (8)に向かって漸減する、
請求の範囲 1に記載の方法。
溶融ガラス (10)の落下位置 (26)近傍から周壁 (8)近傍まで、 前記回転体 (4)の 底部 (11)を保温する、 請求項 1記載のガラス繊維の製造方法。
垂直な回転軸 (7)周りに高速回転可能な回転体 (4)を含むガラス繊維製造装 置であって、
前記回転体 (4)が、 有底中空円筒状であって、 底部 (11)と、 該底部 (11)の外 周縁より上方に延出する周壁 (8)と、 該周壁 (8)の上端より内方に延出する環 状フランジ (25)とよりなり、
前記底部 (11)が、 平円板状の底壁 (30)と、 該周壁 (30)の周りに配置され、 外 方に向かって上方に傾斜する傾斜壁 (29)とよりなり、 前記底部 (11)には、 溶融ガラス (10)が供給され、
前記周壁 (8)には、 溶融ガラスが噴出しフィラメントに形成される、 多数 の細孔 (9)が形成されている、 ガラス繊維製造装置において、
前記傾斜壁 (29)の厚さ (k)は、前記底壁 (30)との接続部分において最も厚く、 周壁 (8)に向かって漸減し、
溶融ガラス (10)の回転体 (4)への落下位置 (26)が、 前記周壁 (8)の内面 (8A)か ら、 前記環状フランジ (25)の内縁 (31)よりも少なくとも 10mm以上大きく離れ ており、 かつ、 該内面 (8A)から 75mm以下離れている、
ことを特徴とする、 ガラス繊維製造装置。
5. 前記ガラス繊維製造装置が、 更に延伸バーナー (13)を含み、
該延伸パーナ一 (13)は、 前記回転体 (4)の外周に配置され、
該延伸バーナー (13)は、 前記周壁 (8)の外面 (15)の母線と並行に開口される 吐出口 (14)を有し、
前記細孔 (9)から噴出されたフィラメントに、 該延伸バーナー (13)で発生す る火炎流 (17)を吹き付け、 フィラメントを細繊化する、
請求の範囲 4に記載の装置。
6 . 前記回転体 (4)の傾斜壁 (29)の外周には、 下方に延出する環状突起 (8B)が形 成され、
前記回転体 (4)の底部 (11)の下には、 保温皿 (20)が配設され、
前記保温皿 (20)には、 環状凹部 (20A)と、 保存皿 (20)の周縁に環状突起 (8B) とが形成されており、
前記保存皿の環状突起 (8B)は、 前記底部 (11)の環状突起 (8B)に対峙し、 前記環状凹部 (20A)は、 前記溶融ガラス (10)の落下位置 (26)よりも内側に延 び、 また前記保存皿の環状突起 (8B)まで延び、 保温部 (21)を形成する、 請求項 3記載のガラス繊維製造装置。
7 . 傾斜壁 (29)の環状突起 (8B)と保温皿 (20)の環状突起 (20B)との間隙が、 0.5〜
1.0mmである、 請求の範囲 4記載のガラス繊維製造装置。
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