JP2004500302A - 端末耳部を有するブッシュ及びそのブッシュの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(発明の技術分野及び産業上の利用可能性)
本発明は、一般的には、連続ガラスフィラメントを製造する装置に関し、特に、ブッシュの作動中に経験する機械的劣化及び熱的劣化を減じて、ブッシュの作動寿命を伸ばす端末耳部を有する、改良型ブッシュ及びその改良型ブッシュの製造方法に関する。本発明は、織物及び補強材を含む、広範囲に使用される連続ガラスフィラメントの生産に特に有用である。
【0002】
(発明の背景)
ガラスフィラメントのストランドは、一般的には、溶融ガラスを、ブッシュの底板の複数のオリフィスから細くすることによって形成される。ガラスフィラメントは、底板のオリフィスからの流れを細長化するように、牽引力をガラス流に加えることによって、細長化される。ガラスフィラメントは、サイズ材料又はバインダー材料で被覆され、サイズ材料又はバインダー材料は、減摩特性を個々のフィラメントに与え、個々のフィラメントに摩耗抵抗を与え、又は、望ましいアレイの特性を最終用途のストランドに与えるのに役立つ。サイズ材料は、ガラスフィラメントが形成された後に加えられる。ガラスフィラメントは、平行関係に集束されて、ストランドを形成する。
【0003】
ブッシュは、溶融ガラスを均一な温度に調整し、そのため、ガラスフィラメントは、均一な直径で細長化される。溶融ガラスの温度は、ガラスを液体状態に維持するのに、十分高くなければならない。
【0004】
ブッシュは、溶融ガラスによる腐食性作動環境を経験し、その腐食性作動環境は、ブッシュの電気的構成部品及び機械的構成部品の劣化を加速させる。劣化の一つの解決策は、ブッシュ組立体を白金又は白金合金のような貴金属で作ることである。しかしながら、腐食性作動環境は、これらの材料にも影響を及ぼす。酸化損失、揮発、及び耐火材料の周囲への貴金属のマイグレーション、並びに、ブッシュのサギング又はクリープ(高温変形)は、ブッシュの能力を低下させ、並びに、ブッシュ組立体の有用な寿命を縮める。
【0005】
在来のブッシュは、一般的に、ブッシュ本体を構成する側板、端板及び底板を有する。底板は、好ましくは、全て均一温度の、或いは均一温度に近い400個以上のオリフィス又はノズルを有する。底板は、ノズル板又はチップ板とも呼ばれる。
【0006】
かかるブッシュは、各端板に結合された端末部(「端末耳部」と呼ばれる。)を有する。ブッシュ及び端末耳部は、一般的には、白金又は白金合金等の白金含有金属のような貴金属で作られる。白金合金の例は、白金−ロジウム合金である。電気クランプが、端末耳部に接触して、ブッシュに加熱電流を送り出し、ブッシュ内のガラスを溶融状態に維持する。電気クランプは、一般的には、水冷である。電流が、導電性のブッシュの側板、端板及び底板を流れる。
【0007】
ブッシュの端末耳部は、広範囲の形状を有し、しばしば広くかつ比較的薄い。端末耳部は、実質的に、ブッシュの端板の幅に沿って実質的に延びて、電流を供給する電気クランプとの係合のために比較的大きな領域を提供することができる。
【0008】
普通の端末耳部の設計は、ブッシュに結合された上部分、及び、電気クランプを結合させる下部分を有する。
【0009】
チップ部分の加熱パターンに加えて、ブッシュの端末耳部の二つの設計配慮は、時が経つにつれた端末耳部の機械的劣化及び熱劣化である。ブッシュの作動中、上端末耳部は、ブッシュの高い作動温度による、機械的疲労及び熱の影響の組み合わせを経験する。
【0010】
端末耳部の機械的疲労は、高い水準の曲げ応力、又はブッシュの作動中の振動疲労に関する。端末耳部は、広くかつ薄いから、電気クランプが端末耳部に固定されると、端末耳部が曲がる傾向がある。端末耳部の亀裂が、始まり、発達して、ひび割れとなる。
【0011】
機械的な疲労に加えて、端末耳部は、熱劣化を経験する。ある金属を高温に加熱すると、金属は揮発し、或いは蒸発する。白金及びロジウムは、かかる金属である。ブッシュ及び端末耳部は高温で作動するから、端末耳部の縁に存在する白金及びロジウムは、徐々に揮発する。端末耳部の境界からの合金の損失は、亀裂の形成を促進し、そしてこれは、ひび割れに拡大するかもしれない。端末耳部の機械的な作用は、亀裂を増大させ、端末耳部は、ついには、だめになる。
【0012】
端末耳部のひび割れの問題を解決するために、幾つかの試みがなされてきた。ある設計の策は、はんだと同様な、溶融線材で、ひび割れを直し、若しくは修理することにある。その解決策は、一時的な修理であって、端末耳部の熱劣化に取り組むものではない。
【0013】
別の設計の策は、端末耳部の振動及び応力を減ずるために、電力供給装置を再設計することである。これは、問題を減ずることができるが、除去することはできない。
【0014】
別の設計の策は、端末耳部とブッシュの端板又は側板との間にガセットを使用することを含む。フラワーの米国特許第4634460号(フラワー)は、端末耳部用の支持をなすガセットを各端末耳部に接触させたドレインブッシュを開示する。電気クランプによって、端末耳部を通して供給される熱流が、ガセット及び端末耳部を通じてブッシュに供給されるように、端末耳部及びガセットは、ブッシュの底板に一体に連絡される。ガセットは、端末耳部とブッシュとの間の接触を効果的に拡げる。しかしながら、ガセットは、端末耳部及びガセットに、限られた支持を与える。また、フラワーの設計の策は、端末耳部の熱劣化と取り組んでいない。
【0015】
他の設計の策は、端末耳部を補剛するために、端末耳部全体を厚くすることにある。しかしながら、厚い端末耳部は、好ましくない低作動電流レベルのために、熱分配の望ましい加熱パターンに悪影響を及ぼす。
【0016】
ブッシュの作動温度によって引き起こされる機械的劣化及び熱劣化に対する端末耳部の抵抗を改善する経済的な方法の必要性が存在する。同様に、ブッシュの使用寿命を増す経済的な方法の必要性が存在する。
【0017】
(発明の概要)
従来技術の欠点は、端末耳部を含む開示したブッシュ及びそのブッシュの製造方法によって解消される。ブッシュは、ブッシュ本体(側板、端板、底板を含むことがある)と、ブッシュ本体に結合された端末耳部とを有する。クランプが、端末耳部に取り付けられ、ブッシュに電流を供給して、内部のガラスを液体状態に維持し、かつ、ガラスをフィラメントにすべく熱的に調整する。
【0018】
各端末耳部は、上部分及び下部分を有する。上部分は、ブッシュの側板に結合される。クランプが、端末耳部の下部分に結合される。上部分及び下部分は、互いに角度に配向される。
【0019】
支持部分が、端末耳部の上部分の側縁に沿って設けられる。支持部分は、端末耳部を補剛し、それによって、曲げ及び疲労応力に対する端末耳部の抵抗を増大させる。支持部分はまた、端末耳部の側縁に、追加の質量及び表面積を与えることによって、ヒートシンクとして役立つ。追加の質量のために、支持部分によって、熱が伝導部分から吸収される。表面積の増加が、放射及び対流により端末耳部の側縁の冷却を容易にする。
【0020】
支持部分は、ブッシュの端板に接触せず、したがって、電流をブッシュ本体に伝導しない。従って、支持部分の側縁の温度は、ブッシュの作動中、端末耳部の伝導部分よりも低くなる。支持部分が低い温度で作動するから、端末耳部の熱劣化が減少する。
【0021】
(発明の詳細な説明及び好ましい実施形態)
ストランドは、典型的には、材料源から細長化されたファイバー又はフィラメント群から形成される。ガラスストランドのために、融解ガラスが、ガラスを融解状態に維持するように電気的に加熱されたブッシュに送り出される。ガラスは、ブッシュの底板のオリフィスからフィラメントとして引かれ又は細長化される。
【0022】
在来のフィラメント形成装置を図1に示す。フィラメント形成装置5は、多数のオリフィスを有するブッシュ10を含み、オリフィスから複数の融解ガラス流が放出される。オリフィスは、中空チップによって、延長される。
【0023】
ガラスフィラメント30は、巻取り装置60によって、ブッシュの底板から細長化される。ブッシュ10は高温で作動するので、冷却装置22が、ブッシュの底板の温度を調節し、かつ、温度勾配によるフィラメントのいかなる変化をも減ずるのに使用される。当業者が認識するように、冷却装置は、温度を調節するのに、空気及び水を使用する。
【0024】
下向きの力が、ガラスフィラメント30をブッシュ10から引張るのに付与される。図示した形成装置では、ガラスフィラメント30は、巻取り装置60によって、ブッシュ10から細長化され、巻取り装置60は、ガラスフィラメント30をコレットの周囲にストランド32の形態に巻いて、図1に示すように、円筒形パッケージ70を形成する。
【0025】
ブッシュ10は、ブッシュ本体と端末耳部100、102とを有する。ブッシュ本体11は、任意適当な構造のものでよく、そして、図示した実施形態では、図2及び図3に示すように、側板12、14、端板16、18及び底板20を有する。側板12、14、端板16、18及び底板20は、溶融ガラス供給源を保持するためのキャビティを構成する。
【0026】
端末耳部100、102は、ブッシュ本体11に、適当な位置で結合される。図示した実施形態では、端末耳部100、102は、それぞれ端板16、18に結合される。各端末耳部100、102は、上部分110及び下部分120を有する。端末耳部100、102は、それぞれ実質的に、端板16、18の幅全体に延びる比較的薄い、幅の広い板である。
【0027】
作動中、端末クランプ200が、各端末耳部100、102に取り付けられて、ブッシュ10に電流を供給する。端末クランプ200は、部分210、212を有し、該部分は、端末耳部を締め付けるために、ボルトのような留め具によって互いに固着される。簡単化だけの理由で、一つの端末耳部200を図2に示す。
【0028】
当業者によって認識されるように、端末耳部は、端末耳部に取り付けられた端末クランプ200の重量により、曲げ力及び疲労を受ける。端末耳部は、引き続く、端末クランプの取り付け、及び、端末耳部からの端末クランプの取り外し、及び、ブッシュ回路内部の振動から、追加の力を経験する。これらの力は、端末耳部の機械的な曲げ及び機械的作用を起こし、ついには、亀裂又はひび割れを作る。亀裂及びひび割れは、典型的には端末耳部の外側の縁で始まり、処理も修理もしなければ、最後には、端末耳部の破損させてしまう。
【0029】
電流が端末クランプから端末耳部を流れるとき、端末耳部の温度は抵抗加熱により増す。熱はまた、ブッシュ本体からブッシュ本体との接続部を経て、端末耳部に伝えられる。端末耳部が長期間、高温にあるときには、前に論じたように、端末耳部の合金が揮発し始める。端末耳部の縁の合金の減損は、亀裂を生じさせることがある。亀裂は、機械的な作用又は追加の温度勾配により増大する。端末耳部がなくなったり破損したりすると、ブッシュが止まってフィラメント形成工程が停止し、その結果、生産の損失が生じる。
【0030】
本発明の端末耳部は、曲げ及び振動疲労抵抗を増大させる端末耳部の慣性曲げモーメントを増すために、端末耳部の外側の縁に結合された支持部材を有する。支持部材はまた、追加の質量を与えることによって、及び端末耳部の縁の表面積を増すことによって、ヒートシンクとして機能する。支持部材の質量は、熱を伝導部分から伝導部を経て移動させるのを可能にする。表面積の増加は、端末耳部の縁からの熱の放射及び対流を容易にする。
【0031】
図示した実施形態では、支持部材は、端末耳部に溶接されたI形のビームとして実行される。しかしながら、支持部材は、異なる幾何学形態で形成されてもよいし、端末耳部の他の位置に結合されてもよいし、また、他の技術で結合されてもよい。支持部分又は支持部材は、I形断面を有する。
【0032】
端末耳部の上部分は、ブッシュの端板に対してある角度をなして取り付けられる。端末耳部上の端末クランプの重量により、上部分が曲がる。支持部材は、端末耳部の上部分を補剛する。
【0033】
支持部分は、端末耳部の熱劣化に対して、多様な機能を行う。第一に、支持部分は、ブッシュの端板と接触しない。電流は、典型的には、二点間の直線経路の中を流れるから、電流は、ブッシュの端板と接触している、端末耳部の伝導部分の中を優先的に流れ、支持部分の中をほんの少ししか流れない。その結果、支持部分は、抵抗熱をそれほど経験せず、そのため、端末耳部の伝導部分よりも低い温度である。低い温度は、端末耳部からの合金の揮発を減ずる。また、支持部材がブッシュの端板と接触していないから、支持部分は熱をブッシュ本体から伝導せず、そのため、支持部材はブッシュによって加熱されず、すなわち、ブッシュの加熱パターンに影響を及ぼさない。
【0034】
第二に、端末耳部の中を流れる電流の量は、端末耳部支持部分によって、影響されない。抵抗熱で消費されるエネルギー量は同じであるから、支持部材は端末耳部の縁に追加の質量を与え、端末耳部の縁の全合計温度が減少する。縁の低い作動温度は、端末耳部及びブッシュの寿命を伸ばす。
【0035】
第三に、上で論じたように、支持部分は、熱を伝導部分から伝導することを可能にする。また、支持部分は、端末耳部の縁の表面積の量を増加させる。熱は、放射及び対流によって、支持部分から取り除かれる。表面積を増加させることによって、在来の端末耳部よりも多くの熱を、端末耳部の縁から取り除くことができる。
【0036】
これらの一般的な原理を識別した上で、現時点で好ましい実施形態で、これらの原理の選ばれた実行を以下に詳述する。
【0037】
本発明の原理を実施する、フィラメント形成装置用のブッシュを、図4〜図8に示す。図4に示すように、ブッシュ10は、それぞれ端板16、18でブッシュ本体11に結合された端末耳部100、102を有する。端末耳部は、典型的には、端板に溶接される。
【0038】
各端末耳部100、102は、上部分110及び下部分120を有する。上部分110は、角度Aをなして、端板から延びる。角度Aは、30°乃至75°の範囲であり、好ましくは約60°である。下部分120は、角度Bをなして、上部分110から延びる。角度Bは、105°乃至150°の範囲であり、好ましくは120°である。
【0039】
端末耳部の上部分110及び下部分120は、それぞれ伝導部分116及び122を有する。端末クランプから供給された電流は、伝導部分116、112を通ってブッシュ10に流れる。
【0040】
ブッシュは、典型的には、ブッシュに対して断熱及び電気絶縁、並びに機械的な支持をなす耐火材料によって囲まれる。フィラメント形成装置5は、図4に示すように、ブッシュ10をキャスタブル耐火物82で支持するブッシュフレーム80を有する(図示の簡略のため、キャスタブル耐火物82及びブッシュフレーム80をブッシュ10の片側に示す。)。以下により詳細に説明するように、端末耳部100、102の上部分110は、キャスタブル耐火物82に鋳造される。
【0041】
ブッシュの端末耳部100、102は、図4〜図6に示すように、支持部分130、132、134、136を有する。各端末耳部の上部分は、図5に示すように、側縁112、114を有する。支持部分は、溶接又は他の適当な方法によって、外側縁112、114に結合される。端末耳部は、ブッシュ10の端板に沿って延び、図4に示すように端末耳部の上部分の平面に位置する長手方向の軸線Aを有する。支持部分130、132、134、136は、好ましくは、端末耳部の長手方向軸線と実施的に平行に向けられる。
【0042】
各支持部分は、図4に示すように、端140、142を有する。端140は、ブッシュの端板と平行に形成される。支持部分は、端140が端板から間隔を隔てられるように、端末耳部に結合される。端140と端板16は、好ましくは、作動条件、及び加えられる荷重により撓みの範囲にわたって端板との接触を回避するのに十分な、0.12乃至0.25インチ(0.3乃至0.6cm)のような間隔を隔てる。支持部分は、ブッシュの端板と接触しないので、支持部分は電流をブッシュに伝導せず、ブッシュの加熱パターンは変化しない。
【0043】
本発明の原理を実施する端末耳部を図7に示す。各支持部分134、136は、図示するように、本体144及びフランジ146、148を有する(長手方向の軸線に直交する平面で)I形断面をなしたIビームに似ている。伝導部分の(長手方向の軸線Aに直交する平面での)断面は、好ましくは長方形である。
【0044】
支持部分の断面の慣性モーメントは、好ましくは、伝導部分の断面のものと異なる。支持部分は、伝導部分によって定められた平面からずれた質量を有するから、支持部分を備えた端末耳部の慣性モーメントは、支持部分を備えていない慣性モーメントよりも大きい。図示した実施形態では、各支持部分の慣性モーメントは、伝導部分のものよりも大きい。
【0045】
支持部分は、上縁及び下縁の両方で、端末耳部に連続的に溶接される。好ましくは、端末耳部の伝導部分及び支持部分は、普通の軸線を中心に対称である。
【0046】
本発明の原理を実施する端末耳部の別の実施形態を、図8〜図12に示す。図10では、支持部材は、伝導部分の中心に沿って位置決めされる。図11では、端末耳部の伝導部分は、円弧形断面を有する。図12では、端末耳部の伝導部分は、端末耳部の曲げ抵抗を増大させる断面を有する。
【0047】
今、ブッシュの製造を説明する。ブッシュの本体は、溶接又は当業者によって認識されるような他の同様な方法によって端板、側板及び底板を互いに結合することによって形成される。端末耳部の上部分及び下部分は、互いに角度をなして、互いに結合される。次いで、上部分の上端は、ブッシュの端板に結合される。端末耳部がブッシュに結合された後に、支持部分は、端末耳部の外側縁に溶接される。
【0048】
ブッシュは、ブッシュブロック(図示せず)に結合され、かつ、ブッシュフレームの内側に位置決めされる。ブッシュがその最終位置に決められた後に、キャスタブル耐火物材料が、ブッシュとブッシュフレームとの間のキャビティの中へ注入される。キャスタブル耐火物は、底板の先端部分と等しい高さに注入される。キャスタブル耐火物は、図4に示すように、端末耳部の結合部の下、好ましくは0.5インチ(1.3cm)に広がる。端末耳部の約1インチ(2.5cm)の部分、及び支持部分は、キャスタブル耐火物の中に埋設される。
【0049】
ブッシュの作動中、端末クランプは、端末耳部の下部分に結合される。電流が、電源から端末クランプに供給されて、ブッシュ内のガラスを加熱する。
【0050】
支持部材を有するブッシュ端末耳部の構成部品は、好ましくは、白金−ロジウム合金のような貴金属である。
【0051】
当業者も、本発明の原理と一致する、上述の特定の実施形態の多くの可能な変更例があることを認識するであろう。
【0052】
端末耳部は、端末耳部の片側だけに結合された単一の支持部分を有してもよい。また、支持部分は、側縁以外の位置で、端末耳部に結合されてもよい。例えば、支持部材を、伝導部分の中央に位置決めしてもよい。
【0053】
支持部材を、端末耳部と一体に形成してもよい。また、端末耳部は、端末耳部の下部分に支持部分を有してもよい。
【0054】
支持部材の断面は、I形状、外方に或いは内方に延びるV形状或いはU形状、又は、伝導部分の慣性モーメントを増加させる他の形状である。
【0055】
端末耳部の上部分及び下部分は、同一平面でもよい。さらに、端末耳部の上部分及び下部分を、一体に形成してもよい。
【0056】
ブッシュは、矩形、正方形及び円形のような、どんな幾何学的形態でもよい。更に、端末耳部の伝導部分は、伝導部分の曲げ抵抗を増大させる円弧形状、又は、他の任意の形状のような、非平面でもよい。
【0057】
支持部分は、端末耳部がブッシュに結合される前に、端末耳部に結合される。また、端末耳部は、端板に加えて、或いは端板の代わりに、ブッシュの側板に結合してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】在来のガラスファイバー形成装置の概略図である。
【図2】在来のブッシュの概略側面図である。
【図3】図2のブッシュの概略上面図である。
【図4】本発明の原理を実施するブッシュの概略側面図である。
【図5】図4のブッシュの上面図である。
【図6】図4のブッシュの概略端面図である。
【図7】図5の7−7線における端末耳部の断面図である。
【図8】端末耳部の他の実施形態の断面図である。
【図9】端末耳部の他の実施形態の断面図である。
【図10】端末耳部の他の実施形態の断面図である。
【図11】端末耳部の他の実施形態の断面図である。
【図12】端末耳部の他の実施形態の断面図である。
Claims (20)
- 電流をブッシュ(10)に伝導するための端末耳部(102)であって、
長手方向の軸線を有し、第一端で、前記ブッシュに結合でき、かつ、長手方向の軸線に直交する平面に第一断面を有する伝導部分(116)と、
前記伝導部分に結合され、前記長手方向の軸線にほぼ平行に延び、かつ、前記長手方向の軸線に直交する平面に第二断面を有する細長い支持部分(134)と、を有し、
前記第二断面は、前記第一断面の慣性モーメントよりも大きい慣性モーメントを有する、端末耳部。 - 前記第二断面は、I形状である、請求項1に記載の端末耳部。
- 前記支持部分(134)は、前記伝導部分(116)の側縁(112)に結合される、請求項1に記載の端末耳部。
- 前記伝導部分(116)は、上部分(110)と下部分(120)とを有し、前記支持部材(134)は、前記上部分にだけ結合される、請求項1に記載の端末耳部。
- 前記導電部分(116)の第二の反対側の側縁(114)に結合された第二支持部分(136)を更に有する、請求項3に記載の端末耳部。
- 前記第二支持部分(136)は、前記長手方向に直交する平面に第三断面を有し、前記第三断面は、前記第二断面と同じである、請求項5に記載の端末耳部。
- 支持部分(134)は、前記伝導部分の前記第一端に隣接し、しかし前記第一端から間隔を隔てた上端を有する、請求項1に記載の端末耳部。
- 前記端末耳部(102)は、前記導電部分(116)の前記第一端で、前記ブッシュ(10)に結合される、請求項1に記載の端末耳部。
- 前記第一断面は矩形である、請求項1に記載の端末耳部。
- 電流をブッシュに伝導するための端末耳部であって、
長手方向の軸線を有し、第一端で、前記ブッシュ(10)に結合でき、かつ、前記長手方向の軸線に垂直な軸線を中心とする曲げ抵抗を有する伝導部分(116)と、
前記伝導部分に結合され、前記曲げ抵抗を増大させるための手段(134)と、
を有する、端末耳部。 - 前記曲げ抵抗を増大させる手段(134)は、前記長手方向の軸線にほぼ平行に配置された細長いビームを含む、請求項10に記載の端末耳部。
- 前記細長いビーム(134)は、I形断面を有する、請求項11に記載の端末耳部
- 前記細長いビーム(134)は、前記伝導部分(116)の側縁(112)に結合される、請求項11に記載の端末耳部。
- 前記曲げ抵抗を増大させる手段は、前記伝導部分(116)の第二の反対側の側縁(114)に結合された第二の細長いビーム(136)を更に有する、請求項13に記載の端末耳部。
- 前記細長いビーム(134)は、前記伝導部分(116)の前記第一端に隣接するし、しかし前記第一端から間隔を隔てた第一端を有する、請求項11に記載の端末耳部。
- 電流をブッシュに伝導するための端末耳部(102)であって、
側縁(112)、及び長手方向の軸線を有し、かつ、第一端で前記ブッシュ(10)に結合できる伝導部分(116)と、
前記側縁からのエネルギーの伝導を増加させるための、前記伝導部分の側縁に結合されたヒートシンク(134)と、を有する、端末耳部。 - 前記ヒートシンク(134)は、前記長手方向の軸線にほぼ平行に配置された細長いビームを有する、請求項16に記載の端末耳部。
- 前記細長いビーム(134)は、I形断面を有する、請求項17に記載の端末耳部。
- 前記伝導部分(116)は、前記長手方向の軸線に垂直な軸線を中心とする曲げ抵抗を有し、前記ヒートシンク(134)は、前記曲げ抵抗を増大させる、請求項16に記載の端末耳部。
- 前記伝導部分(116)は、均一な断面を有する、請求項16に記載の端末耳部。
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