JP4365193B2

JP4365193B2 - ガラスストランド製造装置

Info

Publication number: JP4365193B2
Application number: JP2003397626A
Authority: JP
Inventors: 明浩西村
Original assignee: オーウェンスコーニング製造株式会社
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2023-11-27
Also published as: JP2005154219A

Description

本発明は、ブッシングの多数のノズルから引き出されてくるガラスフィラメント（以下単に「フィラメント」という）から、糸切れなどを生じることなく高品質のガラスストランド（以下単に「ストランド」という）を製造することができるストランド製造装置に関する。

従来より、図２に示すように、溶融したガラスを収納しているブッシング２から、そのノズル３を通して多数のフィラメント４を引き出し、これらを一本または複数本に集束し、かつ集束液５とアプリケーターロール６とからなるアプリケーター７により、集束液５を付与してフィラメントを集束させ、巻き取りロール８に巻き取ってストランド１が製造されている。このような方法は、例えば、特許文献１〜３に記載されている。

米国特許第４，８５３，０１７号明細書特開昭５２−２１４２７号公報特表２００１−５２４４２号公報

前記従来技術において、ブッシング中の溶融ガラスは約１，２００℃程度に加熱されており、該ブッシングから引き出されたガラスフィラメントも同様に高温であることから、ブッシングからの輻射熱および連続的に垂下しているフィラメントにより生じる連行熱により、作業雰囲気の温度が上昇し、かつ引き出されたフィラメント同士が融着してフィラメントが断線する場合がある。このようなフィラメントの断線が発生した場合には、長時間の修復作業が要求されるので、従来はガラスを固化しフィラメントの断線を防止する目的で、ブッシングのノズルから引き出されたフィラメントにブッシング近傍に設けられた送風ダクトからフィラメントを切断しない程度の空気を吹きつけ、かつその下方でプレパドスプレーにより霧水を吹きつけてフィラメントを冷却している。

上記従来技術におけるブッシングのサイズでは、上記送風ダクトからの空気およびプレパドスプレーによってガラスフィラメント同士の融着が防止できてきたが、近年ストランドの生産性を向上させる目的で、ブッシングのサイズが大型になるに従い、別の課題が発生している。すなわち、ブッシングの大型化によりブッシングからの輻射熱量および連続的に垂下しているフィラメントにより生じる連行熱量が増大し、アプリケーター近傍での温度上昇が激しく、フィラメントを集束させるアプリケーター中のバインダーの水溶液である集束液が加熱され、集束液の濃度が上昇したり、集束液の成分が変質したりし、濃度が上昇した集束液や、成分が変質した集束液がフィラメントに付与され、製品（ストランド）に悪影響を及ぼすという問題がある。

さらに容器の壁面やアプリケーターロールの表面や端部に、集束液中のバインダーからの乾燥固化物が発生し、該固化物が破壊されて細片となり、集束液中に混入して集束液とともにフィラメントに付与され、アプリケーター近傍でのフィラメント切れが発生したり、これらの細片がフィラメントに付着してストランド中に含まれ、ストランド切れが発生するという課題がある。以上のようにアプリケーター近傍の温度上昇による、ストランドに対するバインダーの付着量の不均一性やバインダー固化物細片のストランドへの混入は、得られるストランドの糸切れや毛羽発生の原因となり、ストランドの品質に著しい悪影響がある。このような悪影響を防止するためにブッシング近傍に設けられた送風ダクトからの送風量を増大させることが考えられるが、送風量を増大させると、フィラメント切れが生じ容易にストランドが断線したり、また、水スプレー量を増大させることも考えられるが、スプレー量を増大させると、集束液のストランドへの付着効率が低下するといった別の課題が発生する。

従って本発明の目的は、ブッシングが大型になってもアプリケーター付近の温度上昇を抑制し、ストランドに対する集束剤の付着量が均一であり、かつバインダー固化物の細片などがストランドに混入せず、アプリケーター付近でのフィラメント切れやストランド切れが発生しないストランド製造装置を提供することにある。

上記目的は以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、溶融ガラスをノズルを通してガラスフィラメントとして排出するブッシングと、該ブッシングから引き出されたフィラメントに集束液を付与するアプリケーターと、前記フィラメントを冷却するプレパドスプレーと、集束液が付与されたガラスストランドを巻き取るロールとを有するガラスストランド製造装置において、アプリケーター周辺の温度を４０℃未満に保持できるエアカーテンを形成する能力を有する送風機を設け、該送風機の送風方向が、前記アプリケーターと前記プレパドスプレーの間であって、該アプリケーターの水平中心位置よりも上方１０ｍｍ〜６００ｍｍの範囲にエアカーテンを形成する方向であることを特徴とするガラスストランド製造装置を提供する。

上記本発明においては、前記ブッシングが、その底面積が０．０６〜０．１８ｍ²で、１個のブッシングに設けられたノズルの総数が約２，０００〜６，０００個であること；前記送風機が、アプリケーター周辺の温度を４０℃未満に保持する能力を有すること；および、さらにプレパドスプレーを有し、前記送風機の送風方向が、前記アプリケーターと上記プレパドスプレーの間であって、上記アプリケーターの水平中心位置よりも上方１０ｍｍ〜６００ｍｍの範囲にエアカーテンを形成する方向であることが好ましい。

上記本発明によれば、ブッシングが大型になってもアプリケーター付近での温度上昇を抑制し、ストランドに対する集束剤の付着量が均一であり、かつバインダー固化物の細片などがストランドに混入せず、アプリケーター付近でフィラメント切れやストランド切れが発生しないストランド製造装置を提供することができる。

次に本発明の好ましい実施形態を示す図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。本発明の装置は、図１に示すように、溶融ガラスを多数のノズル３を通してフィラメント４として排出するブッシング２と、該ブッシング２から引き出された多数本のフィラメント４を集束して集束液５を付与するアプリケーター７と、集束液５が付与されたストランド１を巻き取るロール８とを有するストランド製造装置において、アプリケーター７の周辺の温度上昇を抑制するために、アプリケーターとブッシングとの間にエアカーテンを形成する送風機９を設けたことを特徴としている。さらに該装置にはノズル近傍のフィラメントを冷却する送風ダクト１０およびフィラメントを冷却するプレパドスプレー１１が設けられている場合が多い。

上記のブッシングとは、溶融ガラスを収納している耐火物製容器の底面に白金製の多数のノズルが設けられているものである。上記容器内には溶融炉から連続的に溶融ガラスが供給されているのが一般的である。一方、上記ノズルは従来技術の場合には、上記容器の底面に通常は２．０〜５．０個／ｃｍ²の密度で全体として約４００〜２，０００個が配置されている。該ノズルの孔径（直径）は約０．８〜１．５ｍｍである。各ノズルからは溶融ガラスが約４〜２６μｍの太さで連続的に引き出されてフィラメントを形成する。フィラメントの引き出し速度は約８００〜３，０００ｍ／ｍｉｎ．である。フィラメント形成時のブッシングの底面（すなわち白金製ノズルが設けられている面）は、紡糸適正温度（約１，２５０℃）付近に灼熱されている。

本発明の装置は、ブッシングとして上記従来のサイズのブッシングを用いた装置にも有効であり、アプリケーター付近の温度上昇を抑制し、また、前記の通りアプリケーター７内の集束液の水分蒸発、成分の変質、被膜や固形分細片の発生を有効に防止し、ストランドに対する集束剤の付着量が均一であり、かつバインダー固化物の細片などがストランドに混入せず、アプリケーター付近でのフィラメント切れやストランド切れが発生しない高品質のストランドを生産性よく製造することができる。本発明の装置は上記ブッシングが大型化された場合にさらに優れた効果を奏する。

すなわち、ストランドの生産性を上げるためにブッシングのサイズを大型にすると、ブッシング底面からの輻射熱および連続的に垂下しているフィラメントにより生じる連行熱が増大し、これらの輻射熱などを送風ダクトからの冷却空気およびプレパドスプレーによる霧水では充分には吸収できず、アプリケーター付近の温度が激しく上昇したり、また、集束液を含むアプリケーター周辺の温度が上昇し、前記の如き課題が発生する。本発明の装置はかかる課題を送風ファンを設け、該送風ファンの送風方向をアプリケーターの上方のフィラメントに向けて送風し、ブッシングとアプリケーターとの間にエアカーテンを形成し、集束液を含むアプリケーター周辺の温度を適度に、好ましくは４０℃未満、さらに好ましくは３７℃以下に保持することを特徴としている。従って本発明は、本発明の装置におけるブッシングが、その底面積が０．１〜０．１８ｍ²で、１個のブッシングに設けられたノズルの総数が約４，０００〜６，０００個である場合に特に有効である。

本発明で使用する送風機は特別のものである必要はなく、所謂扇風機タイプのものでもよい。送風機の送風能力は、該送風機の設置位置によって異なり、特に限定されないが、例えば、連続的に引き出されているフィラメントから１，８００〜１，９００ｍｍ離れた位置から送風する場合、送風機の吹き出し位置における風速は３．０〜５．５ｍ／ｓｅｃ．、より好ましくは４．０〜５．５ｍ／ｓｅｃ．であり、フィラメント付近での風速は０．５〜１．２ｍ／ｓｅｃ．程度が好ましい。

また、送風機の送風方向は、多数のフィラメントの中心（垂直位置）に対して直交する方向でもよいが、幾分下方に向いていることが好ましい。また、送風機の送風方向は、アプリケーターとプレパドスプレーとの中間位置であり、より具体的には上記アプリケーターの水平中心の上方１０ｍｍ〜６００ｍｍの範囲である。送風機から送られる空気は、ブッシングとアプリケーターとの間にエアカーテンを形成し、ブッシングからの連行熱などがかなりの部分遮断され、アプリケーター付近の温度上昇が抑制され、また、アプリケーター内の集束液の昇温が抑制される。このような理由で送風機の送風方向はフィラメントに対して前記の如くアプリケーターの水平中心の上方１０ｍｍ〜６００ｍｍの範囲に向いていることが好ましく、１０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲に向いていることがさらに好ましい。

送風方向がプレパドスプレー付近（すなわちアプリケーターより６００ｍｍを超えて上方）に向いていると、輻射熱や連続的に垂下しているフィラメントによって連行される熱の遮断が不十分であり、該送風がフィラメントの糸切れの原因になる畏れもある。一方、送風方向がアプリケーターの水平中心位置から上方１０ｍｍ未満であると、ブッシングとアプリケーターとの間に有効なエアカーテンが形成されず、アプリケーター付近の温度上昇やアプリケーター中の集束液の昇温を効率よく抑制できない場合がある。

上記送風機から送られる空気は特別の空気である必要はなく、作業雰囲気の空気でよい。また、送風機の設置位置は、ブッシングから約５００〜２，０００ｍｍ程度離れた場所で、かつ作業者の作業に支障がないように作業者の頭上であることが好ましい。送風機の設置位置がブッシングに近過ぎると、ブッシング付近の空気は昇温していることから、送風により形成されるエアカーテン自体の温度が高く、アプリケーター付近の温度上昇の抑制や集束液の液温上昇の抑制を充分に行なうことが困難になる。一方、送風機がブッシングから離れ過ぎていると、送風機からの空気のフィラメント付近での風速が低下し、熱を遮断するに有効なエアカーテンが形成しにくい。

上記送風機の能力は、アプリケーター付近の温度が、４０℃未満、好ましくは３７℃以下になるエアカーテンを形成する能力であることが好ましい。このような能力は送風機の送風能力および送風機の設置位置によって決められる。なお、上記の温度は、アプリケーター付近の温度としているが、アプリケーター付近の温度は場所によって異なるので、実際にはアプリケーターロールとフィラメントの接触地点の１０ｍｍ上方を熱電対により測定した。この熱電対による温度測定は上記地点の空気の温度とブッシングからの輻射熱の双方を測定している。上記の温度が４０℃を超えると、集束液の水分の蒸発が大きくなり、集束液の濃度が経時的に高くなり、容器壁面やアプリケーターロールの端部付近にバインダーの薄膜（固形物）が形成され、その細片が集束液に混入し易くなる。上記集束液は通常約１０〜２５℃の液温で供給源からアプリケーターに送られるが、前記送風機にてエアカーテンを形成しない場合には、集束液の液温は時間の経過とともに４０℃を超えて４１〜５０℃程度に上昇するが、前記エアカーテンの形成により４０℃未満の温度に抑制され、さらにエアカーテンの空気量を多くすることで３７℃以下に抑えることで前記課題が解決される。

本発明の装置における他の構成、例えば、送風ダクト、プレパドスプレー、アプリケーター、集束液、巻き取りロール、およびその他の不図示の構成要素は従来技術と同様でよい。

次に実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１〜２、比較例１〜３、参考例
図１に示す如きガラスストランド製造装置であって、ブッシングの底面積（Ａ）、ノズル総数（Ｂ）、プル（時間あたりのフィラメントの引き出し重量）（Ｃ）、ブッシングの中心とファンの送風口との距離（Ｄ）およびファンの吹き出し口の風速（Ｅ）および空気の当たる場所（Ｆ）を、表１に記載の通りとして実施例、比較例および参考例（従来例）のガラスストランド製造装置とした。該ガラスストランド製造装置を各実施例、比較例および参考例用としてそれぞれ１０機用意した。

バインダーとしてγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、エポキシ当量１８０のノボラック型エポキシエマルジョンおよびウレタンエマルジョンを固形分質量比５：８０：１５の割合で混合して水で希釈し、固形分６質量％からなる集束液を作成して、この集束液を上記装置のアプリケーターに送り、表１に記載の紡糸条件にてノズルから引き出されたガラスフィラメントに集束液を付与した後巻き取ってストランドを得た。この操作を各実施例、比較例および参考例用の１０機の装置において実施して、それぞれの例の結果をそれぞれ１０機の平均値で表わした。

上記それぞれ各例毎の１０機のストランド製造装置には、２２０ｍｍ×６００ｍｍの開口面積を有し３個のファンを設けた送風機を表１に示す位置に設置し、表１に記載の風速でフィラメントに向けて送風した。糸道（フィラメントが流下している位置）より若干送風機寄りの位置から煙を発生させ、糸道に沿った上下の各点で、最も煙が流れる点を表１中の空気の当たる場所（エアカーテンの中心付近）とした。
各例のそれぞれ１０機のアプリケーター付近温度を、安立計測株式会社製のデジタル温度計ＨＦＴ−４０にて、各例のそれぞれ１０機のアプリケーターロールとフィラメントとの接触地点の約１０ｍｍ上方に設置し、各装置の温度を測定してその平均値を求めた。その測定結果を表１に示す。

アプリケーター付近またはアプリケーター上でのフィラメント切れまたはストランド切れの発生状況を観察し、全ての１０機の装置において８時間経過しても糸切れしない場合を◎、４時間経過後に５機以上が糸切れしない場合を○、１時間経過後に５機以上糸切れしない場合を△、５分以内で糸切れが５機以上あった場合を×とした。結果を表１に示す。

上記の表１からして、実施例１の装置が最良の結果を示し、実施例２の装置も温度３８℃であれば許容できる結果であった。これに対して送風機を設けない比較例１ではアプリケーター付近温度が４８℃に上昇し、糸切れが発生した。又、比較例２および３に示すように、送風機を設けても空気の当たる場所がアプリケーターより下方である場合やプレパドスプレー付近である場合にはアプリケーター付近温度が上昇し、糸切れが発生している。参考例は従来のサイズの小さいブッシングを用いた場合であり、このように小さいサイズのブッシングの場合にはエアカーテンを形成しなくてもアプリケーター付近温度の上昇はなく、従って糸切れは発生していない。
上記の結果からして、ガラスストランド製造装置において、そのブッシングを大型化した場合には、従来同様の構成では激しい糸切れが発生するが、該課題は本発明の構成により解決されることが明らかである。

上記本発明によれば、ブッシングが大型になってもアプリケーター付近の温度上昇を抑制し、ストランドに対する集束剤の付着量が均一であり、かつバインダー固化物の細片などがストランドに混入せず、アプリケーター付近でフィラメント切れやストランド切れが発生しないストランド製造装置を提供することができる。

本発明のストランド製造装置を図解的に示す図。従来技術のストランド製造装置を図解的に示す図。

符号の説明

１：ストランド
２：ブッシング
３：ノズル
４：フィラメント
５：集束液
６：アプリケーターロール
７：アプリケーター
８：巻き取りロール
９：送風機
１０：送風ダクト
１１：プレパドスプレー
１２：エアカーテン

Claims

溶融ガラスをノズルを通してガラスフィラメントとして排出するブッシングと、該ブッシングから引き出されたフィラメントに集束液を付与するアプリケーターと、前記フィラメントを冷却するプレパドスプレーと、集束液が付与されたガラスストランドを巻き取るロールとを有するガラスストランド製造装置において、アプリケーター周辺の温度を４０℃未満に保持できるエアカーテンを形成する能力を有する送風機を設け、該送風機の送風方向が、前記アプリケーターと前記プレパドスプレーの間であって、該アプリケーターの水平中心位置よりも上方１０ｍｍ〜６００ｍｍの範囲に前記エアカーテンを形成する方向であることを特徴とするガラスストランド製造装置。
前記ブッシングが、その底面積が０．０６〜０．１８ｍ²で、１個のブッシングに設けられたノズルの総数が約２，０００〜６，０００個である請求項１に記載のガラスストランド製造装置。