JP2000344541A - 異形断面ガラス繊維紡糸用ノズルチップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 扁平比が４．０以上というような高扁平断面
のガラス繊維を安定して紡糸可能なノズルチップを提供
する。 【解決手段】 ノズルプレート１２の下面に設けるノズ
ルチップ１３に、扁平断面の二つのノズル孔をＶ字状に
連結したような断面形状のノズル孔２４を設け、Ｖ字の
二辺を形成する直線部分のそれぞれの片側のノズル孔壁
に凹状のノズル孔壁切り欠き部２５を形成し、ノズル孔
を流下する溶融ガラスを切り欠き部２５で敏速に冷却す
ることで引き出された溶融ガラスが丸まる現象を抑制
し、ノズル孔の扁平比にほぼ等しい扁平比のガラス繊維
を製造可能とする。また、ノズル孔２４をＶ字に屈曲さ
せることで、ノズル孔２４の全体からの溶融ガラスの吐
出を安定させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、断面が細長い扁平
な形状、山形、Ｖ形等の異形断面のガラス繊維を製造す
るために用いるノズルチップに関し、特に扁平比の高い
異形断面を有する高扁平ガラス繊維の製造に好適なノズ
ルチップに関する。ここで、「扁平比」とは、繊維の断
面形状における長手方向の最大長さを、それに直角方向
の最大長さ（幅）で割った値を意味しており、断面形状
が湾曲していた場合には、長手方向の最大長さはその湾
曲に沿って計った長さ（すなわち、湾曲を平坦に矯正し
て計った長さ）とする。また、この扁平比はガラス繊維
断面について用いるのみならず、ノズル孔の断面形状に
ついても用いる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、図１２（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）に示すような扁平形状の断面を持つ扁平ガラス繊
維１が開発されており、特に、長径（長手方向の最大長
さ）の短径（長手方向に直角方向の最大長さ）に対する
比即ち扁平比が２．０以上で長方形に近い形状の断面を
持つ扁平ガラス繊維は、その繊維を配合した樹脂製品の
強度を上げ、表面の平滑性を増し、そり、ねじれを減少
させ、振動減衰効果を大きくし、またガラス不織布で
は、バインダー量が少なくても強度がでる、充填密度が
上げられるためガラスクロスの代用に使用することがで
きるなどの効果があるため、その効率的工業生産が望ま
れている。なお、本明細書において、扁平断面の長径、
短径とは、図１２（ｃ）に示すように、扁平ガラス繊維
１の断面に外接する長方形２を想定した時に、その長方
形２の長辺の長さＡ（繊維断面の最長寸法に相当）、短
辺の長さＢ（繊維断面の長径にほぼ直角方向における最
長寸法に相当）を示しており、従って、扁平比はＡ／Ｂ
である。

【０００３】一般に、ガラス繊維は、溶融ガラスを多数
のノズルチップを形成したノズルプレートから吐出し、
引き伸ばしながら冷却、固化して製造されており、扁平
ガラス繊維を製造する従来方法においても、例えば、特
開平１−２６６９３７号公報に示すような、扁平な断面
のノズル孔を備えたノズルチップを使用した以外は、同
様な方法で製造されている。しかしながら、このような
ノズルチップを用いても、吐出された溶融ガラスが、表
面張力によって丸くなろうとする傾向が大きいため、望
ましい扁平ガラス繊維を効率良く得ることはきわめて困
難であった。すなわち、ノズルチップから吐出された溶
融ガラスが丸くなるのを抑えるには、ノズルチップから
吐出した時点でのガラス温度が低くなるようにノズルチ
ップを長くするとか、細くする必要があるが、そのよう
にすると、ノズル孔による抵抗が大きくなるため溶融ガ
ラスの吐出量が少なくなり、紡糸速度を低下せざるを得
ず、また、ノズルチップ出口部分での溶融ガラスの温度
が低くなるため流動性が不足して糸切れを起こすことが
多くなり、しかも、ノズルチップからの吐出温度を下げ
たとしても吐出された溶融ガラスが丸くなろうとする傾
向はかなり残るため、得られたガラス繊維の扁平比はノ
ズル孔断面の扁平比に比べてはるかに小さくなってしま
い、結局、扁平比が２以上というような高扁平比の扁平
ガラス繊維を、例えば、１５００ｍ／ｍｉｎ以上といっ
た高速紡糸によって生産することは実質上不可能であっ
た。特に、ＥＣＲガラスと呼ばれる耐酸性の良いガラス
繊維は表面張力が大きいので、特に生産が困難であっ
た。

【０００４】そこで、扁平ガラス繊維を効率良く紡糸可
能なノズルチップの開発が行われており、例えば、特開
平６−２２８８０６号公報、特開平７−１２６０３３号
公報、特開平７−１３３１３２号公報等に提案されてい
る。これらの公報には、長方形の孔の断面を持つノズル
チップ、長方形の孔の短辺の両側に突起部を設けたオリ
フィスに関する技術が開示されている。しかしながら、
これらの形状の孔を多数設けたブッシングプレートによ
っても高扁平ガラス繊維を安定して多量に製造すること
は困難であった。

【０００５】また、特開平１１−４３３４３号公報に
は、断面が長円形若しくは長円形に類似したノズル孔を
備え、且つそのノズル孔の断面積を溶融ガラスの流入口
側から吐出口側に向かって徐々に小さくしたノズルチッ
プが提案されている。このノズルチップではノズルチッ
プ内におけるガラスの流れの乱れを少なくし、且つ冷却
効果を大きくすることができ、従来のノズルチップに比
べると、扁平比の高い扁平ガラス繊維を生産性良く製造
することができる利点を有している。しかしながら、こ
のノズルチップでも、ノズルチップから吐出した溶融ガ
ラスが丸くなる傾向はかなり残っており、例えば、ノズ
ル孔の吐出口における扁平比に対して、得られるガラス
繊維の扁平比は約半分程度に減少しており、扁平比の大
きい、例えば扁平比が４．０以上といった高扁平ガラス
繊維の製造が困難であるという問題があった。また、こ
のノズルチップを多数、ノズルプレートに取り付ける場
合、ノズルチップ間に工作上適当な間隔を必要とするこ
とから、ノズルプレートの単位面積当たりのノズルチッ
プの配置数、すなわちノズル孔の配置数をあまり多くで
きず、所望本数のガラス繊維を紡糸するために使用する
ノズルプレートの面積が大きくなるという問題もあっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来の
問題点に鑑みてなされたもので、扁平比が４．０以上と
いうような扁平断面を持った高扁平ガラス繊維を、１５
００ｍ／ｍｉｎ以上といった高速で紡糸しながら、糸切
れ等をほとんど起こすことなく安定して操業可能なノズ
ルチップを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、高扁平比
のガラス繊維を安定して紡糸すべく鋭意検討の結果、使
用するノズルチップのノズル孔の断面を細長い形状とす
ると共に、その長手方向に延びる両側のノズル孔壁の一
方に、先端側から凹状に切り欠き部を形成することで、
吐出された溶融ガラスが丸まることを抑制してノズル孔
断面の扁平比にほぼ等しい扁平比のガラス繊維を製造す
ることができ、しかも、このノズル孔断面の扁平比を大
きくすると（例えば、扁平比４．０以上にすると）、そ
のノズル孔からの溶融ガラスの吐出が不安定になること
があるが、ノズル孔断面をＶ字形、Ｕ字形等に屈曲させ
ると、溶融ガラスの吐出を安定させることができ、しか
も得られたガラス繊維は断面が、ノズル孔断面のＶ字
形、Ｕ字形等に比べて大きく開き、場合によっては平坦
な形状になることを見出し、本発明を完成した。

【０００８】すなわち、本発明の異形断面ガラス繊維紡
糸用ノズルチップは、ノズル部と該ノズル部を貫通する
ノズル孔を備えており、そのノズル孔の断面を、複数の
直線部分を備えた屈曲した細長い形状とし、更に、少な
くとも２個の直線部分には長手方向に延びる両側のノズ
ル孔壁の一方に、前記ノズル孔の先端側から凹状に形成
したノズル孔壁切り欠き部を設けるという構成としたも
のである。

【０００９】このノズルチップでは、ノズル孔の断面に
おける直線部分の長手方向に延びる両側のノズル孔壁
（以下長辺側ノズル孔壁という）の一方に、切り欠き部
を形成しているため、その直線部分を流下する溶融ガラ
スが、切り欠き部の無い側の長辺側ノズル孔壁を濡らし
た状態で流下し、このため、その直線部分における扁平
比にほぼ等しい扁平比を保って流下し、しかも、その流
下の間に切り欠き部から冷却されるため、ノズルチップ
の先端から吐出された時点では適度に冷却され、丸まろ
うとする傾向が低下しており、その後、引き伸ばされつ
つ繊維化する際、扁平比がほとんど減少せず、場合によ
っては増加することもあり、しかも、複数の直線部分は
連結しているため、得られるガラス繊維の断面形状は、
複数の直線部分から吐出されたものが連結されてきわめ
て細長い形状となっており、高扁平断面のガラス繊維が
得られる。また、溶融ガラスがノズル孔の切り欠き部を
流下する際には、流下中の溶融ガラスの片面が開放され
るため流下抵抗が小さくなり、ノズル部を通過中の溶融
ガラスが冷却されて粘度が高くなっても、なんら支障は
なく、溶融ガラスが安定して流下する。更に、複数の直
線部分は屈曲した状態で連結されているため、それぞれ
が独立して設けられたノズル孔と同様の挙動を示し、各
直線部分から溶融ガラスが安定して流下する。かくし
て、このノズルチップを用いることで、高速で紡糸して
も安定して所望の高扁平比の異形断面ガラス繊維を得る
ことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に示す本発明の実施の
形態を参照して本発明を更に詳細に説明する。図１は、
本発明の一実施の形態による異形断面ガラス繊維の製造
装置を概略的に示す正面図であり、１１はガラス溶融
炉、１２はその底面に配置されたノズルプレート、１３
はそのノズルプレート１２の下面に設けられたノズルチ
ップ、１４はノズルチップ１３から紡糸されたガラス繊
維、１５はノズルチップ１３及びガラス繊維１４を冷却
するための冷却フィン、１６は冷却フィン１５を冷却す
るための水冷却部、１７はガラス繊維１４に集束剤を塗
布するための集束剤塗布装置、１８は多数のガラス繊維
を集束する集束ローラ、１９は集束されたガラス繊維を
巻き取るワインダーであり、各ノズルチップ１３から紡
糸されたガラス繊維１４が集束ローラ１８で集束され、
ワインダー１９に巻き取られている。ここで、ノズルチ
ップ１３は本発明の一実施の形態を構成するもので、後
述するように屈曲した細長い断面形状のノズル孔を備え
ており、これによって高扁平断面のガラス繊維が製造さ
れる。

【００１１】図２はノズルチップ１３の概略斜視図、図
３は図２及び図４のＸ−Ｘ矢視概略断面図、図４はノズ
ルチップ１３の概略下面図である。ノズルチップ１３
は、ノズルプレート１２の下面に多数、設けられる。こ
のノズルチップ１３は、ノズルプレート１２とは別に製
造され、溶接等で取り付けられてもよいし、一枚の板か
ら、フライス盤、エンドミルなどによる機械加工、或い
は放電加工、プレス加工などにより、エンドプレート１
２と一体構造として作られてもよい。

【００１２】ノズルチップ１３は、ノズルプレート１２
の上方の溶融ガラスを導入するための溶融ガラス溜まり
部２２と、その下方に形成され、製造するガラス繊維の
断面形状に大きな影響を与えるノズル部２３と、そのノ
ズル部２３を貫通して設けられたノズル孔２４を備えて
いる。なお、本発明においてノズルチップ１３に設ける
ノズル孔２４は、図４に示すような１個に限らず、複数
個としてもよい。また、図２〜図４に示す実施の形態で
は、ノズル部２３をその上の溶融ガラス溜まり部２２を
形成した領域よりも小さい外形としているが、本発明は
この構成に限らず、図５に示すノズルチップ１３Ａのよ
うに、ノズル部２３の外形を、その上の溶融ガラス溜ま
り部２２を形成した領域の外形と同じとしてもよい。た
だし、図２〜図４に示すようにノズル部２３をその上の
溶融ガラス溜まり部２２を形成した領域よりも小さい外
形とすると、ノズル部２３の冷却効果を一層高めること
ができる利点が得られる。ノズルチップ１３やそれに形
成したノズル部２３の外形は、図示の実施の形態では、
直方体としているが、これに限らず、角錐形、円筒形、
円錐形等に変更することも可能である。ただし、図示の
直方体とすると、一枚の板から多数のノズルチップを備
えたノズルプレートを機械加工で製造する際の加工が容
易となる利点が得られる。

【００１３】図２〜図４において、ノズル部２３に形成
するノズル孔２４はその断面が、複数の直線部分を備え
た細長い形状をなすものであり、本実施形態では、二つ
の直線部分２４ａ、２４ａを連結部２４ｂによって屈曲
した状態に連結したＶ字形としている。この断面形状の
ノズル孔２４は、高扁平断面のガラス繊維を紡糸するた
めのものである。ここで、「断面」とは、ノズル孔２４
内を流下する溶融ガラスの方向に対して直角な面におけ
る断面を意味している。但し、後述するようにノズル孔
２４を取り囲んでいるノズル孔壁の一部に、先端側（下
面側）から凹状の切り欠き部２５を形成しているため、
その切り欠き部２５のある位置と無い位置ではノズル孔
２４の断面形状が異なることとなるので、本明細書にお
ける「断面」は、切り欠き部２５の無い位置（すなわち
切り欠き部２５よりもノズルプレート側の位置）におけ
る断面を示すものとする。

【００１４】本発明においてノズル孔２４の断面形状と
して採用可能な細長い形状は、図示したＶ字形に限ら
ず、複数の直線部分を備えたものであれば任意であり、
例えば、Ｕ字形、Ｗ字形等を挙げることができる。ノズ
ル孔２４の断面を形成する細長い形状は、一定幅のもの
でもよいし、幅が適当に変化するものでもよい。例え
ば、図４において、連結部２４ｂの幅を、直線部分２４
ａの幅よりも大きく、或いは小さくするとか、直線部分
２４ａの先端に、直線部分２４ａの幅寸法よりも大きい
直径の円を付ける等の変更を行っても良い。なお、本明
細書において、ノズル孔２４の断面形状に形成した「直
線部分」とは、厳密な意味での直線状の部分のみなら
ず、多少の湾曲があっても直線状とみなせるようなほぼ
直線状の部分をも含むものである。また、この直線部分
は、必ずしも一定幅のものである必要はなく、細長い楕
円形のように幅が長手方向に変化したものでもよい。図
４に示す実施形態では、ノズル孔２４の断面形状におけ
る端部や屈曲した部分には、丸みを付与しているが、こ
の丸みの半径を適宜変更するとか、丸みを省略し、角部
とする等の変更を行っても良い。

【００１５】ノズル孔２４の断面形状や扁平比は、製造
しようとする高扁平ガラス繊維の断面形状や扁平比に応
じて定めるものであるが、本発明のノズルチップを用い
た場合、製造されるガラス繊維の扁平比はノズル孔の断
面の扁平比に比較的近い値となるため、ノズル孔２４の
扁平比は、製造すべき扁平ガラス繊維の扁平比と同等若
しくはそれに近い値に設定すればよい。例えば、扁平比
が４．０〜１０の扁平ガラス繊維を製造する場合、用い
るノズル孔２４の扁平比も４．０〜１０程度に設定すれ
ばよく、従って、二つの直線部分２４ａ、２４ａの扁平
比は、その約半分（即ち、２．０〜５程度）に設定すれ
ばよい。一般的に扁平ガラス繊維の扁平比としては、
２．０以上とすることが好ましいが、扁平比が２．０〜
４．０の扁平ガラス繊維は、図４に示す直線部分２４ａ
のみからなるノズル孔を用いて安定して紡糸可能であ
り、本発明のノズルチップを用いる利点はあまり生じな
い。従って、本発明のノズルチップに形成するノズル孔
２４の扁平比としては、４．０以上（直線部分２４ａの
みの扁平比は２．０以上）とすることが好ましい。一
方、直線部分２４ａの扁平比が大きくなり過ぎると、繊
維の断面形状が不安定になりがちで効率的な生産が困難
となるので、その扁平比は５以下とすることが好まし
く、更には４．０以下とすることが一層好ましい。従っ
て、図示した実施形態のＶ字形のノズル孔２４を用いる
場合には、ノズル孔２４の全体の扁平比を４．０〜１
０．０とすることが好ましく、更には４．０〜８．０と
することが一層好ましく、これによって、扁平比が４．
０〜８．０の高扁平比のガラス繊維を安定して製造可能
となる。ノズル孔２４の最短径（幅）は、溶融ガラスの
種類と生産量に見合ったものに調整されるが、０．５ｍ
ｍ以上、好ましくは０．８ｍｍ以上であることが望まし
い。０．５ｍｍ未満では、溶融ガラスの流出が順調でな
く、繊維寸法変化が大きく望ましくない。

【００１６】ノズル孔２４の直線部分２４ａは、長手方
向に延びる両側のノズル孔壁即ち長辺側ノズル孔壁２４
ａａ、２４ａｂを備えており、その一方の長辺側ノズル
孔壁２４ａａに、その両端部を除いて、ノズルチップの
先端側から凹状に切り欠いて形成したノズル孔壁切り欠
き部２５が設けられている。なお、ノズル孔壁切り欠き
部２５は外側の長辺側ノズル孔壁２４ａａに設ける場合
に限らず、内側の長辺側ノズル孔壁２４ａｂに設けても
よく、その場合には両側の直線部分２４ａに対して共通
のノズル孔壁切り欠き部を形成すればよい。

【００１７】上記構成のノズル孔２４から溶融ガラスを
吐出すると、その溶融ガラスはノズル孔壁切り欠き部２
５を通過する際にその切り欠き部２５に面する領域が冷
却されて表面張力が小さくなるが、切り欠き部２５を除
いた領域では、高温のノズル孔壁２４ａｂ等に取り囲ま
れているので冷却が抑制され、それらのノズル孔壁２４
ａｂ等に濡れ広がり、ノズルチップ１３の先端を出るま
ではノズル孔２４の断面形状にほぼ等しい形状を保って
いる。このため、ノズルチップ１３を出る瞬間の溶融状
態のガラス繊維１４は、図６（ａ）にその断面を示すよ
うに、Ｖ字形となっている。そして、ノズルチップ１３
の先端を離れた後においても、ガラス繊維１４の、ノズ
ル孔２４の直線部分２４ａから吐出された部分１４ａ
は、ノズル孔壁切り欠き部２５に面していた側の面１４
ａａが冷却されて表面張力が小さくなっているので、そ
の後にガラス繊維が引き伸ばされた時、表面張力によっ
て丸まることがほとんどなく、吐出時の扁平比を保つ。
一方、ノズル孔２４の連結部２４ｂから吐出されたガラ
ス繊維部分１４ｂは、大きい表面張力を持っているため
か、Ｖ字形で吐出されたガラス繊維１４が引き伸ばされ
る間にＶ字が外側に大きく開く傾向があり、最終的には
図６（ｂ）に示すように、ほぼ直線状の平坦な断面とな
る。また、溶融ガラスがノズル孔２４の切り欠き部２５
を流下する際には、流下中の溶融ガラスの片面が開放さ
れるため流下抵抗が小さくなり、ノズル部１３を通過中
の溶融ガラスが冷却されて粘度が高くなっても、なんら
支障はなく、溶融ガラスが安定して流下する。かくし
て、ノズル孔２４の断面形状全体の扁平比にほぼ等しい
高扁平比の且つ平坦なガラス繊維を高速で安定して製造
できる。

【００１８】上記したように、ノズル孔壁切り欠き部２
５は吐出中の溶融ガラスの片面を冷却して表面張力を小
さくし、扁平化効率を上昇させる効果を発揮する。この
ノズル孔壁切り欠き部２５のサイズは、この効果をより
有効に発揮させるよう、ガラスの溶融温度、ガラス繊維
の紡糸速度、扁平比の安定性など種々の要素を考慮して
定められる。具体的には、ノズル孔壁切り欠き部２５
は、その幅Ｗ（溶融ガラスの流下方向に直角方向の長
さ）は、通常、直線部分２４ａの長辺側ノズル孔壁１４
ａａの長さＬの３０〜１００％、好ましくは４０〜９０
％、最も好ましくは、５０〜８０％に設定される。３０
％未満では、切り欠き部の効果が少なく、一方、長辺側
ノズル孔壁１４ａａの１００％を切り欠き、更に短辺部
分（直線部分２４ａの端部のノズル孔壁）を１／２以下
にすると過冷却となり、溶融ガラスが切り欠き部２５を
通過する際にその短辺部分まで濡らさず、丸まり始めて
しまい、扁平化効率が悪くなる。ノズル孔壁切り欠き部
２５の深さＤ（溶融ガラスの流下方向の長さ）は、ノズ
ル部２３の長さＣにも関連するが、冷却効果を発揮する
上から０．２ｍｍ以上は必要である。ノズル部２３の長
さＣは、切り欠き部２５を形成可能な長さを確保すると
共に流下する溶融ガラスを適当に冷却することができる
ように設定するものであり、１〜６ｍｍ程度に設定する
ことが好ましく、より好ましくは１〜４ｍｍである。切
り欠き部２５の深さＤは、ノズル部２３の有効長さＣ
〔図３に示す実施形態では、ノズル部２３の長さＣを有
効長さとし、図５に示す実施形態では、ノズル孔２４の
全長Ｅから、ノズル孔を形成するために強度上必要な最
低厚さ（通常、０．３ｍｍ程度）を差し引いた長さＣを
有効長さとする〕に対して、１０〜１００％とすること
が好ましく、より好ましくは３０〜８０％である。

【００１９】図４において、ノズル孔２４のＶ字形に配
置される二つの直線部分２４ａ、２４ａのなす角度θ
は、小さい程、ノズル孔２４を形成するために要する面
積を小さくできるので好ましいが、あまり小さくすると
二つの直線部分２４ａ、２４ａから吐出された溶融ガラ
スが合流してトラブルを起こす。このため、角度θとし
ては、２０°程度以上とすることが好ましい。一方、こ
の角度θが大きくなると、扁平比が大きい直線状のノズ
ル孔と同様の挙動を示すようになり、二つの直線部分２
４ａ、２４ａからの溶融ガラスの吐出が不安定になって
くる。すなわち、図１３に示すように、ノズル孔３４を
断面が、直線状の極めて細長い（例えば、扁平比が４．
０を越えるような）形状とし、その長辺側ノズル孔壁の
一方に切り欠き部３５を形成したノズルチップ３３を用
いて紡糸を行うと、長いノズル孔３４内における温度バ
ランスが乱れるためか、ノズル孔３４の全体から均一に
溶融ガラスを吐出することが困難であり、図１４（ａ）
に示すように、溶融ガラス３６が一端側に偏って吐出さ
れることが多く、且つ、その偏り方向はばらばらであ
り、しかも、紡糸途中において図１４（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）に示すように、偏り位置が変化することもあり、
このため、得られるガラス繊維の断面の扁平比が、ノズ
ル孔の扁平比よりもかなり小さくなるばかりでなく、扁
平比や大きさもまちまちとなる傾向がある。そして図４
に示すノズル孔２４のＶ字形の角度θを大きくすると、
このノズル孔３４と同様に溶融ガラスの吐出が不安定と
なる。ところが、この角度θを小さくすると、二つの直
線部分２４ａ、２４ａは連結部２４ｂによってつながっ
ているにも係わらず、それぞれ独立したノズル孔と同様
になり、各直線部分２４ａの全体を有効に利用して安定
した吐出が可能となる。この効果を発揮させるための角
度θとしては、直線部分２４ａの扁平比や溶融ガラスの
物性にも関係するが、９０°以下程度に設定することが
好ましい。

【００２０】前記したように、Ｖ字形の断面形状のノズ
ル孔２４から紡糸されたガラス繊維は、引き伸ばされて
いる間にＶ字が外側に広がる傾向があるため、図６
（ｂ）に示すガラス繊維１４のように平坦な状態とする
ことができる。しかしながら、Ｖ字の角度θが小さい場
合とか、ガラス温度、物性、紡糸速度等の紡糸条件によ
っては、Ｖ字が１８０°までは開かず、浅いＶ字状のガ
ラス繊維が得られる場合もある。従って、必要に応じ、
Ｖ字状断面のノズル孔を用いてＶ字状断面のガラス繊維
を製造することもできる。

【００２１】更に、ノズル孔２４から紡糸されたＶ字形
断面のガラス繊維が、引き伸ばされている間に外側に広
がる傾向は、ノズル孔２４のＶ字形の角度θに依存する
のみならず、ノズル孔壁切り欠き部２５の形成位置にも
依存することが判明した。すなわち、Ｖ字形の底辺近傍
に切り欠き部２５を形成して、その位置を主として冷却
すると、Ｖ字の広がる傾向が強くなる。従って、ノズル
孔２４の設計に当たっては、これらの事項も考慮するこ
とが好ましい。

【００２２】なお、ノズル孔２４から吐出されるガラス
繊維の扁平化を一層安定化させるため、ノズル孔２４の
先端で且つノズル孔断面の長手方向の両端に、ノズル孔
２４の短径の最大幅を超えない幅で且つ深さが０．１〜
０．７ｍｍ程度の凹状の溝を設けるとか、高さが０．１
〜０．７ｍｍ程度の凸状縁を設ける等の変更を行っても
よい。

【００２３】図３示すように、ノズルチップ１３のノズ
ル孔２４の上部には、溶融ガラス溜まり部２２を設けて
いる。この溶融ガラス溜まり部２２はノズル孔２４に対
する溶融ガラスの流れを安定化させるために設けたもの
であり、必要なければ省略してもよい。例えば、図１０
に示すように、ノズルプレート１２に、溶融ガラス溜ま
り部を備えていないノズルチップ１３Ｂを設け、ノズル
孔２４が直接ノズルプレート１２の上面に連通する構成
としてもよい。

【００２４】一般に、円形断面のガラス繊維紡糸用ノズ
ルチップのノズル孔の上部にガラス溜まり部を設けたノ
ズルチップでは、円柱形或いは円錐形の溜まり部を設け
るが、図３、図４に示すように断面Ｖ字形のノズル孔２
４の上に溶融ガラス溜まり部２２を設ける場合には、冷
却効果により壁面に近い部分の溶融ガラスの粘度を上げ
扁平効率を改善するとともに、ノズル孔の直線部分の長
手方向長さが長いので流出量の分布が均一となるように
するため、溶融ガラス溜まり部２２の断面形状も、ノズ
ル孔２４に外接する長方形又は台形に相似するような長
方形又は台形とすることが好ましい。また、溶融ガラス
溜まり部２２の断面形状を、長円形、楕円形、ダンベル
形などに変えることによりノズルチップ内でのガラスの
冷却と流れを制御することもできる。

【００２５】溶融ガラス溜まり部２２の断面積すなわち
溶融ガラス流入部面積は、ノズル孔２４の開口断面積よ
り大きく、また、隣接するノズルチップの設置に支障の
ない大きさに設定されるものであり、具体的には、ノズ
ル孔２４の面積に対して、１．５〜８倍で、好ましく
は、２〜５倍であることが望ましい。１．５倍以下では
ストレートでガラス溜まりのないノズルチップとの差が
少なく、８倍以上ではガラス溜まりにデッドゾーンがで
き、粘度の高い溶融ガラスが生じやすく、紡糸の安定
化、扁平ガラス繊維の断面形状の安定化に悪影響がある
ばかりでなく、ガラス溜まりを持つノズルチップの断面
積が大きくなり、同一面積に配置できるノズルチップの
数が少なくなり、扁平ガラス繊維の生産量が減少するか
らである。溶融ガラス溜まり部２２の深さは、ノズルチ
ップ１３全体の長さとノズル孔２４の長さから溶融ガラ
スの冷却の程度や流れの乱れ等を考慮して決められる。
深さは０ｍｍからノズルプレートの厚さの２倍、望まし
くは１〜２倍である。深さが浅いと効果が少なく、深過
ぎると冷却されすぎてノズルチップからの溶融ガラスの
吐出量が減少したり、ガラス繊維の断面形状が不安定に
なりやすい。

【００２６】溶融ガラス溜まり部２２の断面形状は、流
入口の形状がノズル孔の直上までストレートに降りてい
るものでもよいし、或いは流入口とノズル孔が滑らかな
面で結ばれ、段差のほとんどない先細りの形状のもので
もよい。

【００２７】以上に説明したように、ノズル孔２４とし
て、断面がＶ字形に連結された二つの直線部分２４ａ、
２４ａを備え、各直線部分２４ａの二つの長辺側ノズル
孔壁の一方にノズル孔壁切り欠き部２５を備えたノズル
チップ１３（或いは１３Ａ、１３Ｂ等）を用いることに
より、そのノズルチップ１３のノズル孔２４の断面にお
ける全長から安定して溶融ガラスを細長い断面となるよ
うに吐出することができ、且つ吐出された溶融ガラス
が、引き伸ばされて繊維化する際に丸まることが少な
く、細長い断面状態を保持した状態で冷却、固化され、
扁平比が４以上というような高扁平ガラス繊維を高速で
安定して製造することが可能となる。従来、扁平ガラス
繊維を製造する際には扁平なノズル孔から吐出した溶融
ガラスが丸まるのを抑制するために吐出された溶融ガラ
スを敏速に冷却、固化させるよう冷風を吹きつける方法
を採っているが、本発明のノズルチップ１３ではこのよ
うな冷風による冷却は必要なく、また、冷却を省略する
ことも可能である。ただし、紡糸速度を上げるために
は、冷却を行うことが必要となるが、その場合にも冷風
吹き付けは必要なく、従来の円形断面のガラス繊維の製
造に用いられている冷却フィンの使用により十分な冷却
効果を得ることができる。そこで、図１に示す実施の形
態では、ノズルプレート１２の下方に多数の冷却フィン
１５を配置しており、この構成の採用により、安定して
扁平ガラス繊維の製造ができる。冷風を吹きつけて冷却
する方法では、冷風量によって冷却速度が大きく変動す
るため、冷風量を精密にコントロールする必要があり、
しかも冷風のむらがあると、繊維の扁平比のばらつきが
大きくなり、均一な品質の扁平ガラス繊維を製造するこ
とは困難であるが、本発明では冷却フィンの使用が可能
となることで、より均一な品質の扁平ガラス繊維を安定
して製造できる。

【００２８】上記構成のノズルチップ１３は、ノズルプ
レート１２の下面に多数が配列されるが、その際の配列
方法としては、図１１に示すように、多数のノズルチッ
プ１３を、縦方向及び横方向に並べて且つノズル孔２４
のＶ字形が同じ方向を向くようにして配列することが好
ましい。この配列を採用することにより、冷却フィン１
５を、ノズルチップ１３の列の間に配置して、各ノズル
チップ１３及びそれから吐出される溶融ガラスを均一に
冷却でき、均一な品質の扁平ガラス繊維を製造できる。

【００２９】更に、ノズルチップ１３を配列する場合、
図１１に示すように、ノズル孔２４のＶ字形の中心方向
が、長方形のノズルプレート１２の短辺１２ａに平行と
なるように配列することが好ましい。この構成とする
と、短辺１２ａに平行なノズルチップ列内におけるノズ
ルチップ１３の個数を少なくでき、従ってノズルチップ
列の長さが短くなるため、それに沿って配置する冷却フ
ィン１５の長さを短くできる。もしこの冷却フィン１５
を長くして多くのノズルチップ１３を冷却しなければな
らない場合には、冷却フィンの冷却能力が不足し、冷却
の程度が場所によって異なってしまう。その結果、冷却
が適正に行われるノズルチップからのガラス繊維は扁平
比が大きく、冷却不足のノズルチップからのガラス繊維
は扁平比が小さくなり、同じガラス繊維束の中で扁平比
のばらつきを大きくしてしまう。これに対し、図１１に
示す配列を採用することで、冷却フィン１５を短くで
き、列内のノズルチップ１３をそれぞれ適正に冷却して
扁平比のばらつきを小さく抑えることができる。

【００３０】本発明において使用されるガラスの組成
は、Ｅガラス、ＥＣＲガラス、Ｓガラス、Ｃガラス、Ｄ
ガラスなど、ガラス繊維を製造しうるものであればよ
く、特に限定されるものではない。本発明のノズルチッ
プで製造するガラス繊維の太さは、製造条件の設定によ
り種々の繊維径のものが製造可能である。しかしなが
ら、横断面における短径が３〜２０μｍ、好ましくは４
〜１５μｍ、最長径が１２〜１００μｍ、好ましくは１
５〜８０μｍの範囲のものが製造上好ましい。つまり、
短径が３μｍ未満のものは、ガラス繊維自体の紡糸が困
難であり、長径が１００μｍを越えるものは、扁平化効
率が悪く、剛性が高過ぎ、効率的な生産ができない。

【００３１】以上に、ノズル孔２４の断面形状として、
Ｖ字形のものを示したが、ノズル孔２４の断面形状は種
々変更可能であり、以下、その具体例を説明する。図７
に示すノズルチップ１３Ｃは、ノズル部２３に断面がＵ
字形のノズル孔２４Ｃを備えている。すなわち、このノ
ズル孔２４Ｃは、二つの直線部分２４ａ、２４ａを対向
配置し、且つ直線状の連結部２４ｃによって屈曲して連
結し、細長い形状としたものであり、両側の直線部分２
４ａ、２４ａの一方の長辺側ノズル孔壁２４ａａにノズ
ル孔壁切り欠き部２５を形成している。このＵ字形のノ
ズル孔２４Ｃを用いることにより、図８に示す断面形状
の高扁平ガラス繊維１４を製造できる。

【００３２】図９に示すノズルチップ１３Ｄは、図７に
示すノズルチップ１３Ｃと同様に、断面がＵ字形のノズ
ル孔２４Ｄを備えたものであるが、その底辺の長さを長
くして直線部分２４ａとし、その長辺側ノズル孔壁の一
方にノズル孔壁切り欠き部２５を形成している。すなわ
ち、図９のノズルチップ１３Ｄは、３個の直線部分２４
ａを連結した構成となっており、図７のノズルチップ１
３Ｃよりも扁平比の大きい異形断面のガラス繊維を得る
ことができる。なお、図７、図９に示すノズルチップ１
３Ｃ、１３Ｄにおいても、ノズル孔壁切り欠き部２５の
形成位置は、直線部分２４ａに関して図示とは反対側と
してもよい。

【００３３】

【実施例】〔実施例１〕図２〜図４に示す形状のノズル
チップ１３を用意した。このノズルチップ１３に設けた
ノズル孔２４は、Ｖ字形のもので、角度θが４５°、直
線部分２４ａの長手方向の長さが３．６ｍｍ、幅が０．
９ｍｍ、扁平比４．０であり、従ってノズル孔２４の全
体としての扁平比は約９である。ノズル部２３の有効長
さＣは、１．１ｍｍとした。各直線部分２４ａの長辺側
ノズル孔壁２４ａａの中間位置に、長さ２．０ｍｍ（直
線部分２４ａの長手方向の長さに対して５５．６％）、
深さ０．６ｍｍ（ノズル部２３の有効長さＣの５４．５
％）のノズル孔壁切り欠き部２５を形成した。

【００３４】このノズルチップ１３を、図１１に示すよ
うに、ノズルプレート１２に対して、短辺１２ａに平行
な列内には、ピッチ４．０ｍｍで６個ずつ配置し、長辺
１２ｂに平行な列内には、ピッチ７ｍｍで１６個ずつ配
置した。そのノズルプレート１２を図１に示す装置に取
り付け、Ｅガラス組成の溶融物を紡糸温度１２００°
Ｃ、紡糸速度２０００ｍ／ｍｉｎで紡糸を行った。得ら
れたフィラメントの断面は、図６（ｂ）に示すように平
坦な長円形であり、長径３７．４μｍ、短径４．４μ
ｍ、換算繊維径１４．３μｍのほぼ長円形断面のもので
あり、高扁平ガラス繊維を安定して得ることができた。
なお、扁平比は８．５であり、扁平化効率（ガラス繊維
の扁平比のノズル孔断面扁平比に対する％）は９４．７
％であり、また、繊維束内における扁平比のばらつきは
小さかった。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明のノズルチップ
は、ノズル孔の断面の細長い形状の全体から安定して溶
融ガラスを吐出させることができると共に吐出されたガ
ラス繊維はその扁平比があまり変化することなく冷却、
固化して繊維化し、このため、扁平比が４．０以上とい
うような極めて高扁平比のガラス繊維を高速で且つ安定
して紡糸することができるという効果を有している。

【００３６】ここで、ノズル孔に形成している直線部分
の扁平比を２〜５としておくと、その直線部分からの溶
融ガラスの吐出を一層安定させることができるという効
果が得られる。

【００３７】また、前記ノズル孔の断面を略Ｖ字形とす
ると、紡糸して得られるガラス繊維の断面を、Ｖ字をほ
ぼ１８０°に開いて平坦としたガラス繊維を得ることが
できるという効果が得られる。

【００３８】また、前記ノズル孔の断面をＵ字形として
おくと浅いＶ字に開いたような断面形状の且つ肉厚の薄
い異形断面ガラス繊維を得ることができるという効果が
得られる。

【００３９】また、ノズル孔壁切り欠き部の切り欠き深
さを、ノズル部の有効長さに対して１０〜１００％に設
定すると、切り欠き部によるガラス繊維の扁平化効果を
良好に発揮させることができるという効果が得られる。

【００４０】また、前記ノズル部の上部に、前記一対の
ノズル孔に連通する溶融ガラス溜まり部を設けると、ノ
ズル孔への溶融ガラスの流れが安定し、ガラス繊維の扁
平化効果を一層安定させることができるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による扁平ガラス繊維の
製造装置の概略正面図

【図２】図１の装置に用いるノズルチップの概略斜視図

【図３】図２及び図４のＸ−Ｘ矢視概略断面図

【図４】図２に示すノズルチップの概略下面図

【図５】ノズルチップの変形例を示す概略下面図

【図６】（ａ）は図２〜４に示すノズルチップから吐出
された瞬間の溶融ガラスの概略断面図 （ｂ）は紡糸して得られたガラス繊維の概略断面図

【図７】ノズルチップの他の変形例を示す概略下面図

【図８】図７に示すノズルチップで紡糸して得られたガ
ラス繊維の概略断面図

【図９】ノズルチップの更に他の変形例を示す概略下面
図

【図１０】ノズルチップの更に他の変形例を示す概略断
面図

【図１１】図１に示す装置のノズルプレート及び冷却フ
ィンを示す概略下面図

【図１２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、扁平ガ
ラス繊維の断面の例を示す概略断面図

【図１３】扁平比の大きい直線状のノズル孔を備えたノ
ズルチップを示す概略下面図

【図１４】（ａ）は図１３に示すノズルチップで紡糸す
る状態を示す概略側面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそ
のノズルチップから吐出される溶融ガラスの変化を説明
する概略側面図

【符号の説明】

１１ ガラス溶融炉 １２ ノズルプレート １３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ ノズルチップ １４ ガラス繊維 １５ 冷却フィン １６ 水冷却部 １７ 集束剤塗布装置 １８ 集束ローラ １９ ワインダー ２２ 溶融ガラス溜まり部 ２３ ノズル部 ２４、２４Ｃ、２４Ｄ ノズル孔 ２４ａ 直線部分 ２５ ノズル孔壁切り欠き部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G021 MA02 4L045 AA05 BA03 BA10 BA12 BA60 CB09 CB13 CB16 CB19 DC02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル部と該ノズル部を貫通するノズル
   孔を備えた異形断面ガラス繊維紡糸用ノズルチップであ
   って、前記ノズル孔は断面が、複数の直線部分を備えた
   屈曲した細長い形状をなしており、少なくとも２個の直
   線部分には長手方向に延びる両側のノズル孔壁の一方
   に、前記ノズル孔の先端側から凹状に形成したノズル孔
   壁切り欠き部が設けられていることを特徴とする、異形
   断面ガラス繊維紡糸用ノズルチップ。
2. 【請求項２】 前記ノズル孔壁切り欠き部が設けられて
   いる直線部分の扁平比が２〜５であることを特徴とす
   る、請求項１記載の異形断面ガラス繊維紡糸用ノズルチ
   ップ。
3. 【請求項３】 前記ノズル孔の断面が、二つの直線部分
   を屈曲して連結したＶ字形をなしており、その二つの直
   線部分にそれぞれ前記ノズル孔壁切り欠き部が設けられ
   ていることを特徴とする、請求項１又は２記載の異形断
   面ガラス繊維紡糸用ノズルチップ。
4. 【請求項４】 前記ノズル孔の断面が、二つの直線部分
   を対向配置したＵ字状をなすと共に前記二つの直線部分
   にそれぞれ前記ノズル孔壁切り欠き部が設けられている
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の異形断面ガラ
   ス繊維紡糸用ノズルチップ。
5. 【請求項５】 前記ノズル孔壁切り欠き部の切り欠き深
   さが、ノズル部の有効長さに対して１０〜１００％であ
   る、請求項１から４のいずれか１項記載の異形断面ガラ
   ス繊維紡糸用ノズルチップ。
6. 【請求項６】 前記ノズル部の上部に、前記ノズル孔に
   連通する溶融ガラス溜まり部を設けたことを特徴とす
   る、請求項１から５のいずれか１項記載の異形断面ガラ
   ス繊維紡糸用ノズルチップ。