JP2017036195A - ガラス繊維の製造装置及びガラス繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸成分が揮発した雰囲気中でも冷却用部材の腐食が抑えられ、ガラス繊維を好適に製造することができるガラス繊維の製造装置及びガラス繊維の製造方法を提供する。【解決手段】ガラス繊維の製造装置１１は、ブッシング１２と、ブッシング１２から引き出されたガラスフィラメントＦを冷却するための冷却用部材１３とを備える。冷却用部材１３は、チタン又はチタン合金からなる外面を有する。ガラス繊維の製造方法は、チタン又はチタン合金からなる外面を有する冷却用部材１３を備えたガラス繊維の製造装置１１を用いる。【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス繊維の製造装置及びガラス繊維の製造方法に関する。

従来、ブッシングと、ブッシングから引き出されたガラスフィラメントの冷却を促進する中空又は中実の冷却用部材とを備えたガラス繊維の製造装置が知られている。特許文献１〜４には、各種材料から構成された冷却用部材が提案されている。特許文献１には、白金製の冷却用部材が開示されている。特許文献２には、パラジウムを主成分とし、ルテニウムを含む合金製の冷却用部材が開示されている。特許文献３には、金属、ガラス、又は樹脂製の冷却用部材が開示されている。特許文献４には、ニッケルやクロムを含有する材料から構成された外面を有する冷却用部材が開示されている。

特開昭６１−２３６６２９号公報 特開平０５−１２４８３３号公報 特開２００８−０６９０４９号公報 特開２０１０−１８４８５８号公報

ガラス繊維の製造装置において、ガラスフィラメントを冷却するための冷却用部材は、耐食性や耐熱性に優れるという観点から、白金から形成されていることが好ましい。ところが、製造されるガラス繊維の種類によっては、白金から形成された冷却用部材が腐食することがあり、例えば、設備コストの増大を招くことがある。

本発明の目的は、酸成分が揮発した雰囲気中でも冷却用部材の腐食が抑えられ、ガラス繊維を好適に製造することができるガラス繊維の製造装置及びガラス繊維の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、冷却用部材を腐食させる原因が、溶融ガラスに含まれる酸成分が揮発したガスであることを発見し、溶融ガラスに含まれる酸成分が揮発したガスに対して耐食性を有する材料を用いることで上記課題を解決した。

上記課題を解決するガラス繊維の製造装置は、ブッシングと、ブッシングから引き出されたガラスフィラメントを冷却するための冷却用部材とを備えるガラス繊維の製造装置であって、前記冷却用部材は、チタン又はチタン合金からなる外面を有する。

上記ガラス繊維の製造装置において、前記冷却用部材の全体がチタン又はチタン合金からなることが好ましい。
上記ガラス繊維の製造装置は、前記ガラスフィラメントに水を噴霧する噴霧装置をさらに備えることが好ましい。

上記課題を解決するガラス繊維の製造方法は、上記ガラス繊維の製造装置を用いる。
上記ガラス繊維の製造方法において、塩素を含有するガラス繊維の製造方法であり、前記冷却用部材の配置される雰囲気中の水蒸気量は、１．０ｇ／ｍ^３以上であることが好ましい。

本発明によれば、酸成分が揮発した雰囲気中でも冷却用部材の腐食が抑えられ、ガラス繊維を好適に製造することができる。

（ａ）は、本実施形態のガラス繊維の製造装置を示す概略正面図であり、（ｂ）は、（ａ）の１ｂ−１ｂ線に沿った部分断面図である。 ガラス繊維の製造装置の変更例を示す部分断面図である。 ガラス繊維の製造装置の変更例を示す部分断面図である。

（第１実施形態）
以下、ガラス繊維の製造装置及びガラス繊維の製造方法の第１実施形態について図１を参照して説明する。なお、図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張して示す場合がある。また、各部分の寸法比率についても、実際と異なる場合がある。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ガラス繊維の製造装置１１は、ブッシング１２と、ブッシング１２から引き出されたガラスフィラメントＦを冷却するための中空の冷却用部材１３とを備えている。まず、ガラス繊維の製造装置１１の全体構成について説明する。

＜ガラス繊維の製造装置１１の全体構成＞
ガラス繊維の製造装置１１におけるブッシング１２は、ガラスフィラメントＦの紡糸に用いられるものであり、溶融ガラスＧが供給されるブッシング本体１２ａと、ブッシング本体１２ａの底部に設けられたベースプレート１２ｂと、ベースプレート１２ｂに設けられた多数のブッシングノズルＮとを備えている。ブッシングノズルＮの数は、例えば、１０〜８０００本であり、ブッシングノズルＮの内径は、例えば、０．７０〜２．００ｍｍの範囲である。ブッシング本体１２ａは、図示を省略するが、溶融ガラスＧが供給される供給口と溶融ガラスＧを流通する流路とレンガ等の異物がベースプレート１２ｂ上に堆積するのを抑制するスクリーンとを有するとともに、抵抗加熱用のターミナルを有している。

ブッシングノズルＮの両隣には、ブッシングノズルＮから引き出される溶融ガラスＧを冷却するための冷却用部材１３が配設されている。ブッシング１２は、例えば、上方が開放された長方形箱形をなしており、各ブッシングノズルＮは、ベースプレート１２ｂの長手方向に沿って、直線状に複数の列をなして並んで形成されている。ブッシング１２は、例えば、白金製又は白金合金製である。ブッシング１２に供給された溶融ガラスＧは、各ブッシングノズルＮから引き出され、冷却用部材１３や外気により冷却されることにより、ブッシングノズルＮの数と同数のガラスフィラメントＦとなる。

ガラス繊維の製造装置１１は、ブッシング１２の各ブッシングノズルＮから引き出された多数のガラスフィラメントＦに水を噴霧する噴霧装置１４をさらに備えている。噴霧装置１４には、水が供給され、噴霧装置１４のノズルから噴霧される水によりガラスフィラメントＦが冷却される。噴霧装置１４は、図示を省略した支持部に支持されている。

ガラス繊維の製造装置１１は、多数のガラスフィラメントＦに液体状の集束剤を塗布するアプリケータ１５と、集束剤が塗布された多数のガラスフィラメントＦを集束させるギャザリングシュー１６とをさらに備えている。多数のガラスフィラメントＦは、ギャザリングシュー１６により集束されることで、ガラスストランドＳが得られる。

なお、ガラス繊維の製造装置１１は、図示を省略するが、ガラスストランドＳを往復移動させるトラバースと、トラバースを通過したガラスストランドＳを巻き取るコレットとを備えている。

＜冷却用部材１３＞
ガラス繊維の製造装置１１における冷却用部材１３の形状は管状であり、冷却用部材１３は、冷媒を流通する流通路Ｐを有している。冷却用部材１３は、その全体がチタン又はチタン合金からなる。すなわち、冷却用部材１３は、チタン又はチタン合金からなる外面を有している。

チタンとしては、例えば、ＪＩＳ Ｈ４６００に規定される１種、２種、３種、及び４種の純チタンが挙げられる。チタン合金としては、例えば、ＪＩＳ Ｈ４６００に規定されるＴｉ−Ｐｄ合金、Ｔｉ−Ｔａ合金、Ｔｉ−Ａｌ合金、及びＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金が挙げられる。チタン又はチタン合金としては、例えば、ＡＳＴＭ Ｂ２６５に規定されるものを用いてもよい。冷却用部材１３は、例えば、チタン又はチタン合金からなる板材の曲げ加工、溶接等により製造することができる。チタン又はチタン合金からなる板材は、ステンレスやアルミニウムの板材よりも耐熱性が高く、溶融ガラスＧの熱により変形し難い。

冷却用部材１３の断面形状としては、図１（ｂ）に示す長四角形状に限定されず、例えば、楕円形状や円形状、長四角形状以外の多角形状であってもよい。冷却用部材１３の壁の厚さは、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。冷却用部材１３の壁の厚さをより厚く設定した場合、冷却用部材１３の強度が確保され易い。冷却用部材１３の壁の厚さは、１．０ｍｍ以下であることが好ましい。冷却用部材１３の壁の厚さをより薄くした場合、熱交換の効率が高まり、各ブッシングノズルＮから引き出される溶融ガラスＧを効率的に冷却できる。

冷却用部材１３を流通する冷媒としては、特に限定されず、液体であってもよいし、気体であってもよい。冷媒としては、例えば、水、不凍液等の液体が好適に用いられる。例えば、冷媒として水を用いる場合は、冷却用部材１３の流通路Ｐの一端に水を供給し、冷却用部材１３の流通路Ｐの他端から排出される水を廃棄又は別の用途に再利用してもよい。また、冷却用部材１３に供給される冷媒は、冷却装置及び循環装置を用いて、再度冷却して冷却用部材１３の冷媒として再利用することもできる。

次に、冷却用部材１３の配置の一例について説明する。本実施形態のガラス繊維の製造装置１１は、それぞれ離間して配置される複数の冷却用部材１３を備え、複数の冷却用部材１３は、隣り合う一対の冷却用部材１３の間にガラスフィラメントＦが通過するように配置されている。詳述すると、各冷却用部材１３は、ブッシングノズルＮの列と隣り合うとともに、ブッシングノズルＮの列（例えば、ブッシングプレートの長手方向）に沿って延在している。各冷却用部材１３は、図示を省略した支持部に支持されている。なお、各冷却用部材１３は、ガラスフィラメントＦを効率的に冷却するという観点から、ブッシング１２から離間して配置されることが好ましい。

＜ガラス繊維の製造方法＞
次に、ガラス繊維の製造方法について説明する。
ガラス繊維の製造方法は、上述したガラス繊維の製造装置１１を用いて、塩素を含有するガラス繊維（ガラスストランドＳ）を製造する方法である。溶融ガラスＧは、酸成分である塩素を含有している。ガラス繊維を製造に用いる溶融ガラスＧ中の塩素は、例えば、清澄剤としてガラスに配合した塩素系化合物に由来する。

ガラス繊維中の塩素の含有量は、例えば、０．００３質量％以上、０．２２５質量％以下の範囲である。ガラス繊維中の塩素量は、蛍光Ｘ線分析装置によって測定することができる。ガラス繊維中の塩素の含有量が０．００３質量％以上の場合、溶融ガラスＧの清澄が十分に行われ、ガラス繊維に含まれる気泡を減らすことができる。また、ガラス繊維中の塩素の含有量が０．２２５質量％以下の場合、塩素ガス雰囲気下における冷却用部材１３の腐食を特に抑えることができる。

ガラス繊維を構成するガラスとしては、質量％において、例えば、ＳｉＯ_２：４２〜６７％、Ａｌ_２Ｏ_３：８〜２５％、Ｂ_２Ｏ_３：０〜２５％、ＭｇＯ：０〜１５％、ＣａＯ：１０〜３５％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ：０〜２％、Ｐ_２Ｏ_５：０〜５％、Ｃｌ：０．００３〜０．２２５％、ＳＯ_３：０．００５〜０．１％含有するガラスを使用することができる。

チタン又はチタン合金からなる上記冷却用部材１３は、塩素等の酸成分が揮発したガス（例えば、塩素ガス）に対する耐食性が良好である。特に、冷却用部材１３において塩素等の酸成分が揮発したガスに対する耐食性は、冷却用部材１３の配置される雰囲気中の水蒸気量が高いほど高い。その傾向は、塩素ガスで顕著に表れる。すなわち、冷却用部材１３は、湿潤塩素ガスに対して特に耐食性が高い。ガラス繊維の製造方法において、上記冷却用部材１３の塩素ガスに対する耐食性を高めるという観点から、冷却用部材１３の配置される雰囲気中の水蒸気量は、１．０ｇ／ｍ^３以上であることが好ましい。塩素ガスに対する耐食性をさらに高めるという観点から、冷却用部材１３の配置される雰囲気中の水蒸気量は、１０ｇ／ｍ^３以上であることがより好ましく、１００ｇ／ｍ^３以上であることがさらに好ましく、１５０ｇ／ｍ^３以上であることが最も好ましい。なお、冷却用部材１３の配置される雰囲気中の水蒸気量の上限は、飽和水蒸気量であり、冷却用部材１３の配置される雰囲気の温度は、例えば、７０℃以上、１５０℃以下の範囲である。冷却用部材１３の配置される雰囲気の温度が７０℃以上、１５０℃以下の範囲である場合、相対湿度は、５％以上、５０％以下であることが好ましい。

冷却用部材１３の配置される雰囲気中の水蒸気量は、ガラスフィラメントＦに水を噴霧する噴霧装置１４を用いることで容易に高めることができる。また、冷却用部材１３の配置される雰囲気中の水蒸気量は、例えば、超音波式、気化式、加熱式等の加湿装置を用いることで高めることも可能である。また、冷却用部材１３の配置される雰囲気の温度を高くすることにより、飽和水蒸気量を大きくすることができる。

ガラス繊維の製造方法によって製造されるガラス繊維の形態としては、例えば、ガラスストランドＳを巻回したケーキが挙げられる。ガラスストランドＳは、例えば、所定長さにカットされたチョップドストランド、ミルドファイバ、ロービング、ヤーン、マット、クロス、テープ、又は組布等として利用することができる。ガラス繊維の用途としては、例えば、車両用途、電子材料用途、建材用途、土木用途、航空機関連用途、造船用途、物流用途、産業機械用途、及び日用品用途が挙げられる。

＜作用＞
次に、ガラス繊維の製造装置１１及びガラス繊維の製造方法の主な作用について説明する。

塩素を含有するガラスを用いてガラス繊維（ガラスストランドＳ）を成形する場合には、溶融ガラスＧに含まれる塩素等の酸成分が揮発し易い。このため、冷却用部材１３は、酸成分が揮発した雰囲気（例えば、塩素ガスと空気とを含有する混合気体）に曝される。ここで、例えば、白金製の冷却用部材は、塩素ガスを含有する雰囲気に曝されることで腐食し易い。そのため、中空の冷却用部材の場合、冷却用部材の壁の腐食により流通路内の冷媒が漏れ出すことになる。なお、例えば、白金−ロジウム合金は、耐食性に優れるものの、非常に高価であるため、設備コストを抑えるという観点から、白金−ロジウム合金の使用量は可能な限り削減することが好ましい。

上記ガラス繊維の製造装置１１における冷却用部材１３は、チタン又はチタン合金からなる外面を有している。チタン又はチタン合金は、例えば、塩素ガスに対して耐食性を有している。このため、塩素等の酸成分を含有するガラスを用いてガラスフィラメントＦを得たとしても、冷却用部材１３の塩素ガス等による腐食を抑えることができる。しかも、チタン又はチタン合金は、例えば、白金よりも安価である。また、チタン又はチタン合金を用いることで、非常に高価な白金−ロジウム合金の使用を回避することも可能である。

以上詳述した第１実施形態によれば、次のような作用効果が発揮される。
（１）ガラス繊維の製造装置１１は、ブッシング１２と、ブッシング１２から引き出されたガラスフィラメントＦを冷却するための冷却用部材１３とを備えている。この冷却用部材１３は、チタン又はチタン合金からなる外面を有している。この構成によれば、ガラスフィラメントＦを冷却するための冷却用部材１３において、塩素等の酸成分が揮発したガス（例えば、塩素ガス）による腐食を比較的低コストで抑えることができる。従って、上記ガラス繊維の製造装置１１は、酸成分が揮発した雰囲気中でも冷却用部材の腐食が抑えられ、ガラス繊維を好適に製造することができる。例えば、酸成分として塩素を含有するガラス繊維を製造する際に、ガラス繊維の製造装置１１の稼働率を高めるとともに設備コストを削減することが可能となる。

（２）例えば、チタン又はチタン合金からなる皮膜層を有する冷却用部材では、物理的な衝撃により、冷却用部材の基材層から皮膜層が剥離することがある。これに対して、上記実施形態の冷却用部材１３では、その全体がチタン又はチタン合金からなるため、このような事態が起こることを回避することができる。

（３）ガラス繊維の製造装置１１は、ガラスフィラメントＦに水を噴霧する噴霧装置１４をさらに備えている。この場合、噴霧装置１４から噴霧された水によってガラスフィラメントＦの冷却を促進することができる。また、上記冷却用部材１３が配置された雰囲気中の水蒸気量を噴霧装置１４から噴霧された水によって高めることができる。ここで、塩素等の酸成分が揮発したガスに対するチタン又はチタン合金の耐食性は、雰囲気中の水蒸気量が高いほど向上し易い。このため、冷却用部材１３が配置されている雰囲気中の水蒸気量を噴霧装置１４によって高めることで、冷却用部材１３の上記ガスによる腐食をより抑えることができる。従って、噴霧装置１４を備えるガラス繊維の製造装置１１は、塩素等の酸成分を含有するガラス繊維を製造する際にさらに好適である。

（４）ガラス繊維の製造装置１１を用いてガラス繊維を製造する方法によれば、塩素等の酸成分を含有するガラス繊維を製造する際に、ガラス繊維の製造装置１１の稼働率を高めるとともに設備コストを削減することが可能となる。

（５）ガラス繊維の製造方法は、塩素を含有するガラス繊維の製造方法であり、冷却用部材１３の配置される雰囲気中の水蒸気量は、１．０ｇ／ｍ^３以上であることが好ましい。このように、塩素ガスを含有する雰囲気中の水蒸気量を高めることで、冷却用部材１３の腐食をより抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、ガラス繊維の製造装置１１及びガラス繊維の製造方法の第２実施形態について図２を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

図２に示すように、ガラス繊維の製造装置１１における冷却用部材１３は、流通路Ｐを有する基材層１３ａと、基材層１３ａの外面を覆う皮膜層１３ｂとを有している。基材層１３ａと皮膜層１３ｂとは異なる材料から構成されている。基材層１３ａを構成する材料としては、例えば、銅、ステンレス鋼、及び炭素鋼が挙げられる。基材層１３ａの熱伝導性を高めるという観点から、銅製の基材層１３ａを用いることが好ましい。皮膜層１３ｂは、チタン又はチタン合金からなる。基材層１３ａに皮膜層１３ｂを積層する方法としては、例えば、蒸着法、スパッタリング法、溶射法、及びクラッド法（異種金属を圧着させることで接合する方法）が挙げられる。なお、基材層１３ａは、単層構造に限定されず、異なる金属層が積層された多層構造であってもよい。

以上詳述した第２実施形態によれば、ガラス繊維の製造装置１１における冷却用部材１３は、基材層１３ａと、基材層１３ａの外面を覆うとともにチタン又はチタン合金からなる皮膜層１３ｂから構成されているため、上記（１）欄で述べた作用効果が得られる。また、例えば、冷却用部材１３の基材層１３ａを皮膜層１３ｂよりも安価な材料から構成することにより、冷却用部材１３のコストを削減することが可能である。

（変更例）
上記実施形態を次のように変更して構成してもよい。なお、以下では、ガラス繊維の製造装置１１の変更例について説明するが、ガラス繊維の製造方法においても同様に変更することができる。

・第１実施形態のガラス繊維の製造装置１１において、冷却用部材１３における流通路Ｐを省略してもよい。すなわち、第１実施形態における中空の冷却用部材１３を、図３に示すように中実の冷却用部材１３（冷却フィン）に変更することができる。図３に示す冷却用部材１３の形状は、板状であり、長手方向を有している。この冷却用部材１３の厚さは、例えば、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、１．０ｍｍ以下であることが好ましい。冷却用部材１３の厚さをより厚くした場合、冷却用部材１３の強度が得られ易い。冷却用部材１３の厚さをより薄くした場合、例えば、材料のコストを削減することができる。なお、図３に示す冷却用部材１３の断面形状や外形は、特に限定されず、例えば、ブッシングノズルＮの配置態様に応じて適宜変更することができる。

・図３に示すガラス繊維の製造装置１１における冷却用部材１３は、上記第２実施形態のように、基材層１３ａと、基材層１３ａの外面を覆うとともにチタン又はチタン合金からなる皮膜層１３ｂから構成することもできる。

・ガラス繊維の製造装置１１において、中空の冷却用部材１３と中実の冷却用部材１３とを組み合わせて用いてもよい。また、チタン又はチタン合金からなる皮膜層１３ｂを有する冷却用部材１３と、全体がチタン又はチタン合金からなる冷却用部材１３とを組み合わせて用いてもよい。

・ガラス繊維の製造装置１１において、噴霧装置１４を省略してもよい。
・ガラス繊維の製造装置１１において、冷却用部材１３の配置態様は、特に限定されず、例えば、ブッシングノズルＮの配置態様に応じて適宜変更することができる。例えば、冷却用部材１３をブッシングプレートの短手方向に延在するように配置したり、ブッシングプレートの長手方向及び短手方向のいずれにも交差する方向に延在するように配置したりすることもできる。また、冷却用部材１３の数についても、ブッシングプレートの寸法やブッシングノズルＮの数に応じて設定されるものであり、単数であってもよいし、複数であってもよい。

・ガラス繊維の製造装置１１は、塩素以外の酸成分を含有するガラス繊維の製造に用いてもよい。塩素以外の酸成分としては、例えば、ＳＯ_３、Ｐ_２Ｏ_５、Ｆ、Ｂ_２Ｏ_３が挙げられる。

１１…ガラス繊維の製造装置、１２…ブッシング、１３…冷却用部材、１４…噴霧装置、Ｆ…ガラスフィラメント、Ｓ…ガラスストランド。

Claims (5)

1. ブッシングと、ブッシングから引き出されたガラスフィラメントを冷却するための冷却用部材とを備えるガラス繊維の製造装置であって、
   前記冷却用部材は、チタン又はチタン合金からなる外面を有することを特徴とするガラス繊維の製造装置。
2. 前記冷却用部材の全体がチタン又はチタン合金からなることを特徴とする請求項１に記載のガラス繊維の製造装置。
3. 前記ガラスフィラメントに水を噴霧する噴霧装置をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガラス繊維の製造装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガラス繊維の製造装置を用いることを特徴とするガラス繊維の製造方法。
5. 塩素を含有するガラス繊維の製造方法であり、前記冷却用部材の配置される雰囲気中の水蒸気量は、１．０ｇ／ｍ^３以上であることを特徴とする請求項４に記載のガラス繊維の製造方法。