(57)【要約】【課題】樹脂材と混合して複合材料を形成した場合に、当該複合材料の強度の向上を確実に図り得る異形断面のガラス繊維を提供する。【解決手段】異形断面ガラス繊維１０は、紡出方向に垂直な横断面が扁平形状をなし、Ｅガラスで形成される。異形断面ガラス繊維１０は、紡出方向に垂直な横断面において、その重心Ｐを通る長軸Ｌ方向に沿って延び且つ重心Ｐを通り長軸Ｌと直交する短軸Ｓ方向で対向する一対の主面１１ａ，１１ｂを有すると共に、一方の主面１１ｂのみに突起部１２が形成されている。突起部１２は、長軸Ｌ方向の両端部にそれぞれ形成されている。突起部１２の間に形成される非突起部１３は略直線状をなし、非突起部１３の形成領域は、突起部１２の形成領域よりも長軸Ｌ方向に幅広である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紡出方向に垂直な横断面が、扁平形状をなす異形断面ガラス繊維であって、
Ｅガラスで形成され、
前記横断面において、その重心を通る長軸の方向に沿って延び且つ前記重心を通り前記長軸と直交する短軸の方向で対向する一対の主面を有すると共に、
前記一方の主面のみに突起部を有し、前記突起部が前記長軸方向の両端部にそれぞれ形成されており、
前記一方の主面のうち、前記突起部の間に形成される非突起部が、略直線状をなし、且つ、前記非突起部の形成領域が、前記突起部の形成領域よりも前記長軸方向に幅広であることを特徴とする異形断面ガラス繊維。
【請求項２】
前記横断面の扁平比が、１．５以上１０．０以下の範囲内にある請求項１に記載の異形ガラス繊維。
【請求項３】
前記横断面の真円相当直径が、５μｍ以上３０μｍ以下の範囲内にある請求項１又は２に記載の異形ガラス繊維。
【請求項４】
前記横断面の輪郭の各点における曲率半径の中心の位置が前記横断面内側にある場合を負、前記横断面外側にある場合を正とすると共に、前記横断面の輪郭の任意の一点を起点とした各点までの輪郭長さを変数とした曲率半径を表す関数において、一次微分係数が零であって、二次微分係数が負となる突起点を前記横断面の輪郭上に有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の異形ガラス繊維。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紡出方向に垂直な横断面が、扁平形状をなす異形断面ガラス繊維の改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、ガラス繊維は、種々の樹脂材に添加する補強材として広く利用されている。そして、従来、この種のガラス繊維は、その横断面の形状が略真円形をなすものが多く利用されており、樹脂材に添加する場合には、ガラス繊維の表面に処理剤等を付着させることで、ガラス繊維と樹脂との界面に接着力を付与するようにしていた。
【０００３】
しかしながら、近年では、樹脂材とガラス繊維とを含む複合材料は、より広範な分野で利用されるに至っており、更なる複合材料の強度向上が求められている。そのため、当該求めに応じるべく、横断面が略真円形のガラス繊維に代えて、断面形状が長円形や楕円形等の異形断面のガラス繊維が提案されるに至っている（例えば、特許文献１、２参照）。このような異形断面ガラス繊維は、横断面が略真円形のガラス繊維に比べて表面積が増加することから、当該ガラス繊維を樹脂材に添加した場合には、樹脂材との接触面積が増加して接着力が向上するため、複合材料全体としての強度向上を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１７４１４１号公報
【特許文献２】特開２０００−１０３６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、２に開示の異形断面ガラス繊維であっても、ガラス繊維と樹脂材との界面では、局所的な平面同士が接着によって化学的に接合しているだけであるので、その界面に剪断方向に過度な負荷が作用すると、ガラス繊維と樹脂材との間の接着は比較的容易に剥離するという問題が生じ得る。そのため、複合材料の強度の向上を図る上では依然として不十分なものとなる。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑み、樹脂材と混合して複合材料を形成した場合に、当該複合材料の強度の向上を確実に図り得る異形断面のガラス繊維を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために創案された本発明に係るガラス繊維は、紡出方向に垂直な横断面が、扁平形状をなす異形断面ガラス繊維であって、Ｅガラスで形成され、前記横断面において、その重心を通る長軸の方向に沿って延び且つ前記重心を通り前記長軸と直交する短軸の方向で対向する一対の主面を有すると共に、前記一方の主面のみに突起部を有し、前記突起部が前記長軸方向の両端部にそれぞれ形成されており、前記一方の主面のうち、前記突起部の間に形成される非突起部が、略直線状をなし、且つ、前記非突起部の形成領域が、前記突起部の形成領域よりも前記長軸方向に幅広であることに特徴づけられる。
【０００８】
このような構成によれば、ガラス繊維を樹脂材と混合して複合材料を形成した場合に、ガラス繊維と樹脂材との結合力が、ガラス繊維と樹脂材との界面での接着による結合力だけではなく、ガラス繊維の突起部と樹脂材との噛み合いや、ガラス繊維の突起部同士の噛み合いによる結合力によっても強められる。したがって、ガラス繊維と樹脂材との界面に剪断方向に負荷が掛かったとしても、ガラス繊維の突起部と樹脂材の噛み合い及びガラス繊維の突起部同士の噛み合いによる結合力によって、ガラス繊維と樹脂材との相互間で容易に剥離が生じるという事態を確実に防止することが可能となる。
【０００９】
上記の構成において、前記横断面の扁平比が、１．５以上１０．０以下の範囲内にあることが好ましい。
【００１０】
すなわち、横断面の扁平比が１．５未満である場合には、複合材料に用いた場合に十分な収縮率の異方性改善効果が実現できなくなる場合があるため好ましくない。また、横断面の扁平比が１０．０を超える場合には、製造条件などが過酷なものとなり、成形される異形断面ガラス繊維の外形の管理が困難となる場合があるので好ましくない。
【００１１】
したがって、横断面の扁平比は上述の範囲とすることが好ましく、当該範囲であれば、樹脂材と混合して複合材料を形成した場合に、十分な収縮率の異方性改善効果と、高い形状安定性を同時に実現することが可能となる。そして、このような作用効果を享受するという観点からは、横断面の扁平比は、２．１以上９．０以下の範囲内であることがより好ましく、２．３以上８．０以下の範囲内であることがさらに好ましく、２．５以上７．０以下の範囲内であることが一層好ましく、２．７以上６．０以下の範囲内であることが最も好ましい。
【００１２】
上記の構成において、前記横断面の真円相当直径が、５μｍ以上３０μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。なお、ここでいう真円相当直径とは、ガラス繊維の横断面の面積と等しい面積を有する真円の直径を意味している。
【００１３】
このようにすれば、様々な用途に用いられる各種複合材料に応じた繊維径のガラス繊維を適用することができるものとなるので、多様な複合材の製品寸法を従前よりも精密に調整することが可能となる。
【００１４】
上記の構成において、前記横断面の輪郭の各点における曲率半径の中心の位置が前記横断面内側にある場合を負、前記横断面外側にある場合を正とすると共に、前記横断面の輪郭の任意の一点を起点とした各点までの輪郭長さを変数とした曲率半径を表す関数において、一次微分係数が零であって、二次微分係数が負となる突起点を前記横断面の輪郭上に有していてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
以上のような本発明に係る異形断面ガラス繊維によれば、樹脂材と混合して複合材料を形成した場合に、当該複合材料の強度の向上を確実に図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１に係る異形断面ガラス繊維を概念的に示した横断面図である。
【図２】実施例１に係る異形断面ガラス繊維の製造設備に関する説明図であり、（Ａ）は部分全体図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ部の拡大縦断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＹ−Ｙ断面図をそれぞれ示している。
【図３】実施例１に係る異形断面ガラス繊維の横断面形状の写真である。
【図４】本発明の実施例３に係る異形断面ガラス繊維の横断面形状の写真である。
【図５】本発明の実施例に係る異形断面ガラス繊維の変形例を概念的に示した横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係る異形断面ガラス繊維の横断面図である。このガラス繊維１０は、Ｅガラス材質の熔融ガラスを均質な状態となるように攪拌などの混合均質化操作を行った後に、ノズルより引き出して成形したものであり、例えば、樹脂材と混合した複合材料の形で電子部品用途の構造材として利用される。
【００１９】
そして、図１に示すように、このガラス繊維１０は、紡出方向に垂直な横断面が、重心Ｐを通る長軸（最長寸法軸）Ｌと、重心Ｐを通り且つ長軸Ｌと直交する短軸（最短寸法軸）Ｓとを有する扁平形状をなし、その外形的な特徴は次のようなものである。
【００２０】
すなわち、このガラス繊維１０の外形的な特徴は、横断面の輪郭に１以上の突起部１２が形成されている点にある。詳述すると、このガラス繊維１０は、長軸Ｌ方向に沿って延び且つ短軸Ｓ方向で対向する一対の主面１１ａ，１１ｂを有するものであって、突起部１２が、ガラス繊維１０の成形時における熔融ガラスＧの温度分布の差により、長軸Ｌ方向の両端部側が一対の主面１１ａ，１１ｂのうち一方側１１ｂに膨出して形成されたものとされている。突起部１２の間に形成される非突起部１３は略直線状をなし、非突起部１３の形成領域は、突起部１２の形成領域よりも長軸Ｌ方向に幅広である。なお、突起部１２は、ガラス繊維１０の全長、換言すれば紡出方向に沿って連続するように形成されている。そして、この突起部１２により、ガラス繊維１０を樹脂材と混合した場合に、ガラス繊維１０と樹脂材との結合力が、ガラス繊維１０と樹脂材との界面での接着による結合力だけではなく、ガラス繊維１０の突起部１２と樹脂材との噛み合いや、ガラス繊維１０の突起部１２同士の噛み合いによる結合力によっても強められる。したがって、ガラス繊維１０と樹脂材との結合力が高められ、複合材料の機械的強度を確実に向上させることが可能となる。その結果、ガラス繊維１０と樹脂材との界面に剪断方向に負荷が掛かったとしても、ガラス繊維１０の突起部１２と樹脂材の噛み合い及びガラス繊維１０の突起部１２同士の噛み合いによる結合力によって、ガラス繊維１０と樹脂材との相互間で容易に剥離が生じるという事態を確実に防止することが可能となる。
【００２１】
なお、各突起部１２は、ガラス繊維１０の横断面の輪郭線上における突起部１２の始点（立上り点）と終点（立下り点）点を結ぶ線分を底辺とした場合の最大高さが、横断面の重心Ｐを通る長軸方向寸法Ａの１／５以下であることが好ましい。さらに、突起部１２は、その始点と終点を結ぶ線分を底辺とした場合に、その底辺に平行で且つ前記最大高さの半分に位置する突起部１２の横断線分の長さが、長軸方向寸法Ａの１／５以下であることが好ましい。また、この突起部１２は、横断面の輪郭の外側に曲率半径の中心を有する局所的な輪郭部を有することによって形成されている。
【００２２】
また、このガラス繊維１０の外形的な別の特徴は、横断面の重心Ｐを通る長軸Ｌに対して、非対称性を有している点にある。具体的には、この非対称性は、ガラス繊維１０の長軸方向両端部の曲率半径が、長軸Ｌを境界として異なる値（図中の曲率半径Ｒ１とＲ２）を示していることを主たる要因として生じている。このように長軸Ｌに対して非対称性を付与すれば、当該非対称性に起因して、横断面の重心Ｐが、短軸方向に偏在することになる。そのため、ガラス繊維１０を樹脂材中に充填する時に、ガラス繊維１０の流動方向が不規則となりやすくなり、樹脂材中に充填された後のガラス繊維１０の配向度を緩和することができる。したがって、成形された複合材料の強度の異方性を緩和でき、より強度に等方性のある複合材料を構成することができる。
【００２３】
次に、以上のように構成されたガラス繊維１０の製造手順を図２（Ａ）〜（Ｃ）に基づいて説明する。
【００２４】
ガラス繊維１０は、図２に示すように、熔融ガラスＧが貯溜された耐熱性（例えば、白金合金製）のブッシング２０の底部に垂下するように取り付けられた複数の耐熱性（例えば、白金合金製）のノズル２１から、熔融ガラスＧを下方に紡出しながら冷却することにより製造される。製造されたガラス繊維１０は、下方に配した巻き取り装置３０に装着された紙管上に巻き取られる。なお、この際に、ノズル形状の特定位置の定点観測や成形されるガラス繊維１０の形状をセンサー等によって管理し、その結果を反映させてノズル温度や紡出速度などを微調整可能な構成とすることが好ましい。
【００２５】
そして、上述の製造手順において、使用されるノズル２１のノズル孔２２は、図２（Ｃ）に示すように、その横断面の重心Ｐ１を通る長軸（最長寸法軸）Ｔを有する扁平状（長円形）をなす単一の孔により構成されている。また、このノズル２１の先端部には、図２（Ｂ）に示すように、ノズル孔２２の長軸Ｔを境界とするノズル孔２２の半周以下の周縁部から紡出方向（引出方向）に沿って突出する突出部２１ａが形成されている。そのため、ノズル２１の先端部において、突出部２１ａを除く領域は切欠部２１ｂとされている。なお、この実施例では、ノズル孔２２の半周に対応する周縁部に突出部２１ａが形成されており、ノズル孔２２の残りの半周に対応する周縁部の先端側が切欠部２１ｂとされている。
【００２６】
なお、図２（Ｂ）に示すように、ノズル２１の形状は、ノズル孔２２の長軸Ｔを含み且つ熔融ガラスＧの紡出方向と平行な平面Ｕを基準とした場合、その基準平面Ｕに対して、非対称性を有している。また、図２（Ｃ）に示すように、ノズル２１は、その輪郭の平面形状がその重心Ｐ１を通る長軸Ｔに対して鏡面対称性を有する形状となっている。
【００２７】
また、熔融ガラスＧの取り出し口端となるノズル２１のノズル孔２２の下端開口部の扁平比（長軸方向寸法／短軸方向寸法）は、１．５以上１０．０以下の範囲内であることが好ましい。このようにすれば、熔融ガラスＧの冷却効率および成形性が向上し、扁平状のガラス繊維１０を精密成形しやすくなるという利点がある。
【００２８】
以上のように構成されたノズル２１から熔融ガラスＧを紡出させると、ノズル２１の突出部２１ａに面する熔融ガラスＧの一方側の表面が、突出部２１ａに沿って案内されながら流下すると共に、ノズル２１の切欠部２１ｂに面する熔融ガラスＧの他方側の表面が、切欠部２１ｂを通じて急速に冷却される。そのため、熔融ガラスＧのうち、突出部２１ａに面する側と，切欠部２１ｂに面する側とで、温度分布に差が生じる。そのため、この温度分布の差により、先に切欠部２１ｂに面する側の熔融ガラスＧの表面が表面張力により丸みを帯び、その過程で熔融ガラスＧの長軸方向の両端部側が、ノズル２１の突出部２１ａ側から流出した熔融ガラスＧの表面側へと回り込んで膨出する。これにより、当該熔融ガラスＧを冷却固化したガラス繊維１０の両端部に突起部１２が形成されると共に、その突起部１２の間に非突起部１３が形成される。
【００２９】
なお、ノズル２１の突出部２１ａは、熔融ガラスＧの変形を規制する効果もあるので、上記の熔融ガラスＧの回り込みは、主として突出部２１ａの直下、すなわち、突出部２１ａによる熔融ガラスＧの案内が解除された段階で生じる。また、突出部２１ａによる変形の規制効果に起因して、切欠部２１ｂ側に面していたガラス繊維１０の主面１１ａよりも、突出部２１ａ側に面していたガラス繊維１０の主面１１ｂの方が、全体として丸みが小さく、直線状に近い形状を呈している。
【００３０】
そして、このような突起部１２を形成するための条件の具体例としては、紡糸速度を６００ｍ／分とし、ブッシング温度を１１００℃とすることが挙げられる。すなわち、この紡糸条件で製造されたガラス繊維１０では、曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２とが異なる大きさとなり、長軸Ｌ方向の両端部において主面１１ｂ側に約１μｍ膨出した突起部１２が表れることが確認されている。実際に以上の紡糸条件によって得られたガラス繊維１０の横断面写真を図３に示す。同図において、白色で表示されている部分がガラス繊維１０を示すものある。なお、同図に示す画像は、ガラス繊維１０を埋入した樹脂材を鏡面研磨した後に、その研磨面を実体顕微鏡下で撮影したものである。
【００３１】
図３に示す例では、異形断面ガラス繊維１０は、その横断面の重心Ｐを通る長軸方向寸法Ａが４３．５μｍとなり、これに平行で横断面の突起部１２を除いた輪郭と接する２本の平行線間の距離Ｂが１０．２μｍとなった。そのため、重心Ｐを通る長軸方向寸法Ａをこれに平行で横断面の輪郭と接する２本の平行線間の距離Ｂで割った扁平比は４．３となり、１．５以上１０．０以下の範囲を満足するものとなった。また、このガラス繊維１０の円相当直径は２３．３μｍとなり、５μｍ以上３０μｍ以下の範囲を満足するものとなった。なお、このガラス繊維１０の横断面は、長軸Ｌに対して非対称性を有すると共に、短軸Ｓに対しても非対象性を有するものとなった。
【実施例２】
【００３２】
また図示はしていないが、さらに他の条件を採用することによって、外形寸法などの異なるガラス繊維１０を得ることができる。
【００３３】
実施例２に係るガラス繊維１０の製造条件は、実施例１に係るガラス繊維１０の製造条件と紡糸速度のみを相違させた。すなわち、ブッシング温度は１１００℃のままで、紡糸速度を４００ｍ／分とした。この紡糸条件で製造されたガラス繊維１０は、実際に製造された繊維の横断面写真は省略するが、その横断面の重心Ｐを通る長軸方向寸法Ａが５３．４μｍとなり、これに平行で横断面の突起部１２を除いた輪郭と接する２本の平行線間の距離Ｂが１３．５μｍとなった。そのため、当該ガラス繊維１０の横断面における扁平比（Ａ／Ｂ）は、４．０となり、１．５以上１０．０以下の範囲を満足するものとなった。また、このガラス繊維１０の円相当直径は、２８．９μｍとなり、円相当直径が５μｍ以上３０μｍ以下の範囲を満足するものとなった。なお、このガラス繊維１０の横断面は、長軸Ｌに対して非対称性を有すると共に、短軸Ｓに対して対象性を有するものとなった。
【実施例３】
【００３４】
さらに外形寸法が小さく、扁平性のより大きい第３実施形態に係るガラス繊維１０としては、次のようなものもある。すなわち、紡糸速度を１５００ｍ／分とし、ブッシング温度を１１００℃とした紡糸条件により、図４に示す横断面写真をなすガラス繊維１０を製造することができる。このガラス繊維１０は、その横断面の重心Ｐを通る長軸方向寸法Ａが３４．３μｍとなり、これに平行で横断面の突起部１２を除いた輪郭と接する２本の平行線間の距離Ｂが６．０μｍとなった。そのため、当該ガラス繊維１０の横断面における扁平比（Ａ／Ｂ）は、５．７となり、１．５以上１０．０以下の範囲を満足するものとなった。また、このガラス繊維１０の円相当直径は、１５μｍとなり、５μｍ以上３０μｍ以下の範囲を満足するものとなった。このガラス繊維１０は、円相当直径が小さく、扁平性が高いため、収縮率の異方性の改善効果がより大きくなるものである。
【００３５】
以上のような実施例に係る異形断面ガラス繊維１０によれば、ガラス繊維１０の横断面の輪郭に１以上の突起部１２が形成されるので、ガラス繊維１０を樹脂材に充填して複合化した場合に、ガラス繊維１０同士や、ガラス繊維１０と樹脂材の間の結合力が、突起部１２の噛み合いによって増大し、補強効果の向上を図ることが可能となる。
【００３６】
また、この突起部１２は、ガラス繊維１０の成形時における熔融ガラスＧの温度分布の差による熱変形によって形成されたものであるので、ノズル孔２２の形状によって突起部１２を直接形成する場合のように、ノズル孔２２の形状が複雑化されるという事態を防止することができる。そのため、ノズル２１のノズル孔２２の形状を上述のように長円形などの簡単な扁平形状とすることができるので、熔融ガラスＧの紡出経路を単純化することができる。したがって、熔融ガラスＧの紡出状態を安定させることができるので、高い成形精度を維持しつつ、ガラス繊維１０の横断面の輪郭上に突起部１２を適正に形成することが可能となる。
【００３７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の形態において実施することができる。
【００３８】
例えば、異形断面ガラス繊維１０の繊維表面に、用途に応じて様々な種類の集束剤を多様な方法によって所定量だけ塗布するようにしてもよい。
【００３９】
異形断面ガラス繊維１０は、必要に応じて繊維に所定の撚りを施してもよく、また全く撚りを施さないものとしてもよい。
【００４０】
異形断面ガラス繊維１０は、ＦＲＰばかりでなくコンクリートの強化用途など他のガラス繊維が使用される用途にも必要に応じてその用途を拡張してよい。また、この他にも光学性能を加味した所望の透過率や屈折率等を有するガラス組成を用いて透明樹脂材と併用して各種ディスプレイ基板等に成形される光部材として使用される用途や、耐熱性を有する遮蔽材や積層材等の様々な用途で使用することが可能であり、更には中空状ガラス繊維等の軽量材への適用もできる。
【００４１】
異形断面ガラス繊維１０の突起部１２の形状は、例えば、鋭角の角形状であっても、放物線状のなだらかな形状であってもよい。また、突起部１２は、相対的に大断面の凸部とその先端に設けられた相対的に小断面の凸部とからなる多段状の凸部で形成されていてもよい。
【００４２】
また、上記実施例に係る異形断面ガラス繊維１０は、横断面の輪郭上に突起部１２等を含む１以上の突起状の輪郭部分（以下、突起状輪郭部）が形成されていることが好ましい。ここで、突起状輪郭部とは、紡出方向に垂直なガラス繊維１０の横断面の輪郭上の各点の曲率半径について、その輪郭上の各点における曲率半径の中心の位置が輪郭上の各点を起点として横断面内側方向にある場合を負、一方曲率半径の中心の位置が輪郭上の各点を起点として横断面内側に向いていない方向にある場合を正とするとき、輪郭上の任意の一点を起点とした各点までの輪郭長さを変数とした曲率半径を表す関数において、曲率半径が負の領域で一次微分係数が正から負に転じる輪郭上の点を有し、かつ、その輪郭上の点を中心として直径が横断面と同面積となる真円の直径の四分の一である真円内に、曲率半径が正となる輪郭上の点を有するというガラス繊維の横断面の部分を意味する。そして、輪郭上の任意の一点からの輪郭長さを変数とした輪郭上の各点における曲率半径を表す関数において、曲率半径が負の領域で微分係数が正から負に転じる輪郭上の点では、紡出方向に垂直なガラス繊維１０の横断面輪郭は外側に突出した形状を呈しているが、逆に微分係数が負から正に転じる点では紡出方向に垂直なガラス繊維の横断面輪郭はなだらかな形状を呈していることになる。よって、突起状輪郭部は、紡出方向に垂直なガラス繊維１０の横断面の輪郭上の任意の一点から各点までの輪郭長さを変数とした曲率半径を表す関数について、一次微分係数が０であって、二次微分係数が負となる特定の点（以後、突起点と呼ぶ）を有し、かつ、その突起点を中心として直径が横断面と同面積となる真円の直径の四分の一である真円内に、曲率半径が正となる輪郭上の突起点以外の他の点を有するガラス繊維１０の横断面の部分を意味する。
【００４３】
このようにすれば、ガラス繊維１０を樹脂材に充填して複合化した場合に、ガラス繊維１０同士や、ガラス繊維１０と樹脂材との噛み合いが更に強化されるので、ガラス繊維１０による補強効果のより一層の向上を期待できる。一方、上記した特定の突起点から横断面と同面積となる真円の直径の四分の一以内に、曲率半径が正となる輪郭上の特定の突起点以外の他の点が存在しない場合、すなわち曲率半径が正となる輪郭上の特定の突起点以外の他の点が四分の一よりも遠くにある場合には、ガラス繊維１０の横断面の輪郭に認められる外側に突起した箇所は、なだらかな形状を呈したものとなり、複合材や周囲のガラス繊維１０との噛み合いが不十分になるおそれがある。
【００４４】
また、異形断面ガラス繊維１０は、横断面輪郭形状に２以上の突起状輪郭部を有し、かつ横断面輪郭形状の重心から突起状輪郭部の先端までの寸法が異なるような形状であることが好ましい。このようにすれば、ガラス繊維１０と樹脂材とを複合化する際に、ガラス繊維の突起状輪郭部が特定方向に配向することなく、不特定の方向を向きやすくなり、形成された複合材の機械的性能などが等方性を獲得し易いものとなる。すなわち、上述した噛み合わせ構造がランダムに存在することになり、一層均等で強固な構造となる。また横断面輪郭形状の重心から突起状輪郭部の先端の突起点までの寸法が異なる位置に重心があるため、ガラス繊維１０と樹脂材とを複合化する際に、ガラス繊維１０の突起状輪郭部が特定方向に配向することなく、不特定の方向を向きやすくなり、形成された複合材の機械的性能などが等方性を獲得し易いものとなる。
【００４５】
具体的には、図５に示すように、図１に示したガラス繊維１０は、その輪郭Ｗに８つの突起点Ｍ１〜Ｍ８を有している。換言すれば、このガラス繊維１０では、紡出方向に垂直な横断面の輪郭Ｗについて、その各点の曲率半径を媒介変数で表す関数に関して、一次微分係数が０であって、二次微分係数が負となる突起点Ｍ１〜Ｍ８を有している。そして、６つの突起点Ｍ１〜Ｍ６を中心として直径が横断面と同面積となる真円の直径の四分の一となる各々の真円Ｃ１〜Ｃ６を仮想的に描く場合に、Ｃ１、Ｃ３及びＣ５の円内にＶ１が存在するが、Ｖ１における曲率半径の中心はガラス繊維１０の輪郭Ｗの外にある。また、Ｃ２、Ｃ４及びＣ６の円内にＶ２が存在するが、Ｖ２における曲率半径の中心もガラス繊維１０の輪郭Ｗの外にある。すなわち、この輪郭Ｗは突起点Ｍ１〜Ｍ６を含む６つの突起状輪郭部を有していることになる。また、このガラス繊維１０では、ガラス繊維１０の全体の輪郭の外観は一方向に長い扁平形状を呈している。そして例えば２つの突起点Ｍ１、Ｍ２から重心Ｐまでの寸法、ｑ１とｑ２の長さの差異は１割以内であり、３番目の突起点Ｍ３、４番目の突起点Ｍ４の各々から重心Ｐまでの距離ｑ３、ｑ４は、ｑ１とｑ２よりも小さい寸法となっている。このような構成であれば、突起箇所は十分にガラス繊維の横断面の輪郭で外側に突出した形状となっており、樹脂材とともに用いられた場合に楔状に樹脂材を繋ぎとめ、噛み合った構造となりうる形状であり、複合材として用いる際に機械的強度の向上に寄与するものである。
【００４６】
また、異形断面ガラス繊維１０の横断面の面積が、ノズル２１における熔融ガラスＧの取り出し口端となるノズル孔２２の下端開口部の開口面積の１／１０００未満となるように、ガラス繊維１０を製造するようにすることが好ましい。このようにすれば、安定した冷却条件を採用して、所望の外形寸法の非円形のガラス繊維１０を高い寸法精度となるように成形することができる。なお、このような観点から、製造される異形断面ガラス繊維１０の横断面の面積は、ノズル２１のノズル孔２２の開口面積の１／２０００未満であることがより好ましく、１／５０００未満であることが更に好ましく、１／１００００未満であることが最も好ましい。
【符号の説明】
【００４７】
１０    異形断面ガラス繊維
１１ａ，１１ｂ    主面
１２    突起部
２０    ブッシング
２１    耐熱性ノズル
２１ａ    耐熱性ノズルの突出部
２１ｂ    耐熱性ノズルの切欠部
２２    ノズル孔
３０    巻き取り装置
Ｇ    熔融ガラス
Ｐ    異形断面ガラス繊維の重心
Ｐ１    ノズル孔の重心
Ｒ１、Ｒ２    曲率半径
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４    突起点を中心とするガラス繊維横断面の面積と同面積の真円の四分の一の直径の真円
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８    重心から突起点までの仮想線
ｑ１、ｑ２、ｑ３、ｑ４    Ｑ１〜Ｑ４の各々の寸法
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７、Ｍ８    突起点
Ｖ１    Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５内にある曲率半径の中心が横断面の外側にある点
Ｖ２    Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６内にある曲率半径の中心が横断面の外側にある点
Ｌ    異形断面ガラス繊維の横断面の長軸
Ｓ    異形断面ガラス繊維の横断面の短軸
Ｔ    ノズル孔の長軸
Ｕ    ノズル孔の長軸を含み、且つ、熔融ガラスの紡出方向と平行な平面
Ｗ    異形断面ガラス繊維の横断面の輪郭線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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