(57)【要約】【課題】ブッシングとブッシングブロックとの隙間から溶融ガラスが漏出することを防止する新たな冷却構造を備えた紡糸装置を提供する。【解決手段】溶融ガラスＧからガラス繊維を成形する紡糸装置１００であって、溶融ガラス供給源に接続される接続部材２０と、接続部材に取り付けられるブッシングとを備え、ブッシングは、溶融ガラスＧが導入される導入部１１と、ブッシングノズル１２ｂを有するベースプレート１２ａと、溶融ガラスＧの流動断面積が導入部１１側からベースプレート１２ａに向かうにつれて拡大する拡大部を有する本体１２と、導入部１１の周端に沿って設けられるフランジ１３と、フランジ１３の端部又は端部近傍に取り付けられ、内部を冷媒が通流する冷却管３０と、を備える。【選択図】図１
2018062436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融ガラスからガラス繊維を成形する紡糸装置であって、
溶融ガラス供給源に接続される接続部材と、前記接続部材に取り付けられるブッシングとを備え、
前記ブッシングは、
前記溶融ガラスが導入される導入部と、
ブッシングノズルを有するベースプレートと、
前記溶融ガラスの流動断面積が前記導入部側から前記ベースプレートに向かうにつれて拡大する拡大部を有する本体と、
前記導入部の周端に沿って設けられるフランジと、
前記フランジの端部又は端部近傍に取り付けられ、内部を冷媒が通流する冷却管と、
を備える紡糸装置。
【請求項２】
前記冷却管を前記接続部材の方に押圧する押圧機構をさらに備える請求項１に記載の紡糸装置。
【請求項３】
前記押圧機構は、前記冷却管と接する箇所に緩衝材を備える請求項２に記載の紡糸装置。
【請求項４】
前記冷却管は、矩形断面を有する請求項１〜３の何れか一項に記載の紡糸装置。
【請求項５】
前記フランジにおける前記冷却管の設けられた位置から、前記本体における前記溶融ガラスの流動断面積が最も拡大した位置までの最短の垂直距離をａ、
前記導入部と前記フランジとの境界位置から、前記フランジにおける前記冷却管の設けられた位置までの最短の水平距離をｂ、
前記フランジに設置された前記冷却管の外表部から、前記本体までの最短距離をｃとすると、
前記ブッシングは、  ０．５  ≦  ａ／ｂ  ≦  ２．５、かつ  ０．５  ≦  ｃ／ｂ  ≦  １．５  を満たすように構成される請求項１〜４の何れか一項に記載の紡糸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融ガラスからガラス繊維を成形する紡糸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車の内装材、電子機器のプリント基板、建築資材等の構成材料として使用されるガラス繊維は、一般に以下の製造工程により製造される。初めに、ガラス原料又は固体ガラス素材をガラス溶融炉で融点以上に加熱し、流動性を有する溶融ガラスを得る。次いで、溶融ガラスを清澄・均質化し、フォアベイ及びフィーダーを経由して紡糸装置に供給する。紡糸装置は、ブッシング、ブッシングブロック、及びフローブロック等で構成される。紡糸装置の主要部材であるブッシングは、白金等の貴金属からなる金属部材であり、通電によって発生するジュール熱により溶融ガラスを高温状態に維持することが可能である。ブッシングの底部には、多数のブッシングノズルを備えたベースプレートが設けられており、ブッシングノズルから溶融ガラスが吐出されると、ガラス繊維モノフィラメントが形成される。ガラス繊維モノフィラメントは、冷却後、表面に集束剤が塗布され、多数本を集束してガラスストランド（マルチフィラメント）とされる。ガラスストランドは、コレットに巻き取られ、ガラスケーキとなる。
【０００３】
上記のとおり、溶融ガラスをガラス繊維に成形する紡糸装置は、常に高温の溶融ガラスと接触しており、特に金属部材であるブッシングは、熱膨張等によって変形し易い。そのため、紡糸装置を長期に亘って稼働し続けると、ブッシングが変形し、ブッシングの変形によってブッシングとブッシングブロックとの間に隙間が生じ、当該隙間から溶融ガラスが外部に漏出する虞がある。
【０００４】
そこで、ブッシングには溶融ガラスの漏出を防止するための対策が講じられている。例えば、従来のガラス繊維の紡糸装置において、ブッシングブロックへの取り付け部であるブッシングのフランジに冷却管を設けたものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１には、側壁に設けられたフランジの下方に冷却管を取り付けた箱形のブッシングが図示されている。特許文献１のブッシングは、ブッシングとブッシングブロックとの間に挟まれたガスケットに溶融ガラスが浸透した場合、溶融ガラスを含むガスケットを冷却管で冷却し、溶融ガラスを固化することで、ブッシングとブッシングブロックとのシールを維持しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２４５２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のブッシングは、形状が箱形であるため、冷却管の真下には空間が存在する。そのため、冷却管がブッシングから受ける放射熱の影響は比較的小さく、冷却管の取り付け位置や構成に関して、あまり制約を受けることはないものと考えられる。ところが、現在のブッシングは、ガラス繊維の生産量を確保するため、溶融ガラスの流動断面積が下方に向かって連続的又は段階的に拡大する形状を有するものが一般的である。このような拡大部を有するブッシングにおいて、長期に亘って溶融ガラスの漏出を防止するためには、冷却管の構成が非常に重要であり、フランジにおける冷却管の取り付け位置や、冷却管の付帯構造などに工夫を凝らす必要がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ブッシングとブッシングブロックとの隙間から溶融ガラスが漏出することを防止する新たな冷却構造を備えた紡糸装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明に係る紡糸装置の特徴構成は、
溶融ガラスからガラス繊維を成形する紡糸装置であって、
溶融ガラス供給源に接続される接続部材と、前記接続部材に取り付けられるブッシングとを備え、
前記ブッシングは、
前記溶融ガラスが導入される導入部と、
ブッシングノズルを有するベースプレートと、
前記溶融ガラスの流動断面積が前記導入部側から前記ベースプレートに向かうにつれて拡大する拡大部を有する本体と、
前記導入部の周端に沿って設けられるフランジと、
前記フランジの端部又は端部近傍に取り付けられ、内部を冷媒が通流する冷却管と、
を備えることにある。
【０００９】
本構成の紡糸装置によれば、溶融ガラスが導入される導入部と、ブッシングノズルを有するベースプレートと、溶融ガラスの流動断面積が導入部側からベースプレートに向かうにつれて拡大する拡大部を有する本体と、導入部の周端に沿って設けられるフランジとを備え、接続部材に取り付けられるブッシングにおいて、フランジの端部又は端部近傍に内部を冷媒が通流する冷却管が取り付けられるため、冷却管は、ブッシングの本体からの熱の影響をできるだけ受けない状態でフランジを適切に冷却することができる。従って、紡糸装置の長期の稼働によってブッシングと接続部材との間に隙間が発生しても、当該隙間から側方に拡がろうとする溶融ガラスはフランジにおける冷却管の取り付け位置付近で固化され、溶融ガラスが外部に漏出することを防止することができる。
【００１０】
本発明に係る紡糸装置において、
前記冷却管を前記接続部材の方に押圧する押圧機構をさらに備えることが好ましい。
【００１１】
本構成の紡糸装置によれば、熱によりブッシングと接続部材との間に発生した隙間が拡大する傾向にある場合でも、押圧機構によって冷却管を接続部材の方に押圧することにより、ブッシングと接続部材との隙間を減少させることができる。その結果、溶融ガラスの外部への漏出を確実に防止することができる。
【００１２】
本発明に係る紡糸装置において、
前記押圧機構は、前記冷却管を押圧と接する箇所に緩衝材を備えることが好ましい。
【００１３】
本構成の紡糸装置によれば、押圧機構は、冷却管に直接接触して押圧するのではなく、緩衝材を介して押圧することになるため、冷却管にかかる押圧力が均等化され、押圧力に起因した冷却管の凹みや破損を防止することができる。
【００１４】
本発明に係る紡糸装置において、
前記冷却管は、矩形断面を有することが好ましい。
【００１５】
本構成の紡糸装置によれば、冷却管の断面を矩形に構成することで、フランジへの冷却管の密着度（接触面積）が向上し、冷却効果を高めることができる。また、押圧機構と冷却管との接触面積も増大するため、冷却管に付加される押圧力がより均等化され、冷却管の凹みや破損をより確実に防止することができる。
【００１６】
本発明に係る紡糸装置において、
前記フランジにおける前記冷却管の設けられた位置から、前記本体における前記溶融ガラスの流動断面積が最も拡大した位置までの最短の垂直距離をａ、
前記導入部と前記フランジとの境界位置から、前記フランジにおける前記冷却管の設けられた位置までの最短の水平距離をｂ、
前記フランジに設置された前記冷却管の外表部から、前記本体までの最短距離をｃとすると、
前記ブッシングは、  ０．５  ≦  ａ／ｂ  ≦  ２．５、かつ  ０．５  ≦  ｃ／ｂ  ≦  １．５  を満たすように構成されることが好ましい。
【００１７】
本構成の紡糸装置によれば、フランジにおける冷却管の設けられた位置が上記の適切な範囲に設定されるため、ブッシングと接続部材との間に隙間が発生しても、当該隙間から側方に拡がろうとする溶融ガラスは確実に固化され、ブッシングのシール性を長期に亘って維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の紡糸装置の全体構造を示す概略断面図である。
【図２】図２は、ブッシングのフランジにおける冷却管の取り付け位置の説明図（概略断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の紡糸装置に関する実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。
【００２０】
図１は、本発明の紡糸装置１００の全体構造を示す概略断面図である。紡糸装置１００は、ガラス繊維製造装置の一部であり、ブッシング１０、及び当該ブッシング１０を溶融ガラス供給源に接続する接続部材としてのブッシングブロック２０を含む。
【００２１】
〔紡糸装置の全体構成〕
溶融ガラス供給源には、ガラス溶融炉（図示せず）、フォアベイ（図示せず）、フィーダー５０等が含まれる。フィーダー５０は、溶融ガラスＧを搬送しながら紡糸装置１００に供給する供給路であり、その底面側には、土台となるケーシング５２、及び溶融ガラスＧの供給口５１を形成するフローブロック５３が設けられる。フィーダー５０にブッシング１０を設置する際には、接続部材であるブッシングブロック２０が、フローブロック５３に接続され、当該ブッシングブロック２０にブッシング１０を取り付ける。ブッシングブロック２０はクロム煉瓦やジルコン煉瓦等の耐火物で構成されている。ブッシングブロック２０は、ブロックホルダーＨ１を用いてケーシング５２に対して固定される。ブッシング１０は、ブッシングホルダーＨ２を用いてケーシング５２に対して固定される。このように、フローブロック５３にブッシングブロック２０を介してブッシング１０を取り付けることにより、ブッシング１０が劣化等の理由によって交換が必要なった場合であっても、紡糸装置１００の全体を交換する必要はなく、ブッシング１０が直接取り付けられているブッシングブロック２０の交換のみで足りる。なお、フィーダー５０に供給口５１（フローブロック５３）を複数形成し、各供給口５１にブッシングブロック２０及びブッシング１０を接続して複数の紡糸装置１００を構成することも可能である。この場合、複数の紡糸装置１００に溶融ガラスＧを同時に供給することができる。
【００２２】
〔ブッシング〕
ブッシング１０は、溶融ガラスＧをガラス繊維に成形する成形部材の一種である。ブッシング１０は、主要な構成として、溶融ガラスＧが導入される導入部１１、本体１２、フランジ１３を備えている。導入部１１は、図１に示すように、溶融ガラスＧの供給口５１の周縁に沿い、下方に延伸する管形状を有するとともに、ブッシングブロック２０に接続され、かつ下方の本体１２に接続するように形成されている。本体１２は、溶融ガラスＧの流動断面積が導入部１１側から進行方向（後述するベースプレート１２ａ方向）に沿って拡大する拡大部を有する。従って、本体１２は、図１に示す釣鐘のような断面形状（流動断面積が下方に沿って連続的に拡大する拡大部と、下方に沿って断面積が一定となる一定部とを有する形状）の他に、階段のような断面形状（流動断面積が下方に沿って段階的に拡大する形状）とすることもできる。また、図１では、ブッシング１０は、流動面積が拡大する部分を有さない導入部１１を備え、本体１２は、拡大部と一定部とを備えているが、例えば、導入部１１は、流動面積が拡大しない部分を有さず、かつ、本体１２は、一定部を有さず、ブッシングブロック２０と接続された部分を起点として進行方向に沿って流動面積がベースプレート１２ａまで連続して拡大する構成、いわゆる錐台形状であってもよい。このような構成では、導入部１１と本体１２との区別が付かないかもしれないが、その場合、開口部が導入部１１となる。本体１２の底部には、ベースプレート１２ａが取り付けられており、ベースプレート１２ａにはガラス繊維を紡糸するための、中空部を有する多数のブッシングノズル１２ｂが形成されている。また、本体１２の内部には、必要に応じて、溶融ガラスＧを均質化するとともに、ブッシングノズル１２ｂに異物が堆積することを防止するスクリーン（図示せず）が設けられてもよい。フランジ１３は、導入部１１の周端に沿って設けられる板状の部材である。フランジ１３は、ブッシングブロック２０に当接し、ブッシング１０とブッシングブロック２０とのシール性を確保する。
【００２３】
〔冷却管〕
ブッシング１０は白金等の貴金属で構成されており、ブッシングブロック２０はクロム煉瓦やジルコン煉瓦等の耐火物で構成されている。このため、長期に亘って紡糸装置１００を稼働し続けると、ブッシング１０とブッシングブロック２０との熱膨張率の差などに起因して、ブッシング１０とブッシングブロック２０との間に隙間が生じ易くなる。そして、このような隙間が生じると、当該隙間に溶融ガラスＧが浸入して側方に拡がり、ブッシング１０の外部に漏出する虞がある。そこで、本発明では、溶融ガラスＧの漏出を防止するべく、フランジ１３の端部又は端部近傍に冷却管３０が取り付けられている。冷却管３０は、その内部に水等の冷媒が通流され、熱交換によってフランジ１３を冷却する。従って、ブッシング１０とブッシングブロック２０との間に隙間が生じ、当該隙間から溶融ガラスＧが外部に漏出する虞があるような事態が発生しても、冷却管３０による冷却によって溶融ガラスＧはフランジ１３における冷却管３０の取り付け位置付近で固化され、ブッシング１０の外部に漏出することが防止される。また、冷却管３０は、ブッシング１０の本体１２から発生する熱の影響をできるだけ受けない状態でフランジ１３を適切に冷却することができるため、長期に亘って紡糸装置１００を稼働し続けることが可能となる。
【００２４】
冷却管３０は、フランジ１３の冷却効率を高めるため、熱伝導性に優れた材料で構成されることが好ましい。冷却管３０の好ましい材料として、ステンレス、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、又はこれらの合金等が挙げられる。また、冷却管３０は、断面を矩形に構成することが好ましい。この場合、冷却管３０の取付面３０ａ（図２中に示す）がフランジ１３に密着して両者の接触面積を大きく確保できるため、冷却効果をさらに高めることができる。また、冷却管３０が矩形断面を有するものであれば、後述する押圧機構４０によって冷却管３０に付加される押圧力が均等化されるため、押圧力による冷却管３０の凹みや破損を防止することができる。
【００２５】
〔押圧機構〕
紡糸装置１００の長期に亘る稼働により、ブッシング１０とブッシングブロック２０との隙間が比較的大きくなると、冷却管３０によってフランジ１３の冷却を行っても溶融ガラスＧを十分に固化できない可能性がある。そこで、本発明では、ブッシング１０とブッシングブロック２０との隙間を低減すべく、冷却管３０をブッシングブロック２０の方に押圧する押圧機構４０をさらに設けることができる。押圧機構４０は、例えば、図１に示すように、ブッシング１０を支持する支持部材４１と、支持部材４１を挿通するボルト４２とから構成される。この押圧機構４０において、ボルト４２を右回りに回転させると、ボルト４２の先端が冷却管３０を押圧し、冷却管３０はフランジ１３とともにブッシングブロック２０の方向に押し上げられる。その結果、ブッシングブロック２０に対するフランジ１３の距離が縮まり、ブッシング１０とブッシングブロック２０との隙間が減少する。従って、溶融ガラスＧはフランジ１３における冷却管３０の取り付け位置付近で固化され、ブッシング１０の外部に溶融ガラスＧが漏出することが防止される。
【００２６】
上記のボルト４２を回転させることによる回転トルクは、適正な値に設定される。本実施形態の支持部材４１を挿通するボルト４２を用いた押圧機構４０の場合、ボルト４２の先端が冷却管３０を押圧する回転トルクを３０Ｎ・ｍ以上に設定することが好ましく、５０Ｎ・ｍ以上に設定することがより好ましい。ボルト４２による回転トルクが３０Ｎ・ｍ以上であれば、ブッシング１０とブッシングブロック２０との隙間を確実に減少させ、溶融ガラスＧの外部への漏出をより確実に防止することができる。
【００２７】
また、押圧機構４０には、冷却管３０を押圧するときに当該冷却管３０への押圧力を均等化する緩衝材４３を設けることが好ましい。図１中に示される押圧機構４０では、ボルト４２の先端に緩衝材４３が取り付けられている。ボルト４２が緩衝材４３を介して冷却管３０を押圧することにより、押圧力による冷却管３０の凹みや破損を防止することができる。なお、緩衝材４３は、ボルト４２の先端ではなく、冷却管３０の表面に設けても構わない。緩衝材４３は、冷却管３０に接するため、その接触面が極度の高温に曝されることはないが、周囲には高温の雰囲気が存在し、ブッシング１０から輻射熱も受け得るため、ある程度の耐熱性を備えた材料で構成されることが好ましい。そのような材料として、例えば、金属、耐熱性樹脂、耐熱性ゴム等が挙げられる。
【００２８】
〔冷却管の取り付け位置〕
ブッシング１０の内部を流動する溶融ガラスＧの温度をできるだけ低下させることなく、ブッシング１０とブッシングブロック２０との隙間から漏出しようとする溶融ガラスＧを確実に固化するためには、冷却管３０を適切な場所に配置し、適切に冷却を行う必要がある。そこで、本発明者らは、ブッシング１０のフランジ１３における冷却管３０の取り付け位置について、詳細な検討を行った。図２は、フランジ１３における冷却管３０の取り付け位置の説明図（概略断面図）である。なお、図２では、説明の便宜上、図１に示してある支持部材４１、ボルト４２、フローブロック５３等は省略してある。
【００２９】
上述のように、冷却管３０は、フランジ１３の端部又は端部近傍に取り付けられる。ここで、図２に示すように、フランジ１３における冷却管３０の取り付け位置（冷却管３０の取付面３０ａ）から、本体１２における溶融ガラスＧの流動断面積が最も拡大した位置までの最短の垂直距離をａとし、導入部１１とフランジ１３との境界位置から、フランジ１３における冷却管３０の取り付け位置までの最短の水平距離をｂとし、フランジ１３に設置された冷却管３０の外表部（冷却管３０の角部３０ｂ）から、本体１２までの最短距離をｃとすると、  ０．５  ≦  ａ／ｂ  ≦  ２．５、かつ  ０．５  ≦  ｃ／ｂ  ≦  １．５  を満たすように、好適には、  １．０  ≦  ａ／ｂ  ≦  ２．０、かつ  ０．８  ≦  ｃ／ｂ  ≦  １．２  を満たすように、ブッシング１０の形状及び冷却管３０の取り付け位置を設定した場合、ブッシング１０とブッシングブロック２０との隙間からの溶融ガラスＧの漏出防止を確実に達成できることが判明した。すなわち、フランジ１３における冷却管３０の取り付け位置を、  ０．５  ≦  ａ／ｂ  ≦  ２．５、かつ  ０．５  ≦  ｃ／ｂ  ≦  １．５  の範囲に設定すると、ブッシング１０とブッシングブロック２０との間に隙間が発生しても、当該隙間から側方に拡がろうとする溶融ガラスＧは確実に固化され、ブッシング１０のシール性を長期に亘って維持することができる。フランジ１３における冷却管３０の取り付け位置が、  ０．５  ＞  ａ／ｂ、かつ  ０．５  ＞  ｃ／ｂ  の場合、冷却管４０がブッシング１０の本体１２から発生する熱の影響を受け易くなり、漏出する溶融ガラスＧを十分に冷却して固化することが困難となる虞がある。フランジ１３における冷却管３０の取り付け位置が、  ２．５  ＜  ａ／ｂ、かつ  １．５  ＜  ｃ／ｂ  の場合、フランジ１３を相当な幅広形状に形成する必要があり、この場合、貴金属材料の使用量が多くなるため、紡糸装置１００において、現実的にそのようなブッシング１０を設計して使用する可能性は低い。
【００３０】
ちなみに、ガラス繊維の製造に使用される通常のブッシング（幅４００〜７００ｍｍ、高さ４０〜７０ｍｍ）の場合、上記の最短の垂直距離ａは１０〜５０ｍｍの範囲であり、上記の最短の水平距離ｂは２０〜４０ｍｍの範囲であり、上記の最短距離ｃは１０〜５０ｍｍであることが好ましい。
【００３１】
＜別実施形態＞
本発明の紡糸装置１００は、ブッシング１０とブッシングブロック２０との隙間から溶融ガラスＧが漏出することを防止するという本発明の目的を達成できるものであれば、上記の実施形態以外にも様々な改変を行うことが可能である。以下、そのような改変例を別実施形態として説明する。
【００３２】
〔別実施形態１〕
上記実施形態では、冷却管３０をブッシングブロック２０の方に押圧する押圧機構４０として、ブッシング１０を支持する支持部材４１と、支持部材４１を挿通するボルト４２とから構成されるものを説明したが、ボルト４２については、冷却管３０をブッシングブロック２０の方に押圧するものであれば、別の構成を採用することも可能である。例えば、押圧機構４０において、ボルト４２の代わりに、ジャッキ、油圧シリンダー、電磁アクチュエータ等を採用することも可能である。
【００３３】
〔別実施形態２〕
上記実施形態では、ボルト４２の回転トルクを３０Ｎ・ｍ以上に設定することが好ましいとしたが、ブッシング１０に押圧機構４０が複数設置されている場合は、ブッシング１０に設けられる冷却管３０の位置に応じて、ボルト４２の回転トルクを変更することも可能である。例えば、ブッシング１０とブッシングブロック２０との隙間が比較的大きくなる傾向がある箇所については、隙間の拡大による冷却管３０の冷却効率の低下を防止するため、ボルト４２の回転トルクを大きく設定し、ブッシング１０とブッシングブロック２０との隙間を最小限に維持することができる。
【００３４】
〔別実施形態３〕
上記実施形態では、冷却管３０はフランジ１３の端部又は端部近傍に取り付けられるものとして説明したが、冷却管３０とフランジ１３とを一体に構成することも可能である。例えば、フランジ１３の端部を手前に折り返して当該端部をフランジ１３の表面に溶接することにより環状部を形成し、この環状部の両端に別の管を接続して冷媒を通流させる構成とすることも可能である。この場合、冷却管３０がフランジ１３の一部を兼ねることになるため冷却効率が高いものとなり、溶融ガラスＧの漏出防止に有効となる。
【符号の説明】
【００３５】
１０      ブッシング
１１      導入部
１２      本体
１２ａ    ベースプレート
１２ｂ    ブッシングノズル
１３      フランジ
２０      ブッシングブロック（接続部材）
３０      冷却管
４０      押圧機構
４２      ボルト
４３      緩衝材
１００    紡糸装置
【図１】
2018062436.tif 000003
【図２】
2018062436.tif 000004