(57)【要約】【課題】チタンを含む亜鉛合金被覆ガラス繊維の量産化に適した製造方法を提供する。【解決手段】チタンを含む亜鉛合金からなる被覆層を備えるガラス繊維の製造方法であって、亜鉛とチタンとを含む合金溶湯を第一溶融炉内で調製する工程と、被覆のために消費された合金融液量を補填して前記合金溶湯の液面レベルを調整する工程と、前記合金溶湯からノズルを通じて合金融液をガラス繊維に塗布する工程と、を備え、前記液面レベルを調整する工程が、チタン塊と、亜鉛塊とを含む第二配合比からなる原料を溶解し、前記合金溶湯と同じ組成からなる融液を第二溶融炉内で形成する第１の工程と、前記融液からの液滴を冷却用液体中に滴下し、合金粒を形成する第２の工程と、前記合金粒を前記合金溶湯に投入する第３の工程と、を備える。【選択図】図１
2019137946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタンを含む亜鉛合金からなる被覆層を備えるガラス繊維の製造方法であって、
亜鉛とチタンとを含む合金溶湯を第一溶融炉内で調製する工程と、
被覆のために消費された合金融液量を補填して前記合金溶湯の液面レベルを調整する工程と、
前記合金溶湯からノズルを通じて合金融液をガラス繊維に塗布する工程と、を備え、
前記液面レベルを調整する工程が、
チタン塊と、亜鉛塊とを含む第二配合比からなる原料を溶解し、前記合金溶湯と同じ組成からなる融液を第二溶融炉内で形成する第１の工程と、
前記融液からの液滴を冷却用液体中に滴下し、合金粒を形成する第２の工程と、
前記合金粒を前記合金溶湯に投入する第３の工程と、
を備える、前記ガラス繊維の製造方法。
【請求項２】
前記チタン塊が、スポンジチタンである、請求項１に記載のガラス繊維の製造方法。
【請求項３】
前記チタンを含む亜鉛合金溶湯が、亜鉛を５０質量％以上含むことを特徴とする請求項１または２に記載のガラス繊維の製造方法。
【請求項４】
前記合金粒の質量が０．０２〜３０ｇであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラス繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタンを含む亜鉛合金からなる被覆層を備えるガラス繊維を安定的に製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器等の筐体が金属物品から樹脂物品に置き換わるにつれて、樹脂物品でも金属材料と同様に電磁波を遮蔽する技術に対する要望が高まっている。樹脂材料に電磁遮蔽特性を付与する方法として、樹脂物品に導電性フィラーを混合する方法が提案されている。特許文献１〜３には、繊維フィラーを含む導電性樹脂物品が開示され、繊維種として、ガラス繊維に、亜鉛、亜鉛合金等が、溶融メッキ、無電解メッキ、真空蒸着、スパッタリング等の方法で被覆されたものが例示されている。
【０００３】
また、特許文献４では、導電性樹脂物品のための繊維フィラーとして、チタンを含む亜鉛合金被覆ガラス繊維と、その製造方法とが開示されている。その特許文献４では、前記亜鉛合金被覆ガラス繊維は、合金溶湯からノズルを通じて合金融液をガラス繊維に塗布する工程を経て製造される。また、特許文献５では、亜鉛を主体としてチタンを含む亜鉛母合金の製造方法において、原料となるチタンにスポンジチタンを使用することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２３６９４４号公報
【特許文献２】特公昭６３−２０２７０号公報
【特許文献３】特公平４−１９７２０号公報
【特許文献４】ＷＯ２０１７／０７７９８０号のパンフレット
【特許文献５】特開平９−３０２４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
合金溶湯からノズルを通じて合金融液をガラス繊維に塗布する場合、ノズルからの合金融液の吐出量は、前記合金溶湯量に影響されることがある。例えば、前記ノズルに通じる経路の位置に対して、前記合金溶湯の液面レベルが近付いてくると、前記吐出量が少なくなって、前記ガラス繊維に吐着される合金量が少なくなる。この状態となると、前記亜鉛合金被覆ガラス繊維の製造効率が低下する。これを避けるためには、前記合金溶湯を一定量以上の量とすることが必要である。
【０００６】
そこで、前記亜鉛合金被覆ガラス繊維の連続的な製造にあっては、前記合金溶湯では、合金被覆のために消費された合金融液が、随時補填される必要がある。しかしながら、亜鉛の融点は４１９℃、チタンの融点は１６６６℃と、融点の差が大きいので、合金組成を保ちながら合金融液を正確に補填していくことは容易なことでない。
本発明は、以上を考慮して、チタンを含む亜鉛合金被覆ガラス繊維の量産化に適した製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のチタンを含む亜鉛合金からなる被覆層を備えるガラス繊維の製造方法は、
亜鉛とチタンとを含む合金溶湯を第一溶融炉内で調製する工程と、
被覆のために消費された合金融液量を補填して前記合金溶湯の液面レベルを調整する工程と、
前記合金溶湯からノズルを通じて合金融液をガラス繊維に塗布する工程と、を備え、
前記液面レベルを調整する工程が、
チタン塊と、亜鉛塊とを含む第二配合比からなる原料を溶解し、前記合金溶湯と同じ組成からなる融液を第二溶融炉内で形成する第１の工程と、
前記融液からの液滴を冷却用液体中に滴下し、合金粒を形成する第２の工程と、
前記合金粒を前記合金溶湯に投入する第３の工程と、
を備える。
【０００８】
前記第１の工程は、前記合金溶湯としてチタンと亜鉛とを含む融液を形成する。前記第２の工程で、該融液から液滴を、冷却用液体中に滴下することで、前記合金粒が形成される。そして、前記第３の工程で前記合金粒を前記合金溶湯に投入するという簡便な操作にて、合金被覆のために消費された合金融液が補填される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、チタンを含む亜鉛合金からなる被覆層を備えるガラス繊維の生産性を改善させることができる。また、本発明のガラス繊維の製造方法は、前記第二溶融炉で形成された融液を、直接的に前記合金溶湯に注ぐ場合と比べて、製造装置を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のチタンを含む亜鉛合金からなる被覆層を備えるガラス繊維の製造態様を模式的に示す図である。
【図２】合金粒の調製態様を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のチタンを含む亜鉛合金からなる被覆層２を備えるガラス繊維１の製造方法を、図面を用いて説明する。図１は、前記ガラス繊維１の製造態様を模式的に示す図で、図２は、合金粒２０の形成態様を模式的に示す図である。
前記ガラス繊維１の製造方法は、
亜鉛とチタンとを含む合金溶湯２１を第一溶融炉６内で調製する工程と、
被覆のために消費された合金融液量を補填して前記合金溶湯２１の液面レベル２Ｌを調整する工程と、
前記合金溶湯２１からノズル４を通じて合金融液をガラス繊維３に塗布する工程と、を備える。
【００１２】
前記合金溶湯２１は、第一溶融炉６内で、亜鉛と、チタンとを溶解して作製してもよい。亜鉛と、チタンとの溶解に際して、その原料には、亜鉛塊とチタン塊とを用いてもよいし、チタンと亜鉛とを含む合金粒２０を用いてもよい。前記第一溶融炉６内の溶湯２１はガラス繊維に被覆される合金組成を備え、所望の組成となるように亜鉛とチタンの配合比を調整した第一配合比を有する原料から形成される。
【００１３】
金属を溶融する前記第一溶融炉６の外壁面の材質は、溶融する金属の温度に応じてセラミックス、金属、ガラス、カーボンなどから適宜選択する事ができる。セラミックスを用いる場合には、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、カルシア、イットリア、炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどが挙げられる。第一溶融炉はヒーターなどを用いて適宜加熱する事が出来、前記第一溶融炉の温度は溶融する亜鉛合金の融点よりも高くする必要がある。金属の加熱溶融は大気雰囲気下で行っても良いが、金属溶湯は酸素に対して高い活性を持つため溶湯表面には金属酸化物が生成されやすく、合金の特性や溶湯の収率に影響を及ぼす。そのため、金属を加熱溶融する際には溶湯の酸化防止を目的とした雰囲気制御を行っても良い。雰囲気制御を行うためのガスとしては、窒素、二酸化炭素、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、及びその混合ガスなどの不活性ガスが挙げられる。
【００１４】
前記第一溶融炉６において、合金溶湯２１は４２０〜８５０℃に加熱されていることが好ましい。合金溶湯が４２０℃未満であれば合金を溶解させることが難しい。他方で、８５０℃を超えると亜鉛の揮発量が多くなり、合金溶湯２１の組成変動が懸念されるようになる。
【００１５】
前記合金溶湯２１は、亜鉛を５０質量％以上含む組成からなるものとしてよい。前記合金溶湯２１中の亜鉛の含有量が５０質量％以上であると、得られる亜鉛合金被覆ガラス繊維の導電性を良好なものとすることができる。また、前記亜鉛合金の融点を低くする事が出来、前記合金溶湯２１の加熱温度が低くなり、結果として溶湯に形成される酸化被膜の量が少なくなる事で効率よく亜鉛合金溶湯を製造する事が出来る。チタンを含み、且つ亜鉛を５０質量％以上含む組成例として、０．０１〜５０質量％のチタンと５０〜９９．９９質量％の亜鉛からなるチタンを含む亜鉛合金が挙げられる。前記チタンを含む組成とすることで、得られる亜鉛合金被覆ガラス繊維の導電性を特に良好なものとすることができる。また、亜鉛に添加するチタン以外のその他の金属は特に限定されるものでなく、アルミニウム、マグネシウム、スズ、インジウム、ビスマス、バリウム、ストロンチウム、カルシウム、マグネシウム、ベリリウム、クロム、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、銀、金、ジルコニウム、タングステン等を添加することができる。また、上記の成分の他に、原料由来や製造過程で不可避に混入される不純物を含んでもよい。
【００１６】
前記合金溶湯２１の液面レベル２Ｌを調整する工程は、合金被覆のために消費された合金融液の分だけ低下する液面を当初の液面レベル２Ｌに維持する工程である。この工程は、液面レベル２Ｌがノズル５に到達しないように維持される。図１に示すような構造を有する第一溶解炉６で操業を行う場合は、前記液面レベル２Ｌはノズル４に到達しないように操業されることが好ましい。そのため、本工程は、
チタン塊と、亜鉛塊とを含む第二配合比からなる原料を溶解し、前記合金溶湯２１と同じ組成からなる融液７を第二溶融炉８内で形成する第１の工程と、
前記融液７からの液滴７１を冷却用液体９中に滴下し、合金粒２０を形成する第２の工程と、
前記合金粒２０を前記合金溶湯２１に投入する第３の工程と、
を備える。
【００１７】
前記合金粒２０は前記融液７から前記液滴７１を形成する第二溶融炉と、前記液滴７１の進行方向に冷却用液体の入った容器を備える装置によって作製することができる。
前記第１の工程において、前記第二配合比は、前記融液７が前記合金溶湯と同じ組成となるように調整される。亜鉛の沸点（９０７℃）と、チタンの融点（１６６６℃）とは大きく異なるので、前記第二溶融炉での溶解温度によっては、前記第二配合比と、融液７との組成に差が生じることがある。そのような場合、前記第一配合比と、前記第二配合比とを同じにすると、前記合金溶湯２１の組成と、前記融液７の組成とが同じ組成とはならないことがある。そのような場合は、前記合金溶湯２１の組成と、前記融液７の組成とが同じ組成となるように、前記第二配合比が適宜調整される。
【００１８】
チタンの融点と亜鉛の沸点とには、大きな差があるため、両方を融液とした後、混合することが難しい。そこで、チタンと亜鉛の合金化には４２０〜８５０℃に加熱した亜鉛融液をチタンに接触させて、チタンを亜鉛融液に溶解する方法が好ましい。前記亜鉛融液の温度はチタンの融点よりも低いが、４２０〜８５０℃の亜鉛融液がチタン塊に接触すると、チタン塊の表面に粒界腐食が発生するために溶解すると言われている。そのため、チタン塊は比表面積の大きいものが亜鉛と効率よく合金化が出来るため好ましい。比表面積の大きいチタン塊の形状としては、多孔質体、箔、粉末などが挙げられる。中でも、多孔質形状を有し、粉末にもしやすいスポンジチタンは安価に入手出来ることから、前記チタン塊はスポンジチタンからなるものが好ましい。このようにして、前記融液７を調製する場合は、前記第二配合比と前記融液７とは、同じ組成としやすい。前記第一配合比と、前記第二配合比とを同じにして、前記合金溶湯２１の組成と、前記融液７との組成とが同じとなる場合は、前記第一配合比と、前記第二配合比とを同じとしてもよいことは言うまでもない。
【００１９】
前記第二配合比からなる原料は、第二溶融炉で溶融される。前記第二溶融炉内において、４２０〜８５０℃に加熱された亜鉛融液に、前記融液表面に形成された金属酸化物を取り除いた後、チタン塊を添加する。チタンの比重は亜鉛よりも小さいため、亜鉛融液表面に浮かんだ状態となり、チタン塊が亜鉛融液に加熱されて前記チタン塊表面が変色した後、チタン塊が亜鉛溶湯に十分に濡れる様に撹拌し、４２０〜８５０℃の温度でチタン塊が溶解するまで加熱する。溶湯は１分〜１２０分毎に撹拌することで、目標組成のチタンを含む亜鉛母合金を効率よく製造することが出来る。
【００２０】
金属融液の撹拌には、セラミックス、金属、ガラス、カーボンなどで製作された撹拌棒などを使用する事が出来る。チタン含有量の多いチタンを含む亜鉛母合金を製造する場合には、融液の加熱温度は４２０℃以上とすることが好ましい。亜鉛融液の加熱温度が４２０℃未満であると、亜鉛融液中でチタンを充分に溶解させることが難しくなる。しかしながら、加熱温度が高いと亜鉛融液の酸化が激しくなるため、融液表面に多量の金属酸化物が形成されることで、融液表面に浮かんでくるチタン塊が金属酸化物に取り込まれて、亜鉛融液に溶解することが出来ず、目標の合金組成より低いものになってしまう。そのため、亜鉛融液の加熱温度の上限は８５０℃が上限である。これらを考慮すると、亜鉛溶湯の加熱温度は４２０℃〜８５０℃が好ましく、より好ましくは５００〜７５０℃である。
【００２１】
前記第１の工程で調製された融液７は、前記第二配合比を反映したものとなる。第二溶融炉に設けられた孔８０から、前記融液７が吐出され、前記融液７に働く重力が、前記融液７と前期孔８０から生じる毛細管力を超えると液滴７１が形成されて、該液滴７１が冷却用液体９の中で冷却されて固体となることで、合金粒２０が形成される。冷却用液体の入った容器の底に堆積するので適宜の手段で容器外に取り出す。
【００２２】
冷却用液体は金属と反応しない液体であれば特に限定されず、例えば水、液体窒素、有機溶媒、及びこれらの混合溶媒などが使用する事ができる。中でも、水は気化潜熱が大きいことから効率良く前記融液７１を冷却することが可能であり、引火性も無いことから特に好ましい。前記孔８０は、図２に示すように第二溶融炉の底面に設ける方式が、簡便で好ましいが、前記孔８０の第二溶融炉への設置箇所は、それに限定されるものではない。また、前記孔８０は金属液滴を連続的に滴下出来るものであれば、製造効率が良くなるためにより好ましい。そのため、前記孔８０の材質は、金属と濡れ性の悪い方が望ましい。      
【００２３】
金属融液との濡れ性を悪くするためにはセラミックスが用いられることが好ましい。用いるセラミックスの例としては、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、カルシア、イットリア、炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどが挙げられる。前記孔８０の形状は特に限定されず、例えば円形、楕円形、長方形、正方形、台形などが挙げられる。前記孔８０からの金属液滴７１の滴下量は前記孔８０の開口面積と金属融液の液面高さに応じて適宜決定される。前記孔８０は２つ以上設けることで合金粒２０の単位時間当たりの製造効率が向上することが可能である。複数の前記孔８０は一直線に配置しても構わないが、前記孔８０を設けた第二溶融炉の大型化により装置が高価なものになってしまう。そのため、前記孔８０の配置方法を並列、格子状、千鳥状などにすることは第二溶融炉を大型化にすることなく前記合金粒２０が効率良く得られるため好ましい。
【００２４】
前記孔８０の開口面積が大きすぎると、前記融液７と前記孔８０から生じる毛細管力が低くなり金属溶湯が液滴にならずに流れ出してしまうため、金属粒の作製が難しくなる。また、開口面積が小さすぎると金属溶湯が前記孔８０を通りにくくなり生産性が劣るものとなる。そのため、前記孔８０の開口面積は０．２ｍｍ２〜８０ｍｍ２、好ましくは０．５ｍｍ２〜６０ｍｍ２としてもよい。
【００２５】
前記孔８０から冷却用液体９の表面までの距離は前記孔８０から形成された液滴７１の大きさの０．５〜１００倍、より好ましくは０．５〜１０倍、さらに好ましくは０．５〜３倍である。前記孔８０と水面までの距離が１００倍よりも遠い場合、液滴７１の落下速度が速くなり、液滴７１が水面に叩きつけられて放射状に変形し、均一な形状の合金粒を得ることが出来なくなる。また、前記孔８０と水面までの距離が０．５倍よりも近すぎる場合、前記孔８０から液滴７１が形成する前に冷却用液体９と接触して凝固するため、合金粒の一部が尖った紡錘形となる。
【００２６】
また、前記合金粒２０の質量は０．０２ｇ〜３０ｇ、より好ましくは０．０５ｇ〜２０ｇとしてもよい。合金粒２０の質量が０．０２ｇよりも小さい場合、金属粒の比表面積が大きくなるため、単位重量当たりの金属酸化物の割合が増加し、溶融炉に投入して溶湯とした時にスラグの発生量が増加するため好ましくない。また、合金粒２０の質量が３０ｇよりも大きい場合、前記液滴７が冷却用液体に叩きつけられて変形しやすいため、均一な形状の合金粒２０が得られにくいため好ましくない。
【００２７】
なお、前記第１の工程、第２の工程、及び第３の工程は大気雰囲気で行っても良いし、不活性雰囲気で行っても良い。不活性雰囲気で行うことで、金属酸化物の形成を減らすことができる。雰囲気制御を行うためのガスとしては、窒素、二酸化炭素、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、及びその混合ガスなどの不活性ガスが挙げられる。
前記第３の工程では、前記第一溶融炉６に前記合金粒２０が投入される。前記合金粒２０の投入においては、市販されている粉粒体供給機を活用してもよい。前記合金粒２０は、液面レベル２Ｌがある一定レベルに下がったときに、一度に前記第一溶融炉６に投入されてもよい。また、合金被覆のために消費された合金融液の分量に応じて投入してもよい。前記合金粒２０が溶解して融液となるまでの時間を考慮すると、後者の方が安定的に操業しやすいので、好ましい方法ではある。
【００２８】
そして、前記合金溶湯２１からノズル４を通じて合金融液をガラス繊維３に塗布する工程を経て、前記ガラス繊維１が得られる。ノズル４の先端には、孔５を備えることで、孔５から染み出た合金融液からなる液滴２２が形成される。前記液滴２２にガラス繊維３を通していくことで、亜鉛合金からなる被覆層２を備えるガラス繊維１が得られる。液滴２２はガラス繊維３に被覆層２を備えるのに必要な合金融液量を保持する必要があり、この合金融液量を保持するには溶融炉から前記孔５を通して供給しなければならない。そのため、前記孔５の開口面積は、０．２ｍｍ２〜８０ｍｍ２、好ましくは０．５ｍｍ２〜６０ｍｍ２としてもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１    チタンを含む亜鉛合金被覆ガラス繊維
２    チタンを含む亜鉛合金被覆層
２０  合金粒
２１  亜鉛とチタンとを含む合金溶湯
２２  チタンと亜鉛とを含む融液からなる液滴
２Ｌ  合金溶湯の液面レベル
３    ガラス繊維
４    ノズル
５    ノズル孔
６    第一溶融炉
７    チタンと亜鉛とを含む融液
７１  融液７からの液滴
８    第二溶融炉
８０  第二溶融炉に設けられた孔
９    冷却用液体
【図１】
2019137946.tif 000003
【図２】
2019137946.tif 000004