(57)【要約】【課題】  ブッシングが大型になってもフィラメントやストランドの糸切れが発生しないストランド製造装置を提供すること。【解決手段】  溶融ガラスをノズルを通してフィラメントとして排出するブッシングと、該フィラメントを冷却するためにブッシングの両側に設けられた送風ダクトとからなるストランド製造装置において、ブッシングと送風ダクトとの関係を特定の関係にしたガラスストランド製造装置。【選択図】  図１
2005206431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融ガラスをノズルを通してガラスフィラメントとして排出するブッシングと、該ガラスフィラメントを冷却するためにブッシングの両側に設けられた送風ダクトと、該ブッシングから引き出されたフィラメントに集束液を付与するアプリケーターと、集束液が付与されたガラスストランドを巻き取るロールとを有するガラスストランド製造装置において、上記ブッシングのノズルを有する底面の幅の１／２をａとし、上記ブッシングの底面の中心と上記送風ダクトの開口部との水平距離をｂとし、上記ダクトの開口部が矩形であり、その高さをｈとし、上記ダクトの開口部とブッシング底面の端部との水平距離をαとした場合、上記ａ、ｂ、ｈおよびαが、式（１）［３ｈ≧ｂ＝ａ＋α］（但しα＞ａ／４）を満たすことを特徴とするガラスストランド製造装置。
【請求項２】
前記ブッシングが、その底面積が０．０６〜０．１８ｍ2で、１個のブッシングに設けられたノズルの総数が３，０００〜６，０００個である請求項１に記載のガラスストランド製造装置。
【請求項３】
請求項１に記載のガラスストランド製造装置を用いるガラスストランドの製造方法において、前記ダクトの開口部における風速を、０．５〜３ｍ／ｓｅｃとすることを特徴とするガラスストランドの製造方法。
【請求項４】
前記送風ダクトから送風される空気量（ｍ3／ｈｒ）が、［１個のブッシングのノズル総数×ｘ］で表わした場合、ｘが０．１５〜０．４０の空気量である請求項３に記載のガラスストランドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブッシングの多数のノズルから引き出されてくるガラスフィラメント（以下単に「フィラメント」という）から、糸切れなどを生じることなく高品質のガラスストランド（以下単に「ストランド」という）を製造することができるストランド製造装置およびストランドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、図１に示すように、溶融したガラスを収納しているブッシング２から、そのノズル３を通して多数のフィラメント４を引き出し、これらを一本または複数本に集束し、かつ集束液５とアプリケーターロール６とからなるアプリケーター７により、集束液５を付与してフィラメントを集束させ、巻き取りロール８に巻き取ってストランド１が製造されている。このような方法は、例えば、特許文献１〜２に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２０６４６５号公報
【特許文献２】特開昭５３−３１８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来技術において、ブッシング中の溶融ガラスは約１，２００℃程度に加熱されており、該ブッシングから引き出されたフィラメントも同様に高温であることから、ブッシングからの輻射熱および連続的に垂下しているフィラメントにより生じる連行熱により、作業雰囲気の温度が上昇し、かつ引き出されたフィラメント同士が融着してフィラメントが断線する場合がある。このようなフィラメントの断線が発生した場合には、長時間の修復作業が要求されるので、従来からガラスを固化しフィラメントの断線を防止する目的で、ブッシングのノズルから引き出されたフィラメントにブッシング近傍に設けられた送風ダクト９からフィラメントを切断しない程度の空気を吹きつけ、かつその下方でプレパドスプレー（不図示）により霧水を吹きつけてフィラメントを冷却し紡糸する方法が知られている。
【０００５】
上記従来技術におけるブッシングのサイズでは、上記送風ダクトからの空気およびプレパドスプレーによってフィラメントの糸切れや、フィラメント同士の融着が防止できてきたが、近年ストランドの生産性を向上させる目的で、ブッシングのサイズが大型になるに従い、フィラメントの固化のための冷却不足による糸切れの要因に加えて別の課題が発生している。すなわち、ブッシングの大型化によりブッシングからの輻射熱量および連続的に垂下しているフィラメントにより生じる連行熱量が増大し、アプリケーター近傍での温度上昇が激しく、フィラメントを集束させるアプリケーター中のバインダーの水溶液である集束液が加熱され、集束液の濃度が上昇したり、集束液の成分が変質したりし、濃度が上昇した集束液や、成分が変質した集束液がフィラメントに付与され、製品（ストランド）に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００６】
さらに容器の壁面やアプリケーターロールの表面や端部に、集束液中のバインダーからの乾燥固化物が発生し、該固化物が破壊されて細片となり、集束液中に混入して集束液とともにフィラメントに付与され、アプリケーター近傍でのフィラメントの糸切れが発生したり、これらの細片がフィラメントに付着してストランド中に含まれ、ストランドの糸切れが発生するという課題がある。以上のようにアプリケーター近傍の温度上昇による、ストランドに対するバインダーの付着量の不均一性やバインダー固化物細片のストランドへの混入は、得られるストランドの糸切れや毛羽発生の原因となり、ストランドの品質に著しい悪影響がある。このような悪影響を防止するためにブッシング近傍に設けられた送風ダクトからの送風量を増大させることが考えられるが、送風量を増大させると、風速が増大し、空気流によりフィラメントの糸切れが生じ、容易にストランドが断線する。従ってブッシングを大型にした場合において、フィラメントを適切に冷却する送風機とブッシングの大きさとの関係を容易に設計できる技術が要望されている。
【０００７】
従って本発明の目的は、ブッシングが大型になってもブッシング下方においてフィラメントが適切に冷却されるとともに、アプリケーター付近の温度上昇を抑制し、ストランドに対する集束剤の付着量が均一であり、かつバインダー固化物の細片などがストランドに混入せず、アプリケーター付近でのフィラメントやストランドの糸切れが発生しないストランド製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、溶融ガラスをノズルを通してフィラメントとして排出するブッシングと、該フィラメントを冷却するためにブッシングの両側に設けられた送風ダクトと、該ブッシングから引き出されたフィラメントに集束液を付与するアプリケーターと、集束液が付与されたストランドを巻き取るロールとを有するストランド製造装置において、上記ブッシングのノズルを有する底面の幅の１／２をａとし、上記ブッシングの底面の中心と上記送風ダクトの開口部との水平距離をｂとし、上記ダクトの開口部が矩形であり、その高さをｈとし、上記ダクトの開口部とブッシング底面の端部との水平距離をαとした場合、上記ａ、ｂ、ｈおよびαが、式（１）［３ｈ≧ｂ＝ａ＋α］（但しα＞ａ／４）を満たすことを特徴とするストランド製造装置を提供する。
【０００９】
上記本発明の装置においては、前記ブッシングが、その底面積が０．０６〜０．１８ｍ2で、１個のブッシングに設けられたノズルの総数が約３，０００〜６，０００個であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明は、上記本発明の装置を用いて、該装置のダクトの開口部における風速を、０．５〜３ｍ／ｓｅｃとすることを特徴とするストランドの製造方法を提供する。該製造方法においては、前記送風ダクトから送風される空気量（ｍ3／ｈｒ）を、［１個のブッシングのノズル総数×ｘ］で表わした場合、ｘが０．１５〜０．４０の空気量であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上記本発明によれば、ブッシングが大型になってもノズルから引き出されるフィラメントを適切に冷却するとともに、引き出されるフィラメントに連行される空気の温度を調整し、アプリケーター付近での温度上昇を抑制し、ストランドに対する集束剤の付着量が均一であり、かつバインダー固化物の細片などがストランドに混入せず、アプリケーター付近でフィラメントやストランドの糸切れが発生しないストランド製造装置およびストランド製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に本発明の好ましい実施形態を示す図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。本発明の装置は、図１および図２に示すように、溶融ガラスをノズル３を通してフィラメント４として排出するブッシング２と、該フィラメント４を冷却するためにブッシングの両側に設けられた送風ダクト９と、該ブッシング２から引き出されたフィラメント４に集束液５を付与するアプリケーター７と、集束液が付与されたストランド１を巻き取るロール８とを有するストランド製造装置において、上記ブッシング２のノズル３を有する底面の幅の１／２をａとし、上記ブッシング２の底面の中心と上記送風ダクト９の開口部との水平距離をｂとし、上記ダクト９の開口部が矩形（図２（ｂ）参照）であり、その高さをｈとし、上記ダクト９の開口部とブッシング底面の端部との水平距離をαとした場合、上記ａ、ｂ、ｈおよびαが、式（１）［３ｈ≧ｂ＝ａ＋α］（但しα＞ａ／４）を満たすことを特徴としている。さらに該装置にはフィラメントに霧水をスプレーして冷却するプレパドスプレー（不図示）が設けられている場合が多い。
【００１３】
上記のブッシングとは、溶融ガラスを収納している耐火物製容器の底面に白金製の多数のノズルが設けられているものである。上記容器内には溶融炉から連続的に溶融ガラスが供給されているのが一般的である。一方、上記ノズルは従来技術の場合には、上記容器の底面に通常は２．０〜５．０個／ｃｍ2の密度で全体として約４００〜２，０００個が配置されている。該ノズルの孔径（直径）は約０．８〜１．５ｍｍである。各ノズルからは溶融ガラスが約４〜２６μｍの太さで連続的に引き出されてフィラメントを形成する。フィラメントの引き出し速度は約８００〜３，０００ｍ／ｍｉｎ．である。フィラメント形成時のブッシングの底面（すなわち白金製ノズルが設けられている面）は、紡糸適正温度（約１，２５０℃）付近に灼熱されている。
【００１４】
本発明の装置は、ブッシングとして上記従来のサイズのブッシングを用いた装置にも有効であり、送風ダクトからの風量および風速によって、フィラメントの固化のために冷却を効果的に行い、フィラメントの糸切れを防止するとともに、アプリケーター付近の温度上昇を抑制し、また、前記の通りアプリケーター７内の集束液の水分蒸発、成分の変質、被膜や固形分細片の発生を有効に防止し、ストランドに対する集束剤の付着量が均一であり、かつバインダー固化物の細片などがストランドに混入せず、アプリケーター付近でのフィラメントやストランドの糸切れが発生しない高品質のストランドを生産性よく製造することができる。本発明の装置は上記ブッシングが大型化された場合にさらに優れた効果を奏する。
【００１５】
すなわち、ストランドの生産性を上げるためにブッシングのサイズを大型にすると、ブッシング底面からの輻射熱および連続的に垂下しているフィラメントにより生じる連行熱が増大し、これらの連行熱などを送風ダクトからの冷却空気およびプレパドスプレーによる霧水では充分には吸収できず、アプリケーター付近の温度が激しく上昇したり、また、集束液を含むアプリケーター周辺の温度が上昇し、前記の如き課題が発生する。これらの課題は送風ダクトからの風量を増大させれば解決されるものと考えられるが、風量を増大させると風速が大となり、引き出された直後の固化していないフィラメントが揺動してフィラメント同士が融着したり絡み合ってフィラメント製造を中断させることになり、該中断はストランドの生産性を顕著に悪化させることになる。
【００１６】
本発明ではブッシングのサイズ（ノズルの孔数）に対応してフィラメントの冷却を適切にし、ストランドの生産性を向上させる送風ダクトの設計を容易にする発明である。すなわち、ブッシングのサイズと送風ダクトの位置関係および送風ダクトの送風口との関係を前記式（１）の関係にすることにより、ブッシングのサイズの変更に適切に対応した送風ダクトを設計できる。すなわち、従来技術では１個のブッシングに設けられたノズルの個数を２，０００個よりも多い場合に糸切れが多く発生するが、本発明によれば、１個のブッシングに設けられたノズルの個数を３，０００〜６，０００個、さらには４，０００〜６，０００個としても、フィラメントやストランドの糸切れを有効に防止することができる。
【００１７】
前記式（１）において、ｂが３ｈより大になると送風ダクトからの空気がフィラメントに充分に到達することができず、フィラメントの冷却が充分ではない。しかしながら、ｂが３ｈよりも著しく小さくなると、送風口とフィラメントとの距離が近過ぎることになり、送風口からの空気の風速が大になって前記の理由でフィラメント切れが発生する畏れがある。従って好ましいｈとｂとの関係は３ｈ≧ｂ≧１ｈである。
【００１８】
また、前記式（１）において、αは＞ａ／４であるが、αが小さ過ぎると送風口とフィラメントとの距離が近過ぎ、上記と同様な理由でフィラメントが乱される畏れがある。このαはａとの関連で決まり、好ましいαはａ≦α≦５ａであり、より好ましくはａ／４＜α＜３ａである。αがａより小さいと前記フィラメントの乱れが生じ、αが５ａよりも大きいとフィラメントの冷却が不十分となる。
【００１９】
以上の説明は一般的であるが、図２を参照してさらに具体的に説明すると、図１のＸ−Ｘ矢視図である図２ａを参照すると、ブッシングの底面は矩形であるのが一般的であり、従来広く使用されているブッシングの底面は、図面上横幅が２５０〜５００ｍｍであり、縦幅が４０〜１５０ｍｍであり、ノズルの総数が約４００〜２，０００個である。本発明は、特に底面積が０．０６〜０．１８ｍ2で、１個のブッシングに設けられたノズルの総数が約３，０００〜６，０００個である大型のブッシングの送風ダクトの設計に有用である。特に底面積が０．１〜０．１８ｍ2で、１個のブッシングに設けられたノズルの総数が約４，０００〜６，０００個である大型のブッシングに適している。
【００２０】
上記ブッシングに対して送風ダクトの送風口は、図面上ブッシングの相対する両側に配置されており、ブッシングの底面の幅より幾分広い横幅（内寸法）ｃと高さｈを有する矩形の形状を有している。図２を参照すると、ａが、例えば、８０ｍｍである場合には、ｂが１６０〜４８０ｍｍ（２ａ〜６ａ）であることが好ましく、３ｈが２４０〜５６０ｍｍ（３ａ〜７ａ）であることが好ましく、さらにαが２０〜４００ｍｍ（ａ／４〜５ａ）であることが好ましい。また、送風口の幅ｃは、必要な風速、風量に応じて任意に決まり、ブッシング両側に設けられた送風ダクトは大きさが異なってもかまわない。ａが８０ｍｍ以外の数値の場合にはその数値に比例してｂ、ｈ、αおよびｃを変化させればよい。このような寸法範囲において前記式（１）の関係を選択することによって本発明の目的が達成される。
【００２１】
上記本発明の装置を用いてストランドを製造する場合には、前記ダクトの開口部における風速を、０．５〜３ｍ／ｓｅｃとすることが必要である。風速が上記範囲未満であるとフィラメントの冷却が不十分であり、前記の通りの集束液の変化の問題が生じる。また、風速が上記範囲を超えると、ブッシング直下においてフィラメントの乱れやフィラメントの糸切れが発生する。
【００２２】
また、上記ストランドの製造に際して、前記送風ダクトから送風される空気量（ｍ3／ｈｒ）は、本発明者の研究によれば、連続的に引き出されて垂下するフィラメントによって連行される空気量と同一またはその前後の空気量であることが好ましいことを見出した。図３にフィラメントによって連行される空気量の変化とノズルの総数との関係の実験結果を示す。図３はブッシングのノズルの総数と、該ノズルから直径１０〜１３μｍのフィラメントを定量的に引き出した時のフィラメントによって連行される１時間あたりの空気量（ｍ3／ｈｒ）の変化を表している。図３によれば、連行空気量（ｍ3／ｈｒ）≒［ノズル数×ｘ］であり、該ｘ≒０．２９である。本発明者の更なる研究によれば、連行される空気量と等しい量若しくはその前後の量の空気を、前記の式（１）の関係を有するブッシングと送風ダクトとからなる装置のダクトから送風することによって本発明の目的が達成されることを見出した。上記連行空気量は実際にはフィラメントの太さ（直径）やフィラメントの単位時当たりの引き出し量（ｋｇ／ｈｒ）によっても多少変化するが、通常の引き出し量の場合には上記ｘは０．２９前後である。
【００２３】
送風ダクトから供給される空気の温度は通常８〜２５℃である。上記ｘの値が０．１５〜０．４０の範囲においてノズル直下でのフィラメントの糸切れおよびアプリケータ付近でのフィラメントやストランドの糸切れが抑えられ、且つ集束液に大きな変化を与えないことを見出した。より好ましいｘの範囲は０．２５〜０．３であり、この範囲であれば、本発明の目的は完全に達成される。ｘが０．１５未満であるとフィラメントの冷却に必要な風量にならず、また、アプリケーター付近でのフィラメントやストランドの糸切れや集束液の変化が顕著になり高品質のストランドが製造できない。一方、ｘの値が０．４０を超えると風速が大になりブッシング直下におけるフィラメントの乱れによりフィラメントの糸切れが発生し、しばしば作業中断を余儀なくされる。
【００２４】
以上の如き本発明の構成によって、ブッシングが大型になった場合の適切な送風ダクトの設計が容易であり、送風ダクトからの送風によってブッシング直下でのフィラメントの糸切れが防止されるとともに、フィラメントの垂下によって連行される空気が送風ダクトからの空気によって適切に冷却され、また、高温に加熱されているブッシングからの輻射熱によるアプリケーター付近の加熱も抑制される。本発明の装置および製造方法によれば、アプリケーター付近の温度は、４０℃未満、好ましくは３７℃以下に制御することができる。なお、上記の温度は、アプリケーター付近の温度としているが、アプリケーター付近の温度は場所によって異なるので、実際にはアプリケーターロールとフィラメントの接触地点の１０ｍｍ上方を熱電対により測定した。この熱電対による温度測定は上記地点の空気の温度とブッシングからの輻射熱の双方を測定している。上記の温度が４０℃を超えると、集束液の水分の蒸発が大きくなり、集束液の濃度が経時的に高くなり、容器壁面やアプリケーターロールの端部付近にバインダーの薄膜（固形物）が形成され、その細片が集束液に混入し易くなる。上記集束液は通常約１０〜２５℃の液温で供給源からアプリケーターに送られるが、前記送風ダクトからの空気量が少な過ぎると、集束液の液温は時間の経過とともに４０℃を超えて４１〜５０℃程度に上昇するが、前記本発明の構成により４０℃未満の温度に抑制され、さらに送風量を適切に調整することで３７℃以下に抑えることで前記課題が解決される。
【００２５】
本発明の装置における他の構成、例えば、プレパドスプレー、アプリケーター、集束液、巻き取りロール、およびその他の不図示の構成要素は従来技術と同様でよい。
【実施例】
【００２６】
次に実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１〜３および比較例１〜５
図１に示す如きストランド製造装置において、ブッシングの底面積をＡ、ノズル総数をＢ、プル（時間あたりのフィラメントの引き出し重量）をＣ、ダクトの送風口の風速をＤ、送風空気の温度をＥ、および合計風量（両側のダクトの合計風量）をＦとし、ブッシングのノズルを有する底面の幅の１／２をａとし、上記ブッシングの底面の中心と上記送風ダクトの開口部との水平距離をｂとし、送風ダクトの高さ（内寸法）をｈとし、上記ダクトの開口部とブッシング底面の端部との水平距離をαとし、これらの条件を表１に記載の通りとして実施例および比較例のストランド製造装置とした。該ストランド製造装置を各実施例および比較例用としてそれぞれ１０機用意し、それぞれストランドを製造した。尚、それぞれの装置には不図示のプレパドスプレーが設けられている。
【００２７】
バインダーとしてγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、エポキシ当量１８０のノボラック型エポキシエマルジョンおよびウレタンエマルジョンを固形分質量比５：８０：１５の割合で混合して水で希釈し、固形分６質量％からなる集束液を作成して、この集束液を上記装置のアプリケーターに送り、表１に記載の紡糸条件にてノズルから引き出されたフィラメントに集束液を付与した後巻き取ってストランドを得た。この操作を各実施例および比較例の１０機の装置において実施して、それぞれの例の結果をそれぞれ１０機の平均値で表わした。
【００２８】
各例のそれぞれ１０機のブッシングの下方（ブッシング下端より下方で、ブッシングとアプリケーターとの中間にあるプレパドスプレーより上方の領域）でのフィラメントの糸切れの発生状況を観察し、全ての１０機の装置において８時間経過しても糸切れしない場合を◎、４時間経過後に５機以上が糸切れしない場合を○、１時間経過後に５機以上糸切れしない場合を△、５分以内で糸切れが５機以上あった場合を×とした。結果を表１（結果１）に示す。
【００２９】
また、アプリケーター付近温度を、安立計測株式会社製のデジタル温度計ＨＦＴ−４０にて、各例のそれぞれ１０機のアプリケーターロールとフィラメントとの接触地点の約１０ｍｍ上方に設置し、各装置の温度を測定してその平均値を求めた。その測定結果を表１（結果２）に示す。さらにアプリケーター付近またはアプリケーター上でのフィラメントまたはストランドの糸切れの発生状況を観察し、全ての１０機の装置において８時間経過しても糸切れしない場合を◎、４時間経過後に５機以上が糸切れしない場合を○、１時間経過後に５機以上糸切れしない場合を△、５分以内で糸切れが５機以上あった場合を×とした。結果を表１（結果３）に示す。なお、表１には、ダクトからの風量とブッシングの総ノズル数から算出されるｘの値も記載した。
【００３０】
2005206431.tif 000003
【００３１】
2005206431.tif 000004
【００３２】
上記の表１からして、実施例１の装置が最良の結果を示し、実施例２および３の装置も温度３８〜３９℃であれば許容できる結果であった。これに対して送風ダクトの開口部がブッシング底面端部から離れ過ぎている比較例１ではアプリケーター付近温度が４５℃に上昇し、糸切れが発生した。また、送風ダクトの開口部がブッシング底面端部に近過ぎる比較例２ではブッシング直下においてフィラメントが送風により乱れ、糸切れが発生しストランドを形成できなかった。一方、風量が少ない比較例３では、アプリケーター付近の温度が４８℃に上昇し、糸切れが発生した。また、風量が多い（風速が速い）比較例４では、ブッシング直下においてフィラメントが乱れ糸切れが発生し、ストランドが形成できなかった。ダクト未設置の比較例５では、アプリケーター付近の温度が５３℃に上昇し、糸切れが発生した。
上記の結果からして、ストランド製造装置において、そのブッシングを大型化した場合には、従来同様の構成では激しいフィラメントやストランドの糸切れが発生するが、該課題は本発明の構成により解決されることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
上記本発明によれば、ブッシングが大型になってもアプリケーター付近の温度上昇を抑制し、ストランドに対する集束剤の付着量が均一であり、かつバインダー固化物の細片などがストランドに混入せず、ブッシング直下でのフィラメントの糸切れやアプリケーター付近でフィラメントやストランドの糸切れが発生しないストランド製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のストランド製造装置を図解的に示す図。
【図２】図１のＸ−Ｘ矢視図及びＹ−Ｙ矢視図。
【図３】ノズルの総数と連行空気量との関係を示す図。
【符号の説明】
【００３５】
１：ストランド
２：ブッシング
３：ノズル
４：フィラメント
５：集束液
６：アプリケーターロール
７：アプリケーター
８：巻き取りロール
９：送風ダクト
【図１】
2005206431.tif 000005
【図２】
2005206431.tif 000006
【図３】
2005206431.tif 000007