(57)【要約】【課題】ガラス原料に混入するニッケル量を減少できるガラス原料供給用スクリューフィーダを提供する。【解決手段】ホッパー１内の原料を、その下部に設けたハウジング２内に組み込まれているスクリュー３によって、ハウジング先端部４の排出口５から高温のガラス溶融炉６内に供給するためのスクリューフィーダにおいて、前記スクリュー３の少なくともホッパー１の下部出口に位置する磨耗しやすい根元部側を実質的にニッケルを含有しない金属合金で形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホッパー内の原料を、ホッパーの下部に設けたハウジング内に組み込まれているスクリューによって、ハウジング先端部の排出口から高温のガラス溶融炉内に供給するためのスクリューフィーダであって、前記スクリューはホッパーの下部出口に位置する根元部側とその下流の先端部側とからなり、該スクリューの少なくとも該根元部側が実質的にニッケルを含有しない金属合金で形成されていることを特徴とするガラス溶融炉用スクリューフィーダ。
【請求項２】
ホッパー内の原料を、ホッパーの下部に設けたハウジング内に組み込まれているスクリューによって、ハウジング先端部の排出口から高温のガラス溶融炉内に供給するためのスクリューフィーダであって、前記ハウジングはスクリューの根元部側を受け入れる部分と先端部側を受け入れる部分とから形成されており、ハウジングのスクリューの根元部側を受け入れる部分、ホッパーおよび該ホッパー内に設置したアジテータの少なくとも一つが、スクリューの少なくとも根元部側を実質的にニッケルを含有しない金属合金で形成するのと併用してまたは併用しないで、実質的にニッケルを含有しない金属合金で形成されていることを特徴とするガラス溶融炉用スクリューフィーダ。
【請求項３】
前記金属合金がニッケルを含まないステンレス鋼である請求項１または２に記載のガラス溶融炉用スクリューフィーダ。
【請求項４】
前記ステンレス鋼がＳＵＳ４３０またはＳＵＳ４０３である請求項３に記載のガラス溶融炉用スクリューフィーダ。
【請求項５】
前記スクリューの先端部側が耐熱性と耐食性の優れた金属合金によって形成されている請求項１〜４のいずれかに記載のガラス溶融炉用スクリューフィーダ。
【請求項６】
前記金属合金が少なくともニッケル、クロム、鉄を含む合金である請求項５に記載のガラス溶融炉用スクリューフィーダ。
【請求項７】
前記金属合金がＳＵＳ３１０またはＩＮＣＯＬＯＹ８００Ｈである請求項６に記載のガラス溶融炉用スクリューフィーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス溶融炉用スクリューフィーダに関し、特に該スクリューフィーダのスクリューの材質に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス原料を溶融炉に供給するための装置としてスクリューフィーダが広く使用されている。このスクリューフィーダはスクリューが組み込まれたハウジングの先端部を溶融炉内に配置し、ホッパー内のガラス原料をスクリューの回転によって送り、ハウジング先端部に設けられている排出口から溶融炉に供給する。その際、ガラス原料がホッパー内においてブリッジを起こして滞留しないように、ホッパーの出口付近に設けたアジテータでガラス原料を撹拌しながら供給する。このようなスクリューフィーダは、一定量のガラス原料を溶融炉内に連続して供給できる点で優れており、ガラス繊維用溶融炉のような小型溶融炉へのガラス原料供給用として使用されている。
【０００３】
このスクリューフィーダにおいて、前記スクリューはホッパー側の根元部側とその下流に延在する先端部側とから構成され、これらはスクリュー軸によって連続している。このうち根元部側はスクリューのスタート部分で、ホッパーの下部出口部においてホッパー内のガラス原料をスクリュー軸の外周に螺旋状に設けたブレードの間に受け入れ、スクリューの回転により先端部側に順次供給する。
【０００４】
従来、このようなスクリューフィーダのハウジングとスクリューは、先端部分が高温のガラス溶融炉に配置されるため耐熱性と耐食性を重視して、あるいは材料価格とスクリュー製作時の加工性から、一般に例えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０のようなオーステナイト系ステンレス鋼によって製作されている。そして、ホッパーとその下部出口部付近に設置されるアジテータも、これらと同じ材質が用いられている。
【０００５】
一方、ガラス繊維製造においてガラス原料にニッケルが含まれていると、その紡糸の際に糸切れを生じやすくなることが知られている。すなわち、特許文献１には、ガラス繊維屑の加熱処理において、高温に熱されたガラス繊維屑が、ステンレススチール等のニッケルを含有する金属に触れて汚染されると、この汚染ガラス繊維屑の粉末を原料として紡糸する際に、糸切れを起こしやすくなるために、加熱炉に設置するコンベアにはニッケルを含有しない金属製のワイヤメッシュベルトを用いることが記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、上記した特許文献１において、ニッケルを含有しない金属製のワイヤメッシュベルトを用いる理由は、ニッケルを含有するステンレス鋼からなるメッシュベルトを用いると、ニッケルによってガラス繊維屑が汚染され、このガラス繊維屑をガラス原料に配合して溶融しガラス繊維を紡糸すると、ガラスファイバーにニッケルが混入して糸切れを起こしやすくなることが記載されている。
【０００７】
さらに、特許文献３には、ニッケルおよび硫黄分が混入するガラス原料においては硫化ニッケルが生成し、この硫化ニッケルがガラスウールの紡糸において糸切れを起こすことが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２８５３８５号公報（２頁段落番号３および４参照）
【特許文献２】特開平１１−２２１５４４号公報（２頁段落番号７参照）
【特許文献３】特開平１３−２９３４５６号公報（３頁段落番号１０参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
スクリューフィーダの主要部であるスクリューが、前記のＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１０のようなオーステナイト系ステンレス鋼で製作された従来のスクリューフィーダを用いて、ガラス原料をガラス繊維用溶融炉に供給しガラス繊維を製造した場合、特許文献１に開示されているようなニッケルに汚染されたガラス繊維屑をガラス原料中に入れないのにも拘わらず、その紡糸の際に糸切れがしばしば発生するという問題があり、その原因探求と対策が強く求められていた。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、かかるガラス繊維製造の紡糸工程における糸切れの原因を究明して糸切れを防止することであり、本発明は糸切れを未然に防止できるスクリューフィーダ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】
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するためにガラス繊維製造の紡糸工程における糸切れについて種々検討した結果、糸切れの大きな原因がガラス原料中に含まれているニッケル成分であることを究明し、その混入経路について鋭意検討した結果、スクリューフィーダの材質中に含まれているニッケルがスクリューフィーダの磨耗によって混入することを見出し、この知見に基づいて得られたものである。
【００１２】
すなわち、本発明者は、スクリューフィーダの材質として使用されている前記ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１０のようなオーステナイト系ステンレス鋼には、かなりの量のニッケルが含有されており、例えば、ＳＵＳ３０４は約８〜１１質量％のニッケルを含有し、ＳＵＳ３１０は更に多い約１９〜２２質量％のニッケルを含有しているため、ガラス原料との接触により特に磨耗しやすいスクリューがこのようなステンレス鋼で製作されているスクリューフィーダで、ガラス原料をガラス繊維用溶融炉に供給した場合、スクリュー中のニッケルがガラス原料による磨耗によりガラス原料中に混入し、このニッケルがガラス繊維製造の紡糸工程において糸切れの発生原因の一つとなること、スクリューの磨耗はホッパー内のガラス原料をスクリューブレード間に受け入れる根元部側の方が、耐熱性が強く要求される先端部側より大きいため、この根元部側のスクリューからのニッケル混入を防止することが糸切れを防ぐのに極めて重要であること、さらにスクリューフィーダから混入するニッケルは、スクリューほど多くないが、スクリュー以外のハウジング、ホッパーおよび該ホッパー内に設置されたアジテータなどからも同様に混入することを見出し、本発明を完成したものである。
【００１３】
ガラス繊維製造においてニッケルが紡糸の際の糸切れの要因となることは、前記特許文献１乃至３から認められる。しかしながら、特許文献１及び２はガラス繊維屑の加熱処理おけるニッケル汚染防止を目的にしており、また特許文献３はニッケルと硫黄が存在すると硫化ニッケルが生成し、この硫化ニッケルがガラスウールの紡糸における糸切れの要因となることを示しているだけであり、何れにもガラス原料供給用のスクリューフィーダの特にスクリューがニッケル混入の要因であること、および該スクリューの磨耗は先端部側より根元部側の方が大きく、この部分からのニッケル混入が多いことは示されていない。
【００１４】
本発明は、ガラス繊維製造においてスクリューフィーダからガラスに混入するニッケルと紡糸工程における糸切れとの関係を初めて明らかにし、糸切れ問題の解決を図ったもので、次のガラス溶融炉用スクリューフィーダを提供する。
（１）ホッパー内の原料を、ホッパーの下部に設けたハウジング内に組み込まれているスクリューによって、ハウジング先端部の排出口から高温のガラス溶融炉内に供給するためのスクリューフィーダであって、前記スクリューはホッパーの下部出口に位置する根元部側とその下流の先端部側とからなり、該スクリューの少なくとも該根元部側が実質的にニッケルを含有しない金属合金で形成されていることを特徴とするガラス溶融炉用スクリューフィーダ。
（２）ホッパー内の原料を、ホッパーの下部に設けたハウジング内に組み込まれているスクリューによって、ハウジング先端部の排出口から高温のガラス溶融炉内に供給するためのスクリューフィーダであって、前記ハウジングはスクリューの根元部側を受け入れる部分と先端部側を受け入れる部分とから形成されており、ハウジングのスクリューの根元部側を受け入れる部分、ホッパーおよび該ホッパー内に設置したアジテータの少なくとも一つが、スクリューの少なくとも根元部側を実質的にニッケルを含有しない金属合金で形成するのと併用してまたは併用しないで、実質的にニッケルを含有しない金属合金で形成されていることを特徴とするガラス溶融炉用スクリューフィーダ。
（３）前記金属合金が実質的にニッケルを含まないステンレス鋼である上記（１）または（２）のガラス溶融炉用スクリューフィーダ。
（４）前記ステンレス鋼がＳＵＳ４３０またはＳＵＳ４０３である上記（３）のガラス溶融炉用スクリューフィーダ。
（５）前記スクリューの先端部側が耐熱性と耐食性の優れた金属合金によって形成されている上記（１）〜（４）のいずれかのガラス溶融炉用スクリューフィーダ。
（６）前記金属合金が少なくともニッケル、クロム、鉄を含む合金である上記（５）のガラス溶融炉用スクリューフィーダ。
（７）前記金属合金がＳＵＳ３１０またはＩＮＣＯＬＯＹ８００Ｈである上記（６）に記載のガラス溶融炉用スクリューフィーダ。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、ホッパー内のガラス原料をガラス溶融炉に供給するスクリューフィーダのスクリューの少なくとも磨耗の大きい根元部側を実質的にニッケルを含有しない金属合金で形成しているので、スクリューの磨耗によりガラス原料中に混入するニッケルを減少できる。これにより、ガラス中のニッケルが原因となって発生する、ガラス繊維製造の紡糸工程における糸切れを防止又は減少できるので、作業性が改善されかつ生産歩留が向上するとともにガラス繊維の品質を向上できる。
【００１６】
また、本発明はスクリューの少なくとも根元部側を実質的にニッケルを含有しない金属合金で形成するのと併用して、または併用しないでハウジングの根元部側のスクリューが組み込まれている部分、ホッパーおよび該ホッパー内に設置するアジテータの少なくとも一つを同様に実質的にニッケルを含有しない金属合金で形成するので、これらの磨耗によりガラス中に混入するニッケル量を同様に防止でき、特に併用したときにはニッケル量を一層減少させることが可能となり、その効果は大である。
【００１７】
さらに、本発明の他の好ましい実施形態では、スクリューの先端部側を耐熱鋼で形成しているので、従来のスクリューと同様に高温のガラス溶融炉内に先端部をハウジングに組み込まれた状態で配置して、ホッパー内のガラス原料をガラス溶融炉に供給できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明のスクリューフィーダは、ガラス溶融炉（以下、溶融炉ということもある）にガラス原料を供給するフィーダで、種々のガラス原料を溶融炉に供給できる。したがって、スクリューフィーダを設置する溶融炉の種類は限定されないで、ガラス中へのニッケルの混入を回避したい溶融炉に応用できる。しかし、ニッケルのガラス原料への混入がガラス繊維製造の紡糸工程における糸切の要因となることから、ガラス繊維用溶融炉に一定量のガラス原料を連続して供給するスクリューフィーダとして好ましく使用できる。
【００１９】
次に、本発明の好ましい実施形態を、ガラス繊維用溶融炉にガラス原料を供給するスクリューフィーダの場合について図面に従って説明する。しかし、本発明はかかる実施形態および図面に限定されない。図１は、本例のスクリューフィーダの全体を概略的に示す正面図である。図1に示す如くスクリューフィーダの本体部は、ガラス原料を投入するためのホッパー１と、該ホッパー１の下部に設けられるハウジング２と、該ハウジング２内に組み込まれるスクリュー３とで構成されており、基台８上に設置されている。本例においてハウジング２は、ホッパー側の部分と高温のガラス溶融炉に配置するハウジング先端部４とをそれぞれ別個に形成して、両者を連結部９で結合している。ハウジング先端部４をこのように分けて成形することにより、ハウジング２の製造加工が容易になるとともに、ハウジング先端部４をハウジング２と異なる耐熱性および耐食性の大きい材質と変えて、この部分の耐熱性および耐食性を高めることができる。この材質としては、耐熱性および耐食性に優れたステンレス鋼やニッケル−クロム−鉄を主成分とする耐熱ニッケル合金等の金属合金が好ましく用いられ、例えばＳＵＳ３１０などのステンレス鋼やＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）６０１およびＩＮＣＯＬＯＹ（登録商標）８００Ｈ（いずれも、大同特殊鋼製）などの耐熱ニッケル合金を挙げることができる。しかし、ハウジング２はハウジング先端部４と同一材料により一体に形成してもよい。
【００２０】
前記スクリュー３には回転軸１１が設けられており、該回転軸１１は図示しない駆動装置により回転させることにより、ハウジング２およびハウジング先端部４に組み込まれているスクリュー３を回転駆動できる。そして、ハウジング先端部４を溶融炉６の内部に配置した状態で、このスクリュー３を回転させると、スクリュー３はホッパー１内のガラス原料をハウジング２内において一定量づつ連続的にスクリュー内に受け入れてハウジング先端部４に向かって送給し、該ハウジング先端部４の先部に設けた排出口５から炉内に供給する。この場合、前記基台８の底部に輪車１３を設けておくことにより、スクリューフィーダを溶融炉６に対し容易に遠近移動させて排出口５の位置を調整できる。
【００２１】
また、本例のホッパー１の出口部にはアジテータ１２が設けられている。該アジテータ１２は軸と羽根とからなり、図示しない駆動源でこのアジテータ１２の軸を回転させることにより、ホッパー１の出口部のガラス原料を前記羽根で攪拌することができる。この撹拌によりホッパー１内においてガラス原料がブリッジを発生し滞留するのが防止されるため、ガラス原料をスクリュー３に一定量づつ円滑かつ確実に供給できる。
【００２２】
図２は、上記スクリュー３の正面図である。スクリュー３は、スクリュー軸７と該スクリュー軸７の周囲に螺旋状に設けたスクリューブレード１０とにより形成される。図２において左側がスクリュー３の上流、右側が下流で、ガラス原料は矢印の方向に送給される。ここで、スクリュー３は図２に示すようにホッパーの下部出口側に位置する根元部側（ホッパー側）３ａとその下流の先端部側（炉挿入側）３ｂとに区分することができる。この根元部側３ａと先端部側３ｂの区分は、主にスクリュー３の耐熱特性と耐磨耗特性により区分される。すなわち、高温の溶融炉６（図１参照）に挿入される、スクリュー３の先端部分は耐熱性を重視し、先端部側３ｂはこの先端部分を少なくとも包含する範囲として定めることができる。一方、根元部側３ａはスクリュー３の前記先端部側３ｂより上流側の部分である。したがって、この部分はホッパー内のガラス原料をスクリューブレード間に受け入れる箇所を主要部としており、先端部側３ｂより耐磨耗性が重視される。本発明においてこの根元部側３ａと先端部側３ｂの区分はそれほど厳格さを要さず、便宜的には前記したハウジング先端部に組み込まれる部分を先端部側３ｂとして選定できる。
【００２３】
本例のスクリュー３は、図２に示すようにスクリューブレード１０の径（スクリュー径）は一定で、スクリューブレード１０の間隔（ピッチ）はスクリュー３の上流側から下流方向に向かって漸増になっている。このようにピッチを漸増にすることにより、スクリュー３の相隣るスクリューブレード間の容積（以下、ブレード容積とする）がスクリュー３の送給方向（矢印方向）に漸増する。その結果、ホッパー下部のガラス原料の飲み込み部分において、ブレード容積が漸増しているため、ホッパー内のガラス原料をホッパーのスクリュー軸方向における出口幅全体で一様に受け入れることができる。これに対し、ピッチが一定のときはスクリュー３の上流端でブレード容積がガラス原料で満されてしまうため、それ以降の領域においてはガラス原料を飲み込むことができなくなり、ホッパー内のガラス原料が出口の上流側と下流側とでスクリュー３に偏って供給される。さらに、ホッパーの出口を過ぎたスクリュー３の下流側においても、ブレード容積が同様に漸増しているため、スクリューブレード間に装填されたガラス原料に余裕ができるので、スクリュー３とガラス原料との接触抵抗が小さくなる。その結果、スクリュー３の先端部側３ｂもしくは下流側の磨耗を根元部側３ａより小さくできる。
【００２４】
本発明において、磨耗度が先端部側３ｂより大きいスクリュー３の根元部側３ａは、磨耗によるガラス原料へのニッケルの混入を防止するために、実質的にニッケルを含有しない金属合金で形成される。ここで、実質的にニッケルを含有しない金属合金とは、ニッケルを含有しないか、含有しても不純物程度の例えば０．６０質量％以下程度の少量しか含有していない金属合金を意味する。この金属合金としては、実質的にニッケルを含まないステンレス鋼、炭素鋼、超耐熱合金などを挙げることができる。これらの中でステンレス鋼が耐食性、耐熱性、硬さなどの点で総合的に優れている。具体的には耐食性と耐熱性などがよい例えばＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＳ４２９、ＳＵＳ４３０などのフェライト系ステンレス鋼、または耐食性と耐磨耗性が優れている例えばＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０などのマルテンサイト系ステンレス鋼が好ましく使用できる。前記ステンレス鋼の中で、特に根元部側３ａの材質としてはＳＵＳ４３０がクロム含有量が最も高く、オーステナイト系ステンレス鋼には及ばないものの良好な耐熱性を有し、耐磨耗性とのバランスが優れているなどの理由で好ましい。先端部側３ｂは、所望の耐熱特性が得られるように耐熱鋼によって形成するのが好ましい。この耐熱鋼としては、少なくともニッケル、クロム、鉄を含む汎用の耐熱合金を用いることができる。しかし、ハウジング先端部４の冷却構造によりスクリュー３の先端部側３ｂの耐熱性が強く要求されないときには、該先端部側３ｂも実質的にニッケルを含有しない金属合金で形成してもよい。
【００２５】
さらに、本発明はかかるスクリュー３の根元部側３ａと併用してまたは併用しないで、図１に示すスクリュー３の根元部側３ａが組み込まれるハウジング部分、すなわちハウジング２のハウジング先端部４以外の部分、ホッパー１および該ホッパー１の内部に設置されるアジテータ１２（以下、スクリュー以外の部分とする）を同様に実質的にニッケルを含有しない金属合金で形成する。このスクリュー以外の部分は何れもガラス原料と接触し磨耗しやすく、しかも耐熱性が要求されない部分で、ニッケルの混入をできるだけ少なくするには、スクリュー以外の部分のすべてをスクリュー３の根元部側３ａと併用して実質的にニッケルを含有しない金属合金で形成するのが最も好ましい。しかし、スクリュー３の根元部側３ａと併用しないで、スクリュー以外の部分の全部または一部だけを実質的にニッケルを含有しない金属合金で形成してもよい。その材質としては、ハウジングおよびホッパーは例えばＳＵＳ４３０、また硬度と強靭性が要求されるアジテータ１２はＳＵＳ４０３が特に好ましい。
【００２６】
本発明においてスクリュー３の製作方法としては、スクリュー軸７とスクリューブレード１０とを別個に形成したものを溶接して製作する。スクリュー３の根元部側３ａと先端部側３ｂとを異なる材質で形成するときも同様に、それぞれを別個に形成したものを溶接して製作する。例えば、根元部側３ａをＳＵＳ４３０で、先端部側３ｂをＳＵＳ３１０でそれぞれ製作したものを、これらのスクリューブレードが螺旋状に連続するように溶接することにより得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は特に磨耗しやすい少なくともスクリューの根元部側を実質的にニッケルを含有しない金属合金で形成しているので、ガラス原料の供給時にスクリューが磨耗しても、ガラス原料中にニッケルが混入するのを防止または減少することができ、これによりガラス繊維製造の紡糸工程における糸切れを防止できるので、特にガラス繊維用溶融炉にガラス原料を供給するためのスクリューフィーダとして好適する。さらに、ガラス繊維用以外のガラス溶融炉に用いるスクリューフィーダに対しても、ガラス原料中へのニッケルの混入を回避したいとき同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係わるスクリューフィーダの全体を概略的に示す正面図。
【図２】図１のスクリューフィーダにおけるスクリューの正面図。
【符号の説明】
【００２９】
１：ホッパー、２：ハウジング、３：スクリュー、４：ハウジング先端部、
５：排出口、６：ガラス溶融炉、７：スクリュー軸、８：基台、
９：連結部、１０：スクリューブレード、１１：回転軸、１２：アジテータ、
１３：輪車
【図１】
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【図２】
2005206368.tif 000004