(57)【要約】【課題】貯留容器の変形を抑えて高速回転させることができるガラス繊維形成装置を提供する。【解決手段】溶融ガラスを貯留する有底円筒状で金属製の貯留容器（３）を回転駆動される回転容器（９）の内側に固定した回転部（１６）を、回転させることによって発生する遠心力によって、貯留容器（３）の外周側面の放出孔（４）から溶融ガラスを回転容器（９）の外側に放出するガラス繊維形成装置において、貯留容器（３）の外周側面にセラミック材からなり周方向に分割した複数の支持体からなる外周支持体（８）を、放出孔（４）を外して配置することによって、外周支持体（８）が貯留容器３の変形を抑えて、高速回転させることができるため、細いガラス繊維を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融ガラスを貯留する有底円筒状で金属製の貯留容器を回転駆動される回転容器の内側に固定した回転部を、回転させることによって発生する遠心力によって、前記貯留容器の外周側面の放出孔から前記溶融ガラスを前記回転容器の外側に放出するガラス繊維形成装置において、
前記貯留容器の外周側面にセラミック材からなり周方向に分割した複数の支持体からなる外周支持体を、放出孔を外して配置した
ガラス繊維形成装置。
【請求項２】
溶融ガラスを貯留する有底円筒状の貯留容器と、前記貯留容器を加熱する中空円筒状の発熱体と、前記貯留容器の外周側面および底面に備えられた断熱材層と、記断熱材層の外側に備えられた回転容器と、前記貯留容器の外周側面に設けた複数の膨出部と、前記膨出部の先端に設けた複数の放出孔を有する回転部を回転駆動し、回転部の回転に伴う遠心力によって前記放出孔から溶融ガラスを放出して繊維化するガラス繊維形成装置において、
前記遠心力によって前記放出孔から放出した溶融ガラスが前記回転容器の周面から外部に放出されるように放出口を設け、
前記貯留容器の外周側面と前記断熱材層の間に、セラミック材からなり周方向に分割した複数の支持体からなる外周支持体を円形に組み合わせて配置されている
ガラス繊維形成装置。
【請求項３】
前記放出口は、
前記円弧状のセラミック材が隣り合う２枚の分割位置に配置し、前記２枚のセラミック材の分割位置に凹部を形成し２つの凹部が互いに向き合うことによって四角形の放出口が形成されている
請求項２記載のガラス繊維形成装置。
【請求項４】
複数の支持体からなる前記外周支持体は、
前記放出口に対応して分割面に突出部が形成されている円弧状の２枚の支持体と、
前記２枚の支持体の前記突出部に上下から当接する円弧状の２枚の支持体と
を有し、４枚の前記支持体の端面によって囲むことによって前記放出口を形成している
請求項２記載のガラス繊維形成装置。
【請求項５】
前記放出口は、
前記回転体の第１高さに配置された複数の放出口と、第２高さに配置された複数の放出口からなり、前記第１高さと前記第２高さの前記放出口が千鳥状に配置されている
請求項２または３記載のガラス繊維形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融ガラスを遠心法によって繊維化することにより、断熱材などに使用するガラス繊維（グラスウール）を形成するガラス繊維形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラス繊維（グラスウール）は、繊維径が細いほど断熱性能が良いとされ、断熱材などに使用する場合、繊維径１０μｍ以下の細い繊維を形成することが望まれている。
従来のガラス繊維を形成する方法としては、溶融ガラスを遠心法によって繊維化するものがある（例えば、特許文献１参照）。図１０は、特許文献１に記載された従来のガラス繊維形成装置を示す。
【０００３】
図１０において、筒状の溶融部２は発熱体１によっておおよそ１２００℃から１４００℃の高温に加熱されており、溶融部２に上部から投入されるガラス原料Ａを溶融させて溶融ガラスＢにしている。溶融ガラスＢは、貫通孔を形成した上下の隔壁板７ａ，７ｂを通過して溶融部２の下部から排出され、貯留容器３で受け止めて貯留される。貯留容器３に貯留された溶融ガラスＢは、その貯留容器３の回転軸１５を中心に駆動回転に伴って、貯留容器３の側面方向に移動して、放出孔４から遠心力で貯留容器３の外側方向に放出されて冷却されることにより、ガラス繊維化される。放出孔４は、貯留容器３の周壁３ａの径方向で対向する上部２箇所を貯留容器３の径方向に沿って横向き円筒状に膨出させた膨出部５の各先端部に形成されており、その膨出部５を断熱材層６に貫通させて、放出孔４を貯留容器３の外側方向に臨ませることにより、溶融ガラスＢが放出孔４に流入するまでの間、保温できるようにしてある。
【０００４】
ガラス繊維の平均的な繊維径は、例えば、貯留容器３の回転半径が６ｃｍ、放出孔４の直径が０．３ｍｍΦ、貯留容器３の回転数が１５００ｒｐｍの時、約１６μｍである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５５３４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１０に示した従来のガラス繊維形成装置において、ガラス繊維の繊維径を細くするためには、放出孔４の孔径を小さくして１孔あたりの流出量を少なくしたうえで貯留容器３内の溶融ガラスＢに加える遠心力を大きくすることが必要である。溶融ガラスＢに加える遠心力を大きくするには、同一の貯留容器を用いた場合、回転数を速くすることが考えられるが、貯留容器を従来条件より高速回転させようとすると、貯留容器に従来条件より大きな遠心力が働くことによって、貯留容器に部分的な変形が生じて貯留容器が偏芯して回転してしまうことにより、装置の振動が大きくなって、高速回転できなくなる。
【０００７】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、貯留容器の変形を抑えて高速回転させることでガラス繊維の繊維径を細くできるガラス繊維形成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】
上記目的を達成するために、本発明のガラス繊維形成装置は、溶融ガラスを貯留する有底円筒状で金属製の貯留容器を回転駆動される回転容器の内側に固定した回転部を、回転させることによって発生する遠心力によって、前記貯留容器の外周側面の放出孔から前記溶融ガラスを前記回転容器の外側に放出するガラス繊維形成装置において、前記貯留容器の外周側面にセラミック材からなり周方向に分割した複数の支持体からなる外周支持体を、放出孔を外して配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、金属製の貯留容器の外側に、セラミック材からなり周方向に分割した複数の支持体からなる外周支持体を配置して、前記外周支持体によって前記貯留容器の変形を抑えて、長時間高速回転させることができるため、断熱材層を備えた貯留容器の保温によるエネルギー使用量の削減と、細いガラス繊維を得ることを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるガラス繊維形成装置の縦断面図
【図２】（ａ）同実施の形態における回転部の斜視図と（ｂ）回転部の上面図
【図３】（ａ）同実施の形態における外周支持体の正面図と（ｂ）上面図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２における放出口を２段に構成した回転部の斜視図と（ｂ）回転部の上面図
【図５】（ａ）同実施の形態における放出口を２段に構成した外周支持体の正面図と（ｂ）上面図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態３における回転部の斜視図と（ｂ）上面図
【図７】（ａ）同形態の形態における外周支持体の正面図と（ｂ）上面図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態４における放出口を２段に構成した回転部の斜視図と（ｂ）上面図
【図９】（ａ）同実施の形態における外周支持体の正面図と（ｂ）上面図
【図１０】特許文献１に記載されたガラス溶融装置の縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の各実施の形態を図面を参照しながら説明する。
なお、図１０に示す従来例と共通する箇所については、同一の符号を付けて説明する。
（実施の形態１）
図１〜図３は本発明の実施の形態１のガラス繊維形成装置を示す。
【００１２】
図１において、あらかじめ溶融させた溶融ガラスＣを受け止めて貯留する有底円筒状の貯留容器３の外周側面には、耐熱性を備えたセラミック材の外周支持体８が、貯留容器３の外周側面を囲むように設けている。貯留容器３は、外周支持体８とこの外周支持体８の外周面を囲む耐熱性を備えた断熱材層６を介して回転容器９の内側に固定している。
【００１３】
貯留容器３は、特に耐熱性が要求されるため、Ｎｉ（ニッケル）合金やＣｏ（コバルト）合金、あるいは白金、白金ロジウムなどの白金族の金属（合金を含む）で形成することが望ましく、特に高温耐熱性の優れた白金族の合金を用いることが望ましい。
【００１４】
外周支持体８に用いられるセラミック材料としては、耐熱性と耐熱衝撃性が高い材料が好ましく、特に耐熱温度としては貯留容器３の耐熱温度以上、耐熱衝撃性としては２５０℃以上の材料が望ましい。このような材料としては、ムライト、アルミナおよびムライトの混合材、炭化珪素、窒化珪素などが挙げられる。耐熱衝撃性の値は、ＪＩＳ  Ｒ１６４８−２００２  ファインセラミックスの熱衝撃試験方法に記載されている水中落下法によって求めた値である。
【００１５】
ここで、貯留容器３、断熱材層６、外周支持体８、回転容器９は一体として回転するため、この全体を回転部１６と称する。
貯留容器３の周壁には、径方向に沿って水平方向に膨出させた膨出部５が形成されている。膨出部５の先端部には、貯留容器３に貯留した溶融ガラスＢを放出するための放出孔４を備えており、貯留容器３に貯留した溶融ガラスＢを貯留容器３の駆動回転に伴って、放出孔４から遠心力で放出する。放出孔４は、所望の繊維径に応じて、直径０．１ｍｍΦから直径１．５ｍｍΦの大きさの範囲で選択された同一径の細孔が複数配置された構成になっている。
【００１６】
貯留容器３の放出孔４が形成された領域に対応した部分の外周支持体８、断熱材層６、回転容器９の各々の領域には、放出口１０を設けている。膨出部５は、貯留容器３の周壁から回転容器９の放出口１０の近傍まで形成しており、放出孔４から飛び出したガラス繊維が、回転容器９の外側まで、障害物なく、放出できるように構成している。
【００１７】
回転部１６は、回転軸１５を中心に図示していない駆動装置を介して回転し、回転速度を自在に調節できる構成になっている。
放出口１０は、回転部１６の重心が回転軸１５の中心位置になるよう円周上に等間隔に複数設けており、回転部１６が回転軸１５の周りでバランスよく回転できるようになっている。
【００１８】
貯留容器３の上部は内側に屈曲させており、貯留容器３の駆動回転に伴って溶融ガラスＢの液面が上昇した場合に、溶融ガラスＢの貯留容器３からの溢れ出しが防止できるようにしてある。
【００１９】
貯留容器３の内側には、円筒状の発熱体１が配置されており、図示していないガラス溶融炉で溶融した溶融ガラスＢを発熱体１の内側を通過するように上方から投入し、貯留容器３に導く。発熱体１は、絶縁板１３を介して支持基盤１１によって支持し、下端部が貯留容器３の内底面近くに位置するように、その下部を貯留容器３の内側に入り込ませている。発熱体１は支持基盤１１に固定した絶縁板１３に対し上下方向に移動可能な構成で、貯留容器３内への入り込み深さを変更できるようにしている。また、発熱体１は絶縁板１３に設けた２個の端子１２からの通電で発熱するようになっている。支持基盤１１の下面側には、発熱体１の外側に耐熱性を備えた断熱材１４を取り付けて、貯留容器３の上部からの熱の逃げを防いでいる。
【００２０】
かかる構成において、ガラス繊維を形成するには、まず、発熱体１によって貯留容器３を繊維化に必要な温度（おおよそ９００℃〜１４００℃）まで高温に加熱しておいて、回転部１６を３０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍで高速回転させる。
【００２１】
次に、溶融した溶融ガラスＢを発熱体１の内側を通るように鉛直方向に落下させ、高速回転中の貯留容器３に供給する。貯留容器３に供給された溶融ガラスＢは、貯留容器３の外周壁を伝わって上昇し膨出部５の先端の放出孔４から外部に放出され、空気によって冷却されることによってガラス繊維を形成する。
【００２２】
ガラス繊維の繊維径を細くするには、放出孔４の孔径を小さくして、１孔あたりの流出量を少なくしたうえで貯留容器３の内の溶融ガラスＢにできるだけ大きな遠心力を加えることが必要である。できるだけ大きな遠心力を加えるには、回転半径が同じ貯留容器を用いた場合、回転数を速くすることが有効である。例えば、放出孔４の直径が０．３ｍｍΦで貯留容器３の回転半径が６ｃｍの場合、繊維径７μｍのガラス繊維を得るには、貯留容器３の回転数としておおよそ３０００ｒｐｍ、繊維径４μｍのガラス繊維を得るには、貯留容器３の回転数としておおよそ４０００ｒｐｍが必要となる。遠心力を大きくする方法として、回転半径を大きくすることも考えられるが、回転半径を大きくすると、その分、回転時のバランスを調整することが難しくなり、貯留容器３の偏芯が大きくなってしまうため、実用上の回転半径は、５ｃｍから２５ｃｍ程度である。溶融ガラスＢに加わる遠心力は、回転数の２乗に比例し、回転半径の１乗に比例するので、遠心力を大きくするには、回転半径より回転数を増加させるほうが有利である。
【００２３】
外周支持体８の構成に関してさらに詳しく説明する。
図２（ａ）（ｂ）は回転部１６を示す。
回転部１６は、内側から貯留容器３、外周支持体８、断熱材層６、回転容器９で構成されている。放出口１０は、回転部１６の円周上で同一高さに９０°間隔で４箇所配置し、形状は四角形である。この放出口１０の内側に貯留容器３の膨出部５を配置している。
【００２４】
外周支持体８は、放出口１０の中心を通る位置で鉛直方向に分割しており、放出口４が４箇所の場合は、図３（ａ）（ｂ）に示すように外周支持体８は水平方向に円弧状の４分割した支持体８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを組み合わせて構成している。そして、個々の支持体８ａ〜８ｄの分割位置を“コ”の字型形状の凹部を形成し、隣接した２つの支持体を並べることで１つの放出口１０を構成している。
【００２５】
放出口１０の内側には、貯留容器３の膨出部５があり、この箇所は、外周支持体８、断熱材層６、回転容器９のいずれからも覆われていないため、特に貯留容器３の変形が起こりやすい箇所になる。１つの放出口１０の開口面積を大きくさせないことにより、貯留容器３の変形を抑えることができる。また、１つの放出口１０の開口面積が小さすぎると、１つの放出口に形成できる放出孔の数が少なすぎてガラス繊維の生産性が低下する。
【００２６】
断熱材層６は、耐熱性と断熱性に優れた材料で構成されるのが望ましく、特に耐熱温度として貯留容器３の耐熱温度以上であることが必要であり、アルミナ−シリカウールなどのセラミックウールから構成される断熱材ボードが好ましい。断熱材層６の厚みは、側面部分で５ｍｍから３０ｍｍ、底面部分で５ｍｍから５０ｍｍが適当と考えられる。断熱材層６の厚みが５ｍｍ未満になると断熱性が悪くなり、側面部分の厚みが３０ｍｍより大きくになると、重くなるとともに、膨出部５の径方向の距離が長くなるため、バランスが取りづらくなる。底面部分の厚みが５０ｍｍより大きくなると重くなる。
【００２７】
このように分割した外周支持体８は、内側の貯留容器３と外側の断熱材層６に挟まれるように保持しており、分割することによって、回転部１６の回転による遠心力と貯留容器３の熱膨張による応力を吸収することができる。
【００２８】
また、貯留容器３が高温になることによる熱による軟化と、貯留容器３を高速で回転させることによる局所的な変形も起こりやすくなっている。このような局所的な変形を抑制するため、貯留容器３の外側に外周支持体８を配置することで回転軸１５に対する重量バランスを安定化させている。
【００２９】
貯留容器３の変形を起こりにくくする方法として、貯留容器３の厚みを厚くする方法も考えられるが、セラミック材の外周支持体８に比べて貯留容器３の比重が数倍大きいため重量が重くなることによりバランスがとりづらくなることや、高価な材料費がかかることにより採用困難である。
【００３０】
また、セラミック材の外周支持体８の代わりに金属材料を用いた場合には、熱による変形が大きく、貯留容器３の局所的な変形を抑制することができない。
貯留容器３を高温にして高速で回転させた場合、貯留容器３と断熱材層６の間に外周支持体８がある場合には、外周支持体８が貯留容器３の変形を抑制するように働くが、外周支持体８がない場合には、断熱材層６の機械的強度が弱いため、貯留容器３の変形を抑制できない。ただし、外周支持体８を分割しないで形成した場合、外周支持体８にかかる圧力とヒートショックにより外周支持体８が不規則に破損してしまう恐れがある。セラミック材の厚みは３ｍｍとしている。一般的には、セラミック材の厚みは、厚いほうが強度が増すが、重量が重くなり、薄過ぎると強度が不足し破損しやすくなるため、セラミック材の分割数に関係なく１ｍｍから６ｍｍが望ましい。６ｍｍより厚くすると、回転部１６に占める外周支持体８の重量が１０％を超えてしまい、１ｍｍより薄くすると、セラミック材が破損しやすくなる。
【００３１】
一実施例として、図１に示すガラス繊維形成装置を用いて、図２，図３に示す回転部１６の構成にして、貯留容器３の回転半径６ｃｍ、回転数４０００ｒｐｍでグラスウールを製作した場合、得られたガラス繊維の平均繊維径は４ミクロンであった。
【００３２】
比較例として、図１０に示す従来のガラス溶融装置を用いて貯留容器の回転半径を６ｃｍとして駆動回転させたところ、回転数２０００ｒｐｍで偏芯による振動が大きくなったため、これ以上の回転数を上げることができなかった。このとき得られたガラス繊維の平均繊維径は１２ミクロンであった。
【００３３】
実施例と比較例を対比すると、本発明によるガラス繊維形成装置を用いることにより、従来装置に比べて回転数を上げられ、細いガラス繊維を形成できる。
（実施の形態２）
図４と図５は実施の形態２のガラス繊維形成装置における回転部１６と外周支持体８を示す。
【００３４】
図２と図３に示した具体例では、４箇所の放出口１０と放出孔４を設けた場合を例に挙げて説明したが、この実施の形態では放出口１０と放出孔４の数を増やした点が異なっている。その他は実施の形態１と同じである。
【００３５】
この実施の形態２では、放出孔４を２段に構成している。
つまり、図２と図３に示した具体例と同様に、回転部１６の下から１段目の高さに４箇所の放出口１０と放出孔４を配置するとともに、回転部１６の２段目の高さに、更に４箇所の放出口１０と放出孔４を配置し、合計８個の放出口１０と放出孔４を円周方向に等間隔で、１段目と２段目の放出口１０と放出孔４の位置は千鳥状に配置されている。更に具体的には、１段目と２段目の放出口１０と放出孔４の位置は周方向に４５°ずれた位置に配置している。
【００３６】
この場合の外周支持体８は、放出口１０の中心を通る位置で鉛直方向に分割しており、放出口１０を合計８箇所配置しているため、外周支持体８は、図５（ａ）（ｂ）に示すように等分割した円弧形状の支持体８ａ〜８ｈに８分割して構成している。そして、分割した位置に放出口４を配置している。支持体８ａ〜８ｈの分割位置を“コ”の字型形状の凹部を形成し、隣接した２つの支持体を並べることで１つの放出口１０を構成している。
【００３７】
このように放出口を鉛直方向に複数設けることにより、溶融ガラスを放出する量が増加し、生産性を向上させることができる。
（実施の形態３）
図６と図７は実施の形態３のガラス繊維形成装置における回転部１６と外周支持体８を示す。実施の形態１の外周支持体８は、４分割された支持体８ａ〜８ｄで構成されていたが、この実施の形態３では、次のように１２分割された支持体８ａ〜８ｌで構成されている。
【００３８】
図６（ａ）は、第２の形態における回転部の斜視図である。放出口１０は、回転部１６の円周上で同一高さに９０度間隔で４箇所配置し、形状は四角形である。この放出口１０の内側に貯留容器３の膨出部５が配置している。支持体８は、放出口１０の両端位置方向で鉛直方向に分割しており、放出口１０と放出孔４が４箇所の場合は、円周方向に等分割した支持体８ａ〜８ｈの８枚と、４つの放出口１０の下側に配置した４枚の支持体８ｉ、８ｊ，８ｋ，８ｌの合計１２枚で構成している。なお、支持体８ｋについては支持体８ｉの反対側に位置しているため、図示されていない。
【００３９】
つまり、この実施の形態３では、図７（ａ）に示すように、１つの放出口１０を構成するためには、４枚の支持体８ａ，８ｂ，８ｈ，８ｉを用いている。さらに詳しくは、放出口１０の上側に支持体８ａ、下側に８ｉ、放出口１０の左右に支持体８ｂ，８ｈを配置し、放出口１０を形成している。また、支持体８ｂ，８ｈに突出部１７を設けることで支持体８ａが下側にずれないように支持している。支持体８ｂ，８ｄに突出部１７を設けることで支持体８ｃが下側にずれないように支持している。支持体８ｄ，８ｆに突出部１７を設けることで支持体８ｅが下側にずれないように支持している。支持体８ｆ，８ｈに突出部１７を設けることで支持体８ｇが下側にずれないように支持している。
【００４０】
このような分割構造の外周支持体８を使用することによって、貯留容器３の応力が集中する放出口１０の周辺の支持体において、放出口１０の開口形状である四角形の辺ごとに分割した支持体を配置することでセラミック材の支持体の破損防止効果を高めることが可能となる。
【００４１】
（実施の形態４）
図８と図９は実施の形態４のガラス繊維形成装置における回転部１６と外周支持体８を示す。
【００４２】
図４と図５に示した実施の形態２では、外周支持体８として８分割した支持体８ａ〜８ｈを使用して放出孔４を２段に構成していたが、この実施の形態４では、図９（ａ）（ｂ）に示すように、外周支持体８として周方向に８分割した上下２段の支持体８ａ１〜８ｈ１，８ａ２〜８ｈ２の合計１６枚の支持体を使用して放出孔４を２段に構成している。その他は実施の形態２と同じである。
【００４３】
図６，図７と同様に、１つの放出口１０を構成するため、４枚の支持体８ａ１，８ｂ２，８ａ２，８ｈ２を用いている。さらに詳しくは、放出口１０の上側に支持体８ａ１、下側に支持体８ａ２、放出口１０の左右に支持体８ｂ２，８ｈ２を配置し、放出口１０を形成している。支持体８ｂ２，８ｈ２に突出部１７を設けることで支持体８ａ１が下側にずれないように支持している。支持体８ｂ２，８ｄ２に突出部１７を設けることで支持体８ｃ１が下側にずれないように支持している。支持体８ｄ２，８ｆ２に突出部１７を設けることで支持体８ｅ１が下側にずれないように支持している。支持体８ｆ２，８ｈ２に突出部１７を設けることで支持体８ｇ１が下側にずれないように支持している。
【００４４】
このように放出口を鉛直方向に複数設けることにより、溶融ガラスを放出する量が増加し、生産性を向上させることができる。
なお、図６〜図９の例では同一高さにおいて、４箇所の放出口を設けたが、貯留容器３の径に応じて放出口を２箇所から４箇所以上配置することもできる。
【符号の説明】
【００４５】
１    発熱体
３    貯留容器
４    放出孔
５    膨出部
６    断熱材層
８    セラミック材の外周支持体
８ａ〜８ｌ    支持体
８ａ１〜８ｈ１，８ａ２〜８ｈ２    支持体
９    回転容器
１０    放出口
１１    支持基盤
１２    端子
１３    絶縁板
１４    断熱材
１５    回転軸
１６    回転部
１７    突出部
Ｂ    貯留容器に溜まった溶融ガラス
Ｃ    溶融ガラス
【図１】
2013159523.tif 000003
【図２】
2013159523.tif 000004
【図３】
2013159523.tif 000005
【図４】
2013159523.tif 000006
【図５】
2013159523.tif 000007
【図６】
2013159523.tif 000008
【図７】
2013159523.tif 000009
【図８】
2013159523.tif 000010
【図９】
2013159523.tif 000011
【図１０】
2013159523.tif 000012