(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルチップの底面に短径と長径の比が１：２．５以上のオリフィス孔を備え、
前記オリフィス孔の上部に溶融ガラスの溜まり部を有し、
前記ノズルチップの先端面の端から端まで、前記オリフィス孔の中心線に沿って前記オリフィス孔の短径の最大幅を超えない幅の凹状の溝を有する、
ことを特徴とするノズルチップ。
【請求項２】
前記オリフィスの流出側の面積と前記熔融ガラスの溜まり部の流入部の面積との比が１：１．５〜１：８である請求項１に記載のノズルチップ。
【請求項３】
前記ノズルチップは外観形状が直方体またはこれに類似した形状である請求項１または請求項２に記載のノズルチップ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のノズルチップのオリフィス孔から溶融ガラスを紡糸する偏平ガラス繊維の製造方法。
【請求項５】
前記偏平ガラス繊維は、偏平比（長径／短径）が２．５以上で、かつ前記偏平ガラス繊維が内接する長方形の面積に対して前記偏平ガラス繊維の断面積が８５％以上である請求項４に記載の偏平ガラス繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏平比の高い異形断面を有するガラス繊維を収率よく製造することの出来るブッシングノズルプレート及びそのノズルプレートの作製方法、またブッシングより紡糸される偏平ガラス繊維に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
長径の短径に対する比が２以上で長方形に近い形状の断面を持つガラス繊維は、その繊維を配合した樹脂製品の強度をあげ、表面の平滑性を増し、そり、ねじれを減少させ、振動減衰効果を大きくし、またガラス不織布では、バインダ−量が少なくても強度がでる、充填密度が上げられるためガラスクロスの代用に使用することができるなどの効果があるため、その効率的工業生産が望まれている。
しかしながら従来の製造方法では種々の問題があり、その生産量能力は需要に比べ十分なものとはいえない状態であった。従来の製造方法としては例えば、特開平１−２６６９３７号公報には、種々の断面をもつ真っ直ぐな孔を設けたノズルチップを多数配置したノズルプレ−トの製造方法が記載されている。
ノズルチップに設けた孔から溶融ガラスを引き出すにはノズルの高さだけ孔の長さが長く抵抗が大きいため溶融ガラスの流出量が、平面状のブッシングプレ−トに設けられたオリフィスに比べ減少し、紡糸速度を十分上げるには孔の大きさを大きくする必要がある。しかしながら孔を大きくすると溶融ガラスの吐出量の制御が困難になるという問題がある。
また、本発明者らが出願した特開平６−２２８８０６号公報、特開平７−１２６０３３号公報、特開平７−１３３１３２号公報には、長方形の孔の断面を持つノズルチップ、長方形の孔の短辺の双方に突起部を設けたオリフィスに関する技術が開示されている。
しかしながらこれらの形状の孔を多数設けたブッシングプレ−トによっても偏平ガラス繊維を安定に多量に製造することは困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ガラス繊維製造のためオリフィス孔、ノズルチップ孔から紡出される溶融ガラスは一般に粘度が低く、表面張力が大きいため、直ちに断面が円形になろうとする傾向が強く、前記の先行技術として公開されているノズルチップでは、偏平比が２．０以上の安定した品質の偏平ガラス繊維を１５００ｍ／ｍｉｎ以上の高速で紡糸すると糸切れが多く、断面形状が不安定になるという問題があった。
本発明はノズルチップの形状の改良により偏平比２．０以上で、偏平ガラス繊維の断面が内接する長方形の面積にたいして偏平ガラス繊維の断面積の比（以後充填率という）が８５％以上、好ましくは９０％以上の偏平ガラス繊維を高速で安定に製造することを可能にするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ノズルチップ部に流入する溶融ガラスが流入口で急激な流れの変化をすること、およびストレ−トな孔の長さが長すぎて吐出量の増加を妨げていること、長さが短いと溶融ガラスの冷却が不十分となることなどの原因が偏平ガラス繊維の高速安定生産を妨害していることを発見した。
これらの課題を解決するため、本発明のノズルプレート（多数のノズルチップが設置されたプレ−ト）に設けたノズルチップの構造を、ノズルチップ底面のオリフィス孔上部に溶融ガラス溜まり部を設けた形状にすることにより、高速紡糸において溶融ガラスの流出量、及び偏平ガラス繊維の断面形状を安定化したものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
ノズルチップの形状は、希望するノズルの孔が設けられる形状であれば、外観は円筒状などでもよいが、まず外観形状を直方体あるいはこれに類似した形状にすることが可能なので限られたノズルプレ−トの中に整然と密に多数のノズルチップを配置できる。その配置は、従来のノズルチップの配置と同様で良く特別の条件は必要でない。
また、形状が単純なのでノズルチッププレ−トの製造は溶接によりノズルチップをノズルプレ−トへ取り付ける方法に限らず、一般的に使用されるフライス、エンドミルなどの機械加工、あるいは放電加工などにより一枚の板から容易に造り出すことができるなどの利点がある。
ノズルチップの底面にはオリフィス孔が設けられている。その形状は偏平比２．０以上の高偏平異形断面グラスフアイバーを得る為に、長方形、長円形（本発明でノズルに設けた孔の形状、あるいは偏平ガラス繊維の断面を表す長円形とは長方形の両端に半円状の形状を付けたもの、あるいはそれに類似した形状をいう。）、楕円形、ダンベル形、あるいはこれらに近い形状とし、その短辺と長辺あるいは最長の短径と最長の長径（以後短辺、最長短径、を含めて短径、長辺、最長長径を含めて長径という。）の比は１：２．５以上、好ましくは１：４−１：８である。１：２．５以下では、偏平比２．０以上のガラス繊維が得にくく、１：８以上では繊維の効率的な製造が困難である。
オリフィス孔の短径はオリフィス孔の板厚により変わるが０．３ｍｍ以上、好ましくは０．５ｍｍ以上であることが望ましい、短径の上限は通常の円形断面ガラス繊維用ノズルチップと同様である。
【０００６】
ノズルチップのオリフィス孔の上部には、溶融ガラスの流れを安定化するためおよび偏平形状の安定化のため溶融ガラスの溜まり部分が設けられる。その断面はオリフィス孔の面積に比べて１．５倍以上、４−８倍であることが望ましい。１．５倍以下ではストレ−トでガラス溜まり部のない従来のノズルチップとの差が少なく、８倍以上では、ガラス溜まり部にデッドゾ−ンができ、粘度の高い溶融ガラスが生じやすく、紡糸の安定化、偏平繊維の断面形状の安定化に悪影響があるばかりでなく、ガラス溜まりを持つノズルチップの断面積が大きくなり、同一面積に配置できるノズルチップの数が少なくなり生産量の点から好ましくない。
溶融ガラスが溜まり部分の深さは１−１０ｍｍ，好ましくは、２−６ｍｍである。１ｍｍ以下では溜まりを設けた効果がはっきりせず。６ｍｍ以上では溶融ガラスが冷却されすぎてノズルからの溶融ガラスの吐出量が減少したり、偏平ガラス繊維の断面形状が不安定になりやすい。
オリフィス孔の板厚さはオリフィスの形状により変わるが、０．３−１０ｍｍ、好ましくは０．５−４ｍｍ程度である。
この様なノズルチップのノズルプレ−ト下表面からの突出高さは１−１０ｍｍ好ましくは３−６ｍｍである。１ｍｍ以下では冷却効果がはっきりせず、１０以上では冷却効果によりガラスの粘度が上がり偏平ガラス繊維の断面形状が不安定になりやすい。
【０００７】
丸ノズルのオリフィスの上部にガラス溜まり部を設けるノズルチップでは一般的に中心軸が同一の円柱形あるいは円錐形の溜まり部を設けるが、本発明においては、オリフィス孔の長径が長いので流出量の分布を製造する断面形状に適したものにするため、形状を出口形状と同じでなく、例えばオリフィス孔が長円形の場合、流入孔を長方形、ダンベル形など、溜まり部の形状を変えることによりノズル内でのガラスの冷却を制御することができる。
具体的な溶融ガラス溜まり部の形状、寸法、オリフィス孔の短径と長径の寸法、形状などはオリフィス孔の厚さ、溶融ガラスの種類、温度、ガラス繊維の巻取速度、製造する偏平ガラス繊維の偏平比、換算繊維径（偏平ガラス繊維の断面積を円形の断面積に換算したものから算出）など紡糸条件、製品品質により大幅に変化するので、経験や実験により決められる。
このような溶融ガラス溜まり部を設けたノズルチップの先端部に本発明の偏平ガラス繊維用オリフィス孔を設けるだけでも、安定した高速紡糸か可能になり、従来に比べて格段に製造効率が改善される。
【０００８】
しかしながら、ノズルチップの底面に設けたオリフィス孔の外面形状に、孔から引き出された溶融ガラスが表面張力により丸まろうとする力を抑えるための適当な加工を施すと、さらに断面形状を安定させる効果を増すことができる。
その一つの形状は、ノズルチップの先端の端から端まで、オリフィス孔の中心線に沿ってオリフィス孔の短径の最大幅を越えない幅でかつ深さが０．１−２．０ｍｍ、好ましくは０．３−０．５ｍｍの凹状の溝を有するオリフィスである。
０．１ｍｍ以下では効果が少なく、２．０ｍｍ以上で効果に差が無い。
この溝に溶融ガラスが濡れ広がりオリフィス孔より紡出された溶融ガラスの薄い両端部を両側から引っ張る作用を発揮し、表面張力で丸まろうとする力を抑え、高偏平ガラス繊維の断面形状を安定化させるものである。
他の形状は、特開平７−１２６０３３号公報に開示されたオリフィス孔の長径を挟む様に両端部に凸状縁を設けたもので、オリフィス孔から紡出された溶融ガラスが凸状縁に沿って濡れ広がり、ガラスの表面張力で丸まろうとする力を抑え、左右にガラスを引っ張る力を生みだし高偏平化する役割を果たす。
この凸状縁の溶融ガラスに接触する面の幅は、０．３ｍｍからノズルチップ短辺の長さ一杯まで、好ましくは、０．５ｍｍ以上である。０．３ｍｍ以下では引っ張る力が弱い。
溶融ガラスに接触する部分の高さは０．１−３ｍｍ、好ましくは、０．３−１．０ｍｍである。０．１ｍｍ以下では効果が少なく、３ｍｍ以上では紡糸に悪影響を及ぼす。
【０００９】
さらに溝あるいは凸状縁を設けたオリフィスの両端の開口部を広くし、例えばダンベル状にしたものは、偏平な溶融ガラス繊維の両端部が中央に集まろうとするのを抑える効果があり、偏平比は更に上昇する。
【００１０】
本発明のノズルチップにより製造することの出来るガラス繊維の太さについては製造条件の設定により種々の換算繊維径のものが製造可能である。
しかしながら、横断面における最短径が１．０−２５ミクロン、最長径が２．０−３００μｍの範囲のものが製造上好ましい。細すぎる場合ガラス繊維自体の紡糸が困難であり、太すぎる場合、樹脂との接触面積が減少するので補強効果が低下する。
上記の様な、ノズルチップの構成をとり、紡糸しながら紡糸条件を試行錯誤により選択することにより、充填率を８５％以上とすることができる。
従来の充填率７８％程度の楕円に近い断面をもつ偏平ガラス繊維に比べて、高偏平のガラス繊維を製造することが出来るので、紙の原料に使用すると、表面の滑らかな、かさ密度が大きい、引き裂き強度の大きいものとなり、射出成型に使用すると、反り、ねじれが大幅に減少する、表面が平滑な製品が得られるなど、種々の用途において今までの異形断面ガラス繊維の効果を更に向上させる製品の製造が可能となる。
【００１１】
［実施例］
参考例１
一枚のノズルプレートの上に４００個の直方体のノズルチップを削り出した。そして個々のノズルチップは長円形のオリフィス孔の短径：長径が１：６．５、厚さ１．５ｍｍ、その上部の溶融ガラス溜まり部は長径がオリフィス孔の長径の１．３倍、短径がオリフィス孔の短径の３．７５倍、面積が４．９倍の長円形で、深さは短径の０．８３倍である、ガラスの流入部の面積をオリフィス面積より大きくした形状である。紡糸温度１２００℃、紡糸速度３０００ｍ／ｍｉｎで紡糸を行った。紡糸されたフィラメントの断面は長円形の安定した形状のガラス繊維が得られた。偏平比は３．０であり、偏平効率（偏平ガラス繊維の偏平比／オリフィス孔の長径／短径の比）は４６．１％で、偏平ガラス繊維の充填率（偏平ガラス繊維の断面積／それが内接する長方形の面積）は９０％であった。（図１参照）
【００１２】
実施例１
参考例１と同様の４００個のノズルチップを有するノズルプレ−トを製作し、ノズルチップ先端のオリフィスの長径の中心線にそって幅底面にオリフィス孔短径の１／２の幅で、深さは溝巾の１．２５倍の凹状の溝を切ったノズルチップを作製し、紡糸温度１２００℃、紡糸速度３０００ｍ／ｍｉｎで紡糸を行った。紡糸されたフィラメントの断面は長円形の安定したガラス繊維が得られた。平均偏平比１：３．４であり、偏平効率は５２．３％で、偏平ガラス繊維の充填率は９３．５％であった。（図２参照）
【００１３】
参考例２
参考例１においてオリフィス孔の厚さを２．０ｍｍとし、同様４００個のノズルチップを有するノズルプレ−トを製作し、ノズルチップ先端のオリフィス孔の長径を挟むように短径部に接して厚さ、幅及び高さが、オリフィス孔短径にたいして、それぞれ、０．６２５、３．７５、０．６２５の凸状の縁を設けたノズルチップを作製し、紡糸温度１２００℃、紡糸速度３０００ｍ／ｍｉｎで紡糸を行った。紡糸されたフィラメントの断面は長円形の安定したガラス繊維が得られた。偏平比３．８であり、偏平効率は５８．５％で、偏平ガラスの充填率は９４．１％であった。（図３参照）
【００１４】
参考例３
参考例２と同様の４００個のノズルチップを有するノズルプレ−トを製作し、ノズルチップ先端のオリフィス孔を両端に長径の１／５．２の直径の孔を持ちその間を長径の１／８．７の幅のスリットでつないだ長径が最大短径の５．２倍であるダンベル型のオリフィス孔を設けた。ダンベル型のオリフィス孔の両端に接して実施例３で使用したと同じ寸法の凸状の縁を設けたノズルチップを作製し、紡糸温度１２００℃、紡糸速度３０００ｍ／ｍｉｎで紡糸を行った。紡糸されたフィラメントの断面は長円形の安定したガラス繊維が得られた。偏平比は４．２であり、偏平効率は６４．６％で、偏平ガラス繊維の充填率は９４．１％であった。（図４参照）
【００１５】
比較例１
一枚のノズルプレート上に４００個の直方体のノズルチップを削り出し、短径が１．０ｍｍ、長径が６．５ｍｍ、突出部の長さが２．８ｍｍの長円形のオリフィス孔を設けたノズルチップを作製し、紡糸温度１２６０℃、紡糸速度２０００ｍ／ｍｉｎで紡糸を行った。紡糸されたフィラメントの断面は楕円形の安定した硝子繊維が得られた。偏平比は１．６であり、偏平効率は２４．６％であった。偏平ガラス繊維の充填率は７９．５％であった。（図５参照）
【００１６】
【発明の効果】
通常のノズルチップにおいても冷却効果により内部の溶融ガラスの粘度が上昇するが、本発明のノズルチップはオリフィス孔の流人側面積を流出側面積より２倍以上大きくした溶融ガラス溜め部を設けたことにより、ノズルチップ内部のガラスの流れが乱れにくくなり、ノズルチップ内面に沿ってガラスの粘度が上昇しオリフィス孔から出た溶融ガラスは断面の外周が粘度が高い状態となり、調度、粘度の低いガラスが粘度の高い溶融ガラス平面に挟まれた状態になり、表面張力による円形断面に戻ろうとする力を弱め断面形状が安定した偏平ガラス繊維を高速紡糸することができる。
またオリフィス孔の上部に溶融ガラス溜まりを設けたので、流れの乱れが少なく、流出抵抗も少ないので、高速紡糸が可能となった。
オリフィス孔を長方形、長円形、長円形、ダンベル形に類似した形状とし溝、あるいは、縁をつけることにより、更に断面形状の安定した充填率８５％以上の高偏平断面ガラス繊維を効率的に生産することができる。
また本発明によれば、ノズルチップ、オリフィス孔、溶融ガラス溜まりの形状を単純化したので一般的な機械加工、放電加工が可能でありノズルプレ−トの製作費用が少ないという経済的な利点も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  オリフィス孔の上部に溶融ガラス溜まり部を設けたノズル
【図２】  図１のオリフィス孔に溝が繋がっているノズル
【図３】  図１のオリフィス孔に凸状縁が付いたノズル
【図４】  図１のオリフィス孔の両端がオリフィスの幅より太い円状の孔であるノズル
【図５】  溶融ガラス溜まりのないノズル
上記，各図の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の図面は、それぞれのノズルの、（ａ）は上面、（ｂ）は断面、（ｃ）は下面を表した図である。
【符号の説明】
１、ノズルチップ
２、オリフィス孔
３、溶融ガラス溜まり
４、溝
５、凸状縁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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