ガラスファイバを製造するための高効率フィンアッセンブリ
【課題】ガラスフィラメントの製造で使用するのに適した材料で形成された冷却フィンアッセンブリを提供する。
【解決手段】冷却フィンアッセンブリは、第１端、第２端、及びこれらの間の内部通路を持つマニホールドを含む。内部通路は、冷却流体を流すように形成されている。複数のバッフルが内部通路内に位置決めされている。複数のブレードがマニホールドに連結されている。これらのブレードは、熱をマニホールドに伝達するように形成されている。バッフルはマニホールド内に冷却流体用の蛇行流路を形成するように形成されている。
【解決手段】冷却フィンアッセンブリは、第１端、第２端、及びこれらの間の内部通路を持つマニホールドを含む。内部通路は、冷却流体を流すように形成されている。複数のバッフルが内部通路内に位置決めされている。複数のブレードがマニホールドに連結されている。これらのブレードは、熱をマニホールドに伝達するように形成されている。バッフルはマニホールド内に冷却流体用の蛇行流路を形成するように形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連続したガラスフィラメントの製造では、ガラスをガラス溶融器又は溶解炉で溶融し、一つ又はそれ以上のブッシュに流す。各ブッシュは、溶融ガラスの流れが通過する多数のノズル又はチップを有する。ガラス流は、巻き取り装置によってノズルから機械的に引き出され、連続したガラスフィラメントを形成する。
【背景技術】
【０００２】
ブッシュ内の溶融ガラスの温度は、ガラスを液体状態に維持するのに十分に高くなければならない。しかしながら、温度が高すぎると、溶融ガラスは、ブッシュチップの通過後にフィラメントを形成するのに十分な粘性を持つように十分に冷却されない。かくして、ガラスフィラメントを形成するため、ガラスがブッシュチップから流れた後、ガラスを急速に冷却し、即ち急冷しなければならない。ガラスの冷却が緩慢であると、ガラスフィラメントは切れ、フィラメント形成工程が停止する。
【０００３】
フィラメント形成機の下のフィラメント形成領域を冷却するための多くの種類の装置がある。従来の冷却装置は、熱をブッシュの下のフィラメント形成領域から伝達し、ガラスフィラメントを冷却するため、空気、水、又はこれらの両方を使用する。ガラスフィラメント形成装置の一例が、ドウラティ等に賦与された米国特許第６，１９２，７１４号に開示されている。出典を明示することにより、この出願に開示された全ての内容は本明細書の開示の一部とされる。
【０００４】
冷却装置は、複数の冷却フィンを含んでいてもよい。ブッシュから引き出されたフィラメントは、冷却フィンのいずれかの側を通過できる。ガラスからの熱は、複写及び対流によってガラスフィラメントからフィンに伝達される。熱は、伝導により、フィンを通して水冷式マニホールドに伝えられる。このような冷却フィンは冷却装置の表面積を増大し、これによってフィラメントから及びフィラメント形成領域から伝達できる熱の量を増大する。
【０００５】
水等の冷却流体供給がマニホールドに入り、マニホールド内のチャンバを通過し、マニホールドの反対側の端部から冷却流体リターンとして出る。冷却流体は、マニホールドを通って流れるときに熱を吸収し、これによってマニホールド及び冷却フィンを冷却し、フィラメント形成領域を間接的に冷却する。しかしながら、このような冷却装置がフィラメント形成領域から除去できる熱の量は限られている。ブッシュの下のフィラメント形成領域から熱を迅速に除去できる場合、ブッシュ及びブッシュ内の溶融ガラスの温度を上昇でき、これによってスループットを全体として増大できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，１９２，７１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、ブッシュの下のフィラメント形成領域を冷却し、大量の熱を除去するための改良された方法及び装置を提供するのが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施例によれば、ガラスフィラメントの製造で使用するのに適した材料で形成された冷却フィンアッセンブリが提供される。冷却フィンアッセンブリは、第１端、第２端、及びこれらの端部間の内部通路を持つマニホールドを含む。内部通路は、冷却流体を流すように形成されている。複数のバッフルが内部通路内に位置決めされている。複数のブレードがマニホールドに連結されている。これらのブレードは、熱をマニホールドに伝達するように形成されている。バッフルは、マニホールド内に冷却流体用の蛇行経路を形成するように形成されている。
【０００９】
本発明の実施例によれば、更に、ガラスフィラメントを製造するように形成された装置が提供される。この装置は、複数のノズルを持つブッシュを含む。ブッシュは、複数のノズルに溶融ガラスを供給するように形成されている。ノズルはガラスフィラメントを製造するように形成されている。ノズルは、フィラメント形成領域を形成する。冷却フィンアッセンブリがフィラメント形成領域に位置決めされている。冷却フィンアッセンブリは、マニホールドに連結された複数のブレードを含む。マニホールドは、第１端、第２端、及びこれらの端部間の内部通路を有する。内部通路は、冷却流体を流すように形成されている。複数のバッフルが内部通路内に位置決めされている。複数のブレードは、熱をマニホールドに伝達するように形成されている。バッフルは、マニホールド内に冷却流体用の蛇行経路を形成するように形成されている。ガラスフィラメントを収集するように形成された機構が設けられている。
【００１０】
本発明の実施例によれば、更に、ガラスフィラメントの製造方法が提供される。この方法は、ブッシュを提供する工程を含む。ブッシュは、複数のノズルに溶融ガラスを供給するように形成されている。複数のノズルは、ガラスフィラメントを製造するように形成されている。ノズルはフィラメント形成領域を形成する。本方法は、更に、冷却フィンアッセンブリをフィラメント形成領域に位置決めする工程を含む。冷却フィンアッセンブリは、マニホールドに連結された複数のブレードを含み、マニホールドは、第１端、第２端、及びこれらの端部間の内部通路を有する。内部通路は、冷却流体を流すように形成されている。複数のバッフルが内部通路内に位置決めされている。複数のブレードは、熱をマニホールドに伝達するように形成されている。バッフルは、マニホールド内に冷却流体用の蛇行経路を形成するように形成されている。本方法は、更に、溶融ガラスをブッシュに供給する工程と、ノズルを通してガラスフィラメントを形成する工程と、マニホールドを通る冷却流体の流れを提供する工程と、熱をフィラメント形成領域から吸収し、マニホールドに伝達する工程と、冷却流体がマニホールドを通って蛇行経路に沿って流れるとき、熱をマニホールドから冷却流体に伝達する工程とを含む。
添付図面を参照して本発明の以下の詳細な説明を読むことにより、本発明の様々な利点が当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明による冷却フィンアッセンブリを示す、ガラスフィラメント形成装置の概略正面図である。
【図２】図２は、図１の冷却フィンアッセンブリの分解斜視図である。
【図３】図３は、図１の冷却フィンアッセンブリの組み立てた状態での斜視図である。
【図４】図４は、図３の４−４線に沿った、図１の冷却フィンアッセンブリの一部の側面図である。
【図５】図５は、冷却流体の蛇行流を示す、図１の冷却フィンアッセンブリを正面から見た断面図である。
【図６】図６は、図１の冷却フィンアッセンブリ内で使用するためのバッフルの第１実施例の正面図である。
【図７】図７は、図６のバッフルの側面図である。
【図８】図８は、図１の冷却フィンアッセンブリ内で使用するためのバッフルの第２実施例の正面図である。
【図９】図９は、図１の冷却フィンアッセンブリ内で使用するためのバッフルの第３実施例の正面図である。
【図１０】図１０は、図１の冷却フィンアッセンブリ内で使用するためのバッフルの第４実施例の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の特定の実施例を参照して本発明を説明する。しかしながら、本発明は、様々な形態で実施されてもよく、本明細書中に説明した実施例に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施例は、本開示が包括的であり且つ完全であり、本発明の範囲を当業者に完全に伝えようとするために提供されるものである。
【００１３】
特段の定義がなされていない限り、本明細書中で使用した全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者が一般的に理解しているのと同じ意味を持つ。本明細書中で本発明を説明するのに使用された用語は、単に特定の実施例を説明するためであって、本発明を限定しようとするものではない。本発明の説明及び添付の特許請求の範囲で使用されているように、単数で記載されているものには、本明細書中に明確に表示されていない限り、複数の形態が含まれる。
【００１４】
特段の表示がなされていない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用された、長さ、幅、高さ、等の寸法の量を表す全ての数字は、全ての場合において、「約」という用語によって変更されるということは理解されるべきである。従って、特段の表示がなされていない限り、本明細書及び特許請求の範囲に記載された、性質を表す数字は近似値であって、本発明の実施例で得られるべきと考えられる所望の特性に応じて変化してもよい。本発明の広い範囲に記載された数値範囲及びパラメータが近似値であるにも関わらず、特定の例に記載された数値は、できるだけ正確に報告してある。しかしながら、これらの数値には、夫々の計測におけるエラーから必然的に生じる特定のエラーが含まれる。
【００１５】
本発明の実施例によれば、ブッシュの下方のフィラメント形成領域を冷却するための改良された方法及び装置が提供される。「フィラメント」という用語は、本明細書中で使用されているように、フィラメント形成装置から形成された何らかのファイバを意味するものと定義される。「ブッシュ」という用語は、本明細書中で使用されているように、溶融ガラスをフィラメント形成ノズルに供給するように形成された任意の構造、デバイス、又は機構を意味するものと定義される。「フィラメント形成領域」という用語は、本明細書中で使用されているように、フィラメント形成ノズルと隣接した領域を意味するものと定義される。「マニホールド」という用語は、本明細書中で使用されているように、熱をフィラメント形成領域から運び去るように形成された任意の構造、デバイス、又は機構を意味するものと定義される。「ブレード」という用語は、本明細書中で使用されているように、熱をフィラメント形成領域からマニホールドに伝達するように形成された任意の構造、デバイス、又は機構を意味するものと定義される。「蛇行」という用語は、本明細書中で使用されているように、直線状でない任意の経路を意味するものと定義される。
【００１６】
以下の説明及び添付図面は、ブッシュの下方のフィラメント形成領域を冷却するように形成された、改良された装置及び方法を開示する。一般的には、本装置は、複数のブレード及びマニホールドを含むフィンアッセンブリを含む。マニホールドは、マニホールド内の蛇行形状通路に冷却流体を強制的に通すように形成されている。
【００１７】
次に、添付図面を参照すると、図１において、ガラスフィラメント形成装置の全体に参照番号１０が付してある。ガラスフィラメント形成装置１０は、冷却フィンアッセンブリ１２を含む。図１に示すように、ブッシュ１８に連結された複数のノズル１６からフィラメント１４が引き出される。ギャザリングシュー２２によってこれらのフィラメント１４を合わせてストランド２０にする。随意であるが、サイズアプリケータ２４によって、サイズ剤をコーティングとしてフィラメント１４に適用できる。往復動デバイス２６は、ストランド２０を案内するように形成されている。ストランド２０は、巻き取り装置３０の回転コレット２８の周囲に巻き付けられ、円筒形パッケージ３２を形成する。
【００１８】
図１を再び参照すると、冷却フィンアッセンブリ１２は、ブッシュ１８の下に配置されており、フィラメント形成領域３４を冷却又は急冷するように形成されている。図２及び図３に示すように、冷却装置１２はマニホールド３６を含む。マニホールド３６は内部流体通路３７を含む。内部流体通路３７を以下に更に詳細に説明する。マニホールド３６は、任意の所望の長さＬＭを備えていてもよい。
【００１９】
冷却フィンアッセンブリ１２は、更に、マニホールド３６に連結された複数のブレード３８を含む。これらのブレード３８は、マニホールド３６の長さＬＭに沿って間隔が隔てられている。ブレード３８は、フィラメント形成領域３４から熱を吸収し、吸収した熱をマニホールド３６に伝達するように形成されている。例示の実施例では、ブレード３８は実質的に矩形の断面形状を有する。しかしながら、ブレード３８はこの他の所望の断面形状を備えていてもよい。例示の実施例には６枚のブレード３６が示してあるが、任意の所望の数のブレード３８を使用できるということは理解されるべきである。
【００２０】
図２及び図３を再び参照すると、ブレード３８は、隣接したブレード３８から間隔が隔てられており、隣接したブレード間に空間４４が形成される。空間４４により、ブレード３８をノズル１６の個々の列又は列群間に取り付けることができ、図１に示すようにガラスフィラメント１４をブレードのいずれかの側に通すことができる。
【００２１】
図２及び図３を再び参照すると、ブレード３８は、マニホールド３６の前面４６に形成されたブレードスロット４８に連結される。ブレード３８は、マニホールド３６の前面４６のブレードスロット４８に任意の所望の方法で連結できる。こうした方法には、非限定的例として、鑞付けが含まれる。
【００２２】
ブレード３８は、任意の所望の高温耐蝕性熱伝達材料で形成されていてもよい。ブレード材料の非限定的例には、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタニウム、銀、及び合金が含まれ、合金の非限定的例にはニッケル−クロム−モリブデン−タングステン合金が含まれる。ブレード３８は、任意の所望の寸法を備えていてもよく、任意の所望の表面仕上げ又はコーティングを備えていてもよい。
【００２３】
図２及び図３を再び参照すると、マニホールド３６は、上面５０、下面５２、及び後面５４を有する。上面５０には複数の上バッフルスロット６０が設けられており、下面５２には複数の下バッフルスロット６２が設けられている。一般的には、上バッフルスロット６０は、上バッフル６４を受け入れるように形成されており、下バッフルスロット６２は下バッフル６６を受け入れるように形成されている。上バッフル６４及び下バッフル６６は、これらの上下のバッフル６４及び６６の一部が内部流体通路３７内に延びるように上下のバッフルスロット６０及び６２に挿入される。内部流体通路３７内に延びる上下のバッフル６４及び６６の一部が、内部冷却流体の蛇行流を形成する。
【００２４】
上下のバッフル６４及び６６は、上下のバッフルスロット６０及び６２をシールするようにマニホールド３６に連結されており、これによって内部冷却流体が上下のバッフル６４及び６６の周囲に漏れないようにする。バッフル６４及び６６をマニホールド３６に連結するのに、非限定的例である銀鑞付けを含む任意の所望の方法を使用できる。
【００２５】
図２及び図３に示すように、マニホールド３６は第１端７０及び第２端７２を有する。マニホールド３６の後面５４には、第１端７０と実質的に隣接して位置決めされた第１穴（図示せず）が設けられている。第１穴には第１導管７４が連結される。同様に、マニホールド３６の後面には、第２端７２と実質的に隣接して位置決めされた第２穴（図示せず）が設けられている。第２穴には第２導管７６が連結される。第１及び第２の導管７４及び７６は、冷却流体をマニホールド３６に供給するように形成されている。第１及び第２の導管７４及び７６は、任意の所望の大きさ、形状、及び形態を備えていてもよい。
【００２６】
マニホールド３６及び上下のバッフル６４及び６６は、任意の所望の高温耐蝕性熱伝達材料で形成されていてもよい。マニホールド及びバッフルの材料の非限定的例には、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタニウム、銀、及び合金が含まれ、合金の非限定的例にはニッケル−クロム−モリブデン−タングステン合金が含まれる。マニホールド３６及び上下のバッフル６４及び６６は、任意の所望の表面仕上げ又はコーティングを備えていてもよい。
【００２７】
次に図４を参照すると、マニホールドは幅がＷＭであり、高さがＨＭである。例示の実施例では、マニホールド３６の幅ＷＭ及び高さＨＭは、約１．９１ｃｍ乃至約３．８１ｃｍ（約０．７５インチ乃至約１．５０インチ）の範囲内にある。別の態様では、マニホールド３６の幅ＷＭ及び高さＨＭは、約１．９１ｃｍ（約０．７５インチ）よりも小さくてもよく、又は約３．８１ｃｍ（約１．５０インチ）よりも大きくてもよい。例示の実施例では、マニホールド３６の結果的断面積は、約３．６３ｃｍ2乃至約１４．５２ｃｍ2（約０．５６平方インチ乃至約２．２５平方インチ）である。しかしながら、マニホールドの断面積は、約３．６３ｃｍ2（約０．５６平方インチ）よりも小さくてもよく、又は約１４．５２ｃｍ2（約２．２５平方インチ）よりも大きくてもよい。
【００２８】
図２乃至図４に示すマニホールド３６は実質的に矩形の断面形状を備えているが、マニホールド３６は、この他の断面形状を備えていてもよいということは理解されるべきである。
【００２９】
図２を参照すると、マニホールド３６の上面５０、下面５２、前面４６、及び後面５４は、内部流体通路３７を形成する。例示の実施例では、図４に示すように、内部流体通路３７は、丸みのある矩形の断面形状を有する。しかしながら、内部流体通路３７は、この他の所望の断面形状を備えていてもよい。
【００３０】
内部流体通路３７は、幅ＷＦＰ及び高さＨＦＰを有する。例示の実施例では、内部流体通路３７の幅ＷＦＰ及び高さＨＦＰは、約１．５８７ｃｍ乃至約３．８１ｃｍ（約０．６２５インチ乃至約１．５０インチ）である。別の態様では、内部流体通路３７の幅ＷＦＰ及び高さＨＦＰは、約１．５８７ｃｍ（約０．６２５インチ）よりも小さくてもよく、又は約３．８１ｃｍ（約１．５０インチ）よりも大きくてもよい。
【００３１】
内部流体通路３７の幅ＷＦＰ及び高さＨＦＰで通路の断面積が決まる。通路の断面積の大きさは、熱をマニホールド３６から冷却流体通路までマニホールドを通して伝達する上での１ファクタである。例示の実施例では、通路の断面積のマニホールドの断面積に対する比は、約４０％乃至約７０％である。他の実施例では、通路の断面積のマニホールドの断面積に対する比は、約４０％よりも小さくてもよく、又は約７０％よりも大きくてもよい。
【００３２】
図４は、マニホールド３６内に位置決めされた下バッフル６６を示す。下バッフル６６の一部が内部流体通路３７内に延びている。例示の実施例では、下バッフル６６は、内部流体通路３７の面積の約７０％を遮断するように内部流体通路３７内に延びる。他の実施例では、下バッフル６６は、内部流体通路３７の面積を約７０％よりも大きく、又は約７０％よりも小さくを遮断するように内部流体通路３７内に延びていてもよい。図２乃至図４に示す実施例は、内部流体通路３７内に同じ距離だけ延びる上下のバッフル６４及び６６を示すが、本発明では、様々な上下のバッフル６４及び６６が内部流体通路３７内に異なる距離だけ延びていてもよいということが考えられる。
【００３３】
図４を再び参照すると、下バッフル６６は随意のバッフル穴７８を含む。一般的には、バッフル穴７８は、流れる冷却手段を下バッフル６６を通して流すことができるように形成されており、これによって下バッフル６６の後側に渦が実質的に形成されないようにする。図４に示す実施例はバッフル穴７８を含むが、冷却フィンアッセンブリ１２は、バッフル穴７８なしで実施できるということは理解されるべきである。バッフル穴７８を以下に更に詳細に説明する。
【００３４】
図５を参照すると、マニホールド３６には上下のバッフル６４ａ乃至６４ｃ及び６６ａ乃至６６ｂ、及び第１及び第２の導管７４及び７６が挿入されている。図５に示すように、上下のバッフル６４ａ乃至６４ｃ及び６６ａ乃至６６ｂはマニホールド３６内で交互になっており、これによって内部流体通路３７内に蛇行経路を形成する。マニホールド３６内の冷却流体の様々な流れを示す。第１蛇行流を経路Ｆ１で示す。上下のバッフル６４ａ乃至６４ｃ及び６６ａ乃至６６ｂを通る第２流を経路Ｆ２で示す。作動では、冷却流体は第２導管７６からマニホールド３６に進入する。冷却流体の一部が経路Ｆ１に沿って上バッフル６４ａの下を移動し、冷却流体の一部が経路Ｆ２に沿ってバッフル穴７８ａを通過する。バッフル穴７８ａを通過する冷却流体は、経路Ｆ１に沿って及び上バッフル６４ａの後方に渦が実質的に形成されないように形成されている。ひとたび上バッフル６４ａを通過すると、経路Ｆ１及びＦ２に沿った冷却流体は互いに結合する。次に、連結流体の一部は、下バッフル６６ａを越えて経路Ｆ１に沿って移動し、連結流体の一部は、経路Ｆ２に沿ってバッフル穴７８ｂを通過する。バッフル穴７８ｂを通過する冷却流体は、経路Ｆ１に沿って及び下バッフル６６ａの後方に渦が実質的に形成されないように形成される。ひとたび下バッフル６６ａを越えると、経路Ｆ１及びＦ２に沿った冷却流体は互いに結合する。上バッフルの下及び下バッフルの上の交互の流れのプロセスは、一部が上バッフル及び下バッフルを通過するが、冷却流体が第１導管７４を通ってマニホールド３６を出るまで繰り返す。図５でわかるように、上下のバッフルの交互パターンによって形成された冷却流体の蛇行流は、冷却流体に露呈されるマニホールド３６の表面積を効果的に増大する。
図５を再び参照すると、マニホールド３６内を流れる冷却流体は、所定の圧力及び所定の流量を有する。例示の実施例では、冷却流体の圧力は、１．４０６ｋｇ／ｃｍ2乃至４．２１８ｋｇ／ｃｍ2（約２０ｐｓｉ乃至約６０ｐｓｉ）の範囲内にあり、流量は約１．５ｇｐｍ乃至約４．０ｇｐｍの範囲内にある。しかしながら、他の実施例では、冷却流体の圧力は、１．４０６ｋｇ／ｃｍ2（約２０ｐｓｉ）よりも小さくてもよく、又は４．２１８ｋｇ／ｃｍ2（約６０ｐｓｉ）よりも大きくてもよいということは理解されるべきである。更に、他の実施例では流量は約１．５ｇｐｍよりも小さくてもよく、又は約４．０ｇｐｍよりも大きくてもよいということは理解されるべきである。
【００３５】
上文中に論じたように、冷却流体は第２導管７６からマニホールド３６に進入し、マニホールド３６を通って蛇行経路を移動し、最後に第１導管７４を通ってマニホールド３６を出る。冷却流体がマニホールド３６を通って移動するとき、冷却流体がブレード３８から熱を吸収する。冷却流体の蛇行経路は、冷却流体がマニホールドを通って流れるとき、冷却流体の温度をほぼ一定にする。例示の実施例では、マニホールド３６に進入する冷却流体の温度とマニホールド３６を出る冷却流体の温度との温度差は、約１．６７℃乃至約８．３３℃（約３溶存酸°Ｆ乃至約１５°Ｆ）の範囲内にある。他の実施例では、マニホールド３６に進入する冷却流体の温度とマニホールド３６を出る冷却流体の温度との温度差は、約１．６７℃（約３°Ｆ）よりも小さくてもよく、約８．３３℃（約１５°Ｆ）よりも大きくてもよい。
【００３６】
図５に示す実施例では、上下のバッフル６４ａ乃至６４ｃ及び６６ａ乃至６６ｂは、これらのバッフルがブレード３８の両側に交互に配置されるように位置決めされる。上下のバッフルを交互のパターンをなすように配置することにより、一枚のブレード３８に上バッフルの下のクーラント流及び下バッフルを越えるクーラント流の両方が作用する。従って、クーラント流が各ブレード３８について最大にされる。しかしながら、バッフルをこの他の所望の量及びパターンで使用できるということは理解されるべきである。
【００３７】
冷却流体を蛇行して流すマニホールド３６は、有利には、多くの利点を提供する。第１に、蛇行流により、マニホールド３６の長さ全体に亘り、冷却流体の一貫したレベルの乱流が発生する。冷却流体の一貫したレベルの乱流は、フィラメント形成領域からの熱除去速度を全体として高くする。熱除去速度が全体として高ければ高い程、ガラス形成装置１０を比較的高いスループットレベルで作動できる。
【００３８】
第２に、冷却流体の一貫したレベルの乱流により、マニホールド３６の長さに沿った温度が比較的均等になる。マニホールド３６の長さに沿った温度が均等であると、マニホールド３６内の無機質スケール形成が減少し、冷却流体の局所的沸騰が減少する。
【００３９】
第３に、マニホールド３６の長さに沿って温度が均等であることにより、冷却流体の処理に掛かる費用を低減できる。
【００４０】
第４に、マニホールド３６の長さに沿って温度が均等であることにより、冷却流体の流れが少ない領域即ち再循環ゾーンが減少する。
【００４１】
次に図６及び図７を参照すると、これらの図には下バッフル６６が示してある。下バッフル６６は、上バッフル６４とほぼ同じであるか或いは類似しているが、異なっていてもよい。簡潔にすることを目的として、下バッフル６６だけを説明する。下バッフル６６は着座部分８０、ブロック部分８２、ブロック縁部８４、及びバッフル穴７８を含む。着座部分８０は、図２に示すように下バッフルスロット６２内に位置決めされるように形成されている。ブロック部分８２は、上文中に論じたように、通路３７内に延びるように形成されている。
【００４２】
下バッフル６６は、高さがＨＢで厚さがＴＢである。下バッフル６６の高さＨＢは、上文中に論じたように、下バッフル６６が通路３７内に所望距離延びるように形成されている。例示の実施例では、下バッフル６６の高さＨＢは、約１．９１ｃｍ（約０．７５インチ）である。しかしながら、下バッフル６６の高さＨＢは、約１．９１ｃｍ（約０．７５インチ）よりも大きくてもよいし、これよりも小さくてもよい。下バッフル６６の厚さＴＢは、バッフルスロット６２の幅と対応するように形成されている。例示の実施例では、下バッフル６６の厚さＴＢは、約０．３１８ｃｍ（約０．１２５インチ）である。しかしながら、下バッフル６６の厚さＴＢは、約０．３１８ｃｍ（約０．１２５インチ）よりも大きくてもよいし、これよりも小さくてもよい。
【００４３】
次に図６を参照すると、着座部分８０の幅はＷＳＰであり、ブロック部分８２の幅はＷＢＰである。着座部分８０の幅ＷＳＰは、マニホールド３６の幅ＷＭと実質的に同じであるように形成されている。例示の実施例では、幅ＷＳＰは、約１．９１ｃｍ乃至約３．８１ｃｍ（約０．７５インチ乃至１．５０インチ）である。別の態様では、幅ＷＳＰは、約１．９１ｃｍ（約０．７５インチ）よりも小さくてもよく、又は約３．８１ｃｍ（１．５０インチ）よりも大きくてもよい。
【００４４】
同様に、ブロック部分８２の幅ＷＢＰは、内部流体通路３７の幅ＷＦＰと実質的に同じであるように形成されている。例示の実施例では、幅ＷＢＰは、約１．５８８ｃｍ乃至約３．８１ｃｍ（約０．６２５インチ乃至約１．５０インチ）である。別の態様では、幅ＷＢＰは、約１．５８８ｃｍ（約０．６２５インチ）よりも小さくてもよく、又は約３．８１ｃｍ（約１．５０インチ）よりも大きくてもよい。
【００４５】
上文中に論じたように、バッフル穴７８は、下バッフル６６を通して冷却流体を流すことができるように形成されている。例示の実施例では、バッフル穴７８は円形の断面形状を有し、その直径は約０．４８３ｃｍ（約０．１９インチ）である。しかしながら、バッフル穴７８は、例えば矩形の断面形状等のこの他の所望の断面形状を備えていてもよく、直径Ｄ又は長い方の寸法が約０．４８３ｃｍ（約０．１９インチ）よりも小さくてもよく、又はこれよりも小さくてもよい。
【００４６】
理論によって括られるものではないが、ブロック縁部８４の形状は、バッフルによって冷却流体の流れに加えられる乱流のレベルに寄与するものと考えられる。図６に示す実施例では、バッフル縁部８４は直線状形状である。しかしながら、バッフル縁部は、バッフルによって冷却流体に加えられる乱流のレベルを変化するようになったこの他の所望の形状であってもよい。
【００４７】
図８を参照すると、この図には、下バッフル１６６の別の実施例が示してある。下バッフル１６６は、着座部分１８０、ブロック部分１８２、ブロック縁部１８４、及びバッフル穴１７８を含む。着座部分１８０ブロック部分１８２、及びバッフル穴１７８は、図６に示し且つ上文中に論じた着座部分８０、ブロック部分８２、及びバッフル穴７８と同じであるか或いは実質的に同様である。ブロック縁部１８４は、内方に円弧状をなした形状を有する。
【００４８】
次に図９を参照すると、この図には下バッフル２６６の別の実施例が示してある。この実施例では、ブロック縁部２８４が曲線形状を有する。
【００４９】
更に大きな乱流を発生するように形成された穴をバッフルのブロック部分に設けることが本発明の範疇で考えられる。こうした穴は、円やスロット等の任意の所望の断面形状又は形態を備えていてもよい。
【００５０】
次に図１０を参照すると、この図には下バッフル３６６の別の実施例が示してある。この実施例では、ブロック縁部３８４は、実質的に水平な部分３８６及び実質的に垂直な部分３８８の両方を含む。実質的に垂直な部分３８８は下方に延びており、円弧状部分３９０と結合する。円弧状部分３９０は、流れる冷却流体の一部が下バッフル３６６を通過できるように形成されており、これによって、バッフル穴７８について上文中に説明したように、下バッフル３６６の後側に渦が実質的に形成されないようにする。図１０に示す実施例では、垂直部分３８８は下方に延びており、これらの部分が結合して円弧状部分３９０を形成するけれども、他の実施例では、垂直部分３８８が結合し、流れる冷却流体の一部を下バッフル３６６に通すことによって下バッフル３６６の後側に渦が実質的に形成されないようにするのに十分な任意の所望の形状を形成してもよいということは理解されるべきである。
【００５１】
更に、本発明の範疇で、乱流発生作用を更に高くする形態の穴がバッフルのブロック部分に形成されてもよいと考えられる。こうした穴は円やスロット等の任意の所望の断面形状又は形態を備えていてもよい。
【００５２】
本発明の原理及び作動モードを特定の実施例に説明した。しかしながら、本発明は、その範囲から逸脱することなく、特定的に例示し且つ説明した以外で実施してもよいということは着目されるべきである。
【符号の説明】
【００５３】
１０ ガラスフィラメント形成装置
１２ 冷却フィンアッセンブリ
１４ フィラメント
１６ ノズル
１８ ブッシュ
２０ ストランド
２２ ギャザリングシュー
２４ サイズアプリケータ
２６ 往復動デバイス
２８ 回転コレット
３０ 巻き取り装置
３２ 円筒形パッケージ
３４ フィラメント形成領域
３６ マニホールド
３７ 内部流体通路
３８ ブレード
４４ 空間
４６ 前面
４８ ブレードスロット
５０ 上面
５２ 下面
５４ 後面
６０ 上バッフルスロット
６２ 下バッフルスロット
６４ 上バッフル
６６ 下バッフル
７０ 第１端
７２ 第２端
７４ 第１導管
７６ 第２導管
【技術分野】
【０００１】
連続したガラスフィラメントの製造では、ガラスをガラス溶融器又は溶解炉で溶融し、一つ又はそれ以上のブッシュに流す。各ブッシュは、溶融ガラスの流れが通過する多数のノズル又はチップを有する。ガラス流は、巻き取り装置によってノズルから機械的に引き出され、連続したガラスフィラメントを形成する。
【背景技術】
【０００２】
ブッシュ内の溶融ガラスの温度は、ガラスを液体状態に維持するのに十分に高くなければならない。しかしながら、温度が高すぎると、溶融ガラスは、ブッシュチップの通過後にフィラメントを形成するのに十分な粘性を持つように十分に冷却されない。かくして、ガラスフィラメントを形成するため、ガラスがブッシュチップから流れた後、ガラスを急速に冷却し、即ち急冷しなければならない。ガラスの冷却が緩慢であると、ガラスフィラメントは切れ、フィラメント形成工程が停止する。
【０００３】
フィラメント形成機の下のフィラメント形成領域を冷却するための多くの種類の装置がある。従来の冷却装置は、熱をブッシュの下のフィラメント形成領域から伝達し、ガラスフィラメントを冷却するため、空気、水、又はこれらの両方を使用する。ガラスフィラメント形成装置の一例が、ドウラティ等に賦与された米国特許第６，１９２，７１４号に開示されている。出典を明示することにより、この出願に開示された全ての内容は本明細書の開示の一部とされる。
【０００４】
冷却装置は、複数の冷却フィンを含んでいてもよい。ブッシュから引き出されたフィラメントは、冷却フィンのいずれかの側を通過できる。ガラスからの熱は、複写及び対流によってガラスフィラメントからフィンに伝達される。熱は、伝導により、フィンを通して水冷式マニホールドに伝えられる。このような冷却フィンは冷却装置の表面積を増大し、これによってフィラメントから及びフィラメント形成領域から伝達できる熱の量を増大する。
【０００５】
水等の冷却流体供給がマニホールドに入り、マニホールド内のチャンバを通過し、マニホールドの反対側の端部から冷却流体リターンとして出る。冷却流体は、マニホールドを通って流れるときに熱を吸収し、これによってマニホールド及び冷却フィンを冷却し、フィラメント形成領域を間接的に冷却する。しかしながら、このような冷却装置がフィラメント形成領域から除去できる熱の量は限られている。ブッシュの下のフィラメント形成領域から熱を迅速に除去できる場合、ブッシュ及びブッシュ内の溶融ガラスの温度を上昇でき、これによってスループットを全体として増大できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，１９２，７１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、ブッシュの下のフィラメント形成領域を冷却し、大量の熱を除去するための改良された方法及び装置を提供するのが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施例によれば、ガラスフィラメントの製造で使用するのに適した材料で形成された冷却フィンアッセンブリが提供される。冷却フィンアッセンブリは、第１端、第２端、及びこれらの端部間の内部通路を持つマニホールドを含む。内部通路は、冷却流体を流すように形成されている。複数のバッフルが内部通路内に位置決めされている。複数のブレードがマニホールドに連結されている。これらのブレードは、熱をマニホールドに伝達するように形成されている。バッフルは、マニホールド内に冷却流体用の蛇行経路を形成するように形成されている。
【０００９】
本発明の実施例によれば、更に、ガラスフィラメントを製造するように形成された装置が提供される。この装置は、複数のノズルを持つブッシュを含む。ブッシュは、複数のノズルに溶融ガラスを供給するように形成されている。ノズルはガラスフィラメントを製造するように形成されている。ノズルは、フィラメント形成領域を形成する。冷却フィンアッセンブリがフィラメント形成領域に位置決めされている。冷却フィンアッセンブリは、マニホールドに連結された複数のブレードを含む。マニホールドは、第１端、第２端、及びこれらの端部間の内部通路を有する。内部通路は、冷却流体を流すように形成されている。複数のバッフルが内部通路内に位置決めされている。複数のブレードは、熱をマニホールドに伝達するように形成されている。バッフルは、マニホールド内に冷却流体用の蛇行経路を形成するように形成されている。ガラスフィラメントを収集するように形成された機構が設けられている。
【００１０】
本発明の実施例によれば、更に、ガラスフィラメントの製造方法が提供される。この方法は、ブッシュを提供する工程を含む。ブッシュは、複数のノズルに溶融ガラスを供給するように形成されている。複数のノズルは、ガラスフィラメントを製造するように形成されている。ノズルはフィラメント形成領域を形成する。本方法は、更に、冷却フィンアッセンブリをフィラメント形成領域に位置決めする工程を含む。冷却フィンアッセンブリは、マニホールドに連結された複数のブレードを含み、マニホールドは、第１端、第２端、及びこれらの端部間の内部通路を有する。内部通路は、冷却流体を流すように形成されている。複数のバッフルが内部通路内に位置決めされている。複数のブレードは、熱をマニホールドに伝達するように形成されている。バッフルは、マニホールド内に冷却流体用の蛇行経路を形成するように形成されている。本方法は、更に、溶融ガラスをブッシュに供給する工程と、ノズルを通してガラスフィラメントを形成する工程と、マニホールドを通る冷却流体の流れを提供する工程と、熱をフィラメント形成領域から吸収し、マニホールドに伝達する工程と、冷却流体がマニホールドを通って蛇行経路に沿って流れるとき、熱をマニホールドから冷却流体に伝達する工程とを含む。
添付図面を参照して本発明の以下の詳細な説明を読むことにより、本発明の様々な利点が当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明による冷却フィンアッセンブリを示す、ガラスフィラメント形成装置の概略正面図である。
【図２】図２は、図１の冷却フィンアッセンブリの分解斜視図である。
【図３】図３は、図１の冷却フィンアッセンブリの組み立てた状態での斜視図である。
【図４】図４は、図３の４−４線に沿った、図１の冷却フィンアッセンブリの一部の側面図である。
【図５】図５は、冷却流体の蛇行流を示す、図１の冷却フィンアッセンブリを正面から見た断面図である。
【図６】図６は、図１の冷却フィンアッセンブリ内で使用するためのバッフルの第１実施例の正面図である。
【図７】図７は、図６のバッフルの側面図である。
【図８】図８は、図１の冷却フィンアッセンブリ内で使用するためのバッフルの第２実施例の正面図である。
【図９】図９は、図１の冷却フィンアッセンブリ内で使用するためのバッフルの第３実施例の正面図である。
【図１０】図１０は、図１の冷却フィンアッセンブリ内で使用するためのバッフルの第４実施例の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の特定の実施例を参照して本発明を説明する。しかしながら、本発明は、様々な形態で実施されてもよく、本明細書中に説明した実施例に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施例は、本開示が包括的であり且つ完全であり、本発明の範囲を当業者に完全に伝えようとするために提供されるものである。
【００１３】
特段の定義がなされていない限り、本明細書中で使用した全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者が一般的に理解しているのと同じ意味を持つ。本明細書中で本発明を説明するのに使用された用語は、単に特定の実施例を説明するためであって、本発明を限定しようとするものではない。本発明の説明及び添付の特許請求の範囲で使用されているように、単数で記載されているものには、本明細書中に明確に表示されていない限り、複数の形態が含まれる。
【００１４】
特段の表示がなされていない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用された、長さ、幅、高さ、等の寸法の量を表す全ての数字は、全ての場合において、「約」という用語によって変更されるということは理解されるべきである。従って、特段の表示がなされていない限り、本明細書及び特許請求の範囲に記載された、性質を表す数字は近似値であって、本発明の実施例で得られるべきと考えられる所望の特性に応じて変化してもよい。本発明の広い範囲に記載された数値範囲及びパラメータが近似値であるにも関わらず、特定の例に記載された数値は、できるだけ正確に報告してある。しかしながら、これらの数値には、夫々の計測におけるエラーから必然的に生じる特定のエラーが含まれる。
【００１５】
本発明の実施例によれば、ブッシュの下方のフィラメント形成領域を冷却するための改良された方法及び装置が提供される。「フィラメント」という用語は、本明細書中で使用されているように、フィラメント形成装置から形成された何らかのファイバを意味するものと定義される。「ブッシュ」という用語は、本明細書中で使用されているように、溶融ガラスをフィラメント形成ノズルに供給するように形成された任意の構造、デバイス、又は機構を意味するものと定義される。「フィラメント形成領域」という用語は、本明細書中で使用されているように、フィラメント形成ノズルと隣接した領域を意味するものと定義される。「マニホールド」という用語は、本明細書中で使用されているように、熱をフィラメント形成領域から運び去るように形成された任意の構造、デバイス、又は機構を意味するものと定義される。「ブレード」という用語は、本明細書中で使用されているように、熱をフィラメント形成領域からマニホールドに伝達するように形成された任意の構造、デバイス、又は機構を意味するものと定義される。「蛇行」という用語は、本明細書中で使用されているように、直線状でない任意の経路を意味するものと定義される。
【００１６】
以下の説明及び添付図面は、ブッシュの下方のフィラメント形成領域を冷却するように形成された、改良された装置及び方法を開示する。一般的には、本装置は、複数のブレード及びマニホールドを含むフィンアッセンブリを含む。マニホールドは、マニホールド内の蛇行形状通路に冷却流体を強制的に通すように形成されている。
【００１７】
次に、添付図面を参照すると、図１において、ガラスフィラメント形成装置の全体に参照番号１０が付してある。ガラスフィラメント形成装置１０は、冷却フィンアッセンブリ１２を含む。図１に示すように、ブッシュ１８に連結された複数のノズル１６からフィラメント１４が引き出される。ギャザリングシュー２２によってこれらのフィラメント１４を合わせてストランド２０にする。随意であるが、サイズアプリケータ２４によって、サイズ剤をコーティングとしてフィラメント１４に適用できる。往復動デバイス２６は、ストランド２０を案内するように形成されている。ストランド２０は、巻き取り装置３０の回転コレット２８の周囲に巻き付けられ、円筒形パッケージ３２を形成する。
【００１８】
図１を再び参照すると、冷却フィンアッセンブリ１２は、ブッシュ１８の下に配置されており、フィラメント形成領域３４を冷却又は急冷するように形成されている。図２及び図３に示すように、冷却装置１２はマニホールド３６を含む。マニホールド３６は内部流体通路３７を含む。内部流体通路３７を以下に更に詳細に説明する。マニホールド３６は、任意の所望の長さＬＭを備えていてもよい。
【００１９】
冷却フィンアッセンブリ１２は、更に、マニホールド３６に連結された複数のブレード３８を含む。これらのブレード３８は、マニホールド３６の長さＬＭに沿って間隔が隔てられている。ブレード３８は、フィラメント形成領域３４から熱を吸収し、吸収した熱をマニホールド３６に伝達するように形成されている。例示の実施例では、ブレード３８は実質的に矩形の断面形状を有する。しかしながら、ブレード３８はこの他の所望の断面形状を備えていてもよい。例示の実施例には６枚のブレード３６が示してあるが、任意の所望の数のブレード３８を使用できるということは理解されるべきである。
【００２０】
図２及び図３を再び参照すると、ブレード３８は、隣接したブレード３８から間隔が隔てられており、隣接したブレード間に空間４４が形成される。空間４４により、ブレード３８をノズル１６の個々の列又は列群間に取り付けることができ、図１に示すようにガラスフィラメント１４をブレードのいずれかの側に通すことができる。
【００２１】
図２及び図３を再び参照すると、ブレード３８は、マニホールド３６の前面４６に形成されたブレードスロット４８に連結される。ブレード３８は、マニホールド３６の前面４６のブレードスロット４８に任意の所望の方法で連結できる。こうした方法には、非限定的例として、鑞付けが含まれる。
【００２２】
ブレード３８は、任意の所望の高温耐蝕性熱伝達材料で形成されていてもよい。ブレード材料の非限定的例には、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタニウム、銀、及び合金が含まれ、合金の非限定的例にはニッケル−クロム−モリブデン−タングステン合金が含まれる。ブレード３８は、任意の所望の寸法を備えていてもよく、任意の所望の表面仕上げ又はコーティングを備えていてもよい。
【００２３】
図２及び図３を再び参照すると、マニホールド３６は、上面５０、下面５２、及び後面５４を有する。上面５０には複数の上バッフルスロット６０が設けられており、下面５２には複数の下バッフルスロット６２が設けられている。一般的には、上バッフルスロット６０は、上バッフル６４を受け入れるように形成されており、下バッフルスロット６２は下バッフル６６を受け入れるように形成されている。上バッフル６４及び下バッフル６６は、これらの上下のバッフル６４及び６６の一部が内部流体通路３７内に延びるように上下のバッフルスロット６０及び６２に挿入される。内部流体通路３７内に延びる上下のバッフル６４及び６６の一部が、内部冷却流体の蛇行流を形成する。
【００２４】
上下のバッフル６４及び６６は、上下のバッフルスロット６０及び６２をシールするようにマニホールド３６に連結されており、これによって内部冷却流体が上下のバッフル６４及び６６の周囲に漏れないようにする。バッフル６４及び６６をマニホールド３６に連結するのに、非限定的例である銀鑞付けを含む任意の所望の方法を使用できる。
【００２５】
図２及び図３に示すように、マニホールド３６は第１端７０及び第２端７２を有する。マニホールド３６の後面５４には、第１端７０と実質的に隣接して位置決めされた第１穴（図示せず）が設けられている。第１穴には第１導管７４が連結される。同様に、マニホールド３６の後面には、第２端７２と実質的に隣接して位置決めされた第２穴（図示せず）が設けられている。第２穴には第２導管７６が連結される。第１及び第２の導管７４及び７６は、冷却流体をマニホールド３６に供給するように形成されている。第１及び第２の導管７４及び７６は、任意の所望の大きさ、形状、及び形態を備えていてもよい。
【００２６】
マニホールド３６及び上下のバッフル６４及び６６は、任意の所望の高温耐蝕性熱伝達材料で形成されていてもよい。マニホールド及びバッフルの材料の非限定的例には、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタニウム、銀、及び合金が含まれ、合金の非限定的例にはニッケル−クロム−モリブデン−タングステン合金が含まれる。マニホールド３６及び上下のバッフル６４及び６６は、任意の所望の表面仕上げ又はコーティングを備えていてもよい。
【００２７】
次に図４を参照すると、マニホールドは幅がＷＭであり、高さがＨＭである。例示の実施例では、マニホールド３６の幅ＷＭ及び高さＨＭは、約１．９１ｃｍ乃至約３．８１ｃｍ（約０．７５インチ乃至約１．５０インチ）の範囲内にある。別の態様では、マニホールド３６の幅ＷＭ及び高さＨＭは、約１．９１ｃｍ（約０．７５インチ）よりも小さくてもよく、又は約３．８１ｃｍ（約１．５０インチ）よりも大きくてもよい。例示の実施例では、マニホールド３６の結果的断面積は、約３．６３ｃｍ2乃至約１４．５２ｃｍ2（約０．５６平方インチ乃至約２．２５平方インチ）である。しかしながら、マニホールドの断面積は、約３．６３ｃｍ2（約０．５６平方インチ）よりも小さくてもよく、又は約１４．５２ｃｍ2（約２．２５平方インチ）よりも大きくてもよい。
【００２８】
図２乃至図４に示すマニホールド３６は実質的に矩形の断面形状を備えているが、マニホールド３６は、この他の断面形状を備えていてもよいということは理解されるべきである。
【００２９】
図２を参照すると、マニホールド３６の上面５０、下面５２、前面４６、及び後面５４は、内部流体通路３７を形成する。例示の実施例では、図４に示すように、内部流体通路３７は、丸みのある矩形の断面形状を有する。しかしながら、内部流体通路３７は、この他の所望の断面形状を備えていてもよい。
【００３０】
内部流体通路３７は、幅ＷＦＰ及び高さＨＦＰを有する。例示の実施例では、内部流体通路３７の幅ＷＦＰ及び高さＨＦＰは、約１．５８７ｃｍ乃至約３．８１ｃｍ（約０．６２５インチ乃至約１．５０インチ）である。別の態様では、内部流体通路３７の幅ＷＦＰ及び高さＨＦＰは、約１．５８７ｃｍ（約０．６２５インチ）よりも小さくてもよく、又は約３．８１ｃｍ（約１．５０インチ）よりも大きくてもよい。
【００３１】
内部流体通路３７の幅ＷＦＰ及び高さＨＦＰで通路の断面積が決まる。通路の断面積の大きさは、熱をマニホールド３６から冷却流体通路までマニホールドを通して伝達する上での１ファクタである。例示の実施例では、通路の断面積のマニホールドの断面積に対する比は、約４０％乃至約７０％である。他の実施例では、通路の断面積のマニホールドの断面積に対する比は、約４０％よりも小さくてもよく、又は約７０％よりも大きくてもよい。
【００３２】
図４は、マニホールド３６内に位置決めされた下バッフル６６を示す。下バッフル６６の一部が内部流体通路３７内に延びている。例示の実施例では、下バッフル６６は、内部流体通路３７の面積の約７０％を遮断するように内部流体通路３７内に延びる。他の実施例では、下バッフル６６は、内部流体通路３７の面積を約７０％よりも大きく、又は約７０％よりも小さくを遮断するように内部流体通路３７内に延びていてもよい。図２乃至図４に示す実施例は、内部流体通路３７内に同じ距離だけ延びる上下のバッフル６４及び６６を示すが、本発明では、様々な上下のバッフル６４及び６６が内部流体通路３７内に異なる距離だけ延びていてもよいということが考えられる。
【００３３】
図４を再び参照すると、下バッフル６６は随意のバッフル穴７８を含む。一般的には、バッフル穴７８は、流れる冷却手段を下バッフル６６を通して流すことができるように形成されており、これによって下バッフル６６の後側に渦が実質的に形成されないようにする。図４に示す実施例はバッフル穴７８を含むが、冷却フィンアッセンブリ１２は、バッフル穴７８なしで実施できるということは理解されるべきである。バッフル穴７８を以下に更に詳細に説明する。
【００３４】
図５を参照すると、マニホールド３６には上下のバッフル６４ａ乃至６４ｃ及び６６ａ乃至６６ｂ、及び第１及び第２の導管７４及び７６が挿入されている。図５に示すように、上下のバッフル６４ａ乃至６４ｃ及び６６ａ乃至６６ｂはマニホールド３６内で交互になっており、これによって内部流体通路３７内に蛇行経路を形成する。マニホールド３６内の冷却流体の様々な流れを示す。第１蛇行流を経路Ｆ１で示す。上下のバッフル６４ａ乃至６４ｃ及び６６ａ乃至６６ｂを通る第２流を経路Ｆ２で示す。作動では、冷却流体は第２導管７６からマニホールド３６に進入する。冷却流体の一部が経路Ｆ１に沿って上バッフル６４ａの下を移動し、冷却流体の一部が経路Ｆ２に沿ってバッフル穴７８ａを通過する。バッフル穴７８ａを通過する冷却流体は、経路Ｆ１に沿って及び上バッフル６４ａの後方に渦が実質的に形成されないように形成されている。ひとたび上バッフル６４ａを通過すると、経路Ｆ１及びＦ２に沿った冷却流体は互いに結合する。次に、連結流体の一部は、下バッフル６６ａを越えて経路Ｆ１に沿って移動し、連結流体の一部は、経路Ｆ２に沿ってバッフル穴７８ｂを通過する。バッフル穴７８ｂを通過する冷却流体は、経路Ｆ１に沿って及び下バッフル６６ａの後方に渦が実質的に形成されないように形成される。ひとたび下バッフル６６ａを越えると、経路Ｆ１及びＦ２に沿った冷却流体は互いに結合する。上バッフルの下及び下バッフルの上の交互の流れのプロセスは、一部が上バッフル及び下バッフルを通過するが、冷却流体が第１導管７４を通ってマニホールド３６を出るまで繰り返す。図５でわかるように、上下のバッフルの交互パターンによって形成された冷却流体の蛇行流は、冷却流体に露呈されるマニホールド３６の表面積を効果的に増大する。
図５を再び参照すると、マニホールド３６内を流れる冷却流体は、所定の圧力及び所定の流量を有する。例示の実施例では、冷却流体の圧力は、１．４０６ｋｇ／ｃｍ2乃至４．２１８ｋｇ／ｃｍ2（約２０ｐｓｉ乃至約６０ｐｓｉ）の範囲内にあり、流量は約１．５ｇｐｍ乃至約４．０ｇｐｍの範囲内にある。しかしながら、他の実施例では、冷却流体の圧力は、１．４０６ｋｇ／ｃｍ2（約２０ｐｓｉ）よりも小さくてもよく、又は４．２１８ｋｇ／ｃｍ2（約６０ｐｓｉ）よりも大きくてもよいということは理解されるべきである。更に、他の実施例では流量は約１．５ｇｐｍよりも小さくてもよく、又は約４．０ｇｐｍよりも大きくてもよいということは理解されるべきである。
【００３５】
上文中に論じたように、冷却流体は第２導管７６からマニホールド３６に進入し、マニホールド３６を通って蛇行経路を移動し、最後に第１導管７４を通ってマニホールド３６を出る。冷却流体がマニホールド３６を通って移動するとき、冷却流体がブレード３８から熱を吸収する。冷却流体の蛇行経路は、冷却流体がマニホールドを通って流れるとき、冷却流体の温度をほぼ一定にする。例示の実施例では、マニホールド３６に進入する冷却流体の温度とマニホールド３６を出る冷却流体の温度との温度差は、約１．６７℃乃至約８．３３℃（約３溶存酸°Ｆ乃至約１５°Ｆ）の範囲内にある。他の実施例では、マニホールド３６に進入する冷却流体の温度とマニホールド３６を出る冷却流体の温度との温度差は、約１．６７℃（約３°Ｆ）よりも小さくてもよく、約８．３３℃（約１５°Ｆ）よりも大きくてもよい。
【００３６】
図５に示す実施例では、上下のバッフル６４ａ乃至６４ｃ及び６６ａ乃至６６ｂは、これらのバッフルがブレード３８の両側に交互に配置されるように位置決めされる。上下のバッフルを交互のパターンをなすように配置することにより、一枚のブレード３８に上バッフルの下のクーラント流及び下バッフルを越えるクーラント流の両方が作用する。従って、クーラント流が各ブレード３８について最大にされる。しかしながら、バッフルをこの他の所望の量及びパターンで使用できるということは理解されるべきである。
【００３７】
冷却流体を蛇行して流すマニホールド３６は、有利には、多くの利点を提供する。第１に、蛇行流により、マニホールド３６の長さ全体に亘り、冷却流体の一貫したレベルの乱流が発生する。冷却流体の一貫したレベルの乱流は、フィラメント形成領域からの熱除去速度を全体として高くする。熱除去速度が全体として高ければ高い程、ガラス形成装置１０を比較的高いスループットレベルで作動できる。
【００３８】
第２に、冷却流体の一貫したレベルの乱流により、マニホールド３６の長さに沿った温度が比較的均等になる。マニホールド３６の長さに沿った温度が均等であると、マニホールド３６内の無機質スケール形成が減少し、冷却流体の局所的沸騰が減少する。
【００３９】
第３に、マニホールド３６の長さに沿って温度が均等であることにより、冷却流体の処理に掛かる費用を低減できる。
【００４０】
第４に、マニホールド３６の長さに沿って温度が均等であることにより、冷却流体の流れが少ない領域即ち再循環ゾーンが減少する。
【００４１】
次に図６及び図７を参照すると、これらの図には下バッフル６６が示してある。下バッフル６６は、上バッフル６４とほぼ同じであるか或いは類似しているが、異なっていてもよい。簡潔にすることを目的として、下バッフル６６だけを説明する。下バッフル６６は着座部分８０、ブロック部分８２、ブロック縁部８４、及びバッフル穴７８を含む。着座部分８０は、図２に示すように下バッフルスロット６２内に位置決めされるように形成されている。ブロック部分８２は、上文中に論じたように、通路３７内に延びるように形成されている。
【００４２】
下バッフル６６は、高さがＨＢで厚さがＴＢである。下バッフル６６の高さＨＢは、上文中に論じたように、下バッフル６６が通路３７内に所望距離延びるように形成されている。例示の実施例では、下バッフル６６の高さＨＢは、約１．９１ｃｍ（約０．７５インチ）である。しかしながら、下バッフル６６の高さＨＢは、約１．９１ｃｍ（約０．７５インチ）よりも大きくてもよいし、これよりも小さくてもよい。下バッフル６６の厚さＴＢは、バッフルスロット６２の幅と対応するように形成されている。例示の実施例では、下バッフル６６の厚さＴＢは、約０．３１８ｃｍ（約０．１２５インチ）である。しかしながら、下バッフル６６の厚さＴＢは、約０．３１８ｃｍ（約０．１２５インチ）よりも大きくてもよいし、これよりも小さくてもよい。
【００４３】
次に図６を参照すると、着座部分８０の幅はＷＳＰであり、ブロック部分８２の幅はＷＢＰである。着座部分８０の幅ＷＳＰは、マニホールド３６の幅ＷＭと実質的に同じであるように形成されている。例示の実施例では、幅ＷＳＰは、約１．９１ｃｍ乃至約３．８１ｃｍ（約０．７５インチ乃至１．５０インチ）である。別の態様では、幅ＷＳＰは、約１．９１ｃｍ（約０．７５インチ）よりも小さくてもよく、又は約３．８１ｃｍ（１．５０インチ）よりも大きくてもよい。
【００４４】
同様に、ブロック部分８２の幅ＷＢＰは、内部流体通路３７の幅ＷＦＰと実質的に同じであるように形成されている。例示の実施例では、幅ＷＢＰは、約１．５８８ｃｍ乃至約３．８１ｃｍ（約０．６２５インチ乃至約１．５０インチ）である。別の態様では、幅ＷＢＰは、約１．５８８ｃｍ（約０．６２５インチ）よりも小さくてもよく、又は約３．８１ｃｍ（約１．５０インチ）よりも大きくてもよい。
【００４５】
上文中に論じたように、バッフル穴７８は、下バッフル６６を通して冷却流体を流すことができるように形成されている。例示の実施例では、バッフル穴７８は円形の断面形状を有し、その直径は約０．４８３ｃｍ（約０．１９インチ）である。しかしながら、バッフル穴７８は、例えば矩形の断面形状等のこの他の所望の断面形状を備えていてもよく、直径Ｄ又は長い方の寸法が約０．４８３ｃｍ（約０．１９インチ）よりも小さくてもよく、又はこれよりも小さくてもよい。
【００４６】
理論によって括られるものではないが、ブロック縁部８４の形状は、バッフルによって冷却流体の流れに加えられる乱流のレベルに寄与するものと考えられる。図６に示す実施例では、バッフル縁部８４は直線状形状である。しかしながら、バッフル縁部は、バッフルによって冷却流体に加えられる乱流のレベルを変化するようになったこの他の所望の形状であってもよい。
【００４７】
図８を参照すると、この図には、下バッフル１６６の別の実施例が示してある。下バッフル１６６は、着座部分１８０、ブロック部分１８２、ブロック縁部１８４、及びバッフル穴１７８を含む。着座部分１８０ブロック部分１８２、及びバッフル穴１７８は、図６に示し且つ上文中に論じた着座部分８０、ブロック部分８２、及びバッフル穴７８と同じであるか或いは実質的に同様である。ブロック縁部１８４は、内方に円弧状をなした形状を有する。
【００４８】
次に図９を参照すると、この図には下バッフル２６６の別の実施例が示してある。この実施例では、ブロック縁部２８４が曲線形状を有する。
【００４９】
更に大きな乱流を発生するように形成された穴をバッフルのブロック部分に設けることが本発明の範疇で考えられる。こうした穴は、円やスロット等の任意の所望の断面形状又は形態を備えていてもよい。
【００５０】
次に図１０を参照すると、この図には下バッフル３６６の別の実施例が示してある。この実施例では、ブロック縁部３８４は、実質的に水平な部分３８６及び実質的に垂直な部分３８８の両方を含む。実質的に垂直な部分３８８は下方に延びており、円弧状部分３９０と結合する。円弧状部分３９０は、流れる冷却流体の一部が下バッフル３６６を通過できるように形成されており、これによって、バッフル穴７８について上文中に説明したように、下バッフル３６６の後側に渦が実質的に形成されないようにする。図１０に示す実施例では、垂直部分３８８は下方に延びており、これらの部分が結合して円弧状部分３９０を形成するけれども、他の実施例では、垂直部分３８８が結合し、流れる冷却流体の一部を下バッフル３６６に通すことによって下バッフル３６６の後側に渦が実質的に形成されないようにするのに十分な任意の所望の形状を形成してもよいということは理解されるべきである。
【００５１】
更に、本発明の範疇で、乱流発生作用を更に高くする形態の穴がバッフルのブロック部分に形成されてもよいと考えられる。こうした穴は円やスロット等の任意の所望の断面形状又は形態を備えていてもよい。
【００５２】
本発明の原理及び作動モードを特定の実施例に説明した。しかしながら、本発明は、その範囲から逸脱することなく、特定的に例示し且つ説明した以外で実施してもよいということは着目されるべきである。
【符号の説明】
【００５３】
１０ ガラスフィラメント形成装置
１２ 冷却フィンアッセンブリ
１４ フィラメント
１６ ノズル
１８ ブッシュ
２０ ストランド
２２ ギャザリングシュー
２４ サイズアプリケータ
２６ 往復動デバイス
２８ 回転コレット
３０ 巻き取り装置
３２ 円筒形パッケージ
３４ フィラメント形成領域
３６ マニホールド
３７ 内部流体通路
３８ ブレード
４４ 空間
４６ 前面
４８ ブレードスロット
５０ 上面
５２ 下面
５４ 後面
６０ 上バッフルスロット
６２ 下バッフルスロット
６４ 上バッフル
６６ 下バッフル
７０ 第１端
７２ 第２端
７４ 第１導管
７６ 第２導管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスフィラメントの製造で使用するのに適した材料で形成された冷却フィンアッセンブリにおいて、
第１端、第２端、及び冷却流体を流すように形成された、前記第１端と前記第２端との間の内部通路を持つマニホールドと、
前記内部通路内に位置決めされた複数のバッフルと、
前記マニホールドに連結された、熱をマニホールドに伝達するように形成された複数のブレードとを含み、
前記バッフルは前記マニホールド内に前記冷却流体用の蛇行経路を形成するように形成されている、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記マニホールドは上面及び下面を有し、
前記バッフルは前記上面及び前記下面から前記内部通路内に延びている、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項３】
請求項２に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記バッフルは、前記上面及び前記下面に配置された複数のバッフルスロットに位置決めされている、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項４】
請求項１に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記バッフルの各々は、着座部分及びブロック部分を有する、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項５】
請求項４に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記バッフルの前記ブロック部分は前記内部通路内に延びている、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項６】
請求項５に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記バッフルの前記ブロック部分は前記内部通路の約７０％を塞ぐ、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項７】
請求項６に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記バッフルの前記ブロック部分は前記内部通路内に異なる距離だけ延びている、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項８】
請求項１に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記バッフルの各々は、前記冷却流体を前記バッフルに通すことができるように形成されたバッフル穴を含む、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項９】
請求項８に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記バッフルは前記マニホールド内の前記冷却流体の流れを第１流れ及び第２流れに分けるように形成されており、
前記第１流れは前記マニホールド内で蛇行経路を辿り、バッフルの周囲を流れ、
前記第２流れは前記マニホールド内及び前記バッフル穴を通過する、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項１０】
請求項２に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記マニホールドは所定の長さを有し、
前記バッフルは前記マニホールドの前記長さに沿って前記上面及び前記下面から交互に延びており、
前記ブレードは前記マニホールドの前記長さに沿って前記交互のバッフル間に位置決めされている、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項１１】
請求項１に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記バッフルの各々はブロック縁部を有し、
前記ブロック縁部は円弧形状を有する、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項１２】
ガラスフィラメントを製造するように形成された装置において、
複数のノズルを持つブッシュであって、前記ノズルに溶融ガラスを供給するように形成されており、前記ノズルはガラスフィラメントを製造するように形成されており、前記ノズルに近い領域がフィラメント形成領域である、ブッシュと、
前記フィラメント形成領域に位置決めされた請求項１に記載の冷却フィンアッセンブリと、
ガラスフィラメントを収集するように形成された機構とを含む、装置。
【請求項１３】
ガラスフィラメントの製造方法において、
複数のノズルを持つブッシュを提供する工程であって、前記ノズルに溶融ガラスを供給するように形成されており、前記ノズルはガラスフィラメントを製造するように形成されており、前記ノズルに近い領域がフィラメント形成領域である、工程と、
請求項１に記載の冷却フィンアッセンブリをフィラメント形成領域に位置決めする工程と、
溶融ガラスを前記ブッシュに供給する工程と、
前記ノズルを通してガラスフィラメントを形成する工程と、
前記マニホールドを通る冷却流体の流れを提供する工程と、
熱を前記フィラメント形成領域から吸収し、前記マニホールドに伝達する工程と、
前記冷却流体が前記マニホールドを通って蛇行経路に沿って流れるとき、熱を前記マニホールドから前記冷却流体に伝達する工程とを含む、方法。
【請求項１】
ガラスフィラメントの製造で使用するのに適した材料で形成された冷却フィンアッセンブリにおいて、
第１端、第２端、及び冷却流体を流すように形成された、前記第１端と前記第２端との間の内部通路を持つマニホールドと、
前記内部通路内に位置決めされた複数のバッフルと、
前記マニホールドに連結された、熱をマニホールドに伝達するように形成された複数のブレードとを含み、
前記バッフルは前記マニホールド内に前記冷却流体用の蛇行経路を形成するように形成されている、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記マニホールドは上面及び下面を有し、
前記バッフルは前記上面及び前記下面から前記内部通路内に延びている、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項３】
請求項２に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記バッフルは、前記上面及び前記下面に配置された複数のバッフルスロットに位置決めされている、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項４】
請求項１に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記バッフルの各々は、着座部分及びブロック部分を有する、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項５】
請求項４に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記バッフルの前記ブロック部分は前記内部通路内に延びている、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項６】
請求項５に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記バッフルの前記ブロック部分は前記内部通路の約７０％を塞ぐ、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項７】
請求項６に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記バッフルの前記ブロック部分は前記内部通路内に異なる距離だけ延びている、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項８】
請求項１に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記バッフルの各々は、前記冷却流体を前記バッフルに通すことができるように形成されたバッフル穴を含む、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項９】
請求項８に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記バッフルは前記マニホールド内の前記冷却流体の流れを第１流れ及び第２流れに分けるように形成されており、
前記第１流れは前記マニホールド内で蛇行経路を辿り、バッフルの周囲を流れ、
前記第２流れは前記マニホールド内及び前記バッフル穴を通過する、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項１０】
請求項２に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記マニホールドは所定の長さを有し、
前記バッフルは前記マニホールドの前記長さに沿って前記上面及び前記下面から交互に延びており、
前記ブレードは前記マニホールドの前記長さに沿って前記交互のバッフル間に位置決めされている、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項１１】
請求項１に記載の冷却フィンアッセンブリにおいて、
前記バッフルの各々はブロック縁部を有し、
前記ブロック縁部は円弧形状を有する、冷却フィンアッセンブリ。
【請求項１２】
ガラスフィラメントを製造するように形成された装置において、
複数のノズルを持つブッシュであって、前記ノズルに溶融ガラスを供給するように形成されており、前記ノズルはガラスフィラメントを製造するように形成されており、前記ノズルに近い領域がフィラメント形成領域である、ブッシュと、
前記フィラメント形成領域に位置決めされた請求項１に記載の冷却フィンアッセンブリと、
ガラスフィラメントを収集するように形成された機構とを含む、装置。
【請求項１３】
ガラスフィラメントの製造方法において、
複数のノズルを持つブッシュを提供する工程であって、前記ノズルに溶融ガラスを供給するように形成されており、前記ノズルはガラスフィラメントを製造するように形成されており、前記ノズルに近い領域がフィラメント形成領域である、工程と、
請求項１に記載の冷却フィンアッセンブリをフィラメント形成領域に位置決めする工程と、
溶融ガラスを前記ブッシュに供給する工程と、
前記ノズルを通してガラスフィラメントを形成する工程と、
前記マニホールドを通る冷却流体の流れを提供する工程と、
熱を前記フィラメント形成領域から吸収し、前記マニホールドに伝達する工程と、
前記冷却流体が前記マニホールドを通って蛇行経路に沿って流れるとき、熱を前記マニホールドから前記冷却流体に伝達する工程とを含む、方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２０１３−５０７３１４（Ｐ２０１３−５０７３１４Ａ）
【公表日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３３２４１（Ｐ２０１２−５３３２４１）
【出願日】平成２２年１０月５日（２０１０．１０．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５１３９６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４４０７７
【国際公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（５０８０７６４２８）オーシーヴィー インテレクチュアル キャピタル リミテッド ライアビリティ カンパニー (43)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月５日（２０１０．１０．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５１３９６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４４０７７
【国際公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（５０８０７６４２８）オーシーヴィー インテレクチュアル キャピタル リミテッド ライアビリティ カンパニー (43)
【Ｆターム（参考）】
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