ガラス不織布の製造装置及び方法並びにガラス不織布
【課題】エレクトロスピニング法により極細径、例えば直径が０．３μｍ〜５μｍのガラスフィラメントからなる不織布、特に、低誘電率、低損失な高周波回路基板を形成するための極肉薄、例えば厚さが５０μｍ〜１ｍｍのガラス不織布の製造装置及び方法並びにガラス不織布を提供する。
【解決手段】長尺状ガラス素材１２を供給するガラス素材供給手段１４と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を所定速度で搬送する搬送手段１６と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を送り出す作用を行うとともに導電性材料から形成されかつ電極となるガイド電極手段と、送り出されてきた該長尺状ガラス素材を溶融軟化させる加熱手段と、該ガイド電極手段から所定間隔を介して対向して設置された導電性材料からなるターゲット部材と、該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加する直流電源手段２４とを有するようにした。
【解決手段】長尺状ガラス素材１２を供給するガラス素材供給手段１４と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を所定速度で搬送する搬送手段１６と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を送り出す作用を行うとともに導電性材料から形成されかつ電極となるガイド電極手段と、送り出されてきた該長尺状ガラス素材を溶融軟化させる加熱手段と、該ガイド電極手段から所定間隔を介して対向して設置された導電性材料からなるターゲット部材と、該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加する直流電源手段２４とを有するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエレクトロスピニング法により極細径のガラス繊維からなる不織布を製造する装置及び方法並びにガラス不織布に関し、特に、低誘電率、低損失な高周波回路基板を形成するための肉薄のガラス不織布の製造装置及び方法並びにガラス不織布に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガラス不織布は細かい繊維径と大きな比表面積を有し耐熱性、化学的安定性に優れているために高温でのフイルターや触媒担体、酵素固定基材、ＦＲＰ基材などに利用される。また、誘電率特性に優れていることから高周波用電子基材としても有用であり、レーザードームや電子回路基板などの用途が広がっている。
【０００３】
従来、プリント配線基板にはガラスクロスと樹脂の複合材料が使用されており、一般的にはＥガラスと称せられるアルミノホウケイ酸ガラスが用いられている。特に高周波回路基板として低誘電率、低損失が要求される場合にはＤガラスが用いられている。さらに周波数が１ＧＨｚを超える高周波回路基板として石英ガラスクロスが用いられてきている。
【０００４】
これらのガラスクロスの製造はガラス融液から複数本のフィラメントを引き出し、これを収束させたストランドを撚り合わせたヤーンを紡織することで製造されている。このようにして製造されたガラスクロスは多くの工程を経るために高価である。とくに石英ガラスの場合は溶融粘度が高いために融液からの紡糸ができず、特許文献１に示されているように多数本の石英ガラスロッドを同時に溶融してフィラメントを引き出し、これを収束させて製造されており、多数本の石英ガラスロッドを均一に加熱する必要があり、精密な制御装置が必要な上に、生産性も低く、きわめて高価なものになっている。
【０００５】
そこで、特許文献２に示されているように、メルトブロー法により安価に石英ガラス不織布を製造する方法が提案されている。この方法は生産性も高く大量に製造することが可能であるが、溶融ガラスを吹き飛ばしてフィラメントを形成するために、繊維長が短く、径や長さがばらつきもあり、フィラメント同士の絡みつきも不十分で、均一で高強度の不織布を得ることが困難であった。
【０００６】
このような石英ガラス不織布を得る別の方法として、特許文献３や特許文献４のようにアルコキシシランを加水分解して得られたゾル液に電界を作用させて、静電力によって紡糸して不織布を製造する方法が知られている。この方法ではゾル液の粘度によって繊維径が変動することから、安定したゾル液を調製しなければならず、安定した品質のフィラメントを得ることが困難であった。また、紡糸した後に焼結してガラス化する必要があり、焼結後の厚みを一定にすることが困難であった。さらに、焼結時にフィラメント同士の一部が融着して、柔軟性が損なわれるなどの問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−９９３７６号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３１３２号公報
【特許文献３】特開２００３−７３９６４号公報
【特許文献４】特開２００７−６３６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、エレクトロスピニング法により極細径、例えば直径が０．３μｍ〜５μｍのガラスフィラメントからなる不織布、特に、低誘電率、低損失な高周波回路基板を形成するための極肉薄、例えば厚さが５０μｍ〜１ｍｍのガラス不織布の製造装置及び方法並びにガラス不織布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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明のガラス不織布の製造装置の第１の態様は、長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給手段と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を所定速度で搬送する搬送手段と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を送り出す作用を行うとともに導電性材料から形成されかつ電極となるガイド電極手段と、送り出されてきた該長尺状ガラス素材を溶融軟化させる加熱手段と、該ガイド電極手段から所定間隔を介して対向して設置された導電性材料からなるターゲット部材と、該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加する直流電源手段とを有し、
前記長尺状ガラス素材の先端部を前記ガイド電極手段から送り出して前記加熱手段によって溶融軟化させて、前記ガイド電極手段と前記ターゲット部材との間に直流電圧を印加して、該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に発生した静電力により前記加熱手段によって溶融軟化させられた該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させることができるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
本発明のガラス不織布の製造装置の第２の態様は、長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給手段と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を所定速度で搬送する搬送手段と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を送り出す作用を行うガイド部を有するとともに導電性材料から形成されかつ電極となりかつ搬送されてきた該長尺状ガラス素材を溶融軟化させる加熱電極手段と、該加熱電極手段から所定間隔を介して対向して設置された導電性材料からなるターゲット部材と、該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加する直流電源手段とを有し、
前記長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱電極手段のガイド部に搬送して溶融軟化させ、前記加熱電極手段と前記ターゲット部材との間に直流電圧を印加して、該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に発生した静電力により前記加熱電極手段によって溶融軟化させられた該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させることができるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
前記長尺状ガラス素材がガラスロッドまたはガラス繊維であり、前記ガラスロッドの直径が０．３ｍｍ〜２ｍｍであり、前記ガラス繊維の直径が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであるように設定するのが好適である。
【００１２】
前記ガラスフィラメントの直径が０．３μｍ〜５μｍであり、また前記直流電圧が５ｋＶ〜１００ｋＶであるのが好ましい。前記長尺状ガラス素材としては石英ガラスが好適に用いられる。
【００１３】
前記ターゲット部材の形状には特別の限定はないが、ＸＹ方向に移動可能とされたターゲット部材又は回転可能とされたターゲット円筒部材を採用することができる。
【００１４】
本発明のガラス不織布の製造方法の第１の態様は、本発明の第１の態様の製造装置を用いるガラス不織布の製造方法であって、前記ガラス素材供給手段から長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給工程と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を前記搬送手段によって所定速度で搬送するガラス素材搬送工程と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を前記ガイド電極手段によって前記加熱手段に向かって送り出すガラス素材送り出し工程と、送り出されてきた該長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱手段によって溶融軟化させるとともに前記直流電源手段によって該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加して静電力を生じさせこの静電力により該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させてガラス不織布とするガラスフィラメント堆積工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明のガラス不織布の製造方法の第２の態様は、本発明の第２の態様の製造装置を用いるガラス不織布の製造方法であって、前記ガラス素材供給手段から長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給工程と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を前記搬送手段によって所定速度で搬送するガラス素材搬送工程と、前記加熱電極手段のガイド部に搬送されてきた該長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱電極手段によって溶融軟化させるとともに前記直流電源手段によって該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加して静電力を生じさせこの静電力により該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させてガラス不織布とするガラスフィラメント堆積工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明のガラス不織布は、本発明の第１又は第２の態様の製造方法により製造され、直径が０．３μｍ〜５μｍのガラスフィラメントが相互に絡み合って５０μｍ〜１ｍｍの厚さに堆積状態となっていることを特徴とする。本発明のガラス不織布においては、ガラスフィラメントとして石英ガラスフィラメントを用いた石英ガラス不織布が好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のガラス不織布の製造装置及び方法によれば、極細径のガラスフィラメントを長繊維で連続して製造することができ、これをターゲット部材上に堆積することで肉薄のガラス不織布を製造することができる。本発明のガラス不織布の製造装置及び方法においては、ガラス材料として石英ガラスのように高融点であるために融液からの紡糸が困難な材料でも容易に不織布を製造することができ、低誘電率、低損失な高周波回路基板を形成するための肉薄のガラス不織布を提供することができる。本発明のガラス不織布は、肉薄、例えば厚さが５０μｍ〜１ｍｍであり、低誘電率、低損失な高周波回路基板を効果的に形成することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のガラス不織布の製造装置の一つの実施の態様を示す概略説明図である。
【図２】本発明のガラス不織布の製造装置の他の実施の態様を示す概略説明図である。
【図３】本発明のガラス不織布の製造装置の別の実施の態様を示す概略説明図である。
【図４】本発明のガラス不織布の製造装置のさらに別の実施の態様を示す概略説明図である。
【図５】本発明のガラス不織布の製造方法の第１の態様の一つの実施の形態の工程順を示すフローチャートである。
【図６】本発明のガラス不織布の製造方法の第２の態様の一つの実施の形態の工程順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明を実施するための好ましい形態を添付図面に基づいて説明するが、本発明は図示例に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【００２０】
図１は本発明のガラス不織布の製造装置の一つの実施の態様を示す概略説明図である。図１において、符号１０は本発明のガラス不織布の製造装置である。該ガラス不織布の製造装置１０は、長尺状ガラス素材１２を供給するボビン等のガラス素材供給手段１４を有している。該長尺状ガラス素材の形状としてはガラスロッドやガラス繊維を例示することができる。また、該ガラスロッドとしては直径が０．３ｍｍ〜２ｍｍのものが、該ガラス繊維としては直径が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍのものが好適に使用される。また、上記長尺状ガラス素材としてはホウケイ酸ガラス等の一般的なガラス素材が使用できるが、石英ガラスが好適に使用される。
【００２１】
１６は搬送手段で、前記ガラス素材供給手段１４から供給されてきた長尺状ガラス素材１２を所定速度で搬送する作用を行う。該搬送手段１６としては、例えば図１に示したように相対向して設置された一対のロールからなる送りロール手段を採用することができる。該搬送手段１６によって搬送されてきた長尺状ガラス素材１２はガイド電極手段１８によってさらに搬送方向に送り出される。該ガイド電極手段１８は黒鉛等の導電性材料から形成され電極として作用するように構成される。
【００２２】
２０は加熱手段で、該ガイド電極手段１８に近接して対向設置されている。該ガイド電極手段１８によって送り出されてきた長尺状ガラス素材１２はその先端部分が加熱手段２０によって溶融軟化せしめられる。該加熱手段２０としては、後述するように種々の加熱装置を適用することができるが、図１の図示例ではバーナー２０ａから酸水素バーナー火炎２０ｂを放射する構成を図示した。バーナー２０ａを適用する場合には、酸水素バーナー火炎２０ｂの中で長尺状ガラス素材１２の先端部が溶融軟化せしめられる。
【００２３】
２２は導電性材料、例えばステンレス材等の金属材料からなるターゲット部材で、該ガイド電極手段１８及び加熱手段２０からそれぞれ所定間隔を介して対向して設置されている。２４は直流電源手段で、該ガイド電極手段１８と該ターゲット部材２２とにそれぞれ配線２５を介して接続されており、該ガイド電極手段１８と該ターゲット部材２２の間に高圧直流電圧を印加するように作用する。該ターゲット部材２２はＸＹ方向に移動可能とされたターゲット部材保持手段２３に保持されており、必要に応じてＸＹ方向に移動できるように構成されている。
【００２４】
上記の構成によりその作用を説明する。まず、前記長尺状ガラス素材１２の先端部を前記ガイド電極手段１８から送り出して前記加熱手段２０によって溶融軟化させる。一方、前記ガイド電極手段１８と前記ターゲット部材２２との間に高圧直流電圧を印加して、該ガイド電極手段１８と該ターゲット部材２２との間に発生した静電力により前記加熱手段２０によって溶融軟化させられた長尺状ガラス素材１２の先端部からガラスフィラメント２６を図１に示したように該ターゲット部材２２上に堆積させ、ガラス不織布２８を形成することができる。
【００２５】
実際の作業においては、該ガイド電極手段１８と該ターゲット部材２２との間隔は５０ｍｍ〜３００ｍｍ程度として、５ｋＶ〜１００ｋＶの高圧直流電圧を印加するのが好適である。このような作業条件では、溶融した長尺状ガラス素材１２の先端部分から直径１０μｍ以下のガラスフィラメント２６を静電力によりターゲット部材２２上に堆積させることができる。
【００２６】
ガラスフィラメント２６の外径は長尺状ガラス素材１２の送り速度、火炎温度、印加電圧などを調整することで制御することができる。前記ターゲット部材２２としては、図１の図示例では金属ターゲット部材を固定して設置した場合を示したが、ターゲット部材２２を、後掲する図３に示すように、円筒状にして回転しつつ、回転軸方向に往復移動させる構成とすることもでき、また、図１に示した前記ターゲット部材保持手段２３を作動させて金属ターゲット部材をＸＹステージ上で二次元的に移動させることによって、ガラスフィラメント２６を平面状に堆積させてガラス不織布２８とすることもできる。製造されるガラス不織布は堆積中あるいはその後にサイジング材を塗布して強度を維持するようにすることができ、また、バインダーを加えて強化することも可能である。
【００２７】
前記長尺状ガラス素材１２としてはＥガラス、Ｄガラスなどのプリント配線基板に用いられるようなガラスでも良く、またホウケイ酸ガラスを用いることもできるが、とくに石英ガラスが好適に用いられる。石英ガラスは溶融粘度が高いために融液からの紡糸ができないという難点があるため、石英ガラス不織布を製造する場合には本発明の装置及び方法を適用するのが有効である。ガイド電極手段１８を構成する導電性材料としては銅やステンレスなどの金属材料も使えるが金属不純物の混入を嫌う場合には黒鉛が好ましい。ターゲット部材２２を構成する導電性材料については特に限定されないが、ステンレスなどの金属材料が用いられる。
【００２８】
加熱手段２０となるバーナー２０ａから放射される火炎２０ｂはガラス素材１２の供給方向に直交する方向から加熱する方法が安定しており制御性に優れているが、図２に示したように火炎に平行に供給してガス流速を加えることで、紡糸速度を速めて生産性を高めることができるので、以下に説明する。なお、本発明における紡糸はガラス素材の先端部が溶融軟化され静電力によってガラスフィラメントとして分離浮遊する状態を指称する用語として用いている。
【００２９】
図２は本発明のガラス不織布の製造装置の他の実施の形態を示す概略説明図である。図２の実施の形態と図１の実施の形態との相違点は次の通りある。図２のガラス不織布の製造装置１０Ａにおいては図１に示したガイド電極手段１８が省略されており、かつ図１に示した加熱手段２０の代わりに加熱作用とガイド作用を兼ねることのできる加熱電極手段２１が設置されている。図２の例では、該加熱電極手段２１を構成するバーナー２１ａがガラス素材１２の供給方向と一致乃至平行した状態で設置され、従って酸水素バーナー火炎２１ｂがガラス素材１２の供給方向と一致乃至平行した状態で放射される。
【００３０】
該バーナー２１ａの内部に長尺状ガラス素材１２が挿通可能な貫通孔であるガイド部３０が開穿されており、酸水素バーナー火炎２１ｂによって溶融軟化された長尺状ガラス素材１２のガラスフィラメント２６は図２に示したように該バーナー２１ａの先端開口部から水平方向に火炎と共に放射されて静電力によってターゲット部材２２上に堆積する。また直流電源手段２４は、該加熱電極手段２１と該ターゲット部材２２とにそれぞれ配線２５を介して接続されており、該加熱電極手段２１と該ターゲット部材２２の間に高圧直流電圧を印加するように作用する。その他の構成は図１と同様であり、同一の符号によって示してあるので、それらの構成部材についての再度の説明は省略する。
【００３１】
図２の構成のガラス不織布の製造装置１０Ａの作用について説明する。まず、前記長尺状ガラス素材１２の先端部を前記搬送手段１６によって搬送し、加熱電極手段２１のガイド部３０内に挿通し前記加熱電極手段２１によって溶融軟化させる。一方、前記加熱電極手段２１と前記ターゲット部材２２との間に高圧直流電圧を印加して、該加熱電極手段２１と該ターゲット部材２２との間に発生した静電力により前記加熱電極手段２１によって溶融軟化させられた長尺状ガラス素材１２の先端部から水平方向に放射されたガラスフィラメント２６を図２に示したように該ターゲット部材２２上に堆積させ、ガラス不織布２８を形成することができる。この場合、ガス流速の乱れによって静電場が乱され、フィラメント径のばらつきは大きくなる傾向になる。また、火炎の電気導電性のために放電が生じやすくなることから、ターゲット部材２２の位置と火炎が接近しすぎないような距離、角度を設定する必要がある。
【００３２】
図１及び図２の実施の形態では、ターゲット部材２２として金属ターゲット部材を使用した例を示したが、ターゲット部材２２としては平板状部材以外の形状の部材を使用することもでき、例えば図３に示すように円筒状の部材を適用することもできるので、以下に説明する。なお、図３の図示例では図２の構成においてターゲット部材２２を円筒状部材とした例を示してあるが、図１の構成においても同様に円筒状のターゲット部材を適用することができることはいうまでもない。
【００３３】
図３は本発明のガラス不織布の製造装置の別の実施の形態を示す概略説明図である。図３の実施の形態と図２の実施の形態との相違点は次の通りある。図３のガラス不織布の製造装置１０Ｂにおいては図２に示したターゲット部材２２に代えて回転軸３２上に回転可能でありかつ回転軸方向に移動可能とされた状態で取り付けられたターゲット円筒体３４が設けられている。その他の構成は図２と同様であり、同一の符号によって示してあるので、それらの構成部材についての再度の説明は省略する。このように円筒状のターゲット部材であるターゲット円筒体３４を用い、このターゲット円筒体３４を回転させつつ回転軸方向に往復移動させる状態としてガラスフィラメントを当該ターゲット円筒体３４の表面に堆積させてガラス不織布を製造させるようにすることも可能である。
【００３４】
図１に示したガラス不織布の製造装置１０の図示例においては、加熱手段２０としてはバーナー２０ａによる酸水素バーナー火炎２０ｂの例を示したが、レーザー光や電気炉による加熱であってもよい。レーザー光の場合には炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザーなどが用いられる。溶融部分の粘度が高いため、溶融部分の周囲にガス噴射ノズルを設けてフィラメントが吹き出し易くする必要がある。電気炉の場合には溶融部分が軟化して落下するために、下方に向けて紡糸する。電気炉内にはアルミナ製の炉心管を設けて、ヒーターとの絶縁を完全におこなう必要がある。電気炉はアースしてガラス溶融部分を負電極、金属ターゲット部材を正電極にするなど、放電に対する処置が必要である。
【００３５】
なお、図１の図示例では加熱手段であるバーナーを垂直方向に設置した例を示したが、バーナー以外の加熱手段を含めて必要に応じて加熱手段を垂直方向以外にも適宜傾斜させた状態で設置してもよいことはいうまでもない。例えば、図４に示すように図１の構成において加熱手段２０であるバーナー２０ａを水平方向に設置する構成を採用してガラス不織布の製造装置１０Ｃとすることも可能である。この場合は、加熱手段２０にガイド部３０を設けて加熱手段２０の内部において長尺状ガラス素材１２の水平方向のガイドを行う点を除いては図１の構成と同様であるが、図２の構成の場合と同様の作用を行うことができる。図４における各部材は、上記構成の相違点以外は同様であり、図１と同様の符号で示されている。
【００３６】
図２及び図３に示したガラス不織布の製造装置１０Ａ，１０Ｂの図示例においては、加熱電極手段２１としてガイド部３０を備えたバーナー２１ａによる酸水素バーナー火炎２１ｂの例を示したが、図１の場合と同様にレーザー光や電気炉による加熱を採用することもでき、また電気炉による加熱を行う場合には、内部にヒーター機能を備えた管状の電気炉や、アーク炉を適用することが可能である。なお、図２及び図３の図示例では加熱手段であるバーナーを水平方向に設置した例を示したが、バーナー以外の加熱手段を含めて必要に応じて加熱手段を水平方向以外に適宜傾斜させた状態で設置してもよいことはいうまでもない。
【００３７】
続いて、本発明のガラス不織布の製造方法の第１及び第２の態様について図５及び図６に基づいて説明する。図５は本発明のガラス不織布の製造方法の第１の態様の一つの実施の形態の工程順を示すフローチャートである。本発明のガラス不織布の製造方法の第１の態様は本発明のガラス不織布の製造装置の第１の態様を利用するものである。以下の説明における各部材の符号は図１に示した符号を使用する。
【００３８】
まず、長尺状ガラス素材１２をボビン等のガラス素材供給手段１４に用意する（図５のステップ１００）。次に、長尺状ガラス素材１２の先端部を搬送手段１６によってガイド電極手段１８に搬送する（図５のステップ１０２）。さらに長尺状ガラス素材１２の先端部を搬送手段１６によって当該ガイド電極手段１８から送り出す（図５のステップ１０４）。このガイド電極手段１８から送り出されてきた長尺状ガラス素材１２の先端部を前記加熱手段２０によって溶融軟化させる（図５のステップ１０６）。一方、前記ガイド電極手段１８と前記ターゲット部材２２との間に高圧直流電圧を印加して、該ガイド電極手段１８と該ターゲット部材２２との間に静電力を発生させる（図５のステップ１０８）。この発生した静電力により前記加熱手段２０によって溶融軟化させられたガラス素材１２の先端部からガラスフィラメント２６を図１に示したように該ターゲット部材２２上に堆積させる（図５のステップ１１０）。このようにしてガラス不織布２８を製造する。
【００３９】
図６は本発明のガラス不織布の製造方法の第２の態様の一つの実施の形態の工程順を示すフローチャートである。本発明のガラス不織布の製造方法の第２の態様は本発明のガラス不織布の製造装置の第２の態様を利用するものである。以下の説明における各部材の符号は図２に示した符号を使用する。
【００４０】
まず、長尺状ガラス素材１２をボビン等のガラス素材供給手段１４に用意する（図６のステップ２００）。次に、長尺状ガラス素材１２の先端部を搬送手段１６によって加熱電極手段２１に搬送する（図６のステップ２０２）。搬送されてきた長尺状ガラス素材１２の先端部を加熱電極手段２１のガイド部３０内に挿通し前記加熱電極手段２１によって溶融軟化させる（図６のステップ２０４）。一方、前記加熱電極手段２１と前記ターゲット部材２２との間に高圧直流電圧を印加して、該加熱電極手段２１と該ターゲット部材２２との間に静電力を発生させる（図６のステップ２０６）。この発生した静電力により前記加熱電極手段２１によって溶融軟化させられた長尺状ガラス素材１２の先端部から図２に示したように水平方向に放射されたガラスフィラメント２６を該ターゲット部材２２上に堆積させる（図６のステップ２０８）。このようにしてガラス不織布２８を製造する。前述したように、この方法を採用する場合には、ガス流速の乱れによって静電場が乱され、フィラメント径のばらつきは大きくなる傾向になる。また、火炎の電気導電性のために放電が生じやすくなることから、ターゲット部材２２の位置と火炎が接近しすぎないような距離、角度を設定する必要がある。
【００４１】
なお、図１〜図４に示した実施の形態においては、長尺状ガラス素材１２を１本使用した場合について例示して説明したが、本発明の実施にあたっては生産効率の点から複数本乃至多数本の長尺状ガラス素材１２を設置して同時に複数本乃至多数本のガラスフィラメントを紡糸するようにしてガラス不織布を製造するのが好適であることは勿論である。また、図１〜図４に示した実施の形態においては、ガイド電極手段１８又は加熱電極部材２１とターゲット部材２２は水平方向に相対向して設置された例を示したが、垂直方向に相対向して設置することもできるし、また設置場所に応じてその他の相対向位置を設定できることは言うまでもない。
【実施例】
【００４２】
以下に本発明の実施例を挙げてさらに具体的に説明するが、これらの実施例によって本発明が限定的に解釈されるものでないことはいうまでもない。
【００４３】
（実施例１）
図１に示した装置と同様の装置を用いて石英ガラス不織布を製造する。長尺状ガラス素材として直径０．３ｍｍの長尺状石英ガラス繊維を用意し、この長尺状石英ガラス繊維を搬送手段（送りローラー）により黒鉛製のガイド電極手段に供給した。この送り方向と直交する方向から加熱手段であるバーナーからの酸水素バーナー火炎で前記長尺状石英ガラス繊維の先端部を約２０００℃に加熱して溶融軟化させた。上記ガイド電極手段に対向しかつ１５０ｍｍ離間した位置にＸＹ２方向に移動可能なターゲット部材保持手段を置き、ターゲット部材であるステンレス基板を保持させた（本実施例ではステンレス基板をＸＹ方向に移動させた状態とした）。この黒鉛製のガイド電極手段を電極としてステンレス基板との距離１５０ｍｍ間に直流電源によって２０ｋＶの高圧直流電圧を印加しガイド電極手段とステンレス基板との間に静電力を発生させると、溶融した長尺状石英ガラス繊維の先端部から直径約０．５μｍの石英ガラスフィラメントが静電力により分離浮遊してステンレス基板上に堆積した。堆積した石英ガラスフィラメントは相互に絡み合い石英ガラス不織布（厚さ２００μｍ）となっていた。
【００４４】
（実施例２）
図３に示した装置と同様の装置を用いて石英ガラス不織布を製造する。長尺状ガラス素材として直径０．３ｍｍの長尺状石英ガラス繊維を用意し、この長尺状石英ガラス繊維を搬送手段（送りローラー）により、中心にガイド部である貫通孔を有する加熱電極手段である金属バーナーの貫通孔に供給した。金属バーナーに水素と酸素を供給して酸水素火炎で前記長尺状石英ガラス繊維の先端部を約２０００℃に加熱して溶融軟化させた。上記金属バーナーに対向しかつ１５０ｍｍ離間した位置に回転可能なステンレス円筒ドラムを置き、このステンレス円筒ドラムをターゲット部材とした。このステンレス円筒ドラムを回転させるとともに回転軸方向に往復移動させた状態とし、前記金属バーナーを電極としてステンレス円筒ドラムとの間に２０ｋＶの高圧直流電圧を印加しバーナーとステンレス円筒ドラムの間に静電力を発生させた。バーナーからのガス流速と静電力によって、酸水素バーナー火炎と同軸方向に送られかつ溶融軟化した長尺状石英ガラス繊維の先端部から直径約１μｍの石英ガラスフィラメントが静電力により分離浮遊してステンレス円筒ドラム上に堆積した。堆積したフィラメントは相互に絡み合い石英ガラス不織布（厚さ２００μｍ）となっていた。
【００４５】
（実施例３）
加熱手段としてバーナーの代わりに炭酸ガスレーザーを使用した以外は実施例１と同様の手順及び条件で石英ガラス不織布（厚さ２００μｍ）を製造した。
【００４６】
（実施例４）
長尺状ガラス素材として長尺状石英ガラス繊維の替わりにＳｉＯ２を８０％、Ｂ２Ｏ３を１２％含むホウケイ酸ガラスからなる直径０．３ｍｍの長尺状ガラス繊維を用いて、酸水素バーナー火炎で長尺状ガラス繊維の先端を約１２００℃に加熱して溶融、軟化させた以外は実施例１と同様の手順で溶融した上記長尺状ガラス素材の先端部から直径約０．３μｍのガラスフィラメントが静電力により分離浮遊してステンレス基板上に堆積した。堆積したガラスフィラメントは相互に絡み合いホウケイ酸ガラスからなるガラス不織布（厚さ５０μｍ）となっていた。
【符号の説明】
【００４７】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：ガラス不織布の製造装置、１２：長尺状ガラス素材、１４：ガラス素材供給手段、１６：搬送手段、１８：ガイド電極手段、２０：加熱手段、２０ａ：バーナー、２０ｂ：酸水素バーナー火炎、２１：加熱電極手段、２１ａ：バーナー、２１ｂ：酸水素バーナー火炎、２２：ターゲット部材、２３：ターゲット部材保持手段、２４：直流電源手段、２５：配線、２６：ガラスフィラメント、２８：ガラス不織布、３０：ガイド部、３２：回転軸、３４：ターゲット円筒体。
【技術分野】
【０００１】
本発明はエレクトロスピニング法により極細径のガラス繊維からなる不織布を製造する装置及び方法並びにガラス不織布に関し、特に、低誘電率、低損失な高周波回路基板を形成するための肉薄のガラス不織布の製造装置及び方法並びにガラス不織布に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガラス不織布は細かい繊維径と大きな比表面積を有し耐熱性、化学的安定性に優れているために高温でのフイルターや触媒担体、酵素固定基材、ＦＲＰ基材などに利用される。また、誘電率特性に優れていることから高周波用電子基材としても有用であり、レーザードームや電子回路基板などの用途が広がっている。
【０００３】
従来、プリント配線基板にはガラスクロスと樹脂の複合材料が使用されており、一般的にはＥガラスと称せられるアルミノホウケイ酸ガラスが用いられている。特に高周波回路基板として低誘電率、低損失が要求される場合にはＤガラスが用いられている。さらに周波数が１ＧＨｚを超える高周波回路基板として石英ガラスクロスが用いられてきている。
【０００４】
これらのガラスクロスの製造はガラス融液から複数本のフィラメントを引き出し、これを収束させたストランドを撚り合わせたヤーンを紡織することで製造されている。このようにして製造されたガラスクロスは多くの工程を経るために高価である。とくに石英ガラスの場合は溶融粘度が高いために融液からの紡糸ができず、特許文献１に示されているように多数本の石英ガラスロッドを同時に溶融してフィラメントを引き出し、これを収束させて製造されており、多数本の石英ガラスロッドを均一に加熱する必要があり、精密な制御装置が必要な上に、生産性も低く、きわめて高価なものになっている。
【０００５】
そこで、特許文献２に示されているように、メルトブロー法により安価に石英ガラス不織布を製造する方法が提案されている。この方法は生産性も高く大量に製造することが可能であるが、溶融ガラスを吹き飛ばしてフィラメントを形成するために、繊維長が短く、径や長さがばらつきもあり、フィラメント同士の絡みつきも不十分で、均一で高強度の不織布を得ることが困難であった。
【０００６】
このような石英ガラス不織布を得る別の方法として、特許文献３や特許文献４のようにアルコキシシランを加水分解して得られたゾル液に電界を作用させて、静電力によって紡糸して不織布を製造する方法が知られている。この方法ではゾル液の粘度によって繊維径が変動することから、安定したゾル液を調製しなければならず、安定した品質のフィラメントを得ることが困難であった。また、紡糸した後に焼結してガラス化する必要があり、焼結後の厚みを一定にすることが困難であった。さらに、焼結時にフィラメント同士の一部が融着して、柔軟性が損なわれるなどの問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−９９３７６号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３１３２号公報
【特許文献３】特開２００３−７３９６４号公報
【特許文献４】特開２００７−６３６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、エレクトロスピニング法により極細径、例えば直径が０．３μｍ〜５μｍのガラスフィラメントからなる不織布、特に、低誘電率、低損失な高周波回路基板を形成するための極肉薄、例えば厚さが５０μｍ〜１ｍｍのガラス不織布の製造装置及び方法並びにガラス不織布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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明のガラス不織布の製造装置の第１の態様は、長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給手段と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を所定速度で搬送する搬送手段と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を送り出す作用を行うとともに導電性材料から形成されかつ電極となるガイド電極手段と、送り出されてきた該長尺状ガラス素材を溶融軟化させる加熱手段と、該ガイド電極手段から所定間隔を介して対向して設置された導電性材料からなるターゲット部材と、該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加する直流電源手段とを有し、
前記長尺状ガラス素材の先端部を前記ガイド電極手段から送り出して前記加熱手段によって溶融軟化させて、前記ガイド電極手段と前記ターゲット部材との間に直流電圧を印加して、該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に発生した静電力により前記加熱手段によって溶融軟化させられた該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させることができるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
本発明のガラス不織布の製造装置の第２の態様は、長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給手段と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を所定速度で搬送する搬送手段と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を送り出す作用を行うガイド部を有するとともに導電性材料から形成されかつ電極となりかつ搬送されてきた該長尺状ガラス素材を溶融軟化させる加熱電極手段と、該加熱電極手段から所定間隔を介して対向して設置された導電性材料からなるターゲット部材と、該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加する直流電源手段とを有し、
前記長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱電極手段のガイド部に搬送して溶融軟化させ、前記加熱電極手段と前記ターゲット部材との間に直流電圧を印加して、該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に発生した静電力により前記加熱電極手段によって溶融軟化させられた該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させることができるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
前記長尺状ガラス素材がガラスロッドまたはガラス繊維であり、前記ガラスロッドの直径が０．３ｍｍ〜２ｍｍであり、前記ガラス繊維の直径が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであるように設定するのが好適である。
【００１２】
前記ガラスフィラメントの直径が０．３μｍ〜５μｍであり、また前記直流電圧が５ｋＶ〜１００ｋＶであるのが好ましい。前記長尺状ガラス素材としては石英ガラスが好適に用いられる。
【００１３】
前記ターゲット部材の形状には特別の限定はないが、ＸＹ方向に移動可能とされたターゲット部材又は回転可能とされたターゲット円筒部材を採用することができる。
【００１４】
本発明のガラス不織布の製造方法の第１の態様は、本発明の第１の態様の製造装置を用いるガラス不織布の製造方法であって、前記ガラス素材供給手段から長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給工程と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を前記搬送手段によって所定速度で搬送するガラス素材搬送工程と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を前記ガイド電極手段によって前記加熱手段に向かって送り出すガラス素材送り出し工程と、送り出されてきた該長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱手段によって溶融軟化させるとともに前記直流電源手段によって該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加して静電力を生じさせこの静電力により該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させてガラス不織布とするガラスフィラメント堆積工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明のガラス不織布の製造方法の第２の態様は、本発明の第２の態様の製造装置を用いるガラス不織布の製造方法であって、前記ガラス素材供給手段から長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給工程と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を前記搬送手段によって所定速度で搬送するガラス素材搬送工程と、前記加熱電極手段のガイド部に搬送されてきた該長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱電極手段によって溶融軟化させるとともに前記直流電源手段によって該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加して静電力を生じさせこの静電力により該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させてガラス不織布とするガラスフィラメント堆積工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明のガラス不織布は、本発明の第１又は第２の態様の製造方法により製造され、直径が０．３μｍ〜５μｍのガラスフィラメントが相互に絡み合って５０μｍ〜１ｍｍの厚さに堆積状態となっていることを特徴とする。本発明のガラス不織布においては、ガラスフィラメントとして石英ガラスフィラメントを用いた石英ガラス不織布が好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のガラス不織布の製造装置及び方法によれば、極細径のガラスフィラメントを長繊維で連続して製造することができ、これをターゲット部材上に堆積することで肉薄のガラス不織布を製造することができる。本発明のガラス不織布の製造装置及び方法においては、ガラス材料として石英ガラスのように高融点であるために融液からの紡糸が困難な材料でも容易に不織布を製造することができ、低誘電率、低損失な高周波回路基板を形成するための肉薄のガラス不織布を提供することができる。本発明のガラス不織布は、肉薄、例えば厚さが５０μｍ〜１ｍｍであり、低誘電率、低損失な高周波回路基板を効果的に形成することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のガラス不織布の製造装置の一つの実施の態様を示す概略説明図である。
【図２】本発明のガラス不織布の製造装置の他の実施の態様を示す概略説明図である。
【図３】本発明のガラス不織布の製造装置の別の実施の態様を示す概略説明図である。
【図４】本発明のガラス不織布の製造装置のさらに別の実施の態様を示す概略説明図である。
【図５】本発明のガラス不織布の製造方法の第１の態様の一つの実施の形態の工程順を示すフローチャートである。
【図６】本発明のガラス不織布の製造方法の第２の態様の一つの実施の形態の工程順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明を実施するための好ましい形態を添付図面に基づいて説明するが、本発明は図示例に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【００２０】
図１は本発明のガラス不織布の製造装置の一つの実施の態様を示す概略説明図である。図１において、符号１０は本発明のガラス不織布の製造装置である。該ガラス不織布の製造装置１０は、長尺状ガラス素材１２を供給するボビン等のガラス素材供給手段１４を有している。該長尺状ガラス素材の形状としてはガラスロッドやガラス繊維を例示することができる。また、該ガラスロッドとしては直径が０．３ｍｍ〜２ｍｍのものが、該ガラス繊維としては直径が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍのものが好適に使用される。また、上記長尺状ガラス素材としてはホウケイ酸ガラス等の一般的なガラス素材が使用できるが、石英ガラスが好適に使用される。
【００２１】
１６は搬送手段で、前記ガラス素材供給手段１４から供給されてきた長尺状ガラス素材１２を所定速度で搬送する作用を行う。該搬送手段１６としては、例えば図１に示したように相対向して設置された一対のロールからなる送りロール手段を採用することができる。該搬送手段１６によって搬送されてきた長尺状ガラス素材１２はガイド電極手段１８によってさらに搬送方向に送り出される。該ガイド電極手段１８は黒鉛等の導電性材料から形成され電極として作用するように構成される。
【００２２】
２０は加熱手段で、該ガイド電極手段１８に近接して対向設置されている。該ガイド電極手段１８によって送り出されてきた長尺状ガラス素材１２はその先端部分が加熱手段２０によって溶融軟化せしめられる。該加熱手段２０としては、後述するように種々の加熱装置を適用することができるが、図１の図示例ではバーナー２０ａから酸水素バーナー火炎２０ｂを放射する構成を図示した。バーナー２０ａを適用する場合には、酸水素バーナー火炎２０ｂの中で長尺状ガラス素材１２の先端部が溶融軟化せしめられる。
【００２３】
２２は導電性材料、例えばステンレス材等の金属材料からなるターゲット部材で、該ガイド電極手段１８及び加熱手段２０からそれぞれ所定間隔を介して対向して設置されている。２４は直流電源手段で、該ガイド電極手段１８と該ターゲット部材２２とにそれぞれ配線２５を介して接続されており、該ガイド電極手段１８と該ターゲット部材２２の間に高圧直流電圧を印加するように作用する。該ターゲット部材２２はＸＹ方向に移動可能とされたターゲット部材保持手段２３に保持されており、必要に応じてＸＹ方向に移動できるように構成されている。
【００２４】
上記の構成によりその作用を説明する。まず、前記長尺状ガラス素材１２の先端部を前記ガイド電極手段１８から送り出して前記加熱手段２０によって溶融軟化させる。一方、前記ガイド電極手段１８と前記ターゲット部材２２との間に高圧直流電圧を印加して、該ガイド電極手段１８と該ターゲット部材２２との間に発生した静電力により前記加熱手段２０によって溶融軟化させられた長尺状ガラス素材１２の先端部からガラスフィラメント２６を図１に示したように該ターゲット部材２２上に堆積させ、ガラス不織布２８を形成することができる。
【００２５】
実際の作業においては、該ガイド電極手段１８と該ターゲット部材２２との間隔は５０ｍｍ〜３００ｍｍ程度として、５ｋＶ〜１００ｋＶの高圧直流電圧を印加するのが好適である。このような作業条件では、溶融した長尺状ガラス素材１２の先端部分から直径１０μｍ以下のガラスフィラメント２６を静電力によりターゲット部材２２上に堆積させることができる。
【００２６】
ガラスフィラメント２６の外径は長尺状ガラス素材１２の送り速度、火炎温度、印加電圧などを調整することで制御することができる。前記ターゲット部材２２としては、図１の図示例では金属ターゲット部材を固定して設置した場合を示したが、ターゲット部材２２を、後掲する図３に示すように、円筒状にして回転しつつ、回転軸方向に往復移動させる構成とすることもでき、また、図１に示した前記ターゲット部材保持手段２３を作動させて金属ターゲット部材をＸＹステージ上で二次元的に移動させることによって、ガラスフィラメント２６を平面状に堆積させてガラス不織布２８とすることもできる。製造されるガラス不織布は堆積中あるいはその後にサイジング材を塗布して強度を維持するようにすることができ、また、バインダーを加えて強化することも可能である。
【００２７】
前記長尺状ガラス素材１２としてはＥガラス、Ｄガラスなどのプリント配線基板に用いられるようなガラスでも良く、またホウケイ酸ガラスを用いることもできるが、とくに石英ガラスが好適に用いられる。石英ガラスは溶融粘度が高いために融液からの紡糸ができないという難点があるため、石英ガラス不織布を製造する場合には本発明の装置及び方法を適用するのが有効である。ガイド電極手段１８を構成する導電性材料としては銅やステンレスなどの金属材料も使えるが金属不純物の混入を嫌う場合には黒鉛が好ましい。ターゲット部材２２を構成する導電性材料については特に限定されないが、ステンレスなどの金属材料が用いられる。
【００２８】
加熱手段２０となるバーナー２０ａから放射される火炎２０ｂはガラス素材１２の供給方向に直交する方向から加熱する方法が安定しており制御性に優れているが、図２に示したように火炎に平行に供給してガス流速を加えることで、紡糸速度を速めて生産性を高めることができるので、以下に説明する。なお、本発明における紡糸はガラス素材の先端部が溶融軟化され静電力によってガラスフィラメントとして分離浮遊する状態を指称する用語として用いている。
【００２９】
図２は本発明のガラス不織布の製造装置の他の実施の形態を示す概略説明図である。図２の実施の形態と図１の実施の形態との相違点は次の通りある。図２のガラス不織布の製造装置１０Ａにおいては図１に示したガイド電極手段１８が省略されており、かつ図１に示した加熱手段２０の代わりに加熱作用とガイド作用を兼ねることのできる加熱電極手段２１が設置されている。図２の例では、該加熱電極手段２１を構成するバーナー２１ａがガラス素材１２の供給方向と一致乃至平行した状態で設置され、従って酸水素バーナー火炎２１ｂがガラス素材１２の供給方向と一致乃至平行した状態で放射される。
【００３０】
該バーナー２１ａの内部に長尺状ガラス素材１２が挿通可能な貫通孔であるガイド部３０が開穿されており、酸水素バーナー火炎２１ｂによって溶融軟化された長尺状ガラス素材１２のガラスフィラメント２６は図２に示したように該バーナー２１ａの先端開口部から水平方向に火炎と共に放射されて静電力によってターゲット部材２２上に堆積する。また直流電源手段２４は、該加熱電極手段２１と該ターゲット部材２２とにそれぞれ配線２５を介して接続されており、該加熱電極手段２１と該ターゲット部材２２の間に高圧直流電圧を印加するように作用する。その他の構成は図１と同様であり、同一の符号によって示してあるので、それらの構成部材についての再度の説明は省略する。
【００３１】
図２の構成のガラス不織布の製造装置１０Ａの作用について説明する。まず、前記長尺状ガラス素材１２の先端部を前記搬送手段１６によって搬送し、加熱電極手段２１のガイド部３０内に挿通し前記加熱電極手段２１によって溶融軟化させる。一方、前記加熱電極手段２１と前記ターゲット部材２２との間に高圧直流電圧を印加して、該加熱電極手段２１と該ターゲット部材２２との間に発生した静電力により前記加熱電極手段２１によって溶融軟化させられた長尺状ガラス素材１２の先端部から水平方向に放射されたガラスフィラメント２６を図２に示したように該ターゲット部材２２上に堆積させ、ガラス不織布２８を形成することができる。この場合、ガス流速の乱れによって静電場が乱され、フィラメント径のばらつきは大きくなる傾向になる。また、火炎の電気導電性のために放電が生じやすくなることから、ターゲット部材２２の位置と火炎が接近しすぎないような距離、角度を設定する必要がある。
【００３２】
図１及び図２の実施の形態では、ターゲット部材２２として金属ターゲット部材を使用した例を示したが、ターゲット部材２２としては平板状部材以外の形状の部材を使用することもでき、例えば図３に示すように円筒状の部材を適用することもできるので、以下に説明する。なお、図３の図示例では図２の構成においてターゲット部材２２を円筒状部材とした例を示してあるが、図１の構成においても同様に円筒状のターゲット部材を適用することができることはいうまでもない。
【００３３】
図３は本発明のガラス不織布の製造装置の別の実施の形態を示す概略説明図である。図３の実施の形態と図２の実施の形態との相違点は次の通りある。図３のガラス不織布の製造装置１０Ｂにおいては図２に示したターゲット部材２２に代えて回転軸３２上に回転可能でありかつ回転軸方向に移動可能とされた状態で取り付けられたターゲット円筒体３４が設けられている。その他の構成は図２と同様であり、同一の符号によって示してあるので、それらの構成部材についての再度の説明は省略する。このように円筒状のターゲット部材であるターゲット円筒体３４を用い、このターゲット円筒体３４を回転させつつ回転軸方向に往復移動させる状態としてガラスフィラメントを当該ターゲット円筒体３４の表面に堆積させてガラス不織布を製造させるようにすることも可能である。
【００３４】
図１に示したガラス不織布の製造装置１０の図示例においては、加熱手段２０としてはバーナー２０ａによる酸水素バーナー火炎２０ｂの例を示したが、レーザー光や電気炉による加熱であってもよい。レーザー光の場合には炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザーなどが用いられる。溶融部分の粘度が高いため、溶融部分の周囲にガス噴射ノズルを設けてフィラメントが吹き出し易くする必要がある。電気炉の場合には溶融部分が軟化して落下するために、下方に向けて紡糸する。電気炉内にはアルミナ製の炉心管を設けて、ヒーターとの絶縁を完全におこなう必要がある。電気炉はアースしてガラス溶融部分を負電極、金属ターゲット部材を正電極にするなど、放電に対する処置が必要である。
【００３５】
なお、図１の図示例では加熱手段であるバーナーを垂直方向に設置した例を示したが、バーナー以外の加熱手段を含めて必要に応じて加熱手段を垂直方向以外にも適宜傾斜させた状態で設置してもよいことはいうまでもない。例えば、図４に示すように図１の構成において加熱手段２０であるバーナー２０ａを水平方向に設置する構成を採用してガラス不織布の製造装置１０Ｃとすることも可能である。この場合は、加熱手段２０にガイド部３０を設けて加熱手段２０の内部において長尺状ガラス素材１２の水平方向のガイドを行う点を除いては図１の構成と同様であるが、図２の構成の場合と同様の作用を行うことができる。図４における各部材は、上記構成の相違点以外は同様であり、図１と同様の符号で示されている。
【００３６】
図２及び図３に示したガラス不織布の製造装置１０Ａ，１０Ｂの図示例においては、加熱電極手段２１としてガイド部３０を備えたバーナー２１ａによる酸水素バーナー火炎２１ｂの例を示したが、図１の場合と同様にレーザー光や電気炉による加熱を採用することもでき、また電気炉による加熱を行う場合には、内部にヒーター機能を備えた管状の電気炉や、アーク炉を適用することが可能である。なお、図２及び図３の図示例では加熱手段であるバーナーを水平方向に設置した例を示したが、バーナー以外の加熱手段を含めて必要に応じて加熱手段を水平方向以外に適宜傾斜させた状態で設置してもよいことはいうまでもない。
【００３７】
続いて、本発明のガラス不織布の製造方法の第１及び第２の態様について図５及び図６に基づいて説明する。図５は本発明のガラス不織布の製造方法の第１の態様の一つの実施の形態の工程順を示すフローチャートである。本発明のガラス不織布の製造方法の第１の態様は本発明のガラス不織布の製造装置の第１の態様を利用するものである。以下の説明における各部材の符号は図１に示した符号を使用する。
【００３８】
まず、長尺状ガラス素材１２をボビン等のガラス素材供給手段１４に用意する（図５のステップ１００）。次に、長尺状ガラス素材１２の先端部を搬送手段１６によってガイド電極手段１８に搬送する（図５のステップ１０２）。さらに長尺状ガラス素材１２の先端部を搬送手段１６によって当該ガイド電極手段１８から送り出す（図５のステップ１０４）。このガイド電極手段１８から送り出されてきた長尺状ガラス素材１２の先端部を前記加熱手段２０によって溶融軟化させる（図５のステップ１０６）。一方、前記ガイド電極手段１８と前記ターゲット部材２２との間に高圧直流電圧を印加して、該ガイド電極手段１８と該ターゲット部材２２との間に静電力を発生させる（図５のステップ１０８）。この発生した静電力により前記加熱手段２０によって溶融軟化させられたガラス素材１２の先端部からガラスフィラメント２６を図１に示したように該ターゲット部材２２上に堆積させる（図５のステップ１１０）。このようにしてガラス不織布２８を製造する。
【００３９】
図６は本発明のガラス不織布の製造方法の第２の態様の一つの実施の形態の工程順を示すフローチャートである。本発明のガラス不織布の製造方法の第２の態様は本発明のガラス不織布の製造装置の第２の態様を利用するものである。以下の説明における各部材の符号は図２に示した符号を使用する。
【００４０】
まず、長尺状ガラス素材１２をボビン等のガラス素材供給手段１４に用意する（図６のステップ２００）。次に、長尺状ガラス素材１２の先端部を搬送手段１６によって加熱電極手段２１に搬送する（図６のステップ２０２）。搬送されてきた長尺状ガラス素材１２の先端部を加熱電極手段２１のガイド部３０内に挿通し前記加熱電極手段２１によって溶融軟化させる（図６のステップ２０４）。一方、前記加熱電極手段２１と前記ターゲット部材２２との間に高圧直流電圧を印加して、該加熱電極手段２１と該ターゲット部材２２との間に静電力を発生させる（図６のステップ２０６）。この発生した静電力により前記加熱電極手段２１によって溶融軟化させられた長尺状ガラス素材１２の先端部から図２に示したように水平方向に放射されたガラスフィラメント２６を該ターゲット部材２２上に堆積させる（図６のステップ２０８）。このようにしてガラス不織布２８を製造する。前述したように、この方法を採用する場合には、ガス流速の乱れによって静電場が乱され、フィラメント径のばらつきは大きくなる傾向になる。また、火炎の電気導電性のために放電が生じやすくなることから、ターゲット部材２２の位置と火炎が接近しすぎないような距離、角度を設定する必要がある。
【００４１】
なお、図１〜図４に示した実施の形態においては、長尺状ガラス素材１２を１本使用した場合について例示して説明したが、本発明の実施にあたっては生産効率の点から複数本乃至多数本の長尺状ガラス素材１２を設置して同時に複数本乃至多数本のガラスフィラメントを紡糸するようにしてガラス不織布を製造するのが好適であることは勿論である。また、図１〜図４に示した実施の形態においては、ガイド電極手段１８又は加熱電極部材２１とターゲット部材２２は水平方向に相対向して設置された例を示したが、垂直方向に相対向して設置することもできるし、また設置場所に応じてその他の相対向位置を設定できることは言うまでもない。
【実施例】
【００４２】
以下に本発明の実施例を挙げてさらに具体的に説明するが、これらの実施例によって本発明が限定的に解釈されるものでないことはいうまでもない。
【００４３】
（実施例１）
図１に示した装置と同様の装置を用いて石英ガラス不織布を製造する。長尺状ガラス素材として直径０．３ｍｍの長尺状石英ガラス繊維を用意し、この長尺状石英ガラス繊維を搬送手段（送りローラー）により黒鉛製のガイド電極手段に供給した。この送り方向と直交する方向から加熱手段であるバーナーからの酸水素バーナー火炎で前記長尺状石英ガラス繊維の先端部を約２０００℃に加熱して溶融軟化させた。上記ガイド電極手段に対向しかつ１５０ｍｍ離間した位置にＸＹ２方向に移動可能なターゲット部材保持手段を置き、ターゲット部材であるステンレス基板を保持させた（本実施例ではステンレス基板をＸＹ方向に移動させた状態とした）。この黒鉛製のガイド電極手段を電極としてステンレス基板との距離１５０ｍｍ間に直流電源によって２０ｋＶの高圧直流電圧を印加しガイド電極手段とステンレス基板との間に静電力を発生させると、溶融した長尺状石英ガラス繊維の先端部から直径約０．５μｍの石英ガラスフィラメントが静電力により分離浮遊してステンレス基板上に堆積した。堆積した石英ガラスフィラメントは相互に絡み合い石英ガラス不織布（厚さ２００μｍ）となっていた。
【００４４】
（実施例２）
図３に示した装置と同様の装置を用いて石英ガラス不織布を製造する。長尺状ガラス素材として直径０．３ｍｍの長尺状石英ガラス繊維を用意し、この長尺状石英ガラス繊維を搬送手段（送りローラー）により、中心にガイド部である貫通孔を有する加熱電極手段である金属バーナーの貫通孔に供給した。金属バーナーに水素と酸素を供給して酸水素火炎で前記長尺状石英ガラス繊維の先端部を約２０００℃に加熱して溶融軟化させた。上記金属バーナーに対向しかつ１５０ｍｍ離間した位置に回転可能なステンレス円筒ドラムを置き、このステンレス円筒ドラムをターゲット部材とした。このステンレス円筒ドラムを回転させるとともに回転軸方向に往復移動させた状態とし、前記金属バーナーを電極としてステンレス円筒ドラムとの間に２０ｋＶの高圧直流電圧を印加しバーナーとステンレス円筒ドラムの間に静電力を発生させた。バーナーからのガス流速と静電力によって、酸水素バーナー火炎と同軸方向に送られかつ溶融軟化した長尺状石英ガラス繊維の先端部から直径約１μｍの石英ガラスフィラメントが静電力により分離浮遊してステンレス円筒ドラム上に堆積した。堆積したフィラメントは相互に絡み合い石英ガラス不織布（厚さ２００μｍ）となっていた。
【００４５】
（実施例３）
加熱手段としてバーナーの代わりに炭酸ガスレーザーを使用した以外は実施例１と同様の手順及び条件で石英ガラス不織布（厚さ２００μｍ）を製造した。
【００４６】
（実施例４）
長尺状ガラス素材として長尺状石英ガラス繊維の替わりにＳｉＯ２を８０％、Ｂ２Ｏ３を１２％含むホウケイ酸ガラスからなる直径０．３ｍｍの長尺状ガラス繊維を用いて、酸水素バーナー火炎で長尺状ガラス繊維の先端を約１２００℃に加熱して溶融、軟化させた以外は実施例１と同様の手順で溶融した上記長尺状ガラス素材の先端部から直径約０．３μｍのガラスフィラメントが静電力により分離浮遊してステンレス基板上に堆積した。堆積したガラスフィラメントは相互に絡み合いホウケイ酸ガラスからなるガラス不織布（厚さ５０μｍ）となっていた。
【符号の説明】
【００４７】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：ガラス不織布の製造装置、１２：長尺状ガラス素材、１４：ガラス素材供給手段、１６：搬送手段、１８：ガイド電極手段、２０：加熱手段、２０ａ：バーナー、２０ｂ：酸水素バーナー火炎、２１：加熱電極手段、２１ａ：バーナー、２１ｂ：酸水素バーナー火炎、２２：ターゲット部材、２３：ターゲット部材保持手段、２４：直流電源手段、２５：配線、２６：ガラスフィラメント、２８：ガラス不織布、３０：ガイド部、３２：回転軸、３４：ターゲット円筒体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給手段と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を所定速度で搬送する搬送手段と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を送り出す作用を行うとともに導電性材料から形成されかつ電極となるガイド電極手段と、送り出されてきた該長尺状ガラス素材を溶融軟化させる加熱手段と、該ガイド電極手段から所定間隔を介して対向して設置された導電性材料からなるターゲット部材と、該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加する直流電源手段とを有し、
前記長尺状ガラス素材の先端部を前記ガイド電極手段から送り出して前記加熱手段によって溶融軟化させて、前記ガイド電極手段と前記ターゲット部材との間に直流電圧を印加して、該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に発生した静電力により前記加熱手段によって溶融軟化させられた該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させることができるようにしたことを特徴とするガラス不織布の製造装置。
【請求項２】
長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給手段と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を所定速度で搬送する搬送手段と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を送り出す作用を行うガイド部を有するとともに導電性材料から形成されかつ電極となりかつ搬送されてきた該長尺状ガラス素材を溶融軟化させる加熱電極手段と、該加熱電極手段から所定間隔を介して対向して設置された導電性材料からなるターゲット部材と、該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加する直流電源手段とを有し、
前記長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱電極手段のガイド部に搬送して溶融軟化させ、前記加熱電極手段と前記ターゲット部材との間に直流電圧を印加して、該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に発生した静電力により前記加熱電極手段によって溶融軟化させられた該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させることができるようにしたことを特徴とするガラス不織布の製造装置。
【請求項３】
前記長尺状ガラス素材がガラスロッドまたはガラス繊維であることを特徴とする請求項１又は２記載のガラス不織布の製造装置。
【請求項４】
前記ガラスロッドの直径が０．３ｍｍ〜２ｍｍであり、前記ガラス繊維の直径が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項３記載のガラス不織布の製造装置。
【請求項５】
前記ガラスフィラメントの直径が０．３μｍ〜５μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のガラス不織布の製造装置。
【請求項６】
前記直流電圧が５ｋＶ〜１００ｋＶであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のガラス不織布の製造装置。
【請求項７】
前記長尺状ガラス素材が石英ガラスであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のガラス不織布の製造装置。
【請求項８】
前記ターゲット部材がＸＹ方向に移動可能とされた基板又は回転可能とされた円筒部材であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載のガラス不織布の製造装置。
【請求項９】
請求項１記載の製造装置を用いるガラス不織布の製造方法であって、前記ガラス素材供給手段から長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給工程と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を前記搬送手段によって所定速度で搬送するガラス素材搬送工程と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を前記ガイド電極手段によって前記加熱手段に向かって送り出すガラス素材送り出し工程と、送り出されてきた該長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱手段によって溶融軟化させるとともに前記直流電源手段によって該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加して静電力を生じさせこの静電力により該ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させてガラス不織布とするガラスフィラメント堆積工程と、を有することを特徴とするガラス不織布の製造方法。
【請求項１０】
請求項２記載の製造装置を用いるガラス不織布の製造方法であって、前記ガラス素材供給手段から長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給工程と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を前記搬送手段によって所定速度で搬送するガラス素材搬送工程と、前記加熱電極手段のガイド部に搬送されてきた該長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱電極手段によって溶融軟化させるとともに前記直流電源手段によって該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加して静電力を生じさせこの静電力により該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させてガラス不織布とするガラスフィラメント堆積工程と、を有することを特徴とするガラス不織布の製造方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の製造方法により製造され、直径が０．３μｍ〜５μｍのガラスフィラメントが相互に絡み合った状態で５０μｍ〜１ｍｍの厚さに堆積形成されたことを特徴とするガラス不織布。
【請求項１２】
前記ガラスフィラメントが石英ガラスフィラメントであることを特徴とする請求項１１記載のガラス不織布。
【請求項１】
長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給手段と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を所定速度で搬送する搬送手段と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を送り出す作用を行うとともに導電性材料から形成されかつ電極となるガイド電極手段と、送り出されてきた該長尺状ガラス素材を溶融軟化させる加熱手段と、該ガイド電極手段から所定間隔を介して対向して設置された導電性材料からなるターゲット部材と、該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加する直流電源手段とを有し、
前記長尺状ガラス素材の先端部を前記ガイド電極手段から送り出して前記加熱手段によって溶融軟化させて、前記ガイド電極手段と前記ターゲット部材との間に直流電圧を印加して、該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に発生した静電力により前記加熱手段によって溶融軟化させられた該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させることができるようにしたことを特徴とするガラス不織布の製造装置。
【請求項２】
長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給手段と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を所定速度で搬送する搬送手段と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を送り出す作用を行うガイド部を有するとともに導電性材料から形成されかつ電極となりかつ搬送されてきた該長尺状ガラス素材を溶融軟化させる加熱電極手段と、該加熱電極手段から所定間隔を介して対向して設置された導電性材料からなるターゲット部材と、該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加する直流電源手段とを有し、
前記長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱電極手段のガイド部に搬送して溶融軟化させ、前記加熱電極手段と前記ターゲット部材との間に直流電圧を印加して、該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に発生した静電力により前記加熱電極手段によって溶融軟化させられた該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させることができるようにしたことを特徴とするガラス不織布の製造装置。
【請求項３】
前記長尺状ガラス素材がガラスロッドまたはガラス繊維であることを特徴とする請求項１又は２記載のガラス不織布の製造装置。
【請求項４】
前記ガラスロッドの直径が０．３ｍｍ〜２ｍｍであり、前記ガラス繊維の直径が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項３記載のガラス不織布の製造装置。
【請求項５】
前記ガラスフィラメントの直径が０．３μｍ〜５μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のガラス不織布の製造装置。
【請求項６】
前記直流電圧が５ｋＶ〜１００ｋＶであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のガラス不織布の製造装置。
【請求項７】
前記長尺状ガラス素材が石英ガラスであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のガラス不織布の製造装置。
【請求項８】
前記ターゲット部材がＸＹ方向に移動可能とされた基板又は回転可能とされた円筒部材であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載のガラス不織布の製造装置。
【請求項９】
請求項１記載の製造装置を用いるガラス不織布の製造方法であって、前記ガラス素材供給手段から長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給工程と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を前記搬送手段によって所定速度で搬送するガラス素材搬送工程と、搬送されてきた該長尺状ガラス素材を前記ガイド電極手段によって前記加熱手段に向かって送り出すガラス素材送り出し工程と、送り出されてきた該長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱手段によって溶融軟化させるとともに前記直流電源手段によって該ガイド電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加して静電力を生じさせこの静電力により該ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させてガラス不織布とするガラスフィラメント堆積工程と、を有することを特徴とするガラス不織布の製造方法。
【請求項１０】
請求項２記載の製造装置を用いるガラス不織布の製造方法であって、前記ガラス素材供給手段から長尺状ガラス素材を供給するガラス素材供給工程と、供給されてきた該長尺状ガラス素材を前記搬送手段によって所定速度で搬送するガラス素材搬送工程と、前記加熱電極手段のガイド部に搬送されてきた該長尺状ガラス素材の先端部を前記加熱電極手段によって溶融軟化させるとともに前記直流電源手段によって該加熱電極手段と該ターゲット部材との間に直流電圧を印加して静電力を生じさせこの静電力により該長尺状ガラス素材の先端部からガラスフィラメントを該ターゲット部材上に堆積させてガラス不織布とするガラスフィラメント堆積工程と、を有することを特徴とするガラス不織布の製造方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の製造方法により製造され、直径が０．３μｍ〜５μｍのガラスフィラメントが相互に絡み合った状態で５０μｍ〜１ｍｍの厚さに堆積形成されたことを特徴とするガラス不織布。
【請求項１２】
前記ガラスフィラメントが石英ガラスフィラメントであることを特徴とする請求項１１記載のガラス不織布。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−４０４２５（Ｐ２０１３−４０４２５Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７９０３５（Ｐ２０１１−１７９０３５）
【出願日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（０００１９０１３８）信越石英株式会社 (183)
【出願人】（０００００２０６０）信越化学工業株式会社 (3,361)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（０００１９０１３８）信越石英株式会社 (183)
【出願人】（０００００２０６０）信越化学工業株式会社 (3,361)
【Ｆターム（参考）】
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