CN110520558A

CN110520558A - 纤维引导器

Info

Publication number: CN110520558A
Application number: CN201880021566.9A
Authority: CN
Inventors: 饭田修一; 丰田谕史; 大田瑞穗; 竹之下英博
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2019-11-29
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: EP3604635A1; WO2018181148A1; CN110520558B; JP6789379B2; JPWO2018181148A1; EP3604635A4

Abstract

本发明的纤维引导器具有基体和在该基体上的至少一部分上与纤维接触的接线面。并且，该接线面由氧化铝陶瓷构成，且在氧化铝晶体彼此之间具有硅酸锆相。

Description

纤维引导器

技术领域

本发明涉及一种纤维引导器。

背景技术

在纤维的引导中，在纤维机械上安装并使用被称为辊式引导器、注油喷嘴、杆引导器、横动引导器以及摩擦盘的各种形状的纤维引导器。而且，要求与纤维接触的纤维引导器的表面(以下，记载为接线面)不易使纤维产生划伤、绽线等损伤。进而，也要求能够廉价地制造纤维引导器。

因此，作为构成纤维引导器的材料，较多使用廉价且耐磨损性优异的氧化铝陶瓷。

例如，在专利文献1中公开了维氏硬度HV为1900以上、由氧化铝形成的引导器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-213522号公报

发明内容

本发明的纤维引导器具备基体和在该基体上的至少一部分上与纤维接触的接线面。而且，该接线面由氧化铝陶瓷构成，且在氧化铝晶体彼此之间具有硅酸锆相。

附图说明

图1是表示本发明的纤维引导器的一例的辊式引导器的立体图。

图2是表示本发明的纤维引导器的一例的注油喷嘴的立体图。

图3是表示本发明的纤维引导器的一例的杆引导器的立体图。

图4是表示本发明的纤维引导器的一例的横动引导器的立体图。

图5是表示本发明的纤维引导器的一例的摩擦盘的立体图。

图6是图2所示的注油喷嘴的俯视图。

图7是表示本发明的纤维引导器的表面的一例的示意图。

图8是滑动试验装置的概要图。

具体实施方式

近年来，为了提高纤维的生产效率，纤维的进给速度极其高速化，达到1000～10000m/分钟。因此，要求即使纤维的进给速度高速化，给纤维带来损伤也很少的、接线面的摩擦系数低的纤维引导器。

本发明的纤维引导器由于接线面的摩擦系数低，因此在引导纤维时，能够减少对纤维产生损伤。以下，参照附图对本发明的纤维引导器进行详细说明。

首先，参照图1～图5对纤维引导器的代表性种类进行说明。首先，图1所示的辊式引导器10a是一边旋转一边在U字形沟槽部分引导纤维1的引导器。接着，图2所示的注油喷嘴10b是用于使油附着在纤维1上的引导器。接着，图3所示的杆引导器10c是用于将纤维1收束或分离的引导器。接着，图4所示的横动引导器10d是在圆筒状的封装的外周卷绕纤维1时用于引导的引导器。另外，图5所示的摩擦盘10e是在对纤维1进行捻搓时使用的引导器。

需要说明的是，图6是图2所示的注油喷嘴10b的俯视图(朝向图2中空心箭头进行观察的图)。需要说明的是，在以下的记载中，除了对特定的纤维引导器进行记载的情况以外，对纤维引导器标注“10”的附图标记进行说明。

如图6所示，本发明的纤维引导器10具备基体11、和在基体11上的至少一部分上与纤维1接触的接线面2。在此，接线面2是指在纤维引导器10中与纤维1接触的表面，但为了与基体11的辨别，将与纤维1接触的表面起到0.2mm的深度为止作为接线面2。需要说明的是，在图6中，为了辨别而将接线面2着色显示。而且，虽然在接线面2中仅能明确地区别纤维1的送入侧和送出侧，但接线面2由送入部3、中间部4以及送出部5构成。在此，具有由送入部3、中间部和送出部5构成的接线面2的纤维引导器是指，例如图2所示的注油喷嘴10b。这样的注油喷嘴10b的接线面2在纤维1的行进方向上具有一对的第一端6和第二端7。在此，第一端6是指在纤维1的送入侧纤维1与接线面2最初接触的部分，第二端7是指在纤维1的送出侧纤维1与接线面2接触到最后的部分。而且，送入部3是指在将接线面2的第一端6到第二端7作为全长时，从第一端6到相当于全长的1/5的部分。另一方面，送出部5是指从第二端7到相当于全长的1/5的部分。另外，在接线面2上，送入部3和送出部5之间的区域是中间部4。

另外，本发明的纤维引导器10中的接线面2由氧化铝陶瓷构成，如图7所示，在氧化铝晶体9彼此之间具有硅酸锆相8。

在此，氧化铝陶瓷是指，在构成氧化铝陶瓷的100质量％的全部成分中，氧化铝占80质量％以上的陶瓷。

接线面2的材质可以用以下的方法进行确认。首先，使用X射线衍射装置(XRD)测定接线面2，根据得到的2θ(2θ是衍射角度)的值，使用JCPDS卡片进行鉴定。接着，使用荧光X射线分析装置(XRF)进行接线面2的含有成分的定量分析。然后，通过上述XRD的鉴定来确认氧化铝的存在，如果由用上述XRF测定的铝(Al)的含量换算成氧化铝(Al₂O₃)的含量为80质量％以上，则为氧化铝质陶瓷。

硅酸锆相8与氧化铝晶体9相比，摩擦系数较低。本发明的纤维引导器10的硅酸锆相8位于氧化铝晶体9彼此之间，因此接线面2的摩擦系数较低。

在此，接线面2中硅酸锆相8的有无，可以用以下的方法进行确认。

首先，使用电子探针显微分析仪(EPMA)，进行作为存在于氧化铝晶体9彼此之间的相而被视觉辨认的位置处的元素测绘。如果通过元素测绘同时检测到锆、硅和氧，则判定本发明的纤维引导器10具有硅酸锆相8。需要说明的是，由于在硅酸锆相8的下方存在氧化铝层9，因此即使在氧化铝晶体9彼此之间不含氧化铝的情况下，也存在检测到铝的情况。

另外，图7是示意性地表示在扫描电子显微镜(SEM)等中观察接线面2的状态的图。在此，图7的色调关系是基于SEM图像(照片)的色调关系，硅酸锆相8呈现白色系的色调，氧化铝晶体9呈现黑色系的色调，因此，在目视中能够辨别硅酸锆相8和氧化铝晶体9。

另外，本发明的纤维引导器10的基体11和接线面2由一体的氧化铝陶瓷构成，同时，接线面2中的硅酸锆相8所占的面积比率，可以比基体11内部中的硅酸锆相8所占的面积比率大。在此，所谓基体11的内部是指从基体11的表面起深0.2mm以上的部分。需要说明的是，基体11的材质，只要用与确认上述接线面2的材质的方法相同的方法进行确认即可。

硅酸锆相8的导热率为3～8W/m·K左右。另一方面，氧化铝晶体9的导热率为15～40W/m·K左右。因此，如果满足上述构成，则硅酸锆相8所占的面积比率比基体11大的接线面2与基体11的内部相比，其导热率低，因此引导纤维1时在接线面2上产生的摩擦热向导热率更高侧、即基体11的内部扩散，接线面2的温度上升得以抑制。由此，本发明的纤维引导器10即使长时间引导纤维1，也不易在纤维1上产生划伤或绽线等损伤。换言之，能够维持接线面2的摩擦系数。

进而，本发明的纤维引导器10的接线面2中的硅酸锆相8所占的面积比率可以比基体11内部中的硅酸锆相8所占的面积比率大0.2面积％以上。并且，如果满足这样的构成，则即使长时间引导纤维1，本发明的纤维引导器10也更能维持接线面2的摩擦系数。

在此，接线面2中的硅酸锆相8所占的面积比率，例如，也可以是0.2面积％以上且1.8面积％以下。另一方面，基体11内部中的硅酸锆相8所占的面积比率例如为0.1面积％以下，也可以不存在硅酸锆相8，即为0面积％。

并且，接线面2和基体11的内部中的硅酸锆相8所占的面积比率，可以用以下的方法计算。首先，用SEM拍摄接线面2和基体11的内部的反射电子图像(BEI)照片(以下，简记为照片)。然后，如上所述，由于硅酸锆相8呈白色系的色调，因此使用该照片，应用图像分析软件“A像君”(注册商标，旭化成工程株式会社制，需要说明的是，以后记为图像分析软件“A像君”时，表示旭化成工程株式会社制的图像分析软件)的粒子分析这一方法进行图像分析，由此可以求出硅酸锆相8所占的面积比率。

在此，接线面2中的硅酸锆相8所占的面积比率设为对6张以上的以1000～3000倍的倍率拍摄的接线面2的不同部位的照片进行图像分析的平均值。需要说明的是，如果接触面2由送入部3、中间部4以及送出部5构成，则对送入部3、中间部4以及送出部5的各自不同位置的照片各2张进行图像分析，把其平均值作为接线面2中的硅酸锆相8所占的面积比率即可。

另一方面，基体11内部中的硅酸锆相8所占的面积比率设为对6张以上的以1000～3000倍的倍率拍摄的基体11内部不同部位的照片进行图像分析后的平均值。

需要说明的是，作为“A像君”的分析条件，例如，将晶体粒子的亮度设为“明”、将二值化的方法设为“手动”、将阴影设为″有″，以能够明确地区分硅酸锆相8和氧化铝晶体9的方式设定阈值即可。

另外，本发明的纤维引导器10，在接线面2上，送入部3中的硅酸锆相8所占的面积比率可以比中间部4中的硅酸锆相8所占的面积比率大。如果满足这样的构成，则能够减小纤维1最容易受到损伤的部位即送入部3处的摩擦阻力。在此，本发明的纤维引导器10的接线面2中，送入部3中的硅酸锆相8所占的面积比率可以是0.3面积％以上且2.5面积％以下。

需要说明的是，送入部3和中间部4中的硅酸锆相8所占的面积比率，与上述计算接线面2和基体11内部中的硅酸锆相所占的面积比率的方法相同，通过图像分析软件“A像君”的粒子分析进行计算即可。具体而言，送入部3中的硅酸锆相8所占的面积比率设为对2张以上的以1000～3000倍的倍率拍摄的送入部3的不同部位的照片进行图像分析后的平均值。另外，中间部4中的硅酸锆相8所占的面积比率设为对2张以上的以1000～3000倍的倍率拍摄的中间部4的不同部位的照片进行图像分析后的平均值。

另外，本发明的纤维引导器10在接线面2中的硅酸锆相8的当量圆直径的平均值可以是0.6μm以上且3.2μm以下。在此，当量圆直径是指置换成与硅酸锆相8的面积相等的圆时的圆的直径。而且，如果满足这样的构成，则硅酸锆相8难以从接线面2发生脱粒，因此更能维持接线面2的摩擦系数。

需要说明的是，氧化铝晶体9的当量圆直径的平均值为例如10μm以上且25μm以下。

在此，硅酸锆相8和氧化铝晶体9的各自的当量圆直径的平均值，能够用与上述的算出接线面2中的硅酸锆相所占的面积比率的方法同样的方法算出。

下面，用图8说明接线面2的摩擦系数的测定方法。图8所示的滑动试验装置具有辊R1、辊R2、纤维引导器10、辊R3以及辊R4，是能够按该顺序引导纤维1的装置。在此，在辊R2以及辊R3上连接有张力检测器(未图示)。

并且，使用该滑动试验装置引导纤维1，使用由辊R2的张力检测器检测出的张力T1的测定值和由辊R3的张力检测器检测出的张力T2的测定值，通过用阿蒙顿定律的公式{μ＝{ln{T2-T1}/θ}进行计算，能够求出摩擦系数{μ}。

需要说明的是，摩擦系数根据纤维1的种类、纤维1的形状、纤维1的移动速度、纤维1的张力、θ等试验条件而变化。因此，比较摩擦系数时，需要在相同的试验条件下进行。

接着，对本发明的纤维引导器10的制造方法的一例进行说明。在此，以纤维引导器10中的注油喷嘴10b为例进行说明。另外，以基体11和接线面2由一体的氧化铝陶瓷构成的情况为例进行说明。

首先，将氧化铝(Al₂O₃)粉末、烧结助剂以及溶剂与球一起放入磨机中，粉碎至规定的粒度，制作浆料。在此，为了得到在基体11的内部具有硅酸锆相8的纤维引导器10，在制作浆料时添加硅酸锆(ZrSiO₄)粉末即可。

接着，向得到的浆料中添加粘合剂后，使用喷雾干燥器进行喷雾干燥，由此制作颗粒。

接着，将该颗粒、热塑性树脂和蜡等投入捏合机中，在加热的同时进行混炼，得到坯土。然后，通过将得到的坯土投入到造粒机中，得到成为注射成型(注射成型)用的原料的粒料。接着，将得到的粒料投入到注射成型机(注射成型机)中进行注射成型，由此得到注油喷嘴形状的成形体。需要说明的是，为了得到注油喷嘴形状的成形体，基于一般的注射成型法，制作能得到注油喷嘴形状的成形模具，并将其设置在注射成型机中进行注射成型即可。

接着，在大气气氛中将最高温度设为1500℃以上且1600℃以下、将在该最高温度下的保持时间设为2小时以上且5小时以下对得到的成形体进行烧成，由此得到烧结体。需要说明的是，最高温度以及保持时间等烧成条件根据制品的形状和大小而变化，因此根据需要进行调整即可。

接着，将烧结体、研磨用介质和水放入湿式滚筒研磨机中，进行滚筒研磨。此时，通过事先将硅酸锆粉末混合于水中，在滚筒研磨中介质与烧结体发生碰撞时，硅酸锆粉末进入氧化铝晶体9彼此之间，并作为硅酸锆相8固定在烧结体的表面上。

滚筒研磨后，通过清洗、干燥烧结体，得到本发明的注油喷嘴10b。

另外，通过调整制作浆料时添加的硅酸锆粉末的量、在滚筒研磨中混合在水中的硅酸锆粉末的量、以及滚筒研磨的时间，能够将接线面2和基体11的内部中的硅酸锆相8所占的面积比率控制为任意的值。

另外，通过在滚筒研磨中调整混合在水中的硅酸锆粉末的量和滚筒研磨的时间，并且掩蔽接线面2的送入部3和中间部4的一部分而进行滚筒研磨，能够将在接线面2的送入部3和中间部4中的硅酸锆相8所占的面积比率控制为任意的值。

另外，为了使在接线面2上的硅酸锆相8的当量圆直径的平均值在0.6μm以上且3.2μm以下，只要调整所使用的硅酸锆粉末的平均粒径即可。

实施例1

制作了使接线面中的硅酸锆相的有无不同的注油喷嘴。然后，进行这些注油喷嘴的滑动试验，并进行接线面的摩擦系数的比较。

首先，准备氧化铝粉末、作为烧结助剂的氧化钛(TiO₂)粉末和碳酸镁(MgCO₃)粉末。然后，称量各粉末并混合，使得氧化铝粉末为98.4质量％、氧化钛粉末为1质量％、碳酸镁粉末以氧化镁(MgO)换算为0.6质量％。然后，将该混合物与作为溶剂的水和球一起置于磨机中进行粉碎，从而制备浆料。

接着，向该浆料中添加粘合剂后，使用喷雾干燥器，进行喷雾干燥，由此制作颗粒。

接着，向该颗粒中加入热塑性树脂和蜡，投入捏合机中，一边加热一边进行混炼，得到坯土。然后，将得到的坯土投入到造粒机中，得到成为注射成形用的原料的粒料。接着，将得到的粒料投入到注射成型机中进行注射成型，由此得到注油喷嘴形状的成形体。

接着，在大气气氛中将最高温度设为1550℃、将在该最高温度下的保持时间设为3小时对该成形体进行烧成，得到烧结体。

接着，将该烧结体、研磨用介质和水放入湿式滚筒研磨机中，进行2小时的滚筒研磨。此时，在滚筒研磨中，将平均粒径为3.5μm的硅酸锆粉末与水混合，使得其添加量相对于水和硅酸锆粉末的总量100质量％为0.015质量％。

然后，清洗烧结体并使其干燥，从而获得样品No.1。

另外，在上述制造方法中，使用未混合硅酸锆粉末的水进行滚筒研磨，得到试样No.2。

接着，在图8所示的滑动试验装置中设置各试样，进行滑动试验，由此求出各试样的摩擦系数。需要说明的是，测定条件如下。

纤维的类型：尼龙(75丹尼尔)

纤维的行进速度：1500m/分钟

θ：90°

纤维的张力：50gf

测量频率：10次(每1分钟)

摩擦系数：由检测出的张力求出各自的摩擦系数，将10次的平均值作为摩擦系数。

结果示于表1。

【表1】

由表1所示的结果可知，与试样No.2相比，试样No.1的摩擦系数低至0.36。由此可知，若在接线面中具有硅酸锆相，则能够降低接线面的摩擦系数。

实施例2

接着，制作接线面和基体的内部中的硅酸锆相所占的面积比率不同的注油喷嘴。然后，进行这些注油喷嘴的滑动试验，并进行接线面的摩擦系数的比较。

作为制作方法，除了在制作浆料时添加表2所示量的硅酸锆粉末并且在滚筒研磨中将与水混合的硅酸锆粉末的添加量设为表2所示的量以外，与实施例1的试样No.1的制作方法相同，试样No.5是与实施例1的试样No.1相同的试样。需要说明的是，向浆料中添加硅酸锆粉末时，将氧化铝粉末的添加量减少所添加的硅酸锆粉末的添加量。

接着，用以下的方法算出各试料的接线面和基体内部的硅酸锆相所占的面积比率。首先，使用SEM拍摄接线面和基体内部的反射电子图像照片。然后，由于硅酸锆相呈白色系的色调，因此使用该照片，应用图像分析软件“A像君”的粒子分析这一方法进行图像分析，由此求出硅酸锆相所占的面积比率。具体地说，在接线面中的硅酸锆相所占的面积比率设为对以2000倍的倍率拍摄的接线面的送入部、中间部以及送出部的各个不同部位的照片各2张进行图像分析的平均值。另一方面，基体内部硅酸锆相所占的面积比率设为对6张以2000倍的倍率拍摄的内部不同部位的照片进行图像分析的平均值。

另外，除了将摩擦系数的测定开始时刻设为从开始滑动试验起20分钟后以外，进行与实施例1同样的滑动试验，求出各试样的接线面的摩擦系数。结果示于表2。

【表2】

由表2所示的结果可知，与试样No.3相比，试样No.4～8的接线面的摩擦系数低至0.38以下。由此可知，只要接线面中的硅酸锆相所占的面积比率比基体内部中的硅酸锆相所占的面积比率大，就能够维持接线面的摩擦系数。

另外，在试样No.4～8中，试样No.5～8的接线面的摩擦系数低至0.36以下。由此可知，只要接线面中的硅酸锆相所占的面积比率比基体内部中的硅酸锆相所占的面积比率大0.2面积％以上，就更能维持接线面的摩擦系数。

实施例3

接着，制作接线面的送入部和中间部中的硅酸锆相所占的面积比率不同的注油喷嘴。然后，进行这些注油喷嘴的滑动试验，并进行接线面的摩擦系数的比较。

制作方法，除了在滚筒研磨中调整混合在水中的硅酸锆粉末的添加量，并且掩弊接线面的送入部和中间部的一部分，由此使硅酸锆相所占的面积比率成为表3所示的值以外，与实施例1的试料No.1的制作方法相同，试料No.9是与实施例1的试料No.1相同的试料。

接着，进行与实施例1同样的滑动试验，求出各试样的接线面的摩擦系数。结果示于表3。

【表3】

由表3所示的结果可知，与试样No.9、10相比，试样No.11～15的接线面的摩擦系数低至0.32以下。由此可知，通过使送入部中的硅酸锆相所占的面积比率比中间部中的硅酸锆相所占的面积比率大，能够进一步降低接线面的摩擦系数。

另外，在试样No.11～15中，试样No.12～14的接线面的摩擦系数低至0.29以下。由此可知，只要送入部中的硅酸锆相所占的面积比率为0.3面积％以上且2.5面积％以下，就能够进一步降低接线面的摩擦系数。

实施例4

接着，制作接线面中硅酸锆相的当量圆直径的平均值不同的注油喷嘴。然后，进行这些注油喷嘴的滑动试验，并进行接线面的摩擦系数的比较。

作为制作方法，除了在滚筒研磨中使用表4所示的平均粒径的硅酸锆粉末，并且设定为表4所示的滚筒时间以外，与实施例2的试样No.6的制作方法相同，试样No.20是与实施例2的试样No.6相同的试样。需要说明的是，在各试样中使滚筒时间变化，是为了使各试样的接线面中的硅酸锆相所占的面积比率为0.6面积％。

接着，用与算出实施例2的接线面中的硅酸锆相所占的面积比率的方法同样的方法算出各试料的接线面中的硅酸锆相的当量圆直径的平均值。

另外，进行与实施例2同样的滑动试验，求出各试样的接线面的摩擦系数。结果示于表4。

【表4】

由表4所示的结果可知，与试样No.16、20相比，试样No.17～19的接线面的摩擦系数低至0.29以下。由此可知，若接线面的硅酸锆相的当量圆直径的平均值为0.6μm以上且3.2μm以下，则更能维持接线面的摩擦系数。

附图标记说明

1：纤维

2：接线面

3：送入部

4：中间部

5：送出部

6：第一端

7：第二端

8：硅酸锆相

9：氧化铝晶体

10a：辊式引导器

10b：注油喷嘴

10c：杆引导器

10d：横动引导器

10e：摩擦盘

10：纤维引导器

11：基体

R1-R4：辊

Claims

1.一种纤维引导器，其具有基体和在该基体上的至少一部分上与纤维接触的接线面，

该接线面由氧化铝陶瓷构成，且在氧化铝晶体彼此之间具有硅酸锆相。

2.根据权利要求1所述的纤维引导器，其中，

所述基体和所述接线面由一体的氧化铝陶瓷构成，

所述接线面中的所述硅酸锆相所占的面积比率大于所述基体内部中的所述硅酸锆相所占的面积比率。

3.根据权利要求2所述的纤维引导器，其中，

所述接线面中的所述硅酸锆相所占的面积比率比所述基体内部中的所述硅酸锆相所占的面积比率大0.2面积％以上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维引导器，其中，

所述接线面由送入部、中间部以及送出部构成，所述送入部中的所述硅酸锆相所占的面积比率大于所述中间部中的所述硅酸锆相所占的面积比率。

5.根据权利要求4所述的纤维引导器，其中，

所述送入部中的所述硅酸锆相所占的面积比率为0.3面积％以上且2.5面积％以下。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的纤维引导器，其中，

所述接线面中的所述硅酸锆相的当量圆直径的平均值是0.6μm以上且3.2μm以下。