JP2003336121A - 紡糸口金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 口金本体とノズルピースの接合性が良好
で、かつ充分な強度を有し、樹脂を漏出させずに長期間
の高温高圧下での連続使用に耐える紡糸口金を提供す
る。 【解決手段】 上記課題は、口金本体と耐摩耗材料製の
ノズルピースよりなり、該口金本体には紡糸孔が形成さ
れ、該ノズルピースは該紡糸孔の先端に螺着されている
ことを特徴とする紡糸口金によって解決される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、合成繊維の紡糸に
使用される紡糸口金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】円板状の口金本体に多数の通孔からなる
ノズル部を穿孔した紡糸口金が合成繊維の紡糸に使用さ
れている。上記ノズル部の通孔は出口側が口径の小さい
紡出孔となっており、入口側は比較的口径の大きな導入
孔となっている。この口金の紡出孔から紡糸液である溶
融原液を紡出させることによって、所定の形状と太さを
有する合成繊維を得ることができる。

【０００３】従来の紡糸口金はステンレス鋼等の金属材
で一体に製作されているものが多かったが、この種の金
属材で作られた紡糸口金は、耐摩耗性が充分ではないの
で寿命が短かかった。しかも離型性が充分でないために
溶融原液の炭化物が付着し易く、紡糸口金表面の清掃を
頻繁に行う必要があった。これらを改良するため、口金
本体をセラミック等の耐摩耗性に富み離型性の良い材質
で製作することが検討されたが、微細な紡出孔を多数有
する口金を高精度で一体成形することができなかった。
即ち、ポリエステルやポリアミド等の融点の高い合成繊
維を紡出する場合には、高温かつ高圧がかかるために、
紡糸口金が高精度でないと液漏れ、繊度斑等の問題が発
生し、使用が困難であった。

【０００４】このような問題を解決するものとして、ノ
ズル部を口金本体とは別体のノズルピースとして耐摩耗
性に富み、かつ離型性の良いセラミック、サーメット
や、超硬合金等で製作し、これを別に製作した口金本体
に焼嵌め、ロウ付け等の固着方法で取り付けた紡糸口金
が提案されている（特開平４−２８０３号公報、特開平
４−２８０６号公報、特開平４−２４２０７号公報、実
開平４−４４３７８号公報、特開平４−２７２２０７号
公報、参照）。

【０００５】また、本発明者らもノズルピースと口金本
体が熱膨張係数のほぼ等しい材質からなっており、ノズ
ルピースと口金本体の間が焼結一体化接合されているも
のを開発した（特開平１０−１３０９４２号公報）。

【０００６】さらに、図８に示すように口金本体１と大
径部２６と小径部２５からなるノズルピース２を別体で
耐摩耗性に富み、かつ離形性の良いアルミナセラミック
で製作し、口金本体１に多数のノズルピース２を接着層
３によってガラスで溶着して組み立てる紡糸口金を開発
した（特開２００２−０８８５６０号公報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のノズルピースを
口金本体に焼き嵌め、ロウ付け等で固着された紡糸口金
は長期間にわたる使用中に接合部にクラックを生じ接合
強度を満足できなくなるという問題があった。

【０００８】また、特願２０００−２７１４５１号明細
書記載の紡糸口金は、接合穴が口金本体の強度を低下さ
せ、紡糸圧力によって口金の寿命が短くなることがあっ
た。

【０００９】本発明の目的は、口金本体とノズルピース
の接合性が良好で、かつ充分な強度を有し、樹脂を漏出
させずに長期間の高温高圧下での連続使用に耐える紡糸
口金を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するべく鋭意検討の結果、ノズルピースを紡糸孔
の先端に螺着させることを考え、それによって口金本体
に充分な強度を確保して紡出圧力に耐えさせることがで
き、また、ノズルピースの口金本体への接合性を良好に
して接合不良の問題も生じなくなることを見出した。

【００１１】本発明は、かかる知見に基づいてなされた
ものであり、口金本体と耐摩耗材料製のノズルピースよ
りなり、該口金本体には紡糸孔が形成され、該ノズルピ
ースは該紡糸孔の先端に螺着されていることを特徴とす
る紡糸口金に関するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】口金本体の形状は問わないが、通
常はディスク状であり、その大きさは直径が４０〜３０
０ｍｍ程度で厚さが１０〜３０ｍｍ程度である。口金本
体に形成される紡糸孔の数は１０〜１５０程度である。
紡糸孔の形状も限定されないが、通常は同形または先細
の円孔である。この口金本体の材質はセラミック、サー
メット、超硬合金等の耐摩耗材料や従来から使用されて
いるステンレス等の金属などが使用される。セラミック
の例としては、アルミナ、窒化珪素、ジルコニア、炭化
珪素等を挙げることができる。

【００１３】ノズルピースも外周にネジを有し、口金本
体の紡糸孔先端に螺着しうる形状であれば特に限定され
ない。典型的な形状は丸棒状で内側に口金本体の紡糸孔
を絞る円錐部とそれに連設された紡出孔を有している。
各ノズルピースの先端は装着後口金本体の底面と同一平
面を形成するようにされるのが原則であるが、底面より
突出あるいは凹陥していても差し支えない。各ノズルピ
ースの大きさは外径が２〜６ｍｍ程度、好ましくは２〜
４ｍｍ程度、長さが２〜６ｍｍ程度、好ましくは２〜４
ｍｍ程度である。この長さは、口金本体の厚さの１／１
５〜１／２程度、好ましくは１／４〜１／３程度が適当
である。ノズルピースの材質はセラミック、サーメッ
ト、超硬合金等の耐摩耗材料が好ましい。セラミックの
例としては、アルミナ、窒化珪素、ジルコニア、炭化珪
素等を挙げることができる。熱膨張係数の違いによる応
力ひずみを少なく抑えるために、口金本体と同質の材質
のものを用いることが好ましい。

【００１４】このノズルピースは、口金本体に螺合させ
る際の回転に使用する係合用の凹または凸形状を底面あ
るいはその近傍に設ける。これは底面を粗荒面にした
り、治具と係合させる突起あるいは凹穴を１個所以上、
好ましくは２〜６個所を底面の周縁部近傍に設けたり、
底面の周縁部近傍をギザギザ状にしたり、平形ドライバ
ーで回転しうるよう溝を設けたりすればよい。

【００１５】ノズルピースを口金本体に固着させるネジ
部は特段の目的がなければノズルピース外周面の略全面
に設ける。このネジはノズルピースの位置出しと固定の
機能を発揮するもので、ネジ山の高さは０．２〜０．６
ｍｍ程度、好ましくは０．２〜０．４ｍｍ程度、ピッチ
は０．２５〜１．０ｍｍ程度、好ましくは０．５〜０．
７ｍｍ程度が適当である。ネジは通常のもののほか、バ
ヨネット構造のものであってもよい。

【００１６】螺合させる際にノズルピースの前進を抑止
して位置決めするガイド部を設けることは好ましく、そ
れによって紡糸孔１２と紡出孔２１のセンターを出しや
すくすることができる。このガイド部の例を図７に示
す。図７(イ)はノズルピース２の径を紡糸孔１２径より
大きくして、その扁部（段部）をガイド部１４にした例
であり、図７(ロ)はノズルピース２の下縁をテーパ状に
拡径してこれをガイド部１４にした例である。また、図
７(ハ)は図７(イ)において段部をテーパ面に変えてこれ
をガイド部１４にした例である。

【００１７】この口金本体は粉末冶金で通常用いられる
方法、例えば乾式プレス成形法、泥漿鋳込み法、ラバー
プレス法（ＣＩＰ法）等で成形できる。ステンレス等の
場合には機械加工によって作製することができる。ま
た、ノズルピースは粉末射出成形法で成形するか、口金
本体と同様の方法でブランクを作り、二次加工によりネ
ジを加工する。ノズルピースを粉末射出成形法で成形す
れば紡出孔と円錐部およびネジ部を同時に形成できるの
で好ましい。また、射出成形では、紡出孔形状を円以外
の形状でも容易に作製できるメリットがある。

【００１８】本発明の紡糸口金は、まずノズルピースと
口金本体をそれぞれ本焼結する。ステンレス等の金属で
作られる口金本体は機械加工する。次いで、この両者を
ガラス、耐熱接着剤、ロウ付け等で接合して形成する。
他の方法として、ノズルピースと口金本体を焼き嵌めし
て接合することも可能である。特に、ノズルピースと口
金本体がいずれもアルミナ製の場合には、両者の接合に
ガラスを使用することが好ましい。

【００１９】このノズルピースを口金本体に接合するガ
ラスは熱膨張係数が５２〜８０×１０^-7／℃程度、好ま
しくはノズルピースや口金本体の熱膨張係数より５〜１
５％程度小さいものが適当である。また、ガラス粒子の
平均粒径が５０μｍ以下、好ましくは５〜５０μｍ程
度、特に１０μｍ程度のものがよい。

【００２０】ガラスは水、アルコール等の溶剤に懸濁し
てノズルピースあるいは口金本体のノズルピース螺着面
に塗布すればよい。

【００２１】口金本体にノズルピースをガラス粉末層を
介して螺合した後はガラスの軟化点以上、特にガラスの
軟化点＋２００℃程度の温度で接着焼成を行う。焼成時
間は１５〜６０分程度でよい。

【００２２】口金本体にノズルピースを接合後は、常法
に従い、紡出孔側の面の研磨および鏡面仕上をして使用
に供する。

【００２３】

【実施例】本発明の一実施例である紡糸口金の要部拡大
断面図を図１、ノズルピースの縦断面図を図２(イ)、そ
れと直角方向から見た側面図を図２(ロ)、底面図を図
３、紡糸口金全体の平面図を図４、そして、その縦断面
図を図５に示す。

【００２４】口金本体１は直径が６４ｍｍ、厚さが１５
ｍｍの円盤状をしており、その下端周縁の厚さ３ｍｍが
４．２５ｍｍの幅で直角に削取されて段部１３を形成
し、５５．５ｍｍの直径に縮径されている。

【００２５】この口金本体１には、図４に示すように、
紡糸孔１２が３６個所に三重円状に、内円に６個所、中
間円に１２個所、外円に１８個所、それぞれ穿設され、
それぞれにノズルピース２を装着しうるようになってい
る。

【００２６】各紡糸孔１２は内径２ｍｍの直円孔で、紡
糸液導入側である上面の口縁は斜めに削取されてテーパ
面になっている。また、下面から３．５ｍｍにはノズル
ピース２を螺着させるＭ３のネジ部１１が形成されてい
る。

【００２７】各ノズルピース２は、図２、図３に示すよ
うに、溝付止めネジの形状をしており、全長４．２ｍ
ｍ、直径３ｍｍである。このネジ部２３はＭ３であり、
ネジ山の高さ０．２７ｍｍ、ピッチ０．５ｍｍである。
ノズルピース２の内側の上部には口金本体１の紡糸孔１
２を絞る円錐部２２が下部にはそれに連設された紡出孔
２１が形成されている。また、底部にはノズルピース２
を口金本体１に螺着させる際にネジまわし等の治具を係
合させる溝２４が形成されている。ノズルピース２を口
金本体１に装着した際にはこの溝２４の部分は口金本体
１の底面から下方に突出しているが、その後の仕上研磨
で完全に除去される。除去後のノズルピースの全長は
３．５ｍｍである。

【００２８】各ノズルピース２と口金本体１の間の螺合
部はガラスで接合されている。

【００２９】この紡糸口金の製造は次のように行う。ま
ず、各ノズルピース２を成形し、脱脂、本焼成して製造
しておく。ノズルピースの紡出孔２１は本焼成後多数個
を同時加工し高精度に仕上げておく。一方、口金本体の
外径を作成後、これに紡糸孔１２をあけてから本焼成を
行う。本焼成後５５．５ｍｍの直径に縮径された側の紡
糸孔にノズルピース２を装着するネジを加工する。各ノ
ズルピース２の外周のネジ部にガラスを塗布して各ネジ
部１１にねじ込み、加熱して溶着させることにより紡糸
口金が完成する。

【００３０】別の紡糸口金の要部拡大断面図を図６に示
す。この紡糸口金は紡糸孔１２をノズルピース２結合端
から紡糸液導入側に向かって拡径し、ゆるやかなテーパ
面とした他は図１〜５の紡糸口金と同じである。

【００３１】［実施例１］図１に示す紡糸口金をアルミ
ナ系セラミックス材料を用いて製作した。セラミック組
成は純度９９．５％、平均粒径０．６μｍのＡｌ₂Ｏ₃の
購入原料粉末１００重量部に、１〜５重量部の成形用有
機バインダー（ＰＶＡ、ポリエチレングリコール等）を
加え混合後、噴霧乾燥した顆粒を１５０ＭＰａでプレス
成形を行い、直径８５ｍｍ、高さ２２ｍｍの口金本体の
成形体を得た。成形体は、本焼結後の紡糸孔内径が２ｍ
ｍになるように収縮を計算して加工後大気焼成炉で１６
００℃，３時間の焼成を行い、口金本体の焼結体を得
た。ノズルピースは、口金本体と同様の組成の原料粉を
用い、射出成形後同様にして焼結した。この焼結体は外
径３ｍｍでＭ３のネジを有し、かつ全長４．５ｍｍでほ
ぼ真密度に達していた。

【００３２】得られた口金本体の厚み精度を±０．０２
と平行度を０．０１ｍｍ以下に加工した後、紡糸孔下部
にノズルピース装着ネジＭ３を深さ±０．０１の精度で
研削加工を行った。

【００３３】ノズルピースの紡出孔２１は本焼成後多数
個を同時加工し、紡出孔の精度は、所定の穴径に対し±
０．００２および長さ±０．０２に仕上げた。

【００３４】得られたノズルピースのネジ部２３に軟化
点６００℃のガラスを塗布して口金本体のネジ部１１に
装着し、大気炉で８００℃，１時間の接着焼成を行っ
た。

【００３５】接着焼成後、接合強度をノズルピースの口
金本体からの抜き力で各ノズルピースに９８０Ｎの力を
加えたが、ノズルピースおよび口金本体は破壊しなかっ
た。紡糸時にノズルピースＭ３にかかる力は約２００〜
３５０Ｎのため接合強度は満足した。また、接合部分の
シール性をレッドチェック試験で評価したところ漏れは
発見できず、良好な接合を示した。

【００３６】得られた紡糸口金ブランクは外径、ノズル
ピースと口金本体の紡糸孔側の面をダイヤモンド砥石で
研削し所定の仕上げ寸法とし鏡面仕上げを行った。これ
をスピンヘッドに取り付け３０ＭＰａで５０時間の溶融
紡糸を行ったところ、接合面からのポリマーの漏れは発
生せず、良好なシール性、紡糸性を示した。また、口金
は破壊しなかった。

【００３７】［実施例２］図１〜５に示す紡糸口金のノ
ズルピースは窒化珪素系セラミックス材料を使用し、口
金本体はステンレス合金を用いて製作した。

【００３８】口金本体はステンレス鋼を使用し、所定の
寸法に機械加工した。寸法精度は厚み±０．０２と平行
度を０．０１ｍｍとした。また、５５．５ｍｍの直径に
縮径されている側の紡出孔にノズルピース装着ネジＭ３
を深さ±０．０１の精度で機械加工を行った。

【００３９】ノズルピースは窒化珪素系セラミックスを
用いて製作し、その組成は平均粒径０．５μｍのＳｉ₃
Ｎ₄の購入原料粉末１００重量部に、５重量部のＡｌ₂Ｏ
₃と５重量部のＹ₂Ｏ₃および１５〜２０重量部の成形用
有機バインダーを加え混合後、射出成形し窒素ガス雰囲
気中で１７１０℃，２．５時間の焼成を行い、焼結体を
得た。この焼結体は外径３ｍｍでＭ３のネジがあり、高
さ４．５ｍｍでほぼ真密度に達していた。

【００４０】ノズルピースの紡出孔２１は本焼成後多数
個を同時加工し、紡糸穴の精度は、所定の穴径に対し±
０．００２および長さ±０．０２に仕上げた。

【００４１】得られたノズルピースのネジ部に市販の活
性銀ロウ材を塗布し、口金本体のネジ部に装着しアルゴ
ン雰囲気炉で８５０℃，１０分のロウ付け焼成を行っ
た。

【００４２】ロウ付け焼成後、接合強度をノズルピース
の口金本体からの抜き力が各ノズルピースに１００ｋｇ
ｆの力を加えたが、ノズルピースおよび口金本体の破壊
または変形はなかった。紡糸時にノズルピースＭ３にか
かる力は約２００〜３５０Ｎのため接合強度は満足し
た。また、接合部分のシール性をレッドチェック試験で
評価したところ漏れは発見できず、良好な接合を示し
た。

【００４３】得られた紡糸口金ブランクは外径、ノズル
ピースと口金本体の紡糸孔側の面をダイヤモンド砥石で
研削し所定の仕上げ寸法とし鏡面仕上げを行った。これ
をスピンヘッドに取り付け３０ＭＰａで５０時間の溶融
紡糸を行ったところ、接合面からのポリマーの漏れは発
生せず、良好なシール性、紡糸性を示した。また、口金
は破壊しなかった。

【００４４】

【発明の効果】本発明の紡糸口金は安価に製造でき、長
期間の連続使用に耐えられる。また、硬度が高いためワ
イピングによる傷が付かずワイピングを容易に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例である紡糸口金の要部断面
図である。

【図２】 上記紡糸口金の製作に使用したノズルピース
の側面図である。

【図３】 同上ノズルピースの底面図である。

【図４】 上記紡糸口金の平面図である。

【図５】 同上側面図である。

【図６】 本発明の別の実施例である紡糸口金の要部断
面図である。

【図７】 ノズルピースを位置決めする各種のガイド部
の例を示す図である。

【図８】 従来の紡糸口金の要部断面図である。

【符号の説明】 １…口金本体 １１…ネジ部 １２…紡糸孔 １３…段部 １４…ガイド部 ２…ノズルピース ２１…紡出孔 ２２…円錐部 ２３…ネジ部 ２４…溝 ２５…小径部 ２６…大径部 ３…接着層

フロントページの続き (72)発明者 中村 正 東京都西東京市田無町六丁目１番12号 シ チズン時計株式会社内 (72)発明者 清水 一昭 東京都大田区東馬込１丁目30番４号 長野 計器株式会社内 (72)発明者 山浦 秀樹 東京都大田区東馬込１丁目30番４号 長野 計器株式会社内 Ｆターム(参考） 4L045 AA05 CB05 CB08 CB23 CB28

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 口金本体と耐摩耗材料製のノズルピース
   よりなり、該口金本体には紡糸孔が形成され、該ノズル
   ピースは該紡糸孔の先端に螺着されていることを特徴と
   する紡糸口金
2. 【請求項２】 口金本体とノズルピースがセラミックス
   製である請求項１記載の紡糸口金
3. 【請求項３】 セラミックスがいずれもアルミナである
   請求項２記載の紡糸口金
4. 【請求項４】 ノズルピースと口金本体の間がガラスを
   結合材として接合されている請求項１、２または３記載
   の紡糸口金