JP2008088595A - 製糸ローラ - Google Patents

Abstract

【課題】高速で回転する製糸ローラ上のメッキやコーティングが磨耗して再施工する回数が増しても、モータシャフトとローラとの間の嵌合面が損傷することを極力抑制でき、したがって、発生する振動自体を抑制でき、ローラ装置を組立後に行う動バランス調整が容易であり、かつ、耐用年数が長くなった製糸ローラを提供する。
【解決手段】製糸時において、モータシャフトと嵌合する製糸ローラの嵌めあい面１４とは別に、各種メッキ、セラミックなどのコーティングを施工する際に使用する治具の案内面１５を設けたことを特徴とする製糸ローラ１とする。
【選択図】図１

Description

本発明は産業用合成繊維を引き取ったり、延伸したりするための製糸ローラとその製造方法に関し、特に、高速で走行する糸条を熱延伸するための製糸ローラに関する。

近年、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、全芳香族ポリアミド繊維などの合成繊維の製造工程、特に、タイヤコード、シートベルト、エアバック等の産業資材用繊維の製造工程において、例えば紡糸した糸条を一旦巻き取ることなく、直接延伸する直接紡糸延伸方法などが盛んに行われている。

このような製糸工程においては、一方では製糸速度が２０００ｍ／分以上と高速化するとともに、他方では高強力、高タフネスおよび高耐久性などの高品質の糸条を製造するための過酷な延伸熱処理が要求される。このため、過酷でかつ高速な延伸熱処理によって単繊維切れ（以下、“毛羽”という）が発生しやすい状況にある。

このような毛羽が発生すると、生産工程調子の悪化を招くばかりでなく、産業資材用繊維としての品質面においても問題となる。また、このような毛羽を有する糸条がタイヤコード、シートベルト、エアバック等の最終製品に仕上げるための高次加工工程に供されると、その取扱性にしばしば問題が生じる。

この毛羽の発生は、製糸ローラの表面仕上げ状態に左右されるため、従来、ローラの接糸面を極めて平滑に仕上げることができる硬質クロムメッキ法によって、ローラ上に硬質皮膜を形成することが行われている。しかしながら、産業用合成繊維を直接紡糸延伸するために用いる製糸ローラなどでは、長期間に渡る使用で、ローラ上を走行する糸条によって磨滅したりして、経時的に磨耗が進行する事態を惹起する。しかも、このような製糸工程は、例えば、１５０〜２５０℃といった高温度に加熱されている上に、更に糸条を延伸するために高張力で引っ張るといった条件も付加されると、ローラの磨耗がより促進され、耐久性の点で問題があった。

そこで、このような製糸ローラの経時的な磨耗の進行を抑制するために、ローラ上に更に高硬度かつ母材との結合力が強い皮膜を均一な厚さで形成させる技術が必要とされるようになり、ローラ上に各種セラミックの溶射皮膜を形成させることが行われるようになった。しかしながら、溶射皮膜を形成する方法では、形成した皮膜を均一な厚さにするために、どうしても研削加工が必要となる。

ところが、研削加工を製糸ローラに施すと、糸条が接触する皮膜の表面は、微細かつ鋭利な突起が無数に形成されてしまうため、研削加工の後に所定の表面粗さになるようにローラ表面を研磨加工することが要求される。しかしながら、このような研磨加工を行っても、研削加工を一旦行ってしまうと、生じた微細かつ鋭利な突起を完全には除去できず、どうしても走行する糸にダメージを与えてしまい、毛羽の原因となる単繊維切れを起こしてしまうという問題が生じていた。

そこで、研削加工を要しない高硬度を有し、かつ母材と剥離し難い皮膜の形成方法が必要となったのであるが、このような技術として、特開昭５９−９１７１号公報，特開昭６１−５２３７４号公報，特開昭６３−１２６６８２号公報，特開昭６３−３１７６８０号公報などにおいて、ステンレス鋼製基材に、ＣｒＯ３を化学変化させて微細なＣｒ２Ｏ３からなる硬質皮膜を形成する技術が提案されている。

なるほど、このような従来技術によってローラ上に形成された皮膜は研削加工することなく、皮膜形成後の研磨加工だけで表面粗さを所望の値に調整することができ、しかも、高硬度を有する皮膜を形成することができる。しかしながら、それでも長期間に渡って製糸に供すると、製糸ローラ上に形成した複合セラミックス皮膜を更新する必要が生じると共に、走行糸条に許容できない頻度の毛羽が発生する。

このように、前述の硬質クロムメッキや各種セラミックコーティングを施したローラであっても、長期間にわたって使用すると、ローラの表面が摩耗する。そうすると、走行糸条にダメージを与えるようになるため、一定の使用期間が過ぎたり、あるいは、磨耗がある程度進行したのを表面検査などによって確認したりすることによって、メッキやコーティングを製糸ローラ上に再施工することによって繰り返し使用している。

ところが、産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸する製造装置に用いるゴデットローラなどの製糸ローラは、ローラ自体の重量だけでも、例えば１５〜３０ｋｇとなる。また、ローラの長さも多錘糸条をローラ上で処理する必要があったり、加熱処理などにおける糸とローラの接触時間を長くとる必要があったりするため、必然的に長くなる傾向にある。しかも、このようなローラは、ローラへの糸掛けなどの作業性を向上させるために片持ち支持構造を採用している。

このような理由から、高速で回転するゴデットローラには、発生する振動の振幅や振動周波数などに程度の差はあるが、必然的に振動が発生する。ただし、このとき発生する振動が製糸に影響を及ぼさない範囲に止まっている限り大きな影響はないが、前述の様々な要因によって、発生する振動が徐々に大きくなって製糸に影響するレベルに達することがある。もし、このような振動が発生すると、その振動がローラ装置全体に伝播して、運転障害を惹起する共振をも発生させる。

そこで、このゴデットローラとモータシャフトとの嵌めあい面をしまりバメにして、振動が発生するのを防止している。ところが、前述のようにローラの接糸面にメッキやコーティングなどの再施工を繰返し行う際においても、治具との案内面として、このしまりバメ部が治具との嵌合面として使用される。

しかしながら、モータシャフトとの脱着、メッキやコーティングの施工に用いる冶具との脱着を繰り返すと、この嵌め合い面が傷付き、減肉化するために、製糸ローラとして用いるモータシャフトとの間に決められたしまりバメの許容寸法公差から外れて、再使用できなくなってしまうという問題が惹起する。

特開昭５９−９１７１号公報 特開昭６１−５２３７４号公報 特開昭６３−１２６６８２号公報 特開昭６３−３１７６８０号公報

以上に述べた従来技術が有する問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題（目的）は、高速で回転する製糸ローラ上のメッキやコーティングが磨耗して再施工する回数が増しても、モータシャフトとローラとの間の嵌合面が損傷することを極力抑制でき、したがって、発生する振動自体を抑制でき、ローラ装置を組立後に行う動バランス調整が容易であり、かつ、耐用年数が長くなった製糸ローラを提供することにある。

本発明は、産業用合成繊維を製糸する際に使用する製糸ローラに対して、その耐摩耗性を十分に保ちながら、毛羽の発生を抑制でき、しかも、耐用年数が長い製糸ローラについて鋭意検討した。その結果、ゴデットローラなどの製糸ローラ上に施工された硬質クロムメッキやセラミックコーティングが磨耗した場合に、これらの処理を再度行う際に、製糸時に製糸ローラと嵌合させるモータシャフトとの間の嵌めあい面が損傷されていることを知見した。そして、この知見に基づき、メッキやコーティングの際に前記嵌めあい面を損傷させることのない製糸ローラを着想するに及んで、本発明を完成した。

ここに、本発明に係る下記の(1)〜(4)に記載の製糸ローラが提供される。
(1) モータシャフトと嵌合する製糸ローラの嵌めあい面とは別に、各種メッキ、セラミックなどのコーティングを施工する際に使用する治具の案内面を設けたことを特徴とする製糸ローラ。
(2) 前記ローラが産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸するための熱延伸ローラである、(1)に記載の製糸ローラ。
(3) 各種メッキ、セラミックコーティングを、定期的に再施工し、繰り返し使用する(1)又は(2)に記載の製糸ローラ。
(4) 前記製糸ローラの前記モータシャフトとの間の嵌めあい面がしまりバメであることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の製糸ローラ。

本発明に係る製糸ローラでは、製糸時において、モータシャフトと嵌合させる嵌めあい面を、接糸面にメッキやコーティングを施す際に使用する治具との嵌めあい面として共用せず、字具との嵌めあい面は、モータシャフトとの嵌めあい面とは別に製糸ローラに設けてある。

したがって、メッキやコーティングを施工する際に、製糸ローラのモータシャフトの嵌めあい面を損傷させることがないため、従来よりも格段にその耐用年数が長くなるというきわめて顕著な効果を奏する。

以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。
図１は、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミドなどの合成繊維を引き取ったり、延伸したりするためのローラ装置の一実施例を模式的に例示した正面断面図である。この図１において、符号１はゴデットローラなどの製糸ローラ(以下、単に「ローラ」と言うこともある)、符号２は駆動装置（以下、モータユニットという）、符号３はモータユニット２のスピンドル軸、符号４は組立架台、そして、符号Ｃは軸心（図中に一点鎖線で示した）をそれぞれ示す。

この図１において、前記ローラ１は、製糸する際にローラを高速で回転させるためのモータユニット２のシャフトに嵌合する嵌合穴１３が穿設されたボス部１１が設けられている。ただし、本発明のローラを高速で駆動するために使用する前記モータユニット２は，本発明の要旨を満足する限り特に限定する必要は無いが、例えば、インバータ制御によって回転速度を容易かつ精確に制御できる同期電動機を使用することが好ましい。

ここで、前記ローラ１のボス部１１には、従来のローラのようにテーパ状ではないストレートの貫通穴１３が穿設されている。また、この貫通穴１３に嵌合するスピンドル軸３の嵌合部３１も従来のようなテーパ状の先細り形状ではなく、ストレート形状に仕上げられている。さらに、スピンドル軸３の嵌合部３１の軸径は嵌合穴１３の穴径よりも少し大きくされており、「しまりバメ」によって互いに嵌合するようにすることが振動の発生を抑制する上で好ましい。

本発明においては、ボス部１１に設けられた前記嵌合穴１３には、前記モータユニット２のスピンドル軸３(「モータシャフト３」とも言う)が嵌合する嵌めあい面１４の他に、ローラ１の接糸部１２にメッキやコーティングを施すために使用する治具(図示せず)と嵌合する嵌めあい面１５が設けられている。なお、前記スピンドル軸３と嵌合する嵌めあい面１４の穴径は、前記治具(図示せず)と嵌合する嵌めあい面１５の穴径より、大きくされている。このようにすることによって、メッキやコーティング処理を行うために使用する治具(図示せず)は、嵌めあい面１４と干渉することなく、嵌めあい面１５と嵌合することができる。

このように、本発明のローラ１では、メッキやコーティングを施工する際に、別に設けた「メッキやコーティングを行うための治具が嵌合する嵌めあい面１５」を「モータシャフト３と嵌合する嵌めあい面１４」と別に設ける。したがって、本発明のローラ１によれば、メッキやコーティングを施工する際の研磨は、治具を装着する部分の嵌めあい面１５に対して、メッキやコーティングの施工前に１回だけすればよいことになる。

以上に説明したように、本発明に係るローラ１を採用すれば、メッキやコーティングを施工する際に、従来、施工前に治具と嵌合させるために１回の研磨を行い、施工後において、モータスピンドルと嵌合させるために、更に一回の研磨を行わなければならなかった。つまり、従来のローラでは、研磨を２回実施しなければならなかった。

その原因は、言うまでもなく、従来のローラでは、スピンドル軸３と治具とに対して、共用しているために、嵌めあい面１４がただ一つだけしか設けられていなかったからである。つまり、従来のローラでは、共用の嵌めあい面１４の研磨は、メッキやコーティング処理における治具装着時とモータスピンドル３の装着時において、それぞれ１回づつ、合計２回の研磨が必要であったことにある。

そうすると、ローラを繰返し使用するために、研磨面である嵌めあい面１４が極力減肉しないように研磨時に細心の注意を払らわなければならなかった。しかしながら、それでも、このような研磨を行うと、０．５〜１μｍの減肉となっていた。それにもかかわらず、モータシャフト３との嵌めあい(しまりバメ)を好適に実施するためには、製糸ローラ１がモータシャフト３と嵌合する嵌めあい面１４の内径寸法の公差を、例えば１０μ程度は確保する必要がある。

このような理由から、メッキやコーティングを繰り返してローラ１を再利用することは、従来のローラでは、せいぜい５回程度が限界であった。しかしながら、本発明により、１０回以上の再使用が可能となり、これにともなって、ローラ１の耐用年数も２倍以上に大幅に延びることとなった。

これに対して、本発明に係るローラ１では、メッキあるいはコーティングの施工時において、治具を嵌合させる嵌めあい面１５に対しては１回の研磨を行い、モータスピンドル３を装着する時に、これと嵌合する別の嵌めあい面１４に対して１回の研磨を行えばよい。すなわち、本願発明のローラ１においては、１回づつの研磨でよいことになる。

以下、最後になったが、本発明に使用する前記モータユニット２が備えるスピンドル軸３の好ましい具体例について説明する。

本発明に使用する前記スピンドル軸３としては、例えば、そのスピンドル軸３の材質としてクロムモリブデン鋼を使用し、その表面には硬質クロムメッキを施す。また、嵌合部３１の軸径は、きわめて具体的に数値で表現するならば、例えばφ５５．０１０ｍｍとし、そして、嵌合部の長さを２００ｍｍとする。また、このスピンドル軸３に嵌合するローラ１側の材質をクロムモリブデン鋼とし、その接糸部１２の直径をφ２５０ｍｍ、接糸長を５００ｍｍとする。また、嵌合穴１４の穴径をφ５５．０００ｍｍとし、嵌合長を２００ｍｍとする。このように、寸法設定をすることによって、ローラ１とスピンドル軸３とを「しまりバメ」によって嵌合することができる。

ただし、ローラ１の嵌合穴１３にスピンドル軸３を圧入する時に、嵌合穴１３を熱膨張させるためにローラ１を加熱し、加熱後または加熱中に、スピンドル軸３を嵌合穴１３へ圧入することが好ましい。何故ならば、このようにすれば、圧入力をより低減することができ、これによって、圧入時にローラ１あるいはスピンドル軸３のどちらか一方または双方に大きな歪みが生じるのを防止でき、圧入時の歪に起因する振動が運転時に発生を防止できるからである。

以上に述べたように、本発明に係るローラ装置では、従来のテーパ形状に加工した嵌合穴と嵌合軸を互いに嵌合させた後、これらをボルトなどによって固定する必要がなく、単に、ローラ１とスピンドル軸３とを「しまりバメ」によって圧入固定している。しかも、従来装置のように、ローラ１とスピンドル軸２とを結合するためのボルトなどの結合部材も必須とはならない。

以上に説明したように、本発明に係るローラ装置では、従来装置のように、嵌合穴部と嵌合軸部とをテーパ形状に精度よく加工する必要がなく、直円筒状のストレートな穴あるいは軸に加工すればよい。このため、テーパ加工のような特殊な加工を必要とせず、加工そのものが単純かつ容易となる。その上、穴径や軸径の加工精度や嵌合面の表面仕上げ精度も格段に向上できる。

しかも、モータユニット２からの回転力を伝動するスピンドル軸３に嵌合したローラ１が空回りしないようにボルトなどで締結して回り止めを行う必要がない。したがって、動バランス調整が極めて容易である。また、ローラ１とスピンドル軸３とが「しまりバメ」によって強固に結合される。このことから、固定の強度および剛性が高まり、ローラ装置全体としての固有振動数も上昇する。したがって、より高速回転が可能なローラ装置とすることができる。

このように、本発明に係るローラ装置では、「しまりバメ」による嵌合方法を採用することを一大特徴としている。このため、既に述べたようにローラ装置の組立時に、ローラ１とスピンドル軸３との間の軸心が狂うと、嵌合面に深い傷を及ぼすおそれがある。

しかしながら、この問題は、あくまでも、組立時における芯合わせの問題である。したがって、ローラ１とスピンドル軸３との間の軸心を合わせるための治具を予め製作しておけばよい。このように、一般に慣用されている方法である治具を使用すれば、軸心ずれに起因する問題は用意に解消できる。

逆に、ローラ１とスピンドル軸３の間の軸心を治具によって合わせて軸心が狂わないようにローラ装置を組み立てれば、誰が組立作業を行っても、嵌合面に深い傷を与えるなどのトラブルも無く、自動的にローラ装置を良好に組み立てられる。以下、この組立方法について、図１を参照しながら説明する。

本発明に係るローラ装置を組み立てるには、先ず、モータユニット２を組立架台４上に固定する。このモータユニット２の固定は、モータユニット２を製糸工程で使用する際に引取装置や延伸装置に取り付ける場合と同様に組立架台４に取り付ければよい。なお、圧入手段として油圧プレス装置（図示せず）を使用する場合を例に採って説明するならば，この油圧プレス装置の上下に形成される二つの定盤の一方側（下側定盤）が形成する水平面に対して、スピンドル軸３の軸心方向が鉛直となるように精確に垂直度を調整して取り付ける。

このようにして、モータユニット２を組立架台４に固定した後、治具（図示せず）によって、スピンドル軸３の軸中心とローラ１の軸中心が一致するように同一軸心Ｃ上にローラ１の軸心がくるように位置決め調整する。なお、このとき前記治具は、油圧プレス装置の他方の定盤（上側定盤）上に取り付けられ、図１中に一点鎖線で示した軸心線に沿って、ローラ１の中心線が図示した軸心Ｃ上にくるように調整する役割を果す。

ここで、本発明に使用する治具としては、ローラ１とスピンドル軸３の軸心を精確に一点鎖線で示した軸心Ｃと一致させることができ、かつ、ローラ装置の組立に寄与するものであれば、その形状や構造について、特に限定する必要は無い。なお、このような軸心合わせに慣用される治具（あるいは、センター合わせ器具）は、当業者であれば容易に設計することができる程度のものであるので、ここではその説明を省略する。

以上に述べたようにして、ローラ１とスピンドル軸３の軸心を精確に位置決めして、油圧プレス装置の二つの前記定盤間に設置し、油圧プレス装置を作動させて、例えば図１の白抜き矢印の方向へ上側定盤を圧入する位置まで移動させる。そうすれば、誰であっても、ローラ１を「しまりバメ」の状態でスピンドル軸３へ圧入することができ、ローラ装置を容易に組み立てることができる。このようにして、この圧入時に嵌合穴と嵌合軸の軸心が重なるように精確に位置決めされているから、圧入によっても嵌合面には深い傷が生じない。

本発明に係るローラ装置とその組立方法の一実施形態を模式的に例示した正面断面図である。

符号の説明

１ ：ローラ
１１：ボス部
１２：接糸部
１３：嵌合穴
１４：モータユニットのスピンドル軸との嵌めあい面
１５：メッキやコーティング施工時の治具との嵌めあい面
２ ：モータユニット
３ ：スピンドル軸
３１：軸側の嵌合部
Ｃ ：軸心（一点鎖線）

Claims (4)

1. モータシャフトと嵌合する製糸ローラの嵌めあい面とは別に、各種メッキ、セラミックなどのコーティングを施工する際に使用する治具の案内面を設けたことを特徴とする製糸ローラ。
2. 前記ローラが産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸するための熱延伸ローラである、請求項１に記載の製糸ローラ。
3. 各種メッキ、セラミックコーティングを、定期的に再施工し、繰り返し使用する請求項１又は請求項２に記載の製糸ローラ。
4. 前記製糸ローラの前記モータシャフトとの間の嵌めあい面がしまりバメであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製糸ローラ。

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