JP7238163B2 - 紡糸ノズルおよび紡糸装置 - Google Patents

Description

本開示は、糸のタスラン（デュポン社、登録商標）加工に使用するための紡糸ノズルおよび紡糸装置に関する。

タスラン加工は、糸を圧縮空気の力によって嵩高く、ループ状に強く結束させる手法として従来から広く用いられている。このタスラン加工に用いるノズルとして、特許文献１では、一端から糸を導入し、他端からテクスチャード加工糸を引き出せる直通の糸通路（４）と、糸を進行方向に送る圧搾空気を供給するための斜めの圧搾空気穴（１５）を備えたテクスチャーノズルが提案されている。特許文献１には、テクスチャーノズル（ノズル芯）はセラミックス、超硬合金あるいは特殊鋼からなることが記載されている。

特許第３２１５３４１号公報

本開示の紡糸ノズルは、中心軸に沿って糸が供給される第１通孔を有する供給部と、中心軸に沿って第１通孔に接続する第２通孔と外部から第２通孔に向かって糸を交絡させるための気体を供給する複数の流路とを有する交絡部と、中心軸に沿って第２通孔と接続し、交絡させた前記糸を排出する第３通孔を有する排出部と、を備える。交絡部は、少なくとも内周面側に、交絡部の周方向に配置され、互いに側面同士を当接させた複数の第１セグメントからなる。

さらに、本開示の紡糸ノズルは、上記交絡部における流路が、交絡部の外周面から排出部に向かって傾斜しており、流路が第２通孔に臨む開口縁部のうち、少なくとも、流路の内周面と第２通孔の内周面とのなす角度が最小である部位の開口縁部が面取りまたは曲面状に形成されている。

本開示の紡糸装置は、上記の紡糸ノズルを備えたものである。

本開示の紡糸ノズルの一実施形態を示す正面図である。 図１ＡのＸ-Ｘ線断面図である。 第１セグメントの一例を示す概略斜視図である。 本開示における交絡部の第２通孔と流路とが交わる部位を示す概略断面図である。 本開示の紡糸ノズルの他の実施形態を示す、図１Ａに示すＸ-Ｘ線断面図である。

本開示の実施形態は、タスラン加工によって交絡させる糸の材質、太さ、用途に応じて、簡単に適切な紡糸ノズルを使用することができ、交換も容易な紡糸ノズルを提供する。また、本開示の実施形態は、製造時等に欠損しにくい紡糸ノズルをも提供する。
以下、図面を参照して、本開示の一実施形態に係る紡糸ノズルを説明する。図１Ａは本開示の紡糸ノズルの一実施形態を示す正面図、図１ＢはそのＸ-Ｘ線断面図である。

図１Ａ、１Ｂに示す紡糸ノズル１は、いわゆるタスラン加工用の紡糸装置に使用されるものである。タスラン加工は、通常、圧縮空気を糸（フィラメント）に吹き当てて、糸を混繊交絡させて、糸条表面にループまたは弛みを形成させ、これにより嵩高性を高め、柔らかい風合いにする加工をいう。

紡糸ノズル１は、図１Ｂに示すように、中心軸Ｃに沿って矢印Ａで示す方向に順に筒状の供給部３と、交絡部６と、排出部８とが配置されている。
供給部３は、矢印Ａで示す方向に糸が供給される第１通孔２を有する。交絡部６は、中心軸Ｃに沿って第１通孔２に接続する第２通孔４と外部から第２通孔４に向かって糸を交絡させるための気体を供給する複数の流路５とを有する。排出部８は、中心軸Ｃに沿って第２通孔４に接続し交絡させた糸を排出する第３通孔７を有する。
流路５は、交絡部６の外周面から排出部８に向かって傾斜している。流路５の傾斜角度は、中心軸Ｃに対して約４０°～５６°、好ましくは約４３°～５３°であるのがよい。

供給部３、交絡部６および排出部８の外周面側には、これらを一体に固定するための外殻部９が設けられる。すなわち、外殻部９は、中心軸Ｃに沿って供給部３の供給側端面および排出部８の排出側端面まで延出している。

交絡部６は、３つの第１セグメント６１からなる。第１セグメント６１を図２に示す。第１セグメント６１は断面が扇形であり、その開き角度θは約１２０°である。従って、３つの第１セグメント６１を交絡部６の周方向に配置し、隣接する別の第１セグメント６１と互いに側面６１同士を当接させることにより、筒状の交絡部６を形成することができる。
なお、本実施形態では、交絡部６を３つの第１セグメント６１から構成したが、これに限定されるものではなく、第１セグメント６１の数は、例えば、２～６個の範囲で選択可能である。

交絡部６における流路５は以下のようにして形成される。すなわち、各第１セグメント６１の両側面６１ａ、６１ａには、第１セグメント６１の外周面と内周面とを接続する溝５１を設けてあり、溝５１の軸方向に垂直な断面は、いずれも半円状である。隣接する第１セグメント６１,６１の側面６１ａ、６１ａ同士が当接した状態で、前記溝５１，５１が断面円形の流路５を形成する。これにより、流路５を形成する溝５１の壁面に起因すると予想される異常が発生しても、流路５を分解して、各第１セグメント６１の壁面の観察をすることにより、異常の原因となった固着物等を容易に除去することができる。
断面円形の流路５に代えて、断面矩形状の流路５を形成してもよく、上述した効果と同様の効果を得ることができる。
側面６１ａの溝５１に代えて、第１セグメント６１の内部に、外周面と内周面とを接続する流路５を形成してもよい。これにより、溝５１、５１同士の位置合わせをしなくても済むので、流路５の軸方向に垂直な断面形状を真円に近くすることができ、流路５内での乱流が生じにくくなる。

第１セグメント６１は、例えば、炭化チタン質セラミックス、炭窒化チタン質セラミックス、窒化チタン質セラミックス、酸化アルミニウム質セラミックス、酸化ジルコニウム質セラミックス、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの複合セラミックス等のセラミックスからなるのがよい。これにより、第１セグメント６１の機械的特性および耐摩耗性を高くすることができるという利点がある。
上記セラミックスの機械的特性としては、例えば、ＪＩＳ Ｒ １６１０：２００３に準拠したビッカース硬度が１０ＧＰａ以上であり、ＪＩＳ Ｒ１６０１：２００８に準拠した３点曲げ強度が３１０ＭＰａ以上である。
第１セグメント６１の耐摩耗性が高くなれば、第２通孔４を形成する壁面に長時間接触走行させても、摩耗しにくくなる。

第１セグメント６１を構成する上記セラミックスは、例えば、炭化チタン質セラミックスであれば、第１セグメント６１を構成する成分の合計１００質量％のうち、炭化チタンが７０質量％以上を占めるセラミックスであり、炭窒化チタン質セラミックス、窒化チタン質セラミックス、酸化アルミニウム質セラミックスおよび酸化ジルコニウム質セラミックスについても同様である。酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの複合セラミックスとは、それぞれの第１セグメント６１を構成する成分の合計１００質量％のうち、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムがそれぞれ少なくとも１０質量％以上含有し、合計の含有量で７０質量％以上を占めるセラミックスである。
供給部３および排出部８も上述した炭化チタン質セラミックス、炭窒化チタン質セラミックス、窒化チタン質セラミックス、酸化アルミニウム質セラミックス、酸化ジルコニウム質セラミックス、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムの複合セラミックス等のセラミックスからなるのがよい。
ここで、セラミックスを構成する成分は、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折装置による測定結果から同定することができ、各成分の含有量は、例えば、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析装置または蛍光Ｘ線分析装置により求めることができる。

流路５を形成する壁面は、粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、前記粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、前記粗さ曲線における切断レベル差（Ｒδｃ）が０．３μｍ以下であるのがよい。
また、流路５を形成する壁面は、粗さ曲線における算術平均粗さＲａが０．２μｍ以下であるのがよい。
切断レベル差（Ｒδｃ）が０．３μｍ以下あるいは算術平均粗さＲａが０．２μｍ以下であると、壁面の表面性状の凹凸が小さくなるので、流路５内での乱流が生じにくくなる。また、壁面の撥水性が高くなるため、壁面に汚れが付着しにくくなるので、壁面の洗浄を容易にしたり、洗浄の回数を削減したりすることができる。

切断レベル差（Ｒδｃ）および算術平均粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に準拠し、形状解析レーザ顕微鏡（(株)キーエンス製、ＶＫ－Ｘ１１００またはその後継機種）を用いて測定することができる。測定条件は、倍率を２４０倍、照明方式を同軸落射、カットオフ値λｓを無し、カットオフ値λｃを０．０８ｍｍ、カットオフ値λｆを無し、終端効果の補正を有りとする。測定方法は、測定対象とする壁面から１か所当たりの測定範囲を、例えば、１４２５μｍ×１０６７μｍに設定して、各測定範囲毎に長手方向に沿って、略等間隔となるように測定対象とする線を４本引く。そして、２か所の測定範囲における測定対象とする合計８本の線に対して線粗さ計測を行えばよい。測定対象とする線１本当たりの長さは、１２８０μｍである。

外殻部９は、図１Ａ、１Ｂに示すように、２つの第２セグメント９１、９１からなる。これらの第２セグメント９１、９１は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）、炭素鋼（Ｓ３５Ｃ、Ｓ４５Ｃ等）、一般構造用圧延鋼（ＳＳ４００等）等の金属またはプラスチックからなる。そして、第２セグメント９１、９１の側面９１ａ同士を当接させ筒形となって、供給部３、交絡部６および排出部８を囲繞する。これにより、誤って紡糸ノズル１を落下させても、外殻部９が供給部３、交絡部６および排出部８を保護しているので、これらが損傷するおそれが低減する。
特に、第２セグメント９１、９１が炭素鋼（Ｓ３５Ｃ、Ｓ４５Ｃ等）または一般構造用圧延鋼（ＳＳ４００等）からなると、これらの金属は熱伝導率が高いので、第２通孔４を形成する壁面に糸を長時間接触走行させて、熱が交絡部６に発生したとしても、第２セグメント９１、９１を介して速やかに放熱することができる。
第２セグメント９１、９１がプラスチックからなると、プラスチックは比重が小さいので、紡糸ノズル１全体を軽くすることできる。

第２セグメント９１の側面９１ａには、外周面側から内周面側に至る溝１１が形成されている。この溝１１は、２つの第２セグメント９１の側面９１ａ同士を当接させた状態で円形の貫通孔となり、内周面側に位置する流路５と連通するように構成されている。これにより、圧縮空気等の気体を第２通路４内に送ることができる。
２つの第２セグメント９１の側面９１ａ同士を当接させて形成される貫通孔は、流路５よりも径が大きいのが好ましい。これにより、第１セグメント６１および第２セグメント９１による交絡部６および外殻部８の組立および分解が容易となる。

なお、本実施形態では、外殻部９は、供給部３、交絡部６および排出部８を囲繞しているが、少なくとも交絡部６を囲繞し、これを保護するようにしてもよい。また、第２セグメント９１は２つに限定されるものではなく、２～６個の範囲で選択可能である。

上記のように、第２セグメント９１、９１は、側面同士を当接させて、供給部３、交絡部６および排出部８を囲繞した状態で、供給部３および排出部８のそれぞれ外周側から中心軸Ｃに向かって締め付けるＯリング等の締結部材（図示せず）によって固定され、外殻部８を形成する。これにより、第１セグメント６１および第２セグメント９１による交絡部６および外殻部８の組立および分解が容易となる。

排出部８は、中心軸Ｃに沿って配列された２つの部材、すなわち第１排出部８ａと第２排出部８ｂとからなる。これにより、上記と同様に、組立および分解が容易となる。また、第１排出部８ａおよび第２排出部８ｂも複数のセグメントからなり、排出部８の周方向に配置され、互いに側面同士を当接させるようにしてもよい。これにより、組立および分解がより一層容易となる。

図４は、本開示の紡糸ノズルの他の実施形態を示す、図１Ａに示すＸ-Ｘ線断面図である。図４に示すように、第１通孔２は、糸が供給される側から第２通孔４に向かって縮径する円錐台状部２ａと、円錐台状部２ａに接続する円柱状部２ｂとを有し、円錐台状部２ａの頂角αは１３°以上１９°以下であるのがよい。
頂角αが１３°以上であると、糸が供給される側の開口面積が大きくなるので、糸の供給が容易となる。頂角αが１９°以下であると、糸が供給される側の端面周辺の厚みを十分確保することができるので、供給部３からのチッピングや欠けが生じにくくなる。

図１Ｂおよび図４に示すように、第３通孔７は、糸が排出される側に向かって拡径するラッパ状部７ａを有し、ラッパ状部７ａを形成する内周面の曲率半径Ｒは、第２通孔４の直径の４倍以上であってもよい。
ラッパ状部７ａは糸状表面のループや緩みを形成する機能を有するともに、超音速流が第３通孔７ａ内で発生して、例えば、４５０ｍ／ｓ以上の空気速度を得ることができるので、ラッパ状部７ａがあると、糸の排出速度が上がり生産効率が向上する。
ラッパ状部７ａを形成する内周面の曲率半径Ｒが第２通孔４の直径の４倍以上であると、糸の交絡がさらに効率的に行われる。
例えば、第２通孔４の直径は、１ｍｍ以上１．４ｍｍ以下であり、内周面の曲率半径Ｒは、５ｍｍ以上７ｍｍ以下である。

第１通孔２、第２通孔４および第３通孔７を形成する内周面の少なくともいずれかは、粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、粗さ曲線における切断レベル差（Ｒδｃ）が０．３μｍ以下（但し、０μｍを除く）であってもよい。
内周面の発油性が向上するので、糸の表面に付着していた油剤等が付着しにくくなり、タスラン加工の製造効率が長期間に亘って維持される。
第１通孔２、第２通孔４および第３通孔７を形成する内周面の少なくともいずれかは、粗さ曲線における算術平均粗さ（Ｒａ）が０．２μｍ以下であってもよい。
内周面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．２μｍ以下であると、糸が内周面に摺接しても糸が切れにくくなるとともに、内周面からも脱粒が生じにくくなるので長期間に亘って用いることができる。
第１通孔２、第２通孔４および第３通孔７を形成する内周面の切断レベル差（Ｒδｃ）および算術平均粗さ（Ｒａ）も上述した壁面の切断レベル差（Ｒδｃ）および算術平均粗さ（Ｒａ）の測定方法と同じ方法で測定すればよい。

第１通孔２、第２通孔４および第３通孔７は、いずれも中心軸Ｃに垂直な断面形状が円状である。第２通孔４の直径は、第１通孔２の第２通孔４に接続する側の直径と等しいか、それよりも大きいのがよい。特に第２通孔４の直径が第１通孔２の直径よりも大きい場合は、紡糸ノズル１を組み立てる場合、供給部３と交絡部６の位置合わせが容易となる。

また、第３通孔７の直径は、第２通孔４の直径と等しいか、それよりも大きいのがよい。特に、第３通孔７の第２通孔４に接続する側の直径が第２通孔４の直径よりも大きい場合は、紡糸ノズル１を組み立てる場合、供給部３と交絡部６の位置合わせが容易となる。

図３に示すように、交絡部６における流路５は、交絡部６の外周面から排出部に向かって傾斜し、交絡部６の内周面に開口している。流路５の中心軸Ｃ１は第２通孔４の中心軸Ｃと交差する。流路５が第２通孔４に臨む開口縁部のうち、流路５の内周面と第２通孔４の内周面とのなす角度が最小である部位の開口縁部１０が曲面状に形成されている。これにより、特に製造時において、開口縁部１０が欠けるのを抑制することができる。なお、開口縁部１０は曲面状に代えて面取り形状であってもよい。開口縁部１０が曲面状である場合、開口縁部１０における流路５の内周面と第２通孔４の内周面とを接続する曲面の半径は、例えば、０．０３ｍｍ～０．２５ｍｍである。
開口縁部１０が面取り形状である場合、面取りの大きさは、例えば、０．０３ｍｍ～０．２５ｍｍである。曲面の半径や面取りの大きさが０．０３ｍｍ以上であると、開口縁部１０の欠けをより顕著に抑制することができ、０．２５ｍｍ以下であると、乱流発生のおそれが低減する。特に、曲面の半径や面取りの大きさは、０．０５ｍｍ～０．２ｍｍであるとよい。
ここで、第２通孔４の内周面に対して面取りを垂直にした場合、面取りの大きさとは、第２通孔４の内周面からの法線方向の高さである。
また、面取りまたは曲面状は、開口縁部１０の全周に形成してもよい。

以上のように、本開示の紡糸ノズル１は、タスラン加工糸を紡糸するための紡糸装置に使用される。その際、本開示の紡糸ノズル１は、外殻部９を含む全体が分解可能であるので、交絡させる糸の材質、太さ、用途に応じて、第２通孔４や流路５の径を変える必要が生じた場合には、交絡部６のみを交換すればよい。しかも、交絡部６は複数の第１セグメント６１を周方向に配置して構成されるものであるので、第１セグメント６１を分解して、新しい第１セグメント６１と容易に交換することができる。また、糸の交絡を重ねて交絡部６が損傷しても、損傷した箇所の第１セグメント６１のみを交換すればよいので、廃棄物の量を削減することができる。

さらに、本開示によれば、傾斜した流路５の内周面と第２通孔４の内周面とのなす角度が最小である部位の開口縁部１０が面取りまたは曲面状に形成されているので、特に製造時において、当該開口縁部１０が欠損するのを抑制することができる。

以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は以上の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更や改善が可能である。例えば、上記実施形態では、外殻部９は複数の第２セグメント９１からなるが、外殻部９を１つの筒状体で構成し、その中に供給部３、交絡部６および排出部８を収容してもよい。

１ 紡糸ノズル
２ 第１通孔
２ａ 円錐台状部
２ｂ 円柱状部
３ 供給部
４ 第２通孔
５ 流路
５１ 溝
６ 交絡部
６１ 第１セグメント
６１ａ 側面
７ 第３通孔
７ａ ラッパ状部
８ 排出部
９ 外殻部
９１ 第２セグメント
９１ａ 側面
１０ 開口縁部
１１ 溝

Claims (14)

1. 中心軸に沿って糸が供給される第１通孔を有する供給部と、
   前記中心軸に沿って前記第１通孔に接続する第２通孔と外部から前記第２通孔に向か って前記糸を交絡させるための気体を供給する複数の流路とを有する交絡部と、
   前記中心軸に沿って前記第２通孔と接続し、交絡させた前記糸を排出する第３通孔を 有する排出部と、を備えてなる紡糸ノズルであって、
   前記交絡部は、少なくとも内周面側に、前記交絡部の周方向に配置され、互いに側面 同士を当接させた複数の第１セグメントからなり、
   前記第１セグメントは、各側面に前記第１セグメントの外周面と内周面とを接続する 溝を有し、隣接する前記第１セグメントの側面同士が当接した状態で、各側面の前記溝 が前記流路をなしている紡糸ノズル。
2. 少なくとも前記交絡部の外周面側に、互いに側面同士を当接させて前記交絡部を囲繞 する複数の第２セグメントからなる外殻部を備える、請求項１に記載の紡糸ノズル。
3. 前記第１セグメントはセラミックスからなり、前記第２セグメントは金属またはプラ スチックからなる、請求項２に記載の紡糸ノズル。
4. 前記第２セグメントは、前記中心軸に沿って前記供給部の供給側端面および前記排出 部の排出側端面まで延出しており、外周側から前記中心軸に向かって締め付ける締結部 材によって固定され、前記外殻部を形成する、請求項２または３に記載の紡糸ノズル。
5. 前記流路を形成する壁面は、粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと 、前記粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、前記粗さ曲 線における切断レベル差（Ｒδｃ）が０．３μｍ以下である、請求項１から４のいずれ かに記載の紡糸ノズル。
6. 前記流路を形成する壁面は、粗さ曲線における算術平均粗さＲａが０．２μｍ以下で ある、請求項１から５のいずれかに記載の紡糸ノズル。
7. 前記交絡部における前記流路は、前記交絡部の外周面から前記排出部に向かって傾斜 しており、前記流路が前記第２通孔に臨む開口縁部のうち、少なくとも、前記流路の内 周面と前記第２通孔の内周面とのなす角度が最小である部位の開口縁部が面取りまたは 曲面状に形成されている、請求項１から６のいずれかに記載の紡糸ノズル。
8. 前記第１通孔は、前記糸が供給される側から前記第２通孔に向かって縮径する円錐台 状部と、該円錐台状部に接続する円柱部とを有し、前記円錐台状部の頂角は１３°以上 １９°以下である、請求項１から７のいずれかに記載の紡糸ノズル。
9. 前記第３通孔は、前記糸が排出される側に向かって拡径するラッパ状部を有し、該ラ ッパ状部を形成する前記排出部の内周面の曲率半径は、第２通孔の直径の４倍以上であ る請求項１から８のいずれかに記載の紡糸ノズル。
10. 前記第１通孔、前記第２通孔および前記第３通孔を形成する内周面の少なくともいず れかは、粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、前記粗さ曲線におけ る７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、前記粗さ曲線における切断レベル 差（Ｒδｃ）が０．３μｍ以下（但し、０μｍを除く）である、請求項１から９のいず れかに記載の紡糸ノズル。
11. 前記第１通孔、前記第２通孔および前記第３通孔を形成する内周面の少なくともいず れかは、粗さ曲線における算術平均粗さＲａが０．２μｍ以下である、請求項１から１ ０のいずれかに記載の紡糸ノズル。
12. 前記第１通孔および前記第２通孔は、いずれも前記中心軸に垂直な断面形状が円状で あって、前記第２通孔の直径は、前記第１通孔の前記第２通孔に接続する側の直径と等 しいか、それよりも大きい、請求項１から１１のいずれかに記載の紡糸ノズル。
13. 前記第２通孔および前記第３通孔は、いずれも前記中心軸に垂直な断面形状が円状で あって、前記第３通孔の前記第２通孔に接続する側の直径は、前記第２通孔の直径と等 しいか、それよりも大きい、請求項１から１２のいずれかに記載の紡糸ノズル。
14. 請求項１から１３のいずれかに記載の紡糸ノズルを備えてなる、紡糸装置。
    
    
    
    

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