JPH0874115A

JPH0874115A - 紡糸用ノズル

Info

Publication number: JPH0874115A
Application number: JP20744094A
Authority: JP
Inventors: Haruo Tomari; 治夫泊里; Yasuaki Sugizaki; 康昭杉崎; Toshiki Sato; 俊樹佐藤; Tatsuya Yasunaga; 龍哉安永; Masanori Sai; 政憲蔡; Kazuhisa Kawada; 和久河田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1994-08-31
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 1996-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】これまでの技術の有する問題を悉く解消し、
ノズル吐出口近傍での樹脂溶着を生じ難くして耐溶着性
に優れると共に、ノズル孔の摩耗を生じ難くして耐摩耗
性に優れる紡糸用ノズルを提供する。【構成】少なくともノズル吐出口近傍にＴｉＮ膜が被
覆されると共に、該被覆部分の表層部に、Ｐのイオン注
入層が形成されたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融樹脂（例えばポリ
エステルやナイロン等の溶融樹脂）等の溶融物質を溶融
紡糸する紡糸用ノズル、或は繊維表面に溶融金属等の溶
融物質をコーティングしながら紡糸する紡糸用ノズルに
関し、特に糸切れがなくて良好な紡糸性を有すると共に
ノズル孔の耐摩耗性に優れた紡糸用ノズルに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】化学繊維の製造は、ポリエステルやナイ
ロン等の溶融樹脂を溶融紡糸する方法により行なわれ、
この溶融紡糸をするに際して紡糸用ノズルが使用され
る。かかる紡糸用ノズルとしては、耐食性に優れたステ
ンレス鋼等の材料に、複数個の孔（紡糸ノズル孔）を円
周方向に１列或いは同心円状に複数列、ドリルまたは放
電加工により穿孔し、該材料のノズル吐出口側の表面即
ち紡糸口金表面（以降、ノズル表面ということがある）
を鏡面または梨地面に仕上げたものが用いられている。

【０００３】ところで、ポリエステルやナイロン等を溶
融紡糸するに際し、その溶融紡糸温度は約３００℃の高
温であるため、溶融状態の樹脂から低分子量物質が揮発
性ガスとなって発生する。この様な揮発性ガスが紡糸中
にノズル吐出口近傍のノズル表面に付着固化したり、或
いは紡出された樹脂がノズル吐出口近傍のノズル表面や
ノズル孔内面に付着すると、ニーリングと称する紡出中
の樹脂糸条の曲がりが発生し、この樹脂糸条がノズル表
面に付着することがある。このニーリングに起因して、
糸径の斑、紡出糸条の脈動、糸切れ等が発生し、長時間
に亘り安定して紡糸することが不可能となる。そのた
め、７〜１０日で紡糸を停止し、溶着物（上記付着した
物）を取り除く必要があり、操業効率が低下するという
問題が生じる。

【０００４】また溶融紡糸する際の別の問題として、溶
融樹脂中に含まれるルチルやアルミナによる紡糸ノズル
孔の摩耗がある。即ち、ルチルやアルミナにより紡糸ノ
ズル孔のノズル吐出口側の縁が摩耗し、ノズル孔径や形
状が変化し、それに伴って糸の径や均質性に変化を来
す。そのため、現状では約１年程度で新しい紡糸用ノズ
ルと交換することが余儀なくされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記の様な問題を解決
する為に、これまで下記の如き様々な技術が提案されて
いるが、いずれも夫々問題を有している。例えば、紡糸
ノズル表面や孔内面の濡れ性を改善するために、ノズル
吐出口近傍のノズル表面に金や白金等の貴金属を蒸着す
る方法も提案されている（例えば、特開平１−２８２３
０７号）。しかしながら、この方法では、溶融樹脂中に
含まれるルチルやアルミナによってたちまち摩耗してし
まうか、蒸着膜の不十分な密着性のために紡糸時に剥離
し、紡糸糸条中に不純物として混入したり、ノズル孔の
摩耗を却って助長してしまうという欠点がある。

【０００６】一方、硬質のセラミックス皮膜を紡糸用ノ
ズル表面や孔内面にコーティングすることによって、耐
摩耗性や耐濡れ性を改善する方法も提案されており（例
えば、特開平２−７４６２０号）、上記セラミックス皮
膜として、ＴｉＮ，Ａｌ₂ Ｏ ₃ ，ＴｉＯ₂ ，ＳｉＯ₂ ，
ＢＮ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，ＴｉＣ，ＳｉＣ等が具体的に示され
ている。しかしながら、これらの硬質セラミックス皮膜
を被覆することによっては、紡糸用ノズルの耐摩耗性は
改善されるものの、溶融樹脂に対する濡れ性は不十分で
あり、長時間に亙って安定した紡糸は期待できない。

【０００７】本発明は、このような事情に着目してなさ
れたものであって、その目的は、これまでの技術の有す
る問題を悉く解消し、ノズル吐出口近傍での樹脂溶着を
生じ難くして耐溶着性に優れると共に、ノズル孔の摩耗
を生じ難くして耐摩耗性に優れる紡糸用ノズルを提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明とは、溶融物質を紡糸する紡糸用ノズル、或は溶融
物質を繊維表面にコーティングしながら紡糸する紡糸用
ノズルであって、少なくともノズル吐出口近傍にＴｉＮ
膜が被覆されると共に、該被覆部分の表層部に、Ｐのイ
オン注入層が形成されたものである点に要旨を有するも
のである。また上記紡糸用ノズルにおいて、前記ＴｉＮ
膜は、ノズル吐出口近傍の紡糸口金表面およびノズル孔
内面に被覆されることが最も効果的である。

【０００９】

【作用】本発明者らは、上記の様な問題を解決すべく、
特に溶着が発生し易いノズル吐出口近傍に被覆する最適
な物質について様々な角度から検討した。その結果、少
なくともノズル吐出口近傍に、ＴｉＮ膜を被覆すると共
に、該被覆部分の表層部に、Ｐのイオン注入層を形成し
たものでは、前記従来技術の有する問題点を解消するこ
とができ、ノズル吐出口近傍での樹脂溶着が生じ難く、
且つノズル孔の摩耗が生じ難くなることを見い出し、本
発明を完成した。

【００１０】本発明に係る紡糸用ノズルは、溶融物質で
濡れず且つ紡糸中のノズル孔の摩耗を防止することので
きる様な性質を有するＰイオン注入ＴｉＮ膜が、少なく
ともノズル吐出口近傍に被覆されているので、前記従来
技術の有する問題点を解消し得、ノズル吐出口近傍での
樹脂溶着が生じ難く、且つノズル孔の摩耗が生じ難くな
る。

【００１１】前記ＴｉＮ膜の被覆部位に関しては、溶着
および摩耗が発生し易いところ、即ち上記の如く少なく
ともノズル吐出口近傍とするが、具体的にはノズル吐出
口近傍の紡糸口金表面およびノズル孔内面とすれば最も
効果的である。それは、樹脂等の溶着が問題となるのは
前述の如くノズル表面のノズル吐出口近傍の紡糸口金表
面（ノズル表面）であり、また摩耗が問題となるのはノ
ズル孔であって特にノズル吐出口近傍のノズル孔内面の
摩耗が糸の径や均質性の変化等の問題を引き起こすの
で、それらの部分にＴｉＮ膜を被覆しておけば本発明の
効果が最も発揮されるからである。但し、ノズル吐出口
近傍の紡糸口金表面だけに限らず、該紡糸口金表面全面
に亘ってＴｉＮ膜を被覆することを排除するものではな
く、この様な構成を採用することによって、本発明に係
る紡糸用ノズルの生産性が向上することになる。

【００１２】本発明で利用されるイオン注入の手法は、
加速された高エネルギーのイオンを、目的とする部材表
面に打ち込んで、紡糸用ノズル表面およびノズル孔内面
にコーティングされたＴｉＮ膜の表層部にイオン注入層
を形成することによってＴｉＮ膜を改質するものであ
り、半導体分野における不純物ドーピング手段として利
用されている以外は、鋼を中心とする金属材料の表面改
質法にもその適用が検討されているが、半導体分野を除
けばこれまでのところ実用化は余り進んでいない。

【００１３】本発明の紡糸用ノズルは、上記の様なイオ
ン注入の手法を濡れ性改善を目的として利用したもので
あり、ＴｉＮ膜の表層部にはイオン注入によって、非熱
平衡物質層が形成される。またイオン注入では、表層部
だけが改質されるので、紡糸用ノズル表面やノズル孔内
面の摩耗を防止することを目的としてコーティング処理
されたＴｉＮ膜の硬さ等の特性を低下させることなく、
新たな機能として優れた濡れ性を付与することができ
る。更に、密着性の問題を本質的に含まない緻密でピン
ホールフリーな表面改質が可能で、使用中に改質層が剥
離するという問題を本質的に含まない。

【００１４】本発明によれば、これまで行われてきた熱
プロセスによる表面処理（ＣＶＤ法やＰＶＤ法等）の問
題点を克服し、従来法では予測できない特性を得ること
ができる。換言すれば、イオン注入された元素と同じ元
素を添加した皮膜を、ＣＶＤ法やＰＶＤ法によって形成
しても、本発明で目的とする耐摩耗性や濡れ性は得られ
ないのである。またＣＶＤ法やＰＶＤ法によれば、２元
系（ＴｉとＮ）や３元系（Ｔｉ，ＮとＰ）の膜を、紡糸
用ノズル表面やノズル孔内面に被覆するのはプロセス的
に煩雑になるが、本発明によれば、そうした不都合も生
じることはない。

【００１５】ところで、耐摩耗性向上を目的としてＴｉ
Ｎ膜を被覆した紡糸用ノズルの濡れ性を改善するにあた
っては、前記ＴｉＮ膜にイオン注入を行ないさえすれば
良いというのではなく、改善しようとする特性に合わせ
て特定のイオン種を選定し、且つそのその注入量や注入
エネルギーを決定する必要がある。本発明者らが、種々
の元素イオンについてイオン注入実験を重ねた結果、Ｔ
ｉＮ膜を被覆した紡糸用ノズルの濡れ性を改善するに
は、Ｐをイオン注入すれば良いことがわかった。即ち、
Ｐをイオン注入することによって、その改善は飛躍的に
達成され、その信頼性も高揚することができたのであ
る。

【００１６】本発明においては、イオン注入は高エネル
ギーのイオンを、紡糸用ノズルに被覆されたＴｉＮ膜の
表層部に強制的に添加するものであるが、表層部に堆積
状態で改質層が付与されるわけではなく、基材中のマト
リックス中にイオン注入層が存在するので、めっきやコ
ーティング等の表面処理の様に基材と異なる材質の皮膜
を密着する場合と異なり、イオン注入層と基材との一体
性は極めて良好であり、剥離の問題は本質的にない。

【００１７】本発明に係る紡糸用ノズルは、上記の様な
作用効果を発揮するものであるが、これらの効果を発揮
させるためには、Ｐは１×１０¹⁵イオン／ｃｍ² 以上注
入することが好ましい。またＰのイオン注入に先立って
行われるＴｉＮ膜の被覆方法としては、後記実施例に示
すイオンプレーティングの他、これ以外のスパッタ法、
反応性蒸着法、ＣＶＤ法等が挙げられ、いずれの方法を
採用してもその後行なわれるＰのイオン注入によって表
層部に改質層が形成されるので、本発明の目的が達成さ
れる。尚上記ＴｉＮ膜が被覆されるノズル基材の材質と
しては、特に制限されるものではなく、ステンレス鋼、
工具鋼、セラミックス焼結体等を使用することができ
る。

【００１８】本発明は各種紡糸用ノズルに適用でき、溶
融樹脂（例えばポリエステルやナイロン等の溶融樹脂）
等の溶融物質を紡糸する紡糸用ノズル、或いは繊維表面
に溶融金属等の溶融物質をコーティングしながら紡糸す
る紡糸用ノズルとして好適に使用できる。

【００１９】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定するものではな
く、前後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも
本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【００２０】

【実施例】図１は本発明に係る紡糸用ノズルの一構成例
の要部（一部のノズル）を示す縦断面図、図２はそのノ
ズル吐出口近傍を示す拡大図である。これらの図におい
て、１はステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）からなる紡糸用
ノズル本体、Ａは紡糸用ノズルの吐出口側、２はノズル
表面（紡糸用ノズル本体１のノズル吐出口側Ａの紡糸口
金表面）、３はノズル孔、４はノズル表面２に被覆され
たＴｉＮ膜、５はランド、６は吐出口近傍のノズル孔２
内面に被覆されたＴｉＮ膜、７はＴｉＮ膜４，６の表層
部に形成されたＰのイオン注入層を夫々示す。

【００２１】ここで、比較のために、従来の紡糸用ノズ
ルについてのノズル吐出口近傍の縦断面図を図３に示
す。図３に示した紡糸用ノズルは、上記のＴｉＮ膜が被
覆されていないが、この点を除いては、図１および図２
に示した本発明の紡糸用ノズルと同様の構成を有するも
のであり、対応する部分には同一の参照符号を付してあ
る。図３に示す紡糸用ノズルにおいて、樹脂等の溶着が
問題となるのはノズル吐出口近傍のノズル表面２ａであ
り、また摩耗が問題となるのはノズル孔３であって特に
ノズル吐出口近傍部Ｃのノズル孔内面である。

【００２２】本発明に係る紡糸用ノズルは、次の様にし
て製作した。まずステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）かなら
る紡糸用ノズルの吐出口近傍のノズル表面２およびノズ
ル孔３内面に、ＴｉＮ膜４，６を反応性イオンプレーテ
ィング法により被覆した。そして、上記紡糸用ノズルの
ＴｉＮ膜の被覆部分に、種々のイオン種によってイオン
注入を行なった。

【００２３】この様にした作成した紡糸用ノズルを用い
て、ポリエチレン溶融樹脂を溶融紡糸し、一定時間内に
発生した汚れ、濡れの発生状況、および摩耗量を比較し
た。このとき、摩耗量は、試験後の口径の拡大値によっ
て評価した。その結果を、イオン注入条件と共に下記表
１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１から明らな様に、上記紡糸用ノズルの
中でも、Ｐをイオン注入したものでは、他のイオンを注
入したものに比べて、ノズル表面の汚れおよび濡れの発
生が遅く現われ、それに伴って糸揺れの発生の程度が抑
えられており、その結果評価時間内における糸切れ発生
回数も少なかった。例えば、Ｐをイオン注入した場合
に、イオン注入量が５×１０¹⁶イオン／ｃｍ² のときの
汚れ、濡れの発生時間は３７６分であり、未注入のとき
と比べて約５倍に相当するのであるが、Ｎｂ，Ｍｏ，Ｃ
ｒ等をイオン注入した場合には、未注入のときと比べて
汚れ、濡れ発生時間はむしろ小さい値となっており、イ
オン注入によって耐濡れ性が却って劣化している。

【００２６】また濡れ性の改善に伴い、紡糸ノズルの孔
口径の拡径も少なかった。これは、濡れ性の改善によっ
て、溶融樹脂とＴｉＮ膜との潤滑性が向上した為と考え
られ、濡れ性の改善は、生産性、品質の向上だけでな
く、耐摩耗性改善にも有効であることがわかる。即ち、
ＴｉＮ膜だけを被覆したのに比べて、Ｐをイオン注入す
ることによって、耐摩耗性および樹脂溶着性のいずれを
も向上させることができるのである。

【００２７】更に、上記ＴｉＮ膜に代えて、Ａｌ₂ Ｏ₃
等の気相コーティング膜を被覆した紡糸用ノズルを比較
例として作製し、これを用いて上記実施例と同様の溶融
紡糸、観察および測定を行ったところ、これらのコーテ
ィング膜（セラミックス層）は前記したセラミックス焼
結体と同様に、硬質は高いものの、靭性不足により割れ
や欠けが起こり、剥離してしまうため、長時間の使用に
耐えなかった。

【００２８】

【発明の効果】本発明の紡糸用ノズルは、前述の如き構
成を有しており、ノズル吐出口近傍での樹脂等の溶着が
生じ難くて耐溶着性に優れると共に、ノズル孔の摩耗が
生じ難くて耐摩耗性に優れており、同時に従来技術の有
する問題点を解消し得る。従って、ニーリングに起因す
る糸径の斑、紡出糸条の脈動および糸切れが発生し難
く、そのため長時間に亘り安定して紡糸することが可能
となると共に、操業効率を向上し得、またノズル孔径や
形状の変化による糸の径や均質性の変化が生じ難く、そ
のため新しいノズルと交換する必要が生じる迄の期間を
延長し得るようになるという効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る紡糸用ノズルの一構成例の要部を
示す縦断面図である。

【図２】図１に示した紡糸用ノズルのノズル吐出口近傍
を示す拡大図である。

【図３】従来の紡糸用ノズルのノズル吐出口近傍を示す
縦断面図である。

【符号の説明】

１紡糸用ノズル本体２ノズル表面３ノズル孔４，６Ｎｉ−Ｐ系合金めっき層５ランド７Ｐのイオン注入層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安永龍哉兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者蔡政憲兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者河田和久兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融物質を紡糸する紡糸用ノズル、或は
溶融物質を繊維表面にコーティングしながら紡糸する紡
糸用ノズルであって、少なくともノズル吐出口近傍にＴ
ｉＮ膜が被覆されると共に、該被覆部分の表層部に、Ｐ
のイオン注入層が形成されたものであることを特徴とす
る紡糸用ノズル。
【請求項２】前記ＴｉＮ膜が、ノズル吐出口近傍の紡
糸口金表面およびノズル孔内面に被覆されたものである
請求項１に記載の紡糸用ノズル。