JPH09239527A - ノズルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐摩耗性に優れたノズルを効率よく、かつ
安価に製造する。 【解決手段】 ノズル本体１の貫通孔２内にノズルピ
ース４を配置し、貫通孔内壁とノズルピース外壁との間
隙にろう６を充填させて接合する際に、予めろう付前に
ノズルピース４の外壁面の全部又は一部に活性金属被覆
５を施す。 【効果】 ろうがノズルピースと強固に固着し、ノズ
ルピースとノズル本体とを安価で良好に接合できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、合成繊維の紡糸等
に使用されるノズルの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】合成繊維の紡糸に用いられる紡糸ノズル
は、図４に示すように円板状の金属製ノズル本体２０
に、繊維原料の導入孔２１ａ及びこれに連通する吐出紡
糸孔２１ｂからなる貫通孔２１を所定形状・所定位置に
多数穿孔したものであり、前記導入孔２１ａに高温の繊
維原料の液体を高い圧力で供給し吐出紡糸孔２１ｂから
吐出することにより、所定の形状寸法に形成された吐出
紡糸孔２１ｂから所望の寸法・形状の合成繊維が得られ
る。

【０００３】ところで、前記紡糸ノズル本体２０には一
般にステンレス鋼などが用いられているが、前記したよ
うに吐出紡糸孔２１ｂからは高温の繊維原料が高圧力で
吐出されているため摩耗しやすく耐久性が十分でないと
いう問題がある。このため耐摩耗特性に優れたセラミッ
クス、サーメット、超硬合金などを紡糸ノズルに使用す
ることが提案されている。しかし、これら材料は加工性
が悪いため、これら材料で構成したノズル本体に穿孔し
て導入孔２１ａおよび吐出紡糸孔２１ｂを精度良く形成
することは容易でなく、作業効率もきわめて悪い。

【０００４】そこで、図５に示すように導入孔２１ａ及
び吐出紡糸孔２１ｂの近傍のみを上記材料で構成した別
体のノズルピース２２とし、一方、ノズル本体２０を加
工性の良い材料で構成し、これに貫通孔２３を形成し、
この貫通孔２３に上記ノズルピース２２を挿入して貫通
孔２３とノズルピース２２との隙間にろう２４を充填さ
せて接合する方法が実用化されている。この製造方法に
よれば耐摩耗性に優れた紡糸ノズルを効率よく製造する
ことが可能になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ノズルピー
スを構成するセラミックス等は、化学的に安定している
うえにろうのぬれ性が悪くろう付性が良好でないため、
上記ろう付に際しては、Ｔｉ等の活性金属を含有させた
ろう材を使用することによってろう付を可能にしてい
る。しかし、活性金属を含有させたろう材の製造は容易
ではなく、ろう材自体も高価であるため、ノズルの製造
コストが増してしまうという問題がある。本発明は、上
記事情を背景としてなされたものであり、ノズルピース
とノズル本体とを良好に、かつ安価に接合して耐摩耗性
に優れたノズルを効率よく得ることができるノズルの製
造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】上記課題を解決する
ため、本発明のノズルの製造方法のうち第１の発明は、
ノズル本体に形成された貫通孔内に筒状のノズルピース
を配置し、前記貫通孔内壁とノズルピース外壁との間隙
にろうを充填させてノズル本体とノズルピースとをろう
付接合するノズルの製造方法において、予めろう付前に
ノズルピースの外壁面に活性金属からなる被覆を施して
おくことを特徴とする。

【０００７】第２の発明は、第１の発明において活性金
属の被覆を、貫通孔との間で隙間を形成するノズルピー
スの外壁面のうち一部にのみ行うことを特徴とする。第
３の発明は、第１または第２の発明においてノズルピー
ス外壁面と活性金属被覆の間に、ノズルピースから活性
金属被覆に至る酸素の移動を抑制する中間金属被覆を形
成しておくことを特徴とする。

【０００８】本発明の製造方法は、多数のノズルを形成
する必要のある紡糸ノズルの製造に好適であるが、適用
対象となるノズルの種別が特に限定されるものではな
く、その他用途のノズル、例えば、押出機等のノズルの
製造に適用することも可能である。

【０００９】また、本発明の製造方法に供されるノズル
本体やノズルピースには各種材料を使用することがで
き、それぞれ要求される特性に基づいて適宜材料が選択
される。例えば、ノズル本体には加工が容易なステンレ
ス鋼等の金属材料を使用し、ノズルピースには耐摩耗性
に優れたセラミックス、サーメットや超硬合金等を使用
することができる。このノズルピースには、それぞれの
目的に合わせて気体や液体を噴出する吐出口を形成す
る。

【００１０】ノズル本体に形成される貫通孔は、通常は
断面円形状、楕円形状、多角形状等に形成されるが、本
発明としては特に断面を含めて形状が特定されるもので
はなく、ノズルピースの形状に関連させて適宜定められ
る。一方、ノズルピースは貫通孔への挿入、配置を容易
に行えるように、通常は筒状に形成されるが具体的な形
状は特に限定されない。ただし、貫通孔との間で適度な
間隙が形成されるように、貫通孔形状と関連させて形状
を定める。上記間隙では、溶融ろうが良好に湯流れでき
るように適切な間隙量を定める。また、間隙の全てをろ
うで充填する場合には間隙量を均等にするのが望ましい
が、間隙の一部を充填する場合には位置によって間隙量
を変えることによりろうの湯流れを改善する等して接合
性を向上させることも考えられる。

【００１１】上記ノズルピースの外壁面のうち、貫通孔
との間で間隙を形成する面には、活性金属被覆を施す。
この被覆の形成に際してはノズルピースと活性金属被覆
との間に所望により中間金属被覆を形成することができ
る。これら活性金属被覆や中間金属被覆の形成方法は特
に限定されるものではなく、例えば、蒸着やスパッタな
どの方法によって形成することができる。また、これら
被覆の厚さも特に限定されるものではなく、皮膜の目
的、性質、形成方法等を勘案して適宜定めることができ
る。

【００１２】上記活性金属被覆は、ろう付時に溶融して
ノズルピースに強固に固着するとともにろう材とも結合
してノズルピースとノズル本体とを良好にろう付させ
る。この作用を得る活性材料としてＴｉ、Ｚｒ、Ｂｅ等
が挙げられる。この活性金属被覆は、ノズル本体の貫通
孔との間で間隙を形成するノズルピースの外壁面の全部
に施すことは勿論のこと、この外壁面の一部にのみ施す
こともできる。ノズルピースとノズル本体とは、ノズル
によっては必ずしもその隙間の全部をろうで充填するこ
とが必要になるわけではなく、例えば、端部のみをろう
で充填接合したものであってもよい。したがって接合し
たい部分のみに活性金属被覆を施すことが可能である。
この場合に活性金属被覆の周辺は、ノズルピースの外壁
面が露出しているためろうの濡れ性が悪くろうも容易に
結合しないため、活性金属被覆部分で優先的にろうが濡
れて接合し、所望の部分が確実かつ良好に接合されるこ
とになり、接合部での漏れの発生を確実に防止すること
ができる。また、この方法（一部被覆）では、ろう材を
活性金属部分またはこの周辺を含めて配置すれば足りる
のでろう材の使用量を大幅に減らことができる。

【００１３】中間金属皮膜は、ろう付中にノズルピース
から拡散する酸素が活性金属と結合して活性金属とろう
材との融合が妨げられるのを防止するために形成する。
したがって、ノズルピース中から活性金属被覆へ酸素が
拡散移動するのを有効に防止できる材質でなければなら
ない。また、この中間金属被覆は、ろう付時に部分的
に、または全部が溶融してろう材と良好に結合するもの
でなければならない。

【００１４】前記間隙の充填に使用されるろう材には、
ノズル本体とノズルピースとのろう付に適した材料が適
宜選定される。ただし、従来のように活性金属を含有す
る特殊なろう材が必要になるわけではなく、銀ろうや銅
ろうのような一般のろう材を使用することができる。ま
た、上記ろう材の供給方法も特に限定されるものではな
く、外部よりろう材を供給して溶融ろうを上記間隙に流
し込んだり、予めろう材を間隙に配置し、これを加熱す
ることによって間隙に溶融ろうを充填することができ
る。間隙に配置するろう材としては薄肉の筒状ろう材や
薄板のリング板状ろう材を積層したものを用いることが
できる。また、複数のろう材片を筒状やリング状に配置
したものであってもよい。

【００１５】また上記ろう材としては、ノズルピースと
ノズル本体との間の間隙に充填されて両者を強固に接合
するのに十分な量のものを用いる。さらに、間隙端部か
らのろうの漏出等を考慮してろう材を上記充填量に見合
う量よりも増量することによってノズルピースと貫通孔
との間に隙間が残存するのを防止することができる。ま
た、上記したようにノズルピースの外壁面の一部にのみ
活性金属被覆を形成する場合にも、活性金属被覆の面積
に見合うよりも多めのろう材を使用することにより、所
望の箇所が確実に接合され、所望の接合強度が得られる
とともにろう付部での漏れ等を防ぐことができる。

【００１６】上記各材料を用いたろう付は、大気下の他
に所望の雰囲気下（例えば真空雰囲気下）で行うことも
可能である。ろう付では、所定温度・所定時間の加熱を
行う。この加熱温度および加熱時間は、ろう材の種別や
ノズル本体およびノズルピースの材質、雰囲気等によっ
て適宜定められる。上記ろう付において各材料が所定の
ろう付温度に加熱されると、ろう材は溶融し、貫通孔と
ノズルピースとの間の間隙の全部または一部を充填す
る。その後、温度が下がることによって溶融ろうが凝固
し、ノズル本体とノズルピースとが良好に接合される。

【００１７】

【発明の実施形態】

（実施形態１）以下、図１および図２を参照して本発明
の一実施形態を説明する。紡糸ノズル本体１はＳＵＳ６
３０ステンレス鋼で構成されており、４８個の円筒状の
貫通孔が形成されている。なお、図１および図２では１
つの貫通孔２のみが示されているが、各貫通孔は同一形
状を有しており、またノズルピースのろう付作業も同様
に適用されるので、以下の説明はこの貫通孔２に対して
のみ行うものとする。

【００１８】貫通孔２は、その一端部には軸方向に対し
て内側に突出する段差高さ１ｍｍの段部を有しており、
該段部は貫通孔２の端縁に達している。この段部の中心
部には貫通孔２の一部をなす断面円形の小孔が確保され
ている。一方、ノズルピース４はジルコニアで構成され
ており、円筒状の側面に上記段部に沿うように内側に低
くなった段差低さ１ｍｍの段部が全周に亘って設けられ
ており、この段部はノズルピース４の先端に達してい
る。該ノズルピース４は、貫通孔２に配置した際に、貫
通孔２の壁面と５０μｍの間隙が生ずる寸法に形成され
ている。またノズルピース４の外周面（外壁面）の全面
には、スパッタ法によってＴｉからなる活性金属被覆５
が約３μｍの厚さで形成されている。

【００１９】なお、ろう材６は活性化金属を含まない銀
ろうからなり、前記貫通孔２とノズルピース４との間隙
に相当する筒形形状に形成されている。このろう材６
は、貫通孔２の壁面とノズルピース４の外壁との間の間
隙体積の１１０％に相当する体積を有している。

【００２０】ろう付に際しては、貫通孔２内にろう材６
を挿入し、さらにノズルピース４を挿入する。このよう
に配置した紡糸ノズル本体１とノズルピース４とろう材
６とを排気装置を備えた真空加熱炉（図示しない）に装
入し、排気装置を作動させて加熱炉内を真空雰囲気（５
×１０^-6Ｔｏｒｒ）に調整した。次いで、２００℃／時
間の加熱速度で炉内を加熱し、８５０℃まで昇温させて
同温度で１０分間保持した後、２００℃／時間の冷却速
度で室温まで冷却してろう付を行った。上記昇温中に
は、ろう材６は徐々に溶融し、貫通孔２とノズルピース
４との間隙を充填した。また、ろう材６の体積は間隙体
積よりも多めにしてあるので、上記間隙の端部から若干
溶融ろうが流れ出しても間隙には支障なく溶融ろうが充
填された。次いで加熱後の降温に従って溶融ろうは凝固
し、所定位置にあるノズルピース４とノズル本体１と
は、凝固ろうによって強固にろう付接合された。以上の
ようにして製造した紡糸ノズルを加熱炉より取り出し、
間隙部の充填状況を調査したところ、良好に接合されて
おり、隙間の発生も認められなかった。

【００２１】（実施形態２）上記実施形態では、ノズル
ピース４の外周面の全面に活性金属被覆５を形成してそ
の全面をノズル本体１の貫通孔２にろう付接合したが、
この実施形態２では、ノズルピースの外壁面の一部のみ
をろう付接合する場合について説明する。なお、この実
施形態で上記実施形態と同様の構造については同一の符
号を付して説明を省略する。

【００２２】ノズルピース４の外周面には、上端部およ
び下端部の外周面にそれぞれＴｉからなる活性金属被覆
１５ａ、１５ｂが施されている。また、該活性金属被覆
１５ａ、１５ｂに対応して筒状のろう材１６ａ、１６ｂ
が用意されている。ろう付に際しては、このろう材１６
ａ、１６ｂを貫通孔２の上端部および下端部に配置し、
次いでノズルピース４を挿入する。この状態では、活性
金属被覆１５ａ、１５ｂとろう材１６ａ、１６ｂとが相
対している。次いで上記実施形態と同様にろう付加熱す
ると、活性金属被覆１５ａ、１５ｂが溶融してノズルピ
ース４と強固に固着する。一方、ろう材１６ａ、１６ｂ
も溶融し、それぞれが濡れ性が良好な活性金属被覆１５
ａ、１５ｂに惹かれるようにして溶融した活性金属と結
合する。ろう付加熱の後、温度が下がると、これら金属
は凝固し、ノズルピース４とノズル本体１とが部分的に
接合される。この接合部には隙間もなく、良好に接合さ
れている。なお、この実施形態では、ろう材の容量を活
性金属被覆に見合う量としたが、若干多めにすることに
よって、より確実に接合することができる。この実施形
態によれば、実施形態１に比べてろう材の容量を約１／
２に低減することができる。

【００２３】（実施形態３）次に、活性金属被覆とノズ
ルピースとの間に中間金属被覆を施す場合について説明
する。なお、この実施形態においても上記実施形態と同
様の構造については同一符号を付して説明を省略する。
ノズルピース４の外周面全面に、銀ろう材と同成分から
なる中間金属被覆１７をスパッタ法により厚さ約１μｍ
に形成した。この上層に、活性金属としてＴｉを用い、
これを蒸着法により厚さ約３μｍで被覆した（活性金属
被覆５ａ）。一方、中間金属被覆１７、活性金属被覆５
ａを含むノズルピース４とノズル本体の貫通孔２との間
の間隙に相当する銀ろうからなるろう材６ａを用意し、
これを貫通孔２内に配置し、さらに、上記ノズルピース
４を挿入配置する。次いで上記実施形態と同様にろう付
加熱すると、ノズルピース成分に含まれる酸素が拡散移
動するものの中間金属被覆１７で捕捉され、活性金属被
覆５ａにまで達するのを阻止する。これら被覆成分はろ
う付加熱によって溶融し、活性金属成分はノズルピース
と強固に固着する。また、これら成分は溶融ろうと結合
し、凝固によってノズルピース４と貫通孔２内で凝固し
てこれらを強固に接合する。なお、この実施形態では、
ノズルピースの外壁面の全面に中間金属被覆を施した
が、実施形態２のようにノズルピースの外壁面の一部に
のみ活性金属被覆を形成する場合には、中間金属被覆も
ノズルピース外壁面の一部に形成すれば十分である。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明したように、本発明のノズル
の製造方法によれば、予めろう付前にノズルピースの外
壁面に活性金属被覆を施しておき、ノズル本体に形成さ
れた貫通孔内にノズルピースを配置して前記貫通孔内壁
とノズルピース外壁との間隙にろうを充填させてノズル
本体とノズルピースとをろう付接合するので、ノズルピ
ースとノズル本体とを安価に、かつ良好に接合すること
ができる。

【００２５】また、活性金属の被覆を、貫通孔との間で
隙間を形成するノズルピースの外壁面のうち一部にのみ
行うものとすれば、接合がより確実かつ良好になされる
とともにろう付に必要なろう材を少なくすることができ
る。さらに、ノズルピース外壁面と活性金属被覆の間
に、ノズルピースから活性金属被覆に至る酸素の移動を
抑制する中間金属被覆を形成しておけば、活性金属の機
能を十分に発揮させて、ノズルピースとノズル本体とを
より良好にろう付接合することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態を示す部分断面図であ
る。

【図２】 同じく、他の実施形態の部分断面図である。

【図３】 さらに他の実施形態を示す部分断面図であ
る。

【図４】 従来の紡糸ノズルの製造法の一例を示す部分
断面図である。

【図５】 同じく他の一例を示す部分断面図である。

【符号の説明】

１ ノズル本体 ２ 貫通孔 ４ ノズルピース ５ 活性金属被覆 ５ａ 活性金属被覆 ６ ろう材 ６ａ ろう材 １５ａ 活性金属被覆 １５ｂ 活性金属被覆 １６ａ ろう材 １６ｂ ろう材 １７ 中間金属被覆

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梶川 耕司 千葉県四街道市鷹の台１丁目３番 株式会 社日本製鋼所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル本体に形成された貫通孔内に筒状
   のノズルピースを配置し、前記貫通孔内壁とノズルピー
   ス外壁との間隙にろうを充填させてノズル本体とノズル
   ピースとをろう付接合するノズルの製造方法において、
   予めろう付前にノズルピースの前記外壁面に活性金属被
   覆を施しておくことを特徴とするノズルの製造方法
2. 【請求項２】 活性金属の被覆は、貫通孔との間で隙間
   を形成するノズルピースの外壁面のうち一部にのみ行う
   ことを特徴とする請求項１記載のノズルの製造方法
3. 【請求項３】 ノズルピース外壁面と活性金属被覆の間
   に、ノズルピースから活性金属被覆に至る酸素の移動を
   抑制する中間金属被覆を形成しておくことを特徴とする
   請求項１または２に記載のノズルの製造方法