JPH0959836A

JPH0959836A - フリクションディスク

Info

Publication number: JPH0959836A
Application number: JP7790996A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Takenouchi; 一憲竹之内
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-06-08
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1997-03-04

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミックス製フリクションディスクの特徴で
ある作業安定性、寸法精度、耐久性、低ランニングコス
トを維持したまま、スノー発生量を減らし、撚数を多く
して、高品質で高加撚力を実現する。【解決手段】フリクションディスク１０を熱伝導率が２
９Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックスで形成し、糸状との接
触面１２における結晶粒子のエッジを丸くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、延伸しながら走行
する合繊繊維フィラメント・マイクロフィラメント糸に
仮撚を付与する摩擦仮撚装置におけるフリクションディ
スクに関するものであり、特に高品質の加工糸を得るこ
とができ、かつ作業時の安定性、寸法精度、耐久性、ラ
ンニングコストに優れた摩擦仮撚装置用フリクションデ
ィスクに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】３軸外接型摩擦仮撚装置の構造は、図３
に示すように複数のフリクションディスク１０を備えた
３本の回転軸２０を、各フリクションディスク１０が互
いに部分的に重なるように配置したものである。そし
て、糸条３０を各フリクションディスク１０に接するよ
うに螺旋状に備え、各フリクションディスク１０を回転
させながら糸条３０を矢印方向に走行させると、この糸
条３０に仮撚を施すことができるようになっている。

【０００３】このフリクションディスク方式は、ピン方
式やニップベルト方式等の仮撚方式と比較して糸張力を
均一にできる作用が優れており、かつ加工速度を高速化
できることから、広く使用されている。そのため、フリ
クションディスク１０の材質、形状、組合せ等について
さまざまな提案がなされている。

【０００４】例えば、特開昭４９−１３４５７号公報で
は樹脂製フリクションディスクが、特開昭４９−６９９
５２号公報では糸との接触面に溝を形成したセラミック
ス製フリクションディスクが、特開昭５２−１５６５２
号公報ではクロムのコーティング又はメッキを施したフ
リクションディスクがそれぞれ紹介されている。

【０００５】ここで、上記各材質ごとに特性評価を行っ
たところ、表１に示すようにフリクションディスク１０
の材質によって糸品質、耐久性、コストが異なってい
る。即ち、樹脂製のものは糸品質は良好であるが、装置
稼働初期のディスクの温度上昇に伴う摩擦条件の変化に
より張力変動を起こし、織機等の次工程の品質に悪影響
を及ぼしたり、あるいは使用雰囲気や油剤により半年で
外径が０．２ｍｍも膨潤する為に、耐久性が低く、また
張力モニター常備による装置のコスト上昇が問題とな
る。

【０００６】一方、クロムをコーティングしたものは、
糸の撚数、強度等の糸品質が不十分であり、コストが高
いという問題がある。

【０００７】また、セラミックス製フリクションディス
クは、作業安定性、寸法精度、耐久性、ランニングコス
トに優れるが、毛羽やスノーを発生させやすく、糸品質
に課題を残している。

【０００８】

【表１】

【０００９】そこでセラミックス製フリクションディス
クの表面粗さや結晶粒子径を種々制御して加撚力を向上
させ、スノー（繊維摩耗粉、油剤）を低減させる方法が
提案されている。例えば、特公昭５３−１０１８５号公
報にはアルミナセラミックスの結晶粒子径１０〜４０μ
ｍ、表面粗さ１〜３ｓとして結晶粒子と単糸フィラメン
トが噛み合うようにして高加撚力を実現する方法が提案
されている。特開昭５１−９２３３５号公報ではアルミ
ナセラミックスの平均結晶粒子径３０μｍ以上、表面粗
さ３ｓ以上として仮撚と同時に擦過傷を形成する方法が
提案されている。特開昭５２−１８９４８号公報ではセ
ラミックス、金属で表面粗さ４〜１２ｓとして高加撚力
を得る方法が提案されている。特開昭５２−６３４６１
号公報ではセラミックス結晶粒子径２〜３０μｍ、表面
粗さ１〜６ｓとして加撚力の向上及びスノー低減する方
法が提案されている。

【００１０】また、特開昭５２−１３２１４６号公報で
は純度８９％以上のアルミナセラミックスで表面粗さＲ
ｚ＝２〜３．５μｍ、Ｒｍａｘ＝３〜４．５μｍとして
加撚力の向上及びスノー低減する方法が提案されてい
る。特開昭５３−１１１１４８号公報ではセラミックス
またはセラミックスコーティングにおいて結晶粒子径２
〜３０μｍ、表面粗さ１〜３ｓとして加撚力の向上及び
スノーを低減する方法が提案されている。特開昭５５−
７６１２７号公報では純度９７％以上のアルミナセラミ
ックスで平均結晶粒子径３〜１０μｍ、表面粗さＲｚ＝
１．６〜２．７、ディスク厚み＝６〜６．２、繊維接触
面のＲ＝３．２〜３．４、繊維接触面とディスク側面と
のつなぎｒ＝０．４〜０．６として加撚力の向上をする
方法が提案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述のように多数の提
案がなされているが、セラミックス製フリクションディ
スクにおいてはマイクロフィラメント加工用として、糸
品質が十分なものは得られていなかった。

【００１２】これは、フリクションディスク１０をセラ
ミックスで形成する場合、セラミック原料を所定形状に
成形し、焼成した後、表面をダイヤモンド砥石等で研
削、研摩することによって寸法精度を高めるとともに所
定の表面粗さとすることから、表面の結晶粒子は鋭いエ
ッジを有しており、糸条３０を削ってスノーを発生させ
ることを避けられないためであった。

【００１３】また、フリクションディスク１０の表面は
糸条３０が高速で通過するため、摩擦熱により発熱し高
温となる。その結果、糸条３０の表面が変質してスノー
が発生しやすくなったり、あるいはこのスノーがフリク
ションディスク１０の表面に付着して仮撚できなくなる
グレージング現象が発生するなどの問題があった。

【００１４】これらの現象により、機械の動作が不安定
となり、頻繁に清掃しなければならないことから稼働率
が低下するという不都合があった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、フリク
ションディスクを熱伝導率が２９Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラ
ミックスで形成するとともに、糸状との接触面における
結晶粒子のエッジを丸くしたことを特徴とするものであ
る。

【００１６】即ち、本発明のフリクションディスクは、
セラミックスの表面を研削、研摩した後、再焼成等の熱
処理、化学的エッチング、物理的エッチング等を施して
結晶粒子のエッジを丸くすることにより、糸条にダメー
ジを与えることなくスノー発生を防止するようにしたも
のである。

【００１７】また、フリクションディスクを成すセラミ
ックスとして、熱伝導率２９Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものが必
要であることを見出した。即ち、フリクションディスク
の糸条との接触部には摩擦熱が生じるが、セラミックス
の熱伝導率が２９Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると、この摩擦熱
が放熱されにくく高温になってしまうため、糸条をわず
かに溶融させてフリクションディスクとの間にすべりを
生じ、所定の撚数が得られなくなるのである。

【００１８】そして、本発明では、上記熱伝導率の高い
セラミックスとして、炭化珪素質セラミックス、窒化ア
ルミニウム質セラミックス、又はＡｌ₂Ｏ₃含有量９
９．５％以上のアルミナセラミックスのいずれかを用い
たことを特徴とする。

【００１９】さらに、本発明では、上記フリクションデ
ィスクにポリエステル７５ｄ／４８ｆ糸を速度１００ｍ
／分、張力２０ｇ、接触角４５°で走行させた時の摩擦
係数が０．２８以上であることを特徴とするものであ
る。

【００２０】即ち、糸条の撚数を高めるためにはフリク
ションディスクとの摩擦係数が重要であり、これを上記
範囲内とすることにより、優れた仮撚特性を得られるの
である。

【００２１】また、本発明ではセラミックス製の基体の
表面に熱伝導率が２９Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導層を備
えてフリクションディスクを構成したことを特徴とす
る。即ち、フリクションディスクの表面に高熱伝導層を
備えることによって、糸条との接触による摩擦熱を放熱
しやすくし、高温になることを防止できるようにした。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を説明す
る。

【００２３】図１、２（Ａ）に示すようにフリクション
ディスク１０は、セラミックスからなる円盤状体であ
り、中央に回転軸への取付のための貫通孔１１を有し、
糸条３０との接触面１２は曲面状となっている。

【００２４】このフリクションディスク１０を３軸外接
型摩擦仮撚装置に使用する場合は、図３に示すように回
転軸２０に取付け、各フリクションディスク１０が部分
的に重なるように配置し、糸条３０を各フリクションデ
ィスク１０に接するように螺旋状に備え、各フリクショ
ンディスク１０を回転させながら、糸条３０を矢印方向
に走行させると、この糸条３０に仮撚を施すことができ
る。

【００２５】このとき、糸条３０はフリクションディス
ク１０の接触面１２によって撚りを施されるため、この
接触面１２の状態が重要である。

【００２６】そして、本発明ではこの接触面１２におい
て結晶粒子のエッジを丸くすることによって、スノー発
生を防止し、かつ結晶粒子を小さくして多くの撚りを付
与させるようにした。

【００２７】ここで、結晶粒子のエッジが丸いとは、表
面の顕微鏡写真等によって結晶粒子を観察した時に、各
結晶が鋭いエッジを有しておらず丸い形状であることを
意味する。そして、結晶粒子のエッジを丸くするために
は、再焼成、化学的・物理的エッチング等を行えば良
い。例えば、再焼成を行う場合は、所定の製造方法によ
って得られたセラミックス製のフリクションディスク１
０に研削、研摩加工を施した後で、焼成温度と同程度か
それ以上の温度で再度焼成すれば良い。このように再焼
成することによって、結晶エッジが加熱軟化されて鋭い
エッジのない丸い形状となる。また、化学的・物理的エ
ッチングを行えば結晶粒子のエッジ部がエッチングで除
去されて丸みを帯びた形状となる。

【００２８】また、本発明では、フリクションディスク
１０を成すセラミックスとして、熱伝導率が２９Ｗ／ｍ
・Ｋ以上の熱伝導性の高いセラミックスを用いたことを
特徴とする。そのため、糸条３０の摺動により接触面１
２に生じた摩擦熱を良好に放熱し、接触面１２が高温と
なることを防止できることから、糸条３０の溶融に伴う
すべりの発生を防止し、仮撚特性を向上できるのであ
る。

【００２９】なお、上記熱伝導率が２９Ｗ／ｍ・Ｋ以上
のセラミックスとしては、高純度アルミナセラミック
ス、炭化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラ
ミックス等を用いる。

【００３０】高純度アルミナセラミックスとしては、Ａ
ｌ₂Ｏ₃含有量が９９．５重量％以上、好ましくは９
９．７重量％以上であり、残部がＳｉＯ₂等からなるも
のである。このように、アルミナセラミックスにおける
Ａｌ₂Ｏ₃含有量を高くすることにより、熱伝導率を向
上できるとともに硬度、強度を大きくできることから、
フリクションディスク自体の耐久性を向上できる。そし
て、Ａｌ₂Ｏ₃含有量を９９．５重量％以上とすること
により、熱伝導率を２９Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることがで
き、上述したように仮撚特性を向上できる。

【００３１】また、Ａｌ₂Ｏ₃含有量が９９．５重量％
以上、好ましくは９９．７重量％以上のアルミナセラミ
ックスは、結晶粒子を丸くするために再焼成を行った場
合でも結晶の異常成長を抑制しやすいため、上述した最
大結晶粒径２０μｍ以下となるような焼結体を容易に得
ることができる。

【００３２】また、炭化珪素質セラミックスとは、Ｓｉ
Ｃを主成分とし、Ｂ，ＣまたはＡｌ₂Ｏ₃，Ｙ₂Ｏ₃等
の焼結助剤を含有するものであり、６０〜７０Ｗ／ｍ・
Ｋの熱伝導率を有している。

【００３３】さらに、窒化アルミニウム質セラミックス
とは、ＡｌＮを主成分とし、焼結助剤としてＣａＯ，Ｓ
ｒＯ，ＢａＯ等の周期律表第２ａ族元素酸化物や、Ｙ₂
Ｏ₃、Ｅｒ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃等の周期律表第３ａ族元
素酸化物を０．５〜２０重量％の割合で添加したもので
あり、焼成過程でこれらの焼結助剤成分を０．００１〜
１重量％程度にまで揮散させることによって、熱伝導率
を１７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上まで高めたものである。

【００３４】また、本発明のフリクションディスク１０
において、接触面１２の最大粒子径は２０μｍ以下とす
ることが好ましい。これは、粒子径が２０μｍを超える
ような粗大粒子が存在すると、この粗大粒子部分で糸条
３０が滑って摩擦力が弱まり、撚りを付与しにくくなる
ためである。これに対し最大結晶粒子径が２０μｍ以下
であれば、全体の結晶粒子径が小さく、均一である為
に、糸に対する撚掛け性にも優れた結果を示す。ちなみ
に、平均粒子径は２〜７μｍの範囲内が好ましい。

【００３５】さらに、結晶粒子の最大アスペクト比は３
以下であることが好ましい。ここで、アスペクト比とは
粒子の短径に対する長径の比のことであり、最大アスペ
クト比を３以下としたのは、アスペクト比が３を超える
ような柱状粒子が存在すると、この柱状粒子部分で糸状
３０との摩擦力が弱まり、撚りを付与しにくくなるため
である。つまり、結晶粒子のアスペクト比が小さく、球
形状に近い多角形形状であると、平均的に糸に接触する
結晶粒子のＲ形状が大きくなる結果、スノー発生量は小
さくなる。

【００３６】なお、上記最大結晶粒子径と最大アスペク
ト比は、いずれも表面の顕微鏡写真を元にして測定する
ことができる。また、最大結晶粒子径と最大アスペクト
比を上記範囲内とするためには、セラミック原料の組成
や粒径あるいは本焼成や再焼成の条件等を調整すれば良
い。

【００３７】また、上記フリクションディスク１０の接
触面１２の表面粗さ（Ｒａ）は０．１〜１．５μｍの範
囲が好ましい。これは、表面粗さ（Ｒａ）が１．５μｍ
を越えると糸条３０との摩擦係数が小さくなり過ぎて仮
撚特性が悪くなるためである。また、表面粗さ（Ｒａ）
を小さくすると摩擦係数が大きくなって仮撚特性が向上
するが、０．１μｍ未満になると急激に摩擦係数が増加
することから、糸条３０が接触面１２でスリップして加
熱され、仮撚を施せなくなってしまうためである。さら
に、接触面の表面粗さ（Ｒａ）は、０．６〜０．９μｍ
の範囲内とすることが好ましい。

【００３８】次に本発明の他の実施形態を説明する。

【００３９】図２（Ｂ）に示すように、セラミックス製
の基体１０ａの少なくとも糸条３０が接触する表面に高
熱伝導層１０ｂを備えてフリクションディスク１０を形
成することもできる。このようにすれば、糸条３０との
接触面１２の熱伝導性が高いため、糸条３０が高速で摺
動しても発生した摩擦熱を良好に放熱し、フリクション
ディスク１０が局部的に高温となることを防止できるの
である。

【００４０】即ち、フリクションディスク１０と糸条３
０とは共に高速で移動し、かつ両者の接触点が小さいの
で、フリクションディスク１０の極表層の熱伝導形態が
重要である。一般に、結晶体の熱伝導について以下の式
が提案されている。

【００４１】λ＝１／４（ρ・ｖ・ｌ・ｃ） λ：熱伝導率 ρ：密度ｖ：熱弾性波の平均伝播
速度ｌ：フォノンの平均自由工程で、熱弾性波が相互干渉を
受けて最初の強さの１／ｅに減少するまでの距離ｃ：固体の比熱熱伝導率の大きい材料では、熱弾性波の平均伝播速度ｖ
及びフォノンの自由工程で熱弾性波が相互干渉を受けて
最初の強さの１／ｅに減少するまでの距離ｌが大きくな
るために、糸接触点つまり加熱源から熱がフリクション
ディスク１０の極表層を大きい速度で伝播され、雰囲気
空気に放熱することで接触面１２の温度上昇が抑制され
るのである。

【００４２】したがって、フリクションディスク１０の
場合、表面に高熱伝導層１０ｂが存在していれば十分な
熱伝導性と放熱性があり、接触面１２の温度上昇を防止
することができるのである。

【００４３】なお、上記基体１０ａを成すセラミックス
としては、上述した炭化珪素質セラミックス、窒化アル
ミニウム質セラミックス、高純度アルミナセラミックス
に限らず、低純度アルミナセラミックスやジルコニアセ
ラミックス等を用いることもできる。

【００４４】また、高熱伝導層１０ｂは、２９Ｗ／ｍ・
Ｋ以上の熱伝導率を有するＡｌＮ，ＴｉＮ等の窒化物、
ＳｉＣ，Ｂ₄Ｃ等の炭化物、ＴｉＢ₂，ＺｒＢ₂，Ｈｆ
Ｂ₂等のホウ化物、あるいはＡｌ₂Ｏ₃，ＤＬＣ（ダイ
ヤモンドライクカーボン、合成疑似ダイヤモンド、アモ
ルファスカーボン、ｉ−カーボン等とも呼ばれる），ダ
イヤモンド等を用いる。

【００４５】これらの高熱伝導層１０ｂは、基体１０ａ
上にＣＶＤ法やＰＶＤ法等の薄膜形成手段で形成するこ
とができ、特に熱ＣＶＤでは成膜面に垂直に柱状結晶が
成長する傾向を利用して成膜により半球状の凹凸を形成
できる。

【００４６】あるいは、基体１０ａをアルミナセラミッ
クスで形成しておいて、窒素ガス中で熱処理したり、あ
るいはＮイオンをドープする等の方法よって表面に窒化
アルミニウムからなる高熱伝導層１０ｂを形成すること
もできる。

【００４７】いずれの場合も、高熱伝導層１０ｂの厚み
は０．１μｍ以上とすることが好ましく、また接触面１
２における表面粗さや結晶の粒径、形状等の好ましい範
囲は前述の実施形態と同様である。

【００４８】

【実施例】実験例１ここで、図１、２に示すフリクションディスク１０をア
ルミナセラミックスにより作製した。表２に示すよう
に、Ａｌ₂Ｏ₃含有量の異なる原料粉末に成形に必要な
バインダー成分を加えて、造粒した後に円盤状に成形
し、結晶粒成長を抑えて緻密体が得られるように比較的
低温の焼成を行った。次に研削加工にて所定の寸法形状
とし、バレル加工にて表面を仕上げた後、再焼成して接
触面１２の結晶粒子を丸くした。

【００４９】各々のＡｌ₂Ｏ₃含有量の異なるアルミナ
セラミックスについて、特性と結晶の形状や粒径のばら
つきを比較したところ、表２に示す通りであった。この
結果より、Ａｌ₂Ｏ₃含有量を多くすることによって熱
伝導率を高くでき、放熱性を向上できることがわかる。
また、同時にビッカース硬度、曲げ強度も高くできるこ
とから、フリクションディスク自体の耐久性も向上でき
る。

【００５０】また、結晶粒子の形状と粒径のばらつきに
ついて見てみると、Ａｌ₂Ｏ₃含有量９９．５重量％の
ものでは、アスペクト比が３に近い柱状の結晶が多く見
られるが、Ａｌ₂Ｏ₃含有量を高くするほど結晶粒子の
形状が球状に近い多角形状でアスペクト比も小さくな
り、粒径のばらつきも小さくなることがわかる。これ
は、再焼成時にＡｌ₂Ｏ₃含有量の低いものほど異常粒
成長が生じやすいためである。

【００５１】

【表２】

【００５２】そして、これらのフリクションディスク１
０を摩擦仮撚装置に実装して仮撚試験を行ったところ、
Ａｌ₂Ｏ₃含有量が高いほど撚数が大きく、スノー発生
量が少なくなった。

【００５３】つまり、Ａｌ₂Ｏ₃含有量が高いほど熱伝
導率が高くなるため、フリクションディスク１０の糸条
３０との接触面１２での温度上昇が抑えられ、低スノ
ー、高糸品質、高加撚力を実現できるのである。

【００５４】また、Ａｌ₂Ｏ₃含有量が高いほど、結晶
粒子のアスペクト比が小さく球状に近い多角形状である
ことから、平均的に糸条３０に接触する結晶粒子の曲率
半径が大きくなる結果スノー発生量は小さくなり、また
結晶粒子径が小さく均一であるために、糸条３０に対す
る撚掛け性にも優れた結果を示すことになるのである。

【００５５】したがって、Ａｌ₂Ｏ₃含有量を９９．５
重量％以上、好ましくは９９．７重量％以上とすること
によって、結晶粒子が小さく、結晶粒子のエッジが丸
く、結晶粒子が球形状に近い多角形状で、熱伝導率が２
９Ｗ／ｍ・Ｋ以上と大きいセラミックス製フリクション
ディスクを得ることができ、優れた高糸品質、高加撚力
を得ることができる。

【００５６】なお上記アルミナセラミックスの熱伝導率
をさらに向上させるために、気孔率を小さくしたり、ア
ルミナセラミックスの粒界層に高熱伝導率材料を用いる
等の工夫を行うこともできる。

【００５７】実験例２次に、窒化アルミニウム質セラミックスでフリクション
ディスク１０を作製した。主成分であるＡｌＮに焼結助
剤としてＥｒ₂Ｏ₃を添加し、得られた原料粉末を円盤
形状に成形し、焼成した。焼結体を研削加工、バレル加
工にて表面を仕上げた後、再焼成した。

【００５８】このようにして得られた窒化アルミニウム
質セラミックスは、熱伝導率１７０Ｗ／ｍ・Ｋで、結晶
粒子が丸く、最大結晶粒径は２０μｍで、最大アスペク
ト比は３であった。

【００５９】この窒化アルミニウム質セラミックス製の
フリクションディスク１０について、上記と同様に実機
評価したところ、極めて熱伝導率が高く放熱性に優れる
ことから、スノー量、仮撚特性の点でさらに優れた結果
を示した。

【００６０】実験例３図１、２（Ａ）に示すフリクションディスク１０を作製
した。セラミック原料として、９９．５％以上のＡｌ₂
Ｏ₃、焼結助剤であるＭｇＯ，ＳｉＯ₂、及び不可避不
純物からなる混合原料を粉砕し、粒径３μｍ未満、好ま
しくは１μｍ未満の微粉原料を得た。この原料粉末に、
成形に必要なバインダー成分を加えて、造粒した後に円
盤状に成形し、結晶粒成長を抑えて緻密体が得られるよ
うに比較的低温の焼成を行った。次に研削加工にて所定
の寸法形状とし、バレル加工にて表面を仕上げた後、再
焼成して接触面１２の結晶粒子を丸くした。

【００６１】上記方法により得られた本発明実施例のフ
リクションディスク１０の接触面１２を４００倍に拡大
した結晶顕微鏡写真及び結晶粒子の模式図を図４に示す
ように、最大結晶粒子径は２０μｍ以下、平均結晶粒子
径１０μｍ以下で最大アスペクト比は２〜３と、結晶粒
子は丸く小さなものであった。

【００６２】一方、比較例として、上記と同様の製造方
法で原料粉末の粒径を３μｍと大きくし、また焼成温度
や再焼成温度を共に高温とすることによって、最大結晶
粒子径が４０〜６０μｍと大きく、結晶粒子のエッジが
丸いフリクションディスク１０を作製した（比較例
１）。この接触面１２を４００倍に拡大した結晶顕微鏡
写真及び模式図を図５に示すように、結晶粒子は丸く大
きいものであった。

【００６３】また、他の比較例として、上記と同様の製
造方法で原料粉末の粒径が１〜３μｍで、研削・バレル
加工後の再焼成を行わず、接触面１２がバレル仕上げ面
のままであるフリクションディスク１０を作製した（比
較例２）。この接触面１２を４００倍に拡大した結晶顕
微鏡写真の模式図を図６に示すように、最大結晶粒子径
２０〜１５μｍ程度で、最大アスペクト比２〜３と細長
い結晶粒子形状をしており、結晶粒子はエッジが鋭く小
さいものであった。

【００６４】さらに他の比較例としてクロムをコーティ
ングしたもの、樹脂からなるものを用意し、それぞれ実
機に搭載して使用試験を行った。糸条３０としてポリエ
ステル１５０ｄ／４８ｆで延伸比１．６のもの、ポリエ
ステル７５ｄ／３６ｆで延伸比１．６８のものを用い
た。

【００６５】それぞれ、糸条３０に対する撚数、強度、
伸度、スノー発生量等を測定し、それぞれの数値を○〜
×で評価した結果を表３に示す。

【００６６】材質をセラミックスとした３種類について
糸品質を比較すると、再焼成を行わない比較例２ではス
ノー発生量が多いのに対し、再焼成によって結晶を丸く
した本発明実施例及び比較例１はスノー発生量が少なく
なっている。即ち、糸接触面の結晶粒子に存在する鋭い
エッジが刃先として働き、軟質の糸材を削ってスノーを
生じることから、スノー発生量を低減させるには結晶粒
子のエッジを丸くすればよいことがわかる。

【００６７】一方、撚数の点からは、結晶粒子径の大き
い比較例１ではスリップ現象が生じて撚数が少なくなる
のに対し、結晶粒子径を小さくした本発明実施例及び比
較例２では充分な撚数を得られることがわかる。

【００６８】したがって、本発明実施例では、スノー発
生量、強度、伸度、撚数の糸品質の総合特性において優
れており、クロムコーティングを行った従来品と比較し
ても優れた特性を有していることがわかる。

【００６９】

【表３】

【００７０】次に、上記実験結果を用いて、３種類のセ
ラミックス製フリクションディスクにおける、スノー発
生量と撚数との関係をまとめたところ、図７に示す通り
であった。

【００７１】このグラフから明らかなように、比較例２
は結晶粒子が小さく鋭いため撚数は大きいがスノー発生
量が多く、また比較例１は結晶粒子が大きく丸いためス
ノー発生量は少ないものの撚数が小さかった。これらに
対し、本発明実施例は結晶粒子が小さく丸いためスノー
発生量を少なく撚数を大きくすることができ、比較例
１、２よりも優れていることがわかる。このように、セ
ラミックスの結晶粒子を小さく丸い形状とすることによ
り、高撚数、低スノーとなり、さらに高純度のアルミナ
セラミックスとすることにより特性が向上している。

【００７２】なお、上記実験例では再焼成を行って、結
晶粒子のエッジを丸くしたが、その他に化学的エッチン
グ、物理的エッチング等の方法でエッジを丸くしたもの
でも同様であった。また、フリクションディスクをなす
セラミックスの材質としては上記のアルミナセラミック
スに限らず、さまざまなセラミックを用いることができ
る。

【００７３】実験例４次にフリクションディスク１０の摩擦力を測定した。

【００７４】即ち、図８に示すように、回転力Ｖのフリ
クションディスク１０に角度αで交差する糸状３０に対
する撚掛け力、送り力はそれぞれ撚掛け力＝μ・Ｖ・ｃｏｓα 送り力＝μ・Ｖ・ｓｉｎα で表され（日本繊維機械学会第３７回年次大会研究発表
論文集〔Ａ−１９〕より）、いずれもフリクションディ
スク１０と糸状３０との摩擦係数μで決定されることに
なる。つまり、摩擦係数μが大きいほど、撚掛け力、送
り力を大きくできるのである。

【００７５】そこで、上記実験例１に示した本発明実施
例及び比較例１、２の３種類のセラミックス製フリクシ
ョンディスク、及びクロムコーティングしたフリクショ
ンディスク（比較例３）を用いて摩擦係数を測定した。

【００７６】摩擦係数の測定装置は図９に示すように、
糸状３０を張力調整機４１を通してフリクションディス
ク１０と接触角θで接触させ、巻取り機４２で巻き取る
ようにしたものであり、フリクションディスク１０前後
の入力側張力Ｔ_inと出力側張力Ｔ_outから、アモントン
の法則式 μ＝｛ｌｎ（Ｔ_out／Ｔ_in）｝／θ によって求めた。糸状３０としてポリエステル７５ｄ／
４８ｆ（太さ７５デニール、４８フィラメント）を用
い、速度１００ｍ／ｍｉｎ、入力側張力Ｔ_in２０ｇ、接
触角θを４５°として摩擦係数を測定した結果を表４に
示す。

【００７７】この結果より、比較例１と比較例３（クロ
ムコーティング）では、結晶粒径が大きいために糸状３
０がスリップしやすく摩擦係数が０．２６と低いため、
仮撚時の撚掛け力、送り力が小さくなる。これらに対
し、本発明実施例及び比較例２は最大結晶粒径が２０μ
ｍ以下と結晶粒子径が小さいために摩擦係数が０．３０
以上と大きく、仮撚時の撚掛け力、送り力を高められる
ことがわかる。

【００７８】ただし、比較例２では上述したように結晶
エッジが鋭いことから糸品質を劣化させやすかったが、
本発明実施例では糸品質の劣化は無かった。

【００７９】なお、本実施例の製品を繰り返して製造し
たところ、摩擦係数は０．２８〜０．３２の値となり、
この範囲の製品は実機評価の結果が安定して良かった。
そこで摩擦係数の下限値を０．２８とした。

【００８０】また、以上の実験例においては再焼成によ
って結晶粒子を丸くしたが、その他化学的エッチング、
物理的エッチング等の方法によって結晶粒子を丸くして
も同様の結果であった。

【００８１】

【表４】

【００８２】実験例５図２（Ｂ）に示す高熱伝導層１０ｂを備えたフリクショ
ンディスク１０を作製した。

【００８３】基体１０ａはアルミナセラミックスにより
形成し、その表面を研削しバレル研磨した後、その表面
にＳｉＣ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＴｉＮ，ＴｉＣ，ＴｉＯ₂，Ｓ
ｉＯ₂の薄膜を形成し、前述の実験例と同様にして糸条
３０との摩擦係数を測定した。また、ボールオンディス
ク試験機を用いて、各種薄膜を備えたディスクを回転さ
せながら、ナイロン樹脂からなるボールを押し当てた時
のボールの摩耗量を測定した。

【００８４】その結果は表５に示す通りである。表５に
おいて、熱伝導率が低いほど摩擦係数が低いことからフ
リクションディスクとして用いた場合に撚掛け力が小さ
くなることがわかる。これは、フリクションディスク１
０の接触面１２の熱伝導率が低いと摩擦熱が逃げにくく
局部的に高温となって、糸条３０を溶融させてしまうた
めである。そして、前述した０．２８以上の摩擦係数を
得るためには、ＳｉＣ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＴｉＮ等の２９Ｗ
／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する薄膜を用いる必要があ
る。

【００８５】また、表５における薄膜の熱伝導率と樹脂
ボールの摩耗量の関係から、熱伝導率が高いほど樹脂ボ
ール側の摩耗量が少なくなる傾向があり、特に２９Ｗ／
ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する薄膜を形成したものであ
れば極めて摩耗量を少なくできることがわかった。した
がって、２９Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する薄膜を
備えたフリクションディスクを用いれば、樹脂製の糸状
を摩耗させにくいことがわかる。

【００８６】

【表５】

【００８７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、フリクシ
ョンディスクを熱伝導率が２９Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミ
ックスで形成し、糸状との接触面における結晶粒子のエ
ッジを丸くしたことによって、セラミックス製フリクシ
ョンディスクの特徴である作業安定性、寸法精度、耐久
性、低ランニングコストを維持したまま、スノー発生量
を減らし、撚数を多くできることから、高品質で高加撚
力を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフリクションディスクを示す斜視図で
ある。

【図２】図１中のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】フリクションディスクを用いた摩擦型仮撚機を
示す側面図である。

【図４】本発明のフリクションディスクにおける接触面
の結晶粒子を示す図である。

【図５】比較例のフリクションディスクにおける接触面
の結晶粒子を示す図である。

【図６】比較例のフリクションディスクにおける接触面
の結晶粒子を示す図である。

【図７】各種フリクションディスクを用いた場合のスノ
ー発生量と撚数との関係を示す図である。

【図８】フリクションディスクにおける撚掛け力と送り
力の生じるメカニズムを示す図である。

【図９】摩擦係数の測定装置を示す概略図である。

【符号の説明】

１０：フリクションディスク１０ａ：基体１０ｂ：高熱伝導層１１：貫通孔１２：接触面２０：回転軸３０：糸条

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱伝導率が２９Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミッ
クスからなり、糸条との接触面における結晶粒子のエッ
ジを丸くしたことを特徴とするフリクションディスク。
【請求項２】上記セラミックスが炭化珪素質セラミック
ス、窒化アルミニウム質セラミックス、またはＡｌ₂Ｏ
₃含有量９９．５％以上のアルミナセラミックスのいず
れかであることを特徴とする請求項１記載のフリクショ
ンディスク。
【請求項３】ポリエステル７５ｄ／４８ｆ糸を速度１０
０ｍ／分、張力２０ｇ、接触角４５°で走行させた時の
摩擦係数が０．２８以上であることを特徴とする請求項
１記載のフリクションディスク。
【請求項４】セラミックスからなる基体の表面に熱伝導
率が２９Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導層を備えたことを特
徴とするフリクションディスク。