JPH10102330A

JPH10102330A - スレッドガイド及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10102330A
Application number: JP25815896A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Ihara; 俊之井原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1998-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】繊維２０との摺動性を高め、高速走行させても
繊維２０に傷が発生せず、自らの摩耗も少ないスレッド
ガイド１０を得る。【解決手段】繊維２０との摺動面１１がセラミックスか
らなるスレッドガイド１０であって、この摺動面１１に
セラミックスの結晶１２の形状に依存しない滑らかな凹
凸を備え、この凹凸を含む表面粗さ（Ｒａ）を０．３〜
０．５μｍとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、織機、巻取り機、
延伸仮撚機、精紡機等における繊維の案内や、釣糸の案
内等に用いるスレッドガイドに関する。

【０００２】

【従来の技術】スレッドガイドは、各種繊維機械や釣糸
の案内等に広く使用されている。このスレッドガイドに
求められる特性として、繊維の摺動に耐えうる耐摩耗
性を有すること、繊維自身に傷をつけにくいことがあ
り、これらを満たすためにさまざまな材質が用いられて
いる。

【０００３】例えば、を満たすために、アルミナ、ジ
ルコニア、窒化珪素、炭化珪素、サーメット等の硬質セ
ラミックスが用いられている（特公平３−６１０６号、
特公昭６３−４１５３２号公報等参照）。一方、を満
たすためには、比較的硬度の低いチタニア系セラミック
スや、金属の表面にクロムコーティングを施して球状結
晶化させたものが用いられている。

【０００４】さらに、上記の両方の特性を満たすた
めに、アルミナ等の硬質セラミックスに対し、粗大原料
や球状原料の添加、焼結助剤の添加量の調整、焼成条件
の調整、再焼成等の熱処理等を行うことによって結晶を
丸く成長させたものもある（特公昭５２−４８６４７号
等参照）。これは、図５に示すように、スレッドガイド
の摺動面１１におけるセラミックスの結晶１２を丸く成
長させ、この丸みを帯びた結晶１２の表面で繊維２０と
摺動することにより、接触面積を小さくして摩擦係数を
低くし、繊維２０に傷をつけにくくするようにしたもの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年の繊維関連業界で
は、生産の効率化に伴う機械の高速化が進み、また繊維
の高付加価値化に伴う極細化、複合化、異形状化が進ん
でいる。繊維の高付加価値化の具体例としては、生地に
色彩と独特の光沢を与えるために繊維の断面形状を三角
形や星形としたり、繊維に硝子繊維を織り込むこと等な
どが行われている。

【０００６】このような摺動速度の高速化と繊維の特殊
化により、これまでは見られなかった急速なスレッドガ
イドの摩耗が発生するようになった。その結果、設備の
メンテナンスやスレッドガイドの交換作業が頻繁にな
り、生産の効率化が進められなくなっている。

【０００７】例えば、チタニア系セラミックスやクロム
コーティング等からなるスレッドガイドでは硬度が低い
ために、スレッドガイド自体が摩耗しやすく、上記摺動
速度の高速化に対応できなかった。また、アルミナ、ジ
ルコニア等の硬質セラミックスからなるスレッドガイド
では、摺動する繊維に傷をつけやすく、繊維の特殊化に
対応できなかった。

【０００８】また、図５に示すように硬質セラミックス
の結晶１２を丸くしたものは、結晶１２を異常粒成長さ
せていることから機械的特性が低下したり、焼成が困難
である等の問題があった。しかも、最終的な摺動面１１
の形状を製造条件で調整しているため、所定の表面形状
を得ることが困難であった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、繊維と
の摺動面がセラミックスからなるスレッドガイドであっ
て、この摺動面にセラミックスの結晶形状に依存しない
滑らかな凹凸を備え、この凹凸を含む表面粗さ（Ｒａ）
を０．３〜０．５μｍとしたことを特徴とする。

【００１０】また本発明は、上記スレッドガイドの摺動
面に硬質炭素膜を被着したことを特徴とする。

【００１１】即ち、本発明では、耐摩耗性を高めるため
に硬質セラミックスを用いるとともに、その摺動面に滑
らかな凹凸を備えることによって、繊維との摩擦係数を
低下させるようにした。しかも、この凹凸はセラミック
ス結晶を丸くしたものではなく、結晶形状に依存しない
凹凸とすることによって、所定形状の凹凸を確実に形成
し、しかもセラミックスの機械的特性を劣化させないよ
うにしたのである。

【００１２】また本発明では、このようなスレッドガイ
ドを製造するために、セラミックス原料を所定形状に成
形した後、その表面に滑らかな凹凸形状を有する金型を
押しあてて凹凸形状を成形体の表面に成形し、得られた
成形体を所定条件で焼成するようにしたことを特徴とす
る。

【００１３】即ち、予め滑らかな凹凸形状の表面を持っ
た金型を用意しておき、この金型をセラミックスの焼成
前の成形体の表面に押しつけることで凹凸形状を成形
し、この成形体を焼成すれば、滑らかな凹凸を備えたセ
ラミックスを容易に得られるのである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図によっ
て説明する。

【００１５】図１に示すスレッドガイド１０は円柱状で
あり、その側面を摺動面１１とし、該摺動面１１で繊維
２０を摺動させて案内するようになっている。このスレ
ッドガイド１０は全体がセラミックスからなり、その摺
動面１１は、図２に拡大図を示すように、結晶１２の形
状に依存しない滑らかな凹凸を備えている。

【００１６】そのため、繊維２０は摺動面１１の凸部の
みで接触し、接触面積を減らせることから、摩擦係数を
低くすることができる。その結果、高速走行させても、
繊維２０に傷をつけることがなく、スレッドガイド１０
の摩耗も防止できる。

【００１７】なお、摺動面１１の凹凸が結晶１２の形状
に依存しないとは、結晶１２の形状に関わらずに摺動面
１１を成すセラミックスの表面が凹凸形状となっている
ことであり、図５のように結晶１２の形で摺動円１１を
凹凸にしたものではない。また、滑らかな凹凸とは、シ
ャープエッジがなく、丸みを帯びたような凹凸のことで
ある。

【００１８】次に、上記摺動面１１を有するスレッドガ
イド１０の製造方法を説明する。

【００１９】まず、図３（ａ）に示すように、セラミッ
クス原料をプレス成形、押出成形、射出成形、鋳込成形
等の方法で円柱状に成形し、成形体１０’を得る。次
に、図３（ｂ）に示すように、表面に滑らかな凹凸形状
の加工面３１を備えた金型３０を用意し、上記の成形体
１０’を加熱して適度に軟化させた状態で、側面を金型
３０の加工面３１に押しあてながら、回転させ、側面全
体に加工面３１の凹凸形状を成形する。最後に、この成
形体１０’を所定の条件で焼成すれば、図３（ｃ）に示
すように側面に凹凸状の摺動面１１を備えたスレッドガ
イド１０を得ることができる。

【００２０】なお、この金型３０は、シボ加工と呼ばれ
る樹脂の表面を加工するための金型を用いることができ
る。シボ加工用の金型は多数の種類があり、これらの中
から好適な加工面３１を有するものを使用すれば良い。

【００２１】以上のように製造することによって、金型
３０の加工面３１を所定の滑らかな凹凸形状としておけ
ば、この形状がそのまま摺動面１１に成形されて、図２
に示すような滑らかな凹凸を備えることができる。しか
も、この凹凸はセラミックス自体の表面に形成され、結
晶１２の形状に依存しないものであるから、焼成時には
異常結晶成長をさせる必要はなく、セラミックス本来の
細かな結晶のままで焼成することができ、本来有する機
械的特性を維持できる。また、摺動面１１の凹凸形状は
金型３０の加工面３１によって決定されるため、凹凸の
幅や深さ等を自由に調整でき、しかも製造条件に関わら
ず、常に所定の表面状態とできる。

【００２２】また、上記摺動面１１において、凹凸を含
めた表面粗さ（中心線平均粗さＲａ）を０．３〜０．５
μｍとする。一般に、セラミックス製のスレッドガイド
１０の摺動面１１の表面粗さ（Ｒａ）と、繊維２０を摺
動した時の摩擦係数の関係を図６に示すように、表面粗
さが小さいほど繊維２０との接触面積が大きくなって摩
擦係数が大きくなる傾向がある。そして、表面粗さ（Ｒ
ａ）０．１〜０．２μｍの領域を超えると摩擦係数は急
激に低下し、０．３μｍ以上になると安定する。

【００２３】したがって、摺動面１１の表面粗さ（Ｒ
ａ）は０．３μｍ以上が良い。一方、表面粗さ（Ｒａ）
が大きくなると繊維２０に傷をつけやすくなるため、表
面粗さ（Ｒａ）は０．５μｍ以下とする。なお、摺動面
１１の表面粗さは触針式表面粗さ測定器により測定す
る。

【００２４】また、摺動面１１の凹凸は、ほぼ規則正し
く並んでおり、各凸部間のピッチは５０〜２００μｍと
することが好ましい。

【００２５】さらに、本発明のスレッドガイド１０では
摺動面１１におけるボイド占有率を２％以下とすること
が好ましい。これは、摺動面１１のボイド占有率が２％
を超えると繊維２０に傷をつけたり、摺動面１１自体が
摩耗しやすくなるためである。なお、摺動面１１のボイ
ド占有率は光学式画像解析装置によって測定する。

【００２６】また、本発明のスレッドガイド１０を成す
セラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア、炭化珪
素、窒化珪素、窒化アルミニウム等の硬質セラミックス
を用いる。ここで硬質セラミックスとは、５００ｇの荷
重で測定した時のビッカース硬度が１０００ｋｇ／ｍｍ
²以上のものを言う。

【００２７】具体的には、例えばアルミナセラミックス
の場合、Ａｌ₂Ｏ₃を９１重量％以上含み、焼結助剤と
してＳｉＯ₂、ＭｇＯ、及び不可避不純物を含む高純度
アルミナセラミックスを用いる。または、ＺｒＯ₂を主
成分とし、Ｙ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ₂Ｄｙ₂
Ｏ₃等を安定化剤として含む部分安定化ジルコニアセラ
ミックス、ＳｉＣを主成分とし、焼結助剤として硼素
（Ｂ）と炭素（Ｃ）、あるいはＡｌ₂Ｏ₃とＹ₂Ｏ₃等
を含む炭化珪素質セラミックス、Ｓｉ₃Ｎ₄を主成分と
し、焼結助剤としてＡｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃等を含む窒化
珪素質セラミックス、ＡｌＮを主成分とし、焼結助剤と
してＹ₂Ｏ₃、ＣａＯ、Ｅｒ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃等のア
ルカリ金属又は希土類元素の酸化物、窒化物等を含む窒
化アルミニウム質セラミックス等を用いる。

【００２８】さらに、本発明の他の実施形態として、図
４に示すように、スレッドガイド１０の摺動面１１に硬
質炭素膜１３を被着することもできる。なお、硬質炭素
膜１３とは、ダイヤモンド状硬質炭素膜あるいはダイヤ
モンド膜のことである。

【００２９】ダイヤモンド状硬質炭素膜は、非晶質硬質
炭素膜、ＤＬＣ、Ｉ−カーボン等と呼ばれ、ＣＶＤ法、
ＰＶＤ法等によって形成することができ、ビッカース硬
度が３０００〜５０００ｋｇ／ｍｍ²と高硬度で、かつ
極めて摩擦係数が低いことから繊維２０の摺動性を向上
させることができる。

【００３０】このダイヤモンド状硬質炭素膜は、レーザ
ーラマン分光法によるラマンスペクトルのピークが、１
２００〜１４００ｃｍ^-1と１５００〜１６００ｃｍ^-1の
少なくとも一方の範囲にあり、上記ピークは平坦部分に
対する強度比が２倍以上であり、かつ上記ピークにおけ
る最大強度の９０％以上の頂部の幅が１０ｃｍ^-1以上で
あることが好ましい。

【００３１】また、ダイヤモンド膜は、通常マイクロ波
ＣＶＤ法等の気相成長法で形成されるものであり、上記
ダイヤモンド状硬質炭素膜よりも高い硬度を有してい
る。特に電子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ法によ
れば、均一にダイヤモンド膜を形成することができる。
このダイヤモンド膜は、ラマン分光法によるラマンスペ
クトルにおいて、１３４０±４０ｃｍ^-1と１１６０±４
０ｃｍ^-1にピークが存在し、かつ１１６０±４０ｃｍ^-1
に存在する最も強度の強いピーク強度をＨ₁、１３４０
±４０ｃｍ^-1に存在する最も強度の強いピーク強度をＨ
₂としたとき、Ｈ₁／Ｈ₂で表されるピーク強度比が
０．０５〜２となるものが好ましい。

【００３２】以上のダイヤモンド状硬質炭素膜、または
ダイヤモンド膜からなる硬質炭素膜１３の厚みｔは、
０．２〜１．２μｍが好ましい。これは厚みｔが０．２
μｍ未満では膜の密着性が悪くなり、一方１．２μｍを
超えると成膜に時間がかかりコストが高くなるためであ
る。

【００３３】さらに、硬質炭素膜１３の密着性を向上さ
せるために、母材であるセラミックスとの間に中間層を
介在させることもできる。

【００３４】なお、予めセラミックスの表面に上記のよ
うに滑らかな凹凸を備えておき、この上に上記厚みｔの
範囲で硬質炭素膜１３を被着すれば、被着後の摺動面１
１も同様に滑らかな凹凸を備えた形状とすることができ
る。

【００３５】また以上の実施形態では、最も簡単な例と
して円柱状のスレッドガイド１０を示したが、スレッド
ガイド１０の形状は公知のさまざまなものとすることが
できる。また、凹凸を備えた摺動面１１はスレッドガイ
ド１０の全表面に形成する必要はなく、繊維２０が摺動
する部分にのみ形成すれば良い。

【００３６】さらに、本発明の９スレッドガイド１０
は、織機、巻取り機、延伸仮撚機、精紡機等における繊
維の案内や、釣糸の案内等、さまざまな分野に使用する
ことができる。

【００３７】

【実施例】実施例１本発明実施例として、図１に示す円柱状のスレッドガイ
ド１を図３に示す方法で作製した。

【００３８】材質はＡｌ₂Ｏ₃９９．７重量％以上のア
ルミナセラミックスを用い、この原料１００重量部に対
して有機バインダーを１８重量部加え、加圧ニーダーで
６０℃にて押出成形し、円柱状の成形体１０’を得た。
表１に示すように、各種型番のシボ加工用の金型３０を
用意し、上記成形体１０’を７０℃に加熱して、各金型
３０の加工面３１に押しあてながら回転させ、側面の約
２／３の領域に凹凸形状を成形した。

【００３９】この時、金型３０も加熱しておくが、７０
℃を超えると成形体１０’が付着してしまい、一方６０
℃未満になると明瞭な成形ができなくなった。種々実験
の結果、成形体１０’の軟化点（本実施例では５５〜６
０℃）よりも＋１０〜２０℃の範囲に金型３０を加熱し
ておけば良かった。

【００４０】この成形体１０を脱脂し、焼成して本発明
のスレッドガイド１０を得た。このスレッドガイド１０
においてさまざまな特性を測定したところ、平均結晶粒
径は２〜３μｍ、密度は３．９５ｇ／ｃｍ³、ボイド占
有率は２％未満であった。

【００４１】このスレッドガイド１０に対し、摺動面１
１のビッカース硬度、表面粗さ（Ｒａ）を測定した後、
ポリエステル（ＳＤ７５−３６）の繊維２０を摺動させ
て、摩擦係数を測定し、繊維２０及びスレッドガイド１
０の摩耗評価を行った。摩擦係数の測定は、繊維２０の
張力を２０ｇとし、１００ｍ／分で摺動させた時に、 μ＝｛ｌｎ（Ｔ_OUT−Ｔ_IN）｝／θ μ：摩擦係数Ｔ_OUT：スレッドガイドから出る側の繊維の張力Ｔ_IN ：スレッドガイドに入る側の繊維の張力 θ：スレッドガイドにおける繊維と摺動する部分の角度で示されるアモントンの法則式で求めた。また、摩耗評
価は、繊維２０の摺動速度を１０００ｍ／分とし、７０
分間摺動させた後の、繊維２０及びスレッドガイド１０
の摺動面１１の状態を観察した。

【００４２】一方、比較例として、同じ材質を用いて摺
動面１１を研磨して鏡面としたスレッドガイド１０を作
製し、上記と同じ試験を行った。

【００４３】結果は表１に示す通りである。この結果よ
り、摺動面１１に凹凸形状を有しない比較例（Ｎｏ．
１）では摩擦係数が０．６５と高く、そのため繊維２０
に毛羽が生じ、スレッドガイド１０にスジが発生した。
これに対し、摺動面１１に凹凸形状を備えた本発明実施
例では、摩擦係数を０．５以下と低くできることがわか
る。

【００４４】ただし、表面粗さ（Ｒａ）が０．２μｍの
もの（Ｎｏ．２）では、繊維２０の毛羽やスレッドガイ
ド１０のスジが生じ、また表面粗さ（Ｒａ）が０．６μ
ｍのものでは繊維２０に毛羽が発生した。したがって、
摺動面１１の表面粗さ（Ｒａ）は０．３〜０．５μｍの
範囲が良かった。

【００４５】なお、本発明実施例であるＮｏ．３の摺動
面１１の表面粗さを測定したチャート図を図７に示すよ
うに、滑らかな凹凸がほぼ規則正しく並んでいることが
わかる。

【００４６】

【表１】

【００４７】実施例２次に、上記表１中Ｎｏ．７のスレッドガイド１０の摺動
面１１に、硬質炭素膜１３として、プラズマＣＶＤ法で
ダイヤモンド状硬質炭素膜を被着させた。厚みｔはスレ
ッドガイド１０を破断して走査型電子顕微鏡で観察測定
した結果、平均厚み０．３μｍであった。

【００４８】このスレッドガイド１０について、実施例
１と同様の試験を行った。結果は表２に示す通りであ
る。この結果より、硬質炭素膜１３を形成したもの（Ｎ
ｏ．８）は、硬度が大きく向上した。また、摩擦係数の
値には差がなかったが、繊維２０の表面を観察したとこ
ろ表面の荒れが全くなく、摺動性に優れていることがわ
かる。

【００４９】

【表２】

【００５０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、繊維との
摺動面がセラミックスからなるスレッドガイドであっ
て、この摺動面にセラミックスの結晶形状に依存しない
滑らかな凹凸を備え、この凹凸を含む表面粗さ（Ｒａ）
を０．３〜０．５μｍであるスレッドガイドとしたこと
によって、繊維との摺動性を高めることができ、高速走
行させても繊維に傷が発生せず、スレッドガイドの摩耗
も極めて少ないことから、長期間良好に使用することが
できる。

【００５１】また、上記摺動面に硬質炭素膜を被着した
ことによって、さらに摺動性を良好にし、スレッドガイ
ドの耐摩耗性を向上させることができる。

【００５２】さらに、本発明では、セラミックス原料を
所定形状に成形した後、その表面に滑らかな凹凸形状を
有する金型を押しあてて凹凸形状を成形体の表面に成形
し、得られた成形体を所定条件で焼成する工程からスレ
ッドガイドを製造することによって、セラミックスの製
造条件に依存することなく摺動面を所定の凹凸形状とす
ることができる。したがって、セラミックス本来の特性
を維持したまま、所定の凹凸形状を持った摺動面を確実
に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスレッドガイドを示す斜視図である。

【図２】本発明のスレッドガイドにおける摺動面の拡大
断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明のスレッドガイドの製
造工程を示す図である。

【図４】本発明のスレッドガイドの他の実施形態におけ
る摺動面の拡大断面図である。

【図５】従来のスレッドガイドにおける摺動面の拡大断
面図である。

【図６】セラミックス製スレッドガイドにおける、表面
粗さと摩擦係数の関係を示すグラフである。

【図７】本発明のスレッドガイドにおける摺動面の表面
粗さを測定したチャート図である。

【符号の説明】

１０：スレッドガイド１０’：成形体１１：摺動面１２：結晶１３：硬質炭素膜２０：繊維３０：金型３１：加工面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維との摺動面がセラミックスからなり、
この摺動面にセラミックスの結晶に依存しない滑らかな
凹凸を備え、この凹凸を含む摺動面の表面粗さ（Ｒａ）
を０．３〜０．５μｍとしたことを特徴とするスレッド
ガイド。
【請求項２】上記摺動面に硬質炭素膜を被着してなる請
求項１記載のスレッドガイド。
【請求項３】セラミックス原料を所定形状に成形した
後、その表面に滑らかな凹凸形状を有する金型を押しあ
てて凹凸形状を成形体の表面に成形し、得られた成形体
を焼成する工程からなるスレッドガイドの製造方法。