JPS61160431A

JPS61160431A - オ−プンエンド精紡機用ロ−タ

Info

Publication number: JPS61160431A
Application number: JP27816184A
Authority: JP
Inventors: Kenji Naruse; 成瀬　賢次; Renichi Isomura; 磯村　廉一; Fukuo Gomi; 五味　福夫
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1984-12-29
Filing date: 1984-12-29
Publication date: 1986-07-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はオープンエンド精紡機用ロータの改良に関する
。

［従来の技術〕オープンエンド精紡機用ロータは、極めて高い速度で回
転されなければならないので、軽ｌおよび高強度（特に
高張力）の材料である必要がある。

軽量性という観点から従来のオープンエンド精紡機用ロ
ータとしてはアルミニウム等の軽金属を材料としたもの
が知られている。このロータは軽量であり、高速回転に
は適するが、強度および耐摩耗性が不十分である。従っ
て従来のこのロータを高速回転させると、円周方向に遠
心荷重が働き、この負荷によりロータは破壊することが
ある。特に近年、使用回転数が８万〜１０万ｒｐＩｌｌ
のロータが使用されようとしている。この、より高速な
回転下においては、従来のロータは使用に適さず、高強
度のロータの開発が望まれていた。

［発明が解決しようとする問題点］本発明は、上記の従来のオープンエンド精紡機用ロータ
の欠点を克服するものであり、高速回転下の使用でも破
壊されない高強度の、特に円周方向にかかる遠心荷重に
対する強度を増したオープンエンド精紡機用ロータを提
供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明のオープンエンド精紡機用ロータは、例えば第１
図に示すように、繊維を収束するための画最大直径の区域４を有する空洞を内部に確定する内部回
転表面を有するオープンエンド精紡機用ロータにおいて
、上記ロータは軽金属で構成され、該ロータの間口先端部
１は、円周方向に配向、埋設された耐熱性繊維７で強化
されたｍ雑作化金属８で構成されていることを特徴とす
る。

本発明のオープンエンド精紡機用ロータは軽金属で構成
される。ここに軽金属とは単独金属のみならず軽金属の
合金も含まれる。この軽金属には、アルミニウム、アル
ミニウムー珪素系、アルミニウムー珪素−マグネシウム
系、アルミニウムー珪素−銅系、アルミニウムー銅−珪
素−マグネシウムーニッケル系、アルミニウムー銅−珪
素−マグネシウム系、アルミニウムー銅系、マグネシウ
ム、マグネシウム−アルミニウム系、マグネシウム−亜
鉛系等の金属が用いられる。これらの軽金属のうち、通
常アルミニウム又はアルミニウム合金が用いられる。

本発明のオープンエンド精紡機用ロータの開口先端部は
、円周方向に配向、埋設された耐熱性繊維で強化された
繊維強化金属で構成されている。

ここに開口先端部とは、第１図に示すようにロータ開口
部の先端に位置する部分１である。

上記開口先端部に配向、埋設される耐熱性繊維は円周方
向に配向される。ここに耐熱性繊維とは使用される上記
金属の溶湯温度において耐熱性を示す繊維である。この
繊維は円周方向に配向、埋設できるものであればよく、
長繊維、短繊維等は問わず、または単繊維、複合繊維等
の有無も問わない。通常短繊維等においては紡糸して長
繊維状とする。これらの繊維のうち強度の点においては
長繊維が好ましく、又より好ましくはモノフィラメント
の長繊維である。

上記耐熱性ＩＪＡ帷の種類は上記のように耐熱性であれ
ばよく、セラミック、ピアノ線等を形成する高張力の金
属、金属の心線にセラミックを被覆したもの等であって
もよい。通常この繊維としては炭素繊維とかセラミック
繊維が用いられる。例えばこのセラミック繊維としては
アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ガラス繊維等がある。こ
れらの繊維のうち炭素繊維はその重量が軽いのでロータ
の軽量化を図ることができる。またアルミナ繊維特にア
ルミナ長繊維は温度上昇に対する引張り強度の低下が小
さく、また引張り強度の大きなロータとすることができ
る。炭化珪素繊維はアルミニウム等の金属とぬれ性が良
いので繊維強化としての機能に優れる。繊維強化金属中
の耐熱性繊維の体積率は通常２０〜６０％である。

本発明のオープンエンド精紡機用ロータは、その開口先
端部が、円周方向に配向、埋没された耐熱性繊維で強化
された繊維強化金属で構成されている。このために本発
明のロータは、より早い回転速度で回転して石ロータが
破壊しない。これはロータの高速回転下において最も大
きな破壊応力が負荷されるのは、開口先端部であるから
だと思われる。従ってこの部分の強度特に円周方向にあ
ける破壊強度を高めた、本発明のロータは、より速い高
速回転に耐えられる。

上述のような（１）開口先端部に最も大きな破壊応力が
負荷されること、（２）開口先端部の破壊強度向上には
、その部分の材料の強度を上げることがよいことは、以
下に述べるように、本発明者等が行なった計ＩＩ機によ
るロータの応力解析計算結果で証明できる。

即ち、本発明者等はオーブンエンド精紡機用ロータの応
力解析を計算機を用いて特に高速回転が要求される２種
類のロータで計算を行なった。この２種類のロータとは
、第３図に示したもの（Ｈ８型という、５２１１１ｍの
、使用回転数５〜６万ｒｐｍ　）と第８図に示したもの
（Ａｓ型という、４５ｍｍΦ、使用回転数８万ｒｐｍ　
）とである。この計算の条件は、ロータのボス内周部（
軸と嵌め合う部分）の変位を完全拘束すること、材料に
は８４５Ｇ　（ヤング率２１０００ｋｑ／ｎｎ２　、ポ
アソン比０．３、比重７．８６０／ｃｉ３　）を用いた
こと、荷重条件はそれぞれの遠心力にて生じる荷重を用
いたこと等による。

上記条件においてＨ８型（ＬＣ−８）ロータの応力解析
の結果を第３図に示した。この図によれば相当応力＜（
ａｆ＞は開口先端部１３、繊維収束溝６３、ボス部１０
３の順に少なくなり、最も高応力部は３．８２ｋｇ／ｍ
ｍ２の開口先端部１３であった。特にこの相当応力のう
ら円周方向の応力が最も太きく３．８７ｋＱ／ｍｍ２で
あった。また次いで該ロータ形状について計算を行なっ
た。その結果を第４図から第７図に示した。そしてこれ
らの図によれば、（１）第４図に示すように開口先端部
１４を厚肉化しても必ずしも応力の減少にはつながらな
いこと、（２）第５図に示すように繊維収束部２５を厚
肉にしても同様であること、（３）第６図に示すように
背面部３６を厚肉にしても繊維収束溝での応力が減少し
ないことの結果がでた。一方策７図に示すようにロータ
背面部３７を薄肉にすると開口先端部１７、繊維収束溝
６７およびボス部１０７の応力のバランスが最も優れて
いる。

また上記Ｈ３型ロータよりも高速回転で使用されるＡＳ
型についても上記と同様に計算を行ない、その結果を第
８図に示した。この結果によっても開口先端部１８周辺
には大きな相当応力（（、ｌ）がかかり、円周方向の応
力（（θ）も同様であつた。

以上よりロータの破壊強度を上げるためには、（１）ロ
ータの開口先端部の強度を上げること、（２）そのため
には開口先端部の肉厚を増すことは必ずしも良い方法で
はなく、むしろ開口先端部の材料の強度を増すことが最
も望ましいとの結果が得られた。

本発明のオーブンエンド精紡機用ロータにおいては例え
ば第２図に示すようにロータの最大直径の区域の壁部分
２は、炭化珪素および窒化珪素のうちの少なくとも１つ
のウィスカで強化されたウィスカ強化金属とすることが
できる。この強化繊維としては炭化珪素の１種類でも、
窒化珪素の１種類でも、又それらの２種類を含むものと
することもできる。ここにおいてウィスカとはウィスカ
の範躊に入るものであり通常その径または長さはウィス
カの種類およびその製造方法等により異なるが、おおむ
ね径は０．１〜１μｍ１長さは５０〜２００μｍ程度で
ある。又本発明において用いられるウィスカは上記のも
の以外にチタン酸カリウム等を用いることができる。ま
た上記ウィスカの形状および添加量は特に限定されない
が、その添加量は１０〜３０容積％が好ましく、より好
ましくは１０〜２５容積％である。

また上記ウィスカは上記軽金属中において紡出繊維の径
よりも小さい間隔で配列されていることがより望ましい
。繊維の種類によりその径が異なるので、上記のウィス
カの必要とされる間隔はその径により異なるが、例えば
綿繊維（径は５〜２０μｍである）の場合は、該間隔は
おおむね５μｍ以下とすることができる。ウィスカの配
列はランダムでもよいし、一定方向であってもよい。

上記オーブンエンド精紡機用ロータの製造方法は以下の
通りである。

本発明のオーブンエンド精紡機用ロータの開口先端部の
形状と同一の形状を有する、耐熱性繊維からなる集積体
をウィンディングで製造する。さらに必要に応じてこの
ロータの最大直径の区域の壁部分の形状と同一の形状を
有するウィスカからなる集積体を加圧下等で製造する。

これらの集積体を鋳造金型中の所定のキャビティ内にお
く。その後溶融した上記母材軽金属を上記繊維集積体に
接触、加圧、浸透させた後、冷却して上記母材軽金属を
固化させて所定形状のロータを製造する。

また例えばウィスカからなる集積体の充填率を１０〜３
０容積％の炭化珪素ウィスカ（径０．２〜０．５μｍ、
長さ５０〜２００μｍ）の集積体とする場合には、該炭
化珪素ウィスカどうしの間隔は２μｍ程度以下とするこ
とができる。従ってかかる場合には該間隔を紡出繊維の
径よりも小さくすることができる。またウィスカの集積
体を製造する場合、黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タ
ングステン、酸化鉛、窒化ホウ素等の固体潤滑剤の少な
くとも１つを含んだものとすることができる。

［実施例］以下、実施例により本発明を説明する。

本発明にかかわるオープンエンド精紡機用ロータは第２
図に示すように繊維を収束するための最面大直径の区域２を有する空洞を内部に接定する内部回転
表面を有するオープンエンド精紡機用ロータであって、
このロータはアルミニウム合金（ＪＩｓ品番名ＡＣ４Ｃ
）で構成され、このロータの開口先端部１は、円周方向
に配・向、埋設されたアルミナ長繊維フィラメントで強
化された繊維強化金属で構成されている。またこのロー
タの最大直径の区域の壁部分２は、炭化珪素ウィスカで
強化されたウィスカ強化金属で構成されている。上記長
繊維の径は１９〜２１μｍ程度である。また炭化珪素ウ
ィスカの径は０．１〜１μｍ程度であり、その長さは５
０〜２００μｍ程度である。又このロータの外径は５２
１１＋１Φであり、開口先端部１の肉厚は１．５ｍｍで
あり、上記最大直径の区域の壁部分２の厚さは１．２５
ｍ１である。なおこの最大直径の区域の壁部分２には繊
維収束用の円周方向のＶ形状の溝６が形成されている。

上記オープンエンド精紡機用ロータの製造方法は以下の
通りである。まず上記アルミナ長繊維を上記の開口先端
部の形状と同一の形状を有する繊維集積体をフィラメン
トウィンディングで成形した。次いで最大直径の区域の
壁部分２と同一の形状を有する炭化珪素ウィスカ集積体
を３０ｋｌｌｌｆ／Ｃ１の圧力下で成形した。その後こ
の２つの集積体を所定金型のキャビティ内の所定の位置
にお（。

その後溶融したアルミニウム合金（ＪＩＳ品番名Ａ０４
Ｃ）を上記集積体に接触、加圧浸透させて後冷却して上
記ロータを製造した。

上記により製造された該オープンエンド精紡機用ロータ
は、その開口先端部は円周方向に配向、埋設されたアル
ミナ長繊維で強化された繊維強化金属で構成されている
ので、この開口先端部の強度特に円周方向の強度は極め
て大きい。即ち、繊維で強化しないアルミニウム合金は
勿論ロータ全体を炭化珪素ウィスカにより強化した場合
と比べてもその開口部の強度は約２倍になる。従ってロ
ータの回転数を大きくしても破壊を生じず、ロータの高
能率の稼働が可能となる。また本ロータを用いればオー
プンエンド精紡機の安全運転が確保される。

また該〇−夕の最大直径の区域の壁部分は炭化珪素ウィ
スカで強化されたウィスカ強化金属で構成されているの
で、繊維に対する耐摩耗性もよい。

また該ロータはアルミニウム合金で構成されているので
軽量である。以上より該オープンエンド精紡機用ロータ
は、軽量、高強度および高耐摩耗性の全ての特性をバラ
ンスよく具備するので、オープンエンド精紡機用ロータ
として極めて優れる。

［発明の効果］本発明のオープンエンド精紡機用ロータにおいては、そ
の開口先端部は円周方向に配向、埋設された耐熱性繊維
で強化された繊維強化金属で構成されている。従ってこ
の開口先端部の強度は、繊維で強化しない金属と比べて
は勿論のこと、炭化珪素ウィスカにより強化した場合と
比べて約２倍となる。特に本発明においては円周方向に
耐熱性ｍｕが配向、埋設されているので、円周方向にお
ける強度が特に優れる。従ってロータの回転数を大きく
しても破壊を生じず、ロータの高能率の稼働が可能とな
る。また本オーブンエンド精紡機用ロータは軽金属で構
成されるので、軽量性にも優れる。従ってロータの回転
数を大きくしてもロータの回転による遠心荷重を低減さ
せることができるので、本オープンエンド精紡機用ロー
タはロータの回転数を大きくしても破壊を生じにくい。

以上より本オーブンエンド精紡機用ロータは、使用回転
数が５万〜６万ｒｐｍ程度であるオープンエンド精紡機
のみならず、それよりも更に使用回転数の大きなく例え
ば８万〜１０万ｒｐｍ）オープンエンド精紡機において
も、本発明のオープンエンド精紡機用ロータはその使用
に適する。

本オープンエンド精紡機用ロータにおいては、このロー
タの開口先端部が所定のｍ維で強化された繊維強化金属
で構成される。このロータの全部を繊維で強化しなくて
も、最も破壊応力の大きな開口先端部を強化すれば、ロ
ータ破壊を防止できるからである。従って本ロータは、
全部をｓｔ４で強化する場合と比べて、安価であり製造
も容易である。

また本オープンエンド精紡機用ロータにおいて、ロータ
の最大直径の区域の壁部分を炭化珪素等のウィスカで強
化されたウィスカ強化金屑で構成されたものとする場合
には、耐摩耗性も同時に優れる。従ってこの場合には開
口先端部の強度を増大させると共に繊維収束部での耐摩
耗性も向上する。

従ってこのロータにおいては強度および耐摩耗性双方に
極めて優れたものであり、ロータを高速度で使用しても
その摩耗が少なくかつ破壊も生じない。故にこのロータ
においては更に高能率のロータの稼働が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は開口先端部を耐熱性繊維で強化したオーブンエ
ンド精紡機用ロータの要部断面図である。第２図は本実施例において製造され、開口先端部を耐熱
性繊維で、最大直径の区域の壁部分をウィスカで各々強
化したオーブンエンド精紡機用ロータの要部断面図であ
る。第３図はＨ８型オープンエンド精紡機用ロータの変形の
状態の計算機による解析結果を示す説明図である。第４
図は開口先端部を厚肉としたオープンエンド精紡機用ロ
ータの計算機による解析結果を示す説明図である。第５
図は繊維収束部を厚肉としたオープンエンド精紡機用ロ
ータの計算機の解析結果を示す説明図である。第６図は
背面部を厚肉としたオープンエンド精紡機用ロータの計
算の解析結果を示す説明図である。第７図は背面部を薄
肉とした計算の解析結果を示す説明図である。第８図は
Ａｓ型精紡機用ロータの計ｖｌｉ機の解析結果を示す説
明図である。１・・・開口先端部　　　　２・・・繊維収束部３・・
・背面部　　　　　　４・・・最大直径の区域５・・・
繊維と接触する表面層６・・・Ｖ形状の繊維収束用円周溝７・・・繊維８・・・円周方向に配向、埋設された耐熱性繊維で強化
された繊維強化金属部９・・・ウィスカ強化金属部　　１０・・・ボス部特許
出願人　株式会社豊田自動織機製作所代理人　　　　弁
理士　大川　宏第１図第２図第３図第６図（単位：ｋｇ／ｍｍｔ）第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）繊維を収束するための最大直径の区域を有する空
洞を内部に画定する内部回転表面を有するオープンエン
ド精紡機用ロータにおいて、上記ロータは軽金属で構成され、上記ロータの開口先端部は、円周方向に配向、埋設され
た耐熱性繊維で強化された繊維強化金属で構成されてい
ることを特徴とするオープンエンド精紡機用ロータ。
（２）軽金属はアルミニウム、アルミニウム合金、マグ
ネシウム又はマグネシウム合金である特許請求の範囲第
１項記載のオープンエンド精紡機用ロータ。
（３）円周方向に配向、埋設された耐熱性繊維はセラミ
ック繊維である特許請求の範囲第１項記載のオープンエ
ンド精紡機用ロータ。
（４）セラミック繊維はアルミナ繊維又は炭化珪素繊維
である特許請求の範囲第３項記載のオープンエンド精紡
機用ロータ。
（５）耐熱性繊維は炭素繊維である特許請求の範囲第１
項記載のオープンエンド精紡機用ロータ。
（６）ロータの最大直径の区域の壁部分は、炭化珪素お
よび窒化珪素のうちの少なくとも１つのウィスカで強化
されたウィスカ強化金属である特許請求の範囲第１項記
載のオープンエンド精紡機用ロータ。