【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、繊維加工用針に関する。
化学繊維ならびに天然繊維のフエルト地、不織
布、縫製品およびメリヤス製品などを製造する工
程において、パンチング針、ミシン針あるいはメ
リヤス針（編針）などにより繊維を加工する工程
がある。これらの工程において使用する針は、最
近、生産性向上のために機械の高速化、製品の多
様化ならびに高級化などに伴つて、針の繊維との
摩擦部分の摩耗が多くなるために繊維製品の商品
価値がなくなるような欠陥が発生したり、あるい
は針本来の機能が達成されなくなるようなことが
増加している。このことは、針の早期交換の繰り
返しが必要となり、著しい生産性と経済損失を受
けている。
従来、この種の針はJISG3502（ピアノ線材）
に規定のSWRS87あるいはJISG4401（炭素工具
鋼材）に規定のSK―４のみがき鋼を素材として
熱処理（焼入、焼戻し）によつて適当な硬さ
（Hv600〜700）とじん性を付与した後、通常使用
する。しかし、耐摩耗性が低くて問題の場合の対
策として通常、(1)合金元素を添付したより高級な
鋼種（たとえばJISG4403のSKH―９あるいは
JISG4404のSKS―２）に材質を変更する。ある
いは(2)これらの針の繊維との摩擦部分に硬質Cr
メツキあるいはNi―Ｐの無電解メツキ（通称カ
ニゼンメツキと呼ばれる）を処理することが考え
らるが、これらの方法はいずれも次の理由により
実現できない。すなわち、(1)は針の冷間成型に使
用する従来のダイおよびジグを合金元素添加の添
加の高級素材を用いた針の成型に使用するとダイ
およびジグの摩耗損傷が著しく促進するために針
の生産効率および歩留りが非常に低下し、針のコ
ストが高価になりすぎて実用できない。(2)の方法
は、これらの針の重要部分は一般に微細、精密で
あるため均一なメツキが非常に困難であつたり、
局部的にメツキが剥離しやすい個所があるなどの
改善にならないことがわかつた。
本発明の目的は、基本的にこれらの欠点を改良
し、耐久性のある耐摩耗性を有し繊維加工性能に
すぐれた繊維加工用針を提供することにある。本
発明の他の目的は、さらに以下の説明から明らか
となるであろう。
本発明はかかる目的を達成せんとするものであ
つて、針の少なくとも繊維との摩擦部分に、イオ
ンプレーテイングによる超硬物質の被膜が被膜厚
３〜10ミクロンで形成されていることを特徴とす
る繊維加工用針である。
即ち、本発明は、パンチング針、ミシン針なら
びにメリヤス針の主として重要部分にイオンプレ
ーテイング（以下IPと略）と称する物理蒸着法に
より、処理することによつて、TiC（炭化チタ
ン）、TiN（窒化チタン）、CrN（窒化クロー
ム）、Al2O3（酸化アルミニウム）、TiO2（酸化チ
タン）、Ｖ（炭化ヴアナジウム）、NbC（炭化ネオ
ビユーム）、Mo2C（炭化モリブデン）ならびに
VN（窒化ヴアナジウム）などの超硬物質をそれ
ぞれ３〜10μ（ミクロン）厚さに密着性の高い状
態で被覆し、卓越した高い耐摩耗性を有する針を
提供するものである。
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明における繊維との摩擦部分は、通常針の
先の部分である。第１図は繊維不織ウエブ等をパ
ンチングして繊維を絡合させる針の斜視図であ
る。針１の先の部分に繊維との摩擦部分２があ
り、ここに繊維をひつかけるバーブ３が存在す
る。第２図は、第１図のバーブ３の部分を拡大し
た図である。針の使用によりバーブ３部分が摩耗
してしまうと、パンチング工程において繊維の交
絡およびフエルト密度を高くするなどの作用が保
可能となり、フエルト地あるいは不織布製造の機
能がなくなる。
また第３図は、ミシン針の部分側面図で、尖頭
部分に繊維との摩擦部分２がある。この尖頭部分
は高速縫製時に針が摩擦発熱すると屈曲変形した
りあるいは繊維の軟化点、溶融点に達すると目と
びや糸切れが起こり、縫製不可能になる。第４図
は従来の針の使用後の状態を示す部分図である。
第５図はメリヤス（編）針の斜視図である。こ
こではフツク部分４に繊維との摩擦部分がある。
フツク部分４に繊維が摩擦し摩耗すると繊維の単
糸切れが起こり、編機能が達成されなくなる。
次に本発明に応用したイオンプレーテイング処
理の原理と特徴を説明する。
この方法は、通常アルゴンのグロー放電中で負
に印加した基板（被イオンプレーテイング処理
材）に蒸着する方法である。基材は放電の間イオ
ン化され加速されたアルゴンを蒸発したイオンプ
レーテイング原子の衝撃によつて、たえずスパツ
ターエツチングされながら蒸着が進行する。この
ため基板の温度は上昇し、たえず表面が清浄化さ
れつつ堆積が進行する。この結果、密着性が高く
ピンホールの少ない膜が得られる。このイオンプ
レーテイングでアルゴンガスに代わり、または一
部に蒸発金属と反応して化合物を形成するガスを
導入したのが反応性イオンプレーテイングであ
り、本発明にも応用した。
これらのイオンプレーテイング処理以外にも超
硬物質を鋼に被覆する方法はある。たとえば、(1)
溶射法は古くからあるが、この種の針の微細部分
への被覆には向かない。このほか、最近では(2)各
種の化学蒸着法による方法が発展しているが、こ
の方法は処理温度が一般に900℃以上と高いため
に被処理材の鋼材はこの温度で著しく軟化し実用
に供せられなくなる。イオンプレーテイング処理
は基板と被覆超硬物質との密着性を高くするため
処理中は基板450〜520℃に昇温すれば十分であり
適当な強度とじん性とが保持できる。
次に、本発明によるパンチング針、ミシン針お
よびメリヤス針についてTiCメツキの例について
の説明と、これらの針を用いた場合の効果を例と
あげて説明する。
まず、被処理材のパンチング針、メリヤス針な
らびにミシン針をエーテル等で脱脂した後、それ
ぞれの針の主として重要部分が蒸発物質である金
属などを入れるハースとなるべく平行であり、ま
た被処理材とハースとの距離が15〜20cmに位置す
るよう真空容器内に設置し、基板（被処理材、こ
の場合は針）に表面を清浄化するため、
10-4Torr以下の真空度に真空容器を排気した
後、10-2〜10-3Torrの真空度で高純度アルゴンガ
スを導入して、蒸発源と基板との間に直流電圧−
3Kvを印加して約10〜30分間、基板にアルゴンの
スパツタリングを行なつて基板表面のクリーニン
グを行なつた。この後、電子ビームにより約
10Kv×300mAの条件で７〜15分間Tiを溶融蒸発
させるとともに反応ガスとして、C2H5を５×
10-4Torr圧力で平衡する流量だけ系内に導入
し、
2Ti（気体）＋C2H2（気体）→
TiC（固体）＋H2（気体）の反応によ
りTiCをメツキする。このメツキの間、基板をメ
ツキするTiCと密着性を強固にするため基板を
450〜520℃に加熱しておく。しかし、この設置方
法ではハースの中の金属が溶融蒸発する場合に一
方向に直進蒸発するので、まわりこみの悪い影の
部分はメツキされなくなる。したがつて、針の位
置や方向を最適に設定する。また、一度でどうし
てもきれいにイオンプレーテイング処理できない
場合は、次のように行なつても良い。たとえば、
パンチング針の最初のイオンプレーテイング処理
では、第６図Ａに例示したように矢印のイオンプ
レーテイング処理方向では影の部分（バーブ３部
分）はメツキされないために、そのままでは耐摩
耗性はあまり改善されなくなる。この場合は、イ
オンプレーテイング処理の間、被処理体の取付方
向を針の種類に応じて２回以上変更することによ
つて必要部分の被膜５形成が十分行なえる。たと
えば、パンチング針については、第６図Ａに示し
第１回の処理を経て、第２回目は第６図Ｂの処理
を経た後、第６図Ｃに示す第３回目の処理で完成
する。ミシン針については第７図に示したように
針の尖頭部を下側にハースに対して垂直に取付け
る。メリヤス針については、最初第８図Ａに例示
したように蒸発金属の直進方向（矢印）とほぼ45
度の角度に保持して片面を処理した後、その裏側
を第８図Ｂに例示したようにイオンプレーテイン
グ処理を行なう。なお、この基板の450〜520℃に
加熱で基板が軟化する。この軟化が特に問題とな
るような品種の生産に使用す針には、イオンプレ
ーテイング処理する前によく知られているイオン
窒化あるいは塩浴軟窒化（通常タフトライド法と
称せられている）によつて窒化しておくと窒化さ
れた部分は軟化しないので針の曲げ強さ低下など
の問題の起こるのを防止するか、あるいは高純度
アルゴンガスまたは10-3〜10-4mmTorrの真空
中、800〜820℃で加熱後、油焼入しその後150〜
200℃で焼戻しを行なうことによつて高い硬さと
じん性を回復することができる。下表にイオンプ
レーテイング（IP）として、パンチング針、ミシ
ン針およびメリヤス針にTiCメツキを行なう前後
のHv硬さを示した。
The present invention relates to a textile processing needle. BACKGROUND ART In the process of manufacturing felt fabrics, nonwoven fabrics, sewn products, knitted products, etc. of chemical fibers and natural fibers, there is a step of processing fibers using punching needles, sewing needles, stockinette needles (knitting needles), etc. The needles used in these processes have recently become faster and more diverse and sophisticated in order to improve productivity, and as a result, the parts of the needle that rub against the fibers have become more abrasive. Increasingly, defects occur that reduce the commercial value of needles, or needles no longer function as intended. This necessitates repeated early replacement of needles, resulting in significant productivity and economic losses. Conventionally, this type of needle was JISG3502 (piano wire)
After applying appropriate hardness (Hv600 to 700) and toughness through heat treatment (quenching, tempering) using SK-4 polished steel as specified in SWRS87 or JISG4401 (carbon tool steel) as the material, Normally used. However, as a countermeasure in the case of low wear resistance, we usually use (1) a higher grade steel with alloying elements (for example, JIS G4403 SKH-9 or
Change the material to JISG4404 SKS-2). or (2) hard Cr in the friction part with the fibers of these needles.
It is conceivable to process plating or electroless plating of Ni--P (commonly called Kanizen plating), but none of these methods can be realized for the following reasons. In other words, (1) is because when conventional dies and jigs used for cold forming needles are used for forming needles using high-grade materials with added alloying elements, wear and tear on the dies and jigs is significantly accelerated. The production efficiency and yield of the needles are very low, and the cost of the needles is too high to be practical. In method (2), the important parts of these needles are generally fine and precise, so it is very difficult to plate them uniformly.
It was found that there were some areas where the plating was prone to peeling off, and this did not improve the situation. The object of the present invention is basically to improve these drawbacks and provide a fiber processing needle that has durable wear resistance and excellent fiber processing performance. Other objects of the invention will become clear from the further description below. The present invention aims to achieve such an object, and is characterized in that a coating of a superhard material is formed by ion plating to a thickness of 3 to 10 microns on at least the frictional part of the needle with the fibers. This is a needle for textile processing. That is, the present invention provides TiC (titanium carbide), TiN ( titanium nitride), CrN (chromium nitride), Al 2 O 3 (aluminum oxide), TiO 2 (titanium oxide), V (vanadium carbide), NbC (neobium carbide), Mo 2 C (molybdenum carbide), and
The needles are coated with a super-hard material such as VN (vanadium nitride) to a thickness of 3 to 10 μm (microns) with high adhesion to provide exceptionally high abrasion resistance. The present invention will be specifically explained below. In the present invention, the frictional part with the fiber is usually the tip of the needle. FIG. 1 is a perspective view of a needle that punches a fibrous nonwoven web or the like to entangle the fibers. There is a friction part 2 at the tip of the needle 1 that makes contact with the fibers, and there is a barb 3 that attracts the fibers. FIG. 2 is an enlarged view of the barb 3 in FIG. 1. If the barb 3 portion is worn out due to the use of the needle, the function of intertwining fibers and increasing felt density during the punching process can be maintained, and the function of producing felt fabric or nonwoven fabric is lost. Further, FIG. 3 is a partial side view of the sewing machine needle, and there is a friction part 2 with the fibers at the pointed part. This pointed portion bends and deforms when the needle generates frictional heat during high-speed sewing, or when it reaches the softening or melting point of the fiber, skipped stitches or thread breakage occur, making it impossible to sew. FIG. 4 is a partial view showing the state of a conventional needle after use. FIG. 5 is a perspective view of a stockinette needle. Here, the hook portion 4 has a friction portion with the fibers.
When the fibers are rubbed against the hook portion 4 and worn, single thread breakage of the fibers occurs, and the knitting function cannot be achieved. Next, the principles and features of the ion plating process applied to the present invention will be explained. This method is usually a method in which argon is deposited on a substrate (material to be ion-plated) to which a negative voltage is applied in a glow discharge. Vapor deposition progresses while the substrate is constantly sputter etched by bombardment of ion plating atoms that evaporate argon that is ionized and accelerated during the discharge. As a result, the temperature of the substrate rises, and the deposition progresses while the surface is continually cleaned. As a result, a film with high adhesion and few pinholes can be obtained. Reactive ion plating is a process in which a gas that reacts with the evaporated metal to form a compound is introduced instead of argon gas or into a part of the ion plating process, and is also applied to the present invention. There are other methods of coating steel with superhard materials other than these ion plating treatments. For example, (1)
Thermal spraying has been around for a long time, but it is not suitable for coating the minute parts of this type of needle. In addition, (2) various chemical vapor deposition methods have recently been developed, but since the processing temperature of this method is generally as high as 900°C or higher, the steel material to be treated becomes significantly softened at this temperature, making it difficult to put into practical use. It will no longer be available. In the ion plating treatment, it is sufficient to raise the temperature of the substrate to 450 to 520° C. during the treatment in order to increase the adhesion between the substrate and the coating superhard material, and appropriate strength and toughness can be maintained. Next, an explanation will be given of an example of TiC plating of the punching needle, sewing needle, and stockinette needle according to the present invention, and the effects obtained when these needles are used. First, after degreasing the punching needles, knitting needles, and sewing machine needles of the material to be treated with ether, etc., the main important part of each needle is as parallel as possible to the hearth in which the evaporated substance, such as metal, is placed, and the needles are parallel to the material to be treated. Place it in a vacuum container so that the distance from the hearth is 15 to 20 cm, and clean the surface of the substrate (material to be treated, in this case the needle).
After evacuating the vacuum container to a vacuum level of 10 -4 Torr or less, high-purity argon gas is introduced at a vacuum level of 10 -2 to 10 -3 Torr, and a DC voltage of - is applied between the evaporation source and the substrate.
The surface of the substrate was cleaned by applying 3 Kv and sputtering argon onto the substrate for about 10 to 30 minutes. After this, approximately
Ti was melted and evaporated for 7 to 15 minutes under the conditions of 10Kv x 300mA, and C2H5 was evaporated 5x as a reaction gas.
Only a flow rate that is balanced at 10 -4 Torr pressure is introduced into the system, and TiC is plated by the reaction of 2Ti (gas) + C 2 H 2 (gas) → TiC (solid) + H 2 (gas). During this plating, the substrate is plated with TiC to ensure strong adhesion.
Heat to 450-520℃. However, with this installation method, when the metal inside the hearth melts and evaporates, it evaporates straight in one direction, so the shadowed areas that are poorly covered will not be plated. Therefore, the position and direction of the needle should be set optimally. Furthermore, if the ion plating cannot be performed completely in one go, the following procedure may be performed. for example,
In the first ion plating treatment of the punching needle, as illustrated in Figure 6A, the shaded area (barb 3) is not plated in the ion plating treatment direction indicated by the arrow, so the wear resistance will not improve much if left as is. It will no longer be done. In this case, by changing the mounting direction of the object to be processed two or more times depending on the type of needle during the ion plating process, the coating 5 can be sufficiently formed in the required area. For example, a punching needle undergoes the first processing shown in FIG. 6A, the second processing shown in FIG. 6B, and then the third processing shown in FIG. 6C. As for the sewing machine needle, as shown in FIG. 7, attach the point of the needle on the lower side perpendicular to the hearth. As for the stockinette needle, as shown in Fig. 8A, the straight direction of the evaporated metal (arrow) and approximately 45
After processing one side while holding the substrate at an angle of 100 degrees, the back side is subjected to ion plating treatment as illustrated in FIG. 8B. Note that heating this substrate to 450 to 520° C. softens the substrate. Needles used in the production of varieties where this softening is particularly problematic are treated with the well-known ion nitriding or salt bath soft nitriding process (commonly referred to as tuftriding) before being ion plated. If the nitrided part is heated and nitrided, the nitrided part will not soften, thereby preventing problems such as a decrease in the bending strength of the needle, or 800 After heating at ~820℃, oil quenching and then 150℃
High hardness and toughness can be restored by tempering at 200°C. The table below shows the Hv hardness before and after applying TiC plating to punching needles, sewing needles, and stockinette needles as ion plating (IP).
【表】
また、比較的高真空系の限定された位置で操業
するために、複雑で高価な設備投資を必要とする
ので経済的ではないが、まわりこみの悪い影の部
分までイオンプレーテイング処理を行なう場合
は、被処理体を回転させながら処理しても良い。
本発明によれば、かかる超硬物質の被膜形成に
より繊維との摩擦によつても摩擦が少なく耐久性
があり、したがつて針の取替回数を少なくでき
る。また、摩擦係数が小さくなることにより繊
維、糸の切断が少なく作業能率が良く、品質の安
定した製品が得られる。さらに繊維に付着してい
る油剤によつて針がさびることがあり、使用油剤
の制限があつたが、本発明の針は耐蝕性も良いの
で、使用油剤の制限も少なく、製品の品質本位の
油剤選択のできる利点がある。この他、イオンプ
レーテイングはメツキに比較して加工精度が高
く、非常に薄くてもうまく付き易い、錆ない、滑
りがよいといつた効果も有している。
実施例 １
3d（デニール）51mmのポリエステル繊維を用
い常法により、不織布用繊維ウエツブを作製しニ
ードルパンチを行ない摩耗状態を本発明品と従来
のパンチング針とにつき比較した。
本発明品は、前述第１表の(b)のように加工した
ものであり、従来品は同第１表(a)のものである。
いずれも790〜830℃の油焼き入れ、180〜220℃の
焼戻しをしたのである。
パンチング針は各試験用針の生産機械に植込み
ウエツブ目付470ｇ／m2，パンチストローク
500rpmならびにピツチ3.8mmの条件で200日間連
連ンチ後、針を取出し摩耗状態を調査した結果、
従来品はバーブ部分が丸味をおびるまで摩耗した
が、本発明品はなんらの損傷がみられず引続き長
期使用できることを確認した。
実施例 ２
ポリエステル―綿混糸の作業服の通常に縫製条
件として、16番のミシン針使用、重ね枚数４枚、
ミシン速度5000針／分、縫目の大きさ13針／cmで
縫製すると、第１表(a)の従来品の針を使用すると
第４図に示すように針の尖頭部が屈曲変形するた
めにミシン針を２日使用で新品と取換えねばなら
なかつた。本発明の第１表(b)の針では、従来品と
同じ使用条件でも３倍の寿命延長が可能となつ
た。
実施例 ３
通常の縦編機を使用して“ツヤ消し”剤として
TiO2を0.25％添加したポリエステル繊維〔30Dデ
ニール）10フイラメント〕を編物として編組織を
ハーフ、34ゲージ（１インチ当りの針本数）、72
コース／インチならびに700コース／分の常法条
件で製造する場合、第１表(a)の従来品と第１表(b)
の本発明品を生産機械に組込み100日間使用した
後、摩耗状態を走査型電子顕微鏡で調べた結果、
従来品のフツク部分には繊維摩擦による傷が発生
したため、新品針に取換えを余儀なくされたが、
本発明品はなんら損傷を受けず引き続き使用でき
た。ここにコースとは、縦方向の編目数／インチ
を示す。[Table] In addition, it is not economical because it requires complex and expensive equipment investment to operate in a relatively high-vacuum system at a limited location, but it is possible to perform ion plating treatment even in shadow areas with poor circulation. When performing the treatment, the object to be treated may be rotated. According to the present invention, by forming a film of such a superhard material, there is less friction against fibers and the needle is durable, so that the number of times the needle needs to be replaced can be reduced. In addition, since the coefficient of friction is reduced, there are fewer fibers and threads cut, and work efficiency is improved, resulting in products with stable quality. Furthermore, the needles could get rusty due to the oils attached to the fibers, and there were restrictions on the oils that could be used.However, since the needles of the present invention have good corrosion resistance, there are fewer restrictions on the oils that can be used, and the quality of the product can be improved. It has the advantage of being able to choose the oil. In addition, ion plating has the advantage of higher processing accuracy than plating, is easy to adhere to even if it is very thin, does not rust, and has good sliding properties. Example 1 A fiber web for non-woven fabric was prepared using a 3D (denier) 51 mm polyester fiber by a conventional method and needle punched to compare the wear condition between the product of the present invention and a conventional punching needle. The product of the present invention was processed as shown in (b) of Table 1 above, and the conventional product was processed as shown in (a) of Table 1.
All of them were quenched in oil at 790-830℃ and tempered at 180-220℃. Punching needles are installed in the production machine for each test needle, with a web weight of 470 g/m 2 and a punch stroke.
After 200 days of continuous use at 500 rpm and 3.8 mm pitch, the needle was removed and the wear condition was investigated.
The barb part of the conventional product was worn to the point where it became rounded, but the product of the present invention showed no damage and was confirmed to be able to be used for a long period of time. Example 2 The usual sewing conditions for polyester-cotton blend work clothes were to use a No. 16 sewing machine needle, stack 4 pieces,
When sewing at a sewing machine speed of 5,000 stitches/min and a stitch size of 13 stitches/cm, when using the conventional needle shown in Table 1 (a), the pointed head of the needle bends and deforms as shown in Figure 4. Because of this, I had to replace the sewing machine needle with a new one after two days of use. The needle shown in Table 1 (b) of the present invention can extend its life by three times even under the same usage conditions as conventional products. Example 3 As a “matting” agent using a regular warp knitting machine
Polyester fiber [30D denier) 10 filaments] with 0.25% TiO 2 added is knitted, and the knitting structure is half, 34 gauge (number of needles per inch), 72
When manufactured under normal conditions of course/inch and 700 courses/min, conventional products in Table 1 (a) and Table 1 (b)
After incorporating this invention into a production machine and using it for 100 days, the wear condition was examined using a scanning electron microscope.
Due to scratches caused by fiber friction on the hook part of the conventional product, we were forced to replace it with a new needle.
The product of the present invention suffered no damage and could be used continuously. Here, the term "course" refers to the number of stitches/inch in the vertical direction.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図は、本発明の実施態象の一つであるパン
チング針の斜視図、第２図は第１図の針のバーブ
部分の拡大図、第３図は本発明の実施対象の一つ
であるミシン針の部分側面図、第４図は第３図の
針の使用後の状態を示す側面図、第５図は本発明
の実施態様の一つである編針の斜視図、第６図の
Ａ，Ｂ，Ｃはパンチング針のイオンプレーテイン
グ処理の状況を例示する側面図、第７図はミシン
針のイオンプレーテイング処理の状況を例示する
側面図、第８図は編針のイオンプレーテイング処
理の状況を例示する斜視図、をそれぞれ示す。
１：針、２：繊維との摩擦部分、３：バーブ、
４：フツク部分、５：被膜。
Fig. 1 is a perspective view of a punching needle which is one of the embodiments of the present invention, Fig. 2 is an enlarged view of the barb portion of the needle in Fig. 1, and Fig. 3 is one of the embodiments of the present invention. FIG. 4 is a side view showing the state of the needle in FIG. 3 after use; FIG. 5 is a perspective view of a knitting needle according to an embodiment of the present invention; FIG. A, B, and C are side views illustrating the state of ion plating treatment on punching needles, FIG. 7 is a side view illustrating the state of ion plating treatment on sewing machine needles, and FIG. 8 is a side view illustrating the state of ion plating treatment on sewing needles. A perspective view illustrating a processing situation is shown, respectively. 1: Needle, 2: Friction part with fiber, 3: Barb,
4: Hook portion, 5: Film.