JPH0473221A - 紡機用リング - Google Patents

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］ 本発明はリング精紡機、リング撚糸機等に使用する紡機
用リングに関するものである。

［従来の技術］ 近年、リング精紡機、リング撚糸機等の紡機においても
生産性向上のため高速化が指向され、スピンドル回転数
が２００００ｒｐｍ以上の高速での巻取りも実施されて
いる。スピンドルの回転速度の高速化に伴ってトラベラ
がリング上を周回する速度も大きくなる。トラベラの周
回速度が大きくなると、リングとトラベラ間の摩擦抵抗
が大きくなってリング及びトラベラの摩耗が速く進行し
、寿命が短くなるという問題がある。又、リングとトラ
ベラ間の摩擦抵抗が大きくなると摩擦熱が多量に発生し
、部品自体の損傷、変形を生じ易く、巻取り糸にも悪影
響を及ぼす。

リングの耐摩耗性を向上するため、リングの素材そのも
のにセラミックス等の高硬度の材料を使用することも考
えられる。しかし、高硬度の材料は加工性が悪く、リン
グのような複雑な断面形状に加工することは非常に困難
で、リングの素材そのものに高硬度の材料を使用するこ
とは得策ではない。

そこで、リングの素材としては切削加工がし易い鋼材を
使用し、リングの表面、特にトラベラが周回するフラン
ジ部に表面処理を施して硬度を上げ、耐摩耗性を向上さ
せることが従来種々試みられている。例えば、特開昭５
０−６４５４１号公報にはリンクのフランジにＴｉ、Ｂ
、Ｖ、Ｔａ、Ｗから選ばれた金属の拡散浸透層を溶融塩
浸漬法により形成する方法が開示され、特開昭５６−１
１６８７０号公報にはリングの表面を窒化処理する方法
か開示されている。又、特開昭６０−２７２０号公報に
はリングの表面にセラミックスのコーティング層を設け
ることが開示され、特開昭６０−９９０２３号公報には
リングの表面に化学蒸着法により炭窒化チタン層と窒化
チタン層を形成することが開示されている。又、鋼材で
形成したリングに浸炭焼入れ、焼戻し処理又は焼入れ、
焼戻し処理を施して表面硬化を行ったものや、鋼材で形
成したリングの表面に５ｉＣ−ニッケル・リン複合メツ
キを施したものもある。

一方、トラベラがリンクフランジを周回する際の摩擦抵
抗を軽減するため、リングの表面に固体潤滑剤としてフ
ッ化黒鉛を含有する金属を被覆したもの（特開昭５０−
１３８１３５号公報）、あるいはスズメツキを施したも
の（特開昭５２−１４８２３２号公報）が提案されてい
る。

［発明か解決しようとする課題］ 糸の巻取の際にトラベラかリングフランジ上を一定の姿
勢で滑走することか糸切れ、糸品質の低下を防止する上
で重要となる。ところが、前記硬化処理を施したフラン
ジ表面の硬度は７００〜２０’００Ｈｖでその表面か完
全な鏡面ではないため、新品の状態でただちにスピンド
ルを高速回転にすると、トラベラの早期摩耗、飛散さら
にはリンク表面の異常摩耗を起こす。この不都合を解消
するためリングを新品とした場合には、通常の巻取運転
時より低速回転で２〜４週間の慣らし運転を行う必要か
あり、その間生産性が低下するという問題がある。この
慣らし運転の期間は目標回転速度が大きくなると、より
長い期間か必要となりその分生産性が低下する。

一方、リング表面に固体潤滑剤を付与した従来のものは
、リング表面に対する固体潤滑剤の密着性が悪く短期間
で潤滑性能か低下するという問題がある。

本願発明者等はリングとトラベラとが良好な摺動状態に
あるときの、それぞれの表面状態を詳細に分析した結果
、表面にカーボンよりなる層が形成されていることを見
出した。そして、この層を除去するとリングとトラベラ
との摺動状態が悪化し、トラベラの摩耗進行も著しく速
くなることがわかった。前記のカーボン層の組成から判
断すると、このカーボン層は紡出繊維中の炭化水素が炭
化して生じたものであり、このカーボン層かリングの使
用開始初期に生成したものは良好な摺動状態を得ること
ができ、生成量の少ないものは異常摩耗を起こすことが
わかった。

本発明はこれらの知見に基づいてなされたものであって
、その目的は高速で巻取りを行う場合に使用されるリン
グの慣らし運転期間を短縮できるとともに、トラベラの
寿命を延長させることができる紡機用リングを提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 前記の目的を達成するため本発明においては、少なくと
も走行中のトラベラとの摺接面に、有機物質の付着と炭
化を並行して行うことにより固体潤滑皮膜を形成した。

固体潤滑皮膜に作用する荷重を下地が受は持つようにす
るため、膜厚は１０μｍ以下が好ましい。

有機物質の付着と炭化を並行して行うには、有機物質を
真空雰囲気下で加熱蒸着すると同時に、有機物質を十分
に分解・炭化できるエネルギーを有する気体元素のイオ
ンを照射することか好ましい。真空雰囲気の真空度は１
０−’Ｔｏｒｒ以上の高真空が必要で、有機物質として
は室温での蒸気圧が１０”−’Ｔｏｒｒ以下のものが使
用される。このような有機物質としては、真空ポンプの
オイルとして使用されているシリコーン系オイル、炭化
水素系オイル、あるいは潤滑油として使用されているフ
ッ素系オイル等の常温で液体状のものや、ナフタレン、
アントラセン、フタロシアニン等の常温で固体状のもの
が使用できる。

照射すべきイオンビームとしては、有機物質の分解・炭
化を引き起こし得るＨｅ以上の質量を有するイオン種で
、しかも、形成される炭素皮膜と反応しない気体元素、
特にＨｅ、Ｎ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅが望ましい。イ
オンのエネルギーは有機物質を十分に分解・炭化できる
程度であればよく、通常１ｋｅＶ以上あればよい。良好
な炭素皮膜を形成するために必要なイオンの照射量は用
いるイオンの種類によるか、Ｈｅ＋イオンの場合にはＩ
　Ｘ　１０１６個／　ｃｒｌ、その他のイオンの場合に
は１×１０１５個／Ｃイ以上が望ましい。

［作用］ 有機物質を炭化する場合は有機物質の分子中の化学結合
の弱い部分が分解される。一般にはＣＨ結合が切断され
て水素原子が有機物質の分子中から解放されるとともに
、この水素原子が互いに結合して水素分子となって付着
層から放出される。

このとき体積変化もしくは密度変化による大きな収縮を
伴い、基板（リング）表面に所定の厚さに有機物質を付
着させた状態で炭化を行った場合は、形成された炭素皮
膜と基板界面には大きな歪応力が発生するとともに残留
歪となり、炭素皮膜と基板との密着性か低下する。

本発明のリングに形成された固体潤滑皮膜は有機物質の
付着と炭化とを並行して行うことにより形成され、すな
わち１分子層もしくは数分子層程度の極薄い層の連続的
な付着堆積により形成されるので、固体潤滑皮膜中に残
留歪がほとんどなく、リングの下地表面と固体潤滑皮膜
との高い密着性が得られる。そして、リング交換後の慣
らし運転の際に、前記固体潤滑皮膜の作用によりリング
とトラベラとのなじみ性が良好となり、慣らし運転の期
間が短縮されるとともに、通常運転時におけるトラベラ
の寿命も延長される。

［実施例１］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面に従って説明
する。

炭素鋼材（ＳＵＪ２材）を素材とする円筒材から機械加
工によって第１図に示す断面形状のリングｌを形成し、
該リング１に焼入れ、焼戻し処理を行った。このリング
１のフランジ１ａ表面に有機物質を真空雰囲気下で加熱
蒸着すると同時に、有機物質を十分に分解・炭化できる
エネルギーを有する気体元素のイオンを照射することに
より固体潤滑皮膜２を形成した。

固体潤滑皮膜２を形成するための装置は第２図に示すよ
うに、被覆処理用真空容器３とイオンビーム発生装置４
とか接続され、公知の高エネルギーのイオンビーム発生
装置４より発生するイオンビーム５か前記真空容器３に
導入可能となっている。真空容器３内には被覆処理すべ
き部品６を支持するホルダー７が設けられるとともに、
該部品６の表面が見える位置に炉８が配設されている。

炉８には炉８内に入れられた有機物質９の蒸発により発
生する蒸気が外部に出るのを制御するシャッターｌＯが
装備されている。前記ホルダー７は部品６の各部と炉８
との距離を平均化するため回動可能となっている。この
装置は特開昭６３−２１５５７８号公報に開示されたも
のと基本的に同じである。

リング１のフランジ１ａに被覆処理を行う場合は、リン
グ１をホルダー７に取付け、炉８内に有機物質９を入れ
、シャッター１０を閉じた状態で炉８を加熱して有機物
質９を蒸発させる。炉８が適切な温度まで加熱された状
態でシャッター１０を開くと同時にイオンビーム５の照
射を開始する。

リングｌの表面に形成される固体潤滑皮膜（炭素皮膜）
２の厚さはシャッター１０を開いている時間により制御
できる。又、照射するイオンビームのエネルギー、種類
、照射量を選択することにより制御できる。

ホルダー７にリングｌを支持し、炉８内にペンタフェニ
ルトリメチルトリシロキサンを入れ、真空容器３内を１
０−’Ｔｏｒｒに減圧した状態で、炉温８０℃でペンタ
フェニルトリメチルトリシロキサンを蒸発させてフラン
ジ１ａの表面に蒸着させつつ、同時に１．５ＭｅＶのＡ
ｒ＋イオンを照射してフランジ１ａの表面に膜厚約２μ
ｍの固体潤滑皮膜２を形成した。

炉８から蒸発したペンタフェニルトリメチルトリシロキ
サンは分子状もしくはクラスター状で飛来してフランジ
ｌａの表面に付着する。そして、ペンタフェニルトリメ
チルトリシロキサンの分子にＡｒ＋イオンが衝突し、化
学結合の弱いＣ−Ｈ結合がまず切断されて水素原子がペ
ンタフェニルトリメチルトリシロキサンの分子から解放
される。

従って、炭素と珪素及び酸素を含んだ物質がフランジ１
ａの表面に残る。この物質は引き続くイオン照射により
、水素のみならず酸素も放出し、主として炭素と珪素よ
りなる非晶質物質に変わってゆく。すなわち、イオン照
射によりペンタフェニルトリメチルトリシロキサンが高
密度に炭素を含む非晶質物質に変化し、この変化の過程
において大きな収縮を伴う。ところが、前記のようにペ
ンタフェニルトリメチルトリシロキサンは分子状もしく
はクラスター状で飛来してフランジ１ａの表面に付着す
るため、前記の変化は１分子層もしくは数分子局程度の
極薄い状態で起こり、収縮は拘束を受けずに自由に生じ
る。従って、生成した極薄層とその基体界面には歪応力
はほとんど発生しない。固体潤滑皮膜２の形成はこの炭
素皮膜の極薄層の堆積を連続的に行うことに他ならず、
固体潤滑皮膜２はフランジ１ａの表面に対して高い密着
性を保持した状態で形成される。固体潤滑皮膜２は純粋
な炭素皮膜ではなく、少量のＳｉ、や０やＨ等も皮膜中
に若干含まれる。また、固体潤滑皮膜２は非晶であり、
結晶質炭素であるグラファイトやダイヤモンドと異なる
。

前記の固体潤滑皮膜が形成されたリングと、単に焼入れ
、焼戻し処理を施しただけのリンクとについて、リング
とトラベラの摺動特性を紡出中におけるリングとトラベ
ラ間の摩擦力を測定することにより評価した。

摩擦力の測定は第３図に示す摩擦トルク試験器１１を使
用して行った。摩擦トルク試験器１１はリングレール１
２に環状の支持部材１２ａ、１２ｂとベアリング１３を
介してリング１を回転自在に支承するとともに、リング
と一体回転する支持部材１２ａにピン１４を取付け、リ
ングレール１２上に設置した荷重変換器１５の検知部１
５ａを前記ピンＩ４に接続し、リングｌに加わる荷重（
トルク）を電気信号に変換するようになっている。

トラベラ１６には管糸１７に連なる糸Ｙの巻取張力、バ
ルーン張力及び遠心力が加わっており、その合成力がリ
ングｌとの接触圧力として作用する。

そして、糸Ｙの巻取りに伴ってトラベラ１Ｇがリング１
のフランジｌａ上を摺動する際に、前記接触圧力に基づ
いてトラベラ１６とフランジｌａ間に摩擦力が作用して
リングｌを回動させるトルクが発生する。このトルクを
荷重変換器１５で検知して測定することにより、紡出時
におけるリング１とトラベラ１６との摩擦力が測定でき
る。

前記の装置を使用してスピンドルの最高回転速度を２５
００Ｏｒｐｍに設定して紡出を行った場合の測定結果を
第４図（ａ）、（ｂ）に示す。第４図（ａ）が固体潤滑
皮膜２を形成したリンク１を使用した場合、第４図（ｂ
）が固体潤滑皮膜のないリングを使用した場合の測定結
果である。スピンドルの回転速度は、紡出開始から短時
間（２゜３分）で１６０００ｒｐｍまで急激に上昇し、
その状態から約８０分で２５０００ｒｐｍまで直線的に
上昇し、その後は２５０００ｒｐｍで定速回転となるよ
うに変更させた。

固体潤滑皮膜２のあるリング１を使用した場合は、スピ
ンドル回転数の上昇に伴って摩擦トルクが上昇し、最高
回転数に達した後は安定した状態で定常状態を保持して
いる。一方、固体潤滑皮膜のないリングの場合は、スピ
ンドル回転数が最高回転数に達するまでは固体潤滑皮膜
のあるリングの場合とほぼ同様に摩擦トルクが上昇し、
最高回転数に達した直後に大きなピークか発生し、その
直後にトラベラが焼き切れて飛散した。

又、リング交換後、２（１０００ｒｐｍて操業運転を実
施するまでに必要な低速運転期間（初期なじみを付ける
ために必要な慣らし期間）を、固体潤滑皮膜があるリン
グと固体潤滑皮膜のないリングについて調べた結果を第
５図に示す。固体潤滑皮膜のあるリングの場合は約４０
時間で２００００ｒｐｍでの運転が可能となった。しか
し、固体潤滑皮膜のないリングの場合は約４５０時間を
要し、それより前に回転数を上げるとトラベラの焼き切
れ等のトラブルが発生した。又、固体潤滑皮膜のあるリ
ングでは、安定摺動状態になる割合が固体潤滑皮膜のな
いリングに比べて非常に高かった。

さらに、慣らし運転終了後の通常紡出運転でのトラベラ
の寿命を測定した結果、固体潤滑皮膜のないリングの場
合には２５０００’ｒｐｍにおいて１０〜１４日であっ
たものが、固体潤滑皮膜のあるリングの場合には３週間
以上になった。

［実施例２］ 次に第２実施例を説明する。この実施例では第６図に示
すようにフランジｌａの表面に硬質表面処理層１８が形
成され、該硬質表面処理層１８の上に固体潤滑皮膜２か
形成されている点が前記実施例のリング１と異なってい
る。５１５Ｃ材をリング１の素材として使用し、フラン
ジ１ａの表面に３０μｍの厚みで炭化珪素−ニッケル・
リン複合メツキ処理を行い、熱処理をして硬度か約１２
００Ｈｖの硬質表面処理層１８を形成した。そして、前
記第１実施例と同様にして硬質表面処理層１８の上に膜
厚約２μｍの固体潤滑皮膜２を形成した。この実施例で
は紡出運転時に固体潤滑皮膜２に加わる糸張力等の荷重
を受は持つ下地である硬質表面処理層１８の硬度が高い
ため、固体潤滑皮膜の潤滑性かさらに良くなり、前記実
施例よりさらに良い効果を発揮する。

なお、本発明は前記両実施例に限定されるものではなく
、例えば、固体潤滑皮膜２をフランジｌａ全体に形成す
る代わりに走行中のトラベラとの摺接面にのみ形成した
り、リングｌの硬化処理を行わずに固体潤滑皮膜２を形
成してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、トラベラとの摺接
面に下地表面との密着性の高い固体潤滑皮膜が形成され
ているので、リング交換後における慣らし運転時にトラ
ベラとのなじみ性が良好となるとともに高速回転により
トラベラから受ける接触圧が大きくなった場合にも固体
潤滑皮膜か下地表面から剥離せず、通常紡出運転時のス
ピンドル回転数が高速の場合にも慣らし運転の期間を短
縮できるとともに、慣らし運転終了後の通常紡出運転時
におけるトラベラの寿命を延長させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図は本発明を具体化した第１実施例を示すもの
であって、第１図はリングの部分断面図、第２図は固体
潤滑皮膜を形成するための装置の概略構成図、第３図は
摩擦トルク試験器を示す一部破断概略側面図、第４図（
ａ）、　　（ｂ）は摩擦力の測定結果を示すグラフ、第
５図は慣らし運転の回転数上昇過程を示すグラフ、第６
図は第２実施例のリンクの部分断面図である。 リンク１、フランジ１ａ、固体潤滑皮膜２、イオンビー
ム５、トラベラ１６゜ 特許出願人　株式会社　豊田自動織機製作所株式会社　
豊田中央研究所 代　理　人　弁理士　恩田博宣（ほか１名）＝１４ 第２図 （ｒｐｚ） （時：日］） 】屋 駆 ）Ｊ７Ｊ′ 」

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも走行中のトラベラとの摺接面に、有機物
   質の付着と炭化を並行して行うことにより固体潤滑皮膜
   を形成した紡機用リング。
2. ２．少なくとも走行中のトラベラとの摺接面に、有機物
   質を真空雰囲気下で加熱蒸着すると同時に、有機物質を
   十分に分解・炭化できるエネルギーを有する気体元素の
   イオンを照射することにより固体潤滑皮膜を形成した紡
   機用リング。