JPH10130942A - 紡糸口金とその製造方法 - Google Patents

紡糸口金とその製造方法

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JPH10130942A
JPH10130942A JP8278096A JP27809696A JPH10130942A JP H10130942 A JPH10130942 A JP H10130942A JP 8278096 A JP8278096 A JP 8278096A JP 27809696 A JP27809696 A JP 27809696A JP H10130942 A JPH10130942 A JP H10130942A
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spinneret
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Takao Kasai
隆夫 河西
Shuji Inada
修司 稲田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐摩耗性および離型性を解決して、セラ
ミック、サーメットまたは超硬合金のノズルピースを用
いた紡糸口金を能率的に製造する手段を提供することを
目的としている。 【解決手段】 上記課題は、ノズルピースと口金本体が
熱膨張係数のほぼ等しい材質からなっており、ノズルピ
ースと口金本体の間が焼結一体化接合されている紡糸口
金によって解決される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、合成繊維の紡糸に
使用される紡糸口金に関するものである。
【0002】
【従来の技術】円板状の口金本体に多数の通孔からなる
ノズル部を穿孔した紡糸口金が合成繊維の紡糸に使用さ
れている。上記ノズル部の通孔は出口側が口径の小さい
紡出孔となっており、入口側は比較的口径の大きな導入
孔となっている。この口金の紡出孔から溶融原液を紡出
させることによって、所定の形状と太さを有する合成繊
維を得ることができる。
【0003】従来の紡糸口金はステンレス鋼等の金属材
で一体に製作されているものが多かったが、この種の金
属材で作られた紡糸口金は、耐摩耗性が充分ではないの
で寿命が短かかった。しかも離型性が充分でない為に溶
融原液の炭化物が付着し易く、紡糸口金表面の清掃を頻
繁に行う必要があった。これらを改良する為、口金本体
をセラミック等の耐摩耗性に富み離型性の良い材質製作
することが検討されたが、微細な紡出孔を多数有する口
金を高精度で一体成形することができなかった。即ち、
ポリエステルやポリアミド等の融点の高い合成繊維を紡
出する場合には、高温且つ高圧がかかる為に、紡糸口金
が高精度でないと液漏れ、繊度斑等の問題が発生し、使
用が困難であった。
【0004】このような問題を解決するものとして、ノ
ズル部を口金本体とは別体のノズルピースとして耐摩耗
性に富み且つ離型性の良いセラミック、サーメットや、
超硬合金等で製作し、これを別に製作した口金本体に焼
嵌め、ロウ付け等の固着方法で取り付けた紡糸口金が提
案されている(特開平4−2803号公報、特開平4−
2806号公報、特開平4−24207号公報、実開平
4−44378号公報、特開平4−272207号公
報、参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような、異なる材質で別体にて製作した口金本体とノズ
ルピースとを焼嵌め、圧入、両者の間に緩衝材料を介在
したロウ付け、またはこれらを併用して結合する方法の
提案は、製造上非能率であるばかりでなく結合信頼性に
乏しい。すなわち、熱膨張係数の大きな材料を用いた口
金本体を用いて、熱膨張係数の小さいノズルピースをロ
ウ付けすると、ロウ付け温度より室温まで降温した状態
では、欠陥は現れないが、紡糸温度(200℃〜300
℃)への昇温、付着したポリマー炭化物の清掃(500
℃)のための昇温、紡糸終了後室温への降温の熱サイク
ルにより結合部にクラックが生じ、その結果、接合強度
を満足できなくなる。ノズルピースより熱膨張係数の小
さい材料を口金本体に用いると高温より冷却して室温に
至る間に両部品の間に残留応力が生じクラック等の欠陥
が生じる。また、緩衝材を介して口金本体にノズルピー
スを圧入する方法も同様に、高温に長時間にわたり接合
体を曝すことにより緩衝材が塑性変形を起こす。その結
果、圧入時の強度を維持することができず、接合強度を
満足できない。
【0006】本発明は、従来の問題点である耐摩耗性お
よび離型性を解決して、セラミック、サーメットまたは
超硬合金のノズルピースを用いた紡糸口金を能率的に製
造する手段を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決する手段
として、まず紡糸口金の表面をセラミック質材料または
カーボン硬質膜でコーティングする方法を検討したが、
コストアップに繁がるばかりでなく、熱サイクルに対す
る信頼性に乏しく、また紡出孔の内面にコーティングは
届かないため、耐久性の向上を画することは難しかっ
た。そこで、さらに検討を進め、セラミック、サーメッ
トまたは超硬合金をもちいたノズルピースと同材質から
なる口金本体を接合すれば熱膨張の違いによる製造上お
よび使用上の事故はおこらないことに気付いた。
【0008】本発明は上記知見を発展させて完成させた
ものであり、本発明にかかる紡糸口金は、ノズルピース
と口金本体からなる紡糸口金であって、少なくともノズ
ルピースがセラミック、サーメット或いは超硬合金等の
硬質材料からなり、口金全体がノズルピースと同材質か
または熱膨張係数が等しい粉末冶金法材料から成り、口
金全体の焼結温度にて拡散接合して一体となることが可
能な材料同士の組合せで製造され、両者が一体化されて
いることを特徴としている。
【0009】すなわち、本発明は、ノズルピースと口金
本体が熱膨張係数のほぼ等しい材質からなっており、ノ
ズルピースと口金本体の間が焼結一体化接合されている
紡糸口金と予備焼結又は本焼結されたノズルピースを、
焼成寸法を焼成ノズルピースの寸法に設定して粉末冶金
法で形成された未焼結又は予備焼結された口金本体に組
み合わせて焼結することを特徴とする上記の紡糸口金の
製造方に関するものである。
【0010】この紡糸口金は、耐摩耗性に富み且つ離型
性の良いセラミック又はサーメット、或いは超硬合金で
製作されているので、従来の金属性口金に較べて寿命が
長い。又、ノズルピースと口金本体とを共にセラミック
又はサーメット、或いは超硬合金で製作し、両者を焼結
で一体化するので、多数のノズルピースを同時に接合す
ることができ、能率的である。しかも、ロウ付けのよう
に煩雑な準備作業が不要であるから、製造も容易であ
る。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施する形態例に
ついて説明する。
【0012】図1において、この紡糸口金1は一般的に
円板状であり、口金全体2と多数のノズルピース3を接
合一体化してなる。
【0013】ノズルピース3は、一般的には円棒状であ
り、その芯部に紡糸孔5が穿孔されている。紡糸孔5に
は比較的口径の大きい導入部5aと、極めて微細な紡出
部5bが設けられている。この紡糸孔5を流線形状に成
形しておくと液の流れが円滑且つ均一になり糸の太さの
バラツキ、糸切れ等の問題が生じにくくなるので好まし
い。必要により、紡出部5b側へ外形を先細にすること
ができる。
【0014】ノズルピースは焼成硬さがHv500以
上、特にHv1000以上のものがノズルピース紡糸孔
5の摩耗に対して好ましい。硬さ測定は、便宜的に金属
材料に適用されるJIS Z 2251の微少硬さ試験方
を用いて行う。
【0015】ノズルピース3の熱膨張係数は少なくとも
室温より口金本体2と接合される温度範囲で口金本体の
熱膨張係数とほぼ等しいことが必要である。ノズルピー
スと口金本体との熱膨張係数の差は0.3×10-6/℃
以下、好ましくは0.1×10 -6/℃以下、さらに好ま
しくは0.05×10-6/℃以下である。
【0016】このような材質のものには各種セラミッ
ク、サーメット及び超硬合金等がある。セラミックの例
としてはアルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素
等、サーメットの例としては、TiC−Ni系、TiC
−Mo−Ni系、超硬合金の例としては、WC−CO
系、WC−TiC−CO系、WC−TiC−TaC−C
O系等がある。
【0017】口金本体2とノズルピース3の熱膨張量と
の差が5μm以下特に1μm以下のものが好ましい。こ
の口金全体2の材質は、口金本体2の焼結温度にてノズ
ルピース3に拡散接合して一体化しうるものである。こ
のような材質の例としてはノズルピース2と同様のもの
を挙げることができる。
【0018】ノズルピースと口金本体を同一材料である
場合にも別体とするのは高い寸法精度が要求される数十
個の紡糸孔をすべて要求値に入れることは技術上に困難
が伴うためである。
【0019】接合の機構は、未焼結または予備焼結され
た口金本体嵌合孔径7aが焼成過程で収縮して孔径が減
少し、孔の内側面が予備焼結または焼結されたノズルピ
ースの外径3aの側面と接触する。焼成温度に保持する
間に、接触面では固相状態で表面拡散が進行して接触面
の空隙が外部に追い出され、接触面が広がって、口金本
体2とノズルピース3とは一体化接合される。この接合
方法を完全にするためには適当な接合代を取り、口金本
体2の成形体に設けた嵌合孔径4を僅かに小さく設定
し、接合時の締め代とすることが好ましい。接合部分を
切断して観察することにより上記接合の状態が観察でき
る。接合温度は選択される材料の焼成温度に等しく、粒
径、粒度分布により変化する。平均粒径0.4μmのア
ルミナセラミックを用いた接合を例に取ると1600℃
〜1650℃1時間の保持で十分の接合強度が得られ、
これ以上の長時間保持又は接合温度の上昇を行う必要の
ないことが実験で明らかとなった。
【0020】接合強度は図3に示すように接合完了した
紡糸口金1を固定し、ノズルピース3に垂直に加重を加
えて測定する。
【0021】本発明のノズルピース及び口金本体は上記
の形状に限定されるものではなく如何なる形状もとるこ
とができる。
【0022】図2に於ける接合前の状態で口金本体成形
体6は、上下に通ずる嵌合孔7が多数(通常は数十個)
穿設されている。ノズルピース3は通常焼成体または予
備焼結体の状態で嵌合孔7に組み立てられ、焼結接合さ
れる。
【0023】この口金本体2は粉末冶金で通常用いられ
る方法、例えば乾式プレス成形法、泥漿鋳込み法、ラバ
ープレス法(CIP法)等で成形できる。また、ノズル
ピースは粉末射出成形法で成形するか、口金本体と同様
の方法でブランクを作り、二次加工により紡糸孔形状を
加工する。ノズルピース3を粉末射出成形法で成形すれ
ば紡糸孔5を同時に形成できるので好ましい。
【0024】本発明の口金本体2の成形は一般に行われ
ている成型法と比較して特別な方法を取る必要はない。
口金本体は粉末成形プレスや静水圧プレスを用いて成形
する方法が取られる。粉末成形プレスでの成形はバイン
ダーとしてポリビニルアルコールやポリエチレングリコ
ールが用いられ、密度4のアルミナ原料粉を例に取ると
原料粉100重量部に対して、1〜3重量部が加えられ
る。静水圧プレスを用いる成形では同様のバインダが約
0.5重量部加えられる。
【0025】ノズルピース3と結合するために口金本体
成形体6に設けた嵌合孔7の孔径7aは、焼成完了時
に、、正確に焼成ノズルピースの外径3aに等しいかま
たは僅かに例えば50〜100μm程度小さく、締め代
の信頼性を得るのに重要となるため、接合前に完成寸法
に加工を施しても良い。
【0026】成形された口金本体6には焼成寸法の95
%程度まで予備焼結して接合の際の取扱いに支障の無い
程度の強度を得ることが好ましい。
【0027】成形体または予備焼結を施した口金本体6
の嵌合孔7とノズルピース3を組み合わせ、焼結を行
う。焼結温度及び雰囲気は口金本体及びノズルピースの
焼結条件により選定するが、焼結保持温度で1〜4時間
程度、通常2〜3時間である。
【0028】このようにして得られた紡糸口金は、ノズ
ル部分(ノズルビース)の材質がセラミックやサーメッ
ト、或いは超硬合金であるから、耐摩耗性に優れてお
り、高寿命であり、特にセラミックは離型性も良く炭化
物の付着も少ない。又、ノズルピースを保持する口金本
体2も同様なセラミックやサーメット、或いは超硬合金
で製作されているので、熱膨張率がほぼ同じであり、実
際の紡糸作業における昇降温の繰り返しの後にも、残留
応力の発生による接合部の破壊の生じる恐れはない。
【0029】
【実施例】以下、本発明実施例を説明する。
【0030】実施例1 図1に示す紡糸口金をアルミナ系セラミック材料を用い
て製作した。セラミック組成は0.4μmのAl23
00重量部に、MgO 0.5重量部、Cr23 2.5重
量部を添加したものとした。原料粉に3.0重量部の成
形用有機バインダ(ポリエチレングリコール)を加え
1.5t/cm2でプレス成形を行い、直径89.2c
m、高さ14.2cm、嵌合孔径5.95mmの口金本
体の成形体を得た。成形体は大気焼成炉で1450℃、
1時間の焼成を行い、95%まで焼成収縮し、嵌合孔径
寸法が焼成寸法径より大きい予備焼結体とした。ノズル
ピースは口金本体と同様の組成の原料粉100重量部に
対してPBMA(ポリブチルメタクリレート)8.94
重量部、EVA(エチレン酢酸ビニル共重合体)4.4
7重量部、PS(ポリスチレン)1.49重量部、ステ
アリン酸3.34重量部、DBP(ジブチルフタレー
ト)1.70重量部を加え射出成形機で成形した。次い
で、大気脱脂炉でバインダを除去した後大気焼成炉中1
600℃、1時間の焼成を行なった。この焼成体は外径
5mm、高さ12.2cmでほぼ真密度に達しており、
Hv1800の焼成硬さを有していた。
【0031】得られた口金本体予備焼結体6の嵌合孔7
にノズルピース焼結体3を図2に示すように組み合わせ
て、焼成用セッター8上で、大気焼成炉を用い1600
℃、1時間の焼成を行った。焼結体は直径75cm、高
さ12.2cmに収縮していた。
【0032】焼成後、接合強度をノズルピースの口金本
体からの抜き力で測定したところ、すべて550kg/
cm2以上の値を示し、紡糸工程で必要とされる耐圧力
250kg/cm2を満足した。また接合部分のシール
性をレッドチェック試験で評価したところ、漏れは発見
できず、良好な接合を示した。尚、焼成体の熱膨張係数
は7.1×10-6/℃(30〜400℃)であった。
【0033】得られた紡糸口金ブランクは、上下面をダ
イヤモンド砥石で研削し所定の仕上げ寸法とした。これ
をスピンヘッドに取付け300kg/cm2で50時間
の溶融紡糸を行ったところ、接合面からのポリマーの漏
れは発生せず、良好なシール性を示した。
【0034】実施例2 ジルコニア97モルに対し3モルのY23を含む部分安
定化ジルコニア(平均粒径0.3μm)にアルミナを2
0重量%、バインダとしてEBS(エチレン、酢酸ビニ
ル、ポリスチレン共重合体)66重量%、DBP(フタ
ル酸ジブチル)14.8重量%、ポリエチレンワックス
10重量%、APO(アタクチックポリオレフィン)
9.2重量%を含む混合物を用いた。この材料を用いて
ノズルピースを粉末射出成形法で成形した。これを、脱
脂工程を経て1480℃で大気焼成を行い、相対密度9
9.5%、Hv1300の焼成体を得、この焼成体の外
径3aをセンタレス加工した。ノズルピースと同じ材料
を用いてCIP法(低温静水圧成形法)にて口金本体6
を成形した後、収縮率を見込んで嵌合孔径7aを機械加
工した。口金本体成形体と焼成ノズルピースを焼成用セ
ッター8上に組み合わせ、大気焼成炉を用い1480
℃、1.5時間焼成を行った。焼成体の熱膨張係数は1
0.5×10-6/℃(30〜400℃)であった。
【0035】接合された紡糸口金ブランクは実施例1で
行ったと同様に抜き力を測定したところ、すべて550
kg/cm2以上の値を示し、紡糸工程で必要とされる
耐圧力250kg/cm2を満足した。また接合部分の
シール性をレッドチェック試験で評価したところ、漏れ
は発見できず、良好な接合を示した。得られた紡糸口金
ブランクは、上下面をダイヤモンド砥石で研削し所定の
仕上げ寸法とした。これをスピンヘッドに取付け300
kg/cm2で50時間の溶融紡糸を行ったところ、接
合面からのポリマーの漏れは発生せず、良好なシール性
を示した。
【0036】実施例3 10%Co−WC超硬合金によるノズルピースと42%
Ni−Fe合金による口金本体の組み合わせにより紡糸
口金を製作した。室温〜500℃の平均熱膨張係数は、
選択した超硬合金において6.3×10-6で、42%N
i−Fe合金は6.2×10-6であった。超硬合金によ
るノズルピースは、粉末射出成形法により成形し、水素
雰囲気で脱脂後、1380℃で焼結を完了した。この焼
結体の硬さはHv1550であり、外径φ6.0±0.0
1mmとした。口金本体は水アトマイズ法による10μ
mアンダーの原料粉末を用いて、CIP法にて成形し
た。この成形体は、ノズルピースとの嵌合孔径7aを焼
結結合後φ5.98mmに収縮するように設定し、機械
加工を行った。口金本体成形体6とノズルピース焼成体
3は図2に示す如く焼成用セッター8上で組み立てら
れ、水素雰囲気下、1350℃、2時間の焼成を行っ
た。
【0037】接合状態は良好でありノズルピースの抜き
力は400kg/cm2以上を示し、接合面に紡糸に支
障を来す20μm以上の間隙は生じなかった。これをス
ピンヘッドに取付け250kg/cm2で50時間の溶
融紡糸を行ったところ、接合面からのポリマーの漏れは
発生せず、良好なシール性を示した。また室温−500
℃の間で、5回の温度サイクルを行った後、シール部分
を観察したがクラックの発生は発見されなかった。
【0038】実施例4 TiC−10%Mo−30%Niを用い、粉末射出成形
法により焼成硬さHv1350のノズルピース3を製作
した。同材質に2%のステアリン酸を混合してCIPに
て口金本体ブランクを成形し、嵌合孔を同材料の収縮率
18.5%を見込んで機械加工した。成形ブランクを焼
成用セッターに載せて真空炉中1100℃、1時間の焼
成を行い予備焼結を行った。その後予備焼成体に焼成ノ
ズルピースを組み合わせ1350℃、2時間の焼成接合
を行った。ノズルピースの結合力を口金本体からの抜き
力で測定したところ、500kg/cm2を越えること
が分かった。上下面をダイヤモンド砥粒でラップ仕上げ
を行い紡糸口金とし紡糸作業に用い耐久性の向上とおよ
びポリマー炭化物の付着が顕著に減少していることを確
認した。
【0039】比較例 SUS630、耐熱硬質金属材料を用いこれを粉末射出
成形法等の成形法で製造し、口金本体を同材質および膨
張係数の近いSUS444を用いて粉末冶金法で成形
し、組み合わせた後焼成して一体化したところ、接合強
度及び信頼性は十分であり、口金本体に直接紡糸孔を加
工する方法に比べて格段に効率が良く、最終歩留まりを
大幅に改善できることが明らかとなった。しかし、セラ
ミック等の非金属をノズルピースとした物に比べてポリ
マー炭化物の付着性は劣ることが判るった。
【0040】
【発明の効果】以上の如く、本発明により、耐摩耗性に
富み、従来の金属性のものに較べて寿命が長く、溶融ポ
リマー炭化物の付着の極めて少ない、セラミック、サー
メット、超硬合金などの硬質材料を用いたノズルピース
を、健全に効率よく接合した紡糸口金を安価に提供する
ことができ、また紡糸作業効率を大幅に向上する等、産
業上の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明実施例の紡糸口金を示す一部破断側面
図である。
【図2】 本発明実施例の口金本体とノズルピースの焼
結接合前、組み合わせ断面図である。
【図3】 本発明の口金本体のノズルピース接合強度の
測定方法を示す断面図である。
【符号の説明】
1……紡糸口金 2……口金本体 3……ノズルピース 3a…ノズルピース外径 4……嵌合孔 5……紡糸孔 5a…紡糸孔導入部 5b…紡糸孔紡出部 6……口金本体成形体または予備焼体 7……口金本体成形体嵌合孔 7a…口金本体成形体嵌合孔径 8……焼成用セッター 9……接合強度測定治具

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ノズルピースと口金本体が熱膨張係数の
    ほぼ等しい材質からなっており、ノズルピースと口金本
    体の間が焼結一体化接合されている紡糸口金
  2. 【請求項2】 ノズルピースの焼成硬さがビッカース硬
    さで1000以上のセラミック、サーメット又は超硬合
    金で形成されている請求項1記載の紡糸口金
  3. 【請求項3】 予備焼結又は本焼結されたノズルピース
    を、焼成寸法を焼成ノズルピースの寸法に設定して粉末
    冶金法で形成された未焼結又は予備焼結された口金本体
    に組み合わせて焼結することを特徴とする請求項1又は
    2記載の紡糸口金の製造方法
JP8278096A 1996-10-21 1996-10-21 紡糸口金とその製造方法 Pending JPH10130942A (ja)

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