WO2015093531A1 - 繊維ガイド - Google Patents

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祐大 遠矢
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    • C04B2235/785—Submicron sized grains, i.e. from 0,1 to 1 micron

Definitions

  • the present invention relates to a fiber guide.
  • fiber guides of various shapes called oiling nozzles, roller guides, rod guides and traverse guides are used by being attached to the textile machine. Ceramics with excellent wear properties are used.
  • Patent Document 1 proposes a ceramic having a Vickers hardness HV of 1900 or more, and describes that a specific material is preferably aluminum oxide or silicon carbide. Yes.
  • the feed speed is extremely high in order to improve efficiency. It's getting faster.
  • the fiber guide made of aluminum oxide shortens the life from 1/10 to 1/50 of the conventional fiber to which various properties and functions are not added, There was a problem that the frequency of replacement of the fiber guide increased and the production efficiency deteriorated.
  • the present inventors consider that a high-hardness material is suitable for the fiber guide used for high-performance chemical fibers whose speed is increasing, and a fiber guide made of silicon carbide, silicon nitride, or cermet is used. Although it was produced and the wear was evaluated, favorable results could not be obtained.
  • the object of the present invention is to provide a fiber guide having excellent wear resistance for highly functional chemical fibers.
  • the fiber guide of the present invention is made of ceramics containing at least zirconium oxide crystal particles, and the crystal grains constituting the ceramics have an average crystal grain size of 1 ⁇ m or less.
  • the high-performance chemical fiber has excellent wear resistance, so the frequency of replacement of the fiber guide is reduced, and the production efficiency can be improved.
  • FIG. 3 is a perspective view of a traverse guide.
  • FIG. 1 is a perspective view of an oiling nozzle
  • (b) is a perspective view of a roller guide
  • (c) is a perspective view of a rod guide
  • (D) is a perspective view of a traverse guide.
  • the oiling nozzle 10 is used to attach oil to the fiber 1 by slidingly contacting the fiber 1 after spinning, and the roller guide 20 rotates the fiber 1 at the V-groove portion while rotating. It is used for guiding.
  • the rod guide 30 is used for converging or separating the fibers 1, and the traverse guide 40 is used for guidance when winding the fibers 1 around the outer periphery of a cylindrical package. is there.
  • the fiber 1 has various moisture characteristics such as moisture absorption, water absorption, sweat absorption, quick drying, water repellency, waterproofing, thermal characteristics such as far-infrared radiation, heat storage heat retention, moisture absorption heat generation, stretch materials and shape stabilization materials.
  • a fiber guide when these are collectively referred to as a fiber guide, the fiber guide is described with reference numerals “10 to 40”.
  • the fiber guides 10 to 40 of the present embodiment are made of ceramics containing at least zirconium oxide crystal particles, and the average crystal grain size of the crystal particles constituting the ceramics is 1 ⁇ m or less.
  • the fiber guides 10 to 40 of the present embodiment have excellent wear resistance against high-speed sliding of the fiber 1 made of high-performance chemical fiber. And since it has such excellent wear resistance, the replacement frequency of the fiber guides 10 to 40 is reduced, so that the production efficiency can be improved.
  • the average crystal grain size of the crystal grains constituting the ceramic is 1 ⁇ m or less, so that even if the crystal grains are degranulated, the opening area of the degranulated portion is larger than the thickness of the fiber 1. This is considered to be because the wear is small and the wear from the degranulated part is difficult to proceed.
  • the zirconium oxide crystal particles are not included, the crystal particles cannot be prevented from degranulating and wear progresses faster.
  • the average crystal grain size of the crystal grains constituting the ceramic exceeds 1 ⁇ m, the fibers 1 are likely to enter the openings of the degranulated portion, and the progress of wear is accelerated.
  • the crystal particles other than zirconium oxide are preferably aluminum oxide from the viewpoint of the firing temperature for forming ceramics and the obtained mechanical properties.
  • the mass ratio of the zirconium oxide aluminum oxide when the sum of the terms of ZrO 2 value and Al to Zr and terms of Al 2 O 3 value is 100 mass%, the value of Zr ZrO 2 in terms of 60 It is suitable that it is at least mass%.
  • the presence / absence of zirconium oxide crystal particles and aluminum oxide crystal particles was measured using an X-ray diffractometer (XRD) and confirmed by identification using a JCPDS card from the obtained X-ray chart. can do. It can also be confirmed by mirror-finishing ceramics, observing at a magnification of 5000 to 10,000 times using a scanning electron microscope (SEM), and performing energy dispersive X-ray analysis (EDS) attached to the SEM. .
  • SEM scanning electron microscope
  • EDS energy dispersive X-ray analysis
  • zirconium (Zr) and oxygen (O) are detected in a certain crystal particle by EDS, It can be considered that zirconium oxide crystal particles are present, and if aluminum (Al) and oxygen (O) are detected in a certain crystal, it is considered that aluminum oxide crystal particles are present. Can do.
  • the average grain size was mirror-processed with ceramics, and the surface subjected to thermal etching in the range of 50 to 100 ° C. lower than the firing temperature was taken as the measurement surface, and photographed at a magnification of 5000 to 10,000 times using SEM. Thereafter, the photographed image can be obtained by importing the captured image into image analysis software (for example, Image-Pro Plus made by Planetron), tracing and scanning the contour of the crystal particle, and analyzing it under conditions of a gray scale of 300 dpi.
  • image analysis software for example, Image-Pro Plus made by Planetron
  • the maximum value of the equivalent circle diameter in the crystal particles is less than 1 ⁇ m.
  • the maximum value of the equivalent circle diameter in the crystal particles can be obtained by the same method as the method for obtaining the average crystal grain size of the crystal particles described above.
  • the total content of zirconium oxide, hafnium oxide, and oxides of components that stabilize zirconium oxide out of 100% by mass of all the components constituting the ceramic Is preferably 98% by mass or more.
  • the ceramic that satisfies the above-described configuration has higher toughness than the ceramic that does not satisfy the above-described configuration.
  • the crystal particles are more difficult to fall off and have excellent wear resistance with respect to high-performance chemical fibers.
  • the total content of zirconium oxide, hafnium oxide, and oxides of components that stabilize zirconium oxide is 99% by mass or more, out of 100% by mass of all the components constituting the ceramic. It is.
  • hafnium oxide is an oxide of hafnium.
  • Hafnium is the same group IVa as zirconium, has similar chemical properties to zirconium, and is difficult to separate from zirconium. It is easy to be included in the zirconium raw material.
  • hafnium oxide contains about 2% by mass of Hf in terms of HfO 2 when the total of the value in which Zr is converted to ZrO 2 and the value in which Hf is converted to HfO 2 is 100% by mass.
  • oxide that stabilizes zirconium oxide examples include yttrium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, cerium oxide, dysprosium oxide, silicon oxide, and titanium oxide.
  • content for example, in the case of yttrium oxide, yttrium oxide is about 2.0 mol% or more and 3.0 mol% or less out of 100 mol% in total of zirconium oxide and yttrium oxide.
  • the standard deviation of the equivalent circle diameter of the crystal particles is 0.1 or less.
  • the standard deviation of the equivalent circle diameter in the crystal particles can be obtained by the same method as the method for obtaining the average crystal grain size of the crystal particles described above.
  • the content of silicon oxide is 0.05% by mass or more and 0.5% by mass or less in terms of SiO 2 out of 100% by mass of all components constituting the ceramic. Is preferred.
  • the glass phase containing silicon oxide formed at the grain boundaries is small in the formation of ceramics, it is possible to promote the sintering without reducing the wear resistance. Mechanical properties can be enhanced.
  • each component constituting the ceramic is determined, for example, by using an ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectroscopic analyzer (ICP) or a fluorescent X-ray apparatus (XRF). , Respectively, by converting to ZrO 2 , Al 2 O 3 and SiO 2 .
  • ICP Inductively Coupled Plasma
  • XRF fluorescent X-ray apparatus
  • zirconium oxide powder and aluminum oxide powder are prepared as main raw materials for zirconium oxide and aluminum oxide matrix ceramics, and zirconium oxide powder is prepared as main raw materials for zirconium oxide ceramics.
  • the zirconium oxide powder may contain hafnium oxide and an oxide of a component that stabilizes zirconium oxide.
  • aluminum oxide powder, silicon oxide powder, and the like are prepared as auxiliary materials that are sintering aids and additives.
  • a raw material obtained by weighing a predetermined amount of the main raw material and the auxiliary raw material is used as a starting raw material, and is put into a mill together with a solvent and a ball and pulverized until an average particle size at which a desired average crystal particle size is obtained is obtained.
  • a binder to the obtained slurry, it is spray-dried using a spray dryer to form granules.
  • the average particle size can be obtained by using a particle size distribution measuring device.
  • this granule is put into a mechanical press, and a pressure is applied to obtain a predetermined shape, followed by cutting or the like to obtain a molded body having a desired shape.
  • the atmosphere is maintained at a temperature at which crystal grains do not grow too much, for example, at a maximum temperature of 1400 to 1600 ° C. Bake in.
  • zirconium oxide is the main raw material, it is fired in an air atmosphere at a temperature at which crystal grains do not grow too much, for example, at a maximum temperature of 1380 to 1500 ° C.
  • the holding time at the maximum temperature may be 0.5 to 8 hours.
  • the fiber guide of this embodiment can be obtained by barrel-polishing and finishing the obtained sintered compact.
  • a filter may be used to remove particles exceeding 0.9 ⁇ m.
  • the auxiliary material may be less than 2% by mass, and the remainder may be zirconium oxide powder.
  • zirconium oxide powder include Y 2 O 3 when 0.5 to 2.5 mass% of hafnium oxide and yttrium (Y) is a component that stabilizes zirconium oxide. It is 3.5 to 6.0% by mass in terms of conversion, and the balance is zirconium oxide.
  • the particle size distribution is confirmed and then filtered using a filter. That's fine. Specifically, particles exceeding the average particle size +0.25 ⁇ m may be excluded. Further, among 100% by mass of all the components constituting the ceramic, the total content of zirconium oxide, hafnium oxide, and oxides of components that stabilize zirconium oxide is a zirconium oxide ceramic having 98% by mass or more.
  • the particle size after pulverization becomes the size of the crystal particles in the ceramics.
  • a compressive stress is applied evenly between the crystal grains in which the ceramics are present, so that it is possible to form ceramics that are difficult to fall apart.
  • the fiber guide thus obtained exhibits excellent wear resistance against high-speed sliding of highly functional chemical fibers. Moreover, since the frequency of replacement of the fiber guide is reduced due to excellent wear resistance, the production efficiency can be improved.
  • Zirconium oxide ceramics having the composition and average grain size shown in Table 1 were prepared and subjected to an abrasion resistance test.
  • zirconium oxide powder was prepared as a main raw material.
  • this zirconium oxide powder has 2% by mass of hafnium oxide in terms of the value of Hf converted to HfO 2 when the total of the value of Zr converted to ZrO 2 and the value of Hf converted to HfO 2 is 100% by mass, A stabilizer containing 3 mol% yttrium oxide was used.
  • An aluminum oxide powder was also prepared.
  • the starting materials weighed so that the content of each component constituting the zirconium oxide ceramics is as shown in Table 1 are put in a mill together with a solvent and a ball, and pulverized until a desired average particle size is obtained.
  • the average particle size was measured using a particle size distribution measuring device.
  • this granule was put into a mechanical press, and a pressure was applied to obtain a predetermined shape, followed by cutting and the like to obtain a molded body having a desired shape.
  • the obtained molded body was fired by holding it in the air atmosphere for 2 hours at the firing temperature (maximum temperature) shown in Table 1. After that, by performing barrel polishing treatment, the sample No. 1 to 10 fiber guides were obtained.
  • each sample obtained was subjected to qualitative analysis by XRF, and the detected components were quantitatively analyzed by ICP.
  • the values converted into oxides are shown in Table 1.
  • Table 1 In the column of the total content of other components in Table 1, the total of oxide-converted values of components other than Zr, Hf, Y, and Al is described.
  • each sample obtained was mirror-finished, and the surface subjected to thermal etching at a temperature lower by 50 ° C. than the firing temperature was used as the measurement surface.
  • the photographed image was image analysis software. (Image-Pro Plus made by Planetron, Inc.) The outline of crystal grains was traced and scanned, and the average crystal grain size and maximum value of equivalent circle diameters were determined by analyzing under conditions of gray scale of 300 dpi.
  • each sample was measured using XRD, and identification using a JCPDS card was performed from the obtained X-ray chart. 2 to 10 have zirconium oxide crystal particles. 1 confirmed that the zirconium oxide crystal particles were not present.
  • Sample No. 1 the width of the wear scar was the widest and the depth was deep.
  • Sample No. 2 is Sample No. Although not as much as 1, sample no. The wear scar was wider and deeper than 3-10. In contrast, sample no. In Nos. 3 to 10, the wear scar width was narrow and the depth was shallow. Sample No. 7 and 8, sample no. In No. 8, the width of the wear scar was narrower and the depth was shallower. Furthermore, in particular, sample no. Nos. 9 and 10 had a narrow wear scar and a shallow depth.
  • the fiber guide having excellent wear resistance can be obtained by comprising at least zirconium oxide crystal particles and the average crystal particle size of the crystal particles constituting the ceramic is 1 ⁇ m or less. It was. Moreover, it turned out that it is suitable that the maximum value of a circle equivalent diameter in a crystal grain is less than 1 micrometer. Furthermore, it has been found that the fiber guide has excellent wear resistance. Moreover, it is more preferable that the total content of zirconium oxide, hafnium oxide, and oxides of components that stabilize zirconium oxide is 98% by mass or more out of 100% by mass of all components constituting the ceramic. I found out that
  • Example 1 Sample No. shown in Example 1 was used. Samples having different average particle sizes and firing temperatures (maximum temperatures) were prepared using the same starting materials as in No. 9, and the abrasion resistance test was performed. Sample No. 11 shows the sample No. of Example 1. It is the same as 9.
  • the starting material, solvent and balls were put in a mill and pulverized to a predetermined average particle size.
  • sample no. For 12 and 13 particles exceeding 0.5 ⁇ m were removed.
  • sample no. For No. 11 the average particle size after grinding, sample no. For Nos. 12 and 13, the average particle size after the filter pass was measured using a particle size distribution measuring device.
  • the obtained molded body was fired by holding it at a firing temperature shown in Table 2 for 2 hours in an air atmosphere. After that, by performing barrel polishing treatment, the sample No. 11-13 fiber guides were obtained.
  • each obtained sample was qualitatively analyzed by XRF, and the detected components were quantitatively analyzed by ICP.
  • sample no In each of 11 to 13, the total content of ZrO 2 , HfO 2 , Y 2 O 3 is 98% by mass, the content of Al 2 O 3 is 1.5% by mass, The content was 0.5% by mass.
  • Example 2 the average crystal grain size of the equivalent circle diameter and the standard deviation of the size of the equivalent circle diameter were obtained by the same method as that for obtaining the average crystal grain size of the equivalent circle diameter. Furthermore, by the same method as in Example 1, a wear resistance test was performed to rank the evaluations. The results are shown in Table 2.
  • the standard deviation of the size of the equivalent circle diameter of the crystal particles is preferably 0.1 or less with respect to the wear resistance.
  • samples having the compositions shown in Table 3 were prepared, and the density was measured and the abrasion resistance test was performed as an evaluation of mechanical properties.
  • the sample No. 1 in Example 1 was used. 10 and sample no. 14-18 fiber guides were obtained.
  • the content of silicon oxide is at most 0.5 mass% or more 0.05% by mass in terms of SiO 2, reducing the abrasion resistance
  • the mechanical properties were enhanced by the promoting action of sintering.

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Abstract

　【課題】　高機能化学繊維に対し、優れた耐磨耗性を有する繊維ガイドを提供する。　【解決手段】　本発明の繊維ガイドは、少なくとも酸化ジルコニウムの結晶粒子を含むセラミックスからなり、該セラミックスを構成する結晶粒子の平均結晶粒径が１μｍ以下である。このような構成を満たす本発明の繊維ガイドは、高機能化学繊維に対し、優れた耐磨耗性を有していることから、繊維ガイドの交換頻度が少なくなり、生産効率の向上を図ることができる。

Description

繊維ガイド
　本発明は、繊維ガイドに関するものである。
　繊維の製造工程における繊維の案内においては、オイリングノズル、ローラガイド、ロッドガイドおよびトラバースガイドと呼ばれる様々な形状の繊維ガイドが繊維機械に取り付けられて使用されており、繊維ガイドの材質としては、耐磨耗性に優れたセラミックスが用いられている。
　そして、このような繊維ガイドとして、例えば、特許文献１には、ビッカース硬さＨＶが１９００以上のセラミックスが提案されており、具体的な材質として、酸化アルミニウムや炭化珪素が好ましい旨が記載されている。
特開２００３－２１３５２２号公報
　今般においては、吸湿・吸水・吸汗・速乾・撥水・防水などの水分特性や遠赤外線放射・蓄熱保温・吸湿発熱などの熱特性、また、ストレッチ素材や形状安定化素材など様々な特性や機能を持たせた繊維が開発されている。また、これまで目的の色調を有する繊維とするには、白い繊維を染料に漬け込んで着色（染色）することが行なわれていたが、このような方法においては、用いる染料やそれを濯いだ水が廃液として出てしまい環境負荷が大きいという問題があるとともに、染料によって着色された繊維は、退色したり色落ちしたりしやすいという問題があった。
　そのため、近年においては、このような問題を解決すべく、予め目的の色調を有する顔料を含むマスターチップを混合したベースポリマーチップを用いて、紡糸前に着色することが行なわれている。このようにして得られる繊維は、原着糸と呼ばれ、この原着糸は、摩擦や日光による退色や色落ちが少なく染色の手間が無いため、少ないエネルギーで作ることができる色糸として注目されている。
　そして、様々な特性や機能を持たせた繊維や原着糸等の繊維（以下、これらを総称する場合、高機能化学繊維と言う。）の生産にあたっては、効率向上のため、送りスピードが極めて速くなってきている。このように、高速化が進む高機能化学繊維において、酸化アルミニウムからなる繊維ガイドでは、様々な特性や機能が付加されていない従来の繊維の１／１０から１／５０にまで寿命が短くなり、繊維ガイドの交換頻度が多くなって生産効率が悪化するという問題があった。
　このような問題に対し、本発明者らは、高速化が進む高機能化学繊維に用いられる繊維ガイドには、高硬度の材質が好適と考え、炭化珪素、窒化珪素やサーメットからなる繊維ガイドを作製し、磨耗評価を行なったが、好ましい結果を得ることが出来なかった。
　本発明は、高機能化学繊維に対し、優れた耐磨耗性を有する繊維ガイドを提供することを目的とするものである。
　本発明の繊維ガイドは、少なくとも酸化ジルコニウムの結晶粒子を含むセラミックスからなり、該セラミックスを構成する結晶粒子の平均結晶粒径が１μｍ以下であることを特徴とするものである。
　本発明の繊維ガイドによれば、高機能化学繊維に対し、優れた耐磨耗性を有していることから、繊維ガイドの交換頻度が少なくなり、生産効率の向上を図ることができる。
本実施形態の繊維ガイドの一例を示す、（ａ）はオイリングノズルの斜視図であり、（ｂ）はローラガイドの斜視図であり、（ｃ）はロッドガイドの斜視図であり、（ｄ）はトラバースガイドの斜視図である。
　以下、本発明に係る実施形態の一例について詳細に説明する。
　図１は、本実施形態の繊維ガイドの一例を示す、（ａ）はオイリングノズルの斜視図であり、（ｂ）はローラガイドの斜視図であり、（ｃ）はロッドガイドの斜視図であり、（ｄ）はトラバースガイドの斜視図である。
　ここで、オイリングノズル１０は、紡糸後の繊維１を摺接させることによって、繊維１にオイルを付着させることに用いられるものであり、ローラガイド２０は、回転しながらＶ溝状部分で繊維１を案内するために用いられるものである。また、ロッドガイド３０は、繊維１を収束したり分離したりするために用いられるものであり、トラバースガイド４０は、繊維１を円筒状のパッケージの外周に巻き取るときの案内に用いられるものである。さらに、繊維１とは、吸湿・吸水・吸汗・速乾・撥水・防水などの水分特性や遠赤外線放射・蓄熱保温・吸湿発熱などの熱特性、また、ストレッチ素材や形状安定化素材など様々な特性や機能を持たせた繊維や紡糸前に着色された原着糸等の繊維である高機能化学繊維である。なお、以下の記載において、これらを総称して繊維ガイドと記載する場合には、繊維ガイドに「１０～４０」の符号を付して説明する。
　本実施形態の繊維ガイド１０～４０は、少なくとも酸化ジルコニウムの結晶粒子を含むセラミックスからなり、このセラミックスを構成する結晶粒子の平均結晶粒径が１μｍ以下である。
　このような構成を満たしていることにより、本実施形態の繊維ガイド１０～４０は、高機能化学繊維からなる繊維１の高速摺動に対し、優れた耐磨耗性を有する。そして、このような優れた耐磨耗性を有していることにより、繊維ガイド１０～４０の交換頻度が少なくなるため、生産効率の向上を図ることができる。
　なお、このように、優れた耐磨耗性を有することができるのは、酸化ジルコニウムの結晶粒子を含んでいることにより、セラミックスの靭性が高まって結晶粒子の脱落（以下、単に脱粒という場合もある。）が抑制されるとともに、セラミックスを構成する結晶粒子の平均結晶粒径が１μｍ以下であることによって、仮に結晶粒子が脱粒したとしても、繊維１の太さよりも脱粒部分の開口部面積が小さく、脱粒部分からの磨耗が進みにくいからであると考えられる。これに対し、酸化ジルコニウムの結晶粒子を含んでいないときには、結晶粒子の脱粒が抑制できず、磨耗の進行が早くなる。また、セラミックスを構成する結晶粒子の平均結晶粒径が１μｍを超えるときには、脱粒部分の開口部に繊維１が入り込みやすくなり、磨耗の進行が早くなる。
　ここで、酸化ジルコニウム以外の結晶粒子としては、セラミックスを形成する上での焼成温度や得られる機械的特性の観点から、酸化アルミニウムであることが好適である。なお、酸化ジルコニウムと酸化アルミニウムの質量比としては、ＺｒをＺｒＯ２換算した値とＡｌをＡｌ２Ｏ３換算した値との合計を１００質量％としたとき、ＺｒをＺｒＯ２換算した値が６０質量％以上であることが好適である。
　ここで、酸化ジルコニウムの結晶粒子および酸化アルミニウムの結晶粒子の存在の有無については、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて測定し、得られたＸ線チャートから、ＪＣＰＤＳカードを用いた同定により確認することができる。また、セラミックスを鏡面加工し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて５０００～１００００倍の倍率で観察し、ＳＥＭに付設のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）することによっても確認することができる。なお、酸化ジルコニウムの結晶粒子と、酸化アルミニウムの結晶粒子は、色調差があるため識別は可能であり、ＥＤＳによって、ある結晶粒子に、ジルコニウム（Ｚｒ）と酸素（Ｏ）が検出されれば、酸化ジルコニウムの結晶粒子が存在しているとみなすことができ、ある結晶に、アルミニウム（Ａｌ）と、酸素（Ｏ）とが検出されれば、酸化アルミニウムの結晶粒子が存在しているとみなすことができる。
　また、平均結晶粒径については、セラミックスを鏡面加工し、焼成温度から５０～１００℃低い温度の範囲でサーマルエッチングをした面を測定面とし、ＳＥＭを用いて５０００～１００００倍の倍率で撮影した後、撮影画像を画像解析ソフト（例えば、プラネトロン製　Image-Pro Plus）に取り込み、結晶粒子の輪郭をトレースしてスキャンし、グレースケール３００ｄｐｉの条件で解析することによって求めることができる。
　次に、本実施形態の繊維ガイド１０～４０は、結晶粒子における円相当径の最大値が１μｍ未満であることが好適である。このような構成を満たしているときには、結晶粒子の大きさの違いによる結晶粒子間に掛かる圧縮応力差が小さくなるため脱粒しにくくなるとともに、脱粒部分の開口部面積がより小さくなるため、高機能化学繊維に対し、さらに優れた耐磨耗性を有するものとなる。なお、結晶粒子における円相当径の最大値は、上述した結晶粒子の平均結晶粒径の求め方と同様の方法により求めることができる。
　次に、本実施形態の繊維ガイド１０～４０において、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、酸化ジルコニウムと、酸化ハフニウムと、酸化ジルコニウムを安定化させる成分の酸化物との含有量の合計が９８質量％以上であることが好適である。
　このように、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、酸化ジルコニウムと、酸化ハフニウムと、酸化ジルコニウムを安定化させる成分の酸化物との含有量の合計が９８質量以上であるときには、言い換えれば、セラミックス中に存在する結晶粒子の殆どが、酸化ジルコニウムの結晶粒子であることから、上述した構成を満たすセラミックスは、上述した構成を満たしていないセラミックスよりも、高い靭性を有するものとなるため、結晶粒子がより脱落しにくくなり、高機能化学繊維に対し、優れた耐磨耗性を有するものとなる。
　なお、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、酸化ジルコニウムと、酸化ハフニウムと、酸化ジルコニウムを安定化させる成分の酸化物との含有量の合計は、９９質量％以上であることがより好適である。
　ここで、酸化ハフニウムとは、ハフニウムの酸化物であり、ハフニウムは、ジルコニウムと同じIVａ族であり、ジルコニウムと化学的性質が類似しており、ジルコニウムと分離することが困難であることから、酸化ジルコニウム原料に含まれやすいものである。例えば、酸化ハフニウムは、ＺｒをＺｒＯ２換算した値とＨｆをＨｆＯ２換算した値との合計を１００質量％としたとき、ＨｆをＨｆＯ２換算した値で２質量％程度含まれるものである。
　また、酸化ジルコニウムを安定化させる成分の酸化物とは、例えば、酸化イットリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、酸化ディスプロシウム、酸化珪素、酸化チタン等が挙げられる。含有量としては、例えば、酸化イットリウムであれば、酸化ジルコニウムと酸化イットリウムの合計１００モル％のうち、酸化イットリウムが２．０モル％以上３．０モル％以下程度である。
　また、本実施形態の繊維ガイド１０～４０は、結晶粒子の円相当径の大きさの標準偏差が０．１以下であることが好適である。このような構成を満たしているときには、結晶粒子の大きさの違いによる結晶粒子間に掛かる圧縮応力差がさらに小さくなるため、より脱粒しにくくなり、高機能化学繊維に対し、さらに優れた耐磨耗性を有するものとなる。なお、結晶粒子における円相当径の標準偏差は、上述した結晶粒子の平均結晶粒径の求め方と同様の方法により求めることができる。
　次に、本実施形態の繊維ガイド１０～４０において、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、酸化珪素の含有量がＳｉＯ２換算で０．０５質量％以上０．５質量％以下であることが好適である。
　上述した構成を満たしているときには、セラミックスの形成にあたり、粒界に形成される酸化珪素を含むガラス相は少ないものであることから、耐磨耗性を低下させることなく、焼結の促進作用により機械的特性を高めることができる。
　なお、セラミックスを構成する各成分の含有量は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置（ＩＣＰ）または蛍光Ｘ線装置（ＸＲＦ）を用いて、例えば、Ｚｒ、Ａｌ、Ｓｉの含有量を求め、それぞれＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２に換算することにより求めることができる。
　次に、本実施形態の繊維ガイドの製造方法の一例について説明する。
　まず、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムのマトリックスセラミックスであれば、主原料として、酸化ジルコニウムの粉末および酸化アルミニウムの粉末を用意し、酸化ジルコニウム質セラミックスであれば、主原料として、酸化ジルコニウムの粉末を用意する。なお、酸化ジルコニウムの粉末には、酸化ハフニウムおよび酸化ジルコニウムを安定化させる成分の酸化物を含むものであってもよい。また、焼結助剤や添加剤である副原料として、酸化アルミニウムの粉末や酸化珪素の粉末等を用意する。
　そして、主原料、副原料を所定量秤量したものを出発原料とし、溶媒およびボールとともにミルに入れて所望の平均結晶粒径が得られる平均粒度となるまで粉砕し、スラリーを得る。次に、得られたスラリーにバインダーを添加した後、スプレードライヤーを用いて、噴霧乾燥して顆粒とする。なお、平均粒度は、粒度分布測定装置を用いることにより、求めることができる。
　次に、この顆粒をメカプレスに投入して、圧力を加えて所定形状とし、その後切削加工等を行なうことにより、所望形状の成形体とする。なお、同じ出発原料から作製したペレットを用いてインジェクション成形法で成形体を作製しても構わない。
　そして、得られた成形体を、例えば、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムのマトリックスセラミックスが主原料である場合には、結晶粒子が粒成長しすぎない温度、例えば、１４００～１６００℃の最高温度で大気雰囲気中において焼成する。また、酸化ジルコニウムが主原料である場合には、結晶粒子が粒成長しすぎない温度、例えば、１３８０～１５００℃の最高温度で大気雰囲気中において焼成する。なお、最高温度での保持時間はそれぞれ０．５～８時間とすればよい。
　また、上述した焼成後において、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）を行なうことが好適である。そして、得られた焼結体をバレル研磨して仕上げ処理することにより本実施形態の繊維ガイドを得ることができる。
　なお、結晶粒子における円相当径の最大値を１μｍ未満とするには、ミルに入れて粉砕した後に、焼成時における結晶粒子の粒成長を考慮して、１０％程度の粒成長が見込まれるのであれば、フィルターを用いて０．９μｍを超える粒子を除けばよい。
　また、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、酸化ジルコニウムと、酸化ハフニウムと、酸化ジルコニウムを安定化させる成分の酸化物との含有量の合計を９８質量％以上とするには、主原料である酸化ジルコニウムの粉末が、酸化ハフニウムと、酸化ジルコニウムを安定化させる成分の酸化物とを含むものである場合には、副原料を２質量％未満とし、残部を酸化ジルコニウムの粉末とすればよい。このような、酸化ジルコニウムの粉末の具体例としては、酸化ハフニウムが、０．５～２．５質量％であり、酸化ジルコニウムを安定化させる成分がイットリウム（Ｙ）であるとき、Ｙ２Ｏ３換算で３．５～６．０質量％であり、残部が酸化ジルコニウムである。
　さらに、結晶粒子の円相当径の大きさの標準偏差を０．１以下とするには、ミルに入れて粉砕した後の平均粒度の測定において、粒度分布を確認した後にフィルターを用いて選別すればよい。具体的には、平均粒度＋０．２５μｍを超える粒子を除けばよい。そして、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、酸化ジルコニウムと、酸化ハフニウムと、酸化ジルコニウムを安定化させる成分の酸化物との含有量の合計を９８質量％以上の酸化ジルコニウム質セラミックスであり、平均粒度＋０．２５μｍを超える粒子を除かれたものであるときには、粒成長しすぎることのない、１４００℃未満の最高温度で焼成すれば、粉砕後の粒径が、セラミックスにおける結晶粒子の大きさと略同じとなり、セラミックスの存在する結晶粒子間に均等に圧縮応力が掛かることとなることから、脱粒しにくいセラミックスを形成することができる。
　また、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、酸化珪素の含有量を０．０５質量％以上０．５質量％以下とするには、出発原料１００質量％のうち、酸化珪素の粉末の含有量を０．０５質量％以上０．５質量％以下の範囲とすればよい。
　このようにして得られた繊維ガイドは、高機能化学繊維の高速摺動に対し、優れた耐磨耗性を発揮する。また、優れた耐磨耗性により、繊維ガイドの交換頻度は少なくなるため、生産効率の向上を図ることができる。
　以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
　表１に示す組成および平均結晶粒径を有する酸化ジルコニウム質セラミックスを作製し、耐磨耗試験を行なった。
　まず、主原料として酸化ジルコニウムの粉末を用意した。なお、この酸化ジルコニウム粉末は、ＺｒをＺｒＯ２換算した値とＨｆをＨｆＯ２換算した値との合計を１００質量％としたとき、ＨｆをＨｆＯ２換算した値で２質量％の酸化ハフニウムと、安定化剤として３モル％の酸化イットリウムを含むものを用いた。また、酸化アルミニウムの粉末を用意した。
　そして、酸化ジルコニウム質セラミックスを構成する各成分の含有量が表１に示すものとなるように秤量した出発原料を、溶媒およびボールとともにミルに入れて、所望の平均粒度となるまで粉砕し、スラリーを得た。次に、得られたスラリーにバインダーを添加した後、スプレードライヤーを用いて、噴霧乾燥して顆粒とした。なお、平均粒度の測定は、粒度分布測定装置を用いて行なった。
　次に、この顆粒をメカプレスに投入して、圧力を加えて所定形状とし、その後切削加工等を行なうことにより、所望形状の成形体を得た。
　そして、得られた成形体を、表１に示す焼成温度（最高温度）で大気雰囲気中において２時間保持することにより焼成した。その後、バレル研磨処理を行なうことにより試料Ｎｏ．１～１０の繊維ガイドを得た。
　次に、得られた各試料につき、ＸＲＦで定性分析を行ない、検出された成分につき、ＩＣＰで定量分析を行なった。そして、それぞれ酸化物に換算した値を表１に示した。なお、表１における他の成分の合計の含有量の欄には、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ，Ａｌ以外の成分の酸化物換算した値の合計を記載した。
　また、得られた各試料につき鏡面加工を施し、焼成温度から５０℃低い温度でサーマルエッチングをした面を測定面とし、ＳＥＭを用いて１００００倍の倍率で撮影した後、撮影画像を画像解析ソフト（プラネトロン製　Image-Pro Plus）に取り込み、結晶粒子の輪郭をトレースしてスキャンし、グレースケール３００ｄｐｉの条件で解析することにより円相当径の平均結晶粒径および最大値を求めた。
　また、各試料につき、ＸＲＤを用いて測定し、得られたＸ線チャートから、ＪＣＰＤＳカードを用いた同定を行ない、試料Ｎｏ．２～１０に酸化ジルコニウムの結晶粒子が存在し、試料Ｎｏ．１に酸化ジルコニウムの結晶粒子が存在していないことを確認した。
　次に、各試料を用いて、原着糸を１分間あたり、８００ｍの速度で摺動させる耐磨耗試験を７日にわたって行ない、磨耗痕の幅および深さの確認することにより、評価し順位付けを行なった。なお、耐磨耗性が良好であった方が評価順位の値が小さい。結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１より、試料Ｎｏ．１は、最も磨耗痕の幅が広く、深さが深かった。また、試料Ｎｏ．２は、試料Ｎｏ．１程ではないものの、試料Ｎｏ．３～１０よりも、磨耗痕の幅が広く、深さが深いものであった。これに対し、試料Ｎｏ．３～１０は、磨耗痕の幅が狭く、深さが浅いものであった。また、試料Ｎｏ．７，８においては、試料Ｎｏ．８の方が、磨耗痕の幅が狭く、深さが浅かった。さらに、特に試料Ｎｏ．９，１０は、磨耗痕の幅が狭く、深さが浅いものであった。
　この結果より、少なくとも酸化ジルコニウムの結晶粒子を含むセラミックスからなり、セラミックスを構成する結晶粒子の平均結晶粒径が１μｍ以下であることにより、優れた耐磨耗性を有する繊維ガイドとなることがわかった。また、結晶粒子における円相当径の最大値が１μｍ未満であることが好適であることがわかった。さらに、優れた耐磨耗性を有する繊維ガイドとなることがわかった。また、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、酸化ジルコニウムと、酸化ハフニウムと、酸化ジルコニウムを安定化させる成分の酸化物との含有量の合計が９８質量％以上であることが、より好適であることがわかった。
　次に、実施例１に示す試料Ｎｏ．９と同様の出発原料を用いて、平均粒度と、焼成温度（最高温度）を異ならせた試料を作製し、耐磨耗性試験を行なった。なお、試料Ｎｏ．１１は、実施例１の試料Ｎｏ．９と同様のものである。
　まず、出発原料と溶媒とボールとをミルに入れ、所定の平均粒度となるまで粉砕した。次に、フィルターを用いて、試料Ｎｏ．１２，１３については、０．５μｍを超える粒子を除いた。そして、試料Ｎｏ．１１については粉砕後の平均粒度、試料Ｎｏ．１２，１３についてはフィルターパス後の平均粒度を粒度分布測定装置を用いて測定した。
　次に、スラリーにバインダーを添加した後、スプレードライヤーを用いて、噴霧乾燥して顆粒とした。その後、この顆粒をメカプレスに投入して、圧力を加えて所定形状とし、その後切削加工等を行なうことにより、所望形状の成形体を得た。
　そして、得られた成形体を、大気雰囲気中において、表２に示す焼成温度で２時間保持することにより焼成した。その後、バレル研磨処理を行なうことにより試料Ｎｏ．１１～１３の繊維ガイドを得た。
　次に、得られた各試料につき、ＸＲＦで定性分析を行ない、検出された成分につき、ＩＣＰで定量分析を行なった。その結果、試料Ｎｏ．１１～１３ともに、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｙ２Ｏ３の含有量の合計値が９８質量％であり、Ａｌ２Ｏ３の含有量が１．５質量％であり、他の成分の合計の含有量が０．５質量％であった。
　また、実施例１において、円相当径の平均結晶粒径を求めたときと同様の方法により、円相当径の平均結晶粒径および円相当径の大きさの標準偏差を求めた。さらに、実施例１と同様の方法により、耐磨耗性試験を行ない評価の順位付けを行なった。結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２より、耐摩耗性に関し、結晶粒子の円相当径の大きさの標準偏差が０．１以下であることが好適であることがわかった。
　次に、表３に示す組成の試料を作製し、機械的特性の評価として密度を測定するとともに、耐磨耗性試験を行なった。なお、組成以外の作製方法については、実施例１の試料Ｎｏ．１０と同様とし、試料Ｎｏ．１４～１８の繊維ガイドを得た。
　次に、得られた各試料につき、ＸＲＦで定性分析を行ない、検出された成分につき、ＩＣＰで定量分析を行なった。そして、それぞれ酸化物に換算した値を表３に示した。
　また、ＪＩＳ　Ｒ１６３４－１９９８に準拠して、密度の測定を行ない、密度の値の高い方から順位付けを行なった。さらに、実施例１と同様の方法により、耐磨耗性試験を行ない評価の順位付けを行なった。結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３より、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、酸化珪素の含有量がＳｉＯ２換算で０．０５質量％以上０．５質量％以下であれば、耐磨耗性を低下させることなく、焼結の促進作用により機械的特性が高まることがわかった。
　１：繊維
　１０：オイリングノズル
　２０：ローラガイド
　３０：ロッドガイド
　４０：トラバースガイド

Claims (5)

  1. 　少なくとも酸化ジルコニウムの結晶粒子を含むセラミックスからなり、該セラミックスを構成する結晶粒子の平均結晶粒径が１μｍ以下であることを特徴とする繊維ガイド。
  2. 　前記結晶粒子における円相当径の最大値が１μｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の繊維ガイド。
  3. 　前記セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、前記酸化ジルコニウムと、酸化ハフニウムと、前記酸化ジルコニウムを安定化させる成分の酸化物との含有量の合計が９８質量％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の繊維ガイド。
  4. 　前記結晶粒子の円相当径の大きさの標準偏差が０．１以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の繊維ガイド。
  5. 　前記セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、酸化珪素の含有量が０．０５質量％以上０．５質量％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の繊維ガイド。
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