(57)【要約】  【課題】  繊維束に対する耐磨耗性および滑り性に優れた繊維束成形用ダイスを提供することを目的とする。  【解決手段】  本開示の繊維束成形用ダイスは、内周面に繊維との摺接部を有する筒状部材であり、前記摺接部が、炭化チタン質セラミックス、炭窒化チタン質セラミックス、窒化チタン質セラミックス、酸化アルミニウム質セラミックス、酸化ジルコニウム質セラミックス、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの複合セラミックスのいずれかからなり、前記摺接部の表面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下である。【選択図】  図１
2019081969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に繊維との摺接部を有する筒状部材であり、
前記摺接部が、炭化チタン質セラミックス、炭窒化チタン質セラミックス、窒化チタン質セラミックス、酸化アルミニウム質セラミックス、酸化ジルコニウム質セラミックス、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの複合セラミックスのいずれかからなり、
前記摺接部の表面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下である、繊維束成形用ダイス。
【請求項２】
前記摺接部が、酸化アルミニウム質セラミックスからなり、相対密度が９５％以上であり、酸化アルミニウムの結晶の平均結晶粒径が５μｍ以下である、請求項１に記載の繊維束成形用ダイス。
【請求項３】
前記摺接部は、前記表面におけるスキューネスＲｓｋの平均値が−１以上１以下である、請求項１または請求項２に記載の繊維束成形用ダイス。
【請求項４】
前記摺接部を含む前記円筒状部材が、酸化アルミニウム質セラミックス、酸化ジルコニウム質セラミックス、または、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの複合セラミックスのいずれかからなる、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の繊維束成形用ダイス。
【請求項５】
前記筒状部材が、貫通孔の軸方向に沿って接合層が位置する接合体からなる、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の繊維束成形用ダイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、繊維束成形用ダイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ペン先、中継芯等の液体供給体に、アクリル繊維スライバー等の繊維の束が用いられている。この液体供給体は、加熱された繊維束成形用ダイスに繊維を通して圧縮し、その後、乾燥・硬化することによって得られる。特許文献１には、液体供給体の成形に用いられる繊維束成形用ダイスの材質として、金属、樹脂、セラミックスが挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９９２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、繊維束に対する耐磨耗性および滑り性に優れた繊維束成形用ダイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の繊維束成形用ダイスは、内周面に繊維との摺接部を有する筒状部材である。そして、前記摺接部が、炭化チタン質セラミックス、炭窒化チタン質セラミックス、窒化チタン質セラミックス、酸化アルミニウム質セラミックス、酸化ジルコニウム質セラミックス、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの複合セラミックスのいずれかからなる。また、前記摺接部の表面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下である。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の繊維束成形用ダイスには、繊維束に対する耐磨耗性および滑り性に優れていることから、長期間に亘って用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の繊維束成形用ダイスを用いた液体供給体（繊維束）製造装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本開示の繊維束成形用ダイスについて詳細に説明する。図１は、本開示の繊維束成形用ダイスを用いた液体供給体（繊維束）製造装置（以下、単に製造装置と記載する。）の模式図である。
【０００９】
この製造装置１０は、製造工程順に、繊維束１次成形用ダイス１、繊維束２次成形用ダイス２、樹脂液槽３、マイクロ波加熱装置４、加熱装置５および切断部６を備えている。なお、図１においては、繊維束７となるまでの途中過程のものについては、７ａ〜７ｆの符号を付して説明するものとする。そして、繊維束７とは、例えば、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維またはポリエチレンテレフタレート繊維またはそれらを混合した繊維を長手方向に集束した集合体である。
【００１０】
繊維束１次成形用ダイス１は、繊維束７ａを加熱および１次圧縮するダイスであり、繊維束７ａを加熱および圧縮させて繊維束７ａの嵩を高くするとともに各繊維を交錯させて
断面が網状を呈するようにするものである。
【００１１】
繊維束２次成形用ダイス２は、繊維束７ｂを２次圧縮するダイスであり、繊維束７ｂをさらに圧縮して、所望の断面形状に成形するものである。繊維束２次成形用ダイス２の貫通孔に垂直な方向における断面形状は、成形する繊維束７の断面の輪郭形状と同じ形状になる。具体的には、上記断面形状が円状であれば繊維束７の断面の輪郭形状も円状になり、上記断面形状が矩形状であれば繊維束７の断面の輪郭形状は矩形状になる。
【００１２】
樹脂液槽３は、槽内の樹脂液中を通過する繊維束７ｃを構成する各繊維間に樹脂液を浸透させるものである。
【００１３】
マイクロ波加熱装置４は、例えば、周波数が２４５０ＭＨｚのマイクロ波を繊維束７ｄに照射することにより、マイクロ波エネルギーを吸収させて瞬時に加熱することによって繊維束７ｄを乾燥および１次硬化させるものである。
【００１４】
加熱装置５は、繊維束７ｅを加熱して、２次硬化させるとともに余った樹脂液を蒸発させて除去するものである。そして、切断部６は、樹脂液が除去された繊維束７ｆを所望の長さに切断するものである。
【００１５】
本開示の繊維束成形用ダイスは、上述した繊維束２次成形用ダイス２にあたる。以下、繊維束成形用ダイス２と記載して説明する。繊維束成形用ダイス２は、内周面に繊維との摺接部を有する筒状部材である。そして、摺接部が、炭化チタン質セラミックス、炭窒化チタン質セラミックス、窒化チタン質セラミックス、酸化アルミニウム質セラミックス、酸化ジルコニウム質セラミックス、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの複合セラミックスのいずれかからなる。ここに挙げたセラミックスは、機械的特性に優れるものである。また、繊維束成形用ダイス２における摺接部は、その表面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下である。本開示の繊維束成形用ダイス２は、上記構成を満たしていることにより、繊維束に対する耐磨耗性および滑り性に優れていることから、液体供給体の製造を長期間に亘って行うことができる。
【００１６】
上記セラミックスの機械的特性としては、例えば、ＪＩＳ  Ｒ  １６１０：２００３に準拠したビッカース硬度が１０ＧＰａ以上であり、ＪＩＳ  Ｒ  １６０１：２００８に準拠した３点曲げ強度が３１０ＭＰａ以上である。
【００１７】
本開示の繊維束成形用ダイス２における摺接部の表面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下であるのに対し、摺接部の表面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ未満であるときには、繊維が表面に摺接しても、適度な摩擦力が繊維にかかりにくくなるため、繊維がスリップしやすくなる。また、摺接部の表面の算術平均粗さＲａが１．５μｍを超えるときには、繊維が表面に摺接したときの摩擦抵抗が大きくなり、繊維の供給および排出を速やかに行うことができない。
【００１８】
なお、摺接部を構成する上記セラミックスとは、例えば、炭化チタン質セラミックスであれば、摺接部を構成する全成分１００質量％のうち、炭化チタンが７０質量％以上を占めるセラミックスであり、炭窒化チタン質セラミックス、窒化チタン質セラミックス、酸化アルミニウム質セラミックスおよび酸化ジルコニウム質セラミックスについても同様である。また、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの複合セラミックスとは、摺接部を構成する全成分１００質量％のうち、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムがそれぞれ少なくとも１０質量％以上含有し、合計の含有量で７０質量％以上を占めるセラミックスのことである。
【００１９】
ここで、セラミックスを構成する成分は、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折装置による測定結果から同定することができ、各成分の含有量は、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析装置または蛍光Ｘ線分析装置により求めることができる。
【００２０】
また、摺接部が、酸化アルミニウム質セラミックスからなり、相対密度が９５％以上であり、酸化アルミニウムの結晶の平均結晶粒径が５μｍ以下であってもよい。
【００２１】
このような構成であると、酸化アルミニウムの結晶粒子が細かく緻密質であることから、摺接部の機械的特性がさらに優れ、結晶粒子の脱落が少ないため、さらに耐磨耗性に優れる。
【００２２】
ここで、平均結晶粒径は、摺接部の表面を測定面とし、走査型電子顕微鏡を用いて、倍率を１０００倍として、横方向の長さを１１２μｍ、縦方向の長さを８０μｍの範囲を撮影する。そして、撮影された写真を用いて、写真上に同じ長さの直線を４本引き、この４本の直線上に存在する結晶の個数をこれら直線の合計長さで除すことで平均結晶粒径を求めることができる。このとき、直線１本当たりの長さは、２０μｍとすればよい。なお、粒界が識別しにくい場合は、摺接部の表面を算術平均粗さＲａが０．４μｍ以下になるまで研磨した後、セラミックスの焼結時の焼成温度から５０〜１００℃低い温度範囲でサーマルッチングした面を測定面とすればよい。  また、摺接部は、表面におけるスキューネスＲｓｋの平均値が−１以上１以下であってもよい。スキューネスＲｓｋの平均値が上記範囲であるときには、表面における凹凸の偏りが少ないため、優れた耐磨耗性に加えて、成形された繊維束７の歪みを小さくすることができる。
【００２３】
算術平均粗さＲａおよびスキューネスＲｓｋは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１に準拠し、例えば、キーエンス社のレーザ顕微鏡ＶＫ−９５００を用いて求めればよい。レーザ顕微鏡ＶＫ−９５１０を用いる場合、例えば、測定モードをカラー超深度、測定倍率を４００倍、１箇所当りの測定範囲を１１２μｍ×８４μｍ、測定ピッチを０．０５μｍ、カットオフフィルタλｓを２．５μｍ、カットオフフィルタλｃを０．０８ｍｍ、測定箇所を８箇所として求めればよい。
【００２４】
また、摺接部を含む筒状部材が、酸化アルミニウム質セラミックス、酸化ジルコニウム質セラミックス、または、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの複合セラミックスのいずれかからなっていてもよい。
【００２５】
このようなセラミックスは、熱伝導率が低く、熱伝導率が高い場合よりも繊維束７ｂの各部分に掛かる熱の均一性に優れるため、繊維同士が融着することによって得られる網目構造がより均一になる。
【００２６】
また、筒状部材が、貫通孔の軸方向に沿って接合層が位置する接合体からなっていてもよい。なお、貫通孔の軸方向とは、繊維束成形用ダイス２に供給される繊維束７ｂの進行方向と言い換えることができる。
【００２７】
筒状部材が、貫通孔の軸方向に沿って接合層が位置する接合体からなるときには、例えば、貫通孔の軸方向における断面において半円状の凹部を有する部材を２つ作製して接合することによって、貫通孔形状を円状としたり、矩形状の凹部を有する部材を２つ作製して接合することによって、貫通孔形状を矩形状としたりすることができる。
【００２８】
このように、筒状部材が、貫通孔の軸方向に沿って接合層が位置する接合体からなるときには、繊維束を供給、排出するための通路である貫通孔形状の設計の自由度が高くなる
ため、様々な断面形状の繊維束７を得ることができる。また、２つの部材のように分割構造であることにより、摺接部の表面性状の形成が容易になる。
【００２９】
次に、本開示の繊維束成形用ダイスの製造方法の一例として、酸化アルミニウム質セラミックスからなる繊維束成形用ダイスを得る場合について説明する。まず、主成分である酸化アルミニウム粉末と、焼結助剤として酸化珪素、酸化ジルコニウム、炭酸カルシウムおよび酸化マグネシウムの各粉末と、必要に応じて酸化アルミニウム粉末を分散させる分散剤と、ポリビニルアルコール等のバインダーとをボールミルまたはビーズミルにより４０〜５０時間湿式混合してスラリーとする。
【００３０】
ここで、酸化アルミニウム粉末の平均粒径（Ｄ５０）は、０．８μｍ以上２．２μｍ以下であり、上記粉末の合計１００質量％における酸化珪素粉末の含有量は５．５〜７．５質量％、酸化ジルコニウム粉末の含有量は１．０〜１．５質量％、炭酸カルシウム粉末の含有量は、２．５〜３．５質量％、酸化マグネシウム粉末の含有量は、０．５〜１．０質量％である。
【００３１】
そして、スラリーを噴霧乾燥して顆粒を得る。次に、顆粒を成形型に充填し、成形圧を、例えば、８０ＭＰａ以上１２０Ｍｐａ以下として、静水圧加圧装置または１軸加圧装置を用いて柱状の成形体を得る。そして、切削加工により、柱状の成形体を筒状の成形体とした後、焼成温度を１５００℃以上１７００℃以下として、１時間以上３時間以下保持することによって、筒状の焼結体とする。摺接部の摺接面の算術平均粗さＲａを０．５μｍ以上１．５μｍ以下である繊維束成形用ダイスを得るには、焼結体の内周面を、ＪＩＳ  Ｒ  ６００１−２：２０１７で規定されている粒度番号が＃６００〜＃１２００であるダイヤモンドの砥粒を用いてホーニング加工すればよい。
【００３２】
また、摺接部が、酸化アルミニウム質セラミックスからなり、相対密度が９５％以上であり、酸化アルミニウムの結晶の平均結晶粒径が５μｍ以下である繊維束成形用ダイスを得るには、酸化アルミニウム粉末の平均粒径（Ｄ５０）を１．５μｍ以下とし、焼成温度を１６００℃以上１７００℃以下として、１時間以上３時間以下保持すればよい。
【００３３】
次に、他の例として、酸化ジルコニウム質セラミックスからなる繊維束成形用ダイスを得る場合について説明する。まず、主成分である酸化ジルコニウム粉末と、安定化剤として酸化マグネシウム粉末と、必要に応じて酸化アルミニウム粉末を分散させる分散剤と、ポリビニルアルコール等のバインダーとをボールミルまたはビーズミルにより４０〜５０時間湿式混合してスラリーとする。
【００３４】
ここで、酸化ジルコニウム粉末の平均粒径（Ｄ５０）は、０．８μｍ以上２．２μｍ以下であり、上記粉末の合計１００質量％における酸化マグネシウム粉末の含有量は、２．０〜４．０質量％である。そして、スラリーを噴霧乾燥して顆粒を得た後の工程については、焼成温度を１６００℃以上１７００℃以下とすること以外は上述した工程を経ることにより、酸化ジルコニウム質セラミックスからなる繊維束成形用ダイスを得ることができる。
【００３５】
次に、繊維束成形用ダイスである筒状部材が、貫通孔の軸方向に沿って接合層が位置する接合体からなる例としては、まず、貫通孔の軸方向における断面において半円状の凹部を有する部材を２つ作製し、２つの部材の当接面の少なくとも一方に、ろう材または接合材を塗布し、２つの部材を当接させた後に熱処理することにより、上記接合体からなる繊維束成形用ダイスを得ることができる。なお、接合体の例として、２つの部材からなる例を挙げたが、３つ以上の部材からなるものであってもよいことは言うまでもない。
【００３６】
また、摺接部のみがセラミックスからなる例としては、セラミックス以外の材質からなる筒状の部材の内周面に、ＰＶＤあるいはＣＶＤ等の方法によって、酸化アルミニウム質セラミックス等からなる膜を被覆すればよい。なお、摺接部の表面の算術平均粗さＲａを０．５μｍ以上１．５μｍ以下とするには、被覆前における内周面の算術平均粗さＲａを０．７μｍ以上１．７μｍ以下としておき、この上にＰＶＤあるいはＣＶＤ等の方法によって被覆すればよい。
【００３７】
以上、本開示に係る実施形態の繊維束成形用ダイスについて例示したが、本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３８】
１    繊維束１次成形用ダイス
２    繊維束２次成形用ダイス
３    樹脂液槽
４    マイクロ波加熱装置
５    加熱装置
６    切断部
７    繊維束
１０  液体供給体製造装置
【図１】
2019081969.tif 000003