(57)【要約】【課題】  繊維機械用のヘルドロッドにおいて、耐摩耗性と靭性を有し、加工コストを大幅に低減したヘルドロッドを提供する。【解決手段】  繊維機械に用いる鋼材でできたヘルドロッド１において、ヘルドと繰り返し衝突しない部分を残し、ヘルドと繰り返し衝突する領域２を半導体レーザーによる表面焼入れによって硬化させることにより、非焼入れ領域３を残して靭性を確保して焼戻しを省略して、大幅なコストダウンを行うことのできる繊維機械用のヘルドロッド。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維機械に用いる鋼材でできたヘルドロッドにおいて、ヘルドと繰り返し衝突しない部分を残し、ヘルドと繰り返し衝突する領域を半導体レーザーによる表面焼入れによって硬化させることを特徴とする繊維機械用のヘルドロッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維機械に使用されるヘルドロッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヘルドロッドは、ヘルドフレームと呼ばれる軽量で剛性の高い材料でできたフレームに２本平行して固定され、経糸を保持する複数のヘルドが隙間をもって挿入されている部材であり、織機運転時は、１分間当たり１００回以上の周波数で上下するヘルドフレームと共に運動し、これにより縦糸に拘束されたヘルドと衝突する。そのため、ヘルドロッドには耐摩耗性が要求され、表面に硬質クロムめっきを施すか、あるいはヘルドロッド全体に焼入れ硬化するなどの処理が行われてきた。
【０００３】
こうした耐摩耗性をさらに向上させるために、正方晶のマルテンサイト系ステンレス鋼として、軟化焼鈍した後、冷間塑性加工し、続いて所定時間加熱した後に焼入れし、さらに焼戻す繊維摺接部品を製造してヘルドロッドの材質面からの改善がなされ、特許文献１が開示された。
【０００４】
さらに、ヘルドロッドには耐摩耗性のみでなく、衝撃に耐え破損しにくい靭性を付与することが必要であるとして、特許文献２が開示された。これは、従来のように焼入れ硬化をおこなわず、塑性加工による加工硬化により硬さと靭性を求めたものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−８７９４４号公報
【特許文献２】特開２００４−１９０５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
摩耗低減のためにヘルドロッドに施された硬質クロムめっきは、環境に配慮した産業界の脱クロムめっきの動きに伴いますますその使用が困難になっている。また、特許文献１のように材質を改善したヘルドロッドは、耐摩耗性を向上させるために素材の製作時に特殊な加工条件が必要であり、また焼入れ前のオーステナイト化に時間を要し、さらに加工性や靭性を与えるために焼戻しが不可欠であり全体加熱を２回行う必要がある。このため、多くのエネルギーが消費され、材料・熱処理コストの低減は難しい。また、特許文献２のように、焼入れを行わず加工硬化で硬さをHV４００以上に高めたヘルドロッドでは、硬さは焼入れ硬化したものと同等であっても加工応力が残存するため焼入れを行ったヘルドロッドと比較して耐摩耗性は低下する。また、特許文献１の全体焼入れ・焼戻しを施したものと同様に、特許文献２の加工硬化したヘルドロッドも内部硬さがHV４００以上であるため、取り付け穴の切削加工を困難にしている。
【０００７】
現在、織物の価格低下が進む中、織機およびその消耗部品であるヘルドロッドの大幅なコスト低減が求められている。そこで、本発明は、上記問題点を解消し、硬質クロムめっきが不要で、エネルギー消費が極めて少なく、後工程の加工性も考慮した焼入れ硬化処理により大幅なコストダウンを行うことのできる繊維機械用のヘルドロッド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】
【０００８】
繊維機械用に用いる鋼材でできたヘルドロッドにおいて、ヘルドと繰り返し衝突しない部分を残し、ヘルドと繰り返し衝突する領域を半導体レーザーによる表面焼入れによって硬化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の繊維機械用のヘルドロッドによれば、ヘルドと繰り返し衝突する領域に耐摩耗性を付与するための表面焼入れを行い、また、ヘルドと繰り返し衝突しない部分の内部および表面は、非焼入れ領域として硬化させない。これにより、ヘルドロッド全体に焼入れする場合に要する投入エネルギーよりも少ないエネルギーで焼入れが可能となる。また、非焼入れ領域をつくることで、靭性を付与することができるので焼戻しが不要になってさらに必要なエネルギーを低減できる。半導体レーザーは、各種のレーザーの中で最も鋼材へのエネルギー吸収効率のよい波長帯をもち、エネルギー効率の優れた表面焼入れが可能となる。また、半導体レーザーではそのビームの形状および大きさを光源であるスタックや光学系の設計により自由に変更が可能で、被照射体であるヘルドロッドの形状や必要な照射面積に合わせて、最も効率のよいビームを設定することが可能となり、希望する焼入れ範囲を的確に、また効率よく加熱することができる。すなわち、本発明によれば、半導体レーザーを前記表面焼入れに用いることにより、焼入れする位置および焼入れ硬さと硬化深さの制御が容易になり、耐摩耗性が必要となる位置に的確に、所望する焼入れ特性を付与することが可能となる。また、焼入れ後に取り付け穴加工が必要になる場合は、この位置を避けて焼入れを行うことにより切削加工性が向上し、また、非焼入れ領域を５０％以上残すことにより、焼入れ後の直線矯正加工も容易になり、それに伴い真直度が向上する。このように、半導体レーザーを用いることで、摩耗防止が必要なところに耐摩耗性を与えながら、トータルの加工コストの低減が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態について、図面に基づいて以下説明する。
【００１１】
先ず、図１に示す断面形状がＪ型タイプの繊維機械用のヘルドロッドに適用した実施形態について説明する。素材には、鋼材であって、焼入れ硬さＨＶ４４０以上を有し、自己冷却にて焼入れが可能な焼入れ性の高い合金成分を有した材質が選ばれる。例えばクロムを多く含むマルテンサイト系ステンレスが望ましい。この素材を形材圧延加工等により、図１の（ａ）に示す形材Ｐに作製され、これらをコイル状に巻き取る（図示せず）。
【００１２】
図１（ｂ）に半導体レーザーＡ、Ｂ、Ｃを３方向からの照射により焼入れされたＪ型ヘルドロッドの焼入れ後の焼入れ材１Ａを、焼入れ領域２とヘルドと繰り返し衝突しない部分の非焼入れ領域３とともに示す。半導体レーザービームＡ、ＢおよびＣが、それぞれ形材Ｐの垂直断面に同時に照射できるように配置され、また、所定の焼入れ領域２の位置に正確に照射するように取り付けられる。その際、冷却は内部へ熱拡散による自己冷却にて行われるが、有害なスケールの発生を抑えるために、アルゴンガスおよび窒素ガスのような不活性ガスを強制的に一定流量で焼入れ部に流すことが望ましい。
【００１３】
図１の焼入れ領域２にあわせて半導体レーザーのビーム径および断面円形や矩形などのビーム形状が決められ、被焼入れ材であるヘルドロッドの形材Ｐの移動速度と各半導体レーザーＡ、ＢおよびＣの出力により、各部の焼入れのヒートパターンが決まり、これとヘルドロッドの材質により各部の焼入れ硬さと硬化深さが決定される。ヘルドロッドの焼入れ領域２の部分の硬さとしては、ヘルドのビッカース硬さマイナス８０（ＨＶ）以上の硬さを有することが望ましい。例えば、ヘルドが５００ＨＶの時は、ヘルドロッドの焼入れ硬さは４２０ＨＶ以上であることが望ましい。また、ヘルドが衝突する部分の焼入れ硬化深さは衝突による内部の疲労を考慮して０．３ｍｍ以上が望ましい。尚、硬化深さは表面から４００ＨＶの位置までの距離とする。
【００１４】
図１（ｂ）において、取り付け穴側のコーナー部５はヘルドの衝突はないが、焼入れ領域２のバランスを取るために焼入れ領域を周囲に延ばし、取り付け穴側のコーナー部５の付近も焼入れを行うことにより、曲がりを抑制することができる。この場合、焼入れ領域２の図心を形材Ｐの図心に合わせるように事前に設計することが好ましいが、焼入れ時に半導体レーザーＡ、ＢおよびＣの照射位置を微調整しながら焼入れ領域２をわずかに変化させてバランスをとり曲がりを抑えることも可能である。すなわち、表面焼入れを耐摩耗性が要求される部分の周囲を含めて行うことにより、焼入れ領域のバランスをとり、焼入れひずみによるヘルドロッドの曲がりを小さくすることができる。このように曲がりが小さいと、ヘルドがヘルドロッド上を滑らかに動けるようになるので、集中摩耗が抑えられ、ヘルドロッドの寿命延長に貢献する。その際、焼入れ領域、焼入れ硬さおよび硬化深さの制御が容易な半導体レーザーを用いることにより、精度よく焼入れ時の曲がりの抑制が可能となるので、本発明の半導体レーザーによる表面焼入れをする箇所はヘルドと繰り返し衝突する領域のみとは限定するものではなく、上記主旨にそった耐摩耗性が要求される部分の周囲を含むものである。
【００１５】
図１（ｃ）に取り付け穴加工を行い完成品となったヘルドロッド１を示す。半導体レーザーにより良好に位置を制御された焼入れにより、非焼入れ部領域３を残し、この位置にヘルドロッドの取り付け穴４を加工する。また、非焼入れ領域３を断面全体の５０％以上にとることにより、曲げの破断歪み限界が上昇して、繰り返し曲げを行う直線矯正が容易になり、ヘルドロッドの真直度をさらに向上させることができる。
【００１６】
次に、他の実施形態として、図２に示されるＣ型の繊維機械用のヘルドロッドに適用した実施形態について説明する。素材は図１に示す実施形態と同じ鋼材であり、図２（ａ）のＱのような断面を有する形材に作製される。
【００１７】
図２（ｂ）には、半導体レーザーＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１を４方向からの照射により焼入れされたＣ型ヘルドロッドの焼入れ後の焼入れ材１１Ａを焼入れ領域２１と繰り返し衝突しない部分の非焼入れ領域３１とともに示す。半導体レーザービームＡ１、Ｂ１、Ｃ１およびＤ１が、形材Ｑの垂直断面に同時に照射できるように配置され、また、所定の焼入れ位置２１に正確に照射するように取り付けられる。その際、冷却は内部へ熱拡散による自己冷却にて行われるが、図１（ｂ）に示す実施形態と同様に有害なスケールの発生を抑えるために、アルゴンガスおよび窒素ガスのような不活性ガスを強制的に一定流量で焼入れ部に流すことが望ましい。
【００１８】
図１（ｂ）に示す実施形態と同様に、図２の焼入れ領域２１にあわせて半導体レーザーのビーム径および断面円形や矩形などのビーム形状が決められ、被焼入れ材であるヘルドロッドの形材Ｑの移動速度と各半導体レーザーの出力により、各部の焼入れのヒートパターンが決まり、これとヘルドロッドの材質により各部の焼入れ硬さと硬化深さが決定される。ヘルドロッドの焼入れ部の硬さとしては、ヘルドのビッカース硬さマイナス８０（ＨＶ）以上の硬さを有することが望ましい。例えば、ヘルドが５００ＨＶの時は、ヘルドロッドの焼入れ硬さは４２０ＨＶ以上であることが望ましい。また、ヘルドが衝突する部分の焼入れ硬化深さは衝突による内部の疲労を考慮して０．３ｍｍ以上が望ましい。尚、硬化深さは表面から４００ＨＶの位置までの距離とする。
【００１９】
図２（ｃ）に取り付け穴加工を行い完成品となった繊維機械用のヘルドロッド１１を示す。半導体レーザーにより良好に位置を制御された焼入れにより、非焼入れ領域３１を残し、この位置にヘルドロッドの取り付け穴４１を加工する。また、非焼入れ領域３１を断面全体の５０％以上にとることにより、曲げの歪み限界が上昇して、繰り返し曲げを行う直線矯正が容易になり、ヘルドロッドの真直度をさらに向上させることができる。
【実施例】
【００２０】
図１（Ｃ）に示す繊維機械用のヘルドロッドを製作した実施例と評価の結果を示す。
【００２１】
素材には、主な成分が０．３Ｃ−１３ＣｒのＳＵＳ４２０Ｊ２（ＪＩＳ）の鋼材を選定した。この素材からなる薄板材を切断したフープ材を用いて冷間形材圧延により図１（ａ）のＪ形ヘルドロッドの形材Ｐを製作した。半導体レーザーのビーム径は焼入れ領域２に合わせて３．０ｍｍとし、ビームの形状は断面円形のビームを用いた。表１に、形材Ｐが半導体レーザービームＡ、ＢおよびＣを通過する際の移動速度と、３方向からの半導体レーザービームの出力、それぞれの位置で得られた焼入れ硬さと硬化深さおよび真直度を示す。尚、真直度Ｉは耐摩耗性が要求される領域に焼入れを行ったもので、真直度IIは焼入れ領域のバランスをとるために耐摩耗性を要求される位置の周囲にまで拡大して焼入れを行ったもので、明らかに真直度IIの方が良好な値を示している。また、図１の非焼入れ領域３のように取り付け穴４周辺の焼入れを避けることにより取り付け穴４の硬さが２９０ＨＶとなり、全体焼入れのように前面が４００ＨＶ以上ある場合（比較例）と比較して切削速度は２倍以上となった。
【００２２】
【表１】
2008133557.tif 000003
【００２３】
表２に上記繊維機械用ヘルドロッドの摩耗試験の結果を示す。試験方法はヘルドロッドをヘルドフレームに取り付け、ヘルドを１ｍｍ間隔に２０本をヘルドロッド上に挿入して行った。稼動条件は実際の織機の動きを加速して行うため１８００回／分とし、フレームを実際の織機での動きの方向に合わせて１４時間上下させ、ヘルドがヘルドロッドに慣性力および自重で衝突した際に生じる摩耗の量を、ＳＵＳ４２０Ｊ２（ＪＩＳ）の鋼材の全体焼入れ品と比較測定した。摩耗量はいずれのサンプルも全面焼入れを行った比較例と同等か、あるいはそれ以上の耐摩耗性が得られた。
【００２４】
【表２】
2008133557.tif 000004
【００２５】
他の実施形態である図２（Ｃ）に示す繊維機械用のヘルドロッドについても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の繊維機械用のヘルドロッドを製作する工程を示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態である繊維機械用のヘルドロッドを製作する工程を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    繊維機械用のヘルドロッド
１Ａ  焼入れ材
２    焼入れ領域
３    非焼入れ領域
４    取り付け穴
５    取り付け穴側のコーナー部
１１  繊維機械用のヘルドロッド
１１Ａ  焼入れ材
１２  焼入れ領域
１３  非焼入れ領域
１４  取り付け穴
Ｐ  形材
Ｑ  形材
Ａ  半導体レーザー
Ｂ  半導体レーザー
Ｃ  半導体レーザー
Ａ１  半導体レーザー  
Ｂ１  半導体レーザー
Ｃ１  半導体レーザー
Ｄ１  半導体レーザー
【図１】
2008133557.tif 000005
【図２】
2008133557.tif 000006