(57)【要約】【課題】液潤滑を用いずに、糸から離脱してリング／トラベラ系の摺動面に付着した繊維薄膜の潤滑による摩擦低減効果により、従来技術に比べて摩耗低減効果の向上と耐久性の向上（寿命延長）を図る。【解決手段】リング式紡機のリング／トラベラ系は、非液潤滑で、トラベラの滑走時におけるトラベラとリングとの摺動面に、１０〜１００μｍの幅を有する大凹部１５と、大凹部１５よりも幅が狭い小凹部１６とが複数形成されている。小凹部１６は、大凹部１５のエッジ１５ａ又は底面１５ｂの少なくとも一方に跨るように形成されている。大凹部１５は窪みであり、小凹部１６は、マイクロクラックである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング式紡機のリング／トラベラ系において、非液潤滑で、トラベラの滑走時における前記トラベラとリングとの摺動面に、１０〜１００μｍの幅を有する大凹部と、前記大凹部よりも幅が狭い小凹部とが複数形成され、前記小凹部は、前記大凹部のエッジ又は底面の少なくとも一方に跨るように形成されていることを特徴とするリング式紡機のリング／トラベラ系。
【請求項２】
前記小凹部はマイクロクラックである請求項１に記載のリング式紡機のリング／トラベラ系。
【請求項３】
前記大凹部は窪みである請求項１又は請求項２に記載のリング式紡機のリング／トラベラ系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リング式紡機のリング／トラベラ系に係り、詳しくは液潤滑の無いリング／トラベラ系に関する。
【背景技術】
【０００２】
リング精紡機やリング撚糸機等のリング式紡機のリング／トラベラ系において、摩擦摩耗や焼き付きなどによる性能低下を抑制することによって高速化や寿命延長を達成するため、材質変更、表面処理、形状変更、潤滑液の使用等の種々の技術が提案されている。このうち、潤滑液を使用する方策は、比較的低コストで効果もあるが、オイルによって通過する糸が汚れたり、メンテナンスに手間がかかったりする等の問題があり、毛紡等の比較的限られた用途にのみ用いられている。
【０００３】
従来、液潤滑を用いずに、市販品に比べて摩耗低減効果の向上と耐久性の向上（寿命延長）を図ることができるリング式紡機のリング／トラベラ系として、トラベラの滑走時におけるトラベラとリングとの摺動面に、０．１〜２０μｍの深さの凹部と、１〜２５０μｍの幅の平面部と、が交互に形成されているものが提案されている（特許文献１参照）。また、糸から離脱してリング／トラベラ系の摺動面に付着した繊維薄膜の潤滑による摩擦低減効果により、摩耗低減効果の向上と耐久性の向上（寿命延長）を図ることができるリング式紡機のリング／トラベラ系が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２のリング／トラベラ系では、トラベラの滑走時におけるトラベラとリングとの摺動面に、４００個／ｃｍ以上の凹部を有する。なお、「凹部」とは、溝や窪みを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２９０４５号公報
【特許文献２】特開２０１４−２９０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び特許文献２のリング式紡機のリング／トラベラ系では、市販品に比べて摩耗低減効果の向上と耐久性の向上（寿命延長）を図ることができる。ところが、特許文献１及び特許文献２のリング／トラベラ系より更なるトラベラの交換寿命の延長が求められている。
【０００６】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、液潤滑を用いずに、糸から離脱してリング／トラベラ系の摺動面に付着した繊維薄膜の潤滑による摩擦低減効果により、従来技術に比べて摩耗低減効果の向上と耐久性の向上（寿命延長）を図ることができるリング式紡機のリング／トラベラ系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するリング式紡機のリング／トラベラ系は、非液潤滑で、トラベラの滑走時における前記トラベラとリングとの摺動面に、１０〜１００μｍの幅を有する大凹部と、前記大凹部よりも幅が狭い小凹部とが複数形成され、前記小凹部は、前記大凹部のエッジ又は底面の少なくとも一方に跨るように形成されている。ここで、「凹部」とは、溝や窪みを意味し、溝とは凹部のうち、幅に比べて長さが数倍以上のものを意味する。
【０００８】
この発明では、紡機の運転中にトラベラがリング上を摺動する際、糸から離脱してリングとトラベラとの摺動面に付着した繊維薄膜の潤滑による摩擦低減効果により、トラベラの滑走抵抗が低減される。トラベラとリングとの摺動面に大凹部と小凹部とが複数形成され、小凹部は、大凹部のエッジ又は底面の少なくとも一方に跨るように形成されている。エッジ部には平面部より高い面圧が加わるため、エッジ部における小凹部には繊維が強く食い込み、このような繊維が点在することにより食い込んだ繊維が基礎の役割を果たし、繊維薄膜（繊維被膜）全体の強度が向上する。
【０００９】
また、大凹部の底面にも小凹部が存在する場合は、大凹部内の繊維の一部が小凹部にトラップされる。そして、大凹部内の繊維が大凹部外の平面部に存在する繊維に比べてトラベラの摺動に晒され難いことと相俟って、大凹部内の繊維は長期的に保存される。そのため、何らかの要因により平面部の繊維被膜が剥離した際には、大凹部内の繊維が供給されることにより、繊維被膜の迅速な回復が可能になる。したがって、液潤滑を用いずに、糸から離脱してリング／トラベラ系の摺動面に付着した繊維薄膜の潤滑による摩擦低減効果により、従来技術に比べて摩耗低減効果の向上と耐久性の向上（寿命延長）を図ることができる。
【００１０】
前記小凹部はマイクロクラックであることが好ましい。ここで、「マイクロクラック」とは、ＪＩＳ  Ｈ８６１５  工業用クロムめっきで記載された２５０本／ｃｍ以上のクラックが存在する場合に準じる。この構成によれば、小凹部がマイクロクラックであるため、小凹部が単なる溝や窪みである場合に比べて、小凹部に入り込んだ繊維が離脱し難く、繊維薄膜（繊維被膜）の強度がより向上し、繊維薄膜の潤滑による摩擦低減効果が向上する。また、通常の硬質クロムメッキ層の表面のクラック数は約３００本／ｃｍであるが、硬質クロムメッキ層にエッチング処理を施すことにより、硬質クロムメッキ層の表面に４００本／ｃｍ以上存在するマイクロクラックを比較的簡単に形成することができる。
【００１１】
前記大凹部は窪みであることが好ましい。大凹部は窪みに限らず溝であってもよいが、窪みの方が形成が容易である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、液潤滑を用いずに、糸から離脱してリング／トラベラ系の摺動面に付着した繊維薄膜の潤滑による摩擦低減効果により、従来技術に比べて摩耗低減効果の向上と耐久性の向上（寿命延長）を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）はリングの斜視図、（ｂ）は部分拡大斜視図、（ｃ）は紡出中のトラベラとリングとの関係を示す模式断面図。
【図２】（ａ）は摩擦低減部の部分拡大模式図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大模式斜視図。
【図３】トラベラの交換寿命を示すグラフ。
【図４】（ａ），（ｂ）はそれぞれ別の実施形態の摩擦低減部の大凹部の形状を示す模式図。
【図５】別の実施形態のリングとトラベラの形状を示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明をリング精紡機のリング／トラベラ系に具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、リング／トラベラ系を構成するリング１１は、断面形状がＴ型のフランジ１１ａを有し、図１（ｃ）に示すように、トラベラ１２はＣ型断面形状に形成されている。リング１１はベアリング鋼で形成され、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、フランジ１１ａの表面に硬質クロムメッキ層１３が形成されている。硬質クロムメッキ層１３は厚さが１０〜２０μｍ程度に形成されている。
【００１５】
硬質クロムメッキ層１３は、トラベラ１２の滑走時におけるトラベラ１２とリング１１との摺動面に、この実施形態では図１（ｃ）に示すように、フランジ１１ａの内周面に摩擦低減部１４が形成されている。
【００１６】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、摩擦低減部１４は、大凹部１５と、大凹部１５よりも幅が狭い小凹部１６とが複数形成され、小凹部１６は、大凹部１５のエッジ１５ａ又は底面１５ｂの少なくとも一方に跨るように形成されている。
【００１７】
大凹部１５は、円形の窪み（ディンプル）として形成されている。窪みは径が１０〜１００μｍが好ましく、１５〜４０μｍがより好ましい。深さは５μｍ以下が好ましい。円形の窪みとは、開口端が円形の窪みを意味し、この実施形態では、球の一部を成すように形成されている。即ち、大凹部１５は、全体が曲面で形成されている。
【００１８】
小凹部１６は、７００〜１０００本／ｃｍ以上の溝で形成されている。溝は、硬質クロムメッキ層１３の表面に形成されたマイクロクラックで構成されている。マイクロクラックの長さ、方向はランダムである。なお、ＪＩＳ  Ｈ８６１５  工業用クロムめっきでは、マイクロクラックとは２５０本／ｃｍ以上を指す。詳述すると、この実施形態では、マイクロクラックは、硬質クロムメッキ層１３が形成されたときのままではなく、硬質クロムメッキ層１３の表面のマイクロクラックを表面処理により増大させたものである。
【００１９】
硬質クロムメッキ層１３の表面に形成されたマイクロクラックを増大させる処理方法として、この実施形態では電解エッチングを採用した。電解エッチングは公知の方法で行った。電解エッチングの時間によりマイクロクラックの数が増加した。電解エッチングを行う前の硬質クロムメッキ層１３の表面を観察してもマイクロクラックは、はっきり見えないが、電解エッチングを行うとはっきり見えるマイクロクラックが多くなった。
【００２０】
マイクロクラックの本数は、硬質クロムメッキ層１３の表面の顕微鏡写真を撮り、その写真に直線を引き、１ｃｍの長さの部分の直線と交差するクラックの数を数えて決めた。クラックの中には溝のように長く延びずに窪み状のものも含まれる。マイクロクラックの長さ、方向はランダムであるため、直線を引く位置は特に条件を付ける必要はない。
【００２１】
大凹部１５は、小凹部１６が形成された後に形成される。大凹部１５は、例えば、フェムト秒パルスレーザ等の極短パルスレーザを、大凹部１５を形成すべき位置に照射することにより形成される。  
【００２２】
次に前記のように構成されたリング／トラベラ系の作用を説明する。
図示しないドラフトパートから送出された糸Ｙは、図１（ｃ）に示すように、トラベラ１２を経て高速回転されるボビン（図示せず）に巻き取られる。リング精紡機の通常紡出運転時のスピンドルの最高回転速度は２５０００ｒｐｍ程度であり、トラベラ１２は糸Ｙの巻き取り張力によりフランジ１１ａ上を滑走（摺動）する。トラベラ１２の滑走姿勢は回転速度により若干異なるが、図１（ｃ）に示すように、フランジ１１ａの内側下部に当接した状態で滑走する。
【００２３】
一般的に、このような金属同士の無潤滑下の摺動の場合、著しい摩耗が発生するのが普通で、リング／トラベラ系の摩擦条件では、数分から数時間で焼き付きやシビアな摩耗が進行されると予想される。しかし、現実のリング／トラベラ系の摩耗は予測に反し、著しく少ない。例えば、綿紡では通常１週間から２週間でトラベラ１２が交換されることが多い。そのため、トライボロジー的には、無潤滑ではなく、境界潤滑状態にあると考えられる。分析を進めたところ、リング１１のトラベラ滑走表面にはセルロースからなる被膜が形成され、潤滑効果を果たしていることが分かった。このセルロースは、紡出中にトラベラ１２を通過する糸Ｙより脱落した繊維がリング１１とトラベラ１２との接触部に入り込んだものと推測される。
【００２４】
この実施形態のリング／トラベラ系は、トラベラ１２の滑走時におけるリング１１とトラベラ１２との摺動面に、７００〜１０００本／ｃｍ以上の小凹部１６と、径が１０〜１００μｍで深さは５μｍ以下の円形の大凹部１５とが形成された摩擦低減部１４を有する。小凹部１６は、硬質クロムメッキ層１３の表面に形成されたマイクロクラックで、かつ大凹部１５のエッジ１５ａ又は底面１５ｂの少なくとも一方に跨るように形成されている。
【００２５】
トラベラ１２が摩擦低減部１４上を摺動する際、エッジ１５ａと交差する部分における小凹部１６には繊維が強く食い込む。このような繊維が点在することにより、食い込んだ繊維が基礎の役割を果たし、糸Ｙから離脱した繊維（セルロース）により摩擦低減部１４上に形成される繊維薄膜（繊維被膜）全体の強度が向上する。
【００２６】
また、大凹部１５の底面１５ｂにも小凹部１６の一部が存在することにより、大凹部１５内の繊維の一部が底面１５ｂの小凹部１６にトラップされる。そして、大凹部１５内の繊維が大凹部１５外の平面部に存在する繊維に比べてトラベラ１２の摺動に晒され難いことと相俟って、大凹部１５内の繊維は長期的に保存される。そのため、何らかの要因により平面部の繊維薄膜が剥離した際には、大凹部１５内の繊維が供給されることにより、繊維薄膜の迅速な回復が可能になる。したがって、液潤滑を用いずに、糸から離脱してリング／トラベラ系の摺動面に付着した繊維薄膜の潤滑による摩擦低減効果により、従来技術に比べて摩耗低減効果の向上と耐久性の向上（寿命延長）を図ることができる。
【実施例１】
【００２７】
摩擦低減部１４の効果を確認するため、小凹部１６としてマイクロクラックが７００〜１０００本／ｃｍ形成された後、更に円形の大凹部１５が形成された摩擦低減部１４を有するリング１１を形成した。大凹部１５の深さを一定とし、穴径あるいは面積率を変えた４種類のリングを使用して、慣らし運転なしで紡出試験を行い、交換寿命を調べた。紡出試験は、最高回転速度が２００００ｒｐｍの実操業下で行った。大凹部１５の穴径、面積率、深さを表１に示す。表１において、「面積率」とは、トラベラ１２とリング１１との摺動面全体の面積に対する大凹部１５全体の面積の割合を百分率で表した値である。
【００２８】
【表１】
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比較例として市販品のリング（試料６）と、マイクロクラックが７００〜１０００本／ｃｍ形成されたリング（試料５）と、大凹部１５のみが形成されたリング（試料７）を使用して、同じ条件で紡出試験を行い、交換寿命を調べた。
【００２９】
なお、通常、トラベラは操業への悪影響を抑えるため、全体の一定割合のトラベラが交換基準に達した時点で交換しており、交換に至るまでの期間を交換寿命と呼ぶ。結果を図３に示す。
【００３０】
図３に示すように、市販品のリング（試料６）では交換寿命が１０日となり、マイクロクラックのみが形成された試料５では交換寿命が１４日で市販品の約１．４倍の交換寿命となり、大凹部１５のみが形成された試料７では交換寿命が１２日で市販品の約１．２倍の交換寿命となった。
【００３１】
一方、発明品のリング１１では、試料１で交換寿命が２０日、試料２で交換寿命が３０日、試料３で交換寿命が２５日、試料４で交換寿命が２６日となり、市販品の２倍〜３倍の効果があり、最も効果が大きい試料２では３倍となった。
【００３２】
詳述すると、交換寿命の延びは、試料５のマイクロクラックのみを形成した場合は、＋４日で、試料７の円形の大凹部１５のみを形成した場合は＋２日であり、単純に、マイクロクラックと円形の大凹部１５とを形成した場合の、総和期待効果は６日となる。しかし、実施形態の試料１〜試料４では、延びの最も少ない試料１でも＋１０日の延びがあり、最も効果の大きな試料２では２０日の延びがあり、予想されない相乗的効果が得られた。
【００３３】
大凹部１５としての窪みの径が小さすぎると繊維が大凹部１５に入り難くなり、大きすぎると平面部で繊維を保持し難くなる。そのため、窪みの径は１０μｍ以上が好ましい。
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
【００３４】
（１）リング式紡機のリング／トラベラ系は、非液潤滑で、トラベラ１２の滑走時におけるトラベラ１２とリング１１との摺動面に、１０〜１００μｍの幅を有する大凹部１５と、大凹部１５よりも幅が狭い小凹部１６とが複数形成され、小凹部１６は、大凹部１５のエッジ１５ａ又は底面１５ｂの少なくとも一方に跨るように形成されている。したがって、液潤滑を用いずに、糸Ｙから離脱してリング／トラベラ系の摺動面に付着した繊維薄膜の潤滑による摩擦低減効果により、従来技術に比べて摩耗低減効果の向上と耐久性の向上（寿命延長）を図ることができる。
【００３５】
（２）小凹部１６はマイクロクラックである。この構成によれば、小凹部１６がマイクロクラックであるため、小凹部１６が単なる溝や窪みである場合に比べて、小凹部１６に入り込んだ繊維が離脱し難く、繊維薄膜（繊維被膜）の強度がより向上し、繊維薄膜の潤滑による摩擦低減効果が向上する。
【００３６】
（３）大凹部１５は窪みである。大凹部１５は窪みに限らず溝であってもよいが、窪みの方が形成が容易である。また、大凹部１５の摺動面に対する面積割合が同じ場合、窪みの方が溝に比べて全ての大凹部１５のエッジ１５ａの合計長さが長くなり、小凹部１６がエッジ１５ａに跨る状態で形成される部分ができ易い。
【００３７】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  大凹部１５を窪みで形成する場合、その開口端の形は円形に限らず、例えば、図４（ａ）に示すように楕円形としたり、図４（ｂ）に示すように長円形としたりしてもよい。また、多角形であってもよい。なお、図４（ａ），（ｂ）においては小凹部１６の図示を省略している。
【００３８】
○  大凹部１５は、その開口端の形が異なるものが混在するように設けられたり、大きさの異なるものが混在するように設けられたりしてもよい。
○  大凹部１５を窪みではなく溝で形成しても、溝と窪みが混在して設けられていてもよい。
【００３９】
○  大凹部１５は、全体が曲面で形成された形状に限らず、底面と側壁面とが明確に区別される形状、例えば、底面が平面で構成され、側壁面が底面と直交するように形成された形状であってもよい。
【００４０】
○  大凹部１５の配置は周期的（隣り合う大凹部１５の間隔が規則的）ではなくランダムに配置してもよい。
○  小凹部１６としてのマイクロクラックを形成するための電解エッチングは、大凹部１５を形成する前に行わずに、大凹部１５を形成した後に行ってもよい。
【００４１】
○  リング／トラベラ系を構成するリング１１は、フランジ１１ａが断面Ｔ型状に限らない。例えば、図５に示すように、傾斜型のフランジ１１ａを有するリング１１に適用してもよい。この場合、トラベラ１２も傾斜型のフランジ１１ａに対応する形状のものを使用する。
【００４２】
○  大凹部１５の形成方法は、フェムト秒パルスレーザや高出力ピコ秒パルスレーザ又はナノ秒パルスレーザ等の極短パルスレーザを、大凹部１５を形成すべき位置に照射する方法に限らない。例えば、大凹部１５をマイクロエッチングで形成したり、ショットピーニングにより形成したりしてもよい。
【００４３】
○  摩擦低減部１４は、リング／トラベラ系のリング１１に形成される代わりに、トラベラ１２に形成されてもよい。しかし、トラベラ１２に設けた場合は、リング１１に設けた場合に比べて、摩擦低減部１４の面積が大幅に小さくなるため、リング１１に設ける方が好ましい。
【００４４】
○  リング精紡機に限らず、リングを有する紡機、例えば、リング撚糸機に適用してもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
【００４５】
（１）請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記大凹部は、穴径が１５〜２０μｍ、深さが５μｍ以下の円形の窪みで、面積率が６〜１３％に形成されている。
【符号の説明】
【００４６】
１１…リング、１２…トラベラ、１５…大凹部、１５ａ…エッジ、１５ｂ…底面、１６…小凹部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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