(57)【要約】【課題】ポリマー圧力による破損が生じにくい強度の高い紡糸口金１を提供する。【解決手段】吐出孔が複数設けられた吐出面２、紡糸装置に取り付け可能なフランジ面３、吐出面２とフランジ面３との間に設けられた立壁面４、吐出面２と立壁面４との間に形成される第１のＲ部５、フランジ面３と立壁面４との間に形成される第２のＲ部６を含む金属製の紡糸口金１であって、少なくとも吐出面２には硬質皮膜が形成されており、かつ、第２のＲ部６には硬質皮膜が形成されていないことを特徴とする紡糸口金１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出孔が複数設けられた吐出面、紡糸装置に取り付け可能なフランジ面、前記吐出面と前記フランジ面との間に設けられた立壁面、前記吐出面と前記立壁面との間に形成される第１のＲ部、前記フランジ面と前記立壁面との間に形成される第２のＲ部を含む金属製の紡糸口金であって、少なくとも前記吐出面には硬質皮膜が形成されており、かつ、前記第２のＲ部には硬質皮膜が形成されていないことを特徴とする紡糸口金。
【請求項２】
前記紡糸口金を構成する金属が、ステンレス鋼、タンタルのいずれかもしくはそれらの組み合わせである、請求項１に記載の紡糸口金。
【請求項３】
前記硬質皮膜が、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物、金属フッ化物、金属ホウ化物、炭素、炭化水素、フッ化炭素、フッ素化炭化水素、および、前記紡糸口金を構成する金属とは異なる金属からなる群から選ばれる少なくとも１つである、請求項１または２に記載の紡糸口金。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の紡糸口金を製造する紡糸口金の製造方法であって、前記硬質皮膜を、メッキ、蒸着、溶射、炭化、および窒化からなる群から選ばれる少なくとも１つの処理方法により形成する工程を含む、紡糸口金の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の紡糸口金により吐出したポリマーを紡糸する工程を含む、繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、破損しにくい紡糸口金に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製紡糸口金は、金属平板をプレス加工し製品形状に成形され、吐出面に吐出孔が穴あけ加工されて作られる。使用時には周囲のフランジ部が紡糸装置に押し付けられる形で固定され、ポンプにより加圧された原料ポリマーが押し出される。それにより口金には曲げ変形をおこす圧力がかかることとなり、圧力に耐え切れずに口金が破損することがあった。
【０００３】
また、口金は、原料ポリマーが吐出孔を通過する際に摩耗したり、吐出孔の清掃、洗浄時に傷が入ったりするので、それを防止するため特許文献１や２に記載されるように表面に硬質な皮膜を形成する技術が知られている。これらの皮膜は、口金の吐出面に形成されることを意図して加工されるが、実際には口金表面の全面にわたって皮膜が形成されているのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2004-293023号公報
【特許文献２】特開2010-007210号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来は、口金表面に形成される硬質な皮膜が吐出面以外の部分でどのような影響を及ぼしているかについて、考慮されることもなかった。
【０００６】
しかしながら、本発明者らが、圧力によって破損した口金の破壊形態を観察し、材料強度の試験をし、口金にかかる圧力による応力分布を計算した結果、硬質な皮膜は硬度が高いものの靱性は低くクラックが入りやすいこと、プレス加工により残留応力が発生している箇所があること、残留応力が発生している箇所の皮膜に入ったクラックが破壊起点となりクラックが進展して破損に至ったことが見出された。
【０００７】
本発明の目的は、このような破壊起点に着目した上で、ポリマー圧力による破損が生じにくい強度の高い紡糸口金を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、紡糸口金におけるクラックの発生機序や進展を予測検討し、実験による効果確認を行った結果、破壊起点でのクラック発生を抑制する硬質な皮膜の形成領域の分布構造を見出すに至った。
【０００９】
本発明の紡糸口金は、吐出孔が複数設けられた吐出面、紡糸装置に取り付け可能なフランジ面、前記吐出面と前記フランジ面との間に設けられた立壁面、前記吐出面と前記立壁面との間に形成される第１のＲ部、前記フランジ面と前記立壁面との間に形成される第２のＲ部を含む金属製の紡糸口金であって、少なくとも前記吐出面には硬質皮膜が形成されており、かつ、前記第２のＲ部には硬質皮膜が形成されていないことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の紡糸口金の製造方法は、上記紡糸口金を製造する紡糸口金の製造方法であって、前記硬質皮膜を、メッキ、蒸着、溶射、炭化、および窒化からなる群から選ばれる少なくとも１つの処理方法により形成する工程を含む。
【００１１】
また、本発明の繊維の製造方法は、紡糸口金により吐出したポリマーを紡糸する工程を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、低成形コストかつポリマー圧力による破損が生じにくい強度の高い紡糸口金を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の紡糸口金の一例を示す概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面での模式図である。
【図３】本発明の紡糸口金の紡糸装置への取付けの一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について図面を用いて説明する。
【００１５】
図１に本発明の紡糸口金の例を、図２に、図１のＡ−Ａ’断面での模式図を示す。この紡糸口金１は金属からなり、紡糸装置に取り付けられ、ポンプで加圧された原料ポリマーを吐出孔から吐出することにより紡糸するために用いられる部品である。
【００１６】
紡糸口金１は、表面に硬質皮膜が形成されている部分と、形成されていない部分の両方を持つ。硬質皮膜の形成されていない部分は、硬質皮膜を形成する工程において当該箇所をマスキングすることによって硬質皮膜を形成させないという手法をとっても良いし、いったん硬質皮膜を形成した後に除去する手法をとっても良い。硬質皮膜は、紡糸口金を構成する金属に対して明瞭に区別できるように層状に形成されるものでもよく、また、紡糸口金を構成する金属に化学反応を伴う処理を施した結果として表面から深さ方向にグラデーション的に組成が変わっていくように形成されたものであってもよい。ここで、硬質皮膜は、紡糸口金を構成する金属よりも硬い材質のものである。例として、紡糸口金を構成する金属がタンタルであった場合、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４で規定されているビッカース硬さ試験法で測定したタンタルのビッカース硬度はＨｖ１８０であるので、ビッカース硬度Ｈｖ２５０の窒化タンタルを皮膜として形成したならば本発明における硬質皮膜に含まれる。
【００１７】
紡糸口金１は、吐出孔が複数設けられた吐出面２と、紡糸装置に取り付け可能であり、紡糸装置に取り付けられ座面となるフランジ面３を含み、さらにフランジ面３と吐出面２の間に設けられた立壁面４と、吐出面２と立壁面４の間に形成される第１のＲ部５、立壁面４とフランジ面３の間に形成される第２のＲ部６を含む。
【００１８】
図３に本発明の紡糸口金１の紡糸装置への取付けの例を示す。フランジ面３を紡糸装置本体７の座面８に押し付けるようにコネクタ９をボルトで紡糸装置本体７に固定する。立壁部４を設けることによって吐出面２とフランジ面３をオフセットすることができるので、フランジ面３をコネクタ９で押さえやすくなる。
【００１９】
吐出面２には、表面に硬質皮膜が形成されている。耐摩耗性、異物除去性、洗浄時等の取扱い性の向上が期待できるためである。一方、本発明の紡糸口金１においては、フランジ面３と立壁面４の間に形成される第２のＲ部６には硬質皮膜が形成されていない。第２のＲ部６は、紡糸口金をプレス成形して作製する時に残留応力の発生する場所であり、原料ポリマーの加圧により曲げ変形をおこしやすい場所であるためである。第２のＲ部６は口金破損の破壊起点となりうる場所であり、本発明の紡糸口金では、破壊靱性の低い硬質皮膜を形成しないことによりクラックの発生と成長を抑制することができる。フランジ面３、立壁面４、第１のＲ部５については硬質皮膜の有無はどちらでも構わない。マスキングにより硬質皮膜の形成を防ぐ加工法を取るならば、マスキング用の治具の脱着を容易にするように形状を決めた結果、これらの面の一部に硬質皮膜が形成され一部には形成されないというようになっても構わない。
【００２０】
本発明の紡糸口金を構成する素材の金属は、強度、靱性、耐食性、プレス加工時の展性、延性などの観点から、ステンレス鋼、タンタルが好ましい。このいずれか、もしくは組み合わせて使用しても構わない。
【００２１】
本発明の硬質皮膜として、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物、金属フッ化物、金属ホウ化物は十分に硬質であり好ましい。これらの金属化合物は、紡糸口金を構成する金属の表面に化学反応を伴う処理を施すことにより形成することができ、比較的加工が容易であり製造コスト上有利である。またこれらの金属化合物は紡糸口金を構成する金属とは別種の金属の化合物であってもよい。その場合は溶射によって皮膜を形成することができるが、耐摩耗性などで紡糸口金を構成する金属にはない特性を付与することもできる。
【００２２】
また硬質皮膜として、炭素、炭化水素からなるＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、またはＤＬＣにさらにフッ化処理したフッ化炭素、フッ素化炭化水素は非常に硬質であり、これもまた好ましい。これらの皮膜は蒸着により形成でき、ビッカース硬度Ｈｖ１５００から７０００と非常に硬く、耐摩耗性や表面平滑性も有しているため好適である。
【００２３】
また硬質皮膜として、紡糸口金を構成する金属とは異なる種類の金属を使用することもできる。クロムやニッケルなどをメッキすることにより、低コストで十分硬質な皮膜を形成することが可能である。本発明の硬質皮膜として上記に挙げたいずれか、もしくはその組み合わせを使用することが好ましい。
【００２４】
本発明の紡糸口金の製造方法は、以下の工程により製造される。まず、金属平板をプレス加工、絞り加工などにより、吐出面、フランジ面、立壁部およびそれらをつなぐＲ部からなるハット型に成形する。次に、吐出面にドリル加工、放電加工などにより吐出孔を穿孔する。その後、紡糸口金表面に硬質皮膜を形成することにより完成するが、この硬質皮膜はメッキ、蒸着、溶射、炭化、および窒化からなる群から選ばれる少なくとも１つの処理方法により形成することが好ましい。この硬質皮膜の形成方法により、十分に硬質であり耐久性も有する皮膜が形成できるからである。
【００２５】
本発明の繊維の製造方法は、以下の工程により製造される。まず、原料ポリマーを加熱し溶融させる、もしくは溶媒に溶かすことにより液状化する。次に、液状化したポリマーをポンプで加圧し、上記した本発明の紡糸口金からポリマーを吐出することにより紡糸する。本発明の口金を使用することにより、吐出孔の高い耐摩耗性や洗浄時の高い取扱い性と、吐出時のポリマー圧力負荷に何度も耐えられる高い耐疲労特性を両立でき、繊維製造のコストを低減することができる。その後、吐出された糸を引き伸ばし分子配列を整える延伸工程を経て、製造された繊維が巻き取られる。
【実施例】
【００２６】
本発明の効果を実証するため、以下のとおり実施例および比較例による実験を行った。なお、本発明は、これら実施例等によって何ら制限されるものではない。
【００２７】
（実施例１）
厚さ０．５ｍｍのタンタル板をプレス成形によって、直径１２５ｍｍ、吐出面直径１１４ｍｍ、フランジ幅４．５ｍｍ、立壁部高さ１０ｍｍ、吐出面と立壁面をつなぐＲ部（第１のＲ部）の半径２ｍｍ、立壁面とフランジ面をつなぐＲ部（第２のＲ部）の半径１ｍｍのハット状に成形した。吐出面に吐出孔を穿孔したあと、立壁面とフランジ面をつなぐＲ部（第２のＲ部）に相当する形状に加工したリング状の金属治具２体を口金の表面と裏面にそれぞれ装着固定することにより立壁面とフランジ面をつなぐＲ部（第２のＲ部）をマスキングし、イオン窒化処理を行った。この窒化処理によりマスキングしていない部分の口金表面に厚さ約５０μｍの窒化タンタルの皮膜が形成され、ビッカース硬度を測定するとＨｖ５００であった。また、マスキングしていた部分（第２のＲ部）ではビッカース硬度Ｈｖ１８０であり、窒化タンタルの皮膜が形成されていないことを確認した。
【００２８】
（比較例１）
立壁面とフランジ面をつなぐＲ部（第２のＲ部）をマスキングしなかったこと以外は、実施例１と同じ手順で紡糸口金を製作し、マスキングなしでプラズマ窒化処理を行った。この窒化処理により口金全体の表面に厚さ約５０μｍの窒化タンタルの皮膜が形成され、ビッカース硬度を測定するとＨｖ５００であった。
【００２９】
これらの実施例、比較例で作製した紡糸口金を、図３に示すように試験装置に取り付け、紡糸条件における原料ポリマー圧力に相当する水圧負荷として０．７５ＭＰａの圧力負荷の加圧と除圧を繰り返す疲労試験を行い、破損に至るまでの繰り返し回数をカウントした。その結果を表１に示す。これらの結果より、本発明により紡糸口金の強度が向上することが示された。
【００３０】
【表１】
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【符号の説明】
【００３１】
１：紡糸口金
２：吐出面
３：フランジ面
４：立壁面
５：第１のＲ部
６：第２のＲ部
７：紡糸装置本体
８：紡糸装置座面
９：コネクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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