(57)【要約】  本開示の仮撚機用ディスクは、円盤状の基体部と、基体部の外周領域に位置する表層部とを備える。表層部は、アルミニウムおよびチタンの酸化物が主成分であるセラミックスからなる。本開示の仮撚機用ディスクの製造方法は、基体部の外周領域に、アルミニウムおよびチタンの酸化物を主成分とする表層部を成膜した後、バレル振動処理またはショットブラスト処理によって表層部を研磨する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状の基体部と、該基体部の外周領域に位置する表層部とを備え、該表層部は、アルミニウムおよびチタンの酸化物が主成分であるセラミックスからなる仮撚機用ディスク。
【請求項２】
前記表層部の少なくとも撚糸部表面における算術平均粗さＲａは１μｍ以上２μｍ以下である、請求項１に記載の仮撚機用ディスク。
【請求項３】
前記表層部の少なくとも撚糸部表面の粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、前記粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、切断レベル差Ｒδｃは１．５μｍ以上４．５μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の仮撚機用ディスク。
【請求項４】
前記表層部の厚みは５０μｍ以上である、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の仮撚機用ディスク。
【請求項５】
前記表層部の撚糸部表面は、多数の粒状体が一体化し、外部に向かって凸状の曲面を有する凝集体と、開気孔とを有する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の仮撚機用ディスク。
【請求項６】
前記凝集体のいずれかは、直径が０．２μｍ以上１μｍ以下の球状粒子を前記曲面に複数備えている請求項５に記載の仮撚機用ディスク。
【請求項７】
前記凝集体のいずれかは、隣り合う間隔が０．２μｍ以上１μｍ以下の凹んだ筋を前記曲面に複数備えている請求項５または請求項６に記載の仮撚機用ディスク。
【請求項８】
前記表層部は、前記基体部の前記表層部との対向面に位置する凹部から厚み方向に伸びる空隙部を備え、前記空隙部の先端は、前記表層部内で閉塞されている、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の仮撚機用ディスク。
【請求項９】
前記表層部の厚み方向に沿って断面視した前記空隙部の幅は、前記基体部の凹部側よりも前記表層部の撚糸部表面側の方が狭い、請求項８に記載の仮撚機用ディスク。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の仮撚機用ディスクの製造方法であって、前記基体部の外周領域に、アルミニウムおよびチタンの酸化物を主成分とする前記表層部を成膜した後、バレル振動処理またはショットブラスト処理によって前記表層部を研磨する、仮撚機用ディスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、仮撚機用ディスクおよび仮撚機用ディスクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、糸条に撚りを掛けるために、回転している複数の仮撚機用ディスクに接触させる方法が用いられている。そして、このような仮撚機用ディスクは、セラミックスからなることが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３３７９３６号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示の仮撚機用ディスクは、円盤状の基体部と、該基体部の外周領域に位置する表層部とを備え、該表層部は、アルミニウムおよびチタンの酸化物が主成分であるセラミックスからなる。
【０００５】
本開示の仮撚機用ディスクの製造方法は、前記基体部の外周領域に、アルミニウムおよびチタンの酸化物を主成分とする前記表層部を成膜した後、バレル振動処理またはショットブラスト処理によって前記表層部を研磨する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本開示の仮撚機用ディスクの一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図であり、（ｃ）は糸条に撚りを掛けている状態を表す概略図である。
【図２】図１に示す仮撚機用ディスクの撚糸部表面を走査型電子顕微鏡を用いて撮影した写真である。
【図３】本開示の仮撚機用ディスクを示す、（ａ）は一例の模式的な断面図であり、（ｂ）は他の例の模式的な断面図である。
【図４】本開示の仮撚機用ディスクを備える仮撚機の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本開示の仮撚機用ディスクの実施形態について詳細に説明する。図１は本開示の仮撚機用ディスクの一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図であり、（ｃ）は糸条に撚りを掛けている状態を表す概略図である。図２は、本開示の仮撚機用ディスクを備える仮撚機の模式図である。
【０００８】
図１に示す仮撚機用ディスク１０（以下、単にディスクという。）は、円盤状の基体部１と、基体部１の外周領域に位置する表層部２とを備え、基体部１の軸心には、表面から裏面まで貫通する貫通孔３を備えている。
【０００９】
ディスク１０は、図２に示す軸体４が貫通孔３に挿通されて固定され、この軸体４の回転とともにディスク１０が回転するものである。そして、ディスク１０を用いて糸条Ｓに撚りを掛ける場合、図１（ｃ）に示すように、ディスク１０の表層部２に糸条Ｓが押し当てられる。なお、以下においては、表層部２のうち、糸条Ｓに接する部分を撚糸部表面２ａと記載して説明する。ここで、糸条Ｓは、例えば、ポリアミドあるいはポリエステルからなる繊維である。なお、図１においてディスク１０は、貫通孔３を備えている例を示したが、仮撚機２０において軸体４に固定されるものであればよく、必ずしも貫通孔３を備えていなければならないものではない。
【００１０】
ここで、表層部２は、アルミニウムおよびチタンの酸化物が主成分であるセラミックスからなる。このような構成であると、撚糸部表面２ａの糸条Ｓへの攻撃性が低減するので、摩耗粉が発生しにくくなる。また、糸条Ｓとの摺接によって生じる撚糸部表面２ａからの脱粒が減少するため、長期間に亘って用いることができる。
【００１１】
仮撚機用ディスクがセラミックスからなる場合、セラミックスは機械的特性に優れるものであるために優れた耐久性を有する。しかしながら、優れた機械的特性によって、撚りの対象となる糸条に大きなダメージを与えるものであってはならず、このダメージは、撚りを掛ける際に生じる摩耗粉の大小で判断することができる。そのため、仮撚機用ディスクには、撚りを掛ける際に生じる摩耗粉が少ないことが求められており、本開示のような、表層部２が、アルミニウムおよびチタンの酸化物が主成分であるセラミックスからなる仮撚機用ディスク１０は、耐久性に優れているとともに、糸条Ｓに撚りを掛ける際に生じる摩耗粉を少なくすることができる。
【００１２】
特に、チタンの酸化物は、組成式がＴｉＯ2-x（０＜ｘ＜２）として示される酸化チタンがよく、表層部２を構成する成分の合計１００質量％におけるチタンの酸化物の含有量は、２重量％以上４２重量％以下であってもよい。
【００１３】
組成式がＴｉＯ2-x（０＜ｘ＜２）として示される酸化チタンは、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ；X-ray Photoelectron Spectroscopy）で同定することができ、この酸化チタンが存在する場合には、結合エネルギーが４５６〜４６２ｅＶの範囲にＴｉＯ2-x（０＜ｘ＜２）のピークが存在する。
【００１４】
組成式がＴｉＯ2-x（０＜ｘ＜２）として示される酸化チタンの含有量が２重量％以上４２重量％以下であると、表層部２は半導電性（体積抵抗率が、例えば、１×１０5Ω・ｍ以上１×１０8Ω・ｍ以下）を示し、糸条Ｓが繰り返して撚糸部表面２ａに摺接しても発生する静電気を速やかに除去することができる。
【００１５】
また、撚糸部表面２ａにおける残留応力を大きくするチタン酸アルミニウムは少ない方が好適であり、その含有量は、表層部２を構成する成分の合計１００質量％のうち、１質量％以下であってもよい。
【００１６】
そして、基体部１は、例えば、酸化アルミニウム、炭化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなる。上記成分を主成分とするセラミックスは、熱伝導率が高いため、糸条Ｓと表層部２との摺接により発生した熱を速やかに逃がすことができる。
【００１７】
ここで、セラミックスにおける主成分とは、セラミックスを構成する成分の合計１００質量％のうち、８０質量％以上を占める成分をいう。アルミニウムおよびチタンの酸化物が主成分であるセラミックスとは、アルミニウムを酸化物（Ａｌ2Ｏ3）に換算した含有量と、チタンを酸化物（ＴｉＯ2）に換算した含有量との合計が８０質量％以上であるセラミックスをいう。
【００１８】
基体部１は、主成分以外の成分として、マグネシウム、珪素およびカルシウムを酸化物として含んでいてもよい。
【００１９】
また、基体部１および表層部２は、いずれも不可避不純物として、鉄およびクロムを含んでいてもよく、それぞれの部位における鉄およびクロムの含有量の合計は、６０００質量ｐｐｍ以下であってもよい。
【００２０】
なお、成分の特定にあたっては、Ｘ線回折装置を用いて、ＪＣＰＤＳカードと照合することによって同定すればよい。
【００２１】
また、成分の含有量は、該当成分を構成する金属元素の含有量を蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分析装置（ＩＣＰ）で求め、Ｘ線回折装置を用いて同定された化合物に換算すればよい。
【００２２】
なお、チタン酸アルミニウムの含有量については、リートベルト法を用いて求めればよい。
【００２３】
ここで、基体部１が酸化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなるときには、炭化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスに比べて、所望形状への加工が比較的容易でありつつ、基体部１に求められる機械的特性を有しており、かつ安価である。酸化アルミニウムを主成分とするセラミックスの中でも、酸化アルミニウムの含有量が９９質量％以上であるセラミックスからなるときには、熱伝導性に優れる。
【００２４】
なお、基体部１は、セラミックス以外、アルミニウム合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）またはベアリング鋼（ＳＵＪ）から形成されていてもよい。
【００２５】
また、表層部２の少なくとも撚糸部表面２ａにおける算術平均粗さＲａは１μｍ以上２μｍ以下であってもよい。
【００２６】
算術平均粗さＲａが上記範囲であると、糸条Ｓの撚り掛けを良好に行えるとともに、撚糸部表面２ａにおける凹凸の凸部の形状が鋭利ではなくなだらかな形状となるので、さらに摩耗粉の発生を抑制することができる。
【００２７】
また、表層部２の少なくとも撚糸部表面２ａの粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、切断レベル差Ｒδｃは１．５μｍ以上４．５μｍ以下であってもよい。
【００２８】
切断レベル差Ｒδｃが上記範囲であると、糸条Ｓの撚り掛けを良好に行えるとともに、撚糸部表面２ａ内でなだらかな形状となっている部分の面積が増えるので、さらに摩耗粉の発生を抑制することができる。
【００２９】
算術平均粗さＲａおよび切断レベル差Ｒδｃは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２００１に準拠し、表面粗さ測定機（(株)ミツトヨ製、ＳＵＲＦＴＥＳＴ：ＳＶ−２１００）を用いて測定することができる。
測定条件としては、以下の通りとすればよい。
・フィルタ：ＧＡＵＳＳ
・λc：０．８ｍｍ
・λs：２．５ｍｍ
・測定方向：径方向
・測定長さ：５ｍｍ
・測定箇所：２箇所
・前走/後走：ＯＮ
・波形削除：ＯＦＦ
・曲線補正：円
・平均線処理：ＯＦＦ
また、表層部２の厚みは５０μｍ以上であってもよい。
【００３０】
表層部２の厚みが上記範囲であると、糸条Ｓが表層部２に繰り返し摺接しても、表層部２は厚いので長期間に亘って用いることができる。
【００３１】
また、製造効率の点から、表層部２の厚みは１００μｍ以下であってもよい。
【００３２】
図２は、図１に示す仮撚機用ディスクの撚糸部表面を走査型電子顕微鏡を用いて撮影した写真である。
【００３３】
図２に示すように、表層部の撚糸部表面２ａは、多数の粒状体が一体化し、外部に向かって凸状の曲面を有する凝集体１１と、開気孔１２とを有していてもよい。
【００３４】
このような凝集体１１を有することで、糸条Ｓへの直接的な攻撃性が抑制されるとともに、開気孔１２を有することで、発生した摩耗粉は撚糸部表面２ａ上に残らずに、開気孔１２の内部に取り込まれやすくなるので、摩耗粉を介した糸条Ｓへの攻撃性も抑制される。開気孔１２の直径は、例えば、４μｍ以上１２μｍ以下である。
【００３５】
凝集体１１のいずれかは、直径が０．２μｍ以上１μｍ以下の球状粒子１３ａ、１３ｂ、・・・を曲面に複数備えていてもよい。このような構成であると、球状粒子１３ａ、１３ｂ、・・・の各頂面が実質的な撚糸部表面２ａの一部となるため、凝集体１１の曲面と撚糸部表面２ａとの間に微小な空間が生じ、この空間により糸条Ｓへの攻撃性を抑制することができる。
【００３６】
凝集体１１のいずれかは、隣り合う間隔が０．２μｍ以上１μｍ以下の凹んだ筋１４ａ、１４ｂ、・・・を曲面に複数備えていてもよい。このような構成であると、凝集体１１の曲面が実質的な撚糸部表面２ａの一部となり、筋１４ａ、１４ｂ、・・・自体が微小な空間となって、糸条Ｓへの攻撃性を抑制することができる。
【００３７】
図３は、本開示の仮撚機用ディスクを示す、（ａ）は一例の模式的な断面図であり、（ｂ）は他の例の模式的な断面図である。
【００３８】
図３に示すように、表層部２は、基体部１の表層部２の対向面に位置する凹部１５から厚み方向に伸びる空隙部１６を備え、空隙部１６の先端は、表層部２内で閉塞されていてもよい。
【００３９】
ここで、凹部１５とは、基体部１の表層部２との対向面における開気孔や空隙をいい、表層部２が形成される前においては、凹部１５を形成する表面は基体部１の表面の一部である。
【００４０】
空隙部１６の先端は、表層部２内で閉塞されていると、空隙部１６が外部に連通しないため、表層部２を形成する前の洗浄で除去することができず、凹部１５内に残留した浮遊微粒子が表層部２から外部に向かって排出されることがないので、糸条Ｓにこの浮遊微粒子が付着することがない。
【００４１】
表層部２の厚み方向に沿って断面視した空隙部１６の幅は、基体部１の凹部１５側よりも表層部２の撚糸部表面２ａ側の方が狭くてもよい。このような構成であると、表層部２が糸条Ｓとの摺接により、厚みが減少して、空隙部１６の先端が開口したとしても、凹部１５側よりも撚糸部表面２ａ側の方の幅が広い場合に比べ、空隙部１６内にある浮遊微粒子が表層部２から外部に向かって排出されにくい。
【００４２】
図３に示すように、先端が表層部２内で閉塞されている空隙部１６や基体部１の凹部１５側よりも表層部２の撚糸部表面２ａ側の方が狭い空隙部１６を備える表層部２は、例えば、複数の表層部２Ａ、２Ｂ・・・から構成されていてもよい。
【００４３】
図４は、本開示の仮撚機用ディスクを用いた仮撚機の模式図である。
【００４４】
図４に示す仮撚機２０は、所定の間隔で設置された複数の軸体４（４ａ、４ｂ、４ｃ）を備え、これらの軸体４ａ、４ｂ、４ｃにディスク１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）が所定の間隔で位置している。なお、ディスク１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、上面視において、少なくとも一部が重なり合うように配置される。そして、軸体４ａ、４ｂ、４ｃは、下側に配置されたプレート５に回転可能に支持され、軸体４ａ、４ｂは、ベルト６（６ａ）に、軸体４ｂ、４ｃは、ベルト６（６ｂ）に連結されている。また、軸体４ｂは、下方に位置する駆動ベルト７にも連結されている。
【００４５】
また、軸体４ａの最上部には、糸条Ｓが最初に接することとなるガイドディスク８が位置する。ガイドディスク８はディスク１０と同一形状であってもよい。また、糸条Ｓが最後に接する部分には、円錐台状のナイフエッジディスク９が位置する。
【００４６】
仮撚機２０の駆動は、駆動源により駆動ベルト７を介して軸体４ｂが回転し、ベルト６ａ、６ｂにより、軸体４ａ、４ｃが軸体４ｂの回転方向と同じ方向に回転し、この回転に伴い、ガイドディスク８、ディスク１０およびナイフエッジディスク９が回転する。そして各ディスク１０と摺接するように糸条Ｓを走行させると、糸条Ｓはディスク１０との摺接時の摩擦力によって撚りが与えられる。
【００４７】
次に、本開示の仮撚機用ディスクの製造方法の一例として、基体部が酸化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなる場合について説明する。
【００４８】
まず、主成分である酸化アルミニウム粉末と、水酸化マグネシウム、酸化珪素および炭酸カルシウムの各粉末と、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、有機結合剤とを、ボールミル、ビーズミルまたは振動ミルにより湿式混合してスラリーとする。
【００４９】
ここで、酸化アルミニウム粉末の平均粒径（Ｄ50）は３μｍ以下、好ましくは１μｍ以下であり、上記粉末の合計１００質量％における水酸化マグネシウム粉末の含有量は０．３〜０．４質量％、酸化珪素粉末の含有量は０．０２〜０．０４質量％、炭酸カルシウム粉末の含有量は０．０４５〜０．０５５質量％である。
【００５０】
湿式混合する時間は、例えば、４０〜５０時間である。また、有機結合剤は、例えば、パラフィンワックス、ワックスエマルジョン（ワックス＋乳化剤）、ＰＶＡ（ポリビニールアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）、ＰＥＯ（ポリエチレンオキサイド）等である。
【００５１】
次に、上述した方法によって得たスラリーを噴霧造粒して顆粒を得た後、この顆粒を粉末プレス成形法により、成形することで貫通孔を備えた円板状の成形体を得る。その後、得られた成形体を１６００℃以上１８００℃以下の温度で焼成して焼結体を得る。
【００５２】
次に、粒度番号が、例えば、＃３２５のダイヤモンドを備えた砥石で焼結体を研削加工することにより凸曲面状である外周面を形成することにより、基体部を得ることができる。
【００５３】
次に、表層部を得る製造方法について説明する。
【００５４】
表層部を得るには、まず、酸化アルミニウム粉末および酸化チタン粉末を混合、溶融粉砕して得られる溶融粒子を溶射法により基体部の外周領域に吹き付けることによって形成する。溶融粒子の平均粒径は、例えば、４μｍ以上１２μｍ以下とする。溶射法は、例えば、ガス粉末式、ガス溶棒式、ガス爆燃式あるいはプラズマ式等を用いればよい。
【００５５】
ここで、撚糸部表面における算術平均粗さＲａが１μｍ以上２μｍ以下であるディスクを得るには、溶融粒子の平均粒径を、例えば、４μｍ以上１０μｍ以下にすればよい。
【００５６】
また、表層部の厚みが５０μｍ以上であるディスクを得るには、プラズマ式の溶射法を用い、溶射時間を、例えば、１０分以上とすればよい。
【００５７】
そして、バレル振動処理またはショットブラスト処理によって表層部を研磨することによって本開示のディスクを得ることができる。
【００５８】
また、撚糸部表面における算術平均粗さＲａが１μｍ以上２μｍ以下であるディスクをバレル振動処理によって得るには、粒度番号がＦ２２０、Ｆ２３０またはＦ２４０であるＧＣ（緑色炭化珪素研磨材）と酸化アルミニウムからなるメディアとを用い、焼結体とともにバレルに投入して、１２時間以上１４時間以下にわたって振動を付与すればよい。
【００５９】
また、先端が表層部内で閉塞されている空隙部や基体部の凹部側よりも表層部の撚糸部表面側の方が狭い空隙部を備える表層部を得る場合には、例えば、溶射法による吹き付け、研磨を繰り返すことによって得ることができる。
【００６０】
上述した製造方法によって得られる本開示のディスクは、耐久性に優れているとともに、糸条に撚りを掛ける際に生じる摩耗粉を少なくすることができる。
【００６１】
以上、本開示に係る実施形態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いうまでもない。
【００６２】
例えば、上述した実施形態では、基体部の表面上に別途、表層部を設けた場合を例にとって説明したが、本実施形態の仮撚機用ディスクは、基体部と表層部とが同じ組成で一体的に構成されたものであってもよい。つまり、基体部も表層部も、アルミニウムおよびチタンの酸化物が主成分であるセラミックスであり、基体部と表層部との境界部がないものであってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１：基体部
２：表層部
２ａ：撚糸部表面
３：貫通孔
４：軸体
５：プレート
６：ベルト
７：駆動ベルト
８：ガイドディスク
９：ナイフエッジディスク
１０：仮撚機用ディスク
１１：凝集体
１２：開気孔
１３ａ、１３ｂ：球状粒子
１４ａ、１４ｂ：筋
１５：凹部
１６：空隙部
２０：仮撚機
Ｓ：糸条
【図１】
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【図２】
2020045433.tif 000004
【図３】
2020045433.tif 000005
【図４】
2020045433.tif 000006
【国際調査報告】
2020045433.tif 000007
2020045433.tif 000008
2020045433.tif 000009
2020045433.tif 000010