JP4220862B2 - オイリングノズル及びその製造方法並びにそれを用いた繊維製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、合成繊維の溶融紡糸後の糸条に油剤からなるオイルを付与するためのオイリングノズル及びその製造方法並びにそれを用いた繊維製造装置に関するものである。

ポリアミドやポリエステルなどの単糸からなる糸条を溶出する工程において、紡口ノズルから溶出させて得られた糸条に、潤滑剤や耐電防止剤などを含むオイルを付与することが行われており、このオイル付与のためにオイリングノズルが広く使われている。このオイリングノズルは、オイルを定常的に吐出するオイル供給孔を糸条が走入する糸道溝の溝底付近に設け、オイル吐出孔から吐出されたオイルが糸道溝の摺動面を潤し、そこに摺接する糸条にオイルを付与するものである。

このようなオイリングノズルとしては、従来から種々の形状のものが提案されている。例えば、図６（ａ）（ｂ）に示すように、このオイリングノズル２１は、糸条Ｙを案内するＶ溝状の糸道溝２２と糸道溝２２の溝底２３に開口したオイル供給孔２７を備え、オイル供給孔２７よりオイルを吐出して糸道溝２２の摺動面２４を潤し、糸道溝２２の摺動面２４に走行する糸条Ｙを摺接させて糸条Ｙにオイルを付与するもので、糸道溝２２の摺動面２４をアルミナ、チタニア等のセラミックスで形成したものである。なお、糸条Ｙは重力方向に走行しており、糸条Ｙが走入する側である図６の上方向を糸道溝２２の入口側と呼び、反対に糸条Ｙが走出する側である図６の下方向を糸道溝２２の出口側と呼ぶ。以下、他の図においても同様とする。

また、図７のオイリングノズル３１に示すように、糸道溝３２の溝底３３の入口側に開口したオイル供給孔３７を備え、糸道溝３２の溝底３３にオイル溜まり３８を形成して、オイル供給孔３７より吐出されたオイルを出口側に形成したオイル溜まり３８に蓄えることにより、走行する糸条Ｙにオイルを均一に付与させるものが知られている（特許文献１）。

このようなオイル溜まり３８を別の方法で備えたものとして、糸条Ｙの走行方向と直角方向に複数の凹凸部を形成した回転体（不図示）を糸道溝３２の溝底３３に配置し、その凹凸部をオイル溜まり３８としたオイリングノズルも提案されている（特許文献２）。

そして、糸条Ｙにオイルを均一に付与することにより、その後の延伸、巻き取りにおいて、糸条Ｙの糸切れ等の不具合を防止することができるとともに、糸条Ｙへのダメージを低減することで糸条Ｙの強度を向上させることができるものである。
特開平１０−１０２３１５号 特開平５−２３９７０８号

ところで、近年の合成繊維は糸条の断面が異形状のものが多く、しかも生産効率を上げるために糸条の送り速度が３０００〜８０００ｍ／分と速くなっている。これに対し、糸条Ｙ自身の走行により生じる乱気流の発生や、オイル供給孔２７より吐出するオイルが流下する糸道溝２２の摺動面２４の表面状態のバラツキ、あるいは糸条Ｙとオイル供給孔２７との走行位置のズレなどが影響して、オイルがオイル供給孔２７より糸条Ｙの走行方向（出口側）へ流下せず、Ｖ溝状の糸道溝２２の右あるいは左の側面に偏って流下する偏流現象を生じることがある。このような糸道溝２２上でのオイルの潤いが偏流すると、定量均一な糸条Ｙへのオイル付与が困難となり、オイルで十分に潤っていない糸道溝２２の摺動面２４と糸条Ｙとが擦過することにより糸条Ｙに大きなダメージを与え、糸切れなどの不具合が発生する。しかも、付与されなかったオイルは飛散し、繊維製造装置や雰囲気の汚染の原因となる。

同時に、このオイルで十分に潤っていない糸道溝２２の摺動面２４と糸条Ｙとが擦過することにより、オイルによる潤滑効果が無いので摺動面２４が摩耗しやすい問題点があった。従って、この部分が摩耗すると、糸条Ｙとの摩擦抵抗が高くなり、結果として糸条Ｙに傷を付けるために、１ヶ月ほどの短い使用期間でオイリングノズル２１を交換しなければならないという不具合があった。

また、走行糸条Ｙに対して均一なオイル付与が行われないと、その後の巻き取り工程において、オイル未付着部分の摩擦抵抗の変動が大きくなり、オイル未付着部分の繊維が糸道で擦過、磨耗されて、単糸切れにより毛羽が多くなるなどの糸条Ｙの品質低下を招いていた。

更に、この擦過、磨耗による糸条Ｙの磨耗粉が糸道溝２２の摺動面２４上に堆積することで、上記オイルの偏流現象がさらに増幅され、また、糸条Ｙに磨耗粉を付着させて走行することにより糸条Ｙの単糸切れや糸切れが助長される問題点があった。

一方、図７に示すオイリングノズル３１は糸道溝３２の溝底３３にオイル溜まり３８を備えているが、これらのオイル溜まり３８は糸条Ｙの走行方向と直角方向に配置したものなので、上述したオイルの偏流現象を防止することは困難であった。

そこで、本発明は、オイリングノズルの糸道溝上でのオイルの偏流を防止すること、および、糸道溝の摺動面と糸条との擦過、磨耗による磨耗粉の発生を防止すること、更には、このオイル偏流の防止により、糸条へのオイル付与を均一化し、そして糸条の特性の改善、およびオイル付与を含む繊維製造工程の安定性の向上を図ることを目的としたオイリングノズル及びその製造方法並びにそれを用いた繊維製造装置を提供することにある。

本発明は、前記課題に鑑み、走行する糸条と摺接しつつ前記糸条にオイルを付与するオイルリングノズルであって、前記糸条と摺接して前記糸条を案内するＶ溝状の糸道溝と、該糸道溝の溝底に開口したオイル供給孔と、を備え、前記オイル供給孔は、前記開口に近づくにしたがって、前記糸道溝の長さ方向に沿った一方側に近づくよう傾斜し、前記糸道溝のＶ溝側面には、前記溝底に近づくにしたがって、前記糸道溝の長さ方向に沿った他方側に近づくよう傾斜した微細溝が複数形成されており、前記微細溝は、前記開口よりも前記一方側、および、前記開口よりも前記下流側に、それぞれ設けられていることを特徴とするオイルリングノズルとしたものである。

上記微細溝は糸条走行方向に対し１０°〜６０°傾斜して形成したオイリングノズルとすることが好ましい。

上記微細溝の凹溝幅が０．０５〜０．３ｍｍ、凹溝深さが０．０１〜０．２ｍｍの範囲となるように形成したオイリングノズルとすることが好ましい。

また、上記オイリングノズルの微細溝はレーザー加工により形成することが好ましい。

そして、糸条を溶出する紡口ノズルを有し、溶出された糸条を上記オイリングノズルを用いて糸条にオイルを付与し、該オイル付きの糸条をフィードローラにより延伸し、巻き取り部で巻き取ることにより繊維が製造される繊維製造装置としたものである。

本発明のオイリングノズルによれば、上記糸道溝の摺動面に糸条走行方向に向かって傾斜した微細溝を形成することにより、オイル供給孔より吐出したオイルは微細溝に溜まり、オイルの重力による流下と走行糸条へのオイル付与による吸引効果により、Ｖ溝状の糸道溝の溝底へオイルを誘導回収することができる。

それに加え、糸条走行方向に向かって傾斜した微細溝上に糸条Ｙが通過する際、微細溝に溜まったオイルと糸条Ｙとの摺接が摺動抵抗となり、糸条Ｙを微細溝の傾斜方向である糸道溝の溝底側へ自然誘導させることができる。そのため、糸条Ｙの走行位置が例え左右に位置ズレして、オイルの流下する溝底から離れて走行していた場合においても、糸条Ｙが溝底側へ自然誘導されてオイル供給孔の位置する溝底中央に安定しやすくなる。そのため、糸道溝の溝底は常にオイルで潤った状態となり、摺動面から糸条へ安定してオイル付与することができ、糸条へのダメージが少なくなる。

また、微細溝が糸道溝の溝底へオイルを誘導回収することで、オイルの飛散が減少するので、オイル供給量を予め少なく設定することができ、コスト削減することができる。

そして、付与されなかったオイルの飛散が減少するので、繊維製造装置の雰囲気の汚染を抑え、作業環境の改善をすることができる。

更に、上記微細溝を糸道溝の溝底を中心にしてＶ字に形成することで、糸道溝の右あるいは左の側面に偏ってオイルが流下する偏流現象に対しても、糸道溝の摺動面に糸条走行方向に向かって傾斜した微細溝を通して、Ｖ溝状の糸道溝の溝底へオイルを誘導回収することができるので、糸道溝の溝底は常にオイルで潤った状態となり、摺動面から糸条Ｙへ安定してオイル付与することができ、糸条Ｙへのダメージが少なくなる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明のオイリングノズルを示している。図１（ａ）はオイリングノズルの斜視図、図１（ｂ）はオイリングノズルの中央で断面を切った斜視図、図１（ｃ）は糸道溝を真上（Ａ方向）から見たオイリングノズルの正面図である。

本発明のオイリングノズル１は、糸条Ｙを案内するＶ溝状の糸道溝２と、糸道溝２の溝底３に開口したオイル供給孔７を備え、オイル供給孔７よりオイルを吐出して糸道溝２の摺動面４を潤し、糸道溝２の摺動面４に走行する糸条Ｙを摺接させて糸条Ｙにオイルを付与するオイリングノズルで、糸道溝２の摺動面４に糸条走行方向に向かって傾斜した微細溝５を形成している。

ここで用いられる糸条としては、ポリアミドやポリエステル、ナイロンなどからなる合成繊維を紡口ノズルの各ノズル溶出孔から溶出させた単糸を集束して１本の糸条としたものである。また、オイルとしては、平滑性のある水エマルジョン型オイルが用いられる。

図２は図１に示す本発明のオイリングノズル微細溝パターンを示している。このように微細溝５を複数形成することにより、オイルを誘導回収する効果を高めることができる。糸道溝２の右あるいは左側面に偏ってオイルが流下する偏流現象を防止するためには、微細溝５は糸道溝２の左右の両側に形成することが好ましい。

また、微細溝５が糸道溝２の溝底３へオイルを誘導回収することで、オイルの飛散が減少するので、オイル供給量を予め少なく設定することができ、ムダを防止する。

更には、付与されなかったオイルの飛散が減少するので、繊維製造装置の雰囲気の汚染を抑え、作業環境の改善をすることができる。

そして、上記微細溝５は糸条走行方向に対し１０°〜６０°傾斜して形成することが好ましい。この傾斜角度（θ）が１０°より小さい場合には、微細溝５と糸条走行方向と平行に近いため、微細溝５自身が糸条Ｙの走行を阻害し、糸条Ｙとの摺動抵抗が大きくなる。傾斜角度（θ）が６０°よりも大きい場合には、上述の微細溝５によるオイル誘導回収効果が少なくなり、有効な糸道溝２の底面３へのオイル潤滑が難しくなる。なお、図中には複数の微細溝５が平行な微細溝パターンを示しているが、傾斜角度（θ）が１０°〜６０°の範囲にあれば各微細溝５の傾斜角度（θ）は平行でなくても良い。

図３は本発明に係る別形態のオイリングノズルの微細溝パターンを示している。このオイリングノズル１１の微細溝１５は糸道溝１２の溝底１３を中心にしてＶ字に形成してなり、該Ｖ字微細溝１５の先端がＲ状となるように形成している。微細溝１５を糸道溝１２の溝底１３を中心にしてＶ字に形成することで、糸道溝１２の右あるいは左の側面に偏ってオイルが流下する偏流現象に対しても、糸道溝１２の摺動面１４に糸条走行方向に向かって傾斜した微細溝１５を通して、Ｖ溝状の糸道溝１２の溝底１３へオイルを誘導回収することができるので、糸道溝１２の溝底１３は常にオイルで潤った状態となり、摺動面１４から糸条Ｙへ安定してオイル付与することができ、糸条Ｙへのダメージが少なくなる。

更に、該Ｖ字微細溝１５の先端をＲ状として溝底１３に形成することにより、溝底１３付近の微細溝１５がオイル溜まりの役割を果たし、糸条Ｙとの接糸長が短くなるので、走行による摩擦抵抗が小さくなり、糸条Ｙへのダメージを少なくすることができる。

図４はオイリングノズル１の糸道溝２の摺動面４と糸道溝２に形成した微細溝５の拡大断面の模式図である。図４に示すように、微細溝５の凹溝幅（Ｗ）が０．０５〜０．３ｍｍ、凹溝深さ（Ｄ）が０．０１〜０．２ｍｍの範囲となるように形成したオイリングノズルとすることが好ましい。微細溝５がオイルを凹溝内に保持するオイル溜まりの役割を果たすためには、微細溝５の大きさが適度なサイズであることが求められ、微細溝５の凹溝幅（Ｗ）が０．０５ｍｍより小さいか、あるいは凹溝深さ（Ｄ）が０．０１ｍｍより浅い場合には、微細溝５の凹溝内に沿ってオイルがほとんど流れない。また、微細溝５の凹溝幅（Ｗ）が０．３ｍｍより大きいか、あるいは凹溝深さ（Ｄ）が０．２ｍｍより深い場合には、微細溝５のオイル溜まりとしての役割は十分であるが、糸条Ｙと摺動面４との擦過による糸条の磨耗粉が微細溝５の凹溝内へ蓄積する可能性がある。そして、微細溝５を複数形成する場合には、微細溝間の凸部幅（Ｐ）が０．１〜１．０ｍｍの範囲で複数形成すると、オイルを安定して付与することができるので、より好ましい。

また、糸道溝２の摺動面４の表面粗さは中心線平均粗さ・Ｒａ０．１〜１．０（μｍ）の範囲であり、微細溝５のエッジ６がＲサイズ０．３以上の微小Ｒ状となるように形成したオイリングノズルとすることで、摺接による糸条Ｙへのダメージを少なくすることができる。

なお、エッジ６が微小Ｒ状とするには、オイリングノズルの糸道溝を温度１０００℃以上で加熱処理して形成する。これにより、糸条Ｙとの摺動抵抗が大幅に低減させることができ、糸条Ｙへのダメージを無くすことができる。

なお、糸道溝２の少なくとも摺動面４は、ビッカース硬度（Ｈｖ）８ＧＰａ以上の高硬度なセラミックス材料や超硬材料を用いて形成すれば良い。高硬度な材料を用いることにより、糸条Ｙとの摺接による摺動面の磨耗を少なくし、オイリングノズルの交換寿命を長くすることができる。特に好ましくは、平均結晶粒径が１０μｍ以下の純度９９％以上のアルミナセラミックスを用いると良い。純度９９％以上のアルミナセラミックスはビッカース硬度（Ｈｖ）が１５ＧＰａ以上と高硬度で、しかも比較的安価な材料である。そして、その平均結晶粒径を１０μｍ以下にすることで、微細溝５の形状を安定させることができる。

以上の構成のオイリングノズルによれば、オイル供給孔７より吐出したオイルは微細溝５に溜まり、糸条Ｙへのオイル付与や走行方向への吸引効果により、Ｖ溝状の糸道溝２の溝底３へオイルを誘導回収することができる。そのため、糸道溝２の溝底３は常にオイルで潤った状態となり、摺動面４から糸条Ｙへ安定してオイル付与することができ、糸条Ｙへのダメージが少なくなる。

それに加え、糸条走行方向に向かって傾斜した微細溝上に糸条Ｙが通過する際、微細溝５に溜まったオイルと糸条Ｙとの摺接が摺動抵抗となり、糸条Ｙを微細溝５の傾斜方向である糸道溝２の溝底側へ自然誘導する働きにより、糸条Ｙの走行位置が例え左右に位置ズレしていた場合においても、オイル供給孔７の位置する溝底３中央に安定しやすくなる。

本発明のオイリングノズルの製造方法としては、例えばアルミナにて製作する場合、純度９９％以上のアルミナ原料粉末を用い、オイリングノズルの所定形状に加工した成形体を焼成したのち、糸道溝２の摺動面４を滑らかに仕上げて製作する。

更に、微細溝５は、プレス加工、エッチング、レーザー加工等の微細加工法により形成することができる。レーザー加工方法としては、エキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、ＣＯ_２レーザー等種々の方式があるが、本発明における微細溝５を高硬度な材料に効率良く形成するためにはＹＡＧレーザーを用いることが好ましい。

ＹＡＧレーザーにより微細溝５を形成するためには、レーザー加工条件を制御することが必要になる。特に照射レーザーの周波数により微細溝５のエッジ６に溶着物による微小突起が発生することがあるので、その周波数設定を１０ｋＨｚ以下に設定してレーザー加工することが重要である。

次に本発明のオイリングノズルを用いた繊維製造装置について図５を用いて説明する。繊維製造装置４０は、糸状を溶出する紡口ノズル４１を有し、溶出された糸状Ｙを図１に示したオイリングノズル４２を用いて糸条Ｙにオイルを供給し、そのオイル付きの糸条Ｙをフィードローラ４３、４４により延伸し、巻き取り部４５にて糸条Ｙを巻き取ることにより繊維が製造されるものである。

以下に本発明の実施例を説明する。

図１に示すオイリングノズルを製作した。糸道溝２の摺動面４は平均結晶粒径４μｍ純度９９．５％のアルミナセラミックスで作成し、ＹＡＧレーザー加工を用いて、図１（ｃ）、図４で説明した微細溝５の糸条走行方向に対する傾斜角度（θ）、微細溝５の凹溝幅（Ｗ）、凹溝深さ（Ｄ）、微細溝間の凸部幅（Ｐ）、摺動面４の表面粗さに違いのある各種サンプルを製作した。

一方、比較例として、同じ材料で微細溝５の無い従来のオイリングノズル２１、および微細溝５の糸条走行方向に対する傾斜角度（θ）が９０°以上である微細溝が糸条走行方向に向いていないサンプルを製作した。

これらのオイリングノズルを用い、２３５デニール４８フィラメントのポリエステル糸条を製糸した。

すなわち、図４に示す紡口ノズル４１より溶出したポリエステル糸条を冷却固化した後、オイリングノズル４２によりオイルを付与して糸条Ｙを集束し、フィードローラ４３、４４にて順次延伸し、３５００ｍ／分で巻き取り部４５に巻き取りを開始した。実験は１時間の連続運転を行い、オイリングノズルにおけるオイルの偏流現象の発生頻度、糸切れ回数について調査した。また、得られた糸条Ｙへのオイル付与率（ＯＰＵ：オイルピックアップ値）についても評価し、それらの結果を表１に示した。

なお、ＯＰＵとはオイルの付着量を示し、オイルが付いた糸条の重量と、その脱油した後の重量の比率からオイルの付着率を調べた値である。

表１に示すように本発明のオイリングノズルは、オイルの偏流現象の発生頻度および糸切れ回数が少なく、糸条へのオイル付与率も従来のオイリングノズルに比べて高くなることが分かった。逆に、比較例１、１０、１１のオイリングノズルは、オイルの偏流現象の発生頻度が５０％以上であり、糸条へのオイル付与率（ＯＰＵ）も１％以下でオイルの付与が不十分であった。

本発明のオイリングノズルを示し、（ａ）はオイリングノズルの斜視図、（ｂ）はオイリングノズルの中央で断面を切った斜視図、（ｃ）は糸道溝を真上（Ａ方向）から見たオイリングノズルの正面図である。 本発明のオイリングノズル微細溝パターンを示す図である。 本発明のオイリングノズル微細溝パターンの別形態を示す図である。 本発明のオイリングノズル微細溝の模式図を拡大断面で示す図である。 オイリングノズルを用いた繊維製造装置の概要を示す図である。 従来のオイリングノズルを示す図である。 従来のオイル溜まりを備えたオイリングノズルを示す図である。

符号の説明

１：オイリングノズル
２：糸道溝
３：溝底
４：摺動面
５：微細溝
６：エッジ
７：オイル供給孔
Ｙ：糸条

Claims (5)

1. 走行する糸条と摺接しつつ前記糸条にオイルを付与するオイルリングノズルであって、
   前記糸条と摺接して前記糸条を案内するＶ溝状の糸道溝と、該糸道溝の溝底に開口したオイル供給孔と、を備え、
   前記オイル供給孔は、前記開口に近づくにしたがって、前記糸道溝の長さ方向に沿った一方側に近づくよう傾斜し、
   前記糸道溝のＶ溝側面には、前記溝底に近づくにしたがって、前記糸道溝の長さ方向に沿った他方側に近づくよう傾斜した微細溝が複数形成されており、
   前記微細溝は、前記開口よりも前記一方側、および、前記開口よりも前記下流側に、それぞれ設けられていることを特徴とするオイルリングノズル。
2. 前記微細溝が糸条走行方向に対し１０°〜６０°傾斜したことを特徴とする請求項１記載のオイリングノズル。
3. 前記微細溝の凹溝幅が０．０５〜０．３ｍｍ、凹溝深さが０．０１〜０．２ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載のオイリングノズル。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のオイリングノズルに備えた微細溝をレーザー加工により形成したことを特徴とするオイリングノズルの製造方法。
5. 糸条を溶出する紡口ノズルを有し、溶出された糸条を前記請求項１〜４のいずれかに記載のオイリングノズルを用いて糸条にオイルを付与し、該オイル付きの糸条をフィードローラにより延伸し、巻き取り部で巻き取ることにより繊維が製造される繊維製造装置。
   

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