ゴデットロールの表面研磨方法
【課題】製糸に長時間に亘って供しても、接糸部のコーティング皮膜の表面状態を十分に保ち得る耐久性を備え、しかも、製糸ローラ上を走行する糸条に毛羽が発生することを抑制することができる製糸ローラの表面処理方法を提供する。
【解決手段】製糸ローラの接糸面にセラミックコーティング処理を実施した後、前記接糸面に対してバーチカル機械研磨加工を施し、その後、ラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工を施して、前記接糸面の表面粗さに関して最大高さ（Ｒｙ）で表して、０．５〜１０．０μｍとなるように仕上げることを特徴とする製糸ローラの表面処理方法。
【解決手段】製糸ローラの接糸面にセラミックコーティング処理を実施した後、前記接糸面に対してバーチカル機械研磨加工を施し、その後、ラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工を施して、前記接糸面の表面粗さに関して最大高さ（Ｒｙ）で表して、０．５〜１０．０μｍとなるように仕上げることを特徴とする製糸ローラの表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸する製造装置のゴデットロール表面処理技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸する製造装置のゴデットロールの表面処理としては、硬質クロムメッキや各種セラミックの溶射皮膜が使用されてきた。しかしながら硬質クロムメッキを施したゴデットロールは、その表面硬度が不足しているために、産業用ポリエステル繊維を製造する際には耐摩耗性が低く耐久性の点で問題があった。
【０００３】
一方、各種セラミック皮膜の溶射法の場合、均一な厚さで精度良く平滑に製膜することは非常に困難であるため、溶射製膜の後、研削加工を施工する。しかしながら研削加工を施すとセラミック溶射膜の表面は、微細で鋭利な突起が無数に分布するものとなってしまう。通常、この研削加工の後に所定の表面粗さとなるように研磨加工を行うが、この微細で鋭利な突起を完全には除去できず、走行する糸にダメージを与えて、単糸切れを起こし毛羽の原因となるため問題であった。
【０００４】
そこで、研削加工を要しない高硬度を有し、かつ母材と剥離し難い皮膜の形成方法が必要となったのであるが、このような技術として、特開昭５９−９１７１号公報，特開昭６１−５２３７４号公報，特開昭６３−１２６６８２号公報，特開昭６３−３１７６８０号公報などにおいて、ステンレス鋼製基材に、ＣｒＯ３を化学変化させて微細なＣｒ２Ｏ３からなる硬質皮膜を形成する技術が提案されている。
【０００５】
なるほど、このような従来技術によってローラ上に形成された皮膜は研削加工することなく、皮膜形成後にラッピング研磨加工するだけで表面粗さを所望の値に調整することができ、さらに、高硬度を有する皮膜を形成することもができる。しかしながら、それでも長期間に亘って製糸に供すると、磨耗などの影響が現れて、製糸ローラ上に形成した複合セラミックス皮膜を更新する必要が生じる。また、これと共に走行糸条に許容できない頻度の毛羽が発生することが判明した。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−９１７１号公報
【特許文献２】特開昭６１−５２３７４号公報
【特許文献３】特開昭６３−１２６６８２号公報
【特許文献４】特開昭６３−３１７６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上に述べた従来技術が有する問題にかんがみ、本発明が解決しようとする課題は、産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸装置などにおいて使用される製糸ローラにおいて、製糸に長時間に亘って供しても、接糸部のコーティング皮膜の表面状態を十分に保ち得る耐久性を備え、しかも、製糸ローラ上を走行する糸条に毛羽が発生することを抑制することができる製糸ローラの表面処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに、前記課題を解決するための下記（１）〜（７）に記載の発明が提供される。
（１） 製糸ローラの接糸面にセラミックコーティング処理を実施した後、前記接糸面に対してバーチカル機械研磨加工を施し、その後、ラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工を施して、前記接糸面の表面粗さに関して最大高さ（Ｒｙ）で表して、０．５〜１０．０μｍとなるように仕上げることを特徴とする製糸ローラの表面処理方法。
（２） 無水クロム酸水溶液に少なくともＳｉＯ２からなる微粒子を加えて調整したスラリーを前記接糸面に塗布した後、これを５００〜６００℃に加熱して複合セラミックスからなる多孔質皮膜を形成する第１処理に引き続いて、無水クロム酸水溶液を含浸又はスプレーした後に５００〜６００℃に加熱する第２処理を繰返し行うことによって酸化クロムを析出させ。前記接糸面にセラミックコーティング皮膜を形成させる（１）に記載の製糸ローラの表面処理方法。
（３） 第３処理として、前記第２処理の途中と最後において前記接糸面に対してラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工を施す（１）又は（２）に記載の製糸ローラの表面処理方法。
（４） 前記製糸ローラが産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸する製造装置の延伸ゴデットローラである（１）〜（３）の何れかに記載の製糸ローラの表面処理方法。
（５） 前記セラミックコーティング皮膜の膜厚が３０〜８０μｍである（１）〜（４）の何れかに記載の製糸ローラの表面処理方法。
（６） 前記接糸面がビッカース硬度（ＨＶ）が１１００〜１６００である（１）〜（５）の何れかに記載の製糸ローラの表面処理方法。
（７） 前記接糸面における表面粗さ(JIS B 0601-1994)に関し、その算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５〜１．５μｍであって、かつＴｐ(Ｃ)(Ｃ：切断レベル％)が７０％＜Ｔｐ(５０％)＜９５％である（１）〜（６）の何れかに記載の製糸ローラの表面処理方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、製糸ローラの表面に生成したセラミックコーティング皮膜は、十分に緻密であってコーティング皮膜にはほとんど気孔が存在しないため、化学薬品などを使用してローラ表面を洗浄しても、洗浄液が気孔の内部にまで到達して、形成したセラミックコーティング皮膜を剥離させるような事態が生じにくい。また、形成された皮膜は緻密であって、硬度も高いため、耐摩耗性に優れており、長期間にわたる製糸に十分に供することができる。
【００１０】
また、製糸ローラの接糸面に形成したコーティング皮膜は、真円度が高く製作されたローラシェルの母材上に形成され、しかも、コーティング皮膜が形成された後に、「バーチカル機械研磨加工」を行う。そうすると、この「バーチカル機械研磨加工」は、基本的には回転する砥石によって研磨処理を行う方法であるため、ローラシェル上に形成された膜厚を均一化するという作用効果を奏する。また、「バーチカル機械研磨加工」を行うと、強い研磨作用によって、ローラシェル上に形成されたセラミック皮膜を均一に研磨することができるため、コーティング皮膜に微小な「うねり（起伏）」が生じていても、これを研削して除去することができる。
【００１１】
そうすると、微小な「うねり（起伏）」が原因で生じると考えられる接糸面での糸条のスティック・スリップが抑制され、走行糸条が接糸面にしっかりとグリップされる。なお、本発明では、「バーチカル機械研磨加工」を施工した後、「ラッピング研磨加工」及び／又は「バフ研磨加工」によって、コーティング皮膜上に生じた鋭利な先端を有する微小突起の先端を丸くする。したがって、鋭利な先端を有する微小突起もなくなるため、このようなコーティング皮膜上を糸条が走行しても、ダメージを受けることない。したがって、毛羽（単糸切れ）の発生も大幅に提言できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る表面処理を施した製糸ローラを模式的に例示した正断面図であって、この製糸ローラにおいて、図中に参照記号１で示した部分は円筒形状を有するローラシェル部、２は該ローラシェル部表面の接糸面に形成された複合セラミックス皮膜（以下、「コーティング皮膜」ともいう）をそれぞれ示す。なお、当然のことながら、前記ローラシェル１の真円度の精度については、通常の延伸ローラに使用されるごとく、振動の発生などが起こらないようにきわめて精度よく仕上げられていることはいうまでもない。
【００１３】
図２は本発明を用いる産業用ポリエステル繊維の直接紡糸延伸装置の概略を模式的に示した図であって、図１に例示した製糸ローラを用い、産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸するための工程を模式的に例示した概略工程図である。
【００１４】
この図２に例示した工程において、例えば、固有粘度が０．９７のポリエステル繊維を公知の溶融紡糸法によって溶融紡糸口金パック３から紡出してガラス転移温度以下に冷却して一旦固化する。そして、公知の油剤付与装置（図示せず）によって、糸条の全体重量中に占める付着油剤の重量が、０．３５重量％となるように油剤の付与条件を調整して紡糸油剤を付与しつつ、引取ローラ４によって、糸条速度１０００ｍ／分で糸条として口金パック３から紡出された糸条を連続して引取る。
【００１５】
引き続いて、引取った糸条を一旦巻き取ることなく、予熱ローラ５で糸条を予熱し、この余熱ローラ５と第１延伸ローラ６との間で３．０〜４．０倍に第１段目の加熱延伸を行い、更に第２延伸ローラ７との間で全延伸倍率が５．０〜７．０倍になるように２段目の加熱延伸を行い、最終ローラである弛緩ローラ８との間で９〜１１％の弛緩熱処理を行った後、１６７０dtex／２５０filamentsのポリエステル・マルチフィラメント糸条を巻取機９によって４０００ｍ／分の巻取速度で巻き取る。
【００１６】
以上に述べた図２の製糸工程において、本発明の製糸ローラは、引取ローラ４、予熱ローラ５、第１延伸ローラ６、第２延伸ローラ７、あるいは弛緩ローラ８の何れにも使用できるが、特に、第２延伸ローラ７で糸条は加熱されたローラ群によって熱延伸されるため、これらローラには糸条から受ける大きな張力が作用する。したがって、第１延伸ローラ６及び第２延伸ローラ７（中でも特に、第２延伸ローラ７）に対して耐摩耗性が強く求められる。
【００１７】
このため、本発明においては、製糸ローラの表面に後述するようなコーティング処理により、耐摩耗性に優れたコーティング皮膜２をローラシェル１の上に形成する。ただし、前述したように、このようにして形成したコーティング皮膜２は、製糸に長時間に亘って供しても耐摩耗性に優れていることが要求されることは勿論であるが、その上を走行する糸条がダメージを受けて毛羽（単糸切れ）の発生などが生じないことも要求される。そのため、本発明においては、ローラシェル１の表面に形成するコーティング皮膜２の表面を特定の方法で研磨することを一大特徴とする。そこで、この点について詳細に説明する。
【００１８】
本発明者は、コーティング皮膜２の表面状態を先ず均一に加工するための方法を検討した。その結果、バーチカル研磨機によって機械研磨加工することによってコーティング皮膜２の膜厚と表面状態を均一にすることが肝要であることを見出した。そして、その後に、ラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工を施せば、コーティング皮膜２１の膜厚と表面状態が走行する糸条にダメージを与えることがなく、しかも、コーティング皮膜２の耐摩耗性も維持できることを見出した。
【００１９】
機械的研磨方法としては、様々な方法があるが、本発明においては、ダイヤモンド砥粒などの遊離砥粒を含む研磨液をラップ定盤と、ゆっくりと回転する製糸ローラとの間に分散させ、製糸ローラの表面を滑らかに、かつ高精度に研磨仕上げする「ラッピング研磨加工」及び／又は周知の「バフ研磨加工」と、基本的に回転する砥石に被加工材を接触させて研磨する「バーチカル機械研磨加工」を併用する。
【００２０】
ただし、バーチカル機械研磨では、ダイヤモンド砥粒などからなる砥石が回転する方向に沿って、研磨面が形成される。そこで、このバーチカル研磨機による研磨においては、所定の一方向に研磨を施した後に、所定角度異なる方向に研磨を施すことが好ましい。このバーチカル機械研磨のような強い研磨加工を施すことで、表面処理時に生じた微小な「うねり」を強制的に研磨して除去することで、ローラシェル１のコーティング皮膜２の外形部の真円度を上げることができ、しかも、コーティング皮膜２の厚みも均一化することができる。
【００２１】
具体的には、研磨に供する製糸ローラを回転台に固定してゆっくり回転させ、バーチカル研磨機の砥石に接触させて、ローラシェル１の真円度を確保しながら、コーティング皮膜２の厚さを均一にするための機械研磨を施す。ただし、バーチカル機械研磨では、ダイヤモンド砥粒などからなる砥石が回転する方向に沿って、研磨面が形成されるので、この所定の一方向に研磨を施し、更に、これに対して所定の角度だけ異ならせた方向に複数回の研磨を施すことが好ましい。
【００２２】
このようにして、ローラシェル１にコーティング皮膜を施した後に、バーチカル機械研磨を施すと、表面処理時に生じた「うねり」のような小さな起伏が除去され、コーティング皮膜２の膜厚も均一化される。したがって、ローラシェル１の上を走行する糸条は、表面処理時に生じたわずかな「うねり（起伏）」によってスティック・スリップすることなく、確実にグリップされることとなって、糸条が受けるダメージが抑制されるものと考えられる。
【００２３】
しかしながら、「うねり（起伏）」を除去しても、その接糸面に鋭利な微小突起が生じていれば、この鋭利な微小突起によって、製糸ローラの接糸面を走行する糸条はダメージを受けて、毛羽などが発生する原因となる。そこで、最終的に、浮遊砥粒によるラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工を行う。そして、鋭利な微小突起の鋭利な部分を研磨してカットし、糸条にダメージを与えない丸い先端を有する突起へと変換する。なお、ラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工のみでは、鋭利な微小突起の先端を丸く研磨する効果はあっても、製糸ローラの全体を見渡した時に生じている微小な「うねり（起伏）」を除去することができないことは言うまでもない。
【００２４】
なお、ラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工による表面仕上げでは、特にダイヤモンドペースト入り不織布を用いる研磨方法が好ましい。ここで、ダイヤモンドペーストの研磨方法としては、製糸ローラを回転台に固定し、その製糸ローラ表面に粒度を選定したダイヤモンドペーストを塗布し、その上にベルトを掛けて製糸ローラとベルトを若干スリップさせながら、製糸ローラをゆっくり回転させて、ダイヤモンドペーストを研磨材として、鋭利な微小突起の先端を研磨し、丸いドーム状態に変化させる。このとき、ベルトは、ローラの表面に平行に、かつ均一に接触させて張力（接触圧）が均一になるように調整しながら研磨する。
【００２５】
このような糸条のダメージを抑制するための製糸ローラの表面状態の調整については、前記特開２００５−６８６１８号公報あるいは特開２００２−２１２８５２号公報などにも言及がある通り、その表面粗さを所定の状態に維持することによって、走行糸条の損傷を抑制できることが知られている。したがって、本発明に係わる製糸ローラの接糸面に対しても、当然のことながら、このような表面処理を行って表面粗さを調整する。
【００２６】
一般に、熱可塑性合成繊維の延伸では、周速差が付与された延伸ローラ間で糸条を引き延ばすことにより行われるが、延伸ローラの糸条の入側では糸条とローラ表面との間でスリップが発生しており、大きな張力がローラ表面に加わっている。そこで、延伸ローラの接糸面の表面粗さ（本発明においては、「最大高さ：Ｒｙ」を使用する）を０．５〜１０．０μｍの範囲に調整して、接糸面と走行糸条との間の摩擦係数を好ましい範囲に調整しておくことが必要である。
【００２７】
本発明において製糸ローラの接糸面における最大高さ（Ｒｙ）を０．５μｍ未満に仕上げた場合には、ローラ接糸面はほとんど表面凹凸がない平滑状態となっている。このため、製糸ローラ表面に巻き付けられて走行する糸条とローラ接糸面との間で接触面積が増加し、摩擦抵抗が高くなり過ぎて、糸条がスリップすると糸条と接糸面との間の摩擦抵抗が余りにも高いために、走行糸条が擦過されてダメージを受け毛羽や糸切れが発生しやすくなる。また、逆に最大高さ（Ｒｙ）が１０．０μｍを超えると、表面凹凸の差が大きくなるため、走行糸条とローラ接糸面との間の接触面積が大きくなって、逆に糸条がスリップを起こし易くなり、擦過損傷が増加して毛羽や糸切れが発生しやすくなる。更に、本発明の製糸ローラの接糸面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５〜１．５μｍに表面仕上げされていることが好ましく、より好ましくは、０．８〜１．３μｍの範囲に入るように仕上げられていることが好ましい。
【００２８】
なお、表面粗さに関連し、本発明において使用する「負荷長さ率(ｔｐ)」とは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定されるように、基準長さの粗さ曲線を山頂線に平行な切断レベルで切断したときに得られる切断長さの和（負荷長さ）の基準長さに対する比を百分率で表したものである。なお、負荷長さ率(ｔｐ)の測定は、上記ＪＩＳに準拠して行い、基準長さは０.２５ｍｍ、評価長さは１.２５ｍｍで行った。なお、前記切断レベル（％）は、カットオフ処理していく時の深さを表わし、切断レベル０％は、カットオフ前の状態であって、山形状の山頂を示し、また切断レベル１００％は最も深い谷底深さを示している。
【００２９】
本発明の製糸ローラに形成する溶射被膜の表面状態を表わすために用いる「負荷長さ率（％）」は、前述のように各切断レベルにカットしたとき、面内の基準長さ内に現れる切断長さの和（累積負荷長さ）の基準長さに対する比の百分率で求められた値である。したがって、この値は、製糸ローラの接糸面形状を表す指数として採用することができる。つまり、この「負荷長さ率（％）」の値が小さいほど製糸ローラの接糸面がギザギザの山形状に尖っていることを意味し、また、この値が大きいほど製糸ローラの接糸面が丸みを帯びた形状を示していることを意味する。
【００３０】
本発明に係わる製糸ローラの少なくとも接糸面に形成する溶射被膜については、負荷長さ率（％）：Ｔｐ(Ｃ)(Ｃ：切断レベル％)の値としては、６５％＜Ｔｐ(５０％)＜９５％であることが必要である。つまり、この範囲の値を採用すれば、鋭利なギザギザの山形状ではなく、山頂が丸みを帯びた形状となっているので、走行糸条が製糸ローラの接糸面と摩擦接触しても損傷を受けない、つまり、毛羽（単糸切れ）などを惹起させる可能性が低くなることを意味している。
【００３１】
次に、本発明に使用する製糸ローラのローラシェル１の母材としては、鋼材が用いられ、その中でもクロームモリブデン鋼が好ましく用いられる。また、コーティング皮膜２の厚さは３０〜８０μｍとすることが、耐摩耗性を確保した上で、その耐衝撃性の面においても優れることから望ましい。その際、耐摩耗性という点を考慮すると、接糸面に施工するコーティング皮膜の硬度として、ビッカース硬度（ＨＶ）で、好ましくは、１０００〜１８００Ｈｖ、特に好ましくは、１１００〜１６００Ｈｖとする。
【００３２】
何故ならば、ビッカース硬度が１０００Ｈｖ未満であれば、硬度が不足して磨耗が促進されるからである。なお、ビッカース硬度が１８００Ｈｖを超えるようなセラミックコーティングでも良いが、このようなケースでは、コーティング皮膜が硬くなり過ぎて脆くなり、耐衝撃性において劣る。このため、糸賭け具などがコーティング皮膜２に当たっただけで、その衝撃によってコーティング皮膜２が容易に剥離したりするため好ましくない。
【００３３】
ここで、本発明の製糸ローラにおいては、先ず、鋼製母材からなるローラシェル１の外周処理面（接糸面）に対して、脱脂などの清浄化処理ならびに必要に応じてブラスト（アルミナのような硬質セラミックス粒子の吹き付け）などの粗面化処理を施す。そして、第１処理として、少なくとも、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）あるいは酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）等からなる微粉末セラミックスを無水クロム酸水溶液（無水クロム酸の結晶を水に溶解したもの）の中に均一分散させてセラミックス・スラリーを得る。ついで、得られたセラミックス・スラリーを前記鋼製母材に塗布し水分を揮発させた後、４００〜６００°Ｃの温度で０．５〜２．０時間に亘って焼成して、無機非金属質からなるコーティング皮膜を形成させる。
【００３４】
なお、このようなコーティング皮膜（複合セラミックス皮膜）は、無水クロム酸水溶液中に混合するセラミックス粉末の種類あるいは割合などによって異なるが、本発明においては、例えば、Ｃｒ２Ｏ３−ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２，Ｃｒ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２などの複合セラミックス皮膜を例示することができる。
【００３５】
中でも、ＳｉＯ２の単独粉末あるいはＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の混合粉末を混合して使用することが好ましく、この場合、ＳｉＯ２：５０〜１００重量％、Ａｌ２Ｏ３：５０〜０重量％とすることが好ましい。また、このようなセラミックス粉末の平均粒径は、５μｍ以下とすることが好ましい。しかしながら、平均粒子径を余りにも小さくすることはコストの増加を招くうえに、得られる効果がそれに相当する程度に得られないため、特に好ましくは、０．５〜２．０μｍである。
【００３６】
なお、本発明で言う「平均粒径」は、島津製作所製ＣＰ−５０型Centrifugal Particle Size Analyzerを用いて測定する。そして、この測定器によって得られる遠心沈降曲線をもとに算出した各粒径の粒子とその存在量とのcumulative曲線から、５０mass percentに相当する粒径を読み取った値である（「粒度測定技術」日刊工業新聞社発行、１９７５年、頁２４２〜２４７参照）。
【００３７】
しかしながら、この処理工程によって形成される焼成後の前記複合セラミックス皮膜は、微細な気孔やクラックが生成して多孔質となっているので、この気孔やクラックから気体や液体が容易に鋼製母材にまで進入することができる。このために、例えば糸条に付着した油剤などが前記気孔やクラックから進入して母材に到達できる上に、更に、糸条の延伸張力が加わったり、あるいは加熱によって熱膨張したりするなどの諸要因が加わったりして皮膜が剥離し易い状況にある。
【００３８】
そこで、本発明の製糸ローラの表面処理方法では、第２処理として、特開昭６３−１２６６８２号公報などに開示されているように、母材表面に形成した前記セラミックス皮膜に形成された微細気孔やクラック中もしくはさらにその表面に、クロム酸溶液または可溶性クロム化合物溶液を含浸あるいはスプレーする。なお、前記クロム酸溶液または可溶性クロム化合物溶液としては、例えば無水クロム酸、重クロム酸アンモニウム、硫酸クロム、塩化クロム、硝酸クロム、酢酸クロム、クロム酸マグネシウム、クロム酸ナトリウム等の溶液を例示することができる。
【００３９】
そして、前記可溶性クロム化合物溶液が酸化クロム微粒子となり得る温度、例えば３００〜４５０℃に加熱し、微粒子状の酸化クロムを生じさせ、前記セラミックス皮膜中の微細な気孔やクラック中に微粒子状の酸化クロムを析出させる。そうすると、微細な気孔やクラック中に析出して充填された酸化クロムによって微細な気孔やクラックを塞ぐことができる。
【００４０】
すなわち、このような第２処理を行うと、溶液中に含まれる水などの溶剤は揮散すると共に、加熱残渣としてクロム酸化物の微粒子を含む非晶質層が１〜３μｍ程度生成し、皮膜中の気孔やクラックのような空隙内に析出して空隙を塞ぐのである。このとき、同時に第１処理によって形成された複合セラミックス皮膜同士及び該皮膜とローラ母材の間の結合力も強める作用効果を奏する。
【００４１】
なお、前記のクロム酸溶液または可溶性クロム化合物溶液中には、必要に応じて、燐酸塩化合物、硼酸塩化合物、珪酸塩化合物などからなる結合助剤を含めることができる。これらの結合助剤、例えば，硼酸塩化合物、珪酸塩化合物、燐酸塩化合物などは焼成後に非晶質物質となるが、この非晶質物質は、前述の空隙中に析出するＣｒ２Ｏ３微細粒子間の結合を強める役割を果たすことは言うまでもない。この場合、これら結合助剤は焼成後にいずれも少なくとも一部が非晶質のガラス状を呈し、前記皮膜中の気孔やクラックなどの空隙中にも析出して侵入し、これらの空隙中に充填された状態となってこれらを封止する。
【００４２】
ここで、前記第２処理の好ましい例を説明するならば、前記第１処理で形成されたコーティング皮膜（例えば、ＳｉＯ２−Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２−Ｃｒ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３などからなる組成を有する複合セラミックス皮膜）中に生じた気孔やクラックを有する製糸ローラを無水クロム酸水溶液（ＣｒＯ３）中に３０分間浸漬した後、５５０℃で焼成する処理を例示することができる。なお、この工程において、前記無水クロム酸水溶液（ＣｒＯ３）は、４００℃以上の焼成で、Ｃｒ２Ｏ３となることは言うまでもない。このとき、無水クロム酸水溶液（Ｃｒ２Ｏ８）から析出した酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）微粒子が前記気孔やクラックを充填して前記気孔やクラックからなる空隙に充填され空隙を消滅させる。
【００４３】
通常、以上に述べた第２処理は、１０〜２０回繰返して行う。何故ならば、このような第２処理を繰返しても析出した酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）の空隙への充填と表面部への緻密な皮膜の形成は徐々にしか行われないからである。すなわち、第２処理による皮膜の成長はわずかであるために、必要とされる厚さを有する緻密な皮膜層を形成するために多くの繰返し操作が必要となるのである。
【００４４】
以上に述べたことからも明らかなように、第２処理によって形成させる緻密皮膜層は、第１処理でベース層として形成された複合セラミックスからなるコーティング皮膜の仕上げ状態に大きく左右される。そこで、本発明では、この複数回（好ましくは、１０〜２０回）行われる第２処理工程の少なくとも中間工程において、第３処理として、製糸ローラの接糸面を最大高さ（Ｒｙ）で表して、１．０〜１０．０μｍとなるように、ラッピング加工及び／又はバフ加工による研磨加工処理を施すことが好ましい。何故ならば、このようにすると、前記第２処理で形成される非常に硬い緻密な上部皮膜層の仕上げ状態を所望の状態にすることができるからである。
【００４５】
つまり、本発明では、第２処理工程の途中でラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工を施すことによって、複合セラミックス皮膜の途中に表面研磨加工が施された境界面を形成させる。したがって、このようにして、研磨仕上げ加工が施された綺麗な境界面の上に緻密化皮膜層を再形成させる。そうすると、第２処理が完了した後に最終的に形成された緻密化皮膜層の表面を研磨仕上げすることで、削り取り量をそれほど多くしなくても走行糸条に損傷を与えることがない、表面状態に仕上げることができる。
【００４６】
そして、これによって、製糸ローラの鋼製母材上に研削加工を施すことなく、加熱されたマルチフィラメント糸条がその上を高張力下で走行しても毛羽の発生がなく、しかも、耐摩耗性に優れ、かつ緻密で高い硬度を有する均一な複合セラミックス皮膜を製糸ローラ上に形成することができる。しかも、前記第１処理時に形成される複合セラミック皮膜層の表面状態は最適な状態に仕上げられている。
【００４７】
このために、第２処理で形成する緻密な硬質皮膜は、第１処理で形成される前記複合セラミックス皮膜の表面状態に左右されることなく、第２処理終了後に研磨加工を施すだけで、毛羽が発生することがない表面状態に容易に調整できる。なお、この製糸ローラ上を糸条が走行する接糸面の表面粗さに関しては、最大高さ（Ｒｙ）で表して、０．５〜５．０μｍとなるように、調整仕上げすることが好ましい。なお、最終的に、製糸ローラの接糸面の最大粗さとしてどのような値を採用するかについては、製糸ローラ上を走行する糸条の種類、性状、製糸条件などの要因によって異なるため、最終的には実験によって毛羽の発生をできるだけ抑制できるように、その都度最適な摩擦係数となるように決定されるべき設計事項である。
【実施例】
【００４８】
以下に実施例、比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、実施例に記載した特性は、次の方法にしたがって測定した。
（１）ビッカース硬度（ＨＶ）：テストピースを作成し、JIS Z2244に準拠して荷重３００ｇを測定対象に負荷して測定した。
（２）表面粗さ（Ｒｙ）：施工したローラ表面をJIS B0601に準拠して触針走査式試験方法にて測定した。
（３）初期毛羽カウント値：ローラ使用開始直後に、走行している糸条を、非接触型光学方式の毛羽測定装置（Enka tecnica社製、型式：Fraytec V）を使用して、糸条の長さ１．０×１０６ｍ当りに発生した毛羽数をカウントした。
（４）コーティング皮膜の膜厚分布：１２ケ月に亘って製糸に供した後のローラに対して、糸条を接触走行させなかったローラシェル部分（すなわち、糸条か走行することによって磨耗が起こらなかった部分）を輪切りして切断し、切断部を拡大した写真から円周上の任意の１２点をピックアップして、コーティング皮膜の厚み分布を算出し、その最大厚みと最小厚みから求めた。
【００４９】
［実施例１］
図２の製糸工程例において、第２延伸ローラ７に対して、本発明に係る処理を施した製糸ローラを使用した。このとき，本発明の製糸ローラは、図１に示す断面図のように、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４４０Ｃ）からなるローラシェル１の外周面に対して、脱脂処理などの清浄化処理を施した後、酸化アルミニウム粉末をブラストして表面を粗面化した接糸面に、平均粒径が１０μｍの酸化珪素粉末を５０重量％の無水クロム酸水溶液中に重量比で５０：５０で混合して調整したセラミックス・スラリーを塗布した。その後、水分を揮発させて５５０℃で焼成し、多孔質の複合セラミックス皮膜を形成させた（以上が第１処理である）。
【００５０】
次いで、第２処理として前記第１処理によって形成した多孔質皮膜に対して、５０重量％の無水クロム酸水溶液を含浸し、５５０℃で焼成して化学的緻密皮膜を形成させる第２処理を実施した。この第２処理に係わる化学的緻密化処理の途中（８回繰返し時）と終了後（１５回繰返し時）とで、それぞれラッピング研磨加工を施した。ただし、最終のラッピング研磨加工を施す際には、バーチカル機械研磨加工を施工した後にラッピング研磨加工を施し、複合セラミックス皮膜の接糸面の最大高さ（Ｒｙ）が１．０μｍとなるように研磨仕上げした。また、その時の表面硬さ（Ｈｖ）も測定した。その結果を表１に示す。
なお、この実施例において第１処理と第２処理とで形成する複合セラミックス皮膜は、トーカロ社が提供するＣＤＣ−ＺＡＣコーティング（商品名）によって形成した。
【００５１】
［比較例１］
実施例１において、ローラシェル上に最終的に形成したコーティング皮膜に対して、バーチカル機械研磨加工を施工しなかった以外の条件は、すべて同じ条件で仕上げたローラを使用した。このとき得られた結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
表１から明らかなように、本発明の表面方法（実施例１）によって作製された製糸ローラは，１２ヶ月間（この期間で試験を打ち切った）に亘って連続的に製糸に供したにもかかわらず、毛羽の発生件数は３個／１０６ｍであった。このことは、実施例１では、バーチカル機械研磨加工を施工しているため、コーティング皮膜の膜厚分布が均一になっている。したがって、ローラシェルの外形の真円度が比較例１より高く、微小な「うねり（起伏）」が少なくなって、これによって、走行する糸条に発生する微妙なスティック・スリップなどが抑制されたためと考えられる。これに対して、比較例１では、バーチカル機械研磨加工が施工されていないために、コーティング皮膜の膜厚分布が大きくなって、これによる走行糸条のスティック・スリップなどの要因が発生したため、使用期間が１２ヶ月経った時点で、毛羽の発生が５個／１０６ｍであり、実施例１より多くの毛羽が発生していた。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明のセラミックコーティングを施した製糸ローラを模式的に示した断面図である。
【図２】本発明を用いる産業用ポリエステル繊維の直接紡糸延伸装置を模式的に示した概略工程図である。
【符号の説明】
【００５５】
１：ローラシェル
２：コーティング皮膜
３：溶融紡糸口金パック装置
４：引取りローラ
５：予熱ローラ
６：第１延伸ローラ
７：第２延伸ローラ
８：弛緩ローラ
９：巻取装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸する製造装置のゴデットロール表面処理技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸する製造装置のゴデットロールの表面処理としては、硬質クロムメッキや各種セラミックの溶射皮膜が使用されてきた。しかしながら硬質クロムメッキを施したゴデットロールは、その表面硬度が不足しているために、産業用ポリエステル繊維を製造する際には耐摩耗性が低く耐久性の点で問題があった。
【０００３】
一方、各種セラミック皮膜の溶射法の場合、均一な厚さで精度良く平滑に製膜することは非常に困難であるため、溶射製膜の後、研削加工を施工する。しかしながら研削加工を施すとセラミック溶射膜の表面は、微細で鋭利な突起が無数に分布するものとなってしまう。通常、この研削加工の後に所定の表面粗さとなるように研磨加工を行うが、この微細で鋭利な突起を完全には除去できず、走行する糸にダメージを与えて、単糸切れを起こし毛羽の原因となるため問題であった。
【０００４】
そこで、研削加工を要しない高硬度を有し、かつ母材と剥離し難い皮膜の形成方法が必要となったのであるが、このような技術として、特開昭５９−９１７１号公報，特開昭６１−５２３７４号公報，特開昭６３−１２６６８２号公報，特開昭６３−３１７６８０号公報などにおいて、ステンレス鋼製基材に、ＣｒＯ３を化学変化させて微細なＣｒ２Ｏ３からなる硬質皮膜を形成する技術が提案されている。
【０００５】
なるほど、このような従来技術によってローラ上に形成された皮膜は研削加工することなく、皮膜形成後にラッピング研磨加工するだけで表面粗さを所望の値に調整することができ、さらに、高硬度を有する皮膜を形成することもができる。しかしながら、それでも長期間に亘って製糸に供すると、磨耗などの影響が現れて、製糸ローラ上に形成した複合セラミックス皮膜を更新する必要が生じる。また、これと共に走行糸条に許容できない頻度の毛羽が発生することが判明した。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−９１７１号公報
【特許文献２】特開昭６１−５２３７４号公報
【特許文献３】特開昭６３−１２６６８２号公報
【特許文献４】特開昭６３−３１７６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上に述べた従来技術が有する問題にかんがみ、本発明が解決しようとする課題は、産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸装置などにおいて使用される製糸ローラにおいて、製糸に長時間に亘って供しても、接糸部のコーティング皮膜の表面状態を十分に保ち得る耐久性を備え、しかも、製糸ローラ上を走行する糸条に毛羽が発生することを抑制することができる製糸ローラの表面処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに、前記課題を解決するための下記（１）〜（７）に記載の発明が提供される。
（１） 製糸ローラの接糸面にセラミックコーティング処理を実施した後、前記接糸面に対してバーチカル機械研磨加工を施し、その後、ラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工を施して、前記接糸面の表面粗さに関して最大高さ（Ｒｙ）で表して、０．５〜１０．０μｍとなるように仕上げることを特徴とする製糸ローラの表面処理方法。
（２） 無水クロム酸水溶液に少なくともＳｉＯ２からなる微粒子を加えて調整したスラリーを前記接糸面に塗布した後、これを５００〜６００℃に加熱して複合セラミックスからなる多孔質皮膜を形成する第１処理に引き続いて、無水クロム酸水溶液を含浸又はスプレーした後に５００〜６００℃に加熱する第２処理を繰返し行うことによって酸化クロムを析出させ。前記接糸面にセラミックコーティング皮膜を形成させる（１）に記載の製糸ローラの表面処理方法。
（３） 第３処理として、前記第２処理の途中と最後において前記接糸面に対してラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工を施す（１）又は（２）に記載の製糸ローラの表面処理方法。
（４） 前記製糸ローラが産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸する製造装置の延伸ゴデットローラである（１）〜（３）の何れかに記載の製糸ローラの表面処理方法。
（５） 前記セラミックコーティング皮膜の膜厚が３０〜８０μｍである（１）〜（４）の何れかに記載の製糸ローラの表面処理方法。
（６） 前記接糸面がビッカース硬度（ＨＶ）が１１００〜１６００である（１）〜（５）の何れかに記載の製糸ローラの表面処理方法。
（７） 前記接糸面における表面粗さ(JIS B 0601-1994)に関し、その算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５〜１．５μｍであって、かつＴｐ(Ｃ)(Ｃ：切断レベル％)が７０％＜Ｔｐ(５０％)＜９５％である（１）〜（６）の何れかに記載の製糸ローラの表面処理方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、製糸ローラの表面に生成したセラミックコーティング皮膜は、十分に緻密であってコーティング皮膜にはほとんど気孔が存在しないため、化学薬品などを使用してローラ表面を洗浄しても、洗浄液が気孔の内部にまで到達して、形成したセラミックコーティング皮膜を剥離させるような事態が生じにくい。また、形成された皮膜は緻密であって、硬度も高いため、耐摩耗性に優れており、長期間にわたる製糸に十分に供することができる。
【００１０】
また、製糸ローラの接糸面に形成したコーティング皮膜は、真円度が高く製作されたローラシェルの母材上に形成され、しかも、コーティング皮膜が形成された後に、「バーチカル機械研磨加工」を行う。そうすると、この「バーチカル機械研磨加工」は、基本的には回転する砥石によって研磨処理を行う方法であるため、ローラシェル上に形成された膜厚を均一化するという作用効果を奏する。また、「バーチカル機械研磨加工」を行うと、強い研磨作用によって、ローラシェル上に形成されたセラミック皮膜を均一に研磨することができるため、コーティング皮膜に微小な「うねり（起伏）」が生じていても、これを研削して除去することができる。
【００１１】
そうすると、微小な「うねり（起伏）」が原因で生じると考えられる接糸面での糸条のスティック・スリップが抑制され、走行糸条が接糸面にしっかりとグリップされる。なお、本発明では、「バーチカル機械研磨加工」を施工した後、「ラッピング研磨加工」及び／又は「バフ研磨加工」によって、コーティング皮膜上に生じた鋭利な先端を有する微小突起の先端を丸くする。したがって、鋭利な先端を有する微小突起もなくなるため、このようなコーティング皮膜上を糸条が走行しても、ダメージを受けることない。したがって、毛羽（単糸切れ）の発生も大幅に提言できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る表面処理を施した製糸ローラを模式的に例示した正断面図であって、この製糸ローラにおいて、図中に参照記号１で示した部分は円筒形状を有するローラシェル部、２は該ローラシェル部表面の接糸面に形成された複合セラミックス皮膜（以下、「コーティング皮膜」ともいう）をそれぞれ示す。なお、当然のことながら、前記ローラシェル１の真円度の精度については、通常の延伸ローラに使用されるごとく、振動の発生などが起こらないようにきわめて精度よく仕上げられていることはいうまでもない。
【００１３】
図２は本発明を用いる産業用ポリエステル繊維の直接紡糸延伸装置の概略を模式的に示した図であって、図１に例示した製糸ローラを用い、産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸するための工程を模式的に例示した概略工程図である。
【００１４】
この図２に例示した工程において、例えば、固有粘度が０．９７のポリエステル繊維を公知の溶融紡糸法によって溶融紡糸口金パック３から紡出してガラス転移温度以下に冷却して一旦固化する。そして、公知の油剤付与装置（図示せず）によって、糸条の全体重量中に占める付着油剤の重量が、０．３５重量％となるように油剤の付与条件を調整して紡糸油剤を付与しつつ、引取ローラ４によって、糸条速度１０００ｍ／分で糸条として口金パック３から紡出された糸条を連続して引取る。
【００１５】
引き続いて、引取った糸条を一旦巻き取ることなく、予熱ローラ５で糸条を予熱し、この余熱ローラ５と第１延伸ローラ６との間で３．０〜４．０倍に第１段目の加熱延伸を行い、更に第２延伸ローラ７との間で全延伸倍率が５．０〜７．０倍になるように２段目の加熱延伸を行い、最終ローラである弛緩ローラ８との間で９〜１１％の弛緩熱処理を行った後、１６７０dtex／２５０filamentsのポリエステル・マルチフィラメント糸条を巻取機９によって４０００ｍ／分の巻取速度で巻き取る。
【００１６】
以上に述べた図２の製糸工程において、本発明の製糸ローラは、引取ローラ４、予熱ローラ５、第１延伸ローラ６、第２延伸ローラ７、あるいは弛緩ローラ８の何れにも使用できるが、特に、第２延伸ローラ７で糸条は加熱されたローラ群によって熱延伸されるため、これらローラには糸条から受ける大きな張力が作用する。したがって、第１延伸ローラ６及び第２延伸ローラ７（中でも特に、第２延伸ローラ７）に対して耐摩耗性が強く求められる。
【００１７】
このため、本発明においては、製糸ローラの表面に後述するようなコーティング処理により、耐摩耗性に優れたコーティング皮膜２をローラシェル１の上に形成する。ただし、前述したように、このようにして形成したコーティング皮膜２は、製糸に長時間に亘って供しても耐摩耗性に優れていることが要求されることは勿論であるが、その上を走行する糸条がダメージを受けて毛羽（単糸切れ）の発生などが生じないことも要求される。そのため、本発明においては、ローラシェル１の表面に形成するコーティング皮膜２の表面を特定の方法で研磨することを一大特徴とする。そこで、この点について詳細に説明する。
【００１８】
本発明者は、コーティング皮膜２の表面状態を先ず均一に加工するための方法を検討した。その結果、バーチカル研磨機によって機械研磨加工することによってコーティング皮膜２の膜厚と表面状態を均一にすることが肝要であることを見出した。そして、その後に、ラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工を施せば、コーティング皮膜２１の膜厚と表面状態が走行する糸条にダメージを与えることがなく、しかも、コーティング皮膜２の耐摩耗性も維持できることを見出した。
【００１９】
機械的研磨方法としては、様々な方法があるが、本発明においては、ダイヤモンド砥粒などの遊離砥粒を含む研磨液をラップ定盤と、ゆっくりと回転する製糸ローラとの間に分散させ、製糸ローラの表面を滑らかに、かつ高精度に研磨仕上げする「ラッピング研磨加工」及び／又は周知の「バフ研磨加工」と、基本的に回転する砥石に被加工材を接触させて研磨する「バーチカル機械研磨加工」を併用する。
【００２０】
ただし、バーチカル機械研磨では、ダイヤモンド砥粒などからなる砥石が回転する方向に沿って、研磨面が形成される。そこで、このバーチカル研磨機による研磨においては、所定の一方向に研磨を施した後に、所定角度異なる方向に研磨を施すことが好ましい。このバーチカル機械研磨のような強い研磨加工を施すことで、表面処理時に生じた微小な「うねり」を強制的に研磨して除去することで、ローラシェル１のコーティング皮膜２の外形部の真円度を上げることができ、しかも、コーティング皮膜２の厚みも均一化することができる。
【００２１】
具体的には、研磨に供する製糸ローラを回転台に固定してゆっくり回転させ、バーチカル研磨機の砥石に接触させて、ローラシェル１の真円度を確保しながら、コーティング皮膜２の厚さを均一にするための機械研磨を施す。ただし、バーチカル機械研磨では、ダイヤモンド砥粒などからなる砥石が回転する方向に沿って、研磨面が形成されるので、この所定の一方向に研磨を施し、更に、これに対して所定の角度だけ異ならせた方向に複数回の研磨を施すことが好ましい。
【００２２】
このようにして、ローラシェル１にコーティング皮膜を施した後に、バーチカル機械研磨を施すと、表面処理時に生じた「うねり」のような小さな起伏が除去され、コーティング皮膜２の膜厚も均一化される。したがって、ローラシェル１の上を走行する糸条は、表面処理時に生じたわずかな「うねり（起伏）」によってスティック・スリップすることなく、確実にグリップされることとなって、糸条が受けるダメージが抑制されるものと考えられる。
【００２３】
しかしながら、「うねり（起伏）」を除去しても、その接糸面に鋭利な微小突起が生じていれば、この鋭利な微小突起によって、製糸ローラの接糸面を走行する糸条はダメージを受けて、毛羽などが発生する原因となる。そこで、最終的に、浮遊砥粒によるラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工を行う。そして、鋭利な微小突起の鋭利な部分を研磨してカットし、糸条にダメージを与えない丸い先端を有する突起へと変換する。なお、ラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工のみでは、鋭利な微小突起の先端を丸く研磨する効果はあっても、製糸ローラの全体を見渡した時に生じている微小な「うねり（起伏）」を除去することができないことは言うまでもない。
【００２４】
なお、ラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工による表面仕上げでは、特にダイヤモンドペースト入り不織布を用いる研磨方法が好ましい。ここで、ダイヤモンドペーストの研磨方法としては、製糸ローラを回転台に固定し、その製糸ローラ表面に粒度を選定したダイヤモンドペーストを塗布し、その上にベルトを掛けて製糸ローラとベルトを若干スリップさせながら、製糸ローラをゆっくり回転させて、ダイヤモンドペーストを研磨材として、鋭利な微小突起の先端を研磨し、丸いドーム状態に変化させる。このとき、ベルトは、ローラの表面に平行に、かつ均一に接触させて張力（接触圧）が均一になるように調整しながら研磨する。
【００２５】
このような糸条のダメージを抑制するための製糸ローラの表面状態の調整については、前記特開２００５−６８６１８号公報あるいは特開２００２−２１２８５２号公報などにも言及がある通り、その表面粗さを所定の状態に維持することによって、走行糸条の損傷を抑制できることが知られている。したがって、本発明に係わる製糸ローラの接糸面に対しても、当然のことながら、このような表面処理を行って表面粗さを調整する。
【００２６】
一般に、熱可塑性合成繊維の延伸では、周速差が付与された延伸ローラ間で糸条を引き延ばすことにより行われるが、延伸ローラの糸条の入側では糸条とローラ表面との間でスリップが発生しており、大きな張力がローラ表面に加わっている。そこで、延伸ローラの接糸面の表面粗さ（本発明においては、「最大高さ：Ｒｙ」を使用する）を０．５〜１０．０μｍの範囲に調整して、接糸面と走行糸条との間の摩擦係数を好ましい範囲に調整しておくことが必要である。
【００２７】
本発明において製糸ローラの接糸面における最大高さ（Ｒｙ）を０．５μｍ未満に仕上げた場合には、ローラ接糸面はほとんど表面凹凸がない平滑状態となっている。このため、製糸ローラ表面に巻き付けられて走行する糸条とローラ接糸面との間で接触面積が増加し、摩擦抵抗が高くなり過ぎて、糸条がスリップすると糸条と接糸面との間の摩擦抵抗が余りにも高いために、走行糸条が擦過されてダメージを受け毛羽や糸切れが発生しやすくなる。また、逆に最大高さ（Ｒｙ）が１０．０μｍを超えると、表面凹凸の差が大きくなるため、走行糸条とローラ接糸面との間の接触面積が大きくなって、逆に糸条がスリップを起こし易くなり、擦過損傷が増加して毛羽や糸切れが発生しやすくなる。更に、本発明の製糸ローラの接糸面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５〜１．５μｍに表面仕上げされていることが好ましく、より好ましくは、０．８〜１．３μｍの範囲に入るように仕上げられていることが好ましい。
【００２８】
なお、表面粗さに関連し、本発明において使用する「負荷長さ率(ｔｐ)」とは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定されるように、基準長さの粗さ曲線を山頂線に平行な切断レベルで切断したときに得られる切断長さの和（負荷長さ）の基準長さに対する比を百分率で表したものである。なお、負荷長さ率(ｔｐ)の測定は、上記ＪＩＳに準拠して行い、基準長さは０.２５ｍｍ、評価長さは１.２５ｍｍで行った。なお、前記切断レベル（％）は、カットオフ処理していく時の深さを表わし、切断レベル０％は、カットオフ前の状態であって、山形状の山頂を示し、また切断レベル１００％は最も深い谷底深さを示している。
【００２９】
本発明の製糸ローラに形成する溶射被膜の表面状態を表わすために用いる「負荷長さ率（％）」は、前述のように各切断レベルにカットしたとき、面内の基準長さ内に現れる切断長さの和（累積負荷長さ）の基準長さに対する比の百分率で求められた値である。したがって、この値は、製糸ローラの接糸面形状を表す指数として採用することができる。つまり、この「負荷長さ率（％）」の値が小さいほど製糸ローラの接糸面がギザギザの山形状に尖っていることを意味し、また、この値が大きいほど製糸ローラの接糸面が丸みを帯びた形状を示していることを意味する。
【００３０】
本発明に係わる製糸ローラの少なくとも接糸面に形成する溶射被膜については、負荷長さ率（％）：Ｔｐ(Ｃ)(Ｃ：切断レベル％)の値としては、６５％＜Ｔｐ(５０％)＜９５％であることが必要である。つまり、この範囲の値を採用すれば、鋭利なギザギザの山形状ではなく、山頂が丸みを帯びた形状となっているので、走行糸条が製糸ローラの接糸面と摩擦接触しても損傷を受けない、つまり、毛羽（単糸切れ）などを惹起させる可能性が低くなることを意味している。
【００３１】
次に、本発明に使用する製糸ローラのローラシェル１の母材としては、鋼材が用いられ、その中でもクロームモリブデン鋼が好ましく用いられる。また、コーティング皮膜２の厚さは３０〜８０μｍとすることが、耐摩耗性を確保した上で、その耐衝撃性の面においても優れることから望ましい。その際、耐摩耗性という点を考慮すると、接糸面に施工するコーティング皮膜の硬度として、ビッカース硬度（ＨＶ）で、好ましくは、１０００〜１８００Ｈｖ、特に好ましくは、１１００〜１６００Ｈｖとする。
【００３２】
何故ならば、ビッカース硬度が１０００Ｈｖ未満であれば、硬度が不足して磨耗が促進されるからである。なお、ビッカース硬度が１８００Ｈｖを超えるようなセラミックコーティングでも良いが、このようなケースでは、コーティング皮膜が硬くなり過ぎて脆くなり、耐衝撃性において劣る。このため、糸賭け具などがコーティング皮膜２に当たっただけで、その衝撃によってコーティング皮膜２が容易に剥離したりするため好ましくない。
【００３３】
ここで、本発明の製糸ローラにおいては、先ず、鋼製母材からなるローラシェル１の外周処理面（接糸面）に対して、脱脂などの清浄化処理ならびに必要に応じてブラスト（アルミナのような硬質セラミックス粒子の吹き付け）などの粗面化処理を施す。そして、第１処理として、少なくとも、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）あるいは酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）等からなる微粉末セラミックスを無水クロム酸水溶液（無水クロム酸の結晶を水に溶解したもの）の中に均一分散させてセラミックス・スラリーを得る。ついで、得られたセラミックス・スラリーを前記鋼製母材に塗布し水分を揮発させた後、４００〜６００°Ｃの温度で０．５〜２．０時間に亘って焼成して、無機非金属質からなるコーティング皮膜を形成させる。
【００３４】
なお、このようなコーティング皮膜（複合セラミックス皮膜）は、無水クロム酸水溶液中に混合するセラミックス粉末の種類あるいは割合などによって異なるが、本発明においては、例えば、Ｃｒ２Ｏ３−ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２，Ｃｒ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２などの複合セラミックス皮膜を例示することができる。
【００３５】
中でも、ＳｉＯ２の単独粉末あるいはＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の混合粉末を混合して使用することが好ましく、この場合、ＳｉＯ２：５０〜１００重量％、Ａｌ２Ｏ３：５０〜０重量％とすることが好ましい。また、このようなセラミックス粉末の平均粒径は、５μｍ以下とすることが好ましい。しかしながら、平均粒子径を余りにも小さくすることはコストの増加を招くうえに、得られる効果がそれに相当する程度に得られないため、特に好ましくは、０．５〜２．０μｍである。
【００３６】
なお、本発明で言う「平均粒径」は、島津製作所製ＣＰ−５０型Centrifugal Particle Size Analyzerを用いて測定する。そして、この測定器によって得られる遠心沈降曲線をもとに算出した各粒径の粒子とその存在量とのcumulative曲線から、５０mass percentに相当する粒径を読み取った値である（「粒度測定技術」日刊工業新聞社発行、１９７５年、頁２４２〜２４７参照）。
【００３７】
しかしながら、この処理工程によって形成される焼成後の前記複合セラミックス皮膜は、微細な気孔やクラックが生成して多孔質となっているので、この気孔やクラックから気体や液体が容易に鋼製母材にまで進入することができる。このために、例えば糸条に付着した油剤などが前記気孔やクラックから進入して母材に到達できる上に、更に、糸条の延伸張力が加わったり、あるいは加熱によって熱膨張したりするなどの諸要因が加わったりして皮膜が剥離し易い状況にある。
【００３８】
そこで、本発明の製糸ローラの表面処理方法では、第２処理として、特開昭６３−１２６６８２号公報などに開示されているように、母材表面に形成した前記セラミックス皮膜に形成された微細気孔やクラック中もしくはさらにその表面に、クロム酸溶液または可溶性クロム化合物溶液を含浸あるいはスプレーする。なお、前記クロム酸溶液または可溶性クロム化合物溶液としては、例えば無水クロム酸、重クロム酸アンモニウム、硫酸クロム、塩化クロム、硝酸クロム、酢酸クロム、クロム酸マグネシウム、クロム酸ナトリウム等の溶液を例示することができる。
【００３９】
そして、前記可溶性クロム化合物溶液が酸化クロム微粒子となり得る温度、例えば３００〜４５０℃に加熱し、微粒子状の酸化クロムを生じさせ、前記セラミックス皮膜中の微細な気孔やクラック中に微粒子状の酸化クロムを析出させる。そうすると、微細な気孔やクラック中に析出して充填された酸化クロムによって微細な気孔やクラックを塞ぐことができる。
【００４０】
すなわち、このような第２処理を行うと、溶液中に含まれる水などの溶剤は揮散すると共に、加熱残渣としてクロム酸化物の微粒子を含む非晶質層が１〜３μｍ程度生成し、皮膜中の気孔やクラックのような空隙内に析出して空隙を塞ぐのである。このとき、同時に第１処理によって形成された複合セラミックス皮膜同士及び該皮膜とローラ母材の間の結合力も強める作用効果を奏する。
【００４１】
なお、前記のクロム酸溶液または可溶性クロム化合物溶液中には、必要に応じて、燐酸塩化合物、硼酸塩化合物、珪酸塩化合物などからなる結合助剤を含めることができる。これらの結合助剤、例えば，硼酸塩化合物、珪酸塩化合物、燐酸塩化合物などは焼成後に非晶質物質となるが、この非晶質物質は、前述の空隙中に析出するＣｒ２Ｏ３微細粒子間の結合を強める役割を果たすことは言うまでもない。この場合、これら結合助剤は焼成後にいずれも少なくとも一部が非晶質のガラス状を呈し、前記皮膜中の気孔やクラックなどの空隙中にも析出して侵入し、これらの空隙中に充填された状態となってこれらを封止する。
【００４２】
ここで、前記第２処理の好ましい例を説明するならば、前記第１処理で形成されたコーティング皮膜（例えば、ＳｉＯ２−Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２−Ｃｒ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３などからなる組成を有する複合セラミックス皮膜）中に生じた気孔やクラックを有する製糸ローラを無水クロム酸水溶液（ＣｒＯ３）中に３０分間浸漬した後、５５０℃で焼成する処理を例示することができる。なお、この工程において、前記無水クロム酸水溶液（ＣｒＯ３）は、４００℃以上の焼成で、Ｃｒ２Ｏ３となることは言うまでもない。このとき、無水クロム酸水溶液（Ｃｒ２Ｏ８）から析出した酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）微粒子が前記気孔やクラックを充填して前記気孔やクラックからなる空隙に充填され空隙を消滅させる。
【００４３】
通常、以上に述べた第２処理は、１０〜２０回繰返して行う。何故ならば、このような第２処理を繰返しても析出した酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）の空隙への充填と表面部への緻密な皮膜の形成は徐々にしか行われないからである。すなわち、第２処理による皮膜の成長はわずかであるために、必要とされる厚さを有する緻密な皮膜層を形成するために多くの繰返し操作が必要となるのである。
【００４４】
以上に述べたことからも明らかなように、第２処理によって形成させる緻密皮膜層は、第１処理でベース層として形成された複合セラミックスからなるコーティング皮膜の仕上げ状態に大きく左右される。そこで、本発明では、この複数回（好ましくは、１０〜２０回）行われる第２処理工程の少なくとも中間工程において、第３処理として、製糸ローラの接糸面を最大高さ（Ｒｙ）で表して、１．０〜１０．０μｍとなるように、ラッピング加工及び／又はバフ加工による研磨加工処理を施すことが好ましい。何故ならば、このようにすると、前記第２処理で形成される非常に硬い緻密な上部皮膜層の仕上げ状態を所望の状態にすることができるからである。
【００４５】
つまり、本発明では、第２処理工程の途中でラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工を施すことによって、複合セラミックス皮膜の途中に表面研磨加工が施された境界面を形成させる。したがって、このようにして、研磨仕上げ加工が施された綺麗な境界面の上に緻密化皮膜層を再形成させる。そうすると、第２処理が完了した後に最終的に形成された緻密化皮膜層の表面を研磨仕上げすることで、削り取り量をそれほど多くしなくても走行糸条に損傷を与えることがない、表面状態に仕上げることができる。
【００４６】
そして、これによって、製糸ローラの鋼製母材上に研削加工を施すことなく、加熱されたマルチフィラメント糸条がその上を高張力下で走行しても毛羽の発生がなく、しかも、耐摩耗性に優れ、かつ緻密で高い硬度を有する均一な複合セラミックス皮膜を製糸ローラ上に形成することができる。しかも、前記第１処理時に形成される複合セラミック皮膜層の表面状態は最適な状態に仕上げられている。
【００４７】
このために、第２処理で形成する緻密な硬質皮膜は、第１処理で形成される前記複合セラミックス皮膜の表面状態に左右されることなく、第２処理終了後に研磨加工を施すだけで、毛羽が発生することがない表面状態に容易に調整できる。なお、この製糸ローラ上を糸条が走行する接糸面の表面粗さに関しては、最大高さ（Ｒｙ）で表して、０．５〜５．０μｍとなるように、調整仕上げすることが好ましい。なお、最終的に、製糸ローラの接糸面の最大粗さとしてどのような値を採用するかについては、製糸ローラ上を走行する糸条の種類、性状、製糸条件などの要因によって異なるため、最終的には実験によって毛羽の発生をできるだけ抑制できるように、その都度最適な摩擦係数となるように決定されるべき設計事項である。
【実施例】
【００４８】
以下に実施例、比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、実施例に記載した特性は、次の方法にしたがって測定した。
（１）ビッカース硬度（ＨＶ）：テストピースを作成し、JIS Z2244に準拠して荷重３００ｇを測定対象に負荷して測定した。
（２）表面粗さ（Ｒｙ）：施工したローラ表面をJIS B0601に準拠して触針走査式試験方法にて測定した。
（３）初期毛羽カウント値：ローラ使用開始直後に、走行している糸条を、非接触型光学方式の毛羽測定装置（Enka tecnica社製、型式：Fraytec V）を使用して、糸条の長さ１．０×１０６ｍ当りに発生した毛羽数をカウントした。
（４）コーティング皮膜の膜厚分布：１２ケ月に亘って製糸に供した後のローラに対して、糸条を接触走行させなかったローラシェル部分（すなわち、糸条か走行することによって磨耗が起こらなかった部分）を輪切りして切断し、切断部を拡大した写真から円周上の任意の１２点をピックアップして、コーティング皮膜の厚み分布を算出し、その最大厚みと最小厚みから求めた。
【００４９】
［実施例１］
図２の製糸工程例において、第２延伸ローラ７に対して、本発明に係る処理を施した製糸ローラを使用した。このとき，本発明の製糸ローラは、図１に示す断面図のように、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４４０Ｃ）からなるローラシェル１の外周面に対して、脱脂処理などの清浄化処理を施した後、酸化アルミニウム粉末をブラストして表面を粗面化した接糸面に、平均粒径が１０μｍの酸化珪素粉末を５０重量％の無水クロム酸水溶液中に重量比で５０：５０で混合して調整したセラミックス・スラリーを塗布した。その後、水分を揮発させて５５０℃で焼成し、多孔質の複合セラミックス皮膜を形成させた（以上が第１処理である）。
【００５０】
次いで、第２処理として前記第１処理によって形成した多孔質皮膜に対して、５０重量％の無水クロム酸水溶液を含浸し、５５０℃で焼成して化学的緻密皮膜を形成させる第２処理を実施した。この第２処理に係わる化学的緻密化処理の途中（８回繰返し時）と終了後（１５回繰返し時）とで、それぞれラッピング研磨加工を施した。ただし、最終のラッピング研磨加工を施す際には、バーチカル機械研磨加工を施工した後にラッピング研磨加工を施し、複合セラミックス皮膜の接糸面の最大高さ（Ｒｙ）が１．０μｍとなるように研磨仕上げした。また、その時の表面硬さ（Ｈｖ）も測定した。その結果を表１に示す。
なお、この実施例において第１処理と第２処理とで形成する複合セラミックス皮膜は、トーカロ社が提供するＣＤＣ−ＺＡＣコーティング（商品名）によって形成した。
【００５１】
［比較例１］
実施例１において、ローラシェル上に最終的に形成したコーティング皮膜に対して、バーチカル機械研磨加工を施工しなかった以外の条件は、すべて同じ条件で仕上げたローラを使用した。このとき得られた結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
表１から明らかなように、本発明の表面方法（実施例１）によって作製された製糸ローラは，１２ヶ月間（この期間で試験を打ち切った）に亘って連続的に製糸に供したにもかかわらず、毛羽の発生件数は３個／１０６ｍであった。このことは、実施例１では、バーチカル機械研磨加工を施工しているため、コーティング皮膜の膜厚分布が均一になっている。したがって、ローラシェルの外形の真円度が比較例１より高く、微小な「うねり（起伏）」が少なくなって、これによって、走行する糸条に発生する微妙なスティック・スリップなどが抑制されたためと考えられる。これに対して、比較例１では、バーチカル機械研磨加工が施工されていないために、コーティング皮膜の膜厚分布が大きくなって、これによる走行糸条のスティック・スリップなどの要因が発生したため、使用期間が１２ヶ月経った時点で、毛羽の発生が５個／１０６ｍであり、実施例１より多くの毛羽が発生していた。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明のセラミックコーティングを施した製糸ローラを模式的に示した断面図である。
【図２】本発明を用いる産業用ポリエステル繊維の直接紡糸延伸装置を模式的に示した概略工程図である。
【符号の説明】
【００５５】
１：ローラシェル
２：コーティング皮膜
３：溶融紡糸口金パック装置
４：引取りローラ
５：予熱ローラ
６：第１延伸ローラ
７：第２延伸ローラ
８：弛緩ローラ
９：巻取装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製糸ローラの接糸面にセラミックコーティング処理を実施した後、前記接糸面に対してバーチカル機械研磨加工を施し、その後、ラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工を施して、前記接糸面の表面粗さに関して最大高さ（Ｒｙ）で表して、０．５〜１０．０μｍとなるように仕上げることを特徴とする製糸ローラの表面処理方法。
【請求項２】
無水クロム酸水溶液に少なくともＳｉＯ２からなる微粒子を加えて調整したスラリーを前記接糸面に塗布した後、これを５００〜６００℃に加熱して複合セラミックスからなる多孔質皮膜を形成する第１処理に引き続いて、無水クロム酸水溶液を含浸又はスプレーした後に５００〜６００℃に加熱する第２処理を繰返し行うことによって酸化クロムを析出させ。前記接糸面にセラミックコーティング皮膜を形成させる請求項１に記載の製糸ローラの表面処理方法。
【請求項３】
第３処理として、前記第２処理の途中と最後において前記接糸面に対してラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工を施す請求項１又は請求項２に記載の製糸ローラの表面処理方法。
【請求項４】
前記製糸ローラが産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸する製造装置の延伸ゴデットローラである請求項１〜３の何れかに記載の製糸ローラの表面処理方法。
【請求項５】
前記セラミックコーティング皮膜の膜厚が３０〜８０μｍである請求項１〜４の何れかに記載の製糸ローラの表面処理方法。
【請求項６】
前記接糸面がビッカース硬度（ＨＶ）が１１００〜１６００である請求項１〜５の何れかに記載の製糸ローラの表面処理方法。
【請求項７】
前記接糸面における表面粗さ(JIS B 0601-1994)に関し、その算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５〜１．５μｍであって、かつＴｐ(Ｃ)(Ｃ：切断レベル％)が７０％＜Ｔｐ(５０％)＜９５％である請求項１〜６の何れかに記載の製糸ローラの表面処理方法。
【請求項１】
製糸ローラの接糸面にセラミックコーティング処理を実施した後、前記接糸面に対してバーチカル機械研磨加工を施し、その後、ラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工を施して、前記接糸面の表面粗さに関して最大高さ（Ｒｙ）で表して、０．５〜１０．０μｍとなるように仕上げることを特徴とする製糸ローラの表面処理方法。
【請求項２】
無水クロム酸水溶液に少なくともＳｉＯ２からなる微粒子を加えて調整したスラリーを前記接糸面に塗布した後、これを５００〜６００℃に加熱して複合セラミックスからなる多孔質皮膜を形成する第１処理に引き続いて、無水クロム酸水溶液を含浸又はスプレーした後に５００〜６００℃に加熱する第２処理を繰返し行うことによって酸化クロムを析出させ。前記接糸面にセラミックコーティング皮膜を形成させる請求項１に記載の製糸ローラの表面処理方法。
【請求項３】
第３処理として、前記第２処理の途中と最後において前記接糸面に対してラッピング研磨加工及び／又はバフ研磨加工を施す請求項１又は請求項２に記載の製糸ローラの表面処理方法。
【請求項４】
前記製糸ローラが産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸する製造装置の延伸ゴデットローラである請求項１〜３の何れかに記載の製糸ローラの表面処理方法。
【請求項５】
前記セラミックコーティング皮膜の膜厚が３０〜８０μｍである請求項１〜４の何れかに記載の製糸ローラの表面処理方法。
【請求項６】
前記接糸面がビッカース硬度（ＨＶ）が１１００〜１６００である請求項１〜５の何れかに記載の製糸ローラの表面処理方法。
【請求項７】
前記接糸面における表面粗さ(JIS B 0601-1994)に関し、その算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５〜１．５μｍであって、かつＴｐ(Ｃ)(Ｃ：切断レベル％)が７０％＜Ｔｐ(５０％)＜９５％である請求項１〜６の何れかに記載の製糸ローラの表面処理方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−８８６１５（Ｐ２００８−８８６１５Ａ）
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７３７８３（Ｐ２００６−２７３７８３）
【出願日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【出願人】（３０２０１１７１１）帝人ファイバー株式会社 (1,101)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【出願人】（３０２０１１７１１）帝人ファイバー株式会社 (1,101)
【Ｆターム（参考）】
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