製糸ローラ及びその製造方法
【課題】製糸ローラ上に複合セラミックスからなる高硬度な、耐摩耗性に優れた均一厚さの皮膜を形成する。
【解決手段】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製糸ローラの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（酸化珪素−酸化クロム、又は酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロム）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、更に、第３処理として第２処理の途中と最後において製糸ローラの接糸面に対して表面研磨仕上げを施すことを特徴とする製糸ローラとその製造方法。
【解決手段】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製糸ローラの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（酸化珪素−酸化クロム、又は酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロム）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、更に、第３処理として第２処理の途中と最後において製糸ローラの接糸面に対して表面研磨仕上げを施すことを特徴とする製糸ローラとその製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は産業用合成繊維を引取ったり、延伸したりするための製糸ローラとその製造方法に関し、特に、高速で走行する糸条を熱延伸するための製糸ローラとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、全芳香族ポリアミド繊維などの合成繊維の製造工程、特に、タイヤコード、シートベルト、エアバック等の産業資材用繊維の製造工程において、例えば紡糸した糸条を一旦巻き取ることなく、直接延伸する直接紡糸延伸方法が盛んに行われている。
【０００３】
このような製糸工程においては、一方では製糸速度が２０００ｍ／分以上と高速化するとともに、他方では高強力、高タフネスおよび高耐久性などの高品質の糸条を製造するための過酷な延伸熱処理が要求される。このため、過酷でかつ高速な延伸熱処理によって単繊維切れ（以下、“毛羽”という）が発生しやすい状況にある。
【０００４】
このような毛羽の発生は生産工程調子の悪化を招くばかりでなく、産業資材用繊維としての品質面においても問題となる。また、このような毛羽を有する糸条がタイヤコード、シートベルト、エアバック等の最終製品に仕上げるための高次加工工程に供されると、その取扱性にしばしば問題が生じる。
【０００５】
このような毛羽の発生は、製糸ローラの表面仕上げ状態に左右され、このため、従来、ローラの接糸面を極めて平滑に仕上げることができる硬質クロム鍍金法によって、ローラ上に硬質皮膜を形成することが行われていた。しかしながら、産業用合成繊維を直接紡糸延伸するために用いる製糸ローラなどでは、長期間に渡る使用で、ローラ上を走行する糸条によって磨滅したりして、経時的に磨耗が進行する事態を惹起する。しかも、このような製糸工程は、例えば、１５０〜２５０℃といった高温度に加熱されている上に、更に糸条を延伸するために高張力で引っ張るといった条件も付加されると、ローラの磨耗がより促進され、耐久性の点で問題があった。
【０００６】
そこで、このような製糸ローラの経時的な磨耗の進行を抑制するために、ローラ上に更に高硬度かつ母材との結合力が強い皮膜を均一な厚さで形成させる技術が必要とされるようになり、ローラ上に各種セラミックの溶射皮膜を形成させることが行われるようになった。しかしながら、溶射皮膜を形成する方法では、形成した皮膜を均一な厚さにするために、どうしても研削加工が必要となる。
【０００７】
ところが、研削加工を製糸ローラに施すと、糸条が接触する皮膜の表面は、微細かつ鋭利な突起が無数に形成されてしまうため、研削加工の後に所定の表面粗さになるようにローラ表面を研磨加工することが要求される。しかしながら、このような研磨加工を行っても、研削加工を一旦行ってしまうと、生じた微細かつ鋭利な突起を完全には除去できず、どうしても走行する糸にダメージを与えてしまい、毛羽の原因となる単繊維切れを起こしてしまうという問題が生じていた。
【０００８】
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。
【０００９】
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、皮膜形成後の研磨加工だけで表面粗さを所望の値に調整することができ、しかも、高硬度を有する皮膜を形成することができる。しかしながら、それでも長期間に渡って製糸に供すると、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。
【００１０】
【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】
【００１１】
以上に述べた従来技術が有する諸問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、製糸ローラ上に複合セラミックスからなる高高度な皮膜に対して研削加工を施すことなく、耐摩耗性に優れた均一厚さの皮膜を形成して、走行する糸条にダメージを与えることが無いように、そのローラの表面仕上げ状態を設計通りに制御して毛羽の発生を抑制することができ、しかも長期間の使用に耐える製糸ローラとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、産業用合成繊維を製糸する際に使用する製糸ローラに対して、その耐摩耗性を十分に保ちながら、毛羽の発生を抑制することのできる製糸ローラについて鋭意検討した。その結果、製糸ローラ上に形成させるコーティング皮膜は、無水クロム酸水溶液を含浸させて５００〜６００℃に加熱する処理を繰返し行うと表面に形成された緻密化皮膜の硬度が非常に高くなり、高張力で糸条を長期間に渡って高速走行させても、その硬度が非常に高くローラ母材との結合力もきわめて強く、その故に耐摩耗性と耐剥離性に優れていることを見出した。
【００１３】
しかしながら、マルチフィラメント糸条を熱延伸する過酷な条件下では、最終的に緻密化した皮膜の接糸面をラップ研磨加工やバフ研磨加工を施して仕上げ調整しても、長期間に渡って使用していると、どうしても毛羽の発生を抑制することができないことを知見した。そこで、この原因を究明する過程において、本発明者は、最終仕上げ工程である研磨加工において、走行糸条に損傷を与えて毛羽の発生を行おうとすると、せっかく形成させた膜厚の小さな緻密化皮膜が削られてしまい、酸化珪素粉末を主体とするセラミックス・スラリーを塗布して焼成する処理において形成される下層皮膜の影響を大きく受けていることを究明した。
【００１４】
そして、本発明者は、この下層皮膜の影響を極力減らすことができる技術を追求する中で、緻密化処理を繰返し行う途中に、研磨加工を施すことで接糸面の表面状態を一旦調整し、その後、緻密化処理の終了後に最終研磨加工を行うと、緻密化皮膜層を研磨する量を低減でき、緻密化皮膜の除去厚みを薄くでき、これによって、硬度が高くかつ所望の表面仕上げを有する接糸面に調整した複合セラミックス皮膜を、製糸ローラ上に所望の厚さで形成できることを着想し、本発明を完成したのである。
【００１５】
ここに、前記課題を達成するための本発明として、
（１）酸化珪素−酸化クロム又は酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムからなる複合セラミックスからなる多孔質皮膜と、該皮膜内に生成された空隙中に充填されると同時に該皮膜表面を覆う非晶質クロム酸化物微粒子の緻密化皮膜とを有し、更に前記緻密化皮膜の途中に表面研磨加工が施された境界面が形成された製糸ローラ、
（２）前記ローラが産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸するための熱延伸ローラである、（１）に記載の製糸ローラ、
（３）前記多孔質皮膜と緻密化皮膜とからなる製糸ローラ母材上に形成する皮膜の膜厚が３０〜８０μｍである、（１）又は（２）に記載の製糸ローラ、そして
（４）前記ローラの接糸面が最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）が０．５〜５．０μｍであり、その表面ビッカース硬度（ＨＶ）が１２００〜１８００である、（１）〜（３）の何れかに記載の製糸ローラが提供される。
【００１６】
また、前記課題を達成するための本発明として、
（５）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製糸ローラの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、更に、第３処理として第２処理の途中と最後において接糸面に対して表面研磨加工を施すことを特徴とする製糸ローラの製造方法、
（６）前記第２処理を１０〜２０回繰返して行う、（５）に記載の製糸ローラの製造方法、そして
（７）前記第２処理に用いる無水クロム酸水溶液中に硼酸塩化合物、珪酸塩化合物およびりん酸塩化合物のうちから選ばれる少なくとも１種の、加熱することによって非晶質無機物質を生成する結合助剤を混合した、（６）に記載の製糸ローラの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、例えば過酷な熱延伸条件下などで使用される製糸ローラ上を走行するマルチフィラメント糸条が走行しても、該製糸ローラに均一かつ強固な皮膜を形成することができるために、一年以上の長期間に渡って製糸に使用しても、十分な耐摩耗性を有する。また、製糸ローラの表面を所望の仕上げ状態に容易に調整することができ、これによって、製糸ローラ上を走行するマルチフィラメント糸条が受けるダメージを極力抑制することができる。このため、マルチフィラメント糸条が製糸ローラから受ける損傷が少なくなって、毛羽の発生を極めて低く抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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、本発明の製糸ローラを模式的に例示した正断面図であって、図中の参照記号において、１はローラシェル、２は該ローラシェルの接糸面に形成された複合セラミックス皮膜をそれぞれ示す。
【００１９】
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時間に渡って焼成して、無機非金属質からなるコーティング皮膜を形成させる。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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）。
【００２３】
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。
【００２４】
そこで、本発明の製糸ローラとこれを製造するための方法では、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、りん酸塩化合物、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、りん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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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JIS B0601-1982に準拠した表面最大粗さ（Ｒｍａｘ）で表して、１．０〜１０．０μｍとなるように、ラップ加工、バフ加工等の研磨加工処理を施す。そうすると、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。
【００３１】
つまり、本発明では、第２処理工程の途中でラップ加工、バフ加工等の研磨加工を施すと共に、第２処理が終わった時点においても再びラップ加工、バフ加工等の研磨加工処理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。そうすると、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する。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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、JIS B0601-1982で規定される最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）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。
【００３４】
本発明においては、基本的に第１処理及び第２処理によって形成する前記複合セラミックス皮膜２の厚さは、本発明の要旨が満足される限りにおいて特に制限する理由はないが、２０〜１５０μｍ（特に、３０〜１００μｍ）の範囲が好ましい。何故ならば、皮膜２の厚みが１０μｍ未満であると、走行糸条との接触による摩擦による摩滅を考慮した場合に、耐摩耗性において長期間に渡って使用する上で問題となる。また、第２処理後に行う研磨加工において、研磨量の制限を受け、最適な表面状態に調整する上で問題となる。逆に、１５０μｍを超えると、第２処理を繰返し行う回数が多くなり過ぎ処理コストと処理時間において問題となる。また、製糸ローラに糸条を巻廻する際に糸条を吸引保持するサクションガンなどの糸掛け具がローラに接触すると皮膜が破壊され易いという問題があるため、耐衝撃性を考慮すると膜厚を１００μｍ以上にすると、この点で問題がある。
【００３５】
前述のようにして製造した製糸ローラは、無水クロム酸水溶液などを加熱することによって析出した非晶質クロム酸化物の皮膜２からなり、この複合酸化物皮膜２は、全体がＳｉＯ２−Ｃｒ２Ｏ３系あるいはＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３系の酸化物材料で構成されているので、ビッカース硬さ（ＨＶ）で表して，１０００〜１５００といった非常に硬い皮膜となっている。したがって、糸条が一年以上の長期間に渡って、この皮膜２の上を走行しても、摩滅しがたく、それ故に長期耐摩耗性にきわめて優れている。
【００３６】
このとき、前記被膜２の表面粗さ（Ｒｍａｘ）は、０．５〜１０μｍの間の適当な値に調整されていることが望ましい。なお、どの最大粗さ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、性情、製糸条件などの要因を考慮し、毛羽の発生をできるだけ抑制できるように、製糸実験などによって、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】
【００３７】
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（Ｒｍａｘ）：施工したローラ表面をJIS B0601-1982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）ローラ表面更新周期：使用開始してから一ヶ月単位のサンプリング間隔で毛羽数を測定し、カウント値が１０個／１．０×１０６ｍを超えた時点までの期間を更新周期とし、１２ケ月間に渡って測定した。
【００３８】
〔実施例〕
図２は、図１に例示した製糸ローラを用いる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。この図２に示した工程において、固有粘度が０．９７のポリエステル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固化し、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／分で引取った。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った。
【００３９】
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の何れにも使用することができるが、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。このため、図２の製糸工程例において、本発明では、第２延伸ローラ７に対して、本発明の製糸ローラを使用した。
【００４０】
その際，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）。
【００４１】
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、第３処理として、それぞれラップ研磨加工を施して、複合セラミックス皮膜の接糸面の最大粗さ（Ｒｍａｘ）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。
【００４２】
〔比較例１、比較例２〕
比較例１は実施例と同様に第２延伸ローラに対して、化学的緻密化処理の途中で研磨を施すことなく、通常のＣＤＣ−ＺＡＣコーティングを施した製糸ローラを使用したものである。すなわち、化学的緻密化処理が全て終了後、実施例と同様の表面研磨仕上げを実施した製糸ローラであって、実施例と異なる条件はＣＤＣ−ＺＡＣコーティングの途中で研磨加工を施さなかった点のみである。すなわち、比較例１のローラでは、中間研磨仕上げを行わずに、最終研磨仕上げによる最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）が１±０．５μｍになるように調整し、ビッカース硬さ（ＨＶ）も同時に測定した。その時の結果を表１に示す。なお、比較例２は、製糸ローラの母材（ローラシェル）を鏡面加工して、この鏡面に対して硬質クロム鍍金を施したものである。したがって、その最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）は、０．１〜０．５μｍとなっていた。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１から明らかなように、本発明の製造方法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）に渡って連続的に製糸に供したにもかかわらず、毛羽の発生件数は許容範囲内に充分に納まっており、ローラの表面を更新する必要が全く無かった。これに対して、中間研磨仕上げを施さずに、最終研磨仕上げだけを施した比較例１では、試用期間が１１ヶ月経った後には、毛羽の発生が許容値を超えたために、ローラ表面の更新（複合セラミックス皮膜の再形成と再研磨仕上げ）が必要となった。また、硬質クローム鍍金を施した比較例２は、表面仕上げがよいため、初期の毛羽発生は、実施例や比較例１と比較して、優れたレベルにあったが、使用開始からわずか３ヶ月後にローラ表面を更新する必要が生じ、耐久性に問題があった。
【００４５】
なお、本発明の実施例の無水クロム酸水溶液に代えて、硼酸塩化合物、珪酸塩化合物およびりん酸塩化合物からなる結合助剤を前記無水クロム酸水溶液にそれぞれ混合して無水クロム酸化合物溶液をそれぞれ用意して実施例と同様の実験を行った。その結果、実施例と同様に使用開始から１２ヶ月が経過した後でも、毛羽の発生頻度は許容範囲に収まっていた。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の製糸ローラ母材（ローラシェル）上に施す複合セラミックス皮膜を模式的に示した正断面図である。
【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にかかわる製糸工程を模式的に示した概略工程図である。
【符号の説明】
【００４７】
１：ローラシェル
２：複合セラミックス皮膜
３：溶融紡糸口金パック
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：巻取り装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は産業用合成繊維を引取ったり、延伸したりするための製糸ローラとその製造方法に関し、特に、高速で走行する糸条を熱延伸するための製糸ローラとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、全芳香族ポリアミド繊維などの合成繊維の製造工程、特に、タイヤコード、シートベルト、エアバック等の産業資材用繊維の製造工程において、例えば紡糸した糸条を一旦巻き取ることなく、直接延伸する直接紡糸延伸方法が盛んに行われている。
【０００３】
このような製糸工程においては、一方では製糸速度が２０００ｍ／分以上と高速化するとともに、他方では高強力、高タフネスおよび高耐久性などの高品質の糸条を製造するための過酷な延伸熱処理が要求される。このため、過酷でかつ高速な延伸熱処理によって単繊維切れ（以下、“毛羽”という）が発生しやすい状況にある。
【０００４】
このような毛羽の発生は生産工程調子の悪化を招くばかりでなく、産業資材用繊維としての品質面においても問題となる。また、このような毛羽を有する糸条がタイヤコード、シートベルト、エアバック等の最終製品に仕上げるための高次加工工程に供されると、その取扱性にしばしば問題が生じる。
【０００５】
このような毛羽の発生は、製糸ローラの表面仕上げ状態に左右され、このため、従来、ローラの接糸面を極めて平滑に仕上げることができる硬質クロム鍍金法によって、ローラ上に硬質皮膜を形成することが行われていた。しかしながら、産業用合成繊維を直接紡糸延伸するために用いる製糸ローラなどでは、長期間に渡る使用で、ローラ上を走行する糸条によって磨滅したりして、経時的に磨耗が進行する事態を惹起する。しかも、このような製糸工程は、例えば、１５０〜２５０℃といった高温度に加熱されている上に、更に糸条を延伸するために高張力で引っ張るといった条件も付加されると、ローラの磨耗がより促進され、耐久性の点で問題があった。
【０００６】
そこで、このような製糸ローラの経時的な磨耗の進行を抑制するために、ローラ上に更に高硬度かつ母材との結合力が強い皮膜を均一な厚さで形成させる技術が必要とされるようになり、ローラ上に各種セラミックの溶射皮膜を形成させることが行われるようになった。しかしながら、溶射皮膜を形成する方法では、形成した皮膜を均一な厚さにするために、どうしても研削加工が必要となる。
【０００７】
ところが、研削加工を製糸ローラに施すと、糸条が接触する皮膜の表面は、微細かつ鋭利な突起が無数に形成されてしまうため、研削加工の後に所定の表面粗さになるようにローラ表面を研磨加工することが要求される。しかしながら、このような研磨加工を行っても、研削加工を一旦行ってしまうと、生じた微細かつ鋭利な突起を完全には除去できず、どうしても走行する糸にダメージを与えてしまい、毛羽の原因となる単繊維切れを起こしてしまうという問題が生じていた。
【０００８】
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。
【０００９】
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、皮膜形成後の研磨加工だけで表面粗さを所望の値に調整することができ、しかも、高硬度を有する皮膜を形成することができる。しかしながら、それでも長期間に渡って製糸に供すると、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。
【００１０】
【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】
【００１１】
以上に述べた従来技術が有する諸問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、製糸ローラ上に複合セラミックスからなる高高度な皮膜に対して研削加工を施すことなく、耐摩耗性に優れた均一厚さの皮膜を形成して、走行する糸条にダメージを与えることが無いように、そのローラの表面仕上げ状態を設計通りに制御して毛羽の発生を抑制することができ、しかも長期間の使用に耐える製糸ローラとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、産業用合成繊維を製糸する際に使用する製糸ローラに対して、その耐摩耗性を十分に保ちながら、毛羽の発生を抑制することのできる製糸ローラについて鋭意検討した。その結果、製糸ローラ上に形成させるコーティング皮膜は、無水クロム酸水溶液を含浸させて５００〜６００℃に加熱する処理を繰返し行うと表面に形成された緻密化皮膜の硬度が非常に高くなり、高張力で糸条を長期間に渡って高速走行させても、その硬度が非常に高くローラ母材との結合力もきわめて強く、その故に耐摩耗性と耐剥離性に優れていることを見出した。
【００１３】
しかしながら、マルチフィラメント糸条を熱延伸する過酷な条件下では、最終的に緻密化した皮膜の接糸面をラップ研磨加工やバフ研磨加工を施して仕上げ調整しても、長期間に渡って使用していると、どうしても毛羽の発生を抑制することができないことを知見した。そこで、この原因を究明する過程において、本発明者は、最終仕上げ工程である研磨加工において、走行糸条に損傷を与えて毛羽の発生を行おうとすると、せっかく形成させた膜厚の小さな緻密化皮膜が削られてしまい、酸化珪素粉末を主体とするセラミックス・スラリーを塗布して焼成する処理において形成される下層皮膜の影響を大きく受けていることを究明した。
【００１４】
そして、本発明者は、この下層皮膜の影響を極力減らすことができる技術を追求する中で、緻密化処理を繰返し行う途中に、研磨加工を施すことで接糸面の表面状態を一旦調整し、その後、緻密化処理の終了後に最終研磨加工を行うと、緻密化皮膜層を研磨する量を低減でき、緻密化皮膜の除去厚みを薄くでき、これによって、硬度が高くかつ所望の表面仕上げを有する接糸面に調整した複合セラミックス皮膜を、製糸ローラ上に所望の厚さで形成できることを着想し、本発明を完成したのである。
【００１５】
ここに、前記課題を達成するための本発明として、
（１）酸化珪素−酸化クロム又は酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムからなる複合セラミックスからなる多孔質皮膜と、該皮膜内に生成された空隙中に充填されると同時に該皮膜表面を覆う非晶質クロム酸化物微粒子の緻密化皮膜とを有し、更に前記緻密化皮膜の途中に表面研磨加工が施された境界面が形成された製糸ローラ、
（２）前記ローラが産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸するための熱延伸ローラである、（１）に記載の製糸ローラ、
（３）前記多孔質皮膜と緻密化皮膜とからなる製糸ローラ母材上に形成する皮膜の膜厚が３０〜８０μｍである、（１）又は（２）に記載の製糸ローラ、そして
（４）前記ローラの接糸面が最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）が０．５〜５．０μｍであり、その表面ビッカース硬度（ＨＶ）が１２００〜１８００である、（１）〜（３）の何れかに記載の製糸ローラが提供される。
【００１６】
また、前記課題を達成するための本発明として、
（５）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製糸ローラの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、更に、第３処理として第２処理の途中と最後において接糸面に対して表面研磨加工を施すことを特徴とする製糸ローラの製造方法、
（６）前記第２処理を１０〜２０回繰返して行う、（５）に記載の製糸ローラの製造方法、そして
（７）前記第２処理に用いる無水クロム酸水溶液中に硼酸塩化合物、珪酸塩化合物およびりん酸塩化合物のうちから選ばれる少なくとも１種の、加熱することによって非晶質無機物質を生成する結合助剤を混合した、（６）に記載の製糸ローラの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、例えば過酷な熱延伸条件下などで使用される製糸ローラ上を走行するマルチフィラメント糸条が走行しても、該製糸ローラに均一かつ強固な皮膜を形成することができるために、一年以上の長期間に渡って製糸に使用しても、十分な耐摩耗性を有する。また、製糸ローラの表面を所望の仕上げ状態に容易に調整することができ、これによって、製糸ローラ上を走行するマルチフィラメント糸条が受けるダメージを極力抑制することができる。このため、マルチフィラメント糸条が製糸ローラから受ける損傷が少なくなって、毛羽の発生を極めて低く抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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、本発明の製糸ローラを模式的に例示した正断面図であって、図中の参照記号において、１はローラシェル、２は該ローラシェルの接糸面に形成された複合セラミックス皮膜をそれぞれ示す。
【００１９】
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時間に渡って焼成して、無機非金属質からなるコーティング皮膜を形成させる。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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）。
【００２３】
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。
【００２４】
そこで、本発明の製糸ローラとこれを製造するための方法では、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、りん酸塩化合物、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、りん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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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JIS B0601-1982に準拠した表面最大粗さ（Ｒｍａｘ）で表して、１．０〜１０．０μｍとなるように、ラップ加工、バフ加工等の研磨加工処理を施す。そうすると、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。
【００３１】
つまり、本発明では、第２処理工程の途中でラップ加工、バフ加工等の研磨加工を施すと共に、第２処理が終わった時点においても再びラップ加工、バフ加工等の研磨加工処理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。そうすると、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する。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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、JIS B0601-1982で規定される最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）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。
【００３４】
本発明においては、基本的に第１処理及び第２処理によって形成する前記複合セラミックス皮膜２の厚さは、本発明の要旨が満足される限りにおいて特に制限する理由はないが、２０〜１５０μｍ（特に、３０〜１００μｍ）の範囲が好ましい。何故ならば、皮膜２の厚みが１０μｍ未満であると、走行糸条との接触による摩擦による摩滅を考慮した場合に、耐摩耗性において長期間に渡って使用する上で問題となる。また、第２処理後に行う研磨加工において、研磨量の制限を受け、最適な表面状態に調整する上で問題となる。逆に、１５０μｍを超えると、第２処理を繰返し行う回数が多くなり過ぎ処理コストと処理時間において問題となる。また、製糸ローラに糸条を巻廻する際に糸条を吸引保持するサクションガンなどの糸掛け具がローラに接触すると皮膜が破壊され易いという問題があるため、耐衝撃性を考慮すると膜厚を１００μｍ以上にすると、この点で問題がある。
【００３５】
前述のようにして製造した製糸ローラは、無水クロム酸水溶液などを加熱することによって析出した非晶質クロム酸化物の皮膜２からなり、この複合酸化物皮膜２は、全体がＳｉＯ２−Ｃｒ２Ｏ３系あるいはＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３系の酸化物材料で構成されているので、ビッカース硬さ（ＨＶ）で表して，１０００〜１５００といった非常に硬い皮膜となっている。したがって、糸条が一年以上の長期間に渡って、この皮膜２の上を走行しても、摩滅しがたく、それ故に長期耐摩耗性にきわめて優れている。
【００３６】
このとき、前記被膜２の表面粗さ（Ｒｍａｘ）は、０．５〜１０μｍの間の適当な値に調整されていることが望ましい。なお、どの最大粗さ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、性情、製糸条件などの要因を考慮し、毛羽の発生をできるだけ抑制できるように、製糸実験などによって、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】
【００３７】
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（Ｒｍａｘ）：施工したローラ表面をJIS B0601-1982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）ローラ表面更新周期：使用開始してから一ヶ月単位のサンプリング間隔で毛羽数を測定し、カウント値が１０個／１．０×１０６ｍを超えた時点までの期間を更新周期とし、１２ケ月間に渡って測定した。
【００３８】
〔実施例〕
図２は、図１に例示した製糸ローラを用いる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。この図２に示した工程において、固有粘度が０．９７のポリエステル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固化し、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／分で引取った。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った。
【００３９】
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の何れにも使用することができるが、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。このため、図２の製糸工程例において、本発明では、第２延伸ローラ７に対して、本発明の製糸ローラを使用した。
【００４０】
その際，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）。
【００４１】
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、第３処理として、それぞれラップ研磨加工を施して、複合セラミックス皮膜の接糸面の最大粗さ（Ｒｍａｘ）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。
【００４２】
〔比較例１、比較例２〕
比較例１は実施例と同様に第２延伸ローラに対して、化学的緻密化処理の途中で研磨を施すことなく、通常のＣＤＣ−ＺＡＣコーティングを施した製糸ローラを使用したものである。すなわち、化学的緻密化処理が全て終了後、実施例と同様の表面研磨仕上げを実施した製糸ローラであって、実施例と異なる条件はＣＤＣ−ＺＡＣコーティングの途中で研磨加工を施さなかった点のみである。すなわち、比較例１のローラでは、中間研磨仕上げを行わずに、最終研磨仕上げによる最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）が１±０．５μｍになるように調整し、ビッカース硬さ（ＨＶ）も同時に測定した。その時の結果を表１に示す。なお、比較例２は、製糸ローラの母材（ローラシェル）を鏡面加工して、この鏡面に対して硬質クロム鍍金を施したものである。したがって、その最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）は、０．１〜０．５μｍとなっていた。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１から明らかなように、本発明の製造方法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）に渡って連続的に製糸に供したにもかかわらず、毛羽の発生件数は許容範囲内に充分に納まっており、ローラの表面を更新する必要が全く無かった。これに対して、中間研磨仕上げを施さずに、最終研磨仕上げだけを施した比較例１では、試用期間が１１ヶ月経った後には、毛羽の発生が許容値を超えたために、ローラ表面の更新（複合セラミックス皮膜の再形成と再研磨仕上げ）が必要となった。また、硬質クローム鍍金を施した比較例２は、表面仕上げがよいため、初期の毛羽発生は、実施例や比較例１と比較して、優れたレベルにあったが、使用開始からわずか３ヶ月後にローラ表面を更新する必要が生じ、耐久性に問題があった。
【００４５】
なお、本発明の実施例の無水クロム酸水溶液に代えて、硼酸塩化合物、珪酸塩化合物およびりん酸塩化合物からなる結合助剤を前記無水クロム酸水溶液にそれぞれ混合して無水クロム酸化合物溶液をそれぞれ用意して実施例と同様の実験を行った。その結果、実施例と同様に使用開始から１２ヶ月が経過した後でも、毛羽の発生頻度は許容範囲に収まっていた。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の製糸ローラ母材（ローラシェル）上に施す複合セラミックス皮膜を模式的に示した正断面図である。
【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にかかわる製糸工程を模式的に示した概略工程図である。
【符号の説明】
【００４７】
１：ローラシェル
２：複合セラミックス皮膜
３：溶融紡糸口金パック
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：巻取り装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化珪素−酸化クロム又は酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムからなる複合セラミックスからなる多孔質皮膜と、該皮膜内に生成された空隙中に充填されると同時に該皮膜表面を覆う非晶質クロム酸化物微粒子の緻密化皮膜とを有し、更に前記緻密化皮膜の途中に表面研磨加工が施された境界面が形成された製糸ローラ。
【請求項２】
前記ローラが産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸するための熱延伸ローラである、請求項１に記載の製糸ローラ。
【請求項３】
前記多孔質皮膜と緻密化皮膜とからなる製糸ローラ母材上に形成する皮膜の膜厚が３０〜８０μｍである、請求項１又は２に記載の製糸ローラ。
【請求項４】
前記ローラの接糸面が最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）が０．５〜５．０μｍであり、その表面ビッカース硬度（ＨＶ）が１２００〜１８００である、請求項１〜３の何れかに記載の製糸ローラ。
【請求項５】
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製糸ローラの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、更に、第３処理として第２処理の途中と最後において接糸面に対して表面研磨加工を施すことを特徴とする製糸ローラの製造方法。
【請求項６】
前記第２処理を１０〜２０回繰返して行う、請求項５に記載の製糸ローラの製造方法。
【請求項７】
前記第２処理に用いる無水クロム酸水溶液中に硼酸塩化合物、珪酸塩化合物およびりん酸塩化合物のうちから選ばれる少なくとも１種の、加熱することによって非晶質無機物質を生成する結合助剤を混合した、請求項６に記載の製糸ローラの製造方法。
【請求項１】
酸化珪素−酸化クロム又は酸化珪素−酸化アルミニウム−酸化クロムからなる複合セラミックスからなる多孔質皮膜と、該皮膜内に生成された空隙中に充填されると同時に該皮膜表面を覆う非晶質クロム酸化物微粒子の緻密化皮膜とを有し、更に前記緻密化皮膜の途中に表面研磨加工が施された境界面が形成された製糸ローラ。
【請求項２】
前記ローラが産業用ポリエステル繊維を直接紡糸延伸するための熱延伸ローラである、請求項１に記載の製糸ローラ。
【請求項３】
前記多孔質皮膜と緻密化皮膜とからなる製糸ローラ母材上に形成する皮膜の膜厚が３０〜８０μｍである、請求項１又は２に記載の製糸ローラ。
【請求項４】
前記ローラの接糸面が最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）が０．５〜５．０μｍであり、その表面ビッカース硬度（ＨＶ）が１２００〜１８００である、請求項１〜３の何れかに記載の製糸ローラ。
【請求項５】
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製糸ローラの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、更に、第３処理として第２処理の途中と最後において接糸面に対して表面研磨加工を施すことを特徴とする製糸ローラの製造方法。
【請求項６】
前記第２処理を１０〜２０回繰返して行う、請求項５に記載の製糸ローラの製造方法。
【請求項７】
前記第２処理に用いる無水クロム酸水溶液中に硼酸塩化合物、珪酸塩化合物およびりん酸塩化合物のうちから選ばれる少なくとも１種の、加熱することによって非晶質無機物質を生成する結合助剤を混合した、請求項６に記載の製糸ローラの製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−３３６１４３（Ｐ２００６−３３６１４３Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６１４６９（Ｐ２００５−１６１４６９）
【出願日】平成１７年６月１日（２００５．６．１）
【出願人】（３０３０１３２６８）帝人テクノプロダクツ株式会社 (504)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月１日（２００５．６．１）
【出願人】（３０３０１３２６８）帝人テクノプロダクツ株式会社 (504)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]