JP6920019B2 - 繊維工具とその使用、及び繊維工具の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工部を有する繊維工具に関し、繊維工具は、糸を保持するための糸通し部（Fadenaussparung）があるワーク部と、繊維機械中で繊維工具を保持及び／又は移動させるための保持部（柄）とを有する。保持部は、例えば、繊維工具を繊維機械中に取り付け及び／又は動かすために用いられる。本発明は、繊維工具の使用及びその製造方法にも関する。

例えば繊維工具には、機械針、ミシン針、編針、タフティング針等がある。この種の針は、大きな荷重に晒される。例えば、編針が高水準の摩耗に晒されるのは、工業用繊維を研磨糸で編む際である。ミシン針及び／又はタフティング針の場合、高水準の摩耗が繊維の製造プロセス中に針が通る高強度材料又は研削性材料によっても発生することがある。

特許文献１には、薄い摩耗防護層が設けられた基材又は芯材を含む摩耗部品が記載されている。必要に応じ中間層を摩耗防護層と芯材との間に設けることができる。この摩耗防護層は、例えば、ＤＬＣ層である。さらに、この被覆層を摩耗防護層に設けることができる。摩耗部分は糸案内要素であり得る。

独国特許出願公開第１０１２６１１８号明細書

本発明の目的は、糸を保持するための糸通し部を備え、耐摩耗性能が向上した繊維工具を提供することである。

この目的は、請求項１の技術的特徴を有する繊維工具、請求項１５の技術的特徴を有する繊維工具の使用方法、及び請求項１６の技術的特徴を有する製造方法により達成される。

本発明の繊維工具は、繊維工具を繊維機械中に取り付け及び／又は動かすための保持部（柄）を有する。保持部は、例えば、繊維工具を繊維機械の動作中に動かすために用いられ得る。この繊維工具は、糸通し部（糸を通せるように設けられた開口、切欠き、凹部）を有するワーク部をさらに備える。加工される糸は、この糸通し部に導入又は供給される。この糸通し部は、閉じた円環状であることが好ましく、対向する両面に口又は開口部を備える。

本発明の繊維工具は、例えば、編針、ミシン針、又はタフティング針でもよい。編針において、糸通し部は貫通した穴（案内針の場合の例）又は可動要素（例えば、舌部又はスライド）により閉じられ得るフックの内部領域により形成してよい。ミシン針又はタフティング針においては、糸通し部は付属の針穴により形成される。

繊維工具は、芯材（芯となる素材）から形成される工具芯部を有する。例えば、金属材料又は金属合金は、芯材として使用され得る。一つの態様においては、鋼合金が芯材として使用される。

摩耗防護層が糸通し部を有するワーク部の工具芯部に設けられる。この摩耗防護層は、芯材とは異なる材料からなる。この摩耗防護層の硬度は、芯材のそれより大きいことが好ましい。未使用の繊維工具の場合、この摩耗防護層はワーク部において工具芯部を全体的に被覆する。それは、特に先端と糸通し部との間の前端部と、ワーク部の糸通し部の領域に設けられる。摩耗防護層は芯材とは異なる材料からできており、例えば、酸化アルミニウム層、炭素層、ＤＬＣ層、炭化チタン層（ＴｉＣ）等の炭化層、又はアルミニウム窒化チタン層（ＡｌＴｉＮ）若しくは炭窒化チタン層（ＴｉＣＮ）等の窒化層で形成され得る。ＤＬＣ層は、例えば、水素含有アモルファスカーボン層（ａ−Ｃ：Ｈ）としてよい。

より明るい色の被覆層が少なくとも部分的に摩耗防護層に設けられている。この被覆層は、繊維工具のワーク部の、少なくとも糸通し部の領域に設けられている。この被覆層は、糸通し部の内側に加え、糸通し部の縁に直に隣接するワーク部の外面領域も被覆する。より明るい色の被覆層を糸通し部の領域に設けることによって、糸通し部への糸の挿入又は糸入れが効率化される。この糸通し部、例えば、針穴は、糸の太さと比較すると比較的小さいことが多く、糸の糸入れは難しい。この糸入れは、糸通し部において摩耗防護層を被覆層で被覆することにより効率化される。より明るい色の被覆層は、糸通し部又はその領域の光学的な識別を効率化する。凹部内の被覆層は、糸と糸通し部との接触により除去され得る。糸通し部周りの被覆層が保たれていれば、使用された繊維工具であっても、糸通し部でこのように被覆層が除去されたとしても、糸入れが効率化されることが分かった。

被覆層はさらなる役割を果たすことができる。それは、繊維工具とその他の部分、例えば、繊維機械の一部又は別の繊維工具との不正確な相対位置決め又は相対的方位関係を示すインジケータ層として使用し得る。繊維工具とその他の部分の間に望ましくない接触があれば、接触点において被覆層が除去されるであろう。かかる接触点は、接触点で見られる、接触点の近傍の被覆層とその下に配置された摩耗防護層との間の色の明るさの差異により光学的に容易に検知できる。繊維工具及び／又は他の部分は、製品寿命を短くするような摩耗が発生する前に、丁度良い時期に正確に調整することができる。

さらに、被覆層が配置されている表面の表面粗さは摩耗防護層の表面より低く（より滑らか）てよく、糸通し部への糸の挿入又は糸入れが効率化される。

摩耗防護層は、例えば、ＰＶＤプロセス、ＣＶＤプロセス、又はＰＡＣＶＤプロセス等の物理的又は化学的プロセスで工具芯部に蒸着することにより成膜され得る。

被覆層は、摩耗防護層にも物理的又は化学的プロセス、例えば、スパッタリングプロセスにより成膜される。摩耗防護層及び被覆層を、共通の被覆装置又は被覆装置の１槽（例えば、真空槽）で連続的に製造してもよく、都合がよい。

繊維工具のワーク部は、繊維工具の前端に直接隣接することが好ましい。繊維工具の前端に隣接するワーク部の前端領域に被覆層がないと都合がよい。被覆層は、前端領域で摩耗防護層を設けた後に、例えば研磨等の機械的プロセスにより、再度除去することができる。この前端領域は、例えばミシン針又はタフティング針の場合、針が織物材料を通過するため特に高水準の摩耗に晒され、そのため被覆層は織物材料により摩耗され、被覆層の粒子が織物材料に残留する。これは、前端領域に被覆層を設けないか、又は除去することで回避する。

ワーク部の前端領域の表面粗さは、ワーク部のその他の領域よりも低くされ得る。この低い表面粗さ（滑らかさ）は、例えば、研磨により達成することができる。例えば、前端領域の表面粗さを低下させる（滑らかにする）ことにより、編機針（ミシン針又はタフティング針）の穿孔に必要な力を低減させることができる。表面粗さを低下させることにより（例えば、研磨により）、ワーク部の被覆後に存在する被覆層も除去できる。

摩耗防護層の層厚が長手方向に変化するとさらに都合がよい。摩耗防護層の層厚は、例えば、前端領域の方が、長手方向で前端領域に対向するワーク部の後部領域又は保持部（柄）よりも大きくし得る。さらに、保持部の少なくとも一部には摩耗防護層及び被覆層が存在しないことが好ましい。

摩耗防護層及び／又は被覆層の層厚は、糸通し部の内側の方が糸通し部の外側より小さくて良い。そのため、糸通し部の寸法は、被覆により大きく変化しない。糸通し部内側の摩耗防護層及び／又は被覆層の層厚は十分小さく保つことができ、したがって繊維工具の動作中にこの被覆層及び／又は摩耗防護層は糸通し部の領域で機械的に摩耗する。そのため、繊維工具の摩耗は、光学的に検知できる。例えば、最初に繊維工具を使用する場合、被覆層は糸通し部を通過する糸により除去され、繊維工具が使用された繊維工具であることを見て取ることができる。ここで、被覆層は糸通し部内側で、最小限の動作時間内で除去され得る。使用を継続すると、摩耗防護層も除去され、工具芯部が見えるようになる。そのため、継続する摩耗を光学的に識別することができる。

糸穴の領域において、摩耗防護層の層厚は０．３μｍから０．８μｍ、例えば、約０．５μｍであることが好ましい。糸通し部の領域において、被覆層の層厚は０．１μｍ未満、例えば、約０．０２μｍから０．０８μｍであることが好ましい。

好ましい発明の態様において、摩耗防護層の層厚は、ワーク部内及び糸通し部の外側において、最小１．０μｍ及び／又は最大５．０μｍである。

摩耗防護層の層厚は前端部内で最大であることが好ましい。

被覆層の層厚は、それが塗布される繊維工具のワーク部の領域内において、最小０．０２μｍ及び／又は最大０．３μｍである。

被覆層は金属層、例えば、クロム層でよい。

繊維工具及び方法の実施例は、従属項、発明の詳細な説明、及び図面から明らかになろう。以下で本発明の実施例について添付の図面に基づいて説明する。

繊維工具の実施例の斜視図である。 図１の繊維工具の長手方向断面を示す断面図である。

図面は繊維工具１０を示し、実施例において繊維工具１０はミシン針１１である。この繊維工具は、編針又はタフト針等であってもよい。

この繊維工具１０は、長手方向Ｒに長手方向軸Ｌに沿って前端１２から後端１３まで延びる。前端１２は、ミシン針１１では、針先１４が形成される。

前端１２はワーク部１５に隣接する。後端１３は保持部（柄）１６に隣接する。ミシン針１１では、この保持部１６によりミシン針１１を縫製機のホルダに把持する。これとは別の繊維工具１０では、保持部１６が繊維工具を取り付け及び／又は取り外しできるように構成してよい。実施例において、遷移部１７がワーク部１５と保持部１６との間に配置され、その遷移部では針幹の直径が保持部１６に向かって大きくなる。

この繊維工具１０はワーク部１５に糸通し部２０を有しミシン針１１においては糸通し部２０に針穴２１が形成される。糸通し部２０は、実施例の繊維工具１０を長手方向軸Ｌに対して径方向となる通路Ｄの方向に貫通する。通路Ｄ方向周りの周方向Ｕにおいて、糸通し部２０及び実施例の針穴２１は完全に閉じている。糸通し部２０は、長手方向軸Ｌに平行な長手方向Ｒで前端１２とは距離を置いて配置されている。

針穴２１の口は糸溝２３によりミシン針１１の前側２２につながり、このねじ溝２３は長手方向Ｒに延びるとともに、針先１４及び針穴２１の口から距離をもってワーク部１５の外面へと移行する。糸溝２３は、縫製プロセス中に糸の一部を受け取り、案内するために用いられる。

繊維工具１０及び実施例のミシン針１１は、芯材から成る工具芯部３０を有する。例えば、金属合金、好ましくは鋼合金が、芯材として使用され得る。幾つかの用途において、芯材からなる繊維工具１０が摩耗に対して十分に保護されない場合とは、例えば、針が通る材料が研磨糸からなるか大きな貫通力又は穿孔力を必要とする場合であることが分かっている。そのため、実施例において、ワーク部で工具芯部３０に摩耗防護層３１が設けられている。この摩耗防護層３１は、ワーク部１５において工具芯部３０全体を覆う。実施例において、摩耗防護層３１は遷移部１７又は端部１６においても少なくとも部分的に設けられ得る。

長手方向Ｒでの摩耗防護層３１の層厚を見ると、繊維工具１０の箇所毎に異なり、実施例ではワーク部１５内でも異なる。実施例において、遷移部１７又は端部１６内で、摩耗防護層３１の層厚は、長手方向Ｒで後端１３に向かってゼロになるまで継続的に小さくなる。

例えば、ＤＬＣ層等の炭素含有層が摩耗防護層として使用し得る。ＤＬＣ層は、水素含有アモルファスカーボン層（ａ−Ｃ：Ｈ）として実施してよい。炭化層又は窒化層等、他の摩耗防護層３１も使用し得る。例えば、摩耗防護層３１は、炭化チタン層、アルミニウム窒化チタン層、炭窒化チタン層、又は酸化アルミニウム層等である。この摩耗防護層は、物理的又は化学的プロセス、例えば、ＰＶＤプロセス、ＣＶＤプロセス、又はＰＡＣＶＤプロセスにより成膜され得る。摩耗防護層３１は、実施例では、電気的に絶縁されている。

摩耗防護層３１の層厚は、工具芯部３０の表面に対して直角に測定される。前端１２に直に隣接するワーク部１５の前端領域１５ａにおいて、摩耗防護層３１は第１の層厚ｄ１を有する。糸通し部２０と遷移部１７の間の領域又は糸通し部２０と保持部１６の間の領域において、摩耗防護層３１は第２の層厚ｄ２を有する。糸通し部２０又は針穴２１内において、摩耗防護層３１は第３の層厚ｄ３を有する。第１の層厚ｄ１は、第２の層厚ｄ２及び第３の層厚ｄ３より大きい。第３の層厚ｄ３は、第１の層厚ｄ１及び第２の層厚ｄ２より小さい。糸通し部２０内において、摩耗防護層３１はワーク部１５で最小の層厚を有する。

実施例において、第２の層厚ｄ２は約１．０μｍである。第１の層厚ｄ１は約３．０μｍである。第３の層厚ｄ３は約０．５μｍである。

摩耗防護層３１は、ワーク部１５内で、少なくとも糸通し部２０の領域で被覆層３２に被覆されている。被覆層３２の色は、摩耗防護層３１よりも明るい色である。被覆層３２は摩耗防護層３１を、糸通し部２０内と少なくとも糸通し部２０に隣接する領域で被覆する。被覆層３２は摩耗防護層３１を、前端領域１５ａの外側のワーク部１５で全体的に被覆してよい。被覆層３２がワーク部１５の外側、例えば、遷移部１７及び／又は保持部１６において、少なくとも部分的に摩耗防護層３１を被覆することも可能である。

例えば、クロム層等の金属層を被覆層３２として適用し得る。被覆層３２は、例えば、スパッタリングプロセスにより成膜する。

被覆層３２は、摩耗防護層３１の前端１２に直に隣接する前端領域１５ａには存在しない。被覆層３２は、糸通し部２０と前端１２の間の、前端領域１５ａ外においてのみ設けられる。ミシン針１１の前端領域１５ａが終わるのはほぼ針穴２１と針先１４との間の箇所であり、その箇所ではミシン針１１の寸法が長手方向軸Ｌと直角で最大となる。実施例において、前端領域１５ａは針先１４と、糸溝２３がミシン針１１のワーク部１５の外面へと移行する箇所の径方向平面との間を、長手方向軸Ｌに沿って広がる。

以上説明した通り、摩耗防護層３１の層厚は長手方向Ｒで変化する。被覆層３２の層厚も長手方向Ｒで変化する。糸通し部２０内及び糸通し部２０の周りの領域では、被覆層３２の最小層厚は摩耗防護層３１の表面粗さより大きい。実施例において、被覆層３２の最小厚は０．０２μｍである。糸通し部２０内で、被覆層３２の層厚は約０．１μｍである。糸通し部２０外のワーク部１５において、被覆層３２の層厚がより大きく、約０．３μｍである。被覆層３２は前端領域１５ａには設けられていない。

繊維工具１０及び実施例の編機ミシン針１１は、以下のように製造することができる。

最初に、工具芯部３０を芯材から製造する。次にホルダで繊維工具１０に保持部（柄）１６を配置し、物理的又は化学的被覆プロセスで繊維工具１０に摩耗防護層３１を被覆する。次に繊維工具１０の摩耗防護層３１に被覆層３２を被覆する。

前端領域１５ａの表面の粗さは、研磨プロセス又はその他の適正なプロセスで低下させる。ミシン針１１の場合、繊維への穿孔力はこのようにして低減させることができる。実施例において、被覆層３２の再度の除去を前端領域１５ａにおける表面粗さの低減のためか又はかかる低減により行う。そのため、ワーク部１５の前端領域１５ａにおいて、被覆層３２よりも色がより暗い（黒っぽい）摩耗防護層が見えるようになる。

糸通し部２０内側での摩耗防護層３１及び被覆層３２の層厚は小さいため、繊維工具１０の使用の際糸通し部２０を通過する糸により被覆層３２は除去されることとなる。ここで、被覆層３２は最初に機械的摩擦により除去される。これは、使用後から短時間ですでに発生する。そのため、糸通し部２０内側に被覆層３２がないことにより、繊維工具１０が既に使用されていることが即座に認識できる。使用を継続すると、糸通し部２０内で非常に薄い摩耗防護層３１も糸との摩擦により機械的に除去される。摩耗防護層３１が糸通し部２０内側にもはや存在しなくなると、繊維工具１０がすでに長期間使用されたことが認識できる。そのため、新しい未使用の繊維工具（糸通し部２０内側に被覆層３２が存在する）は、短期間使用された繊維工具１０（被覆層３２は糸通し部２０において除去され、摩耗防護層３１は糸通し部２０に存在する）及び既により長期間使用された繊維工具１０（被覆層３２も摩耗防護層３１も糸通し部２０に存在しない）からの光学的に識別できる。

本発明は、繊維工具１０、例えば、ワーク部１５と保持部（柄）１６とを有するミシン針１１に関する。ワーク部１５において、繊維工具１０は糸を保持するための糸通し部２０を有する。繊維工具１０は、芯材でできた工具芯部３０を有する。ワーク部１５において、繊維工具１０は、工具芯部３０の芯材とは異なる摩耗防護層３１で被覆されている。糸通し部２０の領域において、摩耗防護層３１には摩耗防護層３１よりも明るい色の被覆層３２が設けられる。被覆層３２は糸通し部２０内側とそれに隣接する部分に存在する。繊維工具１０の前端１２に隣接する前端領域１５ａには、被覆層３２は存在しないことが好ましい。

１０ 繊維工具
１１ ミシン針
１２ 前端
１３ 後端
１４ 針先
１５ ワーク部
１５ａ 前端領域
１６ 保持部（柄）
１７ 遷移部
２０ 糸通し部
２１ 針穴
２２ 前側
２３ 糸溝
３０ 工具芯部
３１ 摩耗防護層
３２ 被覆層
Ｄ 通過方向
ｄ１ 第１の層厚
ｄ２ 第２の層厚
ｄ３ 第３の層厚
Ｌ 長手方向軸
Ｒ 長手方向
Ｕ 周方向

Claims (16)

1. 糸を保持するための糸通し部（２０）と、繊維機械内で取り付け及び／又は動かすための保持部（柄）（１６）とを有するワーク部（１５）を備えた繊維工具（１０）であって、
   芯材でできた工具芯部（３０）と
   前記繊維工具（１０）の前記ワーク部（１５）において前記工具芯部（３０）に設けられた摩耗防護層（３１）と、
   前記摩耗防護層（３１）より明るい色で、少なくとも前記糸通し部（２０）の領域にある前記摩耗防護層（３１）に設けられた被覆層（３２）と
   を有する繊維工具において、
   前記糸通し部（２０）内側の前記摩耗防護層（３１）の層厚（ｄ３）及び／又は前記被覆層（３２）の層厚は、糸通し部（２０）の外側領域の層厚より小さい、
   ことを特徴とする繊維工具。
2. 前記ワーク部（１５）は前記繊維工具（１０）の前端（１２）に隣接する、ことを特徴とする請求項１に記載の繊維工具。
3. 前記ワーク部（１５）の前端領域（１５ａ）には前記被覆層（３２）は存在しない、ことを特徴とする請求項２に記載の繊維工具。
4. 前記ワーク部（１５）の前記前端領域（１５ａ）の表面粗さは、前記ワーク部（１５）のその他の領域より小さい、ことを特徴とする請求項３に記載の繊維工具。
5. 前記摩耗防護層（３１）の層厚（ｄ１、ｄ２、ｄ３）は前記繊維工具の長手方向（Ｒ）に変化する、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の繊維工具。
6. 前記摩耗防護層（３１）の前記層厚（ｄ１）は、前記ワーク部（１５）の前記前端領域（１５ａ）の方が前記前端領域（１５ａ）の外側の領域より大きい、ことを特徴とする請求項５に記載の繊維工具。
7. 前記保持部（柄）（１６）の少なくとも一部には前記摩耗防護層（３１）及び前記被覆層（３２）は存在しない、ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１つに記載の繊維工具。
8. 前記摩耗防護層（３１）の前記層厚（ｄ２）は、前記ワーク部（１５）内及び前記糸通し部（２０）の外側において、最小１．０μｍである、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１つに記載の繊維工具。
9. 前記摩耗防護層（３１）の前記層厚（ｄ１、ｄ２、ｄ３）は、前記ワーク部（１５）内で最大５．０μｍである、ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１つに記載の繊維工具。
10. 前記糸通し部（２０）の領域における前記被覆層（３２）の前記層厚は最小０．０２μｍである、ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１つに記載の繊維工具。
11. 前記被覆層（３２）の前記層厚は最大０．３μｍである、ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１つに記載の繊維工具。
12. 前記摩耗防護層（３１）はＤＬＣ層、炭化層、又は窒化層である、ことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１つに記載の繊維工具。
13. 前記被覆層（３２）は金属層である、ことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１つに記載の繊維工具。
14. 請求項１乃至１３の何れか１つに記載の繊維工具（１０）の使用であって、
    −繊維機械に前記繊維工具（１０）を配置する工程と、
    −前記糸通し部（２０）に糸を挿入又は糸を入れる工程と、
    −前記糸通し部（２０）内で前記被覆層（３２）が機械的に除去されるように前記繊維機械を操作する工程と
    からなる繊維工具の使用。
15. 糸を保持するための糸通し部（２０）と、繊維ワーク機で取り付け及び／又は動かされるための保持部（柄）（１６）とを有するワーク部（１５）を備えた繊維工具（１０）を製造する方法であって、
    工具芯部（３０）を、前記ワーク部（１５）に前記糸通し部（２０）を備えるように、芯材から製造する工程と、
    前記繊維工具（１０）の前記ワーク部（１５）において摩耗防護層（３１）を前記工具芯部（３０）に設ける工程と、
    前記摩耗防護層（３１）より明るい色の被覆層（３２）を少なくとも前記糸通し部（２０）の領域の前記摩耗防護層（３１）に設ける工程と
    からなる方法において、
    前記糸通し部（２０）内側の前記摩耗防護層（３１）の層厚（ｄ３）及び／又は前記被覆層（３２）の層厚は、糸通し部（２０）の外側領域の層厚より小さい、
    ことを特徴とする繊維工具を製造する方法。
16. 前記ワーク部（１５）の前端領域（１５ａ）において前記被覆層（３２）が再度除去される、ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。

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