JP2014210285A

JP2014210285A - 金属繊維構造物及びその製法

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Publication number: JP2014210285A
Application number: JP2013089168A
Authority: JP
Inventors: 孝臣倉橋; Takaomi Kurahashi; 岡本　俊紀; Toshinori Okamoto; 俊紀岡本; 誠二小樋; Seiji KOHI; 泰志津田; Yasushi Tsuda
Original assignee: Toho Kinzoku Co Ltd; Gunze Ltd
Current assignee: Toho Kinzoku Co Ltd; Gunze Ltd
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2014-11-13
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: JP6099468B2

Abstract

【課題】高い柔軟性と多孔性を有する長尺な金属繊維構造及びその製造方法を提供する。
【解決手段】金属繊維構造物は、タングステン線及びモリブデン線を除く金属線Ｋ１の編物である布帛が複数枚重ね合わせて、積層方向に加圧圧着されてなる。金属繊維構造物の製法は、布帛を複数枚重ね合わせる工程と、重ね合せた複数枚の布帛を積層方向に両面から加圧することで、複数枚の布帛を圧着させる工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明はタングステン線及びモリブデン線を除く金属線からなる布帛が複数枚加圧圧着されてなる金属繊維構造物及びその製法に関する。

金属線からなる布帛は一般に金属線を織り又は編み加工して、シート状にしたもので、フィルター、導熱体、デミスターなどに用いられている。これらは一般に１枚の布帛として用いられるが、用途によっては複数枚の布帛を重ね合わせて使用される。

特許文献１には、金属線を編んだ編成テープを軸方向に圧縮成形した圧縮成形物が開示されている。この金属線からなる編成テープの圧縮成形物は、多孔性を有する金属多孔体である。一般的に、金属多孔体の製法は、金属粒子を有機物と混合して成形し、長時間の加熱処理により金属粒子の多孔構造を維持した状態で有機物を分解・除去した後、残った金属多孔体を焼結する方法（金属粒子の焼結法）や、特許文献２のように、多孔質樹脂体に導電処理を施してメッキした後、長時間の加熱処理によりメッキ構造を維持したまま多孔質樹脂体を分解・除去した後、残った金属多孔体を焼成する方法（多孔質樹脂体へのメッキ法）で形成されている。

特許３４８１８９０号公報特許３７３５８９８号公報

しかしながら、特許文献１の圧縮成形物は金属線を編んだ編成テープを圧縮型に充填、軸方向に圧縮して成形されたブロック状のもので、柔軟性に欠け、また板状の長尺な圧縮成形物を作ることは困難である。

また、金属多孔体の製法である、金属粒子の焼結法や多孔質なメッキ層の焼成法は、いずれも長時間の有機物の分解・除去工程と高温での熱処理工程といった大がかりな設備が必要であり、高コストな製造方法である。

本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであって、その目的は、高い柔軟性と多孔性を有する長尺な金属繊維構造物及びその製造方法を提供することである。

発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、金属線を緯編，経編などの編物の布帛にし、その布帛を複数枚重ね合わせて積層方向に加圧圧着することで、高い柔軟性と多孔性を有する長尺な金属繊維構造物にすることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の第１の観点に係る金属繊維構造物は、タングステン線及びモリブデン線を除く金属線の編物である布帛が複数枚重ね合わせて圧着されている。好ましくは、前記布帛は金属線を緯編や経編で編んだ編み物である。

好ましくは、前記金属線は、単線、或いは単線を複数本撚り又は引きそろえた複合線であり、前記金属線を構成する単線の直径は、０．０１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下である。

本発明の第２の観点に係る金属繊維構造物の製造方法は、金属線の編物である布帛を複数枚重ね合わせる工程と、前記重ね合わせた複数枚の布帛を積層方向に両面から加圧することで、該複数枚の布帛を圧着させる工程を有する。

好ましくは、前記重ね合わせた複数枚の布帛を圧着させる工程では、該複数枚の布帛を圧延ロール加工により積層方向に加圧する。

本発明によれば、金属繊維構造物を構成する布帛は、編物であることから、柔軟性が高く、多孔性を有する。従って金属繊維構造物も柔軟性が高く、多孔性を有する。また、本発明の金属繊維構造物は、柔軟性が高いことから、高い変形能を有し、形状の自由度が高い。また積層方向に両面から加圧することで、長尺な金属繊維構造物を得ることができる。本発明の金属繊維構造物は、柔軟性を有する金属多孔体として、耐熱ろ過フィルター、ガスフィルター、放熱部材、多孔質電極基材、吸音材等に好適に使用できる。

本発明の金属繊維構造物を拡大して示す写真である。本発明の金属繊維構造物を拡大して示す写真である。本発明の金属繊維構造物を拡大して示す写真である。本発明の金属繊維構造物を拡大して示す写真である。本発明の金属繊維構造物を拡大して示す写真である。本発明の金属繊維構造物を拡大して示す写真である。本発明の金属繊維構造物を構成する布帛を拡大して示す写真である。本発明の金属繊維構造物を構成する布帛を拡大して示す写真である。本発明の金属繊維構造物を構成する布帛を拡大して示す写真である。本発明の金属繊維構造物の製造工程を示すフローチャートである。剛軟度評価試験を示す概略図である。折り曲げ回数試験を示す概略図である。

以下、本発明の金属繊維構造物を、図面を参照して説明する。図１〜図６は、本発明の金属繊維構造物Ｇ１〜Ｇ６を拡大して示す写真である。図７〜図９は、本発明の金属繊維構造物Ｇ１〜Ｇ６を構成する布帛Ｆ１〜Ｆ３を拡大して示す写真である。以下では説明の便宜のために、金属繊維構造物Ｇ１〜Ｇ６を総称して金属繊維構造物Ｇと適宜示し、布帛Ｆ１〜Ｆ３を総称して布帛Ｆと適宜示す。また、布帛Ｆ１〜Ｆ３に含まれる金属線Ｋ１〜Ｋ３を、総称して金属線Ｋと適宜示す。

本発明の金属繊維構造物Ｇは、布帛Ｆが複数枚重ね合わせ圧着されたものである。すなわち、図１に示す金属繊維構造物Ｇ１は、図７に示す布帛Ｆ１が７枚重ね合わせ圧着されたものである。図２に示す金属繊維構造物Ｇ２は、図７に示す布帛Ｆ１が３枚重ね合わせ圧着されたものである。図３に示す金属繊維構造物Ｇ３は、図８に示す布帛Ｆ２が７枚重ね合わせ圧着されたものである。図４に示す金属繊維構造物Ｇ４は、図８に示す布帛Ｆ２が３枚重ね合わせ圧着されたものである。図５に示す金属繊維構造物Ｇ５は、図９に示す布帛Ｆ３が７枚重ね合わせ圧着されたものである。図６に示す金属繊維構造物Ｇ６は、図９に示す布帛Ｆ３が３枚重ね合わせ圧着されたものである。

布帛Ｆは、タングステン線及びモリブデン線を除く金属線Ｋを、緯編や経編に編んだ編み物である。本発明に用いる布帛Ｆは、柔軟性に優れた平編み、ゴム編み、パール編み及びピース編みの中から選ばれる緯編地が好ましい。図７〜図９に示す布帛Ｆ１〜Ｆ３は、それぞれ、金属線Ｋ１〜Ｋ３を緯編で編んだものである。

金属線Ｋは、タングステン及びモリブデンを除く金属繊維構造物の使用用途に適する金属、例えば鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン、亜鉛、錫、銀、金、白金、バナジウム等の純金属及びそれらの金属を主とした合金からなる。図１、図２、図７に示す金属線Ｋ１は、ＳＵＳ３０４からなる。図３、図４、図８に示す金属線Ｋ２は、純ニッケルからなる。図５、図６、図９に示す金属線Ｋ３は、純アルミニウムからなる。

金属線Ｋには、白金、ニッケル系合金、金等の金属膜や、ガラス、シリカ、アルミナ等の絶縁性無機膜や樹脂等の有機膜により被覆処理が施されていてもよい。これにより、耐食性、耐酸化性が改善され耐食性、耐酸化性が要求される場合に好適である。

金属線Ｋは、単線、或いは単線を複数本撚り又は引きそろえた複合線である。複合線の場合、撚り又は引きそろえる単線の本数は２〜３２本が好ましい。

金属線Ｋを構成する単線の直径は、０．０１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下である。直径が０．５ｍｍを超える場合、金属線Ｋの剛性が強くなり布帛Ｆの製造が困難になる。０．０１ｍｍ未満である場合、布帛Ｆの製作時に糸切れを生じやすくなる。図１〜図４、図７、図８に示す金属線Ｋ１，Ｋ２は、直径が０．０３５ｍｍの単線を３本引きそろえた複合線である。図５、図６に示す金属線Ｋ３は、直径が０．１ｍｍの単線である。

また、金属線Ｋは、異種の金属線を撚り又は引きそろえた複合線であっても良い。さらに、金属線Ｋは、一部を金属以外の耐熱繊維（具体的には、フッ素やポリイミド等の耐熱樹脂やガラスやセラミックやカーボンの繊維等）を含む複合線であっても良い。

次に、図１０を用いて、本実施形態の金属繊維構造物Ｇの製造方法について説明する。

まず、編み機を用いて金属線Ｋを緯編や経編に編んで、布帛Ｆを複数枚形成する（ステップＳ１）。

ついで、複数枚の布帛Ｆを重ね合わせる（ステップＳ２）。

ついで、重ね合わせた複数枚の布帛Ｆを加熱処理する。その条件は、１００〜４００℃の温度で、１〜３時間程度の加熱処理である（ステップＳ３）。なお、該加熱処理は、必ずしも行われなくてもよい。

ついで、重ね合わせた複数枚の布帛Ｆを両面から積層方向に加圧して圧着させる（ステップＳ４）。この加圧は、圧延ロール加工やプレス加工を用いて行う。長尺の金属繊維構造物Ｇを得るためには、圧延ロール加工が好ましい。該圧延ロール加工では、加圧が一回もしくは複数回行われ、複数回の場合は、後の回ほどロールの隙間が狭く設定される。この加圧により、重ね合わされた布帛Ｆは塑性変形して圧着する。これにより、重ね合わせた布帛Ｆが所定の厚さに圧縮されて、本発明の金属繊維構造物Ｇが得られる。

本発明によれば、金属繊維構造物Ｇを構成する布帛Ｆは、編物であることから、柔軟性が高く、多孔性を有する。従って金属繊維構造物Ｇも柔軟性が高く、多孔性を有する。また、本発明の金属繊維構造物Ｇは、柔軟性が高いことから、高い変形能を有し、形状の自由度が高い。また圧延ロール加工により積層方向に加圧することで、長尺な金属繊維構造物Ｇを得ることができる。

また布帛Ｆが編物であり、金属線Ｋが絡み合った三次元的な凹凸構造を有していることから、本発明の金属繊維構造物Ｇは、二次元構造の織物と比較して、圧延加工時に布帛Ｆと布帛Ｆの金属線Ｋ同士が複雑に絡み合い、複数枚の布帛Ｆが強固に圧着する。

また、本発明の製造方法によれば、複数枚の布帛Ｆを圧延ロール等により積層方向に両面から加圧して密着させる。したがって、長時間の有機物の分解・除去工程と高温での熱処理工程といった大がかりな設備を要せず、複数枚の布帛Ｆを一体にできる。このため、製造コストを安価に抑えることができる。

次に、本発明の金属繊維構造物Ｇの柔軟性を確認するために行なった試験について説明する。本試験は、本発明の実施例１〜６の金属繊維構造物Ｇ１〜Ｇ６を製造して、該実施例１〜６の金属繊維構造物Ｇ１〜Ｇ６や比較例１の多孔性金属シートの柔軟性等を示す数値を得たものである。

（実施例１）
図１に示した実施例１の金属繊維構造物Ｇ１を製造する際には、シンカー丸編み機を用いて、ＳＵＳ３０４の金属糸Ｋ１（単線直径０．０３５ｍｍ、３本ひきそろえ）を緯編に編むことにより、図７に示す布帛Ｆ１（目付：７７．６ｇ／ｍ^２、厚み：０．４６ｍｍ）を得た。そして、この布帛Ｆ１を７枚重ね合わせて所定の寸法に切断した。さらに、ロール間隔が０．２ｍｍである圧延ロールを用いて、重ね合わせた布帛Ｆ１に、１パス圧延加工を施した。この結果、圧延方向やこれに直交する方向の長さが１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さが０．５６ｍｍである実施例１の金属繊維構造物Ｇ１を得た。

（実施例２）
図２に示した実施例２の金属繊維構造物Ｇ２を製造する際には、ＳＵＳ３０４の金属糸Ｋ１（単線直径０．０３５ｍｍ、３本ひきそろえ）を、実施例１と同様の方法で編むことで、図７に示す布帛Ｆ１（目付：７７．６ｇ／ｍ^２、厚み：０．４６ｍｍ）を得た。そして、この布帛Ｆ１を３枚重ね合わせて、実施例１と同様に圧延加工を行なった。この結果、圧延方向やこれに直交する方向の長さが１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さが０．５１ｍｍである実施例２の金属繊維構造物Ｇ２を得た。

（実施例３）
図３に示した実施例３の金属繊維構造物Ｇ３を製造する際には、シンカー丸編み機を用いて、純ニッケルの金属糸Ｋ２（単線直径０．０３５ｍｍ、３本ひきそろえ）を緯編に編むことで、図８に示す布帛Ｆ２（目付：９１．７ｇ／ｍ^２、厚み：０．１５ｍｍ）を得た。そして、この布帛Ｆ２を７枚重ね合わせ、実施例１と同様に圧延加工を行なった。この結果、圧延方向やこれに直交する方向の長さが１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さが０．６ｍｍである実施例３の金属繊維構造物Ｇ３を得た。

（実施例４）
図４に示した実施例４の金属繊維構造物Ｇ４を製造する際には、純ニッケルの金属糸Ｋ２（単線直径０．０３５ｍｍ、３本ひきそろえ）を、実施例３と同様の方法で緯編に編むことで、図８に示す布帛Ｆ２（目付：９１．７ｇ／ｍ^２、厚み：０．１５ｍｍ）を得た。そして、この布帛Ｆ２を３枚重ね合わせ、実施例１と同様に圧延加工を行なった。この結果、圧延方向やこれに直交する方向の長さが１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さが０．４２ｍｍである実施例４の金属繊維構造物Ｇ４を得た。

（実施例５）
図５に示した実施例５の金属繊維構造物Ｇ５を製造する際には、シンカー丸編み機を用いて、純アルミの金属糸Ｋ３（単線直径０．１ｍｍ、単線）を緯編に編むことで、図９に示す布帛Ｆ３（目付：１３３ｇ／ｍ^２、厚み：０．６１ｍｍ）を得た。そして、この布帛Ｆ３を７枚重ね合わせ、実施例１と同様に圧延加工を行なった。この結果、圧延方向やこれに直交する方向の長さが１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さが０．６５ｍｍである実施例５の金属繊維構造物Ｇ５を得た。

（実施例６）
図６に示した実施例６の金属繊維構造物Ｇ６を製造する際には、シンカー丸編み機を用いて、純アルミの金属糸Ｋ３（単線直径０．１ｍｍ、単線）を緯編に編むことで、図９に示す布帛Ｆ３（目付：１３３ｇ／ｍ^２、厚み：０．６１ｍｍ）を得た。そして、この布帛Ｆ３を３枚重ね合わせ、実施例１と同様に圧延加工を行なった。この結果、圧延方向やこれに直交する方向の長さが１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さが０．３３ｍｍである実施例６の金属繊維構造物Ｇ６を得た。

（比較例１）
比較例１の多孔性金属シートは、市販のニッケル多孔シート（住友電気工業株式会社製Ｎｉセルメット、品番♯７、標準厚み１．６ｍｍ、セル数４８〜５２ケ／インチ、孔径０．５ｍｍ、比表面積３７５０ｍ^２／ｍ^３）である。

（見かけ密度）
実施例１〜６の金属繊維構造物Ｇ１〜Ｇ６や比較例１の多孔性金属シートの質量、厚み、長さ及び幅を測定した。そして、実施例１〜６や比較例１の各々について、質量／（厚み×長さ×幅）の計算を行うことで、実施例１〜６や比較例１の見かけ密度を算出した。

（空孔率）
実施例１〜６の金属繊維構造物Ｇ１〜Ｇ６や比較例１の多孔性金属シートの各々について、（１−見かけ密度／真密度）×１００（％）の計算を行って、実施例１〜６や比較例１の空孔率を算出した。

（通気抵抗試験）
実施例１〜６の金属繊維構造物Ｇ１〜Ｇ６や比較例１の多孔性金属シートを７ｃｍ×７ｃｍに切断した試験片を準備した。そして、実施例１〜６及び比較例１毎に、試験片の通気抵抗をＫＥＳ法により測定した。

（剛軟度評価試験）
ＪＩＳＬ１０９６の織物及び編物の生地試験方法の８．２１に規定される剛軟度の評価方法の１つであるＢ法（スライド法）にて、実施例１〜６及び比較例１の剛軟度を評価する試験を行った。

この試験では、実施例１〜６の金属繊維構造物Ｇ１〜Ｇ６や比較例１の多孔性金属シートを１０ｃｍ×１ｃｍに切断した試験片Ｓを準備した。そして、実施例１〜６及び比較例１毎に、図１１に示すように、試験片Ｓの一方側Ｓａを試験機Ｙに水平に把持させて、試験片Ｓの他方側Ｓｂが垂れ下がる垂直方向長さ（スケールの読み）δを測定した。

そして、実施例１〜６及び比較例１の試験片Ｓ毎に、垂直方向長さ（スケールの読み）δ・試験片の単位面積当たりの重力Ｗ・試験片の長さＬを下記式１に代入して、剛軟度Ｂｒを算出した。試験片の長さＬとは、試験片Ｓの他方側Ｓｂが試験機Ｙから延び出る長さ（５ｃｍ）である。試験片の単位面積当たりの重力Ｗとは、試験片Ｓにかかる単位面積当たりの重力である。剛軟度Ｂｒは、板材の柔軟性を示す数値であり、板材がしなやかである場合、剛軟度Ｂｒの数値は小さくなる。剛軟度Ｂｒの算出結果等を表１に示す。

（折り曲げ回数試験）
実施例１〜６の金属繊維構造物Ｇ１〜Ｇ６や比較例１の多孔性金属シートを３ｃｍ×１ｃｍに切断した試験片Ｓを準備した。そして、実施例１〜６及び比較例１毎に、図１２に示すように、試験片Ｓの一方側Ｓａを試験機Ｘに固定した状態で、試験片Ｓの他方側Ｓｂを９０°折り曲げる作業を連続して行った。この折り曲げ作業は、右側への曲げ→元に戻す曲げ→左側への曲げ→元に戻す曲げを、繰り返すものである。

上記の折り曲げ作業は、試験片Ｓが断裂するまで行い、断裂に至るまでの折り曲げ回数をカウントした（最大３００回）。なお、折り曲げ回数は、試験片Ｓを９０°折り曲げるたびに（つまり、右側への曲げ、元に戻す曲げ、左側への曲げのたびに）、１回ずつカウントしたものである。

以下の表１は、実施例１〜６や比較例１について得られた見かけ密度、空孔率、通気抵抗、剛軟度、折り曲げ回数を示す。

表１に示すように、実施例１〜６の金属繊維構造物Ｇ１〜Ｇ６は、空孔率が６６．５９％〜９３．２３％と大きく、通気抵抗が０．００２４６ｋＰａ・ｓｅｃ／ｍ〜０．０２２９ｋＰａ・ｓｅｃ／ｍと小さかった。このことから、実施例１〜６の金属繊維構造物Ｇ１〜Ｇ６は、多孔質であり、通気性に優れることが把握された。また比較例１の多孔性金属シートも、空孔率が９１．９６％と高く、通気抵抗が０．０１４２ｋＰａ・ｓｅｃ／ｍと小さいことから、多孔質であり、通気性を有することが把握された。

また、実施例１〜６の試験片Ｓでは、折り曲げを１００回繰り返しても、圧延方向やこれに直交する方向に断裂は生じなかった。これに対して、比較例１の試験片Ｓでは、９回の折り曲げで、断裂が生じた。したがって、実施例１〜６の金属繊維構造物Ｇ１〜Ｇ６は、布帛Ｆの柔軟性に富み、折り曲げ耐久性が高いこと、比較例１の多孔性金属シートは、柔軟性に乏しく、折り曲げ耐久性が低いことが確認された。また実施例１〜４の試験片Ｓについては、折り曲げを３００回繰り返しても断裂は生じなかった。このことから、金属の種類によらず金属線Ｋの繊維径が細く、かつ複合線からなる場合には、より一層、布帛Ｆの柔軟性に富み、折り曲げ耐久性が高まることが把握された。

また、実施例１，３〜６は、比較例１に比して、剛軟度Ｂｒが小さくなった。また、実施例２は、剛軟度Ｂｒを測定しなかったが、定性的には柔軟性に富んでいた。したがって、実施例１〜６の金属繊維構造物Ｇ１〜Ｇ６は柔軟性に富み、比較例１の多孔性金属シートは柔軟性が乏しいことが確認された。

以上のことから、本発明によれば、空孔率を広範囲に制御でき、多様な多孔性と柔軟性を合わせ持つ長尺の金属繊維構造物を得ることが確認された

Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３布帛
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６金属繊維構造物
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３金属線

Claims

タングステン線及びモリブデン線を除く金属線の編物である布帛が、複数枚重ね合わせて、積層方向に加圧圧着されてなる金属繊維構造物。
前記金属線は、単線、或いは単線を複数本撚り又は引きそろえた複合線であり、
前記金属線を構成する単線の直径は、０．０１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下である請求項１に記載の金属繊維構造物。
請求項１に記載の金属繊維構造物の製法であって、
前記布帛を複数枚重ね合わせる工程と、
前記重ね合せた複数枚の布帛を積層方向に両面から加圧することで、前記複数枚の布帛を圧着させる工程とを有する金属繊維構造物の製法。
前記複数枚の布帛を圧着させる工程では、前記重ね合せた複数枚の布帛を圧延ロールで積層方向に加圧することで、前記複数枚の布帛を圧着させる請求項３に記載の金属繊維構造物の製法。