JP2016507658A - 金属繊維の塊及びこのような塊を製造する方法 - Google Patents

金属繊維の塊及びこのような塊を製造する方法 Download PDF

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Abstract

本願においては金属繊維の塊が開示される。塊における金属繊維は個別の長さを有している。金属繊維の断面は、９０?未満の狭角を成すように互いに隣接する２つの直線状側辺と、不規則な形状である１つ又は複数の湾曲側辺とを有している。塊における金属繊維は、１００μｍ未満である繊維の平均等価直径を有している。塊における金属繊維は、等価繊維直径に対して２５％未満である等価繊維直径の繊維間標準偏差を有している。【選択図】図１

Description

本発明は金属繊維の塊に関する。本発明に係る金属繊維の塊は小さな重量で製造することができ、塊内の金属繊維においては等価直径の繊維間バラツキを小さくすることができる。加えて、本発明に関して、このような金属繊維の塊を製造する方法が記載されている。例えば、金属繊維の塊は、種々の用途、例えば、濾過、燃料電池及び電解槽の電極、触媒等に用いられる不織ウェブを製造するために用いることができる。
１００μｍ未満の直径範囲内にある金属繊維（例えば、ステンレス鋼繊維）を製造するいくつかの製造方法が知られており、その例としては、（特許文献１、特許文献２、及び特許文献３に開示されるような）束状伸線、（特許文献４に開示されるような）シェービング、（特許文献５及び特許文献６に開示されるような）切削加工、及び（特許文献７、特許文献８、及び特許文献９に開示されるような）溶湯からの繊維の引抜き又は押出しが挙げられる。このような繊維の典型的な適用例としては、種々の用途が挙げられ、例えば、濾過を目的とする不織ウェブが挙げられる。
束状に伸線された繊維は六角形の断面を有し、これらの繊維においては、等価直径（繊維の断面積と同じ面積を有する円の直径）の繊維間バラツキが小さくなっている。しかしながら、束状に伸線することは、複数のステップから成る長いプロセスから成り、小さな体積の繊維又は少量の繊維を製造することに適していない。さらに、あらゆる種類の金属又はあらゆる種類の金属合金について束状に伸線することによって繊維に加工することができなくなっている。
シェービングによる繊維の製造は、材料にとって高価な準備ステップとなるような適切な厚みの金属箔の入手を必要とし、かつ少量の金属繊維を短時間で製造することを必要とする場合には適していない。また、あらゆる種類の金属又は金属合金を箔として準備することはできない。これらの繊維においては、断面が実質的に矩形となっており、等価直径の繊維間バラツキが小さくなっている。
溶湯から得られる繊維は腎臓状の断面をほとんど有しており、このような繊維については高価な製造設備が必要とされる。かかる設備の場合、繊維に製造される金属の種類が制限され、さらには、直径範囲が制限されることとなる。なぜならば、微細繊維を製造することができないからである（又は著しい困難を伴うからである）。かかる技術は、大きな出費及び複雑なプロセスを要すると考えると、少量の金属繊維を製造することに適していない。また、広範な種類の金属又は金属合金に対して同一の製造設備を用いることができなくなっている。
切削加工された繊維は不規則な形状の断面を有しており、ここでのプロセスには、工具、例えば、回転旋盤によって金属加工品から繊維を切削することが含まれている。かかる技術によれば、多くの準備を必要とすることなく、少量の金属繊維を迅速に製造することができ、広範な種類の金属を繊維に加工することができる。しかしながら、このようにして製造された金属繊維においては等価直径のバラツキが大きくなっており、このことは、例えば、優れた均質性を有する微細繊維ウェブを製造する必要がある場合には不利に働く。切削技術による繊維の典型的な用途としてはスチールウールが挙げられるが、この場合には、粗い繊維が製造されて、繊維間の大きなバラツキは許容される。
加工品の切削は、切削工具、例えば、旋盤を用いて加工片に所望の形状を与える周知の技術である。切削時には切屑が加工品から除去され、これらの切屑は、長さ方向にてほとんど連続して、数ｍｍの断面寸法を有している。特許文献１０は振動切削工具を開示しており、かかる振動切削工具は、切削中に最小の消費エネルギーによって加工片に最良品質の所望の形状を与えるように切削加工に用いられる旋盤に取付けられている。
先行技術の欠点は、少量（例えば、数百ｇ又は数ｋｇ）の金属繊維であって、等価直径の繊維間バラツキを小さくした金属繊維を経済的かつ迅速に製造することができないことにある。
米国特許第２，０５０，２９８号明細書 米国特許第３，２７７，５６４号明細書 米国特許第３，３９４，２１３号明細書 米国特許第４，９３０，１９９号明細書 欧州特許出願公開第００３０６０６号明細書 欧州特許出願公開第０２９２６５１号明細書 米国特許第６，４１０，８７８Ｂ１号明細書 独国特許出願公開第１０００００９７号明細書 米国特許第５，５２４、７０４号明細書 米国特許第４，４０９、６５９号明細書
本発明の第１の目的は、個別の長さを有する少量（例えば、数百ｇ）の金属繊維であって、等価直径の繊維間バラツキを小さくした金属繊維を提供することにある。個別の長さを有する少量の繊維であって、等価直径の繊維間バラツキを小さくした繊維が利用可能になることは有利である。このことは、例えば、製品開発を行う場合（例えば、新しい不織ウェブの試作品を製造する場合）、又は少量しか必要とされない高価な金属（例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｄ．．．）から繊維を得なければならない場合に有利である。
本発明の第２の目的は、個別の長さを有する金属繊維であって、等価直径の繊維間バラツキを小さくした金属繊維を備えている不織ウェブを提供することにある。
本発明の第３の目的は、本発明の第１の目的としたような金属繊維の量／塊を製造する方法、及びそのための設備を提供することにある。
本発明の第１の態様によれば、金属繊維の塊が提供される。繊維の塊は、不特定量の繊維を有するものであるが、好ましくは、１０００本を超える量の繊維を有することを意味している。かかる塊における金属繊維は、
−個別の長さを有し（個別の長さとは、繊維がフィラメントでないことを意味し、ここでのフィラメントは、実質的に限りない長さを有する繊維を意味しており、好ましくは、金属繊維の平均長さは、４０ｍｍ未満、好ましくは、３０ｍｍ未満、さらに好ましくは、２０ｍｍ未満、さらに一層好ましくは、１０ｍｍ未満、例えば、５ｍｍ未満、さらに３ｍｍ未満である。また、好ましくは、金属繊維の平均長さは、０．５ｍｍを超えており、好ましくは、５ｍｍを超える。平均長さは、算術平均長さを意味する）、
−（繊維の長さ方向と直交する断面を意味する）断面であって、９０°未満である狭角を成すように互いに隣接する２つの直線状側辺（互いに隣接する２つの直線状とは、２つの直線状の側辺が一点で互いに交わる状態を意味する）と、不規則な形状である１つ又は複数の湾曲側辺とを有する断面を含み、
−１００μｍ未満である繊維の平均の等価直径を有し、かつ
−等価繊維直径に対して２５％未満、好ましくは、２０％未満、より好ましくは、１８％未満、さらに好ましくは、１５％未満、さらに一層好ましくは、１０％未満である等価繊維直径の繊維間標準偏差を有している。
本発明の第１の態様の利点は、少量の繊維であって、繊維直径のバラツキを小さくした繊維を経済的に提供できることにある。例えば、これらの繊維を用いて、先行技術に係る同様の繊維よりも均質な特性、例えば、均質な濾過特性を有する繊維ウェブ（不織ウェブ）を製造することができる。
驚くべきことに、本発明の第１の態様に係る金属繊維の塊は、多くの付加的な利点、すなわち、
−不規則な形状である金属繊維の断面が、金属繊維の塊から製造された未焼結金属繊維ウェブに対してより強い凝集力を与えるという利点と、
−このような金属繊維の塊から製造された不織ウェブの焼結が、束状伸線若しくはシェービングから得られた繊維又は溶湯から得られた繊維から製造された不織ウェブの焼結と比較して、より早く行うことができるという利点と
を有する。
本発明に係る金属繊維の塊は、例えば、梱包（bale）における繊維として、スライバー（sliver）における繊維として、バッグにおける繊維として、又は焼結若しくは未焼結ウェブにおける繊維として用いることができる。
金属繊維には繊維の長さ（長さ方向）に沿ってテーパが付されるが、これは、繊維の断面積が繊維の一端から他端に向かって連続的に減少していることを意味している。
繊維は、束状伸線の場合のような六角形の断面を有していない。
本発明の第１の態様に係る繊維の塊における繊維の好ましい製造方法は、切削加工によるものである。
本発明の第１の態様に係る実施形態では、繊維の平均の等価直径が、６５μｍ未満、例えば、５０μｍ未満、例えば、２５μｍ未満、例えば、２０μｍ未満となっている。平均の等価直径は、例えば、５μｍ超、例えば、１２μｍ超、例えば、１５μｍ超とすることができる。微細不織ウェブに用いられる金属繊維であって、このような直径を有する金属繊維を切削によって製造することについて、先行技術に係る方法では、金属繊維における等価直径の過度の繊維間バラツキに起因して成功に至っていない。繊維の等価直径とは、該繊維の断面積と同じ面積を有する円の直径である。
本実施形態では、等価直径と金属繊維の断面積に対する断面の外周（外周長さ）に関する比率との積の平均が、６未満、好ましくは、５．２未満となっている。このような本発明の実施形態の利点は、円断面形状に近い断面形状を有する繊維の塊が得られることにある。このことは、円断面形状（又は円断面形状に近い断面形状）を有する繊維を好ましいとする多くの用途において有益である。
本実施形態では、金属繊維の最小二等分線の平均に対する最大二等分線の平均の比率が２．５未満、好ましくは、２未満となっている。二等分線は、繊維断面を２つの等しい面積の区域に分割している繊維断面内の直線の長さを意味している。最大二等分線は、断面に描画することができる最大の二等分線であり、最小二等分線は、断面に描画することができる最小の二等分線である。このような本発明の実施形態の利点は、円断面形状に近い断面形状を有する繊維の塊が得られることにある。このことは、円断面形状（又は円断面形状に近い断面形状）の繊維を好ましいとする多くの用途において有益である。
本発明の実施形態では、繊維の塊の繊維の少なくとも８０％（重量％）にて、最小二等分線に対する最大二等分線の比率が２未満となっている。このような本発明の実施形態の利点は、繊維の大部分が円断面形状に近い断面形状を有する繊維の塊が得られることである。このことは、円断面形状（又は円断面形状に近い断面形状）の均一な繊維を好ましいとする多くの用途において有益である。
本発明の実施形態では、金属繊維は鉄系合金から作製されている。代替的な実施形態では、金属繊維は非鉄系金属又は金属合金から作製されている。
本発明に係る金属繊維の例として、
−鉄系金属又は合金、例えば、ステンレス鋼（例えば、３１０Ｌ、３１６Ｌ、３０４、４３０、３００系列、４００系列のようなＡＩＳＩタイプ）、（例えば、ＤＩＮ１．４７６７に準ずる）ＦｅＣｒ合金；Ｆｅ３Ａｌ；（ＤＩＮ規格に準ずる）１．４４３２、１．４１６２、１．４３６４、又は１．４４１０のような二相鋼タイプ、超２相鋼タイプ；Ｎｉｃｒｏｆｅｒ、インコネル６０１、インコネルＨＲ、
−非鉄系金属、例えば、チタン、ニッケル、プラチナ、アルミニウム、銅、クロム、金、銀、ニオブ、パラジウム、セリウム、エルビウム、プラセオジム、リチウム、マンガン、モリブデン、レニウム、ロジウム、ルテニウム、タンタル、バナジウム、ジルコニウム、イリジウム、・・・及び非鉄系合金、例えば、上記の金属を主成分として重量％で含む合金、一例として、真鍮のような合金
が挙げられる。付加的な利点は、束状伸線のプロセスによってワイヤ及び／又は繊維に加工することができない金属及び合金を、等価直径の繊維間バラツキを低くした繊維に加工することができることにある。
本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様に記載されるような金属繊維の塊の層を少なくとも１つ備える不織ウェブが提供される。
本発明によれば、（広範な種々の金属から成る）少量の金属繊維を迅速に供給し、遊離繊維を有することなく（又は最小限の遊離繊維しか有することなく）表面の全体に渡って均質な特性（例えば、均質な濾過特性）を有する少量の不織ウェブを製造することができる。また、均質な特性を有するウェブであって、より軽量のウェブを製造することもできる。例えば、本発明の第１の態様に係る繊維の塊から、単位面積当たりの重量を１０００ｇ／ｍ２未満、好ましくは、２００ｇ／ｍ２未満、例えば、１００ｇ／ｍ２未満、例えば、５０ｇ／ｍ２未満とする不織ウェブを製造することができる。このような不織ウェブは、不織ウェブ自体として、又は多層構造、例えば、多数の金属繊維ウェブ及び／又はメッシュ及び／又はスクリーンを備える多層構造内の層として用いることができる。
このような不織ウェブは、例えば、カーディングウェブ、エアレイドウェブ、又はウエットレイドウェブとすることができる。不織ウェブは、種々の層のうち１つ又は複数を本発明の第１の態様に係る金属繊維から作製した種々の層を備えるウェブとすることができる。
例えば、種々の繊維の層（例えば、種々の等価繊維直径を有する種々の繊維の層）を含んだ多層不織ウェブを製造することができる。１つ又は複数の層は、本発明の第１の態様に係る繊維の塊から作製することができる。また、本発明の第１の態様に係る繊維の塊から作製された１つ又は複数の層から全体を構成した不織ウェブを製造することもできる。
本発明の第２の態様による不織ウェブは、例えば、焼結ウェブ若しくは未焼結ウェブであってもよいし、又は金属繊維が溶接、例えば、インパルス溶接、例えば、容量性放電溶接によって互いに接合されたウェブであってもよい。
本発明の第３の態様によれば、本発明の第１の態様に係る金属繊維の塊を製造する方法が提供される。かかる方法は、
−金属繊維が切削されることになる、金属片（又は加工片）、例えば、鋳塊を旋盤に固定するステップと、
−工具を工具ホルダに取り付け、該工具ホルダを所定の送り速度で旋盤の軸に沿って摺動させるステップと、
−工具に振動を与えることによって、金属繊維を金属片から切削するステップと、
−旋盤の回転速度を測定し、工具の振動数を旋盤の回転速に電子制御回路によって動的に同期化させるために（好ましくは、操縦しながら同期化させるために）、測定の信号を用いるステップと
を含む。工具の振動は、圧電モータの周波数を制御するように構成された圧電モータによって得ることができる。
本発明の第３の態様の利点は、容易に入手可能である安価な旋盤を用いて、広範な種類の金属又は金合金から、等価繊維直径の繊維間標準偏差を小さくした金属繊維を製造できることにある。この利点は、先行技術に係る繊維切削技術では製造することができない繊維であって、等価直径の繊維間標準偏差を小さくした繊維を製造できることにある。
切削工具を振動周期毎に後退させることによって、個別の長さを有する繊維を製造することができる。かかる加工法は、長さのバラツキを小さくした繊維を製造できるという利点を有している。
好ましい方法では、工具ホルダを旋盤の軸に沿って摺動させるために、ボール軸受、好ましくは、予張力ボール軸受が用いられている。かかる特徴によって、繊維の等価直径の繊維間バラツキをさらに確実に小さくすることができる。
他の好ましい方法では、旋盤の軸に沿った工具ホルダの摺動が、リニアモータを用いた直接駆動装置によって得られるようになっている。このことは、モータ速度のどのような減速も不要でとなり、クラッチもまた不要となることを意味している。このような方法は、バラツキを小さくした金属繊維の製造に寄与することになる。
好ましくは、工具ホルダの設置及び／又は工具の取付けが、繊維切削中における工具ホルダの曲げによる工具の変位を５μｍ未満、好ましくは、２μｍ未満とするように行われる。かかる特徴によって、切削される繊維の等価直径の均一性が改良されることになる。
さらに好ましい実施形態では、切削力による工具ホルダの曲げを最小限に抑えるか又は防ぐために、工具ホルダ及び／又は工具が支持される。本実施形態では、工具ホルダ及び／又は工具が、機械的支持体によって支持され、好ましくは、機械的支持体は、工具ホルダを取付けるブロックに接続される。工具及び／又は工具ホルダは、例えば、ブッシュ内にて振動可能になっている。かかる実施形態によって、等価繊維直径の繊維間バラツキをさらに小さくした本発明の第１の態様に係る金属繊維を得ることができる。
本発明の第４の態様に係る本発明の第２の態様に記載されるような不織ウェブの使用、具体的には、濾過のための使用、（例えば、電解槽又は燃料電池内の）電極としての使用、触媒における使用（例えば、触媒用の支持体若しくは担持体に構成された不織ウェブ又はそれ自体触媒として作用する繊維を含む不織ウェブとしての使用）、又は電気化学電池（例えば、電解槽又は燃料電池）内の接触層及び／若しくはガス拡散層としての使用が、請求項に記載されている。この利点は、均質な特性を有する少量の試作用の電極及び触媒をより費用効率のよい方法によって製造できることにある。さらなる利点は、良好な均質性を同じように有するより薄い繊維層又はより細い繊維層を製品内に含ませることができることにある。濾過に用いられる場合、本発明に係る不織ウェブは、本発明の第１の態様に係る繊維の表面特性によって、改良されたゲルせん断特性を有することになる。触媒として又は触媒の支持体若しくは担持体として用いられる場合、本発明の第４の態様に係る不織ウェブは、本発明の第１の態様に係る繊維の表面特性によって、より向上した触媒特性を呈することになる。
本発明の第５の態様に係る本発明の第２の態様に記載されるような不織ウェブを備える製品が、請求項に記載されている。このような製品の例として、フィルター、（例えば、電解槽若しくは燃料電池内の）電極、触媒（触媒内に本発明の第２の態様に係る不織ウェブが触媒用の支持体若しくは担持体として設けられている場合、又は本発明の第２の態様に係る不織ウェブ内の繊維自体が触媒として作用する場合）、又は電気化学電池（例えば、電解槽若しくは燃料電池）における接触層及び／若しくはガス拡散層が挙げられる。
本発明の第６の態様によれば、本発明の第３の態様に係る方法を実施するための部品及び／又は本発明の第１の態様に係る繊維を製造するための部品を備える旋盤が提供される。かかる特徴は、本発明の第３の態様における実施形態にて記載され、かつ本発明を実施する手法（mode）にて記載されている。
本発明の第６の態様における実施形態では、本発明の第５の態様に係る方法に用いられる旋盤、又は本発明の第１の態様に係る金属繊維の塊を製造する旋盤であって、
−金属繊維が切削されることになる、金属片（又は加工品）、例えば、鋳塊を旋盤に固定する手段と、
−工具ホルダに取付けられた工具であって、工具ホルダをブロック上に取り付けるか又はブロック内に設けている工具と、
−ブロックを所定の送り速度で旋盤の軸に沿って摺動させる手段と、
−工具の振動を得るための圧電モータであって、これによって金属繊維が金属片から切削されるようになっている、圧電モータと、
−旋盤の回転速度を測定し、工具の振動数を旋盤の回転速度に電子制御回路によって動的に同期化させるために（好ましくは、稼働しながら同期化させるために）、測定の信号を用いる手段と
を備えている旋盤が提供される。
好ましくは、工具に振動を与える手段によって、切削工具は振動周期毎に後退可能になる。これによって、個別長さを有する繊維であって、長さのバラツキを小さくした繊維を製造することができる。
好ましい実施形態では、ブロックを旋盤に沿って摺動させるために、旋盤がボール軸受、好ましくは、予張力ボール軸受を備えている。これらの特徴によれば、繊維の等価直径の繊維間バラツキを確実に小さくすることができる。
好ましい方法では、ブロックを旋盤の軸に沿って摺動させるために、旋盤が直接駆動装置、好ましくは、リニアモータを用いた直接駆動装置を備えている（これによって、好ましくは、モータ速度の減速が不要になり、クラッチも不要になる）。これらの特徴は、バラツキを小さくした金属繊維の製造に寄与することになる。
好ましくは、工具ホルダの設置及び／又は工具の取付けは、繊維切削中における工具ホルダの曲げによる工具の変位を５μｍ未満、好ましくは、２μｍ未満とするように行われる。かかる特徴によって、切削される繊維の等価直径の均一性が改良されることになる。さらに好ましい実施形態では、切削力による工具ホルダの曲げを最小限に抑えるか又は防ぐために、工具又は工具ホルダの先端は支持されている。本実施形態では、旋盤が繊維の切削に用いられる場合に工具又は工具ホルダを支持するべく、機械的支持体、好ましくは、ブロックに接続された機械的支持体が設けられている。旋盤が繊維の切削に用いられる場合に工具を振動させるために、例えば、ブッシュが設けられていてもよい。この実施形態によって、等価繊維直径の繊維間バラツキをさらに小さくした本発明の第１の態様に係る金属繊維を得ることができる。
本発明における種々の実施形態、種々の態様、及び種々の実施例のそれぞれに係る特徴を組み合わせることも可能であるが、このような組合せは、本発明の範囲内に包含されるものとする。
本発明の第１の態様に係る繊維の塊から取り出された金属繊維の断面の一例を示す図である。 本発明の第１の態様に係る繊維の塊から取り出された金属繊維の断面の一例を示す図である。 本発明の第１の態様に係る繊維の塊から取り出された金属繊維の断面の一例を示す図である。 本発明の第１の態様に係る繊維の塊から取り出された金属繊維の断面の一例を示す図である。 本発明の第１の態様に係る繊維の塊から取り出された金属繊維の断面の一例を示す図である。 本発明の第１の態様に係る繊維の塊から取り出された金属繊維の断面の一例を示す図である。 本発明の第１の態様に係る繊維の塊から取り出された金属繊維の断面の一例を示す図である。 本発明の第１の態様に係る繊維の塊から取り出された金属繊維の断面の一例を示す図である。 本発明の第３の態様に係る繊維切削に用いられる例示的な装置を示す図である。
図１〜図８は、本発明の第１の態様に係る繊維の塊から取り出した金属繊維の断面の例を示している。繊維の断面は、９０°未満の狭角を成すように互いに隣接する２つの直線状側辺１１０，１２０と、不規則な形状である１つ又は複数の湾曲側辺１３０とを有している。
図９は、本発明の第３の態様における実施形態に係る繊維切削に用いられる例示的な装置の断面を示している。ブロック９１０が設けられている。ブロック９１０は、一定速度で（図示されていない）旋盤の軸に沿って摺動するようになっている。この摺動は、予張力ボール軸受を介して行うことができる。ハウジング９１５が、ブロック９１０に固定されている。ハウジング９１５は圧電モータ９２０を備えている。（適切な制御装置を用いる）電子手段によって、数百Ｈｚの振動数が、旋盤の回転速度の測定値に基づく旋盤の回転速度に同期するようになっている。工具ホルダ９３０が、接続部９４０を介して圧電モータに接続されており、これによって、工具ホルダ９３０は、圧電モータの作動に伴ってブッシュ９４５内にて振動することになる。ノミ（切削工具）９５０が、クランプ９６０及びボルト９７０によって、工具ホルダ９３０に固定されている。ブロック９１０に固定された支持片９８０が、ノミ９５０の先端を支持している。具体的には、支持片９８０は、ノミ９５０の先端位置の下方にて、工具ホルダ９３０を支持している。
金属繊維の断面の寸法は、画像解析によって決定することができる。この目的を達成するために、繊維の束が、束内の繊維を互いに真っ直ぐに並べるように引っ張られる。この繊維束が樹脂内に埋設される。研削及び研磨によって切断部が作られる。これらの切断された繊維から、デジタル画像が採取され、コンピュータ画像解析技術によって解析されることになる。この技術によって、種々のパラメータ、例えば、等価直径、最大二等分線及び最小二等分線、繊維断面の外周（外周長さ）、並びに繊維断面の表面積が決定される。次いで、平均値が計算され、さらなる統計学的解析が行われる。「平均」とは、データセット（data set）の値の合計を該値の数によって除算した算術平均を意味する。このようにして、繊維の長さに沿ったランダムな位置にて切断された断面が解析されることになる。このことは、繊維間の断面特性の平均値が繊維の長さ全体に渡る断面寸法の平均でもあることを意味する。
本発明の第１の態様に係る繊維塊を、真鍮、ＦｅＣｒ合金（ＤＩＮ１．４７６７に準ずる繊維）、ニッケル、及びステンレス鋼ＡＩＳＩ３０４から作製する。繊維の塊を、金属片（さらに具体的には、鋳塊）を旋盤に固定することによって作製する。これらの繊維を鋳塊から切削する。切削工具を工具ホルダに取り付ける。旋盤を回転させながら、この工具ホルダを一定の送り速度で旋盤の軸に沿って摺動させる。圧電モータによって高速振動を切削工具に与える。この振動によって、鋳塊からの金属繊維の切削が確実なものになる。繊維の等価直径の繊維間バラツキを小さくするための不可欠な特徴は、旋盤の回転速度と切削工具の振動数とを同期化することにある。この目的を達成するために、旋盤の回転速度を測定し、測定した信号を用いて、圧電モータ、従って、工具の振動数を制御及び同期化する。また、かかる目的のために電子制御回路を用いる。繊維直径のバラツキをさらに小さくするために、予張力ボール軸受を用いて、繊維製造中に工具ホルダを旋盤の軸に沿って移動させる。繊維直径のバラツキをより小さくするために、表１に示される繊維の塊を製造する最中に工具の先端を支持する。かかる支持体は、工具の先端が切削力によって下方に屈曲するのを防ぐために、工具の先端の垂直方向下方に配置される。工具は、機械的支持体によって支持されており、機械的支持体は、工具ホルダを取付けたブロックに固定され、かかるブロックは旋盤の軸に沿って摺動するようになっている。
繊維の長さは１０ｍｍとなった。繊維の代表的な組合せに対して試験を行った。その結果は表１に示す通りとなった。
Figure 2016507658
Ａ：材料
Ｂ：平均等価繊維直径（μｍ）
Ｃ：等価繊維直径の繊維間標準偏差（μｍ）
Ｄ：最大二等分線（μｍ）
Ｅ：最小二等分線（μｍ）
Ｆ：最小二等分線に対する最大二等分線の比率
Ｇ：最小二等分線に対する最大二等分線の比率を２未満とする繊維の（繊維の数による）百分率
Ｈ：等価直径と繊維断面の表面積によって除算された繊維断面の外周（外周長さ）との積
実施例の繊維にはテーパが付されている。なぜならば、繊維は、円筒状加工品から工具によって切削加工されており、この場合、繊維が円筒状加工片の半径に沿って切削されるので、各繊維の一端及び他端間に断面積の僅かな差が生じるからである。テーパの大きさは、切削される繊維の繊維長さ及び繊維が切削されることになる、加工品（鋳塊）の直径に依存する。測定されたテーパの例は、（１０ｍｍの長さのＦｅＣｒ合金繊維の場合には）、
−加工片の直径が１８０ｍｍの場合、繊維の両端のそれぞれの等価直径は、２１．７μｍ及び２０．４μｍであり、
−加工片の直径が７８ｍｍの場合、繊維の両端のそれぞれの等価直径は、２２．３μｍ及び１９．２μｍである。

Claims (15)

  1. 金属繊維が、
    個別の長さを有し、
    ９０°未満である狭角を成すように互いに隣接する２つの直線状側辺、及び不規則な形状である１つ又は複数の湾曲側辺を有する断面を含み、
    １００μｍ未満である平均の等価直径を有し、かつ
    前記等価直径に対して２５％未満である前記等価直径の繊維間標準偏差を有している、金属繊維の塊。
  2. 前記金属繊維には該金属繊維の長さに沿ってテーパが付されている、請求項１に記載の金属繊維の塊。
  3. 前記等価直径と前記金属繊維の断面積に対する前記断面の外周に関する比率との積の平均が６未満となっている、請求項１又は２に記載の金属繊維の塊。
  4. 前記金属繊維の最小二等分線の平均に対する最大二等分線の平均の比率が２．５未満となっている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属繊維の塊。
  5. 前記金属繊維のうち少なくとも８０％では、前記最小二等分線に対する前記最大二等分線の比率が２未満となっている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属繊維の塊。
  6. 前記金属繊維が鉄系金属若しくは合金製又は非鉄系金属若しくは合金製となっている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の金属繊維の塊。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載された金属繊維の塊の層を少なくとも１つ備えている不織ウェブ。
  8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載された金属繊維の塊から製造される不織ウェブ。
  9. 請求項１〜５のいずれか一項に記載された金属繊維の塊を製造する方法であって、
    前記金属繊維が切削されることになる、金属片を旋盤に固定するステップと、
    工具を工具ホルダに取り付け、該工具ホルダを所定の送り速度で前記旋盤の軸に沿って摺動させるステップと、
    前記工具に振動を与えることによって、前記金属片から前記金属繊維を切削するステップと、
    前記旋盤の回転速度を測定し、前記工具の振動数を前記旋盤の回転速度に電子制御回路によって動的に同期化させるために前記測定の信号を用いるステップと
    を含む方法。
  10. 前記工具ホルダを前記旋盤の軸に沿って摺動させるためにボール軸受が用いられるか、又は
    前記旋盤の軸に沿った前記工具ホルダの摺動が、リニアモータを用いた直接駆動装置によって得られる、請求項９に記載の方法。
  11. 前記工具ホルダが、前記金属繊維の切削中に前記工具ホルダの曲げによる前記工具の変位を５μｍ未満とするように設置される、請求項９又は１０に記載の方法。
  12. 切削力による前記工具ホルダの曲げを防ぐように、前記工具ホルダ及び／又は前記工具が支持される、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 請求項７又は８に記載された不織ウェブを、濾過にて使用するか、又は触媒用の電極若しくは支持体として、触媒として、又は電気化学電池における接触層若しくはガス拡散層として使用する不織ウェブの使用方法。
  14. 請求項７又は８に記載された不織ウェブを備えるフィルター、電極、触媒、触媒用支持体、電気化学電池内の接触層、又は電気化学電池内のガス拡散層。
  15. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の金属繊維の塊を製造するために、又は請求項９〜１２のいずれか一項に記載の方法を実施するために装備された旋盤。
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