JP2678037B2 - 金属繊維フエルト状体及びその製造方法 - Google Patents

金属繊維フエルト状体及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばフイルター、電池電極材などとして
利用しうる金属繊維フエルト状体及びその製造方法に関
する。
〔従来の技術〕
微細な金属繊維を絡み合わせた金属繊維フエルト状体
は、フイルター、電池電極材、防振、防音材等、広い用
途で用いられており、そのため、従来、この金属繊維フ
エルト状体についての技術開発も盛んに行われている。
例えば特公昭42−13077号は、加熱と加圧を同時に行
うことによって焼結フイルター材を効率よく製造しょう
とする提案であり、又特許第1010424号は、横断面が角
形の繊維の使用を意図している。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、これらの金属繊維フエルト状体は、い
ずれも焼結によって金属繊維を一体化したものであり、
そのため、金属繊維を結合するための結合面積も小さ
く、しかもその結合部には、第８図に略示するように、
該結合部に向かって先鋭となる切欠き状の外表面ａが形
成される結果、結合強度に劣り、得られる焼結体の強度
も大して大とはなしえない。
このように焼結のみにより金属繊維を結合するもので
は、結合強度に劣るため、例えば90％以上というような
高い空孔率の焼結体は、その製造自体が困難であり、し
かも仮に製造しえたとしても、取扱い、使用には供しえ
ない。
特に、後者の特許が開示するような、横断面角型繊維
の場合では、各接合部が実質的に点接触となりやすく、
焼結面積はさらに小さく、40〜80％程度の空孔率の製品
しか実用化されてはいない。
またその用途についても、大きな圧力のかかるような
場所には不適当であり、これを補うためには補強体を配
するなど使用、用途的にも制限されるものであった。
なお、とくに前記角型繊維の場合にあっては、第８図
に示した結合部の外表面ａがさらに先鋭となり、取扱
い、あるいは使用中などにおいて切裂き現象を起こしや
すく、結合強度に劣るため、寿命を低下するという課題
もある。
本発明は、結合強度にすぐれ、高空孔率が可能な金属
繊維フエルト状体及びその製造方法の提供を目的として
いる。
〔課題を解決するための手段〕
第１の発明は、最大直径と最小直径との平均である平
均径Ｄが50ミクロン以下で、かつ実質的に平滑な外周面
を持つ金属外周層を有する金属繊維が、該金属外周層と
同じ金属材からなりかつ滑らかに湾曲した凹形弧状外面
を有する結合部により結合されるとともに、前記金属繊
維の金属外周層と、前記結合部とは、前記金属材のフエ
ルト状体への金属被覆によって共に形成され、かつ 前記金属外周層の厚さを、前記金属繊維の前記平均径
Ｄの1/2〜1/10倍とすることによって、該結合部の長さ
を、前記平均径Ｄの0.7倍以上としたことを特徴とする
金属繊維フエルト状体である。
さらに第２の発明は、非金属材からなる芯材を用いた
フエルト状体を準備する段階と、 該フエルト状体の前記芯材の外周面を所定厚さの金属
材により金属被覆することにより、金属外周層の内部に
芯材を有する金属繊維が形成され、しかもこの金属繊維
の金属外周層の形成と同時に形成されかつ前記金属材が
連なる結合部により、該金属繊維を結合させる段階とを
含み、 前記金属外周層の厚さを、前記金属繊維の前記平均径の
1/2〜1/10倍とすることによって、前記結合部の長さを
前記金属繊維の平均径Ｄの0.7倍以上とすることを特徴
とする金属繊維フエルト状体の製造方法である。
〔作用〕
第１の発明において、平均径が50ミクロン以下の金属
繊維を用いるとともに、結合部は、滑らかに湾曲した凹
型弧状外面を見える。又結合部の長さＬは、平均径Ｄの
0.7倍以上にしている。なおここで平均径とは、金属繊
維の長さ方向の一定位置における最大直径、最小直径の
平均値であって、しかも金属繊維の長手方向の複数個所
を測定し、それのさらに平均値として定義される。又結
合部の長さＬは、交差する金属繊維の最短距離を結ぶ線
分の中間位置を挟んで、結合部３の向き合う弧状面間の
距離の内の最小の長さをいう。
結合部は、前記したように、内側に向かって湾曲した
弧状面によってなめらかに構成されている。その結果、
従来の多孔体のような、取扱、使用などに伴う結合部で
の切裂き現象（結合部剥離）が防止できる。このため、
繊維同士は強固に結合され、従って空孔率の高い多孔体
においても、優れた保形性を示しかつ使用寿命を増大し
うる。又変形を伴う後加工も容易になしうることとな
る。これを例えば電池電極材とする場合においても、活
物質充填作業が容易となり、しかも高率充填が可能とな
る。さらにフイルターとして使用する場合においても、
処理液中の異物などが該結合凹部内に入り込み係止され
ることによる目詰りなどのトラブルも予防できる。
なお、金属繊維を中空状とすることにより、軽量化が
可能となり、また重量当たりの表面積を増し、性能向上
に役立つ。
第２の発明において、芯材として比較的安価かつ成形
性にすぐれた例えば有機繊維などを用いる他、カーボン
繊維を用いてもよい。とくに金属外周層をメッキにより
形成するときには、導電性のもの、例えばカーボン繊
維、さらには表面を導電処理した有機繊維が使用しう
る。又空洞化のために芯材繊維を除去するには、有機繊
維、とくにカーボン繊維がよい。
とくにカーボン繊維を用いるときには、脱炭により、
比較的容易に中空化しうる。なお、これらの芯材は、フ
エルト状体として用いられる。
しかも、結合方法として芯材に金属材を用いた金属外
周層を設けるとともに、該金属外周層と同じ金属材から
なる結合部によって一体化するものであるため、焼結と
は異なり、大掛かりな熱処理装備が不要となり、又結合
強度を高めるとともに均質な、バラツキの少ない製品を
得ることができる。
しかも焼結の場合と異なり、拡散時間、加圧力などの
拡散エネルギーを作用する必要がなく、高い空孔率の多
孔体も効率よく製造することができる。なおこのように
して得られた金属繊維フエルト状体にさらに焼結を施
し、焼結による結合部を形成するとともに薄厚化するこ
とも可能である。
なおこのとき、金属繊維は、第７図に示すように偏平
化しつつ結合される。なおこのような焼結体は、主要部
が前記被覆層を用いた結合部により予め係合されている
ため、強固な焼結体が形成できる。
〔実施例〕
以下本発明の一実施例を図面に基づき説明する。
第１図は、金属繊維フエルト状体１の表面状態を50倍
に拡大して示し、金属繊維は、互いに絡み合いながら一
様にフエルト状に分散し、かつ相互に結合され一体化す
ることによって金属繊維フエルト状体１を構成してい
る。
金属繊維２は、第２図に略示するごとく、本例では、
例えばニッケル、クロム、アルミニウム、銅などの他、
これらの合金等、種々な金属材からなる中空体であっ
て、その空洞部５は金属繊維２ごとに独立している。な
お連通するのもよい。又平均径Ｄ、即ち長さ方向の所定
位置での最大直径と最小直径との平均値（なお長さ方向
の誤差位置での値をさらに平均化する）は、50μｍ以
下、好ましくは５〜30μｍ程度であって、しかも略同一
厚さで連続する。なおニッケルを用いた金属繊維は、強
度、耐熱性、耐蝕性を併有することができる。又金属繊
維２は、滑らかに外周面を具える金属外周層を具えると
ともに、一端部2Aは、球頭状に形成される。これは後処
理の際の加工性、フイルタとして用いるときの異物の引
っ掛かりを除く効果がある。
なお金属繊維２の前記金属外周層の厚さＴは、前記平
均径Ｄの1/2〜1/10倍に設定される。
また前記金属繊維２、２の結合部３は、第２図に示す
ように、交差する２本の金属繊維２、２の金属材が互い
に結合することによって金属的に一体化しており、又係
合部３の長さＬは、前記金属外周層の厚さＴを前記範囲
に規制することにより、平均径Ｄの0.7倍以上、好まし
くは0.8〜２倍、さらに好ましくは１〜1.5倍としてお
り、しかも結合部３は全体的に内側に向かってなめらか
に湾曲した凹型弧状外面６を有している。なお又結合部
３の長さＬは、交差する金属繊維２、２の最短距離を結
ぶ線分の中間位置を挟んで、結合部３の向き合う弧状面
間の距離の内の最小の長さをいう。
なおここで金属的に一体化とは、異質物を介すること
なくしかも焼結などの後処理による結合ではなく、金属
繊維２の金属材の形成とともになされる金属材同士の橋
絡をいい、蒸着、メッキ、浸漬等によって行うことがで
き、とくにメッキが好適に行いうる。従って、組織的に
も、また組成的にも結合部３は、金属繊維２の金属材と
同じとなる。
この結合部３を第３図の写真に示している。
前記結合長さＬが平均径Ｄの0.7倍以下では、前記結
合部３の外面が先鋭の凹状となりやすく、異物などが嵌
入しやすくなるとともに、また結合強度的にも劣り、２
倍をこえることは、一般に不必要であって、従って、前
記範囲とする。
なお金属繊維フエルト状体１は、さらに焼結すること
もできる。焼結により、結合部を増しかつ薄肉化する。
なお焼結した状態の結合部3Aは第７図に示すように、先
鋭凹状の外面を有し、又金属繊維２は、やや偏平化して
いる。
又金属繊維２は、第４図に示すごとく芯材繊維10の外
周表面に前記金属材からなる被覆層12を具えた複合繊維
14を用いることもできる。
次に製造方法について説明する。
第５図は、前記金属繊維フエルト状体１を連続的に製
造する工程図であって、芯材10をランダムに絡み合わせ
た長尺のフエルト状体11を、金属表面処理槽13に導入
し、前記芯材10の外周面を一様な厚さで覆う金属外周層
12を設けることにより、芯材10と金属外周層12とからな
る複合繊維14を形成する。しかも、この金属外周層12の
形成と同時に、この金属外周層12、12の接触部分には、
金属材からなる結合部３が形成される。従って複合繊維
14が結合部３によって金属的に一体化した金属繊維フエ
ルト状体１が成形される。
この状態を前記第４図に示し、又金属繊維フエルト状
体１は、洗浄処理17、乾燥処理19などの後処理工程をへ
て巻取られる。
なお前記芯材10としては、カーボン繊維などの無機繊
維の他、有機繊維、金属繊維なども用いうる。
金属表面処理槽13が、メッキ槽であるときには、芯材
10として、導電性繊維、例えばカーボン繊維、導電処理
をした有機繊維などを用いることができる。又メッキ槽
には、下地処理用の無電解メッキ槽を併用することもで
きる。なお被覆手段として、電気メッキ、化学メッキな
どの他、蒸着、浸漬処理などの方法であってもよい。
こうして得られた金属繊維フエルト状体１は、そのま
ま使用することもできるが、用途に応じて後処理を施す
こともできる。後処理として例えば脱炭又は焼結処理が
ある。
脱炭は、前記芯材10を除去する工程であり、例えばカ
ーボン繊維を芯材10として用いるとともに、メッキによ
ってニッケルからなる被覆層12を形成した場合にあって
は、800〜1300℃、10分〜４時間程度の加熱処理を行う
ことによって、前記芯材10のみを除去でき、第２図に示
す中空の金属繊維フエルト状体１を製造しうる。なおこ
のための芯材10として、有機繊維、カーボン繊 維を用いることができ、とくにカーボン繊維が好まし
い。さらにこれに伴い、加圧することにより、薄肉化す
ると同時に焼結による結合部3Aを追加し、さらに強度を
高めることができる。
〔試験結果〕
試験例−１ 繊維径13μｍ、長さ15mmのカーボン繊維を用いたフエ
ルト状の不織布に、厚さ4.5μｍのニッケルを被覆し、
目付け550g/m2の複合繊維の金属繊維フエルト状体（試
料１）を形成した。なお被覆処理は電気メッキにより、
2000A/m2の電流密度で、16分間処理した。
その後、洗浄と軽度の熱処理を行い、延性を与えた
後、引張り試験を行った。
試験は、２×8cmに切り取った試片をインストロン型
引張試験機に夫々セットし、破断に至った時の破断荷重
で表したものであって、夫々３回の測定の平均値を示
す。
その結果を第１表に示す。
試料について、さらに曲げ試験を行った。
試験方法は、前記各試料片20を第６図に示す曲げ試験
機にて、把持しつつ５回の繰り返し180゜曲げを行い、
その後引張り破断荷重を求めた。
なお、曲げ試験機の屈曲半径Ｒは5mmである。結果
は、第１表にまとめて示す。
試験例−２ 試験例−１で得た複合繊維の金属繊維フエルト状体を
さらに1150℃の雰囲気炉中に挿入し、30分の脱炭処理を
行い試料２を製作した。なお繊維中のカーボンはほとん
ど消滅し、内部には空洞が生まれた。この時の繊維を分
析した結果、炭素残留は0.008％程度であった。
同様の引張り試験、曲げ試験を行った結果を第１表に
示す。
試験例−３ 前記試験例−１とほぼ同様の方法により、さらに第１
表てに示したように金属材質、被覆厚さの異なる３点の
多孔体（試料−３、４、５）を製造し、夫々についても
試験した。
試験例−４ 従来例として、ビビリ切削法によって製造したニッケ
ルビビリ繊維（繊維径25ミクロン、長さ35mm）を用い、
焼結熱処理によって目付556g/m2の多孔体（試料−６）
を製造し同様に測定した。その結果、曲げを行った後の
引張荷重は、0.5kgとなり試料１〜４により実施例品に
比して小さく、また曲げ加工前にテストを行った引張り
荷重に対して僅か30％程度しかないことが判明した。
〔発明の効果〕
このように、本発明の金属繊維フエルト状体は各繊維
同士の結合面積を高め、結合強度を増す結果、従来品と
比べ、破断強度、成形性を高めることができ、高い空孔
率の製品をえることができ、用途を拡大しうる。
又製造方法において、フエルト状体に直接金属被覆を
施すため、繊維結合状態が改善され、しかも従来のよう
な焼結手段によらないため、大掛かりを設備を要せず、
作業性が高く、高空孔率の多孔体であっても極めて容易
に得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の繊維外観を示す顕微鏡拡大
写真、第２図はその結合部を例示する斜視図、第３図は
その顕微鏡写真、第４図は他の実施例を示す斜視図、第
５図は製造工程を略示する線図、第６図は測定方法を例
示する線図、第７図は第２図の金属繊維フエルト状体を
焼結した焼結による結合部を例示する断面図、第８図は
従来の結合部を例示する断面図である。 ２……金属繊維、３……結合部、５……空洞部、６……
弧状外面、10……芯材、11……フエルト状体、12……金
属外周層、14……複合繊維、Ｄ……繊維直径、Ｌ……結
合長さ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−146868（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−112566（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−182461（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】最大直径と最小直径との平均である平均径
    Ｄが50ミクロン以下で、かつ実質的に平滑な外周面を持
    つ金属外周層を有する金属繊維が、該金属外周層と同じ
    金属材からなりかつ滑らかに湾曲した凹形弧状外面を有
    する結合部により結合されるとともに、前記金属繊維の
    金属外周層と、前記結合部とは、前記金属材のフエルト
    状体への金属被覆によって共に形成され、 かつ前記金属外周層の厚さを、前記金属繊維の前記平均
    径Ｄの1/2〜1/10倍とすることによって、該結合部の長
    さを、前記平均径Ｄの0.7倍以上としたことを特徴とす
    る金属繊維フエルト状体。
  2. 【請求項２】前記金属繊維は、金属材からなる前記金属
    外周層の内部に非金属材からなる芯材を有する複合繊維
    であることを特徴とする請求項１記載の金属繊維フエル
    ト状体。
  3. 【請求項３】前記金属繊維は、前記金属外周層の繊維方
    向に沿って伸びる空洞を具えたことを特徴とする請求項
    １記載の金属繊維フエルト状体。
  4. 【請求項４】非金属材からなる芯材を用いたフエルト状
    体を準備する段階と、 該フエルト状体の前記芯材の外周面を所定厚さの金属材
    により金属被覆することにより、金属外周層の内部に芯
    材を有する金属繊維が形成され、しかもこの金属繊維の
    金属外周層の形成と同時に形成されかつ前記金属材が連
    なる結合部により、該金属繊維を結合させる段階とを含
    み、 前記金属外周層の厚さを、前記金属繊維の前記平均径の
    1/2〜1/10倍とすることによって、前記結合部の長さを
    前記金属繊維の平均径Ｄの0.7倍以上とすることを特徴
    とする金属繊維フエルト状体の製造方法。
  5. 【請求項５】前記芯材のみを加熱除去して繊維方向に延
    びる空洞を形成する段階を有することを特徴とする請求
    項４記載の金属繊維フエルト状体の製造方法。
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