JP2700926B2 - 金属短繊維植毛金属板の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動車関係や電気・電子機器などにおける熱
交換部材や摺動部材などに好適な金属短繊維植毛金属板
の製造法に関するものである。

〔従来の技術及びその技術的課題〕

短繊維植毛体を得る方法として静電植毛法は古くから
知られている。しかし、従来では被植毛体（布、シート
等）とこれに植毛される短繊維および接着剤がほとんど
高分子系材料である。そのため、用途が服飾品や装飾品
あるいはプラスチック製品の装飾、保護、弾性付与に限
られ、導電性、熱伝導性などのよい短繊維植毛板は得ら
れなかった。

この対策としては、基材に金属短繊維を静電植毛する
ことが考えられる。しかし、接着剤としてホツトメル
ト、エマルジョン、接着テープなどの合成樹脂系のもの
を用いることになるため、熱伝導性、導電性、耐熱性等
の特性が劣り、実用的とはいえなかつた。

本発明は前記のような問題点を解消するために創案さ
れたもので、その目的とするところは、熱伝導性や導電
性にすぐれ、植毛むらの無い金属短繊維植毛金属板を簡
易かつ安価に製造できる方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明は、金属基板に比較的
低融点のクリーム状はんだを塗布したのち金属短繊維を
静電植毛し、ついで加熱してクリーム状はんだを溶融さ
せたのち冷却することで植毛金属短繊維と金属基板とを
接合するようにしたものである。

また本発明は、コイル状に巻いた金属板を移動させつ
つその表面にクリーム状はんだを塗布し、続いて静電植
毛機中を移動させながら前記クリーム状はんだ層に金属
短繊維を静電植毛し、続いて加熱手段により連続加熱し
たのち冷却し、巻取ることで連続的に植毛金属板（スト
リップ、シート、テープ）を得るようにしたものであ
る。

本発明は、前記静電植毛時に金属短繊維を攪拌手段で
攪拌する方法を含んでいる。使用される金属短繊維とし
ては、円換算直径10〜200μｍ、アスペクト比10〜200の
ものが好適である。

なお、本発明において、「板」には箔が含まれ、ま
た、単層または複層のものを含む。また、金属短繊維の
「円換算直径」とは、繊維の太さであり、断面積を測定
し、同断面積の円の直径に換算した値を意味する。ま
た、「アスペクト比」とは、繊維の長さと太さの比（長
さ／太さ）を意味する。

〔実施の態様〕

以下本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。

第１図と第２図（ａ）〜（ｄ）に示すごとく本発明は
基本的に下記の工程からなる。

Ｉ 金属板にクリーム状はんだを塗布する工程 II 前記クリーム状はんだに金属短繊維を静電植毛する
工程 III 加熱工程 IV 冷却工程 詳述すると、まず、金属板１は脱脂、洗浄工程により
表面が洗浄にされる。金属板１の材質は任意であり、
銅、黄銅、青銅、ステンレス、アルミニウムおよびその
合金、鉄、ニッケルなどが用いられる。

次いで、第２図（ａ）のように、前記金属板１の表面
にクリーム状はんだ２を塗布する。「クリーム状はん
だ」とは、比較的低融点のはんだ粉末とフラックスとを
均一に混合したものである。本発明に用いるクリーム状
はんだ２は、特性として、基板金属および金属短繊維と
の接合性が良いこと、塗布後に必要以上に広がらず（ダ
レが少ない）、かつ、金属短繊維が飛翔したときに突き
刺さり、比重の大きい金属短繊維を確実に保持し得るに
十分な粘度ないしタック性を有していることが望まし
い。この粘度はたとえばチクソトロピー現象試験におい
て、25℃、ブラツクフィールドHBT型、No.7スピンド
ル、10rpmで３分後の値で、たとえば４×10⁵cP以上であ
ることが望ましい。粘度の調整は、フラックスの組成
（溶剤、ロジン、活性剤、チキソ剤など）が一定であれ
ば、はんだ粉末の形状（不定形の方がフラックス含有量
が同じでも高い粘度となる）、はんだ中のフラックス含
有量（フラックス含有量が少ない方が粘度が高くなる）
の少なくともいずれかを変化させればよい。

クリーム状はんだ２は、金属板１の表面に所望の厚さ
たとえば50〜300μｍに塗布される。その塗布方法は、
はけ塗り、ローラ塗り、吹付け、ドクタブレード法、ス
クリーン印刷など任意である。スクリーン印刷を採用す
れば、任意の模様、図柄等のパターンが得られるため、
パターン状の植毛領域を形成できる。

なお、金属短繊維の接着手段としては、金属板に溶融
はんだメッキを施し、その上にフラックスを塗布するこ
とが考えられるが、この方法では次のような問題があ
る。すなわち、第１に、はんだメッキ厚さの調整が難し
く、一般に平均厚さ15〜20μｍ程度が上限であり、しか
も±５μｍ程度のバラツキがある。そのため、短繊維の
接着強度が弱くなる。第２にメッキ厚さが不均一になり
やすいため、その上に塗布されるフラックス膜厚の厚さ
も不均一化し、次工程の静電植毛時に植毛ムラが生じや
すい。

これに対し、本発明においては、最終的に得られる植
毛金属板の金属はんだ層の厚みがクリーム状はんだ２の
塗布厚さにより決定される。したがって厚さ調整が容易
であり、厚い金属はんだ層を自在に得ることができる。
またクリーム状はんだ２の塗布厚さのコントロールは容
易であり、厚みを均一にできるため、ムラのない植毛層
を形成できる。

次いで、クリーム状はんだを塗布した基材Ａに金属短
繊維３を静電植毛する。金属短繊維３の材質は、銅、黄
銅、青銅、アルミニウム、ステンレス、ニツケル、チタ
ンなど任意である。金属短繊維３としては、円換算径:1
0〜200μｍ、アスペクト比:10〜200のものが、絡み合い
が少なく、過度に大電圧をかけずに確実に飛昇させるこ
とができるため好適である。円換算径とは繊維の太さを
示す用語であり、繊維の断面が必ずしも円になっている
場合に限られないため、その場合に直径に換算する必要
があるため汎用されている。この円換算径とは、繊維の
断面積を測定し、同じ断面積の円の直径に換算した値を
意味する。また、アスペクト比も繊維の寸法を表す用語
として汎用されており、繊維の長さと太さとの比（長さ
／太さ）を意味する。

かかる特性の金属短繊維３としては、びびり振動切削
法により得られたもの、溶融紡糸、集束伸線により得た
長繊維を所定長さに切断したものなどがある。前記「び
びり振動切削法」とは、特公昭56−51050号公報に記載
されているように、金属ブロックを直接切削して繊維軸
線方向が切削方向と直角な短繊維を製造する方法であ
る。すなわち、金属ブロックを回転させながらこれに接
する弾性切削工具に自励振動を起こさせ、工具の再生び
びりに伴う刃先の背分力（送り分力）方向の変位により
ブロック表面層を強制的にせん断破壊させ、繊細な短繊
維を創成する方法である。

静電植毛装置は公知のものを用いることができ、アッ
プ法、ダウン法のいずれでもよいが、接着強度の面など
から、前者の方が好ましい。前者の方法具体的には、電
気絶縁材料からなる植毛室に一対の電極を配し、上部電
極に基板Ａをクリーム状はんだ面が下向きとなるように
配し、下部電極上に金属短繊維３を配し、下部電極に高
電圧を印加すればよい。これにより金属短繊維３は飛昇
し、端部がクリーム状はんだに突き刺さり、クリーム状
はんだの粘着力により投錨状態が保持される。これが第
２図（ｃ）の状態であり、Ｂは繊維投錨基板である。

次いで、繊維投錨基板Ｂを加熱、その後冷却する。加
熱温度はクリーム状はんだ２の溶融温度以上であり、加
熱方式は全体加熱、局部加熱のいずれでもよい。これら
の例としては、ベルトコンベアを用いた雰囲気加熱によ
るトンネル式加熱炉、コンベアベルトとホットプレート
（加熱ロールでもよい）を用いたオープンコンベア式の
もの、高周波誘導加熱、赤外線、レーザ法、ホットガス
吹付け法などがある。このうち高周波加熱は、加熱時間
を短くでき、特に連続製造時の条件設定が容易である
点、非接触であるため、振動等により植毛繊維の脱落の
心配がない点などで推奨される。

この加熱によりクリーム状はんだ２のはんだ粉は溶融
し、フラックス分は本来の働きにより金属板母材表面や
金属短繊維表面の洗浄化とぬれおよび流動性を促進し、
溶融したはんだ層に金属短繊維端末部が浸漬される。

そこで次に冷却すれば、第２図（ｄ）のように金属板
１に金属はんだ層４が強固に接合されるとともに、金属
はんだ層４に金属短繊維端末部30が投錨状態でしっかり
と接合され、これで目的の金属短繊維植毛金属板Ｃが得
られる。

第３図と第3a図は本発明を適用して金属短繊維植毛金
属ストリップないしはリボン状テープ（以下単に金属短
繊維植毛テープと称す）を連続製造する方法を示してい
る。この方法においては、長尺金属板はコイル11として
巻取られており、最終的に巻取り機10に金属短繊維植毛
テープＣ′として巻取られる。

巻取り機10の駆動により繰り出された長尺金属板１′
は、搬送ラインに設置されている塗布手段12、たとえば
一対からなるコーティングロール120,121と絞り出し器1
22、によりクリーム状はんだ２がコーテイングされる。

クリーム状はんだ２をコーテイングされた長尺金属板
１′は反対側の面に接するガイドローラ13により静電植
毛装置14に装入される。この静電植毛装置14は任意であ
る。図示するものではアツプ法の形式のものが用いられ
ており、電気絶縁体のボックス140内の上部域に、少な
くとも１つのガイドロール141と、他のガイドロールを
兼ねたアースロール142が配され、下方には高電圧電極
板143が配されている。高電圧電極板143の上には予め分
散処理された金属短繊維３が散布されている。

長尺金属板１′はクリーム状はんだコーティング層
２′を下向きにした状態でカイドロール141とアースロ
ール142に案内され、これと併行して図示しない外部の
直流高圧電源から高電圧電極板143にマイナスの高電圧
が印加される。これにより金属短繊維３はアースロール
142に近い端面に−電荷、遠い方に＋電荷が生じて起立
し、下端の電荷が高電圧電極板143との間の導電により
中和するため、アースロール側に吸引、飛昇され、クリ
ーム状はんだコーティング層２′に投錨、保持される。

この静電植毛工程において、好ましくは、第３図のよ
うに、ボックス140内に微小振動発生装置17を配置し、
その振動部170を高電圧電極板143に接触させ、高電圧電
極板全体を微小振動させる。この方式は比重の大きい金
属短繊維を飛翔しやすくする効果があり、また、金属短
繊維を自動供給するときに一ケ所に補給しても電極板全
面に広げることができるメリットがある。この場合の高
電圧電極板の振動は、たとえば全振幅0.3〜3mm、振動周
波数は20〜100Hz（1200〜6000VPM）程度に設定すればよ
い。微小振動発生装置17としては電磁式、低周波振動モ
ータ、油圧式、など任意である。

また、金属短繊維の飛翔を促進する方法としては、第
3a図のように攪拌方式を採用することもできる。すなわ
ち、高電圧電極板143に電気絶縁性材料（金属短繊維が
アルミニウムのような導電性の低い場合は導電性を有し
ていてもよい）の攪拌バー（あるいは板）144を配し、
これをモータ等により回転させるものである。攪拌バー
144は下部にノコギリ歯状ないしこれに類する攪拌羽根1
45を設けている。

この手段を用いた場合には、攪拌バー144の回転に伴
い攪拌羽根145による金属短繊維３が攪拌されるためフ
ァイバーボールとならず、かつ金属短繊維３が山形状に
盛り上がるため飛翔しやすくなる。しかも攪拌バー144
が高圧側とアース側の間で回転することにより瞬間に電
位が遮断され、したがって金属短繊維３がチェーン状に
連鎖する現象も的確に回避される。

本発明者等は、前記静電植毛工程において、太さ90μ
ｍ、長さ3mmの銅短繊維を、負荷電圧42000V一定とし
て、植毛面積５×30cmに植毛するに当り、電極板上に単
に銅繊維を配するだけの方式と、電磁式振動発生機を用
いて振幅1mm、振動周波数50Hzで微小振動を与える方式
とを実施してみた。その結果を示すと第６図のとおりで
ある。振動を付加すると著しく植毛率が向上することが
わかる。すなわち、植毛時間３分において、振動有りの
場合、植毛繊維重量37g、植毛率9.3％である。これに対
し、振動なしでは植毛繊維重量20g、植毛率５％であ
る。

以上のようにして金属短繊維３は走行中の長尺金属板
１′クリーム上はんだコーティング層２′に順次投錨、
保持され、長尺金属板１′はそのまま加熱装置15に装入
され、はんだ溶融点以上の温度に連続加熱される。加熱
装置15はこの例では高周波誘導加熱コイルを用いてい
る。これに代えて、接触型たとえば非酸化性雰囲気ボッ
クスにガイドロールを兼ねた加熱ロールを設け、これを
金属短繊維投錨側と反対側に接触させることにより加熱
してもよい。いずれにしても、クリーム状はんだコーテ
ィング層２′は溶融し、金属はんだが母材に拡散すると
ともに金属はんだに金属短繊維３の端部が浸かる。

その後長尺金属板１′は加熱装置15に附属した冷却部
で冷却されるか、または図示のようにガイドロールを兼
ねた水冷または空冷式の冷却ロール16を通過することで
連続的に冷却され、これにより金属短繊維３は金属はん
だ層を介して長尺金属板１′に強固に接合される。そし
てこの状態で巻取り機10により金属短繊維植毛テープ
Ｃ′としてコイル状に巻取られる。

なお、本発明による植毛金属板は、第４図のように金
属板１の反植毛側にはんだ層５を有しているものを含
む。この場合には、予め金属板１として第5a図のように
溶融はんだめっき層50を有するものを用い、これをコイ
ル状に巻き、アンコイラにより一定速度で繰出し、反溶
融はんだめっき層50側に塗布手段12でクリーム状はんだ
を塗布すればよい。以下の工程は第３図や第3a図と同じ
である。

〔実 施 例〕

次に本発明の実施例を示す。

実施例１ 金属板として、0.5mm厚×50mm幅×300mm長の銅板を用
い、金属短繊維としてびびり振動切削により製造した銅
繊維（70μｍ径、3mm長）を用いた。

前記銅板の表面を清浄処理し、これにクリーム状はん
だを刷毛で塗布した。クリーム状はんだは、錫63%：鉛3
7%の合金組成であり、フラックス含有量は10wt%、塗布
厚みは80μｍとした。

次いで、クリーム状はんだ付き銅板を静電植毛装置内
の上部電極に配し、下部電極に負荷電圧42000Vを印加し
て静電植毛した。電極間距離は90mmである。

このときに電磁振動発生装置の上に高圧電極板を取付
け、振幅1mm、振動周波数50Hzで微小振動を与えた。そ
の結果、３分の植毛時間で9.3%の植毛密度が得られた。
銅繊維はしっかりと保持され、脱落しなかった。

次いで、仮付け銅板を熱風加熱ボックスに装入し、予
備加熱130℃×３分、本加熱250℃×５分で加熱した。そ
して直ちに３分間の強制送風冷却を行った。

得られた銅繊維植毛銅板は銅繊維と銅板とがはんだに
よりきわめて強固に接合されていた。実験によれば、銅
繊維長手方向の平均破断荷重150〜200gfに対し、はんだ
層と銅繊維間の平均引き抜き荷重の比は85％（端末定着
効率85％）であった。

実施例２ 金属短繊維、静電植毛工程は実施例１と同じとし、金
属板として0.5mm厚×50mm幅の銅テープを用い、これを1
m/minの速度でアンコイルし、錫63%：鉛37%の合成組
成、フラツクス含有量10wt%のクリーム状はんだをロー
ラで100μｍ厚に塗布し、続いて静電植毛装置に導入し
て静電植毛し、前記装置から出たところで出力2.5KW、3
00KHzで高周波誘導加熱コイルで加熱し、水冷ロールを
経て冷却し、巻取った。これにより植毛率５%、端末定
着効率87％の長尺の銅短繊維植毛テープが得られた。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明の請求項１によるときには、金属
板に比較的低融点のクリーム状はんだを塗布したのち金
属短繊維を静電植毛し、ついで加熱してクリーム状はん
だを溶融させたのち冷却することで植毛金属短繊維と金
属板とを接合するため、少ない工程で金属短繊維植毛金
属板を得ることができ、また、クリーム状はんだを用い
るため、接着層としての金属はんだ層の厚さの調整が容
易であるとともに厚塗りも自在であり、厚みも均一化で
きるため、接着強度が高く植毛ムラのない植毛層を形成
することができ、これにより機械的強度、熱伝導性、導
電性等の特性のすぐれた金属短繊維植毛金属板を得るこ
とができる。

請求項２によれば、コイル状に巻いた金属板を移動さ
せつつその表面にクリーム状はんだを塗布し、続いて静
電植毛装置中を移動させながら前記クリーム状はんだ層
に金属短繊維を静電植毛し、続いて加熱手段により連続
加熱したのち冷却する方法を採用したため、上記特性を
持ちかつ各種加工の素材として適した金属短繊維植毛金
属板を安価に効率良く製造することができるというすぐ
れた効果が得られる。

請求項３によれば、金属短繊維が円換算直径10〜200
μｍ、アスペクト比10〜200であるため、絡み合いが少
なく、過度に大電圧をかけずに確実に飛昇させることが
でき、適切な静電植毛を行なえるというすぐれた効果が
得られる。

請求項４と５によれば、静電植毛時に金属短繊維に振
動しあるいは攪拌する操作を併用したため、比重の大き
い金属短繊維をチエーン状に連鎖させることなく円滑に
効率良く飛昇させることができ、これにより植毛時間を
短縮することができるというすぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的製造工程を示すブロック図、第
２図（ａ）〜（ｄ）は本発明による金属短繊維植毛金属
板製造過程を示す部分的断面図、第３図は本発明による
金属短繊維植毛金属板の連続製造方法を模式的に示す断
面図、第3a図は別の実施例を示す断面図、第４図は本発
明による金属短繊維植毛金属板の他の例を示す断面図、
第５図は第４図の金属短繊維植毛金属板を連続的に得る
方法を示す要部断面図、第5a図は第５図の方法に用いる
金属板の部分的断面図、第６図は本発明における静電植
毛時の植毛率と時間と繊維重量の関係を示すグラフであ
る。 １……金属板、２……クリーム状はんだ、３……金属短
繊維、Ａ……基板、Ｂ……繊維投錨基板

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属板に比較的低融点のクリーム状はんだ
   を塗布したのち金属短繊維を静電植毛し、ついで加熱し
   てクリーム状はんだを溶融させたのち冷却することで植
   毛金属短繊維と金属板とを接合することを特徴とする金
   属短繊維植毛金属板の製造法。
2. 【請求項２】コイル状に巻いた金属板を移動させつつそ
   の表面にクリーム状はんだを塗布し、続いて静電植毛装
   置中を移動させながら前記クリーム状はんだ層に金属短
   繊維を静電植毛し、続いて加熱手段により連続加熱した
   のち冷却することを特徴とする金属短繊維植毛金属板の
   製造法。
3. 【請求項３】金属短繊維が円換算直径10〜200μｍ、ア
   スペクト比10〜200である請求項１または請求項２に記
   載の金属短繊維植毛金属板の製造法。
4. 【請求項４】静電植毛時に金属短繊維に振動を与える請
   求項１または請求項２に記載の金属短繊維植毛金属板の
   製造法。
5. 【請求項５】静電植毛時に金属短繊維を攪拌手段で攪拌
   する請求項１または請求項２に記載の金属短繊維植毛金
   属板の製造法。