JPS5871002A - 自励振動切削による金属短繊維製造用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属短繊維とりわけ自励振動切削による短繊維
製造のための装置に関するものである。

金属短繊維は高弾性率、可撓性、耐摩耗性、耐熱性、熱
および電気の良導性、良好なぬれ性および焼結性などの
特性を備えているところから、ＦＲＰ　、　ＦＲＴＰ　
、　ＦＲＭなどにおける添加材料、コンクリートおよび
モルタル用の補強材料あるいは摩擦材の強化材料など各
種複合材料用原料としての用途があるほか、フィルタ、
熱交換器、初音・吸音材や電磁シールド材などの多孔質
焼結体をはじめとする繊維冶金用原料として、あるいは
化学反応用触媒郷として床机な用途が見込まれている。

このような金属短繊維を製造する方法として、薄板ｔせ
ん断する方法、引抜き線材を切断する方法、溶湯から抽
出する方法、ウィスカーなど種々のものが従来提案され
てい−るが、繊維の物性、生産性、製造コストなどの各
面で一長一短があり、いまだ実用的な短繊維製造法とは
いえなかった。

そこで本発明者らは、昭和５４年特許願第６５５５０号
において、柱状ブロックを回転させつつこれに所定の送
りと切込みで切刃を当接させることにより繊維−線が切
削方向と直角をなす短繊維な創生ずる方法を提案し、さ
らに、昭和５５年特許顯第１２４３６２号において、び
びり振動を利用した金属短繊維の製造法を提案した。こ
の方法は、第１図のごとく柱状原料ブロック５０の表面
に弾性工具５１を当て、この弾性工具５１に自励振動Ｆ
Ｙｔ積極的に生じさせることで柱状原料ブロック５０の
表面層を強制的にせん部分離し短繊維５８を生成するも
のであり、極細の短繊維を材質の制約を受けず種々の材
料から直接製造できる特徴がある点から注目を集めてい
る。

しかしさきの方法は、繊維製蚕原料とじて円柱状のプロ
ン、りを用い、これをチャックやスピンドルにより把持
回転させながら単一の弾性工具を当接して刃物台により
直線状に送るいわゆる通常旋盤方式で実施されている丸
め次の点で問題があった。

■単一の切刃による旋削であるため生産性が低い。

■原料が円柱状のものに限られ、かなり加工度の高いも
のを使用するため原料コストが高く、ま九重量の大きな
原料そのものを回転する來め、設備が大型化し所要駆動
力も大となる。それゆえ■とあいまって繊維製造コスト
が高くなる。

■各原科ごとく面倒な心出し作業管必要とし、原料交換
の繁雑さを軽減する九め大径化すると心振れなどの不安
定現象が不可避的に生じ、繊維製造の作業性と繊維品質
の安定性がよくない。

■同一直径の繊維を得るには、原料ブロックの直径が減
少するにつれ、切削速度または送り會増加するように調
整しなければならず、操作が煩雑となる。

■旋削方式で多刃化を行った場合には、切削位置により
切削速度が異なり同一直径の短繊維が得られない、また
すべての刃に対し自動振動を発生させやすい切削速度を
遇ぶのは困難である。

本発明は前記のような自励振動切削による金属短繊維製
造上のネックを解消しようとするもので、その目的とす
るところは、簡単小型な設備で極細から太径までの広範
囲の金属短繊維をきわめて経済的にしかも安定して容易
に量産できる実用的なこの種装置を提供することにある
。

この１的を達成するため本発明者らは自励振動切削によ
る短繊維生成メカニズムについて仔細に検討な加え、断
続切削方式によっても十分な自励振動が生じ、良好な短
繊維を製造できる知見を得た。

すなわち、自励振動を利用した短繊ｍ製造方法は、第２
図のようにまず弾性工具５冒の切刃先端が送りＳに応じ
て原料ブロック５０の表面に喰込んで切削が始まり、原
料ブロック５０の同転により弾性部５２が変形し、切刃
５３が背分力方向（ＩＣＣツブロックら遠ざかる方向）
に変位するととて切刃５８に堆積している表層５４に割
れが入れられ、次いで弾性部５２の反力で切刃５８が再
び喰込むことにより表層５４が針状繊維として強制的に
せん部分離されるという現象に基づく４のであり、原料
ブ四ツク側には自励振動による波（ビビリマーク）（Ａ
）が形成される。そして原料ブロックの次回転目′には
切刃は８だけ送られるため波の斜面にそって下降した切
刃は波（Ａ）の登り斜面谷部に喰込み、次いで斜線部分
を切削しなから後７退して山部で短繊維を分離排出し、
続いて再び弾性部の反力によ秒谷ｌ！に喰込む動作を繰
返すものである。

このことから、本方式は弾性工具５１Ｙｔ絶えず原料ブ
ロック５０に！近させておくいわゆる連続切削が必須条
件であり、工具を一定時間だけ完全に原料ブロックと切
離すいわゆる断続切削では、繊維生成に必要な自励振動
が生じないか又は不十分となって夫々が完全Ｋ１ｍ立し
た繊維の製造を行えないと考えられてい喪。

そこで本発明者らは、原料ブロックとして角ブロックを
用い、これ管水平方向に一定速度で微少送りしながら往
路のあいだだけ弾性工具を当てるいわゆるプレーナ一方
式を試みた。（−の結果、原料ブロックが戻り工程（復
路）Ｋは弾性工具を接触させない断続切削であるにもか
かわらず、さきの連続切削方式と遜色ない良好な短繊維
が得られた。これは、第３図のようＫＷ、料ブロック１
４の表面に自励振動切削のこん跡波（Ａ）が形成されて
いさえすれば、切刃が被削面から離間し自励振動の減衰
した状態のままで再接触しても、被削面に山谷があるた
め逆にこの山谷により弾性部５２を通して切刃に必要か
つ十分な変位エネルギが与えられ、これで瞬間的に自励
振動が誘発再生されることＫよると考えられる。

このような知見から本発明は発想を転換し、自動振動切
削による短繊維製造を多刃でかつ回転する弾性切削工具
と原料ブロックの非回転直線送りとの組合せで行うよう
にしたもので、すなわち、回転刃物台の周側部又は端面
にそれぞれが切刃と弾性部を備えた複数の弾性切削工具
を所定間隔で取付け、各弾性切削工具に順次自動振動を
起させ、各工具ごとに自励振動数に応じた量の短繊維全
分離生成するようにしたものである。

以下本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第４図と第５図は本発明に係る自励振動切削繊維製造用
装置の一実施例を示すもので、１社筒状の回転刃物台で
あり、中心部には主１□ 軸ないしアーパに嵌着する空孔２を有し、この回転刃物
台１の周側ｓ３に複数個の弾性切削工具４が局方向で互
いに位相をずらせた状態で間隔的に配置固定されている
。

前記各弾性切削工具４は、それぞれ切刃５とこれ管頭部
に着脱可能に固定したシャンク６とを備え、シャンク６
の後部なもって回転刃物台１のホルダ一部１６に取付け
られる。

そしてシャンク６の頭部６１と後部６２のあいだには切
刃に積極的に自励振動を生起させるための弾性変位部７
を備えており、この弾性変位部１と回転刃物台周側面８
のあいだには所要の空１！１８を形成している。前記切
刃５は製造すべき短繊維の長さに応じた幅Ｗ含有すると
共に、所定のすくい角およびノーズ半径を有する超硬チ
ップとして構成されている。

第６図と第７図は本発明装置の別の実施態様を示すもの
で、回転刃物台１の端面１１に複数個の弾性切削工具４
′ｆ：半径方向で互いに位相をずらせて取付けたもので
、弾性切削工具４の構歳はさきに述べた実施例の場合と
同様である。

゛なお、いずれの実施例においても、弾性切削工具４は
シャンク６の後部が回転刃物台１の胴中ＫＪＩＩ込まれ
る態様のものを含むものである６次に第８図と第９図は
本発明装置における弾性切削工具４の別の実施例を示す
もので、シャンク６の頭部６１に通孔９１を有する付加
重り９を添着し、この付加重り９を前記通孔９１とめね
じ孔６１１およびボルト１０により頭部６１に対し着脱
可能Ｋｌｉ定し、自励振動数を調整するようにしたもの
である。

この付加重り９は所定の単重をもつ複数個に分割されて
いるものを含むことはいうまでもない。なお、この第８
ｓと第９図の弾性切削工具社、従来の旋削方式に％適用
することができることはいうまでもない。

次に本発明による製造装置の使用状況を説明する。

まず第１０図と＃Ｉｌ１図は第４図と第５図に示した回
転刃物台１ｔ−喬直軸一のまわりで回転させ、いわゆる
立７ライス方式により自励振−切削短繊維を製造した１
例會示す。

すなわちこの方式は、回転刃物台１の空孔２にアーμ１
２を取付け、このアーノく１２をアームから下る主軸に
連接させる一方、昇降自在なテーブル１３ｔＣはバイス
１５により角状原料ブロック１４を定置させたものであ
る。

そして、短繊維製造にあたっては、アーノく１２により
回転刃物台１の所定の速度で目←させると共に、送り機
構（図示せず）Ｋｉｔ）テーブル１３を介して角状原料
ブロック１４に所定量の送りな与え、これにより回転刃
物台１に配した複数の弾性切削工具４を角状原料ブロッ
ク１４に順次接触させ、断続的に繰返される自励振動切
削により短繊維１５を創生するようにしたものである。

次に第１２図と第１３図は回転刃物台１ｔ−水平軸線の
まわりで回転させ、いわ°ゆる横フライス方式により自
励振動切削繊維ｔ−得る、ようにし友ものである。

すなわち、この場合には回転刃物台１の空孔２にアーμ
１２を貫通させ、このアーノ＜１２ｔオーバーアームか
ら下るアーバー賃ボート軸受１６．１６により支持して
アップカット方向又はダウンカット方向に回転させる一
方、前記方式と同様に角状原料ブロック１４をテーブル
１３により直線状に送り移動させ、回転、刃物台１と一
体回転する各弾性切削工具４により角状門科ブ・ツク１
４ｔ−順次断続的に自動振動切削して短繊維１５を創生
させるようにしたものである。この方式は回転刃物台１
ｔ−両端支持するため多数の弾性切削工具４を取付けで
きる利点がある。

前記いずれの方式においても、各弾性切削工具４は、回
転刃物台１０周側部に、刃物台と同心の回転軌跡を形成
するように定間隔で取付けられている。そのため回転刃
物台１の駆動により各切刃５は微少送りで前進する角状
ＪＩｌブロックｌの表面に一定の時間的間隔をおいて次
々と接近し、接近した切刃５は送り量に対応する深さで
角状原料ブロック１４の表層部に喰込むことによ妙切削
を開始するが、切刃５の後方には弾性変形部１があり、
この弾性変形部７が切削開始と同期して背方Ｋｌｌみ、
次いで反力により前方に戻る動作（自励振動）を高速で
繰返し、この現象が切刃５が角状原料ブロック１４に接
しているあいだ続き、自励振動数に応じ九数の短繊維１
５が分離生成される。

次いで当諌切刃５は角状原料ブロック１４かも離れるた
め自励振動は減衰するが、このときには切刃５と位相の
ずれた位置で次の切刃ｄが角状原料ブロック１４と接し
、上記現象により短繊維を創生する。そして一回転した
切刃５は再び角状原料ブロック１４に接近し前回当腋切
刃５で切削した部位の切削を始めるが、この切削開始位
置には第３図の如く自励振動に対応する波（Ａ）があり
、切刃５は角状原料ブロック１４の送りＫより波（Ａ）
　Ｋ接し、これにより切刃Ｓｒ１波（Ａ）を構成する山
部１と谷部Ｉにより逆に振動エネルギーが与えられ、図
示のことく角状′原料ブロック１４に接した瞬間から再
び自励振動が生じ、次のサイクルの短繊維製造が行われ
る。以下上記現象が各弾性切削工具４の切刃５，５ごと
に繰返され、断続的に自励振動数に応じた量ずつの短繊
維が製造される。

上記した両方式によれば、短繊維製造原料として円柱状
のものを必要とせず、連続鋳造スラブなどの安価な大型
角ブロックをそのまま使用できる。しかも原料ブロック
そのものを回転させる必要がなく直線状の送りで足りる
ため所要駆動力は少なくて済み、作業上も面倒な心出し
が省略されるため段取りが容易となる。

そして、本方式は断続式のため一方あたりの繊維生産数
は少ないが、多刃化しているため全体としての生産性は
単−刃の場合よりはるかに高くなる。さらに、弾性切削
工具４を回転刃物台１の周側面上に配置しイいるため、
各弾性切削工具間の切削速度に差が現われず。

かつ原料ブロックに心振れなどＫよる不安定現象も生じ
ない。その丸め繊維太さの均一性が向上すると共に、高
速切削速度域における切削の安定性が良いため繊維直径
の小さいものから大きいものまで容易に生巌することが
可能になる。

次ｖｈ″′！：弾性切削工具４を回転刃物台１の端面１
１に堆付けた場合（第６図と第７図）Ｋは１回転刃物台
ｌを垂直軸線のまわりで回転させるととＫより前記７ラ
イス方式と同じ用法會採ることができるほか、第１．４
図のように原料ブロックとし工円柱状ブロック１４を用
いれば、これを軸線方向に送りながら回転刃物台１の端
間ｌｉｔ接触させることにより旋一方式“と同様−“の
゛連続生臘を行う゛こと蝉できる。、この場合には内側
の弾性切削工具す又ど切、削゛速度が遅くなるが、弾性
切削工具関の固有振動数に差を持たせるなどの方策によ
りビビリのピッチを一定にすることで各工具間における
繊維太さを一定にできる。この方式は特に比較的安価で
ある大直径でかつ長尺大重量の原料を使う場合、原料を
回転する必要がない九め設備が小型で済みエネルギーロ
スが少ない利点がある。

まえ、本発明の基礎となる自励振動切削短繊維製造法に
より得られる繊維の直径は、一般に次式であられされる
。

ａ＝＆か亙２６１ｉ丁（ｍ）（Ｖ：切削速度１ｙｂｉ　
ｎ　。

Ｓ：送りＰＪｒｅｖ　、　　ｆ　；１臭振動数Ｈｚ　−
）１ｏ従、つて所望の繊維径を得るには切削条件（Ｖ、
Ｓ）および工具条件（ｆ）　’＆：変えればよく、切削
速度を増加させると送りの許−谷範、囲４広がるた４め
作２り得る繊維直径電増、大する。、しかも切削４速度
があ、まり・大きくか・ると、切刃・のチンビン１．グ
が生じ、工Ａ寿命が極端・に短かくなるため、−切削条
件の変−更のみでは繊維直・臣の増、加に限・界が−あ
る。。その対策としては工具の振動数調整が考えられ、
具体的にはシャンク６に・訃ける弾性゛変位ｓ７の長さ
を増加し九−リ、弾性変位部１σ厚みを減少させ−る技
法があり、これ［ らによればそれなりの自励振動数低下が得られるが、高
切削速度域では振動が不安定になり、繊維のバラツキが
生じたり繊維生成が不規則化する。そのため繊維直径の
増大Ｋｌｆｉ限界がある。

しかるに本発明のように弾性切削工具４の先端部すなわ
ちシャンク６の頭部′６１、を前もって重くしておくか
、頭部６１に付加型リリな取付けた場合には、工具剛性
の不足と、す７う問題を生じさせずに自動振動数を゛簡
単確実に低下させることが可能になる。第１５図は弾性
変位部長さくアーム長さ）６５■、弾性変位部厚さ８■
の弾性切削工＾４に種々の重量の重りを付けて繊維長さ
２０■の短繊維を製造した場合の切削速度と最大繊維直
径との関係を示すものである。

この工具の振動数は付加重りを取付けない場合（Ｏｇｒ
）で１．２ＫＨｚ　、　２５０　ｇｒで０．９ＫＨｚ　
。

４８０ｇｒで０．６　ＫＨｚであり、第１４図から明ら
かなように切削速度を向上できると共に振動数の低下と
あいまって許容送り量４大幅に増加できるため、最大で
ｄ＝０．５■の繊維を製造し得ている。したがって、仁
の工具を用いればモルタル用などの長さ１５〜２５■、
直径０．２〜Ｏ，Ｓ■のごとき範囲の種々の寸法の短繊
維を容易に製造することができる。

Ｌ以上説明した本発明によるときＫは、自励・　　振動
切削により原料ブロック表層を強制的に゛・　せん部分
離して短繊ＪｌｌＩｔ創生するための手段にお、いて、
回転刃、一台１０周側部又は端面に、夫々が切刃５と弾
性変位部１を備えた複数の弾性切削工具４を所要間換で
取付け、原料ブロックと回転刃物台に相対的な直線方向
の送りを与えつつ１転刃物台１を駆動回転して各弾性切
削工具４に順次自励振動を起させ、各切刃ととに自励振
動数に応じた短繊維を側生ずるようＫしたので、繊維製
造原料として連鋳ス２プなどの安価な肉材料を使用でき
ることや、面倒な心出し作業を必要としないこと、およ
び原料ブロックを目、転させず直線状の送りを与えるだ
けでよ゛く、設備を簡単小型化し所要駆動力が小さくて
済むことなどくよりきわめて安価に短繊維を製造するこ
とができ、同時に多刃工具化により生産性を大きく向上
することができる。

さらに原料ブロックを回転させないため心振れなどの不
安定現象が生じず、かつ工具間の切削速度差をなくすこ
とが容易にできるため、極細からモルタル用の大径のも
のまで広範囲にわたる直径の均一な短繊維を安定して量
産できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は自励振動切削による短繊維製造法を原理的に示
す斜視図、第２図は第１図における短繊維生成機構を示
す説明図、第３図は本発明の原理を示す説明図、第４図
は本発ＩｊＩＫ係る自励振動切削繊維製造用装置の一実
施例を示す平面図、絡５図は同じくその側ｍ図、Ｍ６図
は本発明装置の別の実施例を示す斜視図、第７図は同じ
くその断面図、第８図は本発明における弾性切削工具の
一例を示す正面図、第９図林間じくその縦断側面図、第
１０図は本発明装置の使用例を示す側面図、第１１図は
同じくその正面図、第１２図は本発明装置の別の使用例
を示す側面図、第１３図は同じくその平面図、第！ １４図は本発明装置の今１つの使用例を示す側面図、第
１５図は第８図の弾性切削工具を用いた場合の切削速度
と繊維径の関係を示すグラフである。 ｌ・・・回転刃物台、４・・・弾性切削工具、５・・・
切刃、７・・・弾性変位部、１３・・・角状原料ブロッ
ク、１５・・・短繊維。 特許出願人　新技術開発事業団 ゞ・、・”　４　ｒ　−、−′ 第１０図 第　　１１　　図　　　−。 第１２図 ５５　６２　１Ｂ　　、、７

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ！、　自励振動切削によ＃）原料ブロック表層を強制的
   にせん断分離して短繊維を創生ずるための手段において
   、回転刃物台の周側部又は端面に夫々が切刃と弾性変位
   部を備えた複数の弾性切削工具を所要間隔で取付け、原
   料ブロックと回転刃物台に゛相対的な直線方向の送りを
   与えつつ回転刃物台の回転により６弾性切削工具に順次
   自励振動を起させ、゛舎弾性切削工具ごとに自動振動数
   に応じた短繊維を創生させるようにしたことを特徴とす
   る自動振動切削による金属短繊維製造用鋏１゜２　弾性
   切削工具が、１臭先端部に付加重り會取付叶たもの會含
   む特許請求の範囲第１項記載の自励振動切削による金属
   短繊維製造用装置。