JPS6076918A - 金属短繊維及びその製造方法 - 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】 本発明は特定の形状を有する金属短繊維及びその製造方
法に関する。

一般に金属短繊維、特に直径約１００μ以下の細い金属
短繊維は電磁シールド用、繊維強化複合材用、粉末冶金
用、濾過材用あるいは熱交換機等広範囲の用途に使用さ
れているが、その材質、形状あるいは寸法等は夫々の用
途の要求特性に応じて選定される。しかしながらいずれ
の用途においても金属短繊維の繊維長さの均一性はその
製品特性を所定の目標値に設定しあるいは調整するうえ
で常に要求されることであり、したがって任意な均−長
さの短繊維を製造する技術が希求されていた。

発明者らは任意のアスペクト比（ｔｉｌｌｉ維長さＬ／
繊維径Ｄ）を有する金属短繊維の製造方法として粒界腐
食による方法（特願昭５５−９３７０１）を提案したが
、この方法でも次の要求を充分には解決していない。

（イ）繊維径が２０μｍ以下の繊維で、かつそのアスペ
クト比（繊維長さＬ／ｌａ維径Ｄ）が充分に大なる繊維
をうろこと。

（ロ）粒界腐食を起こしやすい材質、例えば１８−８ス
テンレス鋼等以外の材質の短繊維をうろこと。

（ハ）短時間に能率よく生産しうること。

また一方ではびびり振動切削による金属短繊維の製造法
が開発されているが、この方法にも次のような問題点が
ある。

（イ）切削加工時に金属組織に歪が生じ、短繊維はもろ
く折れやすくなり、その結果、この短繊維を用いて均一
な積層体を製造する場合、短繊維は、開繊機にかからず
折れてしまい、所望の積層体は得られにくい。

（ロ）純ニッケル、チタン、ステンレススチール等は切
削加工が雛しく、工具の摩耗が大、又切削作業において
騒音を伴なう他、さらに得られる短繊維の直径も２５μ
程度以上であり、細径のものを生産しがたい。

したがって従来の金属短繊維は、夫々前記のような問題
点を包含するため、その適用しうる製品用途は限られた
ものとなっている。

そこで本発明は略均−長さしかも特定形状を有する金属
短繊維およびこの金属短繊維を簡単な設備で効率よく製
造する方法を提案するものである。

以下本発明の金属短繊維及びその製造方法を図面にした
がって説明する。

まず製造方法について説明すると、本発明の方法は、（
イ）金属繊維束３を外装材４で密着被覆した集束複合体
５を準備する段階と、（ロ）前記集束複合体５を切削機
で連続的に均一厚さの切削片８にする段階と、（ハ）前
記切削片８から外装材４を除去する段階とからなる。こ
こで前記集束複合体５は、第１図に示すように、通常、
複数の金属線材２を管材からなる外装材４内に平行に挿
入し、又該外装材４の上下面を溶接により密閉した上、
通常の、特殊鋼を熟間圧廷し線材に成形する圧延機で線
材とし、更にこれを伸線機により伸延しつつ、熱処理を
くり返すことにより製造でき、金属線材２は細径の繊維
状に引伸ばされることによって、第２図を示すごとく、
金属繊維１を多数集束した金属繊維束３が外装材４によ
って密着被覆される、前記集束複合体５が形成され、又
各金属繊維１の横断面は角形の不規則形状を示している
。金属線材２を外装材４に挿入するには、特公昭５１−
１６１７９に示される如く、前記金属線材２を外装材４
に収容した網体の網目に挿入させて外装材４に充填する
こともできる。金属線材２として、好ましくはステンレ
ス鋼が、また外装材４には好ましくは銅、炭素鋼バイブ
更には樹脂等が使用できる。又第３図に示すように、集
束複合体５の複数本を束ねてさらに炭素鋼パイプ等の外
装材４ａで密着被覆した集束複合体５ａも同様に採用で
き、又それらを伸延した上、用いることもできる。

次に本発明の製造方法では前記集束複合体５を切削機で
連続的に均一厚さに切削する。第４〜５図に示すように
、集束複合体５（集束複合体５．５ａｔ−１束複合体５
と総称する）をその先端を突出させて旋盤等の切削機の
チャック６に取り付けて固定し、図において例えば反時
計方向（Ｆ方向）に等速回転させるとともに、回転する
集束複合体５の先端面に、工具、例えばバイト７を、そ
の先端が前記集束複合体５の回転中心軸Ｃの近傍に位置
する状態で当て、かつ回転中心軸Ｃに沿ってチャック６
に向は均一速度で送ることによって、前記集束複合体５
は一定の厚さｔを有する連続した前記切削片８に加工さ
れる。ここで切削片８の厚さｔは集束複合体５の回転速
度とバイト７の送り速度により任意に稠整しうる。また
集束複合体５の金属繊維１が例えばステンレス鋼からな
るとき、図の如くその切削片８は連続したラセン形状と
なり、後続する作業が容易となる利点がある。

なおバイト７を一定位置とし集束複合体５に送りを与え
てもよく、また切削方法としては、旅館加工の他、フラ
イス加工、平削り加工あるいは形削り加工等が採用でき
る。なおフライス加工では、長尺の集束複合体５を送り
ながら回転刃で切削するため、材料の掛は換え等による
手間、材料ロスはなく効率よく加工できる。また平削加
工あるいは形削り加工では、切削速度が遅いが、得られ
る金属短繊維Ａの端部の鉤部トｌが顕著となる。

次に前記切削片８の外装材４を除去する。外装材４の除
去には、外装材４と金属繊維１の腐蝕、熔解率の相違を
利用する方法、あるいは磁性の相違を利用する方法があ
り、前者の方法では、例えば外装材４に鉄を、また金属
繊維１にステンレス鋼を用いた場合、硝酸、塩酸等の酸
溶液等で外装材４のみを溶解させる。そのとき必要に応
じて少量の弗酸の添加あるいは電解腐食を併用すること
により溶解は一層促進される。また後者の方法として−
は、外装材４に磁性金属を、金属繊維１に非磁性の材料
を用いることによって、切削片８をミキサー等で攪拌し
て分解飛散せしめ、その中から磁性を有する外装材４の
みを磁石で吸着、除去することができる。外装材４を除
去し、分離したのち、好ましくは洗浄、乾燥することに
よって、本発明の金属短繊維Ａが得られる。

本発明の金属短繊維Ａは第６図（ａ）（ｂ）にその代表
例を拡大して示すごとく、表面にはなだらかに屈曲する
凹凸面１０が形成されかつ端部には鉤部１１を具えると
ともに、一定条件で生産された金属短繊維Ａの集合体は
、全体として略均−長さを有する。又表面には長手方向
にのびる微細溝１２が形成される。なお第７図は、切削
片８の断面を示す拡大写真であり、又第８．９図は金属
短繊維Ａの拡大写真である。

前記凹凸面１０は、切削部分の概略拡大断面を示す、前
記第５図において、バイト７で切削する際にバイト７の
先端部で生じる構成刃先１３によって生じると考えられ
る。即ち構成刃先１３はバイト７の刃先に凝着して生産
され、数十分の１秒ないし数百分の１秒の短周期で絶え
ずＪＢ１１落、成長を繰り返している。このような構成
刃先１３の形成によってバイト７の刃先端部は丸味を帯
び切削抵抗は増大する。なお工具、被切削材の材質によ
りその構成刃先１３の形成程度には差が生ずる。

他方、切削により被切削材である集束複合体５に前記構
成刃先１３と切刃角αを有するバイト７が楔のようにく
いこむ為、刃先端部７ｂ近傍の金属繊維ＩＡはバイト７
の切刃角αによって押し上げられ、すくい面７ａ方向に
流れるとき曲げ変形を受け、それにともなって各金属繊
維ＩＡは引張力を受ける結果、繊維は極部的に絞られて
その表面層には、なだらかな凹凸面１０が形成されるの
である。又切削片８を構成する金属繊維ＩＢは前記曲げ
変形に起因し切削片８の長手方向に対して一定の角度θ
で傾斜して配列されることとなる。

また本発明の方法で製造された金属短繊維Ａはその端部
に鉤部１１が形成されるが、これは前述のごとく切削時
に構成刃先１３が形成され、それによって引ちぎれ時に
大きな曲げ変形を受けることによる。したがって鉤部１
１の大きさ、形状を調整することも可能で、例えば鉤部
１１を小さくするにはバイト７として構成刃先１３ガ形
成し難いハイス鋼やセラミック工具を使用し、しかも刃
先部を先鋭に形成して切削抵抗を小さくする。逆に構成
刃先１３の形成しやすい材料を用いるとともに刃先部を
鈍にすれば切削抵抗は増大し金属短繊維端部の鉤部１１
は大きくなる。

また本発明の方法によれば、アスペクト比の比較的大き
い金属短繊維は長手方向に比較的ｉｔ著に屈曲したもの
が得られ、それを第６図（ｂ）に示し、又写真を第９図
に示す。これは切削時に切削片８がバイト７の切刃角α
と構成刃先１３の影響により、引張伸長を受けながら切
削され、バイト７の上すくい面７ａ上を滑って押し出さ
れる際、逆に圧縮力を受けて屈曲変形するものと考えら
れている。

叙上のごとく本発明による製造方法では、金属の材質、
線径に制限なく任意の長さで、かつ均一な長さの金属短
繊維が製造でき、製造設備も簡単なもので製造可能であ
る。また被切削材の金属繊維束を大径にすることで製造
能率を向上させることができ、切削条件や工具の材質、
形状を選定することで種々の用途に対応できる製品が得
られ、さらには金属短繊維の製造行程を完全に自動化す
ることも可能である。

また本発明の金属短繊維は表面になだらかな凹凸面と端
部に鉤部を有するため、各金属短繊維相互の絡まり強度
が高く、しかも積層体を形成する場合、嵩高となるため
、これを濾過材等の用途に採用する場合、均一・な孔径
分布となり、空孔率の大きな濾過材が得られる。さらに
金属短繊維相互の絡まり強度が大きい為、焼結した場合
強固な焼結体が得られる。また従来行われていた粒状に
近いアトマイズ粉の焼結に本発明の金属短繊維を数パー
セント混入することにより焼結体の強度は大巾に向上す
る。

なお本発明の方法では金属繊維を外装材で被覆して伸延
、熱処理するに際し、適正な断面減少率を採用すること
により最終生成金属短繊維の表面に前記微ｍ溝１２が形
成される。かかる形状の金属短繊維Ａを用いたときには
、目づまりを防ぎ、寿命の長い濾過材を形成しうる。

実施例　ｌ ５ＵＳ３１６Ｌ　（ＪＩＳ規格）のステンレス鋼線を７
５００本、炭素鋼パイプの外装材中に挿入し、延伸熱処
理を繰り返しながらその外径が１．５４ｎになるまで加
工して中間集束複合体を作成し、該中間集束複合体を１
５本束ねて更に炭素鋼パイプの外装材に挿入し、前記方
法と同様に、延伸、熱処理を繰り返して最終的に外径５
．６鶴の集束複合体を得た。なおこのときのステンレス
鋼線は外径１０μ−の繊維状で集束複合体中に１１２５
００本含まれて０る。この集束複合体を長さ２ｍ単位に
切断し、旋盤（＠江黒鉄工所ＧＬ−１２０型、精密旋盤
）にセットして回転速度６００　ｒｐＩｌで回転させる
。一方、側すくい角が５度の超硬バイトに等速の送り（
０，０５ｍ／１回転、０．１鶴／１図転、０、１５鶴／
　１回転の三ｍ類）を与えて切削した。このときの切削
片は連続した螺旋状の薄板として得られた。この切削片
を４％のフッ酸、と２０％の硝酸の混合溶液に３分間浸
漬し、外装材の炭素鋼パイプ部のみを熔解した。その後
縛られた金属短繊維を洗浄し、更に乾燥して最終金属短
繊維を得た。この金属短繊維はその表面になだらかな凹
凸部とその両端部に鉤部を有し、さらに溝０．１５ｍ／
１回転の短繊維にはその長手方向に屈曲部が形成されて
いた。得られた繊維長さ及びアスペクト比は第１表に示
す通りである。

第１表 実施例　２ ＳＵＳ３１６Ｌ　（ＪＩＳ規格）ステンレス網線５５０
０本を炭素鋼パイプの外装材に挿入し、外径４１になる
まで延伸と熱処理を繰り返して集束複合体を作成した。

このときのステンレス鋼線のを実施例１と同様に旋盤に
セットして冷却しながら側すくい角５度の超硬バイトで
送り速度０．０５ｍ／１回転、０．１０ｍｍ／１回転、
及び０．１５ｍ／１回転の三種類で回転数３７０Ｏｒｐ
ｍで切削した。得られた三種類の切削片をビーカ内で脱
脂処理後、２９（フッ酸と２０％硝酸の混合溶液中で５
分間浸漬し、外装材のみを溶解した。残った金属短繊維
を洗浄し更に乾燥して最終金属繊維を得た。切削能力及
び金属短繊維の性状は第２表の通りであり、その拡大写
真を第１０図（ａ）〜第１０図（ｃ）に夫々示す。

第２表 （注）ｔＪＩｉ維内包″率は５０％、稼働率８０％であ
る。

実施例　３ 実施例２と同じ集束複合体を用いてすくい角が０度、５
度及び１０度の３種類の超硬バイトを送り速度０．１５
ｍ■／１回転、前記集束複合体の回転速度を２２０Ｏｒ
ｐｍで切ＭＡした。他の条件は実施例２と同様である。

得られた金属短繊維の性状は第３表に示す通りである。

第３表 また得られた金属短繊維の拡大写真を第１１図（ａ）〜
第１１図（Ｃ）に夫々示す。

実施例　４ 本発明により得られる金属短繊維を濾過材に用いた場合
の特性を評価するため第１２図に示す断面形状の円筒形
フィルターを作成した。図において外径（ＤＩ）は６．
４ｃｎ、内径（Ｄ２）は２ｃｍ。

長さくＬ）は２５．ｃｍである。

フィルター材料として市販のアトマイズ粉（異形粉末）
で、２００〜２５０メソシユの粒度（推定粒度６３〜７
５μｍ）のもの単独（試料Ａ）と、前記アトマイズ粉に
繊維径３５μｍ、ＩＪｌｌ維長さ１２０μｍの金属短繊
維（実施例２、試料ＮＯ５のもの）を１７重量％混入し
たもの（試料Ｂ）、市販のアトマイズ粉で１４５〜２０
０メツシユの粒度（推定粒度７５μｍ〜１０６μｍ）の
もの単独（試料Ｃ）、前記アトマイズ粉に繊維径３５μ
ｍ、繊維長さ１２０μｍの金属短繊維（実施例２、試料
ＮＯ５のもの）を１７重量％混入したもの（試料Ｄ）を
夫々用いた。これらの威過特性は第４表に示す通りであ
る。

第４表 きのフィルター人口と出口の圧力差を示す。

注２）次の条件で９５％の補集効率を示す粒径で示した
。

コンタミナントｊ　ＡＣＦＴＤ （Ａｉｒ　ｃｌｅａｎｅｒ　ｆｉｎｅ　ｔｅｓｔｄｕｓ
ｔ　） 分散媒　蒸溜水 濃度　０．１ｇ／ｊ！ 透過方法　定圧吸引（−４０６鶴Ｈ！［ｌ）注３）定圧
城過テストは第１３図に示すごとくビー力（Ｂ）にテス
ト液を入れるとともにその中にフィルター（Ｆ）を浸し
、このフィルター（Ｆ）を通して減圧（３（１＋ｎＨｇ
）下で吸引し濾液が４０秒間にメスシリンダー（Ｍ）中
に滴下される量を測定した。

減圧はポンプ（Ｐ）で行い、圧力はマノメータ（ＭＯ）
で測定した。またテスト液はコンタミナントにＡＣＦＴ
Ｄを用い分散媒には蒸溜水を用いまた濃度は０．１ｇ／
ｆｆである。

注４）空隙率が５２％のものを用いた。

注５）空隙率が５５％のものを用いた。

第４表の試料Ａと試料Ｂ、試料Ｃと試料りを比較すると
金属短繊維を混入した試料Ｂ、試料りはいずれも低圧損
、つまり差圧が小さく高精度のフィルターが得られ更に
定圧濾過テストからフィルター寿命が長いことが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属線を外装材に挿入した斜視図、第２図は集
束複合体を示す斜視図、第３図は集合複合体をさらに組
合わせた集合複合体を例示する斜視図、第４図は切削状
態を示す斜視図、第５図は切削部分の断面図、第６図（
ａ）（ｂ）は金属短ｔａＡａを示す斜視図、第７図は第
４図のＸ−Ｙ線断面を示す拡大写真、第８〜９図は金属
短繊維を示す拡大写真図、第１０図（ａ）〜第１０図（
Ｃ）、第１１図（ａ）〜第１１図（ｃ）はいずれも金属
短繊維の拡大写真、第１２図はフィルター断面図、第１
３図は定圧濾過テストの概略図である。 ３−・−金属繊維、４−外装材、 ５−集束複合体、　８一切削片、 １０−・凹凸面、１１−鉤部、　１２−微ｍ溝。 特許出願人　日本精線株式会社 代理人　弁理士　苗　村　正 第１０図（ａ） 第１０図（ｂ） 第１１図（ａ） 第１１図（ｂ） 手続補正書（帥 １．事件の表示 昭和５８年特鰭梯９４６３５号 ２、発明の名称 金属短繊維及びその製造方法 住　所　版市東区高Ｎ柵５丁目４５ 名　称　日本精線賦金社 イ懺者　和１）鉤子 ４、代理人 ６、補正の対象 （１）　願書の表題欄の「特許願」の末尾に「（特許法
第３８条ただし書の規定による特許出願）」を加入する
。 （２）　願書の「１、発明の名称の欄」と、「２０発明
者の欄」との間に欄を設けて「特許請求の範囲に記載さ
れた発明数　２」を加入する。 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１１　表面になだらかな凹凸面が形成されかつ端部に
   鉤部を具えるとともに略均−長さを有することを特徴と
   する金属短繊維。 （２）前記凹凸面が長手方向にそう変形により形成され
   た特許請求の範囲第１項記載の金属短繊維。 （３）表面にはその長手方向に微細溝が形成されている
   特許請求の範囲第１項記載の金属短繊維。 （４）（イ）金属繊維束を外装材で密着？Ｊ［した集束
   複合体を準備する段階と、 （ロ）前記集束複合体を切削機で連続的に均一厚さの切
   削片にする段階と、 （ハ）前記切削片から外装材を除去する段階とからなる
   ことを特徴とする表面になだらかな凹凸面とその端部に
   鉤部とを有しかつ略均−長さを有する金属短繊維の製造
   方法。