JPS6368245A - 銅合金フイラメントおよびその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は銅合金フィラメントおよびその製造方法に関し
、詳細には、少なくとも一部に竹の節の間状の単結晶部
を有することにより靭性や取扱い性が良好である銅合金
フィラメント並びにその製造方法に関するものである。

この銅合金フィラメントは特に繊維状磁性材料や抵抗変
化型温度センサー材として有用である。

［従来の技術］ たとえばＣｕ−Ｍｎ−Ａｌ系の銅合金は磁性を有してお
り、磁性材料として様々の用途への適用が可能であり、
また抵抗変化型温度センサー用材料としての有効利用も
期待される。

しかし上記の様な銅合金をセンサー材等として実用化し
ていこうとすれば、できるだけ小形状化すると共に更に
電気抵抗を高めていく必要があり、そのためには一つの
方法として細線化するのが有効であると考えられる。し
かしながら上記銅合金は硬質且つ脆弱であって加工性が
劣悪であり、機械加工によって細線化することは非常に
困難である。

一方脆弱な金属材料を細線化する方法の１つとして、先
に本願出願人より開示した特開昭５５−６４９４８号公
報記載の回転液中紡糸法が公知となっており、この方法
は極めて有用な方法として期待が寄せられている。即ち
この方法は、回転する円筒状中空ドラムの内周面に冷却
用液体を注入し、これを遠心力によって、内周面に押圧
し冷却用液体層を形成しておくと共に、該液体層内へ溶
融金属をジェットとして細線状に噴射して急冷凝固させ
る方法であり、脆弱な金属材料であっても容易に細線状
とすることができる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記回転液中紡糸法を利用すれば、前述の様な銅合金で
あっても容易に細線化することができ、抵抗変化型温度
センサー等の実用化に道を開くことになるのではないか
と期待される。そこで銅合金を用いて上述の回転液中紡
糸法を適用したところ、脆弱な銅合金であっても容易に
細線化で診ることが確認された。ところがこの様にして
得られた銅合金フィラメントの靭性は製品径によってば
らつぎがあり、特に大径のものは非常に脆く、約９０度
以上曲げたときに簡単に折断してしまうため取扱いが困
難であり汎用性に乏しいことが分かった。尚この銅合金
フィラメントの内部構造を見ると、フィラメント軸に対
して直交する横断面内には、常に（どの断面を見ても）
２個以上の結晶粒が存在しており、いわゆる多結晶質構
造を有するものであることが確認されている。これに対
し細径の銅合金フィラメントでは竹の節の間状の単結晶
質部分が存在し、この部分では１８０度曲げが可能であ
った。尚ここに言う「竹の節の間状」とは「柱状」に近
い概念であり、中実状の単結晶であることを示し、決し
て中空状である訳ではない。

そこで本発明者らはたとえ一部であっても、安定して上
記単結晶質部分が存在する様な銅合金フィラメントを提
供することが急務であると考え研究を進めた。即ちたと
え一部であっても単結晶質部分を有する銅合金フィラメ
ントを得ることができれば、機械的性質において優れた
靭性を有し、また電気的、磁気的性質においても興味の
ある特性を有する銅合金フィラメントが得られるのでは
ないかとの期待が持たれる。本発明はこの様な期待を実
現しようとするものであって、具体的には紡糸したまま
の状態であっても、少なくとも一部に竹の節の間状の単
結晶部を有する銅合金フィラメントおよびその製造方法
を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る銅合金フィラメントの構成は、少なくとも
一部に竹の節の間状の単結晶部を有すると共に、当該単
結晶部がデンドライト状組織を有するものであり、且つ
１５０μｍ以下の直径を有り、また本発明に係る製造方
法の構成は、回転する円筒状ドラム内において遠心力に
より形成された冷却液体中に、直径１５０μｍ以下の紡
出ノズルを介して熔融銅合金を噴射し、冷却固化後該ド
ラム内に巻取るところに要旨を有するものである。

［作用］ Ｃｕ−Ｍｎ−Ａｌ系の銅合金を対象として回転液中紡糸
法を実施したときに得られるフィラメントについて、そ
の結晶構造と物性の関係を更に濶く検討していたところ
、次の様な事実が確認された。

即ち上記方法によって得られる銅合金フィラメントのう
ち、該フィラメントの如何なる横断面（軸直交断面）内
にも常に２個以上の結晶粒が存在している多結晶質構造
の銅合金フィラメントは一般的に脆弱であり、しかもか
かるフィラメントが得られるのは、殆んど例外なく直径
が１５０μｍを超える比較的大径の場合であった。とこ
ろ融銅合金をジェット状に液体中へ噴射する紡出ノズル
）について、その直径を１５０μｍ以下に設定してフィ
ラメントの比表面積を大きくシ冷却速度を高めてやると
、紡出フィラメント中には安定して前述の竹の節の開成
の単結晶質部分が少なくとも一部に存在することが分か
った。尚この単結晶質部は竹の節状の結晶粒界を介して
２以上並んでいる場合もあるが、前述の多結晶状構造体
を単結晶部が中断する様に存在している場合もあり、フ
ィラメントが細径になればなるほど単結晶質部の存在比
率が高くなり、８０μｍφ以下になるとほとんど竹の節
の開成単結晶部のみで構成される。尚この単結晶部内に
はフィラメント軸方向に対して一定の方向に揃って成長
したデンドライト状組織が観察される。該デンドライト
の会合面がフィラメントの軸に対して一定の角度で横断
しており、これが結晶粒界となっている。この様な単結
晶構造を有する部分の靭性は非常に良好で１８０度に密
着曲げした場合でも折断することのない極めて柔軟なも
のとなる。尚上記単結晶質部分の長さは紡出ノズル径等
によっても異なるがフィラメント長手方向に０．０１〜
２０ｍｍ程度である。

以上述べた様に「竹の節の間」とは上記「竹の節」に相
当する２つの結晶粒界によってはさまれる単結晶質部分
を言い、説明の便宜羊「竹の節」なる表現は採用してい
るものの中空である訳ではなく、中実の細線状を呈して
いる。そしてこの様な「竹の節」が形成されたとぎの「
竹の節」と「竹の節」の間には横断面内に結晶粒界が存
在せず、フィラメント軸方向に対して一定の方向に揃っ
たデンドライト状組織を有する単結晶質のものとなり、
かかる「竹の節の間」が単結晶質で構成されることによ
って、良好な密着曲げ性を発揮することが判明した。ま
た該「竹の節」の間は、フィラメントの直径が１５０μ
ｍを超えるものでは殆んど形成されず、１５０μｍ以下
でフィラメントの直径を小さくしていくにつれて「竹の
節の間」の生成量は増大し、直径が８０μｍ以下になる
とフィラメントのほとんど全長に亘って約０，０２〜２
０ｍｍ程度の不均一な間隔で「竹の節」状の結晶粒界が
存在し、単結晶質部分が継かった構造となることが明ら
かとなった。以下この様な構造を竹状構造という。

従フて銅合金フィラメントの直径を８０μｍ以下に設定
しておけば、長手方向のどの部分でも密着曲げの可能な
フィラメントを得ることができる。但し本発明では銅合
金フィラメントの全体が前述の如き竹状構造を有してい
なければならない訳ではなく、その一部に竹状構造を有
するものであれば、従来材に比べて著しく柔軟性の改善
されたものとなる。

尚回転水中紡糸法によって銅合金フィラメントを製造す
る場合、該フィラメントの直径を１５０μｍ以下とする
ことによって何故竹状構造が生成するのか、その理論的
解明はなされておらないが、溶融銅合金ジェットの太さ
の違いによって冷却液体層中における冷却速度が変わり
、結晶の生成及び成長状況が変化するためと推定される
。何も＋＋１イｊ、　ＬＪ＋−中÷ｔ：出九丑中１杓Δ
ムー身二〜ノー１［は非常に柔軟性の冨んだものとなり
、密着曲げが可能であるほか引張試験においても伸びが
著しく犬とくなり、工業的に見て取扱いの容易な材料で
あり、また竹状構造の銅合金フィラメントからその一部
を切り出し単結晶として使用することもできる。この場
合、同一径の銅合金フィラメントより切り出されるので
直径の揃った単結晶が得られる。竹状構造を有する銅合
金フィラメントは更に高次の加工が可能であり、伸線や
圧延も可能である。

本発明で使用する銅合金としては様々のものが考えられ
るが、中でも最も好ましいのは、Ｍｎ：１〜３５原子９
６、Ａｌ：５〜３５原子％（但しＭｎとＡＩの和が６〜
６０原子％）、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる銅
合金である。しかして上記の好適成分組成を外れる銅合
金を用いた場合は、後で詳述する如く回転液中紡糸法を
採用し、溶融銅合金の噴出ノズルを１５０μｍφ以下に
設定した場合でも本発明で意図する様な竹状構造のもの
が得られ難く、従って柔軟性も十分に改善され難くなる
。

次に本発明に係る銅合金フィラメントの製造方法につい
て説明する。この方法の基本的構成は前記特開昭５５−
６４９４８号として開示した回転液中紡糸法に従う。た
とえば第１．２図はその方法を例示する概略正面図及び
一部破断側面図であり、回転ドラム６を高速回転させる
ことによってその内周面側に回転液膜層８を形成する。

そして該液膜層８の液面９に向けてるつぼ１下面の噴出
ノズル２から溶融銅合金をジェット状に噴出させ、銅合
金をフィラメント４状にして急冷凝固させながら回転ド
ラム６の内周壁に巻回していく。

図中３は金属を溶融させるためのヒーター、５は溶融銅
合金噴出用の不活性ガス、７はモータ、１０はベルトを
夫々示す。そして回転水膜層の周速度を、噴出ノズル２
からの溶融銅合金噴出速度と実質的に同一かまたはそれ
よりやや早くしておけば、断面均一性の良好な銅合金フ
ィラメントが得られ易い。またここで使用される冷却液
は純粋な液体、溶液、エマルジョン等のいずれであって
もよいが、コスト及び冷却効率を総合して最も好ましい
のは水である。回転ドラムは横向きでも縦向きでもよい
が、該ドラム中の液膜層表面速度は４００〜９００　ｍ
／＋ｎｉｎ程度、溶融銅合金の液膜層への進入角度は５
０〜８０°、噴出ノズル２と冷却液面９との距離は０．
５〜１０ｍｍ程度が夫々好適である。

この回転水中紡糸法を採用する場合特に注意しなければ
ならないのは、噴出ノズル２の口径を１５０μｍ以下と
し、紡糸される銅合金フィラメントの直径が１５０μｍ
以下となる様にしなければならない点である。即ち噴出
ノズル２の口径が１５０μｍを超える大径のものである
と、紡糸される銅合金フィラメントの直径が１５０μｍ
を超えるものとなり、該フィラメントは横断面内に２個
以上の結晶粒を有するばかりでなくフィラメント軸方向
にも多数の結晶粒を有する多結晶構造のものとなり、極
めて脆弱なものとなる。これに対し１５０μｍ以下の小
径の噴出ノズルを使用すれば、直径が１５０μｍ以下で
軸方向の少なくとも一部に竹状構造を有する、柔軟性の
優れた銅合金フィラメントが得られる。特に噴出ノズル
径を８０μｍ以下の小径のものとすると、フィラメント
のほとんど全長に亘って竹状構造のものが得られるので
好ましい。尚本発明によりフィラメントの長手方向に多
数形成される竹の節の間隔は、紡出されるフィラメント
の寸法や冷却条件（冷却液の温度や回転液膜層の回転速
度）等によって若干違ってくるが、大体０，０２〜２０
）で長手方向に不規則な間隔をもって形成される。

［実施例コ 実施例１ 第１．２図に示した様な回転液中紡糸法を採用し、Ｃｕ
　（５０）　　　Ｍｎ　（２５）　−Ａｔ　　（２５）
原子％組成の銅合金を用い、直径の異なる種々の紡出ノ
ズルを用いて直径の異なる銅合金フィラメントを作製し
た。冷却液には水（１０℃）を使用した。尚紡出ノズル
の直径が変わると紡糸条件も変化するが、基本的には回
転ドラム中の水膜層表面凍度が溶融価合金のジェヮト府
凍ン間筏も１７〈は若干速くなる様に、ドラムの回転速
度と銅合金の噴出速度をコントロールすることにより、
夫々直径１８０μｍ、１４０４ｍ、１１０μｍ、８０μ
ｍの４種の銅合金フィラメントを得た。

このうち直径１８０μｍのフィラメントには竹の節の開
成の単結晶は全く認められず、すべてが多結晶構造であ
り、全長に亘って非常に脆弱で柔軟性の乏しいものであ
った。

これに対し直径１４０μｍと１１０μｍのフィラメント
には部分的に竹状構造が生じており、部分的に密着面げ
が可能であり、また直径８０μｍのフィラメントは全長
に亘フて竹状構造を有しており、全域に亘フて密着面げ
が可能であり、フィラメント径が細くなるほど柔軟性が
良好となることが確認された。また引張試験においても
、フィラメント径が細くなるほど大きな破断伸びを示し
た。

また直径８０μｍの銅合金フィラメントの飽和磁束密度
は６５００ガウス、保磁力は１０エルステツドであった
。

実施例２ 同じく回転水中紡糸法を採用し、Ｃｕ　（５５）−Ｍｎ
　（２０）　−ＡＩ　（２５）原子％組成およびＣｕ　
（４５）−Ｍｎ　（３０）−ＡＩ　（２５）原子％組成
の各銅合金を用いて、実施例１と同様にして直径の異な
る２種の銅合金フィラメントを紡糸した。

その結果、直径１６０μｍのフィラメントはすべてが多
結晶構造であって全長に亘り非常に脆弱であるのに対し
、直径５０μｍのフィラメントは全長に亘り、約０．０
２〜２０ｍｍの不規則な間隔で竹の節の開成の単結晶が
形成された竹状構造を有しており、どの位置でも密着曲
げが可能であフた。

また直径５０μｍのフィラメントについて夫々飽和磁束
密度を調べたところ、Ｃｕ　（５５）−Ｍｎ　（２０）
−ＡＩ　（２５）原子％のものは４０００ガウス、Ｃｕ
　（４５）　−Ｍ　ｎ　（３０）　−Ａ　Ｉ　（２５）
原子％のものは４３００ガウスであった。

実施例３ Ｃｕ　　（６５）　　−Ｍｎ　　（２）　　−Ａ　Ｉ　
　（３３）　　、Ｃｕ　　（５８）−Ｍｎ　　（３４）
−ＡＩ　　（８）、Ｃｕ（９２）　−Ｍｎ　（３）−Ａ
Ｉ　（５）の各原子％組成を有する銅合金を使用し、実
施例１と同様にして直径８０μｍの銅合金フィラメント
を作製した。

得られたフィラメントは、いずれも全長に亘り竹状構造
を有しており、密着曲げ可能な極めて柔軟性のすぐれた
ものであった。

［発明の効果コ 本発明は以上の様に構成されており、銅合金からなるフ
ィラメント本来の優れた磁気的、電気的特性を保持しつ
つ、その最大の欠点とされる脆弱さを改質して極めて柔
軟で曲げ易い特性を与えることができ、その取扱い性を
著しく改善することができた。その結果、たとえば抵抗
変化型温度センサー等への適用も容易となり、応用分野
の大幅な拡大を期待することができる。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は回転液中紡糸法を説明するための図であり
、第１図は概略正面図、第２図は一部断面側面図である
。 １：るつぼ　　　　　　２：噴出ノズル３：ヒーター　
　　　　４：フィラメント５：不活性ガス　　　　６：
回転ドラム７：モータ　　　　　　８：冷却液体 ９；冷却液面　　　　　１０：ベルト 出願人　　大　　中　　逸　　雄 第１図 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一部に竹の節の間状の単結晶部を有す
   ると共に、当該単結晶部がデンドライト状組織を有する
   ものであり、且つ１５０μｍ以下の直径を有するもので
   あることを特徴とする銅合金フィラメント。
2. （２）銅合金が、Ｍｎ：１〜３５原子％、Ａｌ：５〜３
   ５原子％（但しＭｎとＡｌの和が６〜６０原子％）、並
   びに残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、且つこの合
   金を溶融紡糸法によってフィラメント状に成形したもの
   である特許請求の範囲第１項に記載の銅合金フィラメン
   ト。
3. （３）回転する円筒状ドラム内において遠心力により形
   成された冷却液体中に、直径１５０μｍ以下の紡出ノズ
   ルを介して溶融銅合金を噴射し、冷却固化後該ドラム内
   に巻取ることを特徴とする銅合金フィラメントの製造方
   法。
4. （４）銅合金が、Ｍｎ：１〜３５原子％、Ａｌ：５〜３
   ５原子％（但しＭｎとＡｌの和が６〜６０原子％）、並
   びに残部がＣｕ及び不可避不純物である特許請求の範囲
   第３項に記載の製造方法。