JPS6317571B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は短繊維とりわけ高弾性率、高い耐摩耗
性、電気及び熱の良導性および良好なぬれ性と焼
結性などの特性を備え、複合材料や多孔質焼結材
料の基材として用いられるのに適した銅合金の極
細短繊維の製造法に関するものである。

繊維とりわけ金属繊維は、熱伝導性や導電性な
どの特性からクラツチ、ブレーキライニングなど
の摩擦材料や強化プラスチツク材、導電性プラス
チツク、シールド材など各種構造用複合材料の基
材として、あるいはフイルタ、ヒートパイプ、熱
交換器構成部品などの多孔質焼結品および空孔内
に異種材料を含浸または混入させた吸音材、遮音
材、オイレスメタル、研削材などの基材として広
い用途が見込まれている。

ところでこの種用途に使われる金属繊維は、一
般に直径が100ミクロン以下、長さが10mm以下と
いうように細小短繊維であつてしかも引張り強度
など良好な物性を備えていることが要求される。
かかる短繊維を得る場合、従来では一般に、鋳造
インゴツトを圧延して線材を作り、これを出発原
料としてダイスなどで引抜きを行い、この引き抜
きと焼鈍とを幾度となく繰り返すことで所期の直
径まで延ばし、こうして細く伸ばした長繊維を寸
断する方法が採られていた。

しかしこの方法では、目的繊維を得るまでに圧
延―引抜き―焼鈍―引抜き―寸断という非常に手
間のかかる工程を要するため生産性が低く、しか
も圧延工程や引き抜き、焼鈍の各工程毎に大掛り
な設備を要することなどもあつて、製造コストが
極めて高くなる不具合があつたものである。

本発明は前記した従来の極細金属短繊維製造法
の欠点を除去するために研究して創案されたもの
で、その目的とするところは、首記の如き特性を
備えた銅合金の極細短繊維をきわめて簡単、安価
に効率良く多量生産できる方法を提供することに
ある。

また本発明の他の目的は、繊維形状が単純な直
線状でなく、繊維軸線方向の全部または一部に曲
りがあり、複合材料や多孔質焼結成品などの基材
として良好な性状を示す銅合金の異形極細短繊維
を極めて効率よく生産できる方法を提供すること
にある。

上記目的を達成するため本発明は、黄銅などの
比較的延性の低い銅合金のブロツクを回転させる
と共に、この銅合金ブロツクに、所期の繊維長さ
と等しい長さの複数個の刃部を階段状、凹凸状も
しくは溝を介して並列状に配した工具を当て、所
定の工具すくい角と送りおよび切削速度を設定し
て旋削することにより、各刃部ごとに非円形断面
の極細短繊維を創生するようにし、さらに、同法
を、前記各刃部のすくい面又は／及び逃げ面に曲
面または凹凸を付した工具で実施することによ
り、繊維長さ方向が曲線状もしくは凹凸状になつ
た極細短繊維を各刃部ごとに創生させるようにし
たものである。ただ、本発明はいずれの方法にお
いても、材料の自然な割れを利用して短繊維を創
生するもので、びびり振動や外部からの強制振動
を加える手法は採用しない。

以下本発明を添付図面に基いて具体的に説明す
る。

第１図と第２図は本発明による銅合金短繊維製
造法の実施例を示すもので、１は短繊維製造用の
原料である銅合金ブロツクであり、この銅合金ブ
ロツクとしては、黄銅で代表される比較的延性の
低いものを鋳造など常法により棒状ないし柱状に
加工したものを用いる。

銅合金短繊維を得るにあたつては、銅合金ブロ
ツク１の軸線方向端部をチヤツクなどの固持手段
で掴み、この固持手段を介して銅合金ブロツク１
を所定の速度と回転数で回転させると共に、銅合
金ブロツク１の端面１１に所定のすくい角θを持
ちかつ刃部に特殊加工を施した工具３の切刃部４
を当接させ、この工具３にブロツク軸線方向への
送りｆを与えるか、あるいは、切刃部４を銅合金
ブロツク１の周面１２に当接させてブロツク軸線
と直角方向への送りを与える。

このようにすれば、第２ａ図から明らかなよう
に、銅合金ブロツク１の回転と工具３の送りｆに
応じて切刃部４のすくい面７に銅合金ブロツクの
薄い層５が堆積し始め、これが一定に達したとこ
ろで不安定現象により割れ１０が入つて剪断分離
され、切込みｌに相当する長さＬの針状短繊維６
が創生される。

しかし、このとき、工具すくい角θ、切削速度
Ｖおよび送りｆが適切でないと、掻き集められた
薄い層がすくい面に沿つて長く流出し、湾曲ない
しカール状の流れ型チツプとなつたり、自由面側
に鋸歯状凹凸の連なつた鋸歯型チツプとなり、所
期の短繊維が得られない。

そこで本発明は、工具すくい角θ、切削速度Ｖ
および送りｆを所定の条件に設定するもので、す
なわち基本的には、 工具すくい角θ：約０〜−40゜ 切削速度Ｖ：約86〜276m／min 送り量ｆ：約0.05〜0.3mm／rev とするものである。

まず、工具すくい角は繊維生成に大きな影響を
与える。通常の切削に用いられる工具は、機械本
体の動力負荷を低減させるためにすくい角を正側
に大きくとつて流れ型切り屑の排出を促し、かつ
作業者の安全対策から刃先にブレーカーを設けて
長く連なる流れ型切り屑を分断する方式を採つて
いる。しかし、このような通常の切削屑は、形状
（長さ、太さ）がバラバラで、複合用繊維として
使用するのに適した特性を有さない。

本発明は、切削の通念からすると有害とされて
いる負のすくい角を持つ工具を用い、この工具に
より、削られてすくい面７に掻き集められて堆積
した銅合金片５′を強く圧縮し、材料の自然な割
れ（剪断）を促すことにより繊維を生成させるよ
うにしたものであり、この理由から本発明は、工
具すくい角の上限を0゜としたのである。

ただし、工具すくい角を極度に負に大きくする
と、送り量の大きい領域では鋸歯状のチツプが生
じやすくなり、送り量の小さい領域では流れ型の
チツプとなる。したがつてすくい角の下限を−
40゜としたものであり、０〜−40゜において細くか
つ硬い繊維を生成することができる。

次に送り量は、これを小さくすれば繊維断面積
が小さくなる傾向を示し、送りを小さくし、すく
い角を負に大きくするほど細い短繊維とすること
ができる。ただ、あまり送りを小さくすると、切
刃部４から離れるときに繊維の長さ方向の側縁の
連なりが生じやすくなり、流れ型のチツプとなる
ので、すくい角および切削速度との関係において
適切な範囲に設定すべきである。本発明者等の実
地に検討したところでは、すくい角が上記範囲内
において、送りは最低でも約0.05mm／revが必要
であつた。また、上限は断面積の小さな短繊維を
作る目的から約0.3mm／revである。

次に切削速度は、生産性に影響を与え、切削速
度が速いほど繊維生産本数を増加することができ
る。しかし反面、切削速度が速いほど繊維生成域
は狭くなる。これは、切削速度の増加により素材
の破断ひずみが増し、チツプが分離しにくくなる
と考えられる。一般に工具すくい角が０〜−40゜、
送り量が0.05mm／rev以上では、工業的生産の面
とチツプ分離性の点を考慮すると、約86〜
276m／minである。

以上述べたところが基本的条件であるが、本発
明者らが実地に検討したところ、さらに前記基本
的条件の枠内で、工具すくい角と送り量と切削速
度の関係を次のように設定すると最も効果的であ
ることがわかつた。すなわち、 工具すくい角が約０〜−10゜では、全切削速
度範囲において、送り量の下限を約0.07〜0.1
mm／revの範囲でかつ工具すくい角が正に近い
ほど漸増した値にとる。

工具すくい角が約−10゜を超え約−20゜まで
は、切削速度を上限を下回る速度とし、送り量
の下限を、約0.05〜0.07mm／revの範囲でかつ
工具すくい角が正に近いほどまた切削速度が速
いほど漸増した値にとる。

工具すくい角が約−20゜を超え約−30゜まで
は、切削速度を約158m／min以下とし、切削
速度が下限では送り量を約0.05mm／rev以上、
切削速度が約158m／minでは送り量を約0.05〜
0.075mm／revの間、切削速度が下限から約
158m／minの間では、送り量を約0.05mm／rev
以上でかつ送り量の上限を切削速度が速く工具
すくい角が負に大きいほど小さい値にとる。

工具すくい角が約−30゜を超え負に大きい時
は、切削速度を約158m／min以下とし、切削
速度が下限では送り量を約0.05〜0.1mm／revの
間、切削速度が約158m／minでは送り量を約
0.05〜0.075mm／revの間、切削速度が下限から
約158m／minの間では、送り量を約0.05〜0.1
mm／revの間で切削速度が速いほど小さい値に
とる。

このような条件の設定により、所期の銅合金短
繊維を歩留良く生産することができる。

さらに本発明は、上記に加え、切刃部に特殊加
工した工具を用いることが特徴である。この工具
とは、第３図ないし第１０図に示すように製造目
的の繊維長さに等しい長さｌの刃部３１を複数個
階段状、凹凸状もしくは溝を介して並列状に配し
たものである。

まず、第３図の実施例は、切刃部４の一端から
他端に長さｌごとに切欠き３２を形成することで
傾斜状の刃部３１を作り、各刃部３１に所定のす
くい角θと横逃げ角λを与え、切欠き３２には繊
維の分断をよくするため、第３ａ図のように所定
の切欠き量ｍを持たせたものである。

第４図の実施例は、工具ホルダ８の先端部にそ
れぞれが所期の繊維長さに等しい長さｌの刃部８
１を持つチツプ８２を階段状に取付け、隣合うチ
ツプに第３図の切欠き量に相当する所定の段差ｍ
を付けたものである。この第４図の実施例では、
各チツプ毎あるいは所定のチツプグループ毎に所
定のすくい角θを設定することができるため、旋
削に伴う銅合金ブロツク１の径の減少による周速
の変化にうまく対応でき、径の大きい銅合金ブロ
ツクから一度に大量の銅合金短繊維を創生でき
る。

次いで第５図は、第３図と第４図の刃部が銅合
金ブロツク軸線に対し傾斜しているのに対し、各
刃部３１を銅合金ブロツク軸線と垂直に構成し、
各刃部３１のあいだを傾斜状の切欠き３２で結ん
だものである。第６図は第５図のものをスローア
ウエイ形にしたものである。

第７図は切刃部４に凹凸状の刃部を設けたもの
で、すなわち、所期の繊維長さに等しい長さｌを
持つ方形状ないし梯形状の刃部３１を交互に突出
凹入させたものである。第８図はこれをスローア
ウエイ形にしたものである。

第９図は傾斜状の切刃部４に所期の繊維長さに
相当する間隔で直角状の溝３３を形成し、これに
より傾斜状の複数個の刃部３１を並列状に配した
ものである。

第１０図ａないしｄは、旋削方向を銅合金ブロ
ツクの周面１２にとり、送りを半径方向にとつた
場合に好適な切刃部４を示すもので、その構成は
既述したものと同じなので、同符号を示すに止め
説明は省略する。

第１１図ａ，ｂは本発明の第２発明に使用する
工具の実施例を示すもので、第３図ないし第１０
図における切刃部４を構成する各刃部３１のすく
い面７又は／及び逃げ面７′を曲面９としたり、
あるいは曲線、直線またはそれらの組合せによる
凹凸面９′としたものである。なお、第１１図は
その若干例を示すものであつて、これに限定され
るものではないのは勿論である。

いずれにしても、本発明は、前記第３図ないし
第１１図に例示されるような工具３を用い、銅合
金ブロツク１を旋削するものである。こうすれ
ば、銅合金ブロツク１はこれに接する工具３の複
数個の刃部３１ごとに表面の薄い層が連続的に掻
き集められるが、銅合金ブロツク１が比較的延性
が低い材質で、しかも前記したような所定の工具
すくい角と送り量および切削速度が設定されてい
るので、連続的に流出して流れ型切り屑あるいは
鋸歯状切り屑となつたりせず、掻き集められた薄
い層が一定の量まで盛り上がり圧縮されたところ
で、掻き集められた薄い層と銅合金ブロツク表面
層とのほぼ界面にそつて割れが入り、この割れに
沿つて瞬間的に破断分離され、第２図で模式的に
示すように、切刃部４を構成する各刃部３１，３
１のすくい面７から、繊維軸が切削方向と直角
で、非円形断面の硬い銅合金短繊維６として順次
放出されるものである。第２図は各銅合金短繊維
６が隣合う同志連結されないことを強調して示し
ている。

そして、第１１図のように各刃部３１，３１の
すくい面７又は／及び逃げ面７′に曲面９や凹凸
面９′を形成した場合には、それら曲面９や凹凸
面９′により掻き集められた表層が塑性変形され
るので、単純な直線状でなく、繊維軸線方向の全
部または一部が湾曲しあるいは屈曲した異形の銅
合金短繊維６′を、銅合金ブロツク１の広い領域
から同時に多数連続創生することができる。この
短繊維は引き抜き抵抗や絡み合い性が良好なの
で、自由面が全長にわたり粗面で表面積が大きい
こととあいまち、複合用基材や多孔質焼結品用基
材等として好適なものとなる。

前記銅合金短繊維６，６′は、各刃部３１，３
１の長さｌを任意に設定することにより比較的長
いものから短いものまで自由に製造することがで
き、また、銅合金短繊維６，６′の太さ（断面積）
は、切刃部４のすくい角、送り量および切削速度
をさきに規定した範囲内で調整することにより調
整可能である。

なお、工具３として刃部３１の傾斜したもの
（第３図，第４図，第９図等）を用いた場合は、
刃面と銅合金ブロツク軸線の直交線とで構成され
る傾き角α（第９図参照）により、実際の旋削太
さ（A′）はfcosαとなるため、工具の送り量を小
さくすることなく繊維太さを小さくすることがで
き、極細短繊維製造上有利である。

次に本発明の具体例を示す。

〔実施例 １〕 原料として外径60mm、長さ200mmの快削黄銅
棒（Cu：53.78％、Pb：2.98％、Fe：0.23％、
Fe＋Sn：0.3％、残部Zn、引張り強さ38.4Kg／
mm²、伸び23.6％、絞り25.2％）を用い、工具と
して第３図に示す形状のもの（材質：Ｐ種超
硬、ｌ：５mm、刃部数：３）を用い、びびりを
生じない突出長さにして刃物台に固定し、平均
切削速度86〜276m／min、工具送り量0.021〜
0.306mm／rev、工具すくい角10〜−40゜の条件
で第１図の方法により極細短繊維を製造した。

このときの短繊維製造に及ぼす旋削条件の影
響を第１２図に示す。第１２図において、斜線
で囲まれた領域で所期の極細短繊維が得られ
た。各切削速度表示から右の実線で囲まれた部
分がそれぞれ繊維生成域である。

この第１２図の結果から、前述のように、切
削速度約86〜276m／min、工具すくい角約０
〜−40゜、送り量約0.05〜0.3mm／revの条件を満
たし、かつ、切削速度と工具すくい角および送
り量に前記〜の関係を持たせることが必要
であることがわかる。

それ以外の領域つまりすくい角が極度に負に
大きくかつ送り量も大きい領域では鋸歯状チツ
プとなり、また、すくい角が大きいか送り量が
小さすぎても流れ型のチツプとなり、目的の短
繊維を生成することが難しい。

第１３図は、本発明における極細短繊維の断
面積と製造条件との関係を示すもので、送りを
小さくするほど断面積を小さくすることができ
ること（本実験では断面積0.005mm²のものまで
製造できた）、送りが大きい領域では切削速度
と工具すくい角が断面積に影響を及ぼすことが
わかる。

第１４図は、本発明による短繊維製造の生産
性を検討した結果を示している。この図から本
発明はきわめて生産性が高く、送りを小さくし
切削速度を大きくすると最も生産性の良くなる
ことがわかる。

なお、本発明者等は平フライスやエンドミルな
どによる切削方式で銅合金極細短繊維の製造も実
験してみたが、それら方式では断続加工となるた
め、本発明にくらべて著しく生産性が悪く、また
工具自体の回転による断続的な重切削であるた
め、工具の運動が複雑であると共に、機械や工具
にわずかな狂いがあつても直ちに製造条件が変化
する。そのため極細の短繊維をバラツキなく製造
できなかつた。本発明は、工具を回転させず銅合
金ブロツクの軸線方向またはこれと直角方向の送
りを与える単純な方法であるため、機械や工具の
精度上の問題が少なく、断面積や物性のバラツキ
の少ない良質の極細短繊維を製造できる。

〔実施例 ２〕 原料として実施例１と同じ材質、寸法のもの
を用い、工具として、第４図に示す矩形状のス
ローアウエイチツプ（材質：Ｐ種超硬、12.7mm
口×4.8mmｔ）の逃げ面に第１５図のごとく稲
妻状の凹凸面（l₁：３mm、l₂：３mm、l₃：6.9mm）
を形成したものをホルダに取付け、実施例と同
じ切削条件で異形短繊維を製造してみた。

その結果、実施例１と同じく、第１２図に示
す領域で所期の異形短繊維が各チツプ毎に生成
された。第１６図ａ，ｂは得られた短繊維の外
観と断面形状を示している。なお、７―３黄
銅、砲金、鉛青銅鋳物についても前述した製造
条件で好結果を示した。

以上説明した本発明の第１発明によるときに
は、高弾性率、高い耐摩耗性、電気及び熱の良導
性および良好なぬれ性と焼結性などの特性を備
え、複合材料や繊維冶金用の基材として用いられ
るのに適した極細の短繊維を、極めて効率良く、
かつ物性や断面積等にバラツキを少なくして工業
的に高能で多量生産することができ、製造工程が
非常に単純で機械や工具の精度上の問題も少ない
ため、加工度の低い原料を用いることができるこ
ととあいまち製造コストを大幅に低減できるとい
うすぐれた効果が得られる。

また、本発明の第２発明によるときには、上記
特徴に加え、引き抜き抵抗や絡み合い性の良好な
短繊維を極めて効率良く多量生産することができ
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図は本発明の一実施例を概略的に示す斜視
図、第２図は同じくその要部拡大図、第２ａ図は
本発明の短繊維生成機構を示す原理説明図、第３
図は本発明に使用する工具の一実施例を示す側面
図、第３ａ図は同じくその一部拡大図、第４図な
いし第１０図ａ，ｂ，ｃ，ｄは本発明に用いる工
具の他の実施例を示す側面図、第１１図ａ，ｂは
本発明の工具における刃部と得られた短繊維を示
す斜視図、第１２図は本発明の実施例における短
繊維製造適正条件を示すグラフ、第１３図は第１
２図の実施例における送りと断面積の関係を示す
グラフ、第１４図は本発明による短繊維生産性を
示すグラフ、第１５図は本発明の実施例における
工具を示す平面図、第１６図ａ，ｂは第１５図の
工具により得られた短繊維の斜視図と断面図であ
る。 １…銅合金ブロツク、３…工具、６，６′…銅
合金短繊維、７…すくい面、７′…逃げ面、９…
曲面、９′…凹凸面、３１…刃部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 銅合金短繊維を得るにあたり、原料として黄
   銅などの比較的延性の低い銅合金からなる金属ブ
   ロツクを用いると共に、工具として、製造すべき
   繊維長さに等しい長さの刃部を複数個階段状、凹
   凸状もしくは溝を介して並列状に配した工具を用
   い、切削速度約86〜276m／min、送り量約0.05〜
   0.3mm／rev、工具すくい角約０〜−40゜の各範囲
   内でしかも送り量と工具すくい角と切削速度とを
   下記の条件に設定して旋削し、各刃部ごとに繊維
   軸線が切削方向と直角状をなし１本１本が分離独
   立した非円形断面の短繊維を創生することを特徴
   とする銅合金短繊維の製造法。 工具すくい角が約０〜−10゜では、全切削速
   度範囲において、送り量の下限を約0.07〜0.1
   mm／revの範囲でかつ工具すくい角が正に近い
   ほど漸増した値にとる。 工具すくい角が約−10゜を超え約−20゜まで
   は、切削速度を上限を下回る速度とし、送り量
   の下限を、約0.05〜0.07mm／revの範囲でかつ
   工具すくい角が正に近いほどまた切削速度が速
   いほど漸増した値にとる。 工具すくい角が約−20゜を超え約−30゜まで
   は、切削速度を約158m／min以下とし、切削
   速度が下限では送り量を約0.05mm／rev以上、
   切削速度が約158m／minでは送り量を約0.05〜
   0.075mm／revの間、切削速度が下限から約
   158m／minの間では、送り量を約0.05mm／rev
   以上でかつ送り量の上限を切削速度が速く工具
   すくい角が負に大きいほど小さい値にとる。 工具すくい角が約−30゜を超え負に大きい時
   は、切削速度を約158m／min以下とし、切削
   速度が下限では送り量を約0.05〜0.1mm／revの
   間、切削速度が約158m／minでは送り量を約
   0.05〜0.075mm／revの間、切削速度が下限から
   約158m／minの間では、送り量を約0.05〜0.1
   mm／revの間で切削速度が速いほど小さい値に
   とる。 ２ 銅合金短繊維を得るにあたり、原料として黄
   銅などの比較的延性の低い銅合金からなる金属ブ
   ロツクを用いると共に、工具として、製造すべき
   繊維長さに等しい長さの刃部を複数個階段状、凹
   凸状もしくは溝を介して並列状に配しかつ各刃部
   のすくい面又は／及び逃げ面に曲面又は凹凸を付
   した工具を用い、切削速度約86〜276m／min、
   送り量約0.05〜0.3mm／rev、工具すくい角約０〜
   −40゜の各範囲内でしかも送り量と工具すくい角
   と切削速度とを下記の条件に設定して旋削し、各
   刃部ごとに繊維軸線が切削方向と直角状をなし１
   本１本が分離独立した非円形断面でかつ繊維軸線
   方向に曲りのある短繊維を創生することを特徴と
   する銅合金短繊維の製造法。 工具すくい角が約０〜−10゜では、全切削速
   度範囲において、送り量の下限を約0.07〜0.1
   mm／revの範囲でかつ工具すくい角が正に近い
   ほど漸増した値にとる。 工具すくい角が約−10゜を超え約−20゜まで
   は、切削速度を上限を下回る速度とし、送り量
   の下限を、約0.05〜0.07mm／revの範囲でかつ
   工具すくい角が正に近いほどまた切削速度が速
   いほど漸増した値にとる。 工具すくい角が約−20゜を超え約−30゜まで
   は、切削速度を約158m／min以下とし、切削
   速度が下限では送り量を約0.05mm／rev以上、
   切削速度が約158m／minでは送り量を約0.05〜
   0.075mm／revの間、切削速度が下限から約
   158m／minの間では、送り量を約0.05mm／rev
   以上でかつ送り量の上限を切削速度が速く工具
   すくい角が負に大きいほど小さい値にとる。 工具すくい角が約−30゜を超え負に大きい時
   は、切削速度を約158m／min以下とし、切削
   速度が下限では送り量を約0.05〜0.1mm／revの
   間、切削速度が約158m／minでは送り量を約
   0.05〜0.075mm／revの間、切削速度が下限から
   約158m／minの間では、送り量を約0.05〜0.1
   mm／revの間で切削速度が速いほど小さい値に
   とる。