JPS63245332A - 金属短繊維の製造法 - 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】 本発明は金属短繊維、とりわけ複合材料の基材として用
いられるのに適した極細短繊維の製造法に関するもので
ある。

一般に、繊維と言われるものには、金属短繊維。

ガラス繊維、カーボン繊維、アスベスト等種々のものが
ある。これら繊維のうち、ブレーキライニング、クラッ
チ板などの摩擦材料や、フィルター、導電性ＦＲＰ、電
磁シールド用ＦＲＰ、騒音遮蔽板などの構造用複合材料
としては、金属繊維が最も適している。

しかし、この種用途に使われる金属繊維は、直径がたと
えば１００ミクロン以下、長さが１０ｍｍ以下というよ
うに極細であって、しかも強化繊維として引張り強度な
ど良好な物性を備えていることが要求されるため、これ
を簡単に多量生産するのは難しく、鉛繊維のような特殊
なものを除いて製造コストが極めて高価になり、上記し
た広範囲の需要に答えることができなかった。

すなわち、金属極細短繊維を製造する場合、一般に、鋳
造インゴットを圧延して線材を作り、この線材を引抜き
ダイスなどを用いて引抜き、この引抜きと焼鈍を幾度と
なく繰返すことで前記のような直径の繊維に伸ばし、最
後に切断する方法がとられていたものであり、このよう
に非常に手間のかかる工程をかけることや設備として大
掛りなものを要することから、生産性が低く、また非常
にコストが高くなっていたものである。

なお、コンクリート補強用鋼繊維など比較的長く太い金
属繊維の製造法としては、インゴットをフライス切削す
る方法がある。しかしこの方法は、外周に複数の切刃を
取付けたカッターの回転による断続加工となるため、生
産速度の点で問題がある。また、この方法では機械や工
具に高い精度が　、要求され、わずかな精度の狂い（た
とえば、主軸の振れ、アーμとカッタ内径のすきま、超
硬チップの溝深さ、刃幅、取付誤差等による切刃外周の
振れ）が直接製品の寸法形状や物性に影響するので、前
述したように極めて細くかつ短い繊維をバラツキなく量
産するのが難しいという問題があった。

本発明は、前記した実情から研究を重ねて創案されたも
ので、その目的とするところは、弾性率、耐摩耗性、電
気および熱の伝導性、ぬれ性および焼結性などの良好な
物性と寸法形状を備えた極細の金属短繊維を、きわめて
能率よく安価に多量生産できる方法を提供することにあ
る。

この目的を達成するため、本発明は、黄銅で代表される
比較的延性の低い柱状のブロックを所定条件で旋削する
ことで材料の自然な割れを利用し、非円形断面の針状短
繊維を分断創生するようにしたものである。

すなわち、本発明の特徴とするところは、金屑短繊維を
得るにあたり、原料として黄銅のような延性の低い材料
の柱状ブロックを用い、この柱状ブロックを、製造すべ
き繊維長さに対応する切込み量でかつ切削速度約８６〜
２７６ｍ／ｍｉｎ、送り量的０．０５〜０　、３　ｍｍ
／ｒｅｖ、工具すくい角約０〜−４０°の各範囲内で下
記条件に設定して旋削し、繊維軸線が切削方向と直角を
なす非円形断面の針状短繊維を分離創成することを特徴
とする金属短繊維の製造法。

■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０．０７〜０．１ｍｍ／ｒ
ｅｖ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、送り量を、
切削速度が下限では約０．０５ｍｙ＋／ｒｅｖ以上、切
削速度が約１５８　ｍ／ｍｉｎでは送り量を約０．０５
〜０．７５ｍｍ／ｒｅｖの間、切削速度が下限から約１
５８　ｍ／ｍｉｎの間では、約０　、０５１ｍ／ｒｅｖ
以上で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１５８　ｍ／ｍｉｎ以下とし、送り量を、切
削速度が下限では約０．０５〜０゜１　ｎｕ　／　ｒｅ
ｖ、切削速度が約１５８　ｍ／ｍｉｎでは送り量を約ｏ
、ｏ５〜０．　７５　ｍｍ／ｒｅｖの間、切削速度が下
限から約１５８　ｍ　／ｍｊ、ｎの間では、約０１ｏ５
〜０．１ｍｍ／ｒｅｖの間で切削速度が速いほど小さい
値にとる。

以下本発明を添付図面に基いて説明する。

第１図および第２図は本発明による極細短繊維製造法の
実施例を示すもので、極細短繊維を作るにあたって、原
料として鋳造インゴットの如き柱状ブロック１を用いる
。この実施例における柱状ブロック１は、黄銅のような
延性の低い材質、最も好適には快削黄銅が適当である。

しかして、次にそのような柱状ブロック１の軸線方向端
部をチャックなどの固持手段によりつかみ、この固持手
段を介して柱状ブロック１を所定速度と回転数で回転さ
せると共に、柱状ブロック１の端面２に、工具３の切刃
部４を所定の切込み深さＱとすくい角θに設定して当接
させ、この工具３にブロック軸線方向へ所定の送りｆを
与える。

こうすることにより、金属ブロック１は、工具３の切刃
部４により表面の薄いＮ５が連続的にかき集められる。

このとき工具のすくい角、゛切削速度および送り量の設
定が適当でない場合には、かき集められた薄い層がすく
い面にそって長く流出し、わん曲ないしカール状の流れ
型チップとなったり、自由面側に鋸歯状凹凸の連なった
鋸歯型チップとなる６ 本発明では柱状ブロック１として黄銅で代表される比較
的延性の低いものからなっており、しかも後述するよう
に工具すくい角と切削速度および送り量を一定条件に設
定している。そのため、さぎのように切刃部４に柱状ブ
ロック表面層が一定の量までかき集められ、これが盛り
上がったところで、不安定現象により、かき集められた
層と柱状ブロック表面層との略界面にそって割れが入り
。

この割れにそってかき集められた層が瞬間的に破断分離
され、繊維軸が切削方向と直角で非円形断面の針状をな
した短繊維６が創生され、すくい面７から夫々が一本一
本独立したかたちで連続的に放出されるのである。

第３図はその短繊維６を拡大して示している。

なお、第１図は工具３の送りを軸線方向としているが、
これに代え軸線と直角方向すなわち半径方向への送りと
してもよい。その場合、当然のことながら送りと切込み
は第１図と逆の関係になる。

本発明は上記短繊維製造において、一定の旋削条件を採
用するものであり、すなわち、基本的には、切込み量を
製造すべき繊維長さに一致させ、かつ、工具すくい角θ
を約０〜−４０°、送り量ｆを約０．０５〜０．３ｍｎ
／ｒｅｖ、切削速度■を約８６〜２７６　ｍ／ｍｉｎと
するものである。この条件を満たさない場合には、鋸歯
状あるいは流れ型のチップとなり、目的とする短繊維を
工業的に安定して製造できない。

まず、すくい角Ｏは、繊維の太さ、形状および強度に影
響を与える重要な条件であり、できるだけマイナス角に
することが好ましい。すくい角の上限を０°としたのは
、すくい角を正側にすると削られた層が圧縮されないま
ますくい面にそって流れやすくなり、流れ型チップとな
るからである。

すくい角を負に大きくすると、削られて切刃部にたまり
つつある層に圧縮変形を与え、不安定現象の発生を促し
て亀裂を入りやすくすることができるので、細くかつ硬
い繊維とすることができ、しかも同時に、第３図の如く
短繊維６の自由面に粗面６１を形成することができる。

前記粗面６１は繊維軸線にそって走ろうね状のものとな
り、これにより表面積が増加し摩擦抵抗を増強すること
ができる。しかし、すくい角を極度に大きくすると、送
りの大きい領域で鋸歯状チップが生じやすくなり、送り
の小さい場合には流れ型のチップとなり繊維生成ができ
なくなる。従ってすくい角の負の上限は一４０°とすべ
きである。

次に、送りｆ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から離れるときに各繊
維の長さ方向側縁の連なりが生じやすくなり、流れ型の
チップとなるので、工具すくい角および切削速度との関
係において適当な範囲に設定すべきである。本発明者ら
の実施に検討したところでは、すくい角が上記条件内で
あっても送りは最低限約０　、０５　ｍｍ／ｒｅｖが必
要であった。送りの上限は繊維太さの関係からみて、約
０．３ｍｍ／ｒｅｖである。

次に、切削速度Ｖ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は増大する。しかし反面において、
切削速度が速いほど繊維生成域は狭くなる。これは速度
の増加により素材の破断ひずみが増し、チップが分離し
にくくなるためと考えられる。本発明者らの実施によれ
ば、すくい角がＯ〜−４０°、送り０　、０５　ｎｕｎ
／ｒｅｖ以上では、生産性とあいまち約８６〜２７６ｍ
／ｍｉｎが実用的範囲であることがわかった。

なお、すくい角θは繊維断面形状にも影響を与え、切削
速度と送りを一定の条件ですくい角を負に大きくするほ
ど上底の幅が減少し下底が増大する。従って、すくい角
の設定により、台形状から三角形状のものまで製造が可
能である。また、短繊維６の長さは第１図のような軸線
方向法りにおいては工具３の切込み深さと一致し、半径
方向法りにおいては切込み幅と一致する。従ってそれら
を調整することにより比較的長いものから極短のものま
で製造することが可能である。

以上述べたところが基本的条件であるが、目的短繊維を
バラツキなく安定して製造するためには、前記基本的条
件の枠内で、工具すくい角と切削速度および送り量を次
のような関係に設定するべきである。

この条件により、所期の短繊維を高能率で歩留り良く生
産することができる。

■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、　ｌａｗｎ
／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−１００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　、０７ｍｎ／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−２０°を超え約−３０°までは、
切削速度を約１５８　ｍ／＋ｎｉｎ以下とし、送り量を
、切削速度が下限では約０．Ｏ５ｎｍ／ｒｅｖ以上、切
削速度が約１５８　ｍ　／ｗｉｎでは送り量を約０　、
０５〜０　、７５ｍｍ／ｒｅｖの間、切削速度が下限か
ら約１５８　ｍ／ｍｉｎの間では、約０．０５１ｍ／ｒ
ｅｖ以上で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１５８　ｍ　／ｗｉｎ以下とし、送り量を、
切削速度が下限では約０．０５〜０゜１　ｎｖｎ　／　
ｒ６ｙ、切削速度が約１５８ｍ／ｍｉｎでは送り量を約
０．０５〜０　、　７５　ｍｍ／ｒｅｖの間、切削速度
が下限から約１５８ｍ／ｍｉｎの間では。

約０．０５〜Ｏ，ｌｎｍ／ｒｅｖの間で切削速度が速い
ほど小さい値にとる。

次に本発明の実施例を示す。

■、柱状ブロックとして、外径６０ｍｍの快削黄銅棒（
Ｐｂ：２．９８％、Ｆｅ：０，２３％、Ｆｅ＋Ｓｎ　：
　０．３０％、残部Ｚｎ、引張り強さ３８．４眩／ｒｍ
ｍ”、伸び２３．６％、絞り２５．２％）を用い、工具
として２種超硬のスローアウイチップ（１２，７ｎｎ＋
口Ｘ４．８ｍｍｔ）をホルダに取付けたバイトを用い、
平均切削速度８６〜２７６　ｍ　／　ｍｉｎ、送り０．
０２１〜０．３０６＋ｎｍ／ｒｅｖ、すくい角を１０’
　、Ｏ’　、−１０°、−２０’　、−３０’　、−４
０’　、切込ミラ５　ｍｍとし、第１図および第２図の
方法で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
４図に示す。第４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。第４図において、各切削速
度表示から右側の実線で囲まれた部分が夫々繊維生成で
ある。この第４図の結果から、さきに述べたように切削
速度約８６〜２７６　ｍ／ｍｉｎ、すくい金的Ｏ〜−４
０°、送り０．０５〜０．３＋＋ｍ／ｒｅｖの条件を満
たし、かつ切削速度、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
つ送りも大きい領域では鋸歯状チップとなり、またすく
い角が大きいか送りが小さすぎても流れ型のチップとな
り、目的の短繊維を生成することが難しい。

■、前記適正条件での短繊維の断面積と旋削条件との関
係について検討すると、第５図と第６図のとおりである
。

第５図は送りと断面積との関係であり、送りが小さくな
るほど断面積も小さくなるが、送りが大きい領域では切
削速度およびすくい角が断面積に影響を及ぼすことがわ
かる。第６図はすくい角と断面積の関係を示している。

■、また、切削速度が上限と下限における繊維の生産性
を検討した結果が第７図であり、送りを小さくし、切削
速度を大きくすると最も生産性がよくなることがわかる
。回転せん断力や平フライスによる短繊維の生産本数Ｑ
はＱ　＝　Ｚ−Ｎ（２＝歯数、Ｎ＝カッタ回転数）で、
実際の生産設備においては、カッタ径３００φ、ｚ＝５
０、Ｎ”２１０　（Ｖ＝２００ｍ／ｍ１ｎ）と考えられ
、従って、Ｑ＝約１万本／ｍｉｎとなるが。

本発明では実験装置でも約２００万本／ｍｊｎを製造で
きており、このことから従来法の約２゜０倍という著し
い生産性向上を図り得ることがわかる。

以上説明した本発明によるときには、複合材料用の基材
に好適な物性を歯え、しかも寸法が極細で表面積の大き
い短繊維を、バラツキなく多量生産することができ、さ
らに加工度の低い安価な原料から直接製造することがで
き、機械や工具も簡単であるため、原材料と大差ないコ
ストで提供できるなどのすぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る金属短繊維製造法の一実施例を示
す斜視図、第２図は繊維生成機構を示す拡大断面図、第
３図は本発明により得られた短繊維の部分的拡大斜視図
、第４図は本発明における製造条件と短繊維生成域の関
係を示すグラフ、第５図は送りと断面積の関係を示すグ
ラフ、第６図はすくい角と断面積と関係を示すグラフ、
第７図は本発明による短繊維生産性を示すグラフである
。 １・・・柱状ブロック、３・・工具、６・・・短繊維、
Ｏ・・・工具すくい角、ｆ・・・送り、■・・・切削速
度。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 金属短繊維を得るにあたり、原料として黄銅のような延
   性の低い材料の柱状ブロックを用い、この柱状ブロック
   を、製造すべき繊維長さに対応する切込み量でかつ切削
   速度約８６〜２７６ｍ／ｍｉｎ、送り量約０．０５〜０
   ．０３ｍｍ／ｒｅｖ、工具すくい角約０〜−４０°の各
   範囲内で下記条件に設定して旋削し、繊維軸線が切削方
   向と直角をなす非円形断面の針状短繊維を分離創成する
   ことを特徴とする金属短繊維の製造法。 （１）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０．０７〜０．１ｍｍ
   ／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。 （２）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漸増した値にとる。 （３）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、送り量を
   、切削速度が下限では約０．０５ｍｍ／ｒｅｖ以上、切
   削速度が約１５８ｍ／ｍｉｎでは送り量を約０．０５〜
   ０．７５ｍｍ／ｒｅｖの間、切削速度が下限から約１５
   ８ｍ／ｍｉｎの間では、約０．０５ｍｍ／ｒｅｖ以上で
   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。 （４）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、送り量を、
   切削速度が下限では約０．０５〜０．１ｍｍ／ｒｅｖ、
   切削速度が約１５８ｍ／ｍｉｎでは送り量を約０．０５
   〜０．７５ｍｍ／ｒｅｖの間、切削速度が下限から約１
   ５８ｍ／ｍｉｎの間では、約０．０５〜０．１ｍｍ／ｒ
   ｅｖの間で切削速度が速いほど小さい値にとる。