JPH0426969B2 - - Google Patents

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、クラツチ板などの摩擦材料や、フイ
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つて、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つた。

すなわち、金属極細短繊維を製造する場合、一
般に、鋳造インゴツ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
にコストが高くなつていたものである。

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、インゴツトを
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ツターの回転
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、アーバとカツタ内径のすきま、超硬
チツプの溝深さ、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
あつた。

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ツクを所定
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ツクを用い、この柱状
ブロツクを、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0.05〜0.3mm／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にある。

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0.07〜0.1
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、切削速度を上限未満速度とし、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0.05mm／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、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。

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
0.05〜0.075mm／revの間、切削速度が下限から
約158m／minの間では、約0.05〜0.1mm／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
にあたつて、原料として鋳造インゴツトの如き柱
状ブロツク１を用いる。この実施例における柱状
ブロツク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ツク１の軸線方向端部をチ
ヤツ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ツク１を所定速度と回転数で
回転させると共に、柱状ブロツク１の端面２に、
工具３の切刃部４を所定の切込み深さｌとすくい
角θに設定して当接させ、この工具３にブロツク
軸線方向へ所定の送りｆを与える。

こうすることにより、金属ブロツク１は、工具
３の切刃部４により表面の薄い層５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つて長く流出
し、わん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
ツプとなる。

本発明では柱状ブロツク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つており、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
きのように切刃部４に柱状ブロツク表面層が一定
の量までかき集められ、これが盛り上がつたとこ
ろで、不安定現象により、かき集められた層と柱
状ブロツク表面層との略界面にそつて割れが入
り、この割れにそつ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0.05〜0.3mm／rev、切削速度Ｖを約86〜
276m／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ツプ
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θ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つて流
れやすくなり、流れ型チツ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
繊維軸線にそつて走る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ツプが生じやす
くなり、送りの小さい場合には流れ型のチツプと
なり繊維生成ができなくなる。従つてすくい角の
負の上限は−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、流れ型のチツプとなる
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
件内であつても送りは最低限約0.05mm／revが必
要であつた。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、チツ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０〜−40°、送り0.05mm／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
ることがわかつた。

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。従つて、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送りにお
いては工具３の切込み深さと一致し、半径方向送
りにおいては切込み幅と一致する。従つてそれら
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0.07〜0.1
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0.05mm／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、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。

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
0.05〜0.075mm／revの間、切削速度が下限から
約158m／minの間では、約0.05〜0.1mm／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。

柱状ブロツクとして、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38.4Kg／mm²、伸び23.6％、
絞り25.2％）を用い、工具としてＰ種超硬のス
ローアウイチツプ（12.7mm□×4.8mmｔ）をホ
ルダに取付けたバイトを用い、平均切削速度86
〜276m／min、送り0.021〜0.306mm／rev、す
くい角を10°、0°、−10°、−20°、−30°、−40°
、切
込みを５mm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86〜276m／min、すくい角約０〜−40°、送
り0.05〜0.3mm／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、つまりすくい角が強度に負
に大きくかつ送り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。

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かわる。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。回転せん断刃や平フ
ライスによる短繊維の生産本数ＱはＱ＝Ｚ・Ｎ
（Ｚ＝歯数、Ｎ＝カツタ回転数）で、実際の生
産設備においては、カツタ径300φ、Ｚ＝50、
Ｎ＝210（Ｖ＝200m／min）と考えられ、従つ
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／minを製造できてお
り、このことから従来法の約200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質を備え、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……柱状ブロツク、３……工具、６……短繊
維、θ……工具すくい角、ｆ……送り、Ｖ……切
削速度。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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ツクを用い、
   この柱状ブロツクを、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0.05〜0.3mm／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0.07〜0.1
   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°を越え約−20°まで
   は、切削速度を上限未満の速度とし、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°を越え約−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では約0.05〜0.075
   mm／revの間、切削速度が下限から約158m／
   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。 工具すくい角が約−30°を越え負に大きいと
   きは、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では約0.05〜
   0.075mm／revの間、切削速度が下限から約
   158m／minの間では、約0.05〜0.1mm／revの間
   で切削速度が速いほど小さい値にとる。