JPS6126441B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属短繊維とりわけ自励振動切削によ
る短繊維製造のための装置に関するものである。

金属短繊維は高弾性率、可撓性、耐摩耗性、耐
熱性、熱および電気の良導性、良好なぬれ性およ
び焼結性などの特性を備えているところから、
FRP、FRTP、FRMなどにおける添加材料、コ
ンクリートおよびモルタル用の補強材料あるいは
摩擦材の強化材料など各種複合材料用原料として
の用途があるほか、フイルタ、熱交換器、防音・
吸音材や電磁シールド材などの多孔質焼結体をは
じめとする繊維冶金用原料として、あるいは化学
反応用触媒等として広汎な用途が見込まれてい
る。

このような金属短繊維を製造する方法として、
薄板をせん断する方法、引抜き線材を切断する方
法、溶湯から抽出する方法、ウイスカーなど種々
のものが従来提案されているが、繊維の物性、生
産性、製造コストなどの各面で一長一短があり、
いまだ実用的な短繊維製造法とはいえなかつた。

そこで本発明者らは、昭和54年特許願第65550
号において、柱状ブロツクを回転させつつこれに
所定の送りと切込みで切刃を当接させることによ
り繊維軸線が切削方向と直角をなす短繊維を創生
する方法を提案し、さらに、昭和55年特許願第
124362号において、びびり振動を利用した金属短
繊維の製造法を提案した。この方法は、第１図の
ごとく柱状原料ブロツク50の表面に弾性工具５１
を当て、この弾性工具５１に自励振動Ｆを積極的
に生じさせることで柱状原料ブロツク５０の表面
層を強制的にせん断分離し短繊維５８を生成する
ものであり、極細の短繊維を材質の制約を受けず
種々の材料から直接製造できる特徴がある点から
注目を集めている。

しかしさきの方法は、繊維製造原料として円柱
状のブロツクを用い、これをチヤツクやスピンド
ルにより把持回転させながら単一の弾性工具を当
接して刃物台により直線状に送るいわゆる通常旋
盤方式で実施されているため次の点で問題があつ
た。

単一の切刃による旋削であるため生産性が低
い。

原料が円柱状のものに限られ、かなり加工度
の高いものを使用するため原料コストが高く、
また重量の大きな原料そのものを回転するた
め、設備が大型化し所要駆動力も大となる。そ
れゆえとあいまつて繊維製造コストが高くな
る。

各原料ごとに面倒な心出し作業を必要とし、
原料交換の繁雑さを軽減するため大径化すると
心振れなどの不安定現象が不可避的に生じ、繊
維製造の作業性と繊維品質の安定性がよくな
い。

同一直径の繊維を得るには、原料ブロツクの
直径が減少するにつれ、切削速度または送りを
増加するように調整しなければならず、操作が
煩雑となる。

旋削方式で多刃化を行つた場合には、切削位
置により切削速度が異なり同一直径の短繊維が
得られない。またすべての刃に対し自励振動を
発生させやすい切削速度を選ぶのは困難であ
る。

本発明は前記のような自励振動切削による金属
短繊維製造上のネツクを解消しようとするもの
で、その目的とするところは、簡単小型な設備で
極細から太径までの広範囲の金属短繊維をきわめ
て経済的にしかも安定して容易に量産できる実用
的なこの種装置を提供することにある。

この目的を達成するため本発明者らは自励振動
切削による短繊維生成メカニズムについて仔細に
検討を加え、断続切削方式によつても十分な自励
振動が生じ、良好な短繊維を製造できる知見を得
た。

すなわち、自励振動を利用した短繊維製造方法
は、第２図のようにまず弾性工具５１の切刃先端
が送りＳに応じて原料ブロツク５０の表面に喰込
んで切削が始まり、原料ブロツク５０の回転によ
り弾性部５２が変形し、切刃５３が背分力方向
（原料ブロツクから遠ざかる方向）に変位するこ
とで切刃５３に堆積している表層５４に割れが入
れられ、次いで弾性部５２の反力で切刃５３が再
び喰込むことにより表層５４が針状繊維として強
制的にせん断分離されるという現象に基づくもの
であり、原料ブロツク側には自励振動による波
（ビビリマーク）Ａが形成される。そして原料ブ
ロツクの次回転目には切刃はＳだけ送られるため
波の斜面にそつて下降した切刃は波Ａの登り斜面
谷部に喰込み、次いで斜線部分を切削しながら後
退して山部で短繊維を分離排出し、続いて再び弾
性部の反力により谷部に喰込む動作を繰返すもの
である。

このことから、本方式は弾性工具５１を絶えず
原料ブロツク５０に接近させておくいわゆる連続
切削が必須条件であり、工具を一定時間だけ完全
に原料ブロツクと切離すいわゆる断続切削では、
繊維生成に必要な自励振動が生じないか又は不十
分となつて夫々が完全に独立した繊維の製造を行
えないと考えられていた。

そこで本発明者らは、原料ブロツクとして角ブ
ロツクを用い、これを水平方向に一定速度で微少
送りしながら往路のあいだだけ弾性工具を当てる
いわゆるプレーナー方式を試みた。その結果、原
料ブロツクが戻り工程（復路）には弾性工具を接
触させない断続切削であるにもかかわらず、さき
の連続切削方式と遜色ない良好な短繊維が得られ
た。これは、第３図のように原料ブロツク１４の
表面に自励振動切削のこん跡波Ａが形成されてい
さえすれば、切刃が被削面から離間し自励振動の
減衰した状態のままで再接触しても、被削面に山
谷があるため逆にこの山谷により弾性部５２を通
して切刃に必要かつ十分な変位エネルギが与えら
れ、これで瞬間的に自励振動が誘発再生されるこ
とによると考えられる。

このような知見から本発明は発想を転換し、自
励振動切削による短繊維製造を多刃でかつ回転す
る弾性切削工具と原料ブロツクの非回転直線送り
との組合せで行うようにしたもので、すなわち、
回転刃物台の周側部又は端面にそれぞれが切刃と
弾性部を備えた複数の弾性切削工具を各々の軌跡
が互いに重複しないよう軸方向又は半径方向に位
置をずらして間隔的に取付け、各弾性切削工具に
順次自励振動を起させ、各工具ごとに自励振動数
に応じた太さの短繊維を分離生成するようにした
ものである。

以下本発明の実施例を添付図面に基づいて説明
する。

第４図と第５図は本発明に係る自励振動切削繊
維製造用装置の一実施例を示すもので、１は筒状
の回転刃物台であり、中心部には主軸ないしアー
バに嵌着する空孔２を有し、この回転刃物台１の
周側部３に複数個の弾性切削工具４が周方向で互
いに位相をずらせた状態で間隔的に配置固定され
ている。

前記各弾性切削工具４は、それぞれ切刃５とこ
れを頭部に着脱可能に固定したシヤンク６とを備
え、シヤンク６の後部をもつて回転刃物台１のホ
ルダー部１６に取付けられる。そしてシヤンク６
の頭部６１と後部６２のあいだには切刃に積極的
に自励振動を生起させるための弾性変位部７を備
えており、この弾性変位部７と回転刃物台周側面
３のあいだには所要の空隙８を形成している。前
記切刃５は製造すべき短繊維の長さに応じた幅Ｗ
を有すると共に、所定のすくい角およびノーズ半
径を有する超硬チツプとして構成されている。

第６図と第７図は本発明装置の別の実施態様を
示すもので、回転刃物台１の端面１１に複数個の
弾性切削工具４を半径方向で互いに位相をずらせ
て取付けたもので、弾性切削工具４の構成はさき
に述べた実施例の場合と同様である。

なお、いずれの実施例においても、弾性切削工
具４はシヤンク６の後部が回転刃物台１の胴中に
埋込まれる態様のものを含むものである。次に第
８図と第９図は本発明装置における弾性切削工具
４の別の実施例を示すもので、シヤンク６の頭部
６１に通孔９１を有する付加重り９を添着し、こ
の付加重り９を前記通孔９１とめねじ孔６１１お
よびボルト１０により頭部６１に対し着脱可能に
固定し、自励振動数を調整するようにしたもので
ある。この付加重り９は所定の単重をもつ複数個
に分割されているものを含むことはいうまでもな
い。なお、この第８図と第９図の弾性切削工具
は、従来の旋削方式にも適用することができるこ
とはいうまでもない。

次に本発明による製造装置の使用状況を説明す
る。

まず第１０図と第１１図は第４図と第５図に示
した回転刃物台１を垂直軸線のまわりで回転さ
せ、いわゆる立フライス方式により自励振動切削
短繊維を製造した例を示す。

すなわちこの方式は、回転刃物台１の空孔２に
アーバ１２を取付け、このアーバ１２をアームか
ら下る主軸に連接させる一方、昇降自在なテーブ
ル１３にはバイス１５により角状原料ブロツク１
４を定置させたものである。

そして、短繊維製造にあたつては、アーバ１２
により回転刃物台１の所定の速度で回転させると
共に、送り機構（図示せず）によりテーブル１３
を介して角状原料ブロツク１４に所定量の送りを
与え、これにより回転刃物台１に配した複数の弾
性切削工具４を角状原料ブロツク１４に順次接触
させ、断続的に繰返される自励振動切削により短
繊維１５を創生するようにしたものである。

次に第１２図と第１３図は回転刃物台１を水平
軸線のまわりで回転させ、いわゆる横フライス方
式により自励振動切削繊維を得るようにしたもの
である。

すなわち、この場合には回転刃物台１の空孔２
にアーバ１２を貫通させ、このアーバ１２をオー
バーアームから下るアーバーサポート軸受１６，
１６により支持してアツプカツト方向又はダウン
カツト方向に回転させる一方、前記方式と同様に
角状原料ブロツク１４をテーブル１３により直線
状に送り移動させ、回転刃物台１と一体回転する
各弾性切削工具４により角状原料ブロツク１４を
順次断続的に自励振動切削して短繊維１５を創生
させるようにしたものである。この方式は回転刃
物台１を両端支持するため多数の弾性切削工具４
を取付けできる利点がある。

前記いずれの方式においても、各弾性切削工具
４は、回転刃物台１の周側部に、刃物台と同心の
回転軌跡を形成するように定間隔で取付けられて
いる。そのため回転刃物台１の駆動により各切刃
５は微少送りで前進する角状原料ブロツク１の表
面に一定の時間的間隔をおいて次々と接近し、接
近した切刃５は送り量に対応する深さで角状原料
ブロツク１４の表層部に喰込むことにより切削を
開始するが、切刃５の後方には弾性変形部７があ
り、この弾性変位部７が切削開始と同期して背方
に撓み、次いで反力により前方に戻る動作（自励
振動）を高速で繰返し、この現象が切刃５が角状
原料ブロツク１４に接しているあいだ続き、自励
振動数に応じた数の短繊維１５が分離生成され
る。

次いで当該切刃５は角状原料ブロツク１４から
離れるため自励振動は減衰するが、このときには
切刃５と位相のずれた位置で次の切刃５′が角状
原料ブロツク１４と接し、上記現象により短繊維
を創生する。そして一回転した切刃５は再び角状
原料ブロツク１４に接近し前回当該切刃５で切削
した部位の切削を始めるが、この切削開始位置に
は第３図の如く自励振動に対応する波Ａがあり、
切刃５は角状原料ブロツク１４の送りにより波Ａ
に接し、これにより切刃５は波Ａを構成する山部
ａと谷部a′により逆に振動エネルギーが与えら
れ、図示のごとく角状原料ブロツク１４に接した
瞬間から再び自励振動が生じ、次のサイクルの短
繊維製造が行われる。以下上記現象が各弾性切削
工具４の切刃５，５′ごとに繰返され、断続的に
自励振動数に応じた量ずつの短繊維が製造され
る。

上記した両方式によれば、短繊維製造原料とし
て円柱状のものを必要とせず、連続鋳造スラブな
どの安価な大型角ブロツクをそのまま使用でき
る。しかも原料ブロツクそのものを回転させる必
要がなく直線状の送りで足りるため所要駆動力は
少なくて済み、作業上も面倒な心出しが省略され
るため段取りが容易となる。

そして、本方式は断続式のため一刃あたりの繊
維生産数は少ないが、多刃化しているため全体と
しての生産性は単一刃の場合よりはるかに高くな
る。さらに、弾性切削工具４を回転刃物台１の周
側面上に配置しているため、各弾性切削工具間の
切削速度に差が現われず、かつ原料ブロツクに心
振れなどによる不安定現象も生じない。そのため
繊維太さの均一性が向上すると共に、高速切削速
度域における切削の安定性が良いため繊維直径の
小さいものから大きいものまで容易に生産するこ
とが可能になる。

次いで弾性切削工具４を回転刃物台１の端面１
１に取付けた場合（第６図と第７図）には、回転
刃物台１を垂直軸線のまわりで回転させることに
より前記フライス方式と同じ用法を採ることがで
きるほか、第１４図のように原料ブロツクとして
円柱状ブロツク１４′を用いれば、これを軸線方
向に送りながら回転刃物台１の端面１１を接触さ
せることにより旋削方式と同様の連続生産を行う
ことができる。この場合には内側の弾性切削工具
ほど切削速度が遅くなるが、弾性切削工具間の固
有振動数に差を持たせるなどの方策によりビビリ
のピツチを一定にすることで各工具間における繊
維太さを一定にできる。この方式は特に比較的安
価である大直径でかつ長尺大重量の原料を使う場
合、原料を回転する必要がないため設備が小型で
済みエネルギーロスが少ない利点がある。

また、本発明の基礎となる自励振動切削短繊維
製造法により得られる繊維の直径は、一般に次式
であらわされる。

ｄ＝√４・・（60）（mm） （Ｖ：切削速度m/min、Ｓ：送りμm/rev、ｆ：
工具振動数Hz） 従つて所望の繊維径を得るには切削条件（Ｖ、
Ｓ）および工具条件（ｆ）を変えればよく、切削
速度を増加させると送りの許容範囲も広がるため
作り得る繊維直径も増大する。しかし切削速度が
あまり大きくなると、切刃のチツピングが生じ、
工具寿命が極端に短かくなるため、切削条件の変
更のみでは繊維直径の増加に限界がある。その対
策としては工具の振動数調整が考えられ、具体的
にはシヤンク６における弾性変位部７の長さを増
加したり、弾性変位部７の厚みを減少させる技法
があり、これらによればそれなりの自励振動数低
下が得られるが、高切削速度域では振動が不安定
になり、繊維のバラツキが生じたり繊維生成が不
規則化する。そのため繊維直径の増大には限界が
ある。

しかるに本発明のように弾性切削工具４の先端
部すなわちシヤンク６の頭部６１を前もつて重く
しておくか、頭部６１に付加重り９を取付けた場
合には、工具剛性の不足という問題を生じさせず
に自励振動数を簡単確実に低下させることが可能
になる。第１５図は弾性変位部長さ（アーム長
さ）65mm、弾性変位部厚さ８mmの弾性切削工具４
に種々の重量の重りを付けて繊維長さを20mmの短
繊維を製造した場合の切削速度と最大繊維直径と
の関係を示すものである。

この工具の振動数は付加重りを取付けない場合
（0gr）で1.2KHz、250grで0.9KHz、480grで
0.6KHzであり、第１４図から明らかなように切
削速度を向上できると共に振動数の低下とあいま
つて許容送り量も大幅に増加できるため、最大で
ｄ＝0.5mmの繊維を製造し得ている。したがつ
て、この工具を用いればモルタル用などの長さ15
〜25mm、直径0.2〜0.5mmのごとき範囲の種々の寸
法の短繊維を容易に製造することができる。

以上説明した本発明によるときには、自励振動
切削により原料ブロツク表層を強制的にせん断分
離して短繊維を創生するための手段において、回
転刃物台１の周側部又は端面に、夫々が切刃５と
弾性変位部７を備えた複数の弾性切削工具４を
各々の軌跡が互いに重複しないよう軸方向又は半
径方向は位置をずらして間隔的に取付け、原料ブ
ロツクと回転刃物台に相対的な直線方向の送りを
与えつつ回転刃物台１を駆動回転して各弾性切削
工具４に順次自励振動を起させ、各切刃ごとに自
励振動数に応じた太さの短繊維を創生するように
したので、繊維製造原料として連鋳スラブなどの
安価な角材料を使用できることや、面倒な心出し
作業を必要としないこと、および原料ブロツクを
回転させず直線状の送りを与えるだけでよく、設
備を簡単小型化し所要駆動力が小さくて済むこと
などによりきわめて安価に短繊維を製造すること
ができ、同時に多刃工具化により生産性を大きく
向上することができる。

さらに原料ブロツクを回転させないため心振れ
などの不安定現象が生じず、かつ工具間の切削速
度差をなくすことが容易にできるため、極細から
モルタル用の太径のものまで広範囲にわたる直径
の均一な短繊維を安定して量産できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は自励振動切削による短繊維製造法を原
理的に示す斜視図、第２図は第１図における短繊
維生成機構を示す説明図、第３図は本発明の原理
を示す説明図、第４図は本発明に係る自励振動切
削繊維製造用装置の一実施例を示す平面図、第５
図は同じくその側面図、第６図は本発明装置の別
の実施例を示す斜視図、第７図は同じくその断面
図、第８図は本発明における弾性切削工具の一例
を示す正面図、第９図は同じくその縦断側面図、
第１０図は本発明装置の使用例を示す側面図、第
１１図は同じくその正面図、第１２図は本発明装
置の別の使用例を示す側面図、第１３図は同じく
その平面図、第１４図は本発明装置の今１つの使
用例を示す側面図、第１５図は第８図の弾性切削
工具を用いた場合の切削速度と繊維径の関係を示
すグラフである。 １……回転刃物台、４……弾性切削工具、５…
…切刃、７……弾性変位部、１３……角状原料ブ
ロツク、１５……短繊維。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 自励振動切削により原料ブロツク表層を強制
   的にせん断分離して短繊維を創生するための手段
   において、回転刃物台の周側部又は端面に夫々が
   切刃と弾性変位部を備えた複数の弾性切削工具
   を、各々の軌跡が互いに重複しないよう軸方向又
   は半径方向に位置をずらして間隔的に取付け、原
   料ブロツクと回転刃物台に相対的な直線方向の送
   りを与えつつ回転刃物台の回転により各弾性切削
   工具に順次自励振動を起させ、各弾性切削工具ご
   とに自励振動数に応じた太さの短繊維を創生させ
   るようにしたことを特徴とする自励振動切削によ
   る金属短繊維製造用装置。 ２ 弾性切削工具が、工具先端部に付加重りを取
   付けたものを含む特許請求の範囲第１項記載の自
   励振動切削による金属短繊維製造用装置。