JPS63317645A - 管状体補強用高耐食性非昌質合金繊維 - 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） 本発明は釣竿やゴルフシャフトテニスラケットのフレー
ム、軽量自転車のフレームなど管状体の補強材として用
いる非晶質合金繊維に関するものである。

（従来の技術） 非晶質合金は引張り強度が従来の金属材料に比べて著る
しく大きいことが特徴で、強度材としての応用が種々検
討されてきた。その中で、釣具、ゴルフシャフトテニス
ラケットのフレームの強化材として既に実用化されてい
るものがある。

これらの強化材として用いられる非晶質合金の形状は細
いリボン状の繊維（以下繊維と称する）か、断面が丸い
線材（以下ワイアと称する）である。

前者は主として単ロール法と呼ばれる方法でつくられる
ので、簡便かつ生産性が高いが、断面形状が矩形となる
。後者は回転液中紡糸法と呼ばれる方法で作製される。

回転液中紡糸法は特開昭５７−５２５５０号公報に記載
されているように回転するドラムの内側に水などの冷却
用媒体を遠心力により張り付け、液体の流れの中に合金
溶湯を細いノズルを介して噴出させ、急冷凝固させるも
のである。回転液中紡糸法によってつくられた材料は溶
湯の表面張力により断面が丸くなるのである。鋳造され
たワイアは線引が出来、その結果アモルファス合金にも
かかわらず伸びがでるという実用上重要な性質を示す。

しかし冷却速度が単ロール法（冷却ロールの外周面で急
冷する方法）に比べて約１ケタ小さいため、適用できる
合金の組成、純度、製造条件、得られる材料の寸法等に
大きな制約があることが欠点である。例えば合金組成で
云えば、Ｆｅ−５ｉ−Ｂ系合金は比較的つくりやすいが
、耐食性を高めるために、Ｃｒ、　Ｍｏ、　　Ｐなどを
多量に添加すると安定製造が困難になると云われる。こ
のため回転液中紡糸法でつくられる非晶質ワイアは耐食
性が不充分であった。耐食性とくに耐塩水性は釣具に用
いられる材料としては不可欠の特性である。

また他の用途に対しても、デザイン上非晶質合金を露出
ないしそれに近い状態で使用されることがある。このよ
うな場合、錆の発生は美観上も強度上も問題となる。

耐食性非晶質合金については特公昭５Ｂ−４１３４５号
および特公昭５９−４０９００号公報に開示されている
。

Ｆｅ−Ｃｒ−Ｂ−Ｃ系合金およびＦｅ−Ｃｒ　−（Ｐ、
　　Ｃ。

Ｂ）−Ｘ系合金（ここでＸ成分はＮｉ、　Ｃｏ、　Ｍｏ
、Ｚｒ＋Ｔｉ、　Ｓｉｔ　　Ａｆ、　Ｐｉ、　Ｍｎ、　
Ｐｄ＋　　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｗ、　Ｇｅ。

Ｂｅ、　Ａｕ、　Ｃｕ、　Ｚｎ、　Ｃ＋Ｌ　Ｓｎ、　Ａ
ｓ、　Ｓｂ＋　Ｂｉ＋　Ｓの１種又は２種以上）が知ら
れている。しかし上記成分はきわめて範囲が広く、開示
されるすべての組成が特定の用途に通しているわけでは
ない。

管状体の補強材に使用される非晶質合金には、耐食性の
ほか、巻いた状態で使用されるため、曲げ応力下での耐
遅れ破壊性が要求される。またカーボン繊維やガラス繊
維、その他高分子材など他の素材と複合化して用いるこ
とも多いため、複合化（複合繊りなど）の作業性が重要
になる。非晶質合金は硬いためエツジがノコギリの刃状
にギザギザしていると複合化のプロセスで相手の素材を
傷付け、破断させることがある。複合化プロセスの歩留
り向上には非晶質繊維のエツジが滑らかでなければなら
ない。エツジの性状は鋳造時の溶湯の流れの安定性およ
び空気との反応性が関係する。

したがって形状のよい細い非晶′１を繊維を長時間安定
に製造するためには合金組成の選定がきわめて重要とな
る。

これまでに開示されている高耐食性非晶質合金の組成は
製品形状や製造性を観点に成分開発されたものではなか
った。

（発明が解決しようとする問題点） 釣竿など管状体の補強材として用いられている従来の非
晶質合金繊維又はワイアは、すでに述べたように、耐食
性、機械的性質、製品形状および製造性など実用的に要
求される特性のすべてを満足するものではなかった。こ
れに対して本発明は、塩水に対して高耐食性を有し、機
械特性が優れ、形状のよい製品が安定に製造できる非晶
質合金の化学組成および形状寸法を提示するものである
。

（問題点を解決するための手段） 本発明の釣竿等管状体補強用材料は、その合金組成（原
子％で示す）が、Ｃｒ８〜２０％、Ｎｉ５〜３０％、８
８〜１６％、Ｃ２〜６％、残部が実質的にＦｅよりなり
、断面寸法が幅０．２〜１．５　ｔｍ、厚さ１０〜５０
μｍである融体２、冷性で作製された高耐食性非晶質合
金繊維（以下非晶質繊維と略称する）である。

上記合金組成および各成分の範囲および材料の寸法は釣
竿等管状体の補強材に要求される緒特性、および製造容
易性を勘案して定めた。

すなわち引張り強度が少なくとも１５０　ｋｇｆ／ｍｊ
で、弾性伸びが少なくとも２％であること、海水等に対
する耐食性がきわめて良好なこと、曲げひずみによる遅
れ破壊が長時間に亘り生じないこと、良好な製品形状が
安定に製造できること、非晶質形成能が高いこと、以上
の要求をすべて満足するように成分選定した。

このうち耐食性、遅れ破壊、良好な形状の安定製造性は
合金組成の依存性が大きいため、特に倉入りに成分設計
をした。

ここで、耐食性は、海水に対する錆の発生が長期間に亘
り全くないことを評価の基準とした。具体的にはＪＩＳ
　Ｚ２３７１に記載される塩水噴霧試験法を採用し、少
なくとも３週間全く錆の発生がない成分を選定した。

曲げ歪による遅れ破壊の試験は直径３１ＩｔＩ１１のガ
ラス棒にサンプルをスパイラル状に巻き、恒温槽に入れ
６０°Ｃの大気中に５０００時間保持した後も破断がな
いことを選定の基準とした。

また製造性は、大気中鋳造においてノズル詰りによる繊
維の幅の減少の程度を繊維の長さに対する比率で表わす
。具体的には繊維の長さ２０００　ｍに対する幅の減少
率が１０％以内であることが利用面から要求される。

引張り強度、弾性伸びは通常のインストロン型引張り試
験で測定した。

以上の諸性性の試験評価の結果、本発明の管状体補強用
非晶質合金の組成が決定された。個々の元素についてそ
の成分範囲を限定した理由を述べると次の通りである。

Ｃｒは耐食性を付与するための必須元素であることは周
知の通りである。塩水噴霧試験の結果は本発明の基準を
超えるためには少なくとも８％のＣｒが必要であること
を示した。８％を超えるＣｒは耐食性をさらに高めるが
製造性を劣化させる。特に１２％を超えると溶湯の流れ
が不安定になる。このため繊維のエツジは粗くなり板厚
の均一性も低下する。またノズルが詰り易くなり、幅の
狭い繊維（５０，５ｍｍ）では長尺物をつくることが困
難になる。

Ｃｒ増加による製造性、形状の劣化を改善するために不
可欠なのがＮｉの添加である。Ｎｉの添加はＣｒが１２
％を超えるとき著るしい効果を示す。Ｎｉの必要量はＣ
ｒの含有量と相関があり、Ｃｒが８〜１２％の範囲では
Ｎｉ５〜２０％、　Ｃｒが１２〜１６％ではＮｉ１Ｏ〜
２５％、　Ｃｒが１６〜２０％のとき、Ｎｉは１５〜３
０％の添加が必要である。

ＢおよびＣは非晶質形成元素として不可欠である。

Ｆｅ　−Ｂ　−Ｃ系合金において非晶質形成能の高い組
、成は８〜１２％、０〜４％付近にあることを本発明者
らは過去に見い出している。Ｆｅの一部がＣｒとＮｉで
置換される本発明の合金においてもＢとＣの適性含有量
はＰｅ−Ｂ−０３元系の場合と大略同じ程度であった。

そこで本発明において非晶質形成能の観点から８８〜１
６％、Ｃ２〜６％の範囲に限定した。耐食性の観点から
必須と考えられてきたＰは本発明では用いない。Ｐは以
下に述べる機械的性質および製造性の点から敢えて添加
しない方が好ましいことが分ったからである。

耐遅れ破壊性は管状体に巻いて補強効果を狙う用途には
不可欠の性質である。遅れ破壊に関係する元素は主とし
てＢ、Ｃ，Ｐ、Ｓｔなど半金属である。Ｐは先に述べた
ように遅れ破壊を促進する元素としてなるべく低く抑え
る方がよい。Ｐはまた製造性も劣化させるのでＰ＜１％
とするのがよい。

Ｃも遅れ破壊を促進する。この理由で本発明ではＣの上
限を６％とした。

その他の機械的性質、引張り強度、弾性伸び等は上記の
成分範囲内であれば、いずれも、管状体の補強材として
必要な特性を満足している。

本発明の合金組成はＦｅ−Ｃｒ−Ｎｔ　−Ｂ　−Ｃの５
元系が基本であるが、構成元素の一部（≦５％）をＣｏ
＋　Ｍｏ＋　Ｎｂ＋　Ｗ、　Ｔｉ＋　Ｚｒ、　Ｈｆ等で
置換してもよい。

本発明において成分と同様に重要な構成要件は繊維の断
面形状である。本発明では繊維の寸法をＩＰＩｏ、２〜
１．５ＩＩＩｌ、厚さ１０〜５０μｍと規定した。

上記範囲は釣竿など管状体の組加工時の巻き作業性、カ
ーボン繊維、ガラス繊維、高分子繊維など他素材との複
合化プロセスの作業性、複合体としての特性、デザイン
の自由度の広さなどを勘案して定めた。

すなわち幅が０．２　ｍｍ未満、あるいは厚さが１０μ
ｍ未満だと巻き加工や複合化プロセスの途中で非晶質繊
維の破断がしばしば起こる。一方幅が１．５閣を超える
と、重ね巻きの必要性が生じ重量増の割に強度が向上し
ないこと、管状体の柔軟性が損われること、複合体とす
る場合にも作業性が低下するなどの欠点が生じる。厚み
が５０μｍを超えると材料は脆くなりやすく、加工時の
破断や耐遅れ破壊性の劣化がみとめられる。

以上の理由で繊維の寸法の許容範囲を幅が０．２〜１．
５　ｒＨｓ、厚さが１０〜５０μｍとしている。

本発明の非晶質繊維の製造は公知の融体急、冷方（液体
急冷法ともいう）によって行なわれる。例えば冷却体に
Ｃｕなど金属製の単ロールを用い、その外周面にノズル
を介して合金の溶湯を噴出し、急冷する方法（単ロール
法）が採用できる。

この他、二つの互いに逆方向に回転するロールの間に溶
湯を噴出し急冷しながら圧延する方法（双ロール法）も
ある。また回転する金属ドラムの内周面に溶湯を噴出し
急冷する方法（遠心急冷法）も使用できる。本発明にお
いては、上記いずれの方法を採用してもよい。しかし量
産性、製造コストの観点からは単ロール法が最も優れて
いる。

次に本発明の非晶質繊維の製造において用いられるノズ
ルを第１図（ａ）〜（Ｃ）に例示する。いずれも多孔ノ
ズルで複数本の連続繊維を同時に製造できる。ただし非
晶質繊維の製造法は必ずしも上記の方法に限定しない。

前もって幅広の薄帯を製造しておき、次にこれを所定の
幅にスリット加工することもできる。

（実施例） 次に実施例をあげて説明する。

実施例 第１表に示す組成の母合金０．５〜１．５　ｋｇを、石
英るつぼで高周波加熱法により溶解し、Ｃｕ合金製ロー
ル（直径６００ｍｍ、幅７０ｍｍ）の外周面に噴出し非
晶質繊維を製造した。用いたノズルのタイプは第１図（
ａ）と同じ円孔ノズルで、２〜５個の開孔部をもつもの
である。各チャージ毎の繊維の寸法、各種特性評価の結
果は第１表に示される。

第１表において引張り試験はインストロン型試験機を用
いた。耐食性はＪＩＳ　Ｚ２３７１に記載されている方
法を採用し錆発生までの時間を記載した。

１８０°曲げは指先で繊維を折り曲げ、密着させた時、
破断が生じるか否かを判定した。遅れ破壊は直径３閣の
ガラス棒にサンプルをスパイラルに巻き、恒温槽で６０
°Ｃの大気中に保持し、５０００時間後に破壊が生じる
か否かを判定した。

形状の評価はエツジのザラツキ（ギザギザ）は指先で触
れて判断した。幅の変化は鋳造開始後１０ｍの幅と約２
０００　ｍの幅をマイロメータで測定し、変化率（一般
に減少率）を表示した。また引張強度、弾性伸びはイン
ストロン型試験機で測定した。作業性は単体でのスパイ
ラル巻き加工、あるいは他案材との複合化加工工程の作
業性をいう。

第１表の評価結果から本発明の合金組成および寸法を有
する非晶質繊維は比較例に比べて管状体の補強材料に適
していることが明らかである。

第１表の本発明材Ｎ０９１〜２５に例示した非晶質繊維
を単体あるいはカーボン繊維やガラス繊維などと組み合
わせた第２図のような複合縁すした帯状体は耐食性、機
械的性質、複合縁りの加工性、単体での巻き作業性、複
合帯状体の性能等がきわめて優れていた。このように本
発明の非晶質繊維は管状体の補強材としてきわめて優れ
ていることが認められる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明の非晶質合金繊維はきわめて
耐食性が高く（とくに塩水に対して）、断面寸法が適性
かつ機械的性質、製造性が優れているので釣竿、テニス
ラケットおよび自転車のフレーム、ゴルフシャフトなど
一般に管状構造をもつ基体の補強材として用いるとき、
長寿命でかつ軽量化が図れ、かつ巻き加工工程の作業性
および生産性の向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の非晶質合金繊維を作製するために用い
ることができる各種ノズルの形状を示す図で、（ａ）は
円孔ノズル、（ｂ）は楕円ノズル、（Ｃ）は矩形ノズル
を示す。 第２図は本発明の非晶質合金繊維と他の素材例えばカー
ボン繊維との複合体の例を示す図である。 ｌ・・・複合繊物、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・非晶質繊維
、３ａ、３ｂ・・・非晶質金属繊維間に配置された他素
材繊維、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ・・・耳糸用地素材繊
維、５・・・緯糸用地素材繊維。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）合金組成が原子％で、Ｃｒ８〜２０％、Ｎｉ５〜
   ３０％、Ｂ８〜１６％、Ｃ２〜６％、残部が実質的にＦ
   ｅよりなり、断面寸法が幅０．２〜１．５ｍｍ、厚さ１
   ０〜５０μｍである、融体急冷法で作製された管状体補
   強用高耐食性非晶質合金繊維。
2. （２）合金組成が原子％で、Ｃｒ８〜１２％のときＮｉ
   ５〜２０％、Ｃｒ１２〜１６％のときＮｉ１０〜２５％
   、Ｃｒ１６〜２０％のときＮｉ１５〜３０％、かつＢ８
   〜１６％、Ｃ２〜６％、残部が実質的にＦｅよりなる特
   許請求の範囲第１項記載の管状体補強用高耐食性非晶質
   合金繊維。