(57)【要約】【課題】ステンレス鋼、チタン合金、Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金などからなる品質の優れた金属繊維束（金属製極細繊維）を容易に製造する方法を提供する。【解決手段】表面に隔離用金属層３を形成した多数本の被覆線材２を金属製外装材４で被包して集束材１を形成し、該集束材を伸線した後、該金属層３および外装材４を除去することにより金属繊維束を製造する方法であって、集束材１を伸線するロール式圧延機１２の前段に該集束材を挟着する電極ローラ−１０ａ，１０ｂを設け、ロール式圧延機に挿通する直前に該集束材を通電加熱して熱間圧延する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に隔離用金属層を形成した多数本の被覆線材を、最後には除去される金属製外装材で被包して集束材を形成し、該集束材を所定寸法に細径加工した後、前記金属層及び金属製外装材を除去することで金属繊維束を製造する方法であって、
前記集束材の細径加工は、連続的に走行する前記集束材を挟着し掛け渡した電極ローラ−間への通電によって該集束材を再結晶温度以上の温度に加熱する加熱段階と、その加熱状態にある間に所定寸法に細径化する熱間圧延段階で行われるものであることを特徴とする金属繊維束の製造方法。
【請求項２】
前記集束材を細径化する細径用ロールは、該集束材の細径寸法に応じ、かつその軸芯に向かって押圧し得る曲率径の円弧状溝を形成したものである請求項１に記載の金属繊維束の製造方法。
【請求項３】
前記細径用ロールは、前記集束材を三方向から押圧する三方ロールで構成したものである請求項２に記載の金属繊維束の製造方法。
【請求項４】
前記熱間圧延の工程に先立って、更に前記集束材を孔ダイスによる予備伸線加工を行い、外装材内部の被覆線材の密度を７０％以上の高密度にするものである請求項１〜３のいずれかに記載の金属繊維束の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの方法で加工され、得られた各金属繊維の横断面寸法の平均偏径差が、その横断面面積から算出される平均繊維径の３０％以下のものであることを特徴とする金属繊維束。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超精密フィルター、耐熱性クッション材，導電性テープ、その他の用途に使用されるステンレス鋼、チタン合金、Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金などからなる金属繊維束（極細繊維）を製造する方法と、それによる金属繊維束に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体製造用ガスの濾過に使用される超精密フィルター、或いは耐熱性クッション材，導電性テープなどに使用される直径１〜５０μｍのステンレス鋼極細線材は、従来から素材である直径０．４ｍｍ程度のステンレス鋼線材の表面に鉄被覆を施し、該ステンレス鋼線材を多数本束にして直径１１ｍｍ程度の軟鋼管内に挿入し、その集束材を次第に孔径を小さくした孔ダイスに通して減面を繰り返すことにより、該集束材をさらに直径０．４ｍｍ程度まで伸線し、該集束材を酸液に浸し鉄被覆および軟鋼管を溶解除去することにより、難溶解性のステンレス鋼極細線のみを残存させることにより製造される。
なお、下記特許文献は、これと同様の方法でステンレス鋼極細線等の金属製極細線材（極細繊維）を製造する方法を開示するものである。
【特許文献１】特開平６−３４４０２１号公報
【特許文献２】特開２０００−６１５２５号公報
【特許文献３】特開２００３−２９０８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記ダイス伸線による集束材の冷間加工工程では、一定の減面率を超すと加工硬化を伴うので熱処理が必要になり、そのために何度も熱処理を繰り返さなければならず、製造過程が複雑となってコスト高となるうえ、製造リードタイムが長いといった問題があった。また熱処理を繰り返すことにより、ステンレス鋼中のＣｒが鉄被覆中に次第に拡散するため、酸液により鉄被覆を溶解除去することが困難になり、また、繊維の表面状態が悪化する等、品質的にも好ましいものとは言い難いものであった。
また、その熱間圧延のために上記特許文献３に示された製造方法は、誘導加熱炉またはバーナ燃焼式加熱炉を使用するものであったが、これらの加熱手段では集束材を給材途中で短時間で１０００℃以上の高温度に加熱することが困難であったので、集束材に酸化スケールを生じさせ品質を損なうおそれがあった。
また、軟鋼管内にステンレス鋼線材を挿入した集束材の内部には空隙があるため、該集束材を給材時にピンチロールによって圧着する程度でも局部的に変形し、内部のステンレス鋼線材を錯綜させ断線させるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は上記課題を解決しようとするもので、請求項１に記載した発明は、表面に隔離用金属層を形成した多数本の被覆線材を、最後には除去される金属製外装材で被包して集束材を形成し、該集束材を所定寸法に細径加工した後、前記金属層及び金属製外装材を除去することで金属繊維束を製造する方法であって、前記集束材の細径加工は、連続的に走行する前記集束材を挟着し掛け渡した電極ローラ−間への通電によって該集束材を再結晶温度以上の温度に加熱する加熱段階と、その加熱状態にある間に所定寸法に細径化する熱間圧延段階で行われるものであることを特徴とする。
金属材としては、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金、その他種々の金属線を用いることができる。また、被覆金属や外装材としては、炭素鋼等、低合金鋼、中合金鋼等を用いることができる。
また、前記金属層及び外装材の厚さ、その成形方法は、加工程度に応じて任意に設定され、例えばメッキ法やクラッド法で行うことができる。
また、請求項２に記載した発明は上記金属繊維束の製造方法において、前記集束材を細径化する細径用ロールは、該集束材の細径寸法に応じ、かつその軸芯に向かって押圧し得る曲率径の円弧状溝を形成したものであることを特徴とする。
また、請求項３に記載した発明は上記請求項２に記載した金属繊維束の製造方法において、前記細径用ロールは、前記集束材を三方向から押圧する三方ロールで構成したものであることを特徴とする。
また、請求項４に記載した発明は上記請求項１〜３のいずれかに記載の金属繊維束の製造方法において、前記熱間圧延の工程に先立って、更に前記集束材を孔ダイスによる予備伸線加工を行い、外装材内部の被覆線材の密度を７０％以上の高密度にするものであることを特徴とする。
また、請求項５に記載した金属繊維束の発明は上記請求項１〜４のいずれかの方法で加工され、得られた各金属繊維の横断面寸法の平均偏径差が、その横断面面積から算出される平均繊維径の３０％以下のものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載した発明によれば、通電により集束材を短時間で加熱でき、酸化スケールの発生が抑えられると共に金属成分の拡散が抑えられるので、品質の優れた金属繊維束を効率よく製造することができる。
また、請求項２に記載した発明では、得られる各金属繊維束の断面形状を均一化し、品質の優れた金属繊維束の提供が可能であり、また、請求項３に記載した発明では、挟着により集束材が変形するのが防がれ、製品の品質を向上させる。
更に請求項４に記載した発明では、集束材内部の空隙を消失できることから、金属繊維の錯綜を防いで、断線を防止できるとともに、酸化スケールを軽減できるという利点がある。
又、請求項５に記載した発明では、各金属繊維の形状、寸法が均一な金属繊維束を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
約１８重量％のＣｒと約８重量％のＮｉとを含有するオーステナイト系ステンレス鋼線材の表面に鉄被覆を施し、これを熱処理、冷間伸線することにより、表面に厚さ約１８μｍの鉄被覆を有し、この鉄被覆を含めた外径が０．４ｍｍの被覆線材を形成した。この被覆線材を５００本束ねて外径１１．５ｍｍ、肉厚０．８ｍｍの軟鋼製外装材に挿入し、図１に示した集束材１を形成した。図１はこの集束材１の概略を示す横断面図で、２は内部の金属線材、３はこの金属線材の鉄被覆、４は軟鋼製の外装材である。なお、ｇは該集束材１の内部にできた空隙を示す。
【０００７】
次にこの集束材１を図２に示したように孔ダイス５に通すことで外径９．５ｍｍに冷間伸線する。これによって軟鋼管４が縮径し前記空隙ｇを消滅させる。なお、図３は孔ダイス５に通した後の集束材１の横断面のミクロ写真の模写図面である。このようにこの冷間伸線により前記空隙ｇを消滅させ、組織を緊密にする。
【０００８】
このように冷間伸線した集束材１はリールにコイル状に巻き取って次の圧延工程に移送される。図４はこの圧延工程を示す概略図である。この圧延工程では、リール６にコイル状に巻かれた上記集束材１をピンチロール７ａにより引き出し、複数の矯正ローラを有した矯正装置８に通して曲がりを矯正すると共に、ショットブラスト装置９を通過させることにより該集束材１の表面の異物を除去する。なお、集束材１を挟着して引き出すピンチロール７ａおよび後述するピンチロール７ｂは、図５に孔型図を示したように、外周に該集束材の外径と同程度の曲率半径の円弧状溝が形成されたものである。このため、挟着時に集束材１をその軸芯に向かって押圧し強く圧迫することなく引き出すことができ該集束材１の変形が防止される。
【０００９】
また、１０ａ，１０ｂは集束材１の移送方向に沿って２．５ｍ間隔にて配置された一対の電極ローラ−、１１は通電装置で、１ｍ／ｓｅｃの速度で移動する集束材１を電極ローラ−１０ａ，１０ｂによって挟着し、該集束材１に電流を流すことにより、該集束材１の電気抵抗発熱で該集束材１自体を瞬時に例えば前記ステンレス鋼では再結晶温度以上である９００℃以上に加熱し得る。なお、この電極ローラ−１０ａ，１０ｂについても上記ピンチロール７ａ，７ｂと同様に外周に集束材１の外径と同程度の曲率半径の円弧状溝が形成され、挟着時に集束材１を変形させないようにしている。なお、本発明では前記再結晶温度とは、いずれかの結晶が再結晶をしはじめる温度を意味するものとし、オーステナイト系ステンレス鋼では９００〜１１００℃の温度範囲が設定できるが、特に９００〜１０００℃が効果的であり好ましい。
【００１０】
１２は複数のミニブロックミルからなる三方ロール式圧延機で、該圧延機は、図６に概略を横断面図により示したように、集束材１に対し三方向から圧延ロール１２ａ〜１２ｃを挟着させるものである。集束材１は該ロール式圧延機１２に挿通される直前で上記電極ローラ−１０ａ，１０ｂ間を移動する間に通電加熱によって前記温度に加熱される。そして、該ロール式圧延機１２に挿入され熱間圧延されることにより外径１．５ｍｍになる。こうして熱間圧延された集束材１はピンチロール７ｂに引っ張られ、水冷ゾーン１３に通して冷却された後、リール１４にコイル状に巻き取られる。
従って、前記圧延は前記加熱状態、即ち前記再結晶温度以上にある間に行われることから、大きな減面率を付与でき、効率よく細径化することができ、拡散などの問題を軽減することができる。
【００１１】
リール１４に巻き取られた集束材１はその後も必要に応じ孔ダイスに通すことでさらに外径１ｍｍに伸線され、その後にもさらに必要に応じ、該集束材１を加熱し、繰り返し孔ダイスに通すことにより外径０．４ｍｍ程度まで伸線する。こうして目的とする外径まで伸線された集束材を硝酸水溶液または硫酸水溶液などの溶解性溶液に浸け、又は、電気分解により上記鉄被覆３および軟鋼管４を選択的に溶解除去することにより、例えば直径約２０μｍのステンレス鋼極細線材（繊維束）を得ることができる。なお、上記圧延工程では通電により集束材１を短時間で加熱できたことにより、酸化スケールの発生が抑えられると共に、ステンレス鋼中のＣｒの拡散が抑えられる。このため、くびれ等の変形がなく長手方向に連続した高品質のステンレス鋼製の金属繊維束を製造することができる。
なおこの実施形態では集束材１を三方ロール式圧延機１２により熱間圧延したが、集束材に対し二方向から圧延ロールを挟着させる二方ロール式圧延機を用いてもよい。また、被覆線材の本数、通電時の電流、加熱温度等を種々変更してもよい。
【００１２】
また、本発明では、前記熱間圧延段階を、前記集束材の加工寸法に応じて、その軸芯すなわち中心に向かって押圧される曲率径の円弧状溝を形成した細径用ロールで行うことから、得られる金属繊維の断面形状が図５及び図６などに見られるように偏径差の小さい均一形状のものとなることから、その利用用途の拡大を図ることができる。
【００１３】
さらに、請求項４に示すように、前記熱間圧延の工程に先立って該集束材を孔ダイスで予備伸線することで、実質的な内部空間を排除しておくことが好ましく、それによって熱間圧延での急激な細径化に伴って線材同士が複雑に交差することで発生する断線を軽減することができ、その加工率として例えば５〜３０％の範囲が設定され、目安としては前記被覆線材が例えば７０％以上、好ましくは８５％以上の高密度になるように設定される。
【００１４】
こうして得られた金属繊維は、各金属繊維の断面形状が非常に均一化されバラツキが小さいものであり、例えばその横断面での偏径差（長径と短径との寸法差）が、その横断面面積から算出される平均繊維径（真円とする場合の繊維直径）の３０％以下、より好ましくは１０〜２５％の範囲内のものとなり、フィルター用などの高精度製品用の素材として好ましいものである。即ち、例えば図３のような均一な正六角形状の繊維材料を用い焼結した焼結多孔体では、各繊維同士が結合する部分の接触が点接触となり、均一でより大きな空孔率を得ることができる利点があり、また、前記比率の算出については、例えば前記所定の繊維束からその総本数の３％以上の繊維を任意に抽出して、各繊維毎に各々１点測定した値を平均した数値で示すことができる。
このように、本発明では細径化処理は熱間圧延であることから、非常に靱性にも優れた特性の金属繊維が得られ、種々成形加工にも優れた適正を示し、その応用範囲を飛躍的に拡大できる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明によれば、実施形態に示したステンレス鋼極細線材に限らず、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金、Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金などからなる金属繊維束（金属製極細繊維）を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態である集束材の横断面図。
【図２】本発明の実施形態である集束材の冷間伸線を示す孔ダイスの縦断面図。
【図３】本発明の実施形態である集束材の横断面の冷間伸線後の模写図。
【図４】本発明の実施形態である集束材の圧延工程を示す概略図。
【図５】本発明の実施形態であるピンチロールの孔型図。
【図６】本発明の実施形態である三方ロール式圧延機の概略を示す横断面図。
【符号の説明】
【００１７】
１                集束材
２                被覆線材
３                金属層（鉄被覆）
４                外装材
５                孔ダイス
７ａ，７ｂ        ピンチロール
１０ａ，１０ｂ    電極ローラ−
１１              通電装置
１２              三方ロール式圧延機
ｇ                空隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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