(57)【要約】【課題】汎用的な製造設備を利用でき、生産量によらず低コストでの金属繊維を製造できる製造方法を提供する。【解決手段】金属粉末Ｍと繊維形成媒体の粉末Ｐを混合して混合物ＭＰを得る混合工程Ｉと、この混合物ＭＰを延伸して成形物Ｇを得る延伸工程IIIと、この成形物Ｇから繊維形成媒体を溶解除去する繊維形成媒体除去工程IVを順に実行する。延伸成形には、圧延や押出しを使える。金属粉末Ｍと繊維形成媒体の粉末Ｐを混合し、押出しあるいは圧延することにより、金属粉末が繊維形成媒体に囲まれた状態で、金属粉末の分散状態に応じて個別に、あるいは複数個が結合して延伸し、この間に繊維形成媒体は金属繊維間に存在して、金属繊維同士の結合を邪魔するので、金属繊維が独立した状態で存在することになる。後で繊維形成媒体を溶解することにより、多数の金属繊維を製造できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末と繊維形成媒体を混合して混合物を得る混合工程と、
前記混合物を延伸して成形物を得る延伸工程と、
前記成形物から繊維形成媒体を溶解除去する媒体除去工程を順に実行する
ことを特徴とする金属繊維の製造方法。
【請求項２】
前記成形工程が、前記混合物を押出し加工法により延伸させる押出し工程である
ことを特徴とする請求項１記載の金属繊維の製造方法。
【請求項３】
前記延伸工程が、前記混合物を圧延加工法により延伸させる圧延工程である
ことを特徴とする請求項１記載の金属繊維の製造方法。
【請求項４】
前記延伸工程を、前記金属粉末および前記繊維形成媒体の融点未満の温度に加熱した状態で行う
ことを特徴とする請求項１記載の金属繊維の製造方法。
【請求項５】
前記混合工程と前記延伸工程との間に、
前記混合物を加圧して圧粉体を得る加圧工程を行う
ことを特徴とする請求項１記載の金属繊維の製造方法。
【請求項６】
請求項１，２，３，４または５記載の製造方法で得られた延伸成形物であって、金属粒子が引き延ばされて１本の繊維になっている
ことを特徴とする金属繊維。
【請求項７】
請求項１，２，３，４または５記載の製造方法で得られた延伸成形物であって、複数の金属粒子が一体となって引き延ばされて１本の繊維となっている
ことを特徴とする金属繊維。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属繊維およびその製造方法に関する。本発明における金属繊維は、その繊維機能を活かせる分野、用途であれば、いかなる技術分野にも適用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
金属繊維の製造方法の従来技術として、下記がある（非特許文献１）。
１）線引き加工法（単線引抜き法，集束引抜き法）
線材をダイスに通して引抜きダイス穴と同じ断面形状の線材を製造する方法である。１回あたりの断面減少率が破断により制約されるため、繊維状の細い線材を得るには多数回の引抜きと中間焼鈍を要し大変な手間がかかって非常に高コストである。連続繊維が得られるが、単線引抜き法では直径２０μmが限界であり、それ以下を製造するには単線を多数本並べて外装材で包んだ後に伸線する集束引抜き法を用いる必要がある。この集束引抜き法では、直径0.5μm程度までのものまで製造されるが、繊維を個々に分離して使用することは困難で断面形状も種々異なる多角形状となることが難点である。
【０００３】
２）切削法（旋削法，ワイヤ切削法、びびり振動切削法、コイル材切削法）
金属ブロックを切削し、細かい切りくずとして繊維を得る方法で低コストである。びびり振動切削法およびコイル材切削法は細い金属繊維を得る工夫で、前者では切削工具の振動を利用して金属の短繊維が得られ、後者では金属薄板、箔をコイル状に巻いてその端面を切削することにより換算径５０μm程度までの連続繊維が得られる。この切削法において製品寸法を変更するには、材料である箔や薄板の厚さ変更を要し、あるいはびびり振動法では、振動特性を変えるため工具の変更を要するので、やはり大変な手間がかかる。
【０００４】
３）溶融紡糸法（融液押出し法、回転液中法，融液引出し法，ジェット急冷法，OCC法）
金属を融液から一挙に細線化する方法である。工程が単純であるため金属繊維の量産に適するが、高分子に比較して低粘度，高表面張力である金属融液は線状に固化する前に液滴化しやすく、急冷など種々の工夫を要する。具体的には，融液押出し法ではノズル細孔より冷却用流体中に押出し、回転液中法では融液を回転している水流中に噴射し、融液引出し法ではガス中または大気中に放出し、ジェット急冷法では回転する金属ドラム上に噴射して、それぞれ急冷を行うことで約100μm程度の繊維を製造する（この後、引抜きを行って２０μm程度の繊維にしたものも市販されている）。OCC法はこれらとは異なり、高温の鋳型に流し込んで徐冷することで単結晶の繊維を得る方法である。この溶融紡糸法において製品寸法を変更するには、ノズル径や噴霧条件の変更を要し、溶液の特性や表面張力などのような必ずしも広範囲には変更できない因子を含むために制約が大きい。
【０００５】
以上の各従来技術では、工程が多く、製造コストが高かったり、専用の設備が必要で量産性に欠けたり、逆に製品寸法の変更が困難で、多品種少量生産への対応が難しいなどの問題があり、現実に採用するには制約が多いものである。
【０００６】
【非特許文献１】繊維便覧第３版  繊維学会編  平成１６年１２月１５日  株式会社丸善発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑み、汎用的な製造設備を利用でき、生産量によらず低コストでの金属繊維を製造でき、製品寸法の変更が容易で多品種少量生産にも適した製造方法を提供することを目的とする。また、その製品方法で生産された金属繊維を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明の金属繊維の製造方法は、金属粉末と繊維形成媒体を混合して混合物を得る混合工程と、前記混合物を延伸して成形物を得る延伸工程と、前記成形物から繊維形成媒体を溶解除去する媒体除去工程を順に実行することを特徴とする。
第２発明の金属繊維の製造方法は、第１発明において、前記延伸工程が、前記混合物を押出し加工法により延伸させる押出し工程であることを特徴とする。
第３発明の金属繊維の製造方法は、第１発明において、前記成形工程が、前記混合物を圧延加工法により延伸させる圧延工程であることを特徴とする。
第４発明の金属繊維の製造方法は、第１発明において、前記延伸工程を、前記金属粉末および前記繊維形成媒体の融点以下の温度に加熱した状態で行うことを特徴とする。
第５発明の金属繊維の製造方法は、第１発明において、前記混合工程と前記延伸工程との間に、前記混合物を加圧して圧粉体を得る加圧工程を行うことを特徴とする。
第６発明の金属繊維は、請求項１，２，３，４または５記載の製造方法で得られた延伸成形物であって、金属粒子が引き延ばされて１本の繊維になっていることを特徴とする。
第７発明の金属繊維は、請求項１，２，３，４または５記載の製造方法で得られた延伸成形物であって、複数の金属粒子が一体となって引き延ばされて１本の繊維となっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１発明によれば、金属粉末と繊維形成媒体を混合した状態で延伸成形すると、金属粉末が一方向に延びながら繊維化していき、この間に繊維形成媒体も同時に延びて、伸びつつある金属粉末同士の結合を邪魔するので、繊維化された金属が互いに結合することなく独立した状態で存在することになる。このため後で繊維形成媒体を洗い流せば、多数本の金属繊維を製造できる。また、製法上つぎの利点がある。
１）延伸成形を用いるので連続生産技術による大量生産が可能である。
２）製造のための特別な装置や設備を何ら必要とせず、汎用の押出し設備や圧延設備がそのまま使用できる。
３）押出しや圧延時の延伸条件を変えなくとも、金属粉末の粒径を変えることで、繊維の寸法を容易に制御でき、多品種少量生産が可能である。
第２発明によれば、金属粉末と繊維形成媒体を混合した状態で押出しすると、金属粉末が一方向に延びながら繊維化していき、この間に繊維形成媒体も同時に延びて、伸びつつある金属粉末同士の結合を邪魔するので、繊維化された金属が互いに結合することなく独立した状態で存在することになる。このため後で繊維形成媒体を洗い流せば、多数本の金属繊維を製造できる。また、製法上つぎの利点がある。
１）押出し成形を用いるので大量生産が可能であり、連続押出し法を用いれば、より一層大量生産が可能である。一方、小型ビレットを用いれば、多品種少量生産に適用できる。このため、生産量に関係なく低コストで生産することができる。
２）製造のための特別な装置や設備を何ら必要とせず、汎用の押出し設備がそのまま使用できる。
第３発明によれば、金属粉末と繊維形成媒体を混合した状態で延伸するよう圧延すると、金属粉末が一方向に延びながら繊維化していき、この間に繊維形成媒体も同時に延びて、伸びつつある金属粉末同士の結合を邪魔するので、繊維化された金属が互いに結合することなく独立した状態で存在することになる。このため後で繊維形成媒体を洗い流せば、多数本の金属繊維を製造できる。また、製法上つぎの利点がある。
１）圧延成形を用いるので連続生産技術による大量生産が可能である。
２）製造のための特別な装置や設備を何ら必要とせず、汎用の圧延設備がそのまま使用できる。
第４発明によれば、加熱下で延伸成形することにより金属粉末も繊維形成媒体も軟化するので、延伸成形が容易に行え、しかも金属粉末が溶融する程の高温に加熱する必要はないのでエネルギー消費量が少なくなり、製造コストが安くなる。
第５発明によれば、混合物を圧密することで、粉末の密度差による分離を防げるので、次工程でのハンドリングを容易に行える。
第６発明および第７発明の金属繊維は、金属粉末粒子が細長く延伸した繊維であるので、金属繊維としてのあらゆる用途に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る製造方法の工程図である。図２は本発明の基本原理の説明図である。
【００１１】
（基本原理）
本発明における金属繊維の製造方法は、図１に示すように、金属粉末Ｍと繊維形成媒体の粉末Ｐを混合して混合物ＭＰを得る混合工程Ｉと、この混合物ＭＰを延伸して成形物を得る延伸工程IIIと、得られた成形物Ｇから繊維形成媒体を溶解除去する繊維形成媒体除去工程IVを順に実行するものである。なお、延伸工程とは、混合物ＭＰを加圧して、一方向に塑性変形を加える成形法を意味し、これには圧延や押出しなどの手段がある。
また、本発明の製法では、延伸工程を、押出し加工法により延伸させる押出し成形、あるいはロール圧延等の圧延成形で行うことが好ましい。押出し成形やロール圧延等の圧延成形であれば、金属繊維の大量生産が容易となる。
さらに、本発明の製法では、押出し成形または圧延成形を行う延伸工程IIIにおいて、金属粉末および繊維形成媒体の融点未満の温度に加熱した状態で行うことが好ましい。
また、本発明の製法は、前記混合工程Ｉと前記延伸工程IIIとの間に、前記混合物を加圧して圧粉体Ｆを得る加圧工程IIを行ってもよい。
本発明の製造方法では、金属粉末Ｍと繊維形成媒体粉末のＰを混合し、好ましくは加熱下で押出しあるいは圧延することにより、金属粉末と繊維形成媒体が同時に延伸することになる。そして、延伸する間に金属粉末が孤立して分布している場合には１個１個が延びて繊維化し、金属粉末が複数個近接して分布している場合には、それらが一体化してより長く延びて繊維化する。これと同時に、繊維形成媒体も延伸した状態で延伸されつつある金属繊維間に存在して、金属繊維同士の結合を邪魔するので、延伸された金属繊維が独立した状態で存在することになる。このため後で繊維形成媒体を洗い流すことにより、多量の金属繊維を製造できる。
【００１２】
以下に本発明の製法を詳細に説明する。
（金属材料）
１）種類
本発明が適用可能な金属は、つぎの性質を有するものであればよい。
（ａ）金属粉末が延伸工程で塑性変形して細長い形状に変化すること。このため、延性材料に限られ、脆性な金属材料は好ましくない。
（ｂ）金属粉末同士を延伸するための延伸加工が、繊維形成媒体の融点未満の温度域でできること。
（ｃ）その加工温度で、繊維形成媒体も延伸すること。
上記（ａ）〜（ｃ）の条件を満たす金属なら、どのような金属粉末にも本発明を適用できるが、代表例としては、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、錫、銅、銀およびこれらの合金が挙げられる。
２）粒度
金属材料は粉末または粒状の状態で用いられる。これは繊維形成媒体の粉末とまんべんなく混合させるためであり、同時に粒度が出来上る金属繊維の寸法を決定する要因の一つだからである。
金属粉末の粒度は、主として、製造したい金属繊維の寸法と延伸条件とを勘案し、これに加えて繊維形成媒体との混合のしやすさから求められ、押出し成形あるいは圧延成形が可能なら、上限も下限もとくに制約はない。ただし、繊維形成媒体の粒径との差異に応じて金属粉末の分布状態、とくに金属粒子が独立して分布するか、数個まとまって一体化しやすい状態で分布するかに影響を及ぼすので、好ましい粒径は、繊維形成媒体の粒径との関係で相対的に定まる。なお、ここでいう粒径は、ふるいの目開き寸法である。
【００１３】
（繊維形成媒体）
１）繊維形成媒体の種類
繊維形成媒体は延伸加工中に多数の金属体間に分散して存在しつつ押出し・圧延方向に延びていき、金属繊維の結合を防止するための媒体として用いられる。よって、金属粉末あるいは金属繊維間に粒状あるいは棒状に延びて存在し、かつ溶媒で溶出させることが可能であるなら、どのような媒体を用いてもよい。このような繊維形成媒体の代表例としては、塩化ナトリウム（NaCl、いわゆる食塩）、塩化カリウム（KCl）などがある。なお、溶媒としては、工業的に安価な手法で繊維形成媒体を溶解させることができるものであれば、どのようなものでもよい。そのような溶媒の例としては、前述の塩化ナトリウムや塩化カリウムにたいしては水が挙げられる。
２）粒度
繊維形成媒体の粉末の粒度は、第１に製造したい金属繊維の仕様により金属粉末の分布状態をどのように制御するか（具体的には、金属粉末を孤立させて分布させたいのか、ある程度近接させて分布させたいのか）、また金属繊維の表面性状の観点から好適範囲が求められるが、これも延伸の程度に左右されるため、絶対値で定められるものでなく、種々の条件に合わせて好適値を求めればよい。
第２に繊維形成媒体の粒径は、金属粉末の粒径との関係からも好適範囲が求められる。
すなわち、繊維形成媒体の粒子が金属粒子に比べて小さい場合では、金属粉末間に侵入が容易になり金属粉末同士の結合を妨げやすくなるため、金属繊維間に粒状あるいは棒状に伸びて存在することが可能であれば下限はいくらでもよい。一方、上限は粉末の結合度合いの観点から好適範囲が求められるが、延伸の程度に左右されるため、絶対値で定められるものではなく、種々の条件に合わせて好適値を求めればよい。
ただし、金属粉末または粒子の粒径が１０〜10,000μｍであれば、取扱いの容易さ等から、繊維形成媒体として塩（NaClまたはKCl）を用いる場合はその粒径は一般的に、１〜10,000μｍの範囲が好ましく、より好ましいのは、１０〜3,000μｍである。なお、ここでいう粒径は、ふるいの目開き寸法である。
【００１４】
（混合工程Ｉ）
１）混合割合
本発明の製法では、最初の工程において、金属粉末Ｍに繊維形成媒体の粉末Ｐが混合される。混合割合については、加工条件等によって異なるため限定し難いものの、アルミニウムと食塩の組合せでは、食塩８０vol％以上100vol％未満が適し、中でも８５vol％以上100vol％未満が好適である。
ただし、「食塩８０vol％以上」という値はこれが金属繊維製造のための下限であるとの意味ではなく、押出し後に水中に漬けて脱塩する際に、外力を加えることなく静置したままでも金属繊維の回収が可能な限界との意味である。
したがって、外力を加えれば、食塩８０vol％未満でも容易にそのほとんどを金属繊維として回収することができる。
２）１個の金属粒子から１本の金属繊維にするケース
金属粉末同士の接合をほぼ完全に阻害して、金属粒子１個１個をそれぞれ独立した繊維にする場合には、実験的に判断して塩添加量９３vol％以上100vol％未満が好適である。
３）数個の金属粒子から１本の金属繊維にするケース
数個の金属粉末同士を接合させてやや長い繊維を得ることも可能である。具体的な方策としては（ａ）塩配合率を下げる（ｂ）塩配合率は高いまま塩の粒径を操作するの二つがあり、いずれも部分的に金属粉末同士が隣接する状態を作ることにより、より長い金属繊維を製造できる。前者ａ）は塩添加量９３vol％を下回ると金属繊維が結合を始める。逆に、塩添加量８０vol％以下では繊維を回収する際に外力を加える必要性があるため塩添加量が８０vol％以上９０vol％未満のときに適し、特に回収できる繊維長が長くなる８９vol％付近が好適である。後者ｂ）の場合は図１４〜１６に示すように、同じ塩配合率でも、繊維形成媒体の粒径を金属粉末の粒径よりも大きくすることで効果を挙げることができる。
なお、金属粉末間の結合が比較的大規模に生じている状態では外力により繊維１本１本を単独にきれいに分離することは困難であるが、何本も枝分かれした状態や網状に絡まり合った状態の「繊維」を取り出すことができる。
【００１５】
（加圧工程II）
次工程の延伸成形を熱間で行う場合に備え、金属・繊維形成媒体の混合物ＭＰの予熱時のハンドリングを容易にするため、予め金型を用いて室温で圧粉して柱状やその他任意の形状に固化している。この工程IIで、一旦圧密しておけば、混合粉末ＭＰの密度差による分離を防ぐことができ、ハンドリングを容易に行えることになる。
但し、この工程IIは可能であれば省略して、混合物ＭＰを直接押出しまたは圧延をしても何ら問題なく、この意味で、加圧工程IIは、不可欠な工程ではない。
【００１６】
（延伸工程III）
１）延伸工程の意義
この延伸工程IIIは、本発明の製法において、最も重要な工程である。この工程IIIにおいて、金属・繊維形成媒体の混合物ＭＰまたは圧粉体Ｆを熱間または冷間で押出しまたは圧延により延伸する。押出しまたは圧延により金属粒子が一方向に延びるとき、個々の細長くなりつつある金属粒子の廻りを繊維形成媒体で覆うと他の金属粒子（これも細長くなりつつある）との接触あるいは結合が妨げられ、個々に独立して存在する金属繊維となる。長さをはじめとする金属繊維の性状は、金属粒子同士の接触あるいは結合の程度で定まる。この後、繊維形成媒体を溶媒で洗って溶出させると、金属繊維を取り出すことができる。
この延伸成形は、金属粒子を１本１本延伸する操作としての技術的意義を有するので、その技術的意義を達成できるなら、どのような押出しまたは圧延を行ってもよい。
なお、押出し成形をする場合は、一方向により長く延びた繊維を形成するのにより好都合となる。以下に、押出し成形について詳述する。
【００１７】
２）押出し成形
図２に示すように、金属・繊維形成媒体の混合物ＭＰまたは圧粉体Ｆを熱間または冷間で公知の押出し技術によって押出すと、金属粉末が繊維形成媒体に囲まれた状態で繊維状に長く延伸する。この場合、金属粉末Ｍは延伸しながら、１本の金属繊維になろうとする。一方、金属繊維のまわりに存在する繊維形成媒体の粉末Ｐは共に延伸しながら金属繊維のまわりに存在して、金属繊維同士の結合を妨げる。なお、繊維形成媒体に塩（NaClまたはKCl）を用いた場合、押出しに際して塩が延性的に塑性変形して延びているのか、あるいは細かく脆性的に割れながら金属の流線の間で繊維状に再配列しているだけなのか、は正確に区別できない。
押出し成形技術としては、公知の押出し技術を用いたどのような方法を用いてよい。押出しダイを構成するコンテナやダイの形状口径などは、得ようとする金属繊維の仕様に合わせて任意に設定すればよい。また、連続押出しや静水圧押出し等の加工法も任意に採用すればよい。
【００１８】
３）延伸中の金属の挙動
((金属新生面))
アルミニウムをはじめとして金属粉末表面は酸化膜に覆われている。この酸化膜を介して金属粉末同士が押し付けられている場合には、たとえ高圧力で押し付けたとしても金属結合は達成できない。しかし、延伸加工すると、この酸化膜が破壊されて新鮮な金属表面（新生面という）を露出させるので、金属同士のみが存在している状態なら結合が生ずるが、本発明では、金属同士の結合を阻害する機能を有する繊維形成媒体が存在しているので、延伸中の金属粒子あるいは金属繊維が結合することはない。
((冷間と熱間))
本発明では押出し加工は、冷間であっても熱間であってもよい。但し、高温になるほど接触面間の金属結合が進みやすくなるので、この場合は、金属結合を阻害する繊維形成媒体の混合量を多くする等の工夫が必要となる。
【００１９】
４）押出し比
押出し加工に伴う一つのパラメータとして、押出し比がある。押出し比とは、コンテナ（密閉容器）内の断面積Ａ０の素材の一端を押して、断面積Ａ１の孔を持つダイから押出すとき、Ｒ＝Ａ０/Ａ１をいう。
押出し加工の間、金属粉末には新生面が発生する。この新生面発生率（金属粒子が延びて表面の酸化被膜が破れて新しい金属表面ができた率）は、主に押出し比によって決まり、概ね新生面発生率７０％以上であれば金属結合しやすくなるので、この場合は、金属結合を阻害する繊維形成媒体の混合量を多くする等の工夫が必要となる。後述する実施例では、押出し比6.9と17.6で行い、後者を多くの場合で用いたが、これが最適値という意味ではない。
なお、押出し比の上限は、押出し工具の耐圧、押出し圧力（主として加工される素材の変形抵抗と押出し比により決まる単位面積当りの所用圧力をいう）およびプレスの力量によって定まるので、本発明において本質的なものではない。
【００２０】
５）押出し温度
本工程の押出し加工は、冷間でも熱間でも行えるが、熱間で行う場合の押出し温度は、繊維形成媒体の粒子と金属粒子が共に延伸する条件であればよいので、その範囲になるように加熱される。例えば、繊維形成媒体に食塩を用いる場合、食塩（NaCl）の融点は800℃であり、アルミニウム（Al）の融点は660℃であるので、押出し温度としては250〜500℃、その中でも450℃は好適温度の一例であるが、これに限られるものではない。
製造上の便宜からは、押出し温度を上げると、金属も繊維形成媒体も軟化するので、押出しは容易になる。
【００２１】
６）金属粉末と繊維形成媒体の強度
混合物ＭＰあるいは圧粉体Ｆを押出す際に、金属粉末と繊維形成媒体の強度（変形抵抗）が近ければ近いほど共に一様に変形して延びやすくなり、逆に強度の差異が大きくなるほど一方の軟質粉末だけしか延びなくなる。金属と繊維形成媒体の強度の差異が３倍以内であれば、金属・繊維形成媒体の配合率に係わらず概ね両粉末共にほぼ一様な変形をするので、上記範囲内が好ましく、１：１に近ければ近いほど好ましい。これに近ければ近いほど、金属と繊維形成媒体が一緒に延びる。
【００２２】
（繊維形成媒体除去工程IV）
本発明の製法の最後の工程IVとして、押出し成形後の成形物Ｇを溶媒、例えば水で洗う。すなわち、水に浸漬して粒子から延伸した状態となっている繊維形成媒体を溶解除去する。
繊維形成媒体が塩の場合、水洗いの際に、流水、静止水のいずれを用いても、脱塩特性にほとんど影響しない。ただし、塩を溶かし出すので、静止水では、塩の全量が溶け出しても飽和濃度に比べて十分に低い濃度であるように十分な量の水を使うのは自明である。
【００２３】
（得られた金属繊維の特質）
本発明で製造された金属繊維は、主として金属粒子が単独で繊維化する場合には、金属粉末の粒度と押出し比によって、その寸法（長さと幅）が概ね決定されるため、同一押出し設備を用いる場合でも原料粉末の選定によって種々の仕様に対処することができる。例えば、長さ寸法の揃った短繊維が望まれる場合には、金属粉末の粒度を揃え、合わせて繊維形成媒体粉末を多く配合して、金属粉末同士の近接を避ければよい。一方、フェルト状製品を製造する場合には金属粒子間の接触または近接する度合いを上げるために繊維形成媒体の配合率を減じるとよく、部分的に金属繊維同士が接合した状態の金属繊維が得られる。
【００２４】
（製造方法の利点）
本発明の製造方法は、上記のように多数の金属繊維が得られることのほかに、つぎのような製造技術上の利点がある。
１）押出し方向あるいは圧延方向に長い繊維を形成できる。とりわけ連続押出し成形または圧延成形を用いた場合は、連続生産が可能となって、大量生産に適する。一方、小型のビレットを用いれば多品種少量生産にも適する。
２）金属繊維の製造のための特別な装置や設備を何ら必要とせず、汎用の押出し設備または圧延設備がそのまま使用できるので、設備投資が少なくてすむ。
３）押出し工具または圧延工具の耐圧強度と金属粉末同士の結合、繊維形成媒体の伸延が可能な加熱条件でよく、金属粉末を溶融させないのでエネルギー消費量が少なくなり、製造コストが安くなる。
４）繊維径、繊維長さおよび繊維形状を、金属粉末と繊維形成媒体の性状、配合率、また押出し条件や圧延条件によって制御可能であり、少品種の大量生産から多品種中少量生産まで多種多様の金属繊維を精度よく製造できる。
【実施例】
【００２５】
［実施例１］
下記の条件で、金属としてアルミニウムを用い、繊維形成媒体として塩（NaClまたはKCl）を用いた金属繊維を製造した。
（使用材料）
Ａ．アルミニウム粉末の粒度と組成
純アルミニウム粉
組成は下表のとおりであり、ふるい分けて粒度は、４５〜５３μm、149〜212μm、300〜425μmの３水準を用意した。なお、アルミニウム粉末は、粒径が大きくなると、形状が球形から俵型に変化する。
【表１】
2007131908.tif 000003
Ｂ．食塩の粒度分布と組成
下記表２〜４の３種類を用意した。この３種の食塩の略号として、以下、Ｃ,Ｓ,ＳＳを用いる。また、３種の食塩の粒度分布は、図３のとおりである。
【表２】
2007131908.tif 000004
食塩（略号Ｃ）
【表３】
2007131908.tif 000005
食塩（略号Ｓ）
【表４】
2007131908.tif 000006
食塩（略号ＳＳ）
【００２６】
（製造プロセスと条件）
製造プロセスと条件を、図４に基づき説明する。
金属として純アルミニウム（噴霧粉）を用い、繊維形成媒体は食塩を用いた。アルミニウム粉末と食塩粉末を食塩配合率８０〜９５体積％で混合した（101）。得られた混合物ＭＰを金型を用いて150MPaで加圧し、直径４１mm×高さ４２mmの圧粉体Ｆを作成した（102）。圧粉体Ｆを押出し装置に詰め、押出し条件を、押出し比6.9又は17.6、押出し温度250〜450℃として、熱間押出しを行った（103）。押出し成形で得られた成形物Ｇを、水に浸漬して食塩を溶解除去した（104）。この脱塩は、概ね１〜６時間で９０％以上の脱塩ができる。この結果、図５以下に示すアルミニウム金属の繊維（以下、Al繊維という）が得られた（105）。
この実施例に基づき、以下の事項が分る。
【００２７】
（１）金属粒子の繊維化
図５はAl繊維の性状を示す顕微鏡写真であり、左:低倍率、右：高倍率である（食塩Ｃ−95体積％，450℃，押出し比17.6，Al粒径149〜212μm，脱塩後の繊維）。
食塩の配合率が高く、個々の金属粒子が離散して独立して分布する場合は、金属粒子が単独で引き伸ばされて１本の繊維になる。
【００２８】
（２）Al繊維の長さ分布
図６(食塩Ｃ-95体積％，450℃,押出し比17.6，Al粒径149〜212μm，脱塩後の繊維)に示すように、実測平均長さが、2.6mmである。Al粉末粒子を平均径180μmの球とすると、平均繊維長はこれに押出比を乗じて3.2mmと概算されるが、これは実測の平均長さに近い。
【００２９】
（３）押出し比による繊維性状の変化
図７(食塩Ｃ-95体積％，450℃,Al粒径149〜212μm，脱塩後の繊維)において、左図は押出し比17.6、右図は押出し比6.9である。押出し比が高いほど繊維の幅の一様さが向上することが分る。
【００３０】
（４）金属素材の粒径による繊維性状の変化
図８（食塩Ｃ-95体積％，450℃,押出し比17.6，脱塩後の繊維）において、（Ａ）図はAl粒径４５〜５３μm、（Ｂ）図はAl粒径149〜212μm、（Ｃ）図はAl粒径300〜425μmである。繊維の長さや太さは金属粒径により自由に変更できることが分る。
【００３１】
（５）金属素材の粒径と押出し比が繊維長さに与える影響
図９(食塩Ｃ-95体積％，450℃)に示すように、繊維の平均長さは押出し比が高いほど、金属素材の粒径が大きいほど増加する傾向にある。なお、粒径が大きい場合には金属粉末の形状が球状から外れていくため繊維平均長の実測値は金属粉末の平均粒径と押出し比の積として求めた予測値よりも低下する。
【００３２】
（６）押出し温度の影響
図１０(食塩Ｃ-95体積％，押出し比17.6, 粒径149〜212脱塩後繊維)において、押出し温度が、（Ａ）図は250℃、（Ｂ）図は300℃、（Ｃ）図は350℃、（Ｄ）図は400℃、（Ｅ）図は450℃のときの繊維形状を示している。各図を比較すると分るように、Alと食塩の変形抵抗が近い400℃前後では押出し温度の影響は小さい。Alと食塩の変形抵抗の差が大きい250℃では繊維表面に食塩粒子の圧力によって形成された凹凸が大きくなり、押出し温度によって金属繊維の形状や表面粗さを変化させることができる。
【００３３】
（７）押出し温度による繊維長さの変化
図１１(食塩Ｃ-95体積％，押出し比17.6, Al粒径149〜212μm)は、押出し温度による繊維平均長さの変化を示している。同図に示すように、Alと食塩の変形抵抗が近い400℃前後では押出し温度の影響は小さいが、押出し温度が300℃以下になってAlと食塩の変形抵抗の差が大きくなるにつれて繊維平均長さは短くなる。
【００３４】
（８）食塩のグレードによる繊維性状の変化
図１２(食塩-95体積％, 450℃, 押出し比17.6, Al粒径149〜212μm，脱塩後の繊維)の（Ａ）図はＳ塩（平均粒径467μm）を用いた場合（左：低倍率  右：高倍率）、（Ｂ）図はＣ塩(平均粒径417.5μm)を用いた場合(左：低倍率  右：高倍率)、（Ｃ）図はSS塩(平均粒径159μm)を用いた場合(左：低倍率  右：高倍率)である。（Ａ）図〜（Ｃ）図を比較すると分るように、食塩粒径の減少に連れて繊維表面に凹凸が現れる。このことは繊維の表面状態は使用する食塩の粒径によって制御できることを意味する。
【００３５】
（９）金属粒子の接合を利用した長繊維化
以下のデータは、複数の金属粉末粒子が接合しながら繊維になる場合である。なお、脱塩後に外力を加えるなどしてほぐす操作をすることで回収率の向上が図れるが、繊維の状態をそのまま観察するため、以下は積極的にはほぐさず、脱塩後に自然に分散した繊維についてである。
金属粒子を結合させて長繊維化するには、下記ａ）とｂ）の二つがあり、それぞれの詳細は以下のとおりである。
ａ）食塩の配合率の低減による長繊維化
図１３(食塩Ｃ，450℃,押出し比17.6,粒径149〜212μm)に示す食塩配合量によるAl繊維回収率への影響を考慮すると、食塩の配合量が85体積%〜93体積%で繊維の回収量が急激に減少している。これは繊維間に部分的に接合が起こり始めることを意味するので、長繊維の製造に利用できる。
図１４(食塩Ｃ，450℃,押出し比17.6,粒径149〜212μm，押出し材５０mmを外力によるほぐし操作を行わずに脱塩した場合)に示す食塩配合量と回収されたAl繊維の長さ分布の関係を考慮すると、食塩の配合量が89%付近で取り出される繊維が最も長くできる。
ｂ）Alと食塩の粒径の組合せによる長繊維化
図１５の（Ａ）図は、(食塩C-95体積%,350℃, R17.6,Al粒径149〜212μm，脱塩後の繊維  左：低倍率  右：高倍率)である。この条件では接合はほとんど起きない。
同（Ｂ）図は(食塩S-95体積%,450℃, R17.6,Al粒径149〜212μm，脱塩後の繊維  左：低倍率  右：高倍率)である。この条件では接合により長く幅広の繊維が出来る。
図１５に示すように、粒径の大きいS塩を使用することによってAl粉末粒子が隣接する確率が増して、太くて長い繊維を作成できる。（図１５の（Ａ）図と（Ｂ）図では押出し温度が異なるが両方を350℃で押し出したときも、450℃で押出したときもこの傾向には変化は生じない）
【００３６】
（１０）食塩による繊維性状の変化
図１６(食塩-95体積%,450℃,R17.6,Al粒径149〜212μm)に示すように、粒径の大きいS塩を使用することによってAl粉末粒子が隣接する確率が増して、太くて長い繊維を作成できる。その効果は押出し比が大きい時に顕著になる。
【００３７】
［実施例２］
つぎに、金属としてマグネシウムを用いた実施例を示す。
図１７（Ａ）図は、（食塩C-95体積%,400℃, R17.6，脱塩後）のマグネシウム繊維を示し、同（Ｂ）は（KCl-95体積%,400℃, R17.6，脱塩後）のマグネシウム繊維を示す。製造プロセスは図４に示すとおりであり、マグネシウム粉もアルミニウム粉同様、繊維化できた。
マグネシウム繊維は、その発火性から溶融紡糸法では製造が不可能であり、また吸振性が大きいためびびり振動切削法では製造しにくいが、本発明の製法であると何の問題もなく繊維化できることが確認された。
本実施例においては、金属粉末と繊維形成媒体の強度を近づける方法として、押出し温度の調整（図１１，１２）以外の方法として繊維形成媒体の種類を変えることを行った。結果は、繊維形成媒体に食塩Ｃを用いた場合は、強度差が大きいために、（Ａ）図のように節を伴った繊維となったが、食塩よりも柔らかいKClを繊維形成媒体に用いると強度差が縮小し、（Ｂ）図のように平滑で一様な繊維となった。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明により得られる金属粉末を延伸した金属繊維は、金属粉末の粒径を変化させることにより、繊維の寸法を容易に制御できるので、あらゆる用途に適したものとなる。用途を例示すると、スライバー，ウエブ，フェルト，シート，織布，繊維強化複合材料，繊維焼結フィルター，電磁波シールド材，耐火材，防音材，吸音材、制振材、触媒材、除電ブラシ用ワイヤ，高性能ロッド・シャフト・釣竿・ゴルフシャフトなどの補強材が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、本発明の製造技術は非常に単純で容易であり、環境への排出物は食塩のみで環境負担は極めて小さいという利点がある。さらに、汎用的な製造設備を利用でき、多量生産から多品種少量生産まで、生産量によらず低コストで製造できる。またこれに加え、原料として用いる金属粉末の粒度に応じて繊維寸法の制御が容易に行えるという特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る金属繊維の製造方法の工程図である。
【図２】本発明の基本原理の説明図である。
【図３】使用した食塩の粒度分布を示すグラフである。
【図４】実施例１の製造プロセスを示すブロック図である。
【図５】金属粒子の繊維化状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図６】押出しによる繊維の長さを示すグラフである。
【図７】押出し比による繊維性状を示す電子顕微鏡写真である。
【図８】金属素材粒径による繊維性状の変化を示す電子顕微鏡写真である。
【図９】金属素材粒径と押出し比が繊維長さに与える影響を示すグラフである。
【図１０】押出し温度の影響を示す電子顕微鏡写真である。
【図１１】押出し温度よる繊維長さの変化を示すグラフである。
【図１２】食塩のグレードによる繊維性状の変化を示す電子顕微鏡写真である。
【図１３】食塩配合量により繊維回収率の変化を示すグラフである。
【図１４】食塩配合量とアルミニウム繊維長さの分布関係を示すグラフである。
【図１５】食塩の粒径による繊維性状を示す電子顕微鏡写真である。
【図１６】食塩による繊維性状の変化を示すグラフである。
【図１７】実施例２としてマグネシウムを用いて製造した金属繊維の電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００４０】
Ｍ      金属粉末
Ｐ      繊維形成媒体の粉末
ＭＰ    混合物
Ｆ      圧粉体
Ｇ      成形物
【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６】
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【図９】
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【図１１】
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【図１３】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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