JP2002001515A - 繊維強化金属複合線の製造方法及び製造装置 - Google Patents

繊維強化金属複合線の製造方法及び製造装置

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JP2002001515A
JP2002001515A JP2001105054A JP2001105054A JP2002001515A JP 2002001515 A JP2002001515 A JP 2002001515A JP 2001105054 A JP2001105054 A JP 2001105054A JP 2001105054 A JP2001105054 A JP 2001105054A JP 2002001515 A JP2002001515 A JP 2002001515A
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composite wire
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信 勝亦
Joseph T Blucher
ジョセフ・ティー・ブルチャー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 無機繊維束の繊維間に金属を十分に含浸させ
て、強度や弾性等の機械的特性に優れた繊維強化複合線
を製造する。 【解決手段】 無機繊維束１の導入及び導出用の各オリ
フィス１６，１７を備える圧力容器１０と、無機繊維束
１の導入及び導出用の各オリフィス１４，１５を備え、
金属を溶融し、かつ金属融液１１を貯蔵する貯槽１２
と、貯槽１２中の金属融液１１に超音波振動を付与する
ための超音波発生手段１８と、圧力容器１０及び貯槽１
２内に不活性ガスを供給するガス供給源２１と、無機繊
維束１の送り出し及び巻き取りを行う搬送手段２２，２
３とを備える装置を用い、無機繊維束１を、貯槽１２の
導入及び導出用の各オリフィス１４，１５を通じて、加
圧され、かつ超音波振動が付与された金属融液１１中に
連続して挿通させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化金属複合
線の製造方法及びそのための製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日、多くの工業用途に、炭素繊維やセ
ラミック繊維、金属繊維等からなる無機繊維束に金属を
含浸させた、所謂「繊維強化金属複合線」が使用されて
いる。この繊維強化金属複合線は、耐久性や信頼性に優
れることが知られている。そのため、溶融金属は無機繊
維束の繊維間にも浸透させることが必要である。このよ
うな要求に応える繊維強化金属複合線の製造方法の一つ
に、米国特許第５，７３６，１９９号明細書に記載され
ている方法がある。
【０００３】上記の方法は、図２に示す金属含浸装置１
００を用いて行われる。この金属含浸装置１００は、圧
力チャンバ１０１と、金属融液１０２を収容する貯槽１
０３とを備える。貯槽１０３はヒータ１０４により加熱
される。また、貯槽１０３は、この貯槽１０３の内部に
無機繊維束１１０を挿通させるための導入側オリフィス
１０５及び中間オリフィス１０７とを備える。導入側オ
リフィス１０５は、圧力チャンバ１０１の底面１０１ａ
に接続しており、無機繊維束１１０を貯槽１０３の内部
に導入する。中間オリフィス１０７は、金属融液１０２
の液中から貯槽１０３の開口面を覆う蓋材１０６まで延
びている。また、導出側オリフィス１０８は圧力チャン
バ１０１の上面１０１ｂに形成されており、金属が含浸
された無機繊維束１１０（以下、繊維強化金属複合線と
呼ぶ）を取り出す。ガス供給源１０９からアルゴンガス
や窒素ガス等の不活性ガスが圧力チャンバ１０１に供給
され、金属の含浸時に、圧力チャンバ１０１の内部及び
貯槽１０３の内部が所定の圧力に維持される。
【０００４】このような構成の金属含浸装置１００にお
いて、未含浸の無機繊維束１１０がボビン１１１から連
続的に送出され、導入側オリフィス１０５を通じて貯槽
１０３に導入されて金属融液１０２と接触する。圧力チ
ャンバ１０１及び貯増１０３にはガス供給元１０９から
不活性ガスが供給されて加圧状態となっているため、金
属融液１０２は無機繊維束１１０の繊維間へと浸透して
いく。次いで、金属が含浸された無機繊維束１１０は、
中間オリフィス１０７を通じて貯蔵１０３から送り出さ
れる。
【０００５】金属が含浸された無機繊維束１１０が圧力
チャンバ１０１の内部を移動する間に、繊維表面に付着
した金属融液１０２及び繊維間に浸透した金属融液１０
２が冷却されて、その一部が無機繊維束１１０の周囲で
固化する。
【０００６】次いで、巻取ボビン１１３は、導出側オリ
フィス１０８を通じて圧力チャンバ１０１から送出され
る繊維強化金属複合線１１２を巻き取る。
【０００７】得られた繊維強化金属複合線１１２は、表
面が金属で被覆されているとともに、繊維束の内部に金
属が含浸されたものとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記の方法によれば、
金属被覆に加えて繊維束の内部に金属が含浸された繊維
強化金属複合線が得られる。しかしながら、金属の種類
によっては特定の繊維との濡れ性が低い場合があり、繊
維束のより深部にまで金属を十分多量に含浸させるのは
困難であり、更に被覆する金属の種類によっては金属の
含浸をより困難にする場合もあり、更なる改善が求めら
れている。
【０００９】これに対して、従来より表面処理により無
機繊維束に濡れ性を付与させて金属の含浸を促進するこ
とも試みられている。例えば、熱ＣＶＤ装置や真空蒸着
装置等を用いて無機繊維の表面に金属粒子を付着させる
等の表面処理が一般的である。しかしながら、これらの
表面処理では無機繊維束の内部にまで金属粒子を付着さ
せることはできず、余り効果的とは言えない。しかも、
熱ＣＶＤ装置や真空蒸着装置を別途必要とするため、繊
維強化金属複合線の製造コストの増加を招くことにもな
る。
【００１０】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、表面処理並びにそのための特別な装置を要
することなく、無機繊維束の繊維間に金属を十分に含浸
させて、強度や弾性等の機械的特性に優れた繊維強化複
合線を製造する方法並びにそのための装置を提供するこ
とを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、繊維強化金属複合線を製造するための
装置であって、無機繊維束の導入及び導出用の各オリフ
ィスを備える圧力容器と、無機繊維束の導入及び導出用
の各オリフィスを備え、金属を溶融し、かつ金属融液を
貯蔵する貯槽と、貯槽中の金属融液に超音波振動を付与
するための超音波発生手段と、圧力容器及び貯槽内に不
活性ガスを供給するガス供給源と、無機繊維束の送り出
し及び巻き取りを行う搬送手段とを備え、無機繊維束
を、貯槽の導入及び導出用の各オリフィスを通じて、加
圧され、かつ超音波振動が付与された金属融液中に連続
して挿通させることを特徴とする繊維強化複合線の製造
装置を提供する。
【００１２】また、同様の目的を達成するために、本発
明は、繊維強化金属複合線の製造方法において、圧力容
器内に配置され、無機繊維束の導入及び導出用の各オリ
フィスを備える貯槽内に加圧された状態で貯蔵され、か
つ超音波振動が付与された金属融液中に、無機繊維束を
前記導入及び導出用の各オリフィスを通じて連続的に浸
漬させることを特徴とする繊維強化金属複合線の製造方
法を提供する。
【００１３】本製造方法及び装置は、 （１）貯槽内の加圧され、超音波振動が付与された金属
融液中に、導入側オリフィス及び中間オリフィスを通じ
て連続して挿通させること （２）無機繊維束を、貯増内の加圧され、超音波振動が
付与された金属融液と連続的に金属融液と接触させ、含
浸させることをを特徴とする。
【００１４】即ち、本製造方法及び装置は、無機繊維束
への連続的な金属含浸を基本とし、これに金属融液及び
無機繊維束に超音波振動を与えることにより、前記の金
属融液の浸透を促進させることを特徴とする。従って、
無機繊維束のより深部にまで金属融液が十分に浸透し
て、より金属の含浸量の多い繊維強化金属複合線が得ら
れる。また、無機繊維束の搬送速度を早めることがで
き、生産性を高めることもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明に関して図面を参照
して詳細に説明する。図１は、本発明の繊維強化金属複
合線の製造装置の一実施形態を示す構成概略図である
が、その基本的な構成は図２に示した金属含浸装置１０
０と同様である。
【００１６】即ち、本製造装置は圧力チャンバ１０と、
金属融液１１を貯蔵する貯槽１２を備える。貯槽１２は
その周囲に設置されたヒータ１３で加熱され、また無機
繊維束を挿通させるための導入側オリフィス１４及び導
出側オリフィス１５が付設されている。両オリフィス１
４，１５は圧力シャンバ１０に設けられた無機繊維束の
導入側オリフィス１６及び導出側オリフィス１７にそれ
ぞれ連結されている。また、圧力チャンバ１０には、振
動発振トランデューサを備える超音波発生手段１８が連
結されており、そのホーン先端部１９が溶融炉１２の金
属融液１１の液中に浸漬されている。尚、このホーン先
端部１９は金属融液１１と反応しないセラミックスで形
成されている。また、超音波発生手段１８はコントーラ
２０に接続して、その振動周波数や出力等が制御され
る。更に、圧力チャンバ１０にはガス供給源２１からア
ルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスが導入され、金属
の含浸時に、圧力チャンバ１０の内部を所定の圧力に維
持して金属融液１１を加圧する。また、必要により、圧
力チャンバ１０及び超音波発生手段１８のシール部１８
ａに冷却水Ｗを流通させてもよい。
【００１７】本製造装置は、概略上記の如く構成され
る。そして、操作に際して、予めサイズ剤等が除去され
た無機繊維束１は、送出ボビン２２から連続して送り出
され、導入側オリフィス１４を通じて貯増１２に導入さ
れて金属融液１１と接触する。無機繊維束１及び金属融
液１１は超音波振動を受けているため、金属融液１１が
無機繊維束１の深部まで十分に、より容易に浸透する。
従って、無機繊維束１には従来以上に多量の金属が含浸
され、導出側オリフィス１５からはより多量の金属を含
浸した繊維強化金属複合線１ａが送出され、巻取ボビン
２３に巻き取られる。
【００１８】上記本発明の製造装置を用いることによ
り、使用する無機繊維束１の種類及び金属融液１１の種
類に応じて多種多様な繊維強化金属複合線１ａを製造す
ることができる。
【００１９】無機繊維束１としては炭素繊維束、ボロン
繊維、または酸化アルミニウムや炭化シリコン等からな
るセラミック繊維束、あるいはタングステン等からなる
金属繊維束が使用可能である
【００２０】金属融液１１としてはアルミニウム、チタ
ン、クロム、コバルト、亜鉛、錫、銅またはそれらの合
金、またはニッケル、クロム、コバルトの超合金の各金
属融液を使用することができる。
【００２１】
【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り明確にする。 （比較例）図２に示す金属含浸装置を用い、サイズ剤を
除去した炭素繊維束に銅を含浸させて銅含浸炭素繊維束
（複合線）を作製した。その際、炭素繊維束の搬送速度
と真空チャンバ内の圧力（含浸圧力）を変えて行った。
複合線生成速度と含浸圧力との関係を図３に示すが、図
中の点線Ａは、銅の含浸が良好な場合（●）と不十分な
場合（□）との臨界線を示している。
【００２２】（実施例）図１に示す装置を用い、銅融液
に２０ＭＨｚ、出力１．５ｋＷの超音波振動を加えなが
ら、サイズ剤を除去した炭素繊維束を連続して浸漬させ
て銅被覆炭素繊維束（複合線）を作製した。その際、比
較例と同様に、炭素繊維束の搬送速度と真空チャンバ内
の圧力（含浸圧力）を変えて行った。複合線生成速度と
含浸圧力との関係を図４に示すが、含浸の良否を示す境
界線Ａ’が比較例（超音波振動無し）の境界線Ａからシ
フトしており、超音波振動の付与により銅の含浸が促進
されていることがわかる。
【００２３】上記の実施例及び比較例から、超音波振動
を金属融液に加えることにより、含浸圧力を低くして金
属融液を無機繊維束の深部にまで良好に浸透させること
ができることが確認された。このことから、加圧に要す
る不活性ガスの消費量の低減、真空チャンバを始めとす
る圧力強度対策に係わるコストの低減を図ることがで
き、更には設備の簡素化が可能となり、また装置自体の
耐久性を向上させることができることがわかる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、前処理することなく、強度や弾性等の機械的特性に
優れた繊維強化複合線を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造装置の一実施形態を示す構成概略
図である。
【図２】従来の被覆装置の構成を示す断面図である。
【図３】比較例における、炭素繊維束への銅の含浸状態
に対する複合線生成速度及び含浸圧力の関係を示すグラ
フである。
【図４】実施例における、炭素繊維束への銅の含浸状態
に対する複合線生成速度及び含浸圧力の関係を示すグラ
フである。
【符号の説明】
１ 炭素繊維束 １ａ 繊維強化金属複合線 １０ 圧力チャンバ １１ 金属融液 １２ 貯槽 １３ ヒータ １４ 導入側オリフィス １５ 導出側オリフィス １８ 超音波発生手段 ２０ コントローラ ２１ ガス供給源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ０５Ｃ 3/15 Ｂ０５Ｃ 3/15 (72)発明者 ジョセフ・ティー・ブルチャー アメリカ合衆国 マサチューセッツ州、ウ ォルサム、ヒルクレストロード 46 Ｆターム(参考） 4D075 AB03 AB15 AB32 AB38 AB55 BB13Y BB56Y CA01 CA03 DA01 DB01 DB07 DB11 DB14 DB20 EA15 EB01 4F040 AA26 AB20 AC02 BA31 BA42 BA49 CC01 CC04 CC07 DA17

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 繊維強化金属複合線を製造するための装
    置であって、 無機繊維束の導入及び導出用の各オリフィスを備える圧
    力容器と、 無機繊維束の導入及び導出用の各オリフィスを備え、金
    属を溶融し、かつ金属融液を貯蔵する貯槽と、 貯槽中の金属融液に超音波振動を付与するための超音波
    発生手段と、 圧力容器及び貯槽内に不活性ガスを供給するガス供給源
    と、 無機繊維束の送り出し及び巻き取りを行う搬送手段とを
    備え、 無機繊維束を、貯槽の導入及び導出用の各オリフィスを
    通じて、加圧され、かつ超音波振動が付与された金属融
    液中に連続して挿通させることを特徴とする繊維強化複
    合線の製造装置。
  2. 【請求項２】 繊維強化金属複合線の製造方法におい
    て、 圧力容器内に配置され、無機繊維束の導入及び導出用の
    各オリフィスを備える貯槽内に加圧された状態で貯蔵さ
    れ、かつ超音波振動が付与された金属融液中に、無機繊
    維束を前記導入及び導出用の各オリフィスを通じて連続
    的に浸漬させることを特徴とする繊維強化金属複合線の
    製造方法。
  3. 【請求項３】 前記金属がアルミニウム、チタン、クロ
    ム、コバルト、亜鉛、錫、銅またはそれらの合金、また
    はニッケル、クロム、コバルトの超合金であることを特
    徴とする請求項２記載の繊維強化複合線の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記無機繊維束が炭素繊維束、ボロン繊
    維、セラミック繊維束または金属繊維束であることを特
    徴とする請求項２に記載の繊維強化金属複合線の製造方
    法。
  5. 【請求項５】 前記セラミック繊維束が酸化アルミニウ
    ムまたは炭化シリコンからなる繊維束であることを特徴
    とする請求項４に記載の繊維強化金属複合線の製造方
    法。
  6. 【請求項６】 前記金属繊維束がタングステン繊維束で
    あることを特徴とする請求項４に記載の繊維強化金属複
    合線の製造方法。
JP2001105054A 2000-04-04 2001-04-03 繊維強化金属複合線の製造方法及び製造装置 Pending JP2002001515A (ja)

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