JP3753359B2 - Multistage melt impregnation equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線状及びワイヤー状の補強繊維と金属マトリックスとからなる線状複合材料を製造する多段溶融含浸装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
線状あるいはワイヤー状の複合材料(これらを併せて以下「線状複合材料」と云う)は、繊維状材、線状材、繊維状材束、あるいは線状材束(これらを併せて以下「線状材」と云う)などの芯材の機能を最大限に発揮させることができる形状であるため、つり具、建築材料から航空宇宙分野に至るまで幅広い用途で用いられている。
【0003】
これら線状複合材料は、芯材として有機繊維や無機繊維などの繊維状束の材料、或いは金属線束などの線材状束の材料と、マトリックスとして樹脂や金属等とを用い、また、必要に応じ難燃性改良材、耐摩耗性改良材、あるいは顔料その他のフィラーを添加して形成される。
【0004】
前述した線状複合材料は、例えば図5に示す押出機100によって形成される。図5に例示された押出機100は、複合材料の一種と云える電線の被覆などに用いられる。なお、図5(A)は側面図、図5(B)は正面図である。
【0005】
図5に例示された押出機100は、装置本体101と、ホッパ102と、撹拌部103と、加熱部104と、ダイス105と、を備えている。装置本体101は、工場などのフロアなどに設置される。ホッパ102は装置本体101の上方からマトリックス用材料(通常は樹脂)が供給され、このマトリックス用材料を撹拌部103に供給する。
【0006】
撹拌部103は、モータ106とスクリュー107とを備えている。モータ106は装置本体101に取付られている。スクリュー107は装置本体101に取付られている。スクリュー107はモータ106によって回転駆動される。撹拌部103は、ホッパ102から供給されたマトリックス用材料を、前記モータ106がスクリュー107を回転駆動することによって撹拌するとともに、ダイス105の後述する穴108の内周に供給する。
【0007】
加熱部104は、撹拌部103によって撹拌されかつ前記ダイス105の穴108の内周に供給されるマトリックス用材料を加熱して溶融させる。ダイス105は、線状材109が通ることのできる穴108を備えている。ダイス105は、穴108の内周に撹拌部103によって撹拌されかつ加熱部104によって溶融されたマトリックス用材料が供給される。
【0008】
前記押出機100は、図5(B)に示すように、ダイス105の穴108内に線状材109を連続的に導入し、前記ホッパ102及び撹拌部103などを介して供給されるマトリックス用材料を前記穴108内で線状材109の表面に被覆して、線状複合材料110として連続的に取り出す。このとき、ダイス105によりマトリックス用材料が必要な量に規制される。
【0009】
一方、炭素繊維(長繊維)やポリイミド長繊維等を芯材として用いる複合材料の場合には図6に模式的に示すようなディップ方式が知られている。このディップ方式では、溶融されたマトリックス用材料を収容する含浸槽121と、この含浸槽121内に回動自在に設けられたプーリ122と、を用いる。
【0010】
そして、線状材109をプーリ122に掛け渡して、線状材109を含浸槽121内に収容されたマトリックス用材料に連続的に浸漬し、プーリ122を用いて方向転換して複合材料110として引き上げる方法である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
図5に例示された押出機100及び図6に例示されたディップ方式を用いると、線状複合材料110を比較的太く形成する際には、線状材109にマトリックス用材料を確実に含浸させるために、線状材109を比較的長時間かけて前記ダイス105の穴108内を通したり、前記含浸槽121内のマトリックス用材料に浸漬させる必要が生じていた。このため、線状材109としてマトリックスとの接触により強度低下するものを用いると、前述した溶融されたマトリックス用材料の接触によって、線状材109が劣化する恐れがあった。
【0012】
また、前述したように、比較的太い線状複合材料110を製造するためには、線状材109を比較的長時間かけて前記ダイス105の穴108内を通したり、前記含浸槽121内に浸漬させる必要が生じるため、前記線状複合材料110を製造する際にかかる作業時間が長時間化して、この線状複合材料110の生産効率が低下する傾向となっていた。
【0013】
さらに、前記押出機100及びディップ方式を用いると、前記線状複合材料110を形成する際には、マトリックス用材料として一種類のものしか用いることができずに、例えば、意図的に剛性を高めて曲がりにくくした線状複合材料110や剛性を低くして意図的に曲がりやすい線状複合材料110を形成することができないなどの多種多様な仕様に適用させることが困難であった。
【0014】
したがって、本発明の目的は、線状材の劣化を防止でき、生産効率の低下を抑制できるとともに、多種多様な線状複合材料を容易に製造することが可能な多段溶融含浸装置を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の多段溶融含浸装置は、圧力容器と、前記圧力容器内に設けられかつ内部に溶融された金属を収容する含浸槽と、前記含浸槽の底部に設けられかつ外部と含浸槽内とを連通する入口シール部と、前記圧力容器の上部に設けられかつ圧力容器内と外部とを互いに連通する出口シール部と、これらのシール部間に設けられかつ前記含浸槽の内側と外側とを互いに連通する絞り部と、前記圧力容器内に加圧された気体を供給する加圧気体供給手段と、を備え、線状材を前記入口シール部を通して前記含浸槽内に供給して前記溶融された金属を含浸させ、前記絞り部及び出口シール部を通して金属が含浸された線状材を取り出すことにより、線状複合材料を形成可能な溶融含浸装置を複数備えており、下側に位置する溶融含浸装置の出口シール部を通して取り出された線状複合材料を、この溶融含浸装置の上側に位置する溶融含浸装置の入口シール部を通して含浸槽内に供給可能に、前記溶融含浸装置を鉛直方向に沿って互いに直列に配したことを特徴としている。
【0016】
本発明の多段溶融含浸装置によれば、含浸槽内に収容された溶融された金属に、線状材を底部から上部に向かって前記含浸槽内を通して、含浸させることによって、線状複合材料を形成する溶融含浸装置を複数備えており、これらの溶融含浸装置を鉛直方向に沿って互いに直列に配している。
【0017】
このため、線状複合材料を形成する際に、下方に位置する溶融含浸装置に線状材を通した後、上方に位置する溶融含浸装置に前記線状材を通す。なお、上方に位置する溶融含浸装置に線状材を通す際に、この溶融含浸装置の線状材供給手段から新たな線状材を、下方に位置する溶融含浸装置の含浸槽内を通った線状材の外周に供給してもしなくても良い。
【0018】
このように、複数の溶融含浸装置を用いて、線状複合材料を徐々に太く形成していく。また、下方に位置する溶融含浸装置の含浸槽内を通って形成された線状複合材料の外周に、上方に位置する溶融含浸装置を用いて溶融された金属などを被覆するように形成する。このため、互いに同軸的に配されかつ径方向に沿って互いに積層された複数の層を有する線状複合材を形成することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態にかかる多段溶融含浸装置1を図1ないし図4を参照して説明する。
多段溶融含浸装置1は、図1に示すように、複数の溶融含浸装置2を備えている。これらの溶融含浸装置2は、鉛直方向に沿って互い直列に配されている。なお、図示例では、溶融含浸装置2を3つ備えたものを示している。以下、図1中に示された3つの溶融含浸装置2を、下から第1の溶融含浸装置2a、第2の溶融含浸装置2b及び第3の溶融含浸装置2cと呼ぶ。
【0020】
前記多段溶融含浸装置1は、前記第1の溶融含浸装置2aの下方から、線状材4aをこの第1の溶融含浸装置2aの後述する含浸槽5内に収容された溶融された金属6aに浸漬して線状複合材料3aを形成し、さらにこの線状複合材料3aに線状材4bを加えて第2の溶融含浸装置2bの下方からこの第2の溶融含浸装置2bの含浸槽5内に収容された溶融された金属6bに浸漬して線状複合材料3bを形成するとともに、さらにこの線状複合材料3bに線状材4cを加えて第3の溶融含浸装置2cの下方からこの第3の溶融含浸装置2cの含浸槽5内に収容された溶融された金属6cに浸漬して線状複合材料3cを形成する装置である。
【0021】
多段溶融含浸装置1は、前記溶融含浸装置2a,2b,2cを、下側に位置する溶融含浸装置2a,2bの後述する出口シール部15を通して取り出された線状複合材料3a,3bをこれらの溶融含浸装置2a,2bの上側に位置する溶融含浸装置2b,2cの後述する入口シール部14を通して含浸槽5内に供給可能に、鉛直方向に沿って互いに直列に配している。
【0022】
即ち、多段溶融含浸装置1は、第1の溶融含浸装置2aの出口シール部15を通して取り出された線状複合材料3aを第2の溶融含浸装置2bの入口シール部14を通して前記第2の溶融含浸装置2bの含浸槽5内に供給可能に前記第1の溶融含浸装置2aと第2の溶融含浸装置2bとを配している。
【0023】
さらに、多段溶融含浸装置1は、第2の溶融含浸装置2bの第2出口シール部15を通して取り出された線状複合材料3bを第3の溶融含浸装置2cの入口シール部14を通して前記第3の溶融含浸装置2cの含浸槽5内に供給可能に前記第2の溶融含浸装置2bと第3の溶融含浸装置2cとを配している。
【0024】
前記溶融含浸装置2a,2b,2cは、互いにほぼ同等の構成となっているため、以下、第1の溶融含浸装置2aを代表してその構成を説明する。
第1の溶融含浸装置2aは、図2に示すように、圧力容器7と、含浸槽5と、加熱手段としての電気炉8と、加圧気体供給手段9と、線状材供給手段10とを備えている。
【0025】
圧力容器7は、内部に空間を有している。含浸槽5は、前記圧力容器7の内部に設けられている。含浸槽5は、内部に空間を有している。含浸槽5は、内部に溶融されたマトリックス用材料としての金属6a(6b,6c)を収容する。
【0026】
前記マトリックス用材料としての金属6a,6b,6cとしては、加熱時に溶融し、冷却により固化するものであれば、適宜選択して用いることができる。例えば、銅、アルミニウム、鉄、錫、銀及びマグネシウムなどの金属、あるいは、これらの金属の二つ以上の金属を含んだ合金などであり、これらは溶融に必要な温度に加熱される。なお、含浸槽5には必要に応じて溶融された金属6a,6b,6cを攪拌或いは循環などの手段を付属させることによりその組成を均一に保つようにしても良い。
【0027】
電気炉8は、前記含浸槽5内に収容された金属6a(6b,6c)を加熱し、これらの金属6a(6b,6c)を常に融点以上の温度に保つ。加圧気体供給手段9は、ガス配管11と、加圧バルブ12などを備えている。ガス配管11は、図示しない加圧気体供給源と接続しているとともに、前記圧力容器7内に開口している。
【0028】
ガス配管11は、前記加圧気体供給源から供給される気体を圧力容器7内に供給する。加圧バルブ12は、ガス配管11を通して圧力容器7内に気体を供給したり、この気体の供給を停止したりすることが切替可能となっている。
【0029】
加圧気体供給源は、加圧した気体を圧力容器7内に連続的して供給可能となっている。この加圧気体供給源として、例えば容量の大きいボンベ、あるいは圧縮ポンプなどが用いられる。また、加圧気体供給源が供給する加圧された気体として、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、空気などを用いる。
【0030】
なお、マトリックス用材料としての金属6a,6b,6cは、含浸槽5内では溶融しているため、空気中の酸素などと反応し不都合が生じるおそれがある場合には、前記加圧気体供給源が供給する加圧された気体として、アルゴンガスなどの希ガス、或いは窒素など、溶融した金属6a,6b,6cはと反応しないいわゆる不活性ガスを用いるのが望ましい。
【0031】
線状材供給手段10は、前記圧力容器7の底部に回動自在に設けられたプーリ13などを備えている。プーリ13には、それぞれ複数の繊維19a,19b,19c(図3などに示す)を束ねて構成された線状材4a,4b,4cが掛け渡される。プーリ13は、線状材4a,4b,4cの向きを変えて、入口シール部14に導く。
【0032】
線状材供給手段10は、プーリ13によって線状材4a,4b,4cを案内して、入口シール部14を通して前記含浸槽5内に連続的に供給可能となっている。また、前記第2及び第3の溶融含浸装置2b,2cにおいては、前記線状供給手段10は、前記線状複合材料3a,3bの外周に線状材4b,4cを供給可能となっている。
【0033】
なお、前述した線状材4a,4b,4cは、線状複合材料3a,3b,3cの芯材(補強材)をなし、これらの線状材4a,4b,4cを構成する繊維19a,19b,19cとしては、黒鉛繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、シリカ繊維、ボロン繊維及びアルミナ繊維などの無機繊維(セラミックス繊維)、ポリイミド、ナイロン、ポリエステルなどの合成繊維、その他、必要に応じレーヨン、綿糸などの化学繊維や天然繊維、或いは、ステンレス、銅、スチールなどの金属繊維を用いることができる。
【0034】
なお、線状材4a,4b,4cを構成する繊維19a,19b,19cは、前記金属6a,6b,6cの溶融温度において、分解、溶融、劣化などの変化を生じないような材質を選択する必要がある。
【0035】
さらに、前記線状材4a,4b,4cを構成する繊維19a,19b,19cは、引張強度、曲げ強度、屈曲特性、耐摩耗性など機械的な改善効果をもたらす材料のみならずを指すものではなく、電気的特性、電磁的特性、熱的特性(熱伝導性等)などさまざまな特性を改良するものをその用途に併せて選択するのが望ましい。
【0036】
また、溶融含浸装置2aは、含浸槽5の底部に設けられた入口シール部14と、前記圧力容器7の上部に設けられた出口シール部15と、前記シール部14,15間に設けられた絞り部16と、を備えている。
【0037】
入口シール部14は、圧力容器7を貫通して形成されているとともに、この圧力容器7を通して外部と含浸槽5の内部とを互いに連通したオリフィス状に形成されている。
【0038】
入口シール部14は、その内径が、前記第1の溶融含浸装置2aにおいては線状供給手段10から供給される線状材4aの外径とほぼ同じか若干太く形成されている。また、入口シール部14は、その内径が、前記第2及び第3の溶融含浸装置2b,2cにおいては、前記線状複合材料3a,3bの外周に線状材4b,4cを合わせた外径とほぼ等しいか若干太く形成されている。
【0039】
出口シール部15は、圧力容器7を貫通して、この圧力容器7の外部と内部とを互いに連通するオリフィス状に形成されている。出口シール部15は、絞り部16を通って形成された線状複合材料3a,3b,3cが内側を通る。出口シール部15は、その内径が、前記線状複合材料3a,3b,3cの外径とほぼ等しいか若干太く形成されている。
【0040】
前記絞り部16は、前記含浸槽5の上部に設けられかつこの含浸槽5の内部と外部とを互いに連通している。絞り部16は、含浸槽5内に収容される溶融された金属6a,6b,6cの液面の高さとほぼ等しい位置に配されている。絞り部16としては、比較的長い構造のダイスが用いられる。
【0041】
絞り部16は、その内側に前記入口シール部14を通して線状材4a,4b,4c及び線状複合材料3a,3bが通される。前記含浸槽5の金属6a,6b,6cが含浸して形成される線状複合材料3a,3b,3cの太さはこの絞り部16により規制されると同時に、含浸槽5が加圧気体供給手段9によって加圧された圧力容器7内に設けられていることと相俟って、内部にボイドが発生することが防止される。
【0042】
また、前記入口シール部14と絞り部16と出口シール部15とは、互いに同一線上に位置している。すなわちこのような位置に絞り部16などが設けられていることによって、製品の線状複合材料3cにおける芯材としての線状材4a,4b,4cを構成する繊維19a,19b,19cの偏りが生じず、かつ、線状材4a,4b,4cが繊維材束などの繊細なものであってもこれを傷めることなく理想的な性能の線状複合材料3cを形成することができる。
【0043】
前記入口シール部14及び出口シール部15としては、いわゆるオリフィスシール、また、いわゆるラビリンスシールなど一般に用いられるシール方法を応用することができるが、本発明の趣旨から、線状材4a,4b,4cを曲げるようなシール方法は望ましくなく、通常、オリフィスシールを用いる。
【0044】
また、入口シール部14は含浸槽5の底部に設けられているが、実際の運転時には入口シール部14からは線状材4a,4b,4c及び線状複合材料3a,3bが適当な速度で連続的に供給されるので、上記のようにオリフィス形状であっても含浸槽5内に収容された金属6a,6b,6cの入口シール部14からの漏出を防止できる。
【0045】
一方、出口シール部15は細径のオリフィスシールとなっているのでこの部分からの含浸槽5及び圧力容器7の内部の気体の漏出は少なく、かつ、加圧気体供給手段9から供給される気体の量が充分多いため内部の圧力は一定に保持される。
【0046】
前述した構成の多段溶融含浸装置1を用いて、線状複合材料3cを形成する際には、まず、線状材4aを第1の溶融含浸装置2aの線状材供給手段10のプーリ13により上方に向きを変え、入口シール部14から第1の溶融含浸装置2aの含浸槽5内の溶融された金属6aに連続的に導入し、絞り部16で適正なマトリックス含有量と所望の太さとなるよう制御した後、出口シール部15より第1の溶融含浸装置2aの外部へと連続的に取り出す。
【0047】
そして、図3及び図4に示す第1の層としての線状複合材料3aが形成される。この線状複合材料3aは、前記線状材4aを構成する繊維19aと前記金属6aが固化して形成されたマトリックス17aとを備えている。
【0048】
第1の溶融含浸装置2aの出口シール部5より外部へと連続的に取り出された線状複合材料3aを、第2の溶融含浸装置2bの入口シール部14から含浸槽5内の溶融された金属6bに連続的に導入する。絞り部16で適正なマトリックス含有量と所望の太さとなるよう制御した後、出口シール部5より第2の溶融含浸装置2bの外部へと連続的に取り出す。このとき、第2の溶融含浸装置2bの線状材供給手段10から線状材4bを前記線状複合材料3aの外周に供給してもしなくても良い。
【0049】
そして、図3及び図4に示す前記線状複合材料3aの外周に第2の層18bが形成された線状複合材料3bが形成される。第2の層18bは前記第1の層としての線状複合材料3aと同軸的に配されている。
【0050】
図3に示された第2の層18bは、線状材供給手段10から線状材4bが供給された場合を示している。図3に示された第2の層18bは、前記線状材4bを構成する繊維19bと前記金属6bが固化して形成されたマトリックス17bとを備えている。
【0051】
図4に示された第2の層18bは、線状材供給手段10から線状材4bが供給されなかった場合を示している。図4に示された第2の層18bは、前記金属6bが固化して形成されたマトリックス17bを備えている。
【0052】
第2の溶融含浸装置2bの出口シール部15より外部へと連続的に取り出された線状複合材料3bを、第3の溶融含浸装置2cの入口シール部14から含浸槽5内の溶融された金属6cに連続的に導入する。絞り部16で適正なマトリックス含有量と所望の太さとなるよう制御した後、出口シール部5より第3の溶融含浸装置2cの外部へと連続的に取り出して、線状複合材料3cが得られる。このとき、第3の溶融含浸装置2cの線状材供給手段10から線状材4cを前記線状複合材料3bの外周に供給してもしなくても良い。
【0053】
そして、図3及び図4に示す前記線状複合材料3bの外周に第3の層18cが形成された線状複合材料3cが形成される。第3の層18cは前記第1の層としての線状複合材料3a及び第2の層18bと同軸的に配されている。
【0054】
図3に示された第3の層18cは、線状材供給手段10から線状材4cが供給された場合を示している。図3に示された第3の層18cは、前記線状材4cを構成する繊維19cと前記金属6cが固化して形成されたマトリックス17cとを備えている。
【0055】
図4に示された第3の層18cは、線状材供給手段10から線状材4cが供給されなかった場合を示している。図4に示された第3の層18cは、前記金属6cが固化して形成されたマトリックス17cを備えている。
【0056】
図3及び図4に示すように、前述した多段溶融含浸装置1によって得られた線状複合材料3cは、互いに同軸的に配された第1の層としての線状複合材料3aと第2の層18bと第3の層18cとを備えている。そして、これらの第1の層としての線状複合材料3a、第2の層18b及び第3の層18cは、線状複合材料3cの内側から順に配されており、線状複合材料3cの径方向に沿って互いに積層されている。
【0057】
本実施形態の多段溶融含浸装置1によれば、含浸槽5内に収容された溶融された金属6a,6b,6cに、線状材4a,4b,4cを底部から上部に向かって通して含浸させることによって、線状複合材料3a,3b,3cを形成する溶融含浸装置2a,2b,2cを複数備え、鉛直方向に沿って互いに直列に配している。
【0058】
線状複合材料3cを形成する際に、下方に位置する溶融含浸装置2a,2bから上方に位置する溶融含浸装置2b,2cに、順に線状材4a,4b,4cなどを通して形成する。
【0059】
このように、複数の溶融含浸装置2a,2b,2cを用いて、線状複合材料3a,3b,3cを徐々に太く形成していく。このため、比較的太い線状複合材料3cを形成する際にも、前記線状材4a,4b,4cを含浸槽5内の金属6a,6b,6cに浸漬させる時間を抑制できる。
【0060】
したがって、線状材4a,4b,4cを構成する繊維19a,19b,19cの金属6a,6b,6cの熱による劣化を抑制できるとともに、線状複合材料3cを生産する際にかかる作業時間を抑制でき、線状複合材料3cの生産効率の低下を抑制することができる。また、線状材4a,4b,4cの劣化及び生産効率の低下を抑制できるので、容易に比較的太い線状複合材料3cを形成することが可能となる。
【0061】
また、下方に位置する溶融含浸装置2a,2bを通って形成された線状複合材料3a,3bの外周に、上方に位置する溶融含浸装置2b,2cを用いて溶融された金属6b,6cなどを被覆するように形成する。このとき、新たな線状材4b,4cを供給してもしなくても良い。このため、互いに同軸的に配され、かつ径方向に沿って積層された複数の層3a,18b,18cを有する線状複合材料3cを形成することができる。
【0062】
したがって、線状材供給手段10が溶融含浸装置2a,2b,2c毎に互いに異なる材質の線状材4a,4b,4cを供給したり、前記含浸槽5内に収容する金属6a,6b,6cを溶融含浸装置2a,2b,2c毎に異ならせることによって、多種多様な仕様の線状複合材料3cを製造することができる。
【0063】
例えば、線状複合材料3cの最外層の第3の層18cを形成する溶融含浸装置2cが比較的剛性が高くなる材質の金属6c及び線状材4cを用いることによって、比較的曲がり難い線状複合材料3cを形成することができる。また、前記第3の層18cを形成する溶融含浸装置2cが比較的剛性が低くなる材質の金属6c及び線状材4cを用いることによって、比較的曲がり易く弾性の高い線状複合材料3cを形成することができる。
【0064】
さらに、前記第3の層18cを形成する溶融含浸装置2cが、金属6cとして例えば比較的不動態を形成しやすいアルミニウムなどを用いることによって、腐食しにくい線状複合材料3cを製造することができる。
【0065】
前記第3の層18cを形成する溶融含浸装置2cの線状材供給手段10から線状材4cを供給しないことによって、線状材4cが外部に露出しない線状複合材料3cを製造できるとともに、前記第3の層18cを形成する溶融含浸装置2cの線状材供給手段10から線状材4cを供給することによって、最外層としての前記第3の層18cにも線状材4cを含んだ線状複合材料3cを形成することができる。
【0066】
このように、複数の溶融含浸装置2a,2b,2cを用いて、互いに同軸的に配されかつ径方向に沿って積層された複数の層3a,18b,18cを有する線状複合材料3cを製造することによって、多種多様な仕様の線状複合材料3cを容易に製造することができる。
【0067】
また、それぞれの溶融含浸装置2a,2b,2cは、入口シール部14と出口シール部15との間に絞り部16を設けている。この絞り部16は含浸槽5の天井より低い位置に設けられている。形成される線状複合材料3a,3b,3cの太さはこの絞り部16により規制されると同時に、圧力容器7内が加圧気体供給手段9によって加圧されることと相俟って、線状複合材料3a,3b,3cの内部にボイドが発生することを防止する。
【0068】
さらに、同時に、線状材4a,4b,4cと金属6a,6b,6cとの接触を促進して含浸を完全なものとし、かつ、そのときの生産速度(含浸槽5に供給される線状材4a,4b,4cの速度)を早くすることが可能であり、生産性が向上する。
【0069】
また、前記入口シール部14と絞り部16と出口シール部15とは、互いに同一線上に配されている。このため、形成される線状複合材料3a,3b,3cにおける線状材4a,4b,4cを構成する繊維19a,19b,19cの偏りを防止し、かつ、線状材4a,4b,4cが繊維材束などの繊細なものであってもこれを傷めることなく理想的な性能の線状複合材料3a,3b,3cを形成することができる。
【0070】
したがって、本実施形態の多段溶融含浸装置1を用いると、金属6a,6b,6cの含有量が最適で、かつボイドなどの欠陥のない優れた線状複合材料3cを得ることができる。
【0071】
さらに、前述した実施形態では、溶融含浸装置2a,2b,2cを3つ備えた多段溶融含浸装置1を示しているが、3つにこだわることなく製造する線状複合材料3cの仕様に応じて、前記溶融含浸装置2a,2b,2cの数を複数であれば適宜増やしたり減らしたりしても良いことは勿論である。
【0072】
また、本発明によれば、線状材4a,4b,4cを構成する繊維19a,19b,19cの相互間まで確実に金属6a,6b,6cが浸入できるため、前述した線状材4a,4b,4cを構成する繊維19a,19b,19cを互に撚って、あるいは編んで、撚糸状や組み紐状にしたものも用いることができる。
【0073】
なお、前述した実施形態で示された多段溶融含浸装置1を用いて得られる線状複合材料3cにおいて、前述したようにマトリック用材料として金属6a,6b,6cを用いかつ線状材4a,4b,4cを構成する繊維19a,19b,19cがセラミックス繊維または炭素繊維などの特に高強度の繊維であるとき、電線用撚線導体の中心線として用いれば、その電線を高強度でかつ軽量なものとすることができる。
【0074】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、線状複合材料を形成する際に、下方に位置する溶融含浸装置に線状材を通した後、上方の溶融含浸装置に線状材を通して形成する。なお、上方の溶融含浸装置に線状材を通す際に、線状材供給手段から新たな線状材を、下方に位置する溶融含浸装置を通った線状材の外周に供給することができる。
【0075】
このように、複数の溶融含浸装置を用いて、線状複合材料を徐々に太く形成していく。このため、前記線状材が溶融された金属にさらされる時間が抑制されることとなって、線状材の熱による劣化を抑制できる。また、複数の溶融含浸装置を用いて、線状複合材料を徐々に太く形成していくため、比較的太い線状複合材料を形成する際にも、線状材を含浸槽内の金属に浸漬させる時間を抑制することができる。
【0076】
したがって、線状複合材料を生産する際にかかる作業時間を抑制でき、線状複合材料の生産効率の低下を抑制することができる。また、線状材の劣化及び生産効率の低下を抑制できるので、容易に比較的太い線状複合材料を形成することが可能となる。
【0077】
さらに、下方の溶融含浸装置を通って形成された線状複合材料の外周に、上方の溶融含浸装置を用いて溶融された金属などを被覆するように形成する。このとき、新たな線状材を供給してもしなくても良い。このため、互いに同軸的な径方向に沿って積層された複数の層を有する線状複合材を形成することができる。
【0078】
したがって、線状材供給手段が溶融含浸装置毎に互いに異なる材質の線状材を供給したり、前記含浸槽内に収容する金属を溶融含浸装置毎に異ならせることができる。
【0079】
例えば、線状複合材料の最外層を形成する溶融含浸装置が比較的剛性が高くなる材質の金属及び線状材を用いることによって、比較的曲がり難い線状複合材料を形成することができる。また、前記最外層を形成する溶融含浸装置が比較的剛性が低くなる材質の金属及び線状材を用いることによって、比較的曲がり易く弾性の高い線状複合材料を形成することができる。
【0080】
さらに、前記最外層を形成する溶融含浸装置が、例えばアルミニウムなどの比較的不動態を形成しやすい金属を用いることによって、耐食性に優れた線状複合材料を形成することができる。前記最外層を形成する溶融含浸装置の線状材供給手段から線状材を供給しないことによって、線状材が外部に露出しない線状複合材料を形成することができるとともに、前記最外層を形成する溶融含浸装置の線状材供給手段から線状材を供給することによって、外層にも線状材を含んだ線状複合材料を形成することができる。
【0081】
このように、複数の溶融含浸装置を用いて、互いに同軸的な径方向に沿って積層された複数の層を有する線状複合材を形成することによって、多種多様な仕様の線状複合材料を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る多段溶融含浸装置の構成を示す模式図である。
【図2】同実施形態の多段溶融含浸装置の溶融含浸装置の構成を示す模式図である。
【図3】同実施形態の多段溶融含浸装置によって得られた線状複合材料を示す模式図である。
【図4】同実施形態の多段溶融含浸装置によって得られた線状複合材料を示す模式図である。
【図5】(A)は、従来の電線製造などに用いられる押出機の側面図である。
(B)は、図5(A)に示された押出機の正面図である。
【図6】従来の複合材料の製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
1 多段溶融含浸装置
2a 第1の溶融含浸装置
2b 第2の溶融含浸装置
2c 第3の溶融含浸装置
3a 線状複合材料
3b 線状複合材料
3c 線状複合材料
4a 線状材
4b 線状材
4c 線状材
5 含浸槽
6a 溶融された金属
6b 溶融された金属
6c 溶融された金属
7 圧力容器
9 加圧気体供給手段
10 線状材供給手段
14 入口シール部
15 出口シール部
16 絞り部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multistage melt impregnation apparatus for producing a linear composite material composed of linear and wire reinforcing fibers and a metal matrix.
[0002]
[Prior art]
A linear or wire-shaped composite material (hereinafter collectively referred to as “linear composite material”) is a fibrous material, a linear material, a fibrous material bundle, or a linear material bundle (hereinafter collectively referred to as “linear composite material”). It is used in a wide range of applications from suspensions and building materials to the aerospace field.
[0003]
These linear composite materials use a fiber bundle material such as an organic fiber or an inorganic fiber as a core material, or a wire bundle material such as a metal wire bundle and a resin or metal as a matrix. It is formed by adding a flame retardant improving material, an abrasion resistance improving material, or a pigment or other filler.
[0004]
The aforementioned linear composite material is formed by, for example, an
[0005]
The
[0006]
The stirring
[0007]
The
[0008]
As shown in FIG. 5 (B), the
[0009]
On the other hand, in the case of a composite material using carbon fibers (long fibers), polyimide long fibers, or the like as a core material, a dip method as schematically shown in FIG. 6 is known. In this dip method, an
[0010]
Then, the
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
When the
[0012]
Further, as described above, in order to manufacture a relatively thick linear
[0013]
Furthermore, when the
[0014]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a multistage melt impregnation apparatus capable of preventing the deterioration of the linear material, suppressing the decrease in production efficiency, and easily manufacturing a wide variety of linear composite materials. It is in.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems and achieve the object, a multistage melt impregnation apparatus of the present invention includes a pressure vessel, an impregnation vessel that accommodates a metal provided in the pressure vessel and melted therein, and the impregnation vessel. An inlet seal portion provided at the bottom and communicating between the outside and the inside of the impregnation tank, an outlet seal portion provided at the top of the pressure vessel and communicating between the pressure vessel and the outside, and provided between these seal portions And a throttle part that communicates the inside and the outside of the impregnation tank with each other, and pressurized gas supply means for supplying a pressurized gas into the pressure vessel, and the linear material is passed through the inlet seal part A melt impregnation apparatus capable of forming a linear composite material by supplying the impregnation tank to impregnate the molten metal and taking out the linear material impregnated with the metal through the throttle part and the outlet seal part. There are several, The melt impregnating apparatus is capable of supplying the linear composite material taken out through the outlet seal portion of the melt impregnation apparatus located on the side into the impregnation tank through the inlet seal portion of the melt impregnation apparatus located on the upper side of the melt impregnation apparatus. Are arranged in series along the vertical direction.
[0016]
According to the multistage melt impregnation apparatus of the present invention, a linear composite material is impregnated by impregnating the molten metal accommodated in the impregnation tank through the impregnation tank from the bottom toward the top. A plurality of melt impregnation apparatuses to be formed are provided, and these melt impregnation apparatuses are arranged in series along the vertical direction.
[0017]
For this reason, when forming a linear composite material, after passing a linear material through the melt impregnation apparatus located below, the linear material is passed through the melt impregnation apparatus positioned above. When passing the linear material through the melt impregnation apparatus located above, the new linear material was passed from the linear material supply means of the melt impregnation apparatus through the impregnation tank of the melt impregnation apparatus located below. It may or may not be supplied to the outer periphery of the linear material.
[0018]
In this way, the linear composite material is gradually formed thick using a plurality of melt impregnation apparatuses. Further, the outer periphery of the linear composite material formed through the impregnation tank of the melt impregnation apparatus located below is formed so as to cover the metal melted using the melt impregnation apparatus located above. Therefore, it is possible to form a linear composite material having a plurality of layers that are arranged coaxially with each other and stacked on each other along the radial direction.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a multistage
As shown in FIG. 1, the multistage
[0020]
In the multistage
[0021]
The multistage
[0022]
That is, the multistage
[0023]
Furthermore, the multistage
[0024]
Since the
As shown in FIG. 2, the first melt impregnation apparatus 2a includes a
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
The pressurized gas supply source can continuously supply pressurized gas into the
[0030]
Note that the
[0031]
The linear material supply means 10 includes a
[0032]
The linear material supply means 10 can guide the
[0033]
The
[0034]
The
[0035]
Further, the
[0036]
Further, the melt impregnation apparatus 2 a is provided between the
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
The
[0040]
The
[0041]
The
[0042]
The
[0043]
As the
[0044]
In addition, the
[0045]
On the other hand, since the
[0046]
When forming the linear
[0047]
And the linear
[0048]
The linear
[0049]
And the linear
[0050]
The
[0051]
The
[0052]
The linear
[0053]
And the linear
[0054]
The
[0055]
The
[0056]
As shown in FIGS. 3 and 4, the linear
[0057]
According to the multistage
[0058]
When the linear
[0059]
In this manner, the linear
[0060]
Therefore, the deterioration of the
[0061]
Further, the
[0062]
Accordingly, the linear material supply means 10 supplies the
[0063]
For example, the
[0064]
Furthermore, when the
[0065]
By not supplying the linear material 4c from the linear material supply means 10 of the
[0066]
In this way, a linear
[0067]
Each
[0068]
At the same time, the contact between the
[0069]
The
[0070]
Therefore, when the multistage
[0071]
Further, in the above-described embodiment, the multistage
[0072]
In addition, according to the present invention, the
[0073]
In the linear
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the linear composite material is formed, the linear material is passed through the melt impregnation apparatus located below and then the linear material is passed through the upper melt impregnation apparatus. When the linear material is passed through the upper melt impregnation apparatus, a new linear material can be supplied from the linear material supply means to the outer periphery of the linear material that has passed through the lower melt impregnation apparatus. .
[0075]
In this way, the linear composite material is gradually formed thick using a plurality of melt impregnation apparatuses. For this reason, the time during which the linear material is exposed to the molten metal is suppressed, and deterioration of the linear material due to heat can be suppressed. In addition, since the linear composite material is gradually thickened using a plurality of melt impregnation devices, the linear material is immersed in the metal in the impregnation tank even when forming a relatively thick linear composite material. The time to make it possible can be suppressed.
[0076]
Therefore, it is possible to suppress the work time required for producing the linear composite material, and it is possible to suppress a decrease in the production efficiency of the linear composite material. Moreover, since deterioration of a linear material and a reduction in production efficiency can be suppressed, a relatively thick linear composite material can be easily formed.
[0077]
Furthermore, it forms so that the metal etc. which were fuse | melted using the upper melt | dissolution impregnation apparatus may be coat | covered on the outer periphery of the linear composite material formed through the lower melt impregnation apparatus. At this time, a new linear material may or may not be supplied. For this reason, the linear composite material which has several layers laminated | stacked along the mutually coaxial radial direction can be formed.
[0078]
Therefore, the linear material supply means can supply different linear materials for each melt impregnation apparatus, and the metal accommodated in the impregnation tank can be different for each melt impregnation apparatus.
[0079]
For example, a linear composite material that is relatively difficult to bend can be formed by using a metal and a linear material that have relatively high rigidity in the melt impregnation apparatus that forms the outermost layer of the linear composite material. In addition, the melt impregnation apparatus for forming the outermost layer uses a metal and a linear material having relatively low rigidity, so that a linear composite material that is relatively easily bent and highly elastic can be formed.
[0080]
Further, the melt impregnation apparatus for forming the outermost layer can form a linear composite material having excellent corrosion resistance by using a metal that can form a relatively passive state such as aluminum. By not supplying the linear material from the linear material supply means of the melt impregnation apparatus for forming the outermost layer, a linear composite material in which the linear material is not exposed to the outside can be formed, and the outermost layer is formed. By supplying the linear material from the linear material supply means of the melt impregnating apparatus, a linear composite material including the linear material in the outer layer can be formed.
[0081]
In this way, by using a plurality of melt impregnation apparatuses to form a linear composite material having a plurality of layers laminated along a coaxial radial direction, a linear composite material having a wide variety of specifications can be obtained. It can be formed easily.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a multistage melt impregnation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a configuration of a melt impregnation apparatus of the multistage melt impregnation apparatus of the same embodiment.
FIG. 3 is a schematic view showing a linear composite material obtained by the multistage melt impregnation apparatus of the same embodiment.
FIG. 4 is a schematic view showing a linear composite material obtained by the multistage melt impregnation apparatus of the same embodiment.
FIG. 5 (A) is a side view of an extruder used for conventional electric wire production and the like.
(B) is a front view of the extruder shown in FIG. 5 (A).
FIG. 6 is an explanatory view showing a conventional method for producing a composite material.
[Explanation of symbols]
1 Multi-stage melt impregnation equipment
2a First melt impregnation apparatus
2b Second melt impregnation apparatus
2c Third melt impregnation apparatus
3a Linear composite material
3b linear composite material
3c linear composite material
4a Linear material
4b Linear material
4c linear material
5 Impregnation tank
6a Molten metal
6b Molten metal
6c Molten metal
7 Pressure vessel
9 Pressurized gas supply means
10 Linear material supply means
14 Entrance seal
15 Outlet seal
16 Aperture
Claims (1)
下側に位置する溶融含浸装置の出口シール部を通して取り出された線状複合材料を、この溶融含浸装置の上側に位置する溶融含浸装置の入口シール部を通して含浸槽内に供給可能に、前記溶融含浸装置を鉛直方向に沿って互いに直列に配したことを特徴とする多段溶融含浸装置。A pressure vessel, an impregnation vessel provided in the pressure vessel and containing a metal melted therein, an inlet seal provided at the bottom of the impregnation vessel and communicating between the outside and the impregnation vessel; and the pressure An outlet seal portion provided at an upper portion of the container and communicating with the inside and outside of the pressure vessel; a throttle portion provided between the seal portions and communicating with the inside and the outside of the impregnation tank; and the pressure vessel A pressurized gas supply means for supplying a pressurized gas therein, a linear material is supplied into the impregnation tank through the inlet seal portion 14 to impregnate the molten metal, and the throttle portion And a plurality of melt impregnation apparatuses capable of forming a linear composite material by taking out the linear material impregnated with the metal through the outlet seal portion,
The melt impregnation is capable of supplying the linear composite material taken out through the outlet seal portion of the melt impregnation apparatus located on the lower side into the impregnation tank through the inlet seal portion of the melt impregnation apparatus located on the upper side of the melt impregnation apparatus. A multistage melt impregnation apparatus characterized in that the apparatuses are arranged in series along a vertical direction.
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