JPH04253560A - 複合線材の製造装置及び複合線材を用いた板材 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、炭素繊維やア
ルミナ繊維などの長い強化繊維を連続的に複合化して複
合線材を製造するための装置に関する。

【０００２】また、複合線材の製造装置によって製造さ
れた複合線材を積層状に積み重ねた複合線材を用いた板
材に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来、炭素繊維やアルミナ繊維をアルミ
ニウム（Ａｌ）などの母地によって複合化する方法とし
て種々の装置があるが、そのうち代表的なものとして以
下のようなものがある。

【０００４】図８は、高圧鋳造法の装置を示す概略図で
あって、２０はＬ字形の空洞部２１を有するＬ字形の金
型である。この金型２０の垂直部２２に加圧部２３が嵌
入し、この加圧部２３が上下動するようになっている。 Ｌ字形空洞部２１の水平部２４には強化繊維の配列体２
５が詰め込まれて、このＬ字形の空洞部２１に母地とな
る金属２６が溶融状態で入れられている。そして、加圧
部２３が下方に移動することによって金属２６を加圧し
、強化繊維内に母地が浸透するように構成されている。

【０００５】図９は、熱間引抜き法の概略図であって、
ダイス３０に入口側が大径で出口側が小径の透孔３１が
形成され、加熱されたダイス３０の透孔３１に金属箔が
巻き付けられたワイヤ状の強化繊維３２を通過させて引
き抜きながら強化繊維３２を複合化していく。一定の太
さの複合線材を製作するにはダイス３０の透孔３１に引
き抜いた複合線材３２を再度金属箔を巻き付けて束ね前
記手順を繰り返す。

【０００６】図１０は、炭素繊維を複合化する場合の製
造装置の概略図であって、ロール４０に巻き付けられた
炭素繊維４１が中央のスラリーバス４２に浸漬されノズ
ル４３によって絞られて巻取機４４によって巻き取られ
ている。

【０００７】以上のようにして製作された複合線材は、
一般に強化紐や電線などに用いられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記実施例の
うち図８の高圧鋳造法は、限られた金型のＬ字形空洞部
内に一定に裁断された強化繊維を詰め込まなければなら
ないため、強化繊維の大きさや形状に制限があり、しか
も、連続的な複合化はできない。

【０００９】また、図９の熱間引抜き法の場合は、強化
繊維に母地の金属箔を巻き付けて複合化しただけである
ことから個々の繊維まで複合化でき難く、強化繊維同士
の複合化が十分ではない。しかも、一定の太さの複合線
材を製作するには再度同じ手順を繰り返さなければなら
ないことから手間がかかる。

【００１０】図１０の炭素繊維をスラリーバスに浸漬す
る装置は繊維の配列が不揃いになって母地内の気泡の除
去や繊維の配列の乱れを防止することができない。この
発明は、上記課題を解決するためになされたもので、強
化繊維の大きさや形状に制限されることがなく連続的に
複合化が可能で、強化繊維同士の複合化の密度も高く、
強化繊維の配列も適性な複合線材を製造するための製造
装置を提供することを目的とする。

【００１１】また、複合線材を積層状に積み重ねた軽く
て丈夫な複合線材の板材を提供することを目的としてい
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の複合線材の製造
装置は、母地を溜める中空部を有する金型と、中空部に
圧入し中空部内の母地を押し出す押出部と、中空部に隣
接し中空部から押し出された母地を強化繊維に浸透させ
る浸透通路と、浸透通路の一端側に設けられた強化繊維
が入る入口部と、同じく浸透通路の他端側に設けられた
母地が浸透した強化繊維が出るノズル部とから構成され
ている。

【００１３】また、強化繊維に母地が浸透してなる複合
線材を積層状に積み重ねて加圧し板状に形成している。

【００１４】

【作用】本発明の複合線材の製造装置は前記構成により
、中空部内の母地が押出部によって浸透通路に押し出さ
れ浸透通路を通過する強化繊維の束に母地が浸透する。 母地が浸透した強化繊維はノズル部から引き抜かれ高圧
加圧され巻き取られる。浸透通路を通過する強化繊維は
テンションがかけられているので繊維が整列している。

【００１５】また、複合線材を用いた板材は、単なる板
材に比べて軽くて丈夫である。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１及び図２は、本発明の複合線材の製造装置
の一実施例であつて、この実施例の複合線材の製造装置
１は、母地２を溜める中空部３を有する金型４と、中空
部３内に圧入し中空部３内の母地２を押し出す押出部５
と、中空部３の下端部に設けられた中空部３と浸透通路
６とを連通する連通路７と、連通路７の下端部に設けら
れた浸透通路６と、浸透通路６の一端側に設けられた入
口部８と、浸透通路６の他端側に設けられたノズル部９
とから構成されている。この図１及び図２の構成図は加
圧のためのプレス及び外枠は省略されている。

【００１７】金型４の中空部３には、内型１１が嵌め込
まれて、この内型１１を取り囲んで加熱ヒータ１０ーが
設けられ、母地２を加熱するよう構成されている。但し
、この加熱ヒータ１０ーは、常温の母地２を使用する場
合には必ずしも必要ではない。

【００１８】この金型４の内型１１にはプランジヤなど
の押出部５が内嵌し、この押出部５によって加熱ヒータ
１０ーにより溶融した母地２を２本の通路からなる連通
路７へ押し出す。

【００１９】この連通路７の下端に設けられた浸透通路
６は断面が図２に示すように半円同士を結合して略瓢箪
形の通路であって、強化繊維１２Ａ　がこの浸透通路６
の一端側から他端側の中央部を通過する。このように浸
透通路６の断面を略瓢箪形に形成することにより強化繊
維１２Ａ　に母地２を均等に浸透させることができる。 但し、浸透通路６は上記のような形状である必要はなく
断面が円形や楕円形のものであつてもよく、その形状は
問わない。

【００２０】浸透通路６の一端側には入口部８が設けら
れている。この入口部８は金型４の浸透通路６の一端部
に嵌合部１３Ａ　が形成され、この嵌合部１３Ａ　に入
口部８が嵌合している。入口部８の通路は一端と他端が
細く、中央部８Ａが太くなつており、この中央部８Ａの
下部から不活性ガス１４（アルゴンガスを使用）が中央
部８Ａ内に充填し炭素繊維などの強化繊維１２Ａ　が酸
化しないようになっている。

【００２１】金型４の浸透通路６の他端側に嵌合部１３
Ｂ　が形成され、この嵌合部１３Ｂ　にはノズル部９が
嵌合し、このノズル部９は、母地２が浸透した強化繊維
１２Ａ　を高圧に絞り込んで母地２がたれ落ちないよう
にダイス（図示せず）が取り付けられている。

【００２２】このノズル部９から他端方向に筒状の冷却
部１５が設けられ、この冷却部１５の通路にも不活性ガ
ス１４が通るように構成され、母地２が浸透した強化繊
維１２Ａ　を冷却しするとともに、強化繊維１２Ａ　が
酸化しないよう配慮されている。

【００２３】次に、上記実施例の複合線材の製造装置１
によって金属の母地２で炭素繊維やアルミナ繊維などの
強化繊維１２Ａ　を複合化する場合の使用状態を説明す
る。 まず、金型４を加熱ヒータ１０で加熱し、金型４の中空
部３に入れられたアルミニウム（Ａｌ）を軟化ないしは
溶融状態になるように４５０℃〜７００℃で加熱する。

【００２４】そして、軟化ないしは溶融状態のアルミニ
ウム（Ａｌ）を５０ｋｇｆ／ｃｍ２　から７０００ｋｇ
ｆ／ｃｍ２　で加圧し、アルミニウム（Ａｌ）を連通路
７を通して浸透通路６側に押し出す。

【００２５】浸透通路６の一端側の入口部８から他端側
のノズル部９にかけて強化繊維１２Ａ　の束がテンシヨ
ンをかけた状態で通されている。そして、浸透通路６内
の強化繊維１２Ａ　の束に加圧されたアルミニウム（Ａ
ｌ）が浸透し、さらに強化繊維１２Ａ　を引き抜く際に
ノズル部９のダイス（図示せず）によって高圧加圧され
アルミニウム（Ａｌ）と複合化し、冷却部１５で不活性
ガス１４によって冷却される。冷却部１５で冷却された
複合線材１２Ｂ　は巻取機１６によって連続的に巻き取
られる。

【００２６】このようにして強化繊維１２Ａ　は短時間
で母地２に包みこまれワイヤとして巻き取られるので強
化繊維１２Ａ　の高温酸化や金属との反応も最小限に抑
えることができる。

【００２７】なお、複合線材１２Ｂ　の径はノズル部９
のダイス（図示せず）を変えることにより自由な大きさ
に変更することができる。上記のようにして製造された
複合線材１２Ｂ　の断面を図３に示しているが、同図の
ように複合線材１２Ｂ　は母地２の中心付近にやや密に
強化繊維１２Ａ　が複合化されている。

【００２８】次に上記の実施例のさらに具体的な実施例
を数値に基づいて説明する。強化繊維１２Ａ　は炭素繊
維を用い、繊維数は約２０００本を束ねたものである。 母地２は純度が９９．７％のアルミニウム（Ａｌ）を使
用した。製造条件はアルミニウム（Ａｌ）の加熱温度６
３０℃、金型４の加熱温度（内型１１の温度）６７０℃
、押圧部５による加圧力３０００ｋｇｆ／ｃｍ２　、炭
素繊維の引張速度は張力が働く程度の任意速度、入口部
８とノズル部９の径は１．５ｍｍであった。

【００２９】その結果、炭素繊維がほぼ均一に複合化さ
れて、炭素繊維と母地２のアルミニウムとの境界には空
洞はみられなかつた。なお、上記実施例では母地２とし
てアルミニウム（Ａｌ）を使用した例を説明したが、高
分子系樹脂を母地２として使用することもできる。例え
ば、母地２として熱可塑性高分子系樹脂を使用した場合
、アルミニウム（Ａｌ）を母地２として使用した場合と
同様な押出し方法であるが、加熱温度と加圧圧力が熱可
塑性高分子系樹脂に適した値を用いればよい。

【００３０】また、母地として熱硬化性高分子系樹脂を
使用した場合、金型４を加熱することなく、冷却部１５
をノズル部９として、このノズル部９を加熱し、その他
はアルミニウム（Ａｌ）を母地として使用した場合と同
様にして押し出せばよい。

【００３１】上記のようにして製造した複合線材１２Ｂ
　は図４に示すように繊維密度が高く整然と並んでいる
。次に、前記のようにして製作した複合線材１２Ｂ　を
板体に製作する場合を説明する。図５から図７は、板材
１７の製造例を示し、図５は、複合線材１２Ｂ　を束ね
積層状に積み重ねた状態を示している。そして、図６の
ように積層状に積み重ねた複合線材１２Ｂ　をホットプ
レス法や熱間圧延などの手法により加圧成型を行う。こ
のように加圧成型して図７のように最終成型を行って複
合線材１２Ｂ　の板材１７が完成する。このようにして
できた複合線材１２Ｂ　の板材１７は、軽くて丈夫であ
ることから飛行機の翼や、飛行機のフラップさらにはロ
ボットのアームなどに用いることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明の複合線材の製造装置は、前記構
成により、強化繊維の大きさや形状に制限されることが
なく連続的に複合化が可能で、強化繊維同士の複合化の
密度も高く、繊維の配列も適性である。

【００３３】また、本発明の複合線材を用いた板材は、
複合線材を積層状に積み重ねて加圧したことから軽くて
丈夫である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合線材の製造装置の正面側の断面図
である。

【図２】本発明の複合線材の製造装置の側面側の断面図
である。

【図３】金属を母地とする複合線材を裁断した端部の斜
視図である。

【図４】高分子系複合材料を母地とする複合線材を裁断
した端部の斜視図である。

【図５】複合線材を積層状に積み重ねた端部の斜視図で
ある。

【図６】積層状に積み重ねた複合線材を加圧した端部の
斜視図である。

【図７】複合線材を板状に最終成型した端部の斜視図で
ある。

【図８】従来の高圧鋳造法の概略図である。

【図９】従来の熱間引抜き法の概略図である。

【図１０】従来の炭素繊維の複合化の概略図である。

【符号の説明】

１　　　　複合線材の製造装置 ２　　　　母地 ３　　　　中空部 ４　　　　金型 ５　　　　押出部　　 ６　　　　浸透通路 ８　　　　入口部 ９　　　　ノズル部 １２Ａ　　強化繊維 １７　　　　板材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　母地を溜める中空部を有する金型と、
   中空部に圧入し中空部内の母地を押し出す押出部と、中
   空部に隣接し中空部から押し出された母地を強化繊維に
   浸透させる浸透通路と、浸透通路の一端側に設けられた
   強化繊維が入る入口部と、同じく浸透通路の他端側に設
   けられた母地が浸透した強化繊維が出るノズル部とから
   構成されていることを特徴とする複合線材の製造装置。
2. 【請求項２】　　強化繊維に母地が浸透してなる複合線
   材を積層状に積み重ねて加圧し板状に形成したことを特
   徴とする複合線材を用いた板材。