JPH07214285A - 繊維強化金属複合材料の製造方法及びその装置 - Google Patents
繊維強化金属複合材料の製造方法及びその装置Info
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- JPH07214285A JPH07214285A JP6011796A JP1179694A JPH07214285A JP H07214285 A JPH07214285 A JP H07214285A JP 6011796 A JP6011796 A JP 6011796A JP 1179694 A JP1179694 A JP 1179694A JP H07214285 A JPH07214285 A JP H07214285A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】長尺や太径のFRM内部にポロシティーやマト
リックス金属の未含浸部分、割れなどの欠陥のない均質
なFRMが製造できる方法及びその装置を提供するこ
と。 【構成】底部を台座3で閉塞した管体6の内部に強化繊
維集合体1を充填した後、この管体を金型内に装着し、
管体の上部からマトリックス金属の溶湯4を注入・加圧
手段8で注入・加圧する。この際、前記台座3として、
台座の中央部近傍に頂端部5aが台座の底面3aから上
方に向って3〜30mm突出し、かつ、内部に外気に通
じる通気孔5bを有する細管5が設けられた台座を用い
る。
リックス金属の未含浸部分、割れなどの欠陥のない均質
なFRMが製造できる方法及びその装置を提供するこ
と。 【構成】底部を台座3で閉塞した管体6の内部に強化繊
維集合体1を充填した後、この管体を金型内に装着し、
管体の上部からマトリックス金属の溶湯4を注入・加圧
手段8で注入・加圧する。この際、前記台座3として、
台座の中央部近傍に頂端部5aが台座の底面3aから上
方に向って3〜30mm突出し、かつ、内部に外気に通
じる通気孔5bを有する細管5が設けられた台座を用い
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、いわゆる高圧鋳造法に
よって繊維強化金属複合材料(以下、FRMと称す
る。)から成る、例えば厚肉の管状体や中実の棒状体な
ど、特に長尺や太径の中実棒状体のFRMを製造する方
法及びその装置の改良に関する。
よって繊維強化金属複合材料(以下、FRMと称す
る。)から成る、例えば厚肉の管状体や中実の棒状体な
ど、特に長尺や太径の中実棒状体のFRMを製造する方
法及びその装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、中実棒状や管状などのFRMを製
造する方法としては、各種の方法があるがその代表的な
一つに高圧鋳造法がある。この製造方法は、例えば特開
昭63−235059号公報に記載されているように、
補強繊維の集合体が入った金属製の管体を金型に入れ、
管体内にマトリックスとなる金属の溶湯を注ぎ込み、そ
の溶湯を加圧して上記繊維集合体内に含浸し、凝固せし
めた後、脱型し、管体を切削、除去してFRMを取り出
す方法である。
造する方法としては、各種の方法があるがその代表的な
一つに高圧鋳造法がある。この製造方法は、例えば特開
昭63−235059号公報に記載されているように、
補強繊維の集合体が入った金属製の管体を金型に入れ、
管体内にマトリックスとなる金属の溶湯を注ぎ込み、そ
の溶湯を加圧して上記繊維集合体内に含浸し、凝固せし
めた後、脱型し、管体を切削、除去してFRMを取り出
す方法である。
【0003】しかし、この製造方法には、以下の問題が
ある。すなわち、中子を用いて薄肉の管状体を製造する
場合は、マトリックスが含浸される繊維集合体の体積が
小さく、従ってマトリックスの溶湯が少なくてすみ、殆
どキャビティー内の残存気体は溶湯の流れによって押し
出されるため問題なく製造する事が出来る。しかし、長
尺、太径の中実棒状体や厚肉管のFRMを製造する場合
は、補強繊維の集合体内に奥深く入っている空気や不活
性ガスなどの気体が溶湯を注入、加圧させる際に繊維集
合体内から完全に抜け切る事ができず、FRM下部のほ
ぼ中央部分にガス溜まりが出来てしまう。その部分は溶
湯金属が全く充填されていないため、いわゆる含浸不良
部分となるという問題がある。
ある。すなわち、中子を用いて薄肉の管状体を製造する
場合は、マトリックスが含浸される繊維集合体の体積が
小さく、従ってマトリックスの溶湯が少なくてすみ、殆
どキャビティー内の残存気体は溶湯の流れによって押し
出されるため問題なく製造する事が出来る。しかし、長
尺、太径の中実棒状体や厚肉管のFRMを製造する場合
は、補強繊維の集合体内に奥深く入っている空気や不活
性ガスなどの気体が溶湯を注入、加圧させる際に繊維集
合体内から完全に抜け切る事ができず、FRM下部のほ
ぼ中央部分にガス溜まりが出来てしまう。その部分は溶
湯金属が全く充填されていないため、いわゆる含浸不良
部分となるという問題がある。
【0004】一方、特開平3−81059号公報には、
上記欠点を解消するため、金型の底部に高圧鋳造時のガ
ス抜き穴を設けた方法が提供されている。この方法は、
プリフォームを硬化させ際に用いるガス抜き穴であり、
各種ガスはこの穴から外部に容易に抜けるが、高圧鋳造
時の補強繊維集合体の内部に充満したガスは以下の理由
によって容易に抜けきれない。すなわち、高圧鋳造時の
マトリックス金属の溶湯は、金型の内周壁面にそって下
方に流れるが、ガスが抜けきるにはある程度の時間を要
する。この場合、金型の温度がマトリックス金属の凝固
温度より高い場合、加圧されたマトリックス金属の溶湯
は台座と金型の合わせ面などの隙間から型の外へガスと
共に排出される。逆に、凝固温度より低い場合は一部の
ガスは台座と金型の合わせ面やガス抜き穴から排出され
るが、金型底部に流れて来た一部のマトリックス金属の
溶湯は台座と金型の合わせ面やガス抜き穴部分で凝固し
てしまうため、完全には抜けきらず大半は金型内部にト
ラップされる。即ち、通常、金型へ補強繊維集合体が挿
入しやすいように補強繊維集合体と金型との間に僅かな
がらも隙間を設けるためこの部分の溶湯の流動抵抗が低
くなり、金型上部から注入された溶湯は、どうしても繊
維集合体の中央部よりも先に金型の内壁に沿って流下し
て行きやがて凝固してしまうため、この凝固部分よりも
上方に位置する集合体中央部のガスはトラップされてし
まうのである。この状態でいくら溶湯の加圧力を高くし
ても集合体内にトラップされたガスは抜けない。そのた
め、その部分の繊維集合体には、マトリックス金属が含
浸されない、いわゆる複合化不良部分が発生し、FRM
の繊維方向に縦割れが生じたり、部分的に強度が低くな
って力学的に均質なFRMが得られないと言う問題があ
る。
上記欠点を解消するため、金型の底部に高圧鋳造時のガ
ス抜き穴を設けた方法が提供されている。この方法は、
プリフォームを硬化させ際に用いるガス抜き穴であり、
各種ガスはこの穴から外部に容易に抜けるが、高圧鋳造
時の補強繊維集合体の内部に充満したガスは以下の理由
によって容易に抜けきれない。すなわち、高圧鋳造時の
マトリックス金属の溶湯は、金型の内周壁面にそって下
方に流れるが、ガスが抜けきるにはある程度の時間を要
する。この場合、金型の温度がマトリックス金属の凝固
温度より高い場合、加圧されたマトリックス金属の溶湯
は台座と金型の合わせ面などの隙間から型の外へガスと
共に排出される。逆に、凝固温度より低い場合は一部の
ガスは台座と金型の合わせ面やガス抜き穴から排出され
るが、金型底部に流れて来た一部のマトリックス金属の
溶湯は台座と金型の合わせ面やガス抜き穴部分で凝固し
てしまうため、完全には抜けきらず大半は金型内部にト
ラップされる。即ち、通常、金型へ補強繊維集合体が挿
入しやすいように補強繊維集合体と金型との間に僅かな
がらも隙間を設けるためこの部分の溶湯の流動抵抗が低
くなり、金型上部から注入された溶湯は、どうしても繊
維集合体の中央部よりも先に金型の内壁に沿って流下し
て行きやがて凝固してしまうため、この凝固部分よりも
上方に位置する集合体中央部のガスはトラップされてし
まうのである。この状態でいくら溶湯の加圧力を高くし
ても集合体内にトラップされたガスは抜けない。そのた
め、その部分の繊維集合体には、マトリックス金属が含
浸されない、いわゆる複合化不良部分が発生し、FRM
の繊維方向に縦割れが生じたり、部分的に強度が低くな
って力学的に均質なFRMが得られないと言う問題があ
る。
【0005】この対策として、補強繊維の集合体が充填
された金属管体内の気体を、金属溶湯が加圧注入される
前に予め金属管体内より吸引、排出しておく方法も考え
られるが、装置化が難しいこととそのための設備費が高
いことから実用的でない。
された金属管体内の気体を、金属溶湯が加圧注入される
前に予め金属管体内より吸引、排出しておく方法も考え
られるが、装置化が難しいこととそのための設備費が高
いことから実用的でない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した問題点を解決し、長尺の中実棒状体、太径の中実棒
状体及び厚肉管状体のFRMにおいても、FRM内部に
ポロシティーや補強繊維内部にマトリックス金属の未含
浸部分が発生せず、割れ発生などの欠陥のない均質なF
RMが製造でき、その結果力学的特性に優れたFRMを
得ることができる繊維強化金属複合材料の製造方法及び
その装置を提供することにある。
した問題点を解決し、長尺の中実棒状体、太径の中実棒
状体及び厚肉管状体のFRMにおいても、FRM内部に
ポロシティーや補強繊維内部にマトリックス金属の未含
浸部分が発生せず、割れ発生などの欠陥のない均質なF
RMが製造でき、その結果力学的特性に優れたFRMを
得ることができる繊維強化金属複合材料の製造方法及び
その装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の製造方法は、管体の内部に補強繊維の集合
体を充填した後、該管体の底部を台座で閉塞し、しかる
後に前記管体と一体となった台座を筒状の金型の底部に
装着するか、または、底部を台座で閉塞した管体の内部
に補強繊維の集合体を充填した後、前記補強繊維を充填
した管体を金型の底部に装着し、次いで前記管体の上部
からマトリックス金属の溶湯を注入・加圧することによ
り繊維強化金属からなる繊維強化金属複合材料を製造す
る繊維強化金属複合材料の製造方法であって、前記台座
として、該台座の中央部近傍に頂端部が前記台座の底面
から上方に向って3〜30mm突出し、かつ、内部に外
気に通じる通気孔を有する細管が設けられた台座を用い
ることを特徴とする。
め、本発明の製造方法は、管体の内部に補強繊維の集合
体を充填した後、該管体の底部を台座で閉塞し、しかる
後に前記管体と一体となった台座を筒状の金型の底部に
装着するか、または、底部を台座で閉塞した管体の内部
に補強繊維の集合体を充填した後、前記補強繊維を充填
した管体を金型の底部に装着し、次いで前記管体の上部
からマトリックス金属の溶湯を注入・加圧することによ
り繊維強化金属からなる繊維強化金属複合材料を製造す
る繊維強化金属複合材料の製造方法であって、前記台座
として、該台座の中央部近傍に頂端部が前記台座の底面
から上方に向って3〜30mm突出し、かつ、内部に外
気に通じる通気孔を有する細管が設けられた台座を用い
ることを特徴とする。
【0008】この場合、前記溶湯に対する加圧力は、3
00〜1300Kg/cm2 ・Gであるのが好ましい。
00〜1300Kg/cm2 ・Gであるのが好ましい。
【0009】本発明の製造装置は、内部に補強繊維の集
合体を充填する管体と、前記管体の底部を閉塞する台座
と、前記補強繊維が充填された管体を収容する金型と、
前記管体の上部からマトリックス金属の溶湯を注入・加
圧する溶湯の注入・加圧手段とを備えた繊維強化金属複
合材料の製造装置であって、前記台座の中央部近傍に
は、頂端部が前記台座の底面から上方に向って3〜30
mm突出し、かつ、内部に外気に通じる通気孔を有する
細管が設けられていることを特徴とする。
合体を充填する管体と、前記管体の底部を閉塞する台座
と、前記補強繊維が充填された管体を収容する金型と、
前記管体の上部からマトリックス金属の溶湯を注入・加
圧する溶湯の注入・加圧手段とを備えた繊維強化金属複
合材料の製造装置であって、前記台座の中央部近傍に
は、頂端部が前記台座の底面から上方に向って3〜30
mm突出し、かつ、内部に外気に通じる通気孔を有する
細管が設けられていることを特徴とする。
【0010】この場合、前記通気孔の内径は、3〜10
mmとするのが好ましく、前記細管は、前記台座の中央
部近傍に複数本設けるのが好ましい。
mmとするのが好ましく、前記細管は、前記台座の中央
部近傍に複数本設けるのが好ましい。
【0011】なお、上記細管は、台座とは別体のもの
が、例えばネジ止めや溶接などの手段により台座と一体
に設けられていてもよいし、台座自体に細管が切削加工
や鋳造などの手段により一体形成されていてもよいこと
は勿論であり、いずれの態様も本発明に含まれる。
が、例えばネジ止めや溶接などの手段により台座と一体
に設けられていてもよいし、台座自体に細管が切削加工
や鋳造などの手段により一体形成されていてもよいこと
は勿論であり、いずれの態様も本発明に含まれる。
【0012】
【作用】本発明によれば、まず、管体の内部に補強繊維
の集合体を充填した後、該管体の底部を台座で閉塞し、
しかる後に前記管体と一体となった台座を筒状の金型の
底部に装着するか、または、底部を台座で閉塞した管体
の内部に補強繊維の集合体を充填した後、前記補強繊維
を充填した管体を金型の底部に装着する。次に、注入・
加圧手段により、管体の上方からマトリックス金属の溶
湯を注入し、注入・加圧手段により溶湯に圧力を加える
と、溶湯が強化繊維の集合体内に含浸し始める。
の集合体を充填した後、該管体の底部を台座で閉塞し、
しかる後に前記管体と一体となった台座を筒状の金型の
底部に装着するか、または、底部を台座で閉塞した管体
の内部に補強繊維の集合体を充填した後、前記補強繊維
を充填した管体を金型の底部に装着する。次に、注入・
加圧手段により、管体の上方からマトリックス金属の溶
湯を注入し、注入・加圧手段により溶湯に圧力を加える
と、溶湯が強化繊維の集合体内に含浸し始める。
【0013】注入・加圧手段のプランジャが下降する
と、溶湯は、まず流動抵抗の低い管体の内周面近傍と台
座の底面付近から凝固し始め、管体の内周面近傍、台座
と管体との間、及び台座の底面上が凝固金属で連結され
て、いわゆるセルフシール状態となる。しかし、細管の
頂端部は、台座の底面から上方に向って3〜30mmの
長さHだけ突出しているので、その頂端部はセルフシー
ル部分を越えて上方に突出しており、集合体中央部にト
ラップされたガスは、溶湯金属の凝固が進むにしたがっ
て、通気孔から外部に排出される。
と、溶湯は、まず流動抵抗の低い管体の内周面近傍と台
座の底面付近から凝固し始め、管体の内周面近傍、台座
と管体との間、及び台座の底面上が凝固金属で連結され
て、いわゆるセルフシール状態となる。しかし、細管の
頂端部は、台座の底面から上方に向って3〜30mmの
長さHだけ突出しているので、その頂端部はセルフシー
ル部分を越えて上方に突出しており、集合体中央部にト
ラップされたガスは、溶湯金属の凝固が進むにしたがっ
て、通気孔から外部に排出される。
【0014】更に、注入・加圧手段のプランジャが下降
すると、集合体上部の溶湯が順次凝固するため、集合体
中央部に位置するトラップガス領域が狭められ、最終的
には補強繊維集合体の中に充満していた全てのガスが細
管の通気孔より外部に排出される。
すると、集合体上部の溶湯が順次凝固するため、集合体
中央部に位置するトラップガス領域が狭められ、最終的
には補強繊維集合体の中に充満していた全てのガスが細
管の通気孔より外部に排出される。
【0015】
【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は、本発明の製造装置の概略縦断面図で、
内部に強化繊維の集合体1が充填された状態を示してい
る。図において2は、筒状をした金型、3は、金型2の
底部を閉塞する台座で、金型2の底部に下方から装填す
ることにより固定できるようになっている。また、台座
3の中央部には、マトリクス金属の溶湯4を強化繊維の
集合体1内部に注入・加圧する際に集合体内部に滞留し
ているガスを抜くための細管5が固定されている。細管
5の固定手段としては、図示のように台座3とは別体に
構成した細管5を台座の中央部近傍に設けた穴に例え
ば、焼き嵌め、ネジ止めや溶接などの手段により台座と
一体に構成してもよいし、台座自体を切削、鋳造加工し
て形成してもよい。この細管5は、その頂端部5aが台
座の底面3aから上方に向って長さHだけ長くされてお
り、その内部には通気孔5bが設けられており、外部と
連通している。細管5の長さHは、後に詳述する強化繊
維の集合体1内部からガス抜きを容易に行なうため、3
〜30mm、より好ましくは3〜15mmにされてい
る。3mm未満では、トラップガスよりも先に細管5の
中に金属溶湯が流入し凝固してしまうこととなり、また
30mmを越えると、トラップガスが細管5から脱気が
完了する前に強化繊維集合体の中央部を流下してきた金
属溶湯が流出してやがて凝固するため、トラップガスが
強化繊維集合体の中に残存してしまうこととなり好まし
くないからである。細管5の材質は、勿論、マトリック
ス金属より融点が高い材質の管材を使用する。
明する。図1は、本発明の製造装置の概略縦断面図で、
内部に強化繊維の集合体1が充填された状態を示してい
る。図において2は、筒状をした金型、3は、金型2の
底部を閉塞する台座で、金型2の底部に下方から装填す
ることにより固定できるようになっている。また、台座
3の中央部には、マトリクス金属の溶湯4を強化繊維の
集合体1内部に注入・加圧する際に集合体内部に滞留し
ているガスを抜くための細管5が固定されている。細管
5の固定手段としては、図示のように台座3とは別体に
構成した細管5を台座の中央部近傍に設けた穴に例え
ば、焼き嵌め、ネジ止めや溶接などの手段により台座と
一体に構成してもよいし、台座自体を切削、鋳造加工し
て形成してもよい。この細管5は、その頂端部5aが台
座の底面3aから上方に向って長さHだけ長くされてお
り、その内部には通気孔5bが設けられており、外部と
連通している。細管5の長さHは、後に詳述する強化繊
維の集合体1内部からガス抜きを容易に行なうため、3
〜30mm、より好ましくは3〜15mmにされてい
る。3mm未満では、トラップガスよりも先に細管5の
中に金属溶湯が流入し凝固してしまうこととなり、また
30mmを越えると、トラップガスが細管5から脱気が
完了する前に強化繊維集合体の中央部を流下してきた金
属溶湯が流出してやがて凝固するため、トラップガスが
強化繊維集合体の中に残存してしまうこととなり好まし
くないからである。細管5の材質は、勿論、マトリック
ス金属より融点が高い材質の管材を使用する。
【0016】6は、内部に強化繊維の集合体1を充填す
るための金属製の管体で、下部が台座3の小径部と着脱
固定できるようになっている。7は、例えば石砂、アル
ミナ、塩化ナトリウムなどの非焼結粒体で、管体6の外
周面と金型2の内周面とで形成される間隙に充填され
る。一方、上部の8は、管体内に充填された強化繊維の
集合体1に、溶湯4を注入・加圧するための注入・加圧
手段であり、本実施例ではプランジャ外径が管体6の内
径にほぼ等しくされたプランジャタイプのもので、図示
は省略したが溶湯を管体6内に注入すると共に、図示し
ない駆動源により上方から下方に向って進退し、溶湯に
対して300〜1300Kg/cm2 ・G程度の加圧が
できるようになっている。注入・加圧手段としては、溶
湯が注入でき、溶湯に対する加圧力が上記範囲に制御で
きるものであれば、例えば油圧シリンダー、電動モータ
など、如何なるものであってもよい。
るための金属製の管体で、下部が台座3の小径部と着脱
固定できるようになっている。7は、例えば石砂、アル
ミナ、塩化ナトリウムなどの非焼結粒体で、管体6の外
周面と金型2の内周面とで形成される間隙に充填され
る。一方、上部の8は、管体内に充填された強化繊維の
集合体1に、溶湯4を注入・加圧するための注入・加圧
手段であり、本実施例ではプランジャ外径が管体6の内
径にほぼ等しくされたプランジャタイプのもので、図示
は省略したが溶湯を管体6内に注入すると共に、図示し
ない駆動源により上方から下方に向って進退し、溶湯に
対して300〜1300Kg/cm2 ・G程度の加圧が
できるようになっている。注入・加圧手段としては、溶
湯が注入でき、溶湯に対する加圧力が上記範囲に制御で
きるものであれば、例えば油圧シリンダー、電動モータ
など、如何なるものであってもよい。
【0017】以上が製造装置の概略説明であるが、細管
5は、図示の1本だけの態様のものに限定されず、台座
の中央部近傍であれば複数本設けられていてもよい。
又、この場合の頂端部5aは、何も一線上に揃える必要
はなく、例えば中心に位置する細管を最高の高さとし、
台座3の中心から離れるにしたがって高さHを低くして
もよいし、その逆出もよい。更に、頂端部5a近傍の形
状においても、当該場所に通気孔5bと連通する例え
ば、蜂の巣状の穴が複数設けられていてもよい。ところ
で、通気孔5bの内径は、成形体の外形にもよるが、そ
の外形が30〜100mmの場合には2〜10mm、よ
り好ましくは4〜7mmとするのが好ましい。その理由
は、管体6の体積、補強用繊維集合体1の形状、繊維体
積含有率(Vf)などにより変化する。但し、内径が1
0mmを越えると、管体の寸法、形状、体積によっては
ガスが抜けるが、細管5での溶湯の凝固によるシールが
難しくなり、ガスと同時に溶湯も外部に漏れる結果とな
りやすい。逆に3mm未満であると、ガス抜きに必要以
上の時間を要したり充分にガスが抜けきれずに溶湯金属
内部にトラップしてしまう場合がある。
5は、図示の1本だけの態様のものに限定されず、台座
の中央部近傍であれば複数本設けられていてもよい。
又、この場合の頂端部5aは、何も一線上に揃える必要
はなく、例えば中心に位置する細管を最高の高さとし、
台座3の中心から離れるにしたがって高さHを低くして
もよいし、その逆出もよい。更に、頂端部5a近傍の形
状においても、当該場所に通気孔5bと連通する例え
ば、蜂の巣状の穴が複数設けられていてもよい。ところ
で、通気孔5bの内径は、成形体の外形にもよるが、そ
の外形が30〜100mmの場合には2〜10mm、よ
り好ましくは4〜7mmとするのが好ましい。その理由
は、管体6の体積、補強用繊維集合体1の形状、繊維体
積含有率(Vf)などにより変化する。但し、内径が1
0mmを越えると、管体の寸法、形状、体積によっては
ガスが抜けるが、細管5での溶湯の凝固によるシールが
難しくなり、ガスと同時に溶湯も外部に漏れる結果とな
りやすい。逆に3mm未満であると、ガス抜きに必要以
上の時間を要したり充分にガスが抜けきれずに溶湯金属
内部にトラップしてしまう場合がある。
【0018】次に、図1乃至図4を用いて本発明の製造
方法を説明する。 まず、管体6の底部を上記細管5が設けられた台座3
を挿入して閉塞し、内部に補強繊維の集合体1を充填す
る。この補強繊維1としては、炭素繊維、アルミナ繊
維、アルミナ−シリカ繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊
維などの高強度、高弾性率繊維を使用することができ
る。これらの補強繊維は、一方向配向体、短繊維、織
物、編織、マットなどどのような形態のものであっても
よい。なお、FRMの用途などに応じて、一つの集合体
について種類の異なる補強繊維を併用したり、連続繊維
と短繊維やミルドファイバーと組み合わせて使用する事
もできる。又、形態の異なるものを併用することもでき
る。更に、補強繊維集合体には、必要に応じて結合剤な
どを含浸、塗布して集合形態が崩れないようにしておく
とよい。FRM中における好ましい補強繊維の量として
は、繊維体積含有率(Vf)が30〜75%、好ましく
は55〜70%であるが、用途などに応じて決めればよ
い。
方法を説明する。 まず、管体6の底部を上記細管5が設けられた台座3
を挿入して閉塞し、内部に補強繊維の集合体1を充填す
る。この補強繊維1としては、炭素繊維、アルミナ繊
維、アルミナ−シリカ繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊
維などの高強度、高弾性率繊維を使用することができ
る。これらの補強繊維は、一方向配向体、短繊維、織
物、編織、マットなどどのような形態のものであっても
よい。なお、FRMの用途などに応じて、一つの集合体
について種類の異なる補強繊維を併用したり、連続繊維
と短繊維やミルドファイバーと組み合わせて使用する事
もできる。又、形態の異なるものを併用することもでき
る。更に、補強繊維集合体には、必要に応じて結合剤な
どを含浸、塗布して集合形態が崩れないようにしておく
とよい。FRM中における好ましい補強繊維の量として
は、繊維体積含有率(Vf)が30〜75%、好ましく
は55〜70%であるが、用途などに応じて決めればよ
い。
【0019】次に、底部が台座3で閉塞され、内部に
強化繊維の集合体が充填された管体6を金型2の底部か
ら装填して、台座3の形状によって管体6と金型2がほ
ぼ平行になるように直立させる。
強化繊維の集合体が充填された管体6を金型2の底部か
ら装填して、台座3の形状によって管体6と金型2がほ
ぼ平行になるように直立させる。
【0020】そして、金型2と台座3との間隙に非焼
結粒体7を充填し、管体6の上部がぐらつかないように
する。なお、上記〜までの工程順序は、種々の変形
例があるが本発明においては準備段階であるため、重要
ではなく如何なるものでもよい。また、その状態で金型
2をマトリックス金属の溶融温度よりも低い温度で加熱
しておく。
結粒体7を充填し、管体6の上部がぐらつかないように
する。なお、上記〜までの工程順序は、種々の変形
例があるが本発明においては準備段階であるため、重要
ではなく如何なるものでもよい。また、その状態で金型
2をマトリックス金属の溶融温度よりも低い温度で加熱
しておく。
【0021】しかる後、注入・加圧手段8により、管
体6の上方からマトリックス金属の溶湯4を注入する。
マトリックス金属としては、通常、軽金属であるアルミ
ニウムやマグネシウム及びそれらの合金、又は、低融点
金属である亜鉛、スズなどを含む合金が使用に適し、用
途及び強化繊維1の種類に応じて適宜選択する。ここま
での状態を示したのが、即ち上記図1である。
体6の上方からマトリックス金属の溶湯4を注入する。
マトリックス金属としては、通常、軽金属であるアルミ
ニウムやマグネシウム及びそれらの合金、又は、低融点
金属である亜鉛、スズなどを含む合金が使用に適し、用
途及び強化繊維1の種類に応じて適宜選択する。ここま
での状態を示したのが、即ち上記図1である。
【0022】次に、注入・加圧手段8により溶湯に対
して300〜1300Kg/cm2・G程度の加圧力を
加えると、溶湯金属4が強化繊維集合体2内に浸透し始
める。この状態を示したのが図2であり、図中網線部が
溶湯金属4の浸透領域である。(以下、図3,4につい
ても同様に網線部は溶湯金属4の浸透領域を示す) 更に、注入・加圧手段8のプランジャが下降すると、
図3の状態となる。即ち、溶湯金属4は、先ず流動抵抗
の低い管体6の内周面近傍と台座の底面3a付近から流
下し始め、管体6の内周面近傍や台座3と管体6との
間、及び台座底面3a上へ流れて直ぐに凝固する。この
溶湯金属4の凝固によって台座3と管体6等の隙間はセ
ルフシール状態となる。しかし、細管の頂端部5aは、
台座の底面3aから上方に向って3〜30mmの長さH
だけ突出しているので、その頂端部5aは、上記セルフ
シール部分を越えて上方に突出しており、集合体中央部
にトラップされたガスは、溶湯金属の凝固が進むにした
がって、通気孔5bから外部に排出される。すなわち、
細管の上記突出長さHは、上記セルフシールの高さを越
えるに適した長さであり、本発明においてはこの溶湯金
属の凝固によって生じたセルフシール領域の高さより
も、細管の頂端部5aの位置が高い位置にある必要があ
る。このような最適条件が生じるのは、強化繊維の繊度
や形態,充填密度、溶湯金属の種類や温度,注入速度な
どにもよるものであるが、強化繊維集合体1と管体6の
内周面との僅かな隙間から流入して台座3の底面へ達す
る溶湯金属の量と、それを凝固させる時間を決める管体
6の底端部及び台座3の加熱温度で決まる。溶湯金属の
量が多過ぎると、図4に示すような状態で中央にトラッ
プガスが残らないため、図4の状態を生じさせる台座3
の底面へ達する溶湯金属の量は限定されるため、細管の
突出長さHは3〜30mmの範囲で十分である。
して300〜1300Kg/cm2・G程度の加圧力を
加えると、溶湯金属4が強化繊維集合体2内に浸透し始
める。この状態を示したのが図2であり、図中網線部が
溶湯金属4の浸透領域である。(以下、図3,4につい
ても同様に網線部は溶湯金属4の浸透領域を示す) 更に、注入・加圧手段8のプランジャが下降すると、
図3の状態となる。即ち、溶湯金属4は、先ず流動抵抗
の低い管体6の内周面近傍と台座の底面3a付近から流
下し始め、管体6の内周面近傍や台座3と管体6との
間、及び台座底面3a上へ流れて直ぐに凝固する。この
溶湯金属4の凝固によって台座3と管体6等の隙間はセ
ルフシール状態となる。しかし、細管の頂端部5aは、
台座の底面3aから上方に向って3〜30mmの長さH
だけ突出しているので、その頂端部5aは、上記セルフ
シール部分を越えて上方に突出しており、集合体中央部
にトラップされたガスは、溶湯金属の凝固が進むにした
がって、通気孔5bから外部に排出される。すなわち、
細管の上記突出長さHは、上記セルフシールの高さを越
えるに適した長さであり、本発明においてはこの溶湯金
属の凝固によって生じたセルフシール領域の高さより
も、細管の頂端部5aの位置が高い位置にある必要があ
る。このような最適条件が生じるのは、強化繊維の繊度
や形態,充填密度、溶湯金属の種類や温度,注入速度な
どにもよるものであるが、強化繊維集合体1と管体6の
内周面との僅かな隙間から流入して台座3の底面へ達す
る溶湯金属の量と、それを凝固させる時間を決める管体
6の底端部及び台座3の加熱温度で決まる。溶湯金属の
量が多過ぎると、図4に示すような状態で中央にトラッ
プガスが残らないため、図4の状態を生じさせる台座3
の底面へ達する溶湯金属の量は限定されるため、細管の
突出長さHは3〜30mmの範囲で十分である。
【0023】そして更に、注入・加圧手段8のプラン
ジャが下降すると、繊維集合体1上方の溶湯は順次繊維
集合体1下方へ浸透して行き、繊維集合体1中央部に位
置するトラップガスの領域は下方中央部へと狭められて
行く。ここまでの状態を示したのが、図4の状態であ
る。
ジャが下降すると、繊維集合体1上方の溶湯は順次繊維
集合体1下方へ浸透して行き、繊維集合体1中央部に位
置するトラップガスの領域は下方中央部へと狭められて
行く。ここまでの状態を示したのが、図4の状態であ
る。
【0024】注入・加圧手段8のプランジャが最下位
まで下降すると、補強繊維集合体1の中に充満していた
全てのガスは、細管5の通気孔5bより外部に抜き出さ
れ、最後に溶湯金属も少量流出して通気孔内で凝固して
セルフシールする。
まで下降すると、補強繊維集合体1の中に充満していた
全てのガスは、細管5の通気孔5bより外部に抜き出さ
れ、最後に溶湯金属も少量流出して通気孔内で凝固して
セルフシールする。
【0025】最後に、金型2やFRMの温度が低下し
たら金型2から台座3を管体6ごと取り外し、そして管
体6から台座3を切除した後管体6を除去してFRMを
得る。 かくして、溶湯金属の底部凝固位置高さ以上に
ガス抜き用細管の頂端部5aを位置させることにより、
溶湯金属にて強化繊維集合体1をセルフシールすると共
に、完全に強化繊維集合体1内の気体を外部に排出さ
せ、強化繊維集合体1の全域にマトリックスとなる溶湯
金属を含浸させることが出来、従って、欠陥のない品質
の優れた長尺、太径の中実棒状のFRMを安定して製造
することができる。 尚、本発明の製造方法及び装置
は、上述したように長尺や太径の中実棒状のFRMを製
造する場合に特に有効であるが、適当な中子を用いるこ
とにより厚肉管状のFRMを製造する場合にも適用でき
ることは勿論である。
たら金型2から台座3を管体6ごと取り外し、そして管
体6から台座3を切除した後管体6を除去してFRMを
得る。 かくして、溶湯金属の底部凝固位置高さ以上に
ガス抜き用細管の頂端部5aを位置させることにより、
溶湯金属にて強化繊維集合体1をセルフシールすると共
に、完全に強化繊維集合体1内の気体を外部に排出さ
せ、強化繊維集合体1の全域にマトリックスとなる溶湯
金属を含浸させることが出来、従って、欠陥のない品質
の優れた長尺、太径の中実棒状のFRMを安定して製造
することができる。 尚、本発明の製造方法及び装置
は、上述したように長尺や太径の中実棒状のFRMを製
造する場合に特に有効であるが、適当な中子を用いるこ
とにより厚肉管状のFRMを製造する場合にも適用でき
ることは勿論である。
【0026】
【実施例】図1の製造装置において、強化繊維集合体1
として、先ず東レ株式会社製の黒鉛化炭素繊維(“トレ
カ”M40−6K−50A、6000フィラメント)の
束を引き揃えてシートを作成し、このシートを寿司巻状
にしてその上から黒鉛化炭素繊維の編組(東レ株式会社
製“トレカ”M40J、#3246)を被せて芯材を作
成した。そして、この芯材を基にして更に上記炭素繊維
シートを巻き付け、再度編組をかぶせるというように、
上記編組被覆工程を5〜6回繰り返し、強化繊維集合体
の外径を所定寸法の45mm、長さを1800mmに形
成した。
として、先ず東レ株式会社製の黒鉛化炭素繊維(“トレ
カ”M40−6K−50A、6000フィラメント)の
束を引き揃えてシートを作成し、このシートを寿司巻状
にしてその上から黒鉛化炭素繊維の編組(東レ株式会社
製“トレカ”M40J、#3246)を被せて芯材を作
成した。そして、この芯材を基にして更に上記炭素繊維
シートを巻き付け、再度編組をかぶせるというように、
上記編組被覆工程を5〜6回繰り返し、強化繊維集合体
の外径を所定寸法の45mm、長さを1800mmに形
成した。
【0027】かくして得られた強化繊維集合体1を、外
形が48.6mmで肉厚が1.65mmのステンレス製
の管体6に充填した。一方、ステンレス製のガス抜き用
細管5を有する台座3を金型2の底部に装着して栓をし
た。ガス抜き用細管5は、外径7mm、肉厚1mmのも
のを用い、その頂端部5aが台座3の底面3aより15
mm突出したものを使用した。
形が48.6mmで肉厚が1.65mmのステンレス製
の管体6に充填した。一方、ステンレス製のガス抜き用
細管5を有する台座3を金型2の底部に装着して栓をし
た。ガス抜き用細管5は、外径7mm、肉厚1mmのも
のを用い、その頂端部5aが台座3の底面3aより15
mm突出したものを使用した。
【0028】次に、上記管体6を金型2内に装填し、金
型2と管体6との間に直径が0.7〜1.5mmに分布
したアルミナ粒子7を充填し、金型を550℃に予熱し
た後、管体の中に溶融温度が750℃のAl−Si合金
(JIS AC4C)の溶湯4を注ぎ込み、プランジャ
ー8で500Kg/cm2 ・Gの圧力をかけて、強化繊
維の集合体1にAl−Si合金の溶湯を含浸した。
型2と管体6との間に直径が0.7〜1.5mmに分布
したアルミナ粒子7を充填し、金型を550℃に予熱し
た後、管体の中に溶融温度が750℃のAl−Si合金
(JIS AC4C)の溶湯4を注ぎ込み、プランジャ
ー8で500Kg/cm2 ・Gの圧力をかけて、強化繊
維の集合体1にAl−Si合金の溶湯を含浸した。
【0029】溶湯4が凝固した後アルミナ粒子7を排出
し、金型2と管体6や台座3とを分離してからFRMを
含有した管体6を取り出し、台座3を切除し管体6を除
去して最後にFRMのみを取りだした。
し、金型2と管体6や台座3とを分離してからFRMを
含有した管体6を取り出し、台座3を切除し管体6を除
去して最後にFRMのみを取りだした。
【0030】得られたFRMは、外径45mm、長さ1
800mmの長尺の太径中実棒状体であり、このFRM
の下部を切断して金属の含浸状態を光学顕微鏡で調べた
結果、内部にボイドやマトリックス金属の未含浸部分等
の不良部分が全く出来ていない品質の優れたものであっ
た。
800mmの長尺の太径中実棒状体であり、このFRM
の下部を切断して金属の含浸状態を光学顕微鏡で調べた
結果、内部にボイドやマトリックス金属の未含浸部分等
の不良部分が全く出来ていない品質の優れたものであっ
た。
【0031】
【発明の効果】請求項1の製造方法によれば、台座底部
の中央部付近にガス抜き用としての所定長さの細管を台
座底部より適度に突出させて配設したので、強化繊維集
合体の内部に滞留したガスが溶湯金属によってトラップ
されることなく、溶湯金属が強化繊維集合体の全域に渡
って含浸されると共に、前記ガスを完全に金型外部に排
出させることが出来る。その結果、従来方法で問題とな
っていた強化繊維集合体の中央付近に生じる溶湯金属の
含浸不良に起因するボイドや割れなどの欠陥のない均質
で力学的特性に優れた品質の良好なFRMを容易に且つ
安定して製造することが出来る。
の中央部付近にガス抜き用としての所定長さの細管を台
座底部より適度に突出させて配設したので、強化繊維集
合体の内部に滞留したガスが溶湯金属によってトラップ
されることなく、溶湯金属が強化繊維集合体の全域に渡
って含浸されると共に、前記ガスを完全に金型外部に排
出させることが出来る。その結果、従来方法で問題とな
っていた強化繊維集合体の中央付近に生じる溶湯金属の
含浸不良に起因するボイドや割れなどの欠陥のない均質
で力学的特性に優れた品質の良好なFRMを容易に且つ
安定して製造することが出来る。
【0032】請求項2の製造方法によれば、前記溶湯金
属に対する加圧力を300〜1300Kg/cm2 ・G
としたので、溶湯金属の流れによるトラップガスの排除
能力が高いことと、FRMの性能に係る溶湯金属のマト
リックスと強化繊維との接合力が高いという優れた効果
が得られる。
属に対する加圧力を300〜1300Kg/cm2 ・G
としたので、溶湯金属の流れによるトラップガスの排除
能力が高いことと、FRMの性能に係る溶湯金属のマト
リックスと強化繊維との接合力が高いという優れた効果
が得られる。
【0033】請求項3の製造装置によれば、成形金型用
管体の底端部に設置する台座に台座底面より突出したガ
ス抜き用細管を設けた装置構成としたので、安価で品質
に優れたFRMの長尺、太径中実棒状体を容易に且つ安
定して得られるという優れた効果が得られる。
管体の底端部に設置する台座に台座底面より突出したガ
ス抜き用細管を設けた装置構成としたので、安価で品質
に優れたFRMの長尺、太径中実棒状体を容易に且つ安
定して得られるという優れた効果が得られる。
【0034】請求項4の製造装置によれば、前記通気孔
の内径を2〜10mmとしたので、台座底面に凝固した
溶湯金属で通気孔が閉塞されることなく、トラップガス
が速やかに且つ完全に排出されるという優れた効果が得
られる。
の内径を2〜10mmとしたので、台座底面に凝固した
溶湯金属で通気孔が閉塞されることなく、トラップガス
が速やかに且つ完全に排出されるという優れた効果が得
られる。
【0035】請求項5の製造装置によれば、細管を台座
の中央部近傍に複数本設けたので、トラップガスが離れ
た所からも効率良く速やかに排出できるという優れた効
果が得られる。
の中央部近傍に複数本設けたので、トラップガスが離れ
た所からも効率良く速やかに排出できるという優れた効
果が得られる。
【図1】本発明の製造装置の一実施例に係る概略縦断面
図である。
図である。
【図2】本発明の製造方法の説明図である。
【図3】本発明の製造方法の説明図である。
【図4】本発明の製造方法の説明図である。
1……強化繊維の集合体 2……金型 3……台座 3a……底面 4……溶湯金属 5……細管 5a……頂端部 5b……通気孔 6……管体 7……非焼結粒体 8……注入・加圧手段
Claims (5)
- 【請求項1】管体の内部に補強繊維の集合体を充填した
後、該管体の底部を台座で閉塞し、しかる後に前記管体
と一体となった台座を筒状の金型の底部に装着するか、
または、底部を台座で閉塞した管体の内部に補強繊維の
集合体を充填した後、前記補強繊維を充填した管体を金
型の底部に装着し、次いで前記管体の上部からマトリッ
クス金属の溶湯を注入・加圧することにより繊維強化金
属からなる繊維強化金属複合材料を製造する繊維強化金
属複合材料の製造方法であって、 前記台座として、該台座の中央部近傍に頂端部が前記台
座の底面から上方に向って3〜30mm突出し、かつ、
内部に外気に通じる通気孔を有する細管が設けられた台
座を用いることを特徴とする繊維強化金属複合材料の製
造方法。 - 【請求項2】前記溶湯に対する加圧力は、300〜13
00Kg/cm2 ・Gであることを特徴とする請求項1
の繊維強化金属複合材料の製造方法。 - 【請求項3】内部に補強繊維の集合体を充填する管体
と、前記管体の底部を閉塞する台座と、前記補強繊維が
充填された管体を収容する金型と、前記管体の上部から
マトリックス金属の溶湯を注入・加圧する溶湯の注入・
加圧手段とを備えた繊維強化金属複合材料の製造装置で
あって、前記台座の中央部近傍には、頂端部が前記台座
の底面から上方に向って3〜30mm突出し、かつ、内
部に外気に通じる通気孔を有する細管が設けられている
ことを特徴とする繊維強化金属複合材料の製造装置。 - 【請求項4】前記通気孔の内径は、2〜10mmである
ことを特徴とする請求項3の繊維強化金属複合材料の製
造装置。 - 【請求項5】前記細管は、前記台座の中央部近傍に複数
本設けられていることを特徴とする請求項3の繊維強化
金属複合材料の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6011796A JPH07214285A (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | 繊維強化金属複合材料の製造方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6011796A JPH07214285A (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | 繊維強化金属複合材料の製造方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07214285A true JPH07214285A (ja) | 1995-08-15 |
Family
ID=11787860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6011796A Pending JPH07214285A (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | 繊維強化金属複合材料の製造方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07214285A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111774548A (zh) * | 2019-04-04 | 2020-10-16 | 罗福根 | 双压挤压铸造模具及双压挤压铸造方法 |
-
1994
- 1994-02-03 JP JP6011796A patent/JPH07214285A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111774548A (zh) * | 2019-04-04 | 2020-10-16 | 罗福根 | 双压挤压铸造模具及双压挤压铸造方法 |
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