JPH07314122A - 金属基繊維強化複合板の連続製造装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造材や機能材などとして使用することがで
きる複合板を連続的に製造できる金属基繊維強化複合板
の連続製造装置および方法を提供すること。 【構成】 板の厚み方向Ｄに移動可能な３段の金型１
１，１２，１３の間に繊維送給装置２６で強化用繊維２
６を連続的に送給しながら出側の金型１３を閉じて溶融
金属送給装置２５で溶融金属３０を加熱した金型１２内
に充填し、入側の金型１１を閉じて中央部の金型１２で
加圧しながら溶融金属３０を強化用繊維２９に含浸しな
がら凝固させた後、この冷却凝固部を出側の金型１３に
送って冷却するとともに入側の金型１１を開いて溶融金
属３０を充填することを繰り返すように制御装置２８で
制御する。これにより、連続的に金属基繊維強化複合板
が製造できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、繊維強化アルミ板な
どの金属基繊維強化複合板の連続製造装置および方法に
関し、超高圧にすること無く、連続的に製造できるよう
にしたものである。

【０００２】

【従来の技術】金属基繊維強化複合材料（ＦＲＭ）は、
性質の異なる材料を組み合わせ、単体より優れた特性や
全く新しい機能を付加する複合材料の一つで、例えばア
ルミ合金などの軽金属をベースにカーボンやセラミック
ス等の繊維で強化するものが作られている。

【０００３】この金属基繊維強化複合材料の製造法に
は、主に高圧鋳造法（溶湯鍛造法）が採用されており、
例えば特公昭５８−５７２６５号公報などに開示されて
いるように、強化用繊維を用いてプリフォームを作成
し、これを金型内にセットしたのち、溶融した金属を金
型内に注ぎ、溶湯に静水的高圧を加えてプリフォーム中
に溶湯を含浸させ、引き続き一定時間加圧保持して溶融
金属を凝固させるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
溶湯鍛造法による金属基繊維強化複合材料の製造方法で
は、製造される製品の大きさが金型の大きさに制限され
ることから、大きな板材の製造ができない。

【０００５】また、従来の溶湯鍛造法による金属基繊維
強化複合材料の製造方法では、バッチ処理になっている
ため生産効率が低いという問題もある。

【０００６】そこで、連続製造することができる製造方
法および装置の開発が望まれ、例えば繊維強化プラスチ
ック（ＦＲＰ）の連続製造方法を応用することが考えら
れる。 例えば特公平５−８２２８３号公報には、繊維
強化合成樹脂材料の製造方法及び装置について開示され
ており、上下に配置された１つの金型に加熱圧縮成形部
と圧縮冷却成形部とを形成しておき、この上下の金型の
間にベルトコンベアを介して繊維織布、樹脂フィルム、
プリプレグシート等の成形材料を順次送りながら複数回
の加熱圧縮成形および圧縮冷却を行なって繊維強化合成
樹脂成形体を連続的に得るようにしている。

【０００７】このような繊維強化プラスチックの連続製
造法を、金属基繊維強化複合材料に応用しようとして
も、０．０５〜０．３mm程度の極薄いシート状ものであ
れば製造することが可能となるかもしれないが、構造材
や機能材などとして使用するような厚さの厚い板材を連
続的に製造することは出来ない。

【０００８】この発明は、かかる従来技術の課題に鑑み
てなされたもので、構造材や機能材などとして使用する
ことができる板材を連続的に製造することができる金属
基繊維強化複合板の連続製造装置および方法を提供しよ
うとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記従来技術が有する課
題を解決するため、請求項１記載の発明の金属基繊維強
化複合板の連続製造装置は、加熱および冷却が可能で板
の厚み方向に移動して閉鎖および加圧が可能な少なくと
も３段の金型と、これら金型の間に強化用繊維および溶
融金属をそれぞれ連続的に送給可能な繊維・金属送給装
置と、前記少なくとも３段の金型の加熱・冷却と移動に
よる閉鎖・加圧と強化用繊維・溶融金属の送給とを制御
して強化用繊維が送給され加熱した金型内に溶融金属を
充填し、加圧しながら冷却凝固することを繰り返す制御
装置とでなることを特徴とするものである。

【００１０】また、請求項２記載の発明の金属基繊維強
化複合板の連続製造方法は、金属基繊維強化複合板を連
続的に製造するに際し、板の厚み方向に移動可能な少な
くとも３段の金型の間に強化用繊維を連続的に送給しな
がら出側の金型を閉じて溶融金属を加熱した金型内に充
填し、入側の金型を閉じて中央部の金型で加圧しながら
溶融金属を強化用繊維に含浸しながら凝固させた後、こ
の冷却凝固部を出側の金型に送って冷却するとともに入
側の金型を開いて溶融金属を充填することを繰り返すよ
うにしたことを特徴とするものである。

【００１１】さらに、請求項３記載の発明の金属基繊維
強化複合板の連続製造方法は、請求項２の構成に加え、
前記中央部の金型で溶融金属を強化用繊維に含浸する加
圧前半には金型を加熱状態にする一方、加圧後半には金
型を冷却状態にして凝固するようにしたことを特徴とす
るものである。

【００１２】

【作用】この請求項１の発明の金属基繊維強化複合板の
連続製造装置によれば、板の厚み方向に移動可能な少な
くとも３段の金型の間に繊維送給装置で強化用繊維を連
続的に送給しながら出側の金型を閉じて溶融金属送給装
置で溶融金属を加熱した金型内に充填し、入側の金型を
閉じて中央部の金型で加圧しながら溶融金属を強化用繊
維に含浸しながら凝固させた後、この冷却凝固部を出側
の金型に送って冷却するとともに入側の金型を開いて溶
融金属を充填することを繰り返すように制御装置で制御
しており、連続的に金属基繊維強化複合板が製造できる
ようになる。 また、請求項２記載の発明の金属基繊維
強化複合板の連続製造方法によれば、板の厚み方向に移
動可能な少なくとも３段の金型の間に強化用繊維を連続
的に送給しながら出側の金型を閉じて溶融金属を加熱し
た金型内に充填し、入側の金型を閉じて中央部の金型で
加圧しながら溶融金属を強化用繊維に含浸しながら凝固
させた後、この冷却凝固部を出側の金型に送って冷却す
るとともに入側の金型を開いて溶融金属を充填すること
を繰り返すようにしており、連続的に金属基繊維強化複
合板が製造できるようになる。

【００１３】さらに、請求項３記載の発明の金属基繊維
強化複合板の連続製造方法は、請求項２の構成に加え、
前記中央部の金型で溶融金属を強化用繊維に含浸する加
圧前半には金型を加熱状態にする一方、加圧後半には金
型を冷却状態にして凝固するようにしており、加圧前半
の含浸の場合には、加熱による流動性を利用でき、加圧
後半の冷却によって凝固を促進して生産効率の向上を図
るようにしている。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき詳細
に説明する。図１はこの発明の金属基繊維強化複合板の
連続製造装置の一実施例にかかる一部分を切欠いて示す
概略斜視図である。

【００１５】この金属基繊維強化複合板の連続製造装置
１０は上下に３段重ねて配置された金型１１，１２，１
３を備えており、上段の金型１１が左右１対の移動金型
１１ａ，１１ｂで構成され、中段および下段の金型１
２，１３はそれぞれ左右１対の固定金型１２ａ，１３ａ
と移動金型１２ｂ，１３ｂとで構成され、移動金型１１
ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂにそれぞれ流体圧シリンダ
１４，１４ａ，１５，１６が連結されて左右の間隔を狭
めて閉じた状態にしたり、加圧力を加えることができる
ようにしてある。

【００１６】このような上下に３段の金型１１，１２，
１３は、その移動金型１１ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ
の移動方向（この実施例では左右方向）が連続製造され
る複合板Ｗの板厚み方向Ｄとされるとともに、金型１
１，１２，１３の幅が複合板Ｗの板幅に対応した大きさ
としてある。

【００１７】そして、金型１１，１２，１３の上下の高
さが複合板Ｗの長さ方向とされ、上段の金型１１は入側
シール部１７を構成し、溶湯の充填と加圧のための閉鎖
に必要な高さとされ、中段の金型１２は含浸室１８を構
成し、複合板Ｗの連続的に繰り返される１回の製造長さ
に対応した高さとされ、さらに下段の金型１３は出側シ
ール部１９を構成し、中段の金型１２で凝固した溶湯を
さらに冷却することおよび閉鎖のために必要な高さとさ
れ、例えば中段の金型１２より低くしてある。

【００１８】このような上下に３段の金型１１，１２，
１３は、フレーム２０に装着され、中段および下段の固
定金型１２ａ，１３ａが固定ブロックを介して取付けら
れ、移動金型１１ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂがそれぞ
れ流体圧シリンダ１４，１４ａ，１５，１６を介してフ
レーム２０に装着される。

【００１９】このフレーム２０には、上部に漏斗状の溶
湯溜まり２１が形成されて１対の金型１１の間に開口す
るようになっており、下部には、複合板Ｗを引き出す開
口部２２が形成されて１対の金型１３の間に開口するよ
うになっている。

【００２０】このフレーム２０の両側面には、側フレー
ム２３が取付けられ、３段の金型１１，１２，１３の側
面や溶湯溜まり２１および開口部２２などの側面を塞ぐ
ようになっている。

【００２１】さらに、各金型１１，１２，１３には、加
熱・冷却帯２４がそれぞれ設けられており、上段の金型
１１では加熱することで、溶湯の温度低下を防止し、中
段の金型１２では、加熱と冷却を切り換えて含浸の促進
と凝固とを行い、下段の金型１３では上部で加熱と冷却
の切換を行って溶湯の温度低下の防止と凝固を行い、下
部で冷却が行われて凝固を促進する。加熱・冷却帯２４
には、例えば熱媒体が供給れる熱交換器や電機ヒータ等
が設置されて加熱が行われ、冷却水などが循環される熱
交換器によって冷却が行われるようにしてある。

【００２２】また、フレーム２０の溶湯溜まり２１の周
囲にも加熱・冷却帯２４が設けられ、加熱することで、
溶湯の温度低下を防止するようになっている。

【００２３】さらに、フレーム２０の上方には、溶湯を
溶湯溜まり２１に送給する溶融金属送給装置２５が設け
られるとともに、強化用繊維を溶湯溜まり２１を経て金
型１１，１２，１３の間に送給する強化用繊維送給装置
２６が設けてある。

【００２４】また、フレーム２０の下方には、複合材Ｗ
を引き出す引き出しロール２７が設けられている。

【００２５】そして、これら金型１１，１２，１３を移
動する流体圧シリンダ１４，１４ａ，１５，１６、加熱
・冷却帯２４の加熱・冷却温度、溶融金属送給装置２
５、強化用繊維送給装置２６、引き出しロール２７を制
御するため制御装置２８が設けてある。

【００２６】このような金属基繊維強化複合板の連続製
造装置１０では、例えばアルミ合金などの軽金属をベー
スに、カーボンやセラミックスの繊維で強化した複合板
を連続製造するのに用いられる。また、金属としては、
銅、亜鉛、すず等の非鉄金属が用いられ、強化用繊維と
しては、カーボン繊維、アルミナ繊維などを織って布状
やマット状にしたもの等が用いられる。

【００２７】また、溶融金属が空気と接することを防止
するため、金属基繊維強化複合板の連続製造装置１０の
３段の金型１１〜１３より上側を真空容器で覆い、真空
状態で溶湯の供給および強化用繊維の供給や含浸・凝固
などができるようにすることが望ましい。

【００２８】次に、このように構成した金属基繊維強化
複合板の連続製造装置１０の動作とともに、この発明の
金属基繊維強化複合板の連続製造方法の一実施例につい
て、図２に示す工程図にしたがって説明する。

【００２９】まず、上中下段の金型１１，１２，１３を
流体圧シリンダ１４，１４ａ，１５，１６により開いた
状態にして強化用繊維２９を強化用繊維送給装置２６で
送り出して溶湯溜まり２１から金型１１，１２，１３の
間を経て引き出しロール２７まで送り込んだ状態とす
る。

【００３０】この後、図２（ａ）に示すように、出側シ
ール部１９を構成する下段の金型１３を流体圧シリンダ
１６により閉じて、３０気圧程度の圧力が加わっても溶
湯が漏れ出さないシール状態にする。

【００３１】そして、上段及び中段の金型１１，１２を
開いた状態にして溶融金属送給装置２５からフレーム２
０の溶湯溜まり２１にアルミ合金等の溶融金属３０を充
填する。尚、この溶融金属３０の充填の際には、加熱・
冷却帯２４のうち下段の金型１３の下部を冷却状態にす
るが、他の部分は全て加熱状態にし、入側シール部１７
を構成する上段の金型１１の加熱温度および溶湯溜まり
２１の周囲の加熱温度は、アルミ合金の溶融温度より高
い温度に保持できるようにし、含浸室１８を構成する中
段の金型１２はアルミ合金の凝固温度より低い加熱温度
としておく。

【００３２】次に、図２（ｂ）に示すように、入側シー
ル部１７を構成する上段の金型１１を流体圧シリンダ１
４，１４ａで閉じて３０気圧程度の圧力が加わっても溶
湯が漏れ出さないシール状態にするとともに、含浸室１
８を構成する中段の金型１２を流体圧シリンダ１５によ
って複合板Ｗの厚さに対応する間隔まで押出すととも
に、含浸室１８内に充填された溶融金属３０を３０気圧
程度まで加圧した状態とする（３０気圧での溶湯鍛造工
程に相当）。

【００３３】すると、アルミ合金の溶融温度より高い温
度に保持された溶融金属３０が加圧力によって強化用繊
維２９に含浸されて行く。

【００３４】こうして強化用繊維２９への溶融金属３０
の含浸が行われた後、含浸室１８を構成する中段の金型
１２の加熱・冷却帯２４を冷却に切り換えて溶融金属３
０を３０気圧の加圧状態で凝固させる。

【００３５】すなわち、溶融金属３０を強化用繊維２９
に含浸する場合には、溶融金属３０の温度を溶融温度以
上に保ってその流動性を高めて含浸を促進し、含浸後は
冷却することで凝固を促進できるようにしている。

【００３６】こうして、中段の金型１２部分で複合板Ｗ
が作られた後、図２（ｃ）に示すように、中段の金型１
２および下段の金型１３を流体圧シリンダ１５，１６で
僅かに後退させて凝固した複合板Ｗ部分と僅かな隙間を
作り、引き出しロール２７によって複合板Ｗの凝固部分
を下段の金型１３部分に位置させる。

【００３７】なお、この引き出しロール２７による引き
出しの際、必要に応じて入側シール部１７を構成する上
段の金型１１を溶融金属３０が漏れ出ない程度に緩める
ようにしても良い。

【００３８】この後、引き出された複合板Ｗの凝固部分
を出側シール部１９を構成する下段の金型１３で挾むよ
うにしてシール状態にするとともに、下段の金型１３の
加熱・冷却帯２４を冷却状態にして凝固させる。こうし
て複合板Ｗを構成する一部分が完成する。

【００３９】したがって、この後、再び上記図２（ａ）
〜（ｃ）の工程を繰り返すようにし、溶融金属３０を含
浸して凝固させた部分の上に連続させて含浸・凝固させ
ることで、複合板Ｗを連続して製造して行く。

【００４０】このような金属基繊維強化複合板の連続製
造装置１０および金属基繊維強化複合板の連続製造方法
によれば、含浸室１８を構成する中段の金型１２部分を
高温に保持して溶融金属３０を充填するようにしている
ので、流動性が良く、強化用繊維２９に均一に含浸しな
がら連続的に複合板Ｗを製造することができる。

【００４１】また、連続的に複合板Ｗを製造することが
でき、従来の溶湯鍛造により５００〜１０００気圧の超
高圧をかけて製造する製造法に比べて格段に生産性が向
上する。

【００４２】従来のバッチ式の製造方法に比べて製造さ
れた複合板を１枚ずつハンドリングする必要がなく、ハ
ンドリングが極めて容易となり、複合板Ｗの厚さによっ
ては、出側に巻取設備を設置するようにして一層ハンド
リングの容易化を図ることができる。

【００４３】さらに、溶湯溜まり２１や含浸室１８部分
を真空容器で覆って真空状態とすれば、溶融金属３０な
どに含まれるガスによる欠陥を防止して一層高品質の複
合板Ｗを製造することができる。

【００４４】また、溶融金属３０の強化用繊維２９への
含浸のための加圧力が３０気圧程度で良いため、従来の
溶湯鍛造法を用いる製造装置に比べて構造が簡素化で
き、製作も容易となるとともに、製造に必要なエネルギ
も少なくて済むようになる。

【００４５】なお、上記実施例では、３段の金型を上下
に配置して各金型で水平方向に挾むようにして複合板を
垂直に送り出して連続的に製造する場合で説明したが、
少なくとも３段の金型を水平方向に並べ、上下方向で挾
むようにして複合板を水平方向に送り出して連続的に製
造するようにしても良い。

【００４６】また、金型は、入側および出側のシール部
を構成する金型と含浸室を構成する金型とを少なくとも
備えれば良く、さらに、シール部や含浸室を複数の金型
で構成するなど金型を増設するようにしても良い。

【００４７】

【発明の効果】以上、一実施例とともに具体的に説明し
たように請求項１の発明の金属基繊維強化複合板の連続
製造装置によれば、板の厚み方向に移動可能な少なくと
も３段の金型の間に繊維送給装置で強化用繊維を連続的
に送給しながら出側の金型を閉じて溶融金属送給装置で
溶融金属を加熱した金型内に充填し、入側の金型を閉じ
て中央部の金型で加圧しながら溶融金属を強化用繊維に
含浸しながら凝固させた後、この冷却凝固部を出側の金
型に送って冷却するとともに入側の金型を開いて溶融金
属を充填することを繰り返すように制御装置で制御する
ので、連続的に金属基繊維強化複合板を製造することが
できる。

【００４８】また、請求項２記載の発明の金属基繊維強
化複合板の連続製造方法によれば、板の厚み方向に移動
可能な少なくとも３段の金型の間に強化用繊維を連続的
に送給しながら出側の金型を閉じて溶融金属を加熱した
金型内に充填し、入側の金型を閉じて中央部の金型で加
圧しながら溶融金属を強化用繊維に含浸しながら凝固さ
せた後、この冷却凝固部を出側の金型に送って冷却する
とともに入側の金型を開いて溶融金属を充填することを
繰り返すようにしたので、連続的に金属基繊維強化複合
板を製造することができる。

【００４９】さらに、請求項３記載の発明の金属基繊維
強化複合板の連続製造方法によれば、請求項２の構成に
加え、前記中央部の金型で溶融金属を強化用繊維に含浸
する加圧前半には金型を加熱状態にする一方、加圧後半
には金型を冷却状態にして凝固するようにしたので、加
圧前半の含浸の場合には、加熱による流動性を利用して
均一にすることができ、加圧後半の冷却によって凝固を
促進して生産効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の金属基繊維強化複合板の連続製造装
置の一実施例にかかる一部分を切欠いて示す概略斜視図
である。

【図２】この発明の金属基繊維強化複合板の連続製造方
法の一実施例にかかる工程図である。

【符号の説明】

１０ 金属基繊維強化複合板の連続製造装置 １１ 上段の金型 １２ 中段の金型 １３ 下段の金型 １４，１５，１６ 流体圧シリンダ １７ 入側のシール部 １８ 含浸室 １９ 出側シール部 ２０ フレーム ２１ 溶湯溜まり ２２ 開口部 ２３ 側フレーム ２４ 加熱・冷却帯 ２５ 溶融金属送給装置 ２６ 強化用繊維送給装置 ２７ 引き出しロール ２８ 制御装置 ２９ 強化用繊維 ３０ 溶融金属 Ｗ 複合板 Ｄ 厚み方向

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱および冷却が可能で板の厚み方向に
   移動して閉鎖および加圧が可能な少なくとも３段の金型
   と、これら金型の間に強化用繊維および溶融金属をそれ
   ぞれ連続的に送給可能な繊維・金属送給装置と、前記少
   なくとも３段の金型の加熱・冷却と移動による閉鎖・加
   圧と強化用繊維・溶融金属の送給とを制御して強化用繊
   維が送給され加熱した金型内に溶融金属を充填し、加圧
   しながら冷却凝固することを繰り返す制御装置とでなる
   ことを特徴とする金属基繊維強化複合板の連続製造装
   置。
2. 【請求項２】 金属基繊維強化複合板を連続的に製造す
   るに際し、板の厚み方向に移動可能な少なくとも３段の
   金型の間に強化用繊維を連続的に送給しながら出側の金
   型を閉じて溶融金属を加熱した金型内に充填し、入側の
   金型を閉じて中央部の金型で加圧しながら溶融金属を強
   化用繊維に含浸しながら凝固させた後、この冷却凝固部
   を出側の金型に送って冷却するとともに入側の金型を開
   いて溶融金属を充填することを繰り返すようにしたこと
   を特徴とする金属基繊維強化複合板の連続製造方法。
3. 【請求項３】 前記中央部の金型で溶融金属を強化用繊
   維に含浸する加圧前半には金型を加熱状態にする一方、
   加圧後半には金型を冷却状態にして凝固するようにした
   ことを特徴とする請求項２記載の金属基繊維強化複合板
   の連続製造方法。