JPS6036871B2 - 強化用一方向繊維束の製造方法 - Google Patents
強化用一方向繊維束の製造方法Info
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- JPS6036871B2 JPS6036871B2 JP475081A JP475081A JPS6036871B2 JP S6036871 B2 JPS6036871 B2 JP S6036871B2 JP 475081 A JP475081 A JP 475081A JP 475081 A JP475081 A JP 475081A JP S6036871 B2 JPS6036871 B2 JP S6036871B2
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- fibers
- fiber
- mold
- unidirectional fibers
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/10—Non-chemical treatment
- C03B37/14—Re-forming fibres or filaments, i.e. changing their shape
- C03B37/15—Re-forming fibres or filaments, i.e. changing their shape with heat application, e.g. for making optical fibres
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は強化用一方向繊維東の製造方法に関する。
本発明者等は、先に一方向繊維東を部材の所定箇所に配
設すると共にその一方向繊維東にマトリックスとしての
軽合金を高圧凝固鋳造法により充填、複合して繊維強化
複合部材を製造する技術を提案した。
設すると共にその一方向繊維東にマトリックスとしての
軽合金を高圧凝固鋳造法により充填、複合して繊維強化
複合部材を製造する技術を提案した。
上記一万向繊維東は、主として無数の一方向繊維を、マ
トＩＪックス中に溶融拡散し或いは子熱工程で燃焼消失
する線状体で部分的に結束するか、または同様の性質を
有する箔状体または絹状体で被覆するといった方法によ
り製造されているが、この方法により得られた一方向繊
維束について種々検討を加えた結果、以下に述べるよう
な問題のあることが判明した。
トＩＪックス中に溶融拡散し或いは子熱工程で燃焼消失
する線状体で部分的に結束するか、または同様の性質を
有する箔状体または絹状体で被覆するといった方法によ
り製造されているが、この方法により得られた一方向繊
維束について種々検討を加えた結果、以下に述べるよう
な問題のあることが判明した。
即ち、前記線状体等の一部が鋳造時においてマトリック
ス中に完全に溶融拡散等することなく残留し、その結果
高応力下において製品の強度欠陥を惹起するおそれがあ
る。
ス中に完全に溶融拡散等することなく残留し、その結果
高応力下において製品の強度欠陥を惹起するおそれがあ
る。
また、各一方向繊維相互が結合されていないので、それ
にマトリックスである軽合金熔湯を高圧下で充填、複合
する際、一方向繊維東が圧縮され、これにより一方向繊
維東のかさ密度が、それを金型キヤビティに設置した時
よりも部分的に高くなり、その部分へのマトリックスの
充填性が低下する傾向がある。また一方向繊維束の一部
を結束すると、繊維の種類によっては剛性の低下を来た
し、また構成繊維のずれ、毛羽立ち等を発生して金型キ
ャビティへの設置性および取扱い性に若干難点がある。
本発明は上記各問題点を解消しうる、所定かさ密度の前
記一方向繊維東が容易に得られる製造方法を提供するこ
とを目的とし、耐熱性管状成形型内にその成形型内で所
定かさ密度となるよう本数を選定された多数の一方向繊
維を挿入し、次いで前記成形型と共にその内部の一方向
繊維を加熱して、それら一方繊維相互間を部分的に拡散
結合することを特徴とする。
にマトリックスである軽合金熔湯を高圧下で充填、複合
する際、一方向繊維東が圧縮され、これにより一方向繊
維東のかさ密度が、それを金型キヤビティに設置した時
よりも部分的に高くなり、その部分へのマトリックスの
充填性が低下する傾向がある。また一方向繊維束の一部
を結束すると、繊維の種類によっては剛性の低下を来た
し、また構成繊維のずれ、毛羽立ち等を発生して金型キ
ャビティへの設置性および取扱い性に若干難点がある。
本発明は上記各問題点を解消しうる、所定かさ密度の前
記一方向繊維東が容易に得られる製造方法を提供するこ
とを目的とし、耐熱性管状成形型内にその成形型内で所
定かさ密度となるよう本数を選定された多数の一方向繊
維を挿入し、次いで前記成形型と共にその内部の一方向
繊維を加熱して、それら一方繊維相互間を部分的に拡散
結合することを特徴とする。
第１図は、所定かさ密度となるよう本数を選定された多
数の一方向繊維Ｆを耐熱性管状成形型としての石英ガラ
ス管Ｐ内に挿入する状態を示し、繊維挿入後成形型Ｐは
無酸化雰囲気または真空に保たれた炉中に設置されて加
熱される。
数の一方向繊維Ｆを耐熱性管状成形型としての石英ガラ
ス管Ｐ内に挿入する状態を示し、繊維挿入後成形型Ｐは
無酸化雰囲気または真空に保たれた炉中に設置されて加
熱される。
加熱温度は、使用繊維によって定まり、例えばステンレ
ス繊維等の金属繊維の場合には７００〜１１００ｏｏ程
度である。
ス繊維等の金属繊維の場合には７００〜１１００ｏｏ程
度である。
この場合温度が７００℃を下回ると、拡散結合効果が低
く、また成形性ならびに形状維持性が悪い。そのためマ
トリックス充填、複合時または取扱い時一方向繊維東が
破損するおそれがある。一方温度が１１００ｑ○を上回
ると拡散結合効果が著しく、繊維東のかさ密度が高くな
ると共に成形後の剛性が高く、マトリックス充填、複合
時溶湯の充填抵抗が大きくなり好ましくない。またかさ
密度が１．５夕／ｃｃを下回ると、一方向繊維の量が少
なくなり、成形型内での一方向繊維相互の絡み合いおよ
び弾性による一方向繊維相互の部分接触箇所の発生が少
なく、したがって部分的拡散結合が良好に行なわれず、
成形性ならびに形状維持性が悪い。また５．０夕／ｃｃ
を上回るとマトリックスの充填、複合性が著しく損われ
る。以下、実施例について説明する。〔実施例 １〕 直径２２．９仏、長さ１０仇肋のステンレス繊維（ＪＩ
Ｓ記号ＳＵＳ３１６）を種々のかさ密度となるように本
数をそれぞれ選定した上で内径１０．５脚、長さ１０５
脚の石英ガラス管内に挿入して水素ガス炉中で９０００
０、１粉ン間加熱し、直径１仇肌、長さ１０仇肋の７種
類の一方向繊維東（Ｎｏ．１〜７）を成形した。
く、また成形性ならびに形状維持性が悪い。そのためマ
トリックス充填、複合時または取扱い時一方向繊維東が
破損するおそれがある。一方温度が１１００ｑ○を上回
ると拡散結合効果が著しく、繊維東のかさ密度が高くな
ると共に成形後の剛性が高く、マトリックス充填、複合
時溶湯の充填抵抗が大きくなり好ましくない。またかさ
密度が１．５夕／ｃｃを下回ると、一方向繊維の量が少
なくなり、成形型内での一方向繊維相互の絡み合いおよ
び弾性による一方向繊維相互の部分接触箇所の発生が少
なく、したがって部分的拡散結合が良好に行なわれず、
成形性ならびに形状維持性が悪い。また５．０夕／ｃｃ
を上回るとマトリックスの充填、複合性が著しく損われ
る。以下、実施例について説明する。〔実施例 １〕 直径２２．９仏、長さ１０仇肋のステンレス繊維（ＪＩ
Ｓ記号ＳＵＳ３１６）を種々のかさ密度となるように本
数をそれぞれ選定した上で内径１０．５脚、長さ１０５
脚の石英ガラス管内に挿入して水素ガス炉中で９０００
０、１粉ン間加熱し、直径１仇肌、長さ１０仇肋の７種
類の一方向繊維東（Ｎｏ．１〜７）を成形した。
次＊し・で、第２、第３図に示すようにアルミニウム合
金Ｍを用いて高圧凝固鋳造法により内燃機関用コンロッ
ドーを鋳造すると同時に、その樟部２長手方向に一方同
機総東３を配設して、それにアルミニウム合金を充填、
複合し、梓部２を繊維強化した。各一方向繊維束の性状
について検討したところ、表１の結果が得られた。
金Ｍを用いて高圧凝固鋳造法により内燃機関用コンロッ
ドーを鋳造すると同時に、その樟部２長手方向に一方同
機総東３を配設して、それにアルミニウム合金を充填、
複合し、梓部２を繊維強化した。各一方向繊維束の性状
について検討したところ、表１の結果が得られた。
なお、樺部２の危険断面積Ａは２０９ゆで、また程部横
断面においてピストンピン軸線方向と平行なＹ軸と、そ
のＹ軸と直交する×軸とをとったとき、全断面における
Ｙ軸回りの断面二次モーメントｌｙは全断面における×
軸回りの断面二次モーメントｌｘに対してｌｙ＜ｌｘと
設定され、また繊維強化された部分におけるＹ軸回りの
断面二次モーメント１‘ｃ’ｙは繊維強化部におけるＸ
軸回りの断面二次モーメント１｛ｃ｝ｘ‘こ対して１｛
ｃ｝ｙ＝１‘ｃ’ｘと設定される（これら断面二次モー
メントについては本出願人が先に提案した特蟻昭５４一
１０９８５４号詳細に述べられている。
断面においてピストンピン軸線方向と平行なＹ軸と、そ
のＹ軸と直交する×軸とをとったとき、全断面における
Ｙ軸回りの断面二次モーメントｌｙは全断面における×
軸回りの断面二次モーメントｌｘに対してｌｙ＜ｌｘと
設定され、また繊維強化された部分におけるＹ軸回りの
断面二次モーメント１‘ｃ’ｙは繊維強化部におけるＸ
軸回りの断面二次モーメント１｛ｃ｝ｘ‘こ対して１｛
ｃ｝ｙ＝１‘ｃ’ｘと設定される（これら断面二次モー
メントについては本出願人が先に提案した特蟻昭５４一
１０９８５４号詳細に述べられている。
）なお、表１における繊維の割合の欄で、繊維強化部と
は、一方向繊維東にアルミニウム合金を充填、複合した
とき想定される柱状体の部分を言い、したがって繊維の
割合は上記柱状体の体積、即ち（一方向繊維束の半径）
２ ｘ３．１４×一方向繊維東の長さに対する一方向繊
維東の体積、即ち（繊維半径）２ ×３．１４×長さ×
繊維本数の割合を示す。
は、一方向繊維東にアルミニウム合金を充填、複合した
とき想定される柱状体の部分を言い、したがって繊維の
割合は上記柱状体の体積、即ち（一方向繊維束の半径）
２ ｘ３．１４×一方向繊維東の長さに対する一方向繊
維東の体積、即ち（繊維半径）２ ×３．１４×長さ×
繊維本数の割合を示す。
また危険断面とは危険断面積に対する一方向繊維東の横
断面積の割合を示す。表ｌ 前記表１から明らかなように、一方向繊維東は、その石
英ガラス管挿入時のかさ密度が１．５〜５．０夕／ｃｃ
の範囲にあれば成形性、形状繊維性および充填、複合性
において実用上何等差支えないが、好ましくはかさ密度
が２．０〜５．０夕／ｃｃである。
断面積の割合を示す。表ｌ 前記表１から明らかなように、一方向繊維東は、その石
英ガラス管挿入時のかさ密度が１．５〜５．０夕／ｃｃ
の範囲にあれば成形性、形状繊維性および充填、複合性
において実用上何等差支えないが、好ましくはかさ密度
が２．０〜５．０夕／ｃｃである。
また繊維強化部における一方向繊維東の割合を約２０〜
７０％の範囲内で幅広く選択することができるので、強
化方式に自由度が増し、部材に応じてそれを適切に繊維
強化することができる。
７０％の範囲内で幅広く選択することができるので、強
化方式に自由度が増し、部材に応じてそれを適切に繊維
強化することができる。
〔実施例 ｍ
直径１２仏、長さｌｏｗ帆のステンレス繊維（ＪＩＳ記
号ＳＵＳ３１６）を種々のかさ密度となるように本数を
それぞれ選定した上で内径１０．５肌、長さ１０５肋の
石英ガラス管内に挿入して水素ガス炉中で９００℃、１
粉ご間加熱し、直径１仇伽、長さ１００柳の７種類の一
方向繊維東（Ｎｏ．８〜１４）を成形し、次いで実施例
１と同様に各一方向繊維東により樟部を繊維強化したコ
ンロッドを鋳造した。
号ＳＵＳ３１６）を種々のかさ密度となるように本数を
それぞれ選定した上で内径１０．５肌、長さ１０５肋の
石英ガラス管内に挿入して水素ガス炉中で９００℃、１
粉ご間加熱し、直径１仇伽、長さ１００柳の７種類の一
方向繊維東（Ｎｏ．８〜１４）を成形し、次いで実施例
１と同様に各一方向繊維東により樟部を繊維強化したコ
ンロッドを鋳造した。
各一方向繊維の性状について検討したところ表ロの結果
が得られ、実施例１と同様の効果のあることが判明した
。
が得られ、実施例１と同様の効果のあることが判明した
。
表□
なお、樟部横断面における断面二次モーメントの関係は
実施例１と同様である。
実施例１と同様である。
直径３５．２仏、長さ１００側のステンレス繊維（ＪＩ
Ｓ記号ＳＵＳ３１６）を種々のかさ密度となるように本
数をそれぞれ選定した上で内蓬１０．５肌、長さ１０５
肋の石英ガラス管内に挿入して水素ガス炉中で９０００
０、１０分間加熱し、直径１比吻、長さ１０比肋の７種
類の一方向繊維東（Ｎｏ．１５〜２１）を成形し、次い
で実施例１と同様に各一方向繊維東により福部を繊維強
化したコソロッドを鋳造した。
Ｓ記号ＳＵＳ３１６）を種々のかさ密度となるように本
数をそれぞれ選定した上で内蓬１０．５肌、長さ１０５
肋の石英ガラス管内に挿入して水素ガス炉中で９０００
０、１０分間加熱し、直径１比吻、長さ１０比肋の７種
類の一方向繊維東（Ｎｏ．１５〜２１）を成形し、次い
で実施例１と同様に各一方向繊維東により福部を繊維強
化したコソロッドを鋳造した。
各一方向繊維東の性状について検討したところ表ｍの結
果が得られ、実施例１と同様の効果のあることが判明し
た。
果が得られ、実施例１と同様の効果のあることが判明し
た。
ｍ
なお、樟部横断面における断面二次モーメントの関係は
実施例１と同様である。
実施例１と同様である。
前記実施例１〜ｍにおいて、一方向繊維束に加熱処理を
施して歪取りを行うようにしてもよい。
施して歪取りを行うようにしてもよい。
また前記実施例１〜ｍにおいて繊維強化された部分にお
ける断面二次モーメントの関係をｌｔｃ｝ｙ＞１｛ｃ｝
ｘと設定する場合には、第４図に示すように一方向繊維
東３′の横断面形状を楕円形に成形し、その長軸をＸ軸
上に配設する。楕円形状の一例としては最軸を１仇奴、
短軸を７側にした場合が該当する。楕円形一方向繊維東
を成形する場合には、石英ガラス管を横断面楕円形にす
る、または円形に成形された一方向繊維東を二次成形に
より楕円形にするといった手段がとられる。使用繊維は
金属繊維に限らず、非金属繊維でも使用することができ
、その場合には非金属繊維表面にメッキ処理を施す。本
発明による一方向繊維東は前記実施例のコンロッド樟部
の繊維強化に用いられるだけでなく、他の部村の繊維強
化にも用いられることは当然である。以上のように本発
明によれば、耐熱性管状成形型内にその成形型内で所定
かさ密度となるよう本数を選定された多数の一方向繊維
を挿入し、次いで前記成形型と共にその内部の一方向繊
維を加熱して、それら一方向繊維相互間を部分的に拡散
結合するので一方向繊維相互の拡散結合効果により一方
向繊維東は高圧凝固鋳造時の高熔湯圧力に耐えるだけの
良好な保形性を発揮でき、しかも一方向繊維相互間には
溶湯の浸透を許容するに足る十分な空隙を確保できて高
圧凝固鋳造時に熔湯を一方向繊維間にスムーズに浸透さ
せることができ、以上の結果、マトリックスを一方向繊
維東に的確に充填複合させることができる。
ける断面二次モーメントの関係をｌｔｃ｝ｙ＞１｛ｃ｝
ｘと設定する場合には、第４図に示すように一方向繊維
東３′の横断面形状を楕円形に成形し、その長軸をＸ軸
上に配設する。楕円形状の一例としては最軸を１仇奴、
短軸を７側にした場合が該当する。楕円形一方向繊維東
を成形する場合には、石英ガラス管を横断面楕円形にす
る、または円形に成形された一方向繊維東を二次成形に
より楕円形にするといった手段がとられる。使用繊維は
金属繊維に限らず、非金属繊維でも使用することができ
、その場合には非金属繊維表面にメッキ処理を施す。本
発明による一方向繊維東は前記実施例のコンロッド樟部
の繊維強化に用いられるだけでなく、他の部村の繊維強
化にも用いられることは当然である。以上のように本発
明によれば、耐熱性管状成形型内にその成形型内で所定
かさ密度となるよう本数を選定された多数の一方向繊維
を挿入し、次いで前記成形型と共にその内部の一方向繊
維を加熱して、それら一方向繊維相互間を部分的に拡散
結合するので一方向繊維相互の拡散結合効果により一方
向繊維東は高圧凝固鋳造時の高熔湯圧力に耐えるだけの
良好な保形性を発揮でき、しかも一方向繊維相互間には
溶湯の浸透を許容するに足る十分な空隙を確保できて高
圧凝固鋳造時に熔湯を一方向繊維間にスムーズに浸透さ
せることができ、以上の結果、マトリックスを一方向繊
維東に的確に充填複合させることができる。
しかも本数を適宜選定された多数の一方向繊維からなる
繊維群を管状成形型内に挿入して小型薄肉の成形型ごと
単に加熱するだけで、該一方向繊維群と同じかさ密度の
一方向繊維東が容易に得られるので、一方向繊維東のか
さ密度の設定を簡単かつ精度よく行うことができる上、
一方向繊維に対する加熱効率を著しく高めることができ
、のみならず構造複雑な分割型を使用して繊維群を特別
に加圧成形する必要はないから、成形コストの低減に寄
与し得ることは勿論、繊維東の一部に加圧成形に起因し
た脆弱部や応力集中部或いは後処理加工が必要な‘まり
が生じるおそれはなく、高品質の一方向繊維東が安定し
て得られる。
繊維群を管状成形型内に挿入して小型薄肉の成形型ごと
単に加熱するだけで、該一方向繊維群と同じかさ密度の
一方向繊維東が容易に得られるので、一方向繊維東のか
さ密度の設定を簡単かつ精度よく行うことができる上、
一方向繊維に対する加熱効率を著しく高めることができ
、のみならず構造複雑な分割型を使用して繊維群を特別
に加圧成形する必要はないから、成形コストの低減に寄
与し得ることは勿論、繊維東の一部に加圧成形に起因し
た脆弱部や応力集中部或いは後処理加工が必要な‘まり
が生じるおそれはなく、高品質の一方向繊維東が安定し
て得られる。
第１図は本発明の一工程である一方向繊維を成形型内へ
挿入する状態を示す斜視図、第２図は内燃機関用コンロ
ッドの縦断正面図、第３図は第２図囚−ｍ線断面図、第
４図は第３図と同一方向に切断した他のコンロッドの断
面図である。 Ｆ……一方向繊維、Ｐ・・・・・・管状成形型としての
石英ガラス管、Ｍ・・・・・・軽合金としてのアルミニ
ウム合金。 第１図 第３図 第４図 第２図
挿入する状態を示す斜視図、第２図は内燃機関用コンロ
ッドの縦断正面図、第３図は第２図囚−ｍ線断面図、第
４図は第３図と同一方向に切断した他のコンロッドの断
面図である。 Ｆ……一方向繊維、Ｐ・・・・・・管状成形型としての
石英ガラス管、Ｍ・・・・・・軽合金としてのアルミニ
ウム合金。 第１図 第３図 第４図 第２図
Claims (1)
- １ 高圧凝固鋳造法によりマトリツクスとしての軽合金
を充填、複合される強化用一方向繊維束を製造するに当
り、耐熱性管状成形型内に、その成形型内で所定かさ密
度となるよう本数を選定された多数の一方向繊維を挿入
し、次いで前記成形型と共にその内部の一方向繊維を加
熱して、それら一方向繊維相互間を部分的に拡散結合す
ることを特徴とする強化用一方向繊維束の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP475081A JPS6036871B2 (ja) | 1981-01-16 | 1981-01-16 | 強化用一方向繊維束の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP475081A JPS6036871B2 (ja) | 1981-01-16 | 1981-01-16 | 強化用一方向繊維束の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57118878A JPS57118878A (en) | 1982-07-23 |
| JPS6036871B2 true JPS6036871B2 (ja) | 1985-08-22 |
Family
ID=11592577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP475081A Expired JPS6036871B2 (ja) | 1981-01-16 | 1981-01-16 | 強化用一方向繊維束の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6036871B2 (ja) |
-
1981
- 1981-01-16 JP JP475081A patent/JPS6036871B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57118878A (en) | 1982-07-23 |
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