(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガスを充填された圧力容器内の貯槽に貯留された溶融金属中に、オリフィスを介して繊維束を挿通させることで、該繊維束内に前記溶融金属を含浸させるとともに、前記繊維束外面に前記溶融金属を被覆させる繊維束内へ金属を含浸させる圧力含浸装置において、
前記オリフィスは、前記繊維束を前記圧力容器の繊維束導入側から前記貯槽内に挿通させる導入側オリフィスと、
前記溶融金属を含浸した繊維強化金属複合線を前記圧力容器の繊維束導出側から前記圧力容器外に導出させる導出側オリフィスと、
前記導入側オリフィスと前記導出側オリフィス間に設けられ、前記繊維強化金属複合線を前記貯槽内から前記圧力容器内に挿通させる中間オリフィスとから成り、
前記導入側オリフィスの前記中間オリフィス側の先端形状を凸状とするとともに、前記中間オリフィスの前記導入側オリフィス側の先端内側形状を前記導入側オリフィスの先端形状に対応させて凹状に形成されていることを特徴とする繊維束内へ金属を含浸させる圧力含浸装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維束内に溶融金属を含浸させるとともに、繊維束外面に金属を被覆させた繊維強化金属複合線を製造するための繊維束内へ金属を含浸させる圧力含浸装置に関し、詳しくは繊維強化金属複合線の中心に繊維束を位置させるための圧力含浸装置のオリフィス構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より繊維強化金属複合線は、耐久性及び信頼性に優れる電線等として使用されている。この繊維強化金属複合線は、炭素繊維、セラミック繊維及び金属繊維等の無機繊維束に溶融金属を含浸させてなり、無機繊維束に溶融金属をより多く保持させることで、耐久性及び信頼性をより高めることができる。
【０００３】
従来、前記繊維束に多くの溶融金属を保持させるための繊維強化金属複合線の製造方法として、米国特許第５，７３６，１９９号明細書には、無機繊維束の繊維間に金属を所定の圧力下で浸透させる方法が記載されている。当該製造方法は、図３に示す金属含浸装置３０を用いて行われる。
【０００４】
図３を参照すると、金属含浸装置３０は、不活性ガスを充填された圧力容器３１内において、貯槽３２に貯留された溶融金属３３中に、オリフィス３４，３５，３６を介して圧力容器３１内及び貯槽３２内に挿通される無機繊維束３７を浸漬させることにより、無機繊維束３７内に金属を含浸させるとともに、無機繊維束３７外面に金属を被覆させる。
【０００５】
前記オリフィス３４，３５，３６は、無機繊維束３７を繊維束導入側の圧力容器３１外から貯槽３２内に挿通させる導入側オリフィス３４と、無機繊維束３７を圧力容器３１内から繊維束導出側の圧力容器３１外に挿通させる導出側オリフィス３５と、導入側オリフィス３４及び導出側オリフィス３５間に設けられ、無機繊維束３７を貯槽３２内から圧力容器３１内に挿通させる中間オリフィス３６とからなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の金属含浸装置３０では、繊維強化金属複合線を細線化したい場合に、貯槽３２内における導入側オリフィス３４及び中間オリフィス３６間で、無機繊維束３７が撓んだり、ぶれたりする可能性がある。
したがって、無機繊維束３７の周囲に同心円状に金属を被覆させ、被覆金属の中心、すなわち繊維強化金属複合線の中心に無機繊維束３７を位置させることが困難であるという問題があった。
【０００７】
本発明は、導入側オリフィス及び中間オリフィスの間隔を小さくすることができ、これにより貯槽内における導入側オリフィスと中間オリフィスとの間で繊維束が撓む等の不具合を確実に防止して、繊維束を被覆金属の中心に配置させることができる繊維束内へ金属を含浸させる圧力含浸装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる上記課題は、不活性ガスを充填された圧力容器内の貯槽に貯留された溶融金属中に、オリフィスを介して繊維束を挿通させることで、該繊維束内に前記溶融金属を含浸させるとともに、前記繊維束外面に前記溶融金属を被覆させる繊維束内へ金属を含浸させる圧力含浸装置において、
前記オリフィスは、前記繊維束を前記圧力容器の繊維束導入側から前記貯槽内に挿通させる導入側オリフィスと、前記溶融金属を含浸した繊維強化金属複合線を前記圧力容器の繊維束導出側から前記圧力容器外に導出させる導出側オリフィスと、前記導入側オリフィスと前記導出側オリフィス間に設けられ、前記繊維強化金属複合線を前記貯槽内から前記圧力容器内に挿通させる中間オリフィスとから成り、
前記導入側オリフィスの前記中間オリフィス側の先端形状を凸状とするとともに、前記中間オリフィスの前記導入側オリフィス側の先端内側形状を前記導入側オリフィスの先端形状に対応させて凹状に形成されていることを特徴とする繊維束内へ金属を含浸させる圧力含浸装置によって解決することができる。
【０００９】
前記構成の繊維束内へ金属を含浸させる圧力含浸装置によれば、導入側オリフィスの中間オリフィス側の先端形状を凸状とするとともに、中間オリフィスの導入側オリフィス側の挿通孔先端形状を導入側オリフィスの先端形状に対応させて凹状に形成されている。
したがって、繊維束は、導入側オリフィスを介して貯槽内に挿通され、貯槽内で繊維束は、導入側オリフィスから中間オリフィスに至るまでの間、不活性ガスによる加圧された条件下で、溶融金属に接触される。これにより、繊維束は、溶融金属を含浸されるとともに、外面に溶融金属が被覆される。
【００１０】
この際、導入側オリフィス及び中間オリフィスの間隔を小さくすることにより、貯槽内の導入側オリフィス及び中間オリフィス間における繊維束の撓み等が確実に防止され、繊維束が被覆金属の中心に位置される。
また、繊維束は、溶融金属の含浸及び被覆に必要な最小限の時間しか溶融金属に曝されず、溶融金属との反応等に起因する繊維束へのダメージが軽減される。なお、導入側オリフィス及び中間オリフィスの間隔を小さくした場合、導入側オリフィス及び中間オリフィス間における溶融金属の流動性が低下して、十分な含浸ができなくなる可能性があります。しかしながら、導入側オリフィスの中間オリフィス側の先端形状が凸状であるとともに、中間オリフィスの導入側オリフィス側の先端形状が導入側オリフィスの形状に対応して凹状に形成されているので、導入側オリフィス及び中間オリフィス間における溶融金属の流動性が確保され、繊維束内への十分な含浸が可能となる。
【００１１】
また、溶融金属を含浸及び被覆された繊維束は、中間オリフィスから圧力容器内に挿通される。この圧力容器内で繊維束は、含浸及び被覆された溶融金属を冷却されてから、導出側オリフィスを介して圧力容器外に導出される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の繊維束内へ金属を含浸させる圧力含浸装置の一実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態である繊維束内へ金属を含浸させる圧力含浸装置を示す概略断面図、図２は図１における圧力含浸装置によって形成された繊維強化金属複合線の断面図である。
【００１３】
図１及び図２に示すように、本実施形態の圧力含浸装置２０は、不活性ガスを充填された圧力容器２１内に、貯槽２２に貯留された溶融金属１１中にオリフィス２３，２４，２５を介して圧力容器２１内及び貯槽２２内を挿通する無機繊維束１０を浸漬させる。これにより、無機繊維束１０内に金属を含浸させるとともに、無機繊維束１０外面に金属を被覆させ、繊維強化金属複合線１２が形成される。
【００１４】
すなわち、圧力含浸装置２０は、巻取側ドラム２６の回転に伴って、無機繊維束１０を各送出側ドラム２７から連続的に図１中上方に向けて送出させるとともに、ダイス等の絞り部２８によって収束され、各オリフィス２３，２４，２５を介して圧力容器２１内及び貯槽２２内を挿通させる。これにより、圧力含浸装置２０は、所定の圧力下で無機繊維束１０を溶融金属１１中に浸漬させ、無機繊維束１０内に金属を含浸させるとともに、無機繊維束１０外面に同心円状に金属を被覆させる。なお、無機繊維としては、炭素、硼素、炭化珪素等の繊維、酸化アルミニウム等の金属繊維が挙げられる。
【００１５】
また、前記圧力容器２１には、アルゴン、窒素又はヘリウム等の不活性ガスがガス供給源２９から供給され、所定の圧力を以って充填される。
【００１６】
また、前記貯槽２２は、圧力容器２１内に配置されており、銅、アルミニウム、マグネシウム、銀又は合金等の溶融金属１１を貯留する。この貯槽２２の外周面近傍には、ヒータ２２ａが設けられている。このヒータ２２ａは、貯槽２２に貯留された溶融金属１１を加熱及び保温する。
【００１７】
さらに、前記オリフィス２３，２４，２５は、導入側オリフィス２３、導出側オリフィス２４及び中間オリフィス２５からなる。導入側オリフィス２３は、無機繊維束１０を無機繊維束導入側（図１中下側）の圧力容器２１外から貯槽２２内に挿通させる。導出側オリフィス２４は、無機繊維束１０を圧力容器２１内から無機繊維束導出側（図１中上側）の圧力容器２１外に挿通させる。中間オリフィス２５は、導入側オリフィス２３及び導出側オリフィス２４間に設けられており、無機繊維束１０を貯槽２２内から圧力容器２１内に挿通させる。
【００１８】
前記各オリフィス２３，２４，２５は、各々溶融金属１１及び無機繊維束１０との力学的及び化学的反応が少ない、グラファイト、タンタル、ステンレス、タングステン、インコネル、モリブデン、プラチナ、及び燒結ジルコニアセラミック、アルミセラミックス系材料の内、少なくともいずれか１種類の材料からなる。これにより、各オリフィス２３，２４，２５自体の耐久性が確保されるとともに、各オリフィス２３，２４，２５内での無機繊維束１０の断線等が防止される。
【００１９】
前記導入側オリフィス２３における中間オリフィス２５側の先端部（図１中上端部）は、円錐状に先細りした凸状に形成されている。また、中間オリフィス２５における導入側オリフィス２３側の挿通孔の先端部（図１中下端部）は、導入側オリフィス２３の先細りした凸状に対応して、先端（図１中下端）に向けて徐々に拡径された円錐状の凹状に形成されている。
【００２０】
前記導入側オリフィス２３の図1中上端部の先細り凸状、及び中間オリフィス２５内の挿通孔の図1中下端部の凹状により、貯槽２２内の導入側オリフィス２３及び中間オリフィス２５間における溶融金属１１の流動性が阻害されることなく、導入側オリフィス２３及び中間オリフィス２５の間隔Ａが小さく設定される。
したがって、貯槽２２内の導入側オリフィス２３及び中間オリフィス２５間における無機繊維束１０の撓み等が確実に防止されるとともに、無機繊維束１０が溶融金属１１に曝される時間が、金属の含浸及び被覆に必要な最小限の時間とされる。また、無機繊維束１０の良好な挿通性が確保される。
【００２１】
また、前記送出側ドラム２７は、導入側オリフィス２３より無機繊維束１０の導入側の圧力容器２１外に複数個（図１中では６個）設けられている。各送出側ドラム２７は、各々外周に巻回された無機繊維束１０を回転軸２７ａを中心とした自転により送出しつつ、仮想中心線Ｂ周りの公転により、送出した複数本（図１では６本）の無機繊維束１０を撚り合わせる。
また、巻取側ドラム２６は、導出側オリフィス２４より無機繊維束１０の導出側の圧力容器２１外に設けられる。この巻取側ドラム２６は、回転軸２６ａを中心とした回転により、外周に繊維強化金属複合線１２を巻回させて巻き取る。
【００２２】
本実施形態の繊維束内へ金属を含浸させる圧力含浸装置における作用を説明する。前記圧力含浸装置２０における無機繊維束１０は、巻取側ドラム２６の回転に伴って各送出側ドラム２７から連続的に送出されるとともに、絞り部２８によって収束された後、導入側オリフィス２３を介して貯槽２２内に導入される。
【００２３】
前記貯槽２２内における無機繊維束１０は、導入側オリフィス２３の先端（図１中上端）から出て中間オリフィス２５に入るまでの間、ガス供給源２９から供給された不活性ガスによる加圧された条件下で、溶融金属１１に浸漬される。
これにより、無機繊維束１０は、その繊維束内に溶融金属を含浸するとともに、外面上に溶融金属が被覆される。
【００２４】
この際、導入側オリフィス２３及び中間オリフィス２５の間隔Ａが小さく設定されていることにより、貯槽２２内の導入側オリフィス２３及び中間オリフィス２５間における無機繊維束１０の撓み等が確実に防止される。
したがって、無機繊維束１０が被覆金属１３の中心、すなわち繊維強化金属複合線１２の中心に配置されるように形成される。また、無機繊維束１０は、金属の含浸及び被覆に必要な最小限の時間しか溶融金属１１に曝されず、溶融金属１１との反応等に起因する無機繊維束１０へのダメージが軽減される。
【００２５】
なお、導入側オリフィス２３及び中間オリフィス２５の間隔Ａを小さくした場合、導入側オリフィス２３及び中間オリフィス２５間における溶融金属１１の流動性が低下する。この溶融金属１１の流動性低下により、通常は繊維束内への含浸が十分できない。
しかしながら、本実施形態の圧力含浸装置２０では、導入側オリフィス２３の図１中上端部が先細りした凸状であるとともに、中間オリフィス２５内の挿通孔の図１中下端部が導入側オリフィス２３の凸状に対応して徐々に拡径するような凹状であることにより、導入側オリフィス２３及び中間オリフィス２５間における溶融金属１１の流動性が確保される。
【００２６】
前記金属を含浸及び被覆された無機繊維束１０は、中間オリフィス２５に挿通され、外面に被覆された金属の余分な部分を削ぎ落とされて成形された後、中間オリフィス２５から圧力容器２１内に挿通される。この圧力容器２１内の無機繊維束１０は、含浸及び被覆された溶融金属１１が冷却され、繊維強化金属複合線１２となる。
その後、繊維強化金属複合線１２は、導出側オリフィス２４を介して圧力容器２１外に出て巻取側ドラム２６に巻き取られる。
【００２７】
上述したように本実施形態の繊維束内へ金属を含浸させる圧力含浸装置によれば、導入側オリフィス２３の図１中上端部が、先細りの凸状に形成されており、かつ、中間オリフィス２５の挿通孔の図１中下端部が、導入側オリフィス２３の凸状に対応して徐々に拡径する凹状に形成されているので、貯槽２２内の導入側オリフィス２３及び中間オリフィス２５間における溶融金属１１の流動性を阻害することなく、導入側オリフィス２３及び中間オリフィス２５の間隔Ａを小さく設定することができる。
【００２８】
したがって、特に繊維強化金属複合線１２を細線化したい場合にも、貯槽２２内における導入側オリフィス２３及び中間オリフィス２５間で、無機繊維束１０が撓んだり、ぶれたりすることを確実に防止することができる。これにより、無機繊維束１０の周囲に同心円状に金属を被覆することができ、無機繊維束１０を被覆金属１３の中心、すなわち繊維強化金属複合線１２の中心に配置させることができる。
また、無機繊維束１０が溶融金属１１に曝される時間を、金属の含浸及び被覆に必要な最小限の時間とすることができ、溶融金属１１との反応等に起因する無機繊維束１０へのダメージを最小限に抑えることができる。
これにより、軽量で高い機械的強度及び良好な電気的特性を有する高品質の細線化された繊維強化金属複合線１２を得ることができる。
【００２９】
なお、図示しないが、特開平６−１５８１９７号公報には、複合材を製造するため、複数束の長繊維束を溶融金属中に浸漬させ、繊維内に溶融金属を含浸させるとともに、溶融金属中で収束させる含浸装置が開示されている。この含浸装置は、溶融金属中に配置されたノズル等の絞り部により、長繊維束を収束させるとともに、複合材の余分な溶融金属を絞り落とし、更に複合材の外形を成形する。
【００３０】
上述の含浸装置では、溶融金属中にノズル等の絞り部が配置されており、複合材の中心部に繊維を集中させることが困難であるとともに、外面を金属で別途被覆する必要が生じる。すなわち、複合材の中心部に繊維を集中させるには、繊維の張力を常時一定に保つとともに、繊維を絞り部中心にセンタリングする必要がある。しかしながら、上述の従来公報には、繊維を絞り部中心にセンタリングするための手段が記載されていない。
一般的に、繊維を金属で同心円状に被覆するには、繊維をセンタリングするための手段と絞り部中心とが接近していなければ、技術的に困難である。このため、絞り部が溶融金属中に配置されている含浸装置に、繊維をセンタリングするための手段を設けることは困難である。
本実施形態の圧力含浸装置２０によれば、従来の含浸装置の抱える上述した課題を解消し、無機繊維束１０を被覆金属１３の中心に位置させることができ、無機繊維束１０を中心に配置させた繊維強化金属複合線１２を得ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の繊維束内へ金属を含浸させる圧力含浸装置によれば、前記導入側オリフィスの前記中間オリフィス側の先端形状を凸状とするとともに、前記中間オリフィスの前記導入側オリフィス側の先端内側形状を前記導入側オリフィスの先端形状に対応させて凹状に形成されている。
したがって、導入側オリフィス及び中間オリフィスの間隔を小さくすることができ、貯槽内における導入側オリフィス及び中間オリフィス間で繊維束が撓む等の不具合を確実に防止することができ、繊維束を被覆金属の中心に配置させることができる。よって、軽量で高い機械的強度及び良好な電気的特性を有する高品質の細線化された繊維強化金属複合線を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の繊維束内へ金属を含浸する圧力含浸装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】図１における圧力含浸装置によって形成された繊維強化金属複合線の断面図である。
【図３】従来の圧力含浸装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０  無機繊維束
１１  溶融金属
１２  繊維強化金属複合線
２０  圧力含浸装置
２１  圧力容器
２２  貯槽
２３  導入側オリフィス
２４  導出側オリフィス
２５  中間オリフィス
２６  巻取側ドラム
２７  送出側ドラム
２８  絞り部
Ａ  導入側オリフィスと中間オリフィスとの間隔
【図１】
0003710048.tif 000002
【図２】
0003710048.tif 000003
【図３】
0003710048.tif 000004