(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属が充填される溶融金属炉内に、線状材を心材として通過させることにより、パイプ状複合材を製造する製造方法において、
前記線状材を所定の管状位置に対応して配置させ、前記金属炉内に導入させる線状材導入過程と、
前記金属炉内を連続移動される前記線状材に対し、溶融金属を前記金属炉内に間欠的に供給することにより、溶融金属を含侵させると共に、線状材の長手方向に沿う所定間隔毎に心材露出部を形成する金属含侵過程と、
前記金属炉内において溶融金属が含侵された線状材を、パイプ状に成形して前記金属炉より引き抜く成形過程とを備えたことを特徴とするパイプ状複合材の製造方法。
【請求項２】
少なくとも溶融金属が充填される溶融金属炉と、
該金属炉の入口側に配置され、外部より導入される線状材をそれぞれ通過させて管状に配置する第１オリフィスと、
前記金属炉の出口側に配置され、溶融金属が含侵された線状材を通過させてパイプ状に成形する第２オリフィスと、
前記金属炉に所定量の溶融金属を間欠的に供給する溶融金属供給手段とを備えたことを特徴とするパイプ状複合材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属が充填される炉内に、多数本の線状材を心材として通過させることにより、パイプ状複合材を製造するパイプ状複合材の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平７−２８４９０７号公報には、図８に示すように、繊維強化複合線の製造装置３０として、金属溶湯３１が充填されるルツボ３２内に、セラミック繊維束３３を心材として通過させることにより、ワイヤー形状の繊維強化複合線３４を製造する加圧含侵式の製造装置が記載されている。
【０００３】
上記の製造装置３０において、セラミック繊維束３３は、送出ボビン３５からピンチロール３６に挟まれて繰り出され、ガイドプーリ３７で偏向されてノズル３８を通ってルツボ３２内の金属溶湯３１に浸漬され、さらにルツボ３２内のガイドプーリ３９で再び偏向されてダイス４０で絞られた後、ガイドプーリ４１を介して巻取ボビン４２に巻き取られる。
【０００４】
また、繊維強化材を利用する製造方法として上述した加圧含侵式以外に、例えば、パイプ状複合材を製造する場合に用いられるバッチ方式がある。このバッチ方式は、所定形状の型枠内に溶融金属を充填して製品を形成するもので、パイプ状複合材が型枠から外して１本１本製造される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
処で、上述した従来の繊維強化複合線の製造装置３０では、ノズル３８から風を吹き付けて繊維束を開繊させることにより、溶融金属が内部にまで十分に浸透したワイヤー形状の繊維強化複合線３４を連続的に製造することができる。しかしながら、例えば、線状材を心材としたパイプ状複合材をこの加圧含浸式によって製造しようとした場合、これまでは繊維等の線状材を型枠内の心材位置に配置した状態で溶融金属をパイプ状に成形する適切な手段が無かったため、特に、上記構造のパイプ状複合材を連続的に製造することが困難であった。
【０００６】
一方、バッチ方式では、上記構造のパイプ状複合材を製造することはできる。しかし、型枠を用いて１本１本製造するため、生産性の低さに問題があった。また、管径や長さ寸法が異なる種々の形態のパイプ状複合材を生産する場合には、それぞれに対応した型を準備しなければならず、生産効率の低さと同時に、製造コストが高騰するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、任意の長さのパイプ状複合材を連続的、且つ、容易に製造することができ、しかも、生産効率を高めて製造コストの低減を図ることができるパイプ状複合材の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るパイプ状複合材の製造方法は、溶融金属が充填される溶融金属炉内に、線状材を心材として通過させることにより、パイプ状複合材を製造する製造方法において、
前記線状材を所定の管状位置に対応して配置させ、前記金属炉内に導入させる線状材導入過程と、
前記金属炉内を連続移動される前記線状材に対し、溶融金属を前記金属炉内に間欠的に供給することにより、溶融金属を含侵させると共に、線状材の長手方向に沿う所定間隔毎に心材露出部を形成する金属含侵過程と、
前記金属炉内において溶融金属が含侵された線状材を、パイプ状に成形して前記金属炉より引き抜く成形過程とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
そして、管状位置に対応して配置された線状材に対し、溶融金属を金属炉内で間欠的に供給して金属炉内より外部へ引き抜くと、溶融金属の含浸された部位と溶融金属の含侵されない心材露出部とを線状材の長手方向に沿って所定間隔毎に形成したパイプ状複合材を連続して製造できる。
【００１０】
また、上記目的を達成するための本発明に係るパイプ状複合材の製造装置は、少なくとも溶融金属が充填される溶融金属炉と、
該金属炉の入口側に配置され、外部より導入され線状材をそれぞれ通過させて管状に配置する第１オリフィスと、
前記金属炉の出口側に配置され、溶融金属が含侵された線状材を通過させてパイプ状に成形する第２オリフィスと、
前記金属炉に所定量の溶融金属を間欠的に供給する溶融金属供給手段とを備えたことを特徴とするパイプ状複合材の製造装置により達成される。
【００１１】
多数本の線状材は、第１オリフィスを通過して管状に配置された状態で溶融金属炉内に導入される。そして、線状材は、溶融金属炉内において溶融金属供給手段から溶融金属が間欠的に供給されて、溶融金属が含侵されるとともに溶融金属が含侵されない状態で第２オリフィスを通過して溶融金属炉内より外部へ引き抜かれる。これにより、線状材は所定間隔毎に心材露出部を設けた長尺のパイプ状複合材に成形される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るパイプ状複合材の製造方法及び製造装置の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１乃至図４は本発明のパイプ状複合材の製造装置の一実施の形態を示し、図１はパイプ状複合材の製造装置を示す構成図、図２は図１の溶融金属炉を拡大して示す要部断面図、図３は図２の溶融金属炉の第１及び第２オリフィスの平面図で、（ａ）は第１オリフィスを、（ｂ）は第２オリフィスをそれぞれ示し、図４は図２の溶融金属炉の第１及び第２オリフィスの断面図で、（ａ）は第１オリフィスを、（ｂ）は第２オリフィスをそれぞれ示し、図５は図１のパイプ状複合材の製造装置による製造方法を説明する図で、（ａ）は線状材に溶融金属が含浸される状態を、（ｂ）は線状材に溶融金属が含浸されない状態を示し、図６はパイプ状複合材の各個体への切断前の状態を示す要部斜視図であり、図７はパイプ状複合材の切断後の個体を示す斜視図である。
【００１３】
図１において、本実施の形態によるパイプ状複合材の製造装置１０は、溶融金属２０が充填される溶融金属炉１１内に、例えば炭素繊維等の無機質繊維、又はアルミナ繊維等の金属繊維よりなる多数本の線状材２１を心材として、この心材２１を、例えば５〜３５ｍ／分の所定の速度で連続的に通過させることにより、長尺のパイプ状複合材２２を製造することができる。
【００１４】
溶融金属炉１１は電気炉であり、炉内には、後述する溶融金属受け炉１２から溶融金属２０が充填されるとともに、炉上部に設けられた通路１４及びバルブ１５を介して加圧ガスが供給可能に設けられている。
【００１５】
溶融金属炉１１の入口側（図１の下方側）には、第１オリフィス１６が装備されている。
この第１オリフィス１６は、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、多数の導入口１６ａ（本例では８個）が所定の管状に対応した円周上の位置に等間隔に開口して、外部より金属炉内に導入される多数の線状材２１を、この導入口１６ａに通過させることで管状に配置する。
【００１６】
溶融金属炉１１の出口側（図１の上方側）には、第２オリフィス１７が装備されている。
この第２オリフィス１７は、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、導出口１７ａが所定の管状に対応した円環状に開口して、溶融金属２０が含侵された線状材２１を、この導出口１７ａを通過させることでパイプ状に成形する。
【００１７】
第１オリフィス１６の導入口１６ａ及び第２オリフィス１７の導出口１７ａは、通過させる線状材２１の太さ及び製造するパイプ状複合材２２の肉厚に応じて口径及び穴径が適宜選択される。
【００１８】
溶融金属炉１１には、同じく電気炉からなる溶融金属受け炉１２が、通路１８及びバルブ１９を介して連設されている。
溶融金属受け炉１２は、内部にピストン１３を備えており、バルブ１９開放下でのピストン１３の上昇により、所定量の溶融金属２０を通路１８を介して溶融金属炉１１内に供給すると共に、バルブ１９開放下でのピストン１３の下降により、所定量の溶融金属２０を通路１８を介して溶融金属炉１１から戻して、一時的に貯留できる。つまり、溶融金属受け炉１２は、バルブ１９の開閉操作に同期するピストン１３の昇降動作の繰り返しによって、溶融金属２０を溶融金属炉１１内に間欠的に流入又は溶融金属炉１１内より流出させることができる。
なお、溶融金属受け炉１２、ピストン１３、通路１８及びバルブ１９が、本発明でいう溶融金属供給手段を構成している。
【００１９】
次に、図５により本実施の形態のパイプ状複合材の製造装置の作用について説明する。
パイプ状複合材の製造装置１０において、最初に、連続走行して外部より溶融金属炉１１内に案内される多数本の線状材２１は、第１オリフィス１６の導入口１６ａによって所定の管状位置に対応して配置されつつ、溶融金属炉１１内に導入される（線状材導入過程）。
【００２０】
次に、溶融金属炉１１内を移動する線状材２１に対して、溶融金属炉１１内に充填した溶融金属２０が含侵される（金属含侵過程）。この際、図５（ａ）に示すように、溶融金属炉１１内で充満状態に供給された溶融金属２０は、図５（ｂ）に示すように、バルブ１９開放下でのピストン１３の下降により、一定量が溶融金属受け炉１２に移動した後、再びピストン１３が上昇することにより、図５（ａ）に示すように、溶融金属炉１１内に戻される。これにより、金属炉内を移動して溶融金属２０が含侵される線状材２１には、溶融金属２０が間欠的に供給されることとなって、溶融金属２０を含侵させない部位が所定間隔毎に形成される。
【００２１】
その後、溶融金属２０を含侵させた部位及び溶融金属２０を含浸させない部位（後述の心材露出部２３に対応）を有した線状材２１は、第２オリフィス１７の導出口１７ａを通過して溶融金属２０を含侵させた部位をパイプ状に成形した状態で、溶融金属炉１１内から外方へ引き抜きされる。この結果、図６に示すように、パイプ状複合材２２は、心材となる線状材２１が露出した心材露出部２３を一定間隔毎に長手方向に有した長尺状に製造される（成形過程）。そして、パイプ状複合材２２は、心材露出部２３の上下端部で切り離されることにより、図７に示すように、製品として所要の長さ寸法Ｌを有する１本のパイプ状複合材２２（図７参照）とされる。
なお、上記の製造装置において適用される溶融金属の具体例としては、アルミニウム合金、マグネシウム合金等を挙げることができる。また、溶融金属炉内における溶融温度は、例えば５００〜７００℃である。
【００２２】
以上のように、上記実施形態によれば、製造装置１０の溶融金属炉１１には、線状材２１を管状位置に配置する第１オリフィス１６、及びパイプ状に成形する第２オリフィス１７がそれぞれ装備されている。製造装置１０は、溶融金属炉１１内に溶融金属２０及び加圧ガスを充填した状態で、多数本の線状材２１を第１オリフィス１６を介して溶融金属炉１１内に導入して金属炉内を通過させた後、第２オリフィス１７を介して溶融金属炉１１より外方へ送出する。
【００２３】
したがって、この製造装置１０は、パイプ状複合材２２を加圧含侵式により連続的、且つ、容易に製造できる。しかも、長さ寸法の異なる複数種の型枠を準備することなく、溶融金属炉への溶融金属の供給を調整することにより、１本１本の長さ寸法Ｌを自在に変更させたパイプ状複合材２２を製造することができる。また、管径が異なるパイプ状複合材の製造についても、装置の大幅な変更を要しない単なるオリフィスの交換だけで対応することができる。この結果、任意長さ寸法Ｌや異なる管径のパイプ状複合材を、高い生産効率で連続的に製造することができ、大掛かりな設備投資等も不要にして、低コスト化を図ることができる。
【００２４】
また、上記の実施の形態によれば、溶融金属受け炉１２は、ピストン１３の上昇及び下降を所要間隔毎に繰り返すことで、溶融金属２０を溶融金属炉１１内に間欠的に流入又は流出させて、線状材２１に溶融金属２０を含侵させない心材露出部２３を所定間隔毎に形成しているので、製品化するための１本１本のパイプ状複合材２２を、この心材露出部２３において簡単、且つ、容易に切断して製造することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、心材となる多数本の線状材を所定の管状位置に対応して配置させ、溶融金属炉内に導入する線状材導入過程と、溶融金属炉内を連続的に移動する線状材に対して、溶融金属を間欠的に供給することにより、線状材に溶融金属を含侵させるとともに、線状材を露出させる心材露出部を所定間隔毎に形成する金属含侵過程と、溶融金属の含侵した線状材をパイプ状に成形する成形過程とから構成されるので、長尺のパイプ状複合材を製造できるとともに、心材露出部で切断して任意長さのパイプ状複合材を連続的、且つ、容易に製造することができる。また、心材露出部の形成間隔を変更することにより、あるいは、第１、第２オリフィスを所定のものに変更することにより、多種類のパイプ状複合材を容易に製造することができて、生産効率を高めることができると同時に、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるパイプ状複合材の製造装置の構成図である。
【図２】図１の溶融金属炉を拡大して示す要部断面図である。
【図３】図２の溶融金属炉の第１及び第２オリフィスの平面図で、（ａ）は第１オリフィス、（ｂ）は第２オリフィスをそれぞれ示す。
【図４】図２の溶融金属炉の第１及び第２オリフィスの断面図で、（ａ）は第１オリフィス、（ｂ）は第２オリフィスをそれぞれ示す。
【図５】図１のパイプ状複合材の製造装置による製造方法を説明する図で、（ａ）は線状材に溶融金属が含浸される状態を示し、（ｂ）は線状材に溶融金属が含浸されない状態を示す。
【図６】パイプ状複合材の各個体への切断前の状態を示す要部斜視図である。
【図７】パイプ状複合材の切断後の個体を示す斜視図である。
【図８】従来の繊維強化複合線の製造装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０  パイプ状複合材の製造装置
１１  溶融金属炉
１２  溶融金属受け炉
１３  ピストン
１６  第１オリフィス
１６ａ  導入口
１７  第２オリフィス
１７ａ  導出口
２０  溶融金属
２１  線状材
２２  パイプ状複合材
２３  心材露出部
Ｌ  パイプ状複合材の長さ
【図１】
0003763463.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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