(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非導電性材料よりなり枠体(10A)の下部に設けられた基台(12)上に位置する下部金型(5)と、前記枠体(10A)の天板(10B)の下面に固定された押圧手段(11)と、前記押圧手段(11)に設けられた上部金型(1)と、前記基台(12)の下方のみに配設され高周波電源(15)に接続された複数のコイル(16a)と、からなり、非導電性材料よりなる前記上部金型(1)と前記下部金型(5)との間に設けられた複合積層材料体(6)を、前記各コイル(16a)により加熱した状態下で前記押圧手段(11)により前記上部金型(1)で押圧することによりプレス成形して成形品を得るようにした複合積層材料体の成形装置において、
前記上部金型(1)及び下部金型(5)の一方又は両方の表面に形成されるか、又は、前記複合積層材料体(6)の一面又は両面に貼り付けられ前記複合積層材料体(6)と同じ長さの発熱体(20)としての第１、第２磁性材料体(13,14)と、前記上部金型(1)及び下部金型(5)の外部に配設され前記高周波電源(15)に接続された前記各コイル(16a)と、によって前記複合積層材料体(6)を加熱するための加熱手段(4)が形成され、前記第１磁性材料体(13)は前記上部金型(1)と前記複合積層材料体(6)との間に位置し、前記第２磁性材料体(14)は前記複合積層材料体(6)と前記下部金型(5)との間に位置し、
前記各磁性材料体(13,14)は前記高周波電源(15)のオンと同時に加熱されると共に前記複合積層材料体(6)は前記高周波電源(15)及びコイル群(16)による前記各磁性材料体(13,14)の高周波誘導加熱により加熱され、前記磁性材料体(13,14)のキュリー温度が熱可塑性樹脂の溶融温度あるいは熱硬化性樹脂の硬化温度以上であることを特徴とする複合積層材料体の成形装置。
【請求項２】
前記上部金型(1)の前記非導電性材料は、シリコーンゴム、ポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、耐熱性ＧＦＲＰ、セラミック、セメント、高強度硝子、石膏の何れかよりなり、前記下部金型(5)の前記非導電性材料は、ポリイミド、シリコーン樹脂、耐熱性ＧＦＲＰ、セラミック、セメント、高強度硝子、石膏の何れかよりなることを特徴とする請求項１記載の複合積層材料体の成形装置。
【請求項３】
前記磁性材料体(13,14)は、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金の何れかよりなり、前記Ｎｉの含有量を変えることにより、前記キュリー温度を変化できることを特徴とする請求項１又は２記載の複合積層材料体の成形装置。
【請求項４】
前記磁性材料体(13,14)は、前記表面に溶射又はメッキにより形成されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の複合積層材料体の成形装置。
【請求項５】
前記複合積層材料体(6)には、プリプレグが積層されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の複合積層材料体の成形装置。
【請求項６】
非導電性材料よりなり枠体(10A)の下部に設けられた基台(12)上に位置する下部金型(5)と、前記枠体(10A)の天板(10B)の下面に固定された押圧手段(11)と、前記押圧手段(11)に設けられた上部金型(1)と、前記基台(12)の下方のみに配設され高周波電源(15)に接続された複数のコイル(16a)と、からなり、非導電性材料よりなる前記上部金型(1)と前記下部金型(5)との間に設けられた複合積層材料体(6)を、前記各コイル(16a)により加熱した状態下で前記押圧手段(11)により前記上部金型(1)で押圧することによりプレス成形して成形品を得るようにした複合積層材料体の成形方法において、
前記上部金型(1)及び下部金型(5)の一方又は両方の表面に形成されるか、又は、前記複合積層材料体(6)の一面又は両面に貼り付けられ前記複合積層材料体(6)と同じ長さの発熱体(20)としての第１、第２磁性材料体(13,14)と、前記上部金型(1)及び下部金型(5)の外部に配設され前記高周波電源(15)に接続された前記各コイル(16a)と、によって前記複合積層材料体(6)を加熱するための加熱手段(4)が形成され、前記第１磁性材料体(13)は前記上部金型(1)と前記複合積層材料体(6)との間に位置し、前記第２磁性材料体(14)は前記複合積層材料体(6)と前記下部金型(5)との間に位置し、
前記各磁性材料体(13,14)は前記高周波電源(15)のオンと同時に加熱されると共に前記複合積層材料体(6)は前記高周波電源(15)及びコイル群(16)による前記各磁性材料体(13,14)の高周波誘導加熱により加熱され、前記磁性材料体(13,14)のキュリー温度が熱可塑性樹脂の溶融温度あるいは熱硬化性樹脂の硬化温度以上であることを特徴とする複合積層材料体の成形方法。
【請求項７】
前記上部金型(1)の前記非導電性材料は、シリコーンゴム、ポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、耐熱性ＧＦＲＰ、セラミック、セメント、高強度硝子、石膏の何れかよりなり、前記下部金型(5)の前記非導電性材料は、ポリイミド、シリコーン樹脂、耐熱性ＧＦＲＰ、セラミック、セメント、高強度硝子、石膏の何れかよりなることを特徴とする請求項６記載の複合積層材料体の成形方法。
【請求項８】
前記磁性材料体(13,14)は、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金の何れかよりなり、前記Ｎｉの含有量を変えることにより、前記キュリー温度を変化できることを特徴とする請求項６又は７記載の複合積層材料体の成形方法。
【請求項９】
前記磁性材料体(13,14)は、前記表面に溶射又はメッキにより形成されていることを特徴とする請求項６ないし８の何れかに記載の複合積層材料体の成形方法。
【請求項１０】
前記複合積層材料体(6)には、プリプレグが積層されていることを特徴とする請求項６ないし９の何れかに記載の複合積層材料体の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合積層材料体の成形装置及び方法に関し、特に、複合積層材料体に接する磁性材料体を用いて高周波誘導加熱により複合積層材料体を加熱してプレス成形するための新規な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、用いられていたこの種の複合積層体等のプレス成形方法としては、例えば、後述の非特許文献１のｐ−４７の第１図に開示されているように、図４で示される方法が採用されている。
すなわち、図４において符号１で示されるものは上部金型であり、この上部金型１の壁内には複数のヒータ２及び熱電対３が内蔵されている。
前記上部金型１は、図示しない油圧プレス等の押圧手段により上下動自在に設けられており、この上部金型１の下方位置には、ヒータ４が内蔵された下部金型５が固定配設されている。
【０００３】
次に、動作について述べる。まず、各金型１,５をヒータ２,４によって加熱させた後、前記上部金型１を上昇させた状態で、前記下部金型５上に樹脂フィルム等からなる複合積層材料体６を載置させ、前記上部金型１を押圧手段によって下方へ押圧させると、前記複合積層材料体６は、下部金型５のキャビティ５ａ内で加熱された後に、所定の形状にプレス成形され、成形品（図示せず）が得られる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】石川島播磨技報Ｖｏｌ．４３、Ｎｏ．２（２００３−３）、４７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の複合積層体等のプレス成形方法は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、金型内にヒータが内蔵されているため、ヒータからの熱は金型内を経て複合積層材料体に伝熱されることになり、間接的な加熱方式であることによって熱容量が大きくなっていた。
そのため、各金型間の複合積層材料に対する昇温及び冷却に多大の時間を必要とすることになり、成形速度（成形サイクル）を向上させることが困難であった。
【０００６】
また、金型の形状が平坦でない場合に、ヒータから金型を経て複合積層材料体へと熱を伝えるため、金型等の熱抵抗分布の違いにより均質に複合積層材料体を加熱することは困難であった。
また、前述の図４の構成のように、ヒータを金型の壁内に内蔵させた構成に限ることなく、例えば、各金型の外側で、かつ、各金型に極めて接近又は接触した状態にヒータを配設（図示せず）した構成を用いた場合においても、前述の図４の構成と同様に、金型を通じて複合積層材料体を加熱するため、熱容量が大きく、前述と同様の課題が存在していた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による複合積層材料体の成形装置は、非導電性材料よりなり枠体の下部に設けられた基台上に位置する下部金型と、前記枠体の天板の下面に固定された押圧手段と、前記押圧手段に設けられた上部金型と、前記基台の下方のみに配設され高周波電源に接続された複数のコイルと、からなり、非導電性材料よりなる前記上部金型と前記下部金型との間に設けられた複合積層材料体を、前記各コイルにより加熱した状態下で前記押圧手段により前記上部金型で押圧することによりプレス成形して成形品を得るようにした複合積層材料体の成形装置において、前記上部金型及び下部金型の一方又は両方の表面に形成されるか、又は、前記複合積層材料体の一面又は両面に貼り付けられ前記複合積層材料体と同じ長さの発熱体としての第１、第２磁性材料体と、前記上部金型及び下部金型の外部に配設され前記高周波電源に接続された前記各コイルと、によって前記複合積層材料体を加熱するための加熱手段が形成され、前記第１磁性材料体は前記上部金型と前記複合積層材料体との間に位置し、前記第２磁性材料体は前記複合積層材料体と前記下部金型との間に位置し、前記各磁性材料体は前記高周波電源のオンと同時に加熱されると共に前記複合積層材料体は前記高周波電源及びコイル群による前記各磁性材料体の高周波誘導加熱により加熱され、前記磁性材料体のキュリー温度が熱可塑性樹脂の溶融温度あるいは熱硬化性樹脂の硬化温度以上である構成であり、また、前記上部金型の前記非導電性材料は、シリコーンゴム、ポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、耐熱性ＧＦＲＰ、セラミック、セメント、高強度硝子、石膏の何れかよりなり、前記下部金型の前記非導電性材料は、ポリイミド、シリコーン樹脂、耐熱性ＧＦＲＰ、セラミック、セメント、高強度硝子、石膏の何れかよりなる構成であり、また、前記磁性材料体は、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金の何れかよりなり、前記Ｎｉの含有量を変えることにより、前記キュリー温度を変化できる構成であり、また、前記磁性材料体は、前記表面に溶射又はメッキにより形成されている構成であり、また、前記複合積層材料体には、プリプレグが積層されている構成であり、また、本発明による複合積層材料体の成形方法は、非導電性材料よりなり枠体の下部に設けられた基台上に位置する下部金型と、前記枠体の天板の下面に固定された押圧手段と、前記押圧手段に設けられた上部金型と、前記基台の下方のみに配設され高周波電源に接続された複数のコイルと、からなり、非導電性材料よりなる前記上部金型と前記下部金型との間に設けられた複合積層材料体を、前記各コイルにより加熱した状態下で前記押圧手段により前記上部金型で押圧することによりプレス成形して成形品を得るようにした複合積層材料体の成形装置において、前記上部金型及び下部金型の一方又は両方の表面に形成されるか、又は、前記複合積層材料体の一面又は両面に貼り付けられ前記複合積層材料体と同じ長さの発熱体としての第１、第２磁性材料体と、前記上部金型及び下部金型の外部に配設され前記高周波電源に接続された前記各コイルと、によって前記複合積層材料体を加熱するための加熱手段が形成され、前記第１磁性材料体は前記上部金型と前記複合積層材料体との間に位置し、前記第２磁性材料体は前記複合積層材料体と前記下部金型との間に位置し、前記各磁性材料体は前記高周波電源のオンと同時に加熱されると共に前記複合積層材料体は前記高周波電源及びコイル群による前記各磁性材料体の高周波誘導加熱により加熱され、前記磁性材料体のキュリー温度が熱可塑性樹脂の溶融温度あるいは熱硬化性樹脂の硬化温度以上である構成であり、また、前記上部金型の前記非導電性材料は、シリコーンゴム、ポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、耐熱性ＧＦＲＰ、セラミック、セメント、高強度硝子、石膏の何れかよりなり、前記下部金型の前記非導電性材料は、ポリイミド、シリコーン樹脂、耐熱性ＧＦＲＰ、セラミック、セメント、高強度硝子、石膏の何れかよりなる構成であり、また、前記磁性材料体は、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金の何れかよりなり、前記Ｎｉの含有量を変えることにより、前記キュリー温度を変化できる構成であり、また、前記磁性材料体は、前記表面に溶射又はメッキにより形成されている構成であり、また、前記複合積層材料体には、プリプレグが積層されている方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による複合積層材料体の成形装置及び方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、非導電性材料よりなり枠体の下部に設けられた基台上に位置する下部金型と、前記枠体の天板の下面に固定された押圧手段と、前記押圧手段に設けられた上部金型と、前記基台の下方のみに配設され高周波電源に接続された複数のコイルと、からなり、非導電性材料よりなる前記上部金型と前記下部金型との間に設けられた複合積層材料体を、前記各コイルにより加熱した状態下で前記押圧手段により前記上部金型で押圧することによりプレス成形して成形品を得るようにした複合積層材料体の成形装置において、前記上部金型及び下部金型の一方又は両方の表面に形成されるか、又は、前記複合積層材料体の一面又は両面に貼り付けられ前記複合積層材料体と同じ長さの発熱体としての第１、第２磁性材料体と、前記上部金型及び下部金型の外部に配設され前記高周波電源に接続された前記各コイルと、によって前記複合積層材料体を加熱するための加熱手段が形成され、前記第１磁性材料体は前記上部金型と前記複合積層材料体との間に位置し、前記第２磁性材料体は前記複合積層材料体と前記下部金型との間に位置し、前記各磁性材料体は前記高周波電源のオンと同時に加熱されると共に前記複合積層材料体は前記高周波電源及びコイル群による前記各磁性材料体の高周波誘導加熱により加熱され、前記磁性材料体のキュリー温度が熱可塑性樹脂の溶融温度あるいは熱硬化性樹脂の硬化温度以上であることにより、発熱部分は金型表面の磁性材料体のみで複合積層材料体に接しているため、瞬時に加熱することができ、極めて熱容量が小さく、成形速度（成形サイクル）を向上させることができる。
また、前記磁性材料体は、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金の何れかよりなり、前記Ｎｉの含有量を変えることにより、前記キュリー温度を変化できることにより、キュリー点を超えた場合には磁性体でなくなるため、ヒステリシス損失がなくなり、設定されたキュリー点付近の温度で一定に温度制御され、複合積層材料体全体で温度一定の均質な加熱が可能となる。
前記磁性材料体は、前記表面に溶射又はメッキにより形成されていることにより、繰り返し複合積層材料体の迅速な成形が可能となる。
また、前記複合積層材料体には、プリプレグが積層されていることによっても、均一な温度による成形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による複合積層材料体の成形装置及び方法を示す概略構成図である。
【図２】図１の複合積層材料体の成形前の状態を示す構成図である。
【図３】本発明の図１の複合積層材料体中のＮｉ含有割合いのキュリー点の変化を示す特性図である。
【図４】従来の複合積層材料体の成形装置を示す要部の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、複合積層材料体に接する磁性材料体を用いて高周波誘導加熱により複合積層材料体を加熱してプレス成形するようにした複合積層材料体の成形装置および方法を提供することを目的とする。
【実施例】
【００１１】
以下、図面と共に本発明による複合積層材料体の成形装置及び方法の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図１において、符号１で示されるものは成形装置１０の油圧プレス等の押圧手段１１の下部に設けられ、ゴム又は樹脂からなる上部金型であり、この上部金型１の下方位置には、前記成形装置１０の基台１２上に設けられ、樹脂（高強度樹脂）からなる下部金型５が配設されている。
尚、前記成形装置１０は、全体形状が枠状をなす枠体１０Ａで構成され、前記押圧手段１１は枠体１０Ａの天板１０Ｂの下面に設けられ、前記下部金型５は枠体１０Ａ下部の基台１２上に位置している。
尚、上部金型１の材料としては、非導電性材料で、前述のゴム又は樹脂の他に、耐熱ゴム（シリコーンゴム等）、高強度耐熱樹脂（ポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等）、耐熱性ＧＦＲＰ、セラミック、セメント、高強度硝子、石膏等も用いることができる。
また、下部金型５の材料としては、非導電性材料で、前述の樹脂の他に、高強度耐熱樹脂（ポリイミド、シリコーン樹脂等）、耐熱性ＧＦＲＰ、セラミック、セメント、高強度硝子、石膏等も用いることができる。
前述の耐熱性ＧＦＲＰは、耐熱性の硝子繊維＋耐熱樹脂で構成されている。
【００１２】
前記上部金型１の下面１ａには、この下面１ａの面形状に沿って所定厚さの板状又は膜状の第１磁性材料体１３が形成され、前記下部金型５の上面５ａには、この上面５ａの面形状に沿って所定厚さの板状又は膜状の第２磁性材料体１４が形成され、前記各金型１,５間の前記下部金型５上には複数の材料を積層させてなる複合積層材料体６が載置されている。尚、前記下面１ａ及び上面５ａに磁性材料体１３,１４を形成した場合について述べたが、下面１ａ又は上面５ａの何れか一方のみとすることも可能である。
すなわち、第１磁性材料体１３は上部金型１と複合積層材料体６との間に位置し、前記第２磁性材料体１４は複合積層材料体６と下部金型５との間に位置している。
【００１３】
前記各磁性材料体１３,１４は、前述のように各金型１,５の表面である下面１ａと上面５ａにメッキ又は溶射等によって貼り付けられている構成に限ることなく、例えば、図２で示されるように、プレス成形するための複合積層材料体６の両面に前記各磁性材料体１３,１４を貼り付けた場合も前述と同じ作用効果を得ることができ、例えば、両面の何れか一方のみに磁性材料体１３又は１４を形成させることができる。
また、図２のように各磁性材料体１３,１４と複合積層材料体６の長さは同じである。
【００１４】
前記各金型１,５の外側には、前記基台１２の下方のみに配設され高周波電源１５に接続された複数のコイル１６ａからなるコイル群１６が前記各金型１,５に対応した状態で配設されており、前記各磁性材料体１３,１４、高周波電源１５及びコイル群１６によって、高周波電源１５による誘導加熱方式の加熱手段４が形成され、この誘導加熱によって各磁性材料体１３,１４が加熱されて発熱体２０として作用し、この加熱によって各磁性材料体１３,１４に直接接する複合積層材料体６が加熱された状態となるように構成されている。
尚、前述の加熱状態となる前記発熱体２０としての各磁性材料体１３,１４は、その厚さが極めて薄く形成され、従来のように各金型１,５を加熱する構成ではないため、熱容量が極めて小さく、高周波電源１５のオン／オフに連動して瞬時の加熱及び冷却を達成することができる。
尚、前記複合積層材料体６は、周知のプリプレグ等を積層させたＦＲＰ等で形成されている。
【００１５】
前記各磁性材料体１３,１４は、そのキュリー温度が前記複合積層材料体６における熱可塑性樹脂の溶融温度あるいは熱硬化性樹脂の硬化温度以上に設定された材料を使用している。
この磁性材料は、Ｆｅ−Ｃｕ合金、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金等の何れかを使用しており、Ｎｉ含有量を変えることによって前記キュリー温度を変化させることが可能で、例えば、このＮｉを図３の特性図で示すように、２０％〜１００％の間で変えることにより、そのキュリー温度を変化させることができるものである。
【００１６】
次に、動作について説明する。まず、前記上部金型１はゴム又は樹脂金型で、下部金型５は樹脂（高強度樹脂）金型で形成され、前記下部金型５上に平板状の複合積層材料体６を載置し、この状態で高周波電源１５をオンとした後、押圧手段１１によって上部金型１を降下させて複合積層材料体６を押圧すると、各磁性材料体１３,１４は高周波電源１５のオンと同時に加熱されているため、プリプレグを含む複合積層材料体６は直ちに加熱されて各金型１,５のキャビティ形状に沿ったプレス成形が行われる。
また、前記発熱体２０に対して、高周波磁界がかかったときに、基本的にジュール損とヒステリシス損失が発生する。この周波数が高いときには、ヒステリシス損失が発熱に支配的になる前記発熱体２０の周りの温度が、キュリー温度以上になった場合、磁性体でなくなるため、ヒステリシス損失はなくなり、発熱量は抑えられる。このため、発熱体２０及びその周りの温度上昇はほぼなくなる。
逆に前記発熱体２０の周りの温度がキュリー点以下になった場合は、再び磁性体に戻り、ヒステリシス損失が発生し、再び発熱するようになる。このように発熱体２０及び周りの温度は、キュリー点の付近の温度に発熱体２０全面にわたり一様に自己制御される。
すなわち、各磁性材料体１３，１４はキュリー温度を超えた場合には磁性体でなくなるため、ヒステリシス損失がなくなり、設定されたキュリー温度でほぼ一定に温度制御され、複合積層材料体６全体で温度一定な均質な加熱が可能である。
【００１７】
前述のプレス成形の所定時間経過後、高周波電源１５をオフとすると、各磁性材料体１３,１４は瞬時に加熱状態がなくなり、冷却化され、上部金型１を上方へ上昇させることにより、下部金型５上にプレス成形後の成形品が残り、取り上げることができる。
また、図２に示される各磁性材料体１３,１４を両面に有する複合積層材料体６の場合においては、プレス成形時の構成は図１のプレス成形時の構成と同様で簡単にプレス成形することができる。
【００１８】
尚、通常、上部金型１をゴム型とし、下部金型５は金属とするが、前述の形態においては、上部金型１をゴム又は樹脂型とし、下部金型５を樹脂型としたことにより、各金型１,５の不要な発熱を抑えることが可能である。
【００１９】
尚、今回の実施の形態で使用した熱可塑性樹脂の溶融温度及び熱硬化性樹脂の硬化温度は、次の通りである。
(1)  熱可塑性樹脂
ＰＡ（ポリアミド）６：２２５℃、ＰＡ６６：２６５℃、ＰＡ１１：１８７℃、ＰＡ１２：１７６℃、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフチレート）：２２４℃、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）：２２５℃、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）：３４０℃、ＰＥＫＫ（ポリエーテルケトンケトン）：３６０℃
(2)  熱硬化性樹脂
例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等では硬化を促進するために用いられるため、決まった温度はなく、例えば、フェノール樹脂であれば、１５０℃、２００℃、２５０℃等がある。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明による複合積層材料体の成形装置及び方法は、樹脂成形品の成形だけではなく、金属射出成形機にも適用可能である。
【符号の説明】
【００２１】
１    上部金型
１ａ    下面    
４    加熱手段
５    下部金型
５ａ    上面
６    複合積層材料体
１０    成形装置
１０Ａ 枠体
１０Ｂ 天板
１１    押圧手段
１２    基台
１３    第１磁性材料体
１４    第２磁性材料体
１５    高周波電源
１６    コイル群
１６ａ    コイル
２０    発熱体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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