(57)【要約】  加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減する複合材料成形方法、複合材料、加圧ヘッド及び複合材料成形装置を提供する。複合材料成形方法は、導電性線状材料配列ステップと、磁場印加ステップと、を有する。導電性線状材料配列ステップは、強化繊維１２を有する反応前の複合材料１０に、強化繊維１２が並ぶ面内において、強化繊維１２と交差する方向に沿って、強化繊維１２の間隔よりも広い間隔で複数の導電性線状材料１６を配列するステップである。磁場印加ステップは、強化繊維１２が並ぶ面に交差する方向に磁場４２を印加するステップである。
2019151426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維を有する複合材料の成形方法であって、
反応前の前記複合材料に、前記強化繊維が並ぶ面内において、前記強化繊維と交差する方向に沿って、前記強化繊維の間隔よりも広い間隔で複数の導電性線状材料を配列する導電性線状材料配列ステップと、
前記強化繊維が並ぶ面に交差する方向に磁場を印加する磁場印加ステップと、
を有することを特徴とする複合材料成形方法。
【請求項２】
前記導電性線状材料は、前記複合材料の中央領域における間隔よりも、前記複合材料の周辺領域における間隔の方が大きく設けられることを特徴とする請求項１に記載の複合材料成形方法。
【請求項３】
前記導電性線状材料配列ステップでは、前記導電性線状材料を前記複合材料に編み込むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複合材料成形方法。
【請求項４】
前記導電性線状材料配列ステップでは、前記複合材料と対向する側に前記導電性線状材料が設けられた加圧ヘッドにより前記複合材料を加圧することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複合材料成形方法。
【請求項５】
前記導電性線状材料配列ステップでは、前記導電性線状材料としての電気伝導性ローラにより前記複合材料を加圧し、前記複合材料を前記強化繊維の延びる方向に沿って搬送することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複合材料成形方法。
【請求項６】
前記複合材料は、前記強化繊維と樹脂とをニット状に織り込んだコミングル材であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の複合材料成形方法。
【請求項７】
平面状に延びる複合材料であって、
強化繊維と、
前記強化繊維に含浸された樹脂と、
前記強化繊維が並ぶ面内において、前記強化繊維と交差する方向に沿って、前記強化繊維の間隔よりも広い間隔で配置された複数の導電性線状材料と、
を有することを特徴とする複合材料。
【請求項８】
平面状に延びる複合材料であって、
強化繊維と、
前記強化繊維とともにニット状に織り込まれた樹脂と、
前記強化繊維が並ぶ面内において、前記強化繊維と交差する方向に沿って、前記強化繊維の間隔よりも広い間隔で配置された複数の導電性線状材料と、
を有することを特徴とする複合材料。
【請求項９】
強化繊維を有する複合材料を加圧する加圧ヘッドであって、
加圧ヘッド本体と、
前記加圧ヘッド本体の前記複合材料と対向する側に、前記強化繊維が並ぶ面方向において、前記強化繊維と交差する方向に沿って、前記強化繊維の間隔よりも広い間隔で設けられた複数の導電性線状材料と、
を有することを特徴とする加圧ヘッド。
【請求項１０】
請求項９に記載の加圧ヘッドと、
前記強化繊維が並ぶ面に交差する方向に磁場を印加する磁場コイルと、
を備えることを特徴とする複合材料成形装置。
【請求項１１】
強化繊維を有する複合材料を、前記強化繊維の延びる方向に沿って供給する複合材料供給部と、
前記複合材料供給部によって前記複合材料を供給する下流側において、前記強化繊維が並ぶ面に平行に、かつ、前記強化繊維と交差する方向に沿って設けられ、前記強化繊維の延びる方向に互いに離間して配置された少なくとも２本の電気伝導性ローラと、
前記少なくとも２本の電気伝導性ローラの間の領域において、前記強化繊維が並ぶ面に交差する方向に磁場を印加する磁場コイルと、
を備え、
前記電気伝導性ローラは、前記複合材料供給部によって供給された前記複合材料を前記強化繊維が並ぶ面に直交する方向に加圧するとともに、前記複合材料を前記強化繊維の延びる方向に沿って搬送することを特徴とする複合材料成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料成形方法、複合材料、加圧ヘッド及び複合材料成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽量性及び高い強度を有する材料には、強化繊維に樹脂を含浸させた複合材料が知られている。複合材料は、航空機、自動車及び船舶等に用いられている。複合材料を製造する方法としては、強化繊維に樹脂を含浸させた複合材料のシートを積層し、積層したシートを加圧した状態で電磁波を用いて加熱する方法が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１３１４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複合材料は、強化繊維の部分において導線性を有する。このため、複合材料は、特定の方向を除き、電気伝導率が低い。このため、特許文献１の方法において電磁波に代えて磁場を用いて複合材料を加熱する場合、特定の方向を除いて複合材料の電気伝導率が低いために、複合材料に対して全体的に磁場を印加したとしても、複合材料の領域によっては、複合材料の内部において十分な渦電流が誘起されないために十分に加熱されない領域が生じ、加熱中の複合材料に温度ムラが生じるという問題があった。これにより、特許文献１の方法において電磁波に代えて磁場を用いて、複合材料を加熱することで樹脂を反応させて得られる複合材料は、強度ムラが生じてしまい、高品質のものとはならないという問題があった。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減する複合材料成形方法、複合材料、加圧ヘッド及び複合材料成形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材料成形方法は、強化繊維を有する複合材料の成形方法であって、反応前の前記複合材料に、前記強化繊維が並ぶ面内において、前記強化繊維と交差する方向に沿って、前記強化繊維の間隔よりも広い間隔で複数の導電性線状材料を配列する導電性線状材料配列ステップと、前記強化繊維が並ぶ面に交差する方向に磁場を印加する磁場印加ステップと、を有することを特徴とする。【０００７】
この構成によれば、強化繊維と導電性線状材料とにより導電性のループが形成されるので、磁場の印加に応じて複合材料の領域によらず複合材料の内部において十分な渦電流が誘起されるため、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減することができる。これにより、この構成によれば、樹脂を反応させて得られる複合材料に強度ムラが生じることを低減することができるので、高品質な複合材料を得ることができる。【０００８】
この構成において、前記導電性線状材料は、前記複合材料の中央領域における間隔よりも、前記複合材料の周辺領域における間隔の方が大きく設けられることが好ましい。この構成によれば、特に複合材料の中央領域において、複合材料の内部において十分な渦電流が誘起されるため、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることをより低減することができる。【０００９】
これらの構成において、前記導電性線状材料配列ステップでは、前記導電性線状材料を前記複合材料に編み込むことが好ましい。この構成によれば、複合材料の内部で導電性のループがより確実に形成されるので、磁場の印加に応じてより確実に複合材料の内部において十分な渦電流が誘起されるため、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることをより低減することができる。【００１０】
あるいは、これらの構成において、前記導電性線状材料配列ステップでは、前記複合材料と対向する側に前記導電性線状材料が設けられた加圧ヘッドにより前記複合材料を加圧することが好ましい。この構成によれば、複合材料の内部に導電性線状材料を編み込んでいない複合材料についても、複合材料の内部で導電性のループが形成されるので、磁場の印加に応じて複合材料の内部において十分な渦電流が誘起されるため、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減することができる。【００１１】
あるいは、これらの構成において、前記導電性線状材料配列ステップでは、前記導電性線状材料としての電気伝導性ローラにより前記複合材料を加圧し、前記複合材料を前記強化繊維の延びる方向に沿って搬送することが好ましい。この構成によれば、複合材料の内部に導電性線状材料を編み込んでいない複合材料についても、電気伝導性ローラを介して複合材料の内部で導電性のループが形成されるので、磁場の印加に応じて複合材料の内部において十分な渦電流が誘起されるため、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減することができる。また、電気伝導性ローラにより複合材料を加圧しながら搬送することで、複合材料における加圧領域、及び、複合材料における導電性のループが形成された領域を移動させることができるので、複合材料の内部に導電性線状材料を編み込んでいない長尺の複合材料を好適に連続成形することができる。【００１２】
これらの構成において、前記複合材料は、前記強化繊維と樹脂とをニット状に織り込んだコミングル材であることが好ましい。この構成によれば、樹脂が強化繊維に織り込まれたコミングル材についても、コミングル材の内部で導電性のループが形成されるので、磁場の印加に応じてコミングル材の内部において十分な渦電流が誘起されるため、加熱中のコミングル材に温度ムラが生じることを低減することができる。【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材料は、平面状に延びる複合材料であって、強化繊維と、前記強化繊維に含浸された樹脂と、前記強化繊維が並ぶ面内において、前記強化繊維と交差する方向に沿って、前記強化繊維の間隔よりも広い間隔で配置された複数の導電性線状材料と、を有することを特徴とする。【００１４】
この構成によれば、強化繊維と導電性線状材料とにより導電性のループが形成されるので、磁場の印加に応じて複合材料の領域によらず複合材料の内部において十分な渦電流が誘起されるため、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減することができる。これにより、この構成によれば、樹脂を反応させて得られる複合材料に強度ムラが生じることを低減することができるので、高品質な複合材料を得ることができる。【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材料は、平面状に延びる複合材料であって、強化繊維と、前記強化繊維とともにニット状に織り込まれた樹脂と、前記強化繊維が並ぶ面内において、前記強化繊維と交差する方向に沿って、前記強化繊維の間隔よりも広い間隔で配置された複数の導電性線状材料と、を有することを特徴とする。【００１６】
この構成によれば、樹脂が強化繊維に織り込まれたコミングル材についても、強化繊維と導電性線状材料とにより導電性のループが形成されるので、磁場の印加に応じてコミングル材の領域によらずコミングル材の内部において十分な渦電流が誘起されるため、加熱中のコミングル材に温度ムラが生じることを低減することができる。これにより、この構成によれば、樹脂を反応させて得られるコミングル材に強度ムラが生じることを低減することができるので、高品質なコミングル材を得ることができる。【００１７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、加圧ヘッドは、強化繊維を有する複合材料を加圧する加圧ヘッドであって、加圧ヘッド本体と、前記加圧ヘッド本体の前記複合材料と対向する側に、前記強化繊維が並ぶ面方向において、前記強化繊維と交差する方向に沿って、前記強化繊維の間隔よりも広い間隔で設けられた複数の導電性線状材料と、を有することを特徴とする。【００１８】
この構成によれば、複合材料の内部に導電性線状材料を編み込んでいない複合材料についても、強化繊維と導電性線状材料とにより導電性のループを形成することができるので、磁場の印加に応じて複合材料の領域によらず複合材料の内部において十分な渦電流を誘起させることができるため、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減することができる。これにより、この構成によれば、樹脂を反応させて得られる複合材料に強度ムラが生じることを低減することができるので、高品質な複合材料を得ることができる。【００１９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材料成形装置は、上記した加圧ヘッドと、前記強化繊維が並ぶ面に交差する方向に磁場を印加する磁場コイルと、を備えることを特徴とする。【００２０】
この構成によれば、複合材料の内部に導電性線状材料を編み込んでいない複合材料についても、強化繊維と導電性線状材料とにより導電性のループを形成することができるので、磁場の印加に応じて複合材料の領域によらず複合材料の内部において十分な渦電流を誘起させることができるため、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減することができる。これにより、この構成によれば、樹脂を反応させて得られる複合材料に強度ムラが生じることを低減することができるので、高品質な複合材料を得ることができる。【００２１】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材料成形装置は、強化繊維を有する複合材料を、前記強化繊維の延びる方向に沿って供給する複合材料供給部と、前記複合材料供給部によって前記複合材料を供給する下流側において、前記強化繊維が並ぶ面に平行に、かつ、前記強化繊維と交差する方向に沿って設けられ、前記強化繊維の延びる方向に互いに離間して配置された少なくとも２本の電気伝導性ローラと、前記少なくとも２本の電気伝導性ローラの間の領域において、前記強化繊維が並ぶ面に交差する方向に磁場を印加する磁場コイルと、を備え、前記電気伝導性ローラは、前記複合材料供給部によって供給された前記複合材料を前記強化繊維が並ぶ面に直交する方向に加圧するとともに、前記複合材料を前記強化繊維の延びる方向に沿って搬送することを特徴とする。【００２２】
この構成によれば、複合材料の内部に導電性線状材料を編み込んでいない複合材料についても、電気伝導性ローラを介して複合材料の内部で導電性のループが形成されるので、この導電性のループへの磁場の印加に応じて複合材料の内部において十分な渦電流が誘起されるため、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減することができる。また、電気伝導性ローラにより複合材料を加圧しながら搬送することで、複合材料における加圧領域、及び、複合材料における導電性のループが形成された領域を移動させることができるので、複合材料の内部に導電性線状材料を編み込んでいない長尺の複合材料を好適に連続成形することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減する複合材料成形方法、複合材料、加圧ヘッド及び複合材料成形装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形方法による処理途中または処理後の複合材料の状態の一例を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形方法に用いられる複合材料成形装置の概略構成図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形方法のフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係る複合材料成形方法による処理途中または処理後の複合材料の状態の一例を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態に係る複合材料成形方法によって処理される複合材料の一例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係る複合材料成形方法に用いられる複合材料成形装置の概略構成図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施形態に係る複合材料成形方法に用いられる加圧ヘッドの裏面図である。
【図８】図８は、本発明の第４の実施形態に係る複合材料成形方法に用いられる加圧ヘッドの裏面図である。
【図９】図９は、本発明の第５の実施形態に係る複合材料成形方法に用いられる複合材料成形装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２６】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形方法による処理途中または処理後の複合材料１０の状態の一例を示す図である。図１に示す複合材料１０は、樹脂１４が反応前の状態の場合、処理途中の状態を示しており、樹脂１４が反応後の状態の場合、処理後の状態を示している。複合材料１０は、図１に示すように、強化繊維１２と、樹脂１４と、導電性線状材料１６と、を有する。複合材料１０は、水平方向である図１に示すＸＹ平面方向に、平面状に沿って延びている平板形状に成形された材料が例示される。なお、本発明では、複合材料１０は、このような平板形状に成形される形態に限定されず、曲線を有する複雑な形状等、いかなる形状に成形されていてもよい。
【００２７】
強化繊維１２は、本実施形態では、それらのほとんどが、複合材料１０の内部に、図１に示すＸ軸方向、すなわち複合材料１０が延びる平面内の一方向に沿って延びて、図１に示すＹ軸方向、すなわち複合材料１０が延びる平面内の他方向に沿って配列されており、複合材料１０がいわゆる一方向材となっている。なお、強化繊維１２は、この配列形態に限定されず、当該一方向とは異なる方向に沿って延びているものが一部存在していてもよい。また、強化繊維１２は、一部が、複合材料１０の内部に、複合材料１０が延びる平面内の一方向に沿って延びて配置され、残りの一部が、当該一方向とは異なる平面内の他方向に沿って延びて配置された形態、例えば複合材料１０がクロス材となっている形態であってもよく、この場合には、一方向に沿って延びる強化繊維１２と、他方向に沿って延びる強化繊維１２とが概ね複合材料１０の内部で導電性のループを形成していないものが、より顕著に本発明の実施形態に係る複合材料成形方法による大きな作用効果を得ることができる。
【００２８】
樹脂１４は、強化繊維１２に含浸されており、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形方法に含まれる後述する磁場印加ステップＳ１４を経て、反応する。樹脂１４は、加熱されることで軟化状態または半硬化状態から硬化状態に熱硬化反応する熱硬化性樹脂と、加熱されることで熱溶融反応する熱可塑性樹脂と、が例示される。以下において、樹脂１４は、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とを区別しない場合には、熱硬化性樹脂の熱硬化反応と熱可塑性樹脂の熱溶融反応とを、単に反応と称する。導電性線状材料１６は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形方法に含まれる後述する導電性線状材料配列ステップＳ１２を経て、複合材料１０の内部に複数追加して配列されるものであり、複合材料１０の強化繊維１２が並ぶ面内において、強化繊維１２と交差する方向に沿って、強化繊維１２の間隔よりも広い間隔ｄで配置されている。導電性線状材料１６は、第１の実施形態では、編み込まれて配置されている形態が例示されるが、これに限定されることはなく、その他の方法で配置されていてもよい。導電性線状材料１６は、第１の実施形態では、強化繊維１２の延びる方向に直交する方向であるＹ軸方向に沿って延びて、Ｘ軸方向に互いに間隔ｄで等間隔に、配置されている。
【００２９】
強化繊維１２は、電気伝導性を有するので、後述する磁場印加ステップＳ１４で印加される磁場４２によって複合材料１０の内部において渦電流が誘起される。強化繊維１２は、複合材料１０の内部において渦電流が誘起されることで、強化繊維１２自体の電気抵抗によって発熱が生じる。すなわち、複合材料１０は、磁場４２に応じて内部に発熱を生じさせる。複合材料１０に含まれる強化繊維１２で生じた発熱は、複合材料１０に含まれる樹脂１４に伝えられ、樹脂１４の反応に寄与する。
【００３０】
複合材料１０は、軽量性及び高い強度を有する。強化繊維１２は、第１の実施形態では炭素繊維が例示されるが、これに限定されることはなく、その他の電気伝導性を有する繊維、例えば、金属繊維でもよい。樹脂１４は、第１の実施形態では、熱硬化性樹脂である場合、エポキシ系樹脂を有する樹脂が例示される。樹脂１４がエポキシ系樹脂を有する場合、さらに軽量性及びさらに高い強度を有するので、好ましい。樹脂１４は、第１の実施形態では、熱硬化性樹脂である場合、他には、ポリエステル樹脂及びビニルエステル樹脂が例示される。樹脂１４は、第１の実施形態では、熱可塑性樹脂である場合、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ（Acrylonitrile  Butadiene  Styrene）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、及びポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が例示される。ただし、樹脂１４は、これらに限定されず、その他の樹脂でもよい。
【００３１】
導電性線状材料１６は、電気伝導性を有するので、後述する磁場印加ステップＳ１４で印加される磁場４２によって複合材料１０の内部に渦電流を誘起される。導電性線状材料１６は、細く、かつ、一方向に長く延びた導電性の材料であり、強化繊維１２と同様の材料に加えて、細い電気伝導性材料の線（例えば、金属線）等の電気伝導性材料（例えば、金属材料）等が例示される。
【００３２】
導電性線状材料１６は、強化繊維１２と接触して配置されている。このため、強化繊維１２と導電性線状材料１６とは、複合材料１０の内部で導電性のループを形成する。なお、導電性線状材料１６は、強化繊維１２と接触して導電性のループを形成するため、複合材料１０の内部に２本以上、すなわち複数設けられている必要がある。この強化繊維１２と導電性線状材料１６とによる導電性のループは、後述する磁場印加ステップＳ１４で印加される磁場４２によって複合材料１０の内部において十分な渦電流が誘起される。これにより、この強化繊維１２と導電性線状材料１６とによる導電性のループは、複合材料１０の内部に十分な発熱を生じさせることができる。
【００３３】
また、導電性線状材料１６は、複合材料１０の領域によらず、複合材料１０の内部において強化繊維１２との間で導電性のループを形成することが可能な状態としている。このため、導電性線状材料１６は、強化繊維１２との間で形成する導電性のループにより、複合材料１０の領域によらず、磁場４２の印加に応じて複合材料１０の内部において十分な渦電流を誘起させ、発熱を生じさせることが可能な状態としている。したがって、導電性線状材料１６は、加熱中の複合材料１０に温度ムラが生じることを低減することに寄与することができる。また、導電性線状材料１６は、樹脂１４を反応させて得られる複合材料１０に強度ムラが生じることを低減することができるので、高品質な複合材料１０を得ることに寄与することができる。
【００３４】
導電性線状材料１６は、複合材料１０の内部において、強化繊維１２の間隔よりも広い間隔ｄで配列されている。このため、強化繊維１２と導電性線状材料１６との接触点の数を低減することができ、複合材料１０が加圧される際に生じる、強化繊維１２と導電性線状材料１６との接触点における応力集中に伴う強化繊維１２の切断を低減することができるので、強化繊維１２の切断による複合材料１０の強度の低下を低減することができる。
【００３５】
導電性線状材料１６は、複合材料１０に編み込まれている。このため、導電性線状材料１６は、強化繊維１２とより確実に接触することができ、複合材料１０の内部で導電性のループがより確実に形成される状態としている。これにより、導電性線状材料１６は、この導電性のループにより、磁場４２の印加に応じてより確実に複合材料１０の内部において十分な渦電流を誘起させることができるため、加熱中の複合材料１０に温度ムラが生じることをより低減することに寄与することができる。
【００３６】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形方法に用いられる複合材料成形装置２０の概略構成図である。なお、図１におけるＹ軸方向と、図２におけるＹ軸方向とは一致し、その後の説明に用いる図面においても、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに一致するものとする。
【００３７】
複合材料成形装置２０は、図２に示すように、加圧ヘッド３０と、磁場コイル４０と、制御部５０と、を備える。複合材料成形装置２０は、強化繊維１２に樹脂１４を含浸させ、後述する磁場印加ステップＳ１４で導電性線状材料１６が配列された反応前の複合材料１０を、所定の大きさ及び所定の形状に成形しつつ、樹脂１４を反応させる。反応前の複合材料１０は、本実施形態では、例えば、複合材料のプリプレグである。
【００３８】
複合材料１０は、第１の実施形態では、複合材料成形装置２０において、鉛直方向である図２のＺ軸方向に沿う方向に直交し、かつ、水平方向であるＸＹ平面方向に延びる平面台２２の鉛直方向上側に配置され、成形される。すなわち、第１の実施形態では、鉛直方向と、複合材料１０の厚さ方向とが、いずれもＺ軸方向で一致する。第１の実施形態では、複合材料１０における鉛直方向下側を一方側と称し、複合材料１０における鉛直方向上側を他方側と称する。また、第１の実施形態では、複合材料１０において加圧ヘッド３０及び磁場コイル４０により加圧及び加熱加工をされている領域を、所定の領域１８と称する。なお、本発明では、複合材料１０は、このような配置をされる形態に限定されず、いかなる配置がなされてもよい。また、本発明では、所定の領域１８は、第１の実施形態に示すような複合材料１０の一部の領域である形態に限定されず、複合材料１０の全体の領域であってもよい。
【００３９】
平面台２２は、磁場コイル４０が印加する磁場４２に対して透明な材料、すなわち、磁場コイル４０が印加する磁場４２によってほとんど内部に渦電流を誘起されず、磁場コイル４０が印加する磁場４２に応じてほとんど内部に発熱を生じさせない材料で構成されている。平面台２２を形成する材料は、第１の実施形態では、いずれも、磁場４２に対して透明であり、かつ、耐圧性及び耐熱性が高い材料であるＰＥＥＫ樹脂、及びセラミックスが好ましい。
【００４０】
加圧ヘッド３０は、図２に示すように、複合材料１０の所定の領域１８の他方側と対向して設けられており、複合材料１０及び平面台２２を介して、磁場コイル４０と鉛直方向に対向して設けられている。加圧ヘッド３０は、複合材料１０の所定の領域１８を、複合材料１０の他方側から加圧する。
【００４１】
加圧ヘッド３０は、図２に示すように、加圧ヘッド本体３２を含む。加圧ヘッド本体３２は、磁場コイル４０が印加する磁場４２に対して透明な材料で形成されている。加圧ヘッド本体３２を形成する材料は、磁場４２に対して透明で、かつ、耐圧性及び耐熱性が高い材料であるＰＥＥＫ樹脂、及びセラミックスであることが好ましい。
【００４２】
加圧ヘッド本体３２は、図２における鉛直方向上側に、図示しない加圧シリンダが設けられており、この加圧シリンダが制御部５０と電気的に接続されている。加圧ヘッド３０は、制御部５０により加圧ヘッド本体３２の加圧シリンダが制御されることにより、複合材料１０に対して相対的に鉛直方向上下に移動することができ、かつ、複合材料１０に対して鉛直方向下側へ向けて印加する圧力を変更することができる。加圧ヘッド３０は、複合材料１０の所定の領域１８を２００ｋＰａ以上８００ｋＰａ以下で加圧することが好ましく、３００ｋＰａ以上６００ｋＰａ以下で加圧することがより好ましい。
【００４３】
磁場コイル４０は、図２に示すように、複合材料１０の所定の領域１８の一方側と対向して設けられており、平面台２２及び複合材料１０を介して、加圧ヘッド３０と鉛直方向に対向して設けられている。磁場コイル４０は、複合材料１０の所定の領域１８に、複合材料１０の一方側から磁場４２を印加する。
【００４４】
磁場コイル４０は、第１の実施形態では、１つのコイルが配置された形態が例示されるが、複数のコイルが所定の形状、例えば正方形状に配列された形態が用いられてもよい。磁場コイル４０は、コイルが配置された水平方向の領域と同等の領域に磁場４２を印加する。第１の実施形態では、磁場コイル４０が磁場４２を印加する領域は、複合材料１０の所定の領域１８に対応している。
【００４５】
磁場コイル４０に含まれるコイルは、コイルの中心軸が複合材料１０の延びる平面と交差する方向を向いている。磁場コイル４０は、強化繊維１２が並ぶ面と交差する方向に沿って磁場４２を発生させることで、複合材料１０の内部で形成される強化繊維１２と導電性線状材料１６とによる導電性のループが形成する平面と交差する方向に沿って磁場４２を発生させる。磁場コイル４０は、磁場コイル４０の鉛直方向上側の端部が複合材料１０の一方側の面と所定の距離を離して配置されている。この所定の距離は、１．５ｃｍが例示される。
【００４６】
磁場コイル４０に含まれるコイルは、コイルの中心軸が鉛直方向に沿った方向を向いていることが好ましい。この場合、磁場コイル４０は、強化繊維１２が並ぶ面と直交する方向に沿って磁場４２を発生させることで、複合材料１０の内部で形成される強化繊維１２と導電性線状材料１６とによる導電性のループが形成する平面と直交する方向に沿って磁場４２を発生させる。そして、磁場コイル４０は、この導電性のループが形成する平面と直交する方向に沿った磁場４２を印加することで、この導電性のループに効率よく渦電流を誘起させることができるため、効率よく発熱を生じさせることができる。このため、磁場コイル４０は、効率よく複合材料１０の所定の領域１８を加熱することができる。
【００４７】
磁場コイル４０は、制御部５０と電気的に接続されている。磁場コイル４０は、制御部５０により制御されることにより、複合材料１０に対して鉛直方向上側へ向けて印加する磁場４２の大きさ及び周波数等を変更することができる。磁場コイル４０は、複合材料１０の所定の領域１８に９００ｋＨｚ以上の高周波磁場を印加することが好ましい。
【００４８】
制御部５０は、加圧ヘッド本体３２に設けられている加圧シリンダと、電気的に接続されている。制御部５０は、磁場コイル４０と電気的に接続されている。制御部５０は、加圧シリンダを制御することで加圧ヘッド３０を制御し、これにより、加圧ヘッド３０の複合材料１０に対する相対的な鉛直方向の位置と、複合材料１０に対して鉛直方向下側へ向けて印加する圧力と、等を制御することができる。制御部５０は、磁場コイル４０に流す電流を制御することで、磁場コイル４０が印加する磁場４２の大きさ及び周波数を制御することができ、これにより、複合材料１０の具体的な樹脂の組成等に応じて、複合材料１０を加熱する加熱温度、昇温速度、及び加熱時間を制御することができる。
【００４９】
制御部５０は、記憶部と、処理部と、を備える。記憶部は、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ及びフラッシュメモリー等の記憶装置を有し、処理部により処理されるソフトウェア・プログラム及びこのソフトウェア・プログラムにより参照されるデータ等を記憶する。また、記憶部は、処理部が処理結果等を一時的に記憶する記憶領域としても機能する。処理部は、記憶部からソフトウェア・プログラム等を読み出して処理することで、ソフトウェア・プログラムの内容に応じた機能、具体的には、複合材料成形装置２０によって実行される複合材料成形方法の実行を可能にする種々の機能を発揮する。
【００５０】
複合材料成形装置２０は、複合材料１０に対する加圧ヘッド３０の水平方向の位置と、複合材料１０に対する磁場コイル４０の水平方向の位置と、を同期して変化させる図示しない移動機構が設けられていてもよい。この移動機構は、制御部５０により制御され、複合材料成形装置２０による成形加工中に、加圧ヘッド３０により加圧する領域及び磁場コイル４０により磁場４２を印加する領域である所定の領域１８を、複合材料１０において移動させることができる。制御部５０は、所定の領域１８が複合材料１０のどの領域を移動したかどうかを、随時判定することができる。
【００５１】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形方法のフローチャートである。第１の実施形態に係る複合材料成形方法について、図３を用いて説明する。第１の実施形態に係る複合材料成形方法は、複合材料成形装置２０によって実行される。第１の実施形態に係る複合材料成形方法は、図３に示すように、導電性線状材料配列ステップＳ１２と、磁場印加ステップＳ１４と、を有する。
【００５２】
導電性線状材料配列ステップＳ１２は、一方向に延びる強化繊維１２を有する反応前の複合材料１０に、複合材料１０の強化繊維１２が並ぶ面内において、強化繊維１２と交差する方向に沿って、強化繊維１２の間隔よりも広い間隔ｄを有して導電性線状材料１６を追加で配列するステップである。導電性線状材料配列ステップＳ１２では、第１の実施形態では、導電性線状材料１６を複合材料１０に編み込むことで、反応前の複合材料１０に複数の導電性線状材料１６を配列する。導電性線状材料配列ステップＳ１２により、複合材料１０に導電性線状材料１６が配列されることで、複合材料１０の内部において、強化繊維１２と導電性線状材料１６とによる導電性のループを形成することができる。
【００５３】
導電性線状材料配列ステップＳ１２では、導電性線状材料１６を設けた領域を、複合材料１０の領域によらず、複合材料１０の内部において強化繊維１２と導電性線状材料１６とにより導電性のループを形成した状態とする。このため、導電性線状材料配列ステップＳ１２では、導電性線状材料１６が設けられている領域を、強化繊維１２と導電性線状材料１６とにより形成される導電性のループにより、複合材料１０の領域によらず、磁場４２の印加に応じて複合材料１０の内部において十分な渦電流が誘起され、発熱が生じる状態とする。したがって、導電性線状材料配列ステップＳ１２では、複合材料１０を、加熱中の複合材料１０に温度ムラが生じることを低減した状態とする。また、導電性線状材料配列ステップＳ１２では、複合材料１０を、樹脂１４を反応させた際の強度ムラが生じることを低減した状態、すなわち高品質なものが得られる状態とする。
【００５４】
導電性線状材料配列ステップＳ１２では、導電性線状材料１６を複合材料１０に編み込んでいる。このため、導電性線状材料配列ステップＳ１２では、導電性線状材料１６を、強化繊維１２とより確実に接触させた状態で配列することができ、複合材料１０の内部で導電性のループがより確実に形成される状態としている。これにより、導電性線状材料配列ステップＳ１２では、導電性線状材料１６が、強化繊維１２との間で形成する導電性のループにより、磁場４２の印加に応じてより確実に複合材料１０の内部において十分な渦電流が誘起される状態とすることができるため、加熱中の複合材料１０に温度ムラが生じることがより低減する状態とすることができる。
【００５５】
導電性線状材料配列ステップＳ１２の後、導電性線状材料１６が配列された反応前の複合材料１０を、磁場印加ステップＳ１４を実行するためのステップを実行する。まず、平面台２２の鉛直方向上側に反応前の複合材料１０を配置する配置ステップを実行する。次に、平面台２２に配置された反応前の複合材料１０に、加圧ヘッド３０により加圧する加圧ステップを実行する。この加圧ステップは、具体的には、まず、制御部５０が、導電性線状材料１６が配列された反応前の複合材料１０の他方側と鉛直方向に対向する位置に、加圧ヘッド３０を移動させて、加圧ヘッド３０を複合材料１０の所定の領域１８に向けた状態とする。この加圧ステップは、次に、制御部５０が、加圧ヘッド３０を複合材料１０の所定の領域１８の他方側に押し当てながら、複合材料１０の所定の領域１８を他方側から加圧するステップである。
【００５６】
磁場印加ステップＳ１４は、導電性線状材料配列ステップＳ１２により導電性線状材料１６が配列された複合材料１０に、強化繊維１２が並ぶ面に交差する方向に、磁場４２を印加するステップである。磁場印加ステップＳ１４は、具体的には、まず、制御部５０が、平面台２２の上に配置され、加圧ヘッド３０により加圧された状態の複合材料１０の所定の領域１８の一方側と鉛直方向に対向する位置に、複合材料１０の所定の領域１８に向けて磁場コイル４０を移動させて配置する。磁場印加ステップＳ１４は、次に、制御部５０が、磁場コイル４０に電流を流すことで、磁場コイル４０により複合材料１０の一方側から磁場４２を印加して、複合材料１０の所定の領域１８を加熱するステップである。
【００５７】
磁場印加ステップＳ１４では、導電性線状材料配列ステップＳ１２により複合材料１０の内部に形成された強化繊維１２と導電性線状材料１６とによる導電性のループが形成する平面と交差する方向に沿って磁場４２を発生させる。このため、磁場印加ステップＳ１４では、この導電性のループが、この導電性のループが形成する平面と直交する方向に沿った磁場４２が印加されることで、効率よく渦電流が誘起されるため、効率よく発熱を生じさせることができる。このため、磁場印加ステップＳ１４では、効率よく複合材料１０の所定の領域１８を加熱することができる。
【００５８】
第１の実施形態に係る複合材料成形方法及びこの方法により成形される複合材料１０は、以上のような構成を有するので、複合材料１０の内部において強化繊維１２と導電性線状材料１６とにより導電性のループが形成されるので、磁場４２の印加に応じて複合材料１０の領域によらず複合材料１０の内部において十分な渦電流が誘起されるため、加熱中の複合材料１０に温度ムラが生じることを低減することができる。これにより、第１の実施形態に係る複合材料成形方法及びこの方法により成形される複合材料１０は、樹脂１４を反応させて得られる複合材料１０に強度ムラが生じることを低減することができるので、高品質な複合材料１０を得ることができる。
【００５９】
第１の実施形態に係る複合材料成形方法及びこの方法により成形される複合材料１０は、導電性線状材料１６を複合材料１０に編み込むことで、反応前の複合材料１０に複数の導電性線状材料１６を配列することが好ましい。このため、第１の実施形態に係る複合材料成形方法及びこの方法により成形される複合材料１０は、複合材料１０の内部で導電性のループがより確実に形成されるので、磁場４２の印加に応じてより確実に複合材料１０の内部において十分な渦電流が誘起されるため、加熱中の複合材料１０に温度ムラが生じることをより低減することができる。
【００６０】
［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係る複合材料成形方法による処理途中または処理後の複合材料６０の状態の一例を示す図である。第２の実施形態に係る複合材料成形方法による処理途中または処理後の複合材料６０は、第１の実施形態に係る複合材料成形方法による処理途中または処理後の複合材料１０に対して導電性線状材料１６の配列する間隔を変更した構成である。なお、第２の実施形態に係る複合材料成形方法による処理途中または処理後の複合材料６０は、他の構成については、第１の実施形態に係る複合材料成形方法による処理途中または処理後の複合材料１０と同様である。以下、第２の実施形態に係る複合材料６０における導電性線状材料６６について、第１の実施形態に係る複合材料１０における導電性線状材料１６と区別するため、異なる符号を付して説明する。第２の実施形態に係る複合材料成形方法による処理途中または処理後の複合材料６０は、第１の実施形態に係る複合材料成形方法による処理途中または処理後の複合材料１０と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。また、本発明の第２の実施形態に係る複合材料成形方法に用いられる複合材料成形装置２０は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形方法に用いられる複合材料成形装置２０と同様の構成であり、この同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。
【００６１】
複合材料６０は、図４に示すように、強化繊維１２と、樹脂１４と、導電性線状材料６６と、を有する。導電性線状材料６６は、第１の実施形態に係る導電性線状材料１６と同様の材料が例示される。導電性線状材料６６は、本発明の第２の実施形態に係る複合材料成形方法に含まれる後述する導電性線状材料配列ステップＳ１２を経て、複合材料６０の内部に複数配列されるものであり、複合材料６０の強化繊維１２が並ぶ面内において、強化繊維１２と交差する方向に沿って配置されている。導電性線状材料６６は、第２の実施形態では、強化繊維１２の延びる方向に直交する方向であるＹ軸方向に沿って延びて、配置されている。導電性線状材料６６は、図４に示すように、複合材料６０の中央領域において、Ｘ軸方向に強化繊維１２の間隔よりも広い間隔ｄ１で編み込まれて配置されている。導電性線状材料６６は、図４に示すように、複合材料６０の周辺領域において、Ｘ軸方向に間隔ｄ１よりもさらに広い間隔ｄ２で編み込まれている。
【００６２】
複合材料６０は、渦電流が比較的誘起されにくい中央領域の方が、渦電流が比較的誘起されやすい周辺領域と比較して、導電性線状材料６６が密になるように配列されている。このため、複合材料６０は、導電性線状材料６６が、特に複合材料６０の中央領域において、複合材料６０の内部において十分な渦電流を誘起させやすくするので、加熱中の複合材料６０に温度ムラが生じることをより低減することができる。
【００６３】
第２の実施形態に係る複合材料成形方法は、第１の実施形態に係る複合材料成形方法と同様に、複合材料成形装置２０によって実行される。第２の実施形態に係る複合材料成形方法は、第１の実施形態に係る複合材料成形方法に対して、導電性線状材料配列ステップＳ１２で配列する導電性線状材料１６の配列する間隔を変更したものである。
【００６４】
第２の実施形態に係る複合材料成形方法及びこの方法により成形される複合材料６０は、以上のような構成を有するので、第１の実施形態に係る複合材料成形方法及びこの方法により成形される複合材料１０と同様の作用効果を奏する。加えて、第２の実施形態に係る複合材料成形方法及びこの方法により成形される複合材料６０は、導電性線状材料６６が、複合材料６０の中央領域における間隔ｄ１よりも、複合材料６０の周辺領域における間隔ｄ２の方が大きく設けられている。このため、第２の実施形態に係る複合材料成形方法及びこの方法により成形される複合材料６０は、特に複合材料６０の中央領域において、複合材料６０の内部において十分な渦電流が誘起されるため、加熱中の複合材料６０に温度ムラが生じることをより低減することができる。
【００６５】
［第３の実施形態］
図５は、本発明の第３の実施形態に係る複合材料成形方法によって処理される複合材料７０の一例を示す図である。図６は、本発明の第３の実施形態に係る複合材料成形方法に用いられる複合材料成形装置８０の概略構成図である。第３の実施形態に係る複合材料成形装置８０は、第１の実施形態に係る複合材料成形方法に対して処理をする複合材料１０が複合材料７０に変更され、複合材料成形方法に用いられる複合材料成形装置２０に対して加圧ヘッド３０が加圧ヘッド９０に変更されたものである。なお、第３の実施形態に係る複合材料成形装置８０は、他の構成については、第１の実施形態に係る複合材料成形装置２０と同様である。以下、第３の実施形態に係る複合材料７０における所定の領域７８について、第１の実施形態に係る複合材料１０における所定の領域１８と区別するため、異なる符号を付して説明する。また、第３の実施形態に係る加圧ヘッド９０における加圧ヘッド本体９２について、第１の実施形態に係る加圧ヘッド３０における加圧ヘッド本体３２と区別するため、異なる符号を付して説明する。第３の実施形態に係る複合材料７０及び複合材料成形装置８０は、その他の第１の実施形態と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。
【００６６】
複合材料７０は、図５に示すように、強化繊維１２と、樹脂１４と、を有する。複合材料７０は、第１の実施形態に係る複合材料１０に対して導電性線状材料１６が配列されていないものである。
【００６７】
複合材料成形装置８０は、図６に示すように、加圧ヘッド９０と、磁場コイル４０と、制御部５０と、を備える。第３の実施形態に係る制御部５０は、第１の実施形態に係る制御部５０に対して加圧ヘッド３０を制御することに代えて加圧ヘッド９０を制御する。複合材料成形装置８０は、強化繊維１２に樹脂１４を含浸させた反応前の複合材料７０を、所定の大きさ及び所定の形状に成形しつつ、樹脂１４を反応させる。
【００６８】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る複合材料成形方法に用いられる加圧ヘッド９０の裏面図である。ここで、図７に示す加圧ヘッド９０の裏面図は、加圧ヘッド９０の複合材料７０と対向する側の面を、複合材料７０の側から鉛直方向上側へ向かって見た図である。加圧ヘッド９０は、図６及び図７に示すように、加圧ヘッド本体９２と、導電性線状材料９６と、を有する。加圧ヘッド本体９２は、第１の実施形態に係る加圧ヘッド本体３２に対して導電性線状材料９６が配列されたものである。加圧ヘッド本体９２は、他の構成については、第１の実施形態に係る加圧ヘッド本体３２と同様である。
【００６９】
導電性線状材料９６は、図７に示すように、加圧ヘッド本体９２の複合材料７０と対向する側に、強化繊維１２が並ぶ面方向において、強化繊維１２と交差する方向に沿って、強化繊維１２の間隔よりも広い間隔Ｄで配列して設けられている。導電性線状材料９６は、第３の実施形態では、強化繊維１２の延びる方向に直交する方向であるＹ軸方向に沿って延びて、Ｘ軸方向に互いに間隔Ｄで等間隔に、配置されている。導電性線状材料９６は、第１の実施形態に係る導電性線状材料１６と同様の材料が例示される。
【００７０】
加圧ヘッド９０は、加圧ヘッド本体９２の複合材料７０と対向する側に導電性線状材料９６が設けられているので、導電性線状材料９６を複合材料７０の所定の領域７８に押し当てながら、複合材料７０を加圧することができる。加圧ヘッド９０により複合材料７０の所定の領域７８を加圧する際、導電性線状材料９６が、強化繊維１２と接触して配置される。このため、強化繊維１２と導電性線状材料９６とは、第１の実施形態に係る強化繊維１２と導電性線状材料１６と同様に、所定の領域７８において複合材料７０の内部の表層領域で導電性のループを形成する。なお、導電性線状材料９６は、強化繊維１２と接触して導電性のループを形成するため、複合材料７０の内部に２本以上、すなわち複数設けられている必要がある。この強化繊維１２と導電性線状材料９６とによる導電性のループは、磁場印加ステップＳ１４で印加される磁場４２によって複合材料７０の内部おいて十分な渦電流が誘起される。これにより、この強化繊維１２と導電性線状材料９６とによる導電性のループは、所定の領域７８において複合材料７０の内部に十分な発熱を生じさせることができる。
【００７１】
以上のような構成を有する第３の実施形態に係る複合材料成形装置８０の作用について以下に説明する。第３の実施形態に係る複合材料成形装置８０によって実行される処理方法である第３の実施形態に係る複合材料成形方法は、第１の実施形態に係る複合材料成形方法に対して、導電性線状材料配列ステップＳ１２が次のように変更された構成である。第３の実施形態に係る導電性線状材料配列ステップＳ１２は、第１の実施形態に係る導電性線状材料配列ステップＳ１２において複合材料１０に導電性線状材料１６を編み込むことを、導電性線状材料９６が設けられた加圧ヘッド９０により複合材料７０の所定の領域７８を加圧することに変更したものである。
【００７２】
第３の実施形態に係る導電性線状材料配列ステップＳ１２では、複合材料７０と対向する側に導電性線状材料９６が設けられた加圧ヘッド９０により複合材料７０の所定の領域７８を加圧することで、導電性線状材料９６を複合材料７０の所定の領域７８に押し当てて、導電性線状材料９６を強化繊維１２に接触させることで、反応前の複合材料７０の所定の領域７８に複数の導電性線状材料９６を配列する。
【００７３】
第３の実施形態に係る導電性線状材料配列ステップＳ１２では、複合材料７０と対向する側に導電性線状材料９６が設けられた加圧ヘッド９０により複合材料７０を加圧する。このため、第３の実施形態に係る導電性線状材料配列ステップＳ１２では、複合材料７０の内部に導電性線状材料９６を編み込んでいない複合材料７０についても、複合材料７０の内部で強化繊維１２と導電性線状材料９６とによる導電性のループが形成された状態とする。これにより、第３の実施形態に係る導電性線状材料配列ステップＳ１２では、複合材料７０の内部に導電性線状材料９６を編み込んでいない複合材料７０についても、導電性線状材料９６が押し当てられた領域である所定の領域７８を、強化繊維１２と導電性線状材料９６とにより形成される導電性のループにより、複合材料７０の領域によらず、磁場４２の印加に応じて複合材料７０の内部において十分な渦電流が誘起され、発熱が生じる状態とする。したがって、第３の実施形態に係る導電性線状材料配列ステップＳ１２では、複合材料７０を、加熱中の複合材料７０に温度ムラが生じることを低減した状態とする。また、第３の実施形態に係る導電性線状材料配列ステップＳ１２では、複合材料７０を、樹脂１４を反応させた際の強度ムラが生じることを低減した状態、すなわち高品質なものが得られる状態とする。
【００７４】
第３の実施形態に係る加圧ヘッド９０、複合材料成形装置８０及び複合材料成形装置８０による複合材料成形方法は、以上のような構成を有するので、第１の実施形態に係る複合材料成形方法及びこの方法により成形される複合材料１０と同様の作用効果を奏する。加えて、第３の実施形態に係る加圧ヘッド９０、複合材料成形装置８０及び複合材料成形装置８０による複合材料成形方法は、複合材料７０と対向する側に導電性線状材料９６が設けられた加圧ヘッド９０により複合材料７０を加圧する。このため、第３の実施形態に係る加圧ヘッド９０、複合材料成形装置８０及び複合材料成形装置８０による複合材料成形方法は、複合材料７０の内部に導電性線状材料９６を編み込んでいない複合材料７０についても、複合材料７０の内部で導電性のループが形成されるので、磁場４２の印加に応じて複合材料７０の内部において十分な渦電流が誘起されるため、加熱中の複合材料７０に温度ムラが生じることを低減することができる。
【００７５】
［第４の実施形態］
図８は、本発明の第４の実施形態に係る複合材料成形方法に用いられる加圧ヘッド１１０の裏面図である。ここで、図８に示す加圧ヘッド１１０の裏面図は、加圧ヘッド１１０の複合材料７０と対向する側の面を、複合材料７０の側から鉛直方向上側へ向かって見た図である。第４の実施形態に係る複合材料成形装置１００は、第３の実施形態に係る複合材料成形方法に用いられる複合材料成形装置８０に対して加圧ヘッド９０が加圧ヘッド１１０に変更されたものである。なお、第４の実施形態に係る複合材料成形装置１００は、他の構成については、第３の実施形態に係る複合材料成形装置８０と同様である。以下、第４の実施形態に係る加圧ヘッド１１０における加圧ヘッド本体１１２について、第３の実施形態に係る加圧ヘッド９０における加圧ヘッド本体９２と区別するため、異なる符号を付して説明する。第４の実施形態に係る複合材料成形装置１００は、その他の第３の実施形態と同様の構成に第３の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。
【００７６】
複合材料成形装置１００は、加圧ヘッド１１０と、磁場コイル４０と、制御部５０と、を備える。第４の実施形態に係る制御部５０は、第３の実施形態に係る制御部５０に対して加圧ヘッド９０を制御することに代えて加圧ヘッド１１０を制御する。複合材料成形装置１００は、強化繊維１２に樹脂１４を含浸させた反応前の複合材料７０を、所定の大きさ及び所定の形状に成形しつつ、樹脂１４を反応させる。
【００７７】
加圧ヘッド１１０は、図８に示すように、加圧ヘッド本体１１２と、導電性線状材料１１６と、を有する。加圧ヘッド本体１１２は、第３の実施形態に係る加圧ヘッド本体９２に対して導電性線状材料９６の配列する間隔を変更されたものである。以下、第４の実施形態に係る加圧ヘッド本体１１２における導電性線状材料１１６について、第３の実施形態に係る加圧ヘッド本体９２における導電性線状材料９６と区別するため、異なる符号を付して説明する。加圧ヘッド本体１１２は、他の構成については、第３の実施形態に係る加圧ヘッド本体９２と同様である。
【００７８】
導電性線状材料１１６は、図８に示すように、加圧ヘッド本体１１２の複合材料７０と対向する側に、強化繊維１２が並ぶ面方向において、強化繊維１２と交差する方向に沿って配列して設けられている。導電性線状材料１１６は、第４の実施形態では、強化繊維１２の延びる方向に直交する方向であるＹ軸方向に沿って延びて、配置されている。導電性線状材料１１６は、図８に示すように、加圧ヘッド本体１１２の複合材料７０と対向する側の面の中央領域において、Ｘ軸方向に強化繊維１２の間隔よりも広い間隔Ｄ１で配列して設けられている。導電性線状材料１１６は、図８に示すように、加圧ヘッド本体１１２の複合材料７０と対向する側の面の周辺領域において、Ｘ軸方向に間隔Ｄ１よりもさらに広い間隔Ｄ２で配列して設けられている。導電性線状材料１１６は、第３の実施形態に係る導電性線状材料９６と同様の材料が例示される。
【００７９】
加圧ヘッド１１０は、複合材料７０の所定の領域７８を加圧することで、複合材料７０において、渦電流が比較的誘起されにくい中央領域の方が、渦電流が比較的誘起されやすい周辺領域と比較して、導電性線状材料１１６が密になるように導電性線状材料１１６を押し当てる。このため、加圧ヘッド１１０は、導電性線状材料１１６が、特に複合材料７０の所定の領域７８の中央領域において、複合材料７０の所定の領域７８の内部において十分な渦電流を誘起させやすくするので、加熱中の複合材料７０に温度ムラが生じることをより低減することができる。
【００８０】
以上のような構成を有する第４の実施形態に係る複合材料成形装置１００の作用について以下に説明する。第４の実施形態に係る複合材料成形装置１００によって実行される処理方法である第４の実施形態に係る複合材料成形方法は、第３の実施形態に係る複合材料成形方法に対して、導電性線状材料配列ステップＳ１２が次のように変更された構成である。第４の実施形態に係る導電性線状材料配列ステップＳ１２は、第３の実施形態に係る導電性線状材料配列ステップＳ１２において複合材料７０の所定の領域７８を加圧する加圧ヘッド９０を加圧ヘッド１１０に変更したものである。すなわち、第４の実施形態に係る導電性線状材料配列ステップＳ１２は、第３の実施形態に係る導電性線状材料配列ステップＳ１２において複合材料７０の所定の領域７８に押し当てる導電性線状材料９６の配列する間隔を変更したものである。
【００８１】
第４の実施形態に係る加圧ヘッド１１０、複合材料成形装置１００及び複合材料成形装置１００による複合材料成形方法は、以上のような構成を有するので、第３の実施形態に係る加圧ヘッド９０、複合材料成形装置８０及び複合材料成形装置８０による複合材料成形方法と同様の作用効果を奏する。加えて、第４の実施形態に係る加圧ヘッド１１０、複合材料成形装置１００及び複合材料成形装置１００による複合材料成形方法は、導電性線状材料１１６が、複合材料７０の所定の領域７８に押し付けられる加圧ヘッド本体１１２の複合材料７０と対向する側の面において、中央領域における間隔Ｄ１よりも、周辺領域における間隔Ｄ２の方が大きく設けられている。このため、第４の実施形態に係る加圧ヘッド１１０、複合材料成形装置１００及び複合材料成形装置１００による複合材料成形方法は、特に複合材料７０の所定の領域７８の中央領域において、複合材料７０の所定の領域７８の内部において十分な渦電流が誘起されるので、加熱中の複合材料７０に温度ムラが生じることをより低減することができる。
【００８２】
［第５の実施形態］
図９は、本発明の第５の実施形態に係る複合材料成形方法に用いられる複合材料成形装置１２０の概略構成図である。第５の実施形態に係る複合材料成形装置１２０は、第３及び第４の各実施形態と同様の構成に第３及び第４の各実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。
【００８３】
図９に示す複合材料成形装置１２０は、一方向に延びる強化繊維１２に樹脂１４を含浸させ、強化繊維１２の延びる方向と同一の方向に長尺な導電性線状材料１６が配列されていない状態の反応前の複合材料７０を、この長尺方向に沿って所定の大きさ及び所定の形状に連続成形しつつ、樹脂１４を反応させる。反応前の複合材料７０は、本実施形態では、例えば、複合材料のプリプレグである。
【００８４】
複合材料成形装置１２０は、図９に示すように、複合材料供給部１２２と、圧縮ローラ１２４と、圧密化ローラ１２６と、制御部１２８と、を備える。複合材料供給部１２２は、一方向であるＸ軸方向に延びる強化繊維１２を有する複合材料７０を、強化繊維１２の延びる方向であるＸ軸方向の＋Ｘ方向に沿って、平面台２２上に供給する。複合材料供給部１２２は、複合材料７０を、強化繊維１２が並ぶ面に直交する方向である鉛直方向、すなわちＺ軸方向に加圧されていない非加圧状態１３０で供給する。
【００８５】
圧縮ローラ１２４と圧密化ローラ１２６とは、いずれも、図９に示すように、複合材料供給部１２２によって複合材料７０を供給する下流側において、強化繊維１２が並ぶ面に平行に、かつ、強化繊維１２と交差する方向であるＹ軸方向に沿って設けられている。圧縮ローラ１２４は、本実施形態では、複合材料供給部１２２から供給された非加圧状態１３０の複合材料７０を、鉛直方向に加圧して圧縮状態１３２としながら、図９における反時計回りに回転することで下流側であるＸ軸方向の＋Ｘ方向に向けて搬送する。圧密化ローラ１２６は、本実施形態では、圧縮ローラ１２４から搬送された圧縮状態１３２の複合材料７０を、鉛直方向に加圧して圧密化状態１３４としながら、図９における反時計回りに回転することで下流側であるＸ軸方向の＋Ｘ方向に向けて搬送する。圧縮ローラ１２４と圧密化ローラ１２６とは、強化繊維１２の延びる方向であるＸ軸方向に互いに離間して配置された少なくとも２本の電気伝導性ローラを構成している。電気伝導性ローラは、本実施形態では、圧縮ローラ１２４と圧密化ローラ１２６との２本を有する構成であるが、本発明ではこれに限定されず、３本以上の構成として複合材料７０の加圧状態を３段階以上としてもよい。
【００８６】
電気伝導性ローラは、例えば、電気伝導性を有する金属材料、電気伝導性を有するセラミックスや炭素系材料等の無機材料、電気伝導性を有する有機材料等が使用されることが好ましい。電気伝導性ローラを構成する電気伝導性材料が電気伝導性を有する金属材料である場合、すなわち、電気伝導性ローラが金属ローラである場合、この電気伝導性を有する金属材料は、電気伝導性の高い金属材料であることが好ましく、電気伝導性の高い金属材料としては、例えば、アルミニウム、鉄、銅、銀、金等が用いられることが好ましい。
【００８７】
磁場コイル４０は、第５の実施形態に係る複合材料成形装置１２０では、少なくとも２本の電気伝導性ローラを構成する圧縮ローラ１２４と圧密化ローラ１２６との間の領域に、複合材料７０及び平面台２２を介して、鉛直方向であるＺ軸方向に対向する位置に設けられている。磁場コイル４０は、圧縮ローラ１２４と圧密化ローラ１２６との間の領域において、強化繊維１２が並ぶ面に交差する方向に磁場４２を印加する。なお、磁場コイル４０は、本実施形態では、圧縮ローラ１２４と圧密化ローラ１２６との間の領域に設けられた構成であるが、本発明ではこれに限定されず、少なくとも２本の電気伝導性ローラを構成する如何なる２本の電気伝導性ローラの間の領域に設けられてもよい。
【００８８】
制御部１２８は、磁場コイル４０、複合材料供給部１２２、圧縮ローラ１２４の駆動機構、及び圧密化ローラ１２６の駆動機構と、電気的に接続されている。制御部１２８は、第１の実施形態に係る制御部５０と同様のハードウェアを有し、第１の実施形態に係る制御部５０と同様の方法で磁場コイル４０を制御する。制御部１２８は、複合材料供給部１２２を制御することで、複合材料７０の供給量、供給速度、供給枚数等を制御する。制御部１２８は、圧縮ローラ１２４の駆動機構を制御することで、鉛直方向の加圧の大きさ、すなわち圧力を制御することにより複合材料７０の圧縮処理を制御したり、圧縮ローラ１２４の回転駆動に伴う複合材料７０の搬送速度を制御したりする。制御部１２８は、圧密化ローラ１２６の駆動機構を制御することで、鉛直方向の加圧の大きさ、すなわち圧力を制御することにより複合材料７０の圧密化処理を制御したり、圧密化ローラ１２６の回転駆動に伴う複合材料７０の搬送速度を制御したりする。
【００８９】
以上のような構成を有する第５の実施形態に係る複合材料成形装置１２０の作用について以下に説明する。第５の実施形態に係る複合材料成形装置１２０によって実行される処理方法である第５の実施形態に係る複合材料成形方法は、第３の実施形態に係る複合材料成形方法に対して、導電性線状材料配列ステップＳ１２が次のように変更された構成である。
【００９０】
第５の実施形態に係る導電性線状材料配列ステップＳ１２は、第３の実施形態に係る導電性線状材料配列ステップＳ１２において、複合材料７０の所定の領域７８を加圧ヘッド９０で加圧することで複合材料７０の所定の領域７８に導電性線状材料９６を押し当てることに代えて、複合材料７０に圧縮ローラ１２４及び圧密化ローラ１２６を押し当てることに変更したものである。複合材料７０に押し当てられた圧縮ローラ１２４及び圧密化ローラ１２６は、いずれも電気伝導性材料で構成されており、電気伝導性を有するので、第３の実施形態に係る導電性線状材料９６と同様の導電性ループ形成機能を有する。第５の実施形態に係る導電性線状材料配列ステップＳ１２では、圧縮ローラ１２４及び圧密化ローラ１２６によって複合材料７０を搬送することに伴い、複合材料７０における圧縮ローラ１２４及び圧密化ローラ１２６のそれぞれによる加圧領域が、複合材料７０の搬送速度と同じ速さで、複合材料７０の搬送方向と反対側であるＸ軸方向の−Ｘ方向に向けて移動する。
【００９１】
第５の実施形態に係る磁場印加ステップＳ１４は、第５の実施形態に係る導電性線状材料配列ステップＳ１２の変更に伴い、磁場４２を印加する領域が、複合材料７０に押し当てられた圧縮ローラ１２４及び圧密化ローラ１２６の間の領域に変更したものである。第５の実施形態に係る磁場印加ステップＳ１４では、圧縮ローラ１２４及び圧密化ローラ１２６によって複合材料７０を搬送することに伴い、複合材料７０における導電性のループが形成された領域及び磁場４２を印加する領域が、複合材料７０の搬送速度と同じ速さで、複合材料７０の搬送方向と反対側であるＸ軸方向の−Ｘ方向に向けて移動する。
【００９２】
第５の実施形態に係る複合材料成形方法は、さらに、複合材料供給ステップと、複合材料圧縮ステップと、複合材料圧密化ステップと、を有する。複合材料供給ステップは、複合材料供給部１２２が、一方向に延びる強化繊維１２を有する複合材料７０を、強化繊維１２の延びる方向であるＸ軸方向の＋Ｘ方向に沿って、平面台２２上に供給するステップである。
【００９３】
複合材料圧縮ステップは、圧縮ローラ１２４が、複合材料供給部１２２から供給された非加圧状態１３０であり、なおかつ、磁場印加ステップＳ１４によって磁場加熱をする前の樹脂１４の反応前の状態である複合材料７０を、鉛直方向に加圧して圧縮状態１３２としながら、下流側であるＸ軸方向の＋Ｘ方向に向けて搬送するステップである。
【００９４】
複合材料圧密化ステップは、圧密化ローラ１２６が、圧縮ローラ１２４により圧縮状態１３２とされ、なおかつ、磁場印加ステップＳ１４によって磁場加熱をされた後の樹脂１４の反応後の状態である複合材料７０を、鉛直方向に加圧して、複合材料供給部１２２からの供給時には分離して識別可能であった各複合材料７０の各樹脂１４を分離して識別不可能になる程度に一体化させて、圧密化状態１３４としながら、下流側であるＸ軸方向に向けて搬送するステップである。
【００９５】
第５の実施形態に係る複合材料成形装置１２０及び複合材料成形装置１２０による複合材料成形方法は、以上のような構成を有するので、第３及び第４の実施形態と同様に、複合材料７０の内部に導電性線状材料９６を編み込んでいない複合材料７０についても、電気伝導性ローラである圧縮ローラ１２４及び圧密化ローラ１２６を介して複合材料７０の内部で導電性のループが形成されるので、この導電性のループへの磁場４２の印加に応じて複合材料７０の内部において十分な渦電流が誘起されるため、加熱中の複合材料７０に温度ムラが生じることを低減することができる。
【００９６】
加えて、第５の実施形態に係る複合材料成形装置１２０及び複合材料成形装置１２０による複合材料成形方法は、電気伝導性ローラである圧縮ローラ１２４及び圧密化ローラ１２６により複合材料７０を加圧しながら搬送することで、複合材料７０における加圧領域、及び、複合材料７０における導電性のループが形成された領域を移動させることができるので、複合材料７０の内部に導電性線状材料９６を編み込んでいない長尺の複合材料７０を好適に連続成形することができる。
【００９７】
［第６の実施形態］
第６の実施形態に係る複合材料成形方法は、第１の実施形態から第５の実施形態の各形態に対し、成形される複合材料として強化繊維１２と樹脂１４としての熱可塑性樹脂繊維との混紡であるコミングル材を選択したものである。コミングル材は、強化繊維１２と熱可塑性樹脂繊維とをニット状に織り込んだコミングルニット材も含む。第６の実施形態に係る複合材料成形方法及びこの方法により成形される複合材料であるコミングル材は、以上のような構成を有するので、第１の実施形態から第５の実施形態の各形態と同様の作用効果を奏する。
【符号の説明】
【００９８】
１０，６０，７０  複合材料
１２  強化繊維
１４  樹脂
１６，６６，９６，１１６  導電性線状材料
１８，７８  所定の領域
２０，８０，１００，１２０  複合材料成形装置
２２  平面台
３０，９０，１１０  加圧ヘッド
３２，９２，１１２  加圧ヘッド本体
４０  磁場コイル
４２  磁場
５０，１２８  制御部
１２２  複合材料供給部
１２４  圧縮ローラ
１２６  圧密化ローラ
１３０  非加圧状態
１３２  圧縮状態
１３４  圧密化状態
ｄ，ｄ１，ｄ２，Ｄ，Ｄ１，Ｄ２  間隔
【図１】
2019151426.tif 000003
【図２】
2019151426.tif 000004
【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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【図９】
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【国際調査報告】
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