JP2017513745A - 金型の成形面を加熱するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、金型の成形面を加熱するための装置に関し、特に大型のもので、装置は以下のような特徴からなる：ａ．金属シート（110）は、強磁性の層（110）からなり、設定された前記成形表面の形状に成形する成形部（115）と、形成板面（111）とからなるとともに；ｂ．基部と、前記金属板（110）を前記基部上に支持する支持手段および;ｃ．前記金属板（110）の誘導加熱手段（410、415）とからなる構成である。【選択図】 図５

Description

本発明は、金型を加熱するための装置に関する。本発明は、限定するものではないが、特に、脱オートクレーブ成形法として知られる公知の方法を用いて、複合材を成形（鋳造）するために設計された大型用の金型の製造に適するものである。プリプレグプライから、熱可塑性または熱硬化性マトリックスを有する複合材を成形するには、前述プライの積層構造体で形成されたプリフォームを硬化／統合固化する操作（工程）が必要とされる。この硬化／統合固化の操作（工程）は、一般に、加熱システムと加圧システムとを持つ大規模な全閉エンクロージャ（囲繞）のオートクレーブ内で施行され、積層構造体は、袋詰（バッキング）され、真空状態とされる。特に、このオートクレーブでは、硬化／統合固化の操作中の積層構造体を均一な温度とすることができる。オートクレーブは、高価な生産設備の一つであり、特に、大型部品を製造するために用いられる場合は、生産システムの中でも独特な資源であり、生産管理における可能性の判断となる。オートクレーブの価格は、その直径と、内側面と外側面の間の大きな温度差と圧力を受けた時にシールしなければならないオートクレーブの内部ドアの価格に指数関数的（幾何学級数的）に比例する。それゆえ、より高温で（より）大型な部品を製造することが可能なオートクレーブは、より高額となる。一つの装置の利用可能性とコストから課せられる制約を回避するため、特に有機マトリックスの複合材を使用する脱オートクレーブ成形法として知られている方法が、この材料で作られた部品の硬化または統合固化のために特に使用されている。これらの脱オートクレーブ成形法は、加熱金型またはストーブに入れられる金型および、金型内の圧力を増加させるための手段として、単独に使用される。

典型的には、熱硬化性樹脂の繊維強化材を複合材に使用した脱オートクレーブ成形法は、注入または転送による樹脂の注入を用いる方法であり、形成工程またはその他の（作業の）前に、金型キャビティを真空状態にしてある。ほとんどの従来の方法では、まず初めに乾燥繊維のプライのレイアップがあり、金型の閉じたキャビティ内への挿入、そして、液状樹脂を、前述キャビティ内を加圧した状態で注入する。これらのプロセスのために使用される金型は、内部の前記キャビティ内の圧力に耐え、密閉の圧力に対応するように設計された二つの部材からなる剛性密閉金型である。乾燥繊維からなるプリフォームは、２つの剛性部材の成形面の間のキャビティ内に配置される。これは、例えばRTM（レジントランスファ成形）方法における真実である。

これらの脱オートクレーブ成形法は、真空補助方法からなる、LRIVAP（Liquid Resin Injection Vacuum Assisted Process）方法およびVARTM（Vacuum Assisted Resin Transfer Molding）方法からなり、ソフトツーリングとして知られている機器（ツーリング）を使用するもので、乾燥繊維の積層構造体は、前記機器（ツーリング）の成形面上に配置される。前記積層構造体は、袋詰（バッキング）され、樹脂が注入される前に真空状態にされる。

これらの脱オートクレーブ成形法が、従来技術に従って、限定されるものではないが、例えば、航空機や風力タービンブレードの翼や胴体の一部のような大きな部品に使用される場合、金型またはマトリックスのキャビティが均一に加熱されると、中に配置される積層構造体は扱い難（tricky）くなる。２つの面が閉じられたキャビティの形成する金型の場合、金型の質量が大きく、多くのエネルギーを必要とする。単一の成形面を有する金型を使用することにより、成形装置の質量を減らすことはできるが、ある程度において、熱慣性の減少が均一な温度の獲得にはハンディキャップになる。更に、金型の区分（断面）を増やすことなく、軽量金型内に、流体の循環または電気抵抗による加熱装置を挿入することは困難である。温度の均一性を欠くということは、樹脂の流れに対する影響に加えて、金型の形状に歪みを発生させることにもなる。従って、これらの方法を、特に大型の部品に使用する場合は、独立の金型の使用に適していないので、一般的にはストーブが使用される。このストーブは、オートクレーブのために必要とされるよりも小さな範囲とはなるが、しかしながら利用可能性の問題が起り、また、金型のキャビティまたは積層構造体そのものより大きい完全に密封された容積を加熱することが必要となる。文献EP1 894 442には、金型に装備された、キャビティ、溝、または穴に挿入されたインダクタを使用して成形表面を加熱する方法が開示されている。前記キャビティと成形表面との間に位置する材料の厚さは、前記インダクタからの交流電流による加熱期間中の成形表面の温度を均一に保持するために使用される。したがって、このタイプの機器（ツーリング）は、自動車車両のボンネットのような中型部品では満足させられるが、本発明が意図するような非常に大きな部品に使用するには比較的巨大な骨組み（カーカス）が必要となり、結果的には高価にならざるを得ない。

文献EP 1 728 411 ／US 7 679 036には、キャビティ内に含まれる材料を加工する装置と方法が開示されており、特に密封されたキャビティは、磁性材料で形成された互いに電気絶縁されたキャビティの境界を設定する２つの半金型の対向面に対して、反対側に配置された導電性の２つの半金型からなる。２つの半金型は誘導回路のコイルに囲まれている。２つの半金型の間に生じた空隙は、キャビティの面に誘導電流を循環させるために使用され、半金型に一体化した加熱手段を設けることなく、例えば、電気抵抗、流体（蒸気や油）循環回路、またはインダクタについて、それらの面に焦点を当てたような加熱を得ることができる。この従来技術の例によれば、誘導回路は、２つの分離可能な部品として構成され、各々の半金型が接合し、キャビティを閉じるために前記半金型が近づいた時に機械的および電気的に接続される。したがって、従来技術のこの装置は、特に、プレスのような金型を開閉するための手段と組み合わせて使用するように設計されている。
ＥＰ １ ８９４ ４４２ ＥＰ １ ７２８ ４１１ ＵＳ ７ ６７９ ０３６

本発明は、従来技術の欠点を解決することを目的とするもので、従って、特に大きい金型の成形面を加熱するための装置に関し、以下の構成からなる：
ａ．金属シートは、強磁性の層からなり、設定された前記成形表面の形状に成形する成形部と、形成板面とからなり；
ｂ．基部と、前記金属シートを前記基部上に支持する手段と;
ｃ．前記金属シートを誘導加熱する手段と、
からなる。

誘導加熱手段を使用することにより、微細な金属シートへの均一で、速く、制御された加熱を実現する「脱オートクレーブ成形法」として知られる方法で、成形表面を形成（創出）することを可能にしている。

本発明は、個々に考慮され、または任意の技術的な作動を組み合わせて考慮されることにより、以下に説明する実施例に従って有効に実施することができる。

有利なことに、基部は、コンクリート又はセラミックのような非金属材料で形成されている。従って、堅固な基部は、効率的に作られており、前記基部の大部分は加熱されることはない。

有利なことに、金属シートは、インバー型鉄及びニッケル合金からなる強磁性体の層からなる。従って、本発明に係る装置は、例えば、エポキシマトリックスや強化連続炭素繊維からなる複合材のように、熱膨張係数が小さく、INVAR（登録商標）のキュリー温度付近の温度において、有機マトリックスとの複合材を処理するのに特に適している。

有利なことに、金属シートは、ニッケル（Ni）からなる強磁性層からなる。従って、装置は、より高い加工温度を必要とし、特に高性能熱可塑性マトリックスの合成された材料に適している。さらに、この材料は、容易に付加（添加）的機械加工技術によって実現される。

一つの例示的な実施例として、本発明の装置の構成は：
ｄ．成形面と、境界を設定する袋詰（バッキング）手段と、繊維プリフォームを収納できるように密封されたキャビティと；
ｅ．成形面と袋詰（バッギング）手段との間の容積を真空にする手段;
とからなる。

この実施例では、本発明に係る装置は、成形面に脱オートクレーブ成形法を適用するのに適している。より詳細には、本発明に係る装置は、熱可塑性マトリックスと層状複合部品の形状の連結に適しており、LRIVAP法、またはVARTM法のような熱硬化性マトリックスを有する複合材のために設計された実施方法である。

この目的で、本発明の実施例に係る装置は、有利な構成として：
ｆ．成形面によって囲まれたキャビティ内に樹脂を注入するための手段;
を装備する。

有利なことに、本発明の装置の構成は：
ｇ．金属シートと接触する冷却液を循環させるための回路;
を装備する。

従って、成形シートの強制急速冷却力と、誘導手段の急速加熱力の組み合わせは、サイクル時間を短縮させる。

特定の実施例は、特に厚さのある部品の硬化／統合固化に適しており、袋詰（バッキング）手段は、加熱手段を構成するブラダー（嚢）を有している。従って、パーツ（部品）の他の面に適用される加熱により、硬化／統合固化サイクル（工程）の中でパーツ（部品）の厚さの温度勾配を低減することができる。

本発明の装置の第１の実施例は、金属シートの成形面が、強磁性体からなり、該装置は：
ｈ．誘導回路のコイルによって境界が定められた容積のエンクロージャ（囲繞）と；
ｉ．ロード、アンロードおよび、金属シートと誘導回路のコイル内部の支持を保持する手段と;
からなる。

従って、本発明に係る装置のエンクロージャ（囲繞）は、閉じられている必要はなく、また、断熱されている必要もない。誘導回路のコイルの電流の流れは、囲われた空気と金型との間の伝導／対流による熱の移動がないので、誘導電流が面上を循環することになる結果、金属シートの成形面を直接加熱することになる。加熱された容積は極めて小さく、その中の誘導電流の流れを制御することにより均一な加熱が得られる。

本実施例の別の特定の態様では、袋詰（バッギング）は、電気絶縁材料で作られており、該装置の構成は：
ｊ．金属シートの外周上（境界上）の電気絶縁性のシム（shimくさび）と;
ｋ．受け部（counterpart）は、導電性材料で作られており、前記キャビティが真空とされた時、袋詰（バッギング）と成形面との間に位置するキャビティ内のプリフォームに圧力を与えるものであり、また、成形面と受け部（counterpart）の反対側の面との間に、間隙（e）を形成する為に、成形面に対向する側の面に設けられる構成である。

受け部（counterpart）には間隙を形成し、特に間隙の厚みを制御することにより、成形面の加熱の効率化および制御の向上を図っている。他の実施例としては、受け部（counterpart）を当て板（caul plate）として使用すること、および、厚さ制御の為の絶縁シム（shim）をパッキングシムとすることで、金型に使用される部品の数を減らすことを可能にしている。

有利なことに、本発明に係る装置の第１の実施例の構造は：
ｌ．壁が、導電性材料で作られ、基部（ベース）の表面と金属シートの間に延び、前記金属シートから成る閉じられた電気回路を形成すること
からなる。

したがって、装置は、特に軽量であり、導電性壁を使用することにより、成形面に向かって前記壁に誘導電流を流すことを可能にしている。

有利なことに、壁は、アルミニウムや銅合金等の低電気抵抗率の非磁性導電材料で構成されている。このように、壁が磁気ではないため、誘導電流の循環によって著しく加熱されることはなく、エネルギーを成形面の加熱に集中させることを可能としている。

例示的な実施例では、金属シートは非磁性導電性材料からなり、成形面は強磁性コーティングからなる。従って、前記シートは、磁性特性から独立して、加工性及び機械加工特性により選択された材料で作られている。

第１の実施例の有利な実施例では、本発明に係る装置は、形成面にある延伸部からなる壁からなり、外形が、前記延伸部の一端と、形成面と平行方向に延びるコイルの一部の前記シート上の凸条（プロジェクション）に平行方向でかつ、成形面と対向する側の他方の壁との間を、前記金属シートの円弧に沿って測定される金属シートの電気抵抗は、前記成形面の表面全体にわたって一定となるように形成されている。従って、誘導電流の経路の長さは成形面を加熱することを可能にするので、成形面に付加されるエネルギーの量と温度の均一性を調整するために、これらの電流の循環に対向する電気抵抗は制御される。別の例として、成形面の壁の延伸の外形の形状は、長さの整合性または電気抵抗以外の基準に従って経路の長さを制御するように選択される。

本発明に係る装置の別の実施例では、形成面に平行な誘導回路のコイルの一部は、取り外しが可能であり、コイルの他の部分は、壁とベースに固定されている。その他の実施例では、誘導子（インダクター）は、金型に接合されており、独立した金型を形成することが可能である。

本発明に係る装置のその他の実施例では、誘導回路のコイルの取り外し可能な部分は、前記取り外し可能部分と形成面の間の距離を調整するようにされた手段によって前記コイルの他の部分に接合されている。この調整は、成形面の加熱を制御することも可能にしている。

有利なことに、本発明に係る装置のその他の実施例では、成形面からなるシートと壁との間で、別シートによって前記シートの交換を可能にする、アセンブリ（結合組立）手段を備えている。従って、本発明による独立した機器（ツーリング）は、加熱に対応する固定部を備え、その機器（ツーリング）に適合する形状は、前記形状の加熱手段に適合させる必要はない。

本発明に係る装置の第２の実施例は、第1の実施例との互換性があり、金属シートは、導管（コンジット）から構成され、電気加熱手段を受容するように適合されたもの、または、熱伝導流体の循環の為のチャネリング（流通路）からなる。本実施例は、成形面を構成する金属シートを、加熱または冷却することができる。実施例では、導管（コンジット）内に一体化した電気による加熱手段は、誘導加熱手段、または、その他の手段からなる。前記加熱手段は、材料処理サイクルの中で、単独でまたは、誘導加熱に加えて操作される。

別の第２の実施例では、電気の加熱手段はインダクタであり、金属シートは、磁性材料でできたコアからなる。このように、インダクタの交流電流の流れが、コアを加熱する。

有利なことに、金属シートの磁気コアは、成形面の反対側の面にあり、前記強磁性体コアとは異なる磁気特性を有する材料でメッキされており、前記磁性層とメッキ層との間には、成形面と実質的に平行な方向に沿って導管（コンジット）が延設されている。磁気特性とタイプとに応じ、コアの厚さ、および、面と前記コアの間の接合形態により、メッキ層は、誘導子（インダクタ）によって追加される加熱エネルギーの量を調節することができる。これにより、精密でかつ大型（大規模）な、導管（コンジット）を装備した金型を作ることが容易になった。

有利なことに、本発明に係る装置の別の第２の実施例の構成は：
ｍ．磁性層とメッキ層との間の導管（コンジット）の中に熱伝導流体を循環させる手段
からなる。

これらの冷却手段は、フリー導管（コンジット）を使用するサイクル時間を減少し、また、誘電子（インダクタ）による導管（コンジット）の使用を低減することができる。

一つの例示的な実施例では、メッキ層は、非磁性導電材料（a magnetic electrically conductive material）で形成されている。有利なことに、材料は、銅またはアルミニウムである。このような材料を用いることで、インダクタによって生成される誘導電流による誘導回路の電気抵抗を低減することができ、一方、追加されたトータルエネルギーによる発生加熱エネルギーの割合を減少させることができる。この、その他の実施例は、より具体的ではあるが、低温の硬化または融点というマトリックスを持つポリマーによる、非常に大きな部品の製造に、これだけが適しているとは限らない。

別の実施例によれば、メッキ層は、強磁性体または強磁性体材料で作られている。有利なことに、このメッキ層は、フェライトからなる材料で作られており、そのメッキ層は、凸状となる突起を形成しており、成形シートの誘導子（インダクタ）となる導管（コンジット）の位置まで伸延している。これらの特性は、同じ電力で、効率を向上させ、磁性層の中への加熱により転換されたエネルギーを集中させることを可能としている。この別の実施例では、特に高融点または高硬化温度を有する材料の処理、また、特に高性能の熱可塑性ポリマーからなるマトリックスを有する複合材の処理に適している。

有利なことに、金属シートは、成形面を構成する熱伝導性コーティングからなる。このコーティングは、急速に成形面の均一な温度を得ることができる。

本発明に係る装置の第２の別の実施例では、（金属シートの）コアは、軽合金で形成されている。その他の実施例では、より軽量の金型を得ること、および、その設計と取り扱いの簡素化をすることができる。

有利なことに、この第２のその他の例によれば、電気的な加熱の手段は、誘導子（インダクタ）と、鋼等の磁性材料で形成された前記誘導子（インダクタ）を搬送する導管（コンジット）とから形成されている。これにより、誘導子（インダクタ）は導管（コンジット）を加熱し、熱が成形面に伝導によって伝達され、前記成形面の均一な温度の提供が可能になる。

有利なことに、本発明の第２の別の実施例では、金属シートの成形面が磁気コーティング（強磁性コーティング）で構成されている。それにより、前記コーティングは、導管（コンジット）、または外部の誘導回路に配置されたインダクタにより加熱されることができる。

有利なことに、本発明に係る装置の第２の実施例の金属シートは、成形面の反対側にあり、メッキ層は、熱伝導流体を循環させるための導管（コンジット）の一方の面を閉じる（to close）ようにされた柔らかい材料から作られる。本実施例は、容易に導管（コンジット）を作ることができ、密閉されていることをも確認もできる。

有利なことに、本発明に係る装置内に、熱伝導流体の循環のために設計された導管（コンジット）は、前記熱伝導流体の乱流状態（レジーム）を有利に働く（favor）ようにする手段を備えている。それにより、乱流状態（レジーム）は前記導管（コンジット）の壁との対流により熱交換を促進する。

また、本発明は、この発明に係る装置による製造方法に関するものでもあり、金属シートは、添加機械加工工程からなる製造方法により得られる。

本発明に係る方法の一つの例示的な実施例では、金属シートは、ニッケルで作られており、NVD技術を用いて得られる。

本発明に係る装置の他の製造方法によれば、金属シートは、鋼管から成る金型内に軽合金を成形する工程からなる方法という手段によって得られる。

本発明の好ましい実施例について図１〜図１０を参照しながら、以下に本発明を詳述するが、特にこれに限定されるものではない。
図1は、本発明に係る機器（ツーリング）装置の例示的な実施例の分解斜視図である。 図２は、本発明に係る装置の実施例の機器（ツーリング）がエンクロージャ（囲繞）に挿入された斜視図を示したものである。 図３は、本発明に係る装置の図２に示した実施例において、機器（ツーリング）がエンクロージャ（囲繞）内に配置された端面を示した図である。 図４は、本発明に係る装置の別の実施例において、誘導性回路が機器（ツーリング）の壁に接合された端面図を示したものである。 図５は、受け部（カウンターパート）を用いた本発明に係る装置の図２のＡ−Ａ断面図を示したものである。 図６は、シートと、前記機器（ツーリング）の特定の実施形態である本発明に係る装置の機器（ツーリング）の壁の部分斜視図を示したものである。 図７Ａは、本発明に係る装置の例示的な実施例の図７Ｂの断面Ｂ−Ｂの正面図を示したものであり、インダクタが成形面を有するシートとメッキ層との間に形成された導管（コンジット）内に一体化されている。 図７Ｂは、図７Ａに記載された断面Ｃ−Ｃの平面図であり、図７Ａに示す本発明に係る装置の実施形態を示したものであり、詳細には、液体の循環のための導管（コンジット）内の攪拌器を示している。 図８は、本発明に係る装置の例示的な実施例である図７Ｂに記載された断面Ｂ−Ｂを示す図であり、メッキ層には、誘導子（インダクタ）を収容する導管（コンジット）に延伸する凸条が設けられている。 図９は、本発明に係る装置の金属シートの実施例の断面Ｃ−Ｃ(図７Ａ参照)を示した図であり、前記シートは、単純化するために平面に示されており、また、同図に記載された断面９−９に沿った冷却チャンネルの詳細図も示されている。 図１０は、平面状の成形面に沿った断面Ｃ−Ｃによる簡易に表すための図であり、加熱袋（heating bladder加熱ブラダー）を付加した（関与させた）本発明の装置によって処理された例示的な繊維プリフォームが示されている。

説明を簡単にするために、本発明に係る装置を、理解する上で不可欠な要素とされる場合を除いて、繊維プリフォームと袋詰（バッギング）手段なしで説明するが、これらの構成要素は完全に従来技術から知られていると理解されている。

図１の例示的な実施例では、本発明に係る装置の機器（ツーリング）は、成形表面（115）を構成する成形された金属シート（110）から成る。本実施例では、成形表面（115）は、形成面として知られている仮想面（111）に対して凹形状で、前記シート（110）の平坦面に接している。一つの例示的な実施例では、このシートは、鉄（Fe）とニッケル（Ni）との磁性合金（例えば36％のニッケル含有）で、膨張係数が小さいInvar（登録商標）として市場取引されている。前記金属シート（110）の成形表面（115）は、一つの例示的な実施例としては、乾燥繊維からなる繊維プリフォーム、または熱可塑性ポリマーとプリプレグされた繊維を収容するように設計されている。

「乾燥繊維」の用語は、5％以下の未加工熱硬化性樹脂からなるプリプレグ繊維の積層構造体を意味する。熱可塑性ポリマーのプリプレギング（prepregging未硬化樹脂の含浸）に関連する「プリプレグ繊維」の用語は、熱可塑性フィルムでカレンダー加工によるもの、熱可塑性ポリマーの粉末加工（powdered）によるもの、または熱可塑性繊維との混合加工によるもので、繊維質プライの積層構造体を指す。

したがって、金属シートを製造するためにInvar（登録商標）を用いることにより、炭素繊維の膨張と、成形面の膨張の係数とを適合（適応）させることができる。また、例えば、プリフォームの繊維プライが繊維ガラスまたは金属繊維で形成されている場合、金属シート（110）は、磁性シリコンからなる低炭素鋼または強磁性体からなる鋼（鉄）で形成されている。さらに別の実施例では、シート（110）は、ニッケルで作られている。必要となる加工精度および成形面の複雑さ、という構成に応じて、前記シートは、以下のような成形方法によって形成される：
スタンピング（成形）、引抜加工、漸進増加成形、電鋳、または、材料の除去からなる機械援助方法、（NVDとして知られる）ニッケル蒸着法、レーザー粉末フリッティング（fritting）法または溶融粉末スプレー法、などの相加機械加工法（additive machining method）、また、最終的にはこれらの方法の組み合わせ、によって形成される。限定するものではないが、例として、文献WO2013/079725では、部品を製造するためのこのような方法の組み合わせの例を説明している。

別の実施例によれば、成形表面（115）を有するシート（110）は、例えば、導電性金属材料の銅合金またはアルミニウム合金から構成され、また、成形表面は、例えば、ニッケルのような磁性材料による数ミリメートルの１／１０の厚さの被膜でコーティングされる。

本発明に係る装置の機器（ツーリング）のこの例示的な実施例では、成形表面（115）を形成する金属板（110）は、連結要素（130）によって基部（ベース）（120）に接合されている。前記基部（ベース）の区分、数および位置、ならびに連結要素(部)は、硬質な成形面（115）からなるシート（110）が堅固となるようにするサポート要素（130）によって決定される。限定するものではないが、実施例では、基部（ベース）（120）と、サポートスタッド（130）は、低コストで低熱膨張係数を有する剛性要素を作成するために、金属強化材、シリケート、ジルコニア、アルミナを用いずにコンクリートで作られている。

機器（ツーリング）は、電気抵抗率が低い導電性材料からなる壁（140）で構成されている。前記壁（140）は、ベース（120）と、成形表面の形成されたシート（110）の間に伸延しており、これらは、壁（140）とシート（110）が閉じられた電気回路を構成するように、電気的に接触している。例えば、壁（140）は、銅で構成されている。有利なことに、前記壁（140）には、シート（110）との接合部があり、形成面（111）へと延びる延伸部（145）が形成されている。

図２は、本発明に係る装置の最初の別の実施例で、機器（ツーリング）（100）は、誘導回路のコイル（210）の形成されたエンクロージャ（囲繞）（200）と共動する。前記機器（ツーリング）（100）は、前記エンクロージャ（囲繞）（200）の中に、エンクロージャ（囲繞）（200）の中心に機器（ツーリング）を配置するため、例えば絶縁スタッド（縦柱）でもある、位置決め手段（220）の上に設置される。誘導回路は、発電機に接続され（図示せず）、周波数は10kHzから100kHzの間の交流電流を発電させるように構成されており、それは前記コイル（210）の内部を循環することになる。

図３において、電流（310）が誘導回路のコイル（210）に流れると、渦電流（330）が誘導され、機器（ツーリング）の壁（140）に流れ込み、成形表面（115）を形成するシート（110）にも流れ込む。前記電流は、微細な厚みに流入し、コイル（210）に対向している機器（ツーリング）の外表面の層の、10分の数ミリメートルから数ミリメートルまで、流入する。壁（140）は、導電性材料で作られているが、電気抵抗率が低いので、誘導電流（330）の流れは、無視できる程度の熱を発生させ、殆どエネルギーを消費しない。一方、シート（101）は、導電性および磁性材料から作られているので、高い周波数での電流の流れは、誘導加熱を生じさせる。これにより、加熱エネルギーの大部分は、成形面に集中することになる。

図４は、本発明に係る装置の別の実施例であり、コイル（410）は、前記コイルの取り外し可能な部分（415）を除いて、機器（ツーリング）の壁（140）に固定されており、実質的には成形平面に並行となっている。電気絶縁材料の層（440）は、壁と誘導回路のコイル（410）を構成するコンダクタとの間に配置される；あるいは、コイル自体が絶縁コーティングを有していてもよい。このように、独立して加熱される機器（ツーリング）が形成される。

コイル（410）の取り外し可能な部分（415）を取り外すと、シート（110）の成形表面へのアクセス（入口）が現れてきて、繊維プリフォームの設置と、従来技術で知られている技術によって成形する前記プリフォームを袋詰（バッギング）する全ての装置の設置が可能となる。このように、実施例の１つでは、成形表面によって形成されたキャビティは、適切な導管（コンジット）（445）を介して、真空ポンプ（440）に接続されることになり、袋詰(バッキング)の後に、プリフォームに真空をかけること、また、プリフォームに液状樹脂を注入するための手段（450）とすることが可能となり、これにより、VARTMまたはLRIVAPタイプの脱オートクレーブ成形法を使用することになる。例示的な一つの実施態様によれば、繊維プリフォームを成形面上の適所に配置した後、全体を堅固にするために袋詰（バッキング）される。取外し部（415）は前記コイルを閉じるように据え付けられる。プリフォームに真空を適用する。誘導回路に交流電流が供給され、繊維プリフォームに加熱が派生する。次に、樹脂が繊維状プリフォームに注射または注入され、加熱は、前記樹脂を硬化させるのに必要な時間にわたって維持する。誘導手段による電力の供給は、注入と、硬化との間の加熱温度を変更するために調節される。

特定の一つの実施例によれば、コイル（410）の取外し部（415）と前記コイルとの間を接続する装置は、前記取外し部と成形表面のあるシート（210）との間の距離（d）を調整する手段からなる。

図５は、別の例示的な実施例であり、本発明に係る装置は、成形表面（115）の補完として、例えば絶縁シム（540）を使用して、導電性シート（110）から電気的に絶縁された外形（profile）の受け部（counterpart）（510）を使用する。前記受け部（counterpart）（510）は、アルミニウム合金のような導電性であるが、非磁性材料から構成されることが好ましい。このように、キャビティは、受け部（counterpart）（510）と成形表面との間に画定され、繊維状プリフォームおよび袋詰（バッキング）手段を含むものであり、成形表面（115）と受け部（counterpart）（510）を隔てる隙間（e）によって特徴付けられ、前記隙間は、実施例のキャビティに応じて一定または可変である。誘導回路のコイル（410）に高周波交流から電力が供給されると、渦電流が、キャビティを画定する表面である、成形表面（115）と、受け部（counterpart）（510）とは反対側の面に流れることになる。この技術的効果は、異なる構成においても個々に有利に使用される。したがって、受け部（counterpart）（510）が磁気導電性材料で作られている場合、誘導電流の循環は、受け部（counterpart）（510）の表面を加熱するので、プリフォームをその両側から加熱することが可能になる。受け部（counterpart）（510）が非磁気導電性材料で作られている場合、該受け部（counterpart）（510）は、著しく加熱はされないが、ギャップの距離は、成形表面上の誘導電流の量を変更することを可能にする。従って、前記受け部（counterpart）（510）は、加熱のエネルギー効率を高めるとともに、成形表面における誘導電流の分布、更には、温度分布を制御することを可能にする。成形表面に対する受け部（counterpart）（510）の適合形状は、数値シミュレーションまたは継続的な実験考察により決定される。一つの特別な実施例では、受け部（counterpart）（510）はカウルプレート（caul plate）として使用される。熱可塑性ポリマーのプリプレグプライを強固にして使用する場合は、本発明に係る装置の実施例は、特に有利である。この例では、シム（540）は、厚さを最小の厚さに調整し、プライ間の樹脂スクイズ現象（resin squeezing phenomena）を回避するパッキング(詰物用)シムとして用いられる。有利なことに、冷却回路（550）は、金属シート（110）の成形面と反対側の面に装着される。本実施例では、前記冷却回路は、空気、窒素または水のような熱伝導流体を運搬する導管（コンジット）で構成され、導管（コンジット）はシートに溶着される。選択的ではあるが、シートが相加機械法を使用して得られる場合は、前記導管（コンジット）（550）は、その機械の操作中にシート（110）の材料によって作られる。

図６は、例示的な実施例であり、形成面における機器（ツーリング）の壁（140）の延伸部（145）の外形（640）は、壁の間に誘導された電流の流路（631,632）の長さを制御するように形成される。従って、一つの例示的な実施例では、その外形は、流路の電気的な抵抗の長さが成形面（115）の全領域にわたって一定であるように形成されている。他の外形（640）は、他の制御を可能にし、従って３次元の流路（631,632）は、２次元の外形（640）によって調整することが出来る。

好ましい実施例によれば、成形面（115）を有するシート（110）は、取外し可能な適切な手段（660）を用いて壁（140）の上に装着される。前記シート（110）は、固定されたベース上の支持手段によって支持され、壁（140）との接合装着（部）は、本質的に前記シート（110）と前記壁（140）との間の電気的な導通性を保つことが目的とされている。接合装着（部）は、有利なことに、シート（110）と壁（140）との間の膨張の差を補償支持するように作られており、例えば、前記シートがInvar（登録商標）製で、壁（140）が銅の場合や、膨張差がなくても、機器（ツーリング）には応力または歪みが生じる。したがって、単体の機器（ツーリング）の基部（ベース）は、独立の加熱手段からなり、様々な形状で使用することができる。

図７Ａは、本発明に係る装置の別の実施例であって、前術した実施例と互換性があり、成形面を有するシート（700）は、成形面を有する強磁性コア（710）からなり、前記コア（710）の反対側の面に固着されているのは、メッキの層（720）で、強磁性コア（710）を構成する材料とは異なるが磁気的性向（特質）を持つ素材からできている。したがって、限定するための例ではないが、コア（710）はニッケルで作られ、メッキ層（720）は銅で作られる。強磁性コア（710）とメッキ層（720）の間の区分において、成形面の長さにわたって延びる導管（コンジット）（751、752）は、この例示的な実施例においては、誘導回路を挿入するため、および、熱伝導流体を循環させるために使用される。この例示的な本実施例では、熱伝導流体を運ぶように設計された導管（コンジット）（752）は、誘導回路を構成する導管（コンジット）（751）と平行に伸延している。その他の実施例では（図示せず）、２つのタイプの導管（コンジット）は、割線（secant）方向に沿って伸延する。最後の実施例においては、２つのタイプの導管（コンジット）は、シート（700）の部分（断面）に応じて異なる高さに伸延する。より詳細には、熱伝導流体が気体である場合、前記流体を搬送するように設計された導管（コンジット）（752）の全部または一部は、前記導管（コンジット）内の流体の乱流を有利に導くような手段を装備するものとする。例えば、前記手段は、導管（コンジット）に、螺旋状（ツイストした）ロッドが中心に配された撹拌機（タービュレータ）（753）からなり、前記導管（コンジット）の長さの全部または一部にわたって伸延するものとする。

図７Ｂにおいて、誘導回路は、1つ以上の誘導子（インダクタ）（760）から構成されている。前記誘電子（インダクタ）は、個々に絶縁されていない多重（multiple）のストランド（strand）を有する導電性ケーブルからなり、成形面の複雑な形状に沿う前記導管（コンジット）の外形に追従するだけの十分な柔軟を有することが望ましい。この例示的な実施例によれば、冷却導管（コンジット）（752）は、例えば、相加機械法を用いて、シート（700）の製造中に直接形成される。また、この例示的な実施例において、本発明による装置は、それぞれ熱伝導流体用の入口（753）と出口（754）の設けられた２つの冷却回路からなる構成である。冷却導管（コンジット）（752）間の接続は、金属シート（700）の外側でホース（755）を介して行っている。

図７Ａの例示的な実施例において、強磁性コア（710）は、高い導電率があり、有利なことに高い熱拡散率を有するコーティング（730）で覆われている。従って、このコーティングは、加熱中の成形面の温度の均一性を保持するのに資するものであり、また、本発明に係る装置に使用されるプリフォームとの熱交換にも資するものである。個別の例示的な実施例では、前記コーティング（730）は、銅または銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金、又はグラファイトからなる。

図７に示す実施例の代替が図８に示されており、メッキ層（820）は、フェリ磁性材料からなり、誘導子（インダクタ）（760）を構成する導管（コンジット）に垂直な強磁性コア（710）内に延びる突起した凸状（821）を具備している。前記メッキ層部は、例えば、レーザフリッティングまたは前記強磁性コア（710）の裏側にプラズマ溶射することによって得られるフェライト堆積でできている。あるいは、前記メッキ層（820）は、適切なフェライト粒子、または、このような粒子を含有する複合材を付着させることからなるエナメルコーティングというエナメル加工技術を用いることにより得られる。

フェライトは、FexOyAzBnタイプの酸化物であり、ＡとＢは例えばNi、Mn、Znなどの金属からなる。フェライトの性質および凸条（821）の高さは、インダクタ（760）に供給される電流の周波数によって決定され、これにより、強磁性コア（710）に誘導される電流の流れを集中させ、また、同じ電力による加熱の効率を向上させる。

図９は、本発明による装置の別の例示的な実施例であり、本発明による装置の金属シート（900）は、軽鋳造合金で作られたコア（910）からなり、このコアは、インダクタがその後取り付けられるスチールチューブ（951）で、金型内の前記合金を重力鋳造することによって製造される。例は限定するものではないが、前記軽合金は、アルミニウムまたはマグネシウムの合金である。変形の例の１つによれば、前記チューブ（951）は、強磁性鋼からなり、または強磁性体によるコーティングを持つ。本実施例が、たまたま平坦な成形表面を表示していたとしても、当業者であれば、実施例を任意の成形表面に容易に応用することができる；しかしながら、本実施例は、曲率の1つが公表されていない場合の、単曲率または二重曲率の成形表面により適合している。

一つの例示的な実施例によれば、この態様の実施例に限定されるものではなく、冷却チャンネル（952）は、金属シートのコアの成形面の反対側の面に溝を形成することによっても得られる。シーリングを容易にするために、冷却は、例えば空気のような気体からなる熱伝導流体によって行われる。すなわち、液体熱伝導流体による冷却とは異なり、該熱伝導流体のわずかな漏れは、装置の動作の安全性に影響を及ぼさない。例示的な実施例では、溝は、例えば温度に耐えるようにフッ素化シリコンで作られた軟質コーティング（920）によって閉じられている。前記軟質コーティング（920）は、ここでは金属シートの表面全体に延びるものとして示されている。別の実施例では、チャネル（952）は非連続のソフト（軟質）コーティング（図示せず）によって封止されており、該コーティングされた各セグメントは、幅方向に沿って、各チャンネル毎に一つずつ延びている。

本実施例における詳細の９−９（断面）では、チャネルを形成する溝の面のうちの１つは、熱伝導流体と金属シートとの間の対流による交換が促進されるように、前記チャネルの流体の乱流を促進するプロファイル（断面外形）（953）になっている。

図１０は、例示的な実施例で、特に厚い繊維状プリフォーム（1000）の硬化／統合固化に適したものであり、本発明に係る装置では、加熱袋（1090）からなる袋詰（バッキング）手段を使用している。一つの実施例では、このような加熱袋はシリコン製であり、また、電気抵抗による加熱を供給することができる微細な金属ワイヤーメッシュを有するものである。追加の加熱は、プリフォーム（1000）の厚さを均一な温度に到達させることを可能にするものである。

上記の説明および例示的な実施例は、本発明がその目的を達成することを示している；
特に、オートクレーブやストーブを使用することなく大型の複合部品の硬化や統合固化などの加工方法への応用が可能であり、また、エネルギーの節約ともなる。従来技術の装置と比較して、本発明に係る装置は、異なる構成においての軽量手段の使用を可能にするものである。

Claims (34)

1. 金型の成形面を加熱するための装置であって、特に大きい成形面用であり、以下の構成からなることを特徴とする：
   ａ．金属シート(110，700)は、強磁性層(110,710)、および、設定された前記成形表面の形状に成形する成形部(115)と、形成板面(111)；
   ｂ．基部（120）と、前記金属シート（110,700）を前記基部上に支持する支持手段(130)と;
   ｃ．前記金属シート（110，700）を誘導加熱する手段（210，410，415，760）と、
   からなる。
2. 基部（120）は、コンクリート又はセラミックのような非金属および、非導電性材料で作られていることを特徴とする請求項1記載の金型の成形面を加熱するための装置。
3. 金属シート（110，700）は、Invar（登録商標）タイプの、鉄（Fe）及びニッケル（Ni）からなる合金を含む強磁性層（110、710）からなることを特徴とする請求項1記載の金型の成形面を加熱するための装置。
4. 金属シート（110，700）は、ニッケル（Ni）からなる強磁性層（110，710）からなることを特徴とする請求項1記載の金型の成形面を加熱するための装置。
5. ｄ．袋詰（バッギング）手段が、繊維プリフォームの収容に適する成形面と密封されたキャビティとの境界を画し、
   ｅ．成形面と袋詰（バッギング）手段との間の空間に真空を提供する手段（440，445）
   からなることを特徴とする請求項１記載の金型の成形面を加熱するための装置。
6. ｆ．成形面によって画定されたキャビティ内に樹脂を注入するための手段（450）
   からなることを特徴とする請求項５記載の金型の成形面を加熱するための装置。
7. ｇ．金属シート（110，700）と接触する冷却液を循環させるための回路（550，752）
   からなることを特徴とする請求項１記載の金型の成形面を加熱するための装置。
8. 袋詰（バッギング）手段は、加熱手段からなる空気袋（1090）を装備している
   ことを特徴とする請求項５記載の金型の成形面を加熱するための装置。
9. 金属シートの成形面（110）は強磁性金属からなり、該装置は：
   ｈ．誘導回路のコイル（210，410）の容量によって定められた容積のエンクロージャ（囲繞）（200）；と
   ｉ．ロード、アンロードおよび、金属シートと誘導回路のコイル(210,410)内部の支持を保持する手段(220)と
   からなることを特徴とする請求項５に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
10. 袋詰（バッギング）は、電気絶縁材料で作られており、該装置の構成は：
    ｊ．金属シートの外周上（境界上）の電気絶縁性のシム（shim：くさび）（540）;と
    ｋ．受け部（counterpart）（510）は、導電性材料で作られており、前記キャビティが真空とされた時、袋詰（バッギング）と成形面との間に位置するキャビティ内のプリフォームに圧力を与えるものであり、また、成形面（115）と受け部（counterpart）の反対側の面（510）との間に、間隙（e）を形成する為に、成形面に対向する側の面に設けられる構成である
    ことを特徴とする請求項９に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
11. ｌ．壁（140）が、導電性材料で作られ、基部（ベース）（120）の表面と金属シート（110）の間に延び、前記金属シートから成る閉じられた電気回路を形成する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
12. 壁（140）は、アルミニウムや銅合金等の低電気抵抗率の非磁性導電材料で構成されている
    ことを特徴とする請求項１１に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
13. 金属シート（110，910）は、非磁性導電性材料からなり、成形面（115）は強磁性コーティングからなる
    ことを特徴とする請求項９に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
14. 形成面（111）の伸延部（145）を含む壁（140）は、外形（640）が、前記金属シート（110）の伸延部の一端と他の壁との間の電気抵抗を円弧に沿って測定するような形状に構成されおり、方向は前記シート（110）上の凸条（631，632）と平行で、形成面（111）と並行で、かつ、成形面(115)と対向する側に伸びるコイルの取外し部（415）で成形表面（115）と対向し、前記成形面の表面全体にわたって一定となる
    ことを特徴とする請求項１２に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
15. 形成面と平行な誘導回路の誘導コイルの部分（415）は取り外し可能であり、また、コイルの他の部分（410）は、壁（140）とベース（120）とに固定されている
    ことを特徴とする請求項１１に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
16. 誘導回路のコイルの取外し可能部分（415）は、前記取り外し可能部分（415）と成形面(115)との間の距離（d）を調整する手段によって、前記コイルの他の部分（410）に接続されている
    ことを特徴とする請求項１５に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
17. 成形面（115）からなるシート（110）と壁（140）との間で、別シートによって前記シートの交換を可能にする、アセンブリ（結合組立）手段（660）を備えている
    ことを特徴とする請求項１５に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
18. 金属シート（700，900）は、導管（コンジット）(751,752,951,952)から構成され、電気加熱手段を受容するように適合されたもの、または、熱伝導流体の循環の為のチャネリング（流通路）からなる
    ことを特徴とする請求項１に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
19. 電気の加熱手段は、インダクタ（760）と、磁性材料でできたコア（710）からなる金属シート（700）とからなる
    ことを特徴とする請求項１８に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
20. 金属シートの磁気コア（710）は、成形面の反対側の面にあり、前記強磁性体コアとは異なる磁気特性を有する材料でメッキ(720，820)されており、前記磁性層（710）とメッキ層(720,820)との間には、成形面と実質的に平行な方向に沿って導管（コンジット）(751,752)が延設されている
    ことを特徴とする請求項１９に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
21. ｍ．磁性層(710)とメッキ層(720,820)との間の導管（コンジット）(752)の中に熱伝導流体を循環させる手段(753,754,755)からなる
    ことを特徴とする請求項２０に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
22. メッキ層（720）は、非磁性導電材料（a magnetic electrically conductive material）で形成されている
    ことを特徴とする請求項２０に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
23. メッキ層(820)は、強磁性体または強磁性体材料で作られている
    ことを特徴とする請求項２０に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
24. メッキ層（820）は、凸状となる突起（821）を形成しており、磁性層（710）の誘導子（インダクタ）（760）となる導管（コンジット）（751）の位置まで伸延している
    ことを特徴とする請求項２３に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
25. メッキ層（820）は、フェライトからなる材料で作られている
    ことを特徴とする請求項２３に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
26. 金属シート（700）は、成形面を構成する熱伝導性コーティング（730）からなる
    ことを特徴とする請求項１９に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
27. 金属シート（900）のコア（910）は軽合金からなる
    ことを特徴とする請求項１８に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
28. 電気的な加熱の手段は、誘導子（インダクタ）と、鋼等の磁性材料で形成された前記誘導子（インダクタ）を搬送する導管（コンジット）（951）とから形成されている
    ことを特徴とする請求項２７に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
29. 金属シート（900）の成形面が磁気コーティング（強磁性コーティング）（930）で構成されている
    ことを特徴とする請求項２８に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
30. 成形面の反対側にあり、メッキ層（920）は、熱伝導流体を循環させるための導管（コンジット）（952）の一方の面を閉じる（to close）ようにされた柔らかい材料から作られる
    ことを特徴とする請求項１８に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
31. 熱伝導流体の循環のために設計された導管（コンジット）(752, 952)は、前記熱伝導流体の乱流状態（レジーム）を有利に働く（favor）ようにする手段(753, 953)を備えている
    ことを特徴とする請求項１８に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
32. 金属シート(110,700,900)は、添加機械加工工程からなる製造方法により得られる
    ことを特徴とする請求項１に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
33. 金属シート（110、700）は、ニッケル製のコア（710）からなり、前記コアはNVD技術を用いて得られる
    ことを特徴とする請求項３２に記載の金型の成形面を加熱するための装置。
34. 金属シート(900)は、鋼管から成る金型内に軽合金を成形する工程からなる方法という手段によって得られる
    ことを特徴とする請求項１に記載の金型の成形面を加熱するための装置。

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