JP2018167528A - Molding method for fiber reinforced plastic, and molding apparatus for fiber reinforced plastic - Google Patents

Molding method for fiber reinforced plastic, and molding apparatus for fiber reinforced plastic Download PDF

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晃 多田
Akira Tada
晃 多田
矢嶋　龍彦
Tatsuhiko Yajima
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Abstract

To provide a molding apparatus for fiber reinforced plastic capable of molding in a short time.SOLUTION: A molding apparatus 1 for fiber reinforced plastic includes: electrically conductive fiber assemblies 4, 5 and 6; a pressure vessel 2 accommodating therein the electrically conductive fiber assemblies 4, 5 and 6, a fiber reinforced plastic material 101 including a thermosetting resin or thermoplastic resin, and a mold 102 for molding thereof; and a microwave irradiation device 7 for irradiating the electrically conductive fiber assemblies 4, 5 and 6 in the pressure vessel 2 with microwave and heat them to heat up the fiber reinforced plastic material 101 and the mold 102 to a moldable temperature.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、繊維強化プラスチックを加熱成形する際の熱源として、導電性繊維集合体へのマイクロ波照射を用いる成形方法及びその装置に関するものである。   The present invention relates to a molding method and apparatus using microwave irradiation to a conductive fiber assembly as a heat source when heat-molding a fiber reinforced plastic.

熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含有する繊維強化プラスチックを成形する際には、繊維強化プラスチック材料及びその成形用の成形型を加熱する必要がある。   When molding a fiber reinforced plastic containing a thermosetting resin or a thermoplastic resin, it is necessary to heat the fiber reinforced plastic material and a mold for molding the fiber reinforced plastic material.

例えば、オートクレーブ成形法では、プリプレグと呼ばれるシート状の繊維強化プラスチック材料を成形型に積層して真空バッグに収容し、圧力容器（オートクレーブ）内で加圧しつつ加熱することが行われている。加熱には、例えば特許文献１に記載されたように、高温ガスを圧力容器内に循環させることが行われている。   For example, in the autoclave molding method, a sheet-like fiber reinforced plastic material called a prepreg is stacked on a mold and accommodated in a vacuum bag, and heated while being pressurized in a pressure vessel (autoclave). For heating, for example, as described in Patent Document 1, high-temperature gas is circulated in a pressure vessel.

特開２０１２−１７１１７３号公報JP 2012-171173 A

高温ガスで繊維強化プラスチック材料及び成形型を加熱する場合、容器内部を所望の温度まで昇温させるのに時間が掛かり、繊維強化プラスチックの成形に時間が掛かる。そのため、短時間で成形し得る新しい熱源による成形方法及び成形装置が求められている。   When the fiber reinforced plastic material and the mold are heated with a high-temperature gas, it takes time to raise the temperature of the inside of the container to a desired temperature, and it takes time to mold the fiber reinforced plastic. Therefore, a molding method and a molding apparatus using a new heat source that can be molded in a short time are required.

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、新しい熱源を用いた繊維強化プラスチック成形方法及び繊維強化プラスチック成形装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a fiber-reinforced plastic molding method and a fiber-reinforced plastic molding apparatus using a new heat source.

前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された繊維強化プラスチック成形方法は、導電性繊維集合体にマイクロ波を照射して発熱させ、この発熱により熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む繊維強化プラスチック材料及びその成形用の成形型を成形可能な温度まで加熱して、繊維強化プラスチックの成形を行うことを特徴とする。   The fiber reinforced plastic molding method according to claim 1, which has been made to achieve the above object, generates heat by irradiating a conductive fiber assembly with microwaves, and the heat generation causes thermosetting. A fiber-reinforced plastic material containing a heat-resistant resin or a thermoplastic resin and a molding die for molding the same are heated to a moldable temperature to form the fiber-reinforced plastic.

請求項２に記載された繊維強化プラスチック成形方法は、請求項１に記載のものであり、前記繊維強化プラスチック材料として熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を繊維に含浸させたプリプレグを使用し、前記プリプレグ及び前記成形型を真空引き用の真空バッグでバギングし、前記真空バッグの内部を真空引きすると共に外部から加圧しつつ、前記導電性繊維集合体に前記マイクロ波を照射し発熱させることで前記プリプレグ及び前記成形型を加熱して、前記繊維強化プラスチックの成形を行うことを特徴とする。   The fiber-reinforced plastic molding method according to claim 2 is the method according to claim 1, wherein a prepreg in which fibers are impregnated with a thermosetting resin or a thermoplastic resin is used as the fiber-reinforced plastic material, Bagging the prepreg and the mold with a vacuum bag for evacuation, evacuating the inside of the vacuum bag and applying pressure from the outside while irradiating the conductive fiber assembly with heat to generate heat The fiber reinforced plastic is molded by heating the prepreg and the mold.

請求項３に記載された繊維強化プラスチック成形方法は、請求項１又は２に記載のものであり、前記真空バッグに前記導電性繊維集合体を配置することを特徴とする。   A fiber-reinforced plastic molding method according to a third aspect is the one according to the first or second aspect, wherein the conductive fiber assembly is arranged in the vacuum bag.

請求項４に記載された繊維強化プラスチック成形方法は、請求項１から３のいずれかに記載のものであり、複数の前記導電性繊維集合体を用いることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fiber-reinforced plastic molding method according to any one of the first to third aspects, wherein a plurality of the conductive fiber assemblies are used.

請求項５に記載された繊維強化プラスチック成形方法は、請求項１から４のいずれかに記載のものであり、前記繊維強化プラスチック材料、前記成形型及び前記導電性繊維集合体の内の少なくとも１つの温度を測定し、測定した温度が予め設定された所望の温度になるように、前記マイクロ波の出力レベルをフィードバック制御することを特徴とする。   A fiber reinforced plastic molding method according to claim 5 is the method according to any one of claims 1 to 4, wherein at least one of the fiber reinforced plastic material, the mold, and the conductive fiber assembly. Two microwaves are measured, and the output level of the microwave is feedback-controlled so that the measured temperature becomes a preset desired temperature.

請求項６に記載された繊維強化プラスチック成形装置は、導電性繊維集合体と、前記導電性繊維集合体、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む繊維強化プラスチック材料、及びその成形用の成形型が内部に収容される容器と、前記繊維強化プラスチック材料及び前記成形型を成形可能な温度まで加熱するために、前記容器内の前記導電性繊維集合体にマイクロ波を照射して発熱させるマイクロ波照射装置とを、備えることを特徴とする。   A fiber reinforced plastic molding apparatus according to claim 6 is a conductive fiber assembly, a fiber reinforced plastic material including the conductive fiber assembly, a thermosetting resin or a thermoplastic resin, and a molding die for molding the conductive fiber assembly. And a microwave that irradiates the conductive fiber assembly in the container with heat to heat the container and the fiber-reinforced plastic material and the mold to a temperature at which the container can be molded. And an irradiation device.

請求項７に記載された繊維強化プラスチック成形装置は、請求項６に記載のものであり、前記繊維強化プラスチック材料が、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を繊維に含浸させたプリプレグであり、前記容器が、圧力容器であると共に、前記プリプレグ及び前記成形型をバギングした真空引き用の真空バッグを収容するものであり、前記真空バッグを真空引きする減圧装置と、前記容器内部を加圧することで前記真空バッグを外部から加圧する加圧装置とを備えることを特徴とする。   The fiber-reinforced plastic molding apparatus according to claim 7 is the apparatus according to claim 6, wherein the fiber-reinforced plastic material is a prepreg in which fibers are impregnated with a thermosetting resin or a thermoplastic resin, The container is a pressure container, and accommodates a vacuum bag for vacuuming that has bagged the prepreg and the mold, and a pressure reducing device that evacuates the vacuum bag and pressurizing the inside of the container And a pressurizing device that pressurizes the vacuum bag from the outside.

請求項８に記載された繊維強化プラスチック成形装置は、請求項７に記載のものであり、前記導電性繊維集合体が、前記真空バッグに配置されていることを特徴とする。   A fiber-reinforced plastic molding apparatus according to an eighth aspect is the one according to the seventh aspect, wherein the conductive fiber assembly is disposed in the vacuum bag.

請求項９に記載された繊維強化プラスチック成形装置は、請求項６から８のいずれかに記載のものであり、複数の前記導電性繊維集合体を備えることを特徴とする。   A fiber-reinforced plastic molding apparatus according to a ninth aspect is the apparatus according to any one of the sixth to eighth aspects, and includes a plurality of the conductive fiber assemblies.

請求項１０に記載された繊維強化プラスチック成形装置は、請求項６から９のいずれかに記載のものであり、前記繊維強化プラスチック材料、前記成形型及び前記導電性繊維集合体の内の少なくとも１つの温度を測定する温度測定器と、前記温度測定器の測定した温度が予め設定された所望の温度になるように、前記マイクロ波照射装置の出力レベルをフィードバック制御する制御部とを、備えることを特徴とする。   A fiber reinforced plastic molding apparatus according to a tenth aspect is the apparatus according to any one of the sixth to ninth aspects, wherein at least one of the fiber reinforced plastic material, the mold, and the conductive fiber assembly. A temperature measuring device that measures two temperatures, and a control unit that feedback-controls the output level of the microwave irradiation device so that the temperature measured by the temperature measuring device becomes a preset desired temperature. It is characterized by.

本発明の繊維強化プラスチック成形方法及び成形装置によれば、新しい熱源により加熱成形を行うことができる。導電性繊維集合体はマイクロ波の照射によって短時間に昇温するため、繊維強化プラスチック材料及びその成形用の成形型が短時間で加熱されて、繊維強化プラスチックを短時間で成形することができる。   According to the fiber-reinforced plastic molding method and molding apparatus of the present invention, it is possible to perform heat molding using a new heat source. Since the conductive fiber assembly is heated in a short time by microwave irradiation, the fiber reinforced plastic material and the mold for molding can be heated in a short time to form the fiber reinforced plastic in a short time. .

繊維強化プラスチック材料としてプリプレグを使用して真空バッグでバギングし、真空バッグを真空引きすると共に外部から加圧しつつ、導電性繊維集合体にマイクロ波を照射して発熱させ、繊維強化プラスチックの成形を行う場合、例えばオートクレーブ成形であっても、導電性繊維集合体の発熱でプリプレグ及び成形型を短時間で加熱できるため、短時間で成形することができる。   Using a prepreg as a fiber reinforced plastic material, bagging with a vacuum bag, evacuating the vacuum bag and applying pressure from the outside while irradiating microwaves to the conductive fiber assembly to form a fiber reinforced plastic In the case of performing autoclave molding, for example, since the prepreg and the mold can be heated in a short time by the heat generated by the conductive fiber assembly, the molding can be performed in a short time.

真空バッグに導電性繊維集合体を配置する場合、プリプレグ及び成形型を直接的に加熱できるため、より短時間で成形することができる。導電性繊維集合体は可撓性を有するため、成形型の形状に合わせるように導電性繊維集合体を変形することができるので、複雑な立体形状であったり、部位により厚みが異なる立体形状であったとしても、プリプレグ及び成形型を全体的に均一に加熱することができる。   In the case where the conductive fiber assembly is disposed in the vacuum bag, the prepreg and the mold can be directly heated, so that the molding can be performed in a shorter time. Since the conductive fiber assembly is flexible, the conductive fiber assembly can be deformed so as to match the shape of the mold, so that the conductive fiber assembly has a complicated three-dimensional shape or a three-dimensional shape with a different thickness depending on the part. Even if it exists, the prepreg and the mold can be heated uniformly.

複数の導電性繊維集合体を配置する場合、発熱源の数が増えるため、より短時間に加熱することができる。導電性繊維集合体はマイクロ波を照射することで発熱するため、電気的な配線が不要であるので配置場所の自由度が高い。そのため、熱源になる複数の導電性繊維集合体を任意の位置に簡便に配置することができる。   In the case where a plurality of conductive fiber assemblies are arranged, the number of heat sources increases, so that heating can be performed in a shorter time. Since the conductive fiber assembly generates heat when irradiated with microwaves, there is no need for electrical wiring, so the degree of freedom in arrangement is high. Therefore, a plurality of conductive fiber aggregates serving as heat sources can be easily arranged at arbitrary positions.

繊維強化プラスチック材料、成形型及び導電性繊維集合体の内の少なくとも一つの温度を測定し、マイクロ波の出力レベルをフィードバック制御する場合、成形温度が所望の温度に精度よく安定化するため、短時間の成形でありながら、高品質な繊維強化プラスチックを成形することができる。   When measuring the temperature of at least one of the fiber reinforced plastic material, the mold and the conductive fiber assembly and feedback-controlling the microwave output level, the molding temperature is stabilized to the desired temperature with high accuracy. High quality fiber reinforced plastics can be molded while being time molded.

本発明を適用する繊維強化プラスチック成形装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the fiber reinforced plastics molding apparatus to which this invention is applied. 成形部材（導電性繊維集合体、繊維強化プラスチック材料及び成形型）を模式的に示す一部拡大断面図である。It is a partially expanded sectional view which shows typically a shaping | molding member (A conductive fiber aggregate, a fiber reinforced plastic material, and a shaping | molding die). 別の成形部材を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows another shaping | molding member typically. 別の成形部材を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows another shaping | molding member typically. 実施例の実験２の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of Experiment 2 of an example. 実施例の実験３の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of Experiment 3 of an example. 実施例の実験４の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of Experiment 4 of an example. 実施例の実験５の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the experiment 5 of an Example.

以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態例に限定されるものではない。   Hereinafter, although the form for implementing this invention is demonstrated in detail, the scope of the present invention is not limited to these form examples.

図１に、本発明を適用する繊維強化プラスチック成形装置１を示す。この繊維強化プラスチック成形装置１は、一例として、繊維強化プラスチックをオートクレーブ成形するものである。繊維強化プラスチック成形装置１は、圧力容器２、載置台３、導電性繊維集合体５、導電性繊維集合体６、マイクロ波照射装置７、減圧装置８、加圧装置９、冷却装置１１、循環装置１２及び制御部１０を備え、載置台３の上に成形部材２１を載置可能に構成されている。   FIG. 1 shows a fiber reinforced plastic molding apparatus 1 to which the present invention is applied. The fiber reinforced plastic molding apparatus 1 is for autoclave molding of fiber reinforced plastic as an example. The fiber reinforced plastic molding device 1 includes a pressure vessel 2, a mounting table 3, a conductive fiber assembly 5, a conductive fiber assembly 6, a microwave irradiation device 7, a decompression device 8, a pressurization device 9, a cooling device 11, and a circulation. The apparatus 12 and the control part 10 are provided, and it is comprised so that the shaping | molding member 21 can be mounted on the mounting base 3. FIG.

成形部材２１は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む繊維強化プラスチック材料１０１、その成形用の成形型１０２、真空バッグ２５、及び真空バッグ２５に配置された導電性繊維集合体４を有するものである。   The molding member 21 has a fiber reinforced plastic material 101 containing a thermosetting resin or a thermoplastic resin, a molding die 102 for molding the material, a vacuum bag 25, and a conductive fiber assembly 4 disposed in the vacuum bag 25. It is.

圧力容器２は、内部を常圧（１気圧）よりも高圧にすることが可能な金属製の耐圧容器であり、この例ではオートクレーブ用の圧力容器である。圧力容器２は、一例として略円筒状の形状に形成されており、図１には、その縦断面図が模式的に図示されている。圧力容器２の内部には、載置台３、導電性繊維集合体４を有する成形部材２１、導電性繊維集合体５及び導電性繊維集合体６等が収容される。圧力容器２は、成形部材２１を出し入れするための開閉扉２ａを備えている。   The pressure vessel 2 is a metal pressure vessel capable of making the inside higher than normal pressure (1 atm). In this example, the pressure vessel 2 is a pressure vessel for an autoclave. The pressure vessel 2 is formed in a substantially cylindrical shape as an example, and FIG. 1 schematically shows a longitudinal sectional view thereof. Inside the pressure vessel 2, a mounting table 3, a molding member 21 having a conductive fiber assembly 4, a conductive fiber assembly 5, a conductive fiber assembly 6, and the like are accommodated. The pressure vessel 2 includes an opening / closing door 2 a for taking in and out the molding member 21.

圧力容器２は、内壁が金属で形成されていて、マイクロ波が内壁で反射するようになっている。又、圧力容器２は、外部にマイクロ波が漏洩しない構造になっている。例えば、ガラス窓を設ける場合には、マイクロ波の１波長よりも小さな編目の網（マイクロ波シールド）が窓に設けられる。   The pressure vessel 2 has an inner wall made of metal, and microwaves are reflected by the inner wall. The pressure vessel 2 has a structure in which microwaves do not leak to the outside. For example, when a glass window is provided, a mesh net (microwave shield) smaller than one microwave wavelength is provided in the window.

圧力容器２には、圧力容器２の内部にマイクロ波を照射可能にマイクロ波照射装置７が設けられている。マイクロ波照射装置７は、導電性繊維集合体４、導電性繊維集合体５、導電性繊維集合体６にマイクロ波を照射して発熱させるためのものである。   The pressure vessel 2 is provided with a microwave irradiation device 7 so as to be able to irradiate microwaves inside the pressure vessel 2. The microwave irradiation device 7 is for irradiating the conductive fiber assembly 4, the conductive fiber assembly 5, and the conductive fiber assembly 6 with microwaves to generate heat.

マイクロ波照射装置７は、マイクロ波発振器３１及びアンテナ３２を有している。マイクロ波発振器３１は、圧力容器２の外部に設けられている。マイクロ波発振器３１は、一例としてマグネトロンである。マイクロ波発振器３１は、一例として周波数２４５０ＭＨｚのマイクロ波を出力する。アンテナ３２は、マイクロ波発振器３１の発振したマイクロ波を圧力容器２の内部に照射するように配置されている。導波管を介して、アンテナ３２から圧力容器２内にマイクロ波を導くようにしてもよい。圧力容器２内にマイクロ波を均一に照射できるように、アンテナ３２を回転させる構造としてもよいし、回転するマイクロ波反射板を圧力容器２に設けてもよい。マイクロ波照射装置７は、圧力容器２の任意の位置に設ければよい。複数のマイクロ波照射装置７を圧力容器２に設けてもよい。   The microwave irradiation device 7 includes a microwave oscillator 31 and an antenna 32. The microwave oscillator 31 is provided outside the pressure vessel 2. The microwave oscillator 31 is a magnetron as an example. As an example, the microwave oscillator 31 outputs a microwave having a frequency of 2450 MHz. The antenna 32 is disposed so as to irradiate the inside of the pressure vessel 2 with the microwave generated by the microwave oscillator 31. A microwave may be guided from the antenna 32 into the pressure vessel 2 via a waveguide. The antenna 32 may be rotated so that microwaves can be uniformly irradiated into the pressure vessel 2, or a rotating microwave reflector may be provided in the pressure vessel 2. What is necessary is just to provide the microwave irradiation apparatus 7 in the arbitrary positions of the pressure vessel 2. FIG. A plurality of microwave irradiation devices 7 may be provided in the pressure vessel 2.

圧力容器２内に照射されたマイクロ波は直接又は容器内壁で反射して導電性繊維集合体４〜６に照射される。マイクロ波発振器３１は、制御部１０によってマイクロ波の出力レベルを制御可能に構成されている。   The microwave irradiated into the pressure vessel 2 is reflected directly or reflected by the inner wall of the vessel and is irradiated to the conductive fiber assemblies 4 to 6. The microwave oscillator 31 is configured to be able to control the output level of the microwave by the control unit 10.

圧力容器２の内部に配置される導電性繊維集合体４〜６は、いずれも導電性繊維が多数集合したものである。導電性繊維集合体４〜６は、例えば、導電性繊維によってフェルト状に形成された導電性繊維フェルト、又はスチルウールである。導電性繊維として、炭素繊維、金属繊維が挙げられる。導電性繊維集合体４〜６として、特に炭素繊維で形成された炭素繊維フェルト（カーボンフェルト）を好ましく用いることができる。導電性繊維集合体４〜６の形状やサイズは任意であり、シート状（導電性繊維シート）、ブロック状（導電性繊維ブロック）、袋状、筒状、布状のように種々の立体形状に形成することができる。導電性繊維集合体４〜６は、各々が１つでなく、複数に分割されたものであってもよい。   The conductive fiber aggregates 4 to 6 arranged inside the pressure vessel 2 are all a collection of a large number of conductive fibers. The conductive fiber aggregates 4 to 6 are, for example, conductive fiber felt formed of a conductive fiber in a felt shape, or still wool. Examples of the conductive fiber include carbon fiber and metal fiber. As the conductive fiber aggregates 4 to 6, carbon fiber felt (carbon felt) formed with carbon fibers can be preferably used. The shape and size of the conductive fiber assemblies 4 to 6 are arbitrary, and various three-dimensional shapes such as a sheet shape (conductive fiber sheet), a block shape (conductive fiber block), a bag shape, a cylindrical shape, and a cloth shape. Can be formed. Each of the conductive fiber assemblies 4 to 6 may be divided into a plurality of pieces instead of one.

載置台３は、成形部材２１を載置するものである。載置台３は、成形部材２１を圧力容器２に出し入れしやすいように、図示しないが例えばローラー又はレールなどで開閉扉２ａ方向に移動可能に構成されている。載置台３は、電気的な絶縁体で板状に形成されている。絶縁体としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂、アルミナなどのセラミックス、ガラス等が挙げられる。   The mounting table 3 mounts the molding member 21 thereon. Although not shown, the mounting table 3 is configured to be movable in the direction of the open / close door 2a with a roller or a rail, for example, so that the molding member 21 can be easily put in and out of the pressure vessel 2. The mounting table 3 is formed in a plate shape with an electrical insulator. Examples of the insulator include insulating resins such as phenol resin and epoxy resin, ceramics such as alumina, and glass.

載置台３の下部（下面）には、一例としてシート状の導電性繊維集合体（導電性繊維シート）５が設けられている。複数の導電性繊維集合体５が、載置台３に設けられていてもよい。載置台３の上部（上面）に、導電性繊維集合体５を設けてもよい。   As an example, a sheet-like conductive fiber assembly (conductive fiber sheet) 5 is provided at the lower portion (lower surface) of the mounting table 3. A plurality of conductive fiber assemblies 5 may be provided on the mounting table 3. The conductive fiber assembly 5 may be provided on the upper portion (upper surface) of the mounting table 3.

載置台３の上に成形部材２１が載置される。同図に示すように、載置台３の上に複数（例えば４本、６本又は８本等）の支持柱１４を設け、この支持柱１４を介して載置台３に成形部材２１を載置することが好ましい。支持柱１４は、電気的な絶縁体であり、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂、アルミナなどのセラミックス、ガラス等で形成されている。   A molding member 21 is placed on the mounting table 3. As shown in the figure, a plurality of (for example, four, six, or eight) support columns 14 are provided on the mounting table 3, and the molding member 21 is mounted on the mounting table 3 via the support columns 14. It is preferable to do. The support column 14 is an electrical insulator, and is formed of, for example, an insulating resin such as a phenol resin or an epoxy resin, ceramics such as alumina, glass, or the like.

成形部材２１が複数の支持柱１４で支持されることで、載置台３と成形部材２１との間に空間ができる。この空間ができることで、成形部材２１（導電性繊維集合体４）の下側にマイクロ波が照射されやすくなる。なお、必要性に応じて、載置台３の上に直接接するように成形部材２１を載置するようにしてもよい。   Since the molding member 21 is supported by the plurality of support columns 14, a space is formed between the mounting table 3 and the molding member 21. By forming this space, it becomes easy to irradiate microwaves to the lower side of the molding member 21 (conductive fiber assembly 4). In addition, you may make it mount the shaping | molding member 21 so that it may contact | connect directly on the mounting base 3 as needed.

成形部材２１は、成形型１０２、繊維強化プラスチック材料１０１、マイクロ波遮蔽シート２３、真空バッグ２５及び導電性繊維集合体４を有している。   The molding member 21 includes a molding die 102, a fiber reinforced plastic material 101, a microwave shielding sheet 23, a vacuum bag 25, and the conductive fiber assembly 4.

成形型１０２は、一例として金属で形成されたものである。成形型１０２は、繊維強化プラスチック材料１０１を成形するための任意の形状に形成されている。   The mold 102 is made of metal as an example. The mold 102 is formed in an arbitrary shape for molding the fiber reinforced plastic material 101.

同図に示すように、オートクレーブ成形では、成形型１０２の上にプリプレグと呼ばれるシート状の繊維強化プラスチック材料１０１（以下、プリプレグ１０１ともいう）が積層される。プリプレグ１０１は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂（マトリックス）を繊維に含浸させたものである。プリプレグ１０１の繊維として、炭素繊維、ガラス繊維、樹脂繊維が挙げられる。炭素繊維を使用した炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、航空機、宇宙機器などの構造体に好ましく用いられている。なお、成形後にプリプレグ１０１を成形型１０２から剥離しやすくするために、プリプレグ１０１と成形型１０２との間に、剥離用シートを配置してもよい。   As shown in the figure, in autoclave molding, a sheet-like fiber reinforced plastic material 101 (hereinafter also referred to as prepreg 101) called a prepreg is laminated on a mold 102. The prepreg 101 is obtained by impregnating fibers with a thermosetting resin or a thermoplastic resin (matrix). Examples of the fibers of the prepreg 101 include carbon fibers, glass fibers, and resin fibers. Carbon fiber reinforced plastic (CFRP) using carbon fiber is preferably used for structures such as aircraft and space equipment. In addition, in order to make it easy to peel the prepreg 101 from the mold 102 after molding, a peeling sheet may be disposed between the prepreg 101 and the mold 102.

必要性に応じて、プリプレグ１０１は、マイクロ波から遮蔽されるように、可撓性（柔軟性）を有するマイクロ波遮蔽シート２３で上部側を覆われている。マイクロ波遮蔽シート２３は、例えば樹脂製フィルムにアルミニウム箔のような金属箔の付された金属フィルムである。プリプレグ１０１の下部側には、マイクロ波を遮蔽する金属製の成形型１０２が存在するため、マイクロ波遮蔽シート２３は不要である。成形型１０２がマイクロ波を通過可能な樹脂で形成されている場合、プリプレグ１０１及び成形型１０２を全体的に覆うような袋状、筒状又はシート状のマイクロ波遮蔽シート２３を用いるようにしてもよい。なお、プリプレグ１０１にマイクロ波が照射されてもよい場合や、導電性繊維集合体４によってマイクロ波が充分に遮蔽される場合には、マイクロ波遮蔽シート２３は不要である。   According to necessity, the prepreg 101 is covered on the upper side with a microwave shielding sheet 23 having flexibility (flexibility) so as to be shielded from microwaves. The microwave shielding sheet 23 is a metal film in which a metal foil such as an aluminum foil is attached to a resin film, for example. On the lower side of the prepreg 101, there is a metal mold 102 that shields microwaves, so the microwave shielding sheet 23 is not necessary. When the mold 102 is formed of a resin that can pass microwaves, a microwave, shielding sheet 23 in the form of a bag, cylinder, or sheet that covers the entire prepreg 101 and the mold 102 is used. Also good. Note that the microwave shielding sheet 23 is not necessary when the prepreg 101 may be irradiated with microwaves or when the microwaves are sufficiently shielded by the conductive fiber assembly 4.

プリプレグ１０１、成形型１０２及びマイクロ波遮蔽シート２３は、可撓性を有する真空引き用の真空バッグ２５でバギングされる。真空バッグ２５として、袋状に一体的に形成したものを用いてもよいし、２枚のシートの周縁部を接着剤やシール材で張り合わせて袋状に形成したものを用いてもよい。真空バッグ２５は、電気的な絶縁体で形成されている。真空バッグ２５は、成形時の温度に耐えられる材質で形成されている。   The prepreg 101, the mold 102, and the microwave shielding sheet 23 are bagged by a vacuuming vacuum bag 25 having flexibility. As the vacuum bag 25, a bag integrally formed in a bag shape may be used, or a bag formed by bonding the peripheral portions of two sheets with an adhesive or a sealing material may be used. The vacuum bag 25 is formed of an electrical insulator. The vacuum bag 25 is formed of a material that can withstand the temperature during molding.

真空バッグ２５は、導電性繊維集合体４でほぼ全体的に覆われている。導電性繊維集合体４は、真空バッグ２５が内部に入る大きさの袋状又は筒状に形成されたものである。又は、導電性繊維集合体４は、シート状に形成されたものであり、真空バッグ２５に巻き付けるように取り付けられている。導電性繊維集合体４は、接着剤、両面接着テープ又はベルト等の固定部材で真空バッグ２５に取り付けられていてもよい。導電性繊維集合体４は、可撓性を有しており、プリプレグ１０１及び成形型１０２の形状に対応して容易に変形可能なものであることが好ましい。   The vacuum bag 25 is almost entirely covered with the conductive fiber assembly 4. The conductive fiber assembly 4 is formed in a bag shape or a cylindrical shape having a size into which the vacuum bag 25 can enter. Alternatively, the conductive fiber assembly 4 is formed in a sheet shape, and is attached so as to be wound around the vacuum bag 25. The conductive fiber assembly 4 may be attached to the vacuum bag 25 with a fixing member such as an adhesive, a double-sided adhesive tape, or a belt. The conductive fiber assembly 4 is preferably flexible and easily deformable in accordance with the shapes of the prepreg 101 and the mold 102.

導電性繊維集合体６は、任意の形状に形成されており、圧力容器２の内部の任意の位置に配置されている。導電性繊維集合体６を配置する数は１つに限られない。複数の導電性繊維集合体６が圧力容器２の内部の任意の位置に配置されていることが好ましい。   The conductive fiber assembly 6 is formed in an arbitrary shape, and is disposed at an arbitrary position inside the pressure vessel 2. The number of the conductive fiber aggregates 6 is not limited to one. It is preferable that the plurality of conductive fiber assemblies 6 are arranged at arbitrary positions inside the pressure vessel 2.

なお、導電性繊維集合体４、導電性繊維集合体５及び導電性繊維集合体６の全てを備えることが好ましいが、導電性繊維集合体４、導電性繊維集合体５及び導電性繊維集合体６のうちの少なくとも１つだけを備えるようにしてもよい。   In addition, although it is preferable to provide all of the conductive fiber assembly 4, the conductive fiber assembly 5, and the conductive fiber assembly 6, the conductive fiber assembly 4, the conductive fiber assembly 5, and the conductive fiber assembly are included. Only at least one of the six may be provided.

減圧装置８は、真空バッグ２５を真空引きするものである。減圧装置８は、真空ポンプ４１、及び真空ポンプ４１に繋がる配管４２を有している。真空ポンプ４１は、圧力容器２の外部に配置されている。配管４２は、真空バッグ２５に繋がれており、真空ポンプ４１によって真空バッグ２５の内側が真空引きされる。配管４２は、マイクロ波で導電性繊維集合体４等と放電しないように、例えば絶縁性樹脂などの電気的な絶縁体で形成されていることが好ましい。   The decompression device 8 evacuates the vacuum bag 25. The decompression device 8 has a vacuum pump 41 and a pipe 42 connected to the vacuum pump 41. The vacuum pump 41 is disposed outside the pressure vessel 2. The pipe 42 is connected to the vacuum bag 25, and the inside of the vacuum bag 25 is evacuated by the vacuum pump 41. The pipe 42 is preferably formed of an electrical insulator such as an insulating resin so as not to be discharged with the conductive fiber assembly 4 or the like by microwaves.

加圧装置９は、圧力容器２の内部を加圧するものである。加圧装置９は、例えば窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスを加圧するコンプレッサ５１、及びコンプレッサ５１に繋がる配管５２を有している。コンプレッサ５１は、圧力容器２の外部に配置されている。配管５２は、圧力容器２内に繋がれており、圧力容器２の内部が高圧ガスで加圧される。   The pressurizing device 9 pressurizes the inside of the pressure vessel 2. The pressurizing device 9 includes a compressor 51 that pressurizes an inert gas such as nitrogen gas or argon gas, and a pipe 52 connected to the compressor 51. The compressor 51 is disposed outside the pressure vessel 2. The piping 52 is connected to the inside of the pressure vessel 2, and the inside of the pressure vessel 2 is pressurized with high-pressure gas.

冷却装置１１は、圧力容器２の内部を冷却するものである。冷却装置１１は、熱媒体を冷却する冷却器６１、熱交換器６３、及び、冷却器６１と熱交換器６３とを繋いで熱媒体の通路になる配管６２を有している。冷却器６１は、圧力容器２の外部に配置され、熱交換器６３は、圧力容器２の内部に配置されている。   The cooling device 11 cools the inside of the pressure vessel 2. The cooling device 11 includes a cooler 61 that cools the heat medium, a heat exchanger 63, and a pipe 62 that connects the cooler 61 and the heat exchanger 63 and serves as a heat medium passage. The cooler 61 is disposed outside the pressure vessel 2, and the heat exchanger 63 is disposed inside the pressure vessel 2.

循環装置１２は、圧力容器２の内部の気体を循環させるものである。循環装置１２は、モータ６５及びファン６６を有している。モータ６５は、圧力容器２の外部に配置され、ファン６６は、圧力容器２の内部に配置されている。モータ６５がファン６６を回転させることで、気体が移動して循環する。なお、必要性に応じて、循環装置１２は無くてもよい。   The circulation device 12 circulates the gas inside the pressure vessel 2. The circulation device 12 has a motor 65 and a fan 66. The motor 65 is disposed outside the pressure vessel 2, and the fan 66 is disposed inside the pressure vessel 2. As the motor 65 rotates the fan 66, the gas moves and circulates. Note that the circulation device 12 may be omitted according to necessity.

プリプレグ１０１、成形型１０２、真空バッグ２５、減圧装置８、加圧装置９、冷却装置１１及び循環装置１２は、従来のオートクレーブ成形に用いられているものと同様のものを用いることができる。   As the prepreg 101, the mold 102, the vacuum bag 25, the decompression device 8, the pressurization device 9, the cooling device 11, and the circulation device 12, those similar to those used in conventional autoclave molding can be used.

圧力容器２には、プリプレグ１０１、成形型１０２、導電性繊維集合体４、導電性繊維集合体５及び導電性繊維集合体６の内の少なくとも１つの温度を測定する温度測定器が設けられている。図１には、成形型１０２の温度を測定する温度測定器１８、及び導電性繊維集合体４の温度を測定する温度測定器１９が設けられている例を示している。   The pressure vessel 2 is provided with a temperature measuring device for measuring the temperature of at least one of the prepreg 101, the mold 102, the conductive fiber assembly 4, the conductive fiber assembly 5, and the conductive fiber assembly 6. Yes. FIG. 1 shows an example in which a temperature measuring device 18 that measures the temperature of the mold 102 and a temperature measuring device 19 that measures the temperature of the conductive fiber assembly 4 are provided.

制御部１０は、プリプレグ１０１、成形型１０２、導電性繊維集合体４、導電性繊維集合体５及び導電性繊維集合体６の内の少なくとも１つの温度を測定する温度測定器の測定した温度が予め設定された所望の温度になるように、マイクロ波照射装置７（マイクロ波発振器３１）の出力レベルをフィードバック制御する。この例では、制御部１０は、例えば、導電性繊維集合体４の温度測定器１９（及び／又は成形型１０２の温度測定器１８）の測定した温度が予め設定された所望の温度になるように、マイクロ波照射装置７の出力レベルをフィードバック制御する。   The control unit 10 measures the temperature measured by a temperature measuring device that measures the temperature of at least one of the prepreg 101, the mold 102, the conductive fiber assembly 4, the conductive fiber assembly 5, and the conductive fiber assembly 6. The output level of the microwave irradiation device 7 (microwave oscillator 31) is feedback-controlled so that a desired temperature set in advance is obtained. In this example, for example, the control unit 10 causes the temperature measured by the temperature measuring device 19 of the conductive fiber assembly 4 (and / or the temperature measuring device 18 of the mold 102) to be a predetermined desired temperature. In addition, the output level of the microwave irradiation device 7 is feedback-controlled.

又、制御部１０は、マイクロ波照射装置７と共に、減圧装置８、加圧装置９、冷却装置１１及び循環装置１２などの装置全体の動作の制御を行う。   The control unit 10 controls the operation of the entire apparatus such as the pressure reducing device 8, the pressure increasing device 9, the cooling device 11, and the circulation device 12 together with the microwave irradiation device 7.

成形型１０２の温度を測定する温度測定器１８は、例えば金属製の成形型１０２の内部に配置されている。温度測定器１８は、例えば熱電対である。温度測定器１８は、金属製の成形型１０２に囲まれることで、マイクロ波からシールドされる。   The temperature measuring device 18 for measuring the temperature of the mold 102 is disposed inside the metal mold 102, for example. The temperature measuring device 18 is, for example, a thermocouple. The temperature measuring device 18 is shielded from the microwave by being surrounded by the metal mold 102.

導電性繊維集合体４の温度を測定する温度測定器１９は、例えば放射温度測定器である。放射温度測定器は、測定対象物の放射する赤外線や光などの測定光（放射エネルギー）を検出して、非接触で温度を測定することができるものである。放射温度測定器として、マイクロ波の影響を受けないように、測定光を検出素子まで光ファイバで導く光ファイバ伝送式の放射温度測定器を用いることが好ましい。この場合、光ファイバを圧力容器２の中に入れ、検出素子（測定機本体）を圧力容器２の外部に配置する。プリプレグ１０１、成形型１０２、導電性繊維集合体５、導電性繊維集合体６の温度を、光ファイバ伝送式の放射温度測定器を用いて測定するようにしてもよい。   The temperature measuring device 19 that measures the temperature of the conductive fiber assembly 4 is, for example, a radiation temperature measuring device. The radiation temperature measuring device can measure temperature in a non-contact manner by detecting measurement light (radiant energy) such as infrared rays or light emitted from a measurement object. As the radiation temperature measuring device, it is preferable to use an optical fiber transmission type radiation temperature measuring device that guides the measuring light to the detecting element with an optical fiber so as not to be affected by the microwave. In this case, the optical fiber is placed in the pressure vessel 2 and the detection element (measuring instrument main body) is disposed outside the pressure vessel 2. You may make it measure the temperature of the prepreg 101, the shaping | molding die 102, the conductive fiber assembly 5, and the conductive fiber assembly 6 using the radiation temperature measuring device of an optical fiber transmission type.

なお、温度測定にマイクロ波の影響がある場合、制御部１０は、マイクロ波照射装置７を制御して、温度測定時にマイクロ波の照射を停止させて温度測定するようにしてもよい。   When the temperature measurement is affected by the microwave, the control unit 10 may control the microwave irradiation device 7 to stop the microwave irradiation during the temperature measurement and measure the temperature.

次に、本発明を適用する繊維強化プラスチック成型方法について説明しつつ、繊維強化プラスチック成型装置１の動作について説明する。   Next, the operation of the fiber reinforced plastic molding apparatus 1 will be described while describing the fiber reinforced plastic molding method to which the present invention is applied.

本発明を適用する繊維強化プラスチック成型方法は、導電性繊維集合体４〜６にマイクロ波を照射し発熱させ、この発熱により熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む繊維強化プラスチック材料１０１及びその成形用の成形型１０２を成形可能な温度まで加熱して、繊維強化プラスチックの成形を行うものである。マイクロ波は、成形に必要な温度まで導電性繊維集合体４〜６を発熱させる強度及び周波数を有するものである。   In the fiber reinforced plastic molding method to which the present invention is applied, the conductive fiber aggregates 4 to 6 are irradiated with microwaves to generate heat, and this heat generation causes the fiber reinforced plastic material 101 containing a thermosetting resin or a thermoplastic resin and the molding thereof. The mold 102 is heated to a moldable temperature to form a fiber reinforced plastic. The microwave has a strength and frequency that cause the conductive fiber assemblies 4 to 6 to generate heat up to a temperature required for molding.

繊維強化プラスチック材料１０１として熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を繊維に含浸させたプリプレグ１０１を使用し、プリプレグ１０１及び成形型１０２を真空引き用の真空バッグ２５にバギングし、真空バッグ２５の内部を真空引きすると共に外部から加圧しつつ、導電性繊維集合体４〜６にマイクロ波を照射して発熱させ、繊維強化プラスチックの成形を行うことが好ましい。導電性繊維集合体４が、真空バッグ２５に配置されていることが好ましい。導電性繊維集合体４、導電性繊維集合体５、導電性繊維集合体６は少なくとも１つ配置すればよいが、数が多いほど好ましい。   A prepreg 101 in which fibers are impregnated with a thermosetting resin or a thermoplastic resin is used as the fiber reinforced plastic material 101, and the prepreg 101 and the mold 102 are bagged to the vacuum bag 25 for vacuuming, and the inside of the vacuum bag 25 is While evacuating and applying pressure from the outside, it is preferable that the conductive fiber assemblies 4 to 6 are irradiated with microwaves to generate heat to form a fiber reinforced plastic. It is preferable that the conductive fiber assembly 4 is disposed in the vacuum bag 25. The conductive fiber assembly 4, the conductive fiber assembly 5, and the conductive fiber assembly 6 may be arranged at least one, but the larger the number, the better.

繊維強化プラスチック材料１０１、成形型１０２、導電性繊維集合体４、導電性繊維集合体５及び導電性繊維集合体６の内の少なくとも１つの温度を測定し、測定した温度が成形に必要（最適）な予め設定された所望の温度になるように、マイクロ波の出力レベルをフィードバック制御することが好ましい。   The temperature of at least one of the fiber reinforced plastic material 101, the mold 102, the conductive fiber assembly 4, the conductive fiber assembly 5, and the conductive fiber assembly 6 is measured, and the measured temperature is necessary for molding (optimum) It is preferable to feedback-control the microwave output level so that the desired temperature is set in advance.

以下、具体的に説明する。   This will be specifically described below.

成形を行う際に、一例として、圧力容器２の外部で成形部材２１を準備する。先ず、成形型１０２の上にプリプレグ１０１を積層する。続いて、プリプレグ１０１をマイクロ波遮蔽シート２３で覆う。続いて、プリプレグ１０１、成形型１０２及びマイクロ波遮蔽シート２３を真空バッグ２５に収容する。続いて、真空バッグ２５の周囲を導電性繊維集合体４で覆い、成形部材２１が出来る。   When forming, as an example, the forming member 21 is prepared outside the pressure vessel 2. First, the prepreg 101 is laminated on the mold 102. Subsequently, the prepreg 101 is covered with the microwave shielding sheet 23. Subsequently, the prepreg 101, the mold 102 and the microwave shielding sheet 23 are accommodated in the vacuum bag 25. Subsequently, the periphery of the vacuum bag 25 is covered with the conductive fiber assembly 4 to form the molded member 21.

次に、圧力容器２の開閉扉２ａを開け、載置台３を引き出して、載置台３の支持柱１４の上に成形部材２１を載置する。真空バッグ２５に、減圧装置８の配管４２をセットする。載置台３を圧力容器２の内部に移動させ、開閉扉２ａを閉じる。   Next, the opening / closing door 2 a of the pressure vessel 2 is opened, the mounting table 3 is pulled out, and the molding member 21 is mounted on the support column 14 of the mounting table 3. The piping 42 of the decompression device 8 is set in the vacuum bag 25. The mounting table 3 is moved into the pressure vessel 2 and the open / close door 2a is closed.

次に、繊維強化プラスチック成形装置１を作動させる。   Next, the fiber reinforced plastic molding apparatus 1 is operated.

制御部１０は、減圧装置８の真空ポンプ４１を作動させて、真空バッグ２５の内部を真空引きする。これと共に、制御部１０は、加圧装置９のコンプレッサ５１を作動させ、圧力容器２の内部を高圧ガスで所定圧力まで加圧する。これにより、真空バッグ２５の内部の空気が排出され、真空バッグ２５の内部の隙間等の空間が無くなり、プリプレグ１０１と成形型１０２とが密着するように真空バッグ２５に押し付けられる。   The control unit 10 operates the vacuum pump 41 of the decompression device 8 to evacuate the inside of the vacuum bag 25. At the same time, the control unit 10 operates the compressor 51 of the pressurizing device 9 to pressurize the inside of the pressure vessel 2 to a predetermined pressure with high-pressure gas. As a result, the air inside the vacuum bag 25 is discharged, and there is no space such as a gap inside the vacuum bag 25, and the prepreg 101 and the mold 102 are pressed against the vacuum bag 25 so as to be in close contact with each other.

又、制御部１０は、循環装置１２を作動させ、圧力容器２内の気体の循環を開始する。   Further, the control unit 10 activates the circulation device 12 to start circulation of the gas in the pressure vessel 2.

続いて、制御部１０が、マイクロ波照射装置７のマイクロ波発振器３１を作動させ、圧力容器２の内部にマイクロ波を照射させる。このマイクロ波照射により、導電性繊維集合体４〜６が直ちに発熱する。導電性繊維集合体４の発熱により、プリプレグ１０１及び成形型１０２が主に加熱される。導電性繊維集合体５の発熱により、載置台３が主に加熱される。導電性繊維集合体６の発熱により、圧力容器２の内部の気体が主に加熱される。これら導電性繊維集合体４〜６の発熱により、プリプレグ１０１及び成形型１０２が成形に必要な温度まで急速に加熱される。   Subsequently, the control unit 10 operates the microwave oscillator 31 of the microwave irradiation device 7 to irradiate the inside of the pressure vessel 2 with microwaves. By this microwave irradiation, the conductive fiber assemblies 4 to 6 immediately generate heat. The prepreg 101 and the mold 102 are mainly heated by the heat generation of the conductive fiber assembly 4. The mounting table 3 is mainly heated by the heat generated by the conductive fiber assembly 5. Due to the heat generation of the conductive fiber assembly 6, the gas inside the pressure vessel 2 is mainly heated. Due to the heat generated by these conductive fiber assemblies 4 to 6, the prepreg 101 and the mold 102 are rapidly heated to a temperature required for molding.

マイクロ波は圧力容器２の内壁で反射を繰り返すため、圧力容器２の内部はいずれの位置でもマイクロ波で満ちている。そのため、導電性繊維集合体４〜６が圧力容器２の内部のいずれの位置に配置されていても、マイクロ波が照射される。したがって、導電性繊維集合体４〜６の配置の自由度が高い。複数の導電性繊維集合体４〜６を配置すると、発熱源の数が複数になるため、プリプレグ１０１及び成形型１０２の温度（並びに圧力容器２内部の温度）をより早く上昇させることができる。特に、真空バッグ２５に導電性繊維集合体４を配置すると、プリプレグ１０１及び成形型１０２をより早く加熱することができるため、短時間で成形を行うことができる。   Since the microwave is repeatedly reflected on the inner wall of the pressure vessel 2, the inside of the pressure vessel 2 is filled with the microwave at any position. Therefore, even if the conductive fiber aggregates 4 to 6 are arranged at any position inside the pressure vessel 2, the microwave is irradiated. Therefore, the freedom degree of arrangement | positioning of the conductive fiber aggregates 4-6 is high. When the plurality of conductive fiber assemblies 4 to 6 are arranged, the number of heat sources becomes plural, so that the temperature of the prepreg 101 and the mold 102 (and the temperature inside the pressure vessel 2) can be increased more quickly. In particular, when the conductive fiber assembly 4 is disposed in the vacuum bag 25, the prepreg 101 and the mold 102 can be heated more quickly, so that molding can be performed in a short time.

なお、圧力容器２内の物の位置関係等によってマイクロ波が複数の導電性繊維集合体４〜６に照射されにくいときは、複数の導電性繊維集合体４〜６にマイクロ波が照射されやすいように、複数のマイクロ波照射装置７を圧力容器２内の適宜の位置に配置することが好ましい。   In addition, when it is difficult to irradiate the plurality of conductive fiber assemblies 4 to 6 due to the positional relationship of the objects in the pressure vessel 2, the microwaves are easily irradiated to the plurality of conductive fiber assemblies 4 to 6. Thus, it is preferable to arrange a plurality of microwave irradiation devices 7 at appropriate positions in the pressure vessel 2.

成形時の成形部材２１の一部拡大図を図２に示す。同図では、成形型１０２に立体的な凹凸がある例を示している。プリプレグ１０１、マイクロ波遮蔽シート２３、真空バッグ２５、導電性繊維集合体４は可撓性を有するものである。導電性繊維集合体４を接着等で真空バッグ２５の変形に追随可能に取り付けておくと、真空バッグ２５を真空引き及び外部加圧したときに、同図に示すように、成形型１０２の形状に合わせて、プリプレグ１０１、マイクロ波遮蔽シート２３、真空バッグ２５及び導電性繊維集合体４が変形して密着する。つまり、熱源になる導電性繊維集合体４が、成形型１０２の形状に合うように変形可能なため、プリプレグ１０１及び成形型１０２がどのような立体形状であっても、全体を均一に加熱することができる。   A partially enlarged view of the molding member 21 at the time of molding is shown in FIG. In the figure, an example in which the mold 102 has three-dimensional unevenness is shown. The prepreg 101, the microwave shielding sheet 23, the vacuum bag 25, and the conductive fiber assembly 4 are flexible. If the conductive fiber assembly 4 is attached so as to be able to follow the deformation of the vacuum bag 25 by bonding or the like, the shape of the mold 102 is shown when the vacuum bag 25 is evacuated and externally pressurized as shown in FIG. Accordingly, the prepreg 101, the microwave shielding sheet 23, the vacuum bag 25, and the conductive fiber assembly 4 are deformed and brought into close contact with each other. That is, since the conductive fiber assembly 4 serving as a heat source can be deformed to match the shape of the mold 102, the entire prepreg 101 and the mold 102 can be heated uniformly regardless of the three-dimensional shape. be able to.

導電性繊維集合体４〜６の温度は、マイクロ波の出力レベルを調整することで、例えば１００〜１５００℃の間で制御が可能である。これは、一般的な電気ヒーターよりも高温域まで調整が可能である。又、短時間で加熱可能である。そのため、短時間で成形を行うことができる。なお、加熱する最高温度は、プリプレグ１０１の成形温度や、真空バッグ２５等の許容耐熱温度を考慮して制御すればよい。又、マイクロ波の出力レベル（強度）を、導電性繊維集合体４〜６が放電しない範囲で制御することが好ましい。   The temperature of the conductive fiber assemblies 4 to 6 can be controlled, for example, between 100 and 1500 ° C. by adjusting the output level of the microwave. This can be adjusted to a higher temperature range than a general electric heater. Moreover, it can be heated in a short time. Therefore, the molding can be performed in a short time. Note that the maximum temperature to be heated may be controlled in consideration of the molding temperature of the prepreg 101 and the allowable heat-resistant temperature of the vacuum bag 25 and the like. Moreover, it is preferable to control the output level (intensity) of the microwave within a range in which the conductive fiber assemblies 4 to 6 do not discharge.

図１に示す制御部１０は、温度測定器１９の測定した温度（導電性繊維集合体４の温度）をリアルタイムに検出する。制御部１０は、温度測定器１９の測定した温度が予め設定された所望の温度になるように、マイクロ波照射装置７（マイクロ波発振器３１）の出力するマイクロ波の出力レベルをフィードバック制御する。これにより、繊維強化プラスチック材料１０１及び成形型１０２の温度を、成形に最適な温度に制御することができる。   The control unit 10 shown in FIG. 1 detects the temperature measured by the temperature measuring device 19 (the temperature of the conductive fiber assembly 4) in real time. The control unit 10 feedback-controls the output level of the microwave output from the microwave irradiation device 7 (microwave oscillator 31) so that the temperature measured by the temperature measuring device 19 becomes a desired temperature set in advance. Thereby, the temperature of the fiber reinforced plastic material 101 and the mold 102 can be controlled to the optimum temperature for molding.

導電性繊維集合体４、導電性繊維集合体５及び導電性繊維集合体６のうちの少なくとも１つの温度を測定し、その温度が予め設定された所望の温度になるようにマイクロ波の出力レベルをフィードバック制御してもよい。プリプレグ１０１及び成形型１０２（真空バッグ２５）に最も近く配置されている導電性繊維集合体４の温度を測定し、マイクロ波の出力レベルをフィードバック制御することがより好ましい。   The temperature of at least one of the conductive fiber assembly 4, the conductive fiber assembly 5, and the conductive fiber assembly 6 is measured, and the microwave output level is set so that the temperature becomes a preset desired temperature. May be feedback controlled. More preferably, the temperature of the conductive fiber assembly 4 disposed closest to the prepreg 101 and the mold 102 (vacuum bag 25) is measured, and the microwave output level is feedback controlled.

フィードバック制御は、ＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）により行うことが好ましい。ＰＩＤ制御とは、入力値の制御を出力値と目標値との偏差、その積分、および微分の３つの要素によって行う方法のことである。   The feedback control is preferably performed by PID control (Proportional-Integral-Differential Controller). PID control is a method in which control of an input value is performed by three elements: a deviation between an output value and a target value, its integration, and differentiation.

ＰＩＤ制御によるオーバーシュート（立ち上がり時に目標値を行き過ぎて高温になる温度変動）を防止するために、最終的な設定温度（所望の温度）まで段階的に設定温度を上昇させるように、低温側から高温側に多段階（複数段階）で設定温度を順次変化させて制御することが好ましい。   In order to prevent overshoot due to PID control (temperature fluctuation that exceeds the target value at the time of rising and becomes high temperature), the set temperature is gradually increased from the low temperature side to the final set temperature (desired temperature). It is preferable to control by changing the set temperature sequentially in multiple stages (multiple stages) on the high temperature side.

例えば、最終的な設定温度（所望の温度）をＡ℃、第１の設定温度をＢ１℃、第２の設定温度をＢ２℃としたときに、Ｂ１＜Ｂ２＜Ａの関係に設定する。最初に第１の設定温度Ｂ１℃になるようＰＩＤ制御し、続いて第２の設定温度Ｂ２℃になるようＰＩＤ制御し、続いて最終的な設定温度をＡ℃になるようＰＩＤ制御する。このように制御することでオーバーシュートを低減することができる。 For example, when the final set temperature (desired temperature) is A ° C., the first set temperature is B 1 ° C., and the second set temperature is B 2 ° C., the relationship B 1 <B 2 <A is satisfied. Set. First, PID control is performed to achieve the first set temperature B 1 ° C, then PID control is performed to achieve the second set temperature B 2 ° C, and then PID control is performed so that the final set temperature is A ° C. . By controlling in this way, overshoot can be reduced.

なお、制御部１０は、温度測定器１８の測定した温度（成形型１０２の温度）が予め設定された所望の温度になるように、マイクロ波照射装置７の出力するマイクロ波の出力レベルをフィードバック制御するようにしてもよい。又、プリプレグ１０１に温度測定器を設け、制御部１０がプリプレグ１０１の温度を予め設定された所望の温度になるように、マイクロ波照射装置７の出力するマイクロ波の出力レベルをフィードバック制御するようにしてもよい。マイクロ波の出力レベルの変化に応じて、導電性繊維集合体４（５，６）の温度が直ちに変化するため、導電性繊維集合体４（５，６）の温度が所望の温度になるようにフィードバック制御することがより好ましい。   The control unit 10 feeds back the output level of the microwave output from the microwave irradiation device 7 so that the temperature measured by the temperature measuring device 18 (the temperature of the mold 102) becomes a preset desired temperature. You may make it control. Further, a temperature measuring device is provided in the prepreg 101, and the control unit 10 performs feedback control of the microwave output level output from the microwave irradiation device 7 so that the temperature of the prepreg 101 becomes a preset desired temperature. It may be. The temperature of the conductive fiber assembly 4 (5, 6) immediately changes according to the change in the microwave output level, so that the temperature of the conductive fiber assembly 4 (5, 6) becomes a desired temperature. More preferably, feedback control is performed.

プリプレグ１０１、成形型１０２（温度測定器１８）及び導電性繊維集合体４（温度測定器１９）の設定温度（所望の温度）は、プリプレグ１０１の種類によって適宜設定すればよい。例えば熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いた場合、エポキシ樹脂の硬化温度は１００〜２５０℃程度である。例えば熱硬化性樹脂としてポリイミドを用いた場合、ポリイミドの硬化温度は３００〜４００℃程度である。プリプレグ１０１が硬化温度になるように、成形型１０２及び導電性繊維集合体４の設定温度を適宜設定する。   The set temperature (desired temperature) of the prepreg 101, the mold 102 (temperature measuring device 18), and the conductive fiber assembly 4 (temperature measuring device 19) may be appropriately set depending on the type of the prepreg 101. For example, when an epoxy resin is used as the thermosetting resin, the curing temperature of the epoxy resin is about 100 to 250 ° C. For example, when polyimide is used as the thermosetting resin, the curing temperature of the polyimide is about 300 to 400 ° C. The set temperatures of the mold 102 and the conductive fiber assembly 4 are appropriately set so that the prepreg 101 reaches the curing temperature.

制御部１０が、温度測定器１８及び温度測定器１９の両方の温度に基づきフィードバック制御するようにしてもよい。その方法は任意である。例えば、プリプレグ１０１及び成形型１０２の温度が成形に直接影響するため、温度測定器１８が所望の温度になるように温度測定器１８の検出温度を主としてフィードバック制御し、導電性繊維集合体４の温度測定器１９の検出温度を従としてフィードバック制御するようにしてもよい。一例を示すと、成形型１０２の成形設定温度を１５０℃としたときに、制御部１０は、最初に、導電性繊維集合体４（温度測定器１９）の温度が２００℃（導電性繊維集合体４の最高設定温度）になるようにマイクロ波の出力レベルをフィードバック制御し、２００℃になった後は、成形型１０２（温度測定器１８）の温度が１５０℃（成形型１０２の成形設定温度）になるようにマイクロ波の出力レベルをフィードバック制御するようにしてもよい。   The control unit 10 may perform feedback control based on the temperatures of both the temperature measuring device 18 and the temperature measuring device 19. The method is arbitrary. For example, since the temperature of the prepreg 101 and the mold 102 directly affects the molding, the temperature detection device 18 mainly controls the detected temperature of the temperature measuring device 18 so that the temperature measuring device 18 reaches a desired temperature, and the conductive fiber assembly 4 Feedback control may be performed using the temperature detected by the temperature measuring device 19 as a slave. For example, when the molding set temperature of the mold 102 is set to 150 ° C., the control unit 10 first sets the temperature of the conductive fiber assembly 4 (temperature measuring device 19) to 200 ° C. (conductive fiber assembly). The microwave output level is feedback-controlled so that the temperature of the body 4 becomes the maximum temperature. After the temperature reaches 200 ° C., the temperature of the mold 102 (temperature measuring device 18) is 150 ° C. The microwave output level may be feedback-controlled so as to be equal to (temperature).

成形型１０２に複数の温度測定器１８を配置して、成形型１０２が均一な温度になるようにマイクロ波照射装置７を制御してもよい。導電性繊維集合体４に複数の温度測定器１９を配置して、導電性繊維集合体４が均一な温度になるようにマイクロ波照射装置７を制御してもよい。   A plurality of temperature measuring devices 18 may be arranged in the mold 102 to control the microwave irradiation device 7 so that the mold 102 has a uniform temperature. A plurality of temperature measuring devices 19 may be arranged on the conductive fiber assembly 4 to control the microwave irradiation device 7 so that the conductive fiber assembly 4 has a uniform temperature.

さらに、制御部１０は、加熱に使用するマイクロ波照射装置７及び冷却に使用する冷却装置１１を制御して、繊維強化プラスチック材料１０１、成形型１０２、導電性繊維集合体４、導電性繊維集合体５及び導電性繊維集合体６の内の少なくとも１つが所望の温度になるように、マイクロ波の出力レベルをフィードバック制御してもよい。又、制御部１０は、圧力容器２の内部の気体の温度が所望の温度になるように、マイクロ波の出力レベルをフィードバック制御してもよい。   Further, the control unit 10 controls the microwave irradiation device 7 used for heating and the cooling device 11 used for cooling to control the fiber reinforced plastic material 101, the mold 102, the conductive fiber assembly 4, and the conductive fiber assembly. The microwave power level may be feedback controlled so that at least one of the body 5 and the conductive fiber assembly 6 has a desired temperature. The control unit 10 may perform feedback control of the microwave output level so that the temperature of the gas inside the pressure vessel 2 becomes a desired temperature.

制御部１０は、プリプレグ１０１の成形に必要な加熱時間が経過した後に、マイクロ波照射装置７のマイクロ波照射を停止させる。その後、冷却装置１１を適宜作動させ、繊維強化プラスチックを冷却する。以上で、繊維強化プラスチックの成形が完了する。   The controller 10 stops the microwave irradiation of the microwave irradiation device 7 after the heating time necessary for forming the prepreg 101 has elapsed. Thereafter, the cooling device 11 is operated as appropriate to cool the fiber reinforced plastic. This completes the molding of the fiber reinforced plastic.

使用した導電性繊維集合体４〜６は、１回限りの使い捨てではなく、繰り返し何度も成形に使用することができる。真空バッグ２５は１回限りの使い捨てである場合が多いが、導電性繊維集合体４を真空バッグ２５から取り外して再利用すればよい。導電性繊維集合体４は可撓性を有して成形型１０２の形状に対応して変形可能なので、異なる形状の成形型１０２であっても再使用することができる。   The used conductive fiber aggregates 4 to 6 are not disposable one-time but can be used repeatedly for molding. The vacuum bag 25 is often used only once, but the conductive fiber assembly 4 may be removed from the vacuum bag 25 and reused. Since the conductive fiber assembly 4 is flexible and can be deformed in accordance with the shape of the mold 102, even the mold 102 having a different shape can be reused.

なお、図１に示す成形部材２１では、導電性繊維集合体４が真空バッグ２５の外側を全体的に覆うように配置されている例を示したが、図３に示すように、導電性繊維集合体４ａ，４ｂが真空バッグ２５の外側の必要な部位（一部）にだけ配置されていてもよい。又、図４に示すように、導電性繊維集合体４ｃ，４ｄが真空バッグ２５の内側に配置されていてもよい。図３、図４では、既に説明した構成と同様の構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。両図では、減圧装置８の配管４２の図示は省略している。   In the molding member 21 shown in FIG. 1, the example in which the conductive fiber assembly 4 is disposed so as to entirely cover the outside of the vacuum bag 25 is shown. However, as shown in FIG. The aggregates 4a and 4b may be disposed only at necessary portions (a part) outside the vacuum bag 25. In addition, as shown in FIG. 4, the conductive fiber assemblies 4 c and 4 d may be disposed inside the vacuum bag 25. 3 and 4, the same reference numerals are given to the same configurations as those already described, and detailed description thereof is omitted. In both figures, illustration of the piping 42 of the decompression device 8 is omitted.

図３に示す成形部材２１ａは、真空バッグ２５の外側に、導電性繊維集合体４ａ及び導電性繊維集合体４ｂを配置した例である。導電性繊維集合体４ａは、シート状であり、プリプレグ１０１とほぼ同様の平面形状に形成されている。導電性繊維集合体４ａは、プリプレグ１０１に対向する部位に配置されている。導電性繊維集合体４ｂは、シート状であり、成形型１０２とほぼ同様の平面形状に形成されている。導電性繊維集合体４ｂは、成形型１０２に対向する部位に配置されている。導電性繊維集合体４ａ及び導電性繊維集合体４ｂは、接着剤、両面接着テープ又はベルト等の固定部材で真空バッグ２５に取り付けられていてもよい。   3 is an example in which the conductive fiber assembly 4a and the conductive fiber assembly 4b are arranged outside the vacuum bag 25. The molding member 21a shown in FIG. The conductive fiber assembly 4 a is in the form of a sheet and is formed in a plane shape substantially the same as that of the prepreg 101. The conductive fiber assembly 4 a is disposed at a portion facing the prepreg 101. The conductive fiber assembly 4b is in the form of a sheet, and is formed in a plane shape substantially the same as that of the mold 102. The conductive fiber assembly 4 b is disposed at a portion facing the mold 102. The conductive fiber assembly 4a and the conductive fiber assembly 4b may be attached to the vacuum bag 25 with a fixing member such as an adhesive, a double-sided adhesive tape, or a belt.

このように構成すると、導電性繊維集合体４ａはプリプレグ１０１を主に加熱し、導電性繊維集合体４ｂは成形型１０２を主に加熱する。導電性繊維集合体４ａ及び導電性繊維集合体４ｂの各々の厚さや形状を適宜設定することで、各々の発熱特性（加熱特性）を適宜変えることができる。又、真空バッグ２５に取り付けやすい。なお、必要性に応じて、導電性繊維集合体４ａ及び導電性繊維集合体４ｂのいずれか一方だけを配置してもよい。２以上の複数の導電性繊維集合体４を真空バッグ２５に配置してもよい。   If comprised in this way, the conductive fiber aggregate 4a will mainly heat the prepreg 101, and the conductive fiber aggregate 4b will mainly heat the shaping | molding die 102. FIG. By appropriately setting the thickness and shape of each of the conductive fiber assembly 4a and the conductive fiber assembly 4b, each heat generation characteristic (heating characteristic) can be appropriately changed. Moreover, it is easy to attach to the vacuum bag 25. Note that only one of the conductive fiber assembly 4a and the conductive fiber assembly 4b may be disposed as necessary. Two or more conductive fiber assemblies 4 may be arranged in the vacuum bag 25.

図４に示す成形部材２１ｂは、真空バッグ２５の内側に、導電性繊維集合体４ｃ及び導電性繊維集合体４ｂを配置した例である。導電性繊維集合体４ｃは、シート状であり、プリプレグ１０１とほぼ同様の平面形状に形成されている。導電性繊維集合体４ｃは、プリプレグ１０１に対向する部位に配置されている。マイクロ波遮蔽シート２３が導電性である場合、同図に示すように、マイクロ波遮蔽シート２３と導電性繊維集合体４ｃとの間に、互いの接触を防止するために、可撓性を有する絶縁シート２７ａを配置してもよい。導電性繊維集合体４ｄは、シート状であり、成形型１０２とほぼ同様の平面形状に形成されている。導電性繊維集合体４ｄは、成形型１０２に対向する部位に配置されている。成形型１０２が導電性である場合、同図に示すように、マイクロ波遮蔽シート２３と導電性繊維集合体４ｃとの間に、互いの接触を防止するために、可撓性を有する絶縁シート２７ｂを配置してもよい。   The molding member 21b shown in FIG. 4 is an example in which the conductive fiber assembly 4c and the conductive fiber assembly 4b are arranged inside the vacuum bag 25. The conductive fiber assembly 4 c is in the form of a sheet and is formed in a plane shape that is substantially the same as that of the prepreg 101. The conductive fiber assembly 4 c is disposed at a portion facing the prepreg 101. When the microwave shielding sheet 23 is conductive, as shown in the figure, it has flexibility in order to prevent mutual contact between the microwave shielding sheet 23 and the conductive fiber assembly 4c. An insulating sheet 27a may be disposed. The conductive fiber assembly 4d is in the form of a sheet and is formed in a planar shape that is substantially the same as that of the mold 102. The conductive fiber assembly 4 d is disposed at a portion facing the mold 102. When the mold 102 is conductive, as shown in the figure, a flexible insulating sheet is used to prevent mutual contact between the microwave shielding sheet 23 and the conductive fiber assembly 4c. 27b may be arranged.

このように構成すると、導電性繊維集合体４ｃはプリプレグ１０１を主に加熱し、導電性繊維集合体４ｄは成形型１０２を主に加熱する。導電性繊維集合体４ｃ及び導電性繊維集合体４ｄの各々の厚さや形状を適宜設定することで、各々の発熱特性（加熱特性）を適宜変えることができる。   If comprised in this way, the conductive fiber aggregate 4c will mainly heat the prepreg 101, and the conductive fiber aggregate 4d will mainly heat the shaping | molding die 102. FIG. By appropriately setting the thickness and shape of each of the conductive fiber assembly 4c and the conductive fiber assembly 4d, each heat generation characteristic (heating characteristic) can be appropriately changed.

又、導電性繊維集合体４ｃ及び導電性繊維集合体４ｄは、真空バッグ２５内に配置されるため、接着剤等の固定部材で真空バッグ２５に固定しなくてもよい。そのため、成形後に、導電性繊維集合体４ｃ，４ｄを容易に真空バッグ２５から取り出せるため、容易に再利用することができる。   Moreover, since the conductive fiber assembly 4c and the conductive fiber assembly 4d are disposed in the vacuum bag 25, the conductive fiber assembly 4c and the conductive fiber assembly 4d may not be fixed to the vacuum bag 25 with a fixing member such as an adhesive. Therefore, since the conductive fiber assemblies 4c and 4d can be easily taken out from the vacuum bag 25 after molding, they can be easily reused.

又、真空バッグ２５に挟み込まれるため、導電性繊維集合体４ｃ及び導電性繊維集合体４ｄを、プリプレグ１０１及び成形型１０２の形状にぴったりと合うように変形させることができる。   Further, since the conductive fiber assembly 4c and the conductive fiber assembly 4d are sandwiched between the vacuum bags 25, the conductive fiber assembly 4c and the conductive fiber assembly 4d can be deformed so as to closely match the shapes of the prepreg 101 and the mold 102.

なお、オートクレーブ成形を行う成形装置及び成形方法について説明したが、これに限られず、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を成形する種々の成形装置及び成形方法に本発明を適用することができる。例えば、真空バッグを加圧しない状態で成形を行う真空バッグ成形法に本発明を適用してもよいし、ＲＴＭ(Resin Transfer Molding)法、ＶａＲＴＭ法に本発明を適用してもよい。ここで、ＲＴＭ(Resin Transfer Molding)法は熱硬化性樹脂を成形型に封入された繊維プリフォームに注入後に加熱硬化する方法である。ＶａＲＴＭ法は、ＲＴＭ法の一種で素材を積層後、真空にしてから熱硬化性樹脂を含浸して加熱硬化する方法である。これら各方法では、成形時に加熱が必要である。その加熱に、導電性繊維集合体へのマイクロ波照射による発熱を利用することができる。   In addition, although the shaping | molding apparatus and shaping | molding method which perform autoclave shaping | molding were demonstrated, it is not restricted to this, This invention is applicable to the various shaping | molding apparatuses and shaping | molding methods which shape | mold a thermosetting resin or a thermoplastic resin. For example, the present invention may be applied to a vacuum bag molding method in which molding is performed without pressing the vacuum bag, or the present invention may be applied to an RTM (Resin Transfer Molding) method and a VaRTM method. Here, the RTM (Resin Transfer Molding) method is a method in which a thermosetting resin is injected into a fiber preform enclosed in a mold and then heat-cured. The VaRTM method is a type of RTM method in which a material is laminated, vacuumed, impregnated with a thermosetting resin, and heat cured. Each of these methods requires heating during molding. For the heating, heat generated by microwave irradiation to the conductive fiber assembly can be used.

又、圧力容器２を用いた例を説明したが、必要性に応じて、常圧で使用可能な常圧容器を用いて成形してもよい。又、容器内でマイクロ波を照射して成形するのではなく、解放空間でマイクロ波を照射して成形を行うようにしてもよい。   Moreover, although the example using the pressure vessel 2 was demonstrated, you may shape | mold using the normal pressure container which can be used by a normal pressure as needed. Further, the molding may be performed by irradiating the microwave in the open space instead of irradiating the microwave in the container.

（温度制御実験）
導電性繊維集合体として炭素繊維フェルト（カーボンフェルト）を用い、マイクロ波を照射して発熱させた。この温度を温度測定器で測定し、設定した温度になるようにマイクロ波の出力レベルをフィードバック制御した例を示す。 (Temperature control experiment)
Carbon fiber felt (carbon felt) was used as the conductive fiber assembly, and heat was generated by irradiation with microwaves. An example is shown in which this temperature is measured by a temperature measuring device, and the microwave output level is feedback-controlled so as to reach a set temperature.

（共通条件）
マイクロ波発振器（株式会社ニッシン製、型名：ＭＰＳ−３０Ａ−ＡＣ、最大出力：３ｋＷ、周波数：２４５０ＭＨｚ、マイクロ波出力制御ユニット（ニッシン社製、ＥＸ−ＦＢＵ）付き）の外部インタフェースコネクタに、フィードバック制御器（株式会社チノー社製、温調器（デジタルプログラム調節計）、型名：ＫＰ―２０００）の出力端子を接続した。フィードバック制御器の入力端子には、放射温度測定器（ＬｕｍａＳｅｎｓｅ社製、Ｉｍｐａｃ（Ｒ）光ファイバーデジタル放射温度計、型名：ＩＧＡ５０−ＬＯ／ＭＢ２０、測定範囲：３００〜２０００℃、検出波長：１．４５〜１．８μｍ、検出素子：ＩｎＧａＡｓ）を接続した。この接続で、放射温度測定器の測定した温度が設定温度になるように、マイクロ波発振器の出力レベルをフィードバック制御できるように構成した。 (Common conditions)
Feedback to external interface connector of microwave oscillator (manufactured by Nissin Co., Ltd., model name: MPS-30A-AC, maximum output: 3 kW, frequency: 2450 MHz, with microwave output control unit (manufactured by Nissin Co., EX-FBU)) The output terminal of a controller (manufactured by Chino Corporation, temperature controller (digital program controller), model name: KP-2000) was connected. At the input terminal of the feedback controller, a radiation temperature measuring device (manufactured by LumaSense, Impac® optical fiber digital radiation thermometer, model name: IGA50-LO / MB20, measurement range: 300 to 2000 ° C., detection wavelength: 1. 45 to 1.8 μm, detection element: InGaAs) was connected. With this connection, the output level of the microwave oscillator can be feedback controlled so that the temperature measured by the radiation thermometer becomes the set temperature.

フィードバック制御は、ＰＩＤ制御により行った。   Feedback control was performed by PID control.

炭素繊維フェルトには、日本カーボン株式会社製のソフトフェルトを使用した。炭素繊維フェルトを、円盤状（半径３０〜４０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）の形状に加工した。単体または複数（２枚）の炭素繊維フェルトが同軸上に並ぶように配列して用いた。   A soft felt made by Nippon Carbon Co., Ltd. was used for the carbon fiber felt. The carbon fiber felt was processed into a disk shape (radius 30 to 40 mm, thickness 5 mm). Single or plural (two sheets) carbon fiber felts were arranged so as to be coaxially arranged.

常圧の環境で、炭素繊維フェルトにアルゴンガスまたは窒素ガスを通流させながら、マイクロ波を照射してマイクロ波加熱または放電加熱した。   In an environment of normal pressure, microwave heating or discharge heating was performed by irradiating microwaves while flowing argon gas or nitrogen gas through the carbon fiber felt.

（実験１）
フィードバック制御器の設定温度を３５０℃、４５０℃、５５０℃の各々に設定したときに、炭素繊維フェルトの温度が３５０℃、４５０℃、５５０℃になった。フィードバック制御を行わないときに、出力３ｋＷのマイクロ波を照射したところ、炭素繊維フェルトの温度は１２００℃まで上昇した。１２００℃までの上昇時間は、数秒であった。 (Experiment 1)
When the set temperature of the feedback controller was set to 350 ° C., 450 ° C., and 550 ° C., the temperature of the carbon fiber felt became 350 ° C., 450 ° C., and 550 ° C. When feedback control was not performed, a microwave with an output of 3 kW was irradiated, and the temperature of the carbon fiber felt increased to 1200 ° C. The rise time up to 1200 ° C. was several seconds.

（実験２）
マイクロ波フィードバック回路ＥＸ−ＦＢＵにより、４５０℃で３０分間一定とするワンステッププログラムで、アルゴン気流（1192cm3 min-1 SATP）中一対の炭素繊維フェルト間に５００Ｗ（進行波５００Ｗ，反射波０Ｗ）のマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）を印加して得られた温度変化を測定した。再現性を確認するために同条件の試行を３回繰り返した。その結果を図５に示す。図５（１）から図５（３）に示すように、４５０℃に制御できることが確認できた。又、図５（１）から図５（３）に示すように、同様のＰＩＤ動作応答が得られ、再現性を確認することができた。 (Experiment 2)
500W (a traveling wave 500W, reflected wave 0W) between a pair of carbon fiber felts in an argon stream (1192cm 3 min -1 SATP) with a one-step program that keeps constant at 450 ° C for 30 minutes using a microwave feedback circuit EX-FBU The temperature change obtained by applying the microwave (2.45 GHz) was measured. In order to confirm reproducibility, trials under the same conditions were repeated three times. The result is shown in FIG. As shown in FIGS. 5 (1) to 5 (3), it was confirmed that the temperature could be controlled to 450 ° C. Further, as shown in FIGS. 5 (1) to 5 (3), similar PID operation responses were obtained, and reproducibility could be confirmed.

(実験３）
実験２（図５）で現れたＰＩＤオーバーシュートを抑制するため、同様の構成で、２段階での温度制御を経験的な方法で試みた。図６（ａ）は、初期５分間４００℃一定、その後の２５分間４５０℃一定の設定で０．５０ｋＷのマイクロ波を印加したときの温度変化を示す。１段目で３０℃ほどのオーバーシュートが生じたが、結局１段目と２段目の境界で約３０℃の段差が生じた。この段差を解消するため、図６（ｂ）では、初期５分間を４２０℃一定とし、それ以降の２５分間を４５０℃一定として行い、良好な結果を得た。 (Experiment 3)
In order to suppress the PID overshoot that appeared in Experiment 2 (FIG. 5), temperature control in two stages was attempted by an empirical method with the same configuration. FIG. 6A shows a temperature change when a microwave of 0.50 kW is applied at a setting of constant 400 ° C. for 5 minutes and then constant 450 ° C. for 25 minutes. Although an overshoot of about 30 ° C. occurred at the first stage, a step of about 30 ° C. occurred at the boundary between the first stage and the second stage. In order to eliminate this level difference, in FIG. 6B, the initial 5 minutes was kept constant at 420 ° C., and the subsequent 25 minutes were kept constant at 450 ° C., and good results were obtained.

(実験４）
図７は、より低温の３５０℃での制御を試みた結果であり、図７（ａ）は、３５０℃ワンステップの設定でアルゴン気流（1192 cm3 min-1 SATP）中、一対の炭素繊維フェルトに０．３０ｋＷのマイクロ波を３０分間印加したときの温度変化を示す。オーバーシュートが若干観測されたが、２０℃弱であり、オートクレーブ用熱源としては良好な結果と考えられる。図７（ｂ）は、３ステップで３５０℃まで昇温する設定で行ったものである。第１ステップは３２０℃で３分、第２ステップは３４０℃で２分、そして第３ステップは３５０℃で２５分の設定でアルゴン気流（1192 cm3 min-1 SATP）中、一対の炭素繊維フェルトに０．３０ｋＷのマイクロ波を印加したときの温度変化を示す。オーバーシュートはやや改善されているようにも見えるが、図７（ａ）の場合と大差はなく、むしろステップ変化にともなうわずかな段差が生じる可能性は拭えない。 (Experiment 4)
FIG. 7 shows the result of attempting control at a lower temperature of 350 ° C., and FIG. 7A shows an argon airflow (1192) at 350 ° C. one step setting. (cm 3 min -1 SATP) shows a temperature change when a 0.30 kW microwave is applied to a pair of carbon fiber felts for 30 minutes. Although some overshoot was observed, it was a little less than 20 ° C., which is considered a good result as a heat source for autoclaves. FIG.7 (b) is performed by the setting which heats up to 350 degreeC by 3 steps. The first step is 320 ° C. for 3 minutes, the second step is 340 ° C. for 2 minutes, and the third step is 350 ° C. for 25 minutes. (cm 3 min −1 SATP) shows a temperature change when a 0.30 kW microwave is applied to a pair of carbon fiber felts. Although the overshoot seems to be slightly improved, it is not much different from the case of FIG. 7A, and the possibility that a slight step due to the step change is generated cannot be wiped out.

３５０℃（４００℃）以下の低温の温度制御では、ＦＢＵ−ＥＸワンステップ設定で十分高速温度コントロールが可能である結果を得ることができた。   In the temperature control at a low temperature of 350 ° C. (400 ° C.) or less, it was possible to obtain a result that sufficiently high-speed temperature control was possible with FBU-EX one-step setting.

（実験５）
図８は、３５０℃ワンステップ設定でアルゴン気流（1192 cm3 min-1 SATP）中、一対の炭素繊維フェルトにマイクロ波を３０分間印加したときのＰＩＤ温度応答のマイクロ波出力依存性を調べた結果である。 (Experiment 5)
Figure 8 shows the argon airflow (1192 It is the result of investigating the microwave output dependence of the PID temperature response when a microwave is applied to a pair of carbon fiber felts for 30 minutes in (cm 3 min -1 SATP).

初期における温度の立ち上がりは、マイクロ波出力が高いほど、速くなる傾向が認められた。オーバーシュートは（a）、（b）、（c）および（d）の場合に対して、それぞれ４％、１１％、１１％、１７％であった。また、マイクロ波出力を上げると、目標値（３５０℃）からの偏差が大きくなる傾向が認められた。各出力条件で、比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインの最適化を行えばよい。   It was recognized that the temperature rise in the initial stage tended to be faster as the microwave output was higher. The overshoots were 4%, 11%, 11%, and 17% for the cases (a), (b), (c), and (d), respectively. Moreover, when the microwave output was raised, the tendency for the deviation from a target value (350 degreeC) to become large was recognized. What is necessary is just to optimize a proportional gain, an integral gain, and a differential gain under each output condition.

１は繊維強化プラスチック成形装置、２は圧力容器、２ａは開閉扉、３は載置台、４・４ａ・４ｂ・４ｃ・４ｄは導電性繊維集合体、５は導電性繊維集合体、６は導電性繊維集合体、７はマイクロ波照射装置、８は減圧装置、９は加圧装置、１０は制御部、１１は冷却装置、１２は循環装置、１４は支持柱、１８は温度測定器、１９は温度測定器、２１・２１ａ・２１ｂは成形部材、２３はマイクロ波遮蔽シート、２５は真空バッグ、２７ａ・２７ｂは絶縁シート、３１はマイクロ波発振器、３２はアンテナ、４１は真空ポンプ、４２は配管、５１はコンプレッサ、５２は配管、６１は冷却器、６２は配管、６３は熱交換器、６５はモータ、６６はファン、１０１は繊維強化プラスチック材料（プリプレグ）、１０２は成形型である。   1 is a fiber reinforced plastic molding apparatus, 2 is a pressure vessel, 2a is an opening / closing door, 3 is a mounting table, 4 · 4a · 4b · 4c · 4d are conductive fiber assemblies, 5 is a conductive fiber assembly, and 6 is conductive 10 is a pressure reduction device, 9 is a pressure device, 10 is a control unit, 11 is a cooling device, 12 is a circulation device, 14 is a support column, 18 is a temperature measuring device, 19 Is a molded member, 23 is a microwave shielding sheet, 25 is a vacuum bag, 27a and 27b are insulating sheets, 31 is a microwave oscillator, 32 is an antenna, 41 is a vacuum pump, and 42 is Piping, 51 is a compressor, 52 is piping, 61 is a cooler, 62 is piping, 63 is a heat exchanger, 65 is a motor, 66 is a fan, 101 is a fiber reinforced plastic material (prepreg), and 102 is a mold.

Claims (10)

導電性繊維集合体にマイクロ波を照射して発熱させ、この発熱により熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む繊維強化プラスチック材料及びその成形用の成形型を成形可能な温度まで加熱して、繊維強化プラスチックの成形を行うことを特徴とする繊維強化プラスチック成形方法。   The conductive fiber aggregate is irradiated with microwaves to generate heat, and the heat generation heats the fiber reinforced plastic material containing a thermosetting resin or thermoplastic resin and a mold for molding the fiber to a temperature at which the fiber can be formed. A fiber-reinforced plastic molding method characterized by molding a reinforced plastic. 前記繊維強化プラスチック材料として熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を繊維に含浸させたプリプレグを使用し、前記プリプレグ及び前記成形型を真空引き用の真空バッグでバギングし、前記真空バッグの内部を真空引きすると共に外部から加圧しつつ、前記導電性繊維集合体に前記マイクロ波を照射し発熱させることで前記プリプレグ及び前記成形型を加熱して、前記繊維強化プラスチックの成形を行うことを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック成形方法。   As the fiber reinforced plastic material, a prepreg in which fibers are impregnated with a thermosetting resin or a thermoplastic resin is used, the prepreg and the mold are bagged with a vacuum bag for vacuuming, and the inside of the vacuum bag is evacuated. In addition, the fiber-reinforced plastic is molded by heating the prepreg and the mold by irradiating the microwaves to the conductive fiber assembly to generate heat while applying pressure from outside. Item 2. A fiber-reinforced plastic molding method according to Item 1. 前記真空バッグに前記導電性繊維集合体を配置することを特徴とする請求項２に記載の繊維強化プラスチック成形方法。   The fiber-reinforced plastic molding method according to claim 2, wherein the conductive fiber assembly is disposed in the vacuum bag. 複数の前記導電性繊維集合体を用いることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形方法。   The fiber-reinforced plastic molding method according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of the conductive fiber assemblies are used. 前記繊維強化プラスチック材料、前記成形型及び前記導電性繊維集合体の内の少なくとも１つの温度を測定し、測定した温度が予め設定された所望の温度になるように、前記マイクロ波の出力レベルをフィードバック制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形方法。   The temperature of at least one of the fiber reinforced plastic material, the mold, and the conductive fiber assembly is measured, and the output level of the microwave is adjusted so that the measured temperature becomes a preset desired temperature. 5. The fiber reinforced plastic molding method according to claim 1, wherein feedback control is performed. 導電性繊維集合体と、
前記導電性繊維集合体、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む繊維強化プラスチック材料、及びその成形用の成形型が内部に収容される容器と、
前記繊維強化プラスチック材料及び前記成形型を成形可能な温度まで加熱するために、前記容器内の前記導電性繊維集合体にマイクロ波を照射して発熱させるマイクロ波照射装置とを、備えることを特徴とする繊維強化プラスチック成形装置。 A conductive fiber assembly;
A container in which the conductive fiber aggregate, a fiber reinforced plastic material containing a thermosetting resin or a thermoplastic resin, and a molding die for molding are contained;
In order to heat the fiber reinforced plastic material and the mold to a moldable temperature, a microwave irradiation device for generating heat by irradiating the conductive fiber assembly in the container with microwaves is provided. Fiber reinforced plastic molding equipment. 前記繊維強化プラスチック材料が、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を繊維に含浸させたプリプレグであり、
前記容器が、圧力容器であると共に、前記プリプレグ及び前記成形型をバギングした真空引き用の真空バッグを収容するものであり、
前記真空バッグを真空引きする減圧装置と、前記容器内部を加圧することで前記真空バッグを外部から加圧する加圧装置とを備えることを特徴とする請求項６に記載の繊維強化プラスチック成形装置。 The fiber reinforced plastic material is a prepreg in which a fiber is impregnated with a thermosetting resin or a thermoplastic resin,
The container is a pressure container and contains a vacuum bag for vacuuming bagged the prepreg and the mold,
The fiber reinforced plastic molding apparatus according to claim 6, comprising: a decompression device that evacuates the vacuum bag; and a pressurization device that pressurizes the vacuum bag from outside by pressurizing the inside of the container. 前記導電性繊維集合体が、前記真空バッグに配置されていることを特徴とする請求項７に記載の繊維強化プラスック成形装置。   The fiber-reinforced plastic molding apparatus according to claim 7, wherein the conductive fiber assembly is disposed in the vacuum bag. 複数の前記導電性繊維集合体を備えることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形装置。   The fiber-reinforced plastic molding apparatus according to claim 6, comprising a plurality of the conductive fiber assemblies. 前記繊維強化プラスチック材料、前記成形型及び前記導電性繊維集合体の内の少なくとも１つの温度を測定する温度測定器と、
前記温度測定器の測定した温度が予め設定された所望の温度になるように、前記マイクロ波照射装置の出力レベルをフィードバック制御する制御部とを、備えることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形装置。 A temperature measuring device for measuring the temperature of at least one of the fiber reinforced plastic material, the mold and the conductive fiber assembly;
The control part which carries out feedback control of the output level of the said microwave irradiation apparatus so that the temperature measured by the said temperature measuring device may turn into the preset desired temperature is provided. The fiber reinforced plastic molding apparatus in any one.
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