JP6914814B2 - 複合材料成形装置及び複合材料成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、複合材料成形装置及び複合材料成形方法に関する。

軽量性及び高い強度を有する材料には、強化繊維に樹脂を含浸させた複合材料が知られている。複合材料は、航空機、自動車及び船舶等に用いられている。航空機、自動車及び船舶等に用いられる複合材料は、空間部分を有する等、複雑な形状を有するものがある。空間部分を有する複合材料を製造する方法としては、予め形成した成形コアの上に、強化繊維に樹脂を含浸させた複合材料を置き、加圧しながら加熱し、その後に成形コアを除去する方法が知られている（特許文献１参照）。

特表２００９−５４２４５９号公報

航空機、自動車及び船舶等に用いられる複合材料は、十分に大きな空間部分を有する等、サイズが大きい場合がある。このような十分に大きな空間部分を有する複合材料を特許文献１の方法で成形する場合、空間部分に応じた十分に大きな成形コアを予め形成する必要がある。また、予め形成した成形コアは、１つの複合材料を成形するごとに、加圧及び加熱処理を受けるため、頻繁にメンテナンスをしたり作り直したり等といった大掛かりかつ長時間の作業する必要がある。このため、特許文献１の方法は、複合材料が、十分に大きな空間部分を有する等、サイズが大きい場合に、成形にかかるコストが高いという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複合材料のサイズが大きい場合でも、成形にかかるコストを低減する複合材料成形装置及び複合材料成形方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材料成形装置は、複合材料の一方の面に沿って移動可能に設けられており、前記複合材料の一方の面の対向する領域を加熱する加熱部材と、前記複合材料の一方の面の対向する領域に向けて直流磁場を発生させる直流磁場部材と、を有するヘッドと、前記ヘッドと前記複合材料を介して前記複合材料の厚さ方向に対向した状態で、前記直流磁場部材と対向する位置に設けられ、前記複合材料の対向する領域を介して前記直流磁場に応じて前記直流磁場部材に対して引力を発生させる磁場応答部材を有し、前記複合材料の他方の面に沿って移動可能に設けられている裏当て部材と、を含み、前記ヘッドと前記裏当て部材とは、前記複合材料の対向する領域を前記複合材料の厚さ方向に挟み込むことで加圧し、前記ヘッドが一方の面に沿って移動することに応じて、前記直流磁場部材と前記磁場応答部材との間に働く引力により、前記裏当て部材が前記ヘッドに追従して前記複合材料の他方の面に沿って移動することを特徴とする。

この構成によれば、ヘッドと裏当て部材とで複合材料の対向する領域を複合材料の厚さ方向に挟み込むことで加圧しながら、ヘッドの加熱部材で加熱することができるとともに、直流磁場部材と磁場応答部材との間に働く引力によりヘッドと裏当て部材とが同期して移動することができるため、成形コアのような型を必要とせずに複合材料を成形することができる。これにより、複合材料のサイズが大きい場合でも、成形にかかるコストを低減することができる。また、複合材料の成形する形状を自由にすることができる。

この構成において、前記ヘッドを前記複合材料の一方の面に沿って移動可能に支持するヘッド支持部と、をさらに含むことが好ましい。この構成によれば、ヘッドと裏当て部材との移動を自動で制御することができるので、複合材料のサイズが大きい場合でも、成形にかかるコストをさらに低減することができる。

これらの構成において、前記加熱部材は、前記ヘッドの前記複合材料の一方の面と対向する面における中央領域に設けられ、前記直流磁場部材は、前記ヘッドの前記複合材料の一方の面と対向する面における端部領域に設けられていることが好ましい。この構成によれば、直流磁場部材と磁場応答部材とが端部領域に設けられているため、周囲の空気により好適に冷却できるので、直流磁場部材と磁場応答部材との間に働く引力を保持しやすくすることができる。また、直流磁場部材と磁場応答部材との間に働く引力を端部領域で発生させるため、ヘッドと裏当て部材との対向した状態をより高い精度で安定して、維持することができる。また、ヘッドの中央領域で加熱するため、加熱温度をより高い精度で安定して、維持することができる。

これらの構成において、前記裏当て部材は、前記複合材料の他方の面に沿って移動可能な移動方向に対して無端の形状に形成されていることが好ましい。この構成によれば、ヘッドに追従する裏当て部材を円滑に移動させることができる。また、これにより、ヘッドと裏当て部材との対向した状態をより高い精度で安定して、維持することができる。

これらの構成において、前記加熱部材の加熱温度と、前記直流磁場部材の直流磁場とを制御する制御部と、をさらに有することが好ましい。この構成によれば、加熱温度を好適に制御することができるとともに、ヘッド及び裏当て部材の温度に応じて直流磁場が変化しないように直流磁場を制御することができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材料成形方法は、成形前の複合材料の所定の領域を介して、前記複合材料の一方の面の対向する領域を加熱する加熱部材と、前記複合材料の一方の面の対向する領域に向けて直流磁場を発生させる直流磁場部材と、を有するヘッドと、前記複合材料の対向する領域を介して前記直流磁場に応じて前記直流磁場部材に対して引力を発生させる磁場応答部材を有する裏当て部材とを、前記直流磁場部材と前記磁場応答部材とが前記複合材料の厚さ方向に対向するように配置する配置ステップと、前記ヘッドと前記裏当て部材とで前記複合材料の厚さ方向に挟み込むことで加圧した前記複合材料の領域を、前記加熱部材により加熱する加熱ステップと、前記加熱ステップと並行して実行され、前記配置ステップで配置した前記ヘッドを、前記複合材料の一方の面に沿って移動させることで、前記直流磁場部材と前記磁場応答部材との引力により、前記裏当て部材を前記ヘッドに追従して前記複合材料の他方の面に沿って移動させる移動ステップと、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、ヘッドと裏当て部材とで複合材料の対向する領域を複合材料の厚さ方向に挟み込むことで加圧しながら、ヘッドの加熱部材で加熱することができるとともに、直流磁場部材と磁場応答部材との間に働く引力によりヘッドと裏当て部材とが同期して移動することができるため、成形コアのような型を必要とせずに複合材料を成形することができる。これにより、複合材料のサイズが大きい場合でも、成形にかかるコストを低減することができる。また、複合材料の成形する形状を自由にすることができる。

この構成において、前記配置ステップでは、前記ヘッドを前記複合材料の開放空間側の面に沿って設け、前記裏当て部材を前記複合材料の閉鎖空間側の面に沿って設け、前記移動ステップでは、前記ヘッドを前記複合材料の前記開放空間側の面に沿って移動させ、前記裏当て部材を前記複合材料の閉鎖空間側の面に沿って移動させることが好ましい。この構成によれば、複合材料がさらに狭い空間部分を有する場合でも、成形コアのような型を必要とせずに複合材料を成形することができるとともに、成形にかかるコストを低減することができる。

本発明によれば、複合材料のサイズが大きい場合でも、成形にかかるコストを低減する複合材料成形装置及び複合材料成形方法を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形装置及び複合材料成形方法で成形される複合材料の一例を示す概略図である。 図２は、図１の複合材料の断面図である。 図３は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形装置の概略構成図である。 図４は、図３の複合材料成形装置の別の概略構成図である。 図５は、図３の複合材料成形装置の要部の断面図である。 図６は、図３の複合材料成形装置のヘッドの複合材料と対向する面の一例を示す平面図である。 図７は、図３の複合材料成形装置の裏当て部材の複合材料と対向する面の一例を示す平面図である。 図８は、図３の複合材料成形装置のヘッドの複合材料と対向する面の変形例を示す平面図である。 図９は、図３の複合材料成形装置の裏当て部材の複合材料と対向する面の変形例を示す平面図である。 図１０は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形方法のフローチャートである。 図１１は、本発明の第２の実施形態に係る複合材料成形装置の要部の断面図である。 図１２は、本発明の第２の実施形態に係る複合材料成形装置の要部の別の断面における断面図である。 図１３は、本発明の第２の実施形態の変形例に係る複合材料成形装置の要部の断面図である。 図１４は、本発明の第２の実施形態の変形例に係る複合材料成形装置の要部の別の断面における断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０（図３等参照）及び複合材料成形方法で成形される複合材料１の一例を示す概略図である。図２は、図１の複合材料１の断面図である。図２は、鉛直方向を含む断面における図１の複合材料１の断面図である。図１に示す複合材料１は、複合材料１に含まれる樹脂が反応前の状態の場合、処理前及び処理途中の状態を示しており、複合材料１に含まれる樹脂が反応後の状態の場合、処理後の状態を示している。図１に示す複合材料１は、強化繊維と、樹脂と、を有する。

複合材料１は、強化繊維を３次元形状に編んだプリフォームに熱可塑性樹脂を含浸させたプリフォーム材、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維との混紡であるコミングル材、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とをニット状に織り込んだコミングルニット材、強化繊維に熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグ、及び強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させて半硬化または硬化させた材料等が例示される。図１に示す複合材料１は、熱可塑性樹脂を使用した複合材料であることが好ましく、この場合、可塑性を利用して形状の微調整を行う事ができ、熱硬化性樹脂に比べて成形の時間的制約もない。また、複合材料１は、熱可塑性樹脂を使用した複合材料の中でも、プリフォーム材、コミングル材またはコミングルニット材であることがさらに好ましく、この場合、予め所望の形に形成しておくことができるので、第１の実施形態に係る複合材料成形方法によりしわができにくい。

複合材料１は、軽量性及び高い強度を有する。複合材料１に含まれる強化繊維は、第１の実施形態では炭素繊維が例示されるが、これに限定されることはなく、その他の金属繊維でもよい。

複合材料１に含まれる樹脂は、加熱されることで熱溶融反応する熱可塑性樹脂と、加熱されることで軟化状態または半硬化状態から硬化状態に熱硬化反応する熱硬化性樹脂と、が例示される。以下において、複合材料１に含まれる樹脂は、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とを区別しない場合には、熱可塑性樹脂の熱溶融反応と熱硬化性樹脂の熱硬化反応とを、単に反応と称する。

複合材料１に含まれる樹脂は、第１の実施形態では、熱可塑性樹脂である場合、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、及びポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が例示される。複合材料１に含まれる樹脂は、第１の実施形態では、熱硬化性樹脂である場合、エポキシ系樹脂を有する樹脂が例示される。複合材料１に含まれる樹脂がエポキシ系樹脂を有する場合、さらに軽量性及びさらに高い強度を有するので、好ましい。複合材料１に含まれる樹脂は、第１の実施形態では、熱硬化性樹脂である場合、他には、ポリエステル樹脂及びビニルエステル樹脂が例示される。ただし、複合材料１に含まれる樹脂は、これらに限定されず、その他の樹脂でもよい。

複合材料１は、図１及び図２に示すように、所定の厚さを有する円錐曲面状に形成されており、頂点部分がフック２で上側から支持され、底部分が平面台３で下側から支持されている。複合材料１は、フック２で支持される穴部または被支持部材（いずれも、図示省略）が設けられている。フック２は、クレーンで上側から吊り下げられたものが例示される。平面台３は、複合材料１を下側から支持する水平面を有する台座が例示されるが、複合材料１を水平方向に固定する凹凸等が設けられていてもよい。

なお、複合材料１は、図１及び図２に示すようなフック２で支持される形態に限定されず、例えば、図示しない自動積層装置により、複合材料１を構成する複合部材が自動で積層されて設けられた形態であってもよい。この場合、複合材料１は、自動積層装置により設けられてからすぐに成形処理が施されるので、フック２で支持されることを要しない。

また、複合材料１は、一度様々な形状に成形された後に修理に供される形態であってもよい。この場合、複合材料１は、一度成形されているため、フック２で支持されることを要しない。その他、複合材料１は、成形処理を施すことが可能な種々の形態が例示される。

複合材料１は、図２に示すように、円錐曲面状の外側に開放空間を有し、円錐曲面状の内側に平面台３によって閉鎖された空間部分である閉鎖空間を有する。複合材料１は、この開放空間側に設けられた一方の面１ａと、この閉鎖空間側に設けられた他方の面１ｂと、を有する。なお、複合材料１は、第１の実施形態では、図１及び図２に示す円錐曲面状であるが、この形状に限定されず、いかなる形状であってもよい。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０の概略構成図である。図４は、図３の複合材料成形装置１０の別の概略構成図である。図４は、図３における複合材料１を、図２と同様に鉛直方向を含む断面における断面図として、複合材料１の閉鎖空間を可視化させた複合材料成形装置１０の概略構成図である。複合材料成形装置１０は、図３及び図４に示すように、ヘッド１２と、裏当て部材１４と、ロボットアーム１６と、制御部１８と、を含む。

ヘッド１２は、ヘッド支持部としてのロボットアーム１６によって複合材料１の一方の面１ａに沿って移動可能に支持されており、複合材料１の一方の面１ａにおいてヘッド１２と対向する領域を加熱及び加圧する。ヘッド１２は、クレーンのアームによって移動可能に支持されるコンパクションヘッドが例示される。裏当て部材１４は、ヘッド１２と複合材料１を介して複合材料１の厚さ方向に対向した状態で、複合材料１の他方の面１ｂに沿って移動可能に設けられ、複合材料１の他方の面１ｂにおいて裏当て部材１４と対向する領域を加圧する。

ロボットアーム１６は、複合材料１の開放空間、すなわち複合材料１の一方の面１ａ側の空間に設けられている。ロボットアーム１６は、ヘッド１２を複合材料１の一方の面１ａに沿って移動可能に支持する。ロボットアーム１６は、クレーンのアームが例示される。制御部１８は、ヘッド１２及びロボットアーム１６と、電気的に接続されており、ヘッド１２及びロボットアーム１６を制御する。

なお、ヘッド１２は、ロボットアーム１６によって支持されている形態に限定されず、複合部材を自動で積層することで複合材料１を設ける図示しない自動積層装置において複合部材１を積層する積層ヘッド部で、複合材料１の一方の面に沿って移動可能に支持されている形態であってもよい。すなわち、ヘッド１２を支持するヘッド支持部が、自動積層装置の積層ヘッド部であってもよい。この場合、ヘッド１２は、自動積層装置によって複合部材を積層して設けられた複合材料に対して、すぐに、連続して、複合材料１を成形する処理を実行することができる。

また、ヘッド１２は、ヘッド１２を複合材料１の一方の面に沿って移動可能に支持する機構に対して着脱可能であり、携帯可能である形態であってもよい。この場合、ヘッド１２は、様々な形状に成形された後の複合材料１の部分的な修理としての複合材料１の成形にも好適に使用することができる。

図５は、図３の複合材料成形装置１０の要部の断面図である。図５は、複合材料１の母線方向を含む断面における複合材料成形装置１０の要部の断面図である。ヘッド１２は、図５に示すように、加熱部材２２と、直流磁場部材２４と、を有する。また、ヘッド１２は、複合材料１の一方の面１ａと対向する面１２ａを有する。加熱部材２２は、複合材料１の一方の面１ａのヘッド１２における面１２ａが対向する領域を加熱する。直流磁場部材２４は、複合材料１の一方の面１ａにおけるヘッド１２の面１２ａが対向する領域に向けて直流磁場を発生させる。加熱部材２２と直流磁場部材２４とは、いずれも、制御部１８と電気的に接続されており、制御部１８によって制御される。ヘッド１２の面１２ａが複合材料１の一方の面１ａと対向する表面、及び、加熱部材２２と直流磁場部材２４との間の領域等は、適宜、複合材料１の成形の際の加圧及び加熱に十分な耐圧性及び耐熱性を示し、かつ、直流磁場部材２４及び磁場応答部材３４等が発生する磁場に対して透明な材料、例えば、ＰＥＥＫ樹脂及びセラミックスなどの材料で適切に保護されていることが好ましい。

加熱部材２２は、制御部１８によって制御された可変な加熱温度で加熱することができる。加熱部材２２は、第１の実施形態では、交流磁場を印加することで複合材料１の内部に渦電流を誘起することにより複合材料１を加熱する交流磁場印加部材が例示される。加熱部材２２は、交流磁場印加部材である場合、複合材料１の一方の面１ａにおけるヘッド１２の面１２ａが対向する領域に向けて９００ｋＨｚ以上の高周波磁場を印加することが好ましい。加熱部材２２は、これに限定されず、抵抗加熱により自らが発熱することで複合材料１を加熱する抵抗加熱ヒータ、電場を印加することで複合材料１を加熱する電場印加部材、超音波を発生させることで複合材料１を加熱する超音波発生部材、ミリ波を発生させることで複合材料１を加熱するミリ波発生部材、及び、電磁波を印加することでヘッド１２または裏当て部材１４に予め設けた微小金属等の電磁場発熱体を発熱することにより複合材料１を加熱する電磁波印加部材、等が好適なものとして例示される。なお、加熱部材２２として用いられる交流磁場印加部材または電場印加部材は、ヘッド１２または裏当て部材１４に予め設けた微小金属等の電磁場発熱体を発熱することにより複合材料１を加熱する形態であってもよい。加熱部材２２は、いずれの場合においても、加熱温度の分布を持たせることができる。

ここで、金属等の電磁場発熱体は、金属等の電磁場発熱体における所定の方向に沿った電場が印加されることで、分子運動量が増加して、金属等の電磁場発熱体の内部に発熱が誘起される。また、金属等の電磁場発熱体は、金属等の電磁場発熱体における所定の方向に直交する方向に沿った磁場が印加されることで、内部に電流が発生し、金属等の電磁場発熱体自体の電気抵抗によって発熱する。同様に、金属等の電磁場発熱体は、電磁波を吸収して、発熱する。金属等の電磁場発熱体は、例えば、溶液に分散して吹き付けることで塗布された金属等の電磁場発熱体シートとして、複合材料１、ヘッド１２または裏当て部材１４等に予め設けられることが好ましい。金属等の電磁場発熱体は、複合材料１、ヘッド１２または裏当て部材１４等に局所的または部分的に分布させて設けることで、局所的又は部分的な加熱を精度よく行うことを可能にする。

直流磁場部材２４は、第１の実施形態では、制御部１８によって制御された可変な直流磁場を印加することができる電磁石が例示される。直流磁場部材２４は、制御部１８によって制御される電磁石が用いられる場合、加熱部材２２の発熱に応じて、制御部１８によって電磁石に供給する電流値を高い値に制御することで、加熱部材２２の発熱に依らず、電磁石が発生させる直流磁場を一定に保持し、これにより、後述するように直流磁場部材２４と磁場応答部材３４とによって複合材料１の対向する領域に印加される圧力を一定に保持することができる。また、直流磁場部材２４は、制御部１８によって制御される電磁石が用いられる場合、複合材料１の厚さに応じて、制御部１８によって電磁石に供給する電流値を高い値に制御することで、複合材料１の対向する領域に印加される圧力を適切な値に制御することができる。また、直流磁場部材２４は、発生させる直流磁場に分布を持たせてもよい。なお、直流磁場部材２４は、これに限定されず、一般的な工業用の強力磁石が用いられてもよく、この場合には制御部１８と電気的に接続されておらず、制御部１８に制御されない。直流磁場部材２４は、電磁石が採用される場合でも、一般的な工業用の強力磁石が採用される場合でも、印加する磁場が温度によって大きく変化しない形態であることが好ましい。

裏当て部材１４は、図５に示すように、裏当て板３２と、磁場応答部材３４と、を有する。また、裏当て部材１４は、複合材料１の他方の面１ｂと対向する面１４ａを有する。
裏当て部材１４は、小さければ小さいほど好ましく、この場合、複合材料１の成形する形状の自由度を高めることができる。裏当て板３２は、複合材料１の成形の際の加圧及び加熱に十分な耐圧性及び耐熱性を示し、かつ、加熱部材２２、直流磁場部材２４及び磁場応答部材３４が発生する磁場に対して透明な材料、例えば、ＰＥＥＫ樹脂及びセラミックスなどの材料で形成された剛体の板が例示される。

磁場応答部材３４は、ヘッド１２の直流磁場部材２４と対称となるように配置して設けられる。具体的には、磁場応答部材３４は、裏当て部材１４の面１４ａとヘッド１２の面１２ａとが複合材料１を介して複合材料１の厚さ方向に対向した状態において、複合材料１の厚さ方向に直流磁場部材２４と対向する位置に設けられる。磁場応答部材３４は、第１の実施形態では、その全部が直流磁場部材２４の全部と対向する位置に設けられているが、これに限定されず、その一部が直流磁場部材２４の一部または全部と対向する位置に設けられた形態であってもよい。

磁場応答部材３４は、複合材料１の裏当て部材１４の面１４ａが対向する領域を介して、ヘッド１２の直流磁場部材２４が印加する直流磁場に応じて、直流磁場部材２４に対して引力を発生させる。磁場応答部材３４は、具体的には、直流磁場部材２４が印加する直流磁場と極性の方向が異なる工業用の磁石が例示される。磁場応答部材３４は、工業用の磁石が採用される場合、直流磁場部材２４に対して発生させる引力が温度によって大きく変化しない形態であることが好ましい。

ヘッド１２と裏当て部材１４とが複合材料１を介して複合材料１の厚さ方向に対向した状態において、直流磁場部材２４と磁場応答部材３４とが複合材料１を介して複合材料１の厚さ方向に対向した状態となる。このとき、直流磁場部材２４と磁場応答部材３４とは、複合材料１を介して複合材料１の厚さ方向に、互いに引力で引き合っている。この引力により、裏当て部材１４は、複合材料１の他方の面１ｂに沿って移動可能に支持されている。また、この引力により、ヘッド１２の面１２ａが複合材料１の一方の面１ａ側から、裏当て部材１４が複合材料１の他方の面１ｂ側から、複合材料１のそれぞれの面１２ａ，１４ａが対向する領域を複合材料１の厚さ方向に挟み込むことで、加圧する。直流磁場部材２４と磁場応答部材３４とは、複合材料１の対向する領域に対して、５０ｋＰａ以上３０００ｋＰａ以下で加圧することが好ましく、５０ｋＰａ以上５００ｋＰａ以下で加圧することが可能な引力を発生させていることがより好ましい。また、この引力により、ロボットアーム１６によりヘッド１２を複合材料１の一方の面１ａに沿って滑りながら移動することに応じて、裏当て部材１４がヘッド１２に追従して複合材料１の他方の面１ｂに沿って滑りながら移動する。なお、ヘッド１２の直流磁場部材２４の部分は、複合材料１の一方の面１ａに接触していなくてもよく、また、裏当て部材１４の磁場応答部材３４の部分は、複合材料１の他方の面１ｂに接触していなくてもよく、ヘッド１２と裏当て部材１４とが互いに引力で引き合うことが可能な形状であればよい。

図６は、図３の複合材料成形装置１０のヘッド１２の複合材料１と対向する面１２ａの一例を示す平面図である。図７は、図３の複合材料成形装置１０の裏当て部材１４の複合材料１と対向する面１４ａの一例を示す平面図である。ヘッド１２は、図６に示すように、正方形状の面１２ａの４辺全てにおける中央領域に、正方形状の加熱部材２２が設けられており、正方形状の面１２ａの４辺全てにおける端部領域に、正方形状の加熱部材２２の四方を囲うように直流磁場部材２４が設けられている。裏当て部材１４は、図７に示すように、正方形状の面１４ａにおける中央領域に、正方形状の裏当て板３２が設けられており、正方形状の面１４ａにおける４辺全ての端部領域に、正方形状の裏当て板３２の四方を囲うように磁場応答部材３４が設けられている。

図８は、図３の複合材料成形装置１０のヘッド１２の複合材料１と対向する面１２ａの変形例を示す平面図である。図９は、図３の複合材料成形装置１０の裏当て部材１４の複合材料１と対向する面１４ａの変形例を示す平面図である。ヘッド１２の変形例は、図８に示すように、正方形状の面１２ａの対向する２辺における中央領域に、その２辺の延びる方向に長い長方形状に加熱部材２２が設けられており、正方形状の面１２ａの対向する２辺における端部領域に、長方形状の加熱部材２２のその２辺の方向を挟むように直流磁場部材２４が設けられている。裏当て部材１４の変形例は、図９に示すように、正方形状の対向する２辺における中央領域に、その２辺の延びる方向に長い長方形状に裏当て板３２が設けられており、正方形状の面１４ａにおける対向する２辺の端部領域に、長方形状の裏当て板３２のその２辺の方向を挟むように磁場応答部材３４が設けられている。

いずれにしても、ヘッド１２の面１２ａの形状にかかわらず、ヘッド１２は、面１２ａの中央領域に加熱部材２２が設けられており、面１２ａの端部領域に直流磁場部材２４が設けられていることが好ましい。また、裏当て部材１４の面１４ａの形状にかかわらず、面１４ａの中央領域に裏当て板３２が設けられており、面１４ａの端部領域に磁場応答部材３４が設けられていることが好ましい。

一般に磁力は温度が上昇することに伴い低下する傾向があるが、直流磁場部材２４と磁場応答部材３４とがいずれも端部領域に設けられている場合、周囲の空気により好適に冷却できるので、直流磁場部材２４と磁場応答部材３４との間に働く引力を保持しやすくすることができる。また、直流磁場部材２４と磁場応答部材３４との間に働く引力を端部領域で発生させるため、ヘッド１２と裏当て部材１４との対向した状態をより高い精度で安定して、維持することができる。また、加熱部材２２が中央領域に設けられている場合、ヘッド１２の中央領域で加熱するため、加熱温度をより高い精度で安定して、維持することができる。

また、加熱部材２２として交流磁場印加部材が用いられている場合、加熱部材２２による中央領域磁場と、直流磁場部材２４及び磁場応答部材３４による端部領域磁場とが干渉する場合がある。しかし、加熱部材２２が中央領域に設けられており、かつ、直流磁場部材２４と磁場応答部材３４とがいずれも端部領域に設けられている場合、加熱温度をより高い精度で安定させて維持したい中央領域における中央部分では、端部領域磁場の影響が小さいため好ましい。また、この場合、周囲の空気による直流磁場部材２４と磁場応答部材３４との冷却に寄与でき、かつ、ヘッド１２と裏当て部材１４との対向した状態をより高い精度で安定して維持することに直流磁場部材２４と磁場応答部材３４との引力が寄与できる、端部領域における端部部分では、中央領域磁場の影響が小さいため好ましい。

制御部１８は、記憶部と、処理部と、を備える。記憶部は、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ及びフラッシュメモリー等の記憶装置を有し、処理部により処理されるソフトウェア・プログラム及びこのソフトウェア・プログラムにより参照されるデータ等を記憶する。また、記憶部は、処理部が処理結果等を一時的に記憶する記憶領域としても機能する。処理部は、記憶部からソフトウェア・プログラム等を読み出して処理することで、ソフトウェア・プログラムの内容に応じた機能、具体的には、複合材料成形装置１０によって実行される複合材料成形方法の実行を可能にする種々の機能を発揮する。

制御部１８は、ロボットアーム１６等のヘッド支持部の作動を制御することで、ヘッド１２及び裏当て部材１４の位置並びに移動速度を制御する。制御部１８は、加熱部材２２を制御することで、複合材料１の対向する領域に対する加熱温度を制御する。このように、制御部１８は、複合材料１の具体的な樹脂の組成等に応じて、複合材料１を加熱する加熱温度、昇温速度、及び加熱時間を制御することができる。制御部１８は、直流磁場部材２４として電磁石が用いられている場合、さらに直流磁場部材２４を制御することで、加熱温度に応じて、直流磁場部材２４と磁場応答部材３４とによる複合材料１の対向する領域に対して印加する圧力を制御することができる。

図１０は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形方法のフローチャートである。第１の実施形態に係る複合材料成形方法について、図１０を用いて説明する。第１の実施形態に係る複合材料成形方法は、複合材料成形装置１０によって実行される。第１の実施形態に係る複合材料成形方法は、図１０に示すように、配置ステップＳ１２と、加熱ステップＳ１４と、移動ステップＳ１６と、を有する。

配置ステップＳ１２は、複合材料１の所定の領域、具体的には複合材料１の成形処理を開始する領域を介して、ヘッド１２と、裏当て部材１４とを、直流磁場部材２４と磁場応答部材３４とが複合材料１を介して複合材料１の厚さ方向に対向した状態に配置するステップである。配置ステップＳ１２では、詳細には、まず、制御部１８がロボットアーム１６を制御することで、ヘッド１２の面１２ａを、複合材料１の所定の領域における一方の面１ａに対向させた位置に移動する。配置ステップＳ１２では、次に、別途設けられた裏当て部材１４を把持する把持装置または作業者により、裏当て部材１４の面１４ａを、複合材料１の所定の領域における他方の面１ｂに対向させた位置に移動する。配置ステップＳ１２では、さらに、制御部１８が直流磁場部材２４を制御することで、直流磁場部材２４と磁場応答部材３４との間に引力を発生させて、ヘッド１２の面１２ａと裏当て部材１４の面１４ａとで複合材料１の所定の領域を複合材料１の厚さ方向に挟み込み、加圧した状態とする。

加熱ステップＳ１４は、配置ステップＳ１２により、ヘッド１２の面１２ａと裏当て部材１４の面１４ａとで複合材料１の厚さ方向に挟み込み、加圧した複合材料１の所定の領域を、加熱部材２２により加熱するステップである。加熱ステップＳ１４では、詳細には、制御部１８が加熱部材２２を制御することで、ヘッド１２と裏当て部材１４とで加圧した複合材料１の所定の領域を所定の温度で加熱して、樹脂を反応させて成形する。

移動ステップＳ１６は、加熱ステップＳ１４と並行して実行され、配置ステップＳ１２で配置したヘッド１２を、複合材料１の一方の面１ａに沿って移動させることで、直流磁場部材２４と磁場応答部材３４との間の引力により、裏当て部材１４をヘッド１２に追従して複合材料１の他方の面１ｂに沿って移動させるステップである。移動ステップＳ１６では、具体的には、制御部１８が直流磁場部材２４を制御して直流磁場部材２４と磁場応答部材３４との間に引力を発生させた状態を維持したまま、制御部１８がロボットアーム１６を制御してヘッド１２を所定の方向に滑りながら移動させることで、裏当て部材１４をヘッド１２に追従して滑りながら移動させる。加熱ステップＳ１４を実行しながら移動ステップＳ１６で複合材料１の全面にヘッド１２と裏当て部材１４とを共に滑りながら移動させることで、複合材料１の全領域を成形する。

第１の実施形態では、図３から図５に示すように、円錐曲面状の複合材料１のうち平面台３と近接する下側において配置ステップＳ１２を実行し、移動ステップＳ１６で、制御部１８がロボットアーム１６を制御して、下側からフック２で支持される上側に向かって、複合材料１の一方の面１ａにおける加熱部材２２の軌跡が隙間を作らないように、例えば螺旋状に、ヘッド１２と裏当て部材１４とを移動させる。円錐曲面状の複合材料１は、図３から図５では、移動ステップＳ１６で、平面台３から高さＨの位置までヘッド１２と裏当て部材１４とを移動させた状態が示されており、高さＨより下側の領域が、加熱ステップＳ１４が実行されて成形された領域となっており、高さＨより上側の領域が、加熱ステップＳ１４が実行されておらずこれから成形される予定の領域となっている。第１の実施形態では、このように複合材料１の下側から上側に向かってヘッド１２と裏当て部材１４とを移動させるので、複合材料１の下側から上側に向かって成形されて安定化するため、複合材料１の成形の精度を向上させることができる。なお、ヘッド１２と裏当て部材１４との移動経路は、第１の実施形態では、円錐曲面状に沿う螺旋状であるが、この経路に限定されず、いかなる経路であってもよい。また、ヘッド１２と裏当て部材１４との移動経路は、複合材料１の形状に応じて、適宜決めることができる。

なお、仮にヘッド１２の面１２ａが複合材料１の一方の面１ａ側から離れすぎてしまうことに伴い、裏当て部材１４の磁場応答部材３４が、直流磁場部材２４が印加する直流磁場に応じて直流磁場部材２４に対して十分な引力を発生させることができなくなり、これにより、裏当て部材１４が、複合材料１の他方の面１ｂに沿って移動可能に支持されていない状態となり、平面台３に向けて落下してしまう場合がある。この場合には、制御部１８が一旦、加熱部材２２及び直流磁場部材２４をオフに切り替えて、改めて、裏当て部材１４がヘッド１２と対向した状態が維持できなくなった時点の位置において配置ステップＳ１２を実行し、順次、加熱ステップＳ１４、移動ステップＳ１６と処理を実行することで、第１の実施形態に係る複合材料成形方法を途中から再開することができる。

ここで、ヘッド１２が、ロボットアーム１６によって支持されている形態に限定されず、複合部材を自動で積層することで複合材料１を設ける図示しない自動積層装置において複合部材１を積層する積層ヘッド部で、複合材料１の一方の面に沿って移動可能に支持されている形態である場合、配置ステップＳ１２及び移動ステップＳ１６は、次のように部分的に変更される。この場合の配置ステップＳ１２は、積層ヘッド部で複合材料１の所定の領域を積層することで、ヘッド１２が、複合材料１の所定の領域に対し、複合材料１の厚さ方向に対向した状態に配置されることとなるステップとなる。この場合の移動ステップＳ１６は、積層ヘッド部による複合材料１の積層と、ヘッド１２の移動とが順次並行して、連続して実行するステップとなる。

また、ヘッド１２が、ヘッド１２を複合材料１の一方の面に沿って移動可能に支持する機構に対して着脱可能であり、携帯可能である形態である場合、配置ステップＳ１２、加熱ステップＳ１４及び移動ステップＳ１６は、次のように部分的に変更される。この場合の配置ステップＳ１２は、ヘッド１２を、様々な形状に成形された後の複合材料１の部分に沿って移動可能に支持する支持部に取り付けるか、あるいは、様々な形状に成形された後の複合材料１の部分に向けて手動で配置するステップとなる。この場合の加熱ステップＳ１４は、複合材料１に熱可塑性樹脂が含まれる場合、様々な形状に成形された後の複合材料１の部分を加熱することで、この部分の熱可塑性樹脂を再反応させることで、この部分を再成形して、この部分を修理することができるステップとなる。この場合の移動ステップＳ１６は、ヘッド１２を、様々な形状に成形された後の複合材料１の部分に移動させるステップとなる。

第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法は、以上のような構成を有するので、ヘッド１２と裏当て部材１４とで複合材料１の対向する領域を複合材料１の厚さ方向に挟み込むことで加圧しながら、ヘッド１２の加熱部材２２で加熱することができるとともに、直流磁場部材２４と磁場応答部材３４との間に働く引力によりヘッド１２と裏当て部材１４とが同期して移動することができるため、成形コアのような型を必要とせずに複合材料１を成形することができる。これにより、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法は、複合材料１のサイズが大きい場合でも、成形にかかるコストを低減することができる。また、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法は、複合材料１の成形する形状を自由にすることができる。

第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法は、ヘッド１２を複合材料１の一方の面１ａに沿って移動可能に支持するヘッド支持部としてのロボットアーム１６をさらに含む。このため、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法は、ヘッド１２と裏当て部材１４との移動を自動で制御することができるので、複合材料１のサイズが大きい場合でも、成形にかかるコストをさらに低減することができる。

第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法は、ヘッド１２が、複合部材１を自動で積層することで複合材料１を設ける自動積層装置において複合部材１を積層する積層ヘッド部で、複合材料１の一方の面に沿って移動可能に支持されていることが好ましい。この場合、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法は、複合部材１を積層して複合材料１を設ける処理と、複合材料１を成形する処理と、を連続して実行することができるので、複合材料１の成形の精度を高めることができる。

第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法は、ヘッド１２が、ヘッド１２を複合材料１の一方の面に沿って移動可能に支持する機構に対して着脱可能であり、携帯可能であることが好ましい。この場合、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法は、様々な形状に成形された後の複合材料１の部分的な修理としての複合材料１の成形にも好適に使用することができるので、複合材料１の修理にかかるコストを低減することができる。

第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法は、加熱部材２２が、ヘッド１２の複合材料１の一方の面１ａと対向する面１２ａにおける中央領域に設けられ、直流磁場部材２４が、ヘッド１２の複合材料１の一方の面１ａと対向する面１２ａにおける端部領域に設けられている。このため、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法は、直流磁場部材２４と磁場応答部材３４とが端部領域に設けられているため、周囲の空気により好適に冷却できるので、直流磁場部材２４と磁場応答部材３４との間に働く引力を保持しやすくすることができる。また、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法は、直流磁場部材２４と磁場応答部材３４との間に働く引力を端部領域で発生させるため、ヘッド１２と裏当て部材１４との対向した状態をより高い精度で安定して、維持することができる。また、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法は、ヘッド１２の中央領域で加熱するため、加熱温度をより高い精度で安定して、維持することができる。

第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法は、加熱部材２２の加熱温度と、直流磁場部材２４の直流磁場とを制御する制御部１８と、をさらに有する。このため、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法は、加熱温度を好適に制御することができるとともに、ヘッド１２及び裏当て部材１４の温度に応じて直流磁場が変化しないように直流磁場を制御することができる。

第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法は、配置ステップＳ１２では、ヘッド１２を複合材料１の開放空間側の面１ａに沿って設け、裏当て部材１４を複合材料１の閉鎖空間側の面１ｂに沿って設け、移動ステップＳ１６では、ヘッド１２を複合材料１の開放空間側の面１ａに沿って移動させ、裏当て部材１４を複合材料１の閉鎖空間側の面１ｂに沿って移動させる。このため、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法は、複合材料１がさらに狭い空間部分を有する場合でも、成形コアのような型を必要とせずに複合材料１を成形することができるとともに、成形にかかるコストを低減することができる。

［第２の実施形態］
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０の要部の断面図である。図１２は、本発明の第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０の要部の別の断面における断面図である。図１１は、複合材料１の母線方向を含む断面における複合材料成形装置４０の要部の断面図である。図１２は、複合材料１の延びる方向の面及び図１１の紙面に概ね直交する方向に沿った、複合材料成形装置４０よりも複合材料１の頂点側を通過する断面における複合材料成形装置４０の要部の断面図である。第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０は、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０に対して、ヘッド１２及び裏当て部材１４の形状を変更したものである。なお、第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０は、他の構成については、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０と同様である。以下、第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０におけるヘッド４２及び裏当て部材４４について、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０におけるヘッド１２及び裏当て部材１４と区別するため、異なる符号を付して説明する。第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０は、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。

複合材料成形装置４０は、図１１及び図１２に示すように、ヘッド４２と、裏当て部材４４と、制御部１８と、を含む。複合材料成形装置４０は、第１の実施形態に係るヘッド支持部としてのロボットアーム１６をさらに含んでいる構成であるが、これに限定されず、複合部材１を自動で積層することで複合材料１を設ける自動積層装置において複合部材１を積層する積層ヘッド部でヘッド４２を支持する形態であってもよいし、ヘッド４２がヘッド４２を複合材料１の一方の面に沿って移動可能に支持する機構に対して着脱可能な形態であってもよい。

ヘッド４２は、図１１に示すように、加熱部材５２と、直流磁場部材５４と、を有する。また、ヘッド４２は、複合材料１の一方の面１ａと対向する面４２ａを有する。ヘッド４２は、図１１及び図１２に示すように、複合材料１の母線方向に延びて形成されており、面４２ａは、ヘッド４２の延びる方向に延びた長方形状に形成されている。ヘッド４２は、長方形状の面４２ａのうち母線方向の上下方向の対向する２辺における中央領域に、長方形状の加熱部材５２が設けられており、長方形状の面４２ａのうち母線方向に対向する２辺における端部領域に、長方形状の加熱部材５２を母線方向に挟み込むように直流磁場部材５４が設けられている。ヘッド４２、加熱部材５２及び直流磁場部材５４は、その他の構成については、第１の実施形態に係るヘッド１２、加熱部材２２及び直流磁場部材２４と同様である。

裏当て部材４４は、図１１に示すように、裏当てローラ６２と、磁場応答部材６４と、を有する。裏当てローラ６２は、移動方向に対して無端の形状であるローラ状に形成されている。詳細には、裏当てローラ６２は、裏当てローラ軸６６が概ね母線方向に沿って配置され、裏当てローラ軸６６の延びる方向に延びて形成された円柱状のローラである。裏当てローラ６２は、裏当てローラ軸６６を中心に回転しながら、複合材料１の他方の面１ｂに沿って、母線方向に概ね直交する方向に移動する。磁場応答部材６４は、裏当てローラ６２のうち裏当てローラ軸６６の両端に、裏当てローラ６２を裏当てローラ軸６６方向に挟み込むように設けられている。磁場応答部材６４は、ローラ状に形成されておらず、裏当てローラ６２が裏当てローラ軸６６を中心に回転しながら複合材料１の他方の面１ｂに沿って移動する際に、複合材料１の他方の面１ｂに沿って滑りながら移動する。

裏当て部材４４は、複合材料１の他方の面１ｂと対向する面４４ａを有する。裏当て部材４４は、図１１及び図１２に示すように、母線方向に延びて形成されており、面４４ａは、裏当て部材４４の延びる方向に延びた裏当てローラ６２による接面と、裏当てローラ６２による接面の延びる方向の両端部に設けられた磁場応答部材６４による接面と、を有して形成されている。裏当て部材４４、裏当てローラ６２及び磁場応答部材６４は、その他の構成については、第１の実施形態に係る裏当て部材１４、裏当て板３２及び磁場応答部材３４と同様である。

なお、裏当て部材４４は、裏当てローラ６２が、移動方向に対して無端の形状であるローラ状に形成されているが、これに限定されず、磁場応答部材６４以外の部分が、移動方向に対して無端の形状であるその他のいかなる形状に形成されていてもよい。例えば、裏当て部材４４は、磁場応答部材６４以外の部分が、クローラ状に形成されていてもよい。クローラ状に形成された裏当て部材４４は、磁場応答部材６４以外の部分が、無端のベルトと、無端のベルトの内側に平行に配列された複数のローラと、を有する構成が例示され、この場合、無端のベルトの回転に伴って複数のローラが回転しながら、複合材料１の他方の面１ｂに沿って、複数のローラの軸の方向に概ね直交する方向に移動する。クローラ状に形成された裏当て部材４４は、裏当てローラ６２を有する場合と比較して、複合材料１の他方の面１ｂと対向する面が広くなるので、より広範囲に安定に加圧することができる。

第２の実施形態に係る制御部１８は、第１の実施形態に係る制御部１８に対し、制御する部材が加熱部材２２及び直流磁場部材２４から加熱部材５２及び直流磁場部材５４に変更されたものである。第２の実施形態に係る制御部１８は、他の構成については、第１の実施形態に係る制御部１８と同様である。

以上のような構成を有する第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０の作用について以下に説明する。第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０によって実行される処理方法である第２の実施形態に係る複合材料成形方法は、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０によって実行される複合材料成形方法に対して、移動ステップＳ１６が次のように変更された構成である。第２の実施形態に係る移動ステップＳ１６では、第１の実施形態に係る移動ステップＳ１６において裏当て部材１４をヘッド１２に追従して滑りながら移動させることを、裏当て部材４４のうち磁場応答部材６４についてはヘッド４２に追従して滑りながら移動させ、裏当て部材４４のうち裏当てローラ６２についてはヘッド４２に追従して裏当てローラ軸６６を中心に回転しながら移動させることに変更したものである。また、裏当て部材６４の磁場応答部材６４以外の部分がクローラ状に形成されている場合、第２の実施形態に係る移動ステップＳ１６では、裏当て部材４４のうち磁場応答部材６４についてはヘッド４２に追従して滑りながら移動させ、裏当て部材４４のうち磁場応答部材６４以外の部分についてはヘッド４２に追従して無端のベルトの回転に伴って複数のローラが回転しながら移動させることに変更したものである。

第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０及び複合材料成形装置４０による複合材料成形方法は、以上のような構成を有するので、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０及び複合材料成形装置１０による複合材料成形方法と同様の作用効果を奏する。加えて、第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０及び複合材料成形装置４０による複合材料成形方法は、複合材料１の他方の面１ｂに沿って移動可能な無端の形状に形成されている。ヘッド４２に追従する裏当て部材４４を円滑に移動させることができる。また、これにより、第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０及び複合材料成形装置４０による複合材料成形方法は、ヘッド４２と裏当て部材４４との対向した状態をより高い精度で安定して、維持することができる。

第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０及び複合材料成形装置４０による複合材料成形方法は、裏当て部材４４が、複合材料１の他方の面１ｂに沿って移動可能なローラ状に形成された裏当てローラ６２となっていることが好ましい。この場合、第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０及び複合材料成形装置４０による複合材料成形方法は、複合材料に対して安定した加圧をしながら、安定した裏当て部材の移動を実現することができる。

なお、第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０及び複合材料成形装置４０による複合材料成形方法では、裏当てローラ６２を１個有する裏当て部材４４と、裏当て部材４４に対応するヘッド４２とを有する構成としたが、これに限定されず、裏当てローラを複数配列した裏当て部材と、この裏当て部材に対応するヘッドとを有する構成とすることもできる。この場合、裏当て部材の複合材料１の他方の面１ｂと対向する面を大きくすることができるので、より効率よく複合材料１を成形することができる。

第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０及び複合材料成形装置４０による複合材料成形方法は、裏当て部材４４が、磁場応答部材６４以外の部分が、クローラ状に形成されていることが好ましい。この場合、第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０及び複合材料成形装置４０による複合材料成形方法は、複合材料に対して安定した加圧をしながら、安定した裏当て部材の移動を実現することができる。また、第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０及び複合材料成形装置４０による複合材料成形方法は、裏当てローラ６２を有する場合と比較して、複合材料１の他方の面１ｂと対向する面が広くなるので、より広範囲に安定に加圧することができる。

図１３は、本発明の第２の実施形態の変形例に係る複合材料成形装置７０の要部の断面図である。図１４は、本発明の第２の実施形態の変形例に係る複合材料成形装置７０の要部の別の断面における断面図である。図１３は、複合材料１の母線方向を含む断面における複合材料成形装置７０の要部の断面図である。図１４は、複合材料１の延びる方向の面及び図１３の紙面に概ね直交する方向に沿った、複合材料成形装置７０よりも複合材料１の頂点側を通過する断面における複合材料成形装置７０の要部の断面図である。本発明の第２の実施形態の変形例に係る複合材料成形装置７０は、第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０に対して、裏当て部材４４の構成を変更したものである。なお、第２の実施形態の変形例に係る複合材料成形装置７０は、他の構成については、第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０と同様である。以下、第２の実施形態の変形例に係る複合材料成形装置７０における裏当て部材７４について、第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０における裏当て部材４４と区別するため、異なる符号を付して説明する。第２の実施形態の変形例に係る複合材料成形装置７０は、第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０と同様の構成に第２の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。

複合材料成形装置７０は、図１３及び図１４に示すように、ヘッド４２と、裏当て部材７４と、制御部１８と、を含む。複合材料成形装置７０は、第１の実施形態に係るロボットアーム１６をさらに含んでいる構成である。裏当て部材７４は、図１３に示すように、裏当てローラ６２と、磁場応答部材８４と、を有する。磁場応答部材８４は、ローラ状に形成されている。詳細には、磁場応答部材８４は、裏当てローラ６２と同様に、回転軸を裏当てローラ軸６６として同軸に形成された円柱状のローラである。磁場応答部材８４は、裏当てローラ６２のうち裏当てローラ軸６６の両端に、裏当てローラ６２を裏当てローラ軸６６方向に挟み込むように設けられている。磁場応答部材８４は、図１４に示すように、直流磁場部材５４が印加する直流磁場と異なる極性が複合材料１の他方の面１ｂに向けられ、直流磁場部材５４が印加する直流磁場と同じ極性が裏当てローラ軸６６の内側に向けられて円柱状に形成された工業用の磁石が例示される。磁場応答部材８４は、裏当てローラ６２とともに裏当てローラ軸６６を中心に回転しながら複合材料１の他方の面１ｂに沿って移動する。

裏当て部材７４は、複合材料１の他方の面１ｂと対向する面７４ａを有する。裏当て部材７４は、図１３及び図１４に示すように、母線方向に延びて形成されており、面７４ａは、裏当て部材７４の延びる方向に延びた裏当てローラ６２による接面と、裏当てローラ６２による接面の延びる方向の両端部に設けられ、裏当てローラ６２による接面と同様の幅を有する磁場応答部材８４による接面と、を有して形成されている。裏当て部材７４及び磁場応答部材８４は、その他の構成については、第２の実施形態に係る裏当て部材４４及び磁場応答部材６４と同様である。

以上のような構成を有する第２の実施形態の変形例に係る複合材料成形装置７０の作用について以下に説明する。第２の実施形態の変形例に係る複合材料成形装置７０によって実行される処理方法である第２の実施形態の変形例に係る複合材料成形方法は、第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０によって実行される複合材料成形方法に対して、移動ステップＳ１６が次のように変更された構成である。第２の実施形態の変形例に係る移動ステップＳ１６では、第２の実施形態に係る移動ステップＳ１６において裏当て部材４４のうち磁場応答部材６４についてはヘッド４２に追従して滑りながら移動させ、裏当て部材４４のうち裏当てローラ６２についてはヘッド４２に追従して裏当てローラ軸６６を中心に回転しながら移動させることを、裏当て部材７４のうち裏当てローラ６２についても磁場応答部材８４についてもヘッド４２に追従して裏当てローラ軸６６を中心に回転しながら移動させることに変更したものである。

第２の実施形態の変形例に係る複合材料成形装置７０及び複合材料成形装置７０による複合材料成形方法は、以上のような構成を有するので、第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０及び複合材料成形装置４０による複合材料成形方法と同様の作用効果を奏する。加えて、第２の実施形態の変形例に係る複合材料成形装置７０及び複合材料成形装置７０による複合材料成形方法は、裏当て部材７４が、裏当てローラ６２の部分だけでなく、磁場応答部材８４の部分についても、複合材料１の他方の面１ｂに沿って移動可能なローラ状に形成されている。このため、第２の実施形態の変形例に係る複合材料成形装置７０及び複合材料成形装置７０による複合材料成形方法は、ヘッド４２に追従する裏当て部材７４をさらに円滑に移動させることができる。また、これにより、第２の実施形態の変形例に係る複合材料成形装置７０及び複合材料成形装置７０による複合材料成形方法は、ヘッド４２と裏当て部材７４との対向した状態をより高い精度で安定して、維持することができる。

なお、第２の実施形態の変形例に係る複合材料成形装置７０及び複合材料成形装置７０による複合材料成形方法では、第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０及び複合材料成形装置４０による複合材料成形方法と同様に、裏当てローラ６２を１個有する裏当て部材７４と、裏当て部材７４に対応するヘッド４２とを有する構成としたが、これに限定されず、裏当てローラを複数配列した裏当て部材と、この裏当て部材に対応するヘッドとを有する構成とすることもできる。この場合、第２の実施形態に係る複合材料成形装置４０及び複合材料成形装置４０による複合材料成形方法と同様に、裏当て部材の複合材料１の他方の面１ｂと対向する面を大きくすることができるので、より効率よく複合材料１を成形することができる。

また、第２の実施形態に対する変形は、裏当て部材４４が、磁場応答部材６４以外の部分が、クローラ状に形成されている形態に適用されてもよい。この場合も、第２の実施形態の変形例に係る複合材料成形装置７０及び複合材料成形装置７０による複合材料成形方法と同様の作用効果を奏する。

１ 複合材料
１ａ，１ｂ，１２ａ，１４ａ，４２ａ，４４ａ，７４ａ 面
２ フック
３ 平面台
１０，４０，７０ 複合材料成形装置
１２，４２ ヘッド
１４，４４，７４ 裏当て部材
１６ ロボットアーム
１８ 制御部
２２，５２ 加熱部材
２４，５４ 直流磁場部材
３２ 裏当て板
３４，６４，８４ 磁場応答部材
６２ 裏当てローラ
６６ 裏当てローラ軸

Claims (6)

1. 複合材料の一方の面に沿って移動可能に設けられており、前記複合材料の一方の面の対向する領域を加熱する加熱部材と、前記複合材料の一方の面の対向する領域に向けて直流磁場を発生させる直流磁場部材と、を有するヘッドと、
   前記ヘッドと前記複合材料を介して前記複合材料の厚さ方向に対向した状態で、前記直流磁場部材と対向する位置に設けられ、前記複合材料の対向する領域を介して前記直流磁場に応じて前記直流磁場部材に対して引力を発生させる磁場応答部材を有し、前記複合材料の他方の面に沿って移動可能に設けられている裏当て部材と、
   を含み、
   前記ヘッドと前記裏当て部材とは、前記複合材料の対向する領域を前記複合材料の厚さ方向に挟み込むことで加圧し、
   前記ヘッドが一方の面に沿って移動することに応じて、前記直流磁場部材と前記磁場応答部材との間に働く引力により、前記裏当て部材が前記ヘッドに追従して前記複合材料の他方の面に沿って移動し、
   前記加熱部材は、前記ヘッドの前記複合材料の一方の面と対向する面における中央領域に設けられ、前記複合材料に交流磁場を印加して前記複合材料の内部に渦電流を誘起することにより前記複合材料を加熱する交流磁場印加部材であり、
   前記直流磁場部材は、前記ヘッドの前記複合材料の一方の面と対向する面における端部領域に設けられていることを特徴とする複合材料成形装置。
2. 前記ヘッドを前記複合材料の一方の面に沿って移動可能に支持するヘッド支持部と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の複合材料成形装置。
3. 前記裏当て部材は、前記複合材料の他方の面に沿って移動可能な移動方向に対して無端の形状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複合材料成形装置。
4. 前記加熱部材の加熱温度と、前記直流磁場部材の直流磁場とを制御する制御部と、をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合材料成形装置。
5. 成形前の複合材料の所定の領域を介して、前記複合材料の一方の面の対向する面における中央領域に交流磁場を印加する交流磁場印加部材と、前記複合材料の一方の面の対向する面における端部領域に向けて直流磁場を発生させる直流磁場部材と、を有するヘッドと、前記複合材料の対向する領域を介して前記直流磁場に応じて前記直流磁場部材に対して引力を発生させる磁場応答部材を有する裏当て部材とを、前記直流磁場部材と前記磁場応答部材とが前記複合材料の厚さ方向に対向するように配置する配置ステップと、
   前記ヘッドと前記裏当て部材とで前記複合材料の厚さ方向に挟み込むことで加圧した前記複合材料の領域を、前記交流磁場印加部材により交流磁場を印加して前記複合材料の内部に渦電流を誘起することにより前記複合材料を加熱する加熱ステップと、
   前記加熱ステップと並行して実行され、前記配置ステップで配置した前記ヘッドを、前記複合材料の一方の面に沿って移動させることで、前記直流磁場部材と前記磁場応答部材との引力により、前記裏当て部材を前記ヘッドに追従して前記複合材料の他方の面に沿って移動させる移動ステップと、
   を含むことを特徴とする複合材料成形方法。
6. 前記配置ステップでは、前記ヘッドを前記複合材料の開放空間側の面に沿って設け、前記裏当て部材を前記複合材料の閉鎖空間側の面に沿って設け、
   前記移動ステップでは、前記ヘッドを前記複合材料の前記開放空間側の面に沿って移動させ、前記裏当て部材を前記複合材料の閉鎖空間側の面に沿って移動させることを特徴とする請求項５に記載の複合材料成形方法。

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