WO2017170480A1 - 高周波加熱装置および高周波加熱方法 - Google Patents

高周波加熱装置および高周波加熱方法 Download PDF

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heated
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high frequency
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潤 稲垣
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東レエンジニアリング株式会社
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    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/46—Dielectric heating
    • H05B6/54—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/80—Apparatus for specific applications

Definitions

  • the present invention relates to a high-frequency heating apparatus and a high-frequency heating method for heating an unheated object with electromagnetic waves belonging to a high-frequency band, and in particular, a reinforcing material made of a conductive material is dispersed in an insulating material such as a carbon fiber composite material.
  • the present invention relates to a high-frequency heating apparatus and a heating method suitable for heating an object to be heated having a structured structure.
  • Heating technology using electromagnetic waves such as high frequency and microwaves is widely used for heating, dissolution, heat treatment, adhesion, thawing, etc., as can be seen from the publication of various handbook-like books (Non-patent Document 1). Heating technology.
  • high frequency refers to electromagnetic waves in the range of 10 MHz to 100 MHz
  • microwave refers to electromagnetic waves of 2.45 GHz.
  • Japan only three frequencies of 13.56 MHz, 27.12 MHz, and 40.68 MHz are permitted to be used in Japan for various purposes such as heating in the high frequency band. (So-called ISM band frequency). Note that high frequencies other than these three frequency bands can be used for industrial purposes if measures are taken to reduce the leakage electromagnetic field strength to a specified value or less.
  • Heating by electromagnetic waves such as high-frequency waves and microwaves is due to the interaction between the electromagnetic wave and the substance represented by the formula (1).
  • 2 is also called a dielectric term, and indicates heat generation due to dielectric loss caused by the electric field of the applied electromagnetic wave.
  • 2 is also called a magnetic term, and induced heat generation due to Joule heat generation of eddy current generated in an object to be heated, which is mostly a conductor, due to an alternating magnetic field of an applied electromagnetic wave. It is a term which shows.
  • 2 is called a current term and represents Joule heat generation due to an electrostatic induction current generated by an electric field of an applied electromagnetic wave.
  • the case where the first term is dominant is called dielectric heating, and the case where the second term is dominant is sometimes called induction heating.
  • Dielectric heating is often used when the object to be heated is an insulator (dielectric), and is often used for the purpose of heating, drying, etc. of plastic, wood, paper, adhesives and the like.
  • dielectric heating of water molecules by a microwave of 2.45 GHz in a so-called microwave oven.
  • an object to be heated is disposed between a pair of electrodes facing each other, a high frequency is applied between both electrodes, and the object to be heated is made a high frequency dielectric. Many are heated.
  • the electrode shape is substantially flat in FIG. 1, the electrode shape can be changed according to the shape of the object to be heated, such as a curved surface of the electrode.
  • the induction heating is often a conductor to be heated, and heat treatment such as quenching to steel materials, melting and heating of materials in powder metallurgy, and the like are typical.
  • the following three points are considered as characteristics of heating by electromagnetic waves such as microwave and high frequency.
  • Feature 1 Rapid heating
  • heat energy from a heating source generally propagates slowly by conduction and convection.
  • heating by electromagnetic waves can be expressed as that energy required for heating is transmitted through the space at the speed of light in the form of electromagnetic waves, and is characterized by rapid heating.
  • Feature 2 Although the internal heating electromagnetic wave depends on the physical properties of the object to be heated, the object to be heated is absorbed and penetrated into the inside of the object and converted into thermal energy. Therefore, heating can be performed not only from the surface of the object to be heated but also from the inside.
  • Feature 3 Selective heating Depending on the physical properties of the object to be heated, there is a wavelength (frequency) selectivity of the absorbed electromagnetic wave. Accordingly, even a mixture of a plurality of substances can be selectively heated only by selecting a specific substance by selecting the wavelength of the electromagnetic wave.
  • Carbon fibers and carbon fiber composites have been used mainly in fields such as aerospace and sports leisure, taking advantage of their characteristics such as light weight, high strength, and high elastic modulus. It can be said that this field was applicable even if the material cost and production cost were somewhat high because of priority on performance and function.
  • carbon fiber and carbon fiber composite materials are expected to be applied to fields such as automobiles, energy-related, and general industrial machines from the viewpoint of weight reduction and energy saving, and can be mass-produced at lower cost. There is also a need for manufacturing and molding methods thereof. For low-cost and mass production of carbon fiber composite parts, it is essential to improve the production speed and molding speed, and one of the solutions is expected to be the use of thermoplastic resin.
  • Conventional carbon fiber composite materials are mainly in a form in which carbon fibers are dispersed and encapsulated in a thermosetting resin as a matrix resin typified by epoxy and the like, and are excellent in mechanical strength and elastic modulus,
  • a thermosetting resin as a matrix resin typified by epoxy and the like
  • mechanical strength and elastic modulus In the production of parts using it, it is necessary for the fields such as automobiles, energy-related, and general industrial machinery, such as a mainstream molding process and a heating process for several hours in a firing furnace called an autoclave. The production cost and productivity were not always sufficient.
  • the carbon fiber composite material using thermoplastic resin is slightly inferior in mechanical strength and elastic modulus, but because it is thermoplastic, it is particularly excellent in moldability and molding speed. Further, existing molding methods such as injection, extrusion and pressing And the apparatus can be used as it is or with minor changes.
  • thermoplastic carbon fiber composite material that requires moderate strength Consideration is progressing.
  • thermoplastic carbon fiber composite material As a method of molding a thermoplastic carbon fiber composite material, a method of molding a thermoplastic carbon fiber composite material previously heated to a softening point temperature or higher by a known molding method such as injection or pressing, and molding it into a desired shape There is.
  • thermoplastic carbon fiber composite material (often called a stampable sheet, a thermoplastic SMC (Sheet Molding Compound), LFT-D (Long Fiber Thermo-Direct), etc.) softening point temperature
  • a stampable sheet a thermoplastic SMC (Sheet Molding Compound), LFT-D (Long Fiber Thermo-Direct), etc.) softening point temperature
  • a thermoplastic carbon fiber composite material is molded by heating and pressing with a press machine like existing sheet metal pressing.
  • the preheating step is essential, but at present, the thermoplastic carbon fiber composite material is often heated using a method such as atmospheric heating or infrared heating.
  • the preheating temperature must be higher than the softening temperature of the thermoplastic resin, but even the most common nylon (polyamide) resin requires at least about 250 ° C., and it takes time to heat to this desired temperature. There was a problem.
  • thermoplastic stampable sheet For example, press molding of the above-mentioned thermoplastic stampable sheet is often possible in a time of about 1 minute, but the conventional atmosphere heating and infrared heating often take more time. As a result, there is a problem that the throughput through the processes from preheating to molding is limited by the preheating process.
  • a plurality of preheating devices are assigned to one press device, and the plurality of preheating devices are operated in parallel, so that the preheating process is made in time for the molding speed of the press device.
  • the initial investment cost increases and a large installation space is required.
  • thermoplastic resin may decompose or deteriorate (deteriorate) such as vaporization of low molecular weight components.
  • Preheating should be performed within the optimum temperature range (optimum temperature range). is required.
  • infrared rays and atmosphere heating are basically heating from the surface, and a temperature difference often occurs between the surface and the inside of the thermoplastic carbon fiber composite during heating (Non-patent Document 2).
  • Thermoplastic resins have lower thermal conductivity than metals. For this reason, even if the surface reaches the optimum temperature range, the inside may not reach the optimum temperature lower limit. Conversely, when the inside reaches the optimum temperature range, the surface may exceed the optimum temperature range upper limit.
  • the temperature difference between the surface and the interior is basically preferable to reduce the temperature difference between the surface and the interior as much as possible by lowering the output of the heating source and heating slowly over time.
  • the output of the heat source, and in the infrared heating the output of the infrared lamp needs to be lowered to heat for a long time, resulting in a problem that the heating time becomes long after all.
  • thermoplastic carbon fiber which is a component of a thermoplastic carbon fiber composite material
  • thermoplastic resin the absorption capacity of microwaves is overwhelmingly larger for carbon fibers, and only carbon fibers are instantaneous when irradiated with microwaves. It may be heated so rapidly that it may exceed the optimum temperature range. As a result, there is a problem that the thermoplastic resin is excessively heated at the interface between the carbon fiber and the thermoplastic resin that is the matrix material, and the aforementioned deterioration occurs.
  • Non-patent Document 3 As a countermeasure, there is an attempt to reduce this influence by dispersing a filler having high thermal conductivity in the thermoplastic resin (Non-patent Document 3). However, the manufacturing method becomes complicated due to dispersion of the filler, and the material itself. Leads to the problem of cost increase.
  • microwave heating has a problem that it is difficult to uniformly heat an object having a relatively large area such as a plate shape or a sheet shape.
  • a high-frequency wave having a frequency of 1 MHz to 100 MHz is applied to a heated object having a structure in which a conductive reinforcing material is dispersed in an insulating resin matrix.
  • a high-frequency heating apparatus characterized by heating a heated object.
  • the object to be heated is disposed between a pair of opposed electrodes, and a high frequency of 1 MHz to 100 MHz generated by a high frequency generator between both electrodes.
  • a high-frequency heating apparatus is provided, in which the object to be heated is heated by applying a voltage.
  • the object to be heated has a plate-like or sheet-like shape
  • the pair of electrodes has the plate-like or sheet-like shape.
  • the pair of electrodes is at least part of a time during which the high frequency generated from the high frequency generator is applied between the pair of electrodes. At least one of the surfaces and the object to be heated are in a non-contact state.
  • the pair of electrodes is at least part of a time during which the high frequency generated from the high frequency generator is applied between the pair of electrodes.
  • a high-frequency heating device characterized in that an insulating material exists between at least one of the surfaces and the object to be heated.
  • a high-frequency heating device characterized in that at least a part of the reinforcing material is carbon fiber.
  • a high-frequency heating device characterized in that the reinforcing material is randomly oriented in the object to be heated.
  • a high-frequency heating device characterized in that the high-frequency frequency is in the range of 13 MHz to 41 MHz.
  • an object to be heated having a structure in which a conductive reinforcing material is dispersed in an insulating resin matrix is applied with a high frequency of 1 MHz to 100 MHz.
  • a high-frequency heating method is provided, which is applied to heat the object to be heated.
  • both the carbon fiber and the thermoplastic resin which are constituent elements of the thermoplastic composite material, can be heated to the same extent. That is, it is possible to reduce excessive heating at the interface between the carbon fiber and the thermoplastic resin and deterioration of the thermoplastic resin due to the heating compared with the microwave.
  • high frequency heating a method of placing and heating a plate-like or sheet-like flat plate-like heating object between a pair of flat plate-like counter electrodes is widely used. It can also be expected that it is suitable for heating a large area thermoplastic carbon fiber composite. Furthermore, high-frequency heating has been widely applied to heating so-called dielectric materials such as wood and thermoplastic resins as heating objects. Further, in heating these dielectrics, it is usual that no gap is provided between the object to be heated and the electrode, and the electrode and the object to be heated are in close contact. This is considered to be because, generally, the gap acts as a capacitive component and the high-frequency propagation is inhibited.
  • the present inventors examined in detail the high-frequency heating phenomenon of a heating object in which a conductive substance is dispersed in a dielectric pair such as a carbon fiber composite material, in such a heating object, the cause is Although it is not certain, it has been found that heating can be performed without any problems even if a slight gap is provided between the electrodes. This can be expected to have the following advantages.
  • the electrode and the object to be heated are usually in contact with each other. Therefore, for example, when a flaw, a dent, or a foreign matter adheres to the electrode surface, the object to be heated Due to the transfer of the surface of the object, defects such as protrusions, dents, and foreign matter may occur on the surface.
  • carbon fiber composite materials In carbon fiber composite materials, some protrusions, dents, foreign matter adhesion, etc. present on the surface are often negligible without affecting their mechanical properties, but in recent years, carbon fiber composite materials have been For example, it may be applied to a member that requires design and design such as an automobile body exterior.
  • thermoplastic carbon fiber composites have a great demand for application. In parts that require such design and design, surface protrusions, dents, and foreign matter are fatal, and there are voids between the electrode and the object to be heated. High frequency heating that can be performed is suitable.
  • the schematic diagram of the preheating device 1 according to the present invention is shown in FIG.
  • a pair of opposed heating electrodes 10 (the opposed surfaces are heating surfaces referred to in the present invention, and an object to be heated 11 is disposed between them.
  • the heating electrode 10 is made of a conductive material, and one (lower side in the figure)
  • the heating electrode (lower electrode 2) is electrically insulated and grounded from the casing 12 of the heating apparatus 1.
  • the other electrode (referred to as the upper electrode 3) is also electrically connected from the casing 12 of the preheating apparatus 1 and the like.
  • a high-frequency power source 6 electromagtic wave generation source
  • As the conductive material of the heating electrode 10, aluminum alloy, stainless steel, etc. can be used. .
  • the lower electrode 2 is fixed to the casing 12 of the preheating device 1 via an insulating member 4, and the upper electrode 3 can be moved up and down with respect to the lower electrode 2 by an electrode lifting device 9 as indicated by an arrow A in the figure. It has become.
  • Both the upper electrode 2 and the lower electrode 3 have a heater and a temperature measuring element (not shown) inside, and the entire electrode (that is, the heating surface) is heated to a desired temperature by a temperature control device (not shown).
  • the heating temperature of the electrode is preferably not less than the softening start temperature of the thermoplastic resin in the article to be heated 11 and not more than the upper limit of the optimum heating range. Within this temperature range, no matter how long the object to be heated 11 is in contact with the upper electrode 2 or the lower electrode 3, the temperature of the object to be heated 11 does not exceed the upper limit of the optimum heating range.
  • the object to be heated 11 is placed on the lower electrode 2.
  • the upper electrode 3 is lowered by the electrode elevating device 9 and faces the object 11 to be heated with a predetermined gap.
  • a high frequency is oscillated from the high frequency power source 6.
  • the object to be heated 11 is heated by heat transfer from the lower electrode 3, heat radiation from the upper electrode, and heating from the inside due to the applied high frequency.
  • the upper electrode 3 After the elapse of a predetermined heating time or when the object to be heated 11 reaches the optimum temperature range from the measurement result of a temperature measuring device (not shown) of the object to be heated 11 provided separately, the upper electrode 3 is separated upward. At the same time, high-frequency oscillation is also stopped.
  • Example 2 Examples of the present invention will be described below.
  • a preheating device a device made by Yamamoto Vinita Co., Ltd. and modified from a compact high-frequency welder YRP-400T-RC was used.
  • the apparatus has a high frequency oscillation frequency of 40.68 MHz and a maximum output of 400 W.
  • the heating electrode is made of aluminum and has a size of 85 mm wide ⁇ 55 mm long ⁇ 15 mm thick.
  • a sheathed heater (200 W) and a temperature sensor are incorporated inside, and the heating surface temperature can be maintained at a maximum of 300 ° C.
  • the upper electrode is directly connected to the ROBO Cylinder (registered trademark), and can be moved up and down by arbitrarily setting a start position, a stop position, timing, moving speed, and the like.
  • the optimum heating temperature range of the stampable sheet is a lower limit of 250 ° C. and an upper limit of 290 ° C.
  • FIG. 2 shows an example of a temperature profile when a sample obtained by cutting this stampable sheet into 80 mm ⁇ 50 mm is heated by the preheating device.
  • the high-frequency oscillation output at this time is 200 W, and the electrode heating temperature is 250 ° C.
  • the upper electrode descends and comes into contact with the stampable sheet.
  • high-frequency oscillation starts.
  • the upper electrode separates and simultaneously stops high-frequency oscillation. To do.
  • the heating device incorporates an automatic matching tracking circuit and a reflected wave measuring circuit, and the reflected wave energy during high-frequency oscillation is 2 W or less (that is, the matching efficiency is 99% or more).
  • the matching efficiency may be 100%.
  • the temperature was measured by combining a fluorescent fiber optic thermometer FL-2000 manufactured by Anri Keiki Co., Ltd. and a fluorescent fiber optic thermometer probe FS-1M. As shown on the right side of FIG. 2, the diameter of the stamped sheet was 1.8 mm. Measurement is performed by inserting the probe into a small hole having a depth of 15 mm.
  • the broken line in the figure is the temperature profile when heating is performed without high-frequency oscillation, that is, only by heat transfer from the heating electrode.
  • the temperature difference between the two about 70 ° C. around 70 s
  • the temperature difference between the two can be said to be the effect of heating by high frequency.
  • the white circles (without high-frequency oscillation) and black circles (with high-frequency oscillation) in the figure are measured with a radiation thermometer (THI-500, manufactured by TASCO) immediately after the upper electrode is separated from the upper electrode in 70 s. It is. Those applied with high frequency are considered to show that the temperature difference between the measurement with the temperature probe is small and the temperature difference between the inside and the surface is small, that is, the effect of internal heating by high frequency is exhibited.
  • TTI-500 radiation thermometer
  • the alternate long and short dash line indicates a case where a high-frequency oscillation is provided and a gap of 0.5 mm is provided between the upper electrode and the sample. Although the temperature reached is slightly lower than that without voids, heating is performed.
  • FIG. 3 shows the heating results at different frequencies. Measurement was performed by replacing the high-frequency power source, matching circuit, and the like of the preheating device of the example. The electrode is not heated. Although only 27.12 MHz has a slight temperature rise, it can be seen that heating is performed at any frequency. Equivalent temperature when stampable sheets of the same size are heated with the conventional atmosphere heating (manufactured by Yamato Kagaku Co., Ltd., vacuum drying furnace DP-21 is used at 260 ° C, normal pressure, built-in heater 680W) It took 4-5 minutes to reach the expanded state.
  • the preheating device according to the present invention is less likely to cause a temperature difference between the surface and the interior than the heating device according to the prior art, and the stampable sheet can be preheated.
  • heating is possible even if a gap is provided between the stampable sheet and the electrode. This means that, for example, when the present heating device is applied to the preheating of a member that requires the above-described designability and designability, heating is performed by providing a gap on the side where the designability and designability are required. It is shown to be possible and preferred.
  • the effect of heating by electrode heating is also large as shown in FIG.
  • the degree of influence of the scratches, dents, foreign matter adhesion, etc. on the electrode surface described above may become significant when the sample is heated to some extent, for example, when it begins to soften. Therefore, until the sample reaches the softening point, the electrode and the sample are brought into close contact with each other and the effect of electrode heating is also actively used. After reaching the softening point, a gap is provided to allow scratches, dents, adhesion of foreign matters, etc. It is also possible to reduce the impact of the operation.
  • a sample such as carbon fiber itself or a carbon fiber composite material such as a stampable sheet in this preheating device
  • local leak or spark may occur between the electrode and the sample depending on the composition of the sample. is there.
  • a material for the insulating layer a material having excellent heat resistance and being less likely to be heated at a high frequency and having a small dielectric loss is preferable.
  • fluorine-based resins such as PTFE (registered trademark name Teflon), polyamide-based resins (registered trademark name Kapton, etc.), PPS resins, inorganic materials such as ceramics, and the like are preferable.
  • a sheet or film material made of these may be sandwiched between the sample and the electrode, or the electrode itself may be coated with a fluorine-based resin, ceramic, or the like.
  • leaks and sparks are more frequently generated between the lower electrode that is grounded than the upper electrode and the sample, and an insulating layer is provided only between the lower electrode and the sample. Is preferred.
  • the insulating layer may be closely attached to the electrode, and a gap may be provided between the insulating layer and the sample.
  • the insulating layer is closely attached to the sample, and the insulating layer and the electrode may be provided. A space may be provided between them.
  • the stampable sheet which is a carbon fiber composite material
  • a high frequency of 10 MHz-100 MHz At this time, it is an interesting problem which of the carbon fiber and the nylon 6-based resin, which are constituent elements of the stampable sheet, is mainly heated.
  • FIG. 4 shows the result of heating carbon fiber, carbon fiber composite material, and resin from room temperature (20 to 22 ° C.) using the preheating device of the example under the conditions of 40.68 MHz, 200 W, 30 seconds, and no electrode heating. .
  • the sample surface after heating was measured with the above-mentioned radiation thermometer.
  • the size, shape, mass, and physical properties (carbon fiber content, specific heat, thermal conductivity, etc.) of each sample are different and of course not a quantitative comparison, but it is certain that all materials are heated. That is, when the carbon fiber composite material is heated at a high frequency, it is considered that both the carbon fiber and the resin are heated by the high frequency to some extent.
  • the high frequency region used in the present invention As shown in FIG. 4, carbon fiber alone does not ignite, and relatively gentle heating is possible.
  • the high frequency band is considered to be more suitable than the microwave band.
  • thermoplastic carbon fiber composite material an example of application to a thermoplastic carbon fiber composite material has been shown.
  • the present invention is not limited to this, and the matrix resin can be used regardless of whether it is thermosetting or thermoplastic.
  • metal fibers can be used as the reinforcing material.
  • the effect of this invention can be anticipated if the surface has coat

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Abstract

炭素繊維複合材料など絶縁性材料中に導電性材料からなる強化材を内包分散させた構造を有する被加熱物を予備加熱するに際して、短時間かつ均一に加熱することが可能な高周波加熱装置及び加熱方法を提供すること。具体的には、絶縁性樹脂マトリクス中に導電性の強化材を分散させた構造を有する被加熱物に、１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の周波数の高周波を印加して該被加熱物を加熱することを特徴とする高周波加熱装置及び加熱方法を提供する。

Description

高周波加熱装置および高周波加熱方法
　本発明は、高周波帯に属する電磁波により非加熱物を加熱する高周波加熱装置および高周波加熱方法に関わるものであり、とくに炭素繊維複合材料など絶縁性材料中に導電性材料からなる強化材を内包分散させた構造を有する被加熱物の加熱に適する高周波加熱装置及び加熱方法に関わるものである。
　高周波、マイクロ波など電磁波による加熱技術は、各種ハンドブック的書籍（非特許文献１）が発刊されていることからも分かるようにように、加熱、溶解、熱処理、接着、解凍などを目的に遍く用いられている加熱技術である。
　なお、本明細書に於いては、高周波とは特に断らない限り1０ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲の電磁波をいい、マイクロ波とは２．４５ＧＨｚの電磁波のこととする。
　高周波帯において、各種産業用途において加熱等の目的で使用される周波数は、日本国内においては実質的には１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ，４０．６８ＭＨｚの３周波数のみがその使用が認められている（いわゆるＩＳＭバンド周波数）。尚、この３周波数帯以外の周波数の高周波も漏洩電磁界強度が規定値以下となるような対策を施せば、産業用途として使用可能である。
　高周波、マイクロ波など電磁波による加熱は、式（１）で示される電磁波と物質の相互作用によるものである。
　Ｐ＝πｆε０εr”｜Ｅ｜２＋πｆμ０μr”｜Ｈ｜２＋（１／２）σ｜Ｅ｜２　　（１）
　ここで、
Ｐ：単位体積あたりのエネルギー損失（＝発熱量）[Ｗ／ｍ３]
　π：円周率
ｆ：電磁波の周波数[ｓ－１]
ε０：真空の誘電率［Ｆ／ｍ］
εr”：物質の誘電損失［Ｆ／ｍ］
Ｅ：電磁波の電場［Ｖ／ｍ］
μ０：真空の透磁率［Ｈ／ｍ］
μr”：物資の磁気損失［Ｈ／ｍ］
Ｈ：電磁波の磁場［Ａ／ｍ］
σ：物質の電気伝導度［Ｓ／ｍ］
である。
　式（１）において、πｆε０εr”｜Ｅ｜２　　と記されている第１項は誘電項とも呼ばれ、印加される電磁波の電界によって生じる誘電損失による発熱を示す。
また、πｆμ０μr”｜Ｈ｜２　と記されている第２項は磁性項ともよばれ、印加される電磁波の交番磁界によって、多くは導電体である被加熱物に生じる渦電流のジュール発熱による誘導発熱を示す項である。
更に、（１／２）σ｜Ｅ｜２　と記されている第３項は電流項と呼ばれ、印加される電磁波の電界によって生じる静電誘導電流によるジュール発熱を表す。
　第１項が支配的な場合を誘電加熱と呼び、第２項が支配的な場合を誘導加熱と呼ぶ場合もある。
　誘電加熱は、被加熱物が絶縁体（誘電体)の場合に多く用いられ、プラスチック、木材、紙、接着剤等の加熱、乾燥などの目的で用いられることが多い。いわゆる電子レンジでの２．４５ＧＨｚのマイクロ波による水分子の誘電加熱はその代表例である。
　高周波を用いた誘電加熱装置の形態としては、図１に概略示すように、対向する一対の電極間に被加熱物を配置し、両電極間に高周波を印加して、被加熱物を高周波誘電加熱する形態のものが多い。電極形状は図１では略平板状となっているが、電極面を曲面等で構成する等、被加熱物の形状に合わせて、電極形状を変更することも可能である。
　一方、誘導加熱は、被加熱物が導電体の場合が多く、鉄鋼材料への焼入れ等の熱処理、粉末冶金における材料の溶解、加熱などが代表的なものである。
　尚、電磁波による加熱方法で、第３項（電流項）が支配的となっている応用例は少ない。
　マイクロ波、高周波など電磁波による加熱の特徴として次の３点が考えられる。
　特徴１：急速加熱
一般的な加熱方法は、輻射加熱を除けば加熱源からの熱エネルギーが伝導、対流によって、いわばゆっくりと伝播してくるのが普通である。これに対し、電磁波による加熱は加熱に要するエネルギーが電磁波の形態で空間を光速で伝達して来るとも表現でき、急速な加熱が出来るのが特徴のひとつである。
　特徴２：内部加熱
電磁波は被加熱物の物性にも因るが、その内部に浸透、透過しながら被加熱物吸収され、熱エネルギーに変換される。したがって、加熱を被加熱物の表面からだけでなく内部から行なうことも可能である。
　特徴３：選択加熱
被加熱物の物性によって、吸収される電磁波の波長（周波数）選択性がある。よって、複数の物質の混合物であっても、電磁波の波長を選択すれば特定の物質だけを選択的に加熱することも可能である。
　さて、このような高周波、マイクロ波などの電磁波により炭素繊維そのものや、炭素繊維複合材（いわゆるＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ　Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｐｌａｓｔｉｃ）を加熱しようとする試みがなされている。
　炭素繊維及び炭素繊維複合材は、軽量、高強度、高弾性率といった特性を生かして、航空宇宙、スポーツレジャーといった分野で主に用いられてきていた。この分野は、性能、機能優先のため材料コスト、生産コストが多少高くても通用する分野であったと言える。
　現在、軽量化、省エネルギーといった観点から、自動車、エネルギー関連、一般産業機械といった分野への炭素繊維及び炭素繊維複合材の応用が期待されており、より低コストで大量生産が可能な炭素繊維複合材およびその製造、成型方法が求められている。炭素繊維複合材部品の低コスト、大量生産に当たってはその生産速度、成型速度の向上が必須であり、その解決策のひとつとして期待されているのが熱可塑性樹脂の採用である。
　従来の炭素繊維複合材は、エポキシ等に代表されるマトリクス樹脂としての熱硬化性樹脂中に炭素繊維を分散等させて内包させた形態が主流であり、機械的強度や弾性率に優れるものの、それを用いた部品製造に当たっては、人手が主流の成型工程、オートクレーブと称する焼成炉内で数時間にも渡る加熱工程が必要であるなど、自動車、エネルギー関連、一般産業機械といった分野に対しては、必ずしもその生産コスト、生産性は十分なものではなかった。
　一方、熱可塑性樹脂による炭素繊維複合材料は、機械的強度や弾性率はやや劣るものの、熱可塑性であることから特に成型性、成型速度に優れ、さらに、既存の射出、押出、プレスといった成型方法や装置がそのまま、或いは軽度の変更で使用可能であるといった特長も有する。
　特に大量生産が要求される自動車及び自動車部品用途において、既存の射出成型方法、装置やプレス成型方法、装置が転用等できるメリットは大きく、そこそこの強度で済む部材の熱可塑性炭素繊維複合材の適用検討が進んでいる。
　熱可塑性炭素繊維複合材の成型方法の一つとしてとして、あらかじめ軟化点温度以上に加熱した熱可塑性炭素繊維複合材を射出やプレスといった公知の成型方法で成型して、所望の形状に成型する方法がある。
　一例として、シート状または板状の熱可塑性炭素繊維複合材（スタンパブルシート、熱可塑性ＳＭＣ（Ｓｈｅｅｔ　Ｍｏｌｄｉｎｇ　Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ＬＦＴ－Ｄ（Ｌｏｎｇ　Ｆｉｂｅｒ　Ｔｈｒｅｍｏ－Ｄｉｒｅｃｔ）などと呼ばれることが多い）を軟化点温度以上に加熱し、既存の板金プレス加工のようにプレス機械でプレス加工して熱可塑性炭素繊維複合材を成型する方法が考案されている。　
エレクトロヒートハンドブック　一般社団法人日本エレクトロヒートセンター編　第１版第１冊　２０１５．９．２５刊 石川県工業技術試験所　平成24年度研究方向vol.24 公益法人日本化学会主催　日本化学会秋季事業　第4回CSJ化学フェスタ2014予行集講演番号H2-08
　上述したように、熱可塑性炭素繊維複合材の成型においてはその予備加熱の工程が必須であるが、現状では、雰囲気加熱や赤外線加熱等の方式を用いて加熱することが多い。予備加熱の温度は熱可塑性樹脂の軟化温度以上が必須であるが、最も一般的なナイロン（ポリアミド）系樹脂でも最低２５０℃程度は必要であり、この所望の温度まで加熱するのに時間がかかるという問題があった。
　たとえば、前述の熱可塑性スタンパブルシートのプレス成型は１分程度の所要時間で可能である場合が多いが、従来技術における雰囲気加熱や赤外線加熱では、それ以上の時間がかかることが多い。この結果として予備加熱から成型までの工程を通してのスループットが、予備加熱工程で律速されるという問題があった。
　このため、プレス装置１台に対して予備加熱装置を複数台割り当て、該複数の予備加熱装置を並行して稼動させることで、プレス装置の成型速度に予備加熱工程を間に合わさせるといったことも行われていたが、その結果、複数の予備加熱装置が必要となるため、初期投資コストが増大したり、広大な設置スペースが必要となるといった問題も発生していた。
　さらに、予備加熱温度が高すぎると熱可塑性樹脂が分解したり低分子量成分が気化するなどの変質（劣化）を起こす場合があり、予備加熱は最適な温度範囲（最適温度範囲）に加熱することが必要である。
　従来技術における、赤外線や雰囲気加熱は基本的に表面からの加熱であり、加熱時に熱可塑性炭素繊維複合材の表面と内部で温度差が生じる場合が多い（非特許文献２）。
　熱可塑性樹脂は金属等に比べれば熱伝導性は低い。このため表面が最適温度範囲内に達したとしても内部は最適温度下限にも達しない場合が発生する。又、逆に内部が最適温度範囲に到達したときには、表面は最適温度範囲上限を超えてしまう場合もある。
　この問題を軽減するためには、基本的には加熱源の出力を下げ、かつ時間をかけてゆっくり加熱することで、表面と内部の温度差を極力小さくするのが好ましい。雰囲気温度に於いては熱源の出力、赤外線加熱に於いては赤外線ランプの出力を下げ、長時間加熱することが必要となり、結局のところ加熱時間が長くなるという問題に帰結する。
　又、被加熱物であるスタンパブルシートの温度をモニタしながら、適宜加熱源の出力を調整する等の手段も可能であるが、加熱装置が複雑、高価になり、かつその操作、制御も煩雑になるという問題も発生する
　そこで、電磁波による加熱の特長である、特長１：急速加熱、および特長２：内部加熱の効果を期待し、これら加熱時間の問題、表面と内部での温度差の問題を解決すべく、電磁波による加熱を予備加熱へ適用しようとする検討が行われている。
　しかしながら、電磁波加熱の一つであるマイクロ波加熱に於いては、確かにこれらの効果は期待できるものの、電磁波による加熱の第３の特長である選択加熱の効果が逆に弊害をもたらす場合が多い。即ち、熱可塑性炭素繊維複合材料の構成要素である炭素繊維と熱可塑性樹脂を比較すると、マイクロ波の吸収能は圧倒的に炭素繊維のほうが大きく、マイクロ波の照射によって炭素繊維のみが瞬間的といってよいほど急速に加熱され前記の最適温度範囲を超えてしまう場合がある。結果、炭素繊維とマトリクス材である熱可塑性樹脂の界面において熱可塑性樹脂が過剰に加熱され、前述の劣化は発生するという問題が存在する。
　この対策として、熱可塑性樹脂中に熱伝導率の高いフィラーを分散させることでこの影響を低減しようとする試みもあるが（非特許文献３）、フィラーの分散などによる製法の煩雑化、材料自体のコストアップという問題に繋がる。
　また、一般的にマイクロ波加熱は、板状、シート状など比較的大面積の対象物を均一に加熱することは難しいという問題もある。
　前記課題を解決するために、本発明によれば絶縁性樹脂マトリクス中に導電性の強化材を分散させた構造を有する被加熱物に、１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の周波数の高周波を印加して該被加熱物を加熱することを特徴とする高周波加熱装置が提供される。
　前記課題を解決するために、本発明の好ましい態様によれば、対向する一対の電極間に前記被加熱物を配置し、両電極間に高周波発生装置により発生する１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の周波数の高周波を印加して該被加熱物を加熱することを特徴とする高周波加熱装置が提供される。
　前記課題を解決するために、本発明のさらに好ましい態様によれば、前記被加熱物は板状又はシート状の形状を有するものであり、かつ前記一対の電極が、該板状又はシート状の形状を有する被加熱物を介して対向する表面を各々有することを特徴とする高周波加熱装置が提供される。
　前記課題を解決するために、本発明のさらに好ましい態様によれば、前記一対の電極間に前記高周波発生装置より発生する前記高周波を印加している時間の少なくとも一部において、前記一対の電極の少なくとも一方の前記表面と前記被加熱物とが非接触の状態にあることを特徴とする高周波加熱装置が提供される。
　前記課題を解決するために、本発明のさらに好ましい態様によれば、前記一対の電極間に前記高周波発生装置より発生する前記高周波を印加している時間の少なくとも一部において、前記一対の電極の少なくとも一方の前記表面と前記被加熱物との間に絶縁材が存在することを特徴とする高周波加熱装置が提供される。
　前記課題を解決するために、本発明のさらに好ましい態様によれば、前記強化材の少なくとも一部が炭素繊維であることを特徴とする高周波加熱装置が提供される。
　前記課題を解決するために、本発明のさらに好ましい態様によれば、前記強化材が前記被加熱物内においてランダムに配向したものであることを特徴とする高周波加熱装置が提供される。
　前記課題を解決するために、本発明のさらに好ましい態様によれば、前記高周波の周波数が１３ＭＨｚ以上４１ＭＨｚ以下の範囲のものであることを特徴とする高周波加熱装置が提供される。
　前記課題を解決するために、本発明の別の態様によれば、絶縁性樹脂マトリクス中に導電性の強化材を分散させた構造を有する被加熱物に、１MHｚ以上１００MHｚ以下の周波数の高周波を印加して該被加熱物を加熱することを特徴とする高周波加熱方法が提供される。
　　高周波加熱においては、後述する本発明者による実験結果からも分かるように、熱可塑性複合材料の構成要素である炭素繊維と熱可塑性樹脂の双方を同程度に加熱することができる。即ち、マイクロ波に比べ前述の炭素繊維と熱可塑性樹脂の界面における過剰な加熱及びそれに起因する熱可塑性樹脂の劣化を軽減することが出来る。
　また、高周波加熱においては平板状の一対の対向電極間に板状、シート状の平板状の加熱対象物を載置して加熱するという方法は多用されており、板状、シート状など比較的大面積の熱可塑性炭素繊維複合材を加熱することに適しているという特長も期待できる。
さらに、高周波加熱はこれまで加熱対象物として、木材や熱可塑性樹脂などいわゆる誘電体の加熱に広く適用されていた。また、これら誘電体の加熱に於いては、加熱対象物と電極間には空隙を設けず、電極と加熱対象物は密着させるのが通常であった。これは、一般的には空隙が容量成分として作用し、高周波の伝播が阻害されるためと考えられている。ところが、本発明者らが炭素繊維複合材など誘電対中に導電性物質が分散された加熱対象物の高周波加熱現象を詳細に検討したところ、このような加熱対象物に於いては、原因は定かではないものの、電極との間に若干の空隙を設けても問題なく加熱が行えることを見出した。
このことは、次のようなメリットも期待できる。
従来、高周波加熱に於いては電極と加熱対象物は接触しているのが通常であり、よって、たとえば電極表面に部分的なキズ、凹み、異物の付着等が発生した場合、それにより加熱対象物表面にもそれらの転写により、その表面に突起、凹み、異物付着などの不良が発生する場合がある。
炭素繊維複合材におては、表面に存在する多少の突起、凹み、異物付着などはその機械的特性などには影響せず無視できる場合も多いのであるが、近年、炭素繊維複合材料を、例えば自動車ボディー外装など、意匠性、デザイン性が必要とされる部材に適用する場合がある。特に熱可塑性炭素繊維複合材がこの用途への適用要求が大きい。このような意匠性、デザイン性が要求される部材に於いては、表面の突起、凹み、異物は致命的であり、電極と加熱対象物間に空隙が存在しこれらの発生が原理的に回避できる高周波加熱は好適である。
本発明による予備加熱装置を示す概略図である。 本発明による予備加熱装置による、スタンパブルシートの加熱の効果を示す図である。 異なる高周波周波数による、スタンパブルシートの加熱の効果を示す図である。 炭素繊維、炭素繊維複合材、樹脂材の高周波による加熱の効果を示す図である。
　　本発明に関わる、予備加熱装置１の該略図を図１に示す。
対向する一対の加熱電極１０（その対向する表面が本発明にいう加熱表面であり、間に被加熱物１１が配置される。加熱電極１０は導電材料からなり、一方（図では下側）の加熱電極（下電極２）は加熱装置１の筐体１２と電気的に絶縁され接地されている。他方の電極（上電極３と呼ぶ）も、予備加熱装置１の筐体１２等からは電気的に絶縁され、マッチング装置５を介して高周波電源６（電磁波発生源）に接続される。加熱電極１０の導電材料としてはアルミニウム系合金、ステンレスなどが使用できる。ステンレスは非磁性のものが好ましい。
　下電極２は予備加熱装置１の筐体１２に絶縁部材４を介して固定されており、上電極３は電極昇降装置９よって下電極２に対し図中矢印Ａで示すように上下動作可能となっている。
　上電極２、下電極３とも内部にヒータ及び温度度測定素子を有し（図示せず）、温度制御装置（図示せず）によって電極全体（即ち加熱表面も）を所望の温度に加熱する。電極の加熱温度は被加熱物１１中の熱可塑性樹脂の軟化開始温度以上かつ最適加熱範囲上限以下が好ましい。この温度範囲内であれば、どんなに長時間被加熱物１１が上電極２または下電極３と接触したとしても、被加熱物１１の温度は最適加熱範囲上限を超えることが無く好適である。
　被加熱物１１は下電極２上に載置される。次いで上電極３が電極昇降装置９によって降下し所定の空隙をもって被加熱物１１と対向する。同時に高周波電源６から高周波が発振される。被加熱物１１は下電極３からの熱伝達、上電極から熱輻射、及び印加された高周波による内部から加熱で加熱される。
　所定の加熱時間経過後、又は、別途設けた被加熱物１１の温度測定装置（図示せず）の測定結果より、被加熱物１１が最適温度範囲内に到達すると、上電極３を上方に離間させ同時に高周波の発振も停止させる。
　（実施例）
　以下に、本発明の実施例を述べる。
予備加熱装置として山本ビニター株式会社製、コンパクト型高周波ウェルダーＹＲＰ－４００Ｔ－ＲＣを改造した装置を用いた。該装置の高周波発振周波数は４０．６８ＭＨｚ、最大出力４００Ｗである。
　加熱電極はアルミニウム製、横８５ｍｍ×縦５５ｍｍ×厚み１５ｍｍの大きさで、内部にシーズヒータ（２００Ｗ）及び温度センサを内蔵し、加熱表面温度最大３００℃に維持可能である。上電極はロボシリンダ（登録商標）に直結され、スタート位置、ストップ位置、及びそれらにタイミング、移動速度などを任意に設定して上下動作できるようになっている。
　被加熱物たるスタンパブルシートは、厚み３ｍｍ、ナイロン６系熱可塑性樹脂に体積含有量Ｖｆ＝３０％で、炭素繊維束（長さ３～５ｃｍ）をランダムに配行、分散させたものである。該スタンパブルシートの最適加熱温度範囲は下限２５０℃、上限２９０℃である。
　このスタンパブルシートを８０ｍｍ×５０ｍｍに切り出したサンプルを、該予備加熱装置で加熱したときの温度プロファイルの一例を図２に示す。
このときの高周波発振出力２００Ｗ、電極の加熱温度２５０℃である。横軸１０秒において、上電極が降下してスタンパブルシートと接触、同時に高周波の発振が開始する、高周波は６０秒間発振し、横軸７０秒において上電極が離間し、同時に高周波の発振も停止する。
　また、該加熱装置には自動マッチング追従回路、反射波測定回路も組み込まれており、高周波発振中の反射波エネルギーは２Ｗ以下（即ちマッチング効率９９％以上）であり、以下の議論に於いてはマッチング効率は１００％としても差し支えない。
温度測定は、安立計器株式会社製蛍光式光ファイバー温度計ＦＬ－２０００と蛍光式光ファイバー温度計プローブＦＳ－１Ｍを組み合わせ、図２右側に示すようにスタンパブルシートの端面に窄孔した直径１．８ｍｍ、深さ１５ｍｍの小孔に該プローブを挿入して測定している。
　図中破線は高周波の発振無し、すなわち加熱電極からの伝熱だけで加熱されたときの温度プロファイルである。両者の温度差（７０ｓ付近で７０℃程度ある）が高周波による加熱の効果といえる。
　図中白丸（高周波発振無し）及び黒丸（高周波発振あり）は、７０ｓで上電極が離間した直後のスタンパブルシートの上面の温度を放射温度計（ＴＡＳＣＯ社製、ＴＨＩ－５００）で測定したものである。高周波を印加したものは、温度プローブによる測定との温度差が小さく、内部と表面の温度差が小さいこと、即ち高周波による内部加熱の効果が発揮されていることを示していると考えられる。
　図２中一点鎖線は、高周波の発振有で上電極とサンプル間に０．５ｍｍの空隙を設けた場合である。空隙なしに比べやや低い到達温度となっているが加熱は行われている。
　図３には異なる周波数での加熱結果を示す。実施例の予備加熱装置の高周波電源、マッチング回路等を取り替えて測定した。電極加熱は行っていない。２７．１２ＭＨｚのみやや温度上昇が小さいが、いずれの周波数でも加熱が行われていることがわかる。
同じ大きさのスタンパブルシートを、従来技術である雰囲気加熱（ヤマト科学株式会社製、真空乾燥炉ＤＰ－２１を２６０℃設定、常圧で使用。内蔵ヒータ６８０Ｗ）で加熱した場合、同等の温度、膨張状態となるのに４～５分を要した。
　以上の結果より、本発明による予備加熱装置では、従来技術による加熱装置に比して、表面と内部の温度差を生じさせにくく、スタンパブルシートを予備加熱できることを示している。
　又、スタンパブルシートと電極間に空隙を設けても加熱が出来ることも示されている。このことは、例えば、前述の意匠性、デザイン性が必要とされる部材の予備加熱に本加熱装置を適用する場合に、意匠性、デザイン性が必要とされる側に空隙を設けて加熱が可能なことが示されており好適である。
　一方で、本予備加熱装置に於いては、図２にも示されるよう電極加熱による加熱の効果も大きい。前述した、電極表面のキズ、凹み、異物の付着等の影響の程度は、サンプルがある程度加熱され、例えば軟化し始めた状態において著しくなる場合もある。よって、サンプルが軟化点に達するまでは、電極とサンプルを密着させて電極加熱の効果も積極的に利用し、軟化点に到達して以降は空隙を設けて、キズ、凹み、異物の付着等の影響を軽減させるといった運用も考えられる。
　尚、本予備加熱装置において炭素繊維そのものや、スタンパブルシートなどの炭素繊維複合材等のサンプルを加熱するに当たって、サンプルの組成によっては電極とサンプル間で局所的なリークやスパークが発生する場合がある。このような場合、加熱電極とサンプルの間に絶縁層を設ければ、リークやスパークが抑制でき好適である。絶縁層の材質としては、耐熱性に優れかつそれ自体が高周波で加熱されることの少ない、誘電損失の小さい材質が好ましい。具体的にはＰＴＦＥ（登録商標名テフロン）などのフッ素系樹脂、ポリアミド系樹脂（登録商標名カプトンなど）、ＰＰＳ樹脂、セラミック等の無機材料などが好ましい。これらでできたシート、フィルム材をサンプルと電極間に挟んでもよく、また電極自体にフッ素系樹脂、セラミック等をコーティングすることでもよい。
　本発明者の観察によれば、上電極に比べアース接地されている下電極とサンプル間でリークやスパークが発生することが相対的に多く、下電極とサンプル間にのみ絶縁層を設けるのも好適である。
　又、このような絶縁層を設ける場合に、電極上に絶縁層を密着させ、絶縁層とサンプル間に空隙を設けても良いし、逆に、サンプルに絶縁層を密着させ、絶縁層と電極間に空隙を設けてもかまわない。
　さて、本発明によれば１０ＭＨｚ－１００ＭＨｚの高周波を用いて炭素繊維複合材であるスタンパブルシートを加熱している。このときスタンパブルシートの構成要素である炭素繊維とナイロン６系樹脂のどちらが主体的に加熱されているかは興味深い問題である。図４に実施例の予備加熱装置を用い、４０．６８ＭＨｚ、２００Ｗ、３０秒、電極加熱なしの条件で炭素繊維や炭素繊維複合材、樹脂を室温（２０～２２℃）から加熱した結果である。加熱後のサンプル表面を前述の放射温度計で測定した。各サンプルの大きさ、形状、質量、物性（炭素繊維含有量、比熱、熱伝導度など）が異なりもちろん定量的な比較はではないが、いずれの材料も加熱されることは確かである。即ち炭素繊維複合材を高周波で加熱した場合、程度の差はあれ炭素繊維と樹脂双方とも高周波により加熱されていると考えられる。
　又、上電極と０．５ｍｍの空隙を設けても、ナイロン６樹脂板を除きやや到達温度は低いが加熱は行われていることがわかる。この実験では電極加熱していないため、電極に接触している条件では加熱されたサンプルの熱が電極に逃げていると考えられ（電極自体がは高周波で加熱されることはない）、これを考慮すれば電極接触時の高周波による加熱の効果はもう少し大きいと推定されるが、０．５ｍｍの空隙が存在しても、高周波による加熱が行われていることは確かである。ナイロン６樹脂板は０．５ｍｍの空隙を設けると到達温度は著しく低下している。
さて、電磁波を用いた加熱方法としてはより高い周波数のマイクロ波帯を用いるマイクロ波加熱もある。マイクロ波加熱に於いてはＩＳＭバンドのひとつである２．４５ＧＨｚが多用される。このマイクロ波でも炭素繊維は容易に加熱できることは知られており、逆に加熱されすぎる故、文献３で述べられている、炭素繊維複合材において炭素繊維と樹脂界面で樹脂の過昇温の問題も知られている。本発明者らも２００Ｗ設定の電子レンジで炭素繊維束を加熱したところ２０秒程度で発火する現象を確認している。
　一方、本発明に用いた高周波領域であれば、図４に示したように炭素繊維単独でも発火することはなく、比較的緩やかな加熱が可能であり、炭素繊維複合材の電磁波による加熱では、マイクロ波帯よりも高周波帯の方が適していると考えられる。
　以上の実施態様に於いては、熱可塑性炭素繊維複合材への適用例を示したが、これに限定されず、マトリクス樹脂としては熱硬化、熱可塑を問わず使用可能で、また、導電性の強化材としても当然金属繊維のものが適用可能である。又、絶縁性の強化材であってもその表面に金属と魚導電材を被覆したものであれば、本発明の効果は期待できる。
１　　　予備加熱装置
２　　　下電極
３　　　上電極
４　　　絶縁部材
５　　　マッチング回路
６　　　高周波電源
７　　　上電極ベース
８　　　連結部材
９　　　電極昇降装置
１０　　加熱電極
１１　　被加熱物
１２　　筐体

Claims (9)

  1. 絶縁性樹脂マトリクス中に導電性の強化材を分散させた構造を有する被加熱物に、１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の周波数の高周波を印加して該被加熱物を加熱することを特徴とする高周波加熱装置。
  2. 対向する一対の電極間に前記被加熱物を配置し、両電極間に高周波発生装置により発生する１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の周波数の高周波を印加して該被加熱物を加熱することを特徴とする請求項１に記載の高周波加熱装置。
  3. 前記被加熱物は板状又はシート状の形状を有するものであり、かつ前記一対の電極が、該板状又はシート状の形状を有する被加熱物を介して対向する表面を各々有することを特徴とする請求項２に記載の高周波加熱装置。
  4. 前記一対の電極間に前記高周波発生装置より発生する前記高周波を印加している時間の少なくとも一部において、前記一対の電極の少なくとも一方の前記表面と前記被加熱物とが非接触の状態にあることを特徴とする請求項３に記載の高周波加熱装置。
  5. 前記一対の電極間に前記高周波発生装置より発生する前記高周波を印加している時間の少なくとも一部において、前記一対の電極の少なくとも一方の前記表面と前記被加熱物との間に絶縁材が存在することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の高周波加熱装置。
  6. 前記強化材の少なくとも一部が炭素繊維であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の高周波加熱装置。
  7. 前記強化材が前記被加熱物内においてランダムに配向したものであることを特徴とする請求項６に記載の高周波加熱装置。
  8. 前記高周波の周波数が１３ＭＨｚ以上４１ＭＨｚ以下の範囲のものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の高周波加熱装置。
  9. 絶縁性樹脂マトリクス中に導電性の強化材を分散させた構造を有する被加熱物に、１MHｚ以上１００MHｚ以下の周波数の高周波を印加して該被加熱物を加熱することを特徴とする高周波加熱方法。
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122 Ep: pct application non-entry in european phase

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