WO2019150769A1 - 加圧ヘッド、複合材料成形装置及び複合材料成形方法 - Google Patents

加圧ヘッド、複合材料成形装置及び複合材料成形方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2019150769A1
WO2019150769A1 PCT/JP2018/045303 JP2018045303W WO2019150769A1 WO 2019150769 A1 WO2019150769 A1 WO 2019150769A1 JP 2018045303 W JP2018045303 W JP 2018045303W WO 2019150769 A1 WO2019150769 A1 WO 2019150769A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
composite material
pressure head
magnetic field
material layer
heat
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/045303
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
信幸 神原
山口　賢剛
清嘉 ▲高▼木
阿部　俊夫
幹夫 村岡
Original Assignee
三菱重工業株式会社
国立大学法人秋田大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱重工業株式会社, 国立大学法人秋田大学 filed Critical 三菱重工業株式会社
Priority to EP18903832.6A priority Critical patent/EP3733390B1/en
Priority to US16/966,250 priority patent/US20210046678A1/en
Publication of WO2019150769A1 publication Critical patent/WO2019150769A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/3828—Moulds made of at least two different materials having different thermal conductivities
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/36—Moulds for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/52—Heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/543—Fixing the position or configuration of fibrous reinforcements before or during moulding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/20—Electromagnets; Actuators including electromagnets without armatures
    • 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
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • 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
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/105—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor
    • 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
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/105—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor
    • H05B6/108—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor for heating a fluid
    • 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
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/14—Tools, e.g. nozzles, rollers, calenders
    • 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
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/36—Coil arrangements
    • H05B6/40—Establishing desired heat distribution, e.g. to heat particular parts of workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B29C2035/0811—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using induction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B29C2035/0811—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using induction
    • B29C2035/0816—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using induction using eddy currents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/0872—Prepregs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0003—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B29K2995/0005—Conductive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0012—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds having particular thermal properties
    • B29K2995/0013—Conductive
    • 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
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/013—Heaters using resistive films or coatings

Definitions

  • the present invention relates to a pressure head, a composite material molding apparatus, and a composite material molding method.
  • a composite material in which a reinforcing fiber is impregnated with a resin is known.
  • Composite materials are used in aircraft, automobiles, ships and the like.
  • a method for producing a composite material a method is known in which a sheet of a composite material in which a reinforcing fiber is impregnated with a resin is laminated, and a magnetic field is applied and heated in a state where the laminated sheet is pressed (Patent Document). 1).
  • the composite material has a conductive property in the reinforcing fiber portion. For this reason, the composite material has low electrical conductivity except in a specific direction.
  • the composite material is molded by the method of Patent Document 1, since the electrical conductivity of the composite material is low, even if the composite material is entirely heated by applying a magnetic field, the composite being heated There was a problem that temperature unevenness occurred in the material. As a result, the composite material obtained by reacting the resin by the method of Patent Document 1 has a problem that strength unevenness occurs, and the composite material does not have a high quality.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a pressure head, a composite material molding apparatus, and a composite material molding method that reduce the occurrence of temperature unevenness in a composite material being heated. .
  • the pressure head is provided on the other side of the composite material so as to face the magnetic field coil provided on one side of the composite material before the reaction via the composite material.
  • a pressure head body formed of a material transparent to the magnetic field applied by the magnetic field coil, and provided on a side of the pressure head body facing the composite material, the magnetic field And a high thermal conductive material layer made of a material that is transparent to the magnetic field applied by the coil and has a higher thermal conductivity than the composite material.
  • the material for forming the high thermal conductive material layer is aluminum nitride, silicon nitride, sapphire, alumina, silicon carbide, and a unidirectional material in which eddy current is not generated according to the magnetic field applied by the magnetic field coil. It is preferable that any one of the sheet materials containing is included. According to this configuration, the heat generation material generated in the composite material can be quickly dispersed in the in-plane direction by the high thermal conductive material layer, so that it is possible to further reduce the occurrence of temperature unevenness in the composite material being heated. .
  • the magnetic head is provided between the pressure head main body and the high thermal conductive material layer, and generates heat according to the magnetic field applied by the magnetic field coil, and is formed of a material having a lower heat capacity than the composite material. It is preferable to further include a heating material layer.
  • the heat generating material layer is provided on the side of the high thermal conductive material layer facing the composite material, and generates heat according to the magnetic field applied by the magnetic field coil, and is formed of a material having a lower heat capacity than the composite material. It is preferable that these are further included.
  • the heat generating material layer is applied by the magnetic field coil and can generate heat according to the magnetic field leaking to the pressure head side without being subjected to heat generation by the composite material. The composite material can be efficiently heated.
  • the heat generating material layer is preferably a metal thin film. According to this configuration, since the heat generating material layer can generate heat more efficiently, the composite material can be heated more efficiently.
  • the heat conductive material layer and the heat generating material layer are provided on the side where the pressure head main body is located, and are formed of a material having a lower thermal conductivity than the pressure head main body. It is preferable to further include a heat insulating material layer. According to this configuration, the heat insulating material layer can reduce the heat generated in the composite material and the heat generating material layer from being transmitted to the direction of the pressure head body, and thus the composite material can be heated more efficiently.
  • a heat insulating material layer provided between the pressure head main body and the high thermal conductive material layer and formed of a material having a lower thermal conductivity than the pressure head main body. Furthermore, it is preferable to include. According to this configuration, the heat insulating material layer can reduce the heat generated by the composite material from being transmitted toward the pressure head main body, so that the composite material can be heated more efficiently.
  • the heat insulating material layer is preferably a resin material. According to this configuration, since it is possible to further reduce the heat generated by the heat insulating material layer from the composite material or the like to the direction of the pressure head body, the composite material can be heated more efficiently.
  • the pressure head is a pressure head provided to face the metal nanocoil disposed in the composite material before the reaction, and is applied to the metal nanocoil.
  • a pressure head body formed of a material transparent to an electric field; provided on a side of the pressure head body facing the composite material; transparent to an electric field applied to the metal nanocoil; and And a high thermal conductive material layer formed of a material having a higher thermal conductivity than that of the composite material.
  • a composite material forming apparatus includes a pressure head provided to face any one of the magnetic field coils described above, and one side of the composite material on the composite material. And a magnetic field coil for heating the composite material by applying a magnetic field.
  • a composite material forming apparatus includes a pressure head provided to face the above-described metal nanocoil, a metal nanocoil disposed in the composite material, and the composite material. And an electric field applying unit that heats the composite material by applying an electric field along a direction in which the composite material extends to generate heat in the metal nanocoil.
  • a composite material forming method includes arranging a magnetic field coil toward a composite material before a reaction, and applying a magnetic field from one side of the composite material to form the composite material.
  • the composite material forming method includes disposing metal nanocoils in the composite material before the reaction, disposing an electric field applying unit toward the composite material, A heating step for heating the composite material by applying an electric field along the extending direction to heat the metal nanocoil, and a side on which the high thermal conductive material layer of the pressure head is provided on the other side of the composite material And pressing and soaking the composite material by pressurizing with the pressurizing head from the other side of the composite material, and a pressure soaking step for soaking the composite material. To do.
  • the present invention it is possible to provide a pressure head, a composite material forming apparatus, and a composite material forming method that reduce the occurrence of temperature unevenness in the composite material being heated.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a composite material molding apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart of the composite material molding method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the state of the composite material after being molded by the composite material molding apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a composite material molding apparatus according to a comparative example.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a state of the composite material after being molded by the composite material molding apparatus according to the comparative example.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a composite material molding apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart of the composite material molding method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the state of the composite material after being molded by the composite material molding apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the maximum temperature difference inside the composite material when the composite material forming apparatus according to the first embodiment of the present invention and the composite material forming apparatus according to the comparative example respectively perform composite processing on the composite material. is there.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a composite material molding apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a composite material molding apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a composite material molding apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a composite material forming apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the composite material molding apparatus 10 includes a pressure head 20, a magnetic field coil 30, and a control unit 40.
  • the composite material molding apparatus 10 reacts the composite material 2 before the reaction in which the reinforcing fiber is impregnated with the resin before the reaction, while forming the composite material 2 into a predetermined size and a predetermined shape.
  • the resin include a thermosetting resin that undergoes a thermosetting reaction from a softened state or a semi-cured state to a cured state when heated, and a thermoplastic resin that undergoes a heat melting reaction when heated.
  • the thermosetting reaction of the thermosetting resin and the thermal melting reaction of the thermoplastic resin are simply referred to as reactions.
  • the composite material 2 is perpendicular to the direction along the Z direction in FIG. 1, which is the vertical direction, and along the direction including the X direction in FIG. 1, which is the horizontal direction, in the composite material molding apparatus 10. It arrange
  • the lower side in the vertical direction in the composite material 2 is referred to as one side, and the upper side in the vertical direction in the composite material 2 is referred to as the other side.
  • a region of the composite material 2 that is pressed and heated by the pressing head 20 and the magnetic field coil 30 is referred to as a predetermined region 4.
  • the composite material 2 is not limited to the form in which such an arrangement is made, and any arrangement may be made.
  • the composite material 2 is not limited to the form shape
  • the predetermined region 4 is not limited to such a form that is a partial region of the composite material 2, and may be the entire region of the composite material 2.
  • the reinforcing fiber contained in the composite material 2 Since the reinforcing fiber contained in the composite material 2 has electrical conductivity, an eddy current is induced inside the composite material 2 by a magnetic field 32 applied by a magnetic field coil 30 described later.
  • the reinforcing fiber included in the composite material 2 generates heat 34 due to the electrical resistance of the reinforcing fiber itself, because an eddy current is induced therein. That is, the composite material 2 generates heat 34 inside according to the magnetic field 32.
  • the heat generated by the reinforcing fibers contained in the composite material 2 is transmitted to the resin contained in the composite material 2 and contributes to the reaction of the resin.
  • the composite material 2 has light weight and high strength.
  • the reinforcing fibers included in the composite material 2 are exemplified by carbon fibers in the first embodiment, but are not limited thereto, and may be other metal fibers.
  • the resin included in the composite material 2 is a thermosetting resin
  • a resin having an epoxy resin is exemplified.
  • the resin contained in the composite material 2 includes an epoxy resin, it is preferable because the resin has further lightness and higher strength.
  • the resin is a thermosetting resin
  • the resin is exemplified by a polyester resin and a vinyl ester resin.
  • the resin when the resin is a thermoplastic resin, the resin is a polyamide resin, a polypropylene resin, an ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) resin, a polyether ether ketone (PEEK), a polyether ketone ketone (PEKK), and a polyphenylene sulfide. (PPS) and the like are exemplified.
  • the resin is not limited to these, and other resins may be used.
  • the flat table 8 is made of a material transparent to the magnetic field 32 applied by the magnetic field coil 30, that is, the eddy current is hardly induced by the magnetic field 32 applied by the magnetic field coil 30, and the magnetic field 32 applied by the magnetic field coil 30 Accordingly, it is made of a material that hardly generates heat inside.
  • the material for forming the plane table 8 is preferably PEEK resin and ceramics that are both transparent to the magnetic field 32 and have high pressure resistance and heat resistance.
  • the pressure head 20 is provided to face the other side of the predetermined region 4 of the composite material 2, and is perpendicular to the magnetic field coil 30 via the composite material 2 and the flat table 8. It is provided opposite to.
  • the pressure head 20 pressurizes the predetermined region 4 of the composite material 2 from the other side of the composite material 2.
  • the pressure head 20 includes a pressure head main body 22, a high thermal conductive material layer 24, a heat generating material layer 26, and a heat insulating material layer 28.
  • the heat insulating material layer 28 is provided on the lower side in the vertical direction of the pressure head body 22.
  • the heat generating material layer 26 is provided below the heat insulating material layer 28 in the vertical direction.
  • the high thermal conductive material layer 24 is provided on the lower side in the vertical direction of the heat generating material layer 26.
  • Each of the high thermal conductive material layer 24, the heat generating material layer 26, and the heat insulating material layer 28 has a shape and size that extend along the horizontal direction and is equal to a shape and size that extends along the horizontal direction of the pressure head body 22. Is exemplified. As for the high heat conductive material layer 24, the heat generating material layer 26, and the heat insulating material layer 28, the thickness along the vertical direction is uniform regardless of the position along the horizontal direction. Since the pressing head 20 has such a configuration, the composite material 2 can be pressed while pressing the high thermal conductive material layer 24 against the composite material 2.
  • the pressure head body 22 is made of a material that is transparent to the magnetic field 32 applied by the magnetic field coil 30.
  • the material forming the pressure head main body 22 is preferably PEEK resin and ceramics which are transparent to the magnetic field 32 and have high pressure resistance and heat resistance.
  • the pressure head main body 22 is provided with a pressure cylinder (not shown) on the upper side in the vertical direction in FIG. 1, and this pressure cylinder is electrically connected to the control unit 40.
  • the pressure head 20 can move up and down in the vertical direction relative to the composite material 2 by controlling the pressure cylinder of the pressure head main body 22 by the control unit 40, and the composite material 2.
  • the pressure applied toward the lower side in the vertical direction can be changed.
  • the pressure head 20 preferably pressurizes the predetermined region 4 of the composite material 2 at 200 kPa or more and 800 kPa or less, and more preferably 300 kPa or more and 600 kPa or less.
  • the high thermal conductive material layer 24 is disposed on the pressure head main body 22 on the side facing the predetermined region 4 of the composite material 2, that is, on the lower side in the vertical direction via the heat insulating material layer 28 and the heating material layer 26.
  • the main body 22 is provided so as to cover a surface extending along the horizontal direction below the vertical direction.
  • the high thermal conductive material layer 24 is made of a material that is transparent to the magnetic field 32 applied by the magnetic field coil 30 and has a higher thermal conductivity than the composite material 2.
  • the high thermal conductive material layer 24 Since the high thermal conductive material layer 24 has a higher thermal conductivity than the composite material 2, the heat generation 34 generated inside the composite material 2 is dispersed in the in-plane direction, and the other side of the predetermined region 4 of the composite material 2. In addition, a uniform heating region 38 can be formed on the entire surface. For this reason, the high thermal conductive material layer 24 can reduce the occurrence of temperature unevenness in the composite material 2 being heated. Thereby, since the high heat conductive material layer 24 can reduce the occurrence of uneven strength in the composite material 2 obtained by reacting the resin, it can contribute to obtaining a high-quality composite material 2.
  • the high thermal conductive material layer 24 can transmit the heat generation 36 generated in the heat generating material layer 26 described later to the other side of the predetermined region 4 of the composite material 2 and contribute to heating of the composite material 2. For this reason, the high thermal conductive material layer 24 assists in efficiently heating the composite material 2 by transmitting the heat generation 36.
  • the material forming the high thermal conductive material layer 24 is preferably a material having a thermal conductivity of 20 W / m ⁇ K or more, and more preferably a material having a thermal conductivity of 100 W / m ⁇ K or more.
  • the material forming the high thermal conductive material layer 24 is aluminum nitride having a thermal conductivity of 150 W / m ⁇ K or more and 285 W / m ⁇ K or less, or 27 W / m ⁇ K or more and 50 W / m ⁇ K or less.
  • the heat generating material layer 26 is provided between the pressure head main body 22 and the high thermal conductive material layer 24.
  • the heat generating material layer 26 is made of a material that generates heat 36 according to the magnetic field 32 applied by the magnetic field coil 30 and has a lower heat capacity than the composite material 2.
  • the heat generating material layer 26 is applied by the magnetic field coil 30, and a weak eddy current is induced inside by the magnetic field 32 leaking to the pressure head 20 side without being supplied to the heat generation 34 by the composite material 2, and further heat generation. Heat generation 36 is generated inside due to the electrical resistance of the material layer 26 itself.
  • the heat generating material layer 26 Since the heat generating material layer 26 has a lower heat capacity than the composite material 2, that is, it is sufficiently thin, a sufficiently weak eddy current is induced inside according to the magnetic field 32 applied by the magnetic field coil 30. Is induced to cancel the magnetic field 32 applied by the magnetic field coil 30 and prevent the heating of the composite material 2, so that the composite material 2 is efficiently heated according to the magnetic field 32 applied by the magnetic field coil 30. To do.
  • the material for forming the heat generating material layer 26 is preferably a metal thin film, specifically, an aluminum foil with a thickness of 100 ⁇ m or less is preferable, an aluminum foil with a thickness of 20 ⁇ m or less is more preferable, and a thickness of 10 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the aluminum foil is more preferable.
  • the heat insulating material layer 28 is provided between the pressure head main body 22 and the heat generating material layer 26. That is, the heat insulating material layer 28 is provided on the side where the pressure head main body 22 is located with respect to the high thermal conductive material layer 24 and the heat generating material layer 26.
  • the heat insulating material layer 28 is formed of a material having a lower thermal conductivity than the pressure head main body 22. Specifically, the material forming the heat insulating material layer 28 is preferably a resin material.
  • the heat insulating material layer 28 reduces the heat generated by the reinforcing fibers included in the composite material 2 and the heat generated by the heat generating material layer 26 from being transmitted to the pressure head main body 22, thereby generating the heat 34.
  • the heat generation 36 assists in efficiently contributing to the heating of the composite material 2. For this reason, the heat insulating material layer 28 assists in efficiently heating the composite material 2.
  • the magnetic field coil 30 is provided to face one side of the predetermined region 4 of the composite material 2, and is perpendicular to the pressure head 20 via the flat table 8 and the composite material 2. It is provided opposite to.
  • the magnetic field coil 30 applies a magnetic field 32 from one side of the composite material 2 to the predetermined region 4 of the composite material 2.
  • the magnetic coil 30 is exemplified by a form in which one coil is arranged, but a form in which a plurality of coils are arranged in a predetermined shape, for example, a square shape may be used.
  • the magnetic field coil 30 applies a magnetic field 32 to a region equivalent to a horizontal region where the coil is disposed.
  • the region to which the magnetic field coil 30 applies the magnetic field 32 corresponds to the predetermined region 4 of the composite material 2.
  • the coil included in the magnetic field coil 30 faces the direction in which the central axis of the coil intersects the surface on which the composite material 2 extends.
  • the magnetic field coil 30 generates the magnetic field 32 along the direction intersecting with the extending direction of the reinforcing fiber included in the composite material 2 by generating the magnetic field 32 along the direction intersecting with the extending surface of the composite material 2.
  • the magnetic field coil 30 is arranged such that the upper end in the vertical direction of the magnetic field coil 30 is separated from the one side surface of the composite material 2 by a predetermined distance.
  • An example of the predetermined distance is 1.5 cm.
  • the coil included in the magnetic field coil 30 preferably has a central axis of the coil facing a direction along the vertical direction.
  • the magnetic field coil 30 generates the magnetic field 32 along the direction orthogonal to the surface in which the composite material 2 extends, thereby causing the magnetic field 32 to be generated along the direction orthogonal to the direction in which the reinforcing fibers included in the composite material 2 extend. generate.
  • the reinforced fibers contained in the composite material 2 generate heat efficiently because an eddy current is efficiently induced by applying a magnetic field 32 along a direction orthogonal to the direction in which the reinforced fibers of the composite material 2 extend. 34 can be generated. For this reason, the magnetic field coil 30 can efficiently heat the predetermined region 4 of the composite material 2.
  • the magnetic field coil 30 is electrically connected to the control unit 40.
  • the magnetic field coil 30 can be controlled by the control unit 40 to change the magnitude, frequency, and the like of the magnetic field 32 applied to the composite material 2 upward in the vertical direction.
  • the magnetic field coil 30 preferably applies a high frequency magnetic field of 900 kHz or more to the predetermined region 4 of the composite material 2.
  • the control unit 40 is electrically connected to a pressure cylinder provided in the pressure head main body 22.
  • the control unit 40 is electrically connected to the magnetic field coil 30.
  • the control unit 40 controls the pressure head 20 by controlling the pressure cylinder, whereby the position of the pressure head 20 in the vertical direction relative to the composite material 2 and the direction perpendicular to the composite material 2 are controlled. The pressure applied toward the lower side, and the like can be controlled.
  • the control part 40 can control the magnitude
  • the control unit 40 includes a storage unit and a processing unit.
  • the storage unit includes a storage device such as a RAM, a ROM, and a flash memory, and stores a software program processed by the processing unit, data referred to by the software program, and the like.
  • the storage unit also functions as a storage area in which the processing unit temporarily stores processing results and the like.
  • the processing unit reads out a software program or the like from the storage unit and processes it, thereby executing a function corresponding to the contents of the software program, specifically, executing a composite material molding method executed by the composite material molding apparatus 10.
  • Various functions are made possible.
  • the composite material molding apparatus 10 is provided with a moving mechanism (not shown) that changes the horizontal position of the pressure head 20 with respect to the composite material 2 and the horizontal position of the magnetic field coil 30 with respect to the composite material 2 in synchronization. May be.
  • This moving mechanism is controlled by the control unit 40, and during the molding process by the composite material molding apparatus 10, a predetermined area 4 that is an area to be pressed by the pressure head 20 and an area to which the magnetic field 32 is applied by the magnetic field coil 30 is It can be moved in the composite material 2.
  • the controller 40 can determine at any time which region of the composite material 2 the predetermined region 4 has moved.
  • FIG. 2 is a flowchart of the composite material molding method according to the first embodiment of the present invention.
  • a composite material molding method according to the first embodiment which is a processing method executed by the composite material molding apparatus 10 according to the first embodiment, will be described with reference to FIG.
  • the composite material molding method according to the first embodiment includes a heating step S12 and a pressure soaking step S14.
  • the preparation step is a step of arranging the pre-reaction composite material 2 in which the reinforcing fiber is impregnated with the pre-reaction resin in a flat plate shape extending along the horizontal direction on the upper side in the vertical direction of the flat table 8.
  • the heating step S12 is performed after the preparation step.
  • the control unit 40 is placed on the predetermined region 4 of the composite material 2 at a position facing the one side of the predetermined region 4 of the composite material 2 arranged on the plane table 8 in the vertical direction.
  • the magnetic field coil 30 is moved and arranged.
  • the control unit 40 applies a magnetic field 32 from one side of the composite material 2 through the magnetic field coil 30 by causing a current to flow through the magnetic field coil 30. Heating step.
  • the components other than the composite material 2 and the heat generating material layer 26, specifically, the flat table 8, the pressure head main body 22, the high thermal conductive material layer 24, and the heat insulating material layer 28 are all magnetic field coils 30. Is transparent with respect to the applied magnetic field 32, the eddy current is hardly induced by the magnetic field 32, and almost no heat is generated in accordance with the magnetic field 32.
  • the reinforcing fiber existing in the predetermined region 4 of the composite material 2 is induced with an eddy current inside by the magnetic field 32, and further generates heat 34 inside due to the electric resistance of the reinforcing fiber itself. Cause it to occur. Thereby, the composite material 2 is heated by the heat generation 34 being transmitted to the resin, and the resin is reacted.
  • a weak eddy current is induced in the heat generating material layer 26 by the magnetic field 32, and further, heat generation 36 is generated inside by the electric resistance of the heat generating material layer 26 itself.
  • the composite material 2 is heated by the heat generation 36 being transmitted to the resin, and the reaction of the resin is assisted.
  • the pressure soaking step S14 is performed after the preparation step and in parallel with the heating step S12.
  • the control unit 40 moves the pressurizing head 20 to a position facing the other side of the composite material 2 arranged on the plane table 8 in the vertical direction.
  • the side on which the high thermal conductive material layer 24 of the pressure head 20 is provided is set in a state where it is directed to a predetermined region 4 of the composite material 2.
  • the control unit 40 then presses the side of the pressurizing head 20 on which the high thermal conductive material layer 24 is provided against the other side of the predetermined region 4 of the composite material 2. This is a step of pressurizing the predetermined region 4 of the material 2 from the other side.
  • the side of the pressurizing head 20 on which the high thermal conductive material layer 24 is provided is pressed against the predetermined region 4 of the composite material 2. Therefore, in the heating step S12, the predetermined region 4 of the composite material 2 is pressed.
  • the sparsely generated heat 34 is transmitted to the high thermal conductive material layer 24. Since the high thermal conductive material layer 24 has a higher thermal conductivity than the composite material 2, the heat generation 34 is dispersed in the in-plane direction, so that the entire surface is soaked on the other side of the predetermined region 4 of the composite material 2.
  • the heated region 38 is formed. For this reason, the high thermal conductive material layer 24 can reduce the occurrence of temperature unevenness in the composite material 2 being heated. Thereby, since the high heat conductive material layer 24 can reduce the occurrence of uneven strength in the composite material 2 obtained by reacting the resin, it can contribute to obtaining a high-quality composite material 2.
  • the heat generation 36 generated in the heat generating material layer 26 is transmitted to the high thermal conductive material layer 24.
  • the high heat conductive material layer 24 can raise the temperature of the heating region 38 soaked on the entire surface by the amount of the heat generation 36. For this reason, the high thermal conductive material layer 24 assists in efficiently heating the composite material 2 by transmitting the heat generation 36.
  • FIG. 3 is a view showing an example of the state of the composite material 2 after being molded by the composite material molding apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the entire surface of the predetermined region 4 of the composite material 2 is blackened in the composite material 2 after being molded by the composite material molding apparatus 10. This indicates that the resin has reacted on the entire surface of the predetermined region 4 of the composite material 2, and the uniform heating region 38 was formed on the entire surface of the predetermined region 4 of the composite material 2. It is a trace of.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a composite material forming apparatus 110 according to a comparative example.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a state of the composite material 102 after being molded by the composite material molding apparatus 110 according to the comparative example.
  • the composite material molding apparatus 110 according to the comparative example the high thermal conductive material layer 24, the heat generating material layer 26, and the heat insulating material layer 28 are not provided on the pressure head 20 as compared with the composite material molding apparatus 10 according to the first embodiment. It is a configuration.
  • the composite material molding apparatus 110 according to the comparative example is the same as the composite material molding apparatus 10 according to the first embodiment with respect to other configurations.
  • the composite material molding apparatus 110 according to the comparative example includes a pressure head 120 including only the pressure head main body 122, a magnetic field coil 130, and a control unit 140.
  • the magnetic field coil 130 is controlled by the control unit 140, one of the composite materials 102 is placed in a predetermined region 104 of the composite material 102 arranged in a flat plate shape extending in the horizontal direction above the flat table 108.
  • a magnetic field 132 is applied from the side.
  • an eddy current is induced inside by the magnetic field 132, thereby generating a heat 134 inside.
  • FIG. 6 shows the interior of the composite material 2, 102 when the composite material molding apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention and the composite material molding apparatus 110 according to the comparative example respectively perform the molding process on the composite material 2, 102.
  • a in FIG. 6 represents a temperature difference between the maximum temperature and the minimum temperature inside the composite material 2 when the composite material forming apparatus 10 according to the first embodiment forms the composite material 2.
  • the difference was about 80 ° C. as shown in FIG. B in FIG. 6 represents the temperature difference between the maximum temperature and the minimum temperature inside the composite material 102 when the composite material molding apparatus 110 according to the comparative example performs the molding process on the composite material 102.
  • it was about 250 degreeC.
  • the composite material molding apparatus 10 has the maximum temperature by providing the high thermal conductive material layer 24 on the side of the pressure head body 22 facing the predetermined region 4 of the composite material 2. It can be seen that the temperature difference between the temperature and the minimum temperature could be reduced to about one third.
  • the high heat conductive material layer 24 faces the heat generation 34 generated inside the composite material 2. Since it can disperse
  • the material forming the high thermal conductive material layer 24 is aluminum nitride, silicon nitride, sapphire, alumina, silicon carbide, and Any one of sheet materials including a unidirectional material in which eddy current is not generated by the magnetic field 32 applied by the magnetic field coil 30 is included.
  • the high heat conductive material layer 24 quickly disperses the heat generation 34 generated inside the composite material 2 in the in-plane direction. Therefore, the occurrence of temperature unevenness in the composite material 2 being heated can be further reduced.
  • the pressurizing head 20, the composite material forming apparatus 10, and the composite material forming method using the composite material forming apparatus 10 are provided between the pressurizing head body 22 and the high thermal conductive material layer 24, and the magnetic field applied by the magnetic field coil 30.
  • a heating material layer 26 formed of a material that generates heat according to 32 and has a heat capacity lower than that of the composite material 2. For this reason, in the composite material molding method using the pressure head 20, the composite material molding apparatus 10, and the composite material molding apparatus 10, the heating material layer 26 is applied by the magnetic field coil 30 and is provided to the heat generation 34 by the composite material 2. Since the heat generation 36 can be generated according to the magnetic field 32 leaking to the pressure head 20 side, the composite material 2 can be efficiently heated.
  • the heat generating material layer 26 is a metal thin film. For this reason, the composite material molding method using the pressure head 20, the composite material molding device 10, and the composite material molding device 10 heats the composite material 2 more efficiently because the heat generating material layer 26 can generate heat more efficiently. be able to.
  • the composite material molding method using the pressure head 20, the composite material molding apparatus 10, and the composite material molding apparatus 10 is provided between the pressure head main body 22 and the heat generating material layer 26 and is more heated than the pressure head main body 22. And a heat insulating material layer 28 formed of a material having low conductivity. For this reason, according to the pressure head 20, the composite material molding apparatus 10, and the composite material molding method using the composite material molding apparatus 10, the heat insulating material layer 28 is the composite material 2, and the heat generation 34 and 36 in the heating material layer 26 are the pressure head main body. Since transmission to the direction of 22 can be reduced, the composite material 2 can be heated more efficiently.
  • the heat insulating material layer 28 is a resin material.
  • the heat insulating material layer 28 is the composite material 2
  • the heat generation 34 and 36 in the heating material layer 26 are the pressure head main body. Since transmission in the direction of 22 can be further reduced, the composite material 2 can be heated more efficiently.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a composite material forming apparatus 50 according to the second embodiment of the present invention.
  • the composite material molding apparatus 50 according to the second embodiment has a configuration in which the heating material layer 26 is omitted from the pressure head 20 with respect to the composite material molding apparatus 10 according to the first embodiment.
  • the composite material molding apparatus 50 according to the second embodiment is the same as the composite material molding apparatus 10 according to the first embodiment in other configurations.
  • a description will be given with different reference numerals. To do.
  • the composite material molding apparatus 50 according to the second embodiment uses the same code group as that of the first embodiment in the same configuration as that of the other first embodiment, and a detailed description thereof is omitted.
  • the composite material molding apparatus 50 includes a pressure head 60, a magnetic field coil 30, and a control unit 40.
  • the pressure head 60 includes a pressure head main body 22, a high thermal conductive material layer 24, and a heat insulating material layer 28.
  • the composite material molding method according to the second embodiment which is a processing method executed by the composite material molding apparatus 50 according to the second embodiment, is a process executed by the composite material molding apparatus 10 according to the first embodiment.
  • the heating material layer 26 has a configuration in which a portion that generates heat 36 is omitted in the heating step S12.
  • the composite material molding method according to the second embodiment is the same as the composite material molding method according to the first embodiment with respect to other configurations.
  • the pressurizing head 60, the composite material forming apparatus 50, and the composite material forming method using the composite material forming apparatus 50 have the above-described configuration. The same effects as the composite material forming method by the material forming apparatus 10 and the composite material forming apparatus 10 are obtained.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a composite material forming apparatus 70 according to the third embodiment of the present invention.
  • the composite material molding apparatus 70 according to the third embodiment is configured such that the metal nano-particles on the side facing the predetermined region 4 of the composite material 2 of the high thermal conductive material layer 24 with respect to the composite material molding apparatus 50 according to the second embodiment.
  • the coil sheet 80 is further arranged, and the magnetic field coil 30 that applies the magnetic field 32 is changed to an electric field applying unit 90 that applies the electric field 92.
  • the composite material molding apparatus 70 according to the third embodiment is the same as the composite material molding apparatus 50 according to the second embodiment in other configurations.
  • control unit 100 in the composite material molding apparatus 70 according to the third embodiment will be described with different reference numerals in order to distinguish from the control unit 40 in the composite material molding apparatus 50 according to the second embodiment.
  • the composite material molding apparatus 70 according to the third embodiment uses the same code group as that of the second embodiment in the same configuration as that of the other second embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the composite material forming apparatus 70 includes a pressure head 60, an electric field applying unit 90, a control unit 100, and a metal nanocoil sheet 80.
  • the pressure head 60 includes a pressure head body 22, a high thermal conductive material layer 24, and a heat insulating material layer 28, and the pressure head main body 22, the high thermal conductive material layer 24, and the heat insulating material layer 28 are all It is made of a material transparent to the electric field 92 applied by the electric field applying unit 90.
  • the pressure head main body 22 and the heat insulating material layer 28 are exemplified by the same materials as those exemplified in the first embodiment.
  • the high thermal conductive material layer 24 is a unidirectional material in which an eddy current is not generated according to the magnetic field 32 applied by the magnetic field coil 30 and is 20 W / m ⁇ K or more.
  • the thing similar to the material except the sheet material containing carbon fiber or Tyranno fiber etc. which has thermal conductivity is illustrated.
  • the pressure head 60 is provided so that the side on which the high thermal conductive material layer 24 is provided is opposed to the metal nanocoil sheet 80.
  • the metal nanocoil sheet 80 is disposed on the other side of the predetermined region 4 of the composite material 2.
  • the metal nanocoil sheet 80 is a sheet coated with metal nanocoils. The metal nanocoil is applied by being dispersed in a solution and sprayed.
  • the metal nanocoil applied to the metal nanocoil sheet 80 has an increased molecular momentum due to the electric field 92 applied by the electric field applying unit 90 along the axial direction of the metal nanocoil, and heat generation 94 is induced inside the metal nanocoil. .
  • the composite material 2 does not generate heat even when the electric field 92 is applied. For this reason, by disposing the metal nanocoil sheet 80 on the other side of the predetermined region 4 of the composite material 2, the electric field 92 applied by the electric field applying unit 90 along the extending direction of the predetermined region 4 of the composite material 2.
  • the predetermined region 4 of the composite material 2 can be selectively heated.
  • the metal nanocoil has a diameter of about 100 ⁇ m.
  • the diameter of the metal wire constituting the metal nanocoil is about 90 nm.
  • the arrangement form of the metal nanocoil is exemplified by the arrangement of the metal nanocoil sheet 80 in the third embodiment. However, the arrangement is not limited to this, and the metal nanocoil is disposed on the other side of the predetermined region 4 of the composite material 2.
  • coats may be sufficient, and the form by which the metal nanocoil is included in the inside of the predetermined area
  • the pressure head 60 and the metal nanocoil sheet 80 are provided separately.
  • the pressure head 60 and the metal nanocoil sheet 80 are integrated without being limited thereto. It is good also as a structure.
  • the electric field applying unit 90 is provided in the direction in which the predetermined region 4 of the composite material 2 extends.
  • the electric field applying unit 90 applies the electric field 92 toward the predetermined region 4 of the composite material 2 along the extending direction of the predetermined region 4 of the composite material 2.
  • the electric field applying unit 90 is exemplified by a power source and a pair of electrodes.
  • the composite material molding method according to the third embodiment which is a processing method executed by the composite material molding apparatus 70 according to the third embodiment, is a process executed by the composite material molding apparatus 50 according to the second embodiment.
  • the heating step S12 and the pressure soaking step S14 are respectively modified as follows with respect to the composite material forming method according to the second embodiment which is a method.
  • the electric field applying unit 90 can directly heat the composite material 2 by applying the magnetic field 32 by the magnetic field coil 30 in the heating step S12 according to the second embodiment. In this configuration, the electric field 92 is applied and the composite material 2 is heated indirectly via the metal nanocoil sheet 80.
  • the pressure soaking step S14 according to the third embodiment has a configuration that is changed in accordance with the change of the heating step S12 in the pressure soaking step S14 according to the second embodiment.
  • the composite material molding method according to the third embodiment is the same as the composite material molding method according to the second embodiment with respect to other configurations.
  • the heating step S12 first arranges the metal nanocoil sheet 80 on the other side of the predetermined region 4 of the composite material 2, and the control unit 100 Then, the electric field applying unit 90 is moved and arranged toward the predetermined region 4 of the composite material 2 at a position in the extending direction of the predetermined region 4 of the composite material 2 arranged on the plane table 8. In the heating step S12, next, the control unit 100 applies a voltage to the electric field applying unit 90 so that the electric field applying unit 90 applies an electric field 92 along the extending direction of the predetermined region 4 of the composite material 2. In this step, the predetermined region 4 of the composite material 2 is heated.
  • the electric field 92 is applied to the metal nanocoil sheet 80 to increase the molecular momentum, and heat generation 94 is induced inside the metal nanocoil included in the metal nanocoil sheet 80.
  • Heat generation 94 generated inside the metal nanocoil sheet 80 is transmitted to a predetermined region 4 of the composite material 2. Thereby, the composite material 2 is heated by the heat generation 94 being transmitted to the resin, and the resin is reacted.
  • the heat generation 94 generated inside the metal nanocoil sheet 80 is transmitted to the high thermal conductive material layer 24 adjacent to the metal nanocoil sheet 80, and the high thermal conductive material layer 24 moves in the in-plane direction. Dispersing and forming a heating region 98 soaked on the entire surface on the other side of the predetermined region 4 of the composite material 2.
  • the pressure head 60, the composite material molding apparatus 70, and the composite material molding method using the composite material molding apparatus 70 according to the third embodiment have the above-described configuration, the pressure head 60 according to the second embodiment. The same effects as the composite material molding apparatus 50 and the composite material molding method by the composite material molding apparatus 50 are obtained.
  • the pressure head 60 and the composite material molding apparatus 70 according to the third embodiment may be further provided with a heating material layer 26 similar to the pressure head 20 and the composite material molding apparatus 10 according to the first embodiment.
  • the heat generating material layer 26 is not the metal thin film exemplified in the first embodiment, but another material that generates heat when the electric field 92 is applied by the electric field applying unit 90 is used.
  • the composite material molding method using the pressure head 60, the composite material molding apparatus 70, and the composite material molding apparatus 70 according to the third embodiment is based on the pressure head 20, the composite material molding apparatus 10, and the composite material molding apparatus 10. In the composite material molding method, the same effects as the effects caused by the heat generating material layer 26 are exhibited.
  • the pressure head 60 and the composite material molding apparatus 70 according to the third embodiment change the electric field applying unit 90 to the magnetic field coil 30 similar to the pressure head 20 and the composite material molding apparatus 10 according to the first embodiment. May be.
  • a sufficient eddy current is induced inside by a magnetic field smaller than the magnetic field 32 applied to the magnetic field coil 30 in the first embodiment.
  • Sufficient heat generation 94 is generated.
  • the pressure head 60 and the composite material molding apparatus 70 according to the third embodiment apply the magnetic field 32 to be applied to the magnetic field coil 30 from the pressure head 20 and the composite material molding apparatus 10 according to the first embodiment. Can also be reduced.
  • the pressurizing head 60, the composite material forming apparatus 70, and the composite material forming method using the composite material forming apparatus 70 according to the third embodiment are the same as the pressurizing according to the first embodiment.
  • the head 20, the composite material molding apparatus 10, and the composite material molding method using the composite material molding apparatus 10 have the same effects.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a composite material forming apparatus 10 ′ according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the composite material molding apparatus 10 ′ according to the fourth embodiment has a configuration in which the vertical positional relationship between the high thermal conductive material layer 24 and the heat generating material layer 26 is replaced in the composite material molding apparatus 10 according to the first embodiment. is there.
  • the composite material molding apparatus 10 ′ according to the fourth embodiment is the same as the composite material molding apparatus 10 according to the first embodiment in other configurations.
  • the composite material molding apparatus 10 ′ according to the fourth embodiment uses the same code group as that of the first embodiment in the same configuration as that of the other first embodiment, and a detailed description thereof is omitted.
  • the heat generating material layer 26 in the composite material forming apparatus 10 ′ is provided on the side of the high thermal conductive material layer 24 facing the composite material 2 as shown in FIG. That is, in the pressure head 20 in the composite material forming apparatus 10 ′, the heat insulating material layer 28 is provided on the lower side in the vertical direction of the pressure head main body 22, and the high thermal conductive material layer 24 is below the heat insulating material layer 28 in the vertical direction.
  • the heat generating material layer 26 is provided on the lower side in the vertical direction of the high thermal conductive material layer 24.
  • the operation of the composite material molding apparatus 10 ′ according to the fourth embodiment having the above-described configuration is substantially the same as that of the composite material molding apparatus 10 according to the first embodiment. That is, the composite material molding method according to the fourth embodiment, which is a processing method executed by the composite material molding device 10 ′ according to the fourth embodiment, is executed by the composite material molding device 10 according to the first embodiment. This is substantially the same as the composite material forming method according to the first embodiment, which is a processing method to be performed.
  • the pressurizing head 20 in the composite material forming apparatus 10 ′, the composite material forming apparatus 10 ′, and the composite material forming method using the composite material forming apparatus 10 ′ have the above-described configuration. 20.
  • the same effects as the composite material molding apparatus 10 and the composite material molding method by the composite material molding apparatus 10 are obtained.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Abstract

加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減する加圧ヘッド、複合材料成形装置及び複合材料成形方法を提供する。加圧ヘッド２０は、反応前の複合材料２の一方側に設けられる磁場コイル３０と複合材料２を介して対向して複合材料２の他方側に設けられる。加圧ヘッド２０は、加圧ヘッド本体２２と、高熱伝導材層２４と、を有する。加圧ヘッド本体２２は、磁場コイル３０が印加する磁場３２に対して透明な材料で形成されている。高熱伝導材層２４は、加圧ヘッド本体２２の複合材料２と対向する側に設けられ、磁場コイル３０が印加する磁場３２に対して透明であり、かつ、複合材料２よりも熱伝導率が高い材料で形成されている。

Description

加圧ヘッド、複合材料成形装置及び複合材料成形方法
　本発明は、加圧ヘッド、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。複合材料を製造する方法としては、強化繊維に樹脂を含浸させた複合材料のシートを積層し、積層したシートを加圧した状態で磁場を印加して加熱する方法が知られている（特許文献１参照）。
特開２０１４－１１６２９３号公報
　複合材料は、強化繊維の部分において導線性を有する。このため、複合材料は、特定の方向を除き、電気伝導率が低い。特許文献１の方法で、このような複合材料を成形する場合、複合材料の電気伝導率が低いために、複合材料に対して全体的に磁場を印加して加熱したとしても、加熱中の複合材料に温度ムラが生じてしまうという問題があった。これにより、特許文献１の方法で樹脂を反応させて得られる複合材料は、強度ムラが生じてしまい、高品質のものとはならないという問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減する加圧ヘッド、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、加圧ヘッドは、反応前の複合材料の一方側に設けられる磁場コイルと前記複合材料を介して対向して前記複合材料の他方側に設けられる加圧ヘッドであって、前記磁場コイルが印加する磁場に対して透明な材料で形成された加圧ヘッド本体と、前記加圧ヘッド本体の前記複合材料と対向する側に設けられ、前記磁場コイルが印加する磁場に対して透明であり、かつ、前記複合材料よりも熱伝導率が高い材料で形成された高熱伝導材層と、を有することを特徴とする。
　この構成によれば、高熱伝導材層が複合材料の内部で生じた発熱を面内方向に分散させることができるため、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減することができる。これにより、この構成によれば、樹脂を反応させて得られる複合材料に強度ムラが生じることを低減することができるので、高品質な複合材料を得ることができる。
　この構成において、前記高熱伝導材層を形成する材料は、窒化アルミニウム、窒化珪素、サファイア、アルミナ、炭化珪素、及び、前記磁場コイルが印加する磁場に応じて渦電流が未発生となる一方向材を含むシート材料のうちいずれか１つを含むことが好ましい。この構成によれば、高熱伝導材層が複合材料の内部で生じた発熱を面内方向に素早く分散させることができるため、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることをより低減することができる。
　これらの構成において、前記加圧ヘッド本体と前記高熱伝導材層との間に設けられ、前記磁場コイルが印加する磁場に応じて発熱し、かつ、前記複合材料よりも熱容量が低い材料で形成された発熱材層と、をさらに含むことが好ましい。あるいは、前記高熱伝導材層の前記複合材料と対向する側に設けられ、前記磁場コイルが印加する磁場に応じて発熱し、かつ、前記複合材料よりも熱容量が低い材料で形成された発熱材層と、をさらに含むことが好ましい。これらの構成によれば、発熱材層が、磁場コイルにより印加され、複合材料により発熱に供されることなく加圧ヘッドの側に漏れてくる磁場に応じて発熱を生じさせることができるので、効率よく複合材料を加熱することができる。
　発熱材層を含む構成において、前記発熱材層は、金属薄膜であることが好ましい。この構成によれば、発熱材層がより効率よく発熱することができるので、より効率よく複合材料を加熱することができる。
　発熱材層を含む構成において、前記高熱伝導材層及び前記発熱材層に対して前記加圧ヘッド本体がある側に設けられ、前記加圧ヘッド本体よりも熱伝導率が低い材料で形成された断熱材層と、をさらに含むことが好ましい。この構成によれば、断熱材層が複合材料及び発熱材層での発熱が加圧ヘッド本体の方向へ伝達することを低減することができるので、さらに効率よく複合材料を加熱することができる。
　発熱材層を含まない構成において、前記加圧ヘッド本体と前記高熱伝導材層との間に設けられ、前記加圧ヘッド本体よりも熱伝導率が低い材料で形成された断熱材層と、をさらに含むことが好ましい。この構成によれば、断熱材層が複合材料での発熱が加圧ヘッド本体の方向へ伝達することを低減することができるので、さらに効率よく複合材料を加熱することができる。
　断熱材層を含む構成において、前記断熱材層は、樹脂材であることが好ましい。この構成によれば、断熱材層が複合材料等での発熱が加圧ヘッド本体の方向へ伝達することをより低減することができるので、さらに効率よく複合材料を加熱することができる。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、加圧ヘッドは、反応前の複合材料に配置された金属ナノコイルと対向して設けられる加圧ヘッドであって、前記金属ナノコイルに印加される電場に対して透明な材料で形成された加圧ヘッド本体と、前記加圧ヘッド本体の前記複合材料と対向する側に設けられ、前記金属ナノコイルに印加される電場に対して透明であり、かつ、前記複合材料よりも熱伝導率が高い材料で形成された高熱伝導材層と、を有することを特徴とする。
　この構成によれば、高熱伝導材層が金属ナノコイルで生じた発熱を面内方向に分散させることができるため、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減することができる。これにより、この構成によれば、樹脂を反応させて得られる複合材料に強度ムラが生じることを低減することができるので、高品質な複合材料を得ることができる。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材料成形装置は、上記したいずれか１つの磁場コイルと対向して設けられる加圧ヘッドと、前記複合材料に、前記複合材料の一方側から磁場を印加して、前記複合材料を加熱する磁場コイルと、を備えることを特徴とする。
　この構成によれば、高熱伝導材層が複合材料の内部で生じた発熱を面内方向に分散させることができるため、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減することができる。これにより、この構成によれば、樹脂を反応させて得られる複合材料に強度ムラが生じることを低減することができるので、高品質な複合材料を得ることができる。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材料成形装置は、上記した金属ナノコイルと対向して設けられる加圧ヘッドと、前記複合材料に配置された金属ナノコイルと、前記複合材料に、前記複合材料の延びる方向に沿って電場を印加して、前記金属ナノコイルを発熱させることで、前記複合材料を加熱する電場印加部と、を備えることを特徴とする。
　この構成によれば、高熱伝導材層が金属ナノコイルで生じた発熱を面内方向に分散させることができるため、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減することができる。これにより、この構成によれば、樹脂を反応させて得られる複合材料に強度ムラが生じることを低減することができるので、高品質な複合材料を得ることができる。
　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、反応前の複合材料に向けて磁場コイルを配置して、前記複合材料の一方側から磁場を印加して前記複合材料を加熱する加熱ステップと、加圧ヘッドの高熱伝導材層が設けられた側を前記複合材料の他方側に向けて、前記複合材料の他方側から前記加圧ヘッドで加圧することで、前記複合材料を加圧するとともに、前記複合材料を均熱化する加圧均熱化ステップと、を有することを特徴とする。
　この構成によれば、高熱伝導材層が複合材料の内部で生じた発熱を面内方向に分散させることができるため、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減することができる。これにより、この構成によれば、樹脂を反応させて得られる複合材料に強度ムラが生じることを低減することができるので、高品質な複合材料を得ることができる。
　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、反応前の複合材料に金属ナノコイルを配置し、前記複合材料に向けて電場印加部を配置して、前記複合材料の延びる方向に沿って電場を印加して前記金属ナノコイルを発熱させることで、前記複合材料を加熱する加熱ステップと、加圧ヘッドの高熱伝導材層が設けられた側を前記複合材料の他方側に向けて、前記複合材料の他方側から前記加圧ヘッドで加圧することで、前記複合材料を加圧するとともに、前記複合材料を均熱化する加圧均熱化ステップと、を有することを特徴とする。
　この構成によれば、高熱伝導材層が金属ナノコイルで生じた発熱を面内方向に分散させることができるため、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減することができる。これにより、この構成によれば、樹脂を反応させて得られる複合材料に強度ムラが生じることを低減することができるので、高品質な複合材料を得ることができる。
　本発明によれば、加熱中の複合材料に温度ムラが生じることを低減する加圧ヘッド、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の概略構成図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形方法のフローチャートである。 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によって成形処理された後の複合材料の状態の一例を示す図である。 図４は、比較例に係る複合材料成形装置の概略構成図である。 図５は、比較例に係る複合材料成形装置によって成形処理された後の複合材料の状態の一例を示す図である。 図６は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形装置と比較例に係る複合材料成形装置とがそれぞれ複合材料を成形処理した際の複合材料の内部の最大温度差を示すグラフである。 図７は、本発明の第２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８は、本発明の第３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９は、本発明の第４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。
　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の概略構成図である。複合材料成形装置１０は、図１に示すように、加圧ヘッド２０と、磁場コイル３０と、制御部４０と、を備える。複合材料成形装置１０は、強化繊維に反応前の樹脂を含浸させた反応前の複合材料２を、所定の大きさ及び所定の形状に成形しつつ、反応させる。樹脂は、加熱されることで軟化状態または半硬化状態から硬化状態に熱硬化反応する熱硬化性樹脂と、加熱されることで熱溶融反応する熱可塑性樹脂と、が例示される。以下において、樹脂は、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とを区別しない場合には、熱硬化性樹脂の熱硬化反応と熱可塑性樹脂の熱溶融反応とを、単に反応と称する。
　複合材料２は、第１の実施形態では、複合材料成形装置１０において、鉛直方向である図１のＺ方向に沿う方向に直交し、水平方向である図１のＸ方向を含む方向に沿って延びる平板形状に、水平方向に延びる平面台８の上に配置され、成形される。詳細には、複合材料２は、後述する強化繊維が水平方向に沿って延びるように配置され、成形される。すなわち、第１の実施形態では、鉛直方向と、複合材料２の厚さ方向とが一致する。第１の実施形態では、複合材料２における鉛直方向下側を一方側と称し、複合材料２における鉛直方向上側を他方側と称する。また、第１の実施形態では、複合材料２において加圧ヘッド２０及び磁場コイル３０により加圧及び加熱加工をされている領域を、所定の領域４と称する。なお、本発明では、複合材料２は、このような配置をされる形態に限定されず、いかなる配置がなされてもよい。また、本発明では、複合材料２は、このような平板形状に成形される形態に限定されず、曲線を有する複雑な形状等、いかなる形状に成形されてもよい。また、本発明では、所定の領域４は、このような複合材料２の一部の領域である形態に限定されず、複合材料２の全体の領域であってもよい。
　複合材料２に含まれる強化繊維は、電気伝導性を有するので、後述する磁場コイル３０が印加する磁場３２によって複合材料２の内部に渦電流を誘起される。複合材料２に含まれる強化繊維は、内部に渦電流が誘起されることで、強化繊維自体の電気抵抗によって発熱３４が生じる。すなわち、複合材料２は、磁場３２に応じて内部に発熱３４を生じさせる。複合材料２に含まれる強化繊維で生じた発熱３４は、複合材料２に含まれる樹脂に伝えられ、樹脂の反応に寄与する。
　複合材料２は、軽量性及び高い強度を有する。複合材料２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２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２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。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。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。ただし、樹脂は、これらに限定されず、その他の樹脂でもよい。
　平面台８は、磁場コイル３０が印加する磁場３２に対して透明な材料、すなわち、磁場コイル３０が印加する磁場３２によってほとんど内部に渦電流を誘起されず、磁場コイル３０が印加する磁場３２に応じてほとんど内部に発熱を生じさせない材料で構成されている。平面台８を形成する材料は、第１の実施形態では、いずれも、磁場３２に対して透明であり、かつ、耐圧性及び耐熱性が高い材料であるＰＥＥＫ樹脂、及びセラミックスが好ましい。
　加圧ヘッド２０は、図１に示すように、複合材料２の所定の領域４の他方側と対向して設けられており、複合材料２及び平面台８を介して、磁場コイル３０と鉛直方向に対向して設けられている。加圧ヘッド２０は、複合材料２の所定の領域４を、複合材料２の他方側から加圧する。
　加圧ヘッド２０は、図１に示すように、加圧ヘッド本体２２と、高熱伝導材層２４と、発熱材層２６と、断熱材層２８と、を含む。加圧ヘッド２０では、断熱材層２８が加圧ヘッド本体２２の鉛直方向下側に設けられている。加圧ヘッド２０では、発熱材層２６が断熱材層２８の鉛直方向下側に設けられている。加圧ヘッド２０では、高熱伝導材層２４が発熱材層２６の鉛直方向下側に設けられている。高熱伝導材層２４、発熱材層２６及び断熱材層２８は、いずれも、水平方向に沿って延びる形状及び大きさが、加圧ヘッド本体２２の水平方向に沿って延びる形状及び大きさと等しい形態が例示される。高熱伝導材層２４、発熱材層２６及び断熱材層２８は、いずれも、鉛直方向に沿う厚さが、水平方向に沿う位置に依らず均一な形態が例示される。加圧ヘッド２０は、このような構成を有するので、高熱伝導材層２４を複合材料２に押し当てながら、複合材料２を加圧することができる。
　加圧ヘッド本体２２は、磁場コイル３０が印加する磁場３２に対して透明な材料で形成されている。加圧ヘッド本体２２を形成する材料は、磁場３２に対して透明で、かつ、耐圧性及び耐熱性が高い材料であるＰＥＥＫ樹脂、及びセラミックスであることが好ましい。
　加圧ヘッド本体２２は、図１における鉛直方向上側に、図示しない加圧シリンダが設けられており、この加圧シリンダが制御部４０と電気的に接続されている。加圧ヘッド２０は、制御部４０により加圧ヘッド本体２２の加圧シリンダが制御されることにより、複合材料２に対して相対的に鉛直方向上下に移動することができ、かつ、複合材料２に対して鉛直方向下側へ向けて印加する圧力を変更することができる。加圧ヘッド２０は、複合材料２の所定の領域４を２００ｋＰａ以上８００ｋＰａ以下で加圧することが好ましく、３００ｋＰａ以上６００ｋＰａ以下で加圧することがより好ましい。
　高熱伝導材層２４は、加圧ヘッド本体２２の複合材料２の所定の領域４と対向する側に、すなわち鉛直方向下側に、断熱材層２８及び発熱材層２６を介して、加圧ヘッド本体２２の鉛直方向下側の水平方向に沿って延びる面を覆うように設けられている。高熱伝導材層２４は、磁場コイル３０が印加する磁場３２に対して透明であり、かつ、複合材料２よりも熱伝導率が高い材料で形成されている。
　高熱伝導材層２４は、複合材料２よりも高い熱伝導率を有するので、複合材料２の内部で生じた発熱３４を面内方向に分散させて、複合材料２の所定の領域４の他方側に、全面に均熱化された加熱領域３８を形成することができる。このため、高熱伝導材層２４は、加熱中の複合材料２に温度ムラが生じることを低減することができる。これにより、高熱伝導材層２４は、樹脂を反応させて得られる複合材料２に強度ムラが生じることを低減することができるので、高品質な複合材料２を得ることに寄与することができる。
　また、高熱伝導材層２４は、後述する発熱材層２６で生じた発熱３６を、複合材料２の所定の領域４の他方側に伝達して、複合材料２の加熱に寄与させることができる。このため、高熱伝導材層２４は、発熱３６を伝達することで、効率よく複合材料２を加熱することを補助する。
　高熱伝導材層２４を形成する材料は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する材料が好ましく、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する材料がより好ましい。高熱伝導材層２４を形成する材料は、具体的には、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上２８５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有する窒化アルミニウム、２７Ｗ／ｍ・Ｋ以上５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有する窒化珪素、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有するサファイア及びアルミナ、２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する炭化ケイ素、並びに、磁場コイル３０が印加する磁場３２に応じて渦電流が未発生となる一方向材である２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する炭素繊維またはチラノ繊維等を含むシート材料が好ましい。
　発熱材層２６は、加圧ヘッド本体２２と高熱伝導材層２４との間に設けられている。発熱材層２６は、磁場コイル３０が印加する磁場３２に応じて発熱３６が生じ、かつ、複合材料２よりも熱容量が低い材料で形成されている。発熱材層２６は、磁場コイル３０により印加され、複合材料２により発熱３４に供されることなく加圧ヘッド２０の側に漏れてくる磁場３２によって内部に弱い渦電流が誘起され、さらに、発熱材層２６自体の電気抵抗によって内部に発熱３６を生じさせる。発熱材層２６は、複合材料２よりも熱容量が低いので、すなわち、十分に薄いので、磁場コイル３０が印加する磁場３２に応じて内部に十分に弱い渦電流が誘起されるため、強い渦電流が誘起されて磁場コイル３０が印加する磁場３２を相殺して複合材料２の加熱を妨げることがないので、磁場コイル３０が印加する磁場３２に応じて効率よく複合材料２を加熱することを補助する。
　発熱材層２６を形成する材料は、金属薄膜が好ましく、具体的には、厚さが１００μｍ以下のアルミニウム箔が好ましく、厚さが２０μｍ以下のアルミニウム箔がより好ましく、厚さが１０μｍ以上２０μｍ以下のアルミニウム箔がさらに好ましい。
　断熱材層２８は、加圧ヘッド本体２２と発熱材層２６との間に設けられている。すなわち、断熱材層２８は、高熱伝導材層２４及び発熱材層２６に対して加圧ヘッド本体２２がある側に設けられている。断熱材層２８は、加圧ヘッド本体２２よりも熱伝導率が低い材料で形成されている。断熱材層２８を形成する材料は、具体的には、樹脂材であることが好ましい。断熱材層２８は、複合材料２に含まれる強化繊維で生じた発熱３４と発熱材層２６で生じた発熱３６とが加圧ヘッド本体２２へ伝達されることを低減することで、発熱３４と発熱３６とが効率よく複合材料２の加熱に寄与することを補助する。このため、断熱材層２８は、効率よく複合材料２を加熱することを補助する。
　磁場コイル３０は、図１に示すように、複合材料２の所定の領域４の一方側と対向して設けられており、平面台８及び複合材料２を介して、加圧ヘッド２０と鉛直方向に対向して設けられている。磁場コイル３０は、複合材料２の所定の領域４に、複合材料２の一方側から磁場３２を印加する。
　磁場コイル３０は、第１の実施形態では、１つのコイルが配置された形態が例示されるが、複数のコイルが所定の形状、例えば正方形状に配列された形態が用いられてもよい。磁場コイル３０は、コイルが配置された水平方向の領域と同等の領域に磁場３２を印加する。第１の実施形態では、磁場コイル３０が磁場３２を印加する領域は、複合材料２の所定の領域４に対応している。
　磁場コイル３０に含まれるコイルは、コイルの中心軸が複合材料２の延びる面と交差する方向を向いている。磁場コイル３０は、複合材料２の延びる面と交差する方向に沿って磁場３２を発生させることで、複合材料２に含まれる強化繊維が延びる方向と交差する方向に沿って磁場３２を発生させる。磁場コイル３０は、磁場コイル３０の鉛直方向上側の端部が複合材料２の一方側の面と所定の距離を離して配置されている。この所定の距離は、１．５ｃｍが例示される。
　磁場コイル３０に含まれるコイルは、コイルの中心軸が鉛直方向に沿った方向を向いていることが好ましい。この場合、磁場コイル３０は、複合材料２の延びる面と直交する方向に沿って磁場３２を発生させることで、複合材料２に含まれる強化繊維が延びる方向と直交する方向に沿って磁場３２を発生させる。そして、複合材料２に含まれる強化繊維は、複合材料２の強化繊維が延びる方向と直交する方向に沿った磁場３２が印加されることで、効率よく渦電流が誘起されるため、効率よく発熱３４を生じさせることができる。このため、磁場コイル３０は、効率よく複合材料２の所定の領域４を加熱することができる。
　磁場コイル３０は、制御部４０と電気的に接続されている。磁場コイル３０は、制御部４０により制御されることにより、複合材料２に対して鉛直方向上側へ向けて印加する磁場３２の大きさ及び周波数等を変更することができる。磁場コイル３０は、複合材料２の所定の領域４に９００ｋＨｚ以上の高周波磁場を印加することが好ましい。
　制御部４０は、加圧ヘッド本体２２に設けられている加圧シリンダと、電気的に接続されている。制御部４０は、磁場コイル３０と電気的に接続されている。制御部４０は、加圧シリンダを制御することで加圧ヘッド２０を制御し、これにより、加圧ヘッド２０の複合材料２に対する相対的な鉛直方向の位置と、複合材料２に対して鉛直方向下側へ向けて印加する圧力と、等を制御することができる。制御部４０は、磁場コイル３０に流す電流を制御することで、磁場コイル３０が印加する磁場３２の大きさ及び周波数を制御することができ、これにより、複合材料２の具体的な樹脂の組成等に応じて、複合材料２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４０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。
　複合材料成形装置１０は、複合材料２に対する加圧ヘッド２０の水平方向の位置と、複合材料２に対する磁場コイル３０の水平方向の位置と、を同期して変化させる図示しない移動機構が設けられていてもよい。この移動機構は、制御部４０により制御され、複合材料成形装置１０による成形加工中に、加圧ヘッド２０により加圧する領域及び磁場コイル３０により磁場３２を印加する領域である所定の領域４を、複合材料２において移動させることができる。制御部４０は、所定の領域４が複合材料２のどの領域を移動したかどうかを、随時判定することができる。
　以上のような構成を有する第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０の作用について以下に説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形方法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装置１０によって実行される処理方法である第１の実施形態に係る複合材料成形方法について、図２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、図２に示すように、加熱ステップＳ１２と、加圧均熱化ステップＳ１４と、を有する。
　先に、加熱ステップＳ１２及び加圧均熱化ステップＳ１４に入る前の準備ステップを行う。準備ステップは、強化繊維に反応前の樹脂を含浸させた反応前の複合材料２を、平面台８の鉛直方向上側に、水平方向に沿って延びる平板形状に配置するステップである。
　加熱ステップＳ１２は、準備ステップの後に行われる。加熱ステップＳ１２は、まず、制御部４０が、平面台８の上に配置された複合材料２の所定の領域４の一方側と鉛直方向に対向する位置に、複合材料２の所定の領域４に向けて磁場コイル３０を移動させて配置する。加熱ステップＳ１２は、次に、制御部４０が、磁場コイル３０に電流を流すことで、磁場コイル３０により複合材料２の一方側から磁場３２を印加して、複合材料２の所定の領域４を加熱するステップである。
　加熱ステップＳ１２では、複合材料２と発熱材層２６以外の構成部分、具体的には、平面台８、加圧ヘッド本体２２、高熱伝導材層２４及び断熱材層２８は、いずれも磁場コイル３０が印加する磁場３２に対して透明であるため、磁場３２によってほとんど内部に渦電流を誘起されず、磁場３２に応じてほとんど内部に発熱を生じさせない。
　加熱ステップＳ１２では、複合材料２は、複合材料２の所定の領域４に存在する強化繊維が、磁場３２によって内部に渦電流が誘起され、さらに、強化繊維自体の電気抵抗によって内部に発熱３４を生じさせる。これにより、複合材料２は、この発熱３４が樹脂に伝えられることで、加熱され、樹脂が反応される。
　加熱ステップＳ１２では、加えて、発熱材層２６が、磁場３２によって内部に弱い渦電流が誘起され、さらに、発熱材層２６自体の電気抵抗によって内部に発熱３６を生じさせる。これにより、複合材料２は、この発熱３６が樹脂に伝えられることで、加熱が補助され、樹脂の反応が補助される。
　加圧均熱化ステップＳ１４は、準備ステップの後に、かつ、加熱ステップＳ１２と並行して行われる。加圧均熱化ステップＳ１４は、まず、制御部４０が、平面台８の上に配置された複合材料２の他方側と鉛直方向に対向する位置に、加圧ヘッド２０を移動させて、加圧ヘッド２０の高熱伝導材層２４が設けられた側を複合材料２の所定の領域４に向けた状態とする。加圧均熱化ステップＳ１４は、次に、制御部４０が、加圧ヘッド２０の高熱伝導材層２４が設けられた側を複合材料２の所定の領域４の他方側に押し当てながら、複合材料２の所定の領域４を他方側から加圧するステップである。
　加圧均熱化ステップＳ１４では、加圧ヘッド２０の高熱伝導材層２４が設けられた側が複合材料２の所定の領域４に押し当てられるので、加熱ステップＳ１２において複合材料２の所定の領域４でまばらに生じた発熱３４が、高熱伝導材層２４に伝達される。高熱伝導材層２４は、複合材料２よりも高い熱伝導率を有するので、この発熱３４を面内方向に分散させて、複合材料２の所定の領域４の他方側に、全面に均熱化された加熱領域３８を形成する。このため、高熱伝導材層２４は、加熱中の複合材料２に温度ムラが生じることを低減することができる。これにより、高熱伝導材層２４は、樹脂を反応させて得られる複合材料２に強度ムラが生じることを低減することができるので、高品質な複合材料２を得ることに寄与することができる。
　加圧均熱化ステップＳ１４では、加えて、発熱材層２６で生じた発熱３６が、高熱伝導材層２４に伝達される。これにより、高熱伝導材層２４は、この発熱３６の分だけ、全面に均熱化された加熱領域３８の温度を上昇させることができる。このため、高熱伝導材層２４は、発熱３６を伝達することで、効率よく複合材料２を加熱することを補助する。
　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１０によって成形処理された後の複合材料２の状態の一例を示す図である。複合材料成形装置１０によって成形処理された後の複合材料２は、図３に示すように、複合材料２の所定の領域４の全面が黒色化している。このことは、複合材料２の所定の領域４の全面において樹脂が反応したことを示しており、複合材料２の所定の領域４の全面に均熱化された加熱領域３８が形成されていたことの痕跡である。
　図４は、比較例に係る複合材料成形装置１１０の概略構成図である。図５は、比較例に係る複合材料成形装置１１０によって成形処理された後の複合材料１０２の状態の一例を示す図である。比較例に係る複合材料成形装置１１０は、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０に対して加圧ヘッド２０に高熱伝導材層２４、発熱材層２６及び断熱材層２８が設けられない構成である。なお、比較例に係る複合材料成形装置１１０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、比較例に係る複合材料成形装置１１０について、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０と区別するため、異なる符号を付して説明する。比較例に係る複合材料成形装置１１０は、図４に示すように、加圧ヘッド本体１２２のみで構成される加圧ヘッド１２０と、磁場コイル１３０と、制御部１４０と、を備える。磁場コイル１３０は、制御部１４０により制御されることにより、平面台１０８の鉛直方向上側に水平方向に沿って延びる平板形状に配置された複合材料１０２の所定の領域１０４に、複合材料１０２の一方側から磁場１３２を印加する。複合材料１０２は、磁場１３２によって内部に渦電流が誘起され、これにより内部に発熱１３４を生じさせる。
　複合材料成形装置１１０によって成形処理された後の複合材料１０２は、図５に示すように、複合材料１０２の所定の領域１０４の図５における上側の一部の領域のみが黒色化している。このことは、複合材料１０２の所定の領域１０４のこの一部の領域においてのみ樹脂が反応したことを示しており、複合材料１０２の所定の領域１０４のこの一部の領域に発熱１３４が生じ、発熱１３４が水平方向に伝達していなかったことの痕跡である。
　図６は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０と比較例に係る複合材料成形装置１１０とがそれぞれ複合材料２，１０２を成形処理した際の複合材料２，１０２の内部の最大温度差を示すグラフである。図６におけるＡは、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０が複合材料２を成形処理した際の複合材料２の内部の最大温度と最小温度との温度差を表しており、この温度差は、図６に示すように、８０℃程度であった。図６におけるＢは、比較例に係る複合材料成形装置１１０が複合材料１０２を成形処理した際の複合材料１０２の内部の最大温度と最小温度との温度差を表しており、この温度差は、図６に示すように、２５０℃程度であった。このことから、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０は、加圧ヘッド本体２２の複合材料２の所定の領域４と対向する側に高熱伝導材層２４を設けたことにより、最大温度と最小温度との温度差が３分の１程度に低減することができたことがわかる。
　加圧ヘッド２０、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、高熱伝導材層２４が複合材料２の内部で生じた発熱３４を面内方向に分散させることができるため、加熱中の複合材料２に温度ムラが生じることを低減することができる。これにより、加圧ヘッド２０、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、樹脂を反応させて得られる複合材料２に強度ムラが生じることを低減することができるので、高品質な複合材料２を得ることができる。
　また、加圧ヘッド２０、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、高熱伝導材層２４を形成する材料が、窒化アルミニウム、窒化珪素、サファイア、アルミナ、炭化珪素、及び、磁場コイル３０が印加する磁場３２によって渦電流が未発生となる一方向材を含むシート材料のうちいずれか１つを含む。このため、加圧ヘッド２０、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、高熱伝導材層２４が複合材料２の内部で生じた発熱３４を面内方向に素早く分散させることができるため、加熱中の複合材料２に温度ムラが生じることをより低減することができる。
　また、加圧ヘッド２０、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、加圧ヘッド本体２２と高熱伝導材層２４との間に設けられ、磁場コイル３０が印加する磁場３２に応じて発熱し、かつ、複合材料２よりも熱容量が低い材料で形成された発熱材層２６と、をさらに含む。このため、加圧ヘッド２０、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、発熱材層２６が、磁場コイル３０により印加され、複合材料２により発熱３４に供されることなく加圧ヘッド２０の側に漏れてくる磁場３２に応じて発熱３６を生じさせることができるので、効率よく複合材料２を加熱することができる。
　また、加圧ヘッド２０、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、発熱材層２６が、金属薄膜である。このため、加圧ヘッド２０、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、発熱材層２６がより効率よく発熱することができるので、より効率よく複合材料２を加熱することができる。
　また、加圧ヘッド２０、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、加圧ヘッド本体２２と発熱材層２６との間に設けられ、加圧ヘッド本体２２よりも熱伝導率が低い材料で形成された断熱材層２８と、をさらに含む。このため、加圧ヘッド２０、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、断熱材層２８が複合材料２及び発熱材層２６での発熱３４，３６が加圧ヘッド本体２２の方向へ伝達することを低減することができるので、さらに効率よく複合材料２を加熱することができる。
　また、加圧ヘッド２０、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、断熱材層２８が、樹脂材である。このため、加圧ヘッド２０、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、断熱材層２８が複合材料２及び発熱材層２６での発熱３４，３６が加圧ヘッド本体２２の方向へ伝達することをより低減することができるので、さらに効率よく複合材料２を加熱することができる。
［第２の実施形態］
　図７は、本発明の第２の実施形態に係る複合材料成形装置５０の概略構成図である。第２の実施形態に係る複合材料成形装置５０は、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０に対して加圧ヘッド２０に発熱材層２６が省略された構成である。なお、第２の実施形態に係る複合材料成形装置５０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５０における加圧ヘッド６０について、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０における加圧ヘッド２０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５０は、その他の第１の実施形態と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。
　複合材料成形装置５０は、図７に示すように、加圧ヘッド６０と、磁場コイル３０と、制御部４０と、を備える。加圧ヘッド６０は、図７に示すように、加圧ヘッド本体２２と、高熱伝導材層２４と、断熱材層２８と、を含む。
　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５０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５０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処理方法である第１の実施形態に係る複合材料成形方法に対して、加熱ステップＳ１２において発熱材層２６が発熱３６を生じさせる部分が省略された構成である。なお、第２の実施形態に係る複合材料成形方法は、他の構成については、第１の実施形態に係る複合材料成形方法と同様である。
　加圧ヘッド６０、複合材料成形装置５０及び複合材料成形装置５０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、発熱材層２６によって引き起こされる作用効果を除き、加圧ヘッド２０、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。
［第３の実施形態］
　図８は、本発明の第３の実施形態に係る複合材料成形装置７０の概略構成図である。第３の実施形態に係る複合材料成形装置７０は、第２の実施形態に係る複合材料成形装置５０に対して高熱伝導材層２４の複合材料２の所定の領域４と対向する側に金属ナノコイルシート８０がさらに配置され、磁場３２を印加する磁場コイル３０が、電場９２を印加する電場印加部９０に変更された構成である。なお、第３の実施形態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５０と同様である。以下、第３の実施形態に係る複合材料成形装置７０における制御部１００について、それぞれ第２の実施形態に係る複合材料成形装置５０における制御部４０と区別するため、異なる符号を付して説明する。第３の実施形態に係る複合材料成形装置７０は、その他の第２の実施形態と同様の構成に第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８に示すように、加圧ヘッド６０と、電場印加部９０と、制御部１００と、金属ナノコイルシート８０と、を備える。加圧ヘッド６０は、加圧ヘッド本体２２と、高熱伝導材層２４と、断熱材層２８と、を備え、加圧ヘッド本体２２、高熱伝導材層２４及び断熱材層２８は、いずれも、電場印加部９０により印加される電場９２に対して透明な材料で形成されている。加圧ヘッド本体２２及び断熱材層２８は、いずれも、第１の実施形態で例示された材料と同様の物が例示される。高熱伝導材層２４は、第１の実施形態で例示された材料のうち、磁場コイル３０が印加する磁場３２に応じて渦電流が未発生となる一方向材である２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する炭素繊維またはチラノ繊維等を含むシート材料を除く材料と同様の物が例示される。加圧ヘッド６０は、高熱伝導材層２４が設けられた側が、金属ナノコイルシート８０と対向して設けられている。金属ナノコイルシート８０は、複合材料２の所定の領域４の他方側に配置されている。金属ナノコイルシート８０は、金属ナノコイルが塗布されたシートである。金属ナノコイルは、溶液に分散して吹き付けることで塗布される。
　金属ナノコイルシート８０に塗布された金属ナノコイルは、金属ナノコイルの軸方向に沿った電場印加部９０が印加する電場９２によって、分子運動量が増加して、金属ナノコイルの内部に発熱９４が誘起される。一方、複合材料２は、電場９２が印加されても、発熱が未発生となる。このため、複合材料２の所定の領域４の他方側に金属ナノコイルシート８０を配置することで、複合材料２の所定の領域４の延びる方向に沿って電場印加部９０が印加する電場９２で、複合材料２の所定の領域４を選択的に加熱可能な状態にすることができる。金属ナノコイルは、直径が約１００μｍである。金属ナノコイルを構成する金属線の直径は、約９０ｎｍである。なお、金属ナノコイルの配置形態は、第３の実施形態では金属ナノコイルシート８０の配置が例示されるが、これに限定されることなく、複合材料２の所定の領域４の他方側に金属ナノコイルを塗布する形態でもよく、予め複合材料２の所定の領域４の内部に金属ナノコイルを含ませておく形態でもよい。
　第３の実施形態では、加圧ヘッド６０と金属ナノコイルシート８０とは別々に設けられているが、これに限定されることなく、加圧ヘッド６０と金属ナノコイルシート８０とが一体化された構成としてもよい。
　電場印加部９０は、図８に示すように、複合材料２の所定の領域４の延びる方向に向けて設けられている。電場印加部９０は、複合材料２の所定の領域４の延びる方向に沿って、複合材料２の所定の領域４に向けて電場９２を印加する。電場印加部９０は、電源及び一対の電極が例示される。
　以上のような構成を有する第３の実施形態に係る複合材料成形装置７０の作用について以下に説明する。第３の実施形態に係る複合材料成形装置７０によって実行される処理方法である第３の実施形態に係る複合材料成形方法は、第２の実施形態に係る複合材料成形装置５０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に対して、加熱ステップＳ１２と加圧均熱化ステップＳ１４がそれぞれ次のように変更された構成である。第３の実施形態に係る加熱ステップＳ１２は、第２の実施形態に係る加熱ステップＳ１２において磁場コイル３０により磁場３２を印加して直接的に複合材料２を加熱することが、電場印加部９０により電場９２を印加して金属ナノコイルシート８０を介して間接的に複合材料２を加熱することに変更された構成である。第３の実施形態に係る加圧均熱化ステップＳ１４は、第２の実施形態に係る加圧均熱化ステップＳ１４において加熱ステップＳ１２の変更に伴って変更された構成である。なお、第３の実施形態に係る複合材料成形方法は、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方法と同様である。
　具体的には、第３の実施形態に係る複合材料成形方法では、加熱ステップＳ１２は、まず、複合材料２の所定の領域４の他方側に金属ナノコイルシート８０を配置し、制御部１００が、平面台８の上に配置された複合材料２の所定の領域４の延びる方向に向けた位置に、複合材料２の所定の領域４に向けて電場印加部９０を移動させて配置する。加熱ステップＳ１２は、次に、制御部１００が、電場印加部９０に電圧を印加することで、電場印加部９０により複合材料２の所定の領域４の延びる方向に沿って電場９２を印加して、複合材料２の所定の領域４を加熱するステップである。
　加熱ステップＳ１２では、金属ナノコイルシート８０は、電場９２が印加されることによって、分子運動量が増加して、金属ナノコイルシート８０に含まれる金属ナノコイルの内部に発熱９４が誘起される。金属ナノコイルシート８０の内部に生じた発熱９４は、複合材料２の所定の領域４に伝達する。これにより、複合材料２は、この発熱９４が樹脂に伝えられることで、加熱され、樹脂が反応される。
　加圧均熱化ステップＳ１４では、金属ナノコイルシート８０の内部に生じた発熱９４は、金属ナノコイルシート８０と隣接する高熱伝導材層２４に伝達し、高熱伝導材層２４によって面内方向に分散して、複合材料２の所定の領域４の他方側に、全面に均熱化された加熱領域９８を形成する。
　第３の実施形態に係る加圧ヘッド６０、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の実施形態に係る加圧ヘッド６０、複合材料成形装置５０及び複合材料成形装置５０による複合材料成形方法と同様の作用効果を奏する。
　第３の実施形態に係る加圧ヘッド６０及び複合材料成形装置７０は、第１の実施形態に係る加圧ヘッド２０及び複合材料成形装置１０と同様の発熱材層２６がさらに設けられてもよい。ただし、この場合には、発熱材層２６は、第１の実施形態で例示した金属薄膜ではなく、電場印加部９０による電場９２が印加されることで発熱する別の材料が用いられる。この場合、第３の実施形態に係る加圧ヘッド６０、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、加圧ヘッド２０、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において発熱材層２６によって引き起こされる作用効果と同様の作用効果を奏する。
　第３の実施形態に係る加圧ヘッド６０及び複合材料成形装置７０は、電場印加部９０を第１の実施形態に係る加圧ヘッド２０及び複合材料成形装置１０と同様の磁場コイル３０に変更してもよい。この場合、金属ナノコイルシート８０に含まれる金属ナノコイルは、第１の実施形態における磁場コイル３０に印加された磁場３２よりも小さい磁場により、内部に十分な渦電流が誘起され、これにより内部に十分な発熱９４を生じさせる。このため、第３の実施形態に係る加圧ヘッド６０及び複合材料成形装置７０は、磁場コイル３０に印加させる磁場３２を、第１の実施形態に係る加圧ヘッド２０及び複合材料成形装置１０よりも小さくすることができる。この場合にも、第３の実施形態に係る加圧ヘッド６０、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、その他の部分については、第１の実施形態に係る加圧ヘッド２０、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。
［第４の実施形態］
　図９は、本発明の第４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。第４の実施形態に係る複合材料成形装置１０´は、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０において高熱伝導材層２４と発熱材層２６との鉛直方向の位置関係を入れ替えた構成である。なお、第４の実施形態に係る複合材料成形装置１０´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４の実施形態に係る複合材料成形装置１０´について、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０と区別するため、異なる符号を付して説明する。第４の実施形態に係る複合材料成形装置１０´は、その他の第１の実施形態と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。
　複合材料成形装置１０´における発熱材層２６は、図９に示すように、高熱伝導材層２４の複合材料２と対向する側に設けられている。すなわち、複合材料成形装置１０´における加圧ヘッド２０では、断熱材層２８が加圧ヘッド本体２２の鉛直方向下側に設けられており、高熱伝導材層２４が断熱材層２８の鉛直方向下側に設けられており、発熱材層２６が高熱伝導材層２４の鉛直方向下側に設けられている。
　以上のような構成を有する第４の実施形態に係る複合材料成形装置１０´の作用は、第１の実施形態に係る複合材料成形装置１０の作用とほぼ同様である。すなわち、第４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処理方法である第４の実施形態に係る複合材料成形方法は、第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処理方法である第１の実施形態に係る複合材料成形方法とほぼ同様である。
　複合材料成形装置１０´における加圧ヘッド２０、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、複合材料成形装置１０における加圧ヘッド２０、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。
　２，１０２　複合材料
　４，１０４　所定の領域
　８，１０８　平面台
　１０，１０´，５０，７０，１１０　複合材料成形装置
　２０，６０，１２０　加圧ヘッド
　２２，１２２　加圧ヘッド本体
　２４　高熱伝導材層
　２６　発熱材層
　２８　断熱材層
　３０，１３０　磁場コイル
　３２，１３２　磁場
　３４，３６，９４，１３４　発熱
　３８，９８　加熱領域
　４０，１００，１４０　制御部
　８０　金属ナノコイルシート
　９０　電場印加部
　９２　電場

Claims (13)

  1. 　反応前の複合材料の一方側に設けられる磁場コイルと前記複合材料を介して対向して前記複合材料の他方側に設けられる加圧ヘッドであって、
    　前記磁場コイルが印加する磁場に対して透明な材料で形成された加圧ヘッド本体と、
    　前記加圧ヘッド本体の前記複合材料と対向する側に設けられ、前記磁場コイルが印加する磁場に対して透明であり、かつ、前記複合材料よりも熱伝導率が高い材料で形成された高熱伝導材層と、
    　を有することを特徴とする加圧ヘッド。
  2. 　前記高熱伝導材層を形成する材料は、窒化アルミニウム、窒化珪素、サファイア、アルミナ、炭化珪素、及び、前記磁場コイルが印加する磁場に応じて渦電流が未発生となる一方向材を含むシート材料のうちいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の加圧ヘッド。
  3. 　前記加圧ヘッド本体と前記高熱伝導材層との間に設けられ、前記磁場コイルが印加する磁場に応じて発熱し、かつ、前記複合材料よりも熱容量が低い材料で形成された発熱材層と、をさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加圧ヘッド。
  4. 　前記高熱伝導材層の前記複合材料と対向する側に設けられ、前記磁場コイルが印加する磁場に応じて発熱し、かつ、前記複合材料よりも熱容量が低い材料で形成された発熱材層と、をさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加圧ヘッド。
  5. 　前記発熱材層は、金属薄膜であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の加圧ヘッド。
  6. 　前記高熱伝導材層及び前記発熱材層に対して前記加圧ヘッド本体がある側に設けられ、前記加圧ヘッド本体よりも熱伝導率が低い材料で形成された断熱材層と、をさらに含むことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の加圧ヘッド。
  7. 　前記加圧ヘッド本体と前記高熱伝導材層との間に設けられ、前記加圧ヘッド本体よりも熱伝導率が低い材料で形成された断熱材層と、をさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加圧ヘッド。
  8. 　前記断熱材層は、樹脂材であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の加圧ヘッド。
  9. 　反応前の複合材料に配置された金属ナノコイルと対向して設けられる加圧ヘッドであって、
    　前記金属ナノコイルに印加される電場に対して透明な材料で形成された加圧ヘッド本体と、
    　前記加圧ヘッド本体の前記複合材料と対向する側に設けられ、前記金属ナノコイルに印加される電場に対して透明であり、かつ、前記複合材料よりも熱伝導率が高い材料で形成された高熱伝導材層と、
    　を有することを特徴とする加圧ヘッド。
  10. 　請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の加圧ヘッドと、
    　前記複合材料に、前記複合材料の一方側から磁場を印加して、前記複合材料を加熱する磁場コイルと、
    　を備えることを特徴とする複合材料成形装置。
  11. 　請求項９に記載の加圧ヘッドと、
    　前記複合材料に配置された金属ナノコイルと、
    　前記複合材料に、前記複合材料の延びる方向に沿って電場を印加して、前記金属ナノコイルを発熱させることで、前記複合材料を加熱する電場印加部と、
    　を備えることを特徴とする複合材料成形装置。
  12. 　反応前の複合材料に向けて磁場コイルを配置して、前記複合材料の一方側から磁場を印加して前記複合材料を加熱する加熱ステップと、
    　加圧ヘッドの高熱伝導材層が設けられた側を前記複合材料の他方側に向けて、前記複合材料の他方側から前記加圧ヘッドで加圧することで、前記複合材料を加圧するとともに、前記複合材料を均熱化する加圧均熱化ステップと、
    　を有することを特徴とする複合材料成形方法。
  13. 　反応前の複合材料に金属ナノコイルを配置し、前記複合材料に向けて電場印加部を配置して、前記複合材料の延びる方向に沿って電場を印加して前記金属ナノコイルを発熱させることで、前記複合材料を加熱する加熱ステップと、
    　加圧ヘッドの高熱伝導材層が設けられた側を前記複合材料の他方側に向けて、前記複合材料の他方側から前記加圧ヘッドで加圧することで、前記複合材料を加圧するとともに、前記複合材料を均熱化する加圧均熱化ステップと、
    　を有することを特徴とする複合材料成形方法。
PCT/JP2018/045303 2018-01-31 2018-12-10 加圧ヘッド、複合材料成形装置及び複合材料成形方法 WO2019150769A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18903832.6A EP3733390B1 (en) 2018-01-31 2018-12-10 Composite-material molding device, and composite-material molding method
US16/966,250 US20210046678A1 (en) 2018-01-31 2018-12-10 Pressure head, apparatus for forming composite material, and method for forming composite material

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-015618 2018-01-31
JP2018015618A JP7049613B2 (ja) 2018-01-31 2018-01-31 加圧ヘッド、複合材料成形装置及び複合材料成形方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019150769A1 true WO2019150769A1 (ja) 2019-08-08

Family

ID=67478074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/045303 WO2019150769A1 (ja) 2018-01-31 2018-12-10 加圧ヘッド、複合材料成形装置及び複合材料成形方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210046678A1 (ja)
EP (1) EP3733390B1 (ja)
JP (1) JP7049613B2 (ja)
WO (1) WO2019150769A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0358809A (ja) * 1989-07-28 1991-03-14 Nippon G Ii Plast Kk 金型
WO2012133406A1 (ja) * 2011-03-31 2012-10-04 広島県 樹脂成形用金型、該樹脂成形用金型の製造方法及び樹脂成形品の製造方法
JP2013154625A (ja) * 2012-01-31 2013-08-15 Toyobo Co Ltd 金型及び熱可塑性樹脂系繊維強化複合材料成形品の製造方法
JP2014116293A (ja) 2012-11-13 2014-06-26 Toray Ind Inc 電磁誘導加熱装置ならびにこれを用いたプリフォームの製造方法および繊維強化樹脂成形体の製造方法
WO2017183467A1 (ja) * 2016-04-21 2017-10-26 三菱重工業株式会社 複合材料成形装置及び複合材料成形方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8017059B2 (en) 2007-09-13 2011-09-13 The Boeing Company Composite fabrication apparatus and method
US9527237B2 (en) * 2013-01-04 2016-12-27 Orbital Atk, Inc. Induction heating compaction system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0358809A (ja) * 1989-07-28 1991-03-14 Nippon G Ii Plast Kk 金型
WO2012133406A1 (ja) * 2011-03-31 2012-10-04 広島県 樹脂成形用金型、該樹脂成形用金型の製造方法及び樹脂成形品の製造方法
JP2013154625A (ja) * 2012-01-31 2013-08-15 Toyobo Co Ltd 金型及び熱可塑性樹脂系繊維強化複合材料成形品の製造方法
JP2014116293A (ja) 2012-11-13 2014-06-26 Toray Ind Inc 電磁誘導加熱装置ならびにこれを用いたプリフォームの製造方法および繊維強化樹脂成形体の製造方法
WO2017183467A1 (ja) * 2016-04-21 2017-10-26 三菱重工業株式会社 複合材料成形装置及び複合材料成形方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3733390B1 (en) 2023-10-25
EP3733390A4 (en) 2021-10-06
JP2019133853A (ja) 2019-08-08
JP7049613B2 (ja) 2022-04-07
EP3733390A1 (en) 2020-11-04
US20210046678A1 (en) 2021-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20040055699A1 (en) Method for accelerated bondline curing
KR20120099677A (ko) 섬유강화재로 부품을 제조하는 방법
JP2008246981A (ja) 繊維強化複合材料の製造方法
WO2017187918A1 (ja) 複合材料の接合方法
JP6697819B2 (ja) 複合材料成形装置及び複合材料成形方法
WO2019150769A1 (ja) 加圧ヘッド、複合材料成形装置及び複合材料成形方法
JP6964502B2 (ja) 複合材料の接合方法
JP6204762B2 (ja) 繊維複合材料の製造方法及び製造システム
CN104626538A (zh) 稳定装置、稳定方法和用于生产纤维复合构件方法
WO2020158416A1 (ja) 複合材料成形方法
JP6924685B2 (ja) 複合材料成形方法
WO2017061146A1 (ja) 繊維強化複合部材の成形装置
JP2006521692A (ja) 印刷回路基板製造プロセス及びそのためのマシン
WO2019151426A1 (ja) 複合材料成形方法、複合材料、加圧ヘッド及び複合材料成形装置
WO2019116700A1 (ja) 複合材料成形方法及び複合材料
US20230312850A1 (en) Method for producing prepreg and method for molding composite material
JPS6335332A (ja) 金属材料の外面に繊維強化樹脂成形層を有する複合成形品の引き抜き成形方法及び成形型
JP6287831B2 (ja) プリフォームの製造方法および製造装置
JP2015153921A (ja) 配線回路基板及びその製造方法
JPH03149231A (ja) プリプレグの製造方法
JPH09174787A (ja) 金属箔張り積層板の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18903832

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018903832

Country of ref document: EP

Effective date: 20200730