特許 7049613 加圧ヘッド、複合材料成形装置及び複合材料成形方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-30

(45)【発行日】2022-04-07

(54)【発明の名称】加圧ヘッド、複合材料成形装置及び複合材料成形方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 43/52 20060101AFI20220331BHJP

   B29C 70/06 20060101ALI20220331BHJP

   B29C 70/28 20060101ALI20220331BHJP

   B29C 70/46 20060101ALI20220331BHJP

   B29C 70/54 20060101ALI20220331BHJP

   H05B 6/10 20060101ALI20220331BHJP

   B29K 105/08 20060101ALN20220331BHJP

【ＦＩ】

B29C43/52

B29C70/06

B29C70/28

B29C70/46

B29C70/54

H05B6/10 331

B29K105:08

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018015618

(22)【出願日】2018-01-31

(65)【公開番号】P2019133853

(43)【公開日】2019-08-08

【審査請求日】2021-01-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504409543

【氏名又は名称】国立大学法人秋田大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】神原 信幸

(72)【発明者】

【氏名】山口 賢剛

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼木 清嘉

(72)【発明者】

【氏名】阿部 俊夫

(72)【発明者】

【氏名】村岡 幹夫

【審査官】▲来▼田 優来

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００９／００７１２１７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１８３４６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１５４６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０５８８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１３３４０６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ４３／００－４３／５８，７０／００－７０／８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気伝導性を有する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、
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、
を有することを特徴とする加圧ヘッド。

【請求項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。

【請求項3】

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１または請求項２に記載の加圧ヘッド。

【請求項4】

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１から請求項３のいずれか１項に記載の加圧ヘッド。

【請求項5】

前記断熱材層は、樹脂材であることを特徴とする請求項４に記載の加圧ヘッド。

【請求項6】

請求項１から請求項５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。

【請求項7】

電気伝導性を有する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、
を有し、
前記加熱ステップでは、前記加圧ヘッドの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高熱伝導材層との間に設けられ、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が、前記磁場コイルが印加する磁場によって内部に弱い渦電流が誘起され、さらに前記発熱材層自体の電気抵抗によって内部に発熱を生じさせ、
前記加圧均熱化ステップでは、前記発熱が前記高熱伝導材層に伝達され、前記高熱伝導材層は、前記発熱の分だけ、全面に均熱化された前記複合材料の温度を上昇させる、
ことを特徴とする複合材料成形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－１１６２９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【0005】

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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【発明の効果】

【0024】

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。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】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】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】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】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】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】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】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】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】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。

【発明を実施するための形態】

【0026】

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。

【0027】

［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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

［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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

［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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

［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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【符号の説明】

【0090】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】