JP2014116293A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】 複雑な機構を設けずに、効率的に加熱対象物を誘導加熱することができる電磁誘導加熱装置、ならびに、この装置を用いたプリフォームを製造する方法、および、繊維強化樹脂成形体を製造する方法を提供する。
【解決手段】 実質的に非誘導加熱材料からなるコイル支持部材の内部にコイル導線を設置し、前記コイル支持部材の加熱面とコイル導線との間の少なくとも一部に磁性を有する金属板を設置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コイル導線が実質的に非誘導加熱材料からなるコイル支持部材に設置された電磁誘導加熱装置に関するものであり、さらに、この装置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に関する。

生産性に優れた繊維強化プラスチック（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ：ＦＲＰ）の成形方法として、ドライの強化繊維布帛からなる基材を成形型内に配置し、マトリックス樹脂を型内に注入し強化繊維基材内に含浸させ、樹脂を硬化させた後、成形品を脱型させる成形方法が知られている。特に、比較的大型の成形品や肉厚の成形品を製造する場合には、効率の良い成形方法として、先に強化繊維基材（例えば、複数枚の強化繊維基材）を所定形状に賦形して、ＦＲＰの成形前駆体である強化繊維基材のプリフォームを作製し、そのプリフォームを成形型内に配置して、マトリックス樹脂を型内に注入し、基材に含浸した樹脂を硬化させる成形方法が採用されることが多い。

このような成形方法に用いるプリフォームの作製には、従来、例えば、（１）複数枚積層した基材を賦形型に載置し、賦形型を閉じて、前記賦形型で基材に所定の形状を付与する、（２）前記賦形型を加熱し（または予め加熱しておき）、間接的に前記基材を加熱し、基材間に介在する固着材を軟化または溶融させる、（３）賦形型でプリフォームの形状を保持させつつ、プリフォームを冷却し、上記固着材を固化させて基材の層間を固着する、（４）賦形されたプリフォームを賦形型から取り出す、といった一連の工程を経るようにしている。このような一連の工程において、上記工程（２）で賦形型を加熱する方法としては、熱媒、電気ヒーター等による加熱といった方法が採られ、工程（３）の冷却方法としては、空気（常温、冷却）、冷却水等による冷却といった方法が採られる。

ところが、このような賦形型（一般に、金型）の全体に対して加熱、冷却を繰り返す方法では、１サイクルに要する時間が長くなったり、加熱に要するエネルギーの消費も大きくなったりする。

そこで、加熱に要する時間を短縮する方法として、金型を取り囲むように設置された誘導加熱手段によって、金型全体を電磁誘導加熱することによって、導電材、樹脂材料を含む強化繊維基材を加熱して成形体を得る方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。しかし、金型全体を加熱する手法であることは変わらないため、熱容量の大きい金型の冷却に時間を要し、１サイクルに要する時間は十分に短縮されない。

また、金型の周囲を非磁気材料で被覆し、金型表面のみを電磁誘導加熱し、熱可塑性、または熱硬化性複合材料を得る方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。しかし、例え金型表面の加熱であったとしても、熱の移動があるため、やはり、エネルギー消費の大きいという問題が残る。

そこで、発明者らは、非導電性材料からなる賦形型を用いて、導電性を有する強化繊維基材を直接的に電磁誘導加熱することで、固着材を溶融させ、その後、冷却することで固着材を固化させて強化繊維基材同士を接着し、プリフォームを得る方法について提案した（例えば、特許文献３を参照）。

この方法は、特に平面に近い形状を加熱するのに有効な手法である。しかし、成形体の形状が三次元形状でかつ縦横比の大きいものに対し、成形型に１体のコイルで加熱を行おうとした場合には、コイル形状がいびつな形状になり、結果としてコイルで発生する磁界が基材の加熱に適さないものとなり、均一な加熱ができないことがある。

この場合、複数のコイルを設置し加熱を行うか、コイル導線間距離を密にして加熱を行うことができる。しかし、前者においては、複数のコイルを設置する場合に、コイル同士の電磁気的な干渉を避けるため、コイルの設計、発振機内の制御が複雑化する。後者のコイル導線間距離を密にする場合は、賦形型に設けられる他の機構（温度センサーやエジェクタピンなど）の設置余地が極めて少なくなり、生産性を著しく低減させる。

ところで、電磁誘導加熱技術が身近に応用されている技術の１つは、電磁誘導加熱調理器である。この分野においては、コイルで発生する磁界を調整する手段として、加熱コイルの下方に複数の高透磁率部材を配置する方法が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。この高透磁率部材は、主にフェライトから構成されており、コイル下部の磁路を形成するために挿入されている。電磁加熱調理器のように、単純な円形状のコイルを用いて平面の加熱対象物（例えば、鍋やフライパンといった調理器具）を加熱する場合においては、高透磁率部材を挿入することは比較的可能である。しかし、前述のような賦形型では、コイルの形状が型形状に沿わせたものになって複雑な形状となるから、コイル下方に適切な大きさ・形状の高透磁率部材を設置することは困難である。

特開２０１０−１２０３４７号公報 特表２００９−５０７６７４号公報 ＷＯ２０１１／１０４９８０号公報 特開２０１１−１１３９１６号公報

上記の通り、少なくとも一部に導電性を有する繊維を含み、少なくとも片側表面に固着材を付着させた基材同士の接着し、プリフォームを製造する方法においては、従来の金型を誘導加熱する方法では、加熱、冷却サイクルに時間を要し、エネルギー消費が大きいという問題がある。

一方で、直接的に炭素繊維基材を加熱する方法においても、成形体の形状が三次元形状でかつ縦横比の大きいものの場合、均一な加熱を行うことが困難となる。たとえ、複数のコイルを設置するか、コイル導線間距離を密にしたとしても、加熱の状況は改善できるが、装置が複雑になり、装置の運転上必要な温度センサー等の機器が設置できず、さらに、特殊な素材を用いなければならないなど、実用的ではない。

さらに、誘導加熱調理器で用いられるような、コイルの下部に高透磁率部材を設置する方法においては、賦形型をはじめとする形状をつける型などへの応用が、コイル下方に適切な大きさ・形状の高透磁率部材を設置することは困難であるため、実用化が厳しいという問題がある。

そこで、本発明の課題は、上記のような従来技術の現状に鑑みて、複雑な機構を設けずに、効率的に加熱対象物を誘導加熱することができる電磁誘導加熱装置、ならびに、この装置を用いたプリフォームを製造する方法、および、繊維強化樹脂成形体を製造する方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る電磁誘導加熱装置は、
（１）実質的に非誘導加熱材料からなるコイル支持部材の内部にコイル導線が設置され、前記コイル支持部材の加熱面とコイル導線との間の少なくとも一部に磁性を有する金属板が設置されることを特徴とする、電磁誘導加熱装置。
（２）前記コイル導線が、前記コイル支持部材の加熱面の形状に沿って、少なくとも１つの略矩形状に配置されてなることを特徴とする、（１）に記載の電磁誘導加熱装置。
（３）前記コイル導線の隣り合うコイル導線間の間隔の広い箇所に前記金属板が設置されていることを特徴とする、（１）または（２）のいずれかに記載の電磁誘導加熱装置。
（４）前記コイル導線の屈曲部を覆うように、前記金属板が設置されていることを特徴とする、（３）に記載の電磁誘導加熱装置。
（５）前記コイル導線が複数の略矩形状に配置されており、略矩形状のコイル間の間隔が前記コイル導線間の間隔よりも大きい箇所に前記金属板が配置されていることを特徴とする、（１）〜（４）のいずれかに記載の電磁誘導加熱装置。
（６）前記コイル導線が、前記コイル支持部材の加熱面の形状に沿って少なくとも１つの略同心円状に配置されていることを特徴とする、（１）に記載の電磁誘導加熱装置。
（７）前記コイル導線の隣り合うコイル導線間の間隔の広い箇所に前記金属板が設置されていることを特徴とする、（６）に記載の電磁誘導加熱装置。
（８）前記コイル導線が複数の略同心円状に配置されており、略同心円状のコイル間の間隔が前記コイル導線間の間隔よりも大きい箇所に前記金属板が配置されていることを特徴とする、（１）または（６）または（７）のいずれかに記載の電磁誘導加熱装置。
（９）前記コイル支持部材が、加熱対象物に形状を付与する型であり、該型が少なくとも下記の構成からなることを特徴とする、（１）〜（８）のいずれかに記載の電磁誘導加熱装置。
Ａ） 前記加熱対象物に形状を付与する表層部
Ｂ） 金属板
Ｃ） 前記コイルを保持するコイル支持部
Ｄ） Ａ）〜Ｃ）を支持する土台部
（１０）前記金属板の厚さが０．０５ｍｍ〜２ｍｍの範囲にあることを特徴とする、（１）〜（９）のいずれかに記載の電磁誘導加熱装置。
（１１）前記表層部およびコイル設置部が実質的に非誘導加熱材料から構成されていることを特徴とする、（９）または（１０）のいずれかに記載の電磁誘導加熱装置。

また、本発明に係るプリフォームの製造方法は、
（１２）前記加熱対象物が少なくとも一部に導電性繊維を含むシート状基材を１層以上用いた積層体からなり、（１）〜（１１）のいずれかに記載の装置を用いて前記積層体を賦形してプリフォームを得ることを特徴とする、プリフォームの製造方法。
（１３）前記積層体の層間の固着を、前記シート状基材の少なくとも片側表面に付着させた固着材によって行うことを特徴とする、（１２）に記載のプリフォームの製造方法。
（１４）前記積層体の層間の固着を、前記シート状基材の層間に設置された、粉体状、線状、帯状、またはシート状のうち少なくとも１つの形態からなる固着材によって行うことを特徴とする、（１２）に記載のプリフォームの製造方法。
（１５）前記積層体の層間の固着を、前記シート状基材内に含まれる固着材によって行うことを特徴とする、（１２）に記載のプリフォームの製造方法。

また、本発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法は、
（１６）（１２）〜（１５）のいずれかに記載の方法を用いて製造されたプリフォームを用いて繊維強化樹脂成形体を得ることを特徴とする、繊維強化樹脂成形体の製造方法。
（１７）前記加熱対象物が、少なくとも一部に導電性繊維を含むシート状基材を１層以上用いた積層体であり、該積層体の層間に熱可塑性樹脂からなるシート状固着材を挿入し、（１）〜（１１）のいずれかに記載の装置を用いて繊維強化樹脂成形体を得ることを特徴とする、繊維強化樹脂成形体の製造方法。
（１８）前記加熱対象物が、少なくとも一部に樹脂を含浸させたプリプレグ基材であり、（１）〜（１１）のいずれかに記載の装置を用いて繊維強化樹脂成形体を得ることを特徴とする、繊維強化樹脂成形体の製造方法。

本発明によって、所望の形状が三次元形状を有する複雑な形状であっても、複雑な機構や装置を用いることなく、短時間に、小さいエネルギー量で、かつ、効率的に加熱することができる。従って、優れた生産性をもって、所望の形状を持ったプリフォームや繊維強化樹脂成形体を製造することができる。

本発明に係る電磁誘導加熱装置の概略説明図である。 本発明に係る電磁誘導加熱装置の一例の概略説明図である。 本発明に係る電磁誘導加熱装置の別の一例の概略説明図である。 本発明に係る様々な形状の加熱対象に合わせて設けられたコイルに対する金属板の配置位置の例を示す概略説明図である。 本発明に係る電磁誘導加熱装置が具備された型の一例を示す断面図である。 本発明に係る電磁誘導加熱装置が具備された型の別の一例を示す断面図である。 本発明に係わるプリフォームを製造する方法の一例として実施した、目的のプリフォームの形態を説明する三面図、および斜視図である。 本実施例に係る電磁誘導加熱装置のコイル設置部、および金属板の位置関係を説明する斜視図である。 本実施例、比較例に係る加熱試験結果（サーモグラフィー画像）を示す説明図である。

まず、本発明に係る電磁誘導加熱装置の実施形態の一例について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る電磁誘導加熱装置の概略図である。

本発明の電磁誘導加熱装置は、コイル支持部材１１、金属板１２、コイル導線１３、高周波発振機１４から構成されている。コイル支持部材１１の内部に電磁誘導加熱を行うためのコイル導線１３が設置されており、このコイル導線１３は、高周波発振機１４に接続されている。前記のコイル支持部材１１の少なくとも一部に、コイル支持部材１１の加熱面（図１ではコイル支持部材１１の上面）とコイル導線１３との間に金属板１２が設置されている。

本発明に用いられるコイル支持部材１１は、実質的に非誘導加熱材料から構成されることが重要である。このような材料としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ベークライト樹脂、ＰＴＦＥ樹脂といった汎用樹脂や、ケミカルウッド材、耐熱ボード材（例えば、“ロスナボード（登録商標）”（日光化成株式会社製））、コンクリートやモルタルといった材料を用いることができる。

また、本発明に用いられる金属板１２は、コイルで発生する磁界を調整するものであるから、磁性を有する材料から構成されることが重要である。このような材料としては、鉄やクロム、コバルト、およびその合金（例えば、フェライト）等といった材料を用いることができる。

一方、金属板１２は、コイル支持部材１１の加熱面とコイル導線１３との間に設置する必要がある。金属板１２が基材と接触できるように型表面に設置されていた場合、電磁誘導によって強化繊維基材表面で発生する渦電流が金属板１２へ放電してしまい、金属板１２や賦形型に損傷を与える恐れがあるためである。

次に、図２に本発明に係る電磁誘導加熱装置の一例（概略図）を示す。

本例においては、コイル導線２１を渦巻き型に配置し、略矩形状のコイルを２つ配置している。

図２に示すように、コイルの形状が略矩形状である場合、略矩形の各頂点に当たる部分の磁界の発生が弱くなる。これは、コイル中心から略四角形の辺までの距離ｒ_１に対して、コイル中心から略四角形の頂点までの距離ｒ_２は必ず大きくなるため、ｒ_２の方向にはコイル導線間の間隔が広がり、コイル導線で発生する磁界が強めあう作用が小さくなり、コイル導線間距離が密であるｒ_１の方向に比べて、相対的に磁界の強めあう作用が小さくなるためである。

従って、コイル導線の隣り合うコイル導線間の間隔の大きい箇所、特に略矩形状のコイルにおいては、コイル導線の屈曲部（略矩形の頂点部分）に金属板２２を設置することによって、コイルで発生した磁界が金属板２２によって調整され、何も設置されていない場合には磁界の弱かった部分であっても、加熱対象周囲の磁界を増幅させることができ、加熱状況が改善、すなわち、コイルの形状全体にわたって均一に磁界が行き渡り、被加熱対象物の加熱ムラが抑制される。

さらに、図２に示すように、コイルが２つ以上配置されたとき、コイル導線間の間隔ｄ_Ａに比べてコイル間の間隔ｄ_Ｂが大きくなる場合がある。このような箇所においても、金属板２２を設置することによって、コイルで発生した磁界が金属板２２によって調整され、加熱状況が改善される。

次に、図３に本発明に係る電磁誘導加熱装置の別の一例（概略図）を示す。

本例においては、コイル導線２１を渦巻き型に配置し、略同心円状のコイルを２つ配置している。

先に示した略矩形状の場合と同様、図３に示すように、略同心円状コイルにおいてもコイル中心から略同心円形の端部までの距離ｒ_１に対して、コイル中心からの距離ｒ_２が大きくなる場合があり、この部分の磁界の発生が弱くなる。また、コイルが２つ以上配置されたとき、コイル導線間の間隔ｄ_Ａに比べてコイル間の間隔ｄ_Ｂが大きくなる箇所が生じる。このような箇所に金属板３２を設置することによって、コイルで発生した磁界が金属板３２によって調整され、何も設置されていない場合には磁界の弱かった部分であっても、加熱対象周囲の磁界を増幅させることができ、加熱状況が改善、すなわち、コイルの形状全体にわたって均一に磁界が行き渡り、被加熱対象物の加熱ムラが抑制される。

さらに、図４に様々な形状の加熱対象物に合わせて設けられたコイルに対する金属板の配置位置の例を示す概略説明図を示す。

（ａ）は正方形の加熱対象物４１ａに対し、略矩形形状のコイル４２ａを設置した場合の例である。この場合、加熱対象物４１ａの四角形の角の部分において、コイル導線間距離が広がり、磁界が弱くなることから、金属板４３ａを加熱対象物の角部分を覆う位置に設置することができる。

（ｂ）は長方形の加熱対象物４１ｂに対し、楕円形状のコイル４２ｂを設置した場合の例である。この場合、楕円の長軸方向ではコイル導線間距離が広がり、磁界が弱くなることから、金属板４３ｂを楕円の長軸方向に広がる範囲を覆うように設置することができる。

（ｃ）は自動車のフードを模した形状を持った加熱対象物４１ｃに対し、上部が同心円状、下部が略矩形形状のコイル４２ｃを設置した場合の例である。この場合では、加熱対象物４１ｃの上方においては同心円状であるから、コイル導線間距離が変化する加熱対象物４１ｃの下方両隅にのみ金属板４３ｃを設置することができる。

（ｄ）は左部分を拡張した八角形の加熱対象物４１ｄに対し、渦巻き型のコイル４２ｄを設置した場合の例である。この場合、拡張した左部分において、コイル導線間距離が広がり、磁界が弱くなることから、金属板４３ｄを拡張した左部分を覆うように設置することができる。

次に、図５に本発明に係る電磁誘導加熱装置が具備された型の一例（断面図）を示す。

本例においては下型５１がコイル支持部材に相当する。下型５１は、加熱対象物５７に形状を付与する表層部５２、金属板５３、前記コイル導線５４を保持するコイル設置部５５、および、これらを支持する土台部５６から構成される。上型５８は、所望の形状に合わせて、一体型、分割型のどちらでも選択することができる。

図１〜４を用いて説明した金属板をこの電磁誘導加熱装置に適用する場合は、金属板５３の厚さが０．０５ｍｍ〜２ｍｍの範囲にあることが好ましい。金属板５３の厚さが０．０５ｍｍを下回る場合は、磁性を有する材料を用いているとしても、コイルで発生する磁界を調整する効果が小さく、適切な磁場を形成することができなくなるため、好ましくない。逆に、上記厚さが２ｍｍを超えた場合は、金属板５３自体が電磁誘導によって発熱し、型を温めてしまうため、加熱対象物５７の冷却が困難になる恐れがある上、場合によっては金属板５３の周囲の型材料に損傷を与える恐れがあるため、好ましくない。

一方、表層部５２、コイル設置部５５は、実質的に非誘導加熱材料から構成されていることが重要である。このような材料としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ベークライト樹脂、ＰＴＦＥ樹脂といった汎用樹脂や、ケミカルウッド材、耐熱ボード材（例えば、“ロスナボード（登録商標）”（日光化成株式会社製））、コンクリートやモルタルといった材料を用いることができる。

次に、本発明に係る電磁誘導加熱装置を用いたプリフォームの製造方法について説明する。

本発明のプリフォームの製造方法は、加熱対象物を、少なくとも一部に導電性繊維を含むシート状基材を１層以上用いた積層体を形成し、必要に応じて所望の形状に賦形するものである。

本発明に用いられるシート状基材は、少なくとも一部に導電性を有する繊維を含めば、全て導電性を有する繊維から構成される必要はなく、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維等の無機繊維、あるいはアラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維からなる繊維を、単独または組み合わせて構成される基材を用いることができる。導電性を有する繊維としては、特に炭素繊維を用いることができる。また、本発明においては、導電性を有さない材料からなるシート状基材を積層体に含む場合においても、積層体のうち少なくとも１層が導電性を有する材料からなるシート状基材を含めばよい。さらに、強化繊維基材の形態は、織物に限らず、ストランドを一方向に揃えたＵＤ（Ｕｎｉ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）材料、マット材料やニット材料も用いることができる。

積層体の層間の固着においては、シート状基材の少なくとも片側表面に付着させた固着材によって行うことができる。特に、熱固着法によってシート状基材層同士を接着することができる。

ここで、熱固着法とは、固着材に熱を付与することで、物理的および／または化学的変化をさせた後、固化させて積層体の層間を接着する方法のことである。例えば、熱可塑性樹脂を主成分とする固着材の場合においては、固着材に熱を与えて溶融させ、その後に冷却して積層体の層間の固着材を固化させて、基材同士を接着することができる。また、熱硬化性樹脂を主成分とする固着材の場合においては、反応熱に相当する熱を固着材に与えた後、積層体の層間に存在する固着材が固化することで基材同士を接着することができる。

もちろん、固着材を固化させる手段については、ここに例示した以外の方法も取ることができる。

この固着材においては、粉体、線状、帯状、またはシート状のうち少なくとも１つの形態をとることができる。換言すれば、所望の形状あるいは必要な力学物性等を鑑みて、積層体内で複数の形態の固着材を用いることができる。

また、本発明の別の実施形態においては、積層体の層間の固着を、シート状基材内に含まれる固着材によって行うこともできる。このようなシート基材として、例えば、導電性繊維と、固着材を繊維状にしたものとから構成されるシート状基材や、導電性繊維の表面上に粉体状や線状の固着材を付着させたものから構成されるシート状基材が挙げられる。このシート状基材においても、形態は織物に限らず、ＵＤ材料、マット材料、ニット材料を用いることもできる。

固着材の成分としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、あるいはこれらを混合させたものが挙げられ、熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、それらの組み合わせ等の樹脂、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シアネートエステル樹脂およびビスマレイミド樹脂、それらの組み合わせ等の樹脂が挙げられる。

また、この積層体を、複数の分割型からなる上型５８を用いて所望の形状に賦形することもできる。上記の複数の形態の固着材と組み合わせることで、積層状態を維持した所望の形状からなるプリフォームとすることができる。例えば、図６のような装置を用いた場合には、加熱対象物６７をコイル導線６４に高周波交流電流を流して加熱した後、非誘導加熱材料から構成された凹凸形状を有する上型６８を閉じて加圧することによって、所望の形状のプリフォームを製造することができる。

上述したプリフォームを用いることで、例えばＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法やＶａＲＴＭ（Ｖａｃｕｕｍ ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法などによって、所望の強化繊維樹脂成形体を短時間に得ることができる。

次に、本発明に関わる電磁誘導加熱装置を用いた別の強化繊維樹脂成形体の製造方法について説明する。

本発明の強化繊維樹脂成形体の製造方法においては、加熱対象物を、少なくとも一部に導電性繊維を含むシート状基材とし、かつ、この積層体の層間に熱可塑性樹脂からなるシート状固着材を挿入して、強化繊維樹脂成形体を得ることができる。

この強化繊維樹脂成形体の製造方法によれば、所望の力学特性に応じて、シート状基材層間に熱可塑性樹脂からなるシート状の固着材を挿入し、本発明の電磁誘導加熱装置を用いて、固着材を溶融させ、型でプレスすることによりシート状基材へ含浸させた後、冷却固化して強化繊維樹脂成形体を得ることができる。

本実施形態に用いられる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、それらの組み合わせ等の樹脂を用いることができる。

さらに、本発明に関わる電磁誘導加熱装置を用いたさらに別の強化繊維樹脂成形体の製造方法について説明する。

本発明の強化繊維樹脂成形体の製造方法においては、加熱対象物を、少なくとも一部に樹脂を含浸させたプリプレグ基材とし、本発明の電磁誘導加熱装置を用いて、強化繊維樹脂成形体を得ることができる。

本実施形態に用いられるプリプレグ基材を構成する強化繊維は、少なくとも一部に導電性を有する繊維を含めば、全て導電性を有する繊維から構成される必要はなく、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維等の無機繊維、あるいはアラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維からなる繊維を、単独または組み合わせて構成される基材を用いることができる。導電性を有する繊維としては、特に炭素繊維を用いることができる。また、本発明においては、導電性を有さない材料からなるシート状基材を積層体に含む場合においても、積層体のうち少なくとも１層が導電性を有する材料からなるプリプレグ基材を含めば、本発明の電磁誘導加熱装置によって強化繊維樹脂成形体を製造することができる。

本実施形態に用いられる樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれも用いることができる。

熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シアネートエステル樹脂およびビスマレイミド樹脂から選ばれる少なくとも１種の樹脂が好ましく用いられる。さらに、エラストマー、ゴム、硬化剤、硬化促進剤および触媒等を添加した樹脂も使用することができる。中でも、航空機や自動車等の輸送機器の構造部材で要求される非常に高い力学特性を達成するためにはエポキシ樹脂が、また高い耐熱性を達成するためにはビスマレイミド樹脂が好ましく、とりわけエポキシ樹脂が好ましく用いられる。

一方、熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、それらの組み合わせ等の樹脂を用いることができる。

前述した図６のような装置を用いた場合には、加熱対象物６７をコイル導線６４に高周波交流電流を流して加熱した後、非誘導加熱材料から構成された上型６８を閉じて加圧することで、熱硬化性樹脂を用いた場合はそのまま樹脂を硬化させ、熱可塑性樹脂を用いた場合は冷却することによって、所望の形状の強化繊維樹脂成形体を製造することができる。

以下、本発明について実施例、比較例を示して具体的に説明する。

図７は、本発明に係わる強化繊維からなるプリフォームを製造する方法の一例として実施した、強化繊維からなるプリフォームの形態を説明する（ａ）三面図、および（ｂ）斜視図を示す。この形状は、自動車のフロアを模した、三次元形状を有するフロアモデル形状である。この形状に合わせ、表層部、金属板、コイル設置部、土台部からなる下型と、分割型からなる上型を形成した。図８に本実施例に係るプリフォーム製造装置のコイル設置部、および金属板の位置関係を説明する斜視図を示す。

コイル設置部８１には、目的の形状に合わせて渦巻き状に曲げられたコイル導線８２が設置されており、図示されていない方法によって高周波発振機と接続されている。このコイル設置部８１の上に、実施例では、厚さ０．０８ｍｍの軟鉄製の金属板を金属板設置位置８７に設置し、さらに図示されていない表層部を設置した。なお、コイル設置部８１に設置されている、温度測定用孔８３、冷却空気用孔８４、エジェクタピン用孔８５、基材位置決めピン用孔８６は、いずれも表層部も貫通している。表層部、コイル設置部、および上型には、電磁誘導されない耐熱ボードである“ロスナボード（登録商標）”（日光化成株式会社製）を用いた。

プリフォームの作製は、まず、熱可塑性樹脂を主成分とする粉体の固着材（ＣＴ−００６、東レ（株）製）を炭素繊維織物（ＣＫ６２５２Ｃ：Ｔ７００ＳＣ−１２Ｋ、組織：平織、目付：３１５ｇ／ｍ^２、東レ（株）製）の片面に５ｇ／ｍ^２塗布した基材を４枚積層し、これをプリフォーム製造装置の下型に載置した。そして、上型を閉じてプレスし、積層した基材に形状を付与したところで、コイル導線８２へ高周波交流電流（１２ｋＷ、３２ｋＨｚ）を６０秒間通電した。その後、ただちに冷却空気用孔８４へ空気を送り、上下型内の積層体を冷却した。冷却後、上型を上げて、基材層間が固着されたプリフォームを取り出した。

上記のような本発明に係る構成による効果を調べるために、予め作製したプリフォームを下型に設置した状態で、コイルへの通電を行ったときのサーモグラフィー画像を撮影した。比較例として、金属板を設置しなかった場合、および、厚さ０．０８ｍｍの銅製の金属板を実施例と同じ位置に設置した場合も試験を実施し、同様にサーモグラフィー画像を撮影した。測定結果を図９に示す。

金属板を設置しなかった場合（図９（ｂ））では、コイルが比較的密な部分では、１００℃を超えていたが、角の部分を中心に５０℃を下回った。一方で、軟鉄製の金属板を設置した場合（図９（ａ））では、全体的に２０℃程度上昇し、特に、図中ＡやＢの領域では約４０℃程度上昇していることが分かる。しかし、銅製の金属板を設置した場合（図９（ｃ））では、金属板を設置しなかった場合と同様の加熱状態であり、むしろ、図中Ａの部分では、金属板を設置しなかった場合に比べて、温度が２０℃程度低かった。得られたプリフォームも、実施例の、軟鉄製の金属板を設置した場合（図９（ａ））は、各層間がしっかりと接着されたプリフォームが得られたのに対して、比較例の、金属板を設置しなかった場合（図９（ｂ））や、銅製の金属板を設置した場合（図９（ｃ））では、固着材が十分に溶融しなかったために、層間の固着が十分になされなかった。その結果、プリフォームを搬送する際に形状が崩れてしまい、その後の成形に用いることができなかった。

本発明に係る電磁誘導加熱装置は、導電性を有する部材の加熱を迅速に行うことができ、特に、この電磁誘導加熱装置を用いることで、プリフォームや繊維強化樹脂成形体を迅速に加熱して製造することができるため、省エネルギー化をはかりつつ、迅速に製造することが求められるあらゆる用途に適用することができる。

１１： コイル支持部材
１２、２２、３２、４３、５３、６３： 金属板
１３、２１、３１、４２、５４、６４、８２： コイル導線
１４： 高周波発振機
４１、５７、６７： 加熱対象物
５１、６１： 下型（コイル支持部材）
５２、６２： 表層部
５５、６５： コイル設置部
５６、６６： 土台部
５８、６８： 上型
８１： コイル設置部
８３： 温度測定用孔
８４： 冷却空気用孔
８５： エジェクタピン用孔
８６： 基材位置決めピン用孔
８７： 金属板設置位置

Claims (18)

1. 実質的に非誘導加熱材料からなるコイル支持部材の内部にコイル導線が設置され、前記コイル支持部材の加熱面とコイル導線との間の少なくとも一部に磁性を有する金属板が設置されることを特徴とする、電磁誘導加熱装置。
2. 前記コイル導線が、前記コイル支持部材の加熱面の形状に沿って、少なくとも１つの略矩形状に配置されてなることを特徴とする、請求項１に記載の電磁誘導加熱装置。
3. 前記コイル導線の隣り合うコイル導線間の間隔の広い箇所に前記金属板が設置されていることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の電磁誘導加熱装置。
4. 前記コイル導線の屈曲部を覆うように、前記金属板が設置されていることを特徴とする、請求項３に記載の電磁誘導加熱装置。
5. 前記コイル導線が複数の略矩形状に配置されており、略矩形状のコイル間の間隔が前記コイル導線間の間隔よりも大きい箇所に前記金属板が配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の電磁誘導加熱装置。
6. 前記コイル導線が、前記コイル支持部材の加熱面の形状に沿って少なくとも１つの略同心円状に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の電磁誘導加熱装置。
7. 前記コイル導線の隣り合うコイル導線間の間隔の広い箇所に前記金属板が設置されていることを特徴とする、請求項６に記載の電磁誘導加熱装置。
8. 前記コイル導線が複数の略同心円状に配置されており、略同心円状のコイル間の間隔が前記コイル導線間の間隔よりも大きい箇所に前記金属板が配置されていることを特徴とする、請求項１または６または７のいずれかに記載の電磁誘導加熱装置。
9. 前記コイル支持部材が、加熱対象物に形状を付与する型であり、該型が少なくとも下記の構成からなることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の電磁誘導加熱装置。
   Ａ） 前記加熱対象物に形状を付与する表層部
   Ｂ） 金属板
   Ｃ） 前記コイルを保持するコイル支持部
   Ｄ） Ａ）〜Ｃ）を支持する土台部
10. 前記金属板の厚さが０．０５ｍｍ〜２ｍｍの範囲にあることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の電磁誘導加熱装置。
11. 前記表層部およびコイル設置部が実質的に非誘導加熱材料から構成されていることを特徴とする、請求項９または１０に記載の電磁誘導加熱装置。
12. 前記加熱対象物が少なくとも一部に導電性繊維を含むシート状基材を１層以上用いた積層体からなり、請求項１〜１１のいずれかの装置を用いて前記積層体を賦形してプリフォームを得ることを特徴とする、プリフォームの製造方法。
13. 前記積層体の層間の固着を、前記シート状基材の少なくとも片側表面に付着させた固着材によって行うことを特徴とする、請求項１２に記載のプリフォームの製造方法。
14. 前記積層体の層間の固着を、前記シート状基材の層間に設置された、粉体状、線状、帯状、またはシート状のうち少なくとも１つの形態からなる固着材によって行うことを特徴とする、請求項１２に記載のプリフォームの製造方法。
15. 前記積層体の層間の固着を、前記シート状基材内に含まれる固着材によって行うことを特徴とする、請求項１２に記載のプリフォームの製造方法。
16. 請求項１２〜１５のいずれかに記載の方法を用いて製造されたプリフォームを用いて繊維強化樹脂成形体を得ることを特徴とする、繊維強化樹脂成形体の製造方法。
17. 前記加熱対象物が、少なくとも一部に導電性繊維を含むシート状基材を１層以上用いた積層体であり、該積層体の層間に熱可塑性樹脂からなるシート状固着材を挿入し、請求項１〜１１のいずれかの装置を用いて繊維強化樹脂成形体を得ることを特徴とする、繊維強化樹脂成形体の製造方法。
18. 前記加熱対象物が、少なくとも一部に樹脂を含浸させたプリプレグ基材であり、請求項１〜１１のいずれかに記載の装置を用いて繊維強化樹脂成形体を得ることを特徴とする、繊維強化樹脂成形体の製造方法。