電気回路網解析による炭素繊維複合材の誘導加熱コィル形状の検討

摘要

炭素繊維複合材はエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂や， ポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂の母材を炭素繊維で強 化した複合材である。炭素繊維複合材の最大の特徴は非常に高い力学的特性であり，鉄やアルミ合金の10倍以上の比 強度，5倍以上の比弾性率を有しながら，密度は鉄の1/4, アルミ合金の約2/3程度と非常に軽量である。軽量であり ながら十分な強度を有するといつた利点から航空機や風車 などでの応用がされており，今後さらなる用途の拡大が期 待される。炭素繊維複合材は製作コス卜の約5~7割程度が 成形加工費で占められており，大量低コスト成形技術の開 発が要求されている。炭素繊維複合材の成形にはォー卜 クレーブ法を用いることが一般的であり，成形加工費が增 大する原因となっているため，オートクレープを用いずに 成形加工を行う脱オートクレーブ成形法の開発が求められ ている。脱オートクレープ成形法として，炭素繊維の導電 性を利用した誘導加熱が提案されている。誘導加熱は被加 熱物自体が発熟するため，急速加熱が可能であり，量産化も可能であるため，炭素繊維複合材の大量低コスト成形に 有用である。しかし，渦電流の分布に偏りが生じるため， 均等に加熱ができず，局所に応力が集中し，強度の低下が 起こるため実用的ではない。コイル形状の最適化によって 均等加熱は可能になると考えられるが，実験や有限要素解 析（FEA)での検討は時間がかかるため，最適化が困難で ある。