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CFRP成形体中の炭素繊維の量や長さ、配向の違いを

迅速にかつ簡便にモニタリングする方法

岐阜大学 複合材料研究センター

工学部 機械工学科（併）

教授 三宅 卓志

岐阜大学 複合材料研究センター

（現：（独）産総研 中部センター）

特任助教 関 雅子

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はじめに（本技術の適用分野）

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本技術の適用分野ーCFRP

Boeing 787

炭素繊維の需要見通し(帝人資料抜粋）

~2020年●年率１５％以上の成長予想●一般産業用途（自動車）が増加

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CFRPの成形法

Boeing 787

自動車 → サイクルタイムの短い、プレスや射出成形に着目

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CFRPの成形体

樹脂流動に伴い繊維も移動

成形法 繊維 樹脂

オートクレーブ 移動させない 流さない

RTM 移動させない 流す

プレス（熱可塑CFRTP) 移動する 流す

射出成形 移動する 流す

繊維状態により機械的特性が変化

プレス・射出成形では、

成形体中の炭素繊維の位置や長さ，状態（分散・配向）が同じかどうか検査することが必要

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MHｚ高周波IH（電磁誘導加熱）が可能とする新しい検査技術

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成形体中の炭素繊維の観察，検査ー 従来技術（X線CT）

X線CTスキャン

生産ラインのin-line検査；適用不可

・測定に時間がかかる（数十分～数時間）・測定対象の大きさに制限・装置が高価・解析に専用ソフト；要－オフライン

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・直径６μmの炭素繊維・分散系

高周波IHによる炭素繊維直接加熱

D∆

D:ワークの直径(mm)∆：電流浸透深さ(mm) 高周波IHで効率的に加熱可能

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表面温度は，炭素繊維の状態や伝熱経路の情報を反映

成形体内部の炭素繊維の直接加熱による繊維状態の検出

炭素繊維の直接誘導加熱

MHz帯高周波

炭素繊維

コイル

温度検出装置

加熱時間表

面温

度

(A) (B)

(A)

(B)

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X線CTとの比較

◎測定時間 ： 1/10～1/100◎装置価格 ： ＜1/5◎同一かどうかの判定

：測定と同時◎試料の大きさ：制限なし

生産ラインでのin-line検査；適用◎

従来技術との比較

MHｚ－IH

◎測定時間 ： ＜1分◎装置価格 ： ＜3,000千円◎同一かどうかの判定

：特殊なソフト不要

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射出成形品への適用例

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三菱レイヨン PYROFIL PELLET（PP-C-10A，PP-C-30A）

●材料

●作製条件

炭素繊維量wt％ スクリュー回転数 金型

10％ 150rpm 通常

30％ 300rpm ウエルド

ｔ=4

電圧 250V電流 9A2MHzコイル径 φ30mm巻数2回

型式：FT-H20（キーエンス）

測定スポット径：6mm

●温度測定（放射温度計）

材料，試験片形状と測定機器

●IH加熱条件

●成形体形状

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①材料（繊維量）の違い

炭素繊維量の違いが検出可能

0

5

10

15

20

25

30

0 2 4 6 8 10 12

測定

温度

差Δｔ（℃

）

測定時間(min)

繊維量比較

30%

10%

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②スクリュー回転速度（繊維長）の違い

スクリュー回転速度により成形体中の繊維長に差

30％150rpm

30％300rpm

X線CT

灰化による繊維長計測

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②スクリュー回転速度（繊維長）の違い

炭素繊維長さの違いが検出可能

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③繊維配向の検出

90°回転

試験片配置図

X線CT画像

磁界 磁界

射出方向

(A) (B)

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③繊維配向の検出

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15

表面

温度

上昇

Δｔ（℃

）

測定時間(min)

30‐300通常配向

(B) 射出方向 // 磁界

(A) 射出方向 ⊥ 磁界

磁界との相対角度で繊維配向検出可能

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④ウエルドの検出

磁界との相対角度でウエルド検出可能

90°回転

磁界 磁界

ウエルド (A) (B)

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20

測定

温度

差Δｔ

測定時間(min)

30‐300ウェルド配向

(A)

(B)

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さらなる適用に向けて（発表当日未記載データを発表します．）

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課題

• IHでは、磁界分布が生じる．⇒ 均一加熱は不可能

熱画像ー差画像による差の生じている位置の特定

加熱が不均一でも，

差画像により差が生じている個所のみを抽出検出可能

試料A

試料B

差画像＝（試料Aの熱画像）ー（試料Bの熱画像）

ウエルド

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測定再現性

0

10

20

30

0 2 4 6 8 10 12

測定

温度

差Δｔ

測定時間(min)

同箇所同試験片

0

20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8 10 12 14 16

測定

温度

差Δｔ

測定時間(min)

異箇所同試験片

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想定される用途• CFRTP射出成形の製品検査．

• 伝熱経路の差を検出できることに着目すると、ボイド、層間剥離などの非破壊検査に適用可能．

実用化に向けた課題• コイル形状と対象物の関係の整理が必要．

• 一般的な検出技術としては，位置特定や定量が必要．

企業への期待• 電磁シミュレーション技術を持つ企業との共同研究を希望．

• CFRTPの量産化を目指す企業は、本技術の導入が有効と思われる．

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本技術に関する知的財産権

• 発明の名称 ：炭素繊維強化複合材料の

検査方法および検査装置

• 出願番号 ：特願2013-212904（平成25年10月10日）

• 出願人 ：岐阜大学

• 発明者 ：三宅卓志、関 雅子

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お問い合わせ先

岐阜大学

研究推進・社会連携機構 産官学連携推進本部

知的財産マネージャー 神谷英昭

ＴＥＬ 058－293 － 3182ＦＡＸ 058－293 － 3346

e-mail h_kamiya＠gifu-u.ac.jp