JP2013040588A - 固体推進薬の成形方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中子を容易に引き抜くことができ、製造工数を少なくでき、推進薬の硬化時には外側と内側から冷却することができ、成型物を残存させずに中子や切削によって成形するのが不可能な形の内孔形状でも成形することができる固体推進薬の成形方法及び装置を提供する。
【解決手段】中空１６を形成し可撓性を有する袋状の可撓性中子１２をモータケース１４に入れて流体１８を中空１６に入れることにより可撓性中子１２を固体推進薬２０の内孔３８の形状に膨張させ、可撓性中子１２とモータケース１４との間に液体状の固体推進薬２０を流し込み、流体１８を冷却して固体推進薬２０を硬化させ、固体推進薬２０が硬化した後に流体１８を抜いて可撓性中子１２を収縮させ、内孔３８から可撓性中子１２を引き抜く。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体ロケットモータの固体推進薬を成形する成形方法及び装置に関する。

ロケットモータは、ロケット弾の推進機関であり、ロケットモータ内部に備える推進薬を燃焼させることにより燃焼ガスを発生し、弾頭と信管を発射地点から目標地点まで運搬する。
固体推進薬は、ゴム状の粘弾性物質である推進薬であり、燃焼により高温高圧の燃焼ガスを発生する。ロケットモータの性能には、ロケットモータのモータケース内部に収められて成形された固体推進薬の内孔形状（以下、単に内孔形状）が重要に関わっている。以下、固体推進薬を単に推進薬と呼ぶ。

一般に、ロケットエンジンの推力は、燃焼圧力とノズルスロート面積によって定まる。すなわち、固体ロケットの場合、燃焼ガスの供給量は時間的に変化する推進薬の燃焼表面積に依存するため、燃焼時間に対する燃焼圧力および推力の発生パターンは、モータケース内に充填された推進薬の内孔形状の初期形状によって予め決定される。
また、推力パターンは飛翔体の飛行特性に大きく影響する。そのため、推進薬を成形するにあたり、要求される推力パターンを実現する内孔形状の設計が重要であり、推進薬の形状に様々な工夫がなされている。
一般的には、推進薬の形状は、端面燃焼式や推進薬内部に中空孔を持つ内面燃焼式、および内面燃焼式で中空孔に溝やフィンを施したタイプ等、複雑な内孔形状を持つものが広く使用されている。
なお、推進薬は加熱することにより液体状となり、冷却することにより硬化する。

図１は、従来技術の中子で成形したロケットモータ１の固体推進薬２とその内孔形状４を示す。図１（Ａ）は特許文献１と特許文献２の固体推進薬２とその内孔形状４であり、図１（Ｂ）は特許文献３の固体推進薬２とその内孔形状４である。
従来では、内面燃焼式や内面燃焼式で中空孔に溝やフィンを施したタイプ等の複雑な内孔形状４を持つ推進薬２を成形するには、予め内孔形状４をしたアルミニウム合金等の軽金属ないし非鉄金属材料や、鉄等の鉄鋼系材料等の金属製の中子を型組みし、推進薬２を注型し、中子を引き抜くことにより、推進薬２の形状を造っていた（特許文献１、２）。

または、モータケース６の開口８からスクレーパ等の切削工具を挿入して切削するなど、機械加工により内孔形状４を造っていた（特許文献３）。

もしくは、成型物１０を予めセットし、推進薬２が硬化した後、成型物１０を残存させる場合もあった。

特開平７−１１９５４８号公報 特開平６−２６４８１９号公報 特開平５−２４８３１０号公報

特許文献１と２において使用する金属製の中子は、重量が非常に大きく、そのため中子の引き抜きに要する荷重は数トンにも達するほど極めて大きい。そのため、中子の引き抜き作業は、慎重さが要求される極めて厄介な作業であった。また、中子と推進薬２とが接着しているため、推進薬２を破損させることがあった。
さらに、中子の形状は、中子を引き抜くための抜け勾配が必要であった。

さらに、特許文献１〜３の従来技術において、推進薬２の形状を造るには、中子による成型や機械加工による等、工程数が多数になるため、製造工数がかかり、コストが高くなっていた。
また、推進薬２の硬化時にはモータケース６の外側からしか冷却できないため、推進薬２内部まで硬化させるのに時間を要してしまっていた。
また、推進薬２の外側と内側とで温度差が生じるため、残留応力が発生し、推進薬２に悪影響を与えていた。

また、中子や切削によって成形するのが不可能な形の内孔形状４は、成型物１０を内孔内に残存させる以外に方法がなかったが、成型物１０がうまく燃えずにロケットモータ１の推進力に悪影響を与えていた。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、中子を容易に引き抜くことができ、製造工数を少なくでき、推進薬の硬化時には外側と内側から冷却することができ、成型物を残存させずに中子や切削によって成形するのが不可能な形の内孔形状でも成形することができる固体推進薬の成形方法及び装置を提供することにある。

本発明によれば、
（Ａ）中空を形成し可撓性を有する袋状の可撓性中子をモータケースに入れて流体を前記中空に入れることにより可撓性中子を固体推進薬の内孔の形状に膨張させ、
（Ｂ）可撓性中子と前記モータケースとの間に液体状の固体推進薬を流し込み、
（Ｃ）前記流体を冷却して固体推進薬を硬化させ、
（Ｄ）前記固体推進薬が硬化した後に前記流体を抜いて前記可撓性中子を収縮させ、
（Ｅ）前記内孔から可撓性中子を引き抜く、ことを特徴とする固体推進薬の成形方法が提供される。

また、前記（Ａ）において、モータケースの外部と中空とを連通する注入口から前記流体を注入し、
前記（Ａ）から（Ｃ）において、可撓性中子が前記内孔の形状に膨張する圧力に前記流体の圧力を調節した状態でモータケースの外部と中空を連通する注出口から排出した前記流体を再び注入口から注入して循環させ、
前記（Ｄ）において、注出口から前記流体を注出する。

また、前記（Ａ）において、前記流体を二つの中空が連通している二重構造の中空のうちの一方に備えられた注入口から注入し、
前記（Ｄ）において、他方の中空に備えられた注出口から注出する。

また、前記（Ｃ）において、前記流体を冷却する温度調節機を中空内に挿入して前記流体を冷却する。

また、前記（Ｃ）において、注出口から注出された前記流体を冷却した後に注入口から注入することにより前記流体を冷却する。

また、前記（Ｃ）において、前記固体推進薬を外側から冷却し、
前記モータケースの内面の温度と、中空に注入もしくは中空から注出した前記流体の温度とを測定し、
前記内面の温度に前記流体の温度を調節する。

また、前記（Ｃ）において、モータケースの外面を取り囲む冷却ケースに前記流体を注入し、
注出口から注出された前記流体と前記冷却ケースから注出された前記流体を冷却し、注入口と前記冷却ケースに冷却した前記流体を注入することにより固体推進薬を硬化させる。

また、本発明によれば、中空を形成し可撓性を有する袋状の可撓性中子を備え、
可撓性中子は流体を中空に入れることにより固体推進薬の内孔の形状に膨張し前記流体を抜くことにより収縮する、ことを特徴とする固体推進薬の成形装置が提供される。

また、中空は、可撓性中子を設置したモータケースの外部と中空を連通し中空の前記流体を外部へ注出する注出口と、
前記外部と中空を連通し注出口から注出された前記流体が注入される注入口とを備える。

また、中空は二重になっており、
一方の中空が注入口を有し、
他方の中空が注出口を有し、
一方の中空と他方の中空とが連通している。

また、中空に挿入され中空内の前記流体を冷却する温度調節機を有する流体冷却機を備える。

また、注出口から注出された前記流体を注入口から中空に注入する前に前記流体を冷却する流体冷却機と、
前記流体の圧力を測定し可撓性中子が前記内孔の形状に膨張する圧力に調節する圧力調節器とを備える。

また、流体冷却機は、可撓性中子を設置したモータケースの内面の温度を測定する内面温度計と、
中空へ注入もしくは中空から注出した前記流体の温度を測定する流体温度計と、
前記内面の温度に前記流体の温度を調節する温度調節機とを備える。

また、流体冷却機は、モータケースの外面を取り囲み中に前記流体が注入されることにより前記固体推進薬を外側から冷却する冷却ケースと、
注出口と冷却ケースから注出された前記流体を注入口と冷却ケースに注入する前に冷却する温度調節機とを備える。

上述した本発明の固体推進薬の成形方法及び装置によれば、可撓性中子の壁面が可撓性のある素材でできており、中空に入れた流体を出し入れすることによって内孔形状を形作り、流体を抜いてから可撓性中子を引き抜くため、引き抜きに要する荷重を軽減することができる。

また、流体を抜くと可撓性中子が収縮するため、可撓性中子を引き抜く作業を行うときには、既に推進薬の内孔の内壁と可撓性中子の壁面とが引き離されている。そのため、可撓性中子の一部を引っ張るだけで容易に可撓性中子を引き抜くことができる。また、可撓性中子の引き抜き作業が容易であるため、熟練した技術者でなくても容易に作業することができ、推進薬の破損を防ぐことができる。

さらに、流体を抜いて、可撓性中子を収縮させてから引き抜くため、細かく入り組んだ内孔形状や内孔の先端が膨らんだ内孔形状などの従来技術において成形不可能であった内孔形状でも、容易に成形することができる。また、複雑な内孔形状でも、成型物を推進薬内に残存させずに成形することができる。

また、本発明の可撓性中子は、金属製中子の成型や、推進薬の切削等の機械工程を経る必要が無いため、工程数や製造工数を抑えることができ、製造コストを削減することができる。

さらに、可撓性中子の中空に流体を注入し、その流体を冷却するため、推進薬を内外から冷却することができる。そのため、推進薬内部まで硬化させるのに要する時間を従来技術の約半分に短縮することができる。
また、推進薬の内外から冷却することができるため、推進薬の内外の温度差を抑え、残留応力を抑制することができる。

従来技術の中子で成形したロケットモータの固体推進薬とその内孔形状を示す図である。 本発明の第１実施形態の固体推進薬の成形方法及び装置を示す実施形態図である。 冷却ケースを備えた本発明の第１実施形態の固体推進薬の成形装置を示す実施形態図である。 本発明の固体推進薬の成形方法及び装置で実現可能な推進薬の内孔形状を示す。 本発明の第２実施形態の固体推進薬の成形装置を示す実施形態図である。 本発明の第３実施形態の固体推進薬の成形装置を示す実施形態図である。 本発明の第４実施形態の固体推進薬の成形方法及び装置を示す実施形態図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図２は、本発明の第１実施形態の固体推進薬２０の成形方法及び固体推進薬２０の成形装置１１を示す実施形態図である。図２（Ａ）はモータケース１４内に可撓性中子１２を設置した状態を示し、図２（Ｂ）は中空１６に流体１８を注入し、推進薬２０をモータケース１４に注入している状態を示す。図２（Ｃ）は推進薬２０を冷却している状態を示し、図２（Ｄ）は流体１８を中空１６の外部に排出している状態を示す。また、図２（Ｅ）は、可撓性中子１２をモータケース１４から引き抜いた状態を示す。
図３は、冷却ケース１９を備えた本発明の第１実施形態の固体推進薬２０の成形装置１１を示す実施形態図である。

本発明の固体推進薬２０の成形装置１１は、モータケース１４、可撓性中子１２、ポンプ３２、流体冷却機３４、及び圧力調節器３６を備える。

モータケース１４は、固体推進薬２０（以下、固体推進薬２０、もしくは単に推進薬２０）を収め、固体推進薬２０の燃焼による高圧に耐える圧力容器である。モータケース１４の材料は、鉄鋼、アルミニウム合金、またはＦＲＰであることが望ましい。

固体推進薬２０の成形に使用する本発明の可撓性中子１２は、中空１６を形成し可撓性を有する袋状の構造物であり、モータケース１４の中に入れて使用する。言い換えると、可撓性中子１２は、可撓性がある壁面２２により袋状の構造を形成し、中に壁面２２に囲まれた中空１６を形成する。そして、中空１６は、流体１８が注入される注入口２４と、流体１８を注出する注出口２６とを備える。注入口２４と注出口２６は、双方ともモータケース１４の外部と中空１６とを連通する。そして、流体１８は、中空１６、注出口２６、注出管３０、注入管２８、注入口２４、中空１６の順で流通し、循環する。

壁面２２は、流体１８を中空１６に入れると、図２（Ｅ）に示した固体推進薬２０の内孔３８の形状に膨張し、流体１８を抜くと収縮する可撓性がある袋状の形状をしている。それにより、流体１８を中空１６に入れると、可撓性中子１２が内孔３８の形状に膨張し、流体１８を抜くと収縮する。
壁面２２は、中空１６の圧力に応じて伸縮するゴム製であることが好ましい。また、流体１８を抜くと収縮する素材であるなら、ビニールや中空１６を液密に保つ布など、伸縮できない素材であっても良い。
この場合、流体１８とは、水が好ましいが、中空１６内に注入できる液体であれば、その他の液体でも構わない。また、空気やガス等の気体を使用しても良い。

中空１６は、流体１８を入れることができる空間であり、注入口２４と注出口２６を有する。
第１実施形態の注入口２４と注出口２６は、可撓性中子１２の両端にそれぞれ設けて、流体１８を循環させることが好ましい。

注入口２４と注出口２６は、それぞれ注入管２８及び注出管３０と連結することができ、中空１６と注入管２８及び注出管３０の内孔とを液密に連通する。

注入管２８と注出管３０には、ポンプ３２と流体冷却機３４が連結されている。
ポンプ３２は、注出口２６から注出した流体１８を再び注入口２４に注入し、流体１８を循環させる。

圧力調節器３６は、中空１６の圧力を測定する圧力計４０と、外部から流体１８を出し入れする出入管４２とを備えることが好ましい。
そして、圧力調節器３６は、圧力計４０で測定した中空１６内の圧力に応じて、出入管４２を介して外部から中空１６へ流体１８を吸入し、もしくは中空１６から外部へ流体１８を排出する。
なお、圧力調節器３６は、一定の圧力を超える時に開口する弁であってもよい。
また、出入管４２は、ポンプ３２に備えられていてもよい。

流体冷却機３４は、注入口２４から中空１６に注入する前に、流体１８を冷却する。また、流体冷却機３４は、モータケース１４の内面の温度を測定する内面温度計３４ａと、注出管３０もしくは注入管２８内の流体１８の温度を測定する流体温度計３４ｂと、流体１８を冷却もしくは温度調節する温度調節機３４ｃを有する。第１実施形態の温度調節機３４ｃは、熱交換器であることが好ましい。
そして、流体冷却機３４は、内面温度計３４ａが測定した温度に流体温度計３４ｂが測定した温度が近付くように、温度調節機３４ｃで流体１８の温度を調節する。すなわち、固体推進薬２０を冷却ケース１９（図３参照）によりモータケース１４の外側からも冷却し、モータケース１４の内面の温度（すなわち推進薬２０の外側の温度）を内面温度計３４ａで測定し、温度調節機３４ｃでモータケース１４の内面の温度に流体１８の温度を調節することにより、固体推進薬２０の内外の温度勾配を少なくでき、推進薬２０内に生じる応力を抑えることができる。

なお、流体冷却機３４の温度調節機３４ｃを中空１６内に挿入して、流体１８を冷却してもよい。中空１６内に流体冷却機３４を挿入する場合、流体冷却機３４の温度調節機３４ｃは、小型のプローブ状の冷却コイルであることが好ましい。
また、流体冷却機３４は、モータケース１４の外側に、モータケース１４を外側から冷却する冷却ケース１９を設けてもよい。冷却ケース１９は、図３に示すように、モータケース１４の外面を取り囲み、中に流体１８を注入できる金属チューブ等の管もしくは容器であり、中空１６に注入する流体１８と同じ流体１８を流すものが好ましい。
すなわち、注出口２６と冷却ケース１９から注出された流体１８を温度調節機３４ｃで冷却し、注入口２４と冷却ケース１９に注入する。これにより、推進薬２０の外側を冷却する流体１８の温度と推進薬２０の内孔３８内から冷却する流体１８の温度とを同じにすることができる。
なお、冷却ケース１９に、温度調節機３４ｃとは別の温度調節機構を設けても良い。
また、流体冷却機３４に冷却ケース１９と温度調節機３４ｃのみを設け、内面温度計３４ａと流体温度計３４ｂを設けなくてもよい。

次に、図２を使用し、可撓性中子１２の使用方法を説明する。
（ａ） まず、図２（Ａ）に示すように、可撓性中子１２をモータケース１４の中に入れて、可撓性中子１２の注入口２４と注出口２６をそれぞれ注入管２８及び注出管３０と接続する。
（ｂ） 図２（Ｂ）に示すように、可撓性中子１２が内孔３８（図２（Ｅ）参照）の形状となる圧力に圧力調節器３６で流体１８の圧力を調節しながら、出入管４２から入れた流体１８を注入口２４から中空１６に注入し、可撓性中子１２を推進薬２０の内孔形状に膨張させる。その後、可撓性中子１２とモータケース１４との間の隙間に、加熱して液体状になった推進薬２０を流し込む。
（ｃ） 図２（Ｃ）に示すように、流体冷却機３４で流体１８の温度を調節しながら、ポンプ３２で流体１８を循環させることにより、推進薬２０を冷却し、硬化させる。モータケース１４の外部からも推進薬２０を冷却することが好ましい。また、温度調節機３４ｃでモータケース１４の内面の温度（すなわち推進薬２０の外側の温度）に流体１８の温度を調節することが好ましい。推進薬２０を可撓性中子１２の中空１６とモータケース１４の外部との両方から冷却することにより、硬化時間を約半分に短縮でき、さらに、推進薬２０を内外から均一に冷却することができる。これにより、冷却時に推進薬２０に生じる応力を低減することができ、推進薬２０のひび割れなどの品質の低下を防ぐことができる。
（ｄ） 推進薬２０の硬化が完了したら、図２（Ｄ）に示すように、注出口２６から流体１８を注出し、出入管４２から外部に流体１８を排出する。できれば、中空１６内の圧力を負圧にすることが好ましい。流体１８を排出すると、壁面２２に弾性があること、もしくは中空１６が負圧となることにより、可撓性中子１２が収縮する。
（ｅ） 次に、注入口２４と注出口２６から注入管２８と注出管３０を取り外し、推進薬２０の内孔３８から可撓性中子１２を引き抜く。注出口２６が設置されていたモータケース１４の穴４４は、その後、キャップや栓などで閉じる。

本発明の可撓性中子１２がゴム製やビニール製、または布製等の可撓性のある材質であることと、中空１６の流体１８を抜いてから可撓性中子１２を引き抜くことにより、引き抜き時の可撓性中子１２の重量及び可撓性中子１２の引き抜きに要する荷重を軽くすることができ、かつ可撓性中子１２の引き抜き作業を容易化することができる。そのため、推進薬２０を破損させずに、可撓性中子１２を引き抜くことができる。

また、本発明の可撓性中子１２を使用することにより、金属製の中子の成型や機械加工による推進薬２０の切削を行う必要が無いため、工程数や製造工数を抑えることができ、コストを低くすることができる。

また、推進薬２０の硬化時には推進薬２０の外側と内側との両方から冷却を行うことができるため、推進薬２０内部まで硬化させるのに要する時間は、従来技術の約半分に短縮することができる。
さらに、推進薬２０の外側と内側との温度差を抑えることができるため、残留応力を抑制することができる。

図４は、本発明の固体推進薬２０の成形方法及び固体推進薬の成形装置１１で実現可能な推進薬２０の内孔形状を示す。
例えば、図４に示すような、内孔３８の先端が膨らんだ内孔形状や、細かく入り組んだ内孔形状は、金属の中子を使用した注型や切削などの従来技術による成形は不可能である。このような内孔形状を従来技術で無理に成形するためには、成型物を内孔３８内に残存させる以外に方法が無い。
しかし、本発明の可撓性中子１２は流体１８を中空１６から排出することによって収縮するので、成型物を残存させることなく、従来技術で成形不可能であった内孔形状をも成形することができる。
すなわち、例えば、従来技術にあった抜け勾配がない内孔形状や、モータケース１４の開口から離れるにつれて直径が漸増するような形態の内孔形状であっても、本発明の可撓性中子１２を使用することにより、成形することができる。

図５は、本発明の第２実施形態の固体推進薬の成形装置１１を示す実施形態図である。
図５で示す通り、第２実施形態の可撓性中子１２の中空１６は、内側の中空１６（以下、内側中空１６ａ）と外側の中空１６（以下、外側中空１６ｂ）の二重構造になっている。そして、２つの中空１６のうち一方の中空１６に注入口２４が設置されており、他方の中空１６に注出口２６が設置されている。
すなわち、内側中空１６ａに注入口２４が設置されていてもよいし、注出口２６が設置されていてもよい。同様に、外側中空１６ｂに注入口２４が設置されていてもよいし、注出口２６が設置されていてもよい。注入口２４と注出口２６はモータケース１４の軸方向に対するノズル側Ｘ（すなわち、モータケース１４の開口側）に設けるのが好ましいが、これに限らなくても良い。
また、モータケース１４の軸方向に対するノズルの反対側（以下、弾頭側Ｙ）で、内側中空１６ａと外側中空１６ｂとが連通していることが好ましい。しかし、連通する場所はこれに限らなくてもよい。
なお、内側中空１６ａと外側中空１６ｂとの間の壁面（以下、仕切り壁２２ａ）は、ゴム、ビニール、布等の可撓性がある材質であることが好ましい。

その他の構成及び方法は、第１実施形態と同様である。

第２実施形態の可撓性中子１２は、注入口２４と注出口２６の両方がノズル側Ｘに設置されているため、モータケース１４の弾頭側Ｙに穴を設け、それを塞ぐ工程が必要ない。また、内側中空１６ａと外側中空１６ｂとの間で、仕切り壁２２ａを介して熱交換を行うことができるため、効率よく推進薬２０の熱を吸収することができる。

図６は、本発明の第３実施形態の固体推進薬の成形装置１１を示す実施形態図である。
図６で示す通り、第３実施形態の可撓性中子１２は、軽金属ないし非鉄金属材料や、鉄等の鉄鋼系材料等の金属製の内管４６が挿入されている。すなわち、内管４６の内孔が内側中空１６ａとなり、内管４６と壁面２２との間の隙間が外側中空１６ｂとなる。そして、内管４６の側面が仕切り壁２２ａとなり、内管４６の弾頭側Ｙが開口していることにより、内側中空１６ａと外側中空１６ｂとが連通している。
なお、内管４６の開口位置は、その他の部位でもよい。

その他の構成及び方法は、第２実施形態と同様である。

第３実施形態の可撓性中子１２は、内管４６を可撓性中子１２に挿入して、内側中空１６ａと外側中空１６ｂを設けることにより、内管４６が可撓性中子１２の芯となり、可撓性中子１２を真っすぐに保つことができる。
また、内管４６は内孔形状より細いため、内管４６が金属製であっても、可撓性中子１２を容易に引き抜くことができる。
さらに、可撓性中子１２の一部のみが金属製であるため、従来の金属製の中子より可撓性中子１２の重量を軽くすることができる。

図７は、本発明の第４実施形態の固体推進薬２０の成形方法及び固体推進薬の成形装置１１を示す実施形態図である。図７（Ａ）はモータケース１４内に可撓性中子１２を設置した状態を示し、図７（Ｂ）は中空１６に流体１８を注入し、推進薬２０を注入している状態を示す。図７（Ｃ）は推進薬２０を冷却している状態を示し、図７（Ｄ）は流体１８を中空１６の外部に排出している状態を示す。また、図７（Ｅ）は、可撓性中子１２をモータケース１４から引き抜いた状態を示す。

図７に示す通り、第４実施形態の可撓性中子１２は、流体１８を出し入れする注出入口４８と注出入管５０を一つずつ備え、中空１６に入れた流体１８を循環させずに、中空１６内に挿入した流体冷却機３４で流体１８を冷却する。流体冷却機３４の温度調節機３４ｃは、小型のプローブ状の冷却コイルであることが好ましい。
すなわち、第４実施形態のポンプ３２は、中空１６に流体１８を出し入れするためのみに用いられ、流体１８を循環させない。また、圧力調節器３６は、推進薬２０をモータケース１４に注入する際に、壁面２２の形状を一定に保つために使用するが、その後は必要ない。

第４実施形態の可撓性中子１２の使用方法は、以下のとおりである。
（ａ） まず、図７（Ａ）に示すように、可撓性中子１２をモータケース１４の中に設置し、可撓性中子１２の注出入口４８を注出入管５０と接続する。また、中空１６内に流体冷却機３４の温度調節機３４ｃを挿入する。また、圧力調節器３６で注出入管５０内の圧力を測定する。
（ｂ） 図７（Ｂ）に示すように、圧力調節器３６で可撓性中子１２が推進薬２０の内孔形状を保つことができる圧力になるように、出入管４２から流体１８を中空１６に注入し、可撓性中子１２を推進薬２０の内孔形状に膨張させる。そして、可撓性中子１２とモータケース１４との間の隙間に、加熱して液体になった推進薬２０を入れる。その際、圧力調節器３６で圧力を調節して、可撓性中子１２の形状を一定に保つことが望ましい。
（ｃ） 図７（Ｃ）に示すように、推進薬２０をモータケース１４に注入し終わったら、注出入管５０、ポンプ３２、圧力調節器３６を外し、中空１６を密閉する。そして、流体冷却機３４の温度調節機３４ｃで流体１８の温度を調節し、推進薬２０を冷却する。流体冷却機３４を上部に設けることで、流体１８に対流が生じ、中空１６内の流体１８を均一に冷却することができる。
なお、第１実施形態と同様に、冷却ケース１９を設け、モータケース１４の外部からも推進薬２０を冷却することが好ましい。そして、モータケース１４の内面（すなわち推進薬２０の外側）の温度を内面温度計３４ａで測定し、内面の温度に温度調節機３４ｃの温度を合わせ、中空１６内の流体１８の温度を調節することが望ましい。
これにより、推進薬２０の内外の温度勾配を少なくでき、推進薬２０内に生じる応力を低減することができ、推進薬２０のひび割れなどの品質の低下を防ぐことができる。
また、推進薬２０を可撓性中子１２の中空１６とモータケース１４の外部との両方から冷却することにより、推進薬２０の硬化時間を約半分に短縮することができる。
（ｄ） 推進薬２０の硬化が完了したら、図７（Ｄ）に示すように、再び、注出入口４８と注出入管５０を接続し、出入管４２から外部に流体１８を排出する。できれば、中空１６内の圧力を負圧にすることが好ましい。
（ｅ） 次に、注出入口４８から注出入管５０を取り外し、可撓性中子１２を引き抜く。

その他の構成及び方法は、第１実施形態と同様である。

本発明の第４実施形態の可撓性中子１２とその使用方法により、流体１８を循環させる設備を省略でき、可撓性中子１２に使用する設備を小型化することができる。

上述した本発明の固体推進薬２０の成形方法及び固体推進薬の成形装置１１によれば、可撓性中子１２がゴム製やビニール製、または布製であり、かつ可撓性中子１２を引き抜く際に、流体１８を抜いて可撓性中子１２を収縮させてから行うことにより、引き抜きに要する荷重を軽減することができる。
また、流体１８を抜き、中空１６を負圧にすることにより、可撓性中子１２を引き抜く作業を行うときには、固体推進薬２０の内孔３８の内壁と可撓性中子１２の壁面２２とが引き離され、可撓性中子１２の一部を引っ張るだけで容易に可撓性中子１２を引き抜くことができる。さらには、可撓性中子１２の引き抜きが容易であるため、熟練した技術者でなくても容易に作業することができ、かつ推進薬２０の破損を防ぐことができる。

また、本発明の可撓性中子１２は、金属製中子の成型や、推進薬２０の切削等の機械工程を経る必要が無いため、工程数や製造工数を抑えることができ、製造コストを削減することができる。

さらに、可撓性中子１２の中空１６に注入する流体１８の温度を調節することができるため、推進薬２０の内外から冷却することができ、推進薬２０内部まで硬化させるのに要する時間を従来技術の約半分に短縮することができる。
また、推進薬２０の内外から冷却することができるため、推進薬２０の内外の温度差を抑え、残留応力を抑制することができる。

さらに、例えば、細かく入り組んだ内孔形状や、内孔３８の先端が膨らんだ内孔形状など、従来技術において成形不可能であった内孔形状でも、本発明の可撓性中子１２を使用することによって、容易に成形することができる。また、複雑な内孔形状でも、成型物を推進薬２０内に残存させずに成形することができる。

なお、上記において、本発明の実施形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１，２１ ロケットモータ、２，２０ 固体推進薬（推進薬）、
４ 内孔形状、６，１４ モータケース、
８ 開口、１０ 成型物、
１１ 固体推進薬の成形装置、
１２ 可撓性中子、
１６ 中空、１６ａ 内側中空、１６ｂ 外側中空、
１８ 流体、１９ 冷却ケース、
２２ 壁面、２２ａ 仕切り壁、
２４ 注入口、２６ 注出口、
２８ 注入管、３０ 注出管、
３２ ポンプ、
３４ 流体冷却機、３４ａ 内面温度計、３４ｂ 流体温度計、３４ｃ 温度調節機、
３６ 圧力調節器、
３８ 内孔、４０ 圧力計、４２ 出入管、
４４ 穴、４６ 内管、
４８ 注出入口、５０ 注出入管、
Ｘ ノズル側、Ｙ 弾頭側

Claims (14)

1. （Ａ）中空を形成し可撓性を有する袋状の可撓性中子をモータケースに入れて流体を前記中空に入れることにより可撓性中子を固体推進薬の内孔の形状に膨張させ、
   （Ｂ）可撓性中子と前記モータケースとの間に液体状の固体推進薬を流し込み、
   （Ｃ）前記流体を冷却して固体推進薬を硬化させ、
   （Ｄ）前記固体推進薬が硬化した後に前記流体を抜いて前記可撓性中子を収縮させ、
   （Ｅ）前記内孔から可撓性中子を引き抜く、ことを特徴とする固体推進薬の成形方法。
2. 前記（Ａ）において、モータケースの外部と中空とを連通する注入口から前記流体を注入し、
   前記（Ａ）から（Ｃ）において、可撓性中子が前記内孔の形状に膨張する圧力に前記流体の圧力を調節した状態でモータケースの外部と中空を連通する注出口から排出した前記流体を再び注入口から注入して循環させ、
   前記（Ｄ）において、注出口から前記流体を注出する、ことを特徴とする請求項１に記載の固体推進薬の成形方法。
3. 前記（Ａ）において、前記流体を二つの中空が連通している二重構造の中空のうちの一方に備えられた注入口から注入し、
   前記（Ｄ）において、他方の中空に備えられた注出口から注出する、ことを特徴とする請求項２に記載の固体推進薬の成形方法。
4. 前記（Ｃ）において、前記流体を冷却する温度調節機を中空内に挿入して前記流体を冷却する、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の固体推進薬の成形方法。
5. 前記（Ｃ）において、注出口から注出された前記流体を冷却した後に注入口から注入することにより前記流体を冷却する、ことを特徴とする請求項２または３に記載の固体推進薬の成形方法。
6. 前記（Ｃ）において、前記固体推進薬を外側から冷却し、
   前記モータケースの内面の温度と、中空に注入もしくは中空から注出した前記流体の温度とを測定し、
   前記内面の温度に前記流体の温度を調節する、ことを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の固体推進薬の成形方法。
7. 前記（Ｃ）において、モータケースの外面を取り囲む冷却ケースに前記流体を注入し、
   注出口から注出された前記流体と前記冷却ケースから注出された前記流体を冷却し、注入口と前記冷却ケースに冷却した前記流体を注入することにより固体推進薬を硬化させる、ことを特徴とする請求項５に記載の固体推進薬の成形方法。
8. 中空を形成し可撓性を有する袋状の可撓性中子を備え、
   可撓性中子は流体を中空に入れることにより固体推進薬の内孔の形状に膨張し前記流体を抜くことにより収縮する、ことを特徴とする固体推進薬の成形装置。
9. 中空は、可撓性中子を設置したモータケースの外部と中空を連通し中空の前記流体を外部へ注出する注出口と、
   前記外部と中空を連通し注出口から注出された前記流体が注入される注入口とを備える、ことを特徴とする請求項８に記載の固体推進薬の成形装置。
10. 中空は二重になっており、
    一方の中空が注入口を有し、
    他方の中空が注出口を有し、
    一方の中空と他方の中空とが連通している、ことを特徴とする請求項９に記載の固体推進薬の成形装置。
11. 中空に挿入され中空内の前記流体を冷却する温度調節機を有する流体冷却機を備える、ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の固体推進薬の成形装置。
12. 注出口から注出された前記流体を注入口から中空に注入する前に前記流体を冷却する流体冷却機と、
    前記流体の圧力を測定し可撓性中子が前記内孔の形状に膨張する圧力に調節する圧力調節器とを備える、ことを特徴とする請求項９または１０に記載の固体推進薬の成形装置。
13. 流体冷却機は、可撓性中子を設置したモータケースの内面の温度を測定する内面温度計と、
    中空へ注入もしくは中空から注出した前記流体の温度を測定する流体温度計と、
    前記内面の温度に前記流体の温度を調節する温度調節機とを備える、ことを特徴とする請求項１２に記載の固体推進薬の成形装置。
14. 流体冷却機は、モータケースの外面を取り囲み中に前記流体が注入されることにより前記固体推進薬を外側から冷却する冷却ケースと、
    注出口と冷却ケースから注出された前記流体を注入口と冷却ケースに注入する前に冷却する温度調節機とを備える、ことを特徴とする請求項１２に記載の固体推進薬の成形装置。