JP2013119163A

JP2013119163A - ２層アブレータの製造方法

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Publication number: JP2013119163A
Application number: JP2011266463A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Oya; 洋明大矢; Nobuyuki Kubota; 伸幸久保田
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2013-06-17
Anticipated expiration: 2031-12-06
Also published as: JP5809546B2

Abstract

【課題】大気圏の再突入用のカプセル等が大きくなっても、その大きさに対応する２層アブレータを製造することができる、２層アブレータの製造方法を提供する。
【解決手段】外層アブレータ１とプリプレグクロスから構成される内層アブレータ２とを備える、２層アブレータ１００の製造方法であって、第１繊維に第１樹脂を含浸させたプリプレグシートを配置してホットプレスにより、外層アブレータ１を分割したそれぞれに対応するアブレータ部材を形成する工程と、アブレータ部材と、アブレータ部材の内側に位置し、第１繊維より長い繊維である第２繊維に第２樹脂を含浸させたプリプレグクロスと、を配置して、積層体を形成する工程と、アブレータ部材とプリプレグクロスをオートクレーブでコキュア成形することにより、外層アブレータ１と内層アブレータ２とを一体成型する工程と、を備える、２層アブレータの製造方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、２層アブレータの製造方法に関し、特に、大型の２層アブレータの製造方法に関する。

宇宙実験ミッション又は惑星探査ミッション等で、実験装置又はサンプル等を回収するために、大気圏に再突入するカプセル等には、アブレータが備えられている。アブレータは、炭素繊維等の繊維に樹脂を含浸したプリプレグ等によって形成されていて、大気圏に再突入するときに、樹脂が熱分解すること等によって、カプセル本体への熱の伝達を遮断するものである。

このようなアブレータとして、長い連続した繊維を含む樹脂から成る内層部と、短く不連続な繊維を含む樹脂から成り、内層部を覆う外層部と、を有するアブレータ構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されているアブレータ構造では、外層部全体を一体的にホットプレスにより形成し、外層部に布状のプリプレグを貼り付けて内層部を形成している。

特許第３５２５０９０号

ところで、大気圏の再突入用のカプセル等が大きくなると、当該大きさに対応したアブレータを製造する必要があるが、上記特許文献１に開示されているアブレータ構造を採用する場合に、高額な設備投資を必要とする非常に大型のホットプレス装置が必要となり、実現が困難であった。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、大気圏の再突入用のカプセル等が大きくなっても、その大きさに対応する特許文献１に開示されているアブレータ構造を製造することができる、２層アブレータの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る２層アブレータの製造方法は、外層アブレータとプリプレグクロスから構成される内層アブレータとを備える、２層アブレータの製造方法であって、第１繊維に第１樹脂を含浸させたプリプレグシートを配置してホットプレスにより、前記外層アブレータを分割したそれぞれに対応するアブレータ部材を形成する工程と、前記アブレータ部材と、前記アブレータ部材の内側に位置し、前記第１繊維より長い繊維である第２繊維に第２樹脂を含浸させた前記プリプレグクロスと、を配置して、積層体を形成する工程と、前記アブレータ部材と前記プリプレグクロスをオートクレーブでコキュア成形することにより、前記外層アブレータと前記内層アブレータとを一体成型する工程と、を備える。

これにより、大気圏の再突入用のカプセル等が大きくなっても、その大きさに対応する２層アブレータを製造することができる。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施形態の詳細な説明から明らかにされる。

本発明の２層アブレータの製造方法によれば、大気圏の再突入用のカプセル等が大きくなっても、その大きさに対応する２層アブレータを製造することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る２層アブレータを備えるカプセルの概略構成を示す模式図である。図２は、図１に示す２層アブレータの一部の断面図である。図３は、本実施の形態１に係る２層アブレータの製造方法の概要を示したフローチャートである。図４は、図３に示すステップＳ１０１を説明するための模式図である。図５は、図３に示すステップＳ１０２及びステップＳ１０３を説明するための模式図である。図６は、実施の形態１における変形例の２層アブレータの製造方法の概要を示したフローチャートである。図７は、図６に示すステップＳ２０２を説明するための模式図である。図８は、本発明の実施の形態２に係る２層アブレータの製造方法の概要を示したフローチャートである。図９は、実施の形態２における変形例の２層アブレータの製造方法の概要を示したフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を具体的に例示する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。

（実施の形態１）
［２層アブレータの構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る２層アブレータを備えるカプセルの概略構成を示す模式図である。図２は、図１に示す２層アブレータの一部の断面図である。なお、図１の破線は、アブレータ部材の輪郭を示している。

図１及び図２に示すように、本実施の形態１に係る２層アブレータ１００は、複数のアブレータ部材から構成される外層アブレータ１と、プリプレグクロスから構成される内層アブレータ２と、を備えていて、大気圏再突入用のカプセル１０１のシェル４の外面を覆うように配置されている。２層アブレータ１００とシェル４との間には、断熱材３が設けられている。断熱材３としては、例えば、セラミック繊維等を用いることができる。なお、アブレータ部材は、外層アブレータ１を分割した形状のそれぞれに対応する形状を有している。

また、図２に示すように、外層アブレータ１のアブレータ部材１Ａ及びアブレータ部材１Ｂは、それぞれの接合部（接合面）が切り欠き状に形成されていてもよい。具体的には、大気圏再突入用のカプセルにおける大気圏再突入時の気流方向に沿って、下流側に位置するアブレータ部材（図２では、アブレータ部材１Ｂ）の一部を覆うように、上流側に位置するアブレータ部材（図２では、アブレータ部材１Ａ）が形成されていてもよい。ここで、「アブレータ部材の一部を覆うように」とは、アブレータ部材の厚み方向から見て、アブレータ部材の一部（主面の周縁部）が互いに重なりあっていることをいう。

これにより、大気圏再突入時に外層アブレータ１の熱分解した樹脂のガスを気流方向の下流側に放出しやすくなり、カプセルへの熱の伝導をより抑制することができる。なお、図２では、アブレータ部材の接合面を切り欠き状に形成したが、これに限定されず、アブレータ部材の接合面を面一に形成してもよい。また、アブレータ部材は、上流側に位置するアブレータ部材が下流側に位置するアブレータ部材の一部を覆うように形成されていることが好ましい。

［２層アブレータの製造方法］
図３は、本実施の形態１に係る２層アブレータの製造方法の概要を示したフローチャートである。また、図４は、図３に示すステップＳ１０１を説明するための模式図であり、図５は、図３に示すステップＳ１０２及びステップＳ１０３を説明するための模式図である。

図３に示すように、まず、外層アブレータ１を構成する複数のアブレータ部材を作成する（ステップＳ１０１）。具体的には、各アブレータ部材に対応するプレス型１０２を用意し、第１繊維が布状に織り込まれたものを短冊状に裁断して得られた多数の短冊状布体を第１樹脂に埋め込んだプリプレグシート１０３を用意する。そして、プリプレグシート１０３をアブレータ部材のプレス型１０２に配置して、ホットプレスすることでアブレータ部材を作成する（図４参照）。なお、第１繊維としては、炭素繊維又はシリカ繊維等を用いることができる。また、第１樹脂としては、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、又はエポキシ樹脂等を用いることができる。また、プリプレグシート１０３は、第１繊維が布状に織り込まれたものに第１樹脂を含浸して、短冊状に裁断してもよい。

次に、ステップＳ１０１で作成した複数のアブレータ部材を外層アブレータ１の型１０４の対応する箇所に配置し（ステップＳ１０２）、アブレータ部材の内面にプリプレグクロス１０５を配置する（ステップＳ１０３）（図５参照）。このとき、プリプレグクロス１０５は、アブレータ部材の内面に複数層貼り付けられる。これにより、アブレータ部材とプリプレグクロス１０５の積層体１０６が形成される。

なお、プリプレグクロス１０５は、第１繊維よりも長い繊維である第２繊維が布状に織り込まれたものに第２樹脂を含浸させたものである。第２繊維としては、炭素繊維又はシリカ繊維等を用いることができる。また、第２樹脂としては、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、又はエポキシ樹脂等を用いることができる。さらに、第１繊維と第２繊維は、同じ種類の繊維を用いてもよく、異なる種類の繊維を用いてもよい。第１樹脂と第２樹脂は、外層アブレータ１と内層アブレータ２の接合を強化する観点から、同じ種類の樹脂を用いることが好ましい。

次に、アブレータ部材とプリプレグクロス１０５の積層体をオートクレーブでコキュア成形する（ステップＳ１０４）。このとき、プリプレグクロス１０５に含まれる第２樹脂が、複数のアブレータ部材とプリプレグクロス１０５との間及びアブレータ部材の接合部の間に滲み出て、硬化することにより、外層アブレータ１と内層アブレータ２、及びアブレータ部材間が接合される。これにより、２層アブレータ１００が一体成型される。

このように、本実施の形態１に係る２層アブレータの製造方法では、大気圏の再突入用のカプセル等が大きく、既存の設備では、外層アブレータ１が一体形成できないような場合であっても、複数のアブレータ部材を作成して、プリプレグクロス１０５の硬化と外層アブレータ１と内層アブレータ２の接合及びアブレータ部材間の接合を同時に行うことにより、カプセル等の大きさに対応する２層アブレータ１００を製造することができる。

［変形例］
次に、本実施の形態１に係る２層アブレータの製造方法の変形例について、図４を参照しながら説明する。

図６は、実施の形態１における変形例の２層アブレータの製造方法の概要を示したフローチャートである。図７は、図６に示すステップＳ２０２を説明するための模式図である。

図６に示すように、実施の形態１と同様に、外層アブレータ１を構成する複数のアブレータ部材を作成する（ステップＳ２０１）。ついで、内層アブレータ２の型１０７にプリプレグクロス１０５を複数層貼り付けて配置する（ステップＳ２０２）（図７参照）。

次に、プリプレグクロス１０５の外面にアブレータ部材を配置して（ステップＳ２０３）、アブレータ部材とプリプレグクロス１０５の積層体１０６をオートクレーブでコキュア成形し（ステップＳ２０４）、２層アブレータ１００を作成する。

このような変形例１の２層アブレータの製造方法であっても、実施の形態１に係る２層アブレータの製造方法と同様の作用効果を奏する。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る２層アブレータの製造方法の概要を示したフローチャートである。

図８に示すように、本実施の形態２に係る２層アブレータの製造方法では、実施の形態１に係る２層アブレータの製造方法と同様の工程が実行されるが、実施の形態１のステップＳ１０２に代えて、ステップＳ１０２Ａが行われる点が異なる。

具体的には、ステップＳ１０２Ａでは、ステップＳ１０１で作成した複数のアブレータ部材を外層アブレータ１の型に配置するときに、各アブレータ部材の接合部の間に第１樹脂を配置する。これにより、ステップＳ１０４でオートクレーブによりコキュア成形するときに、接合部に配置した第１樹脂が硬化することにより、各アブレータ部材間の接合をより強化することができる。

なお、各アブレータ部材の接合部の間に配置する第１樹脂には、第１繊維を含有していてもよい。また、ステップＳ１０３でアブレータ部材の内面にプリプレグクロス１０５を配置するときに、アブレータ部材とプリプレグクロス１０５との間に、第１樹脂を配置してもよい。この場合、第１樹脂に、第１繊維を含有させてもよい。

このような実施の形態２に係る２層アブレータの製造方法であっても、実施の形態１に係る２層アブレータの製造方法と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態２に係る２層アブレータの製造方法では、アブレータ部材間の接合をより強固にすることができる。

［変形例］
次に、本実施の形態２に係る２層アブレータの製造方法の変形例について、図９を参照しながら説明する。

図９は、実施の形態２における変形例の２層アブレータの製造方法の概要を示したフローチャートである。

図９に示すように、本実施の形態２における変形例の２層アブレータの製造方法では、実施の形態１における変形例の２層アブレータの製造方法と同様の工程が実行されるが、実施の形態１における変形例のステップＳ２０３に代えて、ステップＳ２０３Ａが行われる点が異なる。

具体的には、ステップＳ２０３Ａでは、ステップＳ１０１で作成した複数のアブレータ部材をプリプレグクロス１０５の外面に配置するときに、各アブレータ部材の接合部の間、及び／又はアブレータ部材とプリプレグクロス１０５との間に第１樹脂を配置する。これにより、ステップＳ２０４でオートクレーブによりコキュア成形するときに、接合部に配置した第１樹脂が硬化することにより、各アブレータ部材間の接合をより強化することができる。なお、各アブレータ部材の接合部の間、及び／又はアブレータ部材とプリプレグクロス１０５との間に配置する第１樹脂には、第１繊維を含有していてもよい。

このような実施の形態２における変形例の２層アブレータの製造方法であっても、実施の形態２に係る２層アブレータの製造方法と同様の作用効果を奏する。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。

本発明の２層アブレータの製造方法は、大気圏の再突入用のカプセル等が大きくなっても、その大きさに対応する２層アブレータを製造することができるため、航空宇宙の分野で有用である。

１外層アブレータ
１Ａアブレータ部材
１Ｂアブレータ部材
２内層アブレータ
３断熱材
４シェル
１００２層アブレータ
１０１カプセル
１０２プレス型
１０３プリプレグシート
１０４型
１０５プリプレグクロス
１０６積層体
１０７型

Claims

外層アブレータとプリプレグクロスから構成される内層アブレータとを備える、２層アブレータの製造方法であって、
第１繊維に第１樹脂を含浸させたプリプレグシートを配置してホットプレスにより、前記外層アブレータを分割したそれぞれに対応するアブレータ部材を形成する工程と、
前記アブレータ部材と、前記アブレータ部材の内側に位置し、前記第１繊維より長い繊維である第２繊維に第２樹脂を含浸させた前記プリプレグクロスと、を配置して、積層体を形成する工程と、
前記アブレータ部材と前記プリプレグクロスをオートクレーブでコキュア成形することにより、前記外層アブレータと前記内層アブレータとを一体成型する工程と、を備える、２層アブレータの製造方法。
前記アブレータ部材と前記プリプレグクロスを配置する工程は、前記アブレータ部材を前記外層アブレータの型に配置する工程と、前記プリプレグクロスを前記アブレータ部材の内側に配置する工程と、を備える、請求項１に記載の２層アブレータの製造方法。
前記アブレータ部材と前記プリプレグクロスを配置する工程は、前記プリプレグクロスを前記内層アブレータの型に配置する工程と、前記アブレータ部材を前記プリプレグクロスの外側に配置する工程と、を備える、請求項１に記載の２層アブレータの製造方法。
前記アブレータ部材を配置するときに、前記アブレータ部材の各々の接合部に前記第１樹脂を配置する工程をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の２層アブレータの製造方法。