JP6918347B2 - Heat treatment method and heat treatment equipment - Google Patents
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Description
本発明は、例えばオートクレーブ成形法のように、容器内で被熱処理部材に対して熱処理を行う熱処理方法及びその熱処理装置に関するものである。 The present invention relates to a heat treatment method for performing a heat treatment on a member to be heat-treated in a container, such as an autoclave molding method, and a heat treatment apparatus thereof.
例えば、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含有する繊維強化プラスチック(被熱処理部材の一例)を成形する際には、繊維強化プラスチック材料及びその成形用の成形型を加熱する必要がある。 For example, when molding a fiber-reinforced plastic containing a thermosetting resin or a thermoplastic resin (an example of a member to be heat-treated), it is necessary to heat the fiber-reinforced plastic material and the molding mold for molding the fiber-reinforced plastic material.
オートクレーブ成形法では、プリプレグと呼ばれるシート状の繊維強化プラスチック材料を成形型に積層し真空バッグに収容して圧力容器(オートクレーブ)内に入れて、真空バッグを真空引きすると共に真空バッグをガスの圧力で加圧しつつ加熱することが行われている。加熱には、例えば特許文献1に記載されたように、高温ガスを圧力容器内に循環させることが行われている。又、熱処理後に冷却するときに、低温ガスを圧力容器内に循環させることが行われている。
In the autoclave molding method, a sheet-shaped fiber reinforced plastic material called prepreg is laminated on a molding mold, housed in a vacuum bag and placed in a pressure vessel (autoclave), the vacuum bag is evacuated, and the vacuum bag is evacuated to gas pressure. It is heated while pressurizing with. For heating, for example, as described in
被熱処理部材を容器内に入れて高温ガスを循環させて加熱する方法は、容器内部全体を所望の目標温度まで昇温させる必要があるため、時間が掛かる。又、立体的な成形物の場合、厚みの違う部位があるため、全体を均一に加熱するためにゆっくりと昇温させる必要があるため、時間が掛かる。さらに、容器内部全体を所望の目標温度まで加熱するために、多くのエネルギーが必要になる。 The method of putting the member to be heat-treated into the container and circulating the high-temperature gas to heat the container is time-consuming because it is necessary to raise the temperature of the entire inside of the container to a desired target temperature. Further, in the case of a three-dimensional molded product, since there are parts having different thicknesses, it is necessary to slowly raise the temperature in order to uniformly heat the whole, which takes time. In addition, a lot of energy is required to heat the entire inside of the container to the desired target temperature.
熱処理後に低温ガスで冷却する場合、容器内部全体が高温になっていることから被熱処理部材を冷却するのに時間が掛かる。 When cooling with a low-temperature gas after the heat treatment, it takes time to cool the member to be heat-treated because the entire inside of the container is hot.
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、省エネルギーでありながら被熱処理部材を短時間で均一に加熱できると共に、被熱処理部材を短時間で均一に冷却することができる熱処理方法及び熱処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is a heat treatment method capable of uniformly heating a member to be heat-treated in a short time and uniformly cooling the member to be heat-treated in a short time while saving energy. It is an object of the present invention to provide a heat treatment apparatus.
前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項1に記載された熱処理方法は、被熱処理部材を直接的に加熱するものである直接加熱器を、前記被熱処理部材に接触させるように配置し又は前記被熱処理部材に副資材を介して接触させるように配置し、前記被熱処理部材を収容する容器の内部空間を加熱する補助加熱器を配置し、前記容器の内壁を冷却する内壁冷却器を配置し、前記被熱処理部材を載置する載置台を冷却する載置台冷却器を配置し、前記容器の内部空間温度を測定する内部空間温度センサを配置し、前記被熱処理部材の複数の箇所の温度を測定する複数の標的温度センサを配置して、前記内部空間温度が前記被熱処理部材の加熱目標となる目標温度より低い温度になるように加熱すると共に、前記複数の標的温度センサの検出する温度が前記目標温度になるように、前記直接加熱器、前記補助加熱器、前記内壁冷却器及び前記載置台冷却器を制御して前記被熱処理部材の熱処理を行うことを特徴とする。
The heat treatment method according to
請求項2に記載された熱処理方法は、請求項1に記載のものであり、熱処理開始時に、前記補助加熱器を先に作動させた後に前記直接加熱器を作動させることを特徴とする。
The heat treatment method according to
請求項3に記載された熱処理方法は、請求項1又は2に記載のものであり、前記被熱処理部材が、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む繊維強化プラスチック材料であり、前記繊維強化プラスチック材料及びその成形用の成形型を真空バッグに収容し、前記真空バッグを真空引きすると共に前記容器の内部を加圧して、オートクレーブ成形を行うことを特徴とする。
The heat treatment method according to
請求項4に記載された熱処理方法は、請求項3に記載のものであり、前記成形型を冷却する成形型冷却器を配置し、前記複数の標的温度センサの検出する温度が前記目標温度になるように、前記直接加熱器、前記補助加熱器、前記内壁冷却器、前記載置台冷却器及び前記成形型冷却器を制御することを特徴とする。
The heat treatment method according to claim 4 is the one according to
請求項5に記載された熱処理方法は、請求項1から4のいずれかに記載のものであり、前記内部空間温度を、前記目標温度を摂氏で表したときに、前記目標温度の50%から80%の範囲内の所定温度になるように前記補助加熱器及び前記内壁冷却器を制御することを特徴とする。
The heat treatment method according to claim 5 is the one according to any one of
請求項6に記載された熱処理方法は、請求項1から5のいずれかに記載のものであり、熱処理開始時に、前記補助加熱器を先に作動させた後に、前記内部空間温度が前記目標温度の30%から80%の範囲内の温度になってから、前記直接加熱器の作動を開始させることを特徴とする。
The heat treatment method according to
請求項7に記載された熱処理方法は、請求項1から6のいずれかに記載のものであり、前記直接加熱器として、独立して温度制御可能な複数の加熱器を配置することを特徴とする。
The heat treatment method according to claim 7 is the one according to any one of
請求項8に記載された熱処理方法は、請求項1から7のいずれかに記載のものであり、前記補助加熱器を、前記被熱処理部材よりも下側に配置することを特徴とする。
The heat treatment method according to
請求項9に記載された熱処理方法は、請求項1から8のいずれかに記載のものであり、前記内壁冷却器として、前記容器の内壁に接するように螺旋状に形成された冷却パイプを配置することを特徴とする。
The heat treatment method according to claim 9 is the one according to any one of
請求項10に記載された熱処理装置は、被熱処理部材を収容する容器と、前記被熱処理部材を載置する載置台と、前記被熱処理部材を直接的に加熱するものであって、前記被熱処理部材に接触させるように配置された又は前記被熱処理部材に副資材を介して接触させるように配置された、直接加熱器と、前記容器の内部空間を加熱する補助加熱器と、前記容器の内壁を冷却する内壁冷却器と、前記載置台を冷却する載置台冷却器と、前記被熱処理部材の複数の箇所の温度を測定する複数の標的温度センサと、前記容器の内部空間温度を測定する内部空間温度センサと、前記内部空間温度が前記被熱処理部材の加熱目標となる目標温度より低い温度になるように加熱すると共に、前記複数の標的温度センサの検出する温度が前記目標温度になるように、前記直接加熱器、前記補助加熱器、前記内壁冷却器及び前記載置台冷却器を制御する制御部とを、備えて前記被熱処理部材の熱処理を行うものであることを特徴とする。
The heat treatment apparatus according to claim 10 directly heats a container for accommodating a member to be heat-treated, a mounting table on which the member to be heat-treated is placed, and the member to be heat-treated. arranged or the like is brought into contact with the member being disposed so as to contact via the auxiliary materials to be thermally member, a direct heater, an auxiliary heater for heating the interior space of said container, said container An inner wall cooler that cools the inner wall, a stand cooler that cools the stand described above, a plurality of target temperature sensors that measure the temperature of a plurality of parts of the member to be heat-treated, and an internal space temperature of the container are measured. The internal space temperature sensor and the internal space temperature are heated so as to be lower than the target temperature for heating the member to be heat-treated, and the temperature detected by the plurality of target temperature sensors becomes the target temperature. In addition, the direct heater, the auxiliary heater, the inner wall cooler, and the control unit for controlling the above-mentioned stand cooler are provided to heat the member to be heat-treated.
請求項11に記載された熱処理装置は、請求項10に記載のものであり、前記制御部が、熱処理開始時に前記補助加熱器を先に作動させた後に前記直接加熱器を作動させることを特徴とする。
The heat treatment apparatus according to
請求項12に記載された熱処理装置は、請求項10又は11に記載のものであり、前記被熱処理部材が、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む繊維強化プラスチック材料であり、前記繊維強化プラスチック材料及びその成形用の成形型が真空バッグに収容され、前記真空バッグを真空引きする減圧装置及び前記容器の内部を加圧する加圧装置を備えて、前記繊維強化プラスチック材料のオートクレーブ成形が可能に構成されていることを特徴とする。
The heat treatment apparatus according to
請求項13に記載された熱処理装置は、請求項12に記載のものであり、前記成形型を冷却する成形型冷却器を備え、前記制御部が、前記複数の標的温度センサの検出する温度がいずれも前記目標温度になるように、前記直接加熱器、前記補助加熱器、前記内壁冷却器、前記載置台冷却器及び前記成形型冷却器を制御することを特徴とする。
The heat treatment apparatus according to
請求項14に記載された熱処理装置は、請求項10から13のいずれかに記載のものであり、前記制御部が、前記内部空間温度を、前記目標温度を摂氏で表したときに、前記目標温度の50%から80%の範囲内の所定温度になるように、前記補助加熱器及び前記内壁冷却器を制御することを特徴とする。
The heat treatment apparatus according to
請求項15に記載された熱処理装置は、請求項10から14のいずれかに記載のものであり、前記制御部が、熱処理の開始時に、前記補助加熱器を先に作動させた後に、前記内部空間温度が前記目標温度の30%から80%の範囲内の温度になってから、前記直接加熱器の作動を開始させることを特徴とする。
The heat treatment apparatus according to
請求項16に記載された熱処理装置は、請求項10から15のいずれかに記載のものであり、前記直接加熱器として、独立して温度制御可能な複数の加熱器が配置されていることを特徴とする。
The heat treatment apparatus according to
請求項17に記載された熱処理装置は、請求項10から16のいずれかに記載のものであり、前記補助加熱器が、前記被熱処理部材より下側に配置されていることを特徴とする。 The heat treatment apparatus according to claim 17 is the one according to any one of claims 10 to 16, wherein the auxiliary heater is arranged below the member to be heat-treated.
請求項18に記載された熱処理装置は、請求項10から17のいずれかに記載のものであり、前記内壁冷却器として、前記容器の内壁に接するように螺旋状に形成された冷却パイプが配置されていることを特徴とする。 The heat treatment apparatus according to claim 18 is the one according to any one of claims 10 to 17, and as the inner wall cooler, a cooling pipe formed spirally so as to be in contact with the inner wall of the container is arranged. It is characterized by being done.
本発明の熱処理方法及び熱処理装置によれば、直接加熱器が被熱処理部材を直接的に加熱することから被熱処理部材を短時間で加熱することができる。補助加熱器が内部空間を加熱することから、補助加熱器が無い場合と比較して被熱処理部材を早く加熱できると共に、周囲との温度差を減らせるため、被熱処理部材を全体的に均一に加熱することができる。容器の内部空間温度を被熱処理部材の加熱目標となる目標温度より低い温度に加熱すればよいので、目標温度まで加熱する場合と比較して省エネルギーである。内壁冷却器によって容器の内部空間温度を冷やせるため、補助加熱器の加熱と組み合わせて内部空間温度を所望の温度に迅速に安定化することができる。載置台冷却器によって載置台に接している側の被熱処理部材を冷却することができるため、載置台に接している側が高温になったときに冷却することで、被熱処理部材の温度を均一化することができる。載置台に接していない側の熱処理部材が高温になったときには、内壁冷却器で内部空間温度を冷却することで、被熱処理部材の温度を均一化することができる。さらに、内壁冷却器が容器の内壁を冷却すると共に載置台冷却器が被熱処理部材を載置する載置台を冷却することから、被熱処理部材を短時間で均一に冷却することができる。 According to the heat treatment method and the heat treatment apparatus of the present invention, since the direct heater directly heats the member to be heat-treated, the member to be heat-treated can be heated in a short time. Since the auxiliary heater heats the internal space, the member to be heat-treated can be heated faster than when there is no auxiliary heater, and the temperature difference from the surroundings can be reduced, so that the member to be heat-treated is made uniform as a whole. Can be heated. Since the internal space temperature of the container may be heated to a temperature lower than the target temperature, which is the heating target of the member to be heat-treated, energy saving is achieved as compared with the case of heating to the target temperature. Since the inner wall cooler cools the internal space temperature of the container, the internal space temperature can be quickly stabilized to a desired temperature in combination with the heating of the auxiliary heater. Since the mounting table cooler can cool the member to be heat-treated on the side in contact with the mounting table, the temperature of the member to be heat-treated is made uniform by cooling when the side in contact with the mounting table becomes hot. can do. When the heat-treated member on the side not in contact with the mounting table becomes hot, the temperature of the member to be heat-treated can be made uniform by cooling the internal space temperature with the inner wall cooler. Further, since the inner wall cooler cools the inner wall of the container and the mounting table cooler cools the mounting table on which the heat-treated member is placed, the heat-treated member can be uniformly cooled in a short time.
加熱時に補助加熱器を先に作動させて容器の内部空間の加熱を開始した後に直接加熱器の作動を開始する場合、加熱の目標温度と被熱処理部材の周囲温度との差が小さくなるため、被熱処理部材を均一に加熱することができる。 When the auxiliary heater is operated first at the time of heating to start heating the internal space of the container and then the operation of the heater is started directly, the difference between the target temperature for heating and the ambient temperature of the member to be heat-treated becomes small. The member to be heat-treated can be uniformly heated.
オートクレーブ成形に適用する場合、繊維強化プラスチックを短時間で成形することができる。 When applied to autoclave molding, fiber reinforced plastics can be molded in a short time.
成形型を冷却する成形型冷却器を配置する場合、例えば直接加熱器及び成形型冷却器を制御することで、被熱処理部材の温度制御をより短時間で精度よく行うことができる。又、成形型冷却器を作動させることで、被熱処理部材を短時間で冷却することができる。 When the mold cooler for cooling the mold is arranged, for example, by directly controlling the heater and the mold cooler, the temperature of the member to be heat-treated can be controlled accurately in a shorter time. Further, by operating the molded cooler, the member to be heat-treated can be cooled in a short time.
内部空間温度を、目標温度を摂氏で表したときに、目標温度の50%から80%の範囲内の所定温度になるように補助加熱器及び内壁冷却器を制御する場合、省エネルギーでありながら、被熱処理部材を短時間で均一に加熱することができる。 When the auxiliary heater and the inner wall cooler are controlled so that the internal space temperature becomes a predetermined temperature within the range of 50% to 80% of the target temperature when the target temperature is expressed in degrees Celsius, energy saving is achieved. The member to be heat-treated can be uniformly heated in a short time.
熱処理開始時に、補助加熱器を先に作動させた後に、内部空間温度が目標温度の30%から80%の範囲内の温度になってから、直接加熱器の作動を開始させる場合、被熱処理部材をより均一に加熱することができる。 When the operation of the heater is directly started after the internal space temperature is within the range of 30% to 80% of the target temperature after the auxiliary heater is operated first at the start of the heat treatment, the member to be heat-treated. Can be heated more uniformly.
直接加熱器として、独立して温度制御可能な複数の加熱器を配置する場合、熱処理部材を部位ごとに加熱できるため、より均一に加熱することができる。 When a plurality of heaters whose temperature can be controlled independently are arranged as the direct heater, the heat treatment member can be heated for each part, so that the heat treatment member can be heated more uniformly.
補助加熱器を被熱処理部材よりも下側に配置する場合、加熱した下側の気体が上昇して容器の内部に対流が生じるため、この対流で容器の内部空間の温度が均一化され、容器の内部にファンなどの気体循環装置を設けることが不要になり、省エネルギーである。又、補助加熱器によって載置台を加熱できるため、載置台の温度を制御することができる。 When the auxiliary heater is placed below the member to be heat-treated, the heated lower gas rises and convection occurs inside the container. Therefore, this convection equalizes the temperature of the internal space of the container and makes the container uniform. It is not necessary to install a gas circulation device such as a fan inside the container, which saves energy. Further, since the mounting table can be heated by the auxiliary heater, the temperature of the mounting table can be controlled.
内壁冷却器として、容器の内壁に接するように螺旋状に形成された冷却パイプを配置する場合、容器全体を短時間で冷却することができるため、内部空間温度を短時間に冷却でき、被熱処理部材の温度をより短時間で制御することができる。 When a cooling pipe formed spirally so as to be in contact with the inner wall of the container is arranged as the inner wall cooler, the entire container can be cooled in a short time, so that the internal space temperature can be cooled in a short time and the heat treatment is performed. The temperature of the member can be controlled in a shorter time.
以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態例に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail, but the scope of the present invention is not limited to these examples.
図1〜図4に、本発明を適用する熱処理装置1を示す。この熱処理装置1は、一例として繊維強化プラスチック成形装置である。以下、熱処理装置1を繊維強化プラスチック成形装置1ともいう。図1、図2に示すように、繊維強化プラスチック成形装置1は、一例として、繊維強化プラスチック材料(被熱処理部材101)をオートクレーブ成形するものである。繊維強化プラスチック成形装置1は、圧力容器2、載置台3、第1の直接加熱器4A、第2の直接加熱器4B、第1の補助加熱器4C、第2の補助加熱器4D、内壁冷却器5X、載置台冷却器5Y、成形型冷却器5Z(図3(a)参照)、冷却源21、冷却源22、冷却源23、第1の標的温度センサ31(図3(a)参照)、第2の標的温度センサ32(図3(a)参照)、内部空間温度センサ33、載置台温度センサ34、第1の直接加熱器温度センサ41A(図3(a)参照)、第2の直接加熱器温度センサ41B(図3(a)参照)、第1の補助加熱器温度センサ41C、第2の補助加熱器温度センサ41D、内壁冷却器温度センサ41X、載置台冷却器温度センサ41Y、成形型冷却器温度センサ41Z(図3(a)参照)、減圧装置11、加圧装置14及び制御部8を備えている。繊維強化プラスチック成形装置1は、載置台3の上に熱処理ブロック6を載置して成形(熱処理)を行う。なお、図2では、温度センサ等の図示を省略している。
1 to 4 show a
熱処理ブロック6は、後に詳述するが、被熱処理部材101(図3(a)参照)を有し、被熱処理部材101の上部側を加熱する直接加熱器4A、及び被熱処理部材101の下部側を加熱する直接加熱器4Bを備えている。
As will be described in detail later, the
圧力容器2は、内部に被熱処理部材101(図3(a)参照)を収容するものである。圧力容器2は、内部を常圧(1気圧)よりも高圧にすることが可能な金属製の耐圧容器(加圧容器)であり、この例ではオートクレーブ用の圧力容器である。圧力容器2は、一例として略円筒状の形状に形成されており、図1には、その縦断面図が模式的に図示されている。圧力容器2は、熱処理ブロック6を出し入れするための開閉扉2aを備えている。圧力容器2の内部には、載置台3が配置されている。
The
載置台3は、熱処理ブロック6(被熱処理部材101)を載置するものである。載置台3は、板状に形成されており、水平に配置されている。載置台3は、熱処理ブロック6を圧力容器2に出し入れしやすいように、例えばローラー又はレールなどで開閉扉2a方向に移動可能に構成されていてもよい。
The mounting table 3 is for mounting the heat treatment block 6 (heat-treated member 101). The mounting table 3 is formed in a plate shape and is arranged horizontally. The mounting table 3 may be configured to be movable in the opening /
載置台3は、熱伝導性のよい例えばアルミニウムなどの金属で形成されている。載置台3には、載置台3を冷却する載置台冷却器5Yが配置されている。載置台冷却器5Yは、載置台3を冷却することができるものであればどのようなものであってもよい。載置台冷却器5Yの温度は、制御部8に制御される。
The mounting table 3 is made of a metal such as aluminum having good thermal conductivity. A mounting table cooler 5Y for cooling the mounting table 3 is arranged on the mounting table 3. The mounting table cooler 5Y may be any device as long as it can cool the mounting table 3. The temperature of the mounting table cooler 5Y is controlled by the
載置台冷却器5Yは、一例として、冷却用の熱媒体(例えば水)が内部を通る冷却パイプ(以下、冷却パイプ5Yともいう)である。冷却パイプ5Yは、一例として、つづら折り状に形成されている。載置台3は例えば上下に分かれるように分割されて、載置台3の内部に冷却パイプ5Yが埋め込まれるように配置されている。冷却パイプ5Yは、圧力容器2の外部に配置された冷却源22に接続されている。冷却源22は、例えば冷却熱媒体循環装置であり、熱媒体を冷却して冷却パイプ5Y内を循環させる公知のものである。又は、冷却源22は、熱媒体を循環させずに垂れ流す方式のものであってもよい。冷却パイプ5Yの形状はつづら折り状に限られず、任意の形状に形成することができる。なお、載置台冷却器5Yが、ペルチェ素子であってもよい。
As an example, the mounting table cooler 5Y is a cooling pipe (hereinafter, also referred to as a
圧力容器2の内部には、補助加熱器4Cが配置されている。補助加熱器4Cは、圧力容器2の内部空間を補助的に加熱するものである。補助加熱器4Cは、例えば電気ヒーターである。補助加熱器4Cは、圧力容器2の内部の任意の位置に配置されるが、熱処理ブロック6(被熱処理部材101)よりも下側に配置されていることが好ましい。補助加熱器4Cは、載置台3と非接触になるように載置台3よりも下側に配置されていてもよいし、載置台3に接触させて載置台3の下側に配置されていてもよいし、載置台3の内部に配置されていてもよいし、載置台3の上部に接触するように配置されていてもよい。補助加熱器4Cは、制御部8によって加熱する温度を制御される。
An
複数の補助加熱器を配置してもよい。同図では、複数(一例として2つ)の補助加熱器4C及び補助加熱器4Dを配置した例を示している。補助加熱器4C及び補助加熱器4Dのいずれか一方だけを配置してもよいが、少なくとも熱処理ブロック6(被熱処理部材101)よりも下側に位置する補助加熱器4Cを配置することが好ましい。
A plurality of auxiliary heaters may be arranged. The figure shows an example in which a plurality of (two as an example)
圧力容器2の内部には、内壁冷却器5Xが配置されている。内壁冷却器5Xは、圧力容器2の内壁(壁部)を冷却するためのものである。内壁冷却器5Xは、内壁を冷却することができるものであればどのようなものであってもよい。内壁冷却器5Xの温度は、制御部8に制御される。
An
内壁冷却器5Xは、一例として、冷却用の熱媒体(例えば水)が内部を通る冷却パイプ(以下、冷却パイプ5Xともいう)である。この冷却パイプ5Xは、一例として、圧力容器2の円筒状の内壁とほぼ同様の外径及び筒長の螺旋状(コイル状)に形成されたものであり、圧力容器2の内壁に接するように配置されている。冷却パイプ5Xは、圧力容器2の内壁の表面に接していてもよいし、圧力容器2の内壁に埋め込まれるように接していてもよい。冷却パイプ5Xは、圧力容器2の外部に配置された冷却源21に接続されている。冷却源21は、例えば冷却熱媒体循環装置であり、熱媒体を冷却して冷却パイプ5X内を循環させる公知のものである。又は、冷却源22は、熱媒体を循環させずに垂れ流す方式のものであってもよい。冷却パイプ5Xの形状は螺旋状に限られず、任意の形状に形成することができる。冷却パイプ5Xが、圧力容器2の壁に埋め込まれていてもよい。なお、内壁冷却器5Xが、ペルチェ素子であってもよい。
The
また、圧力容器2には複数の温度センサが配置されている。内部空間温度センサ33は、圧力容器2の内部空間(内部の気体)温度を測定するものである。内部空間温度センサ33は、圧力容器2の内空の上部側に配置されていることが好ましい。載置台温度センサ34は、載置台3の温度を測定するものである。補助加熱器温度センサ41Cは、補助加熱器4Cの温度を測定するものである。補助加熱器温度センサ41Dは、補助加熱器4Dの温度を測定するものである。内壁冷却器温度センサ41Xは、内壁冷却器5Xの温度を測定するものである。載置台冷却器温度センサ41Yは、載置台冷却器5Yの温度を測定するものである。これらの温度センサ33〜41Yは、公知のものであり、例えば熱電対である。
Further, a plurality of temperature sensors are arranged in the
図3(a)に、熱処理ブロック6を示す。熱処理ブロック6は、熱処理される被熱処理部材101と、その成形用の成形型102及び真空バッグ103などの熱処理用(成形用)の副資材とを備えるものであり、さらに複数の直接加熱器4A及び直接加熱器4Bを備えている。
FIG. 3A shows the
直接加熱器4A及び直接加熱器4Bは、被熱処理部材101に接触させるように配置された又は被熱処理部材101に副資材を介して接触させるように配置された、被熱処理部材101を直接的に加熱するものである。直接加熱器4Aは、一例として、被熱処理部材101の上側に真空バッグ103(副資材の一例)を介して配置されており、被熱処理部材101の上部側を直接的に加熱するものである。直接加熱器4Bは、一例として、被熱処理部材101の下側に成形型102及び真空バッグ103(共に副資材の一例)を介して配置されており、被熱処理部材101の下部側を直接的に加熱するものである。複数の直接加熱器4A及び直接加熱器4Bは、独立して温度制御可能である。
The
複数の直接加熱器を被熱処理部材101に配置する場合、被熱処理部材101の温度差が大きくなる部位に直接加熱器を配置することが好ましい。例えば、被熱処理部材101は上部と下部とで温度差が大きくなりやすいことから、被熱処理部材101の上側に直接加熱器4Aを配置すると共に、被熱処理部材101の下側に直接加熱器4Bを配置することが好ましい。被熱処理部材101の形状に合わせて、温度差が大きくなる任意の位置に分けるように、複数の直接加熱器を配置すればよい。
When a plurality of direct heaters are arranged on the
直接加熱器4Aは、被熱処理部材101を加熱できるものであればどのようなものであってもよく、例えば電気ヒーターである。直接加熱器4Aは、制御部8によって加熱する温度を制御される。直接加熱器4Aが可撓性を有するシート状ヒーター又は布状ヒーターである場合、被熱処理部材101の立体形状に応じて形状が変化して、被熱処理部材101に密着する。直接加熱器4Aは、被熱処理部材101の立体形状に応じて予め形成された硬質のものであってもよい。
The
直接加熱器4Bは、被熱処理部材101を加熱できるものであればどのようなものであってもよく、例えば電気ヒーターである。直接加熱器4Aと直接加熱器4Bとが異なる形式の加熱器であってもよい。直接加熱器4Bは、制御部8によって加熱する温度を制御される。直接加熱器4Bが可撓性を有するシート状ヒーター又は布状ヒーターである場合、成形型102の立体形状に応じて形状が変化して、成形型102に密着する。直接加熱器4Bは、成形型102の立体形状に応じて予め形成された硬質のものであってもよい。
The
この例では、被熱処理部材101は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む繊維強化プラスチック材料である。オートクレーブ成形では、被熱処理部材101として、プリプレグと呼ばれるシート状の繊維強化プラスチック材料(以下、プリプレグ101ともいう)が用いられ、成形型102の上にプリプレグ101が積層される。プリプレグ101は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂(マトリックス)を繊維に含浸させたものである。プリプレグ101の繊維として、炭素繊維、ガラス繊維、樹脂繊維が挙げられる。炭素繊維を使用した炭素繊維強化プラスチック(CFRP)は、航空機、宇宙機器などの構造体に好ましく用いられている。なお、成形後にプリプレグ101を成形型102から剥離しやすくするために、プリプレグ101と成形型102との間に、剥離用シートや剥離剤を配置してもよい。
In this example, the
成形型102は、一例として金属、樹脂、木材又は石膏で形成されたものである。成形型102は、複雑な立体形状に形成されているものであってもよい。プリプレグ101が成形型102の上側に配置されている例を示したが、プリプレグ101が成形型102の下側(載置台3側)や側部側に配置されていてもよい。
The
成形型102には、成形型102を冷却する成形型冷却器5Zが配置されている。成形型冷却器5Zは、成形型102を冷却することができるものであればどのようなものであってもよい。成形型冷却器5Zの温度は、制御部8(図1,図4参照)に制御される。成形型冷却器5Zが設けられていることが好ましいが、必要性に応じて省略してもよい。
A mold cooler 5Z for cooling the
成形型冷却器5Zは、一例として、冷却用の熱媒体(例えば水)が内部を通る冷却パイプ(以下、冷却パイプ5Zともいう)である。冷却パイプ5Zは、一例として、つづら折り状に形成されている。成形型102は例えば上下に分かれるように分割されて、成形型102の内部に冷却パイプ5Zが埋め込まれるように配置されている。冷却パイプ5Zは、圧力容器2の外部に配置された冷却源23(図1参照)に接続されている。冷却源23は、例えば冷却熱媒体循環装置であり、熱媒体を冷却して冷却パイプ5Z内を循環させる公知のものである。又は、冷却源23は、熱媒体を循環させずに垂れ流す方式のものであってもよい。冷却パイプ5Zの形状はつづら折り状に限られず、任意の形状に形成することができる。なお、成形型冷却器5Zが、ペルチェ素子であってもよい。
The molded cooler 5Z is, for example, a cooling pipe (hereinafter, also referred to as a
なお、図1に示すように、内壁冷却器5Xに冷却源21が接続され、載置台冷却器5Yに冷却源22が接続され、成形型冷却器5Zに冷却源23が接続されている例を示したが、1つの冷却源に内壁冷却器5X、載置台冷却器5Y、成形型冷却器5Zを配管接続する構成にしてもよい。この場合、内壁冷却器5X、載置台冷却器5Y、成形型冷却器5Zの各々に流れる熱媒体の流量を例えば制御弁を用いて調整することで、温度調整するようにしてもよい。
As shown in FIG. 1, an example in which the
真空バッグ103は、プリプレグ101及び成形型102をバギングするための可撓性を有する袋又はシートである。真空バッグ103は、袋状に一体的に形成したものであってもよいし、2枚のシートの周縁部を接着剤やシール材で張り合わせて袋状に形成したものであってもよい。又、真空バッグ103は、1枚のシートの周縁部を接着剤やシール材で成形型102に貼り付けたものであってもよい。真空バッグ103は、成形時の温度に耐えられる材質で形成されている。
The
熱処理ブロック6には、被熱処理部材101(プリプレグ101)の複数の箇所の温度を測定するための複数(一例として2つ)の標的温度センサ31、32が配置されている。複数の標的温度センサ31、32は、被熱処理部材101の温度差が大きくなる部位に配置することが好ましい。例えば、被熱処理部材101は上部と下部とで温度差が大きくなりやすいことから、被熱処理部材101の上側に標的温度センサ31を配置し、被熱処理部材101の下側に標的温度センサ32を配置することが好ましい。複数の直接加熱器4A,4Bを配置する場合、複数の直接加熱器4A,4Bに近い部位の被熱処理部材101の温度を測定するように、複数の標的温度センサ31、32を配置することがこのましい。標的温度センサ31、32は、被熱処理部材101に接触させて配置されていてもよいし、被熱処理部材101から多少離れて配置されていてもよいし、被熱処理部材101の内部に配置されていてもよい。同図では、2つの標的温度センサ31、32を配置した例を示したが、被熱処理部材101の形状に応じて、2つ以上の標的温度センサを配置するようにしてもよい。
In the
又、熱処理ブロック6には、直接加熱器4Aの温度を測定するための直接加熱器温度センサ41A、及び直接加熱器4Bの温度を測定するための直接加熱器温度センサ41Bが配置されていることが好ましい。又、成形型冷却器5Zの温度を測定する成形型冷却器温度センサ41Zが配置されていることが好ましい。
Further, the
図3(a)の熱処理ブロック6では、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bが真空バッグ103の外側に配置されている例を示している。図3(b)の熱処理ブロック6aでは、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bが真空バッグ103の内側に配置されている例を示している。このように、直接加熱器4A、直接加熱器4Bを、真空バッグ103の内部に配置しても外部に配置してもよい。なお、図3(a)では、成形型102が平坦な板状に形成されている例を示し、図3(b)では、成形型102aが凹凸を有する板状に形成されている例を示している。
The
図3(b)に示すように、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bが真空バッグ103の内側に配置されている場合、直接加熱器4Aが近くなるため被熱処理部材101を加熱しやすくなり、直接加熱器4Bが近くなるため成形型102及び被熱処理部材101を加熱しやすくなるため、好ましい。
As shown in FIG. 3B, when the
図1に示す減圧装置11は、真空バッグ103を真空引きするものである。減圧装置11は、真空ポンプ12、及び真空ポンプ12に繋がる配管13を有している。真空ポンプ12は、圧力容器2の外部に配置されている。配管13は、真空バッグ103に繋がれており、真空ポンプ12によって真空バッグ103の内側が真空引きされる。図2,図3では、配管13の図示を省略している。
The
加圧装置14は、圧力容器2の内部を加圧するものである。加圧装置14は、例えば窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスを加圧するコンプレッサ15、及びコンプレッサ15に繋がる配管16を有している。コンプレッサ15は、圧力容器2の外部に配置されている。配管16は、圧力容器2内に繋がれており、圧力容器2の内部が高圧ガスで加圧される。
The pressurizing
被熱処理部材(プリプレグ)101、真空バッグ103、減圧装置11及び加圧装置14は、従来のオートクレーブ成形に用いられているものと同様のものを用いることができる。
As the member to be heat-treated (prepreg) 101, the
図4に、繊維強化プラスチック成形装置1の電気的なブロック図を示す。制御部8は、繊維強化プラスチック成形装置1の動作を総合的に制御するものであり、図示しないが、CPU、メモリ及び外部インタフェース回路等を備えている。
FIG. 4 shows an electrical block diagram of the fiber reinforced
制御部8には、直接加熱器4A、直接加熱器4B、補助加熱器4C、補助加熱器4D、冷却源21(内壁冷却器5X)、冷却源22(載置台冷却器5Y)、冷却源23(成形型冷却器5Z)、標的温度センサ31、標的温度センサ32、内部空間温度センサ33、載置台温度センサ34、直接加熱器温度センサ41A、直接加熱器温度センサ41B、補助加熱器温度センサ41C、補助加熱器温度センサ41D、内壁冷却器温度センサ41X、載置台冷却器温度センサ41Y、成形型冷却器温度センサ41Z、減圧装置11及び加圧装置14が接続されている。
The
次に、本発明を適用する熱処理方法の一例である繊維強化プラスチック成型方法について説明しつつ、繊維強化プラスチック成型装置1の動作について説明する。
Next, the operation of the fiber reinforced
本発明を適用する繊維強化プラスチック成型方法は、被熱処理部材101に接触させるように配置された又は被熱処理部材101に副資材(成形型102、真空バッグ103等)を介して接触させるように配置された、被熱処理部材101を直接的に加熱する直接加熱器(直接加熱器4A、直接加熱器4B)を配置し、被熱処理部材101を収容する圧力容器2の内部空間を加熱する補助加熱器(補助加熱器4C、補助加熱器4D)を配置し、圧力容器2の内壁を冷却する内壁冷却器5Xを配置し、被熱処理部材101を載置する載置台3を冷却する載置台冷却器5Yを配置し、成形型102を冷却する成形型冷却器5Zを配置し、圧力容器2内の温度(内部空間温度)を測定する内部空間温度センサ33を配置し、被熱処理部材101の上部側の温度を測定する標的温度センサ31及び被熱処理部材101の下部側の温度を測定する標的温度センサ32を配置して、内部空間温度が被熱処理部材101の加熱目標となる目標温度より低い温度になるように加熱すると共に、標的温度センサ31及び標的温度センサ32の検出する温度が前記目標温度になるように、直接加熱器4A、直接加熱器4B、補助加熱器4C、補助加熱器4D、内壁冷却器5X、及び載置台冷却器5Yを制御するものである。
The fiber-reinforced plastic molding method to which the present invention is applied is arranged so as to be in contact with the member to be heat-treated 101 or to be brought into contact with the member to be heat-treated 101 via an auxiliary material (
熱処理開始時に、補助加熱器4C及び補助加熱器4Dを先に作動させた後に直接加熱器4A及び直接加熱器4Bの作動を開始させることが好ましい。この場合、目標温度を摂氏(セルシウス度、℃)で表したときに、内部空間温度が目標温度の30%から80%の範囲内(30%以上80%以下)の温度になってから、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bの作動を開始させることがより好ましい。
At the start of the heat treatment, it is preferable to start the operation of the
又、内部空間温度が前記目標温度の50%から80%の範囲内(50%以上80%以下)の所定温度になるように補助加熱器4C,4D及び内壁冷却器5Xを制御して加熱することが好ましい。
Further, the
被熱処理部材101が熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む繊維強化プラスチック材料であり、繊維強化プラスチック材料及びその成形用の成形型102を真空バッグ103に収容し、繊維強化プラスチック成型装置1が、真空バッグ103を真空引きすると共に圧力容器2の内部を加圧して、被熱処理部材101をオートクレーブ成形することが好ましい。成形型102を冷却する成形型冷却器5Zを配置することが好ましい。複数の標的温度センサ31,32の検出する温度が目標温度になるように、
直接加熱器4A、直接加熱器4B、補助加熱器4C、補助加熱器4D、内壁冷却器5X、載置台冷却器5Y及び成形型冷却器5Zを制御することが好ましい。成形型102を冷却する成形型冷却器5Zを配置することで、直接加熱器4A,4B及び成形型冷却器5Zを制御して被熱処理部材101の温度制御をより短時間で精度よく行うことができる。又、成形型冷却器5Zを作動させることで、被熱処理部材101を短時間で冷却することができる。なお、成形型冷却器5Zの配置を省略してもよい。
The
It is preferable to control the
以下、具体的に説明する。 Hereinafter, a specific description will be given.
オートクレーブ成形を行う際に、一例として、圧力容器2の外部で熱処理ブロック6を準備する。先ず、図3(a)に示すように、成形型102の上に被熱処理部材(プリプレグ)101を積層する。このときに、被熱処理部材101の上部に標的温度センサ31、下部に標的温度センサ32をセットする。続いて、プリプレグ101及び成形型102を真空バッグ103に収容する。真空バッグ103の上部に直接加熱器4Aを配置し、真空バッグ103の下部に直接加熱器4Bを配置する。
When performing autoclave molding, as an example, a
次に、圧力容器2の開閉扉2aを開け、載置台3の上に熱処理ブロック6を載置する。成形型102の成形型冷却器5Zに冷却源23を接続する。真空バッグ103には、減圧装置11の配管13をセットする。圧力容器2の開閉扉2aを閉じて、成形の準備が整う。
Next, the opening /
続いて、繊維強化プラスチック成形装置1を作動させる。
Subsequently, the fiber reinforced
制御部8は、減圧装置11の真空ポンプ12を作動させて、真空バッグ103の内部を真空引きする。これと共に、制御部8は、加圧装置14のコンプレッサ15を作動させ、圧力容器2の内部を高圧ガスで所定圧力まで加圧する。これにより、真空バッグ103の内部の空気が排出され、真空バッグ103の内部の隙間等の空間が無くなり、繊維強化プラスチック材料101と成形型102とが密着するように真空バッグ103に押し付けられる。
The
又、制御部8が、熱処理(加熱)を開始する。制御部8が熱処理(直接加熱器4A,4B、補助加熱器4C,4Dによる加熱)を開始するタイミングは任意である。制御部8は、減圧装置11及び加圧装置14の作動開始と共に、熱処理を開始してもよいし、減圧装置11及び加圧装置14の作動を開始して圧力容器2の内部が所定圧力まで加圧された後に、熱処理を開始してもよい。時間を短縮するために、制御部8は、減圧装置11及び加圧装置14の作動開始と共に、熱処理を開始することが好ましい。
Further, the
熱処理の開始時に、制御部8は、補助加熱器4C及び補助加熱器4Dの作動(加熱)を開始して、圧力容器2の内部空間の加熱を開始した後に、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bの作動(加熱)を開始することが好ましい。つまり、制御部8は、圧力容器2の内部空間温度が被熱処理部材101の温度よりも高い温度になってから、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bを作動させて、被熱処理部材101の直接加熱を開始することが好ましい。制御部8は、圧力容器2の内部空間の温度を内部空間温度センサ33によって検出する。制御部8は、被熱処理部材101の温度を標的温度センサ32,33によって検出する。又、制御部8は、他の各温度センサによって各部の温度を検出する。
At the start of the heat treatment, the
例えば、制御部8は、補助加熱器4C及び補助加熱器4Dの作動を開始してから、内部空間温度が被熱処理部材101よりも高温であり、被熱処理部材101の加熱目標となる目標温度(成形温度)の30%から80%の範囲内(30%以上80%以下)の温度になってから、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bの作動を開始させることがより好ましい。又は、制御部8は、被熱処理部材101の温度より、一例として10℃以上、好ましくは20℃以上、より好ましくは30℃以上、さらに好ましくは40℃以上内部空間温度が高温になってから、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bの作動を開始させることがより好ましい。なお、加熱条件によっては、直接加熱器4A,4B及び補助加熱器4C,4Dを同時に作動させるようにしてもよいし、直接加熱器4A,4Bを先に作動させ、補助加熱器4C,4Dを後に作動させるようにしてもよい。
For example, after the
目標温度(成形温度)は、一例として被熱処理部材101の熱処理(成形)を行うための最高温度である。目標温度(成形温度)は、被熱処理部材101の種類や熱処理条件に対応させて適宜設定すればよい。例えば熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いた場合、エポキシ樹脂の硬化温度は100〜250℃程度であるため、その硬化温度を目標温度とすればよい。例えば熱硬化性樹脂としてポリイミドを用いた場合、ポリイミドの硬化温度は300〜400℃程度であるため、その硬化温度を目標温度とすればよい。なお、熱処理に応じて、目標温度が時間変化によらず一定の場合もあるし、時間変化などの所定条件に対応させて目標温度を変化させる場合もある。
The target temperature (molding temperature) is, for example, the maximum temperature for heat-treating (molding) the
例えば、被熱処理部材101がエポキシ樹脂であり、加熱目標となる目標温度(成形温度)を130℃とした場合、補助加熱器4C及び補助加熱器4Dの作動を開始してから、内部空間温度が一例としてその30%から80%の範囲内の温度である39℃から104℃の範囲内の温度になったときに、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bの作動を開始することが好ましい。
For example, when the
補助加熱器4C,4Dは、被熱処理部材101の成形に必要な目標温度(成形温度)まで圧力容器2の内部空間を加熱するものではなく、成形温度よりも低い温度に内部空間を補助的に加熱するためのものである。制御部8は、内部空間温度センサ33によって内部空間温度を検出し、補助加熱器4C,4Dをフィードバック制御して、内部空間温度センサ33の検出する内部空間温度が被熱処理部材101の加熱目標となる目標温度(成形温度)よりも低い所定温度になるように制御することが好ましい。制御部8は、内部空間温度センサ33によって内部空間温度を検出し、内部空間温度が所定温度になるように、補助加熱器4C,4D及び内壁冷却器5Xをフィードバック制御するがより好ましい。このように、補助加熱器4C,4D及び内壁冷却器5Xを制御することで、内部空間温度を所定温度に短時間で精度よく安定化させることができる。
The
制御部8は、目標温度を摂氏で表したときに、一例として、内部空間温度が目標温度の50%から80%の範囲内の所定温度になるように、補助加熱器4C,4D(及び内壁冷却器5X)を制御することが好ましい。制御部8が補助加熱器4C及び補助加熱器4Dだけでなく内壁冷却器5Xも制御する場合、内部空間温度を所定温度に迅速に安定化できる。
When the target temperature is expressed in degrees Celsius, the
例えば、被熱処理部材101がエポキシ樹脂であり、加熱目標となる目標温度(成形温度)を130℃とした場合、一例としてその50%から80%の範囲内の温度である65℃から104℃の範囲内の所定温度に内部空間温度を制御することが好ましい。なお、熱処理開始時(加熱開始時)に、補助加熱器4C,4Dを先に作動させて前記所定温度に達してから直接加熱器4A,4Bの作動を開始することがより好ましいが、前記所定温度に達する前に直接加熱器4A,4Bの作動を開始してもよい。
For example, when the
直接加熱器4A及び直接加熱器4Bは被熱処理部材101を上下から挟むように配置されているため、従来法のように圧力容器2の内部空間全体を目標温度まで加熱する場合と比較して、被熱処理部材101を短時間で目標温度まで加熱することができる。又、補助加熱器4C,4Dは目標温度よりも低い温度までしか内部空間を加熱せず、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bが被熱処理部材101を直接的に加熱するため、加熱に要するエネルギーは従来法よりも少なくてよく、省エネルギーである。
Since the
制御部8は、被熱処理部材101の上部及び下部の温度が所望の同じ目標温度になるように、標的温度センサ31の検出する温度に基づき直接加熱器4Aをフィードバック制御すると共に、標的温度センサ32の検出する温度に基づき直接加熱器4Bをフィードバック制御する。このように直接加熱器4Aと直接加熱器4Bとを独立して制御することにより、立体的な形状の被熱処理部材101であっても均一に加熱することができる。又、制御部8は、標的温度センサ31,32の検出する温度に基づき、成形型冷却器5Zをフィードバック制御してもよい。
The
オートクレーブ成形のような熱処理では、被熱処理部材101を全体的に均一に加熱することが重要である。被熱処理部材101を含む熱処理ブロック6は、下部側が載置台3に接するように載置されており、上部側が空間に解放されているため、上部と下部とで周囲の環境が異なっている。つまり、熱処理ブロック6(被熱処理部材101)から周囲に逃げる熱エネルギーが上部と下部とで異なっている。制御部8は、被熱処理部材101の上下が同じ温度で昇温するように、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bを独立してフィードバック制御するが、補助加熱器4C,4Dを配置しない場合には、一方を加熱しすぎてオーバーシュートが生じたり、一方の加熱性能が足りなくなったりして温度差が生じてしまい、均一に加熱することが難しかった。そこで、補助加熱器4C,4Dを配置して、補助的に圧力容器2の内部空間を予め加熱したところ、均一に加熱できることが分かった。その理由は、圧力容器2の内部空間を予め加熱しておくと、被熱処理部材101が補助的に加熱されて、被熱処理部材101の温度と目標温度との温度差が小さくなるため、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bの加熱すべき熱エネルギーが小さくなって、直接加熱器4A,4Bの加熱能力によらず被熱処理部材101を均一に加熱できるようになると解される。又、補助加熱器4C,4Dを配置して補助的に加熱しておくと、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bで加熱したときに、オーバーシュートを減らせることが分かった。補助加熱器4C,4Dが加熱する温度を目標温度に近い高温にすると、補助的な加熱に時間が掛かり、エネルギーも多く必要になることから、最適な補助加熱温度を探求したところ、圧力容器2の内部空間を目標温度の50%から80%の範囲内の温度に加熱すればよいことが分かった。
In heat treatment such as autoclave molding, it is important to uniformly heat the
被熱処理部材101よりも下側に補助加熱器4Cを配置すると、補助加熱器4Cが加熱した圧力容器2の底部の気体が上昇して圧力容器2の内部に対流が生じる。この対流で、圧力容器2の内部空間の温度が均一化されるため、圧力容器2の内部にファンなどの気体循環装置を設けることが不要になる。なお、必要性に応じて、圧力容器2の内部に気体循環装置を配置してもよい。
When the
又、載置台3に補助加熱器4Cを配置したり、載置台3よりも下側に補助加熱器4Cを配置したりすると載置台3を加熱できるため、載置台冷却器5Yと組み合わせることで載置台3の温度を制御することができる。
Further, since the mounting table 3 can be heated by arranging the
制御部8は、被熱処理部材101の上部の温度及び下部の温度が目標温度に達すると、被熱処理部材101を目標温度に維持させるように、直接加熱器4A、直接加熱器4B、補助加熱器4C、補助加熱器4D、内壁冷却器5X、載置台冷却器5Y、成形型冷却器5Zを適宜制御する。制御部8は、これらの温度を、各部の温度センサ31〜34、41A〜41Zによって検出することができる。なお、標的温度センサ31と直接加熱器温度センサ41Aとが近くに配置されているため、検出する温度にほとんど差がない場合、いずれか一方のみを配置して兼用するようにしてもよい。又、標的温度センサ32と直接加熱器温度センサ41Bと成形型冷却器温度センサ41Zとが近くに配置されているため、検出する温度にほとんど差がない場合、いずれか一つのみを配置して兼用するようにしてもよい。
The
配置する温度センサは、必要性に応じて、適宜設定すればよい。被熱処理部材101の上部及び下部(複数の箇所)を目標温度に制御する必要性、及び、圧力容器2の内部温度を制御する必要性から、標的温度センサ31,32及び内部空間温度センサ33を少なくとも配置する必要がある。標的温度センサ31,32及び内部空間温度センサ33が所望の温度になるように、制御部8が各加熱器4A〜4D、各冷却器5X〜5Zを制御すればよい。他の温度センサ34、41A〜41Zは無くしてもよい。
The temperature sensor to be arranged may be appropriately set according to the necessity. Due to the need to control the upper part and the lower part (plural parts) of the
制御部8は、冷却源21を制御して、内壁冷却器5Xの温度を制御する。又、制御部8は、冷却源22を制御して、載置台冷却器5Yの温度を制御する。又、制御部8は、冷却源23を制御して、成形型冷却器5Zの温度を制御する。
The
例えば、被熱処理部材101の上部及び下部が目標温度を維持するように、直接加熱器4A、直接加熱器4B、及び成形型冷却器5Zを主としてフィードバック制御する。被熱処理部材101の上部の温度を下げたい場合、内壁冷却器5Xの温度を下げるように制御してもよい。被熱処理部材101の下部の温度を下げたい場合、載置台冷却器5Yの温度を下げるように制御してもよい。又、例えば、内部空間温度が所定温度を維持するように、補助加熱器4C,4D及び内壁冷却器5Xを主としてフィードバック制御する。
For example, the
直接加熱器4A、直接加熱器4B、補助加熱器4C、補助加熱器4D、内壁冷却器5X、載置台冷却器5Y、成形型冷却器5Zを作動させることで、被熱処理部材101を所望の目標温度に安定化させることができる。これらを作動させることで、時間に対する所望の温度変化特性(温度変化曲線)で温度を上昇させたり下降させたりさせる温度制御を精度よく行うことができる。
The desired target is the
制御部8は、目標温度(成形温度)にて被熱処理部材101の成形に必要な熱処理時間が経過した後に、被熱処理部材101を一例として常温まで冷却する。
The
制御部8は、被熱処理部材101を冷却するために、直接加熱器4A、直接加熱器4B、補助加熱器4C、補助加熱器4Dを停止すると共に、内壁冷却器5X、載置台冷却器5Y、成形型冷却器5Zの作動を開始させる。
In order to cool the
成形型冷却器5Zは、被熱処理部材101を含む熱処理ブロック6を内部から冷却するため、被熱処理部材101を直接的に冷却することができる。
Since the molded cooler 5Z cools the
内壁冷却器5Xは、圧力容器2の内壁に沿って螺旋状に配管されているため、圧力容器2の壁部を全体的に直接冷却するため、圧力容器2の内部空間を全体的に短時間で冷却することができる。そのため、圧力容器2の内部にファン等の気体循環装置が不要になる。なお、必要性に応じて、圧力容器2の内部に気体循環装置を配置してもよい。
Since the
載置台冷却器5Yは、熱処理時に高温になった載置台3及び熱処理ブロック6の下部を冷却することができる。
The mounting table cooler 5Y can cool the lower part of the mounting table 3 and the
これら内壁冷却器5X、載置台冷却器5Y、成形型冷却器5Zを備えることで、被熱処理部材101を短時間に冷却することができる。
By providing the
制御部8が、標的温度センサ31及び標的温度センサ32の検出する温度を監視して、被熱処理部材101の上部と下部とが同じ温度になるように直接加熱器4A,直接加熱器4B,補助加熱器4C、補助加熱器4D、内壁冷却器5X、載置台冷却器5Y、成形型冷却器5Zを適宜制御することで、被熱処理部材101を全体的に均一に冷却することができる。又、時間に対する所望の温度変化特性で温度を下降させることができる。
The
以上で、被熱処理部材101のオートクレーブ成形が完了する。
This completes the autoclave molding of the
なお、図3(c)の熱処理ブロック6bに示すように、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bが成形型102bの内部に配置されていてもよい。図3(c)では、一例として、成形型102bが略L字型に形成されている例を示している。温度差の生じやすい部位に直接加熱器4A及び直接加熱器4Bが配置されている。具体的には、直接加熱器4Aが略L字型の成形型102bの長片部分の内部に配置されており、直接加熱器4Bが略L字型の成形型102bの短片部分の内部に配置されていて、被熱処理部材101を直接的に加熱する。標的温度センサ31は、直接加熱器4Aの加熱する被熱処理部材101の部位の温度を測定可能な位置に配置されている。標的温度センサ32は、直接加熱器4Bの加熱する被熱処理部材101の部位の温度を測定可能な位置に配置されている。
As shown in the
図3(c)の熱処理ブロック6bであっても、図3(a)の熱処理ブロック6及び図3(b)の熱処理ブロック6aと同様にして、熱処理を行うことができる。予め補助加熱器4C、4Dで圧力容器2の内部空間を予備的に加熱してから、標的温度センサ31が目標温度になるように制御部8が直接加熱器4Aを制御し、標的温度センサ32が目標温度になるように制御部8が直接加熱器4Bを制御することで、被熱処理部材101を短時間で均一に加熱することができる。又、被熱処理部材101を短時間で均一に冷却することができる。
Even in the
なお、図3(a)〜図3(c)では、熱処理ブロック6(6a,6b)に複数(2つ)の直接加熱器4A、4Bを配置した例を示したが、その数は任意であり、必要性に応じて、2つ以上の複数の直接加熱器を配置してもよいし、直接加熱器を1つだけ配置するようにしてもよい。多くの直接加熱器を配置した方が、被熱処理部材101の全体をより均一に温度制御することができるため、好ましい。
In addition, in FIGS. 3A to 3C, an example in which a plurality of (two)
1つだけ直接加熱器(例えば直接加熱器4A、4Bのいずれか一方)を配置した場合でも、被熱処理部材101を均一に温度制御できる理由は以下の通りである。すなわち、被熱処理部材101の上側の温度は内部空間温度を制御することで制御でき、被熱処理部材101の下側の温度は載置台3の温度を制御することで制御できる。内部空間温度は、補助加熱器4C、4D及び内壁冷却器5Xによって制御できる。載置台3の温度は、補助加熱器4C及び載置台冷却器5Yによって制御できる。そのため、被熱処理部材101に温度の偏りが生じたとしても、直接加熱器4A(又は4B)、補助加熱器4C、4D、内壁冷却器5X、載置台冷却器5Yを制御して均一化することができる。必要に応じて、成形型冷却器5Zを制御してもよい。
The reason why the temperature of the
ここでより詳しく説明すると、複合材成形においては、薄い材料を1枚ごと積層して成形物の厚みを作るのであるが、厚みが比較的厚い場合においては、その材料の加熱と冷却は、成形型の面とそうでない材料の反対面(バッグ面)は同時に同じ温度で加熱および冷却する必要がある。もしこの温度が大きく乖離すると、加熱硬化時にはエポキシが固化する架橋の速度が不均一になり残量応力が発生し成形品質が下がる。しかし、成形型が必ずしも金属でない場合、例として木材や石膏などの型があるが、この場合は型の熱伝導率は非常に低く、むしろ断熱材として作用する。したがって熱は型と反対方向から伝えることになる。この時、型の面とバッグ面の熱の不均一を避けるため材料の積層は数層例えば0.5〜1mm以下とすることが求められる。薄くすることによって型の反対面より伝達した熱が型表面によって遮られ、型表面とバッグ面の均一が保たれる。この方法は従来法でも新規法でも同様である。冷却の場合も加熱の場合と同様であるが、型表面が徐々に温まってしまうため、バッグ面は容器内部空間冷却によって空気を使って冷却できるが、片面を積極的に冷やす手段が必要なため、型冷却の代わりにテーブルを冷却することで型全体の熱を奪おうとする。これは新規法の考え方である。 To explain in more detail here, in composite material molding, thin materials are laminated one by one to make the thickness of the molded product, but when the thickness is relatively thick, heating and cooling of the material is performed by molding. The surface of the mold and the opposite surface of the non-material (bag surface) need to be heated and cooled at the same temperature at the same time. If this temperature deviates significantly, the rate of cross-linking in which the epoxy solidifies during heat curing becomes non-uniform, residual stress is generated, and the molding quality deteriorates. However, when the molding die is not necessarily metal, there are molds such as wood and plaster as an example, but in this case, the thermal conductivity of the mold is very low, and rather it acts as a heat insulating material. Therefore, heat is transferred from the opposite direction to the mold. At this time, in order to avoid non-uniform heat between the mold surface and the bag surface, it is required that the material is laminated in several layers, for example, 0.5 to 1 mm or less. By making it thinner, the heat transferred from the opposite surface of the mold is blocked by the surface of the mold, and the surface of the mold and the surface of the bag are kept uniform. This method is the same for both the conventional method and the new method. The case of cooling is the same as the case of heating, but since the mold surface gradually warms up, the bag surface can be cooled using air by cooling the space inside the container, but because one side needs a means to actively cool. , Attempts to remove heat from the entire mold by cooling the table instead of cooling the mold. This is the idea of a new law.
なお、熱処理の一例として、オートクレーブ成形を行う成形装置(熱処理装置)及び成形方法(熱処理方法)について説明したが、これに限られず、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を成形する種々の成形装置及び成形方法に本発明を適用することができる。例えば、真空バッグを加圧しない状態で成形を行う真空バッグ成形法に本発明を適用してもよいし、RTM(Resin Transfer Molding)法、VaRTM法に本発明を適用してもよい。ここで、RTM(Resin Transfer Molding)法は熱硬化性樹脂を成形型に封入された繊維プリフォームに注入後に加熱硬化する方法である。VaRTM法は、RTM法の一種で素材を積層後、真空にしてから熱硬化性樹脂を含浸して加熱硬化する方法である。これら各方法では、成形時に加熱が必要である。その加熱に、本発明の繊維強化プラスチック成形方法及び繊維強化プラスチック成形装置を適用することができる。 As an example of heat treatment, a molding apparatus (heat treatment apparatus) and a molding method (heat treatment method) for performing autoclave molding have been described, but the present invention is not limited to this, and various molding apparatus for molding a thermosetting resin or a thermoplastic resin and various molding apparatus. The present invention can be applied to the molding method. For example, the present invention may be applied to a vacuum bag molding method in which molding is performed without pressurizing the vacuum bag, or the present invention may be applied to an RTM (Resin Transfer Molding) method and a VaRTM method. Here, the RTM (Resin Transfer Molding) method is a method in which a thermosetting resin is injected into a fiber preform enclosed in a molding die and then heat-cured. The Va RTM method is a type of RTM method in which materials are laminated, evacuated, impregnated with a thermosetting resin, and heat-cured. Each of these methods requires heating during molding. The fiber-reinforced plastic molding method and the fiber-reinforced plastic molding apparatus of the present invention can be applied to the heating.
又、熱処理は、繊維強化プラスチックの成形処理に限られず、一般的なプラスチックの成形処理に本発明を適用することもできる。 Further, the heat treatment is not limited to the molding process of the fiber reinforced plastic, and the present invention can also be applied to the molding process of a general plastic.
又、圧力容器2を用いた例を説明したが、必要性に応じて、常圧で使用可能な常圧容器を用いて成形してもよい。
Moreover, although the example using the
また、成形以外の他の熱処理に本発明を適用することができる。 Further, the present invention can be applied to heat treatments other than molding.
図5に、熱処理の他の一例として、接着処理を行う場合の熱処理ブロック6cを図示する。熱処理ブロック6c以外の構成は、図1〜図4に示した熱処理装置1の構成と同様であるので、図示や詳細な説明を省略する。
FIG. 5 shows a heat treatment block 6c when an adhesive treatment is performed as another example of the heat treatment. Since the configuration other than the heat treatment block 6c is the same as the configuration of the
図5に示す熱処理ブロック6cは、一例として、いずれも被熱処理部材の一例である被接着部材111aと被接着部材111bとを接着部材112で接着するためのものである。熱処理ブロック6cは、被接着部材111aと被接着部材111bとの間に接着部材112が挟み込まれており、被接着部材111aの外界側(図の上側)に直接加熱器4Aが配置され、被接着部材111bの外界側(図の下側)に直接加熱器4Bが配置されて、これらが真空バッグ103に収容されたものである。さらに、熱処理ブロック6cは、被接着部材111aと直接加熱器4Aとの間に第1の標的温度センサ31が配置され、被接着部材111bと直接加熱器4Bとの間に第2の標的温度センサ32が配置されている。
As an example, the heat treatment block 6c shown in FIG. 5 is for adhering the member to be adhered 111a and the member to be adhered 111b, which are examples of the members to be heat-treated, with the adhesive member 112. In the heat treatment block 6c, the adhesive member 112 is sandwiched between the member to be adhered 111a and the member to be adhered 111b, and the
被接着部材111a及び被接着部材111bは、例えば繊維強化プラスチック又は一般的なプラスチックである。接着部材112は、例えばエポキシ樹脂である。熱処理ブロック6cを加熱することで、接着部材112が熱硬化して、被接着部材111aと被接着部材111bとが接着される。熱処理装置1は、接着処理中に、真空バッグ103を真空引きすると共に、高圧ガスで外部から加圧することで、被接着部材111aと被接着部材111bとを強力に押し付ける。
The bonded member 111a and the bonded member 111b are, for example, fiber reinforced plastic or general plastic. The adhesive member 112 is, for example, an epoxy resin. By heating the heat treatment block 6c, the adhesive member 112 is thermoset, and the adhesive member 111a and the adhesive member 111b are adhered to each other. The
本発明の熱処理装置1(図1〜図4参照)を用いて、圧力容器2の内部を補助加熱器4C,4Dが接着部材112の加熱目標である目標温度よりも低い温度で加熱した後に、直接加熱器4A、4Bを加熱させ、標的温度センサ31,32が目標温度になるように、制御部8が直接加熱器4A、直接加熱器4B、内壁冷却器4X、載置台冷却器4Yを独立して制御する。これにより、被接着部材111a、111b及び接着部材112が目標温度まで短時間で均一に加熱して、接着処理後に短時間で冷却させることができる。被接着部材111a、111b及び接着部材112が均一に加熱されることから、温度むらが生じず、全体的に均一な強度で接着することができる。
After heating the inside of the
図6に、熱処理の他の一例として、脱泡処理を行う場合の熱処理ブロック6dを図示する。熱処理ブロック6d以外の構成は、図1〜図4に示した熱処理装置1の構成と同様であるので、図示や詳細な説明を省略する。
FIG. 6 shows a
図6に示す熱処理ブロック6dは、一例として、被熱処理部材の一例である液体121を脱泡処理するためのものである。熱処理ブロック6dは、シリンダー131に液体121が収容され、ピストン132でシリンダー131の開口部が閉じられていて、シリンダー131の外周に筒状の直接加熱器4Aが配置され、シリンダー131の底部の外側に直接加熱器4Bが配置されていて、これらが真空バッグ103に収容されたものである。ピストン132には、脱泡した気体のみを通過可能なフィルタ135が設けられ、フィルタ135に減圧装置11に繋がる配管13が接続されている。さらに、熱処理ブロック6dは、液体121中の上部側に第1の標的温度センサ31が配置され、液体121中の下部側に第2の標的温度センサ32が配置されている。
The
液体121は、例えば液状のエポキシ樹脂である。熱処理装置1は、脱泡処理中に、真空バッグ103を真空引きすると共に、高圧ガスで外部から加圧することで、ピストン132がシリンダー131の内部側に押し込まれるため、液体121が脱泡処理される。
The liquid 121 is, for example, a liquid epoxy resin. During the defoaming process, the
本発明の熱処理装置1(図1〜図4参照)に熱処理ブロック6dを用いて、圧力容器2の内部を補助加熱器4C,4Dが液体121の加熱目標である目標温度よりも低い温度で加熱した後に、直接加熱器4A、4Bを加熱させ、標的温度センサ31,32が目標温度になるように、制御部8が直接加熱器4A、直接加熱器4B、内壁冷却器4X、載置台冷却器4Yを独立して制御する。これにより、液体121が目標温度まで短時間で均一に加熱して、脱泡処理後に短時間で冷却させることができる。液体121が均一に加熱されることから、液体121に温度むらが生じず、全体的に均一に脱泡することができる。
Using the
[温度制御実験:実施例1,2、比較例1]
図1に示す繊維強化プラスチック成形装置1を試作した。直接加熱器4A,4B、補助加熱器4C、内壁冷却器5X及び載置台冷却器5Yを備えている。成形型冷却器5Z,補助加熱器4Dの配置は省略した。又、標的温度センサ31,32、内部空間温度センサ33以外の温度センサの配置は省略した。又、直接加熱器4A、4Bは、図3(b)のように真空バッグ103の内側に配置したものを用いた。成形型102としてアルミニウム製のものを用いた。被熱処理部材101として、エポキシ樹脂を用いたプリプレグを使用した。目標温度(成形温度)は130℃である。成形スケジュールは、室温→130℃→室温(内壁冷却器5X及び載置台冷却器5Yの水冷)で温度制御を行った。
[Temperature control experiment: Examples 1 and 2, Comparative Example 1]
The fiber reinforced
(実施例1)
実施例1として、予め補助加熱器4Cを作動させた後に、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bを作動させ、内壁冷却器5X、載置台冷却器5Yを適宜作動させた。この直接加熱器4A及び直接加熱器4Bの作動の開始と共に減圧装置及び加圧装置の作動を開始した。成形温度(130℃)で一定時間経過後に、加熱器4A〜4Cを停止させると共に減圧装置及び加圧装置を停止させて、内壁冷却器5X及び載置台冷却器5Yのみ作動させた。
(Example 1)
As the first embodiment, after the
図7に、実施例1を行った際の成形材料(繊維強化プラスチック材料101)の上側温度、成形材料の下側温度、圧力容器の内部空間温度、圧力容器内圧力を示す。同図に示すように、成形材料の上部と下部の表面温度を均一に保つことができた。 FIG. 7 shows the upper temperature of the molding material (fiber reinforced plastic material 101), the lower temperature of the molding material, the internal space temperature of the pressure vessel, and the pressure inside the pressure vessel when Example 1 was performed. As shown in the figure, the surface temperature of the upper part and the lower part of the molding material could be kept uniform.
(実施例2)
実施例2として、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bを作動させた後に、補助加熱器4Cを作動させた例である。
(Example 2)
Example 2 is an example in which the
図8に、実施例2を行った際の成形材料の上側温度、成形材料の下側温度、圧力容器の内部空間温度、圧力容器内測定圧力を示す。同図に示すように、成形材料の上部と下部の表面温度は、実施例1よりも差が多少大きいが、ほぼ均一に保つことができた。 FIG. 8 shows the upper temperature of the molding material, the lower temperature of the molding material, the internal space temperature of the pressure vessel, and the measured pressure in the pressure vessel when the second embodiment was performed. As shown in the figure, the surface temperatures of the upper part and the lower part of the molding material were kept substantially uniform, although the difference was slightly larger than that of Example 1.
(比較例1)
比較例1として、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bのみを作動させ、補助加熱器4C及び冷却器5X、5Yを停止させて測定を行った。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, only the
図9に、比較例1の測定を行った際の成形材料の上側温度、成形材料の下側温度、圧力容器内測定圧力を示す。同図に示すように、成形材料の上部と下部の表面温度の差が大きくなった。また、オーバーシュートが発生した。これは自分の熱が周りに奪われている分を補足するために多めに加熱するためと考えられる。この時開いた温度差は後々まで開いている。 FIG. 9 shows the upper temperature of the molding material, the lower temperature of the molding material, and the measured pressure in the pressure vessel when the measurement of Comparative Example 1 was performed. As shown in the figure, the difference in surface temperature between the upper part and the lower part of the molding material became large. In addition, an overshoot occurred. It is thought that this is because he heats a lot to supplement the amount of his heat being taken away. The temperature difference opened at this time is open until later.
[温度制御実験:実施例3、比較例2]
図1に示す繊維強化プラスチック成形装置1を試作した。直接加熱器4A,4B、補助加熱器4C、内壁冷却器5X、載置台冷却器5Y及び成形型冷却器5Zを備えている。補助加熱器4Dの配置は省略した。又、標的温度センサ31,32、内部空間温度センサ33以外の温度センサの配置は省略した。又、直接加熱器4A、4Bは、図3(b)のように真空バッグ103の内側に配置したものを用いた。実施例1,2との違いは、成形型冷却器5Zを備えて作動させたことにある。成形型102としてアルミニウム製のものを用いた。被熱処理部材101として、エポキシ樹脂を用いたプリプレグを使用した。目標温度(成形温度)は130℃である。成形スケジュールは、室温→80℃→90℃→130℃→室温(内壁冷却器5X、載置台冷却器5Y及び成形型冷却器5Zの水冷)で温度制御を行った。
[Temperature control experiment: Example 3, Comparative Example 2]
The fiber reinforced
(実施例3)
実施例3として、予め補助加熱器4Cを作動させた後に、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bを作動させ、内壁冷却器5X、載置台冷却器5Y及び成形型冷却器5Zを適宜作動させた。この直接加熱器4A及び直接加熱器4Bの作動の開始と共に減圧装置11及び加圧装置14の作動を開始した。成形温度(130℃)で一定時間経過後に、直接加熱器4A、4B、補助加熱器4Cを停止させると共に減圧装置11及び加圧装置14を停止させて、内壁冷却器5X、載置台冷却器5Y、成形型冷却器5Zを作動させた。
(Example 3)
As the third embodiment, after the
図10に、実施例3を行った際の成形材料(プリプレグ101)の上側温度、成形材料の下側温度、圧力容器の内部空間温度、圧力容器内測定圧力を示す。同図に示すように、成形材料の上部と下部の表面温度をほぼ同じ温度で熱処理することができた。 FIG. 10 shows the upper temperature of the molding material (prepreg 101), the lower temperature of the molding material, the internal space temperature of the pressure vessel, and the measured pressure inside the pressure vessel when Example 3 was performed. As shown in the figure, the surface temperatures of the upper part and the lower part of the molding material could be heat-treated at almost the same temperature.
(比較例2)
比較例2として、直接加熱器4A及び直接加熱器4Bを作動させ、補助加熱器4Cを作動させずに測定を行った。内壁冷却器5X、載置台冷却器5Yは適宜作動させた。
(Comparative Example 2)
As Comparative Example 2, the
図11に、比較例2を行った際の成形材料の上側温度、成形材料の下側温度、圧力容器内測定圧力を示す。同図に示すように、成形材料の上部と下部の表面温度の差が大きくなった。また、オーバーシュートが発生した。これは自分の熱が周りに奪われている分を補足するために多めに加熱するためと考えられる。この時開いた温度差は後々まで開いている。 FIG. 11 shows the upper temperature of the molding material, the lower temperature of the molding material, and the measured pressure in the pressure vessel when Comparative Example 2 was performed. As shown in the figure, the difference in surface temperature between the upper part and the lower part of the molding material became large. In addition, an overshoot occurred. It is thought that this is because he heats a lot to supplement the amount of his heat being taken away. The temperature difference opened at this time is open until later.
[温度制御実験:実施例4〜8、比較例3、参考例1]
実施例3と同様の構成で実験を行った。目標温度(成形温度)は130℃である。成形スケジュールは、室温→80℃→90℃→130℃→室温(内壁冷却器5X、載置台冷却器5Y及び成形型冷却器5Zの水冷)で温度制御を行った。内壁冷却器5X、載置台冷却器5Y及び成形型冷却器5Zは適宜作動制御した。
[Temperature control experiment: Examples 4 to 8, Comparative Example 3, Reference Example 1]
An experiment was conducted with the same configuration as in Example 3. The target temperature (molding temperature) is 130 ° C. The molding schedule was room temperature → 80 ° C. → 90 ° C. → 130 ° C. → room temperature (water cooling of the
(比較例3)
直接加熱器4A,4Bを作動させ、補助加熱器4Cを作動させずに測定した。測定結果を図12に示す。
(Comparative Example 3)
The measurement was performed by directly operating the
(実施例4)
直接加熱器4A,4Bと補助加熱器4Cの作動を同時に開始した。圧力容器2の内部空間温度を目標温度(130℃)の30%(39℃)になるように制御した。測定結果を図13に示す。
(Example 4)
The
(実施例5)
直接加熱器4A,4Bと補助加熱器4Cの作動を同時に開始した。圧力容器2の内部空間温度が目標温度(130℃)の40%(52℃)になるように制御した。測定結果を図14に示す。
(Example 5)
The
実施例4,5は被熱処理部材101の上部側温度(CH2)はオーバーシュートが大きいものの、比較例3よりは多少改善した。上部側温度(CH2)のオーバーシュートは、直接加熱器4Aの熱が圧力容器2内部空間に拡散してしまっているためと考えられる。
In Examples 4 and 5, the upper temperature (CH2) of the
(実施例6)
補助加熱器4Cを先に作動させた後に直接加熱器4A,4Bを作動させた。圧力容器2の内部空間温度が目標温度(130℃)の50%(65℃)になるように制御した。測定結果を図15に示す。被熱処理部材101の下部側温度(CH1)と上部側温度(CH2)は、80℃までの温度上昇時の波形に多少差があるが、80℃→90℃→130℃ではほぼ同じ温度で安定して加熱ができた。130℃→室温においては、実施例4、5と比較して、下部側温度と上部側温度の差が少なく、安定して温度が下がった。
(Example 6)
After the
(実施例7)
補助加熱器4Cを先に動作させた後に直接加熱器4A,4Bを作動させた。圧力容器2の内部空間温度が目標温度(130℃)の60%(78℃)になるように制御した。測定結果を図16に示す。実施例6と比較して、下部側温度と上部側温度の差がさらに少なくほぼ同じ温度になった。
(Example 7)
The
(実施例8)
補助加熱器4Cを先に動作させた後に直接加熱器4A,4Bを作動させた。圧力容器2の内部空間温度が目標温度(130℃)の80%(104℃)になるように制御した。測定結果を図17に示す。実施例7と比較して、下部側温度と上部側温度の差がより一層少なくほぼ同じ温度になった。
(Example 8)
The
(参考例1)
補助加熱器4Cを先に動作させた後に直接加熱器4A,4Bを作動させた。圧力容器2の内部空間温度が目標温度(130℃)の100%(130℃)になるように制御した。測定結果を図18に示す。実施例7と比較して、下部側温度と上部側温度の差がより一層少なくほぼ同じ温度になった。ただし、エネルギーの消費が大きい。
(Reference example 1)
The
以上結果から、圧力容器2の内部空間温度を目標温度の50%から80%の所定温度に制御することが好ましいといえる。
From the above results, it can be said that it is preferable to control the internal space temperature of the
[直接加熱器を1つだけ配置した場合の温度制御実験:実施例9]
(実施例9)
図1に示す繊維強化プラスチック成形装置1を試作した。ただし、直接加熱器4Bを配置せず、直接加熱器4Aを被熱処理部材101の上側に1つだけ、図3(b)のように真空バッグ103の内側に配置したものを用いた。直接加熱器4A、補助加熱器4C、内壁冷却器5X及び載置台冷却器5Yを備えている。成形型冷却器5Z,補助加熱器4Dの配置は省略した。又、標的温度センサ31,32、内部空間温度センサ33以外の温度センサの配置は省略した。被熱処理部材101として、エポキシ樹脂を用いたプリプレグを使用した。成形型102としてパールボードブロック(石膏ボード)製のものを用いた。目標温度(成形温度)は130℃である。成形スケジュールは、室温→80℃→90℃→130℃→室温(内壁冷却器5X及び載置台冷却器5Yの水冷)で温度制御を行った。圧力容器2の内部空間温度が目標温度(130℃)の60%(78℃)になるように制御した。内壁冷却器5X、及び載置台冷却器5Yは適宜作動制御した。
[Temperature control experiment when only one direct heater is arranged: Example 9]
(Example 9)
The fiber reinforced
測定結果を図19に示す。加熱時には、被熱処理部材101の上部と下部とでほとんど温度差を生じさせずに加熱できた。冷却時には多少温度差が生じた。
The measurement result is shown in FIG. At the time of heating, the upper part and the lower part of the
1は熱処理装置(繊維強化プラスチック成形装置)、2は圧力容器、2aは開閉扉、3は載置台、4Aは第1の直接加熱器、4Bは第2の直接加熱器、4Cは第1の補助加熱器、4Dは第2の補助加熱器、5Xは内壁冷却器(冷却パイプ)、5Yは載置台冷却器(冷却パイプ)、5Zは成形型冷却器(冷却パイプ)、6・6a・6b・6c・6dは熱処理ブロック、8は制御部、11は減圧装置、12は真空ポンプ、13は配管、14は加圧装置、15はコンプレッサ、16は配管、21は冷却源、22は冷却源、23は冷却源、31は第1の標的温度センサ、32は第2の標的温度センサ、33は内部空間温度センサ、34は載置台温度センサ、41Aは第1の直接加熱器温度センサ、41Bは第2の直接加熱器温度センサ、41Cは第1の補助加熱器温度センサ、41Dは第2の補助加熱器温度センサ、41Xは内壁冷却器温度センサ、41Yは載置台冷却器温度センサ、41Zは成形型冷却器温度センサ、101は被熱処理部材(プリプレグ)、102・102a・102bは成形型、103は真空バッグ、
111a・111bは被接着部材、112は接着部材、121は液体、131はシリンダー、132はピストン、135はフィルタである。
1 is a heat treatment device (fiber reinforced plastic molding device), 2 is a pressure vessel, 2a is an opening / closing door, 3 is a mounting table, 4A is a first direct heater, 4B is a second direct heater, and 4C is a first. Auxiliary heater, 4D is the second auxiliary heater, 5X is the inner wall cooler (cooling pipe), 5Y is the mounting base cooler (cooling pipe), 5Z is the molded cooler (cooling pipe), 6.6a,
111a and 111b are members to be adhered, 112 is an adhesive member, 121 is a liquid, 131 is a cylinder, 132 is a piston, and 135 is a filter.
Claims (18)
前記内部空間温度が前記被熱処理部材の加熱目標となる目標温度より低い温度になるように加熱すると共に、前記複数の標的温度センサの検出する温度が前記目標温度になるように、前記直接加熱器、前記補助加熱器、前記内壁冷却器及び前記載置台冷却器を制御して前記被熱処理部材の熱処理を行うことを特徴とする熱処理方法。 Direct heater is to directly heat the thermally treated member, the then placed into contact via the auxiliary materials to the arrangement or the thermally treated member so as to contact with a thermal treatment member, wherein the heat treatment An auxiliary heater for heating the internal space of the container for accommodating the members is arranged, an inner wall cooler for cooling the inner wall of the container is arranged, and a mounting table cooler for cooling the mounting table on which the heat-treated member is placed is provided. An internal space temperature sensor for measuring the internal space temperature of the container is arranged, and a plurality of target temperature sensors for measuring the temperature of a plurality of parts of the heat-treated member are arranged.
The direct heater is heated so that the internal space temperature is lower than the target temperature that is the heating target of the member to be heat-treated, and the temperature detected by the plurality of target temperature sensors is the target temperature. A heat treatment method comprising controlling the auxiliary heater, the inner wall cooler, and the above-mentioned stand cooler to perform heat treatment of the member to be heat-treated.
前記被熱処理部材を載置する載置台と、
前記被熱処理部材を直接的に加熱するものであって、前記被熱処理部材に接触させるように配置された又は前記被熱処理部材に副資材を介して接触させるように配置された、直接加熱器と、
前記容器の内部空間を加熱する補助加熱器と、
前記容器の内壁を冷却する内壁冷却器と、
前記載置台を冷却する載置台冷却器と、
前記被熱処理部材の複数の箇所の温度を測定する複数の標的温度センサと、
前記容器の内部空間温度を測定する内部空間温度センサと、
前記内部空間温度が前記被熱処理部材の加熱目標となる目標温度より低い温度になるように加熱すると共に、前記複数の標的温度センサの検出する温度が前記目標温度になるように、前記直接加熱器、前記補助加熱器、前記内壁冷却器及び前記載置台冷却器を制御する制御部とを、備えて前記被熱処理部材の熱処理を行うものであることを特徴とする熱処理装置。 A container for accommodating members to be heat-treated and
A mounting table on which the heat-treated member is placed and
The be one which directly heating the heat treatment member, the placed into contact via the auxiliary materials in the arranged or said to be thermally member so as to contact with a thermal treatment member, directly heater When,
An auxiliary heater that heats the internal space of the container,
An inner wall cooler that cools the inner wall of the container,
A stand cooler that cools the stand described above,
A plurality of target temperature sensors for measuring the temperature of a plurality of points of the member to be heat-treated, and a plurality of target temperature sensors.
An internal space temperature sensor that measures the internal space temperature of the container,
The direct heater is heated so that the internal space temperature is lower than the target temperature that is the heating target of the member to be heat-treated, and the temperature detected by the plurality of target temperature sensors is the target temperature. A heat treatment apparatus comprising the auxiliary heater, the inner wall cooler, and a control unit for controlling the above-mentioned stand cooler, and performing heat treatment of the member to be heat-treated.
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