WO2012114817A1 - オートクレーブ及び成形材の加熱硬化方法 - Google Patents

オートクレーブ及び成形材の加熱硬化方法 Download PDF

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autoclave
cavity
hot gas
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近藤　喜之
谷本　浩一
幸生 武内
裕丞 ▲柳▼瀬
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三菱重工業株式会社
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    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/0227—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould using pressure vessels, e.g. autoclaves, vulcanising pans
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    • B29C35/04—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould using liquids, gas or steam
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any preceding group
    • F27B17/0016—Chamber type furnaces
    • F27B17/0083—Chamber type furnaces with means for circulating the atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B5/00—Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated
    • F27B5/06—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B5/16—Arrangements of air or gas supply devices
    • F27B2005/166—Means to circulate the atmosphere
    • F27B2005/167—Means to circulate the atmosphere the atmosphere being recirculated through the treatment chamber by a turbine

Definitions

  • the present invention relates to an autoclave in which a molding material of fiber reinforced plastic (FRP) as a component part of an aircraft, an industrial machine or the like is heat-cured and molded under pressure, and a heat-curing method of the molding material using the autoclave.
  • FRP fiber reinforced plastic
  • the high-pressure and high-temperature gas in the pressure vessel is heated and circulated in a state where the molding material is placed in the pressure vessel to which high-pressure and high-temperature gas is supplied from the outside.
  • the fiber reinforced plastics which are laminated in the form of a thin plate are heat-cured and bonded, and a composite material can be obtained.
  • a method of molding in a curing furnace having no pressure action, or a method of curing only the jig to cure the molding material is known as another thermoforming method of the molding material.
  • a holding jig for holding the shape of the molding material is indispensable when thermosetting a bent-type large stringer member used in the main wing of an aircraft. Therefore, it becomes difficult for the atmospheric temperature in the pressure vessel to be directly transmitted to the molding material, and the heating efficiency of the molding material is deteriorated. Further, in addition to the large size of the molding material, it has a special shape, so heating unevenness has occurred, and there has been concern about the occurrence of defective products due to uneven heat curing and heat generation inside the molding material.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and provides an autoclave and a molding material heat-curing method capable of shortening the heat-curing molding time of the molding material and suppressing the occurrence of defective products. Objective.
  • the autoclave according to the present invention is an autoclave that heats and cures a molding material to be heated with a high-temperature gas, and holds a shape of the pressure vessel in which the molding material is disposed, and the molding material.
  • the contact portion between the molding material and the holding jig which has been difficult to transmit the atmospheric temperature in the pressure vessel so far, by the high-temperature gas auxiliary supply means into the holding jig cavity.
  • the temperature rise rate of the molding material temperature can be increased.
  • shortening of the heat curing molding time can be achieved.
  • the uniform heating of the molding material, which has been difficult until now, becomes possible, and the occurrence of defective products can be suppressed.
  • the heat of the heating portion is reduced by the high-temperature gas supplied into the cavity of the holding jig. Can be removed. That is, since the heat radiation action of the heat generating portion can be obtained by the high temperature gas supplied by the high temperature gas auxiliary supply means, it is possible to suppress the generation of defective products due to the heat generation.
  • the high temperature gas auxiliary supply means into the holding jig cavity according to the present invention, a part of the high temperature gas supplied by the high temperature gas supply means into the pressure vessel of the autoclave is taken in, and the holding jig cavity It is preferable to have a guide pipe that guides it in.
  • the high-temperature gas in the pressure vessel can be more efficiently supplied into the holding jig cavity, and as a result, the molding material is further heat-cured and molded. Generation of defective products due to time reduction, uneven heating, and heat generation inside the molding material can be suppressed.
  • the guide pipe is provided at both ends of the cavity of the holding jig, the inside and outside of the cavity are communicated, and the high-temperature gas supplied into the cavity by the guide pipe flows out.
  • An outflow hole may be formed.
  • the autoclave having the guide pipes provided at both ends of the holding jig, more hot gas flows into the holding jig, and heat transfer between the holding jig inner surface and the molding material is performed. Further improve. As a result, it is possible to further reduce the time for heat curing and molding, to suppress uneven heating, and to prevent generation of defective products due to heat generation inside the molding material.
  • the autoclave according to the present invention preferably includes a first fin disposed on an inner surface forming the cavity of the holding jig.
  • This first fin increases the total heat transfer area on the inner surface that forms the cavity of the holding jig, and improves heat transfer between the hot gas flowing into the holding jig cavity and the molding material. As a result, it is possible to further reduce the time for heat-curing molding, to suppress generation of defective products due to uneven heating and heat generation inside the molding material.
  • the first fins are arranged in a spiral shape.
  • the high-temperature gas supplied into the holding jig cavity by the high-temperature gas auxiliary supply means becomes a swirling flow, and the heat transfer between the high-temperature gas and the molding material can be further improved.
  • the autoclave according to the present invention preferably includes a second fin arranged on the outer surface of the holding jig.
  • Such a second fin provided on the outer surface of the holding jig increases the total heat transfer area of the outer surface of the holding jig and improves heat transfer between the high-temperature gas in the pressure vessel and the molding material. As a result, it is possible to further reduce the time for heat-curing molding, to suppress generation of defective products due to heating unevenness and heat generation inside the molding material.
  • the autoclave according to the present invention preferably includes a flow guide for guiding the hot gas supplied by the hot gas supply means in the pressure vessel along the outer surface of the holding jig.
  • the high temperature gas is guided along the holding jig, heat transfer between the high temperature gas in the pressure vessel and the molding material is improved, and the ambient temperature in the pressure vessel is transmitted to the molding material. It becomes easy to do. As a result, it is possible to further reduce the time for heat-curing molding, to suppress generation of defective products due to heating unevenness and heat generation inside the molding material.
  • a black body paint is applied to the surface of the holding jig.
  • the molding material heat-curing method according to the present invention is a molding material heat-curing method in which a molding material to be heated is heat-cured with a high-temperature gas, and the molding material is held in a hollow space. The shape is held by a tool, the hot gas is supplied to the molding material disposed in the pressure vessel by the hot gas supply means, and the hot gas is supplied into the cavity of the holding jig by the hot gas auxiliary means. It is characterized by doing.
  • the autoclave and molding material heat curing method of the present invention by providing the high temperature gas auxiliary supply means into the holding jig cavity, the heat transfer to the bent type large molding material to be heated is performed. Increase and uniform heating can be achieved. Thereby, shortening of the heat-curing molding time of the molding material, generation of defective products due to heating unevenness and heat generation inside the molding material can be suppressed, and an increase in manufacturing cost can also be suppressed.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the molding material and the molding material holding jig inside the autoclave according to the first embodiment of the present invention, as viewed from the side, showing the AA cross section of FIG. 3.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a molding material and a molding material holding jig inside the autoclave according to the third embodiment of the present invention, as viewed from the side, and showing a BB section in FIG. 6. It is a longitudinal cross-sectional view when the autoclave which concerns on 4th embodiment of this invention is seen from the front. It is the longitudinal cross-sectional view at the time of enlarging the molding material and molding material holding jig inside an autoclave which concern on 4th embodiment of this invention, and seeing from the front.
  • the autoclave 1 is used when a molding material W formed by laminating sheets of a composite material such as fiber reinforced plastic (FRP) in which carbon fiber is impregnated with a resin is heat-cured and molded under pressure.
  • the autoclave 1 includes a pressure vessel 2, an inner vessel 3, a holding jig 4, a high-temperature gas supply unit 5, a high-temperature gas auxiliary supply unit 7, and a circulation unit 6.
  • the pressure vessel 2 has a structure in which both ends of a cylindrical shape extending in the horizontal direction are sealed, and high-pressure gas introduced by a gas introduction unit (not shown) is sealed in a sealed state inside the pressure vessel 2. .
  • the inner container 3 is a container disposed inside the pressure container 2 with a space from the inner wall surface of the pressure container 2, and like the pressure container 2, the inner container 3 has a cylindrical shape extending in the horizontal direction and has both ends. It has a sealed structure.
  • the pressure vessel 2 and the inner vessel 3 are arranged concentrically with the center line coincident, and at least one of the pressure vessel 2 and the inner vessel 3 at both ends in the extending direction can be opened and closed.
  • the door-like structure By opening this door, it is possible to introduce the holding jig 4 and the molding material W into the inner container 3.
  • a space between the pressure vessel 2 and the inner vessel 3 is a gas flow path R through which high-pressure gas introduced into the pressure vessel 2 and heated is circulated. Is formed so as to surround the entire outer peripheral surface of the inner container 3.
  • the extending direction of the pressure vessel 2 and the inner vessel 3 (left and right direction in FIG. 1 and depth direction in FIG. 2) is referred to as the depth direction, and the horizontal direction of the cross section perpendicular to the depth direction (paper surface in FIG. 1).
  • the depth direction (the left-right direction in FIG. 2) is referred to as the width direction.
  • the holding jig 4 is arranged inside the inner container 3 and has a role of holding the molding material W.
  • the molding material W held by the holding jig 4 has a large and special shape such as a vent-type stringer used in the main wing of an aircraft, for example.
  • the molding material W is a plate shape in which the depth direction is the longitudinal direction and the width direction is the short direction, and the center in the width direction is bent downward. is doing.
  • the center in the width direction of the lower surface of the molding material W has a shape projecting downward
  • the center in the width direction of the upper surface of the molding material W has a shape recessed in a concave shape downward. .
  • the holding jig 4 is composed of two upper and lower members in order to hold a bent stringer molding material W which is a molding target in the present embodiment. That is, the holding jig 4 includes a lower holding jig 4 a disposed on the lower side of the molding material W and an upper holding jig 4 b disposed on the upper side of the molding material W.
  • the lower holding jig 4a holds the molding material W from the lower side as shown in FIG. 3, and has a bent mold similar to the molding material W so as to be in close contact with the entire lower surface of the molding material W. Both ends in the width direction are supported by support columns 11 erected on a base plate 12 inside the inner container 3. Further, as shown in FIG. 3, the upper holding jig 4b holds the molding material W so as to sandwich the molding material W from the upper side, and has a cavity 15 extending in the depth direction and open at both ends. is doing. In this embodiment, it arrange
  • the high-temperature gas supply means 5 is disposed on both sides in the width direction of the inner container 3, a heater 8 for heating the gas circulating in the gas flow path R, and a lower part of the inner container 3.
  • the gas inlet 9 that communicates with the inside and outside of the inner container 3 and the gas outlet 10 that is formed at the top of the inner container 3 and communicates with the inside and outside of the inner container 3 are formed.
  • the circulation means 6 is a fan provided at the uppermost part of the gas flow path R outside the gas outlet 10 of the inner container 3, and extends from the uppermost part of the gas flow path R along the gas flow path R. It has a role of circulating the gas downward. As shown in FIG. 1, a plurality (four in this embodiment) of circulating means 6 are installed at intervals in the depth direction.
  • the hot gas auxiliary supply means 7 supplies the hot gas supplied to the inner container 3 through the gas inlet 9 by the hot gas supply means 5 into the cavity 15 of the upper holding jig 4b.
  • the high temperature gas auxiliary supply means 7 as shown in FIGS. 1 and 4, a part of the high temperature gas supplied into the inner container 3 is inside the cavity 15 of the upper holding jig 4b.
  • the guide pipe 13 to be introduced into the is adopted.
  • the guide pipe 13 is a pipe-like member supported in the inner container 3 by a support structure (not shown), for example.
  • One end side opening is inserted into the cavity 15 of the upper holding jig 4b, and the other end side opening is It arrange
  • the other end side of the guide pipe 13 is formed in a trumpet shape whose diameter increases as the inner peripheral surface and the outer peripheral surface approach the end.
  • the operation of the autoclave 1 having the above configuration will be described.
  • the upper holding jig is sandwiched from the upper side of the molding material W while the molding material W is placed on the lower holding jig 4a. 4b is arranged.
  • the high-temperature gas supply means 5 causes the high-temperature gas to flow into the inner container 3 from the gas inlet 9, and heats the molding material W from its periphery.
  • the hot gas auxiliary supply means 7 sends a part of the high temperature gas flowing into the inner container 3 into the cavity 15 of the upper holding jig 4b, and the molding material W from the inner surface of the upper holding jig 4b. Heat.
  • the high temperature gas auxiliary supply means 7 since the high temperature gas auxiliary supply means 7 is provided, the high temperature gas in the inner container 3 can be directly fed into the cavity 15 of the upper holding jig 4b.
  • the transmission efficiency is improved, that is, it leads to a shortening of the heat curing molding time of the molding material W.
  • the amount of heat supplied to the molding material W can be made uniform, that is, generation of defective products due to uneven heating and internal heating of the molding material W can be suppressed.
  • the guide pipe 13 is provided as the hot gas auxiliary supply means 7, the hot gas inside the inner container 3 can be easily taken into the cavity 15 of the upper holding jig 4b. That is, since the high-temperature gas can be smoothly fed into the cavity 15 of the upper holding jig 4b by the guide pipe 13, the heat transfer can be further improved and the amount of supplied heat can be made uniform. It is possible to realize a shortening of the product and suppression of the generation of defective products.
  • the opening on the one end side of the guide pipe 13 does not necessarily have to be inserted into the cavity 15, and the opening on the one end side may be arranged so as to face the inside of the cavity 15 from the outside of the cavity 15. Further, the opening on the other end side of the guide pipe 13 may be arranged not only downward in the inner container 3 but also in the horizontal direction or diagonally downward.
  • the guide pipe 13 of the present embodiment has a trumpet shape at the other end side, but may have a pipe shape with uniform inner and outer diameters throughout the extending direction.
  • a funnel-shaped device may be attached to the other end of the guide pipe 13.
  • the autoclave 1 of the second embodiment will be described with reference to FIG. 5.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and details thereof are omitted.
  • the guide pipes 13 similar to those of the first embodiment are provided at both ends of the upper holding jig 4b, and the upper holding jig 4b is further provided.
  • An outflow hole 14 that communicates the inside and outside of the cavity 15 is provided in the middle portion of the depth direction.
  • the hot gas inside the inner container 3 flows into the inside of the cavity 15 of the upper holding jig 4b through the guide pipes 13 provided at both ends of the upper holding jig 4b. It flows out from the outflow hole 14 of the part. As a result, more hot gas flows into the cavity 15, and heat transfer between the inner surface of the upper holding jig 4 b and the molding material W can be promoted more efficiently.
  • outflow holes 14 may be provided. Further, the outflow hole 14 may be formed not only in the middle portion of the cavity 15 in the depth direction but also in other places.
  • the autoclave 1 of 3rd embodiment is demonstrated.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and details thereof are omitted.
  • the autoclave 1 of the third embodiment is provided with first fins 16 that increase the total heat transfer area in the cavity 15 of the upper holding jig 4b.
  • the first fins 16 protrude from the inner peripheral surface of the cavity 15 and extend in the depth direction, and a plurality of the first fins 16 are provided at intervals in the circumferential direction of the inner peripheral surface.
  • a pair is provided so as to face in the width direction on the inner peripheral surface of the cavity 15 and a pair is provided so as to face in the vertical direction.
  • the heat transfer between the hot gas flowing into the cavity 15 of the upper holding jig 4b by the hot gas auxiliary supply means 7, and the upper holding jig 4b and the molding material W is further improved. be able to. Therefore, further shortening of the heat curing molding time of the molding material W can be achieved. It is also possible to make the amount of heat supplied to the molding material W uniform, that is, it is possible to suppress generation of defective products due to uneven heating and heat generation inside the molding material W.
  • the first fin protrudes from the inner peripheral surface of the cavity 15 and spirally twists gradually in the circumferential direction of the inner peripheral surface from one end side to the other end side of the cavity 15. It may be formed.
  • a swirl flow is generated by the high-temperature gas introduced into the cavity 15, so that the effect of further improving heat transfer and equalizing the amount of heat supplied to the molding material W can be obtained.
  • the autoclave 1 of 4th embodiment is demonstrated.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and details thereof are omitted.
  • a plurality of second fins 17 projecting from the lower surface and extending in the depth direction are provided on the lower surface of the lower holding jig 4a of the present embodiment.
  • a plurality of (three in the present embodiment) second fins are vertically arranged on the bottom surface of the lower holding jig 4a that is convex downward and facing the widthwise outer side of the convex shape. It is provided at intervals in the direction.
  • the total heat transfer area increases, and the lower gas from the hot gas flowing into the inner vessel 3 through the gas inlet 9 by the hot gas supply means 5 is reduced.
  • Heat transfer to the holding jig 4a is increased, and further shortening of the heat-curing molding time of the molding material W can be achieved.
  • the amount of heat supplied to the molding material W can be made uniform, that is, generation of defective products due to uneven heating and heat generation inside the molding material W can be suppressed.
  • the second fins 17 may be provided along the inflow direction of the high-temperature gas. As a result, the second fin 17 does not hinder the flow of the high-temperature gas, so that the airflow resistance is reduced and the heat transfer can be further improved. Note that the installation position, dimensions, pitch, material, thickness, and the like of the second fin 17 can be changed as appropriate.
  • the autoclave 1 of the present embodiment is provided with a flow guide 18 in the inner container 3 around the lower holding jig 4a.
  • the flow guide 18 guides the hot gas taken into the inner container 3 by the hot gas supply means 5 so as to flow along the second fins 17 provided in the lower holding jig 4a. It acts to increase the heat transfer effect in 4a.
  • the flow guide 18 is provided with a pair corresponding to each holding jig 4. Each flow guide 18 has a plate shape extending in the depth direction, and has a shape curved outward in the width direction from the lower side to the upper side of the holding jig 4.
  • the high-temperature gas effectively flows through the flow guide 18 to improve the heat transfer, leading to further shortening of the heat-curing molding time of the molding material W.
  • the flow guide 18 is installed not only around the lower holding jig 4a but also around the upper holding jig 4b. Various installation locations that can improve heat transfer can be selected.
  • the black body paint 19 is applied to the lower surface of the lower holding jig 4 a in the autoclave 1 of the present embodiment.
  • the black body paint 19 increases the heat emissivity from the surface of the lower holding jig 4a, thereby improving heat transfer by radiant heat transfer.
  • the black body paint 19 need only be a black body thermally, and is not necessarily a black paint. Even ordinary white paint is effective.
  • the black body paint 19 may be applied not only on the lower surface of the lower holding jig 4a but also on the entire surface of the lower holding jig 4a or on the upper holding jig 4b. You can expect improved communication.
  • the heat curing molding time of the molding material W can be further shortened.
  • the lower holding jig 4a is disposed on the lower side and the upper holding jig 4b is disposed on the upper side, and the molding material W is heat-cured and molded.
  • the upper holding jig 4b is arranged on the right side with respect to the horizontal direction
  • the lower holding jig 4a is arranged on the left side with respect to the horizontal direction so as to hold the molding material W and perform thermosetting molding. Molding is possible even if the direction changes.
  • the upper holding jig 4b can hold the shape of the molding material W and can be used as an internal cavity for allowing high temperature gas to flow in and out. 15, and the lower holding jig 4 a only needs to hold the shape of the molding material W.

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Abstract

　このオートクレーブは、加熱対象となる成形材(Ｗ)を、空洞(１５)を内部に有する保持治具(４)で形状保持して高温ガスで加熱硬化させるオートクレーブ(１)であって、当該成形材(Ｗ)が内部に配置される圧力容器(２)と、高温ガスを圧力容器(２)内で成形材(Ｗ)に供給する高温ガス供給手段(５)と、高温ガスを空洞(１５)の内部に供給する高温ガス補助供給手段(７)とを設ける。

Description

オートクレーブ及び成形材の加熱硬化方法
　本発明は、航空機、産業機械等の構成部品としての繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の成形材を加圧下で加熱硬化成形するオートクレーブと、このオートクレーブを用いた成形材の加熱硬化方法に関する。
　本願は、２０１１年２月２１日に、日本に出願された特願２０１１－０３４４９６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）からなる成形材の成形方法として、多数積層された薄板状を成す繊維強化プラスチックを、高圧化で加熱するオートクレーブ成形が知られている（例えば特許文献１参照）。このオートクレーブ成形は、高圧の高温ガスが内部を循環するオートクレーブによって行われる。
　このオートクレーブにおいては、外部から高圧・高温のガスが供給された圧力容器内に成形材を配置した状態で、圧力容器内の高圧・高温ガスを加熱循環させる。これにより、多数積層された薄板状を成す繊維強化プラスチックが加熱硬化、接着され、複合材を得ることができる。
　なお、成形材の他の加熱成形方法としては、加圧作用のない硬化炉内にて成形する方法や、治具のみを加熱して成形材を硬化させる方法が知られている。
特許第４１０９６６０号公報
　上記オートクレーブにおいては、例えば航空機の主翼に用いられるようなベント型の大型ストリンガー部材の加熱硬化成形の際には、成形材の形状を保持するための保持治具が必要不可欠であった。そのため、圧力容器内の雰囲気温度が成形材に直接伝達し難くなり、成形材の加熱効率が悪くなる結果、硬化に時間を要していた。
　さらに成形材が大型であることに加え、特殊な形状でもあるために加熱ムラが発生し、不均一な加熱硬化や成形材内部の発熱による不良品の発生が懸念されていた。
　本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、成形材の加熱硬化成形時間の短縮及び不良品発生の抑制を図ることができる、オートクレーブ及び成形材の加熱硬化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、本発明は以下の手段を採用している。
　即ち本発明に係るオートクレーブは、加熱対象となる成形材を、高温ガスにより加熱硬化させるオートクレーブであって、前記成形材が内部に配置される圧力容器と、前記成形材を形状保持し、内部が空洞に形成された保持治具と、前記高温ガスを前記圧力容器内で前記成形材に供給する高温ガス供給手段と、前記高温ガスを前記保持治具の前記空洞内に供給する高温ガス補助供給手段とを備えることを特徴とする。
　このような保持治具を備えるオートクレーブによれば、保持治具空洞内への高温ガス補助供給手段によって、これまで圧力容器内の雰囲気温度が伝達しにくかった成形材と保持治具との接触部分に、圧力容器内の雰囲気温度を直接伝達させることができるため、成形材温度の昇温速度が高くすることが可能となる。その結果、例えば従来は加熱硬化に時間を要していたベント型の大型ストリンガー部材において、加熱硬化成形時間の短縮を達成できる。さらにこれまで困難であった成形材の均等加熱が可能となり、不良品の発生を抑制できる。
　また、例えば成形材と保持治具との接触部分の一部に過度な発熱が生じてしまった場合であっても、保持治具の空洞内に供給される高温ガスによって当該発熱部分の熱を除去することができる。即ち、高温ガス補助供給手段により供給される高温ガスによって上記発熱部分の放熱作用を得ることができるため、当該発熱による不良品の発生を抑制できる。
　さらに、本発明に係る前記保持治具空洞内への高温ガス補助供給手段においては、オートクレーブの圧力容器内への高温ガス供給手段が供給する前記高温ガスの一部を取り込み、前記保持治具空洞内に案内するガイドパイプを有することが好ましい。
　このようなガイドパイプを有する保持治具を備えるオートクレーブによれば、圧力容器内の高温ガスをさらに効率的に保持治具空洞内へ供給することができ、この結果、成形材のさらなる加熱硬化成形時間短縮や加熱ムラや成形材内部の発熱による不良品の発生を抑制できる。
　また、本発明に係るオートクレーブは、前記ガイドパイプが前記保持治具の前記空洞の両端に備えられ、前記空洞内外を連通し、前記ガイドパイプによって前記空洞内に供給される前記高温ガスが流出する流出孔が形成されていてもよい。
　このような保持治具両端に備えられたガイドパイプを有するオートクレーブによれば、より多くの高温ガスが保持治具内へ流入することとなり、保持治具内面と成形材との間の熱伝達がさらに向上する。この結果、さらなる加熱硬化成形時間短縮や加熱ムラ及や成形材内部の発熱による不良品の発生を抑制できる。
　さらに、本発明に係るオートクレーブは、前記保持治具の前記空洞を形成する内面に配置された第一フィンを備えることが好ましい。
　この第一のフィンにより、保持治具の空洞を形成する内面の総伝熱面積が増し、保持治具空洞内へ流入した高温ガスと成形材との間の熱伝達を向上できる。この結果、さらなる加熱硬化成形時間短縮や加熱ムラや成形材内部の発熱よる不良品の発生を抑制することができる。
　また、本発明に係るオートクレーブは、前記第一のフィンがスパイラル状に配置されていることが好ましい。
　このようなスパイラル状のフィンにより、高温ガス補助供給手段により保持治具空洞内に供給された高温ガスが旋回流となり、高温ガスと成形材との間の熱伝達をさらに向上することができる。この結果、さらなる加熱硬化成形時間の短縮や加熱ムラや成形材内部の発熱による不良品発生を抑制することができる。
　さらに、本発明に係るオートクレーブは、前記保持治具の外面に配置された第二フィンを備えることが好ましい。
　このような保持治具外面に設けられた第二フィンにより、保持治具外面の総伝熱面積が増し、圧力容器内の高温ガスと成形材との間の熱伝達を向上できる。この結果、さらなる加熱硬化成形時間短縮や加熱ムラや成形材内部の発熱による不良品の発生を抑制することができる。
　また、本発明に係るオートクレーブは、記圧力容器内の高温ガス供給手段によって供給される前記高温ガスを、前記保持治具の外面に沿うように案内するフローガイドを備えることが好ましい。
　このようなフローガイドにより、高温ガスが保持治具に沿うように案内され、圧力容器内の高温ガスと成形材との間の熱伝達が向上し、圧力容器内の雰囲気温度が成形材へ伝達し易くなる。この結果、さらなる加熱硬化成形時間短縮や加熱ムラや成形材内部の発熱による不良品の発生を抑制することができる。
　さらに、本発明に係るオートクレーブにおいては、前記保持治具の表面に、黒体塗料が塗布されていることが好ましい。
　このような黒体塗料（例えば通常の白や黒のペイント等）を塗布することにより、圧力容器内の高温ガスと保持治具との間の輻射伝熱が促進され、成形材のさらなる加熱硬化成形時間短縮を達成できる。
　本発明に係る成形材の加熱硬化方法は、加熱対象となる成形材を、高温ガスにより加熱硬化させる成形材の加熱硬化方法であって、前記成形材を、内部が空洞に形成された保持治具で形状保持し、圧力容器内に配置される前記成形材に対して高温ガス供給手段により前記高温ガスを供給し、前記高温ガスを高温ガス補助手段によって前記保持治具の前記空洞内に供給することを特徴とする。
　これによって、上記同様、成形材の加熱硬化成形時間短縮と加熱ムラや成形材内部の発熱による不良品の発生とを抑制できる。
　本発明のオートクレーブ及び成形材の加熱硬化方法によれば、保持治具空洞内への高温ガス補助供給手段が設けられていることにより、加熱対象となるベント型の大型成形材への熱伝達の増大と均等加熱を達成することができる。これにより成形材の加熱硬化成形時間の短縮と、また加熱ムラや成形材内部の発熱による不良品発生を抑制することができ、製造コストの上昇についても抑制できる。
本発明の第一実施形態に係るオートクレーブを側面から見た際の縦断面図である。 本発明の第一実施形態に係るオートクレーブを正面から見た際の縦断面図である。 本発明の第一実施形態に係るオートクレーブ内部の成形材及び成形材保持治具を拡大し、正面から見た際の縦断面図である。 本発明の第一実施形態に係るオートクレーブ内部の成形材及び成形材保持治具を拡大し、側面から見た際の縦断面図であって、図３のＡ－Ａ断面を示す図である。 本発明の第二実施形態に係るオートクレーブ内部の成形材及び成形材保持治具を拡大し、側面から見た際の縦断面図である。 本発明の第三実施形態に係るオートクレーブ内部の成形材及び成形材保持治具を拡大し、正面から見た際の縦断面図である。 本発明の第三実施形態に係るオートクレーブ内部の成形材及び成形材保持治具を拡大し、側面から見た際の縦断面図であって、図６のＢ－Ｂ断面を示す図である。 本発明の第四実施形態に係るオートクレーブを正面から見た際の縦断面図である。 本発明の第四実施形態に係るオートクレーブ内部の成形材及び成形材保持治具を拡大し、正面から見た際の縦断面図である。
　以下、図１から図４を参照し、本発明の第一実施形態のオートクレーブ１について説明する。
　オートクレーブ１は、例えば炭素繊維に樹脂を含浸させた繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等の複合材のシートを積層してなる成形材Ｗを、加圧下で加熱硬化成形する際に用いられる。このオートクレーブ１は、圧力容器２と、内側容器３と、保持治具４と、高温ガス供給手段５と、高温ガス補助供給手段７と、循環手段６とを備えている。
　圧力容器２は、水平方向に延在する円筒形状の両端が密閉された構造となっており、その内部には、図示しないガス導入手段によって導入される高圧のガスが密閉状態で封止される。
　内側容器３は、上記圧力容器２の内側に当該圧力容器２の内壁面と間隔をあけて配置される容器であって、圧力容器２と同様に、水平方向に延在する円筒形状で両端が密閉された構造となっている。本実施形態においては、圧力容器２と内側容器３とは中心線を一致させた同心円状に配置されており、当該圧力容器２及び当該内側容器３の延在方向両端の少なくとも一方は、開閉可能な扉状の構造となっている。この扉を開放することにより、内側容器３の内部に保持治具４及び成形材Ｗを導入することが可能となっている。
　また、上記圧力容器２と上記内側容器３との間の空間は、当該圧力容器２の内部に導入されて加熱された高圧ガスが循環するガス流路Ｒとなっており、このガス流路Ｒは当該内側容器３の外周面全周に渡って取り囲むように形成されている。
　なお、以下では圧力容器２及び内側容器３の延在方向（図１の左右方向、図２の紙面奥行き方向）を奥行き方向と称し、当該奥行き方向に直行する断面の水平方向（図１の紙面奥行き方向、図２の左右方向）を幅方向と称する。
　保持治具４は、内側容器３の内部に配置され成形材Ｗを保持する役割を有している。
　ここで、この保持治具４に保持される成形材Ｗは、例えば航空機の主翼に用いられるベント型のストリンガーのような大型で特殊な形状をなしている。具体的には、図２及び図３に示すように、成形材Ｗは、奥行き方向を長手方向とするとともに幅方向を短手方向とした板状で、幅方向の中央が下方に向かって屈曲している。これによって、成形材Ｗの下面の幅方向中央が下方に向かって凸状に突出した形状をなし、当該成形材Ｗの上面の幅方向中央は下方に向かって凹状に窪んだ形状をなしている。
　保持治具４は、本実施形態での成形対象であるベント型のストリンガーの成形材Ｗを保持するため、上下二つの部材により構成されている。即ち、この保持治具４は、成形材Ｗの下側に配置される下部保持治具４ａと、当該成形材Ｗの上側に配置される上部保持治具４ｂとから構成されている。
　上記下部保持治具４ａは、図３に示すように成形材Ｗを下側から保持するものであって、成形材Ｗの下面全域に密着可能なように該成形材Ｗ同様のベント型をなしており、その幅方向の両端が、内側容器３の内部のベースプレート１２上に立設された支柱１１によって支持されている。
　また上記上部保持治具４ｂは、図３に示すように、上側から成形材Ｗを挟み込むように保持するものであって、その内部には奥行き方向に延在し両端が開口した空洞１５を有している。本実施形態においては、成形材Ｗにおける上面の中央の凹部に当該上部保持治具４ｂが嵌り込むように配置されている。
　高温ガス供給手段５は、図２に示すように、上記内側容器３の幅方向両側に配置され、ガス流路Ｒを循環する当該ガスを加熱するためのヒーター８と、当該内側容器３の下部に形成され内側容器３の内外を連通するガス流入口９と、内側容器３の上部に形成され内側容器３内外を連通するガス流出口１０とから形成されている。
　循環手段６は、内側容器３のガス流出口１０の外側のガス流路Ｒの最上部に備えられたファンであって、このガス流路Ｒの最上部から当該ガス流路Ｒに沿って、ガスを下方に向けて循環させる役割を有している。この循環手段６は図１に示すように、奥行き方向に間隔をあけて複数（本実施形態では４つ）設置されている。
　高温ガス補助供給手段７は、上記高温ガス供給手段５によってガス流入口９を通過し内側容器３内へ供給された高温ガスを上部保持治具４ｂの空洞１５内に供給するものである。
　本実施形態においては、高温ガス補助供給手段７として、図１及び図４に示すように、内側容器３内へ供給された高温ガスのうち一部を上記上部保持治具４ｂの空洞１５の内部に導入するガイドパイプ１３を採用している。このガイドパイプ１３は、例えば図示しない支持構造によって内側容器３内に支持されたパイプ状の部材であって、一端側開口が上部保持治具４ｂの空洞１５内に挿入され、他端側開口が内側容器３内において下方を向くように配置されている。また、ガイドパイプ１３の他端側は、その内周面及び外周面が端部に向かうに従って拡径するラッパ状に形成されている。
　次に、上記構成のオートクレーブ１の作用について説明する。
　このオートクレーブ１を用いて、成形材Ｗにオートクレーブ成形を施す際には、下部保持治具４ａに成形材Ｗを載置した状態で、当該成形材Ｗの上側から挟み込むように、上部保持治具４ｂを配置する。同時に、高温ガス供給手段５によって当該高温ガスがガス流入口９から内側容器３内に流入し、成形材Ｗをその周囲から加熱する。
　また高温ガス補助供給手段７は、内側容器３内へ流入した高温ガスのうちの一部を、上部保持治具４ｂの空洞１５の内部に送り込み、当該上部保持治具４ｂの内面から成形材Ｗを加熱する。
　このようなオートクレーブ１においては、高温ガス補助供給手段７を備えることによって、上記内側容器３内の高温ガスを上記上部保持治具４ｂの空洞１５の内部に直接送り込むことが可能となるため、熱伝達効率が向上し、即ち、成形材Ｗの加熱硬化成形時間の短縮につながる。また成形材Ｗへ供給される熱量の均一化を図ることも可能となり、即ち、加熱ムラや成形材Ｗの内部発熱による不良品発生を抑制することができる。
　特に、本実施形態では高温ガス補助供給手段７としてガイドパイプ１３を備えているため、内側容器３の内部の高温ガスを上部保持治具４ｂの空洞１５の内部へ容易に取り込むことができる。即ち、このガイドパイプ１３によって高温ガスを上部保持治具４ｂの空洞１５の内部へ円滑に送り込むことができるため、さらなる熱伝達の向上と供給熱量の均一化が図ることができ、加熱硬化成形時間の短縮と不良品発生の抑制を実現することができる。
　なお、ガイドパイプ１３の一端側開口は、必ずしも空洞１５内に挿入されてなくともよく、当該一端側開口が空洞１５の外部から当該空洞１５の内部を向くように配置されていてもよい。
　また、ガイドパイプ１３の他端側開口は、内側容器３内において下方を向くのみならず水平方向や斜め下方を向くように配置されていてもよい。
　本実施形態のガイドパイプ１３はその他端側開口がラッパ状をなしていたが、その延在方向全域にわたって内径及び外径が均一なパイプ状をなしていてもよい。このようなガイドパイプ１３の他端側に漏斗状の装置を取り付けてもよい。これによって、より多くの高温ガスを収集し上部保持治具４ｂの空洞１５の内部に流入させることができるため、上部保持治具４ｂの空洞１５内における熱伝達を促進させることが可能となる。
　また、高温ガス補助供給手段７として、ガイドパイプ１３への高温ガスの流入を容易にするファンをさらに設けてもよい。
　次に図５を参照して、第二実施形態のオートクレーブ１について説明する
　第二実施形態においては、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細は省略する。
　即ち、第二実施形態では、高温ガス補助供給手段７として、図５に示すように第一実施形態と同様のガイドパイプ１３を上部保持治具４ｂの両端に備え、さらに当該上部保持治具４ｂの奥行き方向の中間部に空洞１５の内外を連通する流出孔１４を備えている。
　このようなオートクレーブ１においては、内側容器３の内部の高温ガスが、この上部保持治具４ｂの両端に備えられたガイドパイプ１３を通じ当該上部保持治具４ｂの空洞１５の内部へ流入し、中間部の流出孔１４から流出する。その結果より多くの高温ガスが当該空洞１５の内部へ流入することとなり、さらに効率的に上部保持治具４ｂの内面と成形材Ｗとの間の熱伝達を促進できる。
　従って、上部保持治具４ｂ両端のガイドパイプ１３と中間部の流出孔１４を有することで、上部保持治具４ｂ内面と成形材Ｗとの熱伝達を促進し、成形材Ｗの加熱硬化成形時間の短縮が達成できる。また成形材Ｗへ供給される熱量の均一化を図ることも可能となるので、即ち、加熱ムラや成形材Ｗ内部の発熱による不良品発生を抑制することができる。
　なお、上記流出孔１４は複数設けてもよい。また、流出孔１４を空洞１５における奥行き方向の中間部のみならず、他の箇所に形成してもよい。
　次に図６と図７を参照して、第三実施形態のオートクレーブ１について説明する。
　第三実施形態においては、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細は省略する。
　第三実施形態のオートクレーブ１は、図６に示すように、上部保持治具４ｂの空洞１５内に総伝熱面積を増大させる第一のフィン１６が設けられている。
　この第一のフィン１６は、空洞１５の内周面から突出するとともに奥行き方向に延在しており、当該内周面の周方向に間隔をあけて複数が設けられている。本実施形態においては、空洞１５の内周面における幅方向に対向するように一対が設けられるとともに上下方向に対向するように一対が設けられている。
　本実施形態においては、高温ガス補助供給手段７によって上記上部保持治具４ｂの空洞１５の内部へ流入した高温ガスと、当該上部保持治具４ｂと、成形材Ｗとの熱伝達をさらに向上させることができる。従って、成形材Ｗの加熱硬化成形時間のさらなる短縮が達成できる。また成形材Ｗへ供給される熱量の均一化を図ることも可能となり、即ち、加熱ムラや成形材Ｗ内部の発熱による不良品発生を抑制することができる。
　なお、例えば第一フィンは、図７に示すように、空洞１５の内周面から突出するとともに、空洞１５の一端側から他端側に向かうに従って内周面の周方向に漸次捩れるスパイラル状に形成されていてもよい。これによって、当該空洞１５内に導入される高温ガスによる旋回流が生成されるため、さらなる熱伝達向上と成形材Ｗへの供給熱量の均一化の効果が得られる。
　次に図８及び図９を参照して、第四実施形態のオートクレーブ１について説明する。
　第四実施形態では、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細は省略する。
　図８及び図９に示すように、本実施形態の下部保持治具４ａの下面には、当該下面から突出するとともに奥行き方向に延在する第二のフィン１７が複数設けられている。本実施形態においては、下方に向かって凸状をなす下部保持治具４ａの下面における当該凸状の幅方向外側を向く面に、複数（本実施形態ではそれぞれ３つ）の第二フィンが上下方向に間隔をあけて設けられている。
　上記下部保持治具４ａに備えられた第二のフィン１７の存在によって、総伝熱面積が増大し、高温ガス供給手段５によってガス流入口９を通じて内側容器３に流入した高温ガスから、当該下部保持治具４ａへの熱伝達が増大し、さらなる成形材Ｗの加熱硬化成形時間の短縮が達成できる。また成形材Ｗへ供給される熱量の均一化を図ることも可能となり、即ち、加熱ムラや成形材Ｗ内部の発熱による不良品発生の抑制もできる。
　なお、第二のフィン１７は高温ガスの流入方向に沿うように設けられてもよい。これによって第二のフィン１７が高温ガスの流れの妨げにならなることはないため、気流抵抗が減少し、熱伝達をさらに向上させることができる。なお、この第二のフィン１７の設置位置、寸法、ピッチ、材質及び肉厚等を適宜変更することが可能である。
　また、本実施形態のオートクレーブ１には、図８及び図９に示すように、下部保持治具４ａの周辺の内側容器３内にはフローガイド１８が備えられている。
　フローガイド１８は、高温ガス供給手段５によって内側容器３内へ取り込まれた高温ガスを、下部保持治具４ａに備えられた第二のフィン１７に沿って流れるよう案内し、当該下部保持治具４ａにおける熱伝達効果を増大させるように作用するものである。このフローガイド１８は、各保持治具４に対応して一対が設けられている。各フローガイド１８は、奥行き方向に延在する板状をなしており、それぞれ保持治具４の下方から上方に向かうに従って幅方向外側に湾曲した形状をなしている。
　このフローガイド１８によって高温ガスが効果的に流れることで熱伝達が向上し、さらなる成形材Ｗの加熱硬化成形時間の短縮につながる。また成形材Ｗへ供給される熱量のさらなる均一化を図ることも可能となり、加熱ムラや成形材Ｗ内部の発熱による不良品発生の抑制が達成できる。
　上記フローガイド１８については、図８及び図９に示すように下部保持治具４ａの周辺だけでなく、上部保持治具４ｂの周辺にも設置する等、内側容器３の内部の高温ガスからの熱伝達を向上できる設置場所を、様々に選択することが可能である。
　さらに本実施形態のオートクレーブ１には、図８及び図９に示すように、黒体塗料１９が下部保持治具４ａの下面に塗布されている。
　上記黒体塗料１９の塗布によって下部保持治具４ａ表面からの熱放射率が増大することで、輻射伝熱による熱伝達が向上する。
　なお、この黒体塗料１９は熱的に黒体であれば足り、必ずしも黒色の塗料である必要はない。一般的な白色ペイントであっても効果がある。また、この黒体塗料１９は下部保持治具４ａの下面だけでなく、当該下部保持治具４ａの全面に塗布することや、上部保持治具４ｂに塗布してもよく、この場合はさらなる熱伝達向上を期待できる。
　上記黒体塗料１９の塗布による輻射熱伝達の向上で、さらに成形材Ｗの加熱硬化成形時間を短縮できる。
　以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、必ずしもこれらに限定されることはなく、多少の設計変更も可能である。
　例えば本発明の実施形態においては下部保持治具４ａを下側に、上部保持治具４ｂを上側に配置し、成形材Ｗの加熱硬化成形を行うこととしている。しかし上部保持治具４ｂを水平方向に対して右側に、下部保持治具４ａを水平方向に対して左側に配置して成形材Ｗを保持し加熱硬化成形を行う等、成形材Ｗを保持する方向が変化しても成形可能である。
　さらに、本発明の実施形態における大型のベント型ストリンガー成形材を成形するという目的によれば、上部保持治具４ｂは成形材Ｗの形状を保持でき、かつ高温ガスを流出入させるための内部空洞１５を持っていればよく、また下部保持治具４ａについては、成形材Ｗの形状を保持できればよい。
１…オートクレーブ、２…圧力容器、３…内側容器、４…保持治具、
４ａ…下部保持治具、４ｂ…上部保持治具、５…高温ガス供給手段、
６…循環手段、７…高温ガス補助供給手段、８…ヒーター、９…ガス流入口、
１０…ガス流出口、１１…支柱、１２…ベースプレート、１３…ガイドパイプ、
１４…流出孔、１５…空洞、１６…第一のフィン、１７…第二のフィン、
１８…フローガイド、１９…黒体塗料、Ｗ…成形材、Ｒ…ガス流路
 

Claims (9)

  1. 　加熱対象となる成形材を、高温ガスにより加熱硬化させるオートクレーブであって、
    　前記成形材が内部に配置される圧力容器と、
    　前記成形材を形状保持し、内部が空洞に形成された保持治具と、
    　前記高温ガスを前記圧力容器内で前記成形材に供給する高温ガス供給手段と、
    　前記高温ガスを前記保持治具の前記空洞内に供給する高温ガス補助供給手段とを備えることを特徴とするオートクレーブ。
  2. 　前記高温ガス補助供給手段が、前記圧力容器内への高温ガス供給手段が供給する前記高温ガスの一部を取り込み、前記保持治具の前記空洞内に案内するガイドパイプを有する請求項１に記載のオートクレーブ。
  3. 　前記ガイドパイプが前記保持治具の前記空洞の両端に備えられ、
    　前記保持治具に、前記空洞内外を連通し、前記ガイドパイプによって前記空洞内に供給される前記高温ガスを流出させる流出孔が形成されている請求項２に記載のオートクレーブ
  4. 　前記保持治具の前記空洞を形成する内面に配置された第一フィンを備える請求項１から３のいずれか一項に記載のオートクレーブ。
  5. 　前記第一フィンがスパイラル状に配置されている請求項４に記載のオートクレーブ。
  6. 　前記保持治具の外面に配置された第二フィンを備える請求項１から５のいずれか一項に記載のオートクレーブ。
  7. 　前記圧力容器内の高温ガス供給手段によって供給される前記高温ガスを、前記保持治具の外面に沿うように案内するフローガイドを備える請求項１から６のいずれか一項に記載のオートクレーブ。
  8. 　前記保持治具の表面に黒体塗料が塗布されている請求項１から７のいずれか一項に記載のオートクレーブ。
  9. 　加熱対象となる成形材を、高温ガスにより加熱硬化させる成形材の加熱硬化方法であって、
    　前記成形材を、内部が空洞に形成された保持治具で形状保持し、
    　圧力容器内に配置される前記成形材に対して高温ガス供給手段により前記高温ガスを供給し、
    　前記高温ガスを高温ガス補助手段によって前記保持治具の前記空洞内に供給することを特徴とする成形材の加熱硬化方法。
     
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