JPH0214730A - オートクレーブのガス循環方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、航空機、産業機器等の部品用としての繊維強
化プラスチック（ＦＲＰ）の積層構造体並びに電子機器
部品用しての多層プリント配線板等の成形材を、加熱加
圧して成形するに用いられるオートクレーブのガス循環
方法及びその装置に関するものである。

従来の技術 従来、ＦＲＰやプリント配線板などの成形材をオートク
レーブにて加熱加圧して成形する技術として、例えば、
特開昭５８−６２０１８号公報、特開昭６０−２５８９
９６号公報、特開昭６１−９４７４２号公報、特開昭６
２−２８２２８号公報記載のものなど多数が知られてい
る。

これらの技術は、第５図、第６図に示すように、成形材
１を収容し扉２にて密閉可能に設けると共に送風ファン
３３によりガスを循環させる風洞７を備えた圧力容器Ａ
と、該圧力容器内に高圧カスを供給して成形材１を加圧
する伽圧手段Ｂと、前記容器内に供給された高圧ガスを
圧力容器内部後方に設置した熱交換器５を介して加熱、
冷却する加熱冷却手段Ｃと、前記加熱冷却手段により加
熱または冷却されたガスを、圧力容器外部モータ３０よ
り密封装置３４を介して容器内に設けた送風ファン３３
により送風し、風洞７の外通風路７ａを通じて風洞内７
ｂへと循環できるよう設けたファン駆動装置Ｅと、成形
材１を密封した真空バッグ１２内を減圧して高真空にす
る減圧手段りとより構成している。

そして、第５図、第６図に示すように、成形材１を定盤
１１の治具９上に載置し、ブリーザクロスにて覆い、更
に、真空バッグ１２にて被覆しシーラント（シリコン封
じ剤）にて密封して、圧力容器Ａ内に搬入し、前記真空
バッグ１２内を外部の減圧手段りに接続し圧力容器Ａ内
を密閉した後、前記真空バッグ１２内を減圧し、次いで
、圧力容器Ａ内に高圧ガス（不活性ガス）を供給して成
形材１を加圧すると共に該ガスを加熱し、前記ファン３
３により風洞７の外通風路７ａを通り扉内部壁２ａにて
反転させ、風洞内７ｂを介して加熱高圧ガスを循環させ
て成形材１を加圧加熱し接着硬化せしめ成形している。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、これらの技術には下記のような課題があ
る。

ファン３３により容器内壁Ａａと風洞壁６との間に形成
された外通風路７ａを通り扉内壁２ａにて反転するガス
は、第５図に示すように、外通風路７ａの末端部から風
洞内７ｂにかけて大きな空洞１０ａ　（エアポケット）
が生じている。そのため圧力容器Ａの入口部分の風速度
分布が乱れて、ガスの温度分布にバラツキが生じる。更
に、風洞内７ｂを進行するガスは風洞内７ｂの中央部に
流れが集中する傾向があり、第７図に示すような風速度
分布３５となる。

その結果、圧力容器Ａの入口部及び風洞内７ｂ円周部の
成形材１を均一に加熱することができず、しかも、この
ような風の流れでは、成形材１を置いた場合、第５図に
示すその影の部分１４には風が当りにくく、従って、風
の当る部分と当らない部分とは加熱にバラツキが生じ、
その加熱むらのため接着硬化させた製品は品質上問題が
ある。即ち、接着状態にバラツキが生じ、宇宙機器、航
空機など信頼性を重視する部品や構造体には使用できな
い。

従って、圧力容器Ａの入口部及び風洞内７ｂの円周部分
は使用できず、更に、成形材１の影の部分１４における
加熱むらを避けるため成形材相互の配置間隔を広くとら
ねばならず、オートクレーブの使用効率を大幅に低下さ
せている。

本発明は前述の課題を解決することを目的として開発し
たものである。

課題を解決するための手段 本発明は、第１図ないし第４ｃ図に示すように、成形材
１を収容し扉２にて密閉可能に設けると共に送風ファン
３３によりガスを循環させる風洞７を備えた圧力容器Ａ
と、前記圧力容器内に高圧ガスを供給して成形材１を加
圧する加圧手段Ｂと、前記圧力容器内に供給された高圧
ガスを加熱、冷却する加熱冷却手段Ｃとを備えて成形材
１を加圧加熱し接着硬化させるオートクレーブにおいて
、容器内壁Ａａと風洞壁６との間に形成された外通風路
７ａ末端より流出するガス流を旋回流とする案内羽根Ｈ
を該外通風路内に設け、これに対面する扉内壁２ａによ
り反転させて、ガスが風洞内７ｂを旋回しつつ流れるよ
う構成したものである。

作用 そして、このように構成することにより、容器内壁Ａａ
と風洞壁６との間に形成された外通風路７ａより流出す
るガス流を、案内羽根Ｈにより旋回流とした後、これに
対面する扉内壁２ａで反転させ、その反転流が風洞内７
ｂを旋回しつつ流れるようにしたものである。

実施例 以下、添付図面に従い本発明の詳細な説明する。

本発明を実施する装置は、第１図ないし第４ｃ図に示す
ように、成形材１を収容し密閉する扉２とガスを循環さ
せる風洞７とを備えた圧力容器Ａと、前記圧力容器Ａ内
に高圧ガスを供給して成形材１を加圧する加圧手段Ｂと
、前記圧力容器内に供給された高圧ガスを圧力容器内部
後方に設置したヒータ２６と熱交換器５を介して加熱、
冷却する加熱冷却兼用Ｃと、前記成形材１を密封する真
空バッグ１２内を減圧して高真空にする減圧手段りと、
前記加熱冷却手段により加熱または冷却されたガスを圧
力容器Ａ内に送風するファン駆動装置Ｅとを備えて成形
材１を加圧加熱し接着硬化させるオートクレーブにおい
て、容器内壁Ａａと風洞壁６との間に形成された外通風
路７ａ末端より流出するガス流を旋回流とする案内羽根
Ｈを該外通風路内に設け、これに対面する扉内壁２で反
転させてガスが旋回しつつ風洞内７ｂを流れるよう構成
したものである。

次に、各手段、部材及び装置についてその詳細を説明す
る。

圧力容器Ａは、第１図、第２図に示すように、定盤１１
（プラテンともいう）上に真空バッグ１２にて密封され
た成形材１を載置する台車３をレール４へと搬入、搬出
可能で且つ扉２にて密閉できるよう設け、更に、熱交換
器５の手前位置で且つ圧力容器Ａの内壁Ａａに沿って円
筒状の薄板風洞壁６にて二重の風洞７（即ち、外通風路
７ａ。

風洞内７ｂ）を形成せしめ、圧力容器Ａの後部位置には
、ファン駆動袋ｆｉＥを配設したものである。

なお、圧力容器Ａの内部には断熱材８を全内周壁面に施
こしている。

定盤１１は、その表面を平滑に形成せしめ、更に、図示
していないが、該定盤の略中央部には真空路を設けたも
ので、該真空路は真空バッグ１２にて密封された積層成
形材１内の空気を、第２図に示すように、真空継手１３
ｂ、１３ａを介して外部の減圧手段りに連通、遮断でき
るよう設けたものである。また、航空機構造体や大型部
品などの場合は、定盤上に通気性のあるブリーザクロス
にて成形材を覆い、その上に真空バッグを被せ、該真空
バッグの適所より真空引きができるよう設けている。

加圧手段Ｂは、第１図に示すように、一般には、圧力容
器Ａ内に２０ｋｇ／ａｄ以下の高圧チッソガス、高圧炭
酸ガス、高圧空気などの高圧ガスを高圧ガス供給装置１
５により自動弁１６を介して供給できるよう設けたもの
で、前記ガスはヒータ２６及び熱交換器５を介して加熱
または冷却される。そして、自動弁１７を介して排気さ
れる。また、圧力容器Ａ内が所定の圧力を超えた時に減
圧するための安全弁１８を設けている。

加熱冷却手段Ｃは、第１図に示すように、圧力容器Ａの
外部より内部後方の第二台車２０上に電気ヒータ２６と
熱交換器５とを配設し、ヒータ及び熱交換器５（この場
合はクーラとして使用）に冷却水を供給して圧力容器内
のガスを加熱または冷却するようにしたもので、冷却水
を供給する自動弁２２とを圧力容器Ａを貫通し熱交換器
５に連通させ、更に、該熱交換器の下方より圧力容器Ａ
の下部を連通し自動弁２３を介して冷却水が排出できる
よう設けたものである。

なお、加熱冷却手段の他の例として、圧力容器Ａの外部
で加熱および冷却する手段を設け、その加熱および冷却
されたガスを圧力容器内に供給するようにしてもよい、
また、加熱手段として電気ヒータの代りに、高圧蒸気を
第５図に示す自動弁２１より供給するようにしてもよい
、但し、この場合、熱交換器５は加熱冷却兼用として用
いる。

減圧手段りは、第１図、第２図に示すように圧力容器Ａ
の外部に設置された真空ポンプ２４から自動弁２５を介
して圧力容器Ａ内部へ連通して配管したものである。そ
して、その配管の先端部には、第２図に示すように、真
空継手１３ａを設け、該真空継手は真空バッグ１２内部
より連通して、しかも、気密を保持して接合せしめた真
空継手１３ｂと着脱可能に設けている。そして、真空ポ
ンプ２４の作動により成形材１を被覆し密封せしめた真
空バッグ１２内部を減圧し高真空にすることができる。

ファン駆動装置Ｅは、第１図、第２図に示すように、圧
力容器Ａの後部にモータ３０を内蔵した小型容器３１（
小型圧力容器）を密封可能に設けると共に圧力容器Ａの
後部内部に突出させたモータ軸３２に嵌合い固着せしめ
た送風ファン３３とより成るファン駆動手段Ｆと、小型
容器３１内のガスの温度を検出する温度検出器２７とそ
の検出信号を自動弁２８に伝達して小型容器内のモータ
を許容温度以下に冷却し制御するモータ冷却手段Ｇとよ
り構成したものである。

なお、ファン駆動装置の他の実施例として、第５図に示
すように、モータ３０を圧力容器Ａの後部外部位置に設
け、該モータ軸を密封装置３４を介して容器内部に突出
させ、該モータ軸の先端部に送風ファン３３を嵌合い固
着させるようにしてもよい。

案内羽根Ｈは、第１図ないし第４Ｃ図に示すように、圧
力容器内壁Ａａと風洞壁６との間に形成された外通風路
７ａ末端より流出するガス流を旋回流とするもので、該
外通風路内に設けたものである。そして、実施例では、
第３ａ図、第４ａ図に示すように、外通風路７ａの流出
部全周域に。

多数の羽根４０を、第３ｂ図に示すように、先端部を螺
子切りした支軸４１を支点として可変可能に、または、
直進するガスを適宜な方向に案内する位置で固定できる
よう配設したものである。そして、羽根の構造は、第３
ｂ図、第３ｃ図に示すように１羽根板４０ａの中央切欠
き部にはボス４ｏｂを一体化して設け、該ボスには雌螺
子を切っており、該羽根は風洞壁６を介して支軸４１の
螺子部にて適宜な角度で固定できるよう構成したもので
ある。また、羽根４０の形状は、実施例では、第３ｃ図
に示すように、ガスが所望する旋回流４２になるよう適
宜に湾曲させている。

また、案内羽根Ｈの他の実施例として、第３ｄ図に示す
ように１羽根４０の軸４０ｃに羽根板４０ａと同方向に
してレバー４４を風調壁６を介して固着せしめ、羽根４
０ａを所望の角度にしてボルト４５にて固定できるよう
構成したものである。

そして、このように構成することにより、案内羽根Ｈが
外通風路７ａの奥側位置に配設してもレバー４４の角度
でそれぞれの羽根の角度が確認できる。そして、多数の
レバー４４の先端部を、例えば、第４ｃ図に示すように
、風洞壁６の内周に沿って設けたリング板４６に連結し
、リング板４６を円周方向に手動または自動的に動かす
ことにより、多数の案内羽根Ｈを同時に動かし旋回流の
状態を容易に制御できる。

更に、羽根４０の取付は角度αは、本発明実施例では、
第４ｂ図に示すように、略３０度に設定したが、風？ｆ
ｉ７の大きさや長さ、成形材１の形状及び大きさ等によ
り適宜法められる。即ち、羽根４０の角度を緩く（小さ
い）すると旋回流４２のピッチが大きく直進性は大きく
なるため、ガスは風洞内７ｂに置かれた成形材の影の部
分に余り当らずに流れることになる。また、角度をきつ
く（大きい）すると旋回流４２のピッチが小さく直進性
は小さくなるため、ガスは風洞内７ｂで細かく旋回しな
がら移動するので成形材の影の部分にも当り、影の影響
を少なくすることができる。それ故１羽根の角度は対象
物に応じて最適な角度を採用するようにすればよい。

なお、案内羽根Ｈの外通風路７ａ内の配設位置は、実施
例では外通風路７ａの吐出部位置に設けているが、第４
ｃ図でも示すように、外通風路７ａ内のどの位置でもよ
く、また、羽根の数及びその間隔も風洞の大きさや風速
などによって適宜法められ、本発明実施例に限定されな
い。

そして、このように構成することにより、送風ファン３
３により外通風路７ａ内を直進するガス流は１羽根４０
によって方向修正されて旋回流４２となり、該ガスを外
通風路７ａの末端部より流出させて扉内壁２ａにて反転
させ、風洞内７ｂへと、第１図の実線の矢印で示すよう
に、渦流が旋回しながら流れ、ガスは熱交換器５より吸
い込まれ、送風ファン３３により圧力容器Ａ内を循環す
る。なお、ここでいう渦流は空洞を生じるものではなく
、風洞内７ｂを旋回しながら流れるものである。

この結果、第３ａ図に示す外通風路７ａの末端部（ガス
流出部）から風洞内７ｂにかけて生じる空洞１０ｂは極
めて小さく、扉内壁２ａにて反転して風洞内７ｂ内へと
渦流が旋回しながら流れるため、ガスは、第１図に示す
ように、風洞内７ｂの成形材全体を包み込むようにして
流れる。そして、風洞内各部の風速度分布４３は、第３
ａ図の二点鎖線で示すように、均一となり、しかも、旋
回流４２が各成形材１間に流れるため、第１図に示すよ
うに、成形材１の影の部分１４にも風が当り、従って、
成形材１を加熱する温度分布も均一となる。

次に、その作用を説明する。

最初に、第１図、第２図に示すように、定盤１１上に治
具９（金型）を載置し、更に、該治具に沿わせて成形材
１を積層し、その上に離型フィルム、ブリーザクロスな
どを被せ、真空バッグ１２にて被覆しシーラントにて完
全密封し１台車３上に載せ圧力容器Ａ内に搬入する。

そして、真空継手１３ｂを圧力容器内配管部の真空継手
１３ａに接続して扉２を閉じ圧力容器Ａを密閉する。

次いで、第１図に示す真空ポンプ２４と自動弁２５とを
作動させて真空バッグ１２の内部を減圧する。

このように、真空バッグ内部を減圧することにより、先
ず、成形材１を積層する際に介在した空気を真空作用に
より真空継手１３ｂ〜１３ａを通じて外部へ排出される
。

次いで、第１図に示す加圧手段Ｂの自動弁１６を作動さ
せて圧力容器Ａ内に高圧ガスを供給し真空バッグ１２を
介して成形材１を加圧すると共に加熱冷却手段Ｃのヒー
タ２６を作動させて圧力容器Ａ内の高圧ガスを加熱する
。続いて、ファン駆動手段Ｆのモータ３０を作動させて
送風ファン３３を回転させ、加熱されたガスは、第１図
に示すように、送風ファン３３により容器内壁Ａａと風
洞壁６との間に形成された外通風路７ａを直進して流れ
る。

そして、多数の案内羽根Ｈの羽根４０によってガスの流
れ方向を変えて旋回流４２にした後、該ガスを外通風路
７ａの末端部より流出させて扉内。

壁２ａで反転させ、その反転流を風洞内７ｂへと旋回し
ながら流れ、ガスは熱交換器５より吸い込まれ、送風フ
ァン３３により圧力容器Ａ内を循環する。

この結果、ガスは、第１図に示すように、風洞内７ｂの
成形材全体を包み込むようにして流れる。

そして、第３ａ図の二点鎖線で示すように、風洞内７ｂ
各部の風速度分布４３は全域略均−化され。

更に、旋回流４２が各成形材１間に流れるため、成形材
１の影の部分１４にも風が当り、成形材１は相互の間隔
を小さくしても均一に加熱される。

そして、成形材１の加熱が進行するが、成形材１への熱
伝達は全面より均一に行なわれ、温度上昇につれて−様
な溶融状態となり、成形材の形状が複雑であったとして
も、ガスが有する静水圧特性により全面より均一に加圧
加熱される。

続いて、成形材１の温度を更に上昇させ、規定温度に至
りでしばらくその温度を維持し、成形材を接着硬化させ
る。

次に、第１図に示すヒータ２６の電源を切って加熱を停
止し、続いて、自動弁２２を作動させて熱交換器５に冷
却水を供給し圧力容器Ａ内の加熱高圧ガスを冷却すると
共に冷却された高圧ガスは、前述したように、送風ファ
ン３３により送風され外通風路７８〜案内羽根Ｈ〜扉内
壁２ａ〜風洞内７ｂを介して圧力容器Ａ内を循環し成形
材１を均一に冷却する。

次に、自動弁２５を作動させて圧力容器Ａ内の圧力を徐
々に低下させる。

そして、成形材１が冷却されると、全ての作動を停止さ
せ、扉２を開き成形材１を外部へ搬出し一工程が完了す
る。

発明の効果 以上、本発明によると下記のような効果を奏する。

容器内壁と風洞壁との間に形成された外通風路より流出
するガス流を案内羽根により旋回流とした後、これに対
面する扉内壁で反転させ、その反転流が風洞内を旋回し
つつ流れるようにしているから、ガスは風洞内の成形材
全体を包み込むようにして流れるため、外通風路の末端
部から風洞内に生じる空洞は極めて小さく、風洞内置部
の風速度分布を均一にすることができ、しかも、成形材
の風の影の部分にも旋回流によって風が通過し、成形材
を全面より均一に加熱することができる。

従って、従来、生じていた外通風路の末端部から風洞内
にかけての大きな空洞に起因する圧力容器の入口部及び
風洞内円周部に位置する部分が使用できないという問題
が解消されると共に、成形材の風の影の部分がなくなり
成形材相互の間隔も小さくすることができる。

その結果、圧力容器の全容積で成形材を均一に加熱する
ことができ、品質のよい製品を成形することができると
共にオートクレーブの使用効率を大幅に向上することが
でき生産性向上も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置の一実施例を示す一部破断し
た概略側面図、第２図は第１図のＸ−Ｘ矢視した概略正
面図、第３ａ図は本発明に係る案内羽根の取付は状態を
示す概略部分断面側面図、第３ｂ図は案内羽根の取付は
状態を示す断面した部分上面図、第３ｃ図は一組の案内
羽根の構成を示す斜視図、第３ｄ図は案内羽根の他の実
施例を示す斜視図、第４ａ図は第３ａ図のＹ−Ｙ矢視し
た概略正面図、第４ｂ図は第４ａ図の２−２矢視した案
内羽根の概略側面図、第４ｃ図は第３ｄ図の案内羽根を
用いて多数の案内羽根の角度を同時に調整する機構を示
す機構説明図、第５図は従来の装置でその一部を破断し
た概略側面図、第６図は従来の装置で第５図の扉を開い
た状態を示す概略正面図、第７図は従来の装置の風洞内
における風速度分布状態を示す一部破断した概略部分断
面側面図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、成形材１を収容し扉２にて密閉可能に設けると共に
   送風ファン３３によりガスを循環させる風洞７を備えた
   圧力容器Ａ内で成形材１を加圧加熱し接着硬化させるオ
   ートクレーブにおいて、容器内壁Ａａと風洞壁６との間
   に形成された外通風路７ａより流出するガス流を、案内
   羽根Ｈにより旋回流とした後、これに対面する扉内壁２
   ａで反転させ、その反転流が風洞内７ｂを旋回しつつ流
   れるようにしたことを特徴とするオートクレーブのガス
   循環方法。 ２、成形材１を収容し扉２にて密閉可能に設けると共に
   送風ファン３３によりガスを循環させる風洞７を備えた
   圧力容器Ａと、前記圧力容器内に高圧ガスを供給して成
   形材１を加圧する加圧手段Ｂと、前記圧力容器内に供給
   された高圧ガスを加熱、冷却する加熱冷却手段Ｃとを備
   えて成形材１を加圧加熱し接着硬化させるオートクレー
   ブにおいて、容器内壁Ａａと風洞壁６との間に形成され
   た外通風路７ａ末端より流出するガス流を旋回流とする
   案内羽根Ｈを該外通風路内に設け、これに対面する扉内
   壁２ａにより反転させて、ガスが風洞内７ｂを旋回しつ
   つ流れるよう構成したことを特徴とするオートクレーブ
   のガス循環装置。