(57)【要約】      （修正有）【課題】加熱効率が高く、成形材の均一加熱及び圧力容器内の温度制御を図ることが可能な、オートクレーブ及びオートクレーブを用いた成形材の加熱硬化方法を提供する。【解決手段】オートクレーブ１は、内部に加熱対象となる成形材を収容する圧力容器１０と、前記圧力容器内に加圧状態で充填される加熱用液体１５と、前記加熱用液体を加熱する加熱手段２１と、前記加熱用液体を前記圧力容器内で循環させる循環部３０とを備えるものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に加熱対象となる成形材を収容する圧力容器と、
前記圧力容器内に加圧状態で充填される加熱用液体と、
前記加熱用液体を加熱する加熱手段と、
前記加熱用液体を前記圧力容器内で循環させる循環部とを備えることを特徴とするオートクレーブ。
【請求項２】
前記加熱手段を備えるタンクと、
前記圧力容器に設けられた、前記加熱用液体を供給する供給口と、前記加熱用液体を排出する排出口とを備え、
前記循環部が前記圧力容器と前記タンクとを前記供給口及び前記排出口を介して接続する循環路である請求項１に記載のオートクレーブ。
【請求項３】
前記供給口がエゼクター構造を有している請求項２に記載のオートクレーブ。
【請求項４】
前記循環部として、前記圧力容器内に設置されたプロペラを更に有する、請求項２に記載のオートクレーブ。
【請求項５】
前記供給口と前記排出口とを複数備え、
前記循環路に、前記成形材の肉厚に応じて前記各供給口と前記各排出口における前記加熱用液体の流量を制御するバルブが設けられている、請求項２〜４の何れか一項に記載のオートクレーブ。
【請求項６】
前記供給口に気泡供給部が設けられた、請求項２〜５の何れか一項に記載のオートクレーブ。
【請求項７】
前記加熱用液体の供給・排出口が前記圧力容器に設けられ、
前記循環部としてのプロペラと前記加熱手段とを前記圧力容器の内部に備える請求項１に記載のオートクレーブ。
【請求項８】
前記加熱対象となる成形材が、長手方向に延伸している複合材である請求項１〜７の何れか一項に記載のオートクレーブ。
【請求項９】
請求項１に記載のオートクレーブを用いた成形材の加熱硬化方法であって、
加熱対象となる成形材を、前記圧力容器に収容する工程と、
前記圧力容器内を、加圧した加熱用液体で充填する工程と、
前記加熱用液体を前記圧力容器内で循環させて、前記成形材を加熱硬化する工程とを有することを特徴とする。
【請求項１０】
請求項９に記載の成形材の加熱硬化方法であって、
前記成形材を加熱硬化する工程の後、
前記圧力容器内の圧力を保持したまま、前記圧力容器内から加熱用液体を排出する工程と、
前記加熱用液体の沸点よりも高い所定の温度で、前記圧力容器を解放し、前記圧力容器内に残存する前記加熱用液体を蒸発させる工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機、産業機器等の構成部品としての複合材の成形材を加圧下で加熱するオートクレーブ及び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ものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）からなる成形材の生成方法として、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。
【０００３】
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収容した状態で、前記圧力容器内の高圧・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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１０９６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のオートクレーブでは、窒素等のガスを加熱循環させて生じた気流から成形材への熱伝達率が低いという問題がある。特に、長手軸方向が長い成形材をオートクレーブ成形する場合には、高圧容器のガスの供給口又は排出口からの距離、及び成形材の形によって、高圧容器内に気流の流速分布が発生する。従って、高圧容器内に温度分布が発生し、成形材の均一加熱が難しいという問題がある。
【０００６】
また、特許文献１のオートクレーブでは、気流から成形材への熱伝達率が低いため、高圧容器内部の雰囲気温度が、オートクレーブに必要な温度に追従しにくいという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、加熱効率が高く、成形材の均一加熱及び圧力容器内の温度制御を図ることが可能な、オートクレーブ及びオートクレーブを用いた成形材の加熱硬化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係るオートクレーブは、内部に加熱対象となる成形材を収容する圧力容器と、前記圧力容器内に加圧状態で充填される加熱用液体と、前記加熱用液体を加熱する加熱手段と、前記加熱用液体を前記圧力容器内で循環させる循環部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、圧力容器内部に、加熱手段で加熱された加熱用液体を循環させることができる。液体はガスと比べて熱容量が高いため、液体から成形材への熱流束が大きくなる傾向がある。従って、従来の高圧・高温のガスが循環している圧力容器と比べて、本発明の圧力容器では、液体から成形材への熱伝達率がよく、加熱効率が高い傾向がある。また、液体は熱容量が高いため、ガスと比べて温度が変化しにくい傾向がある。従って、本発明の圧力容器では、温度分布が発生しにくく、圧力容器内の温度制御が容易であり、成形材の均一加熱を図ることができる。
【００１０】
また、本発明に係るオートクレーブは、前記加熱手段を備えるタンクと、前記圧力容器に設けられた、前記加熱用液体を供給する供給口と、前記加熱用液体を排出する排出口とを備え、前記循環部が前記圧力容器と前記タンクとを前記供給口及び前記排出口を介して接続する循環路であることが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、予め加圧及び加熱した加熱用液体を圧力容器に送液し、オートクレーブ内で循環させることができる。このとき、タンク内に予め気体を封入するなどして、余裕を持たせることによって、成形材の加熱硬化が終わった後の加熱用液体をタンクに回収して再利用することができる。
【００１２】
また、本発明に係るオートクレーブは、前記供給口がエゼクター構造を有していることが好ましい。
また、本発明に係るオートクレーブは、前記循環部として、前記圧力容器内に設置されたプロペラを更に有することが好ましい。
【００１３】
このように、供給口がエゼクター構造を有していると、供給口でジェット流を発生させることができ、圧力容器内での成形材の加熱効率をより向上させることができる。
また、圧力容器内にプロペラを設置することで、圧力容器内に強制的な対流が発生し、圧力容器内での成形材の加熱効率をより向上させることができる。
【００１４】
また、本発明に係るオートクレーブは、前記供給口と前記排出口とを複数備え、前記循環路に、前記成形材の肉厚に応じて前記各供給口と前記各排出口における前記加熱用液体の流量を制御するバルブが設けられていることが好ましい。
【００１５】
このような構成によれば、成形材の肉厚が厚い部分では加熱用液体の流量を大きくし、薄い部分では流量を小さくするなどして流量制御をすることができる。成形材の肉厚が厚い部分と肉厚が薄い部分とを比べると、肉厚が厚い部分のほうが加熱効率が低下する傾向がある。しかし、このように成形材の肉厚に応じて、加熱用液体の流量を制御することが可能であれば、成形材の肉厚が厚い部分の流量を大きくして、加熱効率を向上させることができる。従って、肉厚が変化する成形材であっても均一加熱を図ることができる。
【００１６】
また、本発明に係るオートクレーブは、前記供給口に気泡供給部が設けられていることが好ましい。
【００１７】
このような構成によれば、圧力容器内に加熱用液体と同時に気泡を供給することができる。圧力容器内に気泡を混入させると、気泡と成形材の間に加熱用液体による境界層が形成され、熱伝達率を促進することができる。これは、成形材を覆う加熱用液体による境界層によって、成形材の加熱用液体の温度への追従性が向上するためである。
【００１８】
また、本発明に係るオートクレーブは、前記加熱用液体の供給・排出口が前記圧力容器に設けられ、前記循環部としてのプロペラと前記加熱手段とを前記圧力容器の内部に備えることが好ましい。
【００１９】
このような構成によれば、プロペラによって加熱手段で加熱された加熱用液体を圧力容器内で循環させることができる。従って、圧力容器内では、より温度分布が発生しにくく、圧力容器内の温度制御が容易であり、成形材の均一加熱を図ることができる。また、この構成では圧力容器内に循環部と加熱手段とが設けられているため、設置スペースを省スペースとすることが可能である。
【００２０】
また、本発明に係るオートクレーブは、前記加熱対象となる成形材が、長手方向に延伸している複合材であることが好ましい。
【００２１】
本発明に係わるオートクレーブは、特に長手方向に延伸している複合材（例えばストリンガー等）の形成に適用するのが好ましい。長手方向に延伸している複合材を従来のガスを充填させるオートクレーブで成形すると、圧力容器内に温度分布が発生し易く、均一加熱が難しい。しかし、本発明のように内部が熱容量の高い加熱用液体で充填されている圧力容器を用いれば、長手方向に延伸している複合材であっても均一に加熱することができる。
【００２２】
また、本発明に係るオートクレーブを用いた成形材の加熱硬化方法は、加熱対象となる成形材を、前記圧力容器に収容する工程と、前記圧力容器内を、加圧した加熱用液体で充填する工程と、前記加熱用液体を前記圧力容器内で循環させて、前記成形材を加熱硬化する工程とを有することを特徴とする。
【００２３】
このような方法によれば、液体はガスに比べて熱容量が高いため、従来の圧力容器内に高圧・高温ガスを循環させて成形材を加熱硬化する方法と比べて、高効率で成形材を加熱硬化することができる。また、熱容量の高い液体はガスと比べて温度が変化しにくい傾向がある。従って、加熱用液体を用いて成形材の加熱硬化を行う本発明の方法では、圧力容器内の温度制御がし易く、成形材の均一加熱を図ることができる。
【００２４】
また、本発明に係るオートクレーブを用いた成形材の加熱硬化方法は、前記成形材を加熱硬化する工程の後、前記圧力容器内の圧力を保持したまま、前記圧力容器内から加熱用液体を排出する工程と、前記加熱用液体の沸点よりも高い所定の温度で、前記圧力容器を解放し、前記圧力容器内に残存する前記加熱用液体を蒸発させる工程することが好ましい。
【００２５】
この方法では、成形材を加熱硬化する際の圧力を保持したまま、加熱用液体を圧力容器から排出した後に、圧力容器を解放することで、圧力容器内部を減圧状態にする。この操作によって、複合材の表面に残留している水分が減圧沸騰（フラッシング）して、蒸発する。従って、この方法によれば、圧力容器から取り出した複合材表面の水分を除去する操作を簡略化することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るオートクレーブ及び該オートクレーブを用いた成形材の加熱硬化方法によれば、圧力容器内に、加圧・加熱された加熱用液体が充填されているため、成形材の加熱効率を向上することができる。また、加熱用液体は熱容量が高いため、圧力容器内の温度制御が容易であり、成形材の均一加熱を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】オートクレーブを用いて成形材を加熱硬化する際の加熱温度プロファイルを示すグラフである。
【図２】（Ａ）本発明の第一実施形態に係るオートクレーブを示す全体構成図である。（Ｂ）本発明の第一実施形態に係るオートクレーブの圧力容器のＡ−Ａ‘断面を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係るオートクレーブの圧力容器から加熱用液体を排出する工程における、温度と時間との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第二実施形態に係るオートクレーブの圧力容器を側面から見た際の概略断面図である。
【図５】本発明の第三実施形態に係るオートクレーブの圧力容器を側面から見た際の概略断面図である。
【図６】（Ａ）本発明の第四実施形態に係るオートクレーブを側面から見た際の概略断面図である。（Ｂ）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Ｂ−Ｂ‘断面を示す概略断面図である。
【図７】本発明の第五実施形態に係るオートクレーブを示す全体構成図である。
【図８】本発明の第六実施形態に係るオートクレーブの圧力容器を側面から見た際の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第一実施形態］
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第一実施形態に係るオートクレーブ１について説明する。図２（Ａ）は、第一実施形態に係る圧力容器１０を備えたオートクレーブ１を示す全体構成図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の圧力容器１０のＡ−Ａ‘断面を示す概略図である。
【００２９】
（オートクレーブ）
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加熱対象の成形材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１０と、加熱用液体１５と、加熱手段２１と、循環部３０とを備えている。
【００３０】
なお、以下では圧力容器１０の延在方向（図２（Ａ）の左右方向、図２（Ｂ）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２（Ａ）の紙面奥行き方向、図２（Ｂ）の左右方向）を幅方向と称する。
【００３１】
圧力容器１０は、水平方向に延在する円筒形状の両端に加熱用液体１５を供給するための供給口１１と加熱用液体１５を排出するための排出口１２とを有している。更に、圧力容器１０の内部には供給口１１より導入された、加熱用液体１５が充填されている。
圧力容器１０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、圧力容器１０の内部に保持治具１４及び成形材Ｗを収容することができるようになっている。
圧力容器１０の内部に配置される保持治具１４は、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１４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ストリンガーのような大型で細長い形状をなしている。
圧力容器１０は、更に加熱用液体１５を排出するための排出口１３を有していてもよい。排出口１３にはバルブ３５を有する供給・排出路３４が設けられている。排出口１３は供給・排出路３４を介して、図示しない廃液タンクと接続してもよい。
【００３２】
加熱用液体１５としては、水、シリコンオイル、安定性のよい低級のオイルなどを用いることができる。なかでも特に、後処理の簡便さから水を使用することが好ましい。
【００３３】
加熱手段２１は、オートクレーブ１内を循環する加熱用液体１５を加熱するためのヒーターであって、本実施形態においては、圧力容器１０の外部に配置されているタンク２０内に設置されている。
タンク２０は、加熱用液体１５を圧力容器１０に向けて送液する送液口２２と、圧力容器１０から排出された加熱用液体１５を回収する回収口２３とを有している。
また、タンク２０には、タンク２０内の内圧を調整するためのガス等を供給・排出可能な、バルブ３３を有する供給・排出路３４が接続していてもよい。この供給・排出路３４を用いて、加熱用液体１５をタンク２０内に導入することも可能である。
タンク２０内は加熱用液体１５で充填されていてもよく、成形材Ｗを加熱硬化した後に、圧力容器１０から排出される加熱用液体１５を回収可能なスペースを有していてもよい。
【００３４】
本実施形態では、循環部３０は、圧力容器１０とタンク２０とを接続している循環路である。該当の循環路は、タンク２０の送液口２２と圧力容器１０の供給口１１との間と、圧力容器１０の排出口１２とタンク２０の回収口２３との間に設置されている。
タンク２０の送液口２２と圧力容器１０の供給口１１との間に設置された循環路には、加熱用液体１５を一定量で送液するためのポンプ３１が設けられていてもよい。
【００３５】
（成形材の加熱硬化方法）
次に、上記構成のオートクレーブ１を用いた成形材Ｗの加熱硬化方法について説明する。なお、本実施形態ではオートクレーブ１内を循環させる加熱用液体１５として水を用いる。
【００３６】
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、保持治具１４に成形材Ｗを載置した状態で圧力容器１０内に設置した後、圧力容器１０に水１５を充填する。その後、圧力容器１０内の水１５が所定の温度及び所定の圧力に到達するまで加熱及び加圧する。この加熱及び加圧は、タンク２０内の水１５をヒーター２１で加熱しながら、循環路３０を介して圧力容器１０に送液し、同時に圧力容器１０内から排出される水を循環路３０を介してタンク２０で回収し、加熱することを繰り返して行われる。このように、オートクレーブ１内で水１５を循環させながら、ヒーター２１で加熱を行う。このとき、ポンプ３１を用い、タンク２０から一定量の水を送液することが好ましい。さらに、タンクに設置された供給・排出路３２からガス（例えば、空気、窒素等）を導入して、オートクレーブ１内の圧力を上昇させることもできる。
【００３７】
オートクレーブ１を用いて成形材Ｗを加熱硬化させるためには、圧力容器１０内に収容されている成形材Ｗの温度の昇温速度及び降下速度を一定の範囲内に収める必要がある。図１に実線で成形材Ｗの加熱硬化に必要な理想の加熱温度プロファイルを示す。
従来オートクレーブ内に充填されていたガスの気流は、成形材への熱伝達率が低く、気流から成形材への温度応答が遅い傾向があった。従って、ガスの気流による加熱では、図１の一点鎖線で示すように、理想の加熱温度プロファイルとのタイムラグが大きくなってしまっていた。
本発明者らが、鋭意検討した結果、オートクレーブ１内に水などの加熱用液体１５を充填させると、成形材Ｗを加熱する際、図１の点線で示すように理想の加熱温度プロファイルとのタイムラグを小さくできることが判明した。
【００３８】
これは、液体はガスよりも単位体積あたりの熱容量が高く、成形材Ｗへの熱流束が大きいためだと考えられる。熱流束の大きい液体では、ガスと比べて１０〜１００倍の熱伝達率を得ることができ、加熱効率が向上する。即ち、成形材Ｗの加熱硬化成形時間の短縮が達成できる。
オートクレーブ１内で成形材Ｗの加熱に液体を用いる場合、液体は単位体積あたりの熱容量がガスよりも高いため、ガスより少ない流量で成形材Ｗの加熱を行うことができる。即ち、圧力容器１０の容積を小さくすることができ、圧力容器１０内の温度制御が簡便になる。
また、熱容量がガスよりも高い液体を圧力容器１０内で用いると、圧力容器１０内で温度分布が発生しにくく、ストリンガーのような長手方向に延伸している複合材を形成するための成形材であっても、均一加熱を図ることができる。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。従って、長手方向に延伸している複合材の成形においても不良品発生を抑制できる。
【００３９】
成形材Ｗを加熱硬化した後、図１の温度プロファイルに従って、成形材Ｗの温度を降下させるとよい。このとき、図３で示すように、圧力容器１０の内部の圧力を保持したまま、水１５を排出し、温度が大気圧下の沸点（１００℃）よりも若干高い温度（例えば１０１〜１０５℃）に到達すると同時に圧力容器１０を解放して、圧力容器１０内部の圧力を減圧する。この減圧によって、圧力容器内１０内に残存する水１５が減圧沸騰（フラッシング）して蒸発する。フラッシングを行うことによって、複合材表面の水分が少なくなるため、後の水分を除去する工程を簡略化できる。
【００４０】
ここで、圧力容器１０の内部の圧を保持したまま、圧力容器１０内から水１５を排出するには、供給・排出路３２又は供給・排出路３４より不活性の気体（空気、窒素等）を圧力容器１０内に供給するとよい。
一方、フラッシングを行うために圧力容器１０を解放する際には、供給・排出路３４のバルブ３５、又は圧力容器１０に成形材を導入するための扉を開放するとよい。
【００４１】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係るオートクレーブ１の構成について説明する。図４は、第二実施形態に係る圧力容器１０を側面から見た際の概略断面図である。尚、圧力容器１０以外の構成は、図２に示す第一実施形態と同じであるため、同じ符号を用いて説明を省略する。
【００４２】
第二実施形態では、圧力容器１０の下部に加熱用液体１５を供給するための供給口４１が、圧力容器１０の奥行き方向に等間隔で複数設置されており、供給口４１それぞれは、循環部（循環路）３０を介してタンク２０の送液口２２に接続されている。
第二実施形態では、供給口４１はエゼクター構造を有しており、供給口４１からエゼクター効果によってジェット流４２が発生している。
本実施形態では、加熱用液体１５を排出する排出口１２は圧力容器１０の上部に設置されているとよい。
【００４３】
このような本実施形態の圧力容器１０の内部では強制的に対流が発生し、加熱用液体１５から成形材Ｗへの熱伝達率をより向上させて、加熱効率を高めることができる。即ち、成形材Ｗの加熱硬化成形時間をより短縮することが可能となる。
【００４４】
なお、エゼクター構造を有する供給口４１及び排出口１２の設置位置は図４に限定されず、圧力容器１０の奥行き方向の両端に設置されていてもよい。
【００４５】
［第三実施形態］
次に、本発明の三実施形態に係るオートクレーブ１の構成について説明する。図５は、第三実施形態に係る圧力容器１０を側面から見た際の概略断面図である。尚、圧力容器１０以外の構成は、図２に示す第一実施形態と同じであるため、同じ符号を用いて説明を省略する。
【００４６】
第三実施形態では、圧力容器１０は、圧力容器１０の奥行き方向の両端に設けられた、加熱用液体１５を供給するための供給口１１及び加熱用液体１５を排出するための排出口１２、並びに圧力容器１０の内側の上部に設設けられた循環部５０であるプロペラを有している。プロペラ５０は、圧力容器１０の奥行き方向に等間隔で複数設置されている。
【００４７】
このような圧力容器１０の内部ではプロペラ５０によって強制的に対流５１を発生させることができ、加熱用液体１５から成形材Ｗへの熱伝達率をより向上させて、加熱効率を高めることができる。即ち、成形材Ｗの加熱硬化成形時間をより短縮することが可能となる。
【００４８】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態に係るオートクレーブ２の構成について説明する。図６（Ａ）は、第四実施形態に係るオートクレーブ２を側面から見た際の概略断面図であり、図６（Ｂ）はオートクレーブ２を正面から見た際のＢ−Ｂ‘断面を示す概略断面図である。
尚、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。
【００４９】
（オートクレーブ）
オートクレーブ２では、圧力容器１０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、加熱用液体１５を供給・排出するための供給・排出口５３と圧力容器１０の内側の上部に設けられた循環部５０であるプロペラを有している。更に、圧力容器１０の内部には供給・排出口５３より導入された、加熱用液体１５が充填されている。ここで、供給・排出口５３はバルブ５４が設置された供給・排出路５５と接続しており圧力容器内部の加熱用液体１５の量を適宜調節することが出来る。
圧力容器１０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、圧力容器１０の内部に保持治具１４及び成形材Ｗを導入することができるようになっている。
【００５０】
加熱手段５２は、オートクレーブ２内を循環する加熱用液体１５を加熱するためのヒーターであって、本実施形態においては、圧力容器１０の内部に配置されている。図６（Ｂ）では加熱手段５２は圧力容器１０の幅方向の両端に設置されているがこれに限定されることは無い。例えば加熱手段５２は圧力容器１０の下部に設置されていてもよい。
【００５１】
（成形材の加熱硬化方法）
次に、上記構成のオートクレーブ２を用いた成形材Ｗの加熱硬化方法について説明する。なお、本実施形態ではオートクレーブ２内を循環させる加熱用液体１５として水を用いる。
【００５２】
このオートクレーブ２を用いて成形材Ｗにオートクレーブ成形を施す際には、保持治具１４に成形材Ｗを載置した状態で圧力容器１０内に収容した後、圧力容器１０に水１５を充填する。その後、循環部５０であるプロペラで圧力容器１０内の水１５を攪拌しながら加熱手段５２にて水１５が所定の温度及び所定の圧力に到達するまで加熱及び加圧する。このとき、実施例１と同様に、図１に示す理想の加熱温度プロファイルに準じるようにして加熱を行うとよい。
【００５３】
従来、両端が密閉されている圧力容器にガスを封入して、オートクレーブ成形をする場合、圧力容器内のガスでは圧力容器の構造や成形材の形状など種々の外部要因によって、気流流束分布が生じ、圧力容器内で均一な温度分布を得にくい。そこで、従来のオートクレーブでは、圧力容器を二重管構造にするなど、圧力容器内でガスの循環を促進しやすい構成が採用されていた。
【００５４】
本実施形態で圧力容器１０内に充填する水１５などの液体は、ガスよりも単位体積あたりの熱容量が高く、成形材Ｗへの熱流束が大きい。このように、熱流束の大きい液体は、ガスと比べて１０〜１００倍の熱伝達率を有している。従って、圧力容器１０の内部を二重管構造などの複雑な構成としなくても、充分に水１５から成形材Ｗへと熱を伝達することができる。従って、従来に比べて、圧力容器１０の容積を小さくすることができる。
【００５５】
本実施形態のオートクレーブ２では、成形材Ｗの加熱硬化後、圧力容器１０内に常温の水を導入するなどして、冷却を行うことが好ましい。このとき、図１に示す理想の温度プロファイルに準じた降下速度で、冷却を行うとよい。
【００５６】
［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態に係るオートクレーブ３の構成について説明する。図７は、第五実施形態に係るオートクレーブ３の全体構成図であり、第五実施形態に係る圧力容器１０については側面から見た際の概略断面図で示されている。
尚、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。
【００５７】
（オートクレーブ）
オートクレーブ３では、圧力容器１０の下部に加熱用液体１５を供給するための供給口１１が、圧力容器１０の奥行き方向に等間隔で複数設置されており、供給口１１それぞれは、循環部（循環路）３０を介してタンク２０の送液口２２に接続されている。ここで、循環路３０には、タンク２０から一定の量の加熱用液体１５を送液するためのポンプ３１が設置されていてもよい。
また、圧力容器１０の上部に加熱用液体１５を排出するための排出口１２が、圧力容器１０の奥行き方向に等間隔で複数設置されており、排出口１２それぞれは、循環部（循環路）３０を介してタンク２０の回収口２３に接続されている。
【００５８】
本実施形態では、タンク２０の送液口２２に接続している循環路３０は分岐して、供給口１１それぞれに接続する供給路６１を形成している。各供給路６１には、圧力容器１０に供給する加熱用液体１５の流量を制御するためのバルブ（コンロトールバルブ）６３が設置されている。
また、タンク２０の回収口２３に接続している循環路３０は分岐して、排出口１２それぞれに接続している排出路６２を形成している。各排出路６２には、圧力容器１０から排出する加熱用液体１５の流量を制御するためのバルブ（コンロトールバルブ）６３が設置されている。
【００５９】
更に、本実施形態では、タンク２０の送液口２２に接続している循環路３０を、圧力容器１０に加熱用液体１５を送液する管と、タンク２０に加熱用液体１５を回収するための、流量調節路６４とに分岐させてもよい。流量調節路６４には流量調節バルブ６５が設けられ、加熱用液体１５の回収量を調整可能である。
この構成によれば、ポンプ３１の圧を一定としたまま、圧力容器１０に送液する加熱用液体１５の流量を調節することができる。
【００６０】
（成形材の加熱硬化方法）
次に、オートクレーブ３を用いた成形材Ｗの加熱硬化方法について説明する。なお、本実施形態ではオートクレーブ３内を循環させる加熱用液体１５として水を用いる。
【００６１】
このオートクレーブ３では、圧力容器１０の奥行き方向に向かって肉厚が異なる成形材Ｗに適用することが好ましい。
保持治具１４に肉厚が圧力容器１０の奥行き方向に異なる成形材Ｗを載置した状態で圧力容器１０内に設置した後、圧力容器１０に水１５を充填する。その後、実施形態１と同様にして圧力容器１０内の水１５が所定の温度及び所定の圧に到達するまで加熱及び加圧する。
このとき、本実施形態では、成形材Ｗの厚みに応じてバルブ６３の開度を調節することで、成形材Ｗに供給する水１５の流量６６及び圧力容器１０から排出する水１５の流量６６を制御することができる。このとき、図７で示すように、成形材Ｗの肉厚が厚い部分では加熱用液体１５の流量６６を大きくし、薄い部分では加熱用液体１５の流量６６を小さくすることが好ましい。
成形材Ｗの各肉厚に応じた流量については、予め決定しておくとよい。
【００６２】
加熱用液体１５の流量６６が大きい場合、成形材Ｗと接触する加熱用液体１５の量が多くなるため、加熱用液体１５から成形材Ｗへの熱伝達率が高くなる傾向がある。一方、成形材Ｗでは肉厚の厚い部分は薄い部分と比べて熱伝達率が低い傾向にある。
即ち、本実施形態で示すように加熱用液体１５の流量６６を調節することで、肉厚が変化する成形材Ｗであっても、肉厚に応じて流量６６を調節して、均一加熱を図ることができる。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。
【００６３】
［第六実施形態］
次に、本発明の六実施形態に係るオートクレーブ１の構成について説明する。図８は、第六実施形態に係る圧力容器１０を側面から見た際の概略断面図である。尚、圧力容器１０以外の構成は、図２に示す第一実施形態と同じであるため、同じ符号を用いて説明を省略する。
【００６４】
第六実施形態では、圧力容器１０の下部に加熱用液体１５を供給するための供給口１１が、圧力容器１０の奥行き方向に等間隔で複数設置されており、供給口１１それぞれは、循環部（循環路）３０を介してタンク２０の送液口２２に接続されている。
本実施形態では、供給口１１に気泡供給部７１が設けられており、圧力容器１０内には加熱用液体１５と共に気泡７３が供給されている。なお、気泡供給部７１には、気泡７３の供給量を制御するためのバルブ７２が設けられていてもよい。
また、本実施形態では、加熱用液体１５及び気泡７３を排出する排出口１２は圧力容器１０の上部に設置されている。
【００６５】
このように圧力容器１０の中に加熱用液体１５と気泡７３とを同時に供給すると、気泡７３と成形材Ｗとの間に加熱用液体１５による境界層が形成され、熱伝達率を促進することが出来る。これは、成形材を覆う加熱用液体による境界層によって、加熱用液体１５の温度への追従性が向上するためである。即ち、本実施形態によれば成形材Ｗの加熱硬化成形時間をより短縮することが可能となる。
【００６６】
また、本実施形態では、成形材Ｗの肉厚に応じて、バルブ７２を調整して、気泡７３の量を変えることができる。
成形材Ｗの肉厚が厚い部分では、気泡７３の供給量を多くすることが好ましい。成形材Ｗの肉厚が厚い部分は、肉厚が薄い部分に比べて加熱効率が低下する傾向が見られる。従って、気泡７３の供給量を多くして、熱伝達率を促進可能な境界層の面積を増やし、加熱用液体１５から成形材Ｗへの熱伝達率をより促進させるとよい。
【００６７】
尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１、２、３  オートクレーブ
１０  圧力容器
１１  供給口
１２  排出口
１３  排出口
１４  保持治具
１５  加熱用液体（水）
２０  タンク
２１  加熱手段（ヒーター）
２２  送液口
２３  回収口
３０  循環部（循環路）
３１  ポンプ
３２、３４  供給・排出路
３３、３５  バルブ
４１  供給口
４２  ジェット流
５０  循環部（プロペラ）
５１  対流
５２  加熱手段（ヒーター）
５３  供給・排出口
５４  バルブ
５５  供給・排出路
６１  供給路
６２  排出路
６３  バルブ
６４  流量調節路
６５  流量調節バルブ
６６  流量
７１  気泡供給部
７２  バルブ
７３  気泡
Ｗ  成形材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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