JP2012511440A - 一体型ヒートパイプを有するマンドレル - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、米国特許出願第61/237,328号、米国特許出願第61/232,822号、米国特許出願第61/121,952号の優先権を主張するものであり、それらの内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
フィラメントを巻き付けた複合パイプセグメントおよび複合容器は、それらの強度および軽さを含む有益な特性により、多様な分野で一般に使用される。製造では、マンドレルが、その周囲にフィラメントを巻き付ける形態として使用される。
フィラメントワインディングプロセスで使用されるマンドレルは当業者に周知であり、通常、Drawn Over Mandrel(DOM)鋼管で作製される。しかしながら、アルミニウムなど他の材料も使用される。こうしたマンドレルは中空であり、両端で機械加工されて、ワインディング機で使用される複数のジョーチャックおよび回転センターにしっかり取り付けることができるようにし、マンドレルを機械の中心に対して方向付け、樹脂繊維マトリックスのワインディング中にマンドレルを回転することができるようにされる。
当業者は、ヒートパイプおよび熱サイホンが周知の技術要素であることを理解するであろう。
本発明の他の実施形態では、誘導加熱を使用して、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面が加熱される。
4 未硬化エポキシ含浸フィラメント
6 第1の端部
8 加熱/冷却制御ユニット
10 一体型ヒートパイプを有するマンドレル(図3)、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面(図2)
12、612、708 誘導コイル
14 フィラメント
16 チャック
100 第2の端部
104 開放端
106、600 ライナ
108、610 内部体積
110 第1の端部
112 固定手段
114 第1の部分
116 第2の部分
118、404 熱源
10、120、520 外面
122 内面
124 伝熱流体
126、720 ワインディング機
400 アルキメデススクリュー
402、502 管状部材
406 一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリュー
408、620、714 プロセス制御装置
410、618、712 赤外線センサ
412、622 誘導電源
414 ねじ
416 端部
504、802 端キャップ
510 流体入口
512 流体出口
514 膨張手段
516 結合手段
518 ねじ付き部分
602 ねじ付き開口部
604 支持部材
606 回転チャック
608 玉弁
614 金属材料
616 水
704 未硬化フィラメント材料
706 熱誘導ユニット
710、716 電源
730 回転ラック機構
808 マンドレル
Claims (76)
- 樹脂含浸フィラメント状材料を使用して複合物品を作製する方法であって、
一体型ヒートパイプを有するマンドレルを提供するステップと、
前記未硬化複合材料を前記マンドレルの外面に加えるステップと、
前記物品を形成するように、前記マンドレルに加えた前記樹脂含浸フィラメント状材料を硬化させるステップと、を含み、
前記硬化するステップが、前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面の一部を加熱するステップを含む方法。 - 前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルがヒートパイプまたは熱サイホンを備える、請求項1に記載の方法。
- 前記未硬化複合材料を加えるステップが、前記フィラメント状材料を前記マンドレルの前記外面の周囲に加える間、前記マンドレルを前記マンドレルの軸の周りで回転させるステップを含む、請求項1または2に記載の方法。
- 前記軸が長手方向軸である、請求項3に記載の方法。
- 前記硬化するステップが、前記未硬化物品の前記外面を加熱するステップをさらに含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面の前記一部を加熱するステップが、前記未硬化複合材料を前記外面に加えるステップ後に行われる、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面の前記一部を加熱するステップが、前記未硬化複合材料を前記外面に加えるステップと同時に行われる、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面の前記一部を加熱するステップおよび前記未硬化加工物の前記外面を加熱するステップが炉内で行われる、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面を加熱するステップが熱誘導コイルを使用して行われる、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 硬化後に前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面を冷却するステップをさらに含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記冷却するステップが、前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面の一部を冷却することによって行われる、請求項10に記載の方法。
- 前記冷却するステップが内部管状部材を使用して行われ、前記管状部材が前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記内部体積内に配置されており、且つ流体入口、流路、流体出口、および前記流体入口と前記流体出口の間に位置付けられた膨張手段を備え、前記流体入口が液体源に連結されるように適合され、前記流体出口が出口に連結されるように適合される、請求項10または11に記載の方法。
- 前記フィラメント状材料が熱可塑性樹脂強化フィラメントである、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- 設定温度を維持するために、前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面の温度を監視かつ制御するステップをさらに含む、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記監視かつ制御するステップが、接触温度センサまたは非接触温度センサ、ならびに誘導電源および誘導コイルと動作可能に関連する制御ループを使用して行われ、設定温度が維持される、請求項14に記載の方法。
- 前記温度センサが赤外線温度センサである、請求項15に記載の方法。
- 樹脂含浸フィラメント状材料および金属ライナを使用して圧力容器を作製する方法であって、
一体型ヒートパイプを有するマンドレルを提供するステップであって、前記マンドレルがフィラメントワインディング機に着脱可能に取り付けるための第1の端部、前記ライナの開口部を通して前記ライナの内部体積内に挿入するために寸法決めされた第2の端部、および前記第1の端部と前記第2の端部との間に位置付けられ、前記ライナの前記開口部を前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルに解放可能に取り付けるように構成された固定手段を備える、一体型ヒートパイプを有するマンドレルを提供するステップと、
前記ライナを前記マンドレルに固定手段で取り付けるステップであって、前記マンドレルの前記第2の端部が前記ライナの前記開口部を通って前記ライナの前記内部体積内に配置され、前記マンドレルの前記第2の端部の外面が前記ライナの内面と伝熱関係である、前記ライナを前記マンドレルに固定手段で取り付けるステップと、
前記フィラメント状材料を前記ライナの前記外面の周囲に加える間、前記マンドレルを前記マンドレルの軸の周りで回転させることによって、前記未硬化フィラメント状材料を前記ライナに加えるステップと、
前記圧力容器を形成するように、前記マンドレルに加えた前記樹脂含浸フィラメント状材料を硬化させるステップと、を含み、
前記硬化するステップが、熱を前記ライナの前記内面に伝えるように、前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面の一部を加熱するステップを備えるステップを含む方法。 - 前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルがヒートパイプまたは熱サイホンを備える、請求項17に記載の方法。
- 前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面の前記一部を加熱するステップが熱誘導コイルを使用して行われる、請求項17または18に記載の方法。
- 前記ライナの前記内部体積が伝熱流体を含む、請求項17から19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ライナの前記内部体積が前記伝熱流体内の伝熱粒子をさらに含む、請求項20に記載の方法。
- 前記伝熱流体が水である、請求項20または21に記載の方法。
- 前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面の前記一部を加熱するステップが、前記未硬化複合材料を前記外面に加えるステップ後に行われる、請求項17から22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面の前記一部を加熱するステップが、前記未硬化複合材料を前記外面に加えるステップと同時に行われる、請求項17から22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記加熱するステップが炉内で行われる、請求項17から24のいずれか一項に記載の方法。
- 前記硬化するステップ後に前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面を冷却するステップをさらに含む、請求項17から27のいずれか一項に記載の方法。
- 前記冷却するステップが前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面の一部を冷却することによって行われる、請求項17に記載の方法。
- 樹脂含浸フィラメント状材料および非金属ライナを使用して圧力容器を作製する方法であって、
支持部の中を通る通路を画定する支持部を提供するステップであって、前記支持部がフィラメントワインディング機に着脱可能に取り付けるための第1の端部と、前記ライナの開口部に着脱可能に取り付けるための固定手段を備えており、且つ前記通路内の前記第2の端部に位置付けられた玉弁を有している第2の端部とを備える、支持部を提供するステップと、
前記ライナを前記固定手段で前記支持マンドレルの前記第2の端部に取り付けるステップであって、前記通路が前記ライナの内部体積と流体連通状態である、前記ライナを前記固定手段で前記支持マンドレルの前記第2の端部に取り付けるステップと、
伝熱流体および金属材料を前記ライナの前記内部体積に加えるステップであって、前記伝熱流体および前記金属材料が前記ライナの前記内面と伝熱関係である、伝熱流体および金属材料を前記ライナの前記内部体積に加えるステップと、
前記フィラメント状材料を前記ライナの前記外面の周囲に加える間、前記マンドレルを前記マンドレルの軸の周りで回転させることによって、前記未硬化フィラメント状材料を前記ライナに加えるステップと、
前記圧力容器を形成するように、前記樹脂含浸フィラメント状材料を硬化させるステップと、を含み、前記硬化するステップが、加熱された金属材料を前記伝熱流体内に生成し、熱を前記ライナの前記内面に伝えるように、前記ライナの前記内部体積内の前記金属材料を加熱するステップを備える方法。 - 前記軸が長手方向軸である、請求項28に記載の方法。
- 前記金属材料を加熱するステップが熱誘導コイルを使用して行われる、請求項28または29に記載の方法。
- 前記伝熱流体が水を含み、前記金属材料が玉軸受を含む、請求項26または28に記載の方法。
- 前記玉軸受の加熱によって前記水から蒸気を生成させ、前記玉弁が閉鎖圧力環境で蒸気を生成させるように動作可能である、請求項31に記載の方法。
- 設定温度を維持するために、前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面の温度を監視かつ制御するステップをさらに含む、請求項28から32のいずれか一項に記載の方法。
- 前記監視かつ制御するステップが、接触温度センサまたは非接触温度センサ、ならびに誘導電源および誘導コイルと動作可能に関連する制御ループを使用して行われ、設定温度が維持される、請求項33に記載の方法。
- 前記温度センサが赤外線温度センサである、請求項34に記載の方法。
- 前記未硬化圧力容器の前記外面を加熱するステップをさらに含む、請求項30から35のいずれか一項に記載の方法。
- 前記金属材料を加熱するステップが、前記未硬化フィラメント状材料を前記ライナに加えるステップ後に行われる、請求項30から36のいずれか一項に記載の方法。
- 前記金属材料を加熱するステップが、前記未硬化フィラメント状材料を前記ライナに加えるステップと同時に行われる、請求項30から36のいずれか一項に記載の方法。
- 前記非金属ライナがプラスチックを含む、請求項30から38のいずれか一項に記載の方法。
- 前記プラスチックが熱可塑性または熱硬化性プラスチックである、請求項39に記載の方法。
- 熱可塑性原料の押出方法であって、
入力端および出力端を備える一体型ヒートパイプを有する押出機を提供するステップと、
前記熱可塑性原料を前記入力端に導入するステップと、
前記原料が可塑性で均一になるように、前記一体型ヒートパイプを有する押出機の外面の一部を加熱するステップと、
前記可塑性原料を前記入力端から前記出力端に運搬するステップと、
前記可塑性原料を出力手段に供給するステップと、を含む方法。 - 前記原料が、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ゴム、ワックス、またはパラフィンである、請求項41に記載の方法。
- 前記加熱するステップが熱誘導コイルで行われる、請求項41または42に記載の方法。
- 前記一体型ヒートパイプを有する押出機が、ヒートパイプまたは熱サイホン、回転手段に取り付けるように構成された第1の端部および第2の端部、及び、管状部材の外面の長さに沿って配置されたらせん状ねじ山を備える管状部材を備える、請求項41から43のいずれか一項に記載の方法。
- 設定温度を維持するために、前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面の温度を監視かつ制御するステップをさらに含む、請求項41から44のいずれか一項に記載の方法。
- 前記監視かつ制御するステップが、接触温度センサまたは非接触温度センサ、ならびに誘導電源および誘導コイルと動作可能に関連する制御ループを使用して行われ、設定温度が維持される、請求項45に記載の方法。
- 前記温度センサが赤外線温度センサである、請求項46に記載の方法。
- 樹脂含浸フィラメント状材料を使用して複合物品を作製する方法であって、
一体型ヒートパイプを有するマンドレルを第1の位置に提供するステップと、
前記未硬化複合材料を前記マンドレルの外面に加えるステップと、
前記物品を形成するように、前記マンドレルに加えられた前記樹脂含浸フィラメント状材料を硬化させるステップであって、前記硬化するステップが前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面を加熱するステップを含む、前記樹脂含浸フィラメント状材料を硬化させるステップと、
前記一体型ヒートパイプを有するマンドレル上の前記硬化した樹脂含浸フィラメント状材料を第2の位置で冷却するステップと、
前記冷却された硬化樹脂含浸フィラメント状材料を前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルから第3の位置で取り出すステップと、を含む方法。 - 前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルを前記第3の位置から待機位置に移動させるステップをさらに含む、請求項48に記載の方法。
- 前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルを前記待機位置から前記第1の位置に移動させるステップをさらに含む、請求項49に記載の方法。
- 設定温度を維持するために、前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記外面の温度を監視かつ制御するステップをさらに含む、請求項48から50のいずれか一項に記載の方法。
- 前記監視かつ制御するステップが、接触温度センサまたは非接触温度センサ、ならびに誘導電源および誘導コイルと動作可能に関連する制御ループを使用して行われ、設定温度が維持される、請求項51に記載の方法。
- 前記温度センサが赤外線温度センサである、請求項52に記載の方法。
- 前記未硬化フィラメント状材料を加えるステップが前記未硬化フィラメント状材料の可動源によって行われる、請求項49から53のいずれか一項に記載の方法。
- 前記可動源が、レールに取り付けられた源、熱板、プラットホーム、車輪付きトレーラ、または輸送コンテナである、請求項54に記載の方法。
- 第1の端部、第2の端部、ならびに前記第1の端部および前記第2の端部に取り付けられた端キャップを備えており、ヒートパイプが内部体積を画定する、ヒートパイプまたは熱サイホンと、
前記ヒートパイプの前記内部体積内に配置された管状部材であって、流体入口、流路、流体出口、および前記流体入口と前記流体出口との間に位置付けられた膨張手段を備え、前記流体入口が液体源に連結されるように適合され、前記流体出口が出口に連結されるように適合される管状部材と、
を含む、一体型ヒートパイプを有するマンドレル。 - 前記端キャップが入力および出力手段を前記流体入口および前記流体出口に着脱可能に取り付ける結合手段を備える、請求項56に記載の方法。
- 前記結合手段がねじ付き部分ならびに対応するねじ付き入力手段および出力手段を対合式に受けるように構成された回転ユニオンを備える、請求項56または57に記載の一体型ヒートパイプを有するマンドレル。
- 前記入力手段および前記出力手段がねじ付きホースである、請求項58に記載の一体型ヒートパイプを有するマンドレル。
- 前記膨張手段がベローズを含む、請求項56から59のいずれか一項に記載の一体型ヒートパイプを有するマンドレル。
- 樹脂含浸フィラメント状材料およびライナを使用して容器を作製する方法であって、
一体型ヒートパイプを有するマンドレルを提供するステップであって、前記マンドレルが、フィラメントワインディング機に着脱可能に取り付けるための第1の端部、前記ライナの開口部を通して前記ライナの内部体積内に挿入する大きさの第2の端部、および前記第1の端部と第2の端部との間に位置付けられ、且つ前記ライナの前記開口部を前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルに解放可能に取り付けるように構成された固定手段を備える、一体型ヒートパイプを有するマンドレルを提供するステップと、
金属材料が前記ライナの前記内面と伝熱関係であるように、金属材料を前記ライナの前記内部体積に加えるステップと、
前記マンドレルの前記第2の端部が前記ライナの前記開口部を通って前記ライナの前記内部体積内に配置されるように、前記ライナを前記マンドレルに固定手段で取り付けるステップと、
前記フィラメント状材料を前記ライナの前記外面の周囲に加える間、前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルを前記マンドレルの軸の周りで回転させることによって前記未硬化フィラメント状材料を前記ライナに加えるステップと、
前記容器を形成するように、前記樹脂含浸フィラメント状材料を硬化させるステップと、を含み、
前記硬化するステップが、加熱された金属材料を生成し、熱を前記ライナの前記内面に伝えるように、前記ライナの前記内部体積内の前記金属材料を加熱するステップを備える、方法。 - 前記軸が長手方向軸である、請求項61に記載の方法。
- 前記金属材料を加熱するステップが熱誘導コイルを使用して行われる、請求項61または62に記載の方法。
- 前記金属材料が、銅、ニッケル、鋼、またはアルミニウムの玉軸受、あるいはマイクロスフェア、もしくはナノ粒子である、請求項61から63のいずれか一項に記載の方法。
- 設定温度を維持するために、前記一体型ヒートパイプを有するマンドレルの前記第1の端部の外面の温度を監視かつ制御するステップをさらに含む、請求項61から64のいずれか一項に記載の方法。
- 前記監視かつ制御するステップが、接触温度センサまたは非接触温度センサ、ならびに誘導電源および誘導コイルと動作可能に関連する制御ループを使用して行われ、設定温度が維持される、請求項65に記載の方法。
- 前記温度センサが赤外線温度センサである、請求項66に記載の方法。
- 前記未硬化圧力容器の外面を加熱するステップをさらに含む、請求項61から67のいずれか一項に記載の方法。
- 前記金属材料を加熱するステップが、前記未硬化フィラメント状材料を前記ライナに加えるステップ後に行われる、請求項61から68のいずれか一項に記載の方法。
- 前記金属材料を加熱するステップが、前記未硬化フィラメント状材料を前記ライナに加えるステップと同時に行われる、請求項61から68のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ライナがプラスチックを含む、請求項61から70のいずれか一項に記載の方法。
- 前記プラスチックが熱可塑性または熱硬化性プラスチックである、請求項71に記載の方法。
- 前記ライナが金属を含む、請求項61から70のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ライナが、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼、または鉄および非鉄鋳造プロセスで使用される心材を含む、請求項61から70のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ライナが、ガラス、セラミック、焼成粘土、陶器、または非塑性複合材料を含む、請求項61から70のいずれか一項に記載の方法。
- ヒートパイプまたは熱サイホンを備える管状部材と、
回転手段に取り付けるように構成された第1の端部および第2の端部と、
前記管状部材の外面の長さに沿って配置されたらせん状ねじ山と、
を備える、一体型ヒートパイプを有する押出機。
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