JP6562479B2

JP6562479B2 - 複合構造体を注入するためのシステム、方法、および装置

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Publication number: JP6562479B2
Application number: JP2018005250A
Authority: JP
Inventors: アンドレアス・ラッツ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2018-01-17
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2038-01-17
Also published as: CN108454137B; EP3363624A3; JP2018134863A; CN108454137A; EP3363624A2; US20180215111A1; EP3363624B1; US10786957B2

Description

本明細書で開示される主題は、複合構造体を注入するためのシステム、方法、および装置に関し、より詳細には、流動媒体を通る樹脂の流量が制御される複合構造体を注入するためのシステム、方法、および装置に関する。

少なくともいくつかの樹脂注入システムは、航空機産業において、複合的な機体および機体の構造部材の構築のためなどの、積層複合構造体の製造および構築に使用される。積層複合構造体は、通常、フォーム上に配置され、補強のためにエポキシなどの樹脂で飽和または注入された材料の複数の層、すなわち「プライ」から構築される。

多くの公知の樹脂注入システムは、樹脂注入のために複合構造体が配置されるベース、またはある場合にはマンドレルを含む。真空バッグを複合構造体の上に配置し、ベース上に封止することができる。ベースおよび真空バッグをオートクレーブまたはオーブンに入れ、その時点で樹脂を複合構造体の注入のために導入する。このようなシステムは、複合構造体が配置され硬化されるオートクレーブの温度に対応する実質的に均一な温度に樹脂を加熱する。樹脂は、複合構造体の表面上に不均一に流れて、空気ポケット、気泡、または構造体の積層表面の厚さの他の変化をもたらす可能性がある。

米国特許第９４５２５６８号明細書

一態様では、複合構造体を注入するための装置が提供される。本装置は、ある体積の樹脂を受け入れるように構成されたリザーバと、ベースと、ベース上に封止されるように構成された膜と、リザーバと流体連通する流動媒体と、を含む。流動媒体は、ベースの少なくとも一部に接触して配置された第１の流動媒体部分と、膜の少なくとも一部に接触して配置された第２の流動媒体部分と、を含む。

別の態様では、複合構造体を注入するための方法が提供される。本方法は、ベース上に複合構造体を配置するステップと、複合構造体の上に膜を配置するステップと、ベース上に膜を封止するステップと、ベースと複合構造体との間に配置された流動媒体の第１の流動媒体部分内に樹脂の流れを引き起こすために、少なくとも１つのベース加熱フィールドを加熱するステップと、膜と複合構造体との間に配置された流動媒体の第２の流動媒体部分内に樹脂の流れを引き起こすために、少なくとも１つの膜加熱フィールドを加熱するステップと、を含む。

さらに別の態様では、複合構造体を注入するための装置が提供される。本装置は、ある体積の樹脂を受け入れるように構成されたリザーバと、ベースであって、ベースの中心に向かって樹脂の流れを引き込むように構成された第１のベース加熱フィールドと、ベースの外周部に向かって樹脂の流れを引き込むように構成された第２のベース加熱フィールドと、を含むベースと、を含む。本装置はまた、ベース上に封止されるように構成された膜を含む。この膜は、ベースの外周部から膜の外周部に向かって樹脂の流れを引き込むように構成された第１の膜加熱フィールドと、膜の中心に向かって樹脂の流れを引き込むように構成された第２の膜加熱フィールドと、を含む。

本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。

複合構造体を注入するための例示的な装置の断面図である。図１に示す装置を使用して複合構造体を注入するためのプロセスを示すフローチャートである。図１に示す装置の断面図であり、ある体積の樹脂を含むリザーバが加熱されている。図１に示す装置の断面図であり、複数のベース加熱フィールドが活性化されている。図１に示す装置の断面図であり、複数の膜加熱フィールドが活性化されている。複合構造体を注入するための代替的な装置の断面図である。図５に示す装置の断面図であり、ある体積の樹脂を含むリザーバが加熱されている。図５に示す装置の断面図であり、ベース加熱フィールドと膜加熱フィールドが活性化されている。図５に示す装置の断面図であり、ベース加熱フィールドと膜加熱フィールドが活性化されている。代替的な装置のベースの上面斜視図である。図１０の代替的な装置の膜の上面斜視図である。

特に明記しない限り、本明細書において提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を図示するものである。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムで適用できると考えられる。したがって、本図面は、本明細書で開示する実施形態を実施するために必要とされる、当業者には既知の、従来の特徴を全て含むことを意味しない。

以下の明細書および特許請求の範囲において、いくつかの用語に言及するが、これらは以下の意味を有すると規定する。

単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。

「任意の」または「任意に」は、後で述べられる事象または状況が、起こる場合も起こらない場合もあることを意味し、この記述は、その事象が起こる事例と、起こらない事例とを含むことを意味する。

本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似する文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動できる任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「約」および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含される全ての部分範囲を含む。

本開示の実施形態は、複合構造体を注入するための装置に関する。この装置は、１つまたは複数のベース加熱フィールドならびに１つまたは複数の膜加熱フィールドに関連する活性化シーケンスに基づいて、樹脂の流れの流量が制御され、かつ制御可能な樹脂注入プロセスを容易にする。具体的には、１つまたは複数のベース加熱フィールドが活性化シーケンスに従って活性化されて、樹脂の流れが流動媒体の第１の流動媒体部分内を流れる流量を制御し、１つまたは複数の膜加熱要素が別の活性化シーケンスに従って活性化されて、樹脂の流れが流動媒体の第２の流動媒体部分内を流れる流量を制御する。樹脂の流れが第１および第２の流動媒体部分のそれぞれの中を流れるにつれて、複合構造体に樹脂が注入され、複合構造体内に樹脂が均一に分布する。

複合部品を注入するための装置について、様々なベース加熱フィールドおよび膜加熱フィールドを参照して以下に説明するが、装置は様々な形状をとることができ、任意の数のベース加熱フィールドおよび／または膜加熱フィールドを含むことができ、いくつかの実施形態では、ベース加熱要素および／または膜加熱フィールドを含まないことが理解されよう。例えば、いくつかの実施形態では、装置はいかなる膜加熱フィールドも含まず、単一のベース加熱フィールドのみを含んでもよい。したがって、様々な加熱フィールドの数および配置は、実質的に変化してもよく、本開示の理解には必須ではない。

図１は、複合構造体１０２を注入するための例示的な装置１００の断面図である。装置１００は、リザーバ１０４と、ベース１０６と、膜１０８と、流動媒体１１０と、真空ポート１１１と、を含む。

複合構造体１０２は、フォームまたはプリフォームの上に配置され、補強のために樹脂で飽和または注入されるように構成された複数の材料層または「プライ」から構成される積層複合構造体である。一実施形態では、複合構造体１０２は、航空機の構造に使用されるパネルまたはサンドイッチパネルである。別の実施形態では、複合構造体１０２はモノリシック構造体である。複合構造体１０２は、上側部分１５２と下側部分１５４とを含む。

リザーバ１０４は、凹部またはウェルであり、冷たいまたは凍結した体積の樹脂、室温の体積の樹脂、または加熱された体積の樹脂などの、ある体積の樹脂１１２を受け入れるように構成されている。例示的な実施形態では、リザーバ１０４はベース１０６内に形成される。しかし、いくつかの実施形態では、リザーバ１０４はベース１０６内に形成されず、ベース１０６から離れて配置され、装置１００と流体連通している。

リザーバ１０４は、少なくとも１つのリザーバ加熱フィールド１１３を含む。リザーバ加熱フィールド１１３は、例えば電流が供給されて、結果として熱を発生させることができる１つまたは複数の電気加熱要素などの、１つまたは複数の加熱要素を含む。したがって、リザーバ加熱フィールド１１３は、電源（図示せず）に結合されている。代替的な実施形態では、循環する加熱された流体などの任意の他の適切な加熱機構が使用される。

リザーバ加熱フィールド１１３がリザーバ１０４を加熱して、ある体積の樹脂１１２がリザーバ１０４内で加熱される。ある体積の樹脂１１２がリザーバ１０４内で加熱されると、ある体積の樹脂１１２の粘度が減少し、本明細書で説明するように、ある体積の樹脂１１２が樹脂の流れ１５０として流れることができる。例えば、例示的な実施形態では、樹脂の流れ１５０が流動媒体１１０内を流れる。代替的な実施形態では、樹脂の流れ１５０は、ベース１０６および／または膜１０８内に組み込まれたチャネルまたは表面などの、他の適切なチャネルまたは表面の内部または上を流れる。したがって、いくつかの実施形態では、流動媒体１１０は省略される。

ある体積の樹脂１１２は、複合構造体１０２を注入するのに適した任意のタイプの樹脂である。例えば、ある体積の樹脂１１２は、複合構造体注入または樹脂トランスファ成形のために設計された任意の単一成分樹脂または多成分樹脂である。一実施形態では、ある体積の樹脂１１２は、ＨＥＸＦＬＯＷ（登録商標）ＲＴＭ６樹脂である。

ベース１０６は、複合構造体１０２を受け入れるように構成された取り付け構造体である。ベース１０６は、近位端１１４および遠位端１１６を含む。いくつかの実施形態では、リザーバ１０４は、ベース１０６内、例えば近位端１１４またはその近くに形成される。

ベース１０６はまた、リザーバ１０４と流体連通し、近位端１１４と遠位端１１６との間に実質的に延在する第１の流動媒体表面１２０を含む。いくつかの実施形態では、流動媒体１１０は、第１の流動媒体表面１２０の上にまたはそれと接触して配置される。他の実施形態では、流動媒体１１０は、ベース１０６内に形成されたチャネルまたは溝（図示せず）内に配置される。

ベース１０６はまた、ベース加熱フィールド１２２、１２４などの複数のベース加熱フィールドを含む。２つのベース加熱フィールド１２２、１２４が示されているが、本明細書で説明するように、装置１００の動作を可能にする任意の適切な数のベース加熱フィールドを使用することができる。いくつかの実施形態では、膜１０８が複合構造体１０２を注入するために熱を供給するようにのみ構成されているので、ベース加熱フィールドは含まれていない。

例示的な実施形態では、ベース加熱フィールド１２２、１２４は、ベース１０６内に配置される。代替的な実施形態では、ベース加熱フィールド１２２、１２４は、ベース１０６の第１の流動媒体表面１２０と接触して配置される。ベース加熱フィールド１２２、１２４は、例えば電流が供給されて、結果として熱を発生させることができる１つまたは複数の電気加熱要素などの、１つまたは複数の加熱要素（図示せず）を含む。したがって、ベース加熱フィールド１２２、１２４は、電源（図示せず）に結合されている。代替的な実施形態では、循環する加熱された流体などの任意の他の適切な加熱機構が使用される。

膜１０８は、「真空バッグ」などの、実質的にガス不透過性の可撓性薄膜またはシースである。膜１０８は、近位端１２６および遠位端１２８を含む。例示的な実施形態では、膜１０８は、膜１０８とベース１０６との間を真空にすることなどによって、ベース１０６上に封止されるように構成される。

膜１０８はまた、リザーバ１０４と流体連通し、近位端１２６と遠位端１２８との間に延在する第２の流動媒体表面１３２を含む。いくつかの実施形態では、流動媒体１１０は、第２の流動媒体表面１３２の上にまたはそれと接触して配置される。他の実施形態では、流動媒体１１０は、膜１０８内に形成されたチャネルまたは溝（図示せず）内に配置される。

膜１０８はまた、膜加熱フィールド１３４、１３６などの複数の膜加熱フィールドを含む。２つの膜加熱フィールド１３４、１３６が示されているが、本明細書で説明するように、装置１００の動作を可能にする任意の適切な数の膜加熱フィールドを使用することができる。いくつかの実施形態では、膜加熱フィールドは含まれない。

例示的な実施形態では、膜加熱フィールド１３４、１３６が膜１０８内に配置されている。代替的な実施形態では、膜加熱フィールド１３４、１３６は、膜１０８の第２の流動媒体表面１３２と接触して配置される。膜加熱フィールド１３４、１３６は、例えば電流が供給されて、結果として熱を発生させることができる１つまたは複数の電気加熱要素などの、１つまたは複数の加熱要素（図示せず）を含む。したがって、膜加熱フィールド１３４、１３６は、電源（図示せず）に結合されている。代替的な実施形態では、循環する加熱された流体などの任意の他の適切な加熱機構が使用される。

流動媒体１１０は、ある体積の樹脂１１２が加熱されて粘度が低下すると、ある体積の樹脂１１２を吸収してそれを拡散する任意の材料を含む。例えば、いくつかの実施形態では、流動媒体１１０は、加熱された樹脂を吸収し、それを通って樹脂の流れ１５０が流れることができる繊維状、多孔質および／またはメッシュの材料である。

例示的な実施形態では、流動媒体１１０は分岐しており、第１の流動媒体部分（または第１の分岐）１３８および第２の流動媒体部分（または第２の分岐）１４０を含む。第１の流動媒体部分１３８は、第１の流動媒体表面１２０の上などの、ベース１０６の少なくとも一部の上に配置される。同様に、第２の流動媒体部分１４０は、第２の流動媒体表面１３２の上などの、膜１０８の少なくとも一部の上に配置される。樹脂チャネル（図示せず）を含む実施形態では、第１の流動媒体部分１３８は、ベース１０６内に形成された第１の樹脂チャネル（図示せず）内に配置され、第２の流動媒体部分１４０は、膜１０８内に形成された第２の樹脂チャネル（図示せず）内に配置される。さらに、２つの流動媒体部分１３８、１４０が示されているが、流動媒体１１０は単一の流動媒体部分（１３８または１４０のいずれか）に限定されてもよく、および／または２つより多くの流動媒体部分が使用されてもよい。

真空ポート１１１は、ベース１０６と膜１０８との間を真空に引くための真空ポートである。例示的な実施形態では、真空ポート１１１は、膜１０８内の実質的に中央に配置される。しかし、真空ポート１１１は、膜１０８の近位端１２６または遠位端１２８などの、膜１０８内の任意の適切な位置に配置されてもよい。このような実施形態は、図６〜図９を参照して以下に説明される。

図２は、複合構造体１０２を注入するための注入プロセス２００を示すフローチャートである。図２は、図３〜図９と共に以下に説明されるが、動作時の装置１００の断面図であり、注入プロセス２００を説明することが意図されている。したがって、例示的な実施形態では、複合構造体１０２がベース１０６上に配置または着座され（ステップ２０２）、ある体積の樹脂１１２がリザーバ１０４内に堆積される（ステップ２０４）。膜１０８が複合構造体１０２の上にさらに配置され（ステップ２０６）、複合構造体１０２がベース１０６と膜１０８との間に包まれまたは封止されるように、真空下でベース１０６上に封止される（ステップ２０８）。

図３は、装置１００の断面図であり、ある体積の樹脂１１２を含むリザーバが加熱されている。特に、リザーバ加熱フィールド１１３が活性化されて（ステップ２１０）、リザーバ１０４内のある体積の樹脂１１２を加熱する。ある体積の樹脂１１２がリザーバ１０４内で加熱されると、ある体積の樹脂１１２の粘度が減少し、ある体積の樹脂１１２が流体または半流動体になる。

図４は、装置１００の断面図であり、ベース加熱フィールド１２２、１２４が活性化されている。例えば、ある体積の樹脂１１２の温度がリザーバ１０４内で上昇すると、少なくとも１つのベース加熱フィールド１２２、１２４が活性化されて、流動媒体１１０の第１の流動媒体部分１３８内の樹脂の流れ１５０を促進する（ステップ２１２）。具体的には、第１の流動媒体部分１３８が加熱されるように、少なくとも１つのベース加熱フィールド１２２、１２４が活性化される。第１の流動媒体部分１３８の温度が上昇すると、ある体積の樹脂１１２は樹脂の流れ１５０としてリザーバ１０４から出て第１の流動媒体部分１３８に流入する。さらに、樹脂の流れ１５０が第１の流動媒体部分１３８に流入すると、樹脂の流れ１５０は、流動媒体１１０の第１の流動媒体部分１３８を通って複合構造体１０２に流入する。

より詳細には、ベース加熱フィールド１２２、１２４が第１の活性化シーケンスに従って活性化され、樹脂の流れ１５０が第１の流動媒体部分１３８を流れ、注入され、または移動する速度を制御する。様々な実施形態では、第１の活性化シーケンスは、予めプログラムされたシーケンスに基づいて、および／またはベース１０６内に配置された１つもしくは複数の樹脂フローセンサから受信されるフィードバックに基づいて、手動で制御される。第１の活性化シーケンスが手動ではなく、１つまたは複数の樹脂フローセンサから受信されたフィードバックに基づく予めプログラムされたシーケンスに基づいて行われる場合には、装置１００に結合されたコントローラ（図示せず）が、予めプログラムされたシーケンスを実行し、および／またはフィードバックを受け取り、それに応じて活性化シーケンスを調整する。

例えば、ベース１０６の近位端１１４から延在するベース加熱フィールド１２２が最初に活性化され、樹脂の流れ１５０がリザーバ１０４から出て、第１の流動媒体部分１３８の近位端１１４に流入する。樹脂の流れ１５０が第１の流動媒体部分１３８を通って複合構造体１０２に注入されると、近位端１１４の軸方向遠位に位置するベース加熱フィールド１２４が活性化され、樹脂の流れ１５０が第１の流動媒体部分１３８を通ってベース１０６の遠位端１１６に向かって流れ続ける。加熱フィールド１２２、１２４のそれぞれによって出力される熱は、樹脂の流れ１５０が第１の流動媒体部分１３８を流れる流量を制御するように、個別にまたは独立して調節または調整することができる。例えば、ベース加熱フィールド１２２は第１の温度範囲に調整され、ベース加熱フィールド１２４は第１の温度範囲とは異なる第２の温度範囲に調整される。

図５は、装置１００の断面図であり、膜加熱フィールド１３４、１３６が活性化されている。例示的な実施形態では、膜加熱フィールド１３４、１３６は、ベース加熱フィールド１２２、１２４の両方が活性化された後に活性化される（図４を参照して上述したように）。したがって、いくつかの実施形態では、複合構造体１０２の下側部分１５４の注入が開始された後に、複合構造体１０２の上側部分１５２で注入が開始される。しかし、他の実施形態では、膜加熱フィールド１３４、１３６が最初に活性化されるか、またはベース加熱フィールド１２２、１２４が膜加熱フィールド１３４、１３６と実質的に同時に活性化される。さらに、いくつかの実施形態では、ベース１０６または膜１０８の一方のみが注入のための熱を発生するように構成される。

したがって、第２の流動媒体部分１４０が加熱されるように、少なくとも１つの膜加熱フィールド１３４、１３６が活性化される。第２の流動媒体部分１４０の温度が上昇すると、樹脂の流れ１５０はリザーバ１０４から出て第２の流動媒体部分１４０に流入する。さらに、樹脂の流れ１５０が第２の流動媒体部分１４０を通って流れると、樹脂の流れ１５０は、流動媒体１１０の第２の流動媒体部分１４０を通って複合構造体１０２に注入される。

より詳細には、第２の活性化シーケンスに従って膜加熱フィールド１３４、１３６が活性化され、樹脂の流れ１５０が第２の流動媒体部分１４０を通って流れ、注入され、または移動する速度を制御する。様々な実施形態では、第２の活性化シーケンスは、予めプログラムされたシーケンスに基づいて、および／または膜１０８内に配置された１つもしくは複数の樹脂フローセンサから受信されるフィードバックに基づいて、手動で制御される。第２の活性化シーケンスが手動ではなく、１つまたは複数の樹脂フローセンサから受信されたフィードバックに基づく予めプログラムされたシーケンスに基づいて行われる場合には、装置１００に結合されたコントローラ（図示せず）が、予めプログラムされたシーケンスを実行し、および／またはフィードバックを受け取り、それに応じて活性化シーケンスを調整する。

例えば、膜加熱フィールド１３６が最初に活性化される。加熱フィールド１３６の活性化によって、樹脂の流れ１５０がリザーバ１０４から出て第２の流動媒体部分１４０の近位端１２６に流入する。同様に、加熱フィールド１３６の活性化によって、樹脂の流れ１５０がベース１０６の遠位端１１６から第２の流動媒体部分１４０に流入する。このように、樹脂の流れ１５０は、リザーバ１０４およびベース１０６から第２の流動媒体部分１４０に流入し、上述したように、膜加熱フィールド１３４、１３６の活性化に先立って複合構造体１０２に注入される。さらに、樹脂の流れ１５０が第２の流動媒体部分１４０を通って複合構造体１０２に注入されると、膜１０８の実質的に中央に位置する膜加熱フィールド１３４が活性化され、樹脂の流れ１５０が第２の流動媒体部分１４０を通って真空ポート１１１に向かって流れる。

加熱フィールド１３４、１３６のそれぞれによって出力される熱は、樹脂の流れ１５０が第２の流動媒体部分１４０を流れる流量を制御するように、個別にまたは独立して調節または調整することができる。例えば、膜加熱フィールド１３４は第１の温度範囲に調整され、膜加熱フィールド１３６は第１の温度範囲とは異なる第２の温度範囲に調整される。樹脂の流れ１５０が真空ポート１１１に達すると、ポート１１１がクランプオフされ、複合構造体１０２を硬化させるために全ての加熱フィールド１２２、１２４、１３４、１３６の温度が上昇する。

したがって、ベース加熱フィールド１２２、１２４は、第１の活性化シーケンスに従って活性化され、膜加熱フィールド１３４、１３６は、第２の活性化シーケンス（上述した）に従って活性化される。第１および第２の活性化シーケンスの結果として、第１の流動媒体部分１３８および第２の流動媒体部分１４０内の樹脂の流れ１５０の流量を制御することができる。例えば、上述したように、第１の活性化シーケンスの間に、ベース加熱フィールド１２２はベース加熱フィールド１２４よりも早く活性化されるので、樹脂の流れ１５０が第１の流動媒体部分１３８を通って均一かつ所望の流量で流れるように促される。同様に、第２の活性化シーケンスの間に、膜加熱フィールド１３４は膜加熱フィールド１３６よりも早く活性化されるので、樹脂の流れ１５０が第２の流動媒体部分１４０を通って真空ポート１１１に向かって均一かつ所望の流量で流れるように促される。このように、複合構造体１０２は、制御された流量で樹脂を注入され、気泡、樹脂の厚さのばらつきおよび他の欠陥が実質的にない、複合構造体１０２内の樹脂の均一な分布をもたらす。

図６は、複合構造体１０２を注入するための代替的な装置６００の断面図である。装置６００は、ベース加熱フィールド６０２、６０４および膜加熱フィールド６０６、６０８が異なる数、位置、および／または寸法であり、遠位の真空ポート６０１（装置１００のように、中央に位置する真空ポート１１１ではなく）を通して真空を引くことができることを除いて、構造および動作において装置１００と実質的に同様である。このような実施形態では、ベース加熱フィールド６０２、６０４および膜加熱フィールド６０６、６０８の活性化シーケンスは、真空ポート６０１の位置に適合するように変更することができる。同様に、ベース加熱フィールド６０２、６０４および膜加熱フィールド６０６、６０８の数、位置および寸法は変更することができる。さらに、２つのベース加熱フィールド６０２、６０４が示されているが、本明細書で説明するように、装置１００の動作を可能にする任意の数のベース加熱フィールドが使用される。同様に、２つの膜加熱フィールド６０６、６０８が示されているが、本明細書で説明するように、装置１００の動作を可能にする任意の数の膜加熱フィールドが使用される。

図７は、装置６００の断面図であり、ある体積の樹脂１１２を含むリザーバ１０４が加熱されている。上述したように、ある体積の樹脂１１２がリザーバ１０４内で加熱され、ある体積の樹脂１１２の粘度が減少するので、ある体積の樹脂１１２が流体または半流動体になる。

図８は、装置６００の断面図であり、ベース加熱フィールド６０２および膜加熱フィールド６０６が活性化されている。具体的には、ベース加熱フィールド６０２および膜加熱フィールド６０６は、第３の活性化シーケンスに従って活性化され、樹脂の流れ１５０がベース１０６の第１の流動媒体部分１３８および膜１０８の第２の流動媒体部分１４０を通って流れ、注入され、または移動する速度を制御する。例えば、ベース１０６の近位端１１４および膜１０８の近位端１２６からそれぞれ延在するベース加熱フィールド６０２および膜加熱フィールド６０６が最初に活性化され、樹脂の流れ１５０がリザーバ１０４から流れ出て、第１の流動媒体部分１３８および第２の流動媒体部分１４０に流入する。

図９は、装置６００の断面図であり、ベース加熱フィールド６０４および膜加熱フィールド６０８が活性化されている。具体的には、ベース加熱フィールド６０４および膜加熱フィールド６０８は、第４の活性化シーケンスに従って活性化される。例えば、ベース加熱フィールド６０２および膜加熱フィールド６０６が第３の活性化シーケンス（上述）に従って活性化された後に、ベース加熱フィールド６０４および膜加熱フィールド６０８が活性化されるので、樹脂の流れ１５０が第１の流動媒体部分１３８を通ってベース１０６の遠位端１１６に向かって流れ、第２の流動媒体部分１４０を通って膜１０８の遠位端１２８に向かって流れる。樹脂の流れ１５０が真空ポート６０１に達すると、ポート６０１がクランプオフされ、複合構造体１０２を硬化させるために全ての加熱フィールド６０２〜６０８の温度が上昇する。

図１０は、複合構造体１０２を注入するための代替的な装置１００１の代替的なベース１０００の上面斜視図である。ベース１０００は、ベース加熱フィールド１００２、１００４などの複数のベース加熱フィールドを含むことを除いて、ベース１０６と実質的に同様である。例示的な実施形態では、ベース加熱フィールド１００２は実質的にＴ字型であり、ベース加熱フィールド１００４は実質的に正方形または長方形であり、ベース１０００の外周部１００６の周りに部分的に延在する。しかし、任意の適切な形状が、ベース加熱フィールド１００２、１００４に使用されてもよい。ベース１０００はさらに、上述したように、リザーバ加熱フィールド１０１０によって加熱されるリザーバ１００８を含む。

図１１は、複合構造体１０２を注入するための代替的な装置１００１の代替的な膜１１００の上面斜視図である。膜１１００は、膜加熱フィールド１１０２、１１０４などの複数の膜加熱フィールドを含むことを除いて、膜１０８と実質的に同様である。例示的な実施形態では、膜加熱フィールド１１０２は実質的に正方形または長方形であり、実質的に膜１１００の外周部１１０６の周りに延在し、膜加熱フィールド１１０４は実質的に正方形または長方形であり、真空ポート１１０８の下で実質的に膜１１００の中心に配置される。しかし、任意の適切な形状を膜加熱フィールド１１０２、１１０４に使用することができる。

動作時には、ベース加熱フィールド１００２およびベース加熱フィールド１００４は、上述した第１の活性化シーケンスと同様な活性化シーケンスに従って活性化される。例えば、ベース加熱フィールド１００２が最初に活性化されて、樹脂の流れ１０１２がリザーバ１００８からベース１０００の上に配置された流動媒体１０１４の流動媒体部分の中心部分１０１３に引き込まれる。樹脂の流れ１０１２が流動媒体１０１４の中心部分１０１３に引き込まれると、ベース加熱フィールド１００４が活性化されて樹脂の流れ１０１２をベース１０００の外周部１００６に向かって引き込む（流動媒体１０１４内で）。

同様に、膜加熱フィールド１１０２、１１０４は、上述した第２の活性化シーケンスと同様な活性化シーケンスに従って活性化される。膜１１００の活性化シーケンスは、ベース１０００の活性化シーケンスが行われた後に行われてもよい。しかし、いくつかの実施形態では、膜１１００の活性化シーケンスは、ベース１０００の活性化シーケンスの前に、またはベース１０００の活性化シーケンスと同時に行われる。

したがって、例示的な実施形態では、膜加熱フィールド１１０２が最初に活性化され、樹脂の流れ１０１２をリザーバ１００８から流動媒体１０１４内に引き込む。外周部１１０６に延在する膜加熱フィールド１１０２はまた、樹脂の流れ１０１２をベース１０００の外周部１００６から引き込む。樹脂の流れ１０１２が膜１１００の外周部１１０６の流動媒体１０１４内に引き込まれると、膜加熱フィールド１１０４が活性化され、膜１１００の中心に向かって樹脂の流れ１０１２を引き込む。さらに、上述のように、樹脂の流れ１０１２が真空ポート１１０８に達すると、真空ポート１１０８がクランプオフされ、複合構造体１０２を硬化させるために、ベース加熱フィールド１００２、１００４および膜加熱フィールド１１０２、１１０４のそれぞれの温度が上昇する。

本装置の実施形態は、上述したように、１つまたは複数のベース加熱フィールドならびに１つまたは複数の膜加熱フィールドに関連する活性化シーケンスに基づいて、樹脂の流れの流量が制御され、かつ制御可能な樹脂注入プロセスを容易にする。具体的には、１つまたは複数のベース加熱フィールドが活性化シーケンスに従って活性化されて、樹脂の流れが流動媒体の第１の流動媒体部分内を流れる流量を制御し、１つまたは複数の膜加熱要素が別の活性化シーケンスに従って活性化されて、樹脂の流れが流動媒体の第２の流動媒体部分内を流れる流量を制御する。樹脂の流れが第１および第２の流動媒体部分のそれぞれの中を流れるにつれて、複合構造体に樹脂が注入され、複合構造体内に樹脂が均一に分布する。

本明細書に記載した装置の例示的な技術的効果は、例えば、（ａ）流動媒体の第１の流動媒体部分内の樹脂の流れの流量の制御、（ｂ）流動媒体の第２の流動媒体部分内の樹脂の流れの流量の制御、（ｃ）第１の流動媒体部分と第２の流動媒体部分との間に配置された複合構造体の制御された注入を含む。

以上、装置および関連する構成要素の例示的な実施形態について詳細に説明した。本装置は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素および／またはステップから独立に、かつ別個に利用することができる。例えば、本明細書に記載した構成要素の構成は、他のプロセスと組み合わせて使用することもでき、本明細書で説明した装置および関連する方法のみでの実施に限定されるものではない。むしろ、例示的な実施形態は、樹脂注入が望まれる多くの用途に関連して実施され、利用することができる。

本開示の様々な実施形態の具体的な特徴がいくつかの図面には示されており、他の図面には示されていないが、これは単に便宜上のものである。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求することができる。

本明細書は、本開示の実施形態を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本開示を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本明細書に記載した実施形態の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例が特許請求の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と実質的な差異のない等価な構造要素を含む場合には、このような他の例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
複合構造体（１０２）を注入するための装置（１００、６００、１００１）であって、
ある体積の樹脂（１１２）を受け入れるように構成されたリザーバ（１０４、１００８）と、
ベース（１０６、１０００）と、
前記ベース（１０６、１０００）上に封止されるように構成された膜（１０８、１１００）と、
前記リザーバ（１０４、１００８）と流体連通する流動媒体（１１０、１０１４）と、を含み、前記流動媒体（１１０、１０１４）は、
前記ベース（１０６、１０００）の少なくとも一部に接触して配置された第１の流動媒体部分（１３８）と、
前記膜（１０８、１１００）の少なくとも一部に接触して配置された第２の流動媒体部分（１４０）と、を含む、装置（１００、６００、１００１）。
［実施態様２］
前記リザーバ（１０４、１００８）、前記ベース（１０６、１０００）、および前記膜（１０８、１１００）のうちの少なくとも１つは、加熱フィールドを含む、実施態様１に記載の装置（１００、６００、１００１）。
［実施態様３］
前記ベース（１０６、１０００）は複数のベース加熱フィールド（１２２、１２４、６０２、６０４、１００２、１００４）を含み、前記複数のベース加熱フィールド（１２２、１２４、６０２、６０４、１００２、１００４）の各ベース加熱フィールドは独立して活性化されるように構成される、実施態様１に記載の装置（１００、６００、１００１）。
［実施態様４］
前記ベース（１０６、１０００）は複数のベース加熱フィールド（１２２、１２４、６０２、６０４、１００２、１００４）を含み、前記複数のベース加熱フィールド（１２２、１２４、６０２、６０４、１００２、１００４）の各ベース加熱フィールドは活性化シーケンスに従って活性化されるように構成される、実施態様１に記載の装置（１００、６００、１００１）。
［実施態様５］
前記活性化シーケンスは、前記流動媒体（１１０、１０１４）の前記第１の流動媒体部分（１３８）内の前記樹脂の流量を制御する、実施態様４に記載の装置（１００、６００、１００１）。
［実施態様６］
前記ベース（１０６、１０００）は複数のベース加熱フィールド（１２２、１２４、６０２、６０４、１００２、１００４）を含み、第１のベース加熱フィールドは第１の温度に調整され、第２のベース加熱フィールドは前記第１の温度とは異なる第２の温度に調整される、実施態様１に記載の装置（１００、６００、１００１）。
［実施態様７］
前記ベース（１０６、１０００）は、近位端および遠位端と、前記ベース（１０６、１０００）内に軸方向に配置された複数のベース加熱フィールド（１２２、１２４、６０２、６０４、１００２、１００４）と、をさらに含み、前記複数のベース加熱フィールド（１２２、１２４、６０２、６０４、１００２、１００４）は、前記近位端から軸方向に前記遠位端に向かってある期間にわたって前記ベース（１０６、１０００）を加熱するように構成される、実施態様１に記載の装置（１００、６００、１００１）。
［実施態様８］
前記膜（１０８、１１００）は、複数の膜加熱フィールド（１３４、１３６、６０６、６０８、１１０２、１１０４）を含み、前記複数の膜加熱フィールド（１３４、１３６、６０６、６０８、１１０２、１１０４）の各膜加熱フィールドが独立して活性化されるように構成される、実施態様１に記載の装置（１００、６００、１００１）。
［実施態様９］
前記膜（１０８、１１００）は、複数の膜加熱フィールド（１３４、１３６、６０６、６０８、１１０２、１１０４）を含み、前記複数の膜加熱フィールド（１３４、１３６、６０６、６０８、１１０２、１１０４）の各膜加熱フィールドが所定の活性化シーケンスに従って活性化されるように構成される、実施態様１に記載の装置（１００、６００、１００１）。
［実施態様１０］
前記所定の活性化シーケンスは、前記流動媒体（１１０、１０１４）の前記第２の流動媒体部分（１４０）内の樹脂の流量を制御する、実施態様９に記載の装置（１００、６００、１００１）。
［実施態様１１］
前記膜（１０８、１１００）は複数の膜加熱フィールド（１３４、１３６、６０６、６０８、１１０２、１１０４）を含み、第１の膜加熱フィールドは第１の温度に調整され、第２の膜加熱フィールドは前記第１の温度とは異なる第２の温度に調整される、実施態様１に記載の装置（１００、６００、１００１）。
［実施態様１２］
前記膜（１０８、１１００）は、近位端および遠位端と、前記膜（１０８、１１００）内に軸方向に配置された複数の膜加熱フィールド（１３４、１３６、６０６、６０８、１１０２、１１０４）と、をさらに含み、前記複数の膜加熱フィールド（１３４、１３６、６０６、６０８、１１０２、１１０４）は、前記近位端から軸方向に前記遠位端に向かってある期間にわたって前記膜（１０８、１１００）を加熱するように構成される、実施態様１に記載の装置（１００、６００、１００１）。
［実施態様１３］
複合構造体（１０２）を注入するための方法であって、
ベース（１０６、１０００）上に複合構造体（１０２）を配置するステップと、
複合構造体（１０２）の上に膜（１０８、１１００）を配置するステップと、
前記ベース（１０６、１０００）上に前記膜（１０８、１１００）を封止するステップと、
前記ベース（１０６、１０００）と前記複合構造体（１０２）との間に配置された流動媒体（１１０、１０１４）の第１の流動媒体部分（１３８）内に樹脂の流れ（１５０、１０１２）を引き起こすために、少なくとも１つのベース加熱フィールド（１２２、１２４、６０２、６０４、１００２、１００４）を加熱するステップと、
前記膜（１０８、１１００）と前記複合構造体（１０２）との間に配置された前記流動媒体（１１０、１０１４）の第２の流動媒体部分（１４０）内に樹脂の流れ（１５０、１０１２）を引き起こすために、少なくとも１つの膜加熱フィールド（１３４、１３６、６０６、６０８、１１０２、１１０４）を加熱するステップと、
を含む方法。
［実施態様１４］
リザーバ（１０４、１００８）内にある体積の樹脂（１１２）を堆積させるステップと、
前記ある体積の樹脂（１１２）の粘度を低下させるためにリザーバ加熱フィールド（１１３、１０１０）を加熱するステップと、をさらに含む、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１５］
前記流動媒体（１１０、１０１４）の前記第１の流動媒体部分（１３８）内の前記樹脂の流れ（１５０、１０１２）の流量を制御するために、前記ベース（１０６、１０００）の複数のベース加熱フィールド（１２２、１２４、６０２、６０４、１００２、１００４）を順次加熱するステップをさらに含む、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１６］
活性化シーケンスに従って前記複数のベース加熱フィールド（１２２、１２４、６０２、６０４、１００２、１００４）の各ベース加熱フィールドを活性化させるステップをさらに含む、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１７］
前記活性化シーケンスは、前記流動媒体（１１０、１０１４）の前記第１の流動媒体部分（１３８）内の前記樹脂の流れ（１５０、１０１２）の流量を制御する、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１８］
前記流動媒体（１１０、１０１４）の前記第２の流動媒体部分（１４０）内の前記樹脂の流れ（１５０、１０１２）の流量を制御するために、前記膜（１０８、１１００）の複数の膜加熱フィールド（１３４、１３６、６０６、６０８、１１０２、１１０４）を順次加熱するステップをさらに含む、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１９］
活性化シーケンスに従って前記複数の膜加熱フィールド（１３４、１３６、６０６、６０８、１１０２、１１０４）の各膜加熱フィールドを活性化させるステップをさらに含む、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様２０］
複合構造体（１０２）を注入するための装置（１００、６００、１００１）であって、
ある体積の樹脂（１１２）を受け入れるように構成されたリザーバ（１０４、１００８）と、
ベース（１０６、１０００）であって、
前記ベース（１０６、１０００）の中心に向かって樹脂の流れ（１５０、１０１２）を引き込むように構成された第１のベース加熱フィールドと、
前記ベース（１０６、１０００）の外周部（１００６）に向かって前記樹脂の流れ（１５０、１０１２）を引き込むように構成された第２のベース加熱フィールドと、を含むベース（１０６、１０００）と、
前記ベース（１０６、１０００）上に封止されるように構成された膜（１０８、１１００）であって、
前記ベース（１０６、１０００）の前記外周部（１００６）から前記膜（１０８、１１００）の外周部（１１０６）に向かって前記樹脂の流れ（１５０、１０１２）を引き込むように構成された第１の膜加熱フィールドと、
前記膜（１０８、１１００）の中心に向かって前記樹脂の流れ（１５０、１０１２）を引き込むように構成された第２の膜加熱フィールドと、を含む膜（１０８、１１００）と、を含む装置（１００、６００、１００１）。

１００装置
１０２複合構造体
１０４リザーバ
１０６ベース
１０８膜
１１０流動媒体
１１２ある体積の樹脂
１１１真空ポート
１１３リザーバ加熱フィールド
１１４近位端
１１６遠位端
１２０第１の流動媒体表面
１２２ベース加熱フィールド
１２４ベース加熱フィールド
１２６近位端
１２８遠位端
１３２第２の流動媒体表面
１３４膜加熱フィールド
１３６膜加熱フィールド
１３８第１の流動媒体部分
１４０第２の流動媒体部分
１５２上側部分
１５４下側部分
６００代替的な装置
６０１真空ポート
６０２ベース加熱フィールド
６０４ベース加熱フィールド
６０６膜加熱フィールド
６０８膜加熱フィールド
１０００ベース
１００１代替的な装置
１００２ベース加熱フィールド
１００４ベース加熱フィールド
１００６ベースの外周部
１００８リザーバ
１０１０リザーバ加熱フィールド
１０１３中心部分
１０１４流動媒体
１１００膜
１１０２膜加熱フィールド
１１０４膜加熱フィールド
１１０６膜の外周部
１１０８真空ポート

Claims

複合構造体（１０２）を注入するための装置（１００、６００、１００１）であって、
ある体積の樹脂（１１２）を受け入れるように構成されたリザーバ（１０４、１００８）と、
ベース（１０６、１０００）と、
前記ベース（１０６、１０００）上に封止されるように構成された膜（１０８、１１００）と、
前記リザーバ（１０４、１００８）と流体連通する流動媒体（１１０、１０１４）と、
を含み、前記流動媒体（１１０、１０１４）は、
前記ベース（１０６、１０００）の少なくとも一部に接触して配置された第１の流動媒体部分（１３８）と、
前記膜（１０８、１１００）の少なくとも一部に接触して配置された第２の流動媒体部分（１４０）と、を含み、
前記膜（１０８、１１００）は、複数の膜加熱フィールド（１３４、１３６、６０６、６０８、１１０２、１１０４）を含み、前記複数の膜加熱フィールド（１３４、１３６、６０６、６０８、１１０２、１１０４）の各膜加熱フィールドが独立して活性化されるように構成される、装置（１００、６００、１００１）。
前記リザーバ（１０４、１００８）、または前記ベース（１０６、１０００）が、加熱フィールドを更に含む、請求項１に記載の装置（１００、６００、１００１）。
前記ベース（１０６、１０００）は複数のベース加熱フィールド（１２２、１２４、６０２、６０４、１００２、１００４）を含み、前記複数のベース加熱フィールド（１２２、１２４、６０２、６０４、１００２、１００４）の各ベース加熱フィールドは独立して活性化されるように構成される、請求項１に記載の装置（１００、６００、１００１）。
前記ベース（１０６、１０００）は複数のベース加熱フィールド（１２２、１２４、６０２、６０４、１００２、１００４）を含み、前記複数のベース加熱フィールド（１２２、１２４、６０２、６０４、１００２、１００４）の各ベース加熱フィールドは活性化シーケンスに従って活性化されるように構成される、請求項１に記載の装置（１００、６００、１００１）。
前記活性化シーケンスは、前記流動媒体（１１０、１０１４）の前記第１の流動媒体部分（１３８）内の前記樹脂の流量を制御する、請求項４に記載の装置（１００、６００、１００１）。
前記ベース（１０６、１０００）は複数のベース加熱フィールド（１２２、１２４、６０２、６０４、１００２、１００４）を含み、第１のベース加熱フィールドは第１の温度に調整され、第２のベース加熱フィールドは前記第１の温度とは異なる第２の温度に調整される、請求項１に記載の装置（１００、６００、１００１）。
前記ベース（１０６、１０００）は、近位端および遠位端と、前記ベース（１０６、１０００）内に軸方向に配置された複数のベース加熱フィールド（１２２、１２４、６０２、６０４、１００２、１００４）と、をさらに含み、前記複数のベース加熱フィールド（１２２、１２４、６０２、６０４、１００２、１００４）は、前記近位端から軸方向に前記遠位端に向かってある期間にわたって前記ベース（１０６、１０００）を加熱するように構成される、請求項１に記載の装置（１００、６００、１００１）。
前記複数の膜加熱フィールド（１３４、１３６、６０６、６０８、１１０２、１１０４）の各膜加熱フィールドが所定の活性化シーケンスに従って活性化されるように構成される、請求項１に記載の装置（１００、６００、１００１）。
前記所定の活性化シーケンスは、前記流動媒体（１１０、１０１４）の前記第２の流動媒体部分（１４０）内の樹脂の流量を制御する、請求項８に記載の装置（１００、６００、１００１）。
前記複数の膜加熱フィールド（１３４、１３６、６０６、６０８、１１０２、１１０４）において、第１の膜加熱フィールドは第１の温度に調整され、第２の膜加熱フィールドは前記第１の温度とは異なる第２の温度に調整される、請求項１に記載の装置（１００、６００、１００１）。
前記膜（１０８、１１００）は、近位端および遠位端をさらに含み、
前記複数の膜加熱フィールド（１３４、１３６、６０６、６０８、１１０２、１１０４）は、前記膜（１０８、１１００）内に軸方向に配置されており、且つ前記近位端から軸方向に前記遠位端に向かってある期間にわたって前記膜（１０８、１１００）を加熱するように構成される、請求項１に記載の装置（１００、６００、１００１）。
複合構造体（１０２）を注入するための装置（１００、６００、１００１）であって、
ある体積の樹脂（１１２）を受け入れるように構成されたリザーバ（１０４、１００８）と、
ベース（１０６、１０００）であって、
前記ベース（１０６、１０００）の中心に向かって樹脂の流れ（１５０、１０１２）を引き込むように構成された第１のベース加熱フィールドと、
前記ベース（１０６、１０００）の外周部（１００６）に向かって前記樹脂の流れ（１５０、１０１２）を引き込むように構成された第２のベース加熱フィールドと、を含むベース（１０６、１０００）と、
前記ベース（１０６、１０００）上に封止されるように構成された膜（１０８、１１００）であって、
前記ベース（１０６、１０００）の前記外周部（１００６）から前記膜（１０８、１１００）の外周部（１１０６）に向かって前記樹脂の流れ（１５０、１０１２）を引き込むように構成された第１の膜加熱フィールドと、
前記膜（１０８、１１００）の中心に向かって前記樹脂の流れ（１５０、１０１２）を引き込むように構成された第２の膜加熱フィールドと、を含む膜（１０８、１１００）と、を含む装置（１００、６００、１００１）。
前記第１のベース加熱フィールドおよび前記第２のベース加熱フィールドは、独立して活性化されるように構成される、請求項１２に記載の装置（１００、６００、１００１）。
前記第１の膜加熱フィールドおよび前記第２の膜加熱フィールドは、独立して活性化されるように構成される、請求項１２に記載の装置（１００、６００、１００１）。