一体型ヒートパイプを有するマンドレル
一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、フィラメントを巻き付けたパイプセグメントおよび容器の製造に使用され、加熱および硬化プロセス中にパイプまたは容器の内部の均一な加熱を行う。ヒートパイプの伝熱特性を使用して加熱または冷却を行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
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。
【０００２】
本発明の分野は、一般に、加熱素子の使用、および複合構成要素の製造における加熱素子の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
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。フィラメントは、繊維強化プラスチックであることが多い。フィラメントをマンドレルの周囲に巻き付け、セグメントまたは容器に適切な厚さおよび長さが獲得された後、得られた加工物が炉で加熱されて硬化される。加熱中、樹脂の相が液体から固体に変わる。そのプロセスで、樹脂がフィラメントをカプセルで包み、それによってフィラメントがその巻き付け方向に含まれ、樹脂が硬化するときにフィラメントが同じ方向に保持される。加熱はフィラメント内の硬化剤を活性化させることもできる。加工物は所定の時間にわたって加熱され、次いで炉から取り出されて、硬化プロセスを継続させることができるようになされる。追加の硬化時間は周囲温度でもよく、またはある期間にわたり異なる温度で他の炉内にマンドレルを配置し、ワインディングする必要があることもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の中空マンドレルは、対流硬化炉内に配置された場合に、加工物の中心から限られた程度までしか加熱することができない。固体または封止されたマンドレルは、加工物の中心に中空マンドレルよりもさらに少ない熱しか与えない。その結果、加工物の不均一な硬化が生じる場合がある。
【０００５】
加熱サイクルの完了後、加工物を熱源から取り出し、冷却できるようにして、硬化プロセスを継続させる。これは、マンドレル自体が対流炉からの残留熱を保持しているために、ゆっくりしたプロセスである可能性があり、その結果、パイプセグメントの内面が継続して加熱されることになる。
【０００６】
複合パイプセグメントおよび複合容器の改善された製造が依然として必要とされる。
【０００７】
この背景情報は、本出願者が本発明に関連する可能性があると考える情報を理解されるために提供するものである。前述の情報は全て本発明に不利に従来技術を構成すると認められることは必ずしも意図されておらず、またはそのように解釈すべきではない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様により、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を提供する。
【０００９】
本発明の他の態様では、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含む方法を提供する。
【００１０】
本発明の他の態様では、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、前記通路内で前記第２の端部に位置付けられた玉弁を有する第２の端部とを備える、支持部を提供するステップと、前記ライナを前記支持マンドレルの前記第２の端部に前記固定手段で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、前記ライナを前記支持マンドレルの前記第２の端部に前記固定手段で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含む方法を提供する。
【００１１】
本発明の他の態様により、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、を含む方法を提供する。
【００１２】
本発明の他の態様により、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、を含む方法を提供する。
【００１３】
本発明の他の態様では、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、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を提供する。
【００１４】
本発明の他の態様では、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含む方法を提供する。
【００１５】
本発明の他の態様では、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を提供する。
【００１６】
次に、添付の図を参照して、本発明の実施形態を単なる例として記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一体型ヒートパイプを有するマンドレルの一実施形態を示す図である。
【図２】一体型熱サイホンを有するマンドレルの本発明の他の実施形態を示す断面図（パネルＡ）、およびパネルＡで示した一体型熱サイホンを有するマンドレルを示す端面図（パネルＢとＣ）である。
【図３】一体型ヒートパイプを有するマンドレルを示す断面図（パネルＡとＢ）およびＡ−Ａに沿って切り取られた断面図（パネルＣ）である。
【図４】一体型ヒートパイプを有する押出機を示す側面図（パネルＡ）、および端面図（パネルＢ）である。
【図５】本発明の追加の実施形態を示す断面図（パネルＡ）およびパネルＡの端面図（パネルＢ）である。
【図６】本発明の一体型ヒートパイプを有するマンドレルの一代替実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明の追加の実施形態を示す断面図（パネルＡ）およびパネルＡの端面図（パネルＢ）である。
【図８】本発明の一体型ヒートパイプを有するマンドレルの他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の詳細な説明では、太字活字の数字は、本発明の様々な実施形態を示す図面に関連して記載され参照される構成部品を示す。本発明の様々な実施形態を記載する際に、同じ参照番号は同様の要素を示すために使用されていることを留意されたい。さらに、簡単にするために、図面の幾つかの図から部品が省略されている。
【００１９】
本発明の一実施形態は、一体型ヒートパイプを有するマンドレルおよびその使用を対象とする。
【００２０】
本発明の一態様では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル、または一体型熱サイホンを有するマンドレルになるように、マンドレルを適合し、あるいは製作することによって得られる通常のフィラメントワインディングマンドレルの変更形態を記載する。この変更または製作を行うことによって、一体型ヒートパイプまたは一体型熱サイホンを有するマンドレル（本明細書ではどちらも全般的に一体型ヒートパイプを有するマンドレルと呼ばれる）は、マンドレルの表面上の１つまたは複数の局所領域から熱エネルギを吸収し、そのエネルギを急速に再分散して、マンドレルの使用可能な外面全体の均一または概ね等温の温度状態をもたらす能力を有することができる。
【００２１】
当業者には理解されるように、ヒートパイプが一体型であると記載される場合、この記載は機能的観点からなされたものである。マンドレルは封止された素子であることが多く、その場合、ヒートパイプをマンドレルに一体型に組み込むことができる。しかしながら、マンドレルが封止された素子でない場合は、ヒートパイプをマンドレル内に着脱可能に挿入することができる。（マンドレルをスリーブとして使用して）ヒートパイプがマンドレル内に挿入される場合、伝熱プロセスを助ける完全な嵌合を確保することができないことを含む幾つかの製造問題によって、ヒートパイプの等温特性がマンドレルの外面に完全には与えられない場合があることは理解される。スリーブ付きヒートパイプは、なおマンドレルに等温に近い機能を提供し、本発明の多くの利点を提供する（しかし、非常に正確な公差を使用しない実施形態では利点が幾分低減される）。
【００２２】
フィラメントワインディング
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。
【００２３】
パイプ、管、または平行の側部、あるいはドラフトを有する、卵形、正方形、長方形など多様な幾何形状の他の中空のセクションを使用することができることは明らかである。１つの開放端を有する容器を使用することもできる。２つ以上の開放端を有する容器を使用することもできる。幾つかのマンドレルにこうした形状を組み込み、加工物とも呼ばれる、１つの端部が閉鎖された構成要素を作製することができる。
【００２４】
フィラメントワインディングプロセスでは、通常、（フィラメント状材料と呼ばれる）連続した樹脂含浸ロービングまたはモノフィラメントのバンドが回転マンドレルの周囲に巻き付けられ、次いで硬化されて、最終製品が作製される。巻き付けられるフィラメントに対してマンドレルを回転させることができ、またはその逆も可能であることは、理解されるであろう。
【００２５】
マンドレル
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。
【００２６】
たとえば、マンドレルは鋼で作製された中空シリンダである。マンドレルの端部は、マンドレルの端部によってワインディング機のチャック内でマンドレルを把持するのに使用される六角形鋼棒の溶接されたセクションである。上述のように、マンドレルに使用される鋼管は、通常はＤＯＭ管である。通常、端部セクションは管セクション上に溶接される。管セクションは、プロセッサで求められるように、無心研削され、めっきされる。
【００２７】
加工物の硬化中、樹脂繊維マトリックスをその周囲に巻き付けた中空マンドレルが、通常、約３５０Ｆに温度を上げた硬化炉内に、樹脂が架橋され、硬化されて、固体の樹脂／繊維構造または加工物が生成されるまで数時間にわたって配置される。硬化後、マンドレルが加工物から取り出され（たとえば、引き出され、または押し出され）、マンドレルを再使用して次の加工物を形成することができる。
【００２８】
プロセスの経済価値は、部分的にはプロセスの完了時および得られた部分の品質に基づく。樹脂は触媒作用を及ぼし、且つ硬化するために熱を必要とする。熱源は、通常、マンドレルおよび加工物が配置される硬化炉である。未硬化の樹脂／繊維マトリックスは本質的に断熱性であり、マンドレルは（中空でも固体でも）直接加熱されないため、マンドレルは炉内で最後に加熱される。したがって、硬化炉からのエネルギは樹脂／繊維マトリックスを加工物の外面から加工物の内部に加熱する。
【００２９】
当業者は、樹脂が、ガラス転移温度または硬化温度に近づくにしたがって、実質的に粘性が低下する傾向があることを理解するであろう。低粘性のため、樹脂が湿り（ｗｅｔ ｏｕｔ）、加熱されると繊維の間に流入可能になる。上述のように、伝統的なマンドレル用途で樹脂繊維マトリックスに加えられる熱は、未硬化マトリックス加工物の外径（Ｏ．Ｄ．）から内面に伝えられる。樹脂は、加熱された外面に向かって流れ、マンドレルの表面に接触する内面から離れるように流れる傾向がある。これが多孔性の濡れていない繊維の領域になり、この領域に微小割れが生じる場合がある。
【００３０】
加工物の樹脂繊維マトリックスは断熱材として働くため、マトリックスの内面の硬化温度に達するには、炉内でかなりの時間がかかる可能性がある。炉温は、プロセスで使用される樹脂の最高処理温度を超えないように制御されなければならない。
【００３１】
ヒートパイプおよび熱サイホン
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。
【００３２】
ヒートパイプは部分的真空で液体を有する封止された素子であり、ウィックを含むことが好ましい。熱がヒートパイプの全ての部分に加えられると、その領域内の液体はガスに変換される。この相変化により熱エネルギが吸収される。蒸気はヒートパイプを通り、パイプの冷却部分に移動され、該蒸気は、吸収した熱エネルギを放出する相変化で凝縮される。こうしてヒートパイプは熱を一の領域から他の領域に伝える。
【００３３】
本発明では、ヒートパイプをマンドレルとして使用することができ、または従来のマンドレルに埋め込むこともできる（どちらも本明細書では一体型ヒートパイプを有するマンドレルと呼ばれる）。こうした一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、フィラメントを巻き付けた構成要素の製造に使用される。
【００３４】
一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面の周囲に未硬化フィラメントを巻き付けた後、作製された加工物を加熱した環境に導入することができる。一体型ヒートパイプを有するマンドレルの露出セクションは、熱源の熱を吸収する。一実施例では、与えられる熱は炉の周囲熱であり、その熱がヒートパイプの他の領域に伝えられる。ヒートパイプの効率的な温度均等化特性によって、フィラメントを巻き付けた加工物の外面と同じ温度に加熱されるフィラメントを巻き付けた加工物の内面が結果として生じる。
【００３５】
冷却相中、一体型ヒートパイプを有するマンドレルはさらなる機能を提供する。外部をゆっくり冷却することができる間に、パイプセグメントの内部を加熱し続けることが望ましい。これは、加工物が炉から取り出された後に、ヒートパイプの一端を加熱することによって行われる。ヒートパイプは加工物の内部に熱を与え続ける。
【００３６】
また、エポキシフィラメントマトリックスが硬化プロセス中に発熱する場合があることは、理解されるであろう。こうした発熱は、全体的ではなく、本質的に局所的である。一体型ヒートパイプを有するマンドレルはこうした発熱エネルギスパイクをマンドレルの表面中に再分散する能力を有する。したがって、一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、過剰な熱による層剥離および蒸発を引き起こす場合がある局所熱スパイクの可能性も低減する。
【００３７】
一代替実施例では、炉から取り出した後、ヒートパイプの一端を冷却することができる。これは、加工物から熱を取り去り、より速い冷却サイクルを促進するのに役立つであろう。
【００３８】
当業者は、ヒートパイプ及び熱サイホンの働く方法が類似していることを理解するであろう。本発明の範囲から逸脱することなく、当業者に理解されるように、上記のマンドレルを熱サイホンを使用するように変更することができる。一体型ヒートパイプを有するマンドレルと一体型熱サイホンを有するマンドレルは共に、本明細書では全般的に一体型ヒートパイプを有するマンドレルと呼ばれる。
【００３９】
図１は、本発明の一実施形態を示しており、該一実施形態において、ワインディング機（図示せず）を使用して、未硬化エポキシ含浸フィラメント４を外面１０の周囲にワインディングすることによって、未硬化エポキシ含浸フィラメント４が一体型ヒートパイプを有するマンドレル２に加えられている。一体型ヒートパイプを有するマンドレル２は、未硬化エポキシ含浸フィラメント４を加える間、その長手方向軸の周りで回転される。一体型ヒートパイプを有するマンドレルが、フィラメントが一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面の周囲に存在する状態で、フィラメントを加える間、静止してもよいことは、理解されるであろう。
【００４０】
図１は、一体型ヒートパイプを有するマンドレル２の外面１０を所定の経路によって加熱または冷却することができる加熱／冷却制御ユニット８内に挿入された一体型ヒートパイプを有するマンドレル２の第１の端部６を示している。
【００４１】
一実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル２は熱サイホンのヒートパイプである。
【００４２】
一実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル２はヒートパイプまたは熱サイホンとして機能するように変更されたマンドレルである。
【００４３】
図２は、一実施例の断面図を示しており、該一実施例において、一体型ヒートパイプを有するマンドレル８００は、端キャップ８０２がマンドレル８０８の端部に気密溶接で溶接されるように構成されている。マンドレル８０８の壁ストックおよびマンドレル８０８の構造は、作動温度（したがって必要とされる処理温度の圧力）でヒートパイプまたは熱サイホンと関連する圧力を維持することができる圧力容器であるように構成される。空にし、流体を充填し、封止するための管継手を設置するため、ねじ付きポート８０２がマンドレル８０８の一端の端キャップ８０２内に設けられる。マンドレル８０８の他端にあるねじ付きポート８０４は安全過剰圧力フェイルセイフ破裂円板を設置するために設けられる。
【００４４】
一実施例では、熱サイホンを有するマンドレルの場合、熱サイホン内の流体の充填は熱サイホンの体積の約３０％である。この実施例では、使用の際に、未硬化エポキシ含浸フィラメント状材料を加える間、熱サイホンを有するマンドレルは低ＲＰＭで回転される。
【００４５】
誘導加熱
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。
【００４６】
この実施例では、誘導加熱器を使用して、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの一領域が加熱される。誘導コイルによる一体型ヒートパイプを有するマンドレルの加熱によって、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面が実質的に均一の表面温度になる。局所エネルギが、ヒートパイプまたは熱サイホンに典型的なエネルギ伝達によってマンドレル中に均一に再分散される。マンドレルの表面上のこのエネルギは、フィラメント樹脂ワインディングに伝達され、それによって加工物がその内面から均一に硬化される。
【００４７】
当業者は、誘導コイルの特定の構成および使用されるパラメータ（たとえば、動作周波数、結合距離、電力など）が、使用目的の用途、必要性、好みによって変わることを理解するであろう。また、使用される特定の構成要素の選択は、たとえば、限定的ではないが、コスト、使用可能性、下流側の用途、および安全性を含む多様な追加の基準に基づいてもよい。
【００４８】
一実施例では、誘導コイルは市販のものである。
【００４９】
他の実施例では、誘導コイルは、エポキシまたは他の１つまたは複数の樹脂に埋め込まれて、コイルが処理で損傷および／または汚染を受けないように保護される。
【００５０】
他の特定の実施例では、誘導コイルは完全な径のコイルとして構成される。
【００５１】
他の特定の実施例では、誘導コイルは「Ｃ」字形状であり、誘導コイルの出力を誘導コイルの「Ｃ」字形状内に集中させるものである。この実施例では、「Ｃ」字形状のコイルからの出力がマンドレルの下部半分に放射される。
【００５２】
熱は、未硬化フィラメントが加えられる間、または未硬化フィラメントが加えられた後に、一体型ヒートパイプを有するマンドレルに加えられる。
【００５３】
一実施例では、誘導コイルは、未硬化フィラメントおよび樹脂を一体型ヒートパイプを有するマンドレルの周囲にワインディングし、ワインディングが行われている間、均一な熱を受けることができるようにし、したがって、所望の場合に、プロセスのワインディング相中に硬化プロセスが始まる。
【００５４】
通常、誘導電源からの出力は、プロセス制御装置からの出力によって典型的に制御され、比例帯、積分、および微分を特徴とする。プロセス制御装置には、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの表面の温度を直接監視し、信号をプロセス制御装置に出力する赤外線センサからの処理温度データ入力が提供される。
【００５５】
赤外線温度センサが、適した温度センサの一例であることは理解されるであろう。様々な非接触温度センサまたは接触温度センサを使用することができる。
【００５６】
使用の際は、熱エネルギが一体型ヒートパイプを有するマンドレルの金属表面の一部に誘導コイルによって加えられる。熱エネルギは、樹脂およびフィラメントワインディングが定位置に存在してもしなくても与えられる。
【００５７】
一実施例では、加工物の作製に使用されるフィラメントは、誘導加熱に対して実質的に耐熱性であるため、誘導コイルからのエネルギは、樹脂およびフィラメントが金属製でないために、それらによって直接「感知」されない。誘導コイルからのエネルギが、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの金属表面によって吸収されるときにＲＦ（共振周波数）でなく熱的になった場合、マンドレルに沿った熱エネルギの伝達は、ヒートパイプまたは熱サイホンに特有であり、それらは熱エネルギをマンドレル中に均一に再分散する。
【００５８】
他の実施例では、加工物の作製に使用されるフィラメントは、炭素繊維など導体材料を含み、誘導コイルのＲＦによって励起されると熱くなる。さらに、フィラメントは、その中に埋め込まれた金属ストランドを有することができ、やはり誘導ＲＦエネルギを直接受けると熱くなる。
【００５９】
熱伝導材料を含むフィラメントの場合、露出され、フィラメントによってカバーされず、かつ誘導コイルの出力範囲内に存在しない、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの一部に隣接するようにコイルを位置付けることによって、加工物を硬化することができる。
【００６０】
本発明の一実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルを製作する。この実施例では、通常の（すなわち非ヒートパイプ）マンドレルを空にし、充填し、封止し、それによってマンドレルを（本明細書で一体型ヒートパイプを有するマンドレルと呼ばれる）ヒートパイプまたは熱サイホンにする。一体型ヒートパイプを有するマンドレルはワインディング機に取り付けられる。熱誘導コイルは一体型ヒートパイプを有するマンドレルの局所領域を取り囲む。誘導コイルは、ＲＦ発生器、または金属成分の非接触加熱に通常使用される誘導電源に取り付けられる。マンドレルは誘導コイル内で自由に回転する。誘導コイルは、コイルの下の局所表面領域でマンドレル上にキロワットで表される電力を生成する。マンドレルは動作的にはヒートパイプまたは熱サイホンであるため、誘導コイルによって一体型ヒートパイプを有するマンドレルの局所領域に供給されるエネルギは、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの内部体積全体にわたり分散されて、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの温度が均一になるようになされる。
【００６１】
特定の実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルは誘導コイルによる加熱中に静止している。
【００６２】
一特定の実施例では、硬化を行うには、誘導コイルによる加熱中に一体型ヒートパイプを有するマンドレルをその軸の周りで長手方向に回転させる。当業者には理解されるように、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの（１つまたは複数の）回転速度は、フィラメント／樹脂マトリックス内の樹脂の性質、化学的性質、および／または組生物、ならびに／あるいは反応期間の可変の粘性によって部分的に決定される。
【００６３】
他の実施例では、未硬化フィラメント／樹脂マトリックスを完全に巻き付けた状態の一体型ヒートパイプを有するマンドレルが、誘導コイルによって内部的に加熱され、かつ／または樹脂を最適に硬化させる温度に設定された炉内に配置される。
【００６４】
一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、炉内で、マンドレルの露出表面を加熱する炉内のエネルギによって加熱される。このエネルギのマンドレル表面上への局所的入力は、ヒートパイプまたは熱サイホンに関連する相変化作用によってマンドレル中に急速に分散され、未硬化フィラメント樹脂マトリックスの外面が炉内のエネルギによって加熱されるときに、一体型ヒートパイプを有するマンドレルが、硬化プロセス中に均一に加熱される。
【００６５】
図３は、水で冷却される銅管誘導コイル１２で加熱され、チャック１６を使用してワインディング機に取り付けられるように適合された、ヒートパイプまたは熱サイホンを有するように構成されたマンドレル１０を示している。パネルＡは、誘導コイル１２が一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０を加熱している一実施例の断面図を示している。パネルＢは、誘導加熱コイル１２が、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０の外面の周囲に未硬化フィラメント１４も含む一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０を加熱している一実施例の断面図を示している。パネルＢの実施例では、フィラメント１４は誘導コイル１２の加熱からのエネルギに対して実質的に耐熱性であり、したがって、フィラメント１４の下の一体型ヒートパイプを有する鋼マンドレルに誘導されるエネルギによる影響を直接受けない。一体型ヒートパイプを有する鋼マンドレル１０が加熱されるときに、エネルギは一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０の全体積にわたり、したがってマンドレルの外面全体にわたり、急速かつ均一に再分散される。一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０からの熱エネルギは、未硬化エポキシ含浸フィラメントの硬化に影響を与える。パネルＣは、パネルＢで示したＡ−Ａに沿って切り取られた断面図である。
【００６６】
所望の場合に、マンドレル表面の露出部分が誘導コイルに対して有効なままに位置付けられるように、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの表面上にフィラメントを加えることができる。別法として、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの表面をフィラメントのワインディングでカバーして、誘導コイルを一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面に沿った任意の位置に配置することができるようにする。
【００６７】
他の実施例では、誘導コイルを使用して、一体型ヒートパイプを有するマンドレル上の未硬化樹脂繊維マトリックスが加工物の内面と外面の両方で同時に硬化される。加工物の外面と内面の両方を加熱することによって、硬化速度がかなり低下し、マンドレルに最も近い樹脂が液化して粘性が低くなり、したがって、繊維に浸透して、完全に湿らせることができるようになる。繊維樹脂マトリックスの内面は、その場合、樹脂の豊富な平滑な表面である。
【００６８】
特定の実施例では、熱源を使用して、熱が、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面と未硬化フィラメント状材料の外面の両方に加えられる。一実施例では、熱源は、凹面反射器上に形成されたガス燃焼または電動の赤外線加熱素子のバンクであり、未硬化フィラメント状材料の外面と一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面の両方にエネルギを放射する。
【００６９】
他の特定の実施例では、熱は、誘導コイル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に加えられる。
【００７０】
他の実施例では、熱サイホンを有するマンドレルは、３インチＯＤ×長さ６４インチで０．３７５インチの壁を有し、流体が充填され、約１０から１５ＲＰＭで回転し、誘導コイルで加熱されると概ね等温状態で機能する。
【００７１】
他の実施形態では、フィラメントワインディング大型管セクションまたは構造の場合、一体型ヒートパイプを有するマンドレルを、取り扱い可能であり、１つの一体型ヒートパイプを有するマンドレルアセンブリに組み立てて、その上にフィラメントが巻き付けられるセクションを有するように構成することが望ましい。たとえば、大きい径（たとえば、３メートル）で長さが６から１０メートルの排気筒または貯蔵タンクセクションのワインディングの場合である。
【００７２】
この例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、全ての楔セクションが中心コアの周りに組み立てられると、アセンブリが直径３メートルで長さ６から１０メートルの単一マンドレルになるような半径の加工面を有する楔形状の断面として形成される。直径および長さは単なる例であり、他の組み合わせも可能であることは、理解されるであろう。
【００７３】
楔形状のセグメントの数は、用途によって可変であるが、その総数は、組み立てた場合に、３６０度の断面を作成するものである。各楔形状のセクションは、それ自体がヒートパイプまたは熱サイホンに加工処理された圧力容器である。アセンブリを炉内で各楔セクションのヒートパイプの露出面を加熱する炉内の周囲熱で加熱することができ、またはアセンブリを誘導によって加熱することができる。その場合、個々のセクションは、周囲３６０度の誘導コイルまたはＣ字形状の誘導コイルによって加熱される。一体型ヒートパイプを有する楔セクションで構成されたマンドレルアセンブリをワインディングと硬化の両方のために水平または垂直に方向付けることができる。
【００７４】
さらに、当業者には理解されるように、フィラメントワインディング加工産業では、パイプ「チーズ（Ｔｅｅｓ）」およびエルボがフィラメントワインディングによって製作されることは周知である。代替実施例では、一体型ヒートパイプを有する２つまたは３つのマンドレルで構成されるアセンブリは構成されることができ、それによって、マンドレルがねじ込まれた雄ねじと雌ねじとによって互いに固定されて、マンドレルアセンブリが形成され、その上にエルボまたはティーが巻き付けられる。こうしたマンドレルセグメントのそれぞれは、一体型ヒートパイプを有するマンドレルセクションである。ワインディングおよび硬化後に、異なるマンドレルセクションのねじを互いに解くことによって、セクションが管継手のＩ．Ｄ．から取り外される。一体型ヒートパイプを有するマンドレルセクションは、全てのマンドレルセクションの交差点で巻き付けた継手の外側に近接した誘導コイルでも加熱され、それによって全てのセクションが同時に加熱される。
【００７５】
さらに、マンドレルセクションは、十分な露出表面を有して、対流硬化炉内に存在する熱を一体型ヒートパイプを有するマンドレル内に伝え、マンドレルアセンブリ全体に熱を十分に供給して、最適硬化時間および巻き付けた製品または構造のＩ．Ｄ．表面上の温度の均一さに影響を与えることができるように設計され、製作される。
【００７６】
全体にわたって論じたように、通常の制御システム、充填方法、過剰温度安全通気口などを使用して、温度が制御される。
【００７７】
他の実施形態では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルが引抜きプロセスで使用され、連続したフィラメントが熱硬化性樹脂で湿らされ、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの表面に沿って延伸される。
【００７８】
一実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルは静止したままであり、誘導コイルで加熱され、引抜きプロセスのためのマンドレルとして使用され、該引抜きプロセスにおいて、連続フィラメントが熱硬化性樹脂で湿らされ、マンドレルの表面に沿って延伸される。このプロセスでは、誘導電源によって生成され、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面に伝えられ、ヒートパイプの特性によって均一に分散された熱でフィラメントおよび樹脂が硬化される。
【００７９】
この実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルは静止しており、中空セクションを作製することができる。別法として、一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、フィラメント／樹脂が延伸され硬化される任意の連続した形状でもよい横断面の間隙を形成する、１つまたは複数の一体型ヒートパイプを有するマンドレルのフィラメント／樹脂マトリックスと関連する外径を持つことができる。
【００８０】
静止した一体型ヒートパイプを有するマンドレル上に巻き付けられ、または編み込まれたフィラメントおよび樹脂は、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面に熱を加えることによって硬化される。一実施例では、熱が、たとえば熱誘導コイルなど、誘導によって加えられる。こうして作製された硬化した中空セクションは、ケーブルおよびウィンチなど引張デバイスによって、または１組のキャタピラ型トラック（ｃａｔｅｒｐｉｌｌａｒ ｔｙｐｅ ｔｒａｃｋｓ）によって、一体型ヒートパイプを有する静止マンドレル上で延伸される。キャタピラ型トラック上に硬化部分の外径を把持する凹面クリートが取り付けられ、セクションを前方に連続して延伸し、それによって連続した中空管またはパイプセクションが作製される。
【００８１】
他の実施形態では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、マンドレルの壁内に様々な熱抵抗値の材料の積層を含む、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの長さに沿った可変の熱遮断部を有し、その結果、マンドレルの長さに沿った熱伝達の低下、または予想可能な線形あるいは非線形の下降もしくはプロファイリングが得られる。一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外径の一部に沿って熱遮断部を予想可能に増加または低減させることにより、マンドレル表面の外径への予想可能な熱出力が得られる。この熱的な「楔」または形状は、材料がマンドレルの表面に沿って延伸され、または編み込まれ、あるいは巻き付けられ、露出されるときに、一体型ヒートパイプを有する静止または回転マンドレルの硬化速度を低下させる際に有益である。
【００８２】
図４は、本発明の他の実施形態を示している。この実施形態では、押出機が、一体型ヒートパイプを有する押出スクリューとして製造または製作される。この実施形態では、押出スクリューは、ヒートパイプ、回転手段に対して構成された第１および第２の端部、ならびに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含む。図４で示した特定の実施例では、一体型ヒートパイプを有する押出スクリューは、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリュー、または一体型熱サイホンを有するアルキメデススクリューである（どちらも一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューと呼ばれる）。
【００８３】
図４、パネルＡでは、中空の中心駆動軸を持つ管状部材４０２を有するアルキメデススクリュー４００は、一体型ヒートパイプまたは熱サイホンを有するアルキメデススクリュー４０６である。端部４１６は、回転手段（図示せず）に取り付けられるように構成される。一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリュー４０６は熱源４０４で加熱され、熱源はこの実施例では上記のように熱誘導コイルである。赤外線センサ４１０は、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリュー４０６の管状部材４０２に隣接するように位置付けられて、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリュー４０６の外面の温度を監視する。プロセス制御装置４０８は、誘導電源４１２と動作可能に関連する。誘導電源４１２は、プロセス制御装置４０８および熱源４０４と動作可能に関連する。この実施例では、赤外線センサ４１０は、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリュー４０６の外面の温度を監視して、プロセス制御装置４０８にフィードバックを提供し、プロセス制御装置４０８は誘導電源４１２を調整することができる。誘導電源４１２は、熱源４０４の出力を上昇、低下、または維持する。したがって、赤外線センサ４１０はプロセス制御装置４０８と動作可能に関連し、プロセス制御装置４０８は誘導電源４１２の出力電力を調整し、したがって、硬化シーケンス中に個別の温度制御を行う。
【００８４】
図４、パネルＢは、熱源４０４およびらせん状のねじ山またはねじ４１４を示す一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリュー４０６の断面図である。
【００８５】
アルキメデススクリューの他に、代替ねじタイプを本明細書に記載するように製造することができることは、理解されるであろう。
【００８６】
一実施例では、使用の際に、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューが熱可塑性プラスチック押出プロセスで使用される。この例では、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューは、熱可塑性材料の押出機として働き、誘導コイルによって加熱されて、熱可塑性樹脂を溶融し、それが押出バレル内に供給されるときに可塑性（ｐｌａｓｔｉｃ）になるようにする。
【００８７】
このプロセスでは、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリュー内のヒートパイプまたは熱サイホンの熱特性は、熱エネルギの不足（すなわち熱シンク）が存在するヒートパイプの表面上に熱エネルギを与えるものであり、その結果、エネルギが必要とされる一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューに沿った位置に熱エネルギが与えられることになる。
【００８８】
一実施例では、熱可塑性原料を押し出す方法であって、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、前記熱可塑性原料を前記入力端に導入するステップ、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して、前記原料が可塑性（ｐｌａｓｔｉｃ）で均一になるステップ、および、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、ならびに、前記可塑性原料を出力手段に供給するステップを含む方法を提供する。
【００８９】
原料の例には、限定的ではないが、充填材または強化材を有する、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、パラフィン、押出プロセス用に配合された他のポリマーが含まれる。
【００９０】
たとえば、可塑性ペレットが一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューの入力端に最初に加えられる。一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューの一部に熱が加えられ、その結果、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューの外面全体が加熱される。可塑性ペレットに加えられた熱によって、可塑性ペレットが溶融され、混合されて、可塑性かつ均一になり、それによって、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューの長さに沿って運搬しやすくなる。
【００９１】
他の実施例では、状況によって、押出機が回転されるときに、摩擦エネルギによる発熱状態が原料によって全体に発生する。こうした状況では、押出機に誘導コイルで熱を加えずに、外部の水ジャケットで冷却してもよい。
【００９２】
他の実施例では、使用の際に、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューは、運搬プロセスで、粒状材料など材料の運搬に使用される。材料「ピル」など、粒状材料の場合は、吸水性により、室温で吸湿性である可能性がある。一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューは、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューの外面の温度を誘導熱によって水の沸点を超える温度に維持して、水の吸収を防ぐように動作可能な運搬機として機能する。
【００９３】
図５は、本発明の他の実施形態を示しており、一体型ヒートパイプを有するマンドレルが複合圧力容器の製造に使用される。
【００９４】
複合圧力容器は、その構造が複合材料からなる圧力容器であり、当業者に周知である。一実施例では、複合圧力容器はフィラメントを巻き付けた構造である。
【００９５】
複合圧力容器は多くの場合、圧縮または液化ガス、液体、推進薬など、様々な１つあるいは複数の液体またはガス状媒体を長期間にわたり１つまたは複数の高圧で貯蔵するために使用される。たとえば、複合圧力容器は、窒素ガス、水素ガス、プロパンガス、天然ガス、酸素、空気、水などを貯蔵するために使用される。
【００９６】
複合圧力容器は、限定的ではないが、エアサスペンションリザーバ、空気ブレーキリザーバ、空気推進リザーバ、窒素ガス貯蔵容器、プロパンガス貯蔵容器、天然ガス貯蔵容器、空気貯蔵タンク、水貯蔵容器、燃料セルの構成要素、燃料タンク、宇宙船の構成要素などが含まれる広範な用途に使用される。
【００９７】
複合容器は、漏れ損失または構造的損傷を受けずに媒体および／または加圧媒体を収容するように製造される。そのようなものとして、複合圧力容器は、限定的ではないが、黒鉛、アラミド、またはガラス繊維、炭素繊維、Ｋｅｖｌａｒ、合成可塑性材料繊維など、ならびに、こうしたフィラメント／材料を埋め込んだマトリックスを形成し、それらを共に複合材料に結合することができるエポキシ樹脂など、多様な材料から作製される。
【００９８】
通常、複合容器は、任意選択でプライマーが被覆された（金属ライナなど）内側ライナ、オーバーラップ、またはジャケットを備える。オーバーラップまたは外側ジャケットは、凝固または硬化するとこうした繊維またはフィラメント状材料を繊維またはフィラメントの間の隙間にしっかり埋め込むマトリックスを形成する硬化可能なエポキシ樹脂など含浸材料が充填された状態で、樹脂含浸フィラメント状材料の層、ライナの周囲のラッパー（ｗｒａｐｐｅｒ）が積層され重ねられて構成される。
【００９９】
硬化後、フィラメント状材料と含浸材料は共に、容器に加えられる力に耐えることができる複合の繊維強化された固体本体を形成する。複合圧力容器の製造での材料の選択は、使用目的の必要性および好みによって変わる。さらに、使用される特定の構成要素の選択は、たとえば、限定的ではないが、コスト、使用可能性、下流側の用途、および安全性を含む多様な追加の基準に基づいてもよい。
【０１００】
通常、複合圧力容器は、所望の圧力容器の内径（Ｉ．Ｄ．）に応じた形状および大きさの薄い壁付きアルミニウム容器（すなわちライナ）を使用して形成される。薄い壁付きアルミニウム容器の一端は、容器の目的の需要／使用に適合するように機械加工されたねじ付き開口部を含む。
【０１０１】
薄い壁付きアルミニウム容器は、アルミニウムライナ容器を支持部の端部にねじ込むことによって、支持部の第１の端部に解放可能に取り付けることができる。マンドレルの端部に取り付けられた薄い壁付きアルミニウムライナ容器は、次いで、フィラメントワインディング機上に配置される。
【０１０２】
必要とされる引張強度能力を有する炭素繊維および／または他の１つまたは複数の繊維がアルミニウム容器上の様々な層に巻き付けられて、容器が目的の用途の高圧に耐えることができるようにするマトリックスが提供される。炭素繊維および／または他の１つまたは複数の繊維に、未硬化状態の樹脂が含浸される。樹脂繊維マトリックスは、基体のアルミニウム容器上に巻き付けられると、通常は高温の炉内で熱的に硬化される。
【０１０３】
以前の方法では、アルミニウム容器は炉内で直接加熱されず、実際、繊維樹脂マトリックスをカバーすることによって断熱される。伝統的な加熱プロセス中、アルミニウム容器は硬化温度に達するのが最も遅い表面である。加工物の外面から内面へのこうした複合圧力容器の加熱では、アルミニウムスキン樹脂繊維界面で不完全な硬化が生じる可能性がある。この硬化の不足によって使用の際に容器が損傷する恐れがある。
【０１０４】
図５で示したように、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の第２の端部１００は、ライナ１０６の開放端１０４を通して挿入される。この実施例では、ライナ１０６はアルミニウム容器である。第２の端部１００はライナ１０６の内部体積１０８内に延びる。一体型ヒートパイプ／熱サイホンを有するマンドレル１０２の第１の端部１１０は、ライナ１０６の開放端１０４に解放可能に取り付けられるように適合された固定手段１１２を備える。特定の実施例では、固定手段１１２は、ライナ１０６のねじ付き開放端１０４に解放可能にねじ込み式に取り付けられるように構成されたねじ付き部材である。固定手段１１２は、製造プロセスで使用される１つまたは複数の温度、および／または１つまたは複数の圧力、ならびに／あるいは操作条件に耐えるように選択される。
【０１０５】
この実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の第１の部分１１４はライナ１０６の内部体積１０８内に配置され、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の第２の部分１１６はライナ１０６の外部に配置される。
【０１０６】
熱源１１８は、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの第２の部分１１６の加熱に使用される。特定の実施例では、熱源１１８は誘導コイルである。一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２は熱的に超伝導性であるため、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の外面に加えられる誘導コイルからのエネルギは一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の表面に沿ったエネルギの分散を誘発し、そのエネルギが一体型ヒートパイプを有するマンドレル全体にわたって伝えられる。したがって、第２の部分１１６の加熱によって、ライナ１０６の内部体積１０８内にある第１の部分１１４が加熱されることになる。
【０１０７】
図５の実施例では、アルミニウム容器１０６の内部体積１０８内の一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の外面１２０とアルミニウム容器１０６の内面１２２との間に間隙または空隙がある。一特定の実施例では、伝熱流体１２４もアルミニウム容器１０６の内部体積１０８に加えられ、それによって一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の外面１２０とアルミニウム容器１０６の内面１２２との間に流体層が形成される。使用の際、伝熱流体１２４は、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の外面１２０とアルミニウム容器１０６の内面１２２が伝熱関係になるように維持する。したがって、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２はアルミニウム容器の内面１２２と伝熱関係である。
【０１０８】
伝熱流体１２４の伝熱能力が使用目的および用途によって変わることは理解されるであろう。一実施例では、適した伝熱流体には、ケイ素、合成、天然炭化水素油、ＤｏｗＴｈｅｒｍ Ａなどが含まれる。任意選択で、追加の高伝熱粒子が伝熱流体に加えられて、熱伝導率が上げられる。こうした伝熱粒子には、限定的ではないが、窒化硼素、アルミニウム、鉄、銀などが含まれる。
【０１０９】
１つまたは複数の伝熱流体には、ゲル、液体、ならびにガスも含まれることは理解されるであろう。
【０１１０】
特定の実施例では、伝熱流体１２４は水である。使用の際に、ライナ１０６の内部体積１０８に水が供給される。一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の第２の端部１００はライナ１０６の開放端１０４を通して挿入される。固定手段１１２は、アルミニウム容器１０６を一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の第２の部分１１６に取り付ける。アルミニウム容器１０６および一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２は次いでフィラメントワインディング機１２６上に配置される。
【０１１１】
図で示していない代替実施例では、ライナ１０６の内部体積１０８内の一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の外面１２０は、ライナ１０６の内面１２２と実質的に接触状態である。したがって、この実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２はアルミニウム容器の内面１２２と伝熱関係にある。
【０１１２】
熱源１１８はフィラメントワインディング中に一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の第２の部分１１６を加熱するように動作可能である。
【０１１３】
一実施例では、熱源１１８は誘導コイルであり、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２はフィラメントワインディングおよび加熱中に回転される。一実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルはフィラメントワインディングおよび加熱中に回転される。この実施例では、硬化プロセスはプロセスのワインディングセグメント中に開始される。
【０１１４】
他の実施例では、フィラメントワインディングはライナ１０６を所望の温度に予熱した後に開始される。１つまたは複数の所望の温度のこうした選択は、使用されるポリマーの化学的性質、およびそのポリマーの硬化段階でのポリマーの熱的需要に依存する。
【０１１５】
一実施例では、約３５０Ｆの通常の硬化温度がエポキシベースの樹脂に使用される。また通常、有効な硬化はフィラメントのワインディングが完了した後に開始される。容器および一体型ヒートパイプを有するマンドレルの回転速度（たとえばＲＰＭ値）、ならびに硬化シーケンス中のフィラメント樹脂マトリックスが、樹脂がフィラメントワインディング中に均一に分散されるままにされることは、理解されるであろう。静止したままでは、樹脂は、表面の最も低い領域に移動しやすい傾向があり、樹脂がフィラメントに不均一に加えられることになる。
【０１１６】
上述のように、図５では、ライナ１０６内の伝熱流体１２４は、伝熱流体１２４に接触する一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２によって加熱される。固定手段１１２は、使用される条件下で、ライナ１０６の内部体積１０８の水密性および気密性を維持する。アルミニウム容器１０６内の伝熱流体１２４は、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２からの熱がライナ１０６の内面１２２に樹脂を硬化させるように選択された温度になるように伝達／対流する。ライナ１０６の回転によって生じるライナ１０６内の伝熱流体１２４の乱流により、ライナ１０６の内面１２２が加熱された伝熱流体１２４で確実に被覆されるようになり、それによってライナ１０６の内面１２２に均一な温度が与えられる。
【０１１７】
当業者には理解されるように、樹脂は加熱面に移動する。したがって、この実施例では、加熱中、樹脂はライナの表面に移動し、それによって樹脂が豊富な表面が提供される。
【０１１８】
多様な熱源が使用されることも理解されるであろう。熱源の選択は、使用目的の必要性および好みによって変わるであろう。さらに、使用する特定の熱源の選択は、たとえば、限定的ではないが、コスト、使用可能性、下流側の用途、安全性を含む多様な追加の基準に基づいてもよい。
【０１１９】
一実施例では、熱源１１８は、ガス炎、または放射加熱器である。生成された熱が第２の部分１１６に放射される。別法として、一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の露出表面上に直接取り付けられ、且つ一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２および加熱器を回転させることができるスリップリングアセンブリによって電気的に動力が供給される電気加熱器を使用して加熱される。
【０１２０】
一実施例では、誘導コイルによって供給されるエネルギは、複合容器を加工物の内面から完全に硬化させるのに十分である。
【０１２１】
他の実施例では、誘導コイルが炉での硬化に共に使用され、容器の外面と容器の内面が共に加熱され、硬化される。
【０１２２】
代替実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの第２の部分１１６は、炉から取り出した後に冷却されることができる。これは、パイプセグメントから熱を除去し、冷却サイクルを促進させるのに役立つ。
【０１２３】
図６は、本発明の他の実施形態の断面図を示しており、一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００は、管状部材５０２が管状部材５０２の内部体積内に配置され、一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００を通って走るように構成される。たとえば、管状部材５０２は一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００を通って走る。管状部材は、たとえば、管またはパイプでもよい。管状部材５０２は、端キャップ５０４にしっかり取り付けられた流体入口５１０および流体出口５１２、ならびに流体入口５１０と流体出口５１２の間に位置付けられた膨張手段５１４を備える。
【０１２４】
管状部材５０２は、それを通じて走っている通路を画定し、流体入口５１０と流体出口５１２を流体連通状態に維持する。
【０１２５】
一実施例では、膨張手段５１４は溶接されたべローズ膨張セクションを含む。
【０１２６】
端キャップ５０４は、ヒートパイプの空になされた蒸気空間を一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００内に維持する。端キャップ５０４は、さらに、入力および出力手段（図示せず）を着脱可能に取り付けるように構成された結合手段５１６を備える。
【０１２７】
一実施例では、結合手段５１６は、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ねじ付き部分および回転ユニオン５１８を備える。一実施例では、入力および出力手段はねじ付きホースである。
【０１２８】
一実施例では、入力手段は、冷却流体を流体入口５０２に供給し、出力手段は、入力された冷却流体を管状部材５０２から流体出口５１２を通して除去することができるようにする。特定の実施例では、冷却流体は水である。
【０１２９】
使用の際は、一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００がその長手方向軸の周りで回転され、未硬化フィラメント状材料が外面５２０に加えられる。ワインディング後、未硬化フィラメント状材料の加熱によって硬化が行われる。硬化サイクルの完了後、水など冷却流体が、流体入口５０４を通りねじ付き部分５１８にねじ込まれた管を通ってポンプで送られる。水は、管状部材５０２を通過し、流体出口５１２から出る。入力された水は、管状部材５０２の内面の温度よりも低い温度である。水が一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００の一端を通ってポンプで送られるときに、管状部材５０２の内面の低い温度の表面により、一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００のヒートパイプ部分内に蒸気の凝縮が生じることになる。このプロセスにより、一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００の外面からエネルギを取り、そのエネルギを管状部材５０２を通って流れる水または冷却流体に伝達し、それによって一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００の外面を冷却し、作成される加工物の内面を冷却する２相の熱伝達が起こる。
【０１３０】
使用の際、管状部材５０２と一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００の残りの部分の温度にかなりの差が生じる可能性がある。この温度差により、管状部材５０２の長さが変わり、それが長さにわたってさらに顕著になる。膨張手段は、こうした温度差が生じる間の膨張および収縮を可能にし、パイプ５０２および溶接部に加えられる引張および圧縮の負荷による溶接部の損傷の可能性を低減する。
【０１３１】
図７は、本発明の他の実施形態を示しており、非金属ライナの周囲のエポキシ含浸フィラメント状材料のワインディングによって、複合容器が製造される。この方法では、フィラメントを巻き付けた加工物の内面からのフィラメント／樹脂マトリックスの硬化が行われる。
【０１３２】
図７では、ライナ６００は非金属容器である。ライナ６００が様々な材料およびポリマーから作製されることができることは、理解されるであろう。一実施例では、ライナ６００はプラスチックである。他の実施例では、ライナ６００は熱可塑性プラスチック、熱硬化性プラスチックである。一実施例では、ライナ６００はガラスまたはセラミックから作製される。ライナ６００は、ねじ付き開口部６０２を通る中空支持部材６０４にねじ込み式に取り付けられ、フィラメントワインディング機（図示せず）の回転チャック６０６上で保持され得る延長部として働く。
【０１３３】
支持部材６０４は、未硬化エポキシ含浸フィラメント状材料がライナ６００の外面の周囲に加えられ、巻き付けられるときに、ライナ６００がその軸の周りで長手方向に回転することができるようにする。
【０１３４】
支持部材６０４上の玉弁６０８は、伝熱流体６１６および金属材料６１４をライナ６００の内部体積６１０に加えることができるようにする。一実施例では、伝熱流体は水であり、金属材料は玉軸受を含む。
【０１３５】
熱誘導コイル６１２はライナ６００に隣接するように配置される。
【０１３６】
熱誘導コイル６１２を未硬化フィラメント状材料を加える間、または加えた後に作動させて、エネルギを金属材料６１４に与えることができる。
【０１３７】
熱誘導コイル６１２が作動されると、エネルギが金属材料６１４に加えられ、加熱される。金属材料６１４の加熱によって、内部体積６１０内の水６１６が加熱され、蒸気が生成される。生成された蒸気は、空気を内部体積６１０から外に追い出し、それを蒸気と交換する。次いで玉弁６０８が閉鎖され、蒸気を閉鎖された圧力が可能な環境で動作させる。ライナ６００内の圧力および温度が上昇し、蒸気が内部体積６１０中に分散され、それによって等温状態が生じる。金属材料６１４に加えられたエネルギは、誘導電源６２２の出力電力を調整するプロセス制御装置６２０に接続された赤外線センサ６１８の使用によって制御され、したがって、硬化シーケンス中に個別の温度制御が行われる。
【０１３８】
上記から理解されるように、この実施形態の方法により、各硬化シーケンス後に排出され再充填される一種の熱サイホンが生成される。水は硬化の完了後にシェルの外に排出または流出され、温度が約１００℃未満に低下される。玉軸受は流出され、必要に応じて再設置される。
【０１３９】
本発明の他の実施形態（図示せず）では、複合容器は、エポキシ含浸フィラメント状材料を金属ライナの周囲に巻き付けることによって作成される。この方法では、フィラメントを巻き付けた加工物の内面からのフィラメント／樹脂マトリックスの硬化が行われる。
【０１４０】
この実施形態は、図７で記載した幾つかの態様と同様である。この実施例では、金属ライナ６００が中空支持部材のねじ付き開口部を通してねじ込み式に取り付けられ、支持部材は、図で示していないフィラメントワインディング機の回転チャック上に保持され得る延長部として働く。一実施例では、金属ライナはアルミニウムライナである。
【０１４１】
支持部材は、未硬化エポキシ含浸フィラメント状材料がライナの外面の周囲に加えられ、巻き付けられるときに、ライナがその軸の周りで長手方向に回転することができるようにする。
【０１４２】
支持部材上の玉弁は、伝熱流体をライナの内部体積に加えることができるようにする。一実施例では、伝熱流体は水である。
【０１４３】
熱誘導コイルはライナに隣接するように配置される。
【０１４４】
熱誘導コイルは、エネルギを金属ライナの外面に与えるために、未硬化フィラメント状材料を加える間、または加えた後に作動させることができる。
【０１４５】
熱誘導コイルが作動されると、エネルギが金属ライナの外面に与えられる。金属ライナの加熱によって、ライナの内部体積内の水が加熱され、蒸気が生成される。生成された蒸気は、空気を内部体積から追い出し、それを蒸気と交換する。次いで、玉弁が閉鎖され、蒸気を閉鎖された圧力が可能な環境で動作させる。ライナ内の圧力および温度が上昇し、蒸気が内部体積中に分散され、それによって等温状態が生じる。金属ライナに与えられたエネルギは、容器と玉弁の間の点で中空の連結部材を通る容器の内部の温度を監視する赤外線センサの使用によって制御される。これは、容器と中空部材によって作成され、玉弁によって閉鎖された熱サイホンの一部である。センサは、誘導電源の出力電力を調整するプロセス制御装置に接続され、したがって、硬化シーケンス中に個別の温度制御が行われる。
【０１４６】
本発明の他の実施形態（図示せず）では、複合容器は、エポキシ含浸フィラメント状材料を金属または非金属のライナの周囲に巻き付けることによって作製される。この方法では、フィラメントを巻き付けた加工物の内面からフィラメント／樹脂マトリックスの硬化が行われる。
【０１４７】
この実施形態は、図７で記載した幾つかの態様と同様である。この実施例では、金属または非金属のライナは、長さの一部がライナの内部体積内に配置されるように、同じ大きさの一体型ヒートパイプを有するマンドレルに、ねじ付き開口部を通してねじ込み式に取り付けられる。一実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの長さの容器の内部体積内に配置される部分は、ライナの内部の深さの約半分に等しい。一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、図で示していないフィラメントワインディング機の回転チャック上で保持され得る延長部として働く。
【０１４８】
一実施例では、ライナは、限定的ではないが、熱可塑性、熱硬化性プラスチックなどプラスチックを含む。他の実施例では、ライナは、金属、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼、鋳物砂など鉄および非鉄の鋳造プロセスで使用される心材などを含む。他の実施例では、ライナは、ガラス、セラミック、焼成粘土、陶器、非塑性複合材料などを含む。
【０１４９】
一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、未硬化エポキシ含浸フィラメント状材料がライナの外面の周囲に加えられ、巻き付けられるときに、ライナがその軸の周りで長手方向に回転することができるようにする。
【０１５０】
容器の回転中に、一体型ヒートパイプを有するマンドレルと接触するのに十分な体積の金属材料が、ライナの内部体積に加えられる。当業者には理解されるように、限定的ではないが、銅、ニッケル、鋼、アルミニウムなどのマイクロスフェアまたはナノ粒子を含む、多様な金属材料を使用することができる。金属材料は、粒状サイズおよび／またはナノ粒子を含む多様なサイズでもよい。使用の際、金属材料は、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面とライナの内面を伝熱関係に維持する。
【０１５１】
熱誘導コイルは、ライナまたは一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面に隣接するように配置される。特定の実施例では、熱誘導コイルは、ライナに隣接してライナの下に配置される。
【０１５２】
熱誘導コイルは、エネルギをライナの内部体積内の金属材料に与えるために、未硬化フィラメント状材料を加える間、または加えた後に作動させることができる。
【０１５３】
使用の際は、ライナが回転されるときに、金属材料はライナの表面と伝熱関係である。加熱されると、金属材料は熱をライナの表面に直接伝える。
【０１５４】
さらに、一部の実施例では、幾つかの合金と同様に、金属材料の加熱によって金属材料が溶融し液体になる。
【０１５５】
金属ライナに加えられるエネルギは、そのセクションがチャックに近接する一体型ヒートパイプを有するマンドレルの露出セクションの温度を監視することによって正確かつ実時間で容器の内部内の金属材料の温度を監視する赤外線センサなど温度センサの使用によって制御される。センサは、誘導電源の出力電力を調整するプロセス制御装置に接続され、したがって、硬化シーケンス中に個別の温度制御が行われる。
【０１５６】
図８は、複合ドリルおよび／またはプロセスパイプが一体型ヒートパイプを有するマンドレルを使用して作製される追加の実施例を示している。
【０１５７】
通常、ドリルパイプは鋼から製造され、石油掘削現場から離れた工場で生産される。生産工場の掘削現場に対する距離により、物流問題が生じ、それによって現場のパイプの配送のコストが追加され、不便さが増す。さらに、こうした通常の鋼ドリルパイプは重いため、移動させるのがさらに難しい。
【０１５８】
複合パイプを、石油掘削、および、遠隔の掘削地点、または油砂および他の鉱業用途など遠隔の加工地点での他のプロセスに使用することができる。複合パイプは鋼パイプよりも実質的に軽量である。複合パイプは、腐食、および摩耗、ならびに単純な支持構造に関して、鋼パイプに勝る他の利点を有する。しかし、どちらも必要とされる輸送を行う場合は、複合パイプのリニアフィート当たりのコストが鋼パイプを超え、同時に増加する。
【０１５９】
掘削地点に近い場所または現場でセルまたはアセンブリを製造することによって、複合パイプをガラス繊維フィラメントのリールおよびエポキシ樹脂のドラムから製作することができる場合、完成したパイプセクションの運送コストが大幅に低減され、または回避される。
【０１６０】
図８の実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２は、未硬化フィラメント状材料７０４を加える間、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２をその軸の周りで長手方向に回転させるように動作可能であるワインディング機７２０に取り付けられる。
【０１６１】
ワインディングシーケンス中、未硬化フィラメント状材料７０４が一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２に加えられ、熱誘導ユニット７０６によって連続的に加熱される。
【０１６２】
誘導コイル７０８および電源７１０は赤外線センサ７１２に結合され、赤外線センサ７１２は回転する一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２を監視し、制御信号をプロセス制御装置７１４に送り、プロセス制御装置７１４は電源７１６の出力を駆動する。
【０１６３】
この実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２は、ワインディングプロセス中に一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２の外面に対して等温である個別の選択可能な処理温度を有し、維持する。したがって、樹脂は加えられるときに効率的に硬化される。その結果、フィラメント／エポキシマトリックスパイプセクションが数時間ではなく約数分程度で硬化される。さらに、炉が不要である。
【０１６４】
この方法は、複合パイプの現場での製造に非常に適している。
【０１６５】
また図８には、全般的に参照番号７３０で示された回転ラック機構が示されている。回転ラック機構７３０は、上記のフィラメントワインディング位置、冷却位置、および押出位置を含む。
【０１６６】
フィラメントワインディングおよび硬化に続いて、その外面上にワインディングされたパイプセクションを有する一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２をワインディング機７２０の外の全般的に数字７３４で示された冷却位置に自動的にインデックスを付けることができる。この位置で、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２およびワインディングされたパイプセクションが、処理硬化温度から、パイプセクションを一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２から取り出すことができる温度に冷却される。
【０１６７】
冷却後、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２は全般的に数字７３６で示された押出位置に移動される。押出位置７３６では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２が静止状態に保持される間、パイプセクションを一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２から水圧シリンダに取り付けられた寸法付けられたカラーを使用して引っ張る水圧ラム（図示せず）を使用して、作製されたパイプセクションが一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２から取り出される。
【０１６８】
他の実施例では、パイプセクションを抜き取った後、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２が待機位置（図示せず）に移動される。
【０１６９】
また他の実施例では、待機位置に位置付けられた後、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２がワインディング機７２０上に位置付けられ、それによって新しい複合パイプにワインディングすることができるようになる。
【０１７０】
したがって、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２をワインディング位置、冷却位置、および押出位置に位置付け移動させることができる回転する回転ラックシステムが設けられる。他の実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２をワインディング位置、冷却位置、押出位置、および待機位置に位置付け移動させることができる回転する回転ラックシステムが設けられる。
【０１７１】
回転ラックシステムは、トラック、バージ、ヘリコプタなどを含む多様な手段によって、作業現場に容易に輸送される。回転ラックシステムは、作業現場で、発電機で給電され、石油またはガス掘削現場用のドリルまたは処理パイプ、工事現場用の水パイプおよび／または下水パイプなど特定要件のための複合パイプの作製を開始する。
【０１７２】
一実施例では、回転ラックシステムは、作業現場で操作するための可搬式「現場」独立型システムとして使用されるように、スキッドまたはレールに取り付けられるように構成される。
【０１７３】
本発明の上記の実施形態は、単なる例示であることが意図される。本明細書に添付された特許請求の範囲によってのみ画定される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって、特定の実施形態に対する変更形態、修正形態、および変形形態を作製することができる。
【符号の説明】
【０１７４】
２、１０、１０２、５００、７０２、８００ 一体型ヒートパイプを有するマンドレル
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
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
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。
【０００２】
本発明の分野は、一般に、加熱素子の使用、および複合構成要素の製造における加熱素子の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
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。フィラメントは、繊維強化プラスチックであることが多い。フィラメントをマンドレルの周囲に巻き付け、セグメントまたは容器に適切な厚さおよび長さが獲得された後、得られた加工物が炉で加熱されて硬化される。加熱中、樹脂の相が液体から固体に変わる。そのプロセスで、樹脂がフィラメントをカプセルで包み、それによってフィラメントがその巻き付け方向に含まれ、樹脂が硬化するときにフィラメントが同じ方向に保持される。加熱はフィラメント内の硬化剤を活性化させることもできる。加工物は所定の時間にわたって加熱され、次いで炉から取り出されて、硬化プロセスを継続させることができるようになされる。追加の硬化時間は周囲温度でもよく、またはある期間にわたり異なる温度で他の炉内にマンドレルを配置し、ワインディングする必要があることもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の中空マンドレルは、対流硬化炉内に配置された場合に、加工物の中心から限られた程度までしか加熱することができない。固体または封止されたマンドレルは、加工物の中心に中空マンドレルよりもさらに少ない熱しか与えない。その結果、加工物の不均一な硬化が生じる場合がある。
【０００５】
加熱サイクルの完了後、加工物を熱源から取り出し、冷却できるようにして、硬化プロセスを継続させる。これは、マンドレル自体が対流炉からの残留熱を保持しているために、ゆっくりしたプロセスである可能性があり、その結果、パイプセグメントの内面が継続して加熱されることになる。
【０００６】
複合パイプセグメントおよび複合容器の改善された製造が依然として必要とされる。
【０００７】
この背景情報は、本出願者が本発明に関連する可能性があると考える情報を理解されるために提供するものである。前述の情報は全て本発明に不利に従来技術を構成すると認められることは必ずしも意図されておらず、またはそのように解釈すべきではない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様により、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を提供する。
【０００９】
本発明の他の態様では、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含む方法を提供する。
【００１０】
本発明の他の態様では、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、前記通路内で前記第２の端部に位置付けられた玉弁を有する第２の端部とを備える、支持部を提供するステップと、前記ライナを前記支持マンドレルの前記第２の端部に前記固定手段で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、前記ライナを前記支持マンドレルの前記第２の端部に前記固定手段で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含む方法を提供する。
【００１１】
本発明の他の態様により、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、を含む方法を提供する。
【００１２】
本発明の他の態様により、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、を含む方法を提供する。
【００１３】
本発明の他の態様では、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、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を提供する。
【００１４】
本発明の他の態様では、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含む方法を提供する。
【００１５】
本発明の他の態様では、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を提供する。
【００１６】
次に、添付の図を参照して、本発明の実施形態を単なる例として記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一体型ヒートパイプを有するマンドレルの一実施形態を示す図である。
【図２】一体型熱サイホンを有するマンドレルの本発明の他の実施形態を示す断面図（パネルＡ）、およびパネルＡで示した一体型熱サイホンを有するマンドレルを示す端面図（パネルＢとＣ）である。
【図３】一体型ヒートパイプを有するマンドレルを示す断面図（パネルＡとＢ）およびＡ−Ａに沿って切り取られた断面図（パネルＣ）である。
【図４】一体型ヒートパイプを有する押出機を示す側面図（パネルＡ）、および端面図（パネルＢ）である。
【図５】本発明の追加の実施形態を示す断面図（パネルＡ）およびパネルＡの端面図（パネルＢ）である。
【図６】本発明の一体型ヒートパイプを有するマンドレルの一代替実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明の追加の実施形態を示す断面図（パネルＡ）およびパネルＡの端面図（パネルＢ）である。
【図８】本発明の一体型ヒートパイプを有するマンドレルの他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の詳細な説明では、太字活字の数字は、本発明の様々な実施形態を示す図面に関連して記載され参照される構成部品を示す。本発明の様々な実施形態を記載する際に、同じ参照番号は同様の要素を示すために使用されていることを留意されたい。さらに、簡単にするために、図面の幾つかの図から部品が省略されている。
【００１９】
本発明の一実施形態は、一体型ヒートパイプを有するマンドレルおよびその使用を対象とする。
【００２０】
本発明の一態様では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル、または一体型熱サイホンを有するマンドレルになるように、マンドレルを適合し、あるいは製作することによって得られる通常のフィラメントワインディングマンドレルの変更形態を記載する。この変更または製作を行うことによって、一体型ヒートパイプまたは一体型熱サイホンを有するマンドレル（本明細書ではどちらも全般的に一体型ヒートパイプを有するマンドレルと呼ばれる）は、マンドレルの表面上の１つまたは複数の局所領域から熱エネルギを吸収し、そのエネルギを急速に再分散して、マンドレルの使用可能な外面全体の均一または概ね等温の温度状態をもたらす能力を有することができる。
【００２１】
当業者には理解されるように、ヒートパイプが一体型であると記載される場合、この記載は機能的観点からなされたものである。マンドレルは封止された素子であることが多く、その場合、ヒートパイプをマンドレルに一体型に組み込むことができる。しかしながら、マンドレルが封止された素子でない場合は、ヒートパイプをマンドレル内に着脱可能に挿入することができる。（マンドレルをスリーブとして使用して）ヒートパイプがマンドレル内に挿入される場合、伝熱プロセスを助ける完全な嵌合を確保することができないことを含む幾つかの製造問題によって、ヒートパイプの等温特性がマンドレルの外面に完全には与えられない場合があることは理解される。スリーブ付きヒートパイプは、なおマンドレルに等温に近い機能を提供し、本発明の多くの利点を提供する（しかし、非常に正確な公差を使用しない実施形態では利点が幾分低減される）。
【００２２】
フィラメントワインディング
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。
【００２３】
パイプ、管、または平行の側部、あるいはドラフトを有する、卵形、正方形、長方形など多様な幾何形状の他の中空のセクションを使用することができることは明らかである。１つの開放端を有する容器を使用することもできる。２つ以上の開放端を有する容器を使用することもできる。幾つかのマンドレルにこうした形状を組み込み、加工物とも呼ばれる、１つの端部が閉鎖された構成要素を作製することができる。
【００２４】
フィラメントワインディングプロセスでは、通常、（フィラメント状材料と呼ばれる）連続した樹脂含浸ロービングまたはモノフィラメントのバンドが回転マンドレルの周囲に巻き付けられ、次いで硬化されて、最終製品が作製される。巻き付けられるフィラメントに対してマンドレルを回転させることができ、またはその逆も可能であることは、理解されるであろう。
【００２５】
マンドレル
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。
【００２６】
たとえば、マンドレルは鋼で作製された中空シリンダである。マンドレルの端部は、マンドレルの端部によってワインディング機のチャック内でマンドレルを把持するのに使用される六角形鋼棒の溶接されたセクションである。上述のように、マンドレルに使用される鋼管は、通常はＤＯＭ管である。通常、端部セクションは管セクション上に溶接される。管セクションは、プロセッサで求められるように、無心研削され、めっきされる。
【００２７】
加工物の硬化中、樹脂繊維マトリックスをその周囲に巻き付けた中空マンドレルが、通常、約３５０Ｆに温度を上げた硬化炉内に、樹脂が架橋され、硬化されて、固体の樹脂／繊維構造または加工物が生成されるまで数時間にわたって配置される。硬化後、マンドレルが加工物から取り出され（たとえば、引き出され、または押し出され）、マンドレルを再使用して次の加工物を形成することができる。
【００２８】
プロセスの経済価値は、部分的にはプロセスの完了時および得られた部分の品質に基づく。樹脂は触媒作用を及ぼし、且つ硬化するために熱を必要とする。熱源は、通常、マンドレルおよび加工物が配置される硬化炉である。未硬化の樹脂／繊維マトリックスは本質的に断熱性であり、マンドレルは（中空でも固体でも）直接加熱されないため、マンドレルは炉内で最後に加熱される。したがって、硬化炉からのエネルギは樹脂／繊維マトリックスを加工物の外面から加工物の内部に加熱する。
【００２９】
当業者は、樹脂が、ガラス転移温度または硬化温度に近づくにしたがって、実質的に粘性が低下する傾向があることを理解するであろう。低粘性のため、樹脂が湿り（ｗｅｔ ｏｕｔ）、加熱されると繊維の間に流入可能になる。上述のように、伝統的なマンドレル用途で樹脂繊維マトリックスに加えられる熱は、未硬化マトリックス加工物の外径（Ｏ．Ｄ．）から内面に伝えられる。樹脂は、加熱された外面に向かって流れ、マンドレルの表面に接触する内面から離れるように流れる傾向がある。これが多孔性の濡れていない繊維の領域になり、この領域に微小割れが生じる場合がある。
【００３０】
加工物の樹脂繊維マトリックスは断熱材として働くため、マトリックスの内面の硬化温度に達するには、炉内でかなりの時間がかかる可能性がある。炉温は、プロセスで使用される樹脂の最高処理温度を超えないように制御されなければならない。
【００３１】
ヒートパイプおよび熱サイホン
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。
【００３２】
ヒートパイプは部分的真空で液体を有する封止された素子であり、ウィックを含むことが好ましい。熱がヒートパイプの全ての部分に加えられると、その領域内の液体はガスに変換される。この相変化により熱エネルギが吸収される。蒸気はヒートパイプを通り、パイプの冷却部分に移動され、該蒸気は、吸収した熱エネルギを放出する相変化で凝縮される。こうしてヒートパイプは熱を一の領域から他の領域に伝える。
【００３３】
本発明では、ヒートパイプをマンドレルとして使用することができ、または従来のマンドレルに埋め込むこともできる（どちらも本明細書では一体型ヒートパイプを有するマンドレルと呼ばれる）。こうした一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、フィラメントを巻き付けた構成要素の製造に使用される。
【００３４】
一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面の周囲に未硬化フィラメントを巻き付けた後、作製された加工物を加熱した環境に導入することができる。一体型ヒートパイプを有するマンドレルの露出セクションは、熱源の熱を吸収する。一実施例では、与えられる熱は炉の周囲熱であり、その熱がヒートパイプの他の領域に伝えられる。ヒートパイプの効率的な温度均等化特性によって、フィラメントを巻き付けた加工物の外面と同じ温度に加熱されるフィラメントを巻き付けた加工物の内面が結果として生じる。
【００３５】
冷却相中、一体型ヒートパイプを有するマンドレルはさらなる機能を提供する。外部をゆっくり冷却することができる間に、パイプセグメントの内部を加熱し続けることが望ましい。これは、加工物が炉から取り出された後に、ヒートパイプの一端を加熱することによって行われる。ヒートパイプは加工物の内部に熱を与え続ける。
【００３６】
また、エポキシフィラメントマトリックスが硬化プロセス中に発熱する場合があることは、理解されるであろう。こうした発熱は、全体的ではなく、本質的に局所的である。一体型ヒートパイプを有するマンドレルはこうした発熱エネルギスパイクをマンドレルの表面中に再分散する能力を有する。したがって、一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、過剰な熱による層剥離および蒸発を引き起こす場合がある局所熱スパイクの可能性も低減する。
【００３７】
一代替実施例では、炉から取り出した後、ヒートパイプの一端を冷却することができる。これは、加工物から熱を取り去り、より速い冷却サイクルを促進するのに役立つであろう。
【００３８】
当業者は、ヒートパイプ及び熱サイホンの働く方法が類似していることを理解するであろう。本発明の範囲から逸脱することなく、当業者に理解されるように、上記のマンドレルを熱サイホンを使用するように変更することができる。一体型ヒートパイプを有するマンドレルと一体型熱サイホンを有するマンドレルは共に、本明細書では全般的に一体型ヒートパイプを有するマンドレルと呼ばれる。
【００３９】
図１は、本発明の一実施形態を示しており、該一実施形態において、ワインディング機（図示せず）を使用して、未硬化エポキシ含浸フィラメント４を外面１０の周囲にワインディングすることによって、未硬化エポキシ含浸フィラメント４が一体型ヒートパイプを有するマンドレル２に加えられている。一体型ヒートパイプを有するマンドレル２は、未硬化エポキシ含浸フィラメント４を加える間、その長手方向軸の周りで回転される。一体型ヒートパイプを有するマンドレルが、フィラメントが一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面の周囲に存在する状態で、フィラメントを加える間、静止してもよいことは、理解されるであろう。
【００４０】
図１は、一体型ヒートパイプを有するマンドレル２の外面１０を所定の経路によって加熱または冷却することができる加熱／冷却制御ユニット８内に挿入された一体型ヒートパイプを有するマンドレル２の第１の端部６を示している。
【００４１】
一実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル２は熱サイホンのヒートパイプである。
【００４２】
一実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル２はヒートパイプまたは熱サイホンとして機能するように変更されたマンドレルである。
【００４３】
図２は、一実施例の断面図を示しており、該一実施例において、一体型ヒートパイプを有するマンドレル８００は、端キャップ８０２がマンドレル８０８の端部に気密溶接で溶接されるように構成されている。マンドレル８０８の壁ストックおよびマンドレル８０８の構造は、作動温度（したがって必要とされる処理温度の圧力）でヒートパイプまたは熱サイホンと関連する圧力を維持することができる圧力容器であるように構成される。空にし、流体を充填し、封止するための管継手を設置するため、ねじ付きポート８０２がマンドレル８０８の一端の端キャップ８０２内に設けられる。マンドレル８０８の他端にあるねじ付きポート８０４は安全過剰圧力フェイルセイフ破裂円板を設置するために設けられる。
【００４４】
一実施例では、熱サイホンを有するマンドレルの場合、熱サイホン内の流体の充填は熱サイホンの体積の約３０％である。この実施例では、使用の際に、未硬化エポキシ含浸フィラメント状材料を加える間、熱サイホンを有するマンドレルは低ＲＰＭで回転される。
【００４５】
誘導加熱
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。
【００４６】
この実施例では、誘導加熱器を使用して、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの一領域が加熱される。誘導コイルによる一体型ヒートパイプを有するマンドレルの加熱によって、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面が実質的に均一の表面温度になる。局所エネルギが、ヒートパイプまたは熱サイホンに典型的なエネルギ伝達によってマンドレル中に均一に再分散される。マンドレルの表面上のこのエネルギは、フィラメント樹脂ワインディングに伝達され、それによって加工物がその内面から均一に硬化される。
【００４７】
当業者は、誘導コイルの特定の構成および使用されるパラメータ（たとえば、動作周波数、結合距離、電力など）が、使用目的の用途、必要性、好みによって変わることを理解するであろう。また、使用される特定の構成要素の選択は、たとえば、限定的ではないが、コスト、使用可能性、下流側の用途、および安全性を含む多様な追加の基準に基づいてもよい。
【００４８】
一実施例では、誘導コイルは市販のものである。
【００４９】
他の実施例では、誘導コイルは、エポキシまたは他の１つまたは複数の樹脂に埋め込まれて、コイルが処理で損傷および／または汚染を受けないように保護される。
【００５０】
他の特定の実施例では、誘導コイルは完全な径のコイルとして構成される。
【００５１】
他の特定の実施例では、誘導コイルは「Ｃ」字形状であり、誘導コイルの出力を誘導コイルの「Ｃ」字形状内に集中させるものである。この実施例では、「Ｃ」字形状のコイルからの出力がマンドレルの下部半分に放射される。
【００５２】
熱は、未硬化フィラメントが加えられる間、または未硬化フィラメントが加えられた後に、一体型ヒートパイプを有するマンドレルに加えられる。
【００５３】
一実施例では、誘導コイルは、未硬化フィラメントおよび樹脂を一体型ヒートパイプを有するマンドレルの周囲にワインディングし、ワインディングが行われている間、均一な熱を受けることができるようにし、したがって、所望の場合に、プロセスのワインディング相中に硬化プロセスが始まる。
【００５４】
通常、誘導電源からの出力は、プロセス制御装置からの出力によって典型的に制御され、比例帯、積分、および微分を特徴とする。プロセス制御装置には、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの表面の温度を直接監視し、信号をプロセス制御装置に出力する赤外線センサからの処理温度データ入力が提供される。
【００５５】
赤外線温度センサが、適した温度センサの一例であることは理解されるであろう。様々な非接触温度センサまたは接触温度センサを使用することができる。
【００５６】
使用の際は、熱エネルギが一体型ヒートパイプを有するマンドレルの金属表面の一部に誘導コイルによって加えられる。熱エネルギは、樹脂およびフィラメントワインディングが定位置に存在してもしなくても与えられる。
【００５７】
一実施例では、加工物の作製に使用されるフィラメントは、誘導加熱に対して実質的に耐熱性であるため、誘導コイルからのエネルギは、樹脂およびフィラメントが金属製でないために、それらによって直接「感知」されない。誘導コイルからのエネルギが、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの金属表面によって吸収されるときにＲＦ（共振周波数）でなく熱的になった場合、マンドレルに沿った熱エネルギの伝達は、ヒートパイプまたは熱サイホンに特有であり、それらは熱エネルギをマンドレル中に均一に再分散する。
【００５８】
他の実施例では、加工物の作製に使用されるフィラメントは、炭素繊維など導体材料を含み、誘導コイルのＲＦによって励起されると熱くなる。さらに、フィラメントは、その中に埋め込まれた金属ストランドを有することができ、やはり誘導ＲＦエネルギを直接受けると熱くなる。
【００５９】
熱伝導材料を含むフィラメントの場合、露出され、フィラメントによってカバーされず、かつ誘導コイルの出力範囲内に存在しない、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの一部に隣接するようにコイルを位置付けることによって、加工物を硬化することができる。
【００６０】
本発明の一実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルを製作する。この実施例では、通常の（すなわち非ヒートパイプ）マンドレルを空にし、充填し、封止し、それによってマンドレルを（本明細書で一体型ヒートパイプを有するマンドレルと呼ばれる）ヒートパイプまたは熱サイホンにする。一体型ヒートパイプを有するマンドレルはワインディング機に取り付けられる。熱誘導コイルは一体型ヒートパイプを有するマンドレルの局所領域を取り囲む。誘導コイルは、ＲＦ発生器、または金属成分の非接触加熱に通常使用される誘導電源に取り付けられる。マンドレルは誘導コイル内で自由に回転する。誘導コイルは、コイルの下の局所表面領域でマンドレル上にキロワットで表される電力を生成する。マンドレルは動作的にはヒートパイプまたは熱サイホンであるため、誘導コイルによって一体型ヒートパイプを有するマンドレルの局所領域に供給されるエネルギは、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの内部体積全体にわたり分散されて、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの温度が均一になるようになされる。
【００６１】
特定の実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルは誘導コイルによる加熱中に静止している。
【００６２】
一特定の実施例では、硬化を行うには、誘導コイルによる加熱中に一体型ヒートパイプを有するマンドレルをその軸の周りで長手方向に回転させる。当業者には理解されるように、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの（１つまたは複数の）回転速度は、フィラメント／樹脂マトリックス内の樹脂の性質、化学的性質、および／または組生物、ならびに／あるいは反応期間の可変の粘性によって部分的に決定される。
【００６３】
他の実施例では、未硬化フィラメント／樹脂マトリックスを完全に巻き付けた状態の一体型ヒートパイプを有するマンドレルが、誘導コイルによって内部的に加熱され、かつ／または樹脂を最適に硬化させる温度に設定された炉内に配置される。
【００６４】
一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、炉内で、マンドレルの露出表面を加熱する炉内のエネルギによって加熱される。このエネルギのマンドレル表面上への局所的入力は、ヒートパイプまたは熱サイホンに関連する相変化作用によってマンドレル中に急速に分散され、未硬化フィラメント樹脂マトリックスの外面が炉内のエネルギによって加熱されるときに、一体型ヒートパイプを有するマンドレルが、硬化プロセス中に均一に加熱される。
【００６５】
図３は、水で冷却される銅管誘導コイル１２で加熱され、チャック１６を使用してワインディング機に取り付けられるように適合された、ヒートパイプまたは熱サイホンを有するように構成されたマンドレル１０を示している。パネルＡは、誘導コイル１２が一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０を加熱している一実施例の断面図を示している。パネルＢは、誘導加熱コイル１２が、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０の外面の周囲に未硬化フィラメント１４も含む一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０を加熱している一実施例の断面図を示している。パネルＢの実施例では、フィラメント１４は誘導コイル１２の加熱からのエネルギに対して実質的に耐熱性であり、したがって、フィラメント１４の下の一体型ヒートパイプを有する鋼マンドレルに誘導されるエネルギによる影響を直接受けない。一体型ヒートパイプを有する鋼マンドレル１０が加熱されるときに、エネルギは一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０の全体積にわたり、したがってマンドレルの外面全体にわたり、急速かつ均一に再分散される。一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０からの熱エネルギは、未硬化エポキシ含浸フィラメントの硬化に影響を与える。パネルＣは、パネルＢで示したＡ−Ａに沿って切り取られた断面図である。
【００６６】
所望の場合に、マンドレル表面の露出部分が誘導コイルに対して有効なままに位置付けられるように、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの表面上にフィラメントを加えることができる。別法として、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの表面をフィラメントのワインディングでカバーして、誘導コイルを一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面に沿った任意の位置に配置することができるようにする。
【００６７】
他の実施例では、誘導コイルを使用して、一体型ヒートパイプを有するマンドレル上の未硬化樹脂繊維マトリックスが加工物の内面と外面の両方で同時に硬化される。加工物の外面と内面の両方を加熱することによって、硬化速度がかなり低下し、マンドレルに最も近い樹脂が液化して粘性が低くなり、したがって、繊維に浸透して、完全に湿らせることができるようになる。繊維樹脂マトリックスの内面は、その場合、樹脂の豊富な平滑な表面である。
【００６８】
特定の実施例では、熱源を使用して、熱が、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面と未硬化フィラメント状材料の外面の両方に加えられる。一実施例では、熱源は、凹面反射器上に形成されたガス燃焼または電動の赤外線加熱素子のバンクであり、未硬化フィラメント状材料の外面と一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面の両方にエネルギを放射する。
【００６９】
他の特定の実施例では、熱は、誘導コイル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に加えられる。
【００７０】
他の実施例では、熱サイホンを有するマンドレルは、３インチＯＤ×長さ６４インチで０．３７５インチの壁を有し、流体が充填され、約１０から１５ＲＰＭで回転し、誘導コイルで加熱されると概ね等温状態で機能する。
【００７１】
他の実施形態では、フィラメントワインディング大型管セクションまたは構造の場合、一体型ヒートパイプを有するマンドレルを、取り扱い可能であり、１つの一体型ヒートパイプを有するマンドレルアセンブリに組み立てて、その上にフィラメントが巻き付けられるセクションを有するように構成することが望ましい。たとえば、大きい径（たとえば、３メートル）で長さが６から１０メートルの排気筒または貯蔵タンクセクションのワインディングの場合である。
【００７２】
この例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、全ての楔セクションが中心コアの周りに組み立てられると、アセンブリが直径３メートルで長さ６から１０メートルの単一マンドレルになるような半径の加工面を有する楔形状の断面として形成される。直径および長さは単なる例であり、他の組み合わせも可能であることは、理解されるであろう。
【００７３】
楔形状のセグメントの数は、用途によって可変であるが、その総数は、組み立てた場合に、３６０度の断面を作成するものである。各楔形状のセクションは、それ自体がヒートパイプまたは熱サイホンに加工処理された圧力容器である。アセンブリを炉内で各楔セクションのヒートパイプの露出面を加熱する炉内の周囲熱で加熱することができ、またはアセンブリを誘導によって加熱することができる。その場合、個々のセクションは、周囲３６０度の誘導コイルまたはＣ字形状の誘導コイルによって加熱される。一体型ヒートパイプを有する楔セクションで構成されたマンドレルアセンブリをワインディングと硬化の両方のために水平または垂直に方向付けることができる。
【００７４】
さらに、当業者には理解されるように、フィラメントワインディング加工産業では、パイプ「チーズ（Ｔｅｅｓ）」およびエルボがフィラメントワインディングによって製作されることは周知である。代替実施例では、一体型ヒートパイプを有する２つまたは３つのマンドレルで構成されるアセンブリは構成されることができ、それによって、マンドレルがねじ込まれた雄ねじと雌ねじとによって互いに固定されて、マンドレルアセンブリが形成され、その上にエルボまたはティーが巻き付けられる。こうしたマンドレルセグメントのそれぞれは、一体型ヒートパイプを有するマンドレルセクションである。ワインディングおよび硬化後に、異なるマンドレルセクションのねじを互いに解くことによって、セクションが管継手のＩ．Ｄ．から取り外される。一体型ヒートパイプを有するマンドレルセクションは、全てのマンドレルセクションの交差点で巻き付けた継手の外側に近接した誘導コイルでも加熱され、それによって全てのセクションが同時に加熱される。
【００７５】
さらに、マンドレルセクションは、十分な露出表面を有して、対流硬化炉内に存在する熱を一体型ヒートパイプを有するマンドレル内に伝え、マンドレルアセンブリ全体に熱を十分に供給して、最適硬化時間および巻き付けた製品または構造のＩ．Ｄ．表面上の温度の均一さに影響を与えることができるように設計され、製作される。
【００７６】
全体にわたって論じたように、通常の制御システム、充填方法、過剰温度安全通気口などを使用して、温度が制御される。
【００７７】
他の実施形態では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルが引抜きプロセスで使用され、連続したフィラメントが熱硬化性樹脂で湿らされ、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの表面に沿って延伸される。
【００７８】
一実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルは静止したままであり、誘導コイルで加熱され、引抜きプロセスのためのマンドレルとして使用され、該引抜きプロセスにおいて、連続フィラメントが熱硬化性樹脂で湿らされ、マンドレルの表面に沿って延伸される。このプロセスでは、誘導電源によって生成され、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面に伝えられ、ヒートパイプの特性によって均一に分散された熱でフィラメントおよび樹脂が硬化される。
【００７９】
この実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルは静止しており、中空セクションを作製することができる。別法として、一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、フィラメント／樹脂が延伸され硬化される任意の連続した形状でもよい横断面の間隙を形成する、１つまたは複数の一体型ヒートパイプを有するマンドレルのフィラメント／樹脂マトリックスと関連する外径を持つことができる。
【００８０】
静止した一体型ヒートパイプを有するマンドレル上に巻き付けられ、または編み込まれたフィラメントおよび樹脂は、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面に熱を加えることによって硬化される。一実施例では、熱が、たとえば熱誘導コイルなど、誘導によって加えられる。こうして作製された硬化した中空セクションは、ケーブルおよびウィンチなど引張デバイスによって、または１組のキャタピラ型トラック（ｃａｔｅｒｐｉｌｌａｒ ｔｙｐｅ ｔｒａｃｋｓ）によって、一体型ヒートパイプを有する静止マンドレル上で延伸される。キャタピラ型トラック上に硬化部分の外径を把持する凹面クリートが取り付けられ、セクションを前方に連続して延伸し、それによって連続した中空管またはパイプセクションが作製される。
【００８１】
他の実施形態では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、マンドレルの壁内に様々な熱抵抗値の材料の積層を含む、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの長さに沿った可変の熱遮断部を有し、その結果、マンドレルの長さに沿った熱伝達の低下、または予想可能な線形あるいは非線形の下降もしくはプロファイリングが得られる。一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外径の一部に沿って熱遮断部を予想可能に増加または低減させることにより、マンドレル表面の外径への予想可能な熱出力が得られる。この熱的な「楔」または形状は、材料がマンドレルの表面に沿って延伸され、または編み込まれ、あるいは巻き付けられ、露出されるときに、一体型ヒートパイプを有する静止または回転マンドレルの硬化速度を低下させる際に有益である。
【００８２】
図４は、本発明の他の実施形態を示している。この実施形態では、押出機が、一体型ヒートパイプを有する押出スクリューとして製造または製作される。この実施形態では、押出スクリューは、ヒートパイプ、回転手段に対して構成された第１および第２の端部、ならびに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含む。図４で示した特定の実施例では、一体型ヒートパイプを有する押出スクリューは、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリュー、または一体型熱サイホンを有するアルキメデススクリューである（どちらも一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューと呼ばれる）。
【００８３】
図４、パネルＡでは、中空の中心駆動軸を持つ管状部材４０２を有するアルキメデススクリュー４００は、一体型ヒートパイプまたは熱サイホンを有するアルキメデススクリュー４０６である。端部４１６は、回転手段（図示せず）に取り付けられるように構成される。一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリュー４０６は熱源４０４で加熱され、熱源はこの実施例では上記のように熱誘導コイルである。赤外線センサ４１０は、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリュー４０６の管状部材４０２に隣接するように位置付けられて、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリュー４０６の外面の温度を監視する。プロセス制御装置４０８は、誘導電源４１２と動作可能に関連する。誘導電源４１２は、プロセス制御装置４０８および熱源４０４と動作可能に関連する。この実施例では、赤外線センサ４１０は、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリュー４０６の外面の温度を監視して、プロセス制御装置４０８にフィードバックを提供し、プロセス制御装置４０８は誘導電源４１２を調整することができる。誘導電源４１２は、熱源４０４の出力を上昇、低下、または維持する。したがって、赤外線センサ４１０はプロセス制御装置４０８と動作可能に関連し、プロセス制御装置４０８は誘導電源４１２の出力電力を調整し、したがって、硬化シーケンス中に個別の温度制御を行う。
【００８４】
図４、パネルＢは、熱源４０４およびらせん状のねじ山またはねじ４１４を示す一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリュー４０６の断面図である。
【００８５】
アルキメデススクリューの他に、代替ねじタイプを本明細書に記載するように製造することができることは、理解されるであろう。
【００８６】
一実施例では、使用の際に、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューが熱可塑性プラスチック押出プロセスで使用される。この例では、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューは、熱可塑性材料の押出機として働き、誘導コイルによって加熱されて、熱可塑性樹脂を溶融し、それが押出バレル内に供給されるときに可塑性（ｐｌａｓｔｉｃ）になるようにする。
【００８７】
このプロセスでは、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリュー内のヒートパイプまたは熱サイホンの熱特性は、熱エネルギの不足（すなわち熱シンク）が存在するヒートパイプの表面上に熱エネルギを与えるものであり、その結果、エネルギが必要とされる一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューに沿った位置に熱エネルギが与えられることになる。
【００８８】
一実施例では、熱可塑性原料を押し出す方法であって、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、前記熱可塑性原料を前記入力端に導入するステップ、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して、前記原料が可塑性（ｐｌａｓｔｉｃ）で均一になるステップ、および、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、ならびに、前記可塑性原料を出力手段に供給するステップを含む方法を提供する。
【００８９】
原料の例には、限定的ではないが、充填材または強化材を有する、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、パラフィン、押出プロセス用に配合された他のポリマーが含まれる。
【００９０】
たとえば、可塑性ペレットが一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューの入力端に最初に加えられる。一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューの一部に熱が加えられ、その結果、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューの外面全体が加熱される。可塑性ペレットに加えられた熱によって、可塑性ペレットが溶融され、混合されて、可塑性かつ均一になり、それによって、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューの長さに沿って運搬しやすくなる。
【００９１】
他の実施例では、状況によって、押出機が回転されるときに、摩擦エネルギによる発熱状態が原料によって全体に発生する。こうした状況では、押出機に誘導コイルで熱を加えずに、外部の水ジャケットで冷却してもよい。
【００９２】
他の実施例では、使用の際に、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューは、運搬プロセスで、粒状材料など材料の運搬に使用される。材料「ピル」など、粒状材料の場合は、吸水性により、室温で吸湿性である可能性がある。一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューは、一体型ヒートパイプを有するアルキメデススクリューの外面の温度を誘導熱によって水の沸点を超える温度に維持して、水の吸収を防ぐように動作可能な運搬機として機能する。
【００９３】
図５は、本発明の他の実施形態を示しており、一体型ヒートパイプを有するマンドレルが複合圧力容器の製造に使用される。
【００９４】
複合圧力容器は、その構造が複合材料からなる圧力容器であり、当業者に周知である。一実施例では、複合圧力容器はフィラメントを巻き付けた構造である。
【００９５】
複合圧力容器は多くの場合、圧縮または液化ガス、液体、推進薬など、様々な１つあるいは複数の液体またはガス状媒体を長期間にわたり１つまたは複数の高圧で貯蔵するために使用される。たとえば、複合圧力容器は、窒素ガス、水素ガス、プロパンガス、天然ガス、酸素、空気、水などを貯蔵するために使用される。
【００９６】
複合圧力容器は、限定的ではないが、エアサスペンションリザーバ、空気ブレーキリザーバ、空気推進リザーバ、窒素ガス貯蔵容器、プロパンガス貯蔵容器、天然ガス貯蔵容器、空気貯蔵タンク、水貯蔵容器、燃料セルの構成要素、燃料タンク、宇宙船の構成要素などが含まれる広範な用途に使用される。
【００９７】
複合容器は、漏れ損失または構造的損傷を受けずに媒体および／または加圧媒体を収容するように製造される。そのようなものとして、複合圧力容器は、限定的ではないが、黒鉛、アラミド、またはガラス繊維、炭素繊維、Ｋｅｖｌａｒ、合成可塑性材料繊維など、ならびに、こうしたフィラメント／材料を埋め込んだマトリックスを形成し、それらを共に複合材料に結合することができるエポキシ樹脂など、多様な材料から作製される。
【００９８】
通常、複合容器は、任意選択でプライマーが被覆された（金属ライナなど）内側ライナ、オーバーラップ、またはジャケットを備える。オーバーラップまたは外側ジャケットは、凝固または硬化するとこうした繊維またはフィラメント状材料を繊維またはフィラメントの間の隙間にしっかり埋め込むマトリックスを形成する硬化可能なエポキシ樹脂など含浸材料が充填された状態で、樹脂含浸フィラメント状材料の層、ライナの周囲のラッパー（ｗｒａｐｐｅｒ）が積層され重ねられて構成される。
【００９９】
硬化後、フィラメント状材料と含浸材料は共に、容器に加えられる力に耐えることができる複合の繊維強化された固体本体を形成する。複合圧力容器の製造での材料の選択は、使用目的の必要性および好みによって変わる。さらに、使用される特定の構成要素の選択は、たとえば、限定的ではないが、コスト、使用可能性、下流側の用途、および安全性を含む多様な追加の基準に基づいてもよい。
【０１００】
通常、複合圧力容器は、所望の圧力容器の内径（Ｉ．Ｄ．）に応じた形状および大きさの薄い壁付きアルミニウム容器（すなわちライナ）を使用して形成される。薄い壁付きアルミニウム容器の一端は、容器の目的の需要／使用に適合するように機械加工されたねじ付き開口部を含む。
【０１０１】
薄い壁付きアルミニウム容器は、アルミニウムライナ容器を支持部の端部にねじ込むことによって、支持部の第１の端部に解放可能に取り付けることができる。マンドレルの端部に取り付けられた薄い壁付きアルミニウムライナ容器は、次いで、フィラメントワインディング機上に配置される。
【０１０２】
必要とされる引張強度能力を有する炭素繊維および／または他の１つまたは複数の繊維がアルミニウム容器上の様々な層に巻き付けられて、容器が目的の用途の高圧に耐えることができるようにするマトリックスが提供される。炭素繊維および／または他の１つまたは複数の繊維に、未硬化状態の樹脂が含浸される。樹脂繊維マトリックスは、基体のアルミニウム容器上に巻き付けられると、通常は高温の炉内で熱的に硬化される。
【０１０３】
以前の方法では、アルミニウム容器は炉内で直接加熱されず、実際、繊維樹脂マトリックスをカバーすることによって断熱される。伝統的な加熱プロセス中、アルミニウム容器は硬化温度に達するのが最も遅い表面である。加工物の外面から内面へのこうした複合圧力容器の加熱では、アルミニウムスキン樹脂繊維界面で不完全な硬化が生じる可能性がある。この硬化の不足によって使用の際に容器が損傷する恐れがある。
【０１０４】
図５で示したように、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の第２の端部１００は、ライナ１０６の開放端１０４を通して挿入される。この実施例では、ライナ１０６はアルミニウム容器である。第２の端部１００はライナ１０６の内部体積１０８内に延びる。一体型ヒートパイプ／熱サイホンを有するマンドレル１０２の第１の端部１１０は、ライナ１０６の開放端１０４に解放可能に取り付けられるように適合された固定手段１１２を備える。特定の実施例では、固定手段１１２は、ライナ１０６のねじ付き開放端１０４に解放可能にねじ込み式に取り付けられるように構成されたねじ付き部材である。固定手段１１２は、製造プロセスで使用される１つまたは複数の温度、および／または１つまたは複数の圧力、ならびに／あるいは操作条件に耐えるように選択される。
【０１０５】
この実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の第１の部分１１４はライナ１０６の内部体積１０８内に配置され、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の第２の部分１１６はライナ１０６の外部に配置される。
【０１０６】
熱源１１８は、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの第２の部分１１６の加熱に使用される。特定の実施例では、熱源１１８は誘導コイルである。一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２は熱的に超伝導性であるため、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の外面に加えられる誘導コイルからのエネルギは一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の表面に沿ったエネルギの分散を誘発し、そのエネルギが一体型ヒートパイプを有するマンドレル全体にわたって伝えられる。したがって、第２の部分１１６の加熱によって、ライナ１０６の内部体積１０８内にある第１の部分１１４が加熱されることになる。
【０１０７】
図５の実施例では、アルミニウム容器１０６の内部体積１０８内の一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の外面１２０とアルミニウム容器１０６の内面１２２との間に間隙または空隙がある。一特定の実施例では、伝熱流体１２４もアルミニウム容器１０６の内部体積１０８に加えられ、それによって一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の外面１２０とアルミニウム容器１０６の内面１２２との間に流体層が形成される。使用の際、伝熱流体１２４は、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の外面１２０とアルミニウム容器１０６の内面１２２が伝熱関係になるように維持する。したがって、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２はアルミニウム容器の内面１２２と伝熱関係である。
【０１０８】
伝熱流体１２４の伝熱能力が使用目的および用途によって変わることは理解されるであろう。一実施例では、適した伝熱流体には、ケイ素、合成、天然炭化水素油、ＤｏｗＴｈｅｒｍ Ａなどが含まれる。任意選択で、追加の高伝熱粒子が伝熱流体に加えられて、熱伝導率が上げられる。こうした伝熱粒子には、限定的ではないが、窒化硼素、アルミニウム、鉄、銀などが含まれる。
【０１０９】
１つまたは複数の伝熱流体には、ゲル、液体、ならびにガスも含まれることは理解されるであろう。
【０１１０】
特定の実施例では、伝熱流体１２４は水である。使用の際に、ライナ１０６の内部体積１０８に水が供給される。一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の第２の端部１００はライナ１０６の開放端１０４を通して挿入される。固定手段１１２は、アルミニウム容器１０６を一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の第２の部分１１６に取り付ける。アルミニウム容器１０６および一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２は次いでフィラメントワインディング機１２６上に配置される。
【０１１１】
図で示していない代替実施例では、ライナ１０６の内部体積１０８内の一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の外面１２０は、ライナ１０６の内面１２２と実質的に接触状態である。したがって、この実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２はアルミニウム容器の内面１２２と伝熱関係にある。
【０１１２】
熱源１１８はフィラメントワインディング中に一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の第２の部分１１６を加熱するように動作可能である。
【０１１３】
一実施例では、熱源１１８は誘導コイルであり、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２はフィラメントワインディングおよび加熱中に回転される。一実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルはフィラメントワインディングおよび加熱中に回転される。この実施例では、硬化プロセスはプロセスのワインディングセグメント中に開始される。
【０１１４】
他の実施例では、フィラメントワインディングはライナ１０６を所望の温度に予熱した後に開始される。１つまたは複数の所望の温度のこうした選択は、使用されるポリマーの化学的性質、およびそのポリマーの硬化段階でのポリマーの熱的需要に依存する。
【０１１５】
一実施例では、約３５０Ｆの通常の硬化温度がエポキシベースの樹脂に使用される。また通常、有効な硬化はフィラメントのワインディングが完了した後に開始される。容器および一体型ヒートパイプを有するマンドレルの回転速度（たとえばＲＰＭ値）、ならびに硬化シーケンス中のフィラメント樹脂マトリックスが、樹脂がフィラメントワインディング中に均一に分散されるままにされることは、理解されるであろう。静止したままでは、樹脂は、表面の最も低い領域に移動しやすい傾向があり、樹脂がフィラメントに不均一に加えられることになる。
【０１１６】
上述のように、図５では、ライナ１０６内の伝熱流体１２４は、伝熱流体１２４に接触する一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２によって加熱される。固定手段１１２は、使用される条件下で、ライナ１０６の内部体積１０８の水密性および気密性を維持する。アルミニウム容器１０６内の伝熱流体１２４は、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２からの熱がライナ１０６の内面１２２に樹脂を硬化させるように選択された温度になるように伝達／対流する。ライナ１０６の回転によって生じるライナ１０６内の伝熱流体１２４の乱流により、ライナ１０６の内面１２２が加熱された伝熱流体１２４で確実に被覆されるようになり、それによってライナ１０６の内面１２２に均一な温度が与えられる。
【０１１７】
当業者には理解されるように、樹脂は加熱面に移動する。したがって、この実施例では、加熱中、樹脂はライナの表面に移動し、それによって樹脂が豊富な表面が提供される。
【０１１８】
多様な熱源が使用されることも理解されるであろう。熱源の選択は、使用目的の必要性および好みによって変わるであろう。さらに、使用する特定の熱源の選択は、たとえば、限定的ではないが、コスト、使用可能性、下流側の用途、安全性を含む多様な追加の基準に基づいてもよい。
【０１１９】
一実施例では、熱源１１８は、ガス炎、または放射加熱器である。生成された熱が第２の部分１１６に放射される。別法として、一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２の露出表面上に直接取り付けられ、且つ一体型ヒートパイプを有するマンドレル１０２および加熱器を回転させることができるスリップリングアセンブリによって電気的に動力が供給される電気加熱器を使用して加熱される。
【０１２０】
一実施例では、誘導コイルによって供給されるエネルギは、複合容器を加工物の内面から完全に硬化させるのに十分である。
【０１２１】
他の実施例では、誘導コイルが炉での硬化に共に使用され、容器の外面と容器の内面が共に加熱され、硬化される。
【０１２２】
代替実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの第２の部分１１６は、炉から取り出した後に冷却されることができる。これは、パイプセグメントから熱を除去し、冷却サイクルを促進させるのに役立つ。
【０１２３】
図６は、本発明の他の実施形態の断面図を示しており、一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００は、管状部材５０２が管状部材５０２の内部体積内に配置され、一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００を通って走るように構成される。たとえば、管状部材５０２は一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００を通って走る。管状部材は、たとえば、管またはパイプでもよい。管状部材５０２は、端キャップ５０４にしっかり取り付けられた流体入口５１０および流体出口５１２、ならびに流体入口５１０と流体出口５１２の間に位置付けられた膨張手段５１４を備える。
【０１２４】
管状部材５０２は、それを通じて走っている通路を画定し、流体入口５１０と流体出口５１２を流体連通状態に維持する。
【０１２５】
一実施例では、膨張手段５１４は溶接されたべローズ膨張セクションを含む。
【０１２６】
端キャップ５０４は、ヒートパイプの空になされた蒸気空間を一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００内に維持する。端キャップ５０４は、さらに、入力および出力手段（図示せず）を着脱可能に取り付けるように構成された結合手段５１６を備える。
【０１２７】
一実施例では、結合手段５１６は、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ねじ付き部分および回転ユニオン５１８を備える。一実施例では、入力および出力手段はねじ付きホースである。
【０１２８】
一実施例では、入力手段は、冷却流体を流体入口５０２に供給し、出力手段は、入力された冷却流体を管状部材５０２から流体出口５１２を通して除去することができるようにする。特定の実施例では、冷却流体は水である。
【０１２９】
使用の際は、一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００がその長手方向軸の周りで回転され、未硬化フィラメント状材料が外面５２０に加えられる。ワインディング後、未硬化フィラメント状材料の加熱によって硬化が行われる。硬化サイクルの完了後、水など冷却流体が、流体入口５０４を通りねじ付き部分５１８にねじ込まれた管を通ってポンプで送られる。水は、管状部材５０２を通過し、流体出口５１２から出る。入力された水は、管状部材５０２の内面の温度よりも低い温度である。水が一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００の一端を通ってポンプで送られるときに、管状部材５０２の内面の低い温度の表面により、一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００のヒートパイプ部分内に蒸気の凝縮が生じることになる。このプロセスにより、一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００の外面からエネルギを取り、そのエネルギを管状部材５０２を通って流れる水または冷却流体に伝達し、それによって一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００の外面を冷却し、作成される加工物の内面を冷却する２相の熱伝達が起こる。
【０１３０】
使用の際、管状部材５０２と一体型ヒートパイプを有するマンドレル５００の残りの部分の温度にかなりの差が生じる可能性がある。この温度差により、管状部材５０２の長さが変わり、それが長さにわたってさらに顕著になる。膨張手段は、こうした温度差が生じる間の膨張および収縮を可能にし、パイプ５０２および溶接部に加えられる引張および圧縮の負荷による溶接部の損傷の可能性を低減する。
【０１３１】
図７は、本発明の他の実施形態を示しており、非金属ライナの周囲のエポキシ含浸フィラメント状材料のワインディングによって、複合容器が製造される。この方法では、フィラメントを巻き付けた加工物の内面からのフィラメント／樹脂マトリックスの硬化が行われる。
【０１３２】
図７では、ライナ６００は非金属容器である。ライナ６００が様々な材料およびポリマーから作製されることができることは、理解されるであろう。一実施例では、ライナ６００はプラスチックである。他の実施例では、ライナ６００は熱可塑性プラスチック、熱硬化性プラスチックである。一実施例では、ライナ６００はガラスまたはセラミックから作製される。ライナ６００は、ねじ付き開口部６０２を通る中空支持部材６０４にねじ込み式に取り付けられ、フィラメントワインディング機（図示せず）の回転チャック６０６上で保持され得る延長部として働く。
【０１３３】
支持部材６０４は、未硬化エポキシ含浸フィラメント状材料がライナ６００の外面の周囲に加えられ、巻き付けられるときに、ライナ６００がその軸の周りで長手方向に回転することができるようにする。
【０１３４】
支持部材６０４上の玉弁６０８は、伝熱流体６１６および金属材料６１４をライナ６００の内部体積６１０に加えることができるようにする。一実施例では、伝熱流体は水であり、金属材料は玉軸受を含む。
【０１３５】
熱誘導コイル６１２はライナ６００に隣接するように配置される。
【０１３６】
熱誘導コイル６１２を未硬化フィラメント状材料を加える間、または加えた後に作動させて、エネルギを金属材料６１４に与えることができる。
【０１３７】
熱誘導コイル６１２が作動されると、エネルギが金属材料６１４に加えられ、加熱される。金属材料６１４の加熱によって、内部体積６１０内の水６１６が加熱され、蒸気が生成される。生成された蒸気は、空気を内部体積６１０から外に追い出し、それを蒸気と交換する。次いで玉弁６０８が閉鎖され、蒸気を閉鎖された圧力が可能な環境で動作させる。ライナ６００内の圧力および温度が上昇し、蒸気が内部体積６１０中に分散され、それによって等温状態が生じる。金属材料６１４に加えられたエネルギは、誘導電源６２２の出力電力を調整するプロセス制御装置６２０に接続された赤外線センサ６１８の使用によって制御され、したがって、硬化シーケンス中に個別の温度制御が行われる。
【０１３８】
上記から理解されるように、この実施形態の方法により、各硬化シーケンス後に排出され再充填される一種の熱サイホンが生成される。水は硬化の完了後にシェルの外に排出または流出され、温度が約１００℃未満に低下される。玉軸受は流出され、必要に応じて再設置される。
【０１３９】
本発明の他の実施形態（図示せず）では、複合容器は、エポキシ含浸フィラメント状材料を金属ライナの周囲に巻き付けることによって作成される。この方法では、フィラメントを巻き付けた加工物の内面からのフィラメント／樹脂マトリックスの硬化が行われる。
【０１４０】
この実施形態は、図７で記載した幾つかの態様と同様である。この実施例では、金属ライナ６００が中空支持部材のねじ付き開口部を通してねじ込み式に取り付けられ、支持部材は、図で示していないフィラメントワインディング機の回転チャック上に保持され得る延長部として働く。一実施例では、金属ライナはアルミニウムライナである。
【０１４１】
支持部材は、未硬化エポキシ含浸フィラメント状材料がライナの外面の周囲に加えられ、巻き付けられるときに、ライナがその軸の周りで長手方向に回転することができるようにする。
【０１４２】
支持部材上の玉弁は、伝熱流体をライナの内部体積に加えることができるようにする。一実施例では、伝熱流体は水である。
【０１４３】
熱誘導コイルはライナに隣接するように配置される。
【０１４４】
熱誘導コイルは、エネルギを金属ライナの外面に与えるために、未硬化フィラメント状材料を加える間、または加えた後に作動させることができる。
【０１４５】
熱誘導コイルが作動されると、エネルギが金属ライナの外面に与えられる。金属ライナの加熱によって、ライナの内部体積内の水が加熱され、蒸気が生成される。生成された蒸気は、空気を内部体積から追い出し、それを蒸気と交換する。次いで、玉弁が閉鎖され、蒸気を閉鎖された圧力が可能な環境で動作させる。ライナ内の圧力および温度が上昇し、蒸気が内部体積中に分散され、それによって等温状態が生じる。金属ライナに与えられたエネルギは、容器と玉弁の間の点で中空の連結部材を通る容器の内部の温度を監視する赤外線センサの使用によって制御される。これは、容器と中空部材によって作成され、玉弁によって閉鎖された熱サイホンの一部である。センサは、誘導電源の出力電力を調整するプロセス制御装置に接続され、したがって、硬化シーケンス中に個別の温度制御が行われる。
【０１４６】
本発明の他の実施形態（図示せず）では、複合容器は、エポキシ含浸フィラメント状材料を金属または非金属のライナの周囲に巻き付けることによって作製される。この方法では、フィラメントを巻き付けた加工物の内面からフィラメント／樹脂マトリックスの硬化が行われる。
【０１４７】
この実施形態は、図７で記載した幾つかの態様と同様である。この実施例では、金属または非金属のライナは、長さの一部がライナの内部体積内に配置されるように、同じ大きさの一体型ヒートパイプを有するマンドレルに、ねじ付き開口部を通してねじ込み式に取り付けられる。一実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの長さの容器の内部体積内に配置される部分は、ライナの内部の深さの約半分に等しい。一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、図で示していないフィラメントワインディング機の回転チャック上で保持され得る延長部として働く。
【０１４８】
一実施例では、ライナは、限定的ではないが、熱可塑性、熱硬化性プラスチックなどプラスチックを含む。他の実施例では、ライナは、金属、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼、鋳物砂など鉄および非鉄の鋳造プロセスで使用される心材などを含む。他の実施例では、ライナは、ガラス、セラミック、焼成粘土、陶器、非塑性複合材料などを含む。
【０１４９】
一体型ヒートパイプを有するマンドレルは、未硬化エポキシ含浸フィラメント状材料がライナの外面の周囲に加えられ、巻き付けられるときに、ライナがその軸の周りで長手方向に回転することができるようにする。
【０１５０】
容器の回転中に、一体型ヒートパイプを有するマンドレルと接触するのに十分な体積の金属材料が、ライナの内部体積に加えられる。当業者には理解されるように、限定的ではないが、銅、ニッケル、鋼、アルミニウムなどのマイクロスフェアまたはナノ粒子を含む、多様な金属材料を使用することができる。金属材料は、粒状サイズおよび／またはナノ粒子を含む多様なサイズでもよい。使用の際、金属材料は、一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面とライナの内面を伝熱関係に維持する。
【０１５１】
熱誘導コイルは、ライナまたは一体型ヒートパイプを有するマンドレルの外面に隣接するように配置される。特定の実施例では、熱誘導コイルは、ライナに隣接してライナの下に配置される。
【０１５２】
熱誘導コイルは、エネルギをライナの内部体積内の金属材料に与えるために、未硬化フィラメント状材料を加える間、または加えた後に作動させることができる。
【０１５３】
使用の際は、ライナが回転されるときに、金属材料はライナの表面と伝熱関係である。加熱されると、金属材料は熱をライナの表面に直接伝える。
【０１５４】
さらに、一部の実施例では、幾つかの合金と同様に、金属材料の加熱によって金属材料が溶融し液体になる。
【０１５５】
金属ライナに加えられるエネルギは、そのセクションがチャックに近接する一体型ヒートパイプを有するマンドレルの露出セクションの温度を監視することによって正確かつ実時間で容器の内部内の金属材料の温度を監視する赤外線センサなど温度センサの使用によって制御される。センサは、誘導電源の出力電力を調整するプロセス制御装置に接続され、したがって、硬化シーケンス中に個別の温度制御が行われる。
【０１５６】
図８は、複合ドリルおよび／またはプロセスパイプが一体型ヒートパイプを有するマンドレルを使用して作製される追加の実施例を示している。
【０１５７】
通常、ドリルパイプは鋼から製造され、石油掘削現場から離れた工場で生産される。生産工場の掘削現場に対する距離により、物流問題が生じ、それによって現場のパイプの配送のコストが追加され、不便さが増す。さらに、こうした通常の鋼ドリルパイプは重いため、移動させるのがさらに難しい。
【０１５８】
複合パイプを、石油掘削、および、遠隔の掘削地点、または油砂および他の鉱業用途など遠隔の加工地点での他のプロセスに使用することができる。複合パイプは鋼パイプよりも実質的に軽量である。複合パイプは、腐食、および摩耗、ならびに単純な支持構造に関して、鋼パイプに勝る他の利点を有する。しかし、どちらも必要とされる輸送を行う場合は、複合パイプのリニアフィート当たりのコストが鋼パイプを超え、同時に増加する。
【０１５９】
掘削地点に近い場所または現場でセルまたはアセンブリを製造することによって、複合パイプをガラス繊維フィラメントのリールおよびエポキシ樹脂のドラムから製作することができる場合、完成したパイプセクションの運送コストが大幅に低減され、または回避される。
【０１６０】
図８の実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２は、未硬化フィラメント状材料７０４を加える間、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２をその軸の周りで長手方向に回転させるように動作可能であるワインディング機７２０に取り付けられる。
【０１６１】
ワインディングシーケンス中、未硬化フィラメント状材料７０４が一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２に加えられ、熱誘導ユニット７０６によって連続的に加熱される。
【０１６２】
誘導コイル７０８および電源７１０は赤外線センサ７１２に結合され、赤外線センサ７１２は回転する一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２を監視し、制御信号をプロセス制御装置７１４に送り、プロセス制御装置７１４は電源７１６の出力を駆動する。
【０１６３】
この実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２は、ワインディングプロセス中に一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２の外面に対して等温である個別の選択可能な処理温度を有し、維持する。したがって、樹脂は加えられるときに効率的に硬化される。その結果、フィラメント／エポキシマトリックスパイプセクションが数時間ではなく約数分程度で硬化される。さらに、炉が不要である。
【０１６４】
この方法は、複合パイプの現場での製造に非常に適している。
【０１６５】
また図８には、全般的に参照番号７３０で示された回転ラック機構が示されている。回転ラック機構７３０は、上記のフィラメントワインディング位置、冷却位置、および押出位置を含む。
【０１６６】
フィラメントワインディングおよび硬化に続いて、その外面上にワインディングされたパイプセクションを有する一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２をワインディング機７２０の外の全般的に数字７３４で示された冷却位置に自動的にインデックスを付けることができる。この位置で、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２およびワインディングされたパイプセクションが、処理硬化温度から、パイプセクションを一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２から取り出すことができる温度に冷却される。
【０１６７】
冷却後、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２は全般的に数字７３６で示された押出位置に移動される。押出位置７３６では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２が静止状態に保持される間、パイプセクションを一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２から水圧シリンダに取り付けられた寸法付けられたカラーを使用して引っ張る水圧ラム（図示せず）を使用して、作製されたパイプセクションが一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２から取り出される。
【０１６８】
他の実施例では、パイプセクションを抜き取った後、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２が待機位置（図示せず）に移動される。
【０１６９】
また他の実施例では、待機位置に位置付けられた後、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２がワインディング機７２０上に位置付けられ、それによって新しい複合パイプにワインディングすることができるようになる。
【０１７０】
したがって、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２をワインディング位置、冷却位置、および押出位置に位置付け移動させることができる回転する回転ラックシステムが設けられる。他の実施例では、一体型ヒートパイプを有するマンドレル７０２をワインディング位置、冷却位置、押出位置、および待機位置に位置付け移動させることができる回転する回転ラックシステムが設けられる。
【０１７１】
回転ラックシステムは、トラック、バージ、ヘリコプタなどを含む多様な手段によって、作業現場に容易に輸送される。回転ラックシステムは、作業現場で、発電機で給電され、石油またはガス掘削現場用のドリルまたは処理パイプ、工事現場用の水パイプおよび／または下水パイプなど特定要件のための複合パイプの作製を開始する。
【０１７２】
一実施例では、回転ラックシステムは、作業現場で操作するための可搬式「現場」独立型システムとして使用されるように、スキッドまたはレールに取り付けられるように構成される。
【０１７３】
本発明の上記の実施形態は、単なる例示であることが意図される。本明細書に添付された特許請求の範囲によってのみ画定される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって、特定の実施形態に対する変更形態、修正形態、および変形形態を作製することができる。
【符号の説明】
【０１７４】
２、１０、１０２、５００、７０２、８００ 一体型ヒートパイプを有するマンドレル
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
前記軸が長手方向軸である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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。
【請求項２５】
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。
【請求項２６】
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。
【請求項２７】
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。
【請求項２８】
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。
【請求項２９】
前記軸が長手方向軸である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
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。
【請求項３１】
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。
【請求項３２】
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。
【請求項３３】
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。
【請求項３４】
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。
【請求項３５】
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。
【請求項３６】
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。
【請求項３７】
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。
【請求項３８】
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。
【請求項３９】
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。
【請求項４０】
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。
【請求項４１】
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。
【請求項４２】
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。
【請求項４３】
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。
【請求項４４】
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。
【請求項４５】
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。
【請求項４６】
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。
【請求項４７】
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。
【請求項４８】
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。
【請求項４９】
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。
【請求項５０】
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。
【請求項５１】
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。
【請求項５２】
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。
【請求項５３】
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。
【請求項５４】
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。
【請求項５５】
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。
【請求項５６】
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。
【請求項５７】
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。
【請求項５８】
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。
【請求項５９】
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。
【請求項６０】
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。
【請求項６１】
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。
【請求項６２】
前記軸が長手方向軸である、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
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。
【請求項６４】
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。
【請求項６５】
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。
【請求項６６】
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。
【請求項６７】
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。
【請求項６８】
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。
【請求項６９】
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。
【請求項７０】
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。
【請求項７１】
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。
【請求項７２】
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。
【請求項７３】
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。
【請求項７４】
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。
【請求項７５】
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。
【請求項７６】
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。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
前記軸が長手方向軸である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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。
【請求項２５】
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。
【請求項２６】
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。
【請求項２７】
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。
【請求項２８】
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。
【請求項２９】
前記軸が長手方向軸である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
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。
【請求項３１】
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。
【請求項３２】
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。
【請求項３３】
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。
【請求項３４】
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。
【請求項３５】
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。
【請求項３６】
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。
【請求項３７】
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。
【請求項３８】
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。
【請求項３９】
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。
【請求項４０】
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。
【請求項４１】
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。
【請求項４２】
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。
【請求項４３】
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。
【請求項４４】
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。
【請求項４５】
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。
【請求項４６】
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。
【請求項４７】
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。
【請求項４８】
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。
【請求項４９】
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。
【請求項５０】
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。
【請求項５１】
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。
【請求項５２】
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。
【請求項５３】
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。
【請求項５４】
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。
【請求項５５】
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。
【請求項５６】
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。
【請求項５７】
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。
【請求項５８】
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。
【請求項５９】
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。
【請求項６０】
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。
【請求項６１】
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。
【請求項６２】
前記軸が長手方向軸である、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
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。
【請求項６４】
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。
【請求項６５】
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。
【請求項６６】
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。
【請求項６７】
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。
【請求項６８】
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。
【請求項６９】
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。
【請求項７０】
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。
【請求項７１】
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。
【請求項７２】
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。
【請求項７３】
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。
【請求項７４】
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。
【請求項７５】
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。
【請求項７６】
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。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【公表番号】特表２０１２−５１１４４０（Ｐ２０１２−５１１４４０Ａ）
【公表日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３９８６４（Ｐ２０１１−５３９８６４）
【出願日】平成２１年１２月１１日（２００９．１２．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２００９／００１８１６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６６０５０
【国際公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（５１１１４１８１４）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１１日（２００９．１２．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２００９／００１８１６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６６０５０
【国際公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（５１１１４１８１４）
【Ｆターム（参考）】
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