JP2000154667A - 構造継手の剛性／減衰特性を改変するためのシステム - Google Patents

構造継手の剛性／減衰特性を改変するためのシステム

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JP2000154667A JP11227724A JP22772499A JP2000154667A JP 2000154667 A JP2000154667 A JP 2000154667A JP 11227724 A JP11227724 A JP 11227724A JP 22772499 A JP22772499 A JP 22772499A JP 2000154667 A JP2000154667 A JP 2000154667A
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Doncel Miguel Lancho
ランチョ ドンセル ミグェル
Revuelta Enrique Cabrera
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Castan Fernando Cespedosa
セスペドサ キャスタン フェルナンド
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Airbus Defence and Space SA
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Construccion Aeronauticas SA
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 宇宙技術に適用可能な継手で、結合した構造
体の一つに発生した衝撃または振動がもう一つの構造体
に伝達されるのを防ぐ手段を備える継手を提供するこ
と。 【解決手段】 この構造継手の剛性／減衰特性を改変す
るためのシステムは、両側に結合すべき二つの構造体
１，２を受ける中間継手構造体３；前記結合すべき二つ
の構造体および前記中間構造体を、結合した状態に、固
定する解放可能封鎖手段６；第１組の双安定部品７；お
よび第２組の双安定部品８を含み；この第１組の部品７
の構造抵抗特徴が第２組８のものと異なり；この第１組
の部品７が前記結合すべき構造体の一つ１および前記中
間構造体３の内部に結合され；この第２組の部品８が前
記結合すべき構造体の一つおよび他１，２の内部に結合
されていて；前記構造体の全て１，２，３が互いに結合
されているとき、前記双安定部品７，８が不安定状態に
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、構造継手の分野に
属し、更に詳しくは、構造継手の特徴を、確定した条件
下で要求されるニーズに依る制御指令に応じて改変でき
るようにするシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】二つの構造体間の連結または結合の構造
特性を、例えば、結合した構造体の一つから他の結合構
造体に誘起される機械的衝撃を減衰、濾過および／また
は消散する目的で改変し、あるいはそれらの間の動的構
造継手を改変する必要性は、種々のシステムの開発およ
び適用をもたらしている。これらのシステムの各々は、
例えば、粘弾性、摩擦エネルギー消散装置等、電気モー
タや空気圧駆動装置等を使う構造体用相対配向装置、前
記構造体のための固定および解放装置または前記構造体
の特定の設計においても結合計画に従って結合すること
のような、特定の機能に適したものとされる。
【０００３】幾つかのシステムは、二つの構造体を安全
に且つ解放可能に締結することが知られており、これら
の構造体は、第１の状態で相互に噛合ってしっかり結合
すべきでありそして、少なくとも第２状態で、解放可能
で、特定の瞬間に伝達される制御指令に応じて一つが他
から分離されるべきである。
【０００４】特に宇宙技術の分野では、打上げビークル
とペイロード（例えば、人工衛星）を予測した軌道に入
るまで連結し、両構造体間の堅固な相互結合が壊れたと
き、前記ペイロードを前記ビークルから分離可能にする
ための種々のシステムが知られている。
【０００５】先行技術の例として、第０７６８２４１号
で発行された、人工衛星締結および分離システムを保護
する、本出願人自身のヨーロッパ特許出願を挙げること
ができる。この出願に記載されている発明の目的は、こ
の人口衛星の人口衛星打上げロケットへの締結および軌
道に入ったときのその解放を単純化することである。こ
の目的は、打上げロケットアダプタの上部リングにボル
ト留めした締結部品、２部品金属帯から成る緊張ストリ
ップ、および、その上部によって人口衛星をその下部リ
ングで支え、それを囲み且つそれに押付ける、湾曲した
金属部品によって達成される。
【０００６】また、宇宙船用宇宙ドッキングシステムに
適用可能な、米国特許第３７３７１１７号は、一つは船
の一つの中のドッキングコンテナから成り、他の一つは
第２船の中の円錐突起の形をした、二つの円錐構造体を
開示している。両円錐ドッキング部品を結合したとき、
それらは互いにフック留めされたままであり、ドッキン
グエネルギーは、外部が第１船の円錐コンテナである気
密隔室に含まれる圧縮ガスが吸収する。この反発力は、
円錐コンテナを支持する複数の作動シリンダが打消す。
【０００７】１９８１年１１月２６日のフランス国特許
出願第８１２２１４４号は、一つは可動であり、他の一
つは固定であって、それらは特定の使用用途中は分離し
なけらばならない、二つの部品間の一時的接続を可能に
する締結および解放システムを保護する。このシステム
は、両部品を決められた位置にブロックし、与えられた
瞬間に、可動支持体とブラケットが引込んだ位置にあっ
て前記可動部品を解放する解放状態に移せるようにす
る。このシステムは、特に宇宙分野に適当である。
【０００８】米国特許第３５６４５６４号は、宇宙船の
ドッキングリングを締結するためのフッキング（引掛
け）装置に関する。それは、ばねのようなエネルギー貯
蔵組立体に結合した締結フックおよび、このフックを解
放すると同時にエネルギーをその中に貯蔵する組立体ハ
ンドルを含む。それは、このフックを適当に配置し、そ
れを適切な時期に解放するまで組立てた位置に保持する
ためのトリガ手段も含む。
【０００９】ヨーロッパ特許第０４０２２６３号、“一
時継手装置、特に前記継手の人工衛星用付加および解放
手順”は、結合すべき部品の間に機械的保持応力を加え
られる締結装置、およびその熱性能が前記機械的応力を
除き且つ部品間の相対運動を可能にする分離を生ずる解
放装置で、その解放装置が形状記憶材料で作った部材を
組込み且つ締結装置と協同する装置を記載している。
【００１０】最後に、ヨーロッパ特許第０４６９９３９
号、“幾つかの締結点による二つの物体間の連結装置”
に、前記物体の一つが、それらを同時に制御するために
連結棒によって連結された可動差込み（バヨネット）部
品を有することを開示している。もう一つの物体は、固
定差込み部品を有する。この装置は、２段階で動作し、
第１段階が差込み部品による連結を確立し、第２段階が
くさびの調整をする。これらの差込みは、もし封鎖シス
テムの作用が中断すると、回転できるだけである。
【００１１】前述のように、これらの文書は全て、二つ
の構造体を分離するためにその結合を中断する所定の瞬
間まで互いに絡み合わせて結合するようにし、またはそ
の逆の、継手用の種々の締結および／または解放装置を
開示している。前記構造体間のこの相互連結を断ち切る
ための共通の方法は、少なくとも一つの火工装薬を作動
させること、さもなければそれらを連結する機械的継手
を破損することである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】さて次に、公知技術の
継手では、結合した構造体の一つに発生した衝撃または
振動がもう一つの構造体に伝達されるのを防ぐ手段が予
見できず、それで前記もう一つの構造体が機械的に影響
を受けるかも知れない。それは、例えば、一般的に火工
技術的方法によって異なるロケット段階の分離が起ると
きに、重大な衝撃および振動が発生する宇宙船の分野で
非常に重要である。前記衝撃および振動は、これまで使
われている継手によって繊細な有効積載物（例えば、人
工衛星）に直接伝達される。
【００１３】前述の先行技術では、これらの衝撃および
振動が代表する問題は取扱われておらず、それらが解放
した構造体に厳しく影響を与えるかも知れない。
【００１４】
【課題を解決するための手段】概略的に言うと、本発明
のシステムは、二つの構造体を、それらの間に少なくと
も一つの結合部を含む第３の構造体を介在させることに
よって相互連結できるようにし、該構造体は、少なくと
も一つの機械的に締付けた周辺金属帯によって加えた予
荷重のために安全に結合されたままであり、前記構造体
の第１のものと前記第３の中間構造体の前記少なくとも
一つの結合部との間に結合された第１の複数の剛性改変
部品、および前記相互連結すべき構造体を接合しかつ前
記第３の中間構造体の前記少なくとも一つの結合部を通
過する第２の複数の剛性改変部品を含む。
【００１５】更に、本発明によるシステムは、これまで
知られている継手システムによっては先行技術で実行で
きないその他の機能も実行できるようにする。例えば、
それを組込むことによって、例えば、打上げビークルの
飛行管制法を改変するために、相互連結した構造体間の
動的構造継手改変をもたらすために、上述の継手の剛性
を一時的に変えることが可能であり、あるいは、例えば
アンテナを折畳みおよび狙いを付ける場合または衛星群
を分離する必要があるとき、結合した両構造体間の新し
い配位を達成する目的で、改変を継手形状で成してもよ
い。
【００１６】本発明は、例えば、望遠鏡の組立および／
または有意義な分離が必要な有効積載物に於けるよう
な、相互連結した構造体間の熱可塑性変形および熱結合
を切離しまたは分離する必要があるときの用途もある。
【００１７】やはり、本発明によるシステムを組込むこ
とによって、先に定義した別々の継手を介して、二つの
結合した構造体間の荷重伝達を導くことが可能である。
【００１８】当該技術の専門家には明白であるこれらお
よびその他の目的は、請求項１に記載されているような
システムによって達成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下は、添付の図面を詳しく説明
し、それらの図面で、類似の部品は全ての図を通じて同
じ参照番号を有し、一例として、宇宙工学分野に適用し
た本発明によるシステムの好適な実施例を説明する。
【００２０】図１で、第１構造体の上部１が、例えば、
打上げビークルを図式的に示し、第２構造体の下部２
が、例えば人工衛星またはコンテナから成る有効積載物
２を図式的に示し、フランジ４，４を備える第１および
第２構造体の連結開口部１ａ，２ａが、両端ににフラン
ジ５，５を備える中間構造体３で結合されている。この
特定の場合に、結合すべき両構造体１および２が、より
通常の場合に、回転体であることが考えられるが、この
技術の専門家には、本発明が他のどの様な横断面構成の
構造体にも適用可能であることが容易に分るだろう。
【００２１】必要な機械的形態を備える組立体を作るた
めの前記構造体１，２および３の連結は、例えば、前記
フランジの周りに何か締付け帯６を配置することによっ
て、または、例えば、本出願人の名前によるスペイン国
特許出願第９５０１９９４号および第９７０２０２８号
に記載されているようなリング４，５（図２参照）を取
付けることによって達成することができ、それらの出願
明細書を参考までにここに援用する。前記金属締付け帯
６は、予荷重を加え、必要な接続応力を与える。
【００２２】しかし、この技術で既に知られている他の
どの様な形式の継手もこの目的で使って良い。
【００２３】以下では、説明を容易にするために、三つ
の全体として円筒形の構造体と二つの締付け帯が構成す
る継手システムを考える。
【００２４】内部に、第１の複数の剛性を改変する継手
部品７を少なくとも一つ設け、それらの端を、それぞれ
下部構造体１の内面に、および中間構造体３を形成する
結合部の内面に結合する。その上、中間構造体３の前記
内面と前記上部構造体２の内面との間に、第２の複数の
継手部品７を設けてもよい。前記部品７を設ける数は、
前記第１および第２の継手部品７の両方について、それ
らの機械的特徴と共に、各場合の特定の用途によって規
定される。
【００２５】やはり各継手の内部に配置され、それぞ
れ、端が構造体１および２の内面に結合され、前記の中
間構造体３に触れずに通過する、複数の剛性改変継手部
品８があってもよい。これらの部品８の数と機械的特徴
の両方も、同様に各特定の用途に依る。
【００２６】前記剛性改変部品７および８は、双安定部
品（bistable component）を形成し、限界荷重またはオ
イラー荷重の概念から利益を得る。これらの双安定部品
の各々の一つは、二つの状態：即ち、限界荷重（図２に
表す条件）を超えるまで曲げを課する第１不安定状態
と、前記荷重を超えず且つ前記部品がその元の長さを取
戻す第２の安定または休止状態とを採る帯金の挙動に基
づく。
【００２７】同様に、前記部品７および８は、この発明
によるシステムが要求する特性、即ち、剛性機能の満
足、連結構造体の切離し動作、動的減衰、断熱および継
手形状を変える能力に貢献する。
【００２８】以下に、図３Ａないし図３Ｃおよび図５Ａ
ないし図５Ｃを参照して、この発明による継手システム
の第１実施例の作用を説明する。
【００２９】図３Ａは、両構造体１および２を第３構造
体３によって、二つのリング６をフランジ対４，５と連
結することによりしっかりと結合する出発状態を図式的
に示す。前記図に、この発明による第１実施例による剛
性改変部品７および８を双安定線形組立体として理想化
して示し、それらの第１不安定状態で、構造体１および
２の内面に対する前記部品７および８の固着位置を番号
９で、また前記中間構造体３の内面に対する部品７の固
着位置を番号１０で示す。前記部品７および８に対す
る、ある理想的関節位置を番号１１で示す。
【００３０】この第１状態を図５Ａにも示し、その太い
矢印は、これらの結合構造体の一つに誘起した荷重がそ
の反対側に位置する構造体へ伝達されるまっすぐなプロ
ット（筋）を示す。この最初の配置は、例えば、誘起し
た荷重を支持し、前記の構造的特性を与えるために有効
である。
【００３１】さて、図３Ｂおよび図５Ｂに注意を向ける
と、結合した構造体が採る状態および引締め帯６の一つ
が破損したときの結合状態が示されており、この状態で
は、例えば下部構造体１と中間構造体３が結合を維持し
ている。下部帯６は、前記フランジ４，５からこの明細
書には詳しく説明しないが当該技術で知られる方法で分
離され、双安定部品７の作用が、それらの休止状態を取
戻すと、前記フランジ４および５を分離させる。図５Ｂ
で、結合した構造体間を伝達されるべき荷重がその時に
辿るルートが分るだろう（太い矢印）。
【００３２】この様にして、構造特性が新しい荷重伝達
ルートによってこのフェーズ（段階，相）で決められ、
次にそのルートは、用途によって予め決められる新しい
構造継手によって決められる。通常、そこで構造体１と
構造体３および構造体２の組との間の強い剛性の相互結
合を含む部品７の大きさおよび数は、先に決めた基準よ
りも弱い構造特徴（弱い剛性）を得るように選択され
る。
【００３３】最後に、図３Ｃおよび図５Ｃを参照する。
それらの図には、それぞれ、もし、構造体１および構造
体３からの分離後、より大きい構造特徴を取戻すことが
必要なら、本発明によるシステムによって結合された構
造体が採る状態および新しい荷重伝達ルートが示されて
いる。これは、双安定部品８が休止状態を取戻さなけれ
ばならないように第２の帯６の分離を引き起し、構造体
３および構造体２を分離するために該構造体３、２を作
動させることによって達成する。
【００３４】すると、部品７より構造的特徴が大きい
（剛性が大きい）双安定部品８は、構造体１と構造体２
との間の最終結合の機能を、その時から、満足する部品
になるだろう。前記図５Ｃで、構造体１，２，３がその
ままである相互結合関係は、構造体１と構造体２の間の
荷重の新しい伝達ルートと同様に、変るかも知れない。
【００３５】他方、図４Ａないし図４Ｃ、図５Ａ、図５
Ｂおよび図５Ｄで、この発明の第２好適実施例の作用を
考えることができ、それによれば最大帯金８が無くな
り、第２の組の帯金７’がそれらに取って代る。この場
合、図４Ａと図５Ａ、図４Ｂと図５Ｂおよび図４Ｃと図
５Ｄの対応が、前のように、この発明の第１実施例に対
して説明したのと同じである緊張リングの解放指令に依
る、結合した構造体の間の異なる応力伝達ルートを示
す。
【００３６】この発明の好適用途は、人工衛星を軌道に
配置するようにされた打上げビークルの火工技術的分離
によって誘起する衝撃のための減衰システムとしてであ
り、それは二つの締付け帯（６）によって結合した三つ
のシリンダ（１，２，３）、この中間シリンダおよび下
部シリンダ（３，１）を結合する、例えば三つの、双安
定剛性改変部品（７）の第１組立体、並びに下部および
上部シリンダ（１，２）を結合する双安定剛性改変部品
（８）の第２組立体から成り、それは次のように作用す
る。
【００３７】打上げおよび飛翔中、それ自体を打上げビ
ークルから切離さねばならない第１段階の瞬間まで、六
つの剛性改変部品（７，８）が不安定状態に留まり、全
ての構造体が締付け帯（６）によって直接結合され、こ
の組立体は、基準の構造的特徴を維持する。
【００３８】関連する指令を受けると、下部帯が分離
し、するとそれが結合していた構造体（１，３）のフラ
ンジが自由になり；その瞬間、双安定部品組立体（７）
が安定休止位置へ変り、従って構造特徴の第１の変化を
誘起し、それが基準のものより小さく（剛性が小さく）
なる。推進装置と有効積載物の間の結合剛性が小さいこ
の状態で、後者に対する打上げ段階の火工技術的分離に
よって発生する衝撃の影響は最小に減る。
【００３９】一旦前記分離が生ずると、ある構造特徴
（剛性）を、少なくとも部分的に、基準近くに取戻すこ
とが必要かも知れず、そのためにおよび関連する指令を
伝えると、第２上部帯（６）の分離が生じ、中間および
上部構造体（３，２）のフランジ（５，４）を解放す
る。これが起ると、双安定部品（８）がそれらの安定休
止位置を採り、従って先の作動で失った剛性の一部を取
戻す。
【００４０】最後におよび図６Ａないし図６Ｅを参照し
て、この発明によるシステムの幾つかの用途を示し、そ
の図６Ａは、矢印ＣＨに従って加えた衝撃を濾過して取
除く減衰構造としての使用法を示し；図６Ｂは、可変剛
性／減衰のフィルタ構造としての用途を示し、一方図６
Ｃは、この発明によるシステムの、結合した構造体の一
つのピーキング（先端）を、例えば角度θだけ改変でき
る（傾けられる）ようにする、可変形状寸法の構造体と
しての使用案であり、図６Ｅでは、継手部品７、８の特
別な配置が両構造体間に導かれるべき荷重の通過を可能
にする。
【００４１】残りの図６Ｄに関して、この発明によるシ
ステムの実施例変形を示し、そこでは中間結合部品３が
ベロー状構造体で置換えられていて、結合した両構造体
間に連続／不連続結合をもたらすために複数の継手部品
７の少なくとも一つに委任する任務を果す。
【００４２】立証されるように、この発明は、先行技術
のシステムの全ての機能能力を集める、能動的または
“知的”相互結合の達成を可能にし、一方その実施が簡
単でどの種類の継手にも含めることができるシステムを
提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による継手システムの最も簡単な実施
例の非常に単純化した線図である。
【図２】図１の結合した構造体の概略透視図である。
【図３Ａ】図１の継手システムの第１実施例の作用を示
す、縦断面での模式図である。
【図３Ｂ】図３Ａと同様な図である。
【図３Ｃ】図３Ｂと同様な図である。
【図４Ａ】図１の継手システムの第２実施例の作用を示
す、縦断面での模式図である。
【図４Ｂ】図４Ａと同様な図である。
【図４Ｃ】図４Ｂと同様な図である。
【図５Ａ】この発明のシステムによる二つの結合した構
造体間の応力の伝達を示す線図である。
【図５Ｂ】図５Ａと同様な図である。
【図５Ｃ】図５Ｂと同様な図である。
【図５Ｄ】図５Ｃと同様な図である。
【図６Ａ】この発明による継手システムの異なる用途を
示す線図である。
【図６Ｂ】図６Ａと同様な図である。
【図６Ｃ】図６Ｂと同様な図である。
【図６Ｄ】図６Ｃと同様な図である。
【図６Ｅ】図６Ｄと同様な図である。
【符号の説明】
１ 第１構造体 ２ 第２構造体 ３ 中間構造体 ４ フランジ部 ５ 継手フランジ ６ 封鎖手段 ７ 第１拡張双安定部品 ８ 第２拡張双安定部品
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フェルナンド セスペドサ キャスタン スペイン国 マドリッド，アブダ．アラゴ ン，404

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 構造継手の剛性／減衰特性を改変するた
    めのシステムであって：両側に、結合すべき二つの構造
    体（１，２）を当接するようにされた、少なくとも一つ
    の中間継手構造体（３）；前記構造体（１，２）の第１
    のものを前記中間構造体（３）の第１部分と、前記二つ
    の構造体の第２のものを前記中間構造体の第２の反対部
    分と、それぞれ相互連結関係に固定するようにされた第
    １および第２解放可能封鎖手段（６）；１組の第１拡張
    双安定部品（７）であって、構造抵抗の第１の特徴を持
    ち、前記構造体の内周の周りに離間し、それらの端の一
    つで、結合すべき前記第１構造体（１）の内面に固定さ
    れ、かつ他端で前記中間継手構造体（３）の内面に固着
    され、前記第１解放可能封鎖手段（６）の作用によって
    前記第１構造体が前記中間構造体に関して封鎖されたと
    き、前記第１双安定部品（７）の各々が部分的に曲った
    状態にある双安定部品；並びに１組の第２拡張双安定部
    品（８）であって、前記第１双安定部品（７）の構造抵
    抗も大きい構造抵抗の第２の特徴を持ち、前記構造体の
    内周の周りに離間し、それらの端の一つで、結合すべき
    前記第１構造体（１）の内面に固定されかつ他端で前記
    第２構造体（２）の内面に固定され、前記第１構造体
    （１）が前記中間構造体（３）を介して並びに前記第１
    および第２解放可能封鎖手段（６）の作用のために前記
    第２構造体（２）に関して結合関係に封鎖されたとき、
    前記第２双安定部品（８）の各々が部分的に曲った状態
    にある双安定部品；を含み、それによって一連の構造上
    の基準の特徴が形成されることを特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】 請求項１によるシステムに於いて、前記
    第１および第２構造体（１，２）がそれらの結合端にフ
    ランジ部（４）を有し、前記中間構造体（３）がその両
    端に類似の継手フランジ（５）を有すること、並びに前
    記第１および第２解放可能封鎖手段（６）の各々が、前
    記第１および第２構造体（１，２）の各々の、前記中間
    構造体（３）との結合部の周りに外周に嵌まるようにさ
    れ、その内部に、隣接する構造体の前記フランジ部
    （４，５）を含む、二つの締付けリングから成ることを
    特徴とするシステム。
  3. 【請求項３】 請求項１または請求項２によるシステム
    に於いて、前記第１および第２解放可能封鎖手段（６）
    が、所定の瞬間に前記結合した構造体との封鎖関係を壊
    すための手段を備えることを特徴とするシステム。
  4. 【請求項４】 請求項３によるシステムに於いて、前記
    封鎖関係の破壊を前記第１および／または第２解放可能
    封鎖手段で独立に行うことを特徴とするシステム。
  5. 【請求項５】 請求項１から請求項４の何れか一つによ
    るシステムに於いて、前記第１解放可能封鎖手段が加え
    る封鎖が壊れると、前記組の第１双安定部品（７）が真
    っ直ぐになった休止位置を取戻し、これにより結合すべ
    き前記第１構造体（１）と前記中間継手構造体（３）の
    間の結合だけになることを特徴とするシステム。
  6. 【請求項６】 請求項１から請求項５の何れか一つによ
    るシステムに於いて、前記第１双安定部品（７）が、真
    っ直ぐになった休止位置で、基準のものより小さい構造
    特徴を有することを特徴とするシステム。
  7. 【請求項７】 請求項５または請求項６によるシステム
    に於いて、前記第２解放可能封鎖手段（６）が、前記中
    間構造体（３）と結合すべき前記第２構造体（２）との
    間に生ずる封鎖が破壊したときに前記組の第２双安定部
    品（８）が真っ直ぐになった休止位置を取戻し、これに
    より結合すべき前記第１および第２構造体（１，２）間
    の結合だけになることを特徴とするシステム。
  8. 【請求項８】 請求項５から請求項７の何れか一つによ
    るシステムに於いて、前記第２双安定部品（８）が、真
    っ直ぐになった休止位置で、前記第１双安定部品（７）
    のものより大きいが、基準のものより小さい構造特徴を
    有することを特徴とするシステム。
  9. 【請求項９】 請求項１から請求項８の何れか一つによ
    るシステムに於いて、前記第１継手構造体がベロー形構
    造体から成ることを特徴とするシステム。
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