JP4422612B2 - 折れ曲り式部材 - Google Patents

Description

本発明は折れ曲り式ブーム、トラス、またはロンジロン部材、折り畳み式トラス構造物、及びそのような部材を用いて作られるその他の類似の構造物に関するものである。

本発明は契約第Ｆ２９６０１−９９−Ｃ−００１０号によりアメリカ合衆国政府の支援を受けて行われた。前記政府が本発明の一部の権利を有することもある。

本特許出願は、本出願と同一の発明者による「Ｆｏｌｄａｂｌｅ Ｍｅｍｂｅｒ（折れ曲り式部材）」と題する２００２年１月１１日に出願済みの特許出願番号第１０／０４４，４３４号の一部継続出願であり、この出願は、本出願と同一の発明者による「Ｆｏｌｄａｂｌｅ Ｍｅｍｂｅｒ（折れ曲り式部材）」と題する１９９９年１１月９日に出願済みの出願番号第０９／４３６，５１４号の分割出願であり現在特許第６，３７４，５６５号となっているものである。本出願はまた、特許第６，３２１，５０３号にも関連する。

大型アパーチャの宇宙用光学機器の重要な光学部品が、分解能及び光学性能を大幅に向上させるのに十分な大きさのアパーチャを提供するために軌道に配備される。このような機器の性能は、配備される構造幾何学の精度及び安定性を理想的な形でナノメートルの範囲で維持することに依存している。非線形接触力学及び配備される構造部品の自由度は、配備された機器がミクロン及びナノメートル・レベルの分解能で形状を変える能力を有することを意味する。そのようなロードパス摩擦及びフリープレイとしての非線形性を排除することにより、配備される構造は物質のモノリシックブロックのように線形及び正確になる。

機械的に配備される構造の大半において、何らかのタイプのアクチュエータによって部品はそれらの保管場所から最終的にそれらの部品が作動する場所へと移動され、次に配備ラッチを用いてその場所に固定される。高精度の構造の場合、そのロードパスとロードが予測可能であることが前記機器の確実な運転のために極めて重要である。

既存の配備可能な構造の接合部にはいくつかの限界があり、高精度で配備可能な機器での使用を防げたり、あるいは配備の実行及び配備後のロッキングのために複雑な分析及び発射重量の追加が必要となったりする。中程度の精度の構造に以前用いられたヒンジ接合部は、フリープレイと幾何学的曖昧性を排除するために高レベルのプレロード及び摩擦に依存していた。これらの接合部はミクロン・レベルでは不安定であることが示され、前記構造の「ミクロのふらつき」または形状の変化を引き起こし、それにより前記機器の光学のアラインメントから大きく外れてしまった。

精密宇宙構造物の既存の接合部は、前記構造の精度を下げてしまうギャップ及びフリープレイを排除するために、その多くの部品間の高レベルのプレロードに依存した。残念ながら、これら高レベルのプレロードは、それに伴う高レベルの摩擦を配備中及び配備完了後にもたらしてしまう。摩擦力学は非線形であるため、制御と予測がより難しい。

ラッチ及びアクチュエータタイプなどのその他のヒンジ設計にも同じ短所がある。

最近、折れ曲り式トラス部材が開発されたことにより、トラス構造物は折り畳んでコンパクトにまとめられて輸送中に占有する場所を少なくでき、軌道でそれを広げて解放し且つ元の形に戻すことができるようになった。これら（既存の）機構のすべては、前記構造物の質量、費用、複雑性を増し、その輸送費及び輸送の難しさを増す。これら折れ曲り式部材は、ヒンジ、ラッチ、アクチュエータ機構に代わる１つの装置を用いることによって、前記構造物の質量（及びその輸送費）を削減する。米国特許第４，３３４，３９１号を参照。この参照により本明細書に組み込まれる。

固体ロッドの端と端を接合してトラス構造物（例えばソーラーパネル・アレイ用四角フレームまたは通信衛星アンテナ用スーパーストラクチャ等）を形成し、前もって選択されたロッドをセクションに分断し、前記２つのセクションの間にヒンジを形成する。前記ロッド・セクションは、大工が使う測量用巻尺テープと類似若しくは同一のバネ鋼機素を用いて接合される。

前記バネ鋼機素の１つに局所的な座屈力を与えることにより、前記ロッド・セクションを互いに畳み込むことができる。１つのロッド・セクションを単に座屈力から解放すれことにより、バイアスを受けているバネ鋼ヒンジ機素に溜まった潜在エネルギーによって、前記２つのロッド・セクションは端と端が整合（アライメント）した位置に戻る。

この方法において、これら折れ曲り式ロッドを数本使って作られたトラス構造物を地上で設計し、宇宙へ輸送するために折り畳み、宇宙で解放された後に前記折れ曲り式ロッドを元の位置に戻すことにより、地上で設計及び建築された前記トラス構造物を形成するように解放することができる。

使用中、このバネ鋼ヒンジ設計には数々の欠点がある。

第１に、バネ鋼機素で形成されたヒンジにおいては、各バネ鋼機素の末端をロッド・セクションに接合することが要求される。これら接合部と前記バネ鋼機素自体が、前記トラス構造物の総重量をかなり増加させることになり、それは宇宙発射能力において望ましくない要因である。

前記バネ鋼機素はまた、サイズ的に不安定なトラス構造物を作ることになる。前記サイズ的不安定さは、前記バネ機素間の前記接合部及びロッド・セクションを含む内部部品の相対運動、及び前記バネ機素自体の異なる部分の永久降伏によって引き起こされる。

その結果、トラス構造物の形状が、宇宙で立てられた時に地上で折り畳まれる前のトラス構造物の形状から変わってしまうことがある。これ機器の性能に致命的な影響を与え、１０ナノメートルから１０ミクロメートルの移動でさえ、前記トラス構造物に付随した主要光学装置及び補助光学装置の性能に重大な影響を与え得る。

従って、本発明の目的は、先行技術の折れ曲り式部材及び折り畳み式構造物よりも軽い折れ曲り式部材と折り畳み式構造物を提供することである。

本発明の更なる目的は、そのような部材と、サイズ的により安定なそのような構造物とを提供することである。

本発明の更なる目的は、精度不良の数々の原因を取り除くそのような折れ曲り式部材を提供することである。

本発明の更なる目的は、システム質量を更に削減する、配備用アクチュエータと機械的ラッチの必要性がないような部材及び構造物を提供することである。

本発明の更なる目的は、調整可能な熱膨張及び伝導特性を有し、広範な性能上の要求に合わせて設計可能であるような部材と構造物とを提供することである。

本発明の更なる目的は、様々な異なる材料から作れるような部材を提供することである。

本発明の更なる目的は、製造及び使用が簡単な部材を提供することである。

本発明の更なる目的は、様々な用途に有用な折り畳み式チューブを提供することである。

本発明は、折れ曲り式部材が曲がる位置においてチューブ周辺に縦のスロットを作ることにより、分離した長手ストリップがその位置に作られるという設計上の構成によって、より軽くよりサイズ的に安定した折れ曲り式部材を実現するものであり、前記折れ曲り式部材は、前記部材の重量を増すと共にサイズ的不安定性をもたらすヒンジを別途追加せずに前記部材が折れ曲ることができるように、容易に座屈する。
より軽くよりサイズ的に安定した折れ曲り式部材が組み立てられるという認識から起こった。

本発明は折れ曲り式部材の製造方法を示し、前記方法は複数のＣ型セクション部材層を形成する工程と、Ｃ型セクション部材層の第１のセットを組み立てる工程と、Ｃ型セクション部材層の第２のセットを組み立てる工程と、チューブの２つのセクションを一定の間隙を空けて端と端が並ぶように配置する工程と、前記Ｃ型セクション部材層の第１のセットを前記２つのチューブ・セクションの一方の側面に固定して前記間隙を繋ぎ、前記Ｃ型セクション部材層の第２のセットを前記２つのチューブ・セクション反対側の側面に固定して前記間隙を繋ぐことにより、縦長の対面するスロットをチューブ内に形成する工程とを有し、チューブに前記スロット間のＣ型セクション部材層材料により分割される長手スロットが形成され、局所的な座屈力が与えられると折れ曲り、その座屈力が解放されると元に戻る。

１つの実施例において、Ｃ型セクション部材層の第１及び第２のセットを組み立てる手順は、前記２つのチューブ・セクションに前記層のセットを取り付ける前に各セットのすべての層を固定する工程を含む。好ましくは、前記層はＣ型セクション断面形の中へ引き抜き成形される複合材料で作られており、前記２つのチューブ・セクションも複合材料で作られている。

その他の材料を使う場合は、Ｃ型セクション部材の前記第１及び第２のセットの材料が前記２つのチューブ・セクションの材料と同じであることが好ましい。

別の実施形態において、第３のチューブ・セクションを、前記２つのチューブ・セクションと一定の間隙を開けて端と端が並ぶように配置し、Ｃ型セクション部材層の第３及び第４のセットを前記第３のチューブ・セクションと前記２つのチューブ・セクションの互いに対面する側面に固定することにより、長手方向に隣接した対面する細長いスロットのセットが形成される。

本発明はまた、折れ曲り式部材を提供し、一定の間隙を空けて端と端が並ぶように配置されたチューブの２つのセクションを有し、対面する適合部材はそれぞれ、両チューブ・セクションに付着された多重層から成り、それらが前記間隙を繋ぐことにより、対面する細長いスロット及び前記スロット間にある分割した長手ストリップが定められ、局所的な座屈力を受けると折れ曲り、その力が解放されると元に戻る。典型的に、前記適合部材はＣ型の断面形を有し、前記適合部材の材料は前記２つのチューブ・セクションの材料と同じである。好ましくは、前記適合部材は複合材料で作られており、前記２つのチューブ・セクションも複合材料で作られている。

１つの実施例において、前記チューブのどちらのセクションも複数の層を有する。真正面で対面する２つの細長いスロット及び真正面で対面する２つの長手ストリップ、または場合によっては対面する３つの細長いスロット及び対面する３つの長手ストリップがあり、各長手ストリップは細長いスロットに真正面で対面している。

１つの実施形態において、前記適合部材は胴体部分を有し、前記適合部材は前記胴体部分においてのみ固定されている。また、前記適合部材が前記チューブのセクションに取り付けられる部分でのみ、前記適合部材を中央でまとめて固定することができる。別の実施形態において、中間剛体部材を介して適合部材とチューブ・セクションを接続する。典型的に、前記中間部材は間隔を空けて置かれた離間突出部（スペースド・フィンガー）を有し、各適合部材は間隔を空けて置かれた２つの離間突出部の間に挿入される。

長い折れ曲り式部材においては、前記チューブの長さに沿って互いに間隔を空けて長手方向に置かれる複数のヒンジ部分があることもあり、各ヒンジ部分は対面する細長いスロットを含む。更に、第３のチューブ・セクションと、長手方向に隣接した対面する細長いスロットのセットを含むこともできる。

本発明に従ったトラスタイプ構造物は、接合した複数のトラス部材を提供し、選択された数の前記トラス部材はそれぞれ、上述したような折れ曲り式部材を含む。すなわち、一定の間隙を空けて端と端が並ぶように配置されたチューブの２つのセクションを有し、対面する適合部材はそれぞれ、両チューブ・セクションに付着された多重層から成り、それらが前記間隙を繋ぐことにより、対面する細長いスロット及び前記スロット間を分割している長手ストリップが定められ、局所的な座屈力を受けると折れ曲り、その力が解放されると元に戻る。

図１が示す本発明のトラス構造物１０は、図が示すように、複数の接合済みトラス部材１２及び１４を含む。例えば、トラス構造物１０は高さ１．２５メートルであるが、ヒンジ部分１６，１８，２０を含むトラス部材１２（及びその他の選択されたトラス部材）が折れ曲り式であることによって、図２が示すように高さ２７センチメートルに折り畳むことができる。

その特定の設計により、ヒンジ部分１６は下方に折れ曲ることができ、ヒンジ部分２０は上方に折れ曲ることができ、ヒンジ部分１８は前記図面の平面から突出する方向に折れ曲ることができる。

図２が示すように折り畳まれると、トラス構造物１０の体積が急激に削減されるため、宇宙飛行の際、大幅にスペースが節約される。

しかし、宇宙空間に配備すると、トラス構造物１０は図３のように自動的に広がって元の構成に戻り、ソーラーパネル用フレーム、様々な光学装置、または類似する構造物と接合されるとスーパーストラクチャの一部として使用できる。

図３が示すように、前記トラス構造物は圧縮に対する強度を有し、数百ポンドを支えることができる。また、ヒンジ部分に局所的座屈力を故意に直接与えない限り、個々のヒンジ部分は作動しないため、屈曲及びトルク（ねじりモーメント）に対する強度も有する。

先行技術においては、ヒンジ部分として望ましい場所でトラス部材を切断し、図４が示す２枚貝形バネ鋼機素４０、４２、４４をトラス部材セクション４６、４８に１つ取り付けることによって、トラス部材のヒンジ部分が形成されている。

前記バネ鋼機素は大工が使う測量用巻尺テープに似ている。図面が示すように５０において、１つのバネ機素に局所的な座屈力が与えられ、前記２つのトラス部材セクションに屈曲力がかかると、前記バネ機素が容易に屈曲し、図５が示すように前記トラス部材が折れる。１つのトラス部材セクションにかかる屈曲力が放出されると、前記２枚貝形のバネ鋼機素が、前記トラス部材を図４が示す構成に跳ね返す。

しかし、以上に述べたようなトラス部材は、上述で本発明の背景を説明したように、熱安定性がないということを含めた数々の欠点を持つ。また、各バネ鋼機素間の接合部及び前記トラス部材セクションが若干変化し、及び／または前記トラス構造物が折り畳まれた状態にあるときにバネ鋼機素が降伏することがある。このトラス構造物は宇宙での配備の際に元の形に戻らないことがあり、結果的に、感度の高い装置及び光学装置の性能に重大な影響を及ぼし得る寸法不安定につながる。その他の先行技術装置類はシステムの総重量を大幅に増すものであり、サイズ的に安定せず及び／または複雑及び／または費用がかかる。

対照的に、本発明は、好ましくは折れ曲り式部材と同じ材料で作られたヒンジを有する折れ曲り式部材によってこれらの問題を部分的に解決する。１つの実施例において、図６が示す折れ曲り式部材６０は、前もって設定された少なくとも１つのヒンジ部分６４を有するチューブ６２を含む。ヒンジ部分６４は、対面する細長いスロット６６及び６７（図７参照）を含み、前記スロットの間には分離した長手ストリップ７０及び７２が形成される。これらのストリップ７０及び７２は、局所的座屈力がかかると図８が示すように折れ曲り、それによって前記部材は前記ヒンジ部分の軸７４周囲で折れ曲る（図７）。本明細書で言う「スロット」とは、あらゆる構成の開口部分、スリット部分、切開部分を意味する。

部材６０は寸法安定性が安定であり、且つ極めて信頼度が高い。また、チューブ６２の材料を調整することにより、様々な性能要求に対応するために部材６０の熱膨張及び／または伝導性を正確に調整することができる。同時に、部材６０は数々の用途に対するねじれ、せん断、座屈の強度も十分である。

図６及び７が示すスロット６６及び６７は、真正面で対面に置かれているが、これは本発明を限定するものではない。例えば、図９が示す実施形態には、３つの対面する細長いスロット９０、９２、９４及び３つの対面する長手ストリップ９６、９８、１００がある（図１０も参照）。長手ストリップ９６は細長いスロット９４と真正面で対面しており、長手ストリップ９８はスロット９０と真正面で対面しており、長手ストリップ１００はスロット９２と真正面で対面している。従って、前記スロットは前記チューブの円周に間隔を空けて、おおむね対面する構成で置かれるが、２つのスロットしかない場合でも、任意のスロットが別のスロットと真正面で対面するとは限らない。また、図面において各スロットは同じ構成を持っているが、任意のヒンジにあるスロットの長さと開口部の幅は具体的設計により異なる場合があり、これは本発明を限定するものではない。更に、前記スロットは単なるスリットから広い縦長の開口部まで、様々なものが可能である。例えば、図６及び７のスロット６６及び６７は、１と３／４インチのチューブに作られており、長さ４インチである。一方、図９のスロット９０、９２、９４は楕円形であり、幅が最も広い位置において約１１／１６インチ幅である。

図１が示すように、任意のトラス部材は、トラス部材１２の長さに沿ってヒンジ部分１６、１８、２０のようなヒンジ部分を複数含むことができる。従って、いずれの部材も多数のヒンジ部分を含むことができ、各ヒンジ部分は２若しくはそれ以上の対面する細長いスロットを含む。

図６〜９のチューブ６２は、ポリカーボネート材料のようなプラスチック材料で作られているが、ポリウレタン、デルリン、またはナイロンチューブで作ることもできる。また、特に宇宙用途の場合は、樹脂マトリックスに埋め込まれた編んだ繊維組織を含む複合材料を用いることができる。前記実施例において、円形ブレードを用いて炭素繊維を編み込んで作ったチューブ形の３軸ブレードを、ポリカーボネート樹脂で含浸した。薄壁のアルミニウム・チューブをテフロン（登録商標）で包み、更にレキサン材シートで包んだ。前記レキサン材シートの上に３軸炭素ブレードを作り、３軸ブレードの上にレキサンの追加層を加えた。加圧と加熱の組み合わせにより、前記レキサン材料と繊維を一体化した。次に、望ましい構成の前記スロットを前記チューブに作った。前記チューブを金属で作ることもできる。

図１の構造物１０を、図９が示すようなチューブと類似の直径１．５インチのチューブで構成すると、重量３．９ポンドとなり、２００ポンドを越す静荷重が支えられた。この４フィートの高さの構造物は、１１インチの高さのパッケージに折り畳むことができる。従って、宇宙で解放して配備する長さ１００フィートの構造物が「デルタ級」の宇宙船に積載可能となり、重量は１００ポンド未満となる。対面するスロットを作ることにより、各折れ曲り式部材から実際に物質が取り除かれるので、そのようにして作られた構造物の重量は、図４のバネ鋼機素４０、４４、４２を含む部材で構成される先行技術の構造物または機械的ヒンジを有する先行技術の構造物よりも大幅に軽い。

別の実施形態において、図１０の部材１２０は対面する細長いスロットのセット１２２及び１２４を含む。従って、セット１２２はブリッジ機素１３０によって分離される２つのスロット、すなわちスロット１２６とスロット１２８を含み、セット１２４はブリッジ機素１３６によって分離される２つのスロット、すなわちスロット１３２とスロット１３４を含む。各スロットは、直径１と５／８インチのレキサンチューブに開けられた幅約１／８インチ、長さ約５／８インチのスロットである。各ブリッジ機素の長さは約３／１６インチである。

１つの実施形態において、スロット１２６はスロット１３２に対し真正面で対面して置かれ、スロット１２８はスロット１３４に対し真正面で対面して置かれているが、これは本発明を限定するものではない。

また、圧力放出部材１３８（例えばダボ）をチューブの内側で各ブリッジ機素１３０及び１３６に取り付けることができ、それによって各ブリッジ部材の圧力を放出し、前記チューブが折り曲げられたときにそれらが引き裂けること、またはひび割れることを防止することができる。

図１０及び１１が示す折れ曲り式部材は、図６〜９が示す部材よりも一般にねじれ強度が強い。

長さ２０フィートのロンジロンに本発明のヒンジを含めることにより、保管に便利なようにそれを長さ３フィートのパッケージに折り畳むことができる。直径３〜４インチのチューブの壁の厚さは典型的に約１／１６インチであり、直径１と１／２インチのチューブの壁の厚さは典型的に０．２０インチであるが、特定の用途のために、広範なチューブ長とチューブ材料を使い、多くの異なる直径及び壁の厚さの組み合わせとすることが可能である。

その結果、運動部分または接合部がなく、従ってより軽量でより寸法安定性のある構造物である折れ曲り式トラス部材、またはロンジロン、またはチューブが作られる。前記ヒンジの手段または機素は、先行技術のバネ鋼機素と異なり、好ましくは前記チューブと同じ材料で作られる。

図６〜１１が示す部材を、図面が示したように１つに接合された同様のトラス部材で作られた図１のトラス構造物１０の構成要素とすること、あるいはフレームまたはバルクヘッドのロンジロンとすること、あるいは単独のブームまたはアームまたは他の部材の部分にすることが可能である。

また、図６〜１１が示す部材を、折り畳み可能な可動橋、緊急対応及び災害救助のための立ち上げ可能な土木工学構造物、テントのポール、警察のバリケード等のような、他の機械的構造物の一部とすることも可能である。

図１２及び１３が示す折れ曲り式構造部材１５０において細長いスロットは異なる位置に置かれており、それにより独特の保管及び／または配備の要求または順序付けを満たすように、前記部材を異なる屈曲角で折り曲げることが可能になる。

図１４の折れ曲り式部材３００は、材料、プラスチック（例えばレキサンまたは複合材料）の層３０３、３０４、３０６等で作られたチューブ３０２を含み、例えば、その周囲を前記材料のシートで数回、おそらくは２０回以上包むことにより形成される。例えば両面テープのような接着剤を用い、例えば点線で示されている場所３１０及び３１２等、前記チューブの長さに沿って選択された場所において、前記プラスチック材料の層を互いに固定することができる。前記材料シートを円形ロール状のストック材料から得ると、そのシートは記憶によりチューブに巻きつく傾向があり、それは本発明のこの実施形態にとって有利な特徴である。

その他の実施形態についても、スロット３１４及び対面するスロット（図１４に図示せず）は、局所的座屈力を受けると折れ曲る材料の層３１８及び３２０の長手ストリップを形成する層３０３、３０４、３０６のすべてを貫通して形成される。この実施形態において、チューブ材料カラムが個別にいくつもあることによって付加的強度が与えられる。

図１５が示す実施形態において、前記個別チューブ層はＡ及びＢ部分において互いに積層されているが、ヒンジ部分Ｃでは積層されていない。そのため、従来の積層加工を加えることができるプラスチックまたは複合材料を使って材料の層を作ることができる。

更に、図１４または１５と類似する構成を達成するために、本発明に従った対面する細長いスロットを形成する別の方法がある。図１６は、間に間隙４０３を空けて端と端が並ぶように配置された、複合材料でできた２つのセクション４００及び４０２を示す。

Ｃ型セクション部材層４０８及び４１０を含む１セット４０４を組み立て、層４０８を層４１０に、典型的にはそれらの端においてのみ接着または固定する。Ｃ型部材層４１２及び４１４を含むセット４０６も同様に組み立てる。次に、図１７が示すように、セット４０４を、チューブ・セクション４００及び４０２の１側面に接着または固定してそれらの間の間隙をつなぎ、セット４０６を、チューブ・セクション４００及び４０２の反対側の側面に接着または固定してそれらの間の間隙もつなぐ。

この構成により、スロット４２０（及び、図示せず、スロット４２０と対面するスロット）のような、互いに対面する細長いスロットが作られ、前記スロットは材料層のセット４０４及び４０６という長手方向に続くストリップによって分離されており、局所的座屈力を受けると折れ曲り、通常、力が解放されると自動的に元に戻る。

図１６においては、明確に示すためにＣ型セクション部材の各セットは２層のみを示しているが、典型的には図１７が示すように、強度及び剛性を増すために、多く（例えば８層以上）の層が使われる。通常、前記Ｃ型断面形は引き抜き成形法によって得られる。好ましくは、層４０８、４１０、４１２、４１４の材料はチューブ・セクション４０２及び４００の材料と同じであるが、これは必ずしも本発明を制限するものではない。この方法において、上述した図１６〜１７の構成要素のすべてを複合材料（例えば炭素とＰＥＥＫの複合材料）で作ることができる。その他の例において、チューブ・セクション４００、４０２及び層４０８、４１０、４１２、４１４をレキサンのようなプラスチックで作られる。また、チューブ・セクション４００が示すように、図１６のチューブ・セクション４００，４０２がそれぞれ複数の層４３０、４３２、４３４を含むことが好ましい。図１４〜１５も参照のこと。

図６〜１５を参考にして説明したように、任意の折れ曲り式部材には、真正面で対面する２つのスロット、３つの対面するスロット、及び多くのヒンジ部分がある。

例えば、図１８〜１９が示すように、それぞれが３つの層で作られた適合部材が３セット３４０、３４２、３４４（図面に示されている）と、層セット３４４と対面するもう１つのセット（図示せず）があり、それによって４つのスロット（このうち２つのスロット３５２及び３５４が図１９に示されている）を有する図１９の折れ曲り式部材３５０が作られる。

長手方向に隣接する対面スロットがある図１０〜１１の設計は、図２０〜２１のチューブ・セクション３６０と３６２、及び中間チューブ・セクション３６４によって実現することができる。適合Ｃ型セクション層のセット３６８と３７０はチューブ・セクション３６０の底部を前記中間ブリッジ機素セクション３６４に固定する一方、セット３７２と３７４はチューブ・セクション３６２の上部を中間セクション３６４に固定し、それによりブリッジ機素３６４によって分離される図２１の長手方向に隣接するスロット３８０及び３８２と、スロット・セット３８０，３８２の対面の円周上に同じように位置する長手方向に隣接したスロット（図示せず）とのセットが作られる。層３７１について示されているように、セット３６８と３７０の個別の層の任意の一部またはすべてが連続的であるのが好ましい場合がある。

図１６〜２１の設計及び方法に従い、最終的に前記スロットを形成する適合層の数、厚さ、長さ、幅、材料を具体的な実装に合わせて調整することができる。前記チューブ・セクションに使われる材料、その長さと直径、およびその層の数についても同様のバリエーションがある。

各部材の厚さに相対する横断面の湾曲は、材料の引張及び圧縮降伏強度によって決まる。前記横断面における材料によって最大圧力が決まる。この理由から、前記横断面の不良はできるだけなくすべきである。

観察されるひずみは以下の方程式によって得られる。

ここで、ｔは前記横断面の厚さ、Ｒは湾曲の半径であり、前記半径は平面化される湾曲断面または平らな機素を湾曲させた横断面のいずれかの半径である。

完全な弾性を持つように保管するために、前記ひずみの値を前記湾曲方向における材料の降伏強度より低くすることができる。

形状記憶または超弾性材料の場合、前記方程式

の値がそれらの材料の伸張及び圧縮回復限界より低くなるように前記ひずみの値を選択する。

精密用途の場合は、前記ひずみ

が前記降伏ひずみより十分低くなり、それによってクリープまたは応力緩和及びミクロ降伏が許容限界まで下がるように、これらｔ及びＲの値を選択する。前記許容限界は前記材料セクション及び用途に特定のニーズによって定められる。

図面２２において、チューブ・セクション４００及び４０２の間の適合部材４１０ａ及び４０８ａのセット４０４ａは、前記適合部材の屈曲位置の調整及び前記適合部材の積層剥離または変形の防止をするように設計された胴体部分５０２、５０４を含む。同じ結果が、胴体部分５０６、５０８、５１０、５１２によって図２３に示されている。好ましくは、これらの胴体部分においてのみ個々の適合部材を接着し、次に前記適合部材のセットを前記チューブ・セクションに接着し、前記胴体部分においてファスナー５１６を用いて選択的に前記チューブ・セクションに止める。

図２４において、適合部材４１０ｃ及び４０８ｃは、中央の端部分５２０でのみ共に固定されており、前記５２０において前記適合部材は前記チューブ・セクション４００、４０２に接着しており、中央の端部分５２０は金属で作ることができるプレート５２２でキャップされており、前記プレート５２２をファスナー５１６が貫通する。図２５が示すように横断面においてフィルム接着剤５２６がキャップ５２２を適合部材４０８ｃに中央で固定し、フィルム接着剤５２８が適合部材４０８ｃを適合部材４１０ｃに中央の固定しており、フィルム接着剤層５３０が適合部材４１０ｃをチューブ・セクション４００の外壁に中央で固定している。典型的に、チューブ・セクション４００は図１４及び１６が示すように複数の層を含む。

図２６では、離間突出部５４２、５４４、５４６を有する硬い（たとえば金属）中間部材５４０が使われている。適合部材４１０ｄの一端が、離間突出部５４２及び５４４の間にはまり固定され（例えば付着される）、適合部材４０８ｄの一端が離間突出部５４６及び５４４の間に固定される。次に、中間部材５４０をチューブ・セクション４００の外壁に付着する。間隔を空けて隣接しているチューブ・セクションと適合部材４０８ｄ及び４１０ｄの反対側の端の間に、同様の硬い部材（図示せず）を固定する。更に別の実施形態においては、中間部材の離間突出部５４２及び５４６はそれら自体が前記チューブ・セクションと一体化した層である。

本発明の具体的な特徴はある図面に示されており、その他の図面には示されていないが、これはあくまでも便宜上そうしているものであり、各特徴は本発明に従ったその他の特徴のすべて若しくはいずれとも組み合わせることができる。本書において「含む」、「有する」、「持つ」、「用いて」「共に」という言葉は広範且つ包括的に解釈されるべきであり、いかなる物理的相互連結にも限定されない。更に、本発明の用途において開示されているいかなる実施形態も、唯一可能な実施形態として解釈されるべきではない。

当業者であれば気付くであろうその他の実施形態は、添付の請求項の範囲である。

当業者であれば、好ましい実施形態及び付随する図面を基に、その他の物体、特徴、及び利点に気が付くであろう。
図１は、本発明に従いった多数の折れ曲り式部材を用いて作られた構造物の透視図である。 図２は、図１が示す構造物が折り畳まれた状態を示す図である。 図３は、図２の構造物が折り畳まれた状態から広げられた後の状態を示す透視図である。 図４は、先行技術による折れ曲り式装置の正面図である。 図５は、図４が示す先行技術による装置の折れ曲った状態を示す。 図６は、本発明の折れ曲り式部材の側立面図である。 図７は、図６が示す折れ曲り式部材の正面図である。 図８は、図６及び７が示す折れ曲り式部材の折れ曲った状態を示す図である。 図９は、本発明の折れ曲り式部材の別の実施形態の正面図である。 図１０は、本発明の折れ曲り式部材の別の実施形態の側立面図である。 図１１は、図１０と類似の本発明の折れ曲り式部材の内側の後部壁を示す図である。 図１２は、本発明に従った、複数のヒンジを有する１つの細長い折れ曲り式部材の正面図である。 図１３は、図１２の部材が折れ曲った状態を示す図である。 図１４は、本発明に従った折れ曲り式部材の別の実施形態の図である。 図１５は、本発明に従った折れ曲り式部材のまた別の実施形態の図である。 図１６は、本発明に従った折れ曲り式部材のまた別の実施形態の分解図であり、２つのチューブ・セクション間を接続する適合部材の使用を示す。 図１７は図１６の折れ曲り式部材が組み立てられた状態の実施形態を示す図である。 図１８は、本発明の別の実施形態の部分分解図である。 図１９は、図１８が示す実施形態に従った折れ曲り式部材が組み立てられた状態を示す図である。 図２０は、本発明の折れ曲り式部材のまた別の実施形態の部分分解図である。 図２１は、図２０の実施形態に従った折れ曲り式部材が組み立てられた状態を示す図である。 図２２及び２３は、本発明に従った、胴体部分を有する適合部材を示す図である。 図２２及び２３は、本発明に従った、胴体部分を有する適合部材を示す図である。 図２４は、本発明に従い、２つのチューブ・セクションに前記適合部材を固定する１つの方法を示す図である。 図２５は図２４の一部分の断面図である。 図２６は、本発明の適合部材をチューブ・セクションに接合するために使われる中間部材の使用を示す図である。

Claims (38)

1. 折れ曲り式部材の製造方法であって、
   複数のＣ型セクション部材層を形成する工程と、
   Ｃ型セクション部材層の第１のセットを組み立てる工程と、
   前記Ｃ型セクション部材層の第２のセットを組み立てる工程と、
   チューブの２つのセクションを間隙を開けて端と端が並ぶように配置する工程と、
   Ｃ型セクション部材層の第１のセットを前記チューブの２つのチューブ・セクションの１つの側面に固定して前記間隙を繋ぐ工程と、
   Ｃ型セクション部材層の第２のセットを前記２つのチューブ・セクションの反対側の側面に固定して前記間隙を繋ぐ工程と
   を有し、
   前記チューブに前記スロット間のＣ型部材層材料の長手ストリップによって分けられた対面する細長いスロットを形成し、局所的な座屈力が与えられると折れ曲り、その座屈力が解放されると元に戻る、折れ曲り式部材の製造方法。
2. 請求項１の方法において、前記Ｃ型部材層の前記第１のセットを組み立てる工程は、第１のセットのすべての層を一体化し固定する工程を含むものである。
3. 請求項１の方法において、前記Ｃ型部材層の前記第２のセットを組み立てる工程は、第２のセットのすべての層を一体化し固定する工程を含むものである。
4. 請求項１の方法において、前記複数のＣ型セクション部材層は複合材料で作られているものである。
5. 請求項１の方法において、前記２つのチューブ・セクションは複合材料で作られているものである。
6. 請求項１の方法において、前記複数のＣ型セクション部材層はＣ型セクション断面形に引き抜き成形されるものである。
7. 請求項１の方法において、Ｃ型セクション部材の前記第１及び第２のセットの材料は前記２つのチューブ・セクションの材料と同じである。
8. 請求項１の方法であって、この方法は、さらに、
   第３のチューブ・セクションを前記２つのチューブ・セクションと一定の間隙を開けて端と端が並ぶように配置し、Ｃ型セクション部材層の第３及び第４のセットを前記第３のチューブ・セクションと前記２つのチューブ・セクションの互いに対面する側面に固定することにより、長手方向に隣接した対面する細長いスロットのセットを形成する手順を含むものである。
9. 折れ曲り式部材であって、
   一定の間隙を開けて端と端が並ぶように配置される２つのチューブ・セクションと、
   対向する折れ曲り可能な適合部材であって、この適合部材の各々は、多重層で形成されてなり、且つ前記２つのチューブ・セクションの両方の側面に付着されて前記間隙を繋ぐものであり、これにより、対向する細長いスロット及びこのスロットの間の部材からなる分割された対向する長手ストリップが区画され、この長手ストリップは局所的な座屈力を受けると折れ曲り、その座屈力が解放されると元に戻るように構成および配置されたものである、前記適合部材と
   を有する折れ曲り式部材。
10. 請求項９の折れ曲り式部材において、前記適合部材はＣ型断面形を有するものである。
11. 請求項９の折れ曲り式部材において、前記適合部材の材料は前記２つのチューブ・セクションの材料と同じであるものである。
12. 請求項１１の折れ曲り式部材において、前記適合部材は複合材料で作られており、前記２つのチューブ・セクションは複合材料で作られているものである。
13. 請求項９の折れ曲り式部材において、前記チューブのどちらのセクションも複数の層を有するものである。
14. 請求項９の折れ曲り式部材において、この折れ曲り式部材は、２つの真正面で対向する細長いスロットと、２つの真正面で対向する長手ストリップとを有するものである。
15. 請求項９の折れ曲り式部材において、前記チューブの長さに沿って互いに間隔を空けて長手方向に置かれる複数のヒンジ部分があり、各ヒンジ部分は対向する細長いスロットを含むものである。
16. 請求項９の折れ曲り式部材において、３つの対向する細長いスロットと、３つの対向する長手ストリップがあり、長手ストリップはそれぞれ、細長いスロットと真正面で対向するものである。
17. 請求項９の折れ曲り式部材であって、この折れ曲り式部材は、さらに、
    第３のチューブ・セクションと、長手方向に隣接した対向する細長いスロットのセットとを含むものである。
18. 請求項９の折れ曲り式部材において、前記適合部材は胴体部分を有するものである。
19. 請求項１８の折れ曲り式部材において、前記適合部材は胴体部分においてのみ一体に固定されているものである。
20. 請求項９の折れ曲り式部材において、前記適合部材は前記チューブ・セクションに付着する場所においてのみ一体に固定されているものである。
21. 請求項２０の折れ曲り式部材において、前記適合部材は前記チューブ・セクションに付着する場所においてのみ中央で固定されているものである。
22. 請求項９の折れ曲り式部材において、この折れ曲り式部材は、さらに、前記適合部材と前記チューブ・セクションを相互連結する硬い中間部材を含むものである。
23. 請求項２２の折れ曲がり式部材において、前記中間部材は間隔の空いた離間突出部を典型的に有し、２つの間隔の空いた離間突出部の間に各適合部材が挿入されるものである。
24. 構造物であって、
    複数の繋合済みトラス部材を有し、
    任意の数の前記トラス部材は、折れ曲り式部材を含むものであり、前記折れ曲り式部材は、
    一定の間隙を開けて端と端が並ぶように配置される２つのチューブ・セクションと、
    対向する折れ曲り可能な適合部材であって、この適合部材の各々は、多重層で形成されてなり、且つ前記２つのチューブ・セクションの両方の側面に付着されて前記間隙を繋ぐものであり、これにより、対向する細長いスロット及びこのスロットの間の部材からなる分割された対向する長手ストリップが区画され、この長手ストリップは局所的な座屈力を受けると折れ曲り、その座屈力が解放されると元に戻るように構成および配置されたものである、前記適合部材と
    を有するものである、
    構造物。
25. 請求項２４の構造物において、前記適合部材はＣ型断面形を有するものである。
26. 請求項２４の構造物において、前記適合部材の材料は前記２つのチューブ・セクションの材料と同じである。
27. 請求項２６の構造物において、前記適合部材は複合材料で作られており、前記２つのチューブ・セクションは複合材料で作られているものである。
28. 請求項２４の構造物において、前記チューブのどちらのセクションも複数の層を有するものである。
29. 請求項２４の構造物において、２つの真正面で対向する縦のスロットと、２つの真正面で対向する長手ストリップがあるものである。
30. 請求項２４の構造物において、前記チューブの長さに沿って互いに間隔を空けて長手方向に置かれる複数のヒンジ部分があり、各ヒンジ部分は対向する細長いスロットを含むものである。
31. 請求項２４の構造物において、３つの対向する細長いスロットと、３つの対向する長手ストリップがあり、長手ストリップはそれぞれ、真正面に細長いスロットと対向するものである。
32. 請求項２４の構造物において、前記適合部材を前記チューブ・セクションに付着する前に、前記多重層を一体に固定するものである。
33. 請求項２４の構造物において、前記層はＣ型断面形に引き抜き成形されるものである。
34. 請求項２４の構造物であって、この構造物は、さらに、
    第３のチューブ・セクションと、前記折れ曲り式部材の円周上で互いに対向する長手方向に隣接した細長いスロットのセットを含むものである。
35. 折れ曲り且つ展開自在な部材を形成する方法であって、
    局所的な座屈力が与えられると折れ曲り、その座屈力が解放されると自発的に元に戻るように構成されている複数の折れ曲り式Ｃ型セクション部材層を形成する工程と、
    前記折れ曲り式Ｃ型セクション部材層の第１のセットを組み立てる工程と、
    前記折れ曲り式Ｃ型セクション部材層の第２のセットを組み立てる工程と、
    ２つのチューブ・セクションを一定の間隙を開けて端と端が並ぶように配置する工程と、
    前記折れ曲り式Ｃ型セクション部材層の第１のセットを前記２つのチューブ・セクションの１つの側面に固定して前記間隙を繋ぐ工程と、
    前記折れ曲り式Ｃ型セクション部材層の第２のセットを前記２つのチューブ・セクションの反対側の側面に固定して前記間隙を繋ぐことにより、対向する細長いスロット及びこのスロットの間の部材からなる分割された対向する長手ストリップを区画し、前記対向する細長いスロットを含む自動固定式ヒンジを形成する工程と
    を有する方法。
36. 折れ曲り式部材であって、
    一定の間隙を開けて端と端が並ぶように配置される部材の２つのセクションと、
    前記部材の２つのセクションを前記端と端が並んだ配置から移動させ、且つ自発的に前記端と端が並んだ配置に戻すための自動固定式ヒンジであって、このヒンジは対向する多重層を含み、この多重層は前記部材の２つのセクションの両方の側面に付着されて前記間隙を繋ぐものであり、これにより、対向する細長いスロット及びこのスロットの間の部材からなる分割された対向する長手ストリップが区画され、この長手ストリップは局所的な座屈力を受けると屈曲形状に折れ曲り、その座屈力が解放されると元の形状に戻って前記部材の２つのセクションを前記端と端が並んだ配置に固定するものである、前記自動固定式ヒンジと
    を有する折れ曲り式部材。
37. 構造物であって、
    複数の繋合済みトラス部材を有し、
    任意の数の前記トラス部材は、折れ曲り式部材を含むものであり、前記折れ曲り式部材は、
    一定の間隙を開けて端と端が並ぶように配置される２つのセクションと、
    前記２つのセクションを前記端と端が並んだ配置から移動させ、且つ前記端と端が並んだ配置に戻すための自動固定式ヒンジであって、このヒンジは対向する多重層を含み、この多重層は前記２つのセクションの両方の側面に付着されて前記間隙を繋ぐものであり、これにより、対向する細長いスロット及びこのスロットの間の部材からなる分割された対向する長手ストリップが区画され、この長手ストリップは局所的な座屈力を受けると当該ヒンジ部分で屈曲形状に折れ曲り、その座屈力が解放されると当該ヒンジ部分で自発的に元の形状に戻るものである、前記自動固定式ヒンジと
    を有するものである、
    構造物。
38. 折れ曲り且つ展開自在な部材を形成する方法であって、
    局所的な座屈力が与えられると折れ曲り、その座屈力が解放されると自発的に元に戻るように構成されている複数の非金属材料で作られた折れ曲り式Ｃ型セクション部材層を形成する工程であって、当該非金属材料は、当該Ｃ型セクション部材層の屈曲方向における当該材料の降伏強度より低い、所定のひずみ値を有するものである、前記形成する工程と、
    前記折れ曲り式Ｃ型セクション部材層の第１のセットを組み立てる工程と、
    前記折れ曲り式Ｃ型セクション部材層の第２のセットを組み立てる工程と、
    ２つのチューブ・セクションを一定の間隙を開けて端と端が並ぶように配置する工程と、
    前記折れ曲り式Ｃ型セクション部材層の第１のセットを前記２つのチューブ・セクションの１つの側面に固定して前記間隙を繋ぐ工程と、
    前記折れ曲り式Ｃ型セクション部材層の第２のセットを前記２つのチューブ・セクションの反対側の側面に固定して前記間隙を繋ぐことにより、対向する細長いスロット及びこのスロットの間の部材からなる分割された対向する長手ストリップを区画し、前記対向する細長いスロットを含むヒンジを形成する工程と
    を有する方法。

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