JP6770865B2 - アクチュエータを備えたロータリジョイント、骨組構築キット及びロータリジョイントを備えた骨組 - Google Patents

Description

本発明は、ロータリジョイント、ロータリジョイントを用いた骨組構築キット及びロータリジョイントを備えた骨組に関する。

例えば航空学、土木工学、又は建築学における構築作業のための梁、ジョイスト、及びフレームは、それぞれの梁の延在方向に垂直に作用する曲げ力に耐えるように設計されている。従来の梁は、縁部におけるフランジとフランジ間にまたがるウェブとの一体部品として実装され得る。代替として、ウェブの代わりに、切削加工されたストラットが、平行に延びる長手方向支持バー間に実装されてもよい。これにより、梁の形成に使用される材料が少なくなるため、梁の重量が減少する。そのようなストラットは、例えば、欧州特許第０９８６６８５号又は欧州特許第１３５８３９２号の文献に開示されるように、３次元トラス構造に用いられ得る。

しかしながら、そのような梁又はフレームに局所荷重が伝わると、ストラットと長手方向支持バーとの取り付けジョイントにねじりモーメントが加わることがある。そのようなねじりモーメントは、今度は長手方向支持バー内にさらなるモーメントをもたらすことがある。このようなモーメントを局所補強手段によって補償する必要が生じるため、重量について得られた利点の一部又は全部が打ち消されてしまう。

米国特許第６，６２２，４４７号の文献は、球対称の複数のコネクタハブ部材と長手方向軸対称の複数のストラット部材とを用いてモデル及び構造体を構築するためのモジュール構造システムを開示している。このストラット部材は、コネクタハブ部材と取り外し可能に係合することができ、コネクタハブ部材に対して対応する半径方向位置及び接線方向位置に配置される。

加国特許第２２３７０２０号及び独国特許出願公開第３８００５４７号の文献はそれぞれ、支持用バーと支持用バーの両端側に設けられた挿入ヘッド用の円筒形接続要素とを用いて、支持構造を作り出すための構造的要素のセットを開示している。

独国特許出願公開第３７３６７８４号の文献は、ノード本体に枢動可能に接続されているロッド状要素を有するノードトラスシステムを開示している。米国特許第４，１６１，０８８号の文献は、トラスアレイの外側の弦が、トラスアレイ上にデッキ面を支持することになる平面に対して垂直な平面における外面から半径方向外側に延びたＴ字構造要素を有する外側中空パイプ要素と、パイプを通ってその長手方向軸に沿って延びる内側ロッドとを備えている、パイプ−ボールトラスアレイを開示している。中空球状部材などの中空の略ボール状の部材が設けられており、該略ボール状の部材は複数のトラス部材に共有のものであって、これらのトラス部材はボルト締めによって球状部材に連結される。

具体的な用途に応じて、ロッド又はストラットを、ジョイントを介して骨組内部に、各ジョイント内のロッド又はストラットの向き及び／又は長さを能動的に変更及び／又は適合することができるように取り付けることは、有利であり得る。例えば、長さ調節可能なロッド状又はストラット状の接続部を骨組に設けることが、有利であり得る。代替として、又はそれに加えて、ロッド又はストラットのような接続部の配置又は向きを調節可能な骨組を設けることが有利であり得る。そのような調節可能な接続部は、例えば、通常の骨組構造の公差補償のために用いられ得るか、例えば、飛行機のフラップなどのように、車両の所定の部分を車両の他の部分に対して動かすために用いられ得る。調節可能な骨組接続に依存する、特に航空分野における他の用途としては、例えば、変形構造とも称される調節可能な構造を扱う。このような変形構造としては、例えば、調節可能な骨組を構成する様々な幾何学形状及び形態を備えた調節可能な航空機翼が挙げられる。他の航空機の変形構造には、翼カバー、フラップ、ノーズキャップ等が含まれる。

欧州特許第０９８６６８５号明細書 欧州特許第１３５８３９２号明細書 米国特許第６，６２２，４４７号明細書 加国特許第２２３７０２０号明細書 独国特許出願公開第３８００５４７号明細書 独国特許出願公開第３７３６７８４号明細書 米国特許第４，１６１，０８８号明細書

本発明の目的は、骨組のジョイントの中に結合されたさらなるねじりモーメントを軽量化により補償すると共に能動的に調節され得る骨組を構築するための簡単かつ軽量な解決策を提供することである。

本目的は、請求項１の特徴を有するロータリジョイント、請求項１４の特徴を有する骨組構築キット、及び請求項１５の特徴を有する骨組によって実現される。

本発明の第１の態様によれば、ロータリジョイントは、第１の端に基本的に球状の凹形軸受面を備えたソケットロッドフランジを有するソケットロッドと、ソケットロッドと取り囲むとともに、ねじ付きレンチヘッドを有するハウジングナットと、基本的に球状の凸形軸受面及び凸形軸受面の周りのねじ付き側壁を有するボールロッドと、ソケットロッドフランジとボールロッドとの相対運動を作動させるように構成されたジョイントアクチュエータとを備える。ボールロッドのねじ付き側壁の直径は、ハウジングナットのねじ付きレンチヘッドの直径に対応する。

本発明の第２の態様によれば、骨組構築キットは、本発明の第１の態様による少なくとも１つのロータリジョイントと、少なくとも１つのロータリジョイントのソケットロッドの第２端に接続された、又は、少なくとも１つのロータリジョイントのボールロッドに接続された少なくとも１つの相互接続ストラットとを備える。

本発明の第３の態様によれば、骨組は、本発明の第１の態様による複数のロータリジョイントと、複数のロータリジョイントのソケットロッド又はボールロッドに各々接続された複数の相互接続ストラットとを備える。

本発明の基礎となる第１の概念は、ストラット又はロッドで構成される骨組の接続点を、ボール−ソケットタイプのロータリジョイントを用いることにより改良することである。静止接続部は、基本的に（少なくとも一部が）球状の凸形外面を有する単一の突出するボールロッドによって形成される。凸形外面の周りのボールロッドの側壁は、ハウジングナットを係合するための（円筒形の）ねじ付き係合面を備える。可動接続部は、基本的に（少なくとも一部が）球状の凹形外面を有するソケットロッドによって形成される。基本的に凹形外面の形状が静止接続部の凸形外面の形状に主に対応し得ることによって両接続部が互いに接触可能となり、凸形外面と凹形外面との接触は、ボール−ソケット接続と同様に、互いに対して滑るように動き得る。

可動接続部が静止接続部の凸形外面から外れないよう拘束するために、ハウジングナットは、ソケットロッド上で滑らされる。ハウジングナットは、静止接続部の（円筒形の）ねじ付き係合面に対応する内壁に、内側ねじ山を有する。可動接続部は、略テーパ形状を有し得る。すなわち、凹形外面を有する端部は、延在するロッド部に対してフランジが付けられる。ハウジングナットの開口の直径は、延在するロッド部の直径よりも大きくてもよいが、フランジ付き端部の直径よりも小さくてもよい。したがって、ハウジングナットが静止接続部のねじ付き係合面にねじ係合しているとき、ハウジングナットがフランジ付き端部をハウジングナット開口の縁と静止接続部との間に挟持することによって、可動接続部は、静止接続部から外れないように固定される。すなわち、可動接続部が静止接続部から離れるように延在するロッド部の方向へと直線運動することが、機械的に規制される。

静止接続部（「ボール」部）と可動接続部（「ソケット」部）の接触面に沿って、取り付けられた静止接続部の構造に対するソケットロッドの旋回運動が実現され得る。ソケットロッドに結合されたストラット上におけるロータリジョイントの接触面に対する横モーメントにより、ソケットロッドが静止接続部の外面に沿ってシフト移動する。したがって、可動接続部の静止接続部に対する滑り運動を補償することにより、ストラット／ソケットロッドの向きに直交するように作用する任意の曲げモーメントがロータリジョイントに対して消滅することとなる。このことは、異なる場合においてロータリジョイントにもたらされ得る任意の曲げモーメントを、本ロータリジョイントは本質的に受けないことを意味する。そのようなロータリジョイントに結合されたストラットの軸は、常にロータリジョイントの中央に向かっているため、任意のストラットに対する荷重状況下においても、ロータリジョイントの均衡が最適にされる。

本発明の基礎となる第２の概念は、ストラット又はロッドからなる骨組の接続点を、骨組又は骨組の少なくとも一部を能動的に調節するのに利用され得るアクチュエータをロータリジョイントに設けることによって改良することである。このために、ジョイントアクチュエータは、ソケットロッドフランジとボールロッドとの相対運動、及び、それによるソケットロッド自体とボールロッドとの相対運動を作動させるように構成される。従来のロータリジョイントは、多くの場合、一次元的な旋回自由度しか与えない。これに対して、本発明によるロータリジョイントは、２次元的での運動の自由を与えることができる。したがって、ロータリジョイントの数を半分に減らすことができる。そのうえ、本発明は、（旋回運動の）回転中心までの距離が短い状態で該作動を実施する機会を与える。該作動は、特に、ソケットロッドフランジにてハウジングナット内に直接与えることができる。骨組のロータリジョイントの少なくともいくつかにアクチュエータを実装することにより、能動的に（再）調節可能な骨組を設計することができる。例えば、このようなロータリジョイントに取り付けられたロッド又はストラットは、互いに独立して向きをシフトすることができる。２次元又は３次元の骨組においてこのようなロータリジョイントに複数のロッド又はストラットを接続することにより、様々な幾何学形状及び形態で十分に適合可能な複雑な（変形）構造を作製できる可能性が開かれる。

本発明の有利な実施形態及び改良は、従属請求項において見られる。

ロータリジョイントの実施形態によれば、ジョイントアクチュエータは、ハウジングナットとソケットロッドフランジとの間に配置されている。これにより、アクチュエータのロードを、ロータリジョイントの回転中心までの距離が短い状態でハウジングナット内に直接導入することができる。したがって、ジョイントアクチュエータは、ロータリジョイント内に一体化されて、ハウジングナット内に収容することができる。

ロータリジョイントの実施形態によれば、ジョイントアクチュエータは、ボールロッドに対するソケットロッド及びソケットロッドフランジの旋回運動を作動させるように構成されている。これにより、ソケットロットが、そのベースライン位置から能動的に旋回させられることができる。ジョイントアクチュエータは、リニアアクチュエータと同様に構成されることができ、それによって、ソケットロッド及びソケットロッドフランジが１つの定められた旋回方向に旋回されることができる。しかしながら、ジョイントアクチュエータは、旋回方向がロータリジョイント内におけるソケットロッドフランジの運動範囲に対応する２次元平面内において任意に設定され得るように構成されてもよい。

ロータリジョイントの実施形態によれば、ジョイントアクチュエータは、凹形軸受面を備えたソケットロッドフランジを、ボールロッドの凸形軸受面上で滑らせることによって、ソケットロッドフランジとボールロッドとの相対運動を作動させるように構成されている。

ロータリジョイントの実施形態によれば、ジョイントアクチュエータは、凹形軸受面を備えたソケットロッドフランジを、ボールロッドの凸形軸受面上における部分的に球状の面の範囲内で自由に運動させるように構成されている。本実施形態では、ソケットロッドフランジ及びソケットロッドが１つ又は複数の方向のみに能動的に旋回させられ得るだけでなく、運動範囲が部分的に球状の面上における能動的な運動を含むこともできる。本実施形態によれば、このようなロータリジョイントを複数備えている調節可能な骨組を能動的に作動させる優れた柔軟性が得られる。

ロータリジョイントの実施形態によれば、ジョイントアクチュエータは、ソケットロッドフランジを取り囲むリングアクチュエータとして構成されている。リングアクチュエータは、ソケットロッドフランジ及びソケットロッドの球面運動のための作動が得られる有利な一実施形態である。

ロータリジョイントの実施形態によれば、ジョイントアクチュエータは、少なくとも１つのリニアアクチュエータを備えている。リニアアクチュエータは、１つ（１つのリニアアクチュエータ）又は複数（２つ以上のリニアアクチュエータ）の方向への旋回運動を作動させるのに用いることができる。

ロータリジョイントの実施形態によれば、ジョイントアクチュエータは、電気エネルギー、磁気エネルギー、熱エネルギー、水力エネルギー及び／又は空気エネルギーを、運動に変換するように構成されている。有利な一実施形態では、機械的動作を容易にするため、流体動力又は流体圧力を用いるシリンダ又は流体モータを使用することができる。別の有利な実施形態では、真空又は圧縮空気によって形成されるエネルギーを、高圧にて直線運動又は回転運動のいずれかに変換することができる。例えば、ＭＥＭＳ（「微小電気機械システム」）熱アクチュエータが使用されてもよく、その場合、微小機械デバイスが熱膨張増幅によって運動を生成する。熱エネルギー又は磁気エネルギーを印加するアクチュエータは、小型、軽量かつ経済的であると共に、高出力密度を達成する傾向がある。これらのアクチュエータとしては、形状記憶合金（ＳＭＡ）又は磁気形状記憶合金（ＭＳＭＡ）などの形状記憶材料（ＳＭＭ）を使用することができる。

ロータリジョイントの実施形態によれば、ジョイントアクチュエータは、電動アクチュエータ、機械式アクチュエータ又は電気機械式アクチュエータである。

ロータリジョイントの実施形態によれば、ジョイントアクチュエータは、圧電モータを備えている。圧電モータは、音響振動又は超音波振動によって直線運動又は回転運動が生成される逆圧電効果を利用する非常に小さく省エネルギーな構成で提供されることができる。

ロータリジョイントの実施形態によれば、圧電モータは、進行波型モータ、インチワームモータ、矩形四象限モータ又はスリップスティックモータ等を備えている。例えば、インチワームモータは、直線運動を作動させるために使用することができ、進行波型モータは、回転／球面運動を生み出すために使用することができる。これらのモータは、非常に小さな構成にて構成することができる。

ロータリジョイントの一実施形態によれば、ハウジングナットは、ねじ付きレンチヘッドの反対側にナット穴を有することができ、このナット穴の直径は、ソケットロッドの直径よりも大きいが、ソケットロッドフランジの直径よりも小さい。このように、ソケットロッドフランジは、ボールロッド軸受面に沿って旋回するのに十分な余裕が与えられているが、その表面に直交するボールロッドから外れることができない。

ロータリジョイントのさらなる実施形態によれば、ソケットロッドフランジの凹形軸受面の湾曲は、ボールロッドの凸形軸受面の湾曲に対応する。これにより、２つの可動部分間の滑らかな接触の実施が可能になり、それによってジョイント内の内部摩擦が減少する。

本発明は、添付の図面に示される例示の実施形態を参照してより詳細に説明される。

添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供することが意図されており、本明細書の一部に組み込まれるとともにこの本明細書の一部を構成する。図面は、本発明の実施形態を示し、本明細書とともに本発明の原理を説明する役割を果たす。本発明の他の実施形態、及び本発明の所期の利点の多くは、以下の詳細な説明を参照してそれらがより良く理解されるように容易に理解されよう。図面の要素は、互いに対して必ずしも原寸ではない。図面では、同じ参照符号は、他に指示されていない限り、同様の又は機能的に同様の構成要素を示す。

本発明の一実施形態によるロータリジョイントを備えた骨組を概略的に示す。 本発明の別の実施形態によるロータリジョイントを備えた骨組を概略的に示す。 本発明のさらに別の実施形態によるロータリジョイントを備えた骨組を概略的に示す。 本発明の別の実施形態によるストラットが取り付けられたロータリジョイントであって、ソケットロッドがベースライン位置に配置されているロータリジョイントの断面図を概略的に示す。 ソケットロッドがベースライン位置から旋回している図３ａのロータリジョイントの断面図を概略的に示す。 本発明のさらに別の実施形態によるストラットが取り付けられたロータリジョイントであって、ソケットロッドがベースライン位置から旋回しているロータリジョイントの断面図を概略的に示す。 図４のロータリジョイントの詳細断面図を概略的に示す。 図５ａのロータリジョイントの線Ａ−Ａに沿った詳細断面図を概略的に示す。

図面において、同じ参照符号は、特段の指示がない限り、同じ又は機能的に同じ構成要素を示す。「上」、「下」、「左」、「右」、「上方」、「下方」、「水平」、「垂直」、「後」、「前」等、及び同様の用語のような任意の方向を表す用語は、例示のために使用されるに過ぎず、本実施形態を図面に示されるような特定の構成に限定するものではない。

特定の実施形態が本明細書中に図示及び記載されているが、様々な代替及び／又は均等な実施が本発明の範囲から逸脱することなく図示及び記載された特定の実施形態の代わりに用いられてもよいことは、当業者によって理解されよう。概して、本出願は、本明細書中において説明された特定の実施形態の任意の適合又は変形を含むことが意図される。

図１ａは、本発明の実施形態によるロータリジョイント１０を備えた骨組１００を概略的に示す。骨組１００は、横及び斜めに延びる複数のロッド又はストラット２０を備え、このロッド又はストラット２０は、ジョイント領域３０においてロータリジョイント１０を介して互いに相互接続されることができる。各ジョイント領域３０は、１つ又は複数のロータリジョイント１０を有することができ、各ロータリジョイント１０は、特定のジョイト領域３０に到達するストラット／ロッド２０の各端部に接続されている。各ストラット２０は、後述するように、ロータリジョイント１０の１つのソケットロッド２又はボールロッド６に接続されている。ロータリジョイント１０には、本発明によるジョイントアクチュエータ１１を設けることができ、ジョイントアクチュエータ１１は、ソケットロッド２とボールロッド６との相対運動を作動させ、それによってフレームワーク１００内において接続された各ストラット２０の相対運動を作動させるように構成されている。原則、ロータリジョイント１０の対は、相互接続されたロッド又はストラット２０及びストラット２０間に位置するステッピングドライバ９を介して、長さ調節可能に互いに接続されることもできる。ストラット２０の各対は、２つのロータリジョイント１０間の接続を形成する２つのストラット２０の長さがステッピングドライバ９を用いて調節可能であり、それによって伸縮可能となるように、それぞれのステッピングドライバ９に取り付けられることができる。骨組１００は、ほぼ２次元のレイアウトを有することができる。すなわち、ストラット２０及びジョイント１０は、実質的に、平坦又はアーチ状であり得る一延在平面内に存在している。図１ａの例示的な場合において、骨組１００は、相互接続ストラット２０の第１のサブセットによって形成された（図中の左下から右上へ延びる）２つのほぼ平行な梁と、相互接続ストラット２０の第２のサブセットによって形成された２つのほぼ平行な梁の間に斜めに互い違いに配置された横梁とを有するフレームの形状をとる。

骨組１００は、実質的に３次元のレイアウトを有することもできる。すなわち、ストラット２０のあるサブセットによって画定された第１の延在平面ごとに、ストラット２０の別のサブセットは、第１の延在平面に対してゼロでない角度で配される少なくとも１つのさらなる第２の延在平面を画定するように、ロータリジョイント１０に接続される。以下に開示されるようなロータリジョイント１０は、概して、球状ジョイント又はソケット型ジョイントを示しており、このジョイントでは、基本的に球状の又は少なくとも一部が球状の凸形の外側軸受面を有する静止部分が、ヒンジ部分の基本的に球状の又は少なくとも一部が球状の凹形のカウンタ軸受面と摺動接触している。静止部分は、ブラケット、固定具、又はホルダなどのジョイント部材とすることができ、一方、ヒンジ部分及び可動部分は、図１ａに示されたようなストラット２０などのストラット、ロッド、又は他のトラス要素とすることができる。

各ジョイント領域３０において相互接続されるストラット２０の個数は変更されてもよく、図１ａに例示的に示されるような２個、３個又は５個の明示的な数には特に限定されなくてもよい。具体的には、各ジョイント領域３０の相互接続ストラット２０の個数は、１個よりも多い任意の個数をとることができる。そのためにも、各ジョイント領域３０に用いられるロータリジョイント１０は、相互接続しているストラット２０の数に少なくとも等しいか、それより多い数の相互接続組立体を有することができる。さらに、ロータリジョイント１０の種類、タイプ、及び特定の設計は、ロータリジョイント１０が用いられる特定のジョイント領域３０に応じて変更することができる。

概して、ロータリジョイント１０のセット及び相互接続ストラット２０のセットが骨組構築キットを形成することができ、このような骨組構築キットは、様々な広がり、サイズ、形状、及び複雑さの種々の骨組を構築するために使用することができる。したがって、骨組設計の高い柔軟性及び低い実施労力を確保するために、できる限り少数の異なるタイプのロータリジョイント１０及びできる限り少数の異なるタイプの相互接続ストラット２０を使用することが好ましいものとなり得るが、同様に、骨組構築キットを特定の必要性及び骨組の制約及びその所期の適用分野に特に合わせることを可能とするために、より多くの異なるタイプのロータリジョイント１０及び／又は相互接続ストラット２０を使用することも可能であり得る。

以上に開示した骨組及びロータリジョイントは、限定するものではないが、航空機翼、一般的な航空機構造、他の車両、土木工学、子供のおもちゃ用途等の構築を含む多くの用途に使用することができる。ある特定の用途は、航空機の骨組の構築に関係する。そのような骨組は、例えば、胴体構造上のコンポーネントを固定するため、及び／又は、翼カバー、フラップ、ノーズキャップ等の調節可能な航空機構造若しくは変形航空機構造を作製するための接続ロッドを含む。

従来の接続ロッドは、多くの場合、２つの端部間に中央ストラット部分を有し、この２つの端部は、２つのジョイント又はブラケットの間で接続ロッドを相互接続するために使用される。従来のロッドは、一般に、端領域に向かってテーパ状であり得る中空円筒形中央部を有することができる。端領域は、軸と、ロッドを胴体構造に接続するために軸端において両側に配置されたアイとを有することができる。ロッドを航空機の構造に連結するために、クランプ又は二又ブラケットがこの構造に取り付けられ得る。クランプ（又はブラケット）は、軸端のアイと整合させることができるボア穴を有することができ、それによってボア穴及びアイを通して導入されるボルトは、ロッドをクランプ（又はブラケット）に枢動可能に結合するようになる。

そのような従来のロッドとは対照的に、本明細書中に示されるようなストラット２０の連結機構では、ロータリジョイント１０によってストラット２０を図１ａの骨組１００などの構造に機械的に連結するために使用される個別部品の個数が、大きく減少する。加えて、本発明による連結機構によって、骨組１００又は構造内におけるロッド又はストラットの接続部の配置又は向きを調節することが可能になり、それによって、具体的な使用状況の要求に適合され得る柔軟な骨組１００を構築することが可能になる。特に、本発明によるシステムによって、例えば変形航空機構造の一部として、能動的に適合又は調節可能な骨組１００の柔軟かつ簡単な構築方法が得られる。ロータリジョイント１０のジョイントアクチュエータ１１は、例えば翼のような、航空機構造の幾何学形状及び形態を適合させるために使用することができる。さらに、ストラット２０及びロータリジョイント１０に対して使用する個別部品が少ないため、ストラット２０を固定するブラケット又はクランプに対してストラット２０を位置合わせする際に必要な労力が少なくなる。これにより、製造コストが減少し、骨組の構築における処理量がより高くなる。

骨組１００の別の変形例として、図１ｂは、ストラット２０の第１のサブセットにより形成された２つの主な梁を示しており、この２つの梁は、該梁のそれぞれの端部において、２つの端部ロータリジョイント１０によって相互接続されている。該梁の端部が相互接続されることによって、該梁は大まかにアーチ状の形状をとる。両梁におけるストラット２０の数が異なる場合、又は両梁におけるストラット２０の長さが異なる場合、骨組１００は、２次元外形Ｔを有することができる。該外形Ｔは、例えば、翼形状の断面に適合している。当然ながら、異なる用途のための他の形状にも同様に近づけることができる。２つの梁の間には、斜めに互い違いに配置された横梁が、ストラット２０の第２のサブセットによって形成されている。

例えば、ステッピングドライバ９のようなアクチュエータを上側の梁において使用することによって、２次元形状Ｔに近づけることができる。このようなアクチュエータは、上側の梁を構成するストラット２０の長さを繰り返し調節して形状Ｔに可能な限り適合させることができる。ステッピングドライバ９は、ストラット２０の長さを調節するように構成することができる。

図１ｂの２次元骨組を複数組み合わせて、３次元骨組１００とすることができる。２次元骨組１００の「スライス」は、ストラット２０の第３のサブセットによって、対応するロータリジョイント１０間にて相互接続される。ここで、ストラット２０の第３のサブセットには、同様にステッピングドライバ９が備え付けられていてもよい。したがって、骨組構造により、完全な３次元外翼形状Ｔに近づけることができる。

ステッピングドライバ９は、翼形状Ｔに近づける静的な値に一度予め設定することができる。その後は、支柱２０の長さが既に最適に調整されているので、ステッピングドライバ９をそれ以上に制御する必要はない。代替として、又はそれに加えて、骨組は、変化する応力又は負荷条件に曝されるものであってもよく、そのような条件では、外部応力又は負荷条件を変化させる事象に応じて経時的に、ステッピングドライバ９を動的に再調整することが必要になる。

各ステッピングドライバ９は、第１のステッピングドライバ端部にて１つのストラット２０のねじ付き軸部と係合し、第２のステッピングドライバ端部にて別のストラット２０のねじ付き軸部と係合することが可能な、雌ねじ付きダクトを備えることができる。２つのロータリジョイント１０の接続の長さを調整するため、各ステッピングドライバ９は、両ストラット２０を外へと駆動して両ロータリジョイント１０の間の接続の長さを延長するか、両ストラット２０を内へと駆動して両方のロータリジョイント１０の間の接続の長さを短くすることによって、接続の長さを調整するように構成することができる。接続の長さの調整は、手動で（例えば、機械式ステッピングドライバ９を単に回転させることによって）行うこともでき、例えば、適切に構成された電動ステッピングドライバ／モータ９を用いて自動で行うこともできる。

骨組１００の別の変形例として、図２の左側は、ストラット２０のサブセットにより形成された例示の梁の１つを示しており、ストラット２０の各対は、該ストラット２０のそれぞれの端部において、１つのロータリジョイント１０によって相互接続されている。この場合には、全てのロータリジョイント１０には、本発明の実施形態によるジョイントアクチュエータ１１が設けられている。図１ａ及び図１ｂの骨組１００とは対照的に、図２に示される骨組は、ステッピングドライバ９を用いていない。

各ストラット２０は、以降にて説明するように、ロータリジョイント１０の１つのソケットロッド２又はボールロッド６に接続され得る。ジョイントアクチュエータ１１は、ソケットロッド２とボールロッド６との相対運動を作動させ、それによって骨組１００内における接続された複数のストラット２０の相対運動を作動させるように構成されている。その結果、複数のストラット２０を互いに対して動かすようにジョイントアクチュエータ１１を用いることによって、骨組１００の形状を能動的に適合させることができる。図２の左側は、真っ直ぐな配置の骨組１００を示しており、全てのロータリジョイント１０が接続されたストラット２０と共にベースライン位置に配置されている。一方、図２の右側は、同じ骨組１００であって、各ロータリジョイント１０内にてストラット２０がベースライン位置から動かされた後の骨組１００を示している。各ロータリジョイント１０を互いに独立して作動させることにより、骨組１００の形態又は幾何学形状を柔軟に変更することができる。

これにより、図２の骨組１００は、ステッピングドライバ９を用いることなく形態を調節することができる。そのため、本発明の場合には、能動的に適合させることが可能な、簡単、軽量かつ柔軟な骨組を作成するのに、ステッピングドライバ９は必要ない。骨組１００の形状及び形態の任意の変化は、ロータリジョイント１０及びそれによりストラット２０を作動させることにより、直接実現することができる。本発明によるジョイントアクチュエータ１１を備えたロータリジョイント１０を使用することにより、３次元的な形状変化を有する変形構造を簡単に実現することができる。例えば、骨組１００は、外部応力又は負荷条件を変化させる事象に応じて経時的に骨組１００内のジョイント接続を作動させることにより、変化する応力又は負荷条件にしたがって動的に再調整され得る。例えば、図１ｂに示される骨組１００は、ステッピングドライバ９を用いない代わりにロータリジョイント１０の一部又は全部に本発明によるジョイントアクチュエータ１１を設けることによって、同じように良好に構築することができる。

図３ａは、本発明の実施形態によるストラット２０が取り付けられたロータリジョイント１０であって、ソケットロッド２がベースライン位置に配置されているロータリジョイントの断面図を概略的に示す。図３ｂは、ソケットロッド２がベースライン位置から旋回している図３ａのロータリジョイント１０の断面図を概略的に示す。図４は、本発明の代替実施形態によるストラット２０が取り付けられたロータリジョイント１０であって、ソケットロッド２がベースライン位置から旋回しているロータリジョイントの断面図を概略的に示す。

図３ａ及び３ｂのロータリジョイント１０は、ソケットロッド２、例えば、テーパ状の中間部分を有するほぼ円筒形のソケットロッド２を備える。ソケットロッド２の第１の端（図３ａの左手側）において、ソケットロッド２は、そこに取り付けられるソケットロッドフランジ５を有する。ソケットロッドフランジ５は、ソケットロッド２の中間部分と一体に製造されてもよい。ソケットロッドフランジ５は、第１の端に基本的に（少なくとも部分的に）球状凹形の軸受面５ａを有する。すなわち、軸受面５ａは、湾曲の範囲がソケットロッド２の外側にある湾曲を有する。

ほぼ円筒形のハウジングナット１は、ソケットロッド２を取り囲むとともに、ねじ付きレンチヘッド１ａを有する。ねじ付きレンチヘッド１ａは、レンチ工具がグリップしてハウジングナット１へトルクを及ぼすために、角のある外形、例えば、六角形の外形を有することができる。ハウジングナット１は、ソケットロッド２のフランジ側に開口を有し、その直径は、ハウジングナット１の反対側の開口の直径を超える。換言すれば、ハウジングナット１は、ねじ付きレンチヘッド１ａの反対側にナット穴１ｃを有し、その直径Ｄは、ねじ付きレンチヘッド１ａの開口の直径よりも小さい。ねじ付きレンチヘッド１ａは、その内壁に形成された雌ねじの内側ねじ山１ｂを有する。

ナット穴１ｃの直径は、ソケットロッド２の直径よりも大きく、それによってハウジングナット１は、ソケットロッド２の延在の軸に沿ったスリップ路Ｌに沿って移動することができる。しかしながら、ソケットロッドフランジ５には、ナット穴１ｃの直径Ｄよりも大きい直径が形成されるため、ハウジングナット１は、ソケットロッドフランジ５を越えてソケットロッド２から滑り抜けることができない。

ロータリジョイント１０は、ねじ付き側壁６ｂと基本的に（少なくとも部分的に）球状の凸形軸受面６ａとを備えたボールロッドヘッドを有するボールロッド６をさらに備えている。すなわち、軸受面６ａは、湾曲の範囲がボールロッド６の内側にある湾曲を有する。ボールロッド６のねじ付き側壁６ｂの直径は、ハウジングナット１のねじ付きレンチヘッド１ａの直径に対応する。ソケットロッドフランジ５の凹形軸受面５ａの湾曲は、特に、ボールロッド６の凸形軸受面６ａの湾曲に対応し、それによってソケットロッド２とボールロッド６の間の滑らかな接触範囲が確保される。ロータリジョイント１０を組み立てるために、ソケットロッド２及びボールロッド６の軸受面５ａ及び６ａは、それぞれ接触させられる。次いで、ハウジングナット１は、ソケットロッドフランジ５上に案内され、ボールロッド６のねじ付き側壁６ｂとねじ係合される。これにより、ハウジングナット１の内側中空とボールロッド６との間に、ソケットロッドフランジ５のハウジングが設けられる。

次いで、ハウジングナット１は、ソケットロッドフランジ５がそれぞれの接触面５ａ及び６ａにおいてボールロッド６と接触してしっかりと保持される点まできつく締められる。しかしながら、ハウジングナット１をきつく締めることは、図３ｂに示されるように、ソケットロッドフランジ５及びボールロッドヘッドが依然として、摺動又は旋回運動Ｓにて互いに対して移動することができるように選択される。旋回運動Ｓは、ボールロッド６の軸からソケットロッド５を旋回角度θだけ変位させる。可能な最大の旋回角度θは、ハウジングナット１のナット穴直径Ｄと高さＨとの比によって決定される。

ロータリジョイント１０は、ソケットロッドフランジ５並びにそれによるソケットロッド２及びソケットロッド２に接続されたストラット２０と、ボールロッド６との相対運動を作動させるように構成されたジョイントアクチュエータ１１をさらに備えている。それによって、ジョイントアクチュエータ１１は、ボールロッド６に対するソケットロッド２の旋回運動Ｓを作動させるように構成されている。ジョイントアクチュエータ１１については、図５ａ及び図５ｂと共に、以降にて詳細に説明する。

一般に、ボールロッド６は、ブラケット、ホルダ、支持梁又は任意の他の適切な手段などの任意の軸受構造７に取り付けることができる。複数のストラット２０のための相互接続ノードを設けるために、２つ以上の異なる延在方向のボールロッド６を同じ軸受構造７に設けることも可能であり得る。

図３ａ及び図３ｂのソケットロッド２は、ソケットロッドねじ山４を有するねじ付き軸部を有することができる。ねじ付き軸部は、ソケットロッドフランジ５を有する端部の反対側の端部に位置することができる。ソケットロッド５の中間部分において、レンチ外形３は、ソケットロッド２の周囲に配置することができる。レンチ外形３は、レンチ工具がソケットロッド２をグリップし、その主たる延在軸の周囲のソケットロッド２にトルクを及ぼすために、例えば六角形などの一連の角のある面とすることができる。

ねじ付き軸部は、ソケットロッド２をのストラット２０へ接続するために使用することができる。このために、ストラット２０は、第１の端部に位置する対応する雌ねじ付きソケットロッドダクト２２ａを有することができる。雌ねじ付きソケットロッドダクト２２ａは、ソケットロッド２のねじ付き軸部とねじ係合することができる。さらに、ソケットロッド２をストラット２０と係合したときにソケットロッドレンチ外形３上に及ぼされたトルクと反対の力を及ぼす手段を有するために、ストラッドトレンチヘッド２４を、ストラット２０の端部に設けることができる。

有利なことに、ソケットロッド２のねじ付き軸部は、ソケットロッド２がストラット２０から突出する距離を調整可能にし、それによって図１ａ及び図１ｂの骨組１００などのロータリジョイント１０及びストラットを用いて構築された骨組が様々な相互接続ノード間のストラット長に関して柔軟に設計されることを可能にする。

ストラット２０はそれ自体、例えば等角骨組で構築されたトラス梁を備えることができる。このトラス梁は、例えば、中心軸の周りに分散した複数のほぼ長手方向に延びる弦部材を備えることができる。複数のウェブ部材は、弦部材の間にまたがって、ジクザグで、斜めに、又は格子状に設けることができる。トラス梁の中央直径は、ソケットロッド２の直径よりも特に大きくすることができる。したがって、ストラット２０の端部を、中央部からストラット２０端部へ向けてテーパ状となった弦部材２２を備えたテーパ領域として提供することも可能であり得る。

図４は、本発明の代替実施形態によるストラット２０が取り付けられたロータリジョイント１０であって、ソケットロッド２がベースライン位置から旋回しているロータリジョイント１０の断面図を概略的に示す。

図３ａ及び図３ｂのロータリジョイント１０と同様に、図７のロータリジョイント１０は、ソケットロッド２、例えば、テーパ状の中間部分を有するほぼ円筒形のソケットロッド２を備える。ソケットロッド２の第１の端（図４中の右手側）において、ソケットロッド２は、そこに取り付けられるソケットロッドフランジ５を有する。ソケットロッドフランジ５は、ソケットロッド２の中間部分と一体に製造されてもよい。ソケットロッドフランジ５は、第１の端に基本的に（少なくとも部分的に）球状凹形の軸受面５ａを有する。すなわち、軸受面５ａは、湾曲の範囲がソケットロッド２の外側にある湾曲を有する。

図４のロータリジョイント１０は、ねじ付き側壁６ｂと基本的に（少なくとも部分的に）球状の凸形軸受面６ａとを備えたボールロッドヘッドを有するボールロッド６をさらに備えている。すなわち、軸受面６ａは、湾曲の範囲がボールロッド６の内側にある湾曲を有する。ボールロッド６のねじ付き側壁６ｂの直径は、ハウジングナット１のねじ付きレンチヘッド１ａの直径に対応する。ソケットロッドフランジ５の凹形軸受面５ａの湾曲は、特に、ボールロッド６の凸形軸受面６ａの湾曲に対応し、それによってソケットロッド２とボールロッド６の間の滑らかな接触範囲が確保される。図４のロータリジョイント１０を組み立てるために、ソケットロッド２及びボールロッド６の軸受面５ａ及び６ａは、それぞれ接触させられる。次いで、ハウジングナット１は、ソケットロッドフランジ５上に案内され、ボールロッド６のねじ付き側壁６ｂとねじ係合される。これにより、ハウジングナット１の内側中空とボールロッド６との間に、ソケットロッドフランジ５のハウジングが設けられる。

しかしながら、図３ａ及び図３ｂのロータリジョイント１０とは対照的に、図４のロータリジョイント１０は、ストラット２０に接続されるそのボールロッド６を有する。例えば、ボールロッド６は、ストラット２０の端部に一体に形成することができる。ハウジングナット１がボールロッド６のねじ付き側壁６ｂとねじ係合されるとき、クランプブラケット８、例えば、ボールロッド６及びストラット２０端部を少なくとも部分的にスリーブ接続する環状のクランプブラケットは、ロータリジョイント１０に付属させることができる。これにより、ストラット２０に対するハウジングナット１の位置決めがさらに固定され、振動又は他の機械的な歪みによりハウジングナット１が不意に緩むことが防止される。

ロータリジョイント１０は、ソケットロッドフランジ５及びそれによりソケットロッドフランジ５に接続されたソケットロッド２と、ボールロッド６との相対運動を作動させるように構成されたジョイントアクチュエータ１１をさらに備えている。それによって、ジョイントアクチュエータ１１は、ボールロッド６に対するソケットロッド２の旋回運動Ｓを作動させるように構成されている。ジョイントアクチュエータ１１については、図５ａ及び図５ｂと共に、以降にて詳細に説明する。

図５ａは、図４のロータリジョイント１０の詳細断面図を概略的に示す。図５ｂは、図５ａのロータリジョイント１０の線Ａ−Ａに沿った詳細断面図を概略的に示す。

ロータリジョイント１０は、ソケットロッドフランジ５とボールロッド６との相対運動を作動させるように構成されたジョイントアクチュエータ１１を備えている。例示の実施形態では、ジョイントアクチュエータ１１は、ハウジングナット１とソケットロッドフランジ５との間に配置されている。ジョイントアクチュエータ１１は、凹形軸受面５ａを備えた前記ソケットロッドフランジ５を、ボールロッド６の凸形軸受面６ａで滑らせることによって、ソケットロッドフランジ５とボールロッド６との相対運動を作動させる。これにより、ソケットロッド２及びソケットロッドフランジ５の旋回運動が、ボールロッド６に対して引き起こされ得る（図５ａ及び図５ｂの矢印により示される）。しかしながら、この特定の実施形態では、ジョイントアクチュエータ１１は、ソケットロッドフランジ５を取り囲むリングアクチュエータとして構成されているため、凹形軸受面５ａを備えた前記ソケットロッドフランジ５を、ボールロッド６の凸形軸受面６ａ上における部分的に球状の面の範囲内で運動させることができる。これにより、ソケットロッド２（ソケットロッドフランジ５）のロータリジョイント１０内における運動について最大限の自由が確保される。したがって、このようなロータリジョイント１０を用いることによって、複数のストラット２０及びロータリジョイント１０を備え、各ストラット２０が１つのロータリジョイント１０のソケットロッド２又はボールロッド６のいずれかに接続され得る、（図２に示されるような）十分に適合可能な変形骨組１００を構築することができるようになる。

ジョイントアクチュエータ１１は、電気エネルギーを運動に変換するように構成され得る。ジョイントアクチュエータ１１は、例えば、１つ又は複数の圧電モータであってもよく、このような圧電モータとしては、例えば、進行波型モータ、インチワームモータ又はスリップスティックモータ等が挙げられる。しかしながら、ジョイントアクチュエータ１１には、ジョイントシステム及び対応する骨組の特定のサイズ、その特定の要求及び制約、並びにその企図された適用領域に応じて、異なる技術及び幾何学構造が選択されてもよい。代替として、ジョイントアクチュエータ１１は、ソケットロッド２（ソケットロッドフランジ５）を単一の定められた方向の範囲内でのみ旋回可能なリニアアクチュエータとして構成されていてもよい。あるいは、ジョイントアクチュエータ１１は、複数の旋回方向が実現され得るように、複数のリニアアクチュエータを備えていてもよい。同様に、別のアクチュエータ技術が有利であってもよい。いくつかの用途では、水力エネルギー又は空気エネルギーが好ましいことがあり、このとき、水力エネルギー又は空気エネルギーは、直線運動又は回転運動に変換される。

上記の詳細な説明において、種々の特徴は、本開示を合理化するために１つ又は複数の例において一緒にグループ化されている。上記の説明は例示的であって、限定するものではないことが意図されることを理解されたい。全ての代替例、修正例、及び均等物を含むことが意図される。多くの他の例は、上記明細書を検討することにより、当業者には明らかであろう。

各実施形態は、本発明の原理及びその実際の用途を最もよく説明するために選択及び記載されており、それによって当業者は、本発明及び様々な実施形態を、考えられる特定の使用に適した様々な修正形態によって最もよく利用することが可能になる。多くの他の例は、上記の明細書を検討することにより当業者には明らかであろう。

１ ハウジングナット
１ａ ハウジングナットのねじ付きレンチヘッド
１ｂ ハウジングナットの内側ねじ山
１ｃ ハウジングナット穴
２ ソケットロッド
３ ソケットロッドのレンチ外形
４ ソケットロッドのねじ付き軸部
５ ソケットロッドフランジ
５ａ ソケットロッドの凹形軸受面
６ ボールロッド
６ａ ボールロッドの凸形軸受面
６ｂ ボールロッドのねじ付き側壁
７ 軸受構造
８ クランプブラケット
９ ステッピングドライバ
１０ ロータリジョイント
１１ ジョイントアクチュエータ
２０ 相互接続ストラット
３０ ロータリジョイント領域
１００ 骨組
Ｓ 旋回運動
θ 旋回角度
Ｄ ナット穴の直径
Ｌ ナットの動き
Ｈ ハウジング高さ

Claims (15)

1. 第１の端に基本的に球状の凹形軸受面（５ａ）を備えたソケットロッドフランジ（５）を有するソケットロッド（２）と、
   前記ソケットロッド（２）を取り囲むとともに、ねじ付きレンチヘッド（１ａ）を有するハウジングナット（１）と、
   基本的に球状の凸形軸受面（６ａ）及び前記凸形軸受面（６ａ）の周りのねじ付き側壁（６ｃ）を有するボールロッド（６）と、
   前記ソケットロッドフランジ（５）と前記ボールロッド（６）との相対運動を作動させるように構成されたジョイントアクチュエータ（１１）と
   を備えたロータリジョイント（１０）であって、
   前記ボールロッド（６）の前記ねじ付き側壁（６ｃ）の直径は、前記ハウジングナット（１）の前記ねじ付きレンチヘッド（１ａ）の直径に対応する、ロータリジョイント（１０）。
2. 前記ジョイントアクチュエータ（１１）は、前記ハウジングナット（１）と前記ソケットロッドフランジ（５）との間に配置されている、請求項１に記載のロータリジョイント（１０）。
3. 前記ジョイントアクチュエータ（１１）は、前記ボールロッド（６）に対する前記ソケットロッド（２）及び前記ソケットロッドフランジ（５）の旋回運動を作動させるように構成されている、請求項１又は２に記載のロータリジョイント（１０）。
4. 前記ジョイントアクチュエータ（１１）は、前記凹形軸受面（５ａ）を備えた前記ソケットロッドフランジ（５）を、前記ボールロッド（６）の前記凸形軸受面（６ａ）上で滑らせることによって、前記ソケットロッドフランジ（５）と前記ボールロッド（６）との相対運動を作動させるように構成されている、請求項１に記載のロータリジョイント（１０）。
5. 前記ジョイントアクチュエータ（１１）は、前記凹形軸受面（５ａ）を備えた前記ソケットロッドフランジ（５）を、前記ボールロッド（６）の前記凸形軸受面（６ａ）上における部分的に球状の面の範囲内で自由に運動させるように構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のロータリジョイント（１０）。
6. 前記ジョイントアクチュエータ（１１）は、前記ソケットロッドフランジ（５）を取り囲むリングアクチュエータとして構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のロータリジョイント（１０）。
7. 前記ジョイントアクチュエータ（１１）は、少なくとも１つのリニアアクチュエータを備えている、請求項１から５のいずれか一項に記載のロータリジョイント（１０）。
8. 前記ジョイントアクチュエータ（１１）は、電気エネルギー、磁気エネルギー、熱エネルギー、水力エネルギー及び／又は空気エネルギーを、運動に変換するように構成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載のロータリジョイント（１０）。
9. 前記ジョイントアクチュエータ（１１）は、電動アクチュエータ、機械式アクチュエータ又は電気機械式アクチュエータである、請求項１から８のいずれか一項に記載のロータリジョイント（１０）。
10. 前記ジョイントアクチュエータ（１１）は、圧電モータを備えている、請求項９に記載のロータリジョイント（１０）。
11. 前記圧電モータは、進行波型モータ、インチワームモータ、矩形四象限モータ又はスリップスティックモータを備えている、請求項１０に記載のロータリジョイント（１０）。
12. 前記ハウジングナット（１）は、前記ねじ付きレンチヘッド（１ａ）の反対側にナット穴（１ｃ）を有し、前記ナット穴（１ｃ）の直径は、前記ソケットロッド（２）の前記直径よりも大きいが、前記ソケットロッドフランジ（５）の直径よりも小さい、請求項１から１１のいずれか一項に記載のロータリジョイント（１０）。
13. 前記ソケットロッドフランジ（５）の前記凹形軸受面（５ａ）の湾曲は、前記ボールロッド（６）の前記凸形軸受面（６ａ）の前記湾曲に対応する、請求項１から１２のいずれか一項に記載のロータリジョイント（１０）。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の少なくとも１つのロータリジョイント（１０）と、
    前記少なくとも１つのロータリジョイント（１０）の前記ソケットロッド（２）の第２端に接続された、又は、前記少なくとも１つのロータリジョイント（１０）の前記ボールロッド（６）に接続された少なくとも１つの相互接続ストラット（２０）と
    を備える、骨組構築キット。
15. 複数の軸受構造（７）に取り付けられた請求項１から１３のいずれか一項に記載の複数のロータリジョイント（１０）と、
    前記複数のロータリジョイント（１０）のソケットロッド（２）又はボールロッド（６）に各々接続された複数の相互接続ストラット（２０）と
    を備える、骨組（１００）。

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