JP7002135B2 - 空気圧支持体 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文による空気圧支持体及び請求項１０によるその製造方法に関する。

国際特許公開WO０１／７３２４５号に開示された円筒形基本形状に基づく種類の空気圧支持体が公知である。この基本形状から、国際特許公開WO２００５／００７９９１号に開示されたスピンドル形状支持体が開発された。

このような空気圧支持体の利点は、膨張式本体を折り畳むことができ、引張部材をケーブルの形態にすることができるので、重量が軽く、輸送容量が非常に小さいことにある。このような空気圧支持体の欠点は、これらの空気支持体は、高い分布荷重に耐えることができ、従って、多くの目的に適しているものの、これらは、実施可能な分布荷重に対して非対象荷重には限られた範囲にしか適用することができないことにあり、例えば、重量物運搬車両の橋全体を転動する車軸は、これに関して特に不利な状態を表すので、特に、橋としての使用が妨げられることにある。

図１ａ～１ｄは、従来技術による空気圧支持体の一例を概略的に示しており、図面では、明瞭にするために、厚みが誇張して示されている。図１ａは、国際特許公開ＷＯ２００５／０４２８８０号による空気圧支持体１を示しており、該空気圧支持体１は、圧縮部材２と、引張部材３と、膨張可能な空気圧本体４とを有し、該空気圧本体４は、圧縮部材２と引張部材３との間に配置され、作動圧力まで膨張され、圧縮部材２と引張部材３とを離して保持する。

空気圧本体４は、好ましくは、気密性、可撓性、実質的に非弾性の材料から成り、輸送のために折り畳まれ得るスリーブを形成し、作動圧力下で空気圧支持体に適した形状をとる。

支持体１は、その端部６、７において載置台８、９を介して支持されており、圧縮部材２及び引張部材３は、節点１０、１１を介して相互に接続されている。概略的に示した厚板１２は、この場合、支持体１が、橋として使用されることを可能にする。

以下の概念モデルにより、支持体の動作原理が説明される。

荷重１３が厚板１２に作用し、従って、圧縮部材２に作用する場合、圧縮部材２は、作動圧力下で膨張した本体４によって支持されるが、本体４の一部は引張部材３上に載っているため、実際には、引張部材３が荷重１３を支持する。その結果、引張部材３は、下方に動こうとするが、圧縮部材２が、共通の端部節点１０及び１１を離した状態に保持し、引張部材３の端部も離した状態に保持されるので下方には動けない。端部節点１０及び１１は、圧縮部材２及び引張部材３が動作のために相互に接続される領域を意味する。端部節点１０及び１１によって、力が、圧縮部材２から引張部材３に伝達され、また、逆に、力は、引張部材３から圧縮部材２にも伝達される。
従って、端部節点１０及び１１は、圧縮部材２及び引張部材３の両方に対する力導入点である。

結果として、引張部材３は、実質的に軸方向の張力のみを受け、圧縮部材２は、実質的に軸方向の圧縮力のみを受け、従って、引張部材３はケーブルの形態であり得、圧縮部材２は細いロッドの形態であり得る。しかしながら、圧縮状態下で細いロッドは、座屈を受け易いので、圧縮部材２の座屈限界が支持体１の荷重容量を決定することになる。

例えば、屋根構造体のように、分布荷重が支持体の長さ方向に亘って対称的に分布されている場合、荷重を加える方向と反対方向への座屈は荷重自身によって防止され、かつ、荷重方向への座屈は、空気圧本体４上の載る圧縮部材によって防止されるので、座屈の危険が減少する。

しかし、非対称荷重の場合、圧縮部材が、荷重１２がかかった部分で、より本体４の中により沈み込むみ、異なる部分で突出し、本体４上の載置面を超えて突出して、前記本体から持ち上がる傾向にあり、その結果、座屈の危険が増大し、支持体１の耐荷重を著しく低減させる。

従って、接続要素は、好ましくは、垂直に（即ち、荷重方向に、かつ、支持体１の長手方向軸線に直交する方向に）配置され、前記接続要素は、圧縮部材２を引張部材３に接続する単純な引張部材１４の形態にされる。非対称負荷の場合、引張部材１４は、無荷重位置で圧縮部材２が本体４から持ち上がるのをある程度防止し、従って、座屈をある程度防止するのに適している。引張部材１４の水平方向間隔は、当業者によって特定の場合に最適化され得る。

引張部材１４と、圧縮部材２及び引張部材３との間の接続点もまた、これらの要素に対する力導入点になる。

図１ｂは、国際特許公開ＷＯ２０１５／１７６１９２に開示された空気圧支持体１５を示しており、この支持体１５は、同様に、載置台１６及び１７に載置され、傾斜型敷居１８及び１９の形態の二つの端部節点と、三つの空気圧セグメント２０～２２とを有する。空気圧セグメントは、各々、例えば、圧縮ロッドの形態の圧縮部材２３～２５と、この例では、例えば、引張ロッド（引張ケーブルでも可能である）の形態の引張部材２６～２８と、空気圧本体２９～３１とを有する。各空気圧本体２９～３１は、関連する圧縮部材２３～２５と関連する引張部材２６～２８とを離して保持する。

各セグメント２０～２２を通して隙間なく（かつ、図示した構成で形成される空気圧支持体１５を通して隙間なく）、好ましくは４５°の角度でジグザグに延びる二つの接続要素３２及び３３によって、構造体は形成される。この構造体は、特に、非対称荷重に適しており、かつ、剛性であり、即ち、図１ａの支持体に比べて、作動荷重下で、（無荷重の）まっすぐな所望の位置から、ほんの僅かな程度しか下方に曲がらない。

この場合も、節点１８及び１９の圧縮部材２３，２５及び引張部材２６，２８との接続点、並びに、圧縮部材２３～２５及び引張部材２６～２８の接続要素３２及び３３との接続点は、圧縮部材２３～２５及び引張部材２６～２８への力導入点を形成する。

図１ｃは、図１ｂの支持体１５と同様に構成された、国際特許公開ＷＯ２０１５／１７６１９２による支持体４０を示しており、この例では、支持体４０は、四つの空気圧セグメント４０～４４を有し、変形された長手方向断面、即ち、上面が僅かに凸状であり、下面が大きく凸状である断面を有する。

図１ｄは、支持体４５を示し、この支持体４５は、複数の空気圧セグメント４６～５０を備え、アーチ形状で荷重を受けることができるように、さらに変形された長手方向断面を有する。

支持体１、１５、４０及び４５の共通する利点は、解体時に容易に輸送することができることにあり、かつ、節点、圧縮部材、引張部材及び接続要素を組み立てた後に、空気圧本体を膨張させて作動圧力下に置くことができるという点で、現場で組み立てることができることにある。欠点は、支持部材１、１５、４０及び４５が、加圧中に、歪みが大きくなり、最終的に、作動圧力下ではあるが、荷重がかかっていない時に、アーチ形に変形した位置をとり、荷重がかかった時にだけ、図１ａ～図１ｄに示すように所望の位置をとり、最終的に、作動荷重の下で、図１ａの支持体１の場合には、かなりの程度まで曲がり、図１ｂ～図１ｄの支持体１５，４０及び４５の場合にはある程度曲がる。

歪み（即ち、空気圧本体４が荷重なしで膨張した時に生じる望ましくない変形）は、圧縮部材及び引張部材のより大きな曲率の方向に生じ、従って、荷重がない場合に、図１ａ、１ｂ及び１ｄの支持体は上方に湾曲し、図１ｃの支持体は下方に歪む。結果として、端部節点は、無荷重の状態ではお互いに向かって動き、これは望ましくない。

図１ｅ～１ｈは、支持体１、１５、４０及び４５の歪みを、それらの長手方向中心線を使用して概略的に示しており、点線の長手方向中心線５５～５８は、図１ａ～１ｄに示す望ましい位置に対応している。作動圧力で無荷重の状態の実際の位置に対応する（即ち、歪みに対応する）中心線５９～６２は、推定的に、かつ、単に定性的に示されている。一点鎖線長手方向中心線６３～６６は、作動圧力で荷重がかかった状態の実際の位置、即ち、荷重変形に対応しており、簡単化するために、荷重（図示せず）が支持体１，１５，４０及び４５の中心に作用していると仮定している。

図１ｅから分かるように、図１ａに示した空気圧支持体１は、比較的大きな歪みを有し、荷重下で比較的大きな曲げも有する。この長手方向中心線の総変位は、多くの用途によって大きすぎる。

図１ｆから分かるように、図１ｂに示す空気圧支持体１５は、緩やかな歪みを有し、また、荷重下ではごく僅かに曲がるだけである。緩やかな湾曲は、中心セグメント２１（図１ｂ）がその長手方向中心線に対して対称的であり、従って、実質的に（例えば、製造誤差による非対称性を除いて）歪みがないことに起因する。

図１ｇから分かるように、図１ｃに示された空気圧支持体４０は、比較的大きな下方への歪みを有し、かつ、荷重下での比較的大きな曲げを有する。

図１ｆから分かるように、図１ｄに示された空気圧支持体４５は、比較的大きな歪みを有するが、荷重下での曲げは小さい。

図１ｄに示した支持体の上述した状態は、図１ｈから分かる。

意図された用途に依存して歪み及び曲げは役割を果たすか、又は果たさないかであり、例えば、橋の場合、歪みは好ましくなく、可能な限り曲げに対して耐性を持つべきである。図１ｂによる支持体から形成された橋は曲げに対する非常に強い耐性を有し、従って、使用に適しているが、その歪みのために、両端が急勾配で進み、その後、その望ましい位置まで緩やかな形態となる（図１ｆの線１８）点で、特に不利である。曲げに対する耐性の利点は、僅かな程度しか適用されない。

このことは、例えば、意図した使用に応じて、図１ａ～図１ｈの他の空気圧支持体にも当てはまる。

国際特許公開WO０１／７３２４５号 国際特許公開WO２００５／００７９９１号 国際特許公開ＷＯ２００５／０４２８８０号 国際特許公開ＷＯ２０１５／１７６１９２号

本発明の目的は、歪みの減少を低減させるか、又は、完全に回避した空気圧支持体を提供することにある。

本発明の目的は、請求項１～１０の特徴部分によって達成される。

空気圧本体が、隣接する力導入点の間で延び、隣接する力導入点の間の直線的な接続を超えて外方に突出する構造を有することにより、反作用し、それにより歪みを低減又は回避する圧力分布が、その空気圧本体（又は、複数のセグメントを有する空気圧支持体のセグメントの複数の空気圧本体）に生じる。

本発明は、以下の図面を参照してより詳細に説明される。

従来技術による空気圧支持体を概略的に示している。 従来技術による空気圧支持体を概略的に示している。 従来技術による空気圧支持体を概略的に示している。 従来技術による空気圧支持体を概略的に示している。 無荷重作動圧力下、作動圧力及び作動荷重下、及び歪みなしの望ましい位置にある空気圧支持体の歪みを概略的に示している。 無荷重作動圧力下、作動圧力及び作動荷重下、及び歪みなしの望ましい位置にある空気圧支持体の歪みを概略的に示している。 無荷重作動圧力下、作動圧力及び作動荷重下、及び歪みなしの望ましい位置にある空気圧支持体の歪みを概略的に示している。 無荷重作動圧力下、作動圧力及び作動荷重下、及び歪みなしの望ましい位置にある空気圧支持体の歪みを概略的に示している。 本発明に係る空気圧支持体を概略的に示している。

図２は、本発明による空気圧支持体７０の一実施例を示しており、この支持体７０は、図１ｂに示した三つのセグメント２０～２２を有する支持体１５と同様に構成されている。セグメント７１～７３が示されており、セグメント７１及び７３は改良されており、セグメント７２は、支持体１５（図１ｂ）のセグメント２１の構造に対応している。

原則として、歪み現象を示す任意のタイプの空気圧支持体が本発明に従って改良され得ることに留意されるべきである。

圧縮ロッド７４～７６並びに、張力ケーブル７７、７９の形態及び張力ロッド７８の形態のセグメント７１～７３の張力要素が示されている。また、図示された接続要素３３及び３４は、図１ｂの実施例と比較して変化してなく、作動荷重下で空気圧支持体７０を補強する。同様に、空気圧本体８１は、図１ｂの実施例と比較して変化していないが、空気圧支持体８０及び８２は、以下に説明するように本発明に従って改良されている。

図２は、また、セグメント７１及び７３にある力導入点８３，８４及び８５を示しており、力導入点８３は、接続要素３３、敷居１８及び張力ケーブル７７を相互に接続し、従って、対応する力を張力ケーブル７７に導入する。力導入点８５は、張力ロッド７８、連結要素３３又は３４及び張力ケーブル７７を接続し、結果として、対応する力が、張力ケーブル７７に導入される。力導入点８４は、張力ケーブル７７を接続要素３２及び３３に接続し、対応する力を張力ケーブル７７に導入する。隣接する力導入点８３及び８４、８４及び８４並びに８４及び８５間に形成部８６～８９が設けられ、図２の実施例では、これら形成部は、引張部材側に設けられている。

これらの形成部８６～８９のおかげで、本発明によれば、作動圧力によって空気圧本体８０及び８２に力平衡が生じ、それにより、従来技術と対照的に、作動圧力による空気圧本体の力平衡変形が取り除かれる。形成部８６～８９は、有利には、そして好ましくは、図２に示すように、弓形であり、特に好ましくは円弧形であり、一つの力導入点８３～８５から隣接する力導入点８４まで延びている。

さらに好ましくは、形成部８６～８９は、力導入点８３～８５間の接続線より高い高さを有し、その高さは、力導入点８３～８５の間隔の１０～１５％に形成部を限定する。出願人は、このような高さが、望ましくない歪みを、効果的に防止することを見出した。

最終的に、引張部材７７及び７９は、さらに好ましくは、力導入点８３～８５の位置でのみ空気圧本体８０及び８２に機能的に接続され、その結果、力導入点８３～８５間の引張部材が、直線的に延びることができ、空気圧本体８０及び８２の輪郭に追従する必要なくなり、また、形成部８６～８９の輪郭に追従する必要がなくなり、作動圧力下で力導入点８３及び８５の間隔が短くなり、その結果、圧縮ロッド７４及び７６、空気圧本体８０及び８２、張力ケーブル７７及び７９並びに形成部８６～８９の輪郭に関するセグメント７１及び７３全体のより複雑な設計をもたらし、それは計算が非常に複雑であり、従って、実験によって決定する必要もある。

図面に示した好ましい実施例によれば、（一つ又はそれ以上の長手方向において非対称空気圧本体を有する）空気圧支持体が提供され、それは、作動圧力であるが無荷重の時に、その圧縮部材を有する側が、少なくとも部分的に弓形に湾曲され、その引張部材を有する側が、その力導入点が実質的に直線上に位置するように設計される。

この時点で、図２による空気圧支持体の構造は、勿論、例えば、中心セグメントを省略して、圧縮部材を有する側が、連続的に弓形に湾曲するように改良され得ることに言及される。シミュレーションにおいて、出願人は、連続弓形圧縮部材及び直線引張部材を有する４．５ｔの作動荷重に対する長さ３８ｍの空気圧支持体の歪みを測定した（このような構造は、引張部材、即ち、空気圧支持体の下面が地面に置かれるので現場での構造に特に好ましい）。しかし、この歪みは、約１メートルの高さの支持体に「こぶ」をもたらし、支持体の中心の引張部材が、地面からほぼ同じ高さまで持ち上がる。しかし、本発明による形成部を備え、その他の点では、従来技術の支持体と同じ構造を有する空気圧支持体は、実質的に歪みがなく、これは１０ｃｍの範囲にすぎなかった。

要約すると、本発明に従って製造された空気圧支持体は、一つ（又は複数）の空気圧本体を有し、加圧下で空気圧をかけて配置することができ、作動圧力下で、実質的にその長さに亘って延びる圧縮部材と、同様に実質的にその長さに亘って延びる引張部材とを距離を開けて作動的に保持し、力が、圧縮部材と引張部材の端部領域における力導入点で、前記圧縮部材及び引張部材に導入され、圧縮部材と引張部材との間に連結要素が設けられ、前記連結要素が、同様に、力導入点で圧縮部材及び引張部材に力を導入し、空気圧本体が、隣接する力導入点間で延びる形成部を有し、前記形成部が、隣接する力導入点の間の直線連結を超えて外方に突出している。

上述したように、空気圧支持体は、好ましくは、可撓性スリーブ（具体的には、空気圧本体、又は、複数のセグメントから成る場合には、複数の可撓性スリーブを備えた複数の空気圧本体）を有し、そのパターンが、作動圧力下で、支持体の形状を画定し、形成部が所定の外形で形成されるようにしている。

好ましくは、空気圧支持体には少なくとも一つの連結要素があり、前記連結要素は、空気圧本体の全長に亘って連続的にジグザグに延び、特に好ましくは、上述したように、予定した荷重方向に対して４５°の角度で（従って、橋の場合、水平方向に対して４５°の角度で）延びる。従って、図２の実施例の場合のように、セグメント７１及び７３において、即ち、概して、その長さに亘って非対称に形成されている空気圧本体において、圧縮部材と引張部材との間隔が変化すると、隣接する力導入点の相互間隔は異なるものになる。それにより、形成部８６～８９は、異なる高さを有し、この高さは、好ましくは、関連する力導入点の間隔に関連して画定される。

特に簡単な方法では、形成部の高さは、その計算が複雑であるため、反復的に定義される。第一のステップにおいて、高さは関連する（即ち、隣接する）力導入点の間隔の１０～１５％で定義される。次いで、空気圧支持体が、依然として好ましくない残留歪みを有する場合には、第二のステップにおいて、形成部の高さはさらに３０～５０％増やされる（最初の１０％の増加によって、結果としての高さは、隣接する力導入点間の間隔の１３～１５％の間になる。）。
当業者によれば、特定の場合に対して定義される空気圧支持体の大部分の構成では、この反復的な方法は、非常に急速に収束するが、支持体の意図した使用に対して、歪みが実質的になくなるまで、又は、それ以上の改善がなくなるまで容易に続けることができる。

具体的には、本発明によって提供される方法によって、弓形、好ましくは、円弧形の形成部が、空気圧支持体に設けられ、その高さは、関連する力導入点の間隔の１０～１５％になる。

従って、本発明による空気圧支持体の構造は、好ましくは、一つ（又は複数）の形成部が、力導入点間の連結線より高く、力導入点の間隔の１０～１５％の範囲を画定する高さを有するように設計される。

本発明により設計された空気圧支持体は、反復的な方法を適用して構成され、支持体の空気圧本体は作動圧力にされ、次いで、意図した形状に対する支持体の歪みの存在がチェックされ、肯定的な結果の場合、形成体の高さは３０～５０％増加される。通常、当業者は、全ての形成体を等しく増加させるが、例えば、影響する空気圧本体が特定の形状を有する場合は、例えば、実験によって、選択した形成体のみを変化させることができる。

最後に、空気圧支持体の意図した用途に対して必要であれば、反復的な方法は、継続され得、即ち、形成体の高さは、さらなる増加が無荷重の支持体の曲率をさらに改善しなくなるまで、反復的に増加され得る。

結果として、動作中の空気圧支持体の形状及び力導入点の位置が先に決められ、次いで、作動圧力下で無荷重の状態の時に除去されるべき歪みが決められ、次いで、空気圧支持体の曲率の範囲で形成体が設けられ、前記形成体が力導入点から力導入点まで、関連する力導入点間の連結線を介して、外方に向けて延びるように構成された空気圧支持体を製造する方法が本発明により提供される。

Claims (13)

1. 空気圧支持体を有し、該空気圧支持体が加圧下で空気圧をかけて配置され得、作動圧力下で、実質的にその長さに亘って延びる圧縮部材と、同様に実質的にその長さに亘って延びる引張部材とを距離を開けた状態に機能的に維持し、圧縮部材及び引張部材の端部領域にある力導入点で、力を前記圧縮部材及び引張部材に導入し、圧縮部材と引張部材との間に連結要素を設け、力導入点で、同様に、圧縮部材及び引張部材に力を導入するように構成された空気圧支持体において、
   空気圧本体が、隣接する力導入点間で延びる形成部を有し、前記形成部が、隣接する力導入点間の直線的連結部を超えて外側に突出する
   ことを特徴とする空気圧支持体。
2. 前記形成部が引張部材側に設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧支持体。
3. 空気圧本体において作動圧力が増加している間、形成部が設けられていない同様に設計された空気圧支持体の場合に比べて、支持体の湾曲が小さく、かつ、
   曲率の結果の支持体の歪みが、好ましくは、形成体が設けられていない場合の歪みの３０％より小さい、より好ましくは１０％より小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧支持体。
4. 少なくとも一つの連結要素が設けられ、この連結要素が、空気圧本体の全長に亘ってジグザグに連続的に延びている
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧支持体。
5. 空気圧支持体が、可撓性スリーブを備え、前記可撓性スリーブのパターンが、予め決められた輪郭で形成部が形成されるように、作動圧力下で支持体の形状を画定する
   請求項１に記載の空気圧支持体。
6. 形成部が、弓形であり、好ましくは、円弧形であり、一つの力導入点から隣接する力導入点まで延びる
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧支持体。
7. 形成部が、力導入点間の連結線より高い高さを有し、これらの力導入点間の間隔の１０～１５％の高さを画定する
   ことを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の空気圧支持体。
8. 支持体が無負荷作動圧力の時に、圧縮部材を有する側が、少なくとも部分的に弓形に湾曲され、その引張部材側が、その力導入点が実質的に直線上に載るように設計されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧支持体。
9. 引張部材が、力導入点の位置でのみ空気圧本体に接続される
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧支持体。
10. 請求項１に記載の空気圧支持体の製造方法であって、
    動作中の空気圧支持体の意図した形状と、力導入点の位置とを画定し、
    次いで、作動圧力無負荷下での除去されるべき曲率を決定し、
    次いで、空気圧支持体の曲率の内側に成形体を設け、
    前記成形体が、力導入点から力導入点に、関連する力導入点間の連結線を介して、外方にのびるようにした
    ことを特徴とする方法。
11. 弓形成形体に、関連する力導入点の間隔の１０～１５％の高さを設ける
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 空気圧支持体の空気圧本体を作動圧力にし、
    意図した形状に対する支持体の曲率の存在をチェックし、
    肯定的な場合に、選択した形成体の高さを３０％～５０％増やす
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. 形成体の高さを、さらなる増大が、無負荷の支持体の曲率をさらに改善することがなくなるまで、反復的に増加させる
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。

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