特許 6935236 トロイダル支持構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6935236

(24)【登録日】2021年8月27日

(45)【発行日】2021年9月15日

(54)【発明の名称】トロイダル支持構造

(51)【国際特許分類】

   B64G 1/66 20060101AFI20210906BHJP

   B64G 1/40 20060101ALI20210906BHJP

【ＦＩ】

   B64G1/66 Z

   B64G1/40 200

【請求項の数】16

【外国語出願】

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-112395(P2017-112395)

(22)【出願日】2017年6月7日

(65)【公開番号】特開2018-34777(P2018-34777A)

(43)【公開日】2018年3月8日

【審査請求日】2020年6月8日

(31)【優先権主張番号】62/381,527

(32)【優先日】2016年8月30日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】15/384,660

(32)【優先日】2016年12月20日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(74)【代理人】

【識別番号】100163522

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 晋平

(74)【代理人】

【識別番号】100154922

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 允辰

(72)【発明者】

【氏名】ロドニー・エイチ・ジョーンズ

(72)【発明者】

【氏名】ザカリー・エス・ホプキンズ

(72)【発明者】

【氏名】マレー・エス・エドモンドソン

(72)【発明者】

【氏名】ジェームズ・ビー・ウェザーズ

(72)【発明者】

【氏名】ショーン・イー・ミルズ

【審査官】 立花 啓

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−０５０９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５４４８８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６４Ｇ １／６６

Ｂ６４Ｇ １／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ドーム形状の構成要素又は球形状の構成要素を支持するためのトロイダル支持構造であって、
第１の縁部（１１２）と第２の縁部（１１４）との間に延伸する管状リング（１１１）を形成する１つ以上のサイドパネル（１１０）と、
外縁部（１２２）と内縁部（１２４）との間に延伸する平面リング（１２１）を形成する１つ以上のフロアパネル（１２０）であって、前記１つ以上のサイドパネル（１１０）の前記第１の縁部（１１２）が、前記１つ以上のフロアパネル（１２０）の前記外縁部（１２２）に固定されている１つ以上のフロアパネル（１２０）と、
連結点（１１６）で前記１つ以上のサイドパネル（１１０）の前記第２の縁部（１１４）に連結された複数の直線分離支持構成要素（１３０）であって、前記連結点（１１６）が、前記第２の縁部（１１４）に沿って均等に配分され、かつ前記トロイダル支持構造の中心軸線から均等に離間されている、複数の直線分離支持構成要素（１３０）と、
を備えるトロイダル支持構造。

【請求項2】

前記複数の直線分離支持構成要素（１３０）のうちの複数が、前記連結点（１１６）のそれぞれで前記１つ以上のサイドパネル（１１０）の前記第２の縁部（１１４）に連結されている、請求項１に記載のトロイダル支持構造。

【請求項3】

前記複数の直線分離支持構成要素（１３０）のそれぞれが、前記連結点（１１６）の１つで前記１つ以上のサイドパネル（１１０）の前記第２の縁部（１１４）に回動可能に連結されている、請求項１または２に記載のトロイダル支持構造。

【請求項4】

前記トロイダル支持構造を極低温タンクに連結するための複数のコネクタをさらに備え、前記複数のコネクタのそれぞれが、前記複数の直線分離支持構成要素（１３０）のうちの異なる１つに回動可能に連結されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のトロイダル支持構造。

【請求項5】

前記連結点（１１６）のそれぞれが、前記複数のサイドパネル（１１０）のうちの１対によって形成された異なる境界面に配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のトロイダル支持構造。

【請求項6】

前記１つ以上のサイドパネル（１１０）が、単一の円筒形パネルである、請求項１から４のいずれか一項に記載のトロイダル支持構造。

【請求項7】

前記１つ以上のフロアパネル（１２０）に対する前記１つ以上のサイドパネル（１１０）の方向を維持するために前記１つ以上のサイドパネル（１１０）および前記１つ以上のフロアパネル（１２０）に連結された１つ以上の内部支持体（１５０）をさらに備え、
前記１つ以上の内部支持体（１５０）が、前記連結点（１１６）で前記１つ以上のサイドパネル（１１０）の前記第２の縁部（１１４）に連結された複数のストラット（１５２）を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のトロイダル支持構造。

【請求項8】

前記複数のストラット（１５２）のうちの複数が、前記連結点（１１６）のそれぞれで前記１つ以上のサイドパネル（１１０）の前記第２の縁部（１１４）に連結されている、請求項７に記載のトロイダル支持構造。

【請求項9】

前記複数のストラット（１５２）が、前記連結点（１１６）で前記１つ以上のサイドパネル（１１０）の前記第２の縁部（１１４）に回動可能に連結されている、請求項７に記載のトロイダル支持構造。

【請求項10】

前記１つ以上のフロアパネル（１２０）に対する前記１つ以上のサイドパネル（１１０）の方向を維持するために前記１つ以上のサイドパネル（１１０）および前記１つ以上のフロアパネル（１２０）に連結された１つ以上の内部支持体（１５０）をさらに備え、
前記１つ以上の内部支持体（１５０）が、１つ以上の内部パネルを備え、
前記１つ以上のサイドパネル（１１０）の少なくとも１つが、前記１つ以上の内部パネル、前記１つ以上のサイドパネル（１１０）、および前記１つ以上のフロアパネル（１２０）によって形成された、前記トロイダル支持構造のエンクロージャへのアクセスのために前記１つ以上のフロアパネル（１２０）に対して回動可能である、請求項１から９のいずれか一項に記載のトロイダル支持構造。

【請求項11】

アセンブリであって、
１つ以上のサイドパネル（１１０）、１つ以上のフロアパネル（１２０）、および複数の直線分離支持構成要素（１３０）を備えるトロイダル支持構造であって、
前記１つ以上のサイドパネル（１１０）が、第１の縁部（１１２）と第２の縁部（１１４）との間に延伸する管状リング（１１１）を形成し、
前記１つ以上のフロアパネル（１２０）が、外縁部（１２２）と内縁部（１２４）との間に延伸する平面リング（１２１）を形成し、
前記１つ以上のサイドパネル（１１０）の前記第１の縁部（１１２）が、前記１つ以上のフロアパネル（１２０）の前記外縁部（１２２）に固定され、
前記複数の直線分離支持構成要素（１３０）が、連結点（１１６）で前記１つ以上のサイドパネル（１１０）の前記第２の縁部（１１４）に連結され、
前記連結点（１１６）が、前記第２の縁部（１１４）に沿って均等に配分され、かつ前記トロイダル支持構造の中心軸線から均等に離間されている、トロイダル支持構造と、
前記複数の直線分離支持構成要素（１３０）が連結された取付ベース（２１０）であって、ドーム形状又は球形状を有する取付ベース（２１０）と、
を備えるアセンブリ。

【請求項12】

前記複数の直線分離支持構成要素（１３０）のそれぞれの直線分離支持構成要素（１３０）と、前記複数の直線分離支持構成要素（１３０）の当該の直線分離支持構成要素（１３０）に関連する、前記トロイダル支持構造の中心軸線から前記連結点（１１６）のうちの１つに延伸する半径との間の角度が同じである、請求項１１に記載のアセンブリ。

【請求項13】

前記取付ベース（２１０）が、ドーム形状を有する極低温タンクであり、
前記トロイダル支持構造は、前記取付ベース（２１０）の一部分が少なくとも部分的に前記管状リング（１１１）から突出するように前記取付ベース（２１０）を囲む、請求項１１または１２に記載のアセンブリ。

【請求項14】

前記取付ベース（２１０）の一部分が、少なくとも部分的に前記平面リング（１２１）から突出している、請求項１１から１３のいずれか一項に記載のアセンブリ。

【請求項15】

前記１つ以上のフロアパネル（１２０）によって支持された配線または配管の少なくとも一方をさらに備える、請求項１１から１４のいずれか一項に記載のアセンブリ。

【請求項16】

スラスタおよびカメラからなる群から選択される装備構成要素をさらに備え、
前記装備構成要素が、前記管状リング（１１１）の外部で前記１つ以上のサイドパネル（１１０）に取り付けられている、請求項１１から１５のいずれか一項に記載のアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本出願は、その全体がすべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる、２０１６年８月３０日に提出された「吊り下げ棚の設計のためのトロイド構造」という名称の米国仮特許出願第６２／３８１，５２７号（代理人整理番号１６−１８００−ＵＳ−ＰＳＰ＿ＢＮＧＣＰ０９４Ｐ）の、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張するものである。

【背景技術】

【0002】

支持構造（棚など）は、宇宙船および他の用途で様々な構成要素を支持するために使用することができる。用途によっては、支持構造は、低質量、高強度、衝撃および振動に耐える能力を有し、様々な構成要素へのアクセスを可能にしながらこれらの構成要素を支持し、および／またはその動作環境に適合する必要がある場合がある。円形物体の内部および／または周囲への支持構造の適合は困難であり得る。例えば、円筒体（例えば、宇宙船の内壁）と、円筒体に挿入された球体（例えば、極低温タンク）との間の利用可能な空間は、複雑な幾何学的形状を有し、十分に活用されていないことが多い。さらに、支持構造は、温度が急激に変化する環境で機能する必要がある場合がある（極低温タンクによって支持される場合など）。温度変動は、変形および位置ずれの原因となる、支持構造の様々な構成要素の様々なレベルの熱膨張および／または熱収縮を生じる場合がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

トロイダル支持構造およびこれらの構造を備えるアセンブリが提供される。トロイダル支持構造は、管状リングを形成する１つ以上のサイドパネルおよび平面リングを形成する１つ以上のフロアパネルを備える。これらのリングは、この構造のトロイダル形状を形作る。また、この構造は、管状リングの上縁部に連結される複数の直線分離支持構成要素（ｉｓｏｌａｔｉｎｇ ｌｉｎｅａｒ ｓｕｐｐｏｒｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を備える。この構造の設置中、直線分離支持構成要素は、リングとの熱分離を実現し、その機械的歪みを防止しながらベースに対してこの構造を支持するために取付ベースに取り付けられる。このように、トロイダル支持構造は、様々な種類の取付ベース（宇宙船の極低温タンクなど）に取り付けることができる。両方のリングは、装備、ケーブル、およびパイプに支持面および取付面を提供し、また、トロイダル開口部は、外部構成要素が支持構造を通って突出することを可能にする。

【課題を解決するための手段】

【0004】

一部の実施形態では、トロイダル支持構造は、管状リングを形成する１つ以上のサイドパネルを備える。管状リングは、第１の縁部と第２の縁部との間に延伸する。また、トロイダル支持構造は、平面リングを形成する１つ以上のフロアパネルを備える。平面リングは、外縁部と内縁部との間に延伸する。１つ以上のサイドパネルの第１の縁部は、１つ以上のフロアパネルの外縁部に固定される。この特徴により、１つ以上のフロアパネルに対する１つ以上のサイドパネルの方向が保持される。また、トロイダル支持構造は、連結点で１つ以上のサイドパネルの第２の縁部に連結される複数の直線分離支持構成要素を備える。連結点は、第２の縁部に沿って均等に配分される。さらに、連結点は、トロイダル支持構造の中心軸線から均等に離間される。連結点のそれぞれと中心軸線との間隔は、管状リングの半径と呼ぶことができる。

【0005】

一部の実施形態では、複数の直線分離支持構成要素は、連結点のそれぞれで第２の縁部に連結される。この特徴は、１つ以上のサイドパネル、結果として、トロイダル支持構造全体に外周支持を提供するために使用することができる。言い換えれば、この特徴は、直線分離支持構成要素が、トロイダル支持構造の設置中に取付ベースに取り付けられた場合に、トロイダル支持構造が取付ベースに対して回転することを防止することができる。

【0006】

一部の実施形態では、トロイダル支持構造が設置され、直線分離支持構成要素が、取付ベースに取り付けられたとき、各直線分離支持構成要素と、この直線分離支持構成要素に関連する連結点に延伸する半径との間の角度は同じであってもよい。一部の実施形態では、すべての半径が、管状リングに対して垂直であってもよい。

【0007】

一部の実施形態では、各直線分離支持構成要素は、連結点の１つで第２の縁部に回動可能に連結される。回動可能な連結は、取付ベースへのトロイダル支持構造の設置中、第２の縁部に対して直線分離支持構成要素を回動させることを可能にする。また、回動可能な連結は、異なる種類の取付ベース（例えば、異なるサイズを有する取付ベース）にトロイダル支持構造を設置することを可能にする。さらに、回動可能な連結は、トロイダル支持構造の機能中、連結点における応力集中および／または直線分離支持構成要素と第２の縁部との間でのトルク伝達を低減することを可能にすることができる。

【0008】

一部の実施形態では、トロイダル支持構造は、トロイダル支持構造を取付ベースに連結するための複数のコネクタをさらに備える。具体的には、コネクタは、取付ベースに直接接合されてもよく、また、取付ベースにボルトで取り付けられても、溶接されても、他の方法で取り付けられてもよい。コネクタは、第２の縁部に連結される端部とは反対側の、直線分離支持構成要素の端部に取り付けられる。一部の実施形態では、各コネクタは、異なる直線分離支持構成要素に回動可能に連結されてもよい。回動可能な連結は、取付ベースへのトロイダル支持構造の設置中、直線分離支持構成要素に対してコネクタを回動させることを可能にする。さらに、回動可能な連結は、トロイダル支持構造の機能中、直線分離支持構成要素とコネクタとの間での応力集中および／またはトルク伝達を低減することを可能にすることができる。

【0009】

一部の実施形態では、各直線分離支持構成要素の長さは同じである。この特徴は、トロイダル支持構造の設置後に第２の縁部が取付ベースと平行になることを可能にする。さらに、直線分離支持構成要素が、取付ベースの熱変動に起因して膨張または収縮するとき、第２の縁部は、取付ベースと平行であり続けることができる。

【0010】

一部の実施形態では、１つ以上のサイドパネルは、垂直縁部に沿って互いに連結されて管状リングとなる複数のサイドパネルを備える。連結点のそれぞれは、異なる垂直縁部に配置されてもよい。

【0011】

一部の実施形態では、複数のサイドパネルのそれぞれは、平面構造であってもよい。このように、管状リングは、多角形角筒であってもよい。さらに、平面リングの内縁部は、多角形状を有してもよい。平面リングの外縁部は、多角形状を有してもよい。あるいは、管状リングは、円筒であってもよい。例えば、単一のサイドパネルを、管状リングを形成するために使用することができる。別の例では、複数の湾曲したサイドパネルを使用して、これらのパネルが、同じ半径を有し、縁部のない円筒形の管状リングを形成するようにしてもよい。

【0012】

一部の実施形態では、１つ以上のサイドパネルは、格子状の補剛材（ｇｒｉｄ ｓｔｉｆｆｅｎｅｒｓ）を備える。格子状の補剛材は、過度の重量を伴うことなくパネルの剛性を高める。１つ以上のサイドパネルは、開口部を有してもよい。１つ以上のフロアパネルは、ハニカムサンドイッチ構造を有してもよく、また、開口部を含んでもよい。

【0013】

一部の実施形態では、トロイダル支持構造は、１つ以上の内部支持体をさらに備える。１つ以上の内部支持体は、１つ以上のサイドパネルおよび１つ以上のフロアパネルに連結され、１つ以上のフロアパネルに対する１つ以上のサイドパネルの方向を維持することができる。より具体的には、１つ以上のサイドパネルと１つ以上のフロアパネルとの間の角度を、第２の縁部に沿って維持することができる。一部の実施形態では、この角度は、約９０°であってもよい。

【0014】

１つ以上の内部支持体は、１つ以上のサイドパネルの第２の縁部に連結される複数のストラットを備えてもよい。また、この複数のストラットは、直線分離支持構成要素と共に連結点に連結されてもよい。一部の実施形態では、複数のストラットは、各連結点で第２の縁部に連結される。さらに、複数のストラットは、連結点で第２の縁部に回動可能に連結されてもよい。

【0015】

一部の実施形態では、１つ以上の内部支持体は、１つ以上の内部パネルを備える。少なくとも１つのサイドパネルは、トロイダル支持構造のエンクロージャへのアクセスのために、１つ以上のフロアパネルに対して、または１つ以上のサイドパネルに対して回動可能であってもよい。エンクロージャは、１つ以上の内部パネル、１つ以上のサイドパネル、および１つ以上のフロアパネルによって形作られる。一部の実施形態では、１つ以上の内部パネルは、トロイドリングを形成する。

【0016】

トロイダル支持構造および取付ベースを備えるアセンブリも提供される。トロイダル支持構造は、１つ以上のサイドパネル、１つ以上のフロアパネル、および複数の直線分離支持構成要素を備える。１つ以上のサイドパネルは、第１の縁部と第２の縁部との間に延伸する管状リングを形成する。１つ以上のフロアパネルは、外縁部と内縁部との間に延伸する平面リングを形成する。１つ以上のサイドパネルの第１の縁部は、１つ以上のフロアパネルの外縁部に固定される。複数の直線分離支持構成要素は、連結点で１つ以上のサイドパネルの第２の縁部に連結される。連結点は、第２の縁部に沿って均等に配分され、トロイダル支持構造の中心軸線から半径だけ均等に離間される。複数の直線分離支持構成要素は、取付ベースに連結される。

【0017】

一部の実施形態では、複数の直線分離支持構成要素のそれぞれの直線分離支持構成要素と、複数の直線分離支持構成要素の当該の直線分離支持構成要素に関連する、連結点の１つに延伸する半径との間の角度は同じである。

【0018】

取付ベースは、ドーム形状を有する極低温タンクであってもよい。トロイダル支持構造は、取付ベースの一部分が少なくとも部分的に管状リングから突出するように取付ベースを囲む。一部の実施形態では、取付ベースの一部分は、少なくとも部分的に平面リングから突出する。

【0019】

一部の実施形態では、アセンブリは、１つ以上のフロアパネルによって支持される配線または配管の少なくとも一方をさらに備える。アセンブリは、スラスタおよびカメラからなる群から選択される装備構成要素をさらに備え、装備構成要素は、管状リングの外部で１つ以上のサイドパネルに取り付けられる。

【0020】

これらのおよび他の実施形態は、図面を参照しながら以下でさらに説明される。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1A】一部の実施形態による、トロイダル支持構造の概略斜視図である。

【図1B】直線分離支持構成要素の１つの方向の例を示す、図１Ａのトロイダル支持構造の一部分の概略斜視図である。

【図2A】一部の実施形態による、内部パネルを有するトロイダル支持構造の概略斜視図である。

【図2B】一部の実施形態による、エンクロージャを示す、図２Ａのトロイダル支持構造の一部分の概略断面図である。

【図3】一部の実施形態による、宇宙船の極低温タンクに取り付けられたトロイダル支持構造の概略側面図である。

【図4】一部の実施形態による、トロイダル支持構造に取り付けられ、かつトロイダル支持構造によって支持された様々な装備を示す、図１Ａのトロイダル支持構造の概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下の説明では、提示した概念の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細について述べる。提示した概念は、これらの具体的な詳細の一部または全部がなくても実施することができる。他の場合には、説明される概念を不必要に不明瞭にしないために、周知の過程の動作については詳細に説明していない。一部の概念は、具体的な実施形態に関連して説明するが、これらの実施形態は限定することを意図されていないことを理解されたい。

【0023】

［前書き］
ほとんどの従来の支持構造（例えば、棚）は、一般的に、一方向に沿って延伸する平面構造であり、一般的に、平面状の取付ベース（例えば、壁）によって支持されるか、またはこれに取り付けられる。しかしながら、支持構造の特定の用途は、これらの構造を特定の空間（例えば、円筒形の外側境界と球形の内側境界との間の）に適合させることを要求する場合がある。さらに、これらの構造は、かなりの荷重を支持しながら振動（例えば、最大で１０ｇの短期間加速度）に耐える必要がある場合がある。一部の実施形態では、この構造は、高い温度変動を生じやすい構成要素の周囲で機能する場合がある。１つの具体的な用途は、宇宙船内の、円筒形の外側シェルとその球形の極低温タンクとの間の領域で様々な装備構成要素、配管、および配線を支持することである。極低温タンクは、この構造用の取付ベースとして使用することもできる。その領域の利用可能な空間は、トロイドである。このトロイドの断面は、斜辺を円の一部分を描く曲線で置き換えた、直角三角形の形状を有する場合がある。平面状の棚は、この利用可能な空間の最も広い部分に（例えば、底部に沿って）配置することができるが、平面状の棚は、装備を取り付けるのに適した表面を提供しない。さらに、この空間において平面状の棚を支持することは困難であり得る。支持ストラットは、異なる長さを有し、平面状の棚の外側部および内縁部の両方まで延伸する必要がある。より長いストラットは、平面状の棚の位置ずれおよびさらにはこれの変形の原因となるより大きなレベルの熱変形を温度変動中に受ける。

【0024】

トロイダル支持構造およびこれらのトロイダル支持構造を備えるアセンブリが提供される。これらのトロイダル支持構造は、上で説明した平面状の棚に関連する様々な問題に対処する。トロイダル支持構造は、任意の利用可能なトロイダル形状の空間に適合するように構成することができ、最小の支持しか必要とし得ない。トロイダル支持構造の設計は、支持に関係なく構造の剛性を確立する。

【0025】

トロイダル支持構造は、管状リングを形成する１つ以上のサイドパネルを備える。さらに、トロイダル支持構造は、平面リングを形成する１つ以上のフロアパネルを備える。これらのリングは、その縁部（例えば、管状リングの底（第１の）縁部および平面リングの外縁部）に沿って互いに連結される。管状リングの上（第２の）縁部は、取付ベース（極低温タンクなど）に対して両方のリングを支持するために使用される直線分離支持構成要素に連結される。直線分離支持構成要素はすべて、管状リングの同じ縁部に連結され、同じ長さを有してもよい。このように、取付ベースの熱変動は、リングの方向に干渉しない。リングは、依然として、直線分離支持構成要素の熱膨張／熱収縮に起因して取付ベースに対し上下に移動する場合がある。しかしながら、この移動は、取付ベースおよび平面リングに対して垂直な方向であり得る。さらに、直線分離支持構成要素の熱伝導が最小であるため、取付ベースの熱変動は、トロイダル支持構造のリングの著しい熱変動を生じない。

【0026】

トロイダル支持構造の両方のリングは、装備、ケーブル、パイプ、および他の同様の構成要素に支持面および取付面を提供する。さらに、これらの表面は、熱管理（動作中の電子構成要素からの熱放散など）を行うために、取り付けられた構成要素を熱結合するためにも使用することができる。一部の実施形態では、一方または両方のリングの両面を支持に使用することができ、これにより、トロイダル支持構造の利用可能な表面の全体が増加する。さらに、トロイダル支持構造は、内部リングを形成する１つ以上の内部パネルを含んでもよい。内部リングは、さらには、管状リングおよび平面リングと共にエンクロージャを形成してもよい。エンクロージャは、内部に取り付けられた様々な構成要素を環境から保護するために使用することができる。エンクロージャへのアクセスは、例えば、リングの１つの回動可能部分によって行われてもよい。

【0027】

一部の実施形態では、トロイダル支持構造の中央開口部は、他の構成要素（取付ベースの一部分など）を突出させるために使用することができる。支持構造のトロイダル設計は、この構造を他の構成要素を覆うように取り付けることを可能にする。トロイダル支持構造のリングは、これらの突出する構成要素に適合するように特に設計されてもよい。例えば、内部パネルは、球形物体の周囲に適合するように（管状リングの第２の縁部と平面リングの内縁部とを結ぶ直線に関して）内側に湾曲していてもよい。

【0028】

支持構造のトロイダル設計は、例えば従来の平面状の棚よりも高い剛性を有する。改善された剛性は、より高い荷重を支持する能力、より高い加速度（例えば、振動）に耐える能力、および改善された安定性を生じる能力につながる。一部の実施形態では、１つ以上の側面、１つ以上のフロアパネル、および１つ以上の内部支持体（例えば、内部パネルまたはストラット）は、閉じた形状を形成してもよい。閉じた形状は、例えば従来の平面設計よりも高い曲げ剛性およびねじり剛性を有する。内部パネルは、内部支持体と総称され得る内部ストラットに加えて、またはこれの代わりに使用してもよいことに留意されたい。

【0029】

トロイダル設計は、従来の平面状の棚と比較してトロイダル支持構造の質量をより小さくすることもできる。トロイダル形状のはるかに高い剛性に起因して、より軽い材料を、例えばサイドパネルおよび／またはフロアパネルに使用することができる。例えば、フロアパネルは、ハニカムサンドイッチ構造を有してもよい。

【0030】

サイドパネルおよび一部の実施形態では内部パネルは、平面パネルまたは湾曲パネルであってもよい。例えば、内部パネルが平面状の場合、管状リングは、多角形角筒の形状を有する。１つ以上の内部パネルが湾曲している場合、これらのパネルの曲率は、周囲の内部の半径に対応してもよい。曲率は、表面の連続性を確保し、鋭い縁部を回避するように特に選択されてもよい。一部の実施形態では、管状リングは、丸い円筒形状を有する。

【0031】

本明細書で説明されるトロイダル支持構造は、宇宙船および他の用途に使用することができる。この説明の焦点は、宇宙船であり、具体的には、宇宙船の極低温タンクの周囲にトロイダル支持構造を取り付けることであるが、当業者ならば、他の用途も範囲内にあることを理解するであろう。トロイダル支持構造は、任意の円筒形内部に適合させるために使用することができ、様々な丸い物体は、トロイダル支持構造の中央開口部を通って突出することができる。

【0032】

［トロイダル支持構造の例］
図１Ａは、一部の実施形態による、トロイダル支持構造１００の概略斜視図である。トロイダル支持構造１００は、図４を参照して以下でさらに説明するように、宇宙船内の装備、配管、および配線を支持するために使用されてもよい。トロイダル支持構造１００は、宇宙船の動作中に一般的な最大で１０ｇの短期間加速度および最大で３ｇの長期間加速度に耐え、かつこれらの加速度の最中に他の構成要素を機械的に支持するように設計されている。機械的支持に加えて、トロイダル支持構造１００は、支持される構成要素と構造の構成要素の熱分離を実現し、これにより、極端な温度で機能する取付ベースの使用を可能にする。例えば、宇宙船の極低温タンクを、取付ベースとして使用することができる。具体的には、トロイダル支持構造１００は、一部の動作中に約＋２５℃〜−１８２℃の温度変動を受け得る極低温タンクから吊り下げてもよい。当業者であれば、トロイダル支持構造１００を他の用途にも使用することができることを理解するであろう。

【0033】

一部の実施形態では、トロイダル支持構造１００は、管状リング１１１を形成する１つ以上のサイドパネル１１０を備える。管状リング１１１は、第１の縁部１１２と第２の縁部１１４との間に延伸する。管状リング１１１は、１つ以上のサイドパネル１１０が中心軸線１０２と平行になるように円筒形状を有してもよい。この例では、第１の縁部１１２および第２の縁部１１４は、同じ形状およびサイズを有する。管状リング１１１の円筒形状は、１つ以上のサイドパネル１１０の数および形状に応じて丸い円筒形状または多角形の円筒形状であってもよい。例えば、図１Ａは、管状リング１１１が多角形の円筒形状を有する例を示している。この管状リング１１１は、複数（図１Ａでは１６個）の平面状のサイドパネル１１０によって形成される。この例では、第１の縁部１１２および第２の縁部１１４の両方が多角形である。

【0034】

一方、図２Ａは、管状リング１１１が丸い円筒形状を有し、かつ完全な円筒に成形された１つの連続したサイドパネル１１０によって形成された例を示している。この例では、第１の縁部１１２および第２の縁部１１４の両方が円形である。丸い円筒形状は、同じ半径を有する複数の湾曲したサイドパネル１１０によって形成されてもよいことに留意されたい。

【0035】

一部の実施形態では、管状リング１１１は、錐台形状（例えば、部分円錐または部分角錐）を有してもよい。これらの実施形態では、すべてのサイドパネル１１０が、中心軸線１０２に対して同じ角度を有してもよい。さらに、第１の縁部１１２が、第２の縁部１１４と異なるサイズを有しても、縁部１１２、１１４の両方の形状は同じであってもよい。例えば、第１の縁部１１２のサイズは、第２の縁部１１４より大きくてもよい。あるいは、第１の縁部１１２のサイズは、第２の縁部１１４より小さくてもよい。

【0036】

一部の実施形態では、１つ以上のサイドパネル１１０は、格子状の補剛材１１５、より具体的には、直交格子状の補剛材（ｏｒｔｈｏｇｒｉｄ ｓｔｉｆｆｅｎｅｒｓ）またはアイソグリッド状の補剛材（ｉｓｏｇｒｉｄ ｓｔｉｆｆｅｎｅｒｓ）（例えば、三角構成のアイソグリッド状の補剛材）を備える。格子状の補剛材１１５は、材料、したがって質量を抑えながら剛性を高める。

【0037】

一部の実施形態では、１つ以上のサイドパネル１１０は、開口部１１８を備える。開口部１１８は、電線および／または配管を引き回し、他の構成要素を取り付けるために使用することができる。さらに、開口部１１８は、トロイダル支持構造１００の内部および周囲の空間の換気のために使用することができる。

【0038】

また、トロイダル支持構造１００は、平面リング１２１を形成する１つ以上のフロアパネル１２０を備える。平面リング１２１は、外縁部１２２と内縁部１２４との間に延伸する。１つ以上のサイドパネル１１０の第１の縁部１１２は、１つ以上のフロアパネル１２０の外縁部１２２に固定されている。このように、第１の縁部１１２および外縁部１２２は、同じ形状およびサイズを有してもよい。例えば、第１の縁部１１２および外縁部１２２の両方は、図１Ａに示すように多角形であっても、図２Ａに示すように円形であってもよい。

【0039】

１つ以上のフロアパネル１２０は、金属、プラスチック、複合材などの様々な材料から形成されてもよい。一部の実施形態では、１つ以上のフロアパネル１２０は、軽量でさらに高強度を有するハニカムサンドイッチ構造を有する。１つ以上のフロアパネル１２０は、これらのパネルの周囲の空間にアクセスするための開口部１２５を有してもよい。

【0040】

また、トロイダル支持構造１００は、複数の直線分離支持構成要素１３０を備える。直線分離支持構成要素１３０は、連結点１１６で１つ以上のサイドパネル１１０の第２の縁部１１４に連結されてもよい。これらの連結点１１６は、第２の縁部１１４に沿って、より具体的には、第２の縁部１１４の外周に沿って均等に配分されてもよい。言い換えれば、連結点１１６は、互いに均等に離間されてもよい。さらに、連結点１１６のそれぞれは、トロイダル支持構造１００の中心軸線１０２から均等に離間されてもよい。連結点１１６と中心軸線１０２との間隔は、半径１１７によって規定されてもよい。この間隔は、円形または多角形であり得る、第２の縁部１１４のあらゆる形状の例に当てはまることに留意されたい。

【0041】

直線分離支持構成要素１３０は、トロイダル支持構造１００を様々な取付ベース（その一例は極低温タンクである）に取り付けるために使用される。具体的には、被分離直線支持体（ｉｓｏｌａｔｅｄ ｌｉｎｅａｒ ｓｕｐｐｏｒｔ）１３０は、トロイダル支持構造１００に実質的な機械的および熱的な影響を与えることなく、これらの取付ベースが大きな温度変化（例えば、１００〜３００℃の変化）を受けることを可能にする。温度変化は、一般的に、トロイダル支持構造１００に使用される様々な材料の熱膨張係数に起因する寸法変化の原因となる。このように、取付ベースおよびさらには被分離直線支持体１３０は、温度変化中に寸法変化を受け得る。しかしながら、被分離直線支持体１３０の連結点１１６の箇所、被分離直線支持体１３０の設計および方向、ならびに他の特性は、取付ベースおよび被分離直線支持体１３０の寸法変化が、トロイダル支持構造１００の他の構成要素（１つ以上のサイドパネル１１０および１つ以上のフロアパネル１２０など）のさらなる機械的応力または機械的歪みの原因とならないように特に選択される。

【0042】

一部の実施形態では、複数の直線分離支持構成要素１３０は、各連結点１１６で第２の縁部１１４に連結されてもよい。具体的には、図１Ａおよび図２Ａは、各連結点１１６に連結された２つの直線分離支持構成要素１３０を示している。このように、トロイダル支持構造１００が設置されるとき（例えば、トロイダル支持構造１００が、図３を参照して以下でさらに説明するようにアセンブリの一部のとき）、２つの直線分離支持構成要素１３０のそれぞれと第２の縁部１１４との間の角度１３１は、９０°未満（４５°〜６０°など）であってもよい。この特徴は、１つ以上のサイドパネル１１０に外周支持を提供し、トロイダル支持構造１００が中心軸線１０２の周りを回転するのを防止するために使用することができる。さらに、トロイダル支持構造１００が設置されるとき、各連結点１１６に連結された２つの直線分離支持構成要素１３０間の角度１３３は、約１５°〜９０°、より具体的には３０°〜４５°であってもよい。

【0043】

設置後、各直線分離支持構成要素１３０と半径１１７（（対応する連結点１１６に延伸する））との間の角度１３２は同じであってもよい。図１Ｂは、２つの連結点１１６ａおよび１１６ｂを示す、トロイダル支持構造１００の一部分を示している。２つの直線分離支持構成要素１３０ａおよび１３０ｂは、連結点１１６ａに連結されており、２つの他の直線分離支持構成要素１３０ｃおよび１３０ｄは、連結点１１６ｂに連結されている。半径１１７ａは、連結点１１６ａに延伸し、半径１１７ｂは、連結点１１６ｂに延伸している。この図において、角度１３２ａ（直線分離支持構成要素１３０ａと半径１１７ａとの間の）は、角度１３２ｂ（直線分離支持構成要素１３０ｂと半径１１７ａとの間の）と同じであり、角度１３２ｃ（直線分離支持構成要素１３０ｃと半径１１７ｂとの間の）および角度１３２ｄ（直線分離支持構成要素１３０ｄと半径１１７ｂとの間の）とも同じである。言い換えれば、４つの角度１３２ａ〜１３２ｄのすべては、トロイダル支持構造１００を設置し、直線分離支持構成要素１３０ａ〜１３０ｄの方向を固定した後、同じであってもよい。この特徴は、直線分離支持構成要素１３０ａ〜１３０ｄの同じ膨張または収縮が、第２の縁部１１４の傾斜または連結点１１６ａおよび１１６ｂにおける応力の原因とならないよう保証するために使用することができる。

【0044】

一部の実施形態では、各直線分離支持構成要素１３０は、連結点１１６の１つで第２の縁部１１４に回動可能に連結される。回動可能な連結は、マウントに対して直線分離支持構成要素１３０を個々に位置合わせするなどして、トロイダル支持構造１００の設置を助けることができる。さらに、一部の実施形態では、回動可能な連結は、直線分離支持構成要素１３０と１つ以上のサイドパネル１１０との間でのトルクの伝達を回避し、直線分離支持構成要素１３０および１つ以上のサイドパネル１１０の曲がりを防止することを可能にする。

【0045】

さらに、一部の実施形態では、各直線分離支持構成要素１３０の長さは、他の直線分離支持構成要素１３０と同じである。この特徴は、第２の縁部１１４が取付ベースに対して平行に維持されることを保証するために使用することができる。

【0046】

一部の実施形態では、トロイダル支持構造１００は、トロイダル支持構造１００を取付ベース（極低温タンクなど）に連結するための複数のコネクタ１４０をさらに備える。具体的には、各直線分離支持構成要素１３０は、１つ以上のサイドパネル１１０の第２の縁部１１４に連結される端部とは反対側の、直線分離支持構成要素１３０の端部に取り付けられる１つのコネクタ１４０を含んでもよい。一部の実施形態では、１つのコネクタ１４０を、複数の直線分離支持構成要素１３０に連結してよい。一部の実施形態では、コネクタ１４０は、対応する直線分離支持構成要素１３０に回動可能に連結されてもよい。

【0047】

複数のサイドパネル１１０が、管状リング１１１を形成する場合、これらのサイドパネル１１０は、垂直縁部１１３に沿って相互連結されてもよい。連結点１１６は、これらの垂直縁部１１３の端部、より具体的には、垂直縁部１１３と第２の縁部１１４との交差点に配置されてもよい。この手法は、各連結点１１６が２つの互いに隣接するサイドパネル１１０を支持することを可能にする。このように、各連結点１１６は、１対の互いに隣接するサイドパネル１１０によって形成される異なる境界面に配置されてもよい。

【0048】

一部の実施形態では、トロイダル支持構造１００は、１つ以上のサイドパネル１１０および１つ以上のフロアパネル１２０に連結される１つ以上の内部支持体１５０をさらに備える。１つ以上の内部支持体１５０は、１つ以上のフロアパネル１２０に対する１つ以上のサイドパネル１１０の方向を維持するために使用されてもよい。より具体的には、閉構造のための、１つ以上の内部支持体１５０、１つ以上のサイドパネル１１０、および１つ以上のフロアパネル１２０の組み合わせは、トロイダル支持構造１００の剛性および他の機械的特性を向上させる。１つ以上の内部支持体１５０、１つ以上のサイドパネル１１０、および／または１つ以上のフロアパネル１２０が、中心軸線１０２の周囲の連続構造である必要はないことに留意されたい。例えば、１つ以上の内部支持体１５０は、複数の個々のストラット１５２であってもよい。同様に、１つ以上のサイドパネル１１０および１つ以上のフロアパネル１２０は、開口部および他の特徴を有してもよい。トロイド断面の連続は、このトロイドの全回転にわたる集合と見なされる。具体的には、１つ以上のサイドパネル１１０と１つ以上のフロアパネル１２０との間の角度は、１つ以上のサイドパネル１１０および１つ以上のフロアパネル１２０に様々な荷重が加わったときにも、第２の縁部１１４に沿って内部支持体１５０により維持することができる。

【0049】

一部の実施形態では、１つ以上の内部支持体１５０は、例えば図１Ａに示すように複数のストラット１５２を備える。ストラット１５２は、非常に軽く、さらには、１つ以上のサイドパネル１１０および１つ以上のフロアパネル１２０の表面へのより多くのアクセスを可能にする。ストラット１５２は、連結点１１６で第２の縁部１１４に連結されてもよい。一部の実施形態では、それどころか、ストラット１５２は、ストラット１５２と直線分離支持構成要素１３０との間の荷重の少なくとも一部が、１つ以上のサイドパネル１１０を介してではなく直接伝達され得るように、直線分離支持構成要素１３０に直接連結されてもよい。さらに、複数のストラット１５２、より具体的には、２つのストラット１５２が、各連結点１１６に連結されてもよい。一部の実施形態では、連結点１１６での第２の縁部１１４とストラットと連結は回動可能であってもよい。

【0050】

一部の実施形態では、１つ以上の内部支持体１５０は、例えば図２Ｂに概略的に示すように、１つ以上のサイドパネル１１０および１つ以上のフロアパネル１２０と共にエンクロージャ１０４を形成する内部パネル１５４であってもよい。例えば図２Ｂに概略的に示すように、複数の内部パネル１５４または１つの連続した内部パネル１５４が使用されてもよい。エンクロージャ１０４は、トロイダル支持構造１００によって支持される様々な構成要素を環境から保護するために使用することができる。トロイダル支持構造１００が、エンクロージャ１０４を有する場合、１つ以上のサイドパネル１１０の一部分、１つ以上のフロアパネル１２０の一部分、または１つ以上の内部パネル１５４の一部分のいずれかは、エンクロージャ１０４にアクセスするために取り外し可能または回動可能であってもよい。

【0051】

［トロイダル支持構造を備えるアセンブリの例］
図３は、一部の実施形態による、トロイダル支持構造１００および取付ベース２１０を備えるアセンブリ２００の概略図である。トロイダル支持構造１００の様々な態様および特徴は、図１Ａ〜図２Ｂを参照して上で説明した。アセンブリ２００では、直線分離支持構成要素１３０は、取付ベース２１０に対してトロイダル支持構造１００を支持する取付ベース２１０に連結されている。トロイダル支持構造１００の用途に応じて、この支持は、様々な直線方向および回転方向であり得ることに留意されたい。例えば、静的な地上用途は、主に重力と関連し得る。また、他の用途は、衝撃および振動（運動量）を伴い得る。

【0052】

トロイダル支持構造１００が、アセンブリ２００の一部の場合、その直線分離支持構成要素１３０は、両方の端部で取り付けられ、トロイダル支持構造１００の他の構成要素に対してその方向を維持することができる。様々な方向の例は、例えば図１Ｂを参照して上で説明されている。

【0053】

取付ベース２１０は、例えば図３に示すようにドーム形状を有する極低温タンクであってもよい。トロイダル支持構造１００は、取付ベース２１０が少なくとも部分的に中央開口部１０１から突出するように取付ベース２１０を囲んでもよい。中央開口部１０１のサイズ（およびさらには形状）は、トロイドの断面形状に応じて、トロイダル支持構造１００の異なる高さ位置で変化してもよいことに留意されたい。例えば、第２の縁部１１４の高さの中央開口部１０１は、第１の縁部１１２の高さの中央開口部１０１よりも大きくて、この結果、球、円錐、角錐、および他の非円筒形物体が中央開口部１０１内により効率的に適合することが可能になる。実際、中央開口部１０１は、これを通って突出する物体の周囲に適合するように特に構成されてもよい。図３は、トロイダル支持構造１００の境界内で延伸する取付ベース２１０の部分２１０ａを示しており、一方、部分２１０ｂは、この境界の下に延伸している。このように、一部の実施形態では、取付ベース２１０は、平面リング１２１を通って突出する。

【0054】

図４は、一部の実施形態による、様々な装備４００を支持するトロイダル支持構造１００を示している。装備４００の一部の例として、配線、配管、カメラ、スラスタが挙げられる。装備は、トロイダル支持構造１００の外部または内部で支持されてもよい。具体的には、１つ以上のサイドパネル１１０は、中心軸線１０２から離れて面する外面１１９ａおよび中心軸線１０２に面する内面１１９ｂを有する。同様に、１つ以上のフロアパネル１２０は、直線分離支持構成要素１３０から離れて面する外面１２９ａおよび直線分離支持構成要素１３０に面する内面１１９ｂを有する。装備４００は、これらの表面の１つ以上に取り付けられてもよい。

【0055】

また、図４は、内部に取り付けられた装備４００の保守または交換用のアクセスパネル４１０を示している。アクセスパネル４１０は、１つ以上のフロアパネル１２０（図４に示すように）、１つ以上のサイドパネル１１０、および／または１つ以上の内部パネル１５４内に配置されてもよい。アクセスパネル４１０は、他のパネルに対して回動可能であってもよい。

【0056】

項１．トロイダル支持構造であって、
第１の縁部と第２の縁部との間に延伸する管状リングを形成する１つ以上のサイドパネルと、
外縁部と内縁部との間に延伸する平面リングを形成する１つ以上のフロアパネルであって、
１つ以上のサイドパネルの第１の縁部が、１つ以上のフロアパネルの外縁部に固定されている１つ以上のフロアパネルと、
連結点で１つ以上のサイドパネルの第２の縁部に連結された複数の直線分離支持構成要素であって、
連結点が、第２の縁部に沿って均等に配分され、かつトロイダル支持構造の中心軸線から半径だけ均等に離間されている複数の直線分離支持構成要素と
を備えるトロイダル支持構造。

【0057】

項２．複数の直線分離支持構成要素のそれぞれの直線分離支持構成要素と、複数の直線分離支持構成要素の当該の直線分離支持構成要素に関連する、連結点の１つに延伸する半径との間の角度が同じである、項１に記載のトロイダル支持構造。

【0058】

項３．複数の直線分離支持構成要素のそれぞれの長さが同じである、項１に記載のトロイダル支持構造。

【0059】

項４．連結点のそれぞれが、複数のサイドパネルのうちの１対によって形成された異なる境界面に配置され、１つ以上のサイドパネルのそれぞれが、平面構造である、項１に記載のトロイダル支持構造。

【0060】

項５．１つ以上のサイドパネルが、格子状の補剛材を備える、項１に記載のトロイダル支持構造。

【0061】

項６．１つ以上のフロアパネルが、ハニカムサンドイッチ構造を有する、項１に記載のトロイダル支持構造。

【0062】

項７．１つ以上のフロアパネルに対する１つ以上のサイドパネルの方向を維持するために１つ以上のサイドパネルおよび１つ以上のフロアパネルに連結された１つ以上の内部支持体をさらに備える、項１に記載のトロイダル支持構造。

【0063】

項８．１つ以上の内部支持体が、１つ以上の内部パネルを備え、１つ以上の内部パネルが、部分的なトロイドリングを形成する、項７に記載のトロイダル支持構造。

【0064】

項９．平面リングの内縁部が、多角形状を有する、項１に記載のトロイダル支持構造。

【0065】

項１０．平面リングの外縁部が、多角形状を有する、項１に記載のトロイダル支持構造。

【0066】

［結び］
本明細書に開示されている装置および方法の異なる例は、様々な構成要素、特徴、および機能を含む。本明細書に開示されている装置および方法の様々な例は、本明細書に開示されている装置および方法の他の例のいずれかの構成要素、特徴、および機能のいずれかを任意の組み合わせで含んでもよく、また、このような可能性のすべては、本開示の精神および範囲内にあることを意図されていることを理解されたい。

【0067】

本明細書に述べられている例の多くの修正例は、上述の説明および関連する図面に提示されている教示の恩恵を受ける、本開示に関係する当業者によって想到される。

【0068】

したがって、本開示が、示されている特定の例に限定されるべきでないことならびに修正例および他の例が、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されていることを理解されたい。さらに、上述の説明および関連する図面は、要素および／または機能の特定の例示の組み合わせとの関連で本開示の例について説明しているが、要素および／または機能の異なる組み合わせが、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、代替的な実施態様によって提供され得ることを認識されたい。したがって、添付の特許請求の範囲の挿入句的な参照符号は、例示目的でのみ示されており、特許請求されている主題の範囲を、本開示において提供されている特定の例に限定することを意図されていない。

【符号の説明】

【0069】

１００ トロイダル支持構造
１０１ 中央開口部
１０２ 中心軸線
１０４ エンクロージャ
１１０ サイドパネル
１１１ 管状リング
１１２ 第１の縁部
１１３ 垂直縁部
１１４ 第２の縁部
１１５ 格子状の補剛材
１１６ 連結点
１１６ａ 連結点、
１１６ｂ 連結点
１１７ 半径
１１７ａ 半径、
１１７ｂ 半径
１１８ 開口部
１１９ａ 外面
１２９ａ 外面
１１９ｂ 内面
１２０ フロアパネル
１２１ 平面リング
１２２ 外縁部
１２４ 内縁部
１２５ 開口部
１３０ 直線分離支持構成要素
１３０ａ 直線分離支持構成要素
１３０ｂ 直線分離支持構成要素
１３０ｃ 直線分離支持構成要素
１３０ｄ 直線分離支持構成要素
１３１ 角度
１３２ 角度
１３２ａ 角度
１３２ｂ 角度
１３２ｃ 角度
１３２ｄ 角度
１３３ 角度
１４０ コネクタ
１５０ 内部支持体
１５２ ストラット
１５４ 内部パネル
２００ アセンブリ
２１０ 取付ベース
２１０ａ 取付ベースの部分
２１０ｂ 取付ベースの部分
４００ 装備
４１０ アクセスパネル

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】