ホーム > 特許ランキング > Ｌ’ＧＡＲＤＥ， ＩＮＣ．
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-01-09
(54)【発明の名称】軽量で低収容体積で空間展開可能なバッテンレストラス
(51)【国際特許分類】
H01Q 15/20 20060101AFI20231226BHJP
F24S 25/65 20180101ALN20231226BHJP
F24S 23/71 20180101ALN20231226BHJP
E04B 1/344 20060101ALN20231226BHJP
【ＦＩ】
H01Q15/20
F24S25/65
F24S23/71
E04B1/344 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023529027
(86)(22)【出願日】2021-11-17
(85)【翻訳文提出日】2023-07-13
(86)【国際出願番号】 US2021072477
(87)【国際公開番号】W WO2022109575
(87)【国際公開日】2022-05-27
(31)【優先権主張番号】63/114,809
(32)【優先日】2020-11-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518307237
【氏名又は名称】ルギャルド，インク．
【氏名又は名称原語表記】Ｌ’ＧＡＲＤＥ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】１５１８１ Ｗｏｏｄｌａｗｎ Ａｖｅｎｕｅ Ｔｕｓｔｉｎ， ＣＡ ９２７８０ （ＵＳ）
(74)【代理人】
【識別番号】110001173
【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】パリソク，アーサー・リボーニオ
(72)【発明者】
【氏名】グレシク，ギュラ
【テーマコード（参考）】
5J020
【Ｆターム（参考）】
5J020AA03
5J020BA05
5J020CA02
(57)【要約】
本明細書に記載のシステムおよび方法は、コンパクトな保管のための体積減少を画定する折り畳み可能かつ展開可能なトラス構造体を含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のノードと、複数のノードによって結合された複数の構造体部材と、
を備える、トラス構造体。
【請求項2】
複数の構造体部材は、複数のロンジロンおよび複数の斜材を備え、複数のロンジロンは、変形可能な部材を備える、請求項１に記載のトラス構造体。
【請求項3】
複数の斜材は、剛性部材を備える、請求項２に記載のトラス構造体。
【請求項4】
外周トラスとして構成された、請求項３に記載のトラス構造体と、外周トラスに結合された第１の支持構造体と、
第１の支持構造体に支持された反射面と
外周トラスに結合された第２の支持構造体と、
第１の支持構造体と第２の支持構造体との間に接続された力要素と、
を備える、システム。
【請求項5】
システムは、展開構成および収容構成を備え、収容構成内のシステムは、変形状態にある複数のロンジロンを備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
展開構成は、記憶状態にあるロンジロンを備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
ロンジロンは、形状記憶複合材料を備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
１つ以上のケーブルおよび複数のプーリを具備する展開システムをさらに備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項9】
展開システムは、１つ以上のケーブルに張力を加えることにより複数のロンジロンに力を加え、それによって、収容構成内にシステムを移行または保持するように構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項10】
複数の斜材は伸縮自在の部材を備える、請求項２に記載のトラス構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
優先権
本出願は、２０２０年１１月１７日に出願された米国仮特許出願第６３／１１４，８０９号の優先権を主張し、その全体が参照により本出願に組み込まれる。
本出願は、２０２０年１１月１７日に出願された米国仮特許出願第６３／１１４，８０９号の優先権を主張し、その全体が参照により本出願に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
トラスは、ノードによって接続された梁などの部材の組立体であり、剛構造を形成する。工学において、トラスは、組立体が全体として単一の物体として挙動するように部材が構成される、力部材を備える構造体である。
【0003】
図１Ａ～図１Ｃは、例示的な従来の展開可能なトラスシステムを示し、このシステムでは、複数の部材が剛性であり、ノードで互いに結合されている。従来のトラスシステムは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第５６８０１４５号明細書などの特許を取得している。図示のように、そのようなトラスは複数のノード１０２を備え、力部材１０２はそこから外側に延在する。各ノードは、展開構造体に沿って別のノードまで長手方向に延在するロンジロン力部材と、ロンジロン力部材に垂直に、展開構造体を横切って横方向に延在するバッテン力部材とを有する。力部材１０２は剛性であり、単一の画定された剛構造体を形成する。トラスを展開するために、展開ケーブル１０６が使用される。ケーブル１０６は可撓性である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許第５６８０１４５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
図示されているように、すべてのトラス部材は、複数または３つ以上の剛性部材が一緒になってノードで結合されているため、システムが折り畳まれた達成可能なサイズは、剛構造の高さによって制限される。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本明細書に記載のバッテンレストラス（ｂａｔｔｅｎ－ｌｅｓｓ ｔｒｕｓｓｅｓ）は、展開可能な構造体の保管体積を減らす、折り畳可能な構造体を提供する。例示的な実施形態は、反射器アンテナおよび／または太陽光集光器のための外周トラスとして使用するための構造体を含んでもよい。
【0007】
例示的な実施形態はトラスを含み、トラスは、展開時に剛構造を形成する、ノードによって接続されたロンジロンなどの部材の組立体を備える。バッテンレストラスの例示的な実施形態は、ノード間で折り畳み可能なロンジロンを含んでもよい。ロンジロンは、ヒンジ式であってもよく、形状記憶複合材を備えていても、あるいは他の変形可能な材料を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1A】例示的な従来技術のトラスシステムを示す。
【図1B】例示的な従来技術のトラスシステムを示す。
【図1C】例示的な従来技術のトラスシステムを示す。
【図2A】本明細書に記載の実施形態による、例示的なバッテンレストラスの例示的な折り畳みから拡張への展開シーケンスを示す。
【図2B】本明細書に記載の実施形態による、例示的なバッテンレストラスの例示的な折り畳みから拡張への展開シーケンスを示す。
【図2C】本明細書に記載の実施形態による、例示的なバッテンレストラスの例示的な折り畳みから拡張への展開シーケンスを示す。
【図3A】本明細書に記載の実施形態による、バッテンレストラスシステムで使用するための例示的な展開システムを示す。
【図3B】本明細書に記載の実施形態による、バッテンレストラスシステムで使用するための例示的な展開システムを示す。
【図4】本明細書に記載の実施形態による、バッテンレストラスの例示的な実施形態を備える例示的な支持構造体を示す。
【図5A】本明細書に記載の実施形態による、バッテンレストラスの例示的な実施形態を備える、支持構造体を使用する例示的な用途を示す。
【図5B】本明細書に記載の実施形態による、バッテンレストラスの例示的な実施形態を備える、支持構造体を使用する例示的な用途を示す。
【図7A】本明細書に記載の実施形態による、バッテンレストラスの例示的な実施形態で達成可能な、減少した保管体積の例示的な比較を示す。
【図7B】本明細書に記載の実施形態による、バッテンレストラスの例示的な実施形態で達成可能な、減少した保管体積の例示的な比較を示す。
【図7C】本明細書に記載の実施形態による、バッテンレストラスの例示的な実施形態で達成可能な、減少した保管体積の例示的な比較を示す。
【図7D】本明細書に記載の実施形態による、バッテンレストラスの例示的な実施形態で達成可能な、減少した保管体積の例示的な比較を示す。
【図7E】本明細書に記載の実施形態による、バッテンレストラスの例示的な実施形態で達成可能な、減少した保管体積の例示的な比較を示す。
【図8A】本明細書に記載の実施形態による、バッテンレストラスの例示的な実施形態で達成可能な、減少した保管体積の例示的な比較を示す。
【図8B】本明細書に記載の実施形態による、バッテンレストラスの例示的な実施形態で達成可能な、減少した保管体積の例示的な比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下の詳細な説明は、本発明の原理を限定ではなく例として示す。この説明は、当業者が本発明を製造および使用することを明確に可能にし、本発明を実施する最良の形態であると現在考えられているものを含む、本発明のいくつかの実施形態、適合、変形、代替および使用を説明する。図面は、本発明の例示的な実施形態の図表および概略図であり、本発明を限定するものではなく、必ずしも縮尺通りに描かれていないことを理解されたい。
【0010】
例示的な実施形態は、トラスシステム内で使用するための支持体および展開構造体として変形可能部材を使用してもよい。
【0011】
本発明の実施形態は、特定の支持構造体に関して本明細書で説明およびされてもよいが、本発明の実施形態はそのように限定されないが、異なる構成にさらに適用可能であることを理解されたい。本明細書にさらに開示される例示的な実施形態は、支持体として変形可能な選択肢の異なる組み合わせを含み、本明細書での使用のために、そのような支持構造体または代替的な変形可能な選択肢の任意の組み合わせが企図される。例示的な実施形態は、簡単に引きはがせる表面、取り外し可能な収縮または収容材料またはコード、エンベロープ、１つ以上のアンテナ形状、１つ以上のスリーブまたはエンベロープ、１つ以上の支持インフラストラクチャ、ハブ、１つ以上の膨張機構、ハウジング、作動装置、コントローラ、ケーブル、プーリなどの代替的な特徴を含んでもよい。任意の１つの例について説明した任意の特徴、構成要素、構成、および／または属性は、任意の他の例と組み合わせて使用されてもよい。したがって、任意のステップ、特徴、構成要素、構成、および／または属性を任意の組み合わせで使用されてもよく、本明細書の範囲内に留まってもよい。特徴は、除去されても、追加されても、複製されても、統合されても、細分されても、あるいは別の方法で再結合されてもよく、本開示の範囲内に留まってもよい。本明細書に記載の例示的な実施形態は、例示のみを目的として提供されている。したがって、任意のアンテナ、コレクタ、支持構造体、または他の構成は、本明細書に記載の構成要素のいずれかと共に、またはそれらなしで使用されてもよい。
【0012】
図２Ａ～図２Ｃは、本明細書に記載の実施形態による、例示的なバッテンレストラスの例示的な折り畳みから拡張への展開シーケンスを示す。図２Ａは、ロンジロンが完全に折り重ねられた例示的な構成を示す。斜材は、垂直方向に示されている。この例における図示された斜材は、伸縮自在ではない。図２Ｂは、ロンジロンが一部折り重ねられた構成例を示している。図２Ｃは、トラス部分が全展開された構成例を示している。トラスは、ワーレントラスとして構成されている。
【0013】
図２Ａは、バッテンレス外周トラスが例示的な構成でどのように収容されるかを示す。図示のように、折り重ね／収容構成の高さは、おおよそ斜材部材の長さとすることができる。伸縮自在の斜材を使用することにより、収容された高さをより短くすることができる。図２Ａの構成は、図１Ａの例示的な従来技術のシステムの収容高さと比較できる。収容高さの違いは、図８Ａ～図８Ｂにおいてより明確に示されている。
【0014】
例示的なトラス２００は、ノード２０４によって結合された構造部材２０２から構成される。構造部材は、斜材２０８およびロンジロン２０６を備えてもよい。ロンジロンは、本明細書に記載の実施形態による展開構成において、トラスの長さに沿って長手方向に延在するように構成される。斜材は、本明細書に記載の実施形態による、展開構成においてトラスを横切ってそれに沿って、または展開構成においてロンジロンに対してある角度で延在するように構成される。トラスの斜材は、展開構成において、それがロンジロンに対して垂直でないように構成される。
【0015】
例示的な実施形態では、斜材部材は、保管または展開中に実質的に変形するように構成されていない、剛性部材であってもよい。ロンジロンは、保管構成から展開構成に変形するか、または異なる形状を有するように構成された変形可能部材を備えてもよい。本明細書で使用される場合、変形可能部材は、本明細書で説明されるように変形する任意の構成を備えてもよい。例えば、変形可能部材は、外力の印加下で柔軟で可撓性であってもよい。
【0016】
剛性および可撓性という用語は、本明細書で使用される、相対的な用語であると理解される。したがって、剛構造は、十分な外力が加わると、依然としていくらかの屈曲を有し得ることが理解されるが、そのような絶対的な剛性は必要とされない。代わりに、剛構造は、通常の動作中および意図された目的のためにその形状を概して維持するように意図されていることが当業者には理解されよう。柔構造は、長さに沿って変形するものと考えられる。変形は、構造体を分離または破壊せずに十分な外力を加えることによるものであってよく、その結果、構造体を元の形態に再配置できる。変形可能構造体は、点または長さに沿って変形するものと考えられる。したがって、変形可能構造体は、ジョイント、ヒンジ、リビングヒンジ、可撓性部材、またはそれらの組み合わせを備えてもよい。
【0017】
本明細書に記載の例示的な実施形態は、構造体が完全に展開されたときに構造的剛性を依然として提供し得る変形可能構造体を備える。例えば、変形可能構造体は、構造体にかけられた横方向力またはせん断力が加えられた下で変形するように構成されてもよい。変形可能構造体を変形させ、構造体を収容構成に位置決めするために、システムアーキテクチャを介して横方向の力を加えることができる。変形可能構造体は、その形状を維持するように、または構造体にかけられる圧縮力または長手方向の力が加えられた下で剛性を維持するように構成されてもよい。構造体の剛性は、その展開構成における構造体の通常の使用において維持されてもよい。したがって、変形可能構造体は、加えられる力の方向に応じて変形可能な性質と剛性の性質の両方を備えてもよい。
【0018】
変形可能構造体の例示的な実施形態は、本明細書に記載の変形可能な構成を達成するための構成の任意の組み合わせを備えてもよい。
【0019】
例えば、変形可能構造体の例示的な実施形態は、形状記憶複合材を備えてもよい。これらの複合材は可撓性であり、外力が加えられた下で動的変形を可能にする。形状記憶複合材はまた、温度遷移などによって、変形した構成で凍結または保持されてもよい。形状記憶複合材は、記憶された構成に戻るように構成されてもよい。記憶された構成は、受動的または能動的な移行によるものであってもよい。形状記憶複合材は、変形を引き起こす外力が取り除かれた後に記憶された構成に戻ることによって、展開構成で使用するために記憶された構成に受動的に戻ってもよい。形状記憶複合材は、温度の変化または電流の印加などの移行条件が満たされると、記憶された構成に能動的に戻ってもよい。
【0020】
本明細書に記載の変形可能構造体の例示的な実施形態は、エラストマー形状記憶炭素複合材料を備えてもよい。例示的な実施形態は、他の高歪み材料を含んでもよい。形状記憶複合材料の例示的な実施形態は、本明細書に記載のトラスのロンジロン部材などの構造体要素として使用されてもよい。ロンジロンは、エラストマー樹脂または形状記憶金属、例えばニチノールで含浸された構造体繊維を含んでもよい。構造体繊維は、炭素、ガラス繊維、アラミド（例えばケブラー（登録商標））、ベクトラン（登録商標）、またはそれらの組み合わせで作られてもよい。ロンジロンは、原子状酸素から保護するために、ＳｉＯ２および／またはＡｌ２Ｏ３でコーティングされた非常に薄い膜片で包まれてもよい。コーティングは、約５０ÅのＳｉＯ２または３５ÅのＡｌ２Ｏ３を含有してもよい。これらの厚さのこれらのコーティングは、より低いＬＥＯ高度に存在する原子状酸素による劣化から保護することが示されている。
【0021】
本明細書に記載の変形可能構造体の例示的な実施形態は、熱安定性で形状訓練可能な高歪みの超弾性形状記憶合金材料を備えてもよい。形状記憶合金材料の例示的な実施形態は、ニチノールまたはＮｉ－Ｔｉ複合材の他の合金で作られることができる。実施形態では、宇宙環境での形状設定、形状精度、寿命のより安定した性能を得る目的で、第３の元素を添加するＮｉ－Ｔｉの３元合金タイプを含んでもよい。形状記憶複合合金の特性は、合金元素の相対量を制御することによって調整できる。
【0022】
本明細書に記載の変形可能構造体の例示的な実施形態は、可撓性または変形可能な部分を備える剛性部材を含んでもよい。例えば、変形可能構造体は、ヒンジによって結合された剛性部材を備えてもよい。例示的なヒンジは、ソケット、ロッド、可撓性材料、または他の既知のヒンジ構造体によって折り目がつけられてもよい。
【0023】
変形は動的であっても構造化されていてもよい。動的変形は、構造体を変形させるために加えられた力に基づいて、変形を可能にしてもよい。動的変形は、加えられた力に応答して、部材の長さに沿った部材の変形を可能にしてもより。したがって、部材は、異なる加えられた力の下で異なる形状または構成に変形してもよい。構造化変形は、既知のまたは所定の方法で、変形を可能にしてもよい。構造化変形の一例はヒンジである。
【0024】
図２Ｂ～図２Ｃに示すように、本明細書に記載のトラス構造体の例示的な実施形態は、複数のノードによって互いに結合された複数の構造体部材を備える。構造体部材とノードとの間の接続により、ノードで接続された構造体部材を互いに対して再配置して、展開構成と収容構成との間で移行させることができ、その逆も可能である。図示のように、各ノードは、少なくとも２つの構造体部材、すなわち少なくとも１つの斜材構造体部材および少なくとも１つのロンジロン構造体部材を備える。内部ノードは、少なくとも４つの構造体部材、すなわち、少なくとも２つの斜材部材と、同じノードに結合された少なくとも２つのロンジロン部材とを備えてもよい。したがって、複数のノードは、そこから延在する少なくとも４つの構造体部材を備えてもよい。
【0025】
例示的な実施形態では、斜材構造体部材は剛性である。斜材構造体部材は、展開構成、収容構成、および収容構成と展開構成との間の移行状態において剛性であってもよい。
【0026】
例示的な実施形態では、ロンジロン構造体部材は変形可能である。ロンジロン構造体部材は、本明細書に記載の任意の構成または実施形態に従って変形可能であってもよい。ロンジロン構造体部材は、本明細書に記載されるような収容および展開構成からの移行において変形可能であってもよい。ロンジロン構造体部材は、ロンジロンに加えられる圧縮力などの予想されるおよび／または通常の動作力の下で、展開構成において剛性であってもよい。
【0027】
【0028】
本明細書に記載の例示的な実施形態は、折り畳まれた構成から展開構成へ、または展開構成から折り畳まれた構成への、トラスの移行を支援し得る展開システムを備えてもよい。
【0029】
トラス構造体３００の例示的な実施形態は、複数の構造体部材３０２およびノード３０４を備える。構造体部材およびノードは、図２Ａ～図２Ｃに関して説明したように、または本明細書で説明したように、構造体部材２０２またはノード２０４を備えてもよい。構造体部材３０２は、本明細書に記載の変形可能構造体を備えてもよい。図示のようなロンジロンは、変形可能であってもよい。
【0030】
図示のように、ロンジロンは、形状記憶複合材を具備する変形可能部材を備える。形状記憶複合材は、外力が加えられる下で変形可能であってもよい。形状記憶複合材は、外力が取り除かれた後に、自動的にまたは受動的に戻る、記憶された構成を有してもよい。図示されるように、記憶された構成は線形構成であり、変形された構成は曲げられている。
【0031】
本明細書に示すトラスシステム３００はまた、展開システムを提供する。展開システムは、ケーブル３０８および複数のプーリ３１０を備えてもよい。
【0032】
システムは、図３Ａに示すような展開構成を備えてもよい。ケーブルは、ケーブルに中立的な張力が加えられるように配置されてもよく、またはケーブルがせん弾力をロンジロンに加えないように、ケーブルが張力を受けていないように配置されてもよい。ケーブルは、ロンジロンに外力を加えていないので、ロンジロンは、記憶された構成を維持する。したがって、ロンジロンは直線状であり、展開される。
【0033】
システムは、ロンジロンが変形され、構造体が折り畳まれた収容構成を備える。図３Ｂは、展開構成から収容構成への例示的な移行を示す。力がケーブル３０８に加えられ、ケーブルは張力を受ける。ケーブルは、トラスの両側に結合され、トラスの同じ側の隣接する長手方向のロンジロンとトラスの両側の対向するロンジロンとの間でジグザグに結合される。例えば、ケーブルは、トラスの第１の側の第１のロンジロンに結合され、次いでトラスの第２の側の第１の反対側のロンジロンに結合される。トラスの第２の側は、トラスの第１の側の反対側にある。第１のロンジロンは、第１の対向するロンジロンから長手方向にオフセットされてもよい。次いで、ケーブルは、トラスの第１の側の第２のロンジロンと結合されてもよい。第２のロンジロンは、第１のロンジロンに長手方向に隣接していてもよい。第２のロンジロンは、第１の対向するロンジロンから長手方向にオフセットされてもよい。次いで、ケーブルは、第２の対向するロンジロンに結合されてもよい。第２の対向するロンジロンは、第１の対向するロンジロンに長手方向に隣接していてもよく、第２のロンジロンから長手方向にオフセットされていてもよい。ケーブルは、このようにしてｎ本のロンジロンおよびｎ本の対向するロンジロンを繰り返してもよく、トラスの対向する側の間にジグザグを形成してもよい。ケーブルに力が加えられると、部材をトラスの中心またはトラスの反対側に変形させる変形可能なロンジロンに力が加えられる。したがって、システムは、折り畳むように構成されてもよく、ケーブルに張力を継続的に加えることによって、収容構成に留まってもよい。ケーブルから張力が取り除かれると、ロンジロンは記憶された構成に戻り、展開構成に展開できる。
【0034】
【0035】
本明細書に記載の例示的な実施形態は、アンテナおよび集光器用の軽量で低収容体積の展開可能な外周トラスの設計として使用されてもよい。本明細書に記載の例示的な実施形態は、ロンジロンおよび斜材を備えてもよい。例示的な実施形態では、横方向部材またはバッテン部材は存在しない。例示的な実施形態は、本明細書に記載の構成の任意の組み合わせを備える。
【0036】
例示的な実施形態では、ロンジロンおよび斜材は、鋼、アルミニウム、またはチタンなどの剛性部材で作ることができる。それらはまた、あるいは代替的に、（ａ）炭素、（ｂ）繊維ガラス、（ｂ）ケブラー（登録商標）、（ｃ）ベクトラン（登録商標）、（ｄ）エラストマー形状記憶炭素複合材（ＳＭＣＣ、ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、（ｅ）Ｓｕｂ－Ｔｇ樹脂含浸構造布から作製された剛性化可能な複合材料、（ｆ）類似材料、または（ｇ）それらの組み合わせの複合材、から作製され得る。Ｓｕｂ－Ｔｇ複合材用の構造布は、（ａ）炭素、（ｂ）繊維ガラス、（ｃ）ケブラー（登録商標）、（ｄ）ベクトラン（登録商標）（ｅ）類似材料、または（ｆ）それらの組み合わせ、であってもよい。
【0037】
部材が形状記憶複合（ＳＭＣＣ）構造布で作られている場合、得られた複合材はパッケージのために折り重ねられることができ、拘束が取り除かれると、展開して記憶された形状を求める。一方、ロンジロンが、鋼、アルミニウム、チタン、（ａ）炭素、（ｂ）ガラス繊維、（ｃ）ケブラー（登録商標）および（ｄ）ベクトラン（登録商標）の複合材のような剛性部材で作られている場合、その中間点またはその長さに沿ってロックヒンジが存在してもよい。ヒンジは、収容のためにその中間点または他の所望の長さで、ロンジロンを曲げるために使用されてもよい。ＳＭＣＣ複合材料が使用される場合、その長さに対して垂直に点荷重が加えられるときに材料が曲がりやすいので、ヒンジは必要ではなく、ロンジロンをその中間点または所望の位置で曲げることができる。ＳＭＣＣ部材が展開されると、それは圧縮－引張部材になることができる。
【0038】
本明細書に記載のＳｕｂ－Ｔｇ樹脂は、その温度がそのガラス転移温度Ｔｇを下回ると剛性になる、ポリマー樹脂またはポリウレタン樹脂であってもよい。
【0039】
形状記憶複合材料は、本明細書に記載の例示的な実施形態が、非構造体の様式で外力の印加下で折り畳むことを可能にする。したがって、折り畳まれた構成は、保管区画または加えられる外力に基づいて動的に決定されてもよい。例えば、形状記憶複合材は、力が加えられたときに、長さに沿って可撓性または変形可能であってもよい。しかしながら、形状記憶複合材は、力が取り除かれると、記憶された構成に戻る。したがって、例示的な実施形態は、外力が加わることよって、軌道離脱装置構造体が減少した保管体積を有する格納構成内に保持される、格納構成と、外力が取り除かれると、より大きな保管体積を有する軌道離脱装置構造体が完全に展開される展開構成とを含んでもよい。換言すれば、記憶された、または偏った構成は、軌道離脱装置構造体が、ソーラーセイルもしくは大気減速装置、または他の大面積形状として使用するように構成された展開構成であってもよい。例示的な実施形態では、形状記憶複合材は、外力が加えられた下で任意の方向に柔軟であってもよい。例示的な実施形態では、形状記憶複合材は、部材の長さに沿って、または部材の全長に沿って複数の位置で柔軟であってもよい。例示的な実施形態では、形状記憶複合材は、外力が取り除かれると、直線、円形、卵形、湾曲、放物線、らせん、または他の所定の形状などの記憶された構成に戻ることができる。
【0040】
例示的な形状記憶複合材料は、炭素繊維、ベクトラン（登録商標）、ケブラー（登録商標）、繊維ガラス、グラスファイバー、プラスチック、および／または繊維金属のうちの１つ以上の基材を含む。基材はストランドを備える。ストランドは、構造体の長さに沿ってほぼ整列していてもよく、１つまたは複数の整列配置を含んでいてもよく、巻き付けられていても、らせん状に配置されていてもよく、織られていてもよく、またはそれらの任意の組み合わせであってもよい。形状記憶複合材料は、基材の周りおよび／または基材の間のマトリックスを含む。マトリックスは、シリコーン、ウレタン、またはエポキシであってもよい。例示的な形状記憶複合材料は、「複合材料」と題する、共同所有の米国特許出願公開第２０１６／０２８８４５３号明細書に記載されている。変形を可能にする高歪み材料。高歪み材料は、一般に、３％を超えて歪み、塑性変形に入らない能力を有する。換言すれば、材料は、３％を超えて屈曲してもよい。
【0041】
例示的な実施形態では、形状記憶複合材料は、折り重ねられた／パッケージされた状態での長期間の収容後であっても、所望の形状記憶保持を達成するように制御され得る繊維対樹脂の体積分率比を有する。例示的な繊維対樹脂の体積分率比は、５２～６５、すなわち５２％～６５％の繊維、または４８％～３５％のマトリックスまたは樹脂である。平均繊維対マトリックス比は約５８％である。繊維は、炭素、ケブラー（登録商標）、ベクトラン（登録商標）、ナイロン、または本明細書に記載される他の方法であってもよく、樹脂は、ウレタン、シリコーン、またはエポキシ、またはマトリックスとして本明細書に記載される他の方法であってもよい。
【0042】
図５Ａ～図５Ｂは、本明細書に記載の実施形態による、バッテンレストラスの例示的な実施形態を備える、支持構造体を使用する例示的な用途を示す。図６は、図５Ａ～図５Ｂの用途の例示的な構成要素の分解図を示す。図５Ａ～図６の用途は、バッテンレス（垂直材がない）空間展開可能アンテナの例示的な概念を示す。本明細書では、反射器、コレクタなどの他の用途も企図される。
【0043】
宇宙内の大面積反射器は、一般に、通信またはレーダ撮像のための無線周波数（ＲＦ）反射器アンテナとして、ならびに、太陽光発電電力を生成するための太陽光集光器として使用される。空間展開可能な反射器アンテナまたは太陽集光器は、好ましくは軽量であり、ロケットブースタのフェアリング内に適合するのに十分小さい容積に折り畳むことができる。本明細書に記載の例示的な実施形態は、低重量、低収容体積の折り畳み可能な反射器アンテナ／集光器外周トラス支持体を含み、バッテン（横方向部材）を含まない。この実施形態における外周トラスの例示的な目的は、反射器および反転ドームを接続して支持することである。外周トラスと嵌合できる反射器および反転ドームは、剛性の非導電性または導電性材料で作られたネットメッシュ面である。反射器ドームは、適切な張力下で特定の形状、すなわち回転面を達成するように設計することができる。回転面は、任意の回転面であってもよく、例えば、放物面、球面など、またはそれらの実質的な近似であってもよい。反転ドームは、反射器ドームの鏡像であってもよいが、反射器ドームの鏡像ほど正確である必要はない。反転ドームと反射器ドームとの間には、導電性メッシュに応力または張力を付与するために使用される張力タイ（力要素）がある。したがって、反射器および反転ドームは、これらの張力タイのためのアンカーポイントを提供する。適切に張力がかけられると、反射器ドームは導電性メッシュと接触し、導電性メッシュを反射器ドームと同じ形状にする。導電性メッシュは、電磁エネルギーの反射器として機能する。ＲＦ用途では、導電性メッシュはまた、数百オングストロームの蒸着またはスパッタリングされたアルミニウムもしくは銀で金属化された薄膜であってもよい。太陽集光器用途では、導電性メッシュは、数百オングストロームの蒸着またはスパッタリングされたアルミニウムもしくは銀で金属化された薄膜に置き換えられる。他の材料の薄膜も可能である。薄膜は、例えば、ポリイミドまたはポリエステル材料であってもよい。
【0044】
図５Ａ～図６に示すように、反射器５００の例示的な実施形態が提供される。反射器は、本明細書に記載の実施形態による外周トラスを備える。外周トラスは、本明細書で説明するように、ロンジロン５０４を備える。反射面５０６は、外周トラス５０２に結合されている。支持接続部は、ネット外周５１０を懸架し、反射器表面の外縁５０８に張力を与え、張力ドラム５０８を形成する。この実施形態における外周トラス５０２は、反射器ドーム６０２および反転ドーム６０４と結合してこれを支持してもよい。反射器ドーム６０２および反転ドーム６０４は、ネット、メッシュ、ケーブル等を備えてもよい。反転ドーム６０４と反射器ドーム６０２との間には、導電性メッシュに応力または張力を付与するために使用される張力タイ６０６（力要素）が存在してもよい。
【0045】
図７Ａ～図８Ｂは、本明細書に記載の実施形態によるバッテンレストラスの例示的な実施形態で達成可能な、減少した保管体積の例示的な比較を示す。図７Ａ～図８Ｂは、本明細書に記載のバッテンレストラスおよび従来のトラスシステムの例示的な実施形態の収容高さの比較を示す。
【0046】
例示的な実施形態の利点／特徴は、例示的な空間展開可能アンテナの収容体積が、既存の類似構成の少なくとも半分となる可能性があることである。伸縮自在の斜材を使用することにより、収容体積の更なる低減が達成できる。
【0047】
図８Ａと図８Ｂとの比較が示すように、従来のシステムの構成の収容高さＨｓは、図８Ｂに示す本明細書に記載の実施形態によるバッテンレストラスの収容高さｌｄよりも長い。図８Ｂにおいて、バッテンレス斜材は、より短く伸縮自在にされた場合に達成され得るようには、収容構成において収縮されていない。したがって、バッテンレス外周トラスは、従来のシステムよりも大幅に短い収容高さを達成できる。
【0048】
部材がエラストマー形状記憶複合材料で作製される場合、Ｓｕｂ－Ｔｇがそのガラス転移温度を上回るときにＳｕｂ－Ｔｇ材料を折り重ねるのと同様に、材料を中間点または所望の位置で折り重ねることができるので、ヒンジは必要ではない。
【0049】
設計の例示的な実施形態は、上述したように、様々なバージョンの剛性または剛性化可能な材料で実施できる。本発明の例示的な実施形態は、低ＣＴＥ炭素複合チューブで作られた剛性斜材、ロンジロン用の形状記憶炭素複合材（ＳＭＣＣ）、導電性メッシュ用の金メッキされたモリブデンワイヤ、および反射器および反転ドーム用のベクトラン（登録商標）布複合材を利用する。
【0050】
同様の展開可能な宇宙アンテナに対する本発明の利点は、収容高さが、米国特許第５６８０１４５号明細書に記載されているような従来の構成よりも、少なくとも半分だけ短いという事実である。この事実は、バッテンレストラスの例示的な実施形態が、従来の構成を発射するために必要とされるものよりも１つ小さいサイズのロケットブースタを使用して打ち上げ可能であることを意味する。これは、発射コストだけで数千万ドルの節約になる。
【0051】
本明細書に記載の例示的な実施形態の斜材は、トラスがその完全展開構成よりも短い高さで収容されることができるように、伸縮自在の斜材であってもよい。
【0052】
例示的な実施形態では、形状記憶構成要素は、形状記憶複合材を備えてもよい。形状記憶複合材は、マトリックスまたは樹脂に保持された繊維を備えてもよい。例示的な実施形態では、形状記憶複合材は、部材の長さに沿って、または部材の全長に沿って複数の位置で柔軟であってもよい。例示的な実施形態では、形状記憶複合材は、外力が取り除かれると、直線、円形、卵形、湾曲、放物線、らせん、または他の所定の形状などの記憶された構成に戻ることができる。所定の形状は、外力を使用せずに維持される構造体の形状であってもよい。所定の形状は、１つまたは複数の他の形状記憶複合材料、エンベロープ、および／または本明細書に記載の他の支持構造体との関係および接続によって画定できる。
【0053】
例示的な形状記憶複合材料は、炭素繊維、ベクトラン（登録商標）、ケブラー（登録商標）、ガラス繊維、グラスファイバー、プラスチック、および／または繊維金属のうちの１つまたは複数の基材を含む。基材はストランドを含んでもよい。スタンドは、構造体の長さに沿ってほぼ整列されてもよく、１つまたは複数の整列配置を含んでもよく、巻き付けられても、らせん状に配置されてもよく、織られてもよく、またはそれらの任意の組み合わせであってもよい。形状記憶複合材料は、基材の周りおよび／または基材の間にマトリックスを含んでもよい。マトリックスは、シリコーン、ウレタン、またはエポキシであってもよい。例示的な形状記憶複合材料は、「複合材料」と題する、共同所有の米国特許出願公開第２０１６／０２８８４５３号明細書に記載されている。例示的な実施形態は、変形を可能にするための高歪み材料を含む。高歪み材料は、一般に、３％を超えて歪み、塑性変形に入らない能力を有する。換言すれば、材料は、３％を超えて屈曲してもよい。
【0054】
例示的な実施形態では、形状記憶複合材料は、折り重ねられた／パッケージされた状態で長期間保管した後でも所望の形状記憶保持を達成するように制御できる、繊維対樹脂の体積分率比を含む。例示的な繊維対樹脂の体積分率比は、５２～６５、すなわち５２％～６５％の繊維または４８％～３５％のマトリックスまたは樹脂である。平均繊維対マトリックス比は約５８％である。繊維は、炭素、ケブラー（登録商標）、ベクトラン（登録商標）、ナイロン、または本明細書に記載される他のものであってもよく、樹脂は、ウレタン、シリコーン、またはエポキシ、またはマトリックスとして本明細書に記載される他のものであってもよい。
【0055】
例示的な実施形態では、形状記憶複合材料で構成された部材は導電性であってもよい。構成要素の一部のすべてが導電性であってもよい。構成要素は、形状記憶材料に導電性材料を組み込むことによって導電性としてもよい。構成材料は、金属粉末、コーティング、包装、シート、フィルム、塗料、ストランド、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。導電性材料は、繊維、樹脂、繊維の表面、構成材料の表面、またはこれらの組み合わせであってもよい。例示的な実施形態では、形状記憶複合構成要素は導電性であり、構成要素を銅の薄板で包むことによってアンテナ形状を作成する。銅シートは、形状記憶複合材料シャフトの外面に接着または他の方法で結合されてもよい。
【0056】
本明細書に記載の実施形態は、支持構造体を備えてもよい。支持構造体は、折り畳み可能および／または変形可能であってもよい。支持構造体は誘電体膜であってもよい。支持構造体は、変形可能な部材を備えてもよい。支持構造体は、細長の部材、ロッド、布、メッシュ（ネット）、シート、およびそれらの組み合わせであってもよい。例示的な実施形態は、アンテナ、コレクタ、反射器、または他の用途として使用される支持構造体を備える。支持構造体は、形状記憶複合材料、導電性構成要素、アンテナの他の構成要素、またはそれらの組み合わせに結合されてもよい。
【0057】
例示的な実施形態では、追加の構造体を使用して、支持構造体および／または導電性構成要素を変形および／または支持してもよい。例示的な実施形態では、追加の構造体は可撓性構成要素を含んでもよいが、形状記憶であってもなくてもよい。追加の支持構造体は、形状記憶構成要素および／または支持構造体に結合して、構成要素部分を互いに結合し、展開形状を画定し、構成要素部分間の追加の取り付け点を支持または形成し、展開に影響を及ぼし、あるいはアンテナ構造体の設計に寄与してもよい。
【0058】
本明細書に記載の例示的な実施形態は、本明細書に記載の特徴の任意の組み合わせを使用してもよい。例示的な実施形態では、支持構造体およびその用途、例えば反射器、アンテナ、コレクタなどは、別個の構成要素部分であるか、および／または単一の構成要素部分が２つ以上の構成要素部分として機能するように１つ以上の方法で統合されているかにかかわらず、支持構造体、形状記憶複合構成要素、導電性構成要素、追加の構造体の任意の組み合わせを含んでもよい。例示的な実施形態は、支持構造体、形状記憶複合構成要素、導電性構成要素、および可撓性構成要素を備える追加の構造体の任意の組み合わせを備える。可撓性構成要素は、任意の点でまたは長さに沿って屈曲することができる構成要素部分を備える。例示的な実施形態では、支持構造体、形状記憶複合構成要素、導電性構成要素、および追加の構造体の任意の組み合わせは、非構造体の動的変形を可能にする。本明細書で説明するように、非構造体の動的変形は、構成要素を変形させる外力によって画定され得る柔軟性を可能にするが、事前構成されたまたは構造的に限定された方法ではない。
【0059】
本明細書に記載の例示的な実施形態は、複数のノードと、複数のノードによって結合された複数の構造体部材とを含むトラス構造体を備える。複数の構造体部材は、複数のロンジロンおよび複数の斜材を備えてもよい。複数のロンジロンは、変形可能な部材を備えてもよい。複数の斜材は、剛性部材を備えてもよい。
【0060】
本明細書に記載の例示的な実施形態は、外周トラスとして構成された本明細書に記載のトラス構造体を有するシステムと、外周トラスに結合された第１の支持構造体と、第１の支持構造体に支持された反射面と、外周トラスに結合された第２の支持構造体と、第１の支持構造体と第２の支持構造体との間に接続された力要素と、を含んでもよい。システムは、展開構成および収容構成を備えてもよい。収容構成におけるシステムは、変形状態にある複数のロンジロンを含んでもよい。展開構成は、記憶状態にある複数のロンジロンを備えてもよい。複数のロンジロンは、形状記憶複合材料を備えてもよい。
【0061】
システムの例示的な実施形態は、１つまたは複数のケーブルおよび複数のプーリを備える展開システムを含んでもよい。展開システムは、１つ以上のケーブルに張力を加えることにより複数のロンジロンに力を加え、それによって、収容構成内にシステムを移行または保持するように構成されてもよい。
【0062】
複数の斜材は、伸縮自在の部材を備えてもよい。複数のロンジロンは、形状記憶複合材料を備えてもよい。
【0063】
本明細書に記載の実施形態に対して多くの変形および修正を行ってもよく、その要素は他の許容可能な例の中にあると理解されるべきであることを強調すべきである。そのような修正および変形はすべて、本開示の範囲内に含まれ、以下の特許請求の範囲によって保護されることが意図されている。さらに、本明細書に記載のステップのいずれも、同時に、または本明細書で順序付けられたステップとは異なる順序で、実行できる。さらに、明らかなように、本明細書に開示された特定の実施形態の特徴および属性は、追加の実施形態を形成するために異なる方法で組み合わせられてもよく、そのすべてが本開示の範囲内に入る。
【0064】
特定の用語は、参照のみを目的として以下の説明で使用されてもよく、したがって、限定することを意図するものではない。例えば、「上（ａｂｏｖｅ）」および「下（ｂｅｌｏｗ）」 などの用語は、参照される図面における方向を指す。「前（ｆｒｏｎｔ）」、「後（ｂａｃｋ）」、「左（ｌｅｆｔ）」、「右（ｒｉｇｈｔ）」、「後（ｒｅａｒ）」、および 「側（ｓｉｄｅ）」などの用語は、一貫しているが任意の基準系内の構成要素または要素の部分の向きおよび／または位置を説明しており、これは、説明中の構成要素または要素を説明する本文および関連する図面を参照することによって明らかになる。さらに、「第１（ｆｉｒｓｔ）」、「第２（ｓｅｃｏｎｄ）」、「第３（ｔｈｉｒｄ）」などの用語は、別個の構成要素を説明するために使用されてもよい。そのような用語は、具体的に上述した単語、その派生語、および同様の意味の単語を含むことができる。
【0065】
本明細書で使用される条件付き言語、とりわけ、「できる（ｃａｎ）」、「かもしれない（ｃｏｕｌｄ）」、「してもよい（ｍｉｇｈｔ）」、「してもよい（ｍａｙ）」、「例えば（ｅ．ｇ．）」などは、特に明記しない限り、または使用される文脈内で理解されない限り、一般に、特定の実施形態が特定の特徴、要素、および／または状態を含むことを伝えることを意図している。しかしながら、そのような言語はまた、特徴、要素または状態が存在しない実施形態も含む。したがって、そのような条件付き言語は、一般に、特徴、要素、および／または状態が１つまたは複数の実施形態に何らかの形で必要とされること、あるいは、１つまたは複数の実施形態が別の実施形態によって説明されていない構成要素を必然的に除外することを意味することを意図するものではない。
【0066】
さらに、本明細書では以下の用語が使用されている場合がある。単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上他に明確に指示されない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、アイテムへの参照は、１つまたは複数のアイテムへの参照を含む。「それら（ｏｎｅｓ）」という用語は、１つ、２つ、またはそれ以上を指し、一般に、ある量の一部または全部の選択に適用される。「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」という用語は、２つ以上のアイテムを指す。
【0067】
本明細書で使用される場合、任意の数値、範囲、形状、距離、相対関係などについての「約（ａｂｏｕｔ）」、「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」または「おおよそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」という用語は、構成要素の一部または集合が本明細書に記載の意図された目的のために機能することを可能にする適切な寸法公差を示す。本明細書では数値範囲も提供され得る。別段の指示がない限り、各範囲は、端点、および提供された範囲内の任意の量を含むことが意図される。したがって、２～４の範囲は、２、３、４、および２．１、２．０１、および２．００１などの２と４との間の任意の部分を含む。範囲はまた、２～４が２～３および３～４を含むような範囲の任意の組み合わせを包含する。
【0068】
本明細書および特許請求の範囲で使用される場合、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語およびそれらの変形は、指定された特徴、ステップまたは整数が含まれることを意味する。これらの用語は、他の特徴、ステップまたは構成要素の存在を排除すると解釈されるべきではない。
【0069】
前述の説明、または以下の特許請求の範囲、または添付の図面に開示された特徴は、それらの特定の形態で、または開示された機能を実行するための手段、または開示された結果を達成するための方法もしくはプロセスに関して、必要に応じて、別個に、またはそのような特徴の任意の組み合わせで、本発明をその多様な形態で実現するために利用されてもよい。
【0070】
本発明の実施形態を添付の図面を参照して十分に説明したが、様々な変更および修正が当業者には明らかになることに留意されたい。そのような変更および修正は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の実施形態の範囲内に含まれると理解されるべきである。具体的には、例示的な構成要素が本明細書に記載される。これらの構成要素の組み合わせは任意である。例えば、任意の構成要素、特徴、ステップまたは部分は、統合され、分離され、細分され、除去され、複製され、追加され、または任意の組み合わせで使用され、本開示の範囲内に留まることができる。実施形態は単なる例示であり、特徴の例示的な組み合わせを提供するが、それに限定されない。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図8A】
【図8B】
【国際調査報告】