(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
収納形状および伸長形状の間で移動可能な伸縮式構造（１００；２４００；２５００）であって、該構造は、
複数の反復ユニット（２５０１，２５０２）をそれぞれ備える複数の壁（４０１，４０２，４０３，４０４）を備え、前記伸長形状において、各壁が実質的に平面となり、かつ前記構造が多角形断面を有するように、前記壁が配置され、
各反復ユニットが、複数のテープバネヒンジ（１０９，１１０，１１１，１１２，１１３，１１４；２４０３）によって接続された複数の部分（１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６；２４０１，２４０２）を備え、
前記テープバネヒンジが、前記収納形状において弾性エネルギーを蓄積するように配置され、前記テープバネヒンジは前記構造を前記伸長形状にさせる力を前記構造に加える、伸縮式構造。
【請求項２】
前記複数のテープバネヒンジが、複数の第１ヒンジ（２４０３）を備え、かつ前記構造が、
複数の第２ヒンジ（２４０４）をさらに備え、
前記複数の壁の各１つの内の隣接する反復ユニットは、互いに前記複数の第２ヒンジの１つによって直接接続されている、請求項１に記載の伸縮式構造。
【請求項３】
前記複数のテープバネヒンジが、複数の第１ヒンジを備え、かつ前記構造が、
複数の第２ヒンジ（２５０４，２５０５）と、
前記複数の反復ユニットの隣接するユニットを接続するよう構成された複数の接続ユニット（２５０３；２６１１，２６２１）と、をさらに備え、
各接続ユニットは、前記複数の第２ヒンジの１つによって前記複数の反復ユニットの１つに接続されている、請求項１に記載の伸縮式構造。
【請求項４】
前記複数の接続ユニットの各１つは、前記伸長形状において前記構造のねじれおよび／または曲げに耐えるよう構成された堅いフレームを備えている、請求項３に記載の伸縮式構造。
【請求項５】
前記複数の部分は、前記構造が前記伸長形状から前記収納形状へ動く場合に、前記構造の内部に向かって折り畳まれるように配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の伸縮式構造。
【請求項６】
前記伸縮式構造が前記収納形状である場合に、前記複数の壁の隣接する壁内の前記複数の部分が重ならないように、前記複数の部分が構成されている請求項５に記載の伸縮式構造。
【請求項７】
前記複数の部分の各１つは、台形の形をしており、かつ前記伸縮式構造が前記収納形状である場合に前記複数の壁の隣接する壁内の前記複数の部分が重ならないような角度に形成された側辺部を備える、請求項６に記載の伸縮式構造。
【請求項８】
前記構造が前記伸長形状においてＮ辺の正多角形断面を有し、かつ前記複数の部分の各１つの側辺および長辺の間の角度αが、
【数１】
0005694306.tif 000005
によって与えられる、請求項７に記載の伸縮式構造。
【請求項９】
前記複数のテープバネヒンジが、複数の第１ヒンジ（１１１，１１２）および第２ヒンジ（１０９，１１０，１１３，１１４）を備え、
各壁内の反復ユニットは、複数の第３ヒンジ（１０７，１０８）によって接続され、かつ
前記伸長形状において、各前記第１ヒンジは、２つの第２ヒンジの間に介在し、かつ前記壁の縦端部に実質的に垂直な第１ヒンジ軸を有し、前記第２ヒンジは、前記第１ヒンジ軸に対して傾斜した第２ヒンジ軸を有する、請求項１に記載の伸縮式構造。
【請求項１０】
前記伸縮式構造が、望遠鏡本体を形成し、かつ前記構造の内面および外面の少なくとも１つに取り付けられた可撓性のシュラウド（３１０１）をさらに備え、該シュラウドは、前記構造の前記壁を通じる光の伝播を遮るように配置されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の伸縮式構造。
【請求項１１】
前記複数の部分が少なくとも１つの堅いパネルまたはフレームを備え、該パネルは開口部を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の伸縮式構造。
少なくとも１つの前記第１，第２および第３ヒンジが、テープバネヒンジを備え、該テープバネヒンジは、前記収納形状において弾性エネルギーを蓄積するように配置され、前記ヒンジは前記構造を前記伸長形状にさせる力を前記構造に加える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の伸縮式構造。
【請求項１２】
前記第１、第２および第３ヒンジのうち少なくとも１つのヒンジが、前記ヒンジに取り付けられた前記部分の両側に配置されたテープバネを備え、両側の前記テープバネは、対向する湾曲部を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の伸縮式構造。
【請求項１３】
前記構造の内面および／または外面に固定された複数のスタッド（１４０１，１４０２，１４０３，１５０１）をさらに備え、前記複数のスタッドは、前記構造の上部から下部への連続的な荷重経路を提供するように、前記収納形状において一直線になるように配置されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の伸縮式構造。
【請求項１４】
前記構造が、一端部における断面が、他端部における断面より小さくなるように、前記構造の一端部から他端部へ線形的なテーパー状となっている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の伸縮式構造。
【請求項１５】
収納形状および伸長形状の間で移動可能な伸縮式構造（１００）であって、該構造は、
複数の反復ユニットをそれぞれ備える複数の壁（４０１，４０２，４０３，４０４）を備え、前記伸長形状において、各壁が実質的に平面となり、かつ前記構造が多角形断面を有するように、前記壁が配置され、
各反復ユニットは、複数の第１テープバネヒンジ（１１１，１１２）および第２テープバネヒンジ（１０９，１１０，１１３，１１４）によって接続された複数の部分（１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６）を備え、前記第１テープバネヒンジ（１１１，１１２）および前記第２テープバネヒンジ（１０９，１１０，１１３，１１４）が、前記収納形状において弾性エネルギーを蓄積するように配置され、前記第１テープバネヒンジ（１１１，１１２）および前記第２テープバネヒンジ（１０９，１１０，１１３，１１４）は前記構造を前記伸長形状にさせる力を前記構造に加え、
各壁内の反復ユニットは、複数の第３テープバネヒンジ（１０７，１０８）によって接続され、前記第３テープバネヒンジ（１０７，１０８）が、前記収納形状において弾性エネルギーを蓄積するように配置され、前記第３テープバネヒンジは前記構造を前記伸長形状にさせる力を前記構造に加え、
前記伸長形状において、各前記第１テープバネヒンジは、２つの第２テープバネヒンジの間に介在し、かつ前記壁の縦端部に実質的に垂直な第１ヒンジ軸を有し、前記第２テープバネヒンジは、前記第１ヒンジ軸に対して傾斜した第２ヒンジ軸を有する、伸縮式構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、限定されないが、特に宇宙ベースの用途において使用される伸縮式構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
宇宙機は、通常打ち上げロケットのフェアリング内において利用可能な容積によってそれらの寸法が制約される。これにより、打ち上げ時には比較的小さい容積に収容され、かつ後で宇宙機の寸法を大きくするために展開されることが可能な、様々なタイプの展開構造の開発がなされてきた。例えば、ソーラーパネルなどの大きい構成要素は、ヒンジで連結されたブームに取り付けられることができ、これにより打ち上げ中にはパネルは人工衛星本体のそばに折り畳まれ、かつ人工衛星が軌道にのると、より大きな表面積を提供するために広げられることが可能である。このような展開構造は、構造の展開制御にモーター駆動のケーブルまたはヒンジを使用することができ、または別の方法として、折り畳まれている場合には弾性エネルギーを蓄え、かつ一旦締結装置が解放されるとそれ自身の力により構造が展開できるバネ付ヒンジを使用することができる。このような自己展開式ブーム構造の例は、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第 6,343,442 号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そのうえ、多くの用途では、単純な直線構造または平面構造よりも閉じた構造を使用することが求められる。例えば、直径が数メートル、および長さが十メートル単位、および光のビームのために遮るもののない、すなわち支持ブーム／マストのない経路を提供する内断面を有する望遠鏡のシュラウドを提供することが求められる。あるいは、管状構造は、日よけまたは邪魔板のために必要となることがあり、または管状または多角形断面により提供される剛性を増すために単に望まれる。特に、内部の構成要素を遮蔽し、かつ構造の支持を提供する望遠鏡本体の場合、展開構造には正確に管理された寸法が必要である。管状の展開構造についての従来技術の解決法は、複雑、かつ扱いにくい機構が必要である入れ子構造、および空間内が化学的架橋によって強化された膨張式の構造を含むが、最終的な寸法を十分に管理することができない。本発明は、既存の装置についての欠点に対処することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によると、収納形状および伸長形状の間で移動可能な伸縮式構造が提供され、該構造は、それぞれが複数の反復ユニットを備える複数の壁を備え、壁は、伸長形状では、各壁が実質的に平面となり、かつ構造が多角形断面を有するように配置され、各反復ユニットは、複数のヒンジによって接続された複数の部分を備える。
【０００６】
複数のヒンジは、複数の第１ヒンジを備えることができ、かつ構造は、複数の第２ヒンジをさらに備えることができ、複数の壁の各１つの内の隣接する反復ユニットは、互いに複数の第２ヒンジの１つによって直接接続されている。
【０００７】
複数のヒンジは、複数の第１ヒンジ備えることができ、かつ構造は、複数の第２ヒンジ、および複数の反復ユニットの隣接するユニットを接続するよう構成された複数の接続ユニットをさらに備えることができ、各接続ユニットは、複数の第２ヒンジの１つによって複数の反復ユニットの１つに接続されている。
【０００８】
複数の接続ユニットの各１つは、伸長形状において構造のねじれおよび／または曲げに耐えるよう構成された堅いフレームを備えることができる。
【０００９】
複数の部分は、構造が伸長形状から収納形状に動く場合に、構造の内部に向かって折り畳まれるように配置されることができる。
【００１０】
複数の部分は、伸縮式構造が収納形状の場合に複数の壁の隣接する壁内の複数の部分が重ならないように構成されることができる。複数の部分の各１つは、台形形状とすることができ、かつ伸縮式構造が収納形状の場合に複数の壁の隣接する壁内の複数の部分が重ならないような角度に形成された側辺部を備えることができる。
【００１１】
構造は、伸長形状においてＮ辺の正多角形断面を有することができ、かつ複数の部分の各１つの側辺および長辺の間の角度αは、
【数１】
0005694306.tif 000002
によって与えられる。
【００１２】
複数のヒンジは、複数の第１および第２ヒンジを備えることができ、各壁内の反復ユニットは、複数の第３ヒンジによって接続され、ならびに伸長形状において、各第１ヒンジは、２つの第２ヒンジの間に介在し、かつ壁の縦端部に実質的に垂直な第１ヒンジ軸を有し、第２ヒンジは、前記第１ヒンジ軸に対して傾斜した第２ヒンジ軸を有する。
【００１３】
伸縮式構造は、望遠鏡本体を形成することができ、かつ構造の内面および外面の少なくとも１つに取り付けられた可撓性のシュラウドをさらに備えることができ、シュラウドは、構造の壁を通じる光の伝播を遮るよう配置されている。
【００１４】
複数の部分は、少なくとも１つの堅いパネルまたはフレームを備えることができ、パネルは、開口部を含む。
【００１５】
少なくとも１つの第１、第２および第３ヒンジは、テープバネヒンジを備えることができ、収納形状において弾性エネルギーを蓄えるようにテープバネヒンジが配置され、ヒンジは、構造を伸長形状にさせる力を構造に加える。少なくとも１つの第１、第２および第３ヒンジは、ヒンジに取り付けられた部分の両端に配置されたテープバネを備えることができ、両側のテープバネは、対向する湾曲部を有する。
【００１６】
伸縮式構造は、構造の内面および／または外面に固定された複数のスタッドをさらに備えることができ、複数のスタッドは、構造の上部から下部への連続的な荷重経路を提供するように、収納形状において一直線になるよう配置されている。
【００１７】
構造は、一端部における断面が他端部における断面より小さくなるように、構造の一端部から他端部へ線形的なテーパー状とすることができる。
【００１８】
本発明によると、収納形状および伸長形状の間で移動可能な伸縮式構造がさらに提供され、構造は、複数の反復ユニットをそれぞれ備える複数の壁を備え、壁は伸長形状において各壁が実質的に平面となり、かつ構造が多角形断面を有するように配置され、各反復ユニットは、複数の第１および第２ヒンジによって接続された複数の部分を備え、各壁内の反復ユニットは、複数の第３ヒンジによって接続され、かつ伸長形状において、各第１ヒンジは、２つの第２ヒンジの間に介在し、および壁の縦端部に実質的に垂直な第１ヒンジ軸を有し、第２ヒンジは、前記第１ヒンジ軸に対して傾斜した第２ヒンジ軸を有する。したがって構造は、コンパクトに収納形状に折り畳まれることができ、例えば打ち上げロケットに収まるように構造を組み込んだ人工衛星が可能となる。そして例えば、構造が取り付けられた人工衛星本体から所望の距離だけ離すように、構造の一端部に取り付けられたペイロードを移動するために、構造は、後の段階において展開可能である。構造の内部は、収納形状および伸長形状のどちらにおいても大部分は遮るものがない状態とすることができる。
【００１９】
伸長形状において、第１および第２ヒンジ、および縦端部は、各第１ヒンジの両側に三角形領域を形成することができる。伸長形状において、構造の角は、２つの隣接する壁の縦端部が接触する場所に形成されることができ、かつ収納形状において、構造は、前記縦端部が実質的に接触したままであるように第１、第２および第３ヒンジに沿って折り畳まれることができる。１つの連続的なシートの材料からできているシュラウドは、構造の表面に取り付けられることができ、かつシュラウドを引き伸ばす、または引き裂くことなく、収納形状に構造の端に沿って折り畳まれることができる。
【００２０】
伸長形状において、壁内の第１および第２ヒンジは、１つの平面上にあることができ、かつ収納形状において、前記第１および第２ヒンジは、前記平面から外へ移動することができる。
【００２１】
構造は、伸長形状においてＮ辺の正多角形断面を有することができ、かつ第１および第２ヒンジ軸の間の角度αは、
【数２】
0005694306.tif 000003
によって与えられる。
【００２２】
各壁は、複数の第４ヒンジによって隣接する壁に接続されることができる。これらのヒンジは、伸長形状において伸長式構造の剛性を増す追加的な構造支持を提供することができる。
【００２３】
伸長形状において、第４ヒンジの各１つは、構造の断面を形成する多角形の内角に向かって開口するように配置されることができる。
【００２４】
第１、第２および第３ヒンジの各１つは、ヒンジに取り付けられた部分が同一平面上になるように、伸長形状において１８０°の角度に開口するように配置されることができる。
【００２５】
第１および第２ヒンジは、収納形状において、構造の角を形成する複数の部分が構造の内部に向かって折り畳まれるように協働することができる。収納形状において、反復ユニット内の第１および第２ヒンジが接触する点は、構造内部から離れるように動く。
【００２６】
伸縮式構造は、望遠鏡本体を形成することができ、かつ構造の内面および外面の少なくとも１つに取り付けられた可撓性のシュラウドをさらに備え、シュラウドは、構造の壁を通じる光の伝播を遮るように配置される。したがって望遠鏡には、長い光学台を設けることができる一方で、打ち上げロケットに搭載するために比較的小さい体積に収納されることができる。
【００２７】
複数の部分は、第１および第２の三角形部分を備えることができ、各第２の三角形部分は、実質的に各第１の三角形部分の２倍の長さである。
【００２８】
複数の部分は、少なくとも１つの堅いパネルまたはフレームを備えることができ、パネルは開口部を含む。
【００２９】
少なくとも１つの第１、第２、第３および第４ヒンジは、テープバネヒンジを備えることができ、かつテープバネヒンジは、収納形状において弾性エネルギーを蓄積するよう配置され、ヒンジは構造が伸長形状にさせる力を構造に加えることができる。したがって構造は、自己展開式とすることができ、すなわち締結装置が解放されると自動的に展開することができ、構造を拡張するための外力を与える必要がない。テープバネヒンジが直線形状にロックアウトする傾向を有するため、構造は、所望の寸法を有する伸長形状に確実にロックアウトさせることができる。
【００３０】
第１、第２および第３ヒンジの各１つは、ヒンジに取り付けられた部分の両側に配置されたテープバネを備えることができ、両側のテープバネは、対向する湾曲部を有し、かつ第４ヒンジの各１つは、ヒンジに取り付けられた部分の一側に配置されたテープバネを備えることができる。両面のテープバネ装置は、ヒンジの座屈に対する抵抗を増し、かつヒンジが構造の伸長中に所望の角度を越えることを防ぐ、非偏心の荷重経路を提供する。
【００３１】
少なくとも１つの複数の部分、および第１、第２、第３および第４ヒンジは、炭素繊維強化ポリマー複合材から形成されることができる。この材料は、強く、軽量で、堅い構造の構築を可能にする。
【００３２】
伸縮式構造は、構造の内面および／または外面に固定された複数のスタッドをさらに備えることができ、かつ複数のスタッドは構造の上部から下部への連続的な荷重経路を提供するように、収納形状において一直線になるように配置されることができる。したがって構造は、スタッドのラインに沿った圧縮によって収納形状に最初から組み込まれることができる。スタッドはまた、収納形状における部分間の分離距離を制御することができる。
【００３３】
構造は、一端部における断面が他端部における断面より小さくなるように、構造の一端部から他端部へ線形的なテーパー状とすることができる。この装置を例えば構造がその長さに沿った一定の大きさの断面を有する必要がないような収束光ビームを有する望遠鏡に使用することができる。
【００３４】
本発明の実施形態は、添付の図面を参照して一例として説明されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態による多数の反復ユニットで構成されている完全伸長形状の伸縮式構造の一部分を表す。
【図２】部分的に折り畳まれた状態の図１に示された伸縮式構造の一部分を表す。
【図３ａ】図１および図２に示す様々な伸長段階の伸縮式構造の斜視図を表す。
【図３ｂ】完全に折り畳まれた形状の図１および図２に示す伸縮式構造の一部分を表す。
【図４】図１〜図３に示すものと類似したいくつかの壁部分を接続して形成された、本発明の他の実施形態による伸縮式構造を表す。
【図５】完全伸長形状の図４に示す伸縮式構造を表す。
【図６】様々な伸長段階の図４および図５に示す伸縮式構造を表す。
【図７】図６に示す伸長段階の３Ｄ斜視図を表す。
【図８ａ】本発明の実施形態による伸縮式構造に使用されるテープバネヒンジを表す。
【図８ａ】本発明の実施形態による伸縮式構造に使用されるテープバネヒンジを表す。
【図８ｃ】本発明の実施形態による伸縮式構造に使用されるテープバネヒンジを表す。
【図９ａ】完全伸長形状の図４および図５に示す伸縮式構造に使用されるヒンジの詳細を表す。
【図９ｂ】完全に折り畳まれた形状の図４および図５に示す伸縮式構造に使用されるヒンジの詳細を表す。
【図１０】完全伸長形状の図９ａおよび図９ｂに示される伸縮式構造に使用されるヒンジの１つのタイプさらなる詳細を表す。
【図１１】図１０のヒンジがつぶれた形状を示した、図９ｂの一部を通る断面を示す。
【図１２】完全伸長形状の図９ａおよび図９ｂに示す伸縮式構造で使用される別のタイプのヒンジのさらなる詳細を表す。
【図１３ａ】取り付けられたパネルの面内の回転に適応するために屈曲する図１２に示すテープバネヒンジを表す。
【図１３ｂ】図１２のヒンジが折り畳まれた形状を示した、図９ｂの別の部分を通る断面を示す。
【図１４】本発明の他の実施形態による構造の表面上の様々な位置に取り付けられたスタッドを有する伸縮式構造を表す。
【図１５】完全に折り畳まれた形状の構造の、図１４に示す構造を通る断面を示す。
【図１６ａ】本発明の実施形態による伸縮式構造を含む人工衛星を表す。
【図１６ｂ】本発明の実施形態による伸縮式構造を含む人工衛星を表す。
【図１７】本発明の他の実施形態による構造の展開速度を制御するためのダンパーを盛り込んだ伸縮式構造を表す。
【図１８】断面が異なる正多角形を有する、本発明の代替の実施形態による多数の伸縮式構造を表す。
【図１９】長方形断面を有する、本発明の他の実施形態による伸縮式構造を表す。
【図２０】長方形断面を有する、本発明の他の実施形態による代替の伸縮式構造を表す。
【図２１ａ】構造の一端部から他端部に線形に大きさが減少する正方形断面を有する、本発明の代替の実施形態による伸縮式構造を表す。
【図２１ｂ】構造の一端部から他端部に線形に大きさが減少する正方形断面を有する、本発明の代替の実施形態による伸縮式構造を表す。
【図２２】部分伸長形状（左）および完全伸長形状（右）の両方の、図２１ａおよび図２１ｂに示す構造を表す。
【図２３】構造の長さに沿って段階的に減少する断面を有する、本発明の代替の実施形態による伸縮式構造を表す。
【図２４ａ】伸長形状において構造の角を形成するパネルが省略された、本発明の実施形態による伸縮式構造を表す。
【図２４ｂ】伸長形状において構造の角を形成するパネルが省略された、本発明の実施形態による伸縮式構造を表す。
【図２５ａ】複数の支持ユニットを備える、本発明の実施形態による伸縮式構造を表す。
【図２５ｂ】複数の支持ユニットを備える、本発明の実施形態による伸縮式構造を表す。
【図２６】各反復ユニットが２つの個別の支持ユニットを備える、本発明の実施形態による伸縮式構造を表す。
【図２７】様々な伸長段階の図２５ａおよび図２５ｂに示す伸縮式構造を表す。
【図２８】図２７に示す伸長段階を３Ｄ斜視図で表す。
【図２９】伸長形状の図２５ａおよび図２５ｂの伸縮式構造を３Ｄの斜視図で表す。
【図３０】収納形状の図２５ａおよび図２５ｂの伸縮式構造を３Ｄ斜視図で表す。
【図３１ａ】本発明の実施形態による伸縮式構造の可撓性のシュラウドを備える。
【図３１ｂ】本発明の実施形態による伸縮式構造の可撓性のシュラウドを備える。
【図３２ａ】本発明の実施形態によるテープバネヒンジの入れ子を表す。
【図３２ｂ】本発明の実施形態によるテープバネヒンジの入れ子を表す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、本発明の実施形態による伸縮式構造の壁部１００の一部を表す。壁部１００は、完全伸長形状における構造として示されている。壁部が複数の類似のユニット（括弧Ａによって示される）を備えていることがわかり、該ユニットは、ｚ軸に沿って共に連結され、かつ繰り返されている。これら反復ユニットのそれぞれは、それ自体が６個の三角パネル１０１，１０２，１０３，１０４，１０５および１０６を備え、基本的な反復ユニットの全体の形が実質的に長方形となるように三角パネルが配置されている。三角パネルは、複数のヒンジ１０９，１１０，１１１，１１２，１１３および１１４によって互いに連結されている。反復ユニットＡは、追加的なヒンジ（例えばヒンジ１０７および１０８）によってｚ方向に隣接するユニットに連結されている。
【００３７】
これらのヒンジは共に２つのグループに分けることができる。第１グループは、伸長方向（すなわちこの実施形態においてはｚ軸）に垂直な軸を有する第１ヒンジ１０７，１０８，１１１および１１２である。示された実施形態において、全ての第１ヒンジは、ｙ軸に平行な軸を有するが、このグループは、またｘｙ平面上にある軸を有する任意のヒンジを備えることができる。第２グループは、第１グループに対して傾斜した軸を有する第２ヒンジ１０９，１１０，１１３および１１４である。第１および第２ヒンジの両方は、反復ユニットの中心点で交差するライン上に配置されている。図２，図３ａおよび図３ｂを参照して以下に説明されるように、第２ヒンジにより、構造は収納形状につぶされることができる。
【００３８】
図２は、図１に示されるものと同じだが、部分的に折り畳まれた状態の壁部１００を表す。構造１００がｚ軸に沿って折り畳まれると、第２ヒンジ１０９，１１０，１１３および１１４により、小さい三角パネル１０１，１０２，１０３および１０４は、大きいパネル１０５および１０６の間に折り曲げられることができる。ｚ軸に沿ってさらに圧縮されると、構造１００は、パネル１０１，１０２，１０３，１０４，１０５および１０６が全て実質的に平行かつ互いに重なり合った完全に折り畳まれた状態となる。完全伸長形状および完全に折り畳まれた形状の関係は、図３ａによく示されており、様々な伸長段階の構造１００が図示されている。全てのパネルが実質的に平行に水平面で互いに重なり合った、構造が完全に折り畳まれた形状においては、小さい三角パネルは、大きいパネルの間に折り曲げられ、かつ大きいパネルの間に挟まれる。この完全に折り畳まれた状態は、ｚ軸に沿って見た壁部１００を示す図３ｂに図示されている。このように小さい部分１０１，１０２，１０３および１０４を折り曲げることにより、折り畳まれた構造の形状を小さくすることができることがよくわかる。この形状により、折り畳まれる構造は、完全に伸長された状態（図１参照）の構造の全体の長さと比較して小さい体積に収まることができる。
【００３９】
この構造の別の利点は、多角形断面を有する伸縮式構造を形成するために多数の壁部が接続できることである。図４は、伸長されている場合に（図４は、完全に折り畳まれた形状の構造を示す）正方形断面を有する伸縮式構造４００を形成するために、４つの壁部４０１，４０２，４０３および４０４がそれらの側辺部で接続された実施形態を表す。しかし、他の実施形態において、異なる数の壁部を接続することができる。完全に折り畳まれた状態において隣接する壁部（例えば４０１および４０２）を互いに接続する角度を調整するために、図４に示す角度αを変えることができる。本実施形態において、αは２２．５°だが、例えば接続された３つの壁部が三角形断面を形成することができるようαを３０°まで調整することができる。
【００４０】
構造４００は、管状、すなわち中空であり、かつ平面の側壁により円形というよりも多角形の断面を有する閉じた外壁を有する。断面がＮ辺の正多角形を有する管状構造において、原則はα＝９０／Ｎ（°）である。しかしまた、不規則な多角形断面を有する構造を構成することが可能であり、その場合、多角形の関連する辺の長さに伴いαも変化するだろう。
【００４１】
図４に示された実施形態において、各壁部は、側辺部にて複数の第３ヒンジ４０５，４０６，４０７および４０８によって隣接する壁部に接続される。完全に折り畳まれた形状において、これら各ヒンジは、１８０°の角度に開かれ、ヒンジによって接続された三角パネルは同一平面に並ぶ。
【００４２】
図５は、図４に図示した構造の側面図を示す。構造は、伸長形状で示され、第３ヒンジ４０５，４０８，５０１，５０２，５０３，５０４，５０５，５０６が壁部分４０１の側辺部に沿って（すなわち、完全に拡張伸長された状態においてｚ軸に沿って見て構造４００の角に）ある状態が明瞭に示されている。構造は、正方形断面を有しているため、第３ヒンジ４０５，４０８，５０１，５０２，５０３，５０４，５０５，５０６のそれぞれ１つによって接続されたパネルは、完全伸長形状において９０°の角度をなす。これは、正方形の内角に対応する。しかし、当業者には、この角度が管状構造を構成するのに使用される壁の数、すなわち構造の断面が三角形、正方形、五角形、六角形などに依存することがわかるだろう。角度は、また断面が構造の長さに沿って一定であるか、すなわち構造が一端部から他端部にむけてテーパー状であるかに依存する。構造がテーパー状である場合、各側壁の端は平行ではなく、したがって９０°／Ｎの法則は適用されない。テーパー状の断面はまた、追加的なヒンジを使用する必要がある、より複雑な折りたたみ形状となる。
【００４３】
図６は、図６（ａ）の収納された（すなわち完全に折り畳まれた）段階から図６（ｄ）の展開された（すなわち完全に伸長された）段階への様々な伸長段階の図４および図５の構造４００を示す。図の上の列は、図５に類似の側面斜視図に相当し、図の下の列は、図４に類似の上から見た図に相当する。図７は、斜視図を用いた類似の展開順序を示す。
【００４４】
上述の実施形態は、小さい体積に折りたたむことができる多様な伸縮式構造を提供する。ある実施形態においては、構造は、例えば構造の一端部につながれたケーブルによって伸長方向の外力を加えることにより展開されることができる。しかし、図８〜図１３を参照して説明される代替の実施形態においては、構造の伸長に必要な力は、構造が折り畳まれた状態において弾性エネルギーを蓄えるテープバネヒンジによって提供される。
【００４５】
図８ａ〜図８ｃは、テープバネヒンジの作用の基本的な原理を示す。ヒンジ８０１は、巻尺に類似した、比較的浅い曲率半径で幅方向に湾曲した薄壁のストリップとして形成されている。テープバネ８０１は、弾性材料から製造され、したがって図８ａに示すように、変形される場合著しい量の弾性エネルギーを蓄えることができる。この蓄えられたエネルギーは、変形したテープバネを閉じる力が取り除かれた場合に元のまっすぐな形状に跳ね返ろうとする復元力を提供する。湾曲した断面はまた、まっすぐで変形してない状態の場合にテープバネに追加的な剛性を与える。
【００４６】
ヒンジは、１つのテープバネ（例えば図８ａ）から、または図８ｂおよび図８ｃに示すように背合わせに配置された一対のテープバネから形成されることができる。図８ｂは、２つのテープバネ８０２および８０３が互いに凹側を面してパネルの反対側に配置されるように（一点鎖線は、パネル平面を表す）形成されたヒンジを示す。別の方法としては、図８ｃに示すように、テープバネ８０４および８０５は、凸側を互いに面するように配置することができる。これらの構成のどちらも図８ａに示す１つのバネヒンジに比べて、これらの二重バネヒンジは、伸長形状の構造の剛性を増すため、特定の用途に好都合である。二重バネ装置はまた所望の１８０°の角度を越えてヒンジが開かないことを確実にすることにより、構造が展開された場合の行き過ぎを予防する自動的に中心に戻る機能を提供する。そのうえ、二重バネ装置は、壁部の平面に対して対称な断面を有するため、非偏心の荷重経路が提供され、圧縮時の座屈に抵抗するヒンジの性能を強化する。図８ａ、図８ｂおよび図８ｃの全ての実施形態に共有されるテープバネヒンジの１つの特徴は、ヒンジを伸長（すなわちまっすぐな）形状にロックアウトする傾向にあるということである。
【００４７】
壁部内の隣接するパネルを接続するヒンジの形成にテープバネが使用される場合、格納のために構造が折り畳まれている場合にテープバネは、弾性エネルギーを蓄える。これは、構造を開かせ、かつテープバネヒンジを真っ直ぐに伸長させる復元力を提供する。これは、圧縮の際に構造を折り畳まれた状態に格納する必要があるが、またこの圧縮力が除去されると、変形したヒンジによって提供される力によって構造は、自然に伸長するということを意味する。テープバネヒンジが比較的薄く、かつ弱い力しか加えられない場合であっても、無重力環境（例えば軌道上の人工衛星）においては、この力は、外力を加える必要なく構造を伸長させるのに十分である。したがってテープバネヒンジの利用により、構造の自己展開が可能となる。
【００４８】
図９ａおよび図９ｂは、完全伸長形状（図９ａ）および完全に折り畳まれた形状（図９ｂ）両方の伸縮式構造４００（図４および図５を参照）を示す。明確化のために、１つのパネル９０１が直接隣接するパネル９０２，９０３および９０４，および接続ヒンジ９０５，９０６および４０５と共に強調されている。
【００４９】
図９ａおよび図９ｂから、完全伸長形状および完全に折り畳まれた形状両方の各テープバネヒンジ９０５，９０６および４０５の配置が明確にわかる。これらのヒンジは、伸張状態および折り畳まれた状態のそれらの開口角度に基づいて２つの異なるタイプに分類することができる。以下タイプＩヒンジと呼ぶ第１の分類は、ヒンジ９０５および９０６を備える。これらのヒンジは、完全伸長形状（図９ａ参照）においては１８０°の角度まで開き、かつ完全に折り畳まれた形状（図９ｂ参照）においては閉じられる（すなわち０°または３６０°）。以下タイプＩＩヒンジと呼ぶ第２の分類は、完全伸長形状においては９０°の角度まで開き、かつ完全に折り畳まれた形状においては１８０°の角度まで開くヒンジ４０５を備える。図１および図５を簡単に参照すると、ヒンジ１０７，１０８，１０９，１１０，１１１，１１２，１１３および１１４は全てタイプＩヒンジであり、ヒンジ４０５，４０８，５０１，５０２，５０３，５０４，５０５および５０６は全てタイプＩＩヒンジであることがわかる。
【００５０】
図１０は、タイプＩヒンジ９０５（図９ａおよび図９ｂ参照）の構造を示し、取り付けられたパネル９０１および９０２を１８０°の角度にロックアウトするよう配置されている（すなわちヒンジがロックアウトされた場合にパネル９０１および９０２が同一平面上にある）。ヒンジ９０５は、２つのテープバネパネル１００４および１００５を備え、それぞれは、１つの構成要素として形成され、かつ複数の一体化したテープバネを備える。テープバネは、湾曲した部分（例えば１００８および１００９）として断面に明瞭に見える。各テープバネは、ボルト（例えばボルト１００６）によってパネル１００１または１００２に固定された平らな部分によって分離されており、かつまたパネルの開口部によって分離されている。例えば、テープバネ１００８および１００９は、開口部１００７によって分離される。テープバネヒンジが曲がる場合、ヒンジは頂点で平らになることにより変形して幅を増加させ、したがってこの増加した幅に対応するために１００７などの開口部が設けられている。
【００５１】
本実施形態において、テープバネパネル１００４および１００５，およびパネル９０１および９０２は全て炭素繊維強化ポリマー複合材から形成されている。パネル９０１および９０２は、その厚みのためテープバネヒンジよりも剛性が高い。しかし、本発明は、この１つの材料に限定されず、代替の実施形態において、パネル９０１および９０２および／またはテープバネパネル１００４および１００５は、異なる材料から形成されることができる。
【００５２】
図１１は、図９ｂに示されるラインＸＩ−ＸＩに沿った断面を示す。構造が完全に折り畳まれた形状においてパネル９０１，９０２および９０３が直接互いの上に積み重なっていることがわかる。
【００５３】
図１２は、管状構造が完全伸長形状の場合の、タイプＩＩヒンジ４０５（図９ａおよび図９ｂ参照）の構造を示す。このタイプＩＩヒンジ４０５は、完全伸長形状において、取り付けられたパネル９０１および９０４を９０°の角度にロックアウトするように配置され、それにより構造の多角形断面の角を形成している。ヒンジは、二重バネ装置のヒンジ９０５（図１０参照）とは異なり、１つのシートのテープバネ１２０５を備える。タイプＩＩヒンジは、構造が完全伸長形状の場合、主としてせん断応力にさらされ、したがって二重バネヒンジによって提供される追加的な剛性が必須ではない。タイプＩＩヒンジに代替の二重バネ装置の代わりに単独バネ装置を選択することは、構造の全体重量、複雑さおよび費用を減少させるのに好都合である。とはいえ、パネル取り付け部に適切なスペーサを用い２つのバネを背合わせに取り付けることにより二重バネ装置をタイプＩＩヒンジに利用する代替の実施形態が可能である。
【００５４】
テープバネヒンジが１８０°にロックアウトする自然な傾向を有するため、タイプＩＩヒンジの所望の９０°の角度は、テープバネシート１２０５をパネル９０１，９０４に４５°の角度で固定することにより達成される。当業者には、パネル９０１，９０４の取り付け角度を変えることにより他の角度を成すことができる（すなわち構造の代替の断面形状が選択された場合）ことがわかるだろう。タイプＩヒンジ９０５と同様に、ヒンジ４０５は、ボルト１２０６によってパネルに固定される。テープバネシートの構造は、開口部１２０７によって分離される複数のテープバネ１２０８，１２０９を備えるタイプＩヒンジのものと実質的に似ている。
【００５５】
図１３ａは、図１２に示すテープバネヒンジを示し、テープバネヒンジは、取り付けられたパネル９０１および９０４の互いに関する面内の回転に対応するために屈曲している。構造が伸長される、または折り畳まれると、より小さい三角パネル（すなわち完全伸長形状において構造の角を形成するパネル）は小さい相対的な面内の回転に供される。この回転の効果により、完全に折り畳まれた形状から構造が伸長する当初は一端部におけるパネル間の間隙が狭くなり、そして構造が完全伸長形状に近づくと再び開く。本実施形態において、図１３ａに示すようにテープバネがヒンジの一端部に向かってまっすぐになることによるこの回転に対応するために、テープバネシート１２０５が屈曲する。
【００５６】
図１３ｂは、図９ｂに示されるラインＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿った断面を示す。構造が完全に折り畳まれた形状の場合にパネル９０１および９０３は互いの上に直接積み重ねられ、パネル９０４および９０１は同じ平面内に互いに隣接している（すなわちヒンジ４０５が１８０°に開いている）ことがわかる。ヒンジ４０５，５０１（図５参照）は、互いの上に直接横になり、ヒンジ５０２，５０３も同様であり、ヒンジの各組は、間隙によって分離されている。この間隙は、パネル９０２に類似した一対の大きいパネル（図示せず）によって満たされている。
【００５７】
図１４は、図５に示す実施形態と実質的に全く同一の伸縮式構造１４００を示すが、三角形パネルの表面に複数のスタッド（黒い点で示される）が追加されている。これらのスタッドは、ヒンジに対して対称に位置しており、例えばスタッド１４０１および１４０２の位置は、ヒンジ１４０４の軸に対して対称である。同様に、第１スタッド１４０２は、ヒンジ１４０５の軸に対して対称に位置する、対応する第２スタッド１４０３を有する。これらのスタッドの機能を図１５を参照して説明する。
【００５８】
図１５は、構造が完全に折り畳まれた（すなわち収納された）形状における図１４に示した構造１４００を通る断面を示す。構造がこの形状になる場合、ヒンジ軸に対して対称な位置にあるため（スタッド１５０１は、パネルの後に取り付けられているため、図１４には示されていない）、スタッド１４０１，１４０２，１５０１および１４０３はｚ軸に沿って一列に並ぶ。完全に折り畳まれた形状において、対向するパネルのスタッドは、互いに接触し、それによりパネルの分離を制御する。構造全体を通して均一なパネルの分離を確実にすることは、構造が滑らかかつ均等に展開できるようにヒンジの張力が均一に分散されるという利点がある。
【００５９】
スタッドはまた、図１５の垂直の矢印によって示される構造の全長を通じる荷重経路を提供する。したがって構造に対する任意の圧縮負荷は、ヒンジを通じるよりも、スタッドおよびパネルの厚みを通じて伝わる。これは、例えば構造が人工衛星本体に含まれ、打ち上げ手続きの間著しい加速度にさらされる場合にヒンジによって伝わる負荷を減らす。
【００６０】
そのうえ、この荷重経路は、収納形状の場合の構造に圧縮力を与えることに使用することができる。これは、収納形状の場合にパネルおよびヒンジの任意の移動を防ぎ折り畳まれた構造を所定の場所にしっかり保持する。
【００６１】
図１６は、人工衛星が軌道上にある場合に（図１６ｂ）ペイロード１６０１および人工衛星本体１６０２の間の実質的な分離を提供するために伸縮式構造１４００が用いられている人工衛星１６００を示す。構造１４００の外周周りに一連の支柱を備えた押さえ機構１６０３が設けられ、支柱は、環状の端板１６０４，１６０５に接続されている。収納形状（図１６ａ）において、構造１４００は、スタッド（図１５参照）のラインに沿って構造１４００を圧縮する接触ネジ（図示せず）を調整することにより、圧縮されて予め組み込まれている。この圧縮力は、押さえ機構１６０３の支柱の対応する張力および端板１６０４，１６０５の屈曲によって釣り合っている。他の実施形態において、完全に収納形状において展開構造の環状の体積の内側または外側のどちらかに配置された連続的な円筒または多角形の外殻構造に、支柱を置換することができる。
【００６２】
人工衛星１６００が軌道上に配置されると、押さえ機構１６０３が解放される（例えば爆発ボルトを発火させることにより）。張力が取り除かれ、ヒンジに蓄えられた弾性エネルギーによって提供される力のもと、構造１４００は完全長に伸長する。ヒンジに蓄えられたエネルギーを変える、例えばテープバネの形状（例えば湾曲、厚さまたは幅）を変化させることによって、またはヒンジの剛性を増加／減少させるために異なる材料を選択することによって、構造が展開する速度を制御することができる。
【００６３】
あるいは、図１７に示す減衰機構によって展開速度を制御することができる。図１７は、構造の一端部の端板１７０７の接点１７０１および１７０２に取り付けられた第１および第２ケーブル１７０３，１７０４によって伸縮式構造１７００の展開速度が制限される本発明の実施形態を示す。第１および第２ケーブル１７０３，１７０４の反対の端部は、それぞれ回転ダンパーを駆動するドラム１７０５および１７０６に接続されている。収納形状において、各ケーブルは、取り付けられたドラムの周囲に巻かれ、展開中に構造１７００が伸長すると、ダンパーはケーブル１７０３および１７０４の張力を維持し、構造の伸長速度を調整する。この装置は、構造の一端部のペイロードが、構造が完全伸長形状にロックアウトする際の突然の減速によって損傷を受ける可能性のある繊細な機器を含む場合、または宇宙機姿勢制御システムへの外乱を制限する必要がある場合に使用することが特に適している。本発明は正方形の断面を有する実施形態に関してこれまで説明されたが、本発明は、幅広い範囲の断面形状を有する構造に等しく適用できる。図１８は、三角形（ａ）、正方形（ｂ）、五角形（ｃ）および六角形（ｄ）断面をそれぞれ有する伸縮式構造１８０２，１８０２，１８０３および１８０４を示す。図の上の列は、完全伸長形状の構造を示し、図の下の列は、完全に折り畳まれた形状の構造を示す。
【００６４】
図１８において、各図は、同じ縮尺で描かれており、各構造は、同じ領域（斜線部分）の円を囲んでいる。Ｎ辺の正多角形断面を有する構造のため、各反復ユニットは、ｔａｎα（図４参照）に一致する高さ／幅の比率を有する。ここでα＝９０°／Ｎである。図１８ａ〜図１８ｄより明らかなように、辺の数が増えるに従い、αは減少し、したがって各反復ユニットの高さは、減少する（反復ユニットの幅、すなわち多角形の辺の長さもまた減少するという事実によって複合される）。したがって完全に伸長された状態の構造の全長を同じにするには、より多くの反復ユニットが必要であり、構造の複雑さが増す。しかし、断面として多くの数の辺を有する多角形を選択することの利点は、図１８の下の列から明らかである、すなわち辺の数が増加するにつれ完全に折り畳まれた形状において構造によって占められる領域が減ることである。
【００６５】
したがって当業者は構造の複雑さの増加と収納された状態における増加した充填効率との釣り合いの必要性に応じて適切な断面を選択するだろう。
【００６６】
さらに、本発明は、正多角形断面に限定されない。長方形断面を有する管状伸縮式構造１９０１の例が図１９に示されている。図１９の上部の図は、部分伸長状態の構造１９０１を示す。真ん中の図は、完全伸長状態の１つの反復ユニットの詳細を示し、下の図は、完全に折り畳まれた状態の構造を示す。反復ユニットの高さは、辺ａおよび辺ｂ両方の長さに依存し、三角法を使用して計算することができる。図９に示す実施形態において、ｂ＝２ａであり、反復ユニットの高さは０．５６ａである。辺の長さａおよびｂの長方形断面を有する任意の構造では、反復ユニットの高さｃは、
【数３】
0005694306.tif 000004
を用いて計算することができる。
ここで、ｋ１＝ａ＋ｂ、およびｋ２＝−ａｂである。
【００６７】
図２０は、本発明の他の実施形態による、長方形断面を有する伸縮式構造２００１の代替形を示す。図１９に示す実施形態とは異なり、大きいパネル２００２および２００３は、三角形ではなく、台形であることに留意しなければならない。したがってこの実施形態において、図１９に対して上記に示された方程式は適用されない。正多角形断面を有する構造にも類似の配置が可能である。
【００６８】
図１９に示した構造１９０１と比較すると、伸縮式構造２００１は、より短い反復ユニットを有し、したがって完全に伸長した形状において構造が所定の全長を満たすためには、より多くの反復ユニットが必要である。したがって構造２００１は、構造１９０１より複雑になるが、部分２００２および２００３においてまっすぐな水平の辺が維持され、特定の外部部品の取り付けを簡素化することができるため、特定の用途においては、好都合であることがわかるだろう。
【００６９】
図５に関して簡単に説明したように、テーパー状の断面を有する伸縮式管状構造を構成することがまた可能である。図２１ａおよび図２１ｂは、伸縮式構造２１００が構造の一端部から他端部へ線形に大きさが減少する正方形断面を有する本発明の実施形態を示している。構造２１００は、完全伸長形状（図２１ａ）および完全に折り畳まれた形状（図２１ｂ）の両方にて示されている。均一な断面を有する構造（例えば図４および図５の構造４００）のように、構造２１００は、複数の反復ユニットを備える。しかし、線形的なテーパー状の断面により、構造２１００の反復ユニットは、構造の一端部から次へ線形に拡大縮小する、すなわち反復ユニットは、類似しているが、全く同一ではない。構造２１００において、下の三角形パネルを２つの部分に分割する追加的なタイプＩＩヒンジ２１０９が設けられる。これは、構造の展開中に、取り付けられたパネルが互いに対して相対的に面内で回転することに対応するものである（図１３ａに示す状況に類似している）。
【００７０】
図２１ａから、各反復ユニットが複数の第３ヒンジ２１０１，２１０２，２１０３，２１０４および複数の第４ヒンジ２１０５，２１０６を含むことがわかる。各第４ヒンジ２１０５，２１０６は、一対の第３ヒンジの間にあり、かつ構造の側辺部２１０７，２１０８に垂直である。第３ヒンジ２１０１，２１０２，２１０３，２１０４は、図１の第２ヒンジ１０９，１１０，１１３，１１４に類似し、第４ヒンジ２１０５，２１０６は、図１の第１ヒンジ１１１，１１２に類似している。図２２は、部分伸長形状（左図）および完全伸長形状（右図）の両方の構造２１００を示す。
【００７１】
続けて図２１ａおよび図２１ｂを参照すると、構造が完全に折り畳まれた形状に畳まれる場合、第４ヒンジ２１０５，２１０６により、側辺部２１０７，２１０８は、第１および第２平面２１１０，２１１１（図２１ｂ参照）の上につぶれることができる。第４ヒンジ２１０５，２１０６が側辺部２１０７，２１０８に垂直にあるためにこれが可能となる。第１および第２平面２１１０，２１１１の相対的な角度、したがって隣接する壁部２１１２，２１１３，２１１４，２１１５が互いに接続される角度およびテーパーの度合い制御するために、第３ヒンジ２１０１，２１０２，２１０３，２１０４（図２１ａ参照）の角度は、調整されることができる。これにより構造は、異なるテーパーの任意の辺の数を有する多角形断面を有して構成することができる。
【００７２】
本実施形態において、ｚ軸に沿って完全に折り畳まれた状態（図２１ｂ）を見ると、構造が正方形断面を有し、かつ第１および第２平面２１１０，２１１１が各壁部と４５°の角度を成しているため、隣接する壁部２１１２，２１１３，２１１４，２１１５は、互いに９０°に接続されている。
【００７３】
図２３は、本発明の代替の実施形態による、段階的な方法にて構造の長さに沿って減少する断面を有する伸縮式構造２３００を示す。構造２３００は、完全伸長形状にて示されており、かつ全長に亘ってそれぞれが均一の断面を有する複数のセグメント２３０１，２３０２，２３０３に分割されている。したがって各セグメント２３０１，２３０２，２３０３は、構造が図４および図５の構造４００に類似している。セグメント２３０１，２３０２，２３０３は、堅い環状ユニット２３０４，２３０５によって接続されている。
【００７４】
図２４ａおよび図２４ｂを参照すると、角パネル（すなわち伸長形状における構造の角を形成するパネル）が省かれた本発明の実施形態が示されている。本実施形態において、構造２４００は、伸長形状において、壁が互いに９０°をなし、かつ構造が正方形断面を有するように配置された４つの壁を備える。しかし、他の実施形態において、断面は、任意の正多角形または不ぞろいの多角形を備えることができる。図２４ａにおいて、伸長形状においてｘ軸に沿って見た、すなわちｙｚ平面にある壁部を直接見た、構造２４００が示されている。図２４ｂは、収納形状においてｚ軸から下を見た構造２４００を示している。
【００７５】
構造２４００の各壁内の反復ユニットは、第１テープバネヒンジ２４０３によって互いに接続された２つのパネル２４０１，２４０２を備える。各パネル２４０１，２４０２は、各パネル２４０１，２４０２の側辺部が、構造が収納形状の場合に（図２４ｂに示すように）隣接する壁内のパネルが重ならないような角度に形成された台形の形をしている。これにより、構造２４００が伸長形状から収納形状に変わる際に、パネルを内向きに折り畳むことができる。各壁の全てのパネルが内向きに畳まれることが可能なため、外向きに畳まれるパネルがなく、この実施形態は、収納形状における構造２４００の専有面積（すなわち構造の外周によって形成される領域）が伸長形状の構造２４００の専有面積と比較して増加しないという利点を有する。したがって伸長形状における構造の任意の所与の寸法に対して、図２４ａおよび図２４ｂに示すような構造は、図１８に示す構造の場合のようにパネルが内向きおよび外向きの両方に畳まれる構造よりも、収納形状においてより小さい容積を占めることが可能となる。他の実施形態において、中央の領域が立ち入り禁止である場合（例えば中央の領域が他の機器によって占められる場合）、パネルを外向きに畳むように配置することができる。
【００７６】
本実施形態において、隣接する壁部の間の角度が９０°であるため、各パネル２４０１，２４０２の側辺部はパネルの長辺に対して４５°の角度に配置されている。しかし、他の実施形態において、隣接する壁内のパネルの相対的な高さ、および構造が伸長形状の場合の隣接する壁の間の角度に応じて他の角度を採用することができる。一般論として、Ｎ辺の正多角形に対応する断面を有する構造については、パネルの側壁および長い壁の最大角度（°）は、（９０−３６０／２Ｎ）で計算することができる。
【００７７】
また本実施形態において、各反復ユニットは、第２テープバネヒンジ２４０４，２４０５によって同じ壁内の隣接する反復ユニットに接続される。構造は、収納形状から伸長形状に動く、およびその逆の場合、各第１テープバネヒンジ２４０３によって接続された２つのパネルは、１８０°の角度まで互いに対して回転する。同様に、各第２テープバネヒンジ２４０４，２４０５によって接続された２つのパネルは、また１８０°の角度まで互いに対して回転する。
【００７８】
図２５ａおよび図２５ｂを参照すると、複数の支持ユニットを備える本発明の実施形態が示されている。複数の支持ユニットは、隣接する壁の間の物理的な連結を提供することによって伸縮式構造２５００を強く、かつ硬くすることができる。本実施形態において、支持ユニットは、比較的堅い材料から形成された開口した正方形のフレームを備える。各反復ユニット２５０１，２５０２は、どちらかの端部にて複数の第２ヒンジ２５０４，２５０５によって支持ユニット２５０３に接続されている。支持ユニットは、伸長形状において構造を強化することができ、かつ収納形状から伸長形状、およびその逆に動く間、構造の壁の間の固定された角度（本実施形態においては例えば９０°）の維持を補助することができる。つまり、硬いフレームは、隣接する反復ユニットの間のせん断接合を提供することにより、構造の曲げ剛性およびねじれ剛性を強化することができる。ここで図２６を参照すると、各反復ユニットが２つの分かれた支持ユニットを備えた、本発明の実施形態による伸縮式構造が示されている。より具体的には、構造２６００は、複数の反復ユニット、または「ベイ（ｂａｙｓ）」２６１０，２６２０，２６３０を備え、各反復ユニットは、両端部に個別の支持ユニットを備える。図２５ａおよび図２５ｂの実施形態と同様に、本実施形態において、各支持ユニットは、複数のテープバネヒンジを介して反復ユニットのパネルが接続される硬いフレームを備える。
【００７９】
図２５ａおよび図２５ｂの実施形態と比較すると、図２６に示されたような構造は、簡略化された製造および組み立て工程により利益を受けることができる。複数の反復ユニット２６１０，２６２０，２６３０は、完全な構造を形成するために共に重ねられ、結合される前に個別に組み立てることができる。隣接する反復ユニット２６１０，２６２０は、各ユニットのそれぞれの支持ユニット２６１１，２６２１を共に接続する、例えば支持ユニット２６１１，２６２１を共にボルト締めすることによって結合される。
【００８０】
図２７は、図２７（ａ）の収納状態から図２７（ｄ）の展開状態への様々な伸長段階の図２５ａおよび図２５ｂの構造２５００を示す。上の列の図は、図２５ａに示したものと類似した側面の透視図に相当し、下の列の図は図２５ｂに示したものと類似した上からの図に相当する。図２７に示すように、各壁の全てのパネルが内向きに畳まれるため、収納形状から伸長形状、およびその逆に構造が動く場合に、構造の専有面積（下の列の図を参照）は、増加しない。図２８は、類似の展開順序を３−Ｄの斜視図で示す。
【００８１】
ここで図２９および図３０を参照すると、図２５ａおよび図２５ｂの構造に類似の伸縮式構造が伸長形状（図２９）および収納形状（図３０）の両方で示されている。図２９に示すように、伸縮式構造２９００は、構造が伸長形状において正方形断面を有するように、互いに９０°に配置された４つの類似した壁を備える。各壁は、６つの反復ユニット２９０１，２９０２，２９０３，２９０４，２９０５，２９０６を備える。また、図２９および図３０に示すように、構造２９００は、隣接する反復ユニットの間の境界ごとに支持ユニットを備える。しかし、他の実施形態において、より少ない支持ユニットを設けることができる。例えば本発明の他の実施形態においては、支持ユニットは２個または３個の反復ユニットごとに、または必要に応じて任意の他の間隔でのみ設けられることができる。
【００８２】
図２９および図３０に示すように、収納形状において、複数の第１ヒンジ（すなわち１つの反復ユニット内のパネルを接続するヒンジ、図２４ａの第１ヒンジ２４０３を参照）は、１８０°の角度に閉じられる。つまり、複数の第１ヒンジのそれぞれ１つに取り付けられたパネルは、収納形状から伸縮された形状に構造が移ると１８０°互いに対して回転する。複数の第２ヒンジ（すなわちパネルを支持ユニットに接続するヒンジ、図２５ａの第２ヒンジ２５０４，２５０５を参照）は、収納形状において９０°の角度に閉じられる。したがって構造が収納形状の場合に、各第２ヒンジよりも各第１ヒンジによってより多くのエネルギーが蓄積される。したがって収納形状においてテープバネヒンジに蓄積されたエネルギーによって生じる構造を開く力は、要求される力の大小に応じて、第１および第２テープバネヒンジの１つを追加または除去することにより細かく調整することができる。より多くのエネルギーが第１ヒンジに蓄積されるため、第１ヒンジの１つを追加または除去することは、第２ヒンジの１つを追加または除去することよりも蓄積された全エネルギーに対してより大きな効果がある。
【００８３】
ここで図３１ａおよび図３１ｂを参照すると、柔軟なシュラウドを備える、本発明の実施形態による伸縮式構造が示される。構造３１００は、図２９および図３０に実質的に類似しており、光の伝播を遮るよう配置された可撓性のシュラウド３１０１を有している。このような実施形態は、不必要な光が望遠鏡に入ることを防ぐ必要のある望遠鏡本体として利用に特に適している。シュラウド３１０１は、ポリマーまたはフォイルの比較的薄いシートから形成されることができ、伸びる、または裂けることなく収納形状に折り畳むことができる。図３１ｂは、構造が収納形状に折り畳まれた場合にシュラウド３１０１の一部によって採用されることができる１つの可能な折りたたみ配置を示す。他の実施形態においては、構造３１００が収納形状に折り畳まれる際に、シュラウド３１０１はランダムに畳まれることができる。
【００８４】
シュラウド３１０１は、構造３１００の内面または外面に取り付けられることができ、かつ複数の層を備えることができる。例えば、シュラウド３１０１は、構造３１００の内面に取り付けられる第１の層と、構造３１００の外面に取り付けられる第２の層とを備えることができる。
【００８５】
ここで図３２ａおよび図３２ｂを参照すると、本発明の実施形態によるテープバネヒンジの入れ子が示されている。図３２ａにおいて、複数のテープバネヒンジが真横から示されている。本実施形態において、３つのヒンジが各位置において入れ子になっているが、他の実施形態においては、任意の数のヒンジを入れ子にすることができる。図３２ｂにおいて、同じヒンジ組立体３２００が伸長形状（左図）においてヒンジが開いた状態、および収納形状（右図）において１８０°の角度に閉じた状態にて側面から示されている。ヒンジ組立体３２００は、２つのパネル３２０２，３２０３を互いに接続する複数のテープバネヒンジ３２０１を備える。
【００８６】
ここで、「入れ子」という語句は、構造が収納形状においてエネルギーの蓄積を増やすために、多数のテープバネヒンジをパネルの同じ位置にて互いの上に積み重ねることを意味する。出願人によって行われた実験は、テープバネヒンジの入れ子は、構造が収納形状である場合に蓄積されたエネルギー量を増加させる効率的な方法であることを示している。この方法（すなわちテープバネの入れ子）は、十分な数のテープバネを互いに並んで配置するにはパネルの辺長が短すぎる場合の実施形態における使用に特に適している。
【００８７】
本発明の様々な実施形態を、図を参照して説明してきたが、当業者は添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の技術的範囲から逸脱することなく様々な改良、追加、および代替が可能であることを理解するだろう。記載された任意の実施形態の任意の機構は、異なる実施形態の任意の機構と組み合わせて使用することができる。例えば、本発明は、ヒンジによって連結された多数のパネルを備える実施形態（例えば図１）に関して説明された。堅いパネルのみが示されているが、いくつかの実施形態においては、重量を減らすためにパネルに開口部を設けることが望ましい。同様に、構造は、複数の開口した、ヒンジによって連結された堅いフレームを備えることができ、この場合、構造は、伸長された状態において、骨格を形成する。
【００８８】
側壁を連結する角ヒンジ（すなわちタイプＩＩヒンジ）（例えば図５のヒンジ４０５，４０８，５０１〜５０６）が設けられた様々な伸縮式構造が説明された。しかし、いくつかの実施形態においては、これらの角ヒンジの数を減らすことが可能であり（例えば、４番目の反復ユニット毎にヒンジを設ける）、または他の実施形態においては全てを省くことが可能である。構造が完全伸長形状の場合に、角ヒンジは、第一にせん断応力に抵抗し、かつ構造に取り付けられた堅い端部材が十分な支持を提供することができる場合には必要ではない場合がある。
【００８９】
テープバネヒンジに関しては、構造の堅いパネルにボルト締めされた複数のテープバネを備える１つまたは２つのシートとしてヒンジが提供されている実施形態が説明された。しかし、当業者は代替の装置が可能であることを容易に理解するだろう。例えば、テープバネの代わりに平らなバネ付のヒンジを設けることができ、この場合構造自体はテープバネのロックアウト機能を提供するようさらに適合されることができる（例えば、互いに対して１８０°などのある角度を越えることを防ぐために、一方または両方のパネルに止め具を貼ることにより）。そのうえ、ヒンジは、一方または両方のパネルに一体とすることができる、すなわちパネルおよびヒンジは、後で組み立てられる個別の構成要素ではなく、１つの構成要素として形成されることができる。
【００９０】
実施形態は、三角形パネルの間の多数の空間（例えば図１の各反復ユニットの中心の穴参照）を特徴として説明された。望遠鏡の鏡筒として構造が用いられる場合などの特定の利用において、構造の内部に不要な光が入ることを防ぐためにこれらの開口部を塞ぐことが必要である（図３１ａおよび図３１ｂを参照）。図３１ａおよび図３１ｂに関して説明されたような可撓性のシュラウドを記載された任意の実施形態の構造の外部および／または内部に取り付けることが可能であり、パネルおよび／またはテープバネヒンジの間の任意の開口部を完全にカバーする。図１８に示されたような角パネルを特徴とする実施形態において、ヒンジおよびパネルの配置により、構造の表面が実質的に連続したまま、すなわち構造を伸長する間、隣接するパネルの間に開口する大きい空間または間隙がないような方法にて、構造は折り畳まれた形状に畳まれることができる。したがって構造に取り付けられた可撓性のシュラウドは、伸びる、または裂ける危険がなく折り畳まれた形状に畳まれることができる。同様に、パネルの間の間隙にかかる構造に取り付けられた任意の構成要素（例えば構造の端から端まで続く電気ケーブル）は、構造が収納される、または伸長される場合に伸びるまたは縮む必要なくヒンジラインに沿って簡単に折り畳まれることができる。
【００９１】
本発明の特定の実施形態は上記に説明されたが、多くの変形、および改良が可能であり、特許請求の範囲によって定義された本発明の技術的範囲内であることが当業者には明らかである。
【符号の説明】
【００９２】
１００  伸縮式構造
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６  三角パネル（複数の部分）
１０９，１１０，１１３，１１４  第２ヒンジ
１０７，１０８  第３ヒンジ
１１１，１１２  第１ヒンジ
４０１，４０２，４０３，４０４  壁部
４０５，４０６，４０７，４０８  第３ヒンジ
１４０１，１４０２，１４０３，１５０１  スタッド
２４００，２５００ 伸縮式構造
２４０１，２４０２  三角パネル（複数の部分）
２４０３  第１ヒンジ
２４０４，２５０５  第２ヒンジ
２５０１，２５０２  反復ユニット
２５０３，２６１１，２６２１  接続ユニット
３１０１  シュラウド
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
0005694306.tif 000016
【図９ａ】
0005694306.tif 000017
【図９ｂ】
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【図１０】
0005694306.tif 000019
【図１１】
0005694306.tif 000020
【図１２】
0005694306.tif 000021
【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１ａ】
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【図２１ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４ａ】
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【図２４ｂ】
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【図２５ａ】
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【図２５ｂ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１ａ】
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【図３１ｂ】
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【図３２ａ】
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【図３２ｂ】
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