(57)【要約】  単位質量あたりの耐荷重性能が増大された構造部材が、材料ストリップから形成されたスケルトン構造物を含む。前記ストリップ上にノッチを配置することができ、引張材料から成るウィーブを前記ノッチに配置し、また、前記スケルトン構造物の周囲に編むことができる。構造部材の少なくとも１つの対をジョイントして、非常に強力なジョイントを、引張材料（例えばケブラー）から成るウィーブパターンにより提供することができ、これが、応力を構造物全体に分散させ、応力が１つの領域に集中することを防止する。このような構造部材を製造するための方法が、マトリクス状の成形セグメントを用いて所望の断面を有するスケルトンに材料を成形するステップを含む。複合材料の全体的な壊滅的損傷が実質的に回避され、構造物の強度対重量比を増大することができる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位質量あたりの耐荷重性能（ｌｏａｄ  ｂｅａｒｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｙ）が増大されたエネルギー吸収構造部材であって、所望の形状のスケルトンに形成された圧縮材料ストリップと；前記圧縮材料ストリップの側部に配置された間隔をあけたノッチと；前記スケルトンの周囲に所望のウィーブ（ｗｅａｖｅ、編み方）で編まれ且つ前記ノッチに配置された引張材料（ｔｅｎｓｉｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）とを備えた前記構造部材。
【請求項２】
前記圧縮材料が炭素繊維である請求項１に記載の構造部材。
【請求項３】
前記引張材料がケブラーである請求項１に記載の構造部材。
【請求項４】
さらに、ザイロンから成る内部ストランドの埋め込まれたコアを備えた請求項１に記載の構造部材。
【請求項５】
前記ウィーブのパターンが構造のニーズに従って変化する請求項１に記載の構造部材。
【請求項６】
前記ウィーブの角度が０度〜１８０度の間で変化する請求項５に記載の構造部材。
【請求項７】
さらに、前記コア内に挿入された高密度発泡体充填材（ｈｉｇｈ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｆｏａｍ  ｆｉｌｌｅｒ）を有する請求項１に記載の構造部材。
【請求項８】
さらに、前記構造物を覆うコーティングを備えた請求項１に記載の構造部材。
【請求項９】
前記コーティングが耐紫外線性（ＵＶ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ）である請求項８に記載の構造部材。
【請求項１０】
前記コーティングが金属を含む請求項９に記載の構造部材。
【請求項１１】
全体的な壊滅的損傷（ｔｏｔａｌ  ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  ｆａｉｌｕｒｅ）が防止される請求項１に記載の構造部材。
【請求項１２】
単位質量あたりの耐荷重性能（ｌｏａｄ  ｂｅａｒｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｙ）が増大されたエネルギー吸収構造部材であって、
複数の材料ストリップを有する細長いスケルトン構造物を備え、前記複数のストリップが、前記スケルトン構造物の共通中心軸に沿って又は共通中心軸の周囲に長手方向に互いに接合され（ｊｏｉｎｅｄ  ｔｏｇｅｔｈｅｒ、結合され）、且つ、前記共通中心軸を中心に間隔をあけて配置された長い遠位縁（ｄｉｓｔａｌ  ｅｄｇｅｓ）を有し、
さらに、
前記スケルトン構造物の周囲に所望のウィーブ（ｗｅａｖｅ、編み方）で編まれた引張材料（ｔｅｎｓｉｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を固定する（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）ために前記材料ストリップ上に配置された間隔をあけたノッチを備えた、
前記構造部材。
【請求項１３】
前記スケルトン構造物の周囲に前記所望のウィーブで編まれ且つ前記ノッチに配置された前記引張材料をさらに備えた請求項１２に記載の部材。
【請求項１４】
前記材料ストリップが剛性の弾性材料（ｒｉｇｉｄ  ｅｌａｓｔｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌ）のストリップを備えた請求項１３に記載の部材。
【請求項１５】
前記スケルトン構造物内に埋め込まれ且つ前記共通中心軸に沿って延在する耐損傷伝搬材料（ｆａｉｌｕｒｅ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｍａｔｅｒｉａｌ）から成る中央コアをさらに備えた請求項１４に記載の構造部材。
【請求項１６】
前記部材がマルチ複合材料構造部材であり、前記ストリップの材料、前記埋め込まれたコア、及び、前記ウィーブが、複数荷重段階構造部材（ａ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｌｏａｄｉｎｇ  ｐｈａｓｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｍｅｍｂｅｒ）を提供するように選択される請求項１５に記載の構造部材。
【請求項１７】
前記埋め込まれた中央コアが、引張材料の埋め込まれたコアを備えた請求項１５に記載の構造部材。
【請求項１８】
前記ウィーブを前記ノッチに接着する結合剤（ａ  ｂｉｎｄｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）をさらに備えた請求項１５に記載の構造部材。
【請求項１９】
前記ノッチが前記ストリップ遠位縁（ｄｉｓｔａｌ  ｅｄｇｅｓ）に沿って間隔をあけて配置されている請求項１３に記載の構造部材。
【請求項２０】
前記ノッチ内に配置された前記ウィーブが、前記ストリップ遠位縁と同一面に（ｆｌｕｓｈ）、又は前記ストリップ遠位縁内の奥まった所に配置されている（ｒｅｃｅｓｓｅｄ）請求項１９に記載の構造部材。
【請求項２１】
耐損傷伝搬材料が前記ノッチ付近の（ｐｒｏｘｉｍａｔｅ、隣接した）前記ストリップに、ノッチの損傷（ｎｏｔｃｈ  ｆａｉｌｕｒｅｓ）の伝搬に抵抗する（ｒｅｓｉｓｔｉｎｇ）ために形成されている請求項２０に記載の構造部材。
【請求項２２】
前記耐損傷伝搬材料が引張材料を備えた請求項２１に記載の構造部材。
【請求項２３】
前記埋め込まれた中央コアが張力を加えられ又は弛緩している（ｆｌａｃｃｉｄ、柔弱な）請求項１５に記載の構造部材。
【請求項２４】
前記ウィーブの引張材料がケブラーを含む請求項１３に記載の構造部材。
【請求項２５】
前記ウィーブの引張材料に予め張力が加えられている請求項１３に記載の構造部材。
【請求項２６】
前記材料ストリップが、炭素繊維、ガラス又はプラスチックのストリップを含む請求項１３に記載の構造部材。
【請求項２７】
前記スケルトン構造物が、Ｘ字状、＋形状、Ｔ字状、Ｙ字状から成る断面の群から選択される断面を有する請求項１３に記載の構造部材。
【請求項２８】
さらに、油圧部品、空気圧部品、及び／又は電気部品をその内部に保持するための細長い通路を含む請求項１３に記載の構造部材。
【請求項２９】
さらに、前記ストリップ間に挿入された高密度耐燃性発泡体充填材（ｈｉｇｈ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｆｉｒｅ  ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｆｏａｍ  ｆｉｌｌｅｒ）を備えた請求項１３に記載の構造部材。
【請求項３０】
ジョイントされた構造物であって、
単位質量あたりの耐荷重性能（ｌｏａｄ  ｂｅａｒｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｙ）が増大された少なくとも２つの隣接するエネルギー吸収構造部材を備え、
各前記構造部材は、複数の材料ストリップを有する細長いスケルトン構造物を備え、前記複数のストリップが、前記スケルトン構造物の共通中心軸に沿って又は共通中心軸の周囲に長手方向に互いに接合され（ｊｏｉｎｅｄ  ｔｏｇｅｔｈｅｒ）、且つ、前記複数のストリップの長手方向の遠位縁（ｄｉｓｔａｌ  ｅｄｇｅｓ）は前記共通中心軸を中心に間隔をあけて配置され、前記材料ストリップ上に配置された間隔をあけたノッチ、及び、前記スケルトン構造物の周囲に所望のウィーブ（ｗｅａｖｅ、編み方）で編まれ且つ前記ノッチに配置された引張材料（ｔｅｎｓｉｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を備え、及び、
前記構造部材を互いに接合する少なくとも１つのジョイント部品を備えた
前記ジョイントされた構造物。
【請求項３１】
前記少なくとも１つのジョイント部品が、前記スケルトン構造物の隣接する部分を互いに固定する少なくとも１つの耐圧縮性／耐引張性部材（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ／ｔｅｎｓｉｏｎ  ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｍｅｍｂｅｒ）を有する請求項３０に記載のジョイントされた構造物。
【請求項３２】
前記少なくとも１つのジョイント部品が、前記スケルトン構造物の隣接する部分の周囲に編まれ又は巻き付けられた（ｗｈｉｐｐｅｄ）引張材料を有する、請求項３０に記載のジョイントされた構造物。
【請求項３３】
前記隣接する部分の周囲に編まれ又は巻き付けられた前記引張材料が樹脂にセットされる請求項３２に記載のジョイントされた構造物。
【請求項３４】
前記細長いスケルトン構造物のひとつの端部が、前記細長いスケルトン構造物の他の端部に接合され、前記接合されたスケルトン構造物の両端部が相補的プロファイル（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｅｔａｒｙ  ｐｒｏｆｉｌｅｓ）を有し、且つ、前記接合されたひとつのスケルトン構造物端部の隣り合うストリップにより形成された少なくとも１つの溝が、前記接合された他のスケルトン構造物端部の隣り合うストリップにより形成された少なくとも１つの溝にほぼ位置合わせされる、請求項３０に記載のジョイントされた構造物。
【請求項３５】
前記少なくとも１つのジョイント部品が耐圧縮性部材（ａ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｍｅｍｂｅｒ）を有し、前記耐圧縮性部材がしっかりと着座（ｓｅａｔｅｄ）され、且つ、前記ほぼ位置合わせされた溝を互いに接合する、請求項３４に記載のジョイントされた構造物。
【請求項３６】
前記スケルトン構造物端部溝を互いに接合することにより形成された少なくとも１つの内側角部（ｃｏｒｎｅｒ）に設置された、少なくとも１つの耐圧縮性ジョイント樹脂部材（ｏｎｅ  ｊｏｉｎｔ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｒｅｓｉｎ  ｍｅｍｂｅｒ）をさらに有する、請求項３５に記載のジョイントされた構造物。
【請求項３７】
前記少なくとも１つのジョイント部品が、少なくとも１対の隣接する部材の長側部を覆う、プロファイルされた（ｐｒｏｆｉｌｅｄ）連結プレートと、前記連結プレートを前記隣接する部材の長側部に固定する複数のファスナ（ｆａｓｔｅｎｅｒｓ、締め具、留め具）とを有する、請求項３０に記載のジョイントされた構造物。
【請求項３８】
前記ファスナが、対応する第２のファスナ部品と係合する（ｍａｔｉｎｇ）第１のファスナ部品を含み、前記第２のファスナ部品が、前記隣接する部材の長側部の各々にある隣り合うストリップ間に形成された溝内に保持される、請求項３７に記載のジョイントされた構造物。
【請求項３９】
前記第２のファスナ部品と前記溝とが相補的プロファイルを有し、前記第２のファスナは、前記ウィーブが前記溝を覆うことにより前記溝内に着座されて保持され（ｒｅｔａｉｎｅｄ）、且つ、前記プレートが前記ウィーブを覆う、請求項３８に記載のジョイントされた構造物。
【請求項４０】
各第１のファスナが、ねじ付きのねじ又はボルトを含み、各第２のファスナが、対応するねじ付きナットを含み、各ねじ又はボルトが、前記プレート内に形成されたそれぞれの通し穴に受け入れられ、且つ、前記溝内に前記ウィーブにより捕捉された（ｃａｐｔｕｒｅｄ）対応するねじ付きナットにねじ締め又はボルト締めされ、それにより、前記プレートが前記スケルトン構造物の長側部を互いに連結する、請求項３９に記載のジョイントされた構造物。
【請求項４１】
前記溝がＶ字状プロファイルの溝であり、前記ナットがＶ字状プロファイルのナットであり、前記Ｖ字状プロファイルのナットが前記溝内に、前記ナットが前記Ｖ字状溝内で回転することを防止されるように嵌り込む（ｆｉｔ  ｉｎｔｏ）、請求項４０に記載のジョイントされた構造物。
【請求項４２】
前記プレートが前記長側部に前記ファスナにより着脱可能に固定される請求項３７に記載のジョイントされた構造物。
【請求項４３】
前記連結プレートと前記隣接する長側部とが実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ、ほぼ）同一平面上（ｃｏｐｌａｎａｒ）にある請求項３７に記載のジョイントされた構造物。
【請求項４４】
前記材料が炭素繊維を含む請求項３０に記載のジョイントされた構造物。
【請求項４５】
ジョイント部周囲に編まれた前記引張材料がケブラーを含む請求項３２に記載のジョイントされた構造物。
【請求項４６】
前記スケルトン構造物の各々が、前記共通中心軸に沿って延在する耐損傷伝搬材料の埋め込まれた中央コアをさらに備えた、請求項３０に記載のジョイントされた構造物。
【請求項４７】
前記埋め込まれた中央コアが、引張材料の埋め込みコアを備えた、請求項４６に記載のジョイントされた構造物。
【請求項４８】
前記ウィーブを前記ノッチに接着する結合剤（ａ  ｂｉｎｄｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）をさらに備えた請求項３０に記載のジョイントされた構造物。
【請求項４９】
前記ノッチ内に配置された前記ウィーブが、前記ストリップ遠位縁と同一面に（ｆｌｕｓｈ）、又は前記ストリップ遠位縁内の奥まった所に配置されている（ｒｅｃｅｓｓｅｄ）請求項３０に記載のジョイントされた構造物。
【請求項５０】
引張材料が前記ノッチ付近の前記ストリップに、ノッチの損傷の伝搬に抵抗するために形成されている請求項３０に記載のジョイントされた構造物。
【請求項５１】
単位質量あたりの耐荷重性能（ｌｏａｄ  ｂｅａｒｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｙ）が増大されたエネルギー吸収構造部材を製造する方法であって、
材料ストリップを所望の形状のスケルトン構造物に形成することと、
ノッチを前記ストリップの側部に配置することと、
引張材料を前記ノッチに配置することと、
前記引張材料を前記スケルトンの周囲に所望のウィーブ（ｗｅａｖｅ、編み方）で編むことと
を含む、前記方法。
【請求項５２】
引張材料のコアを前記スケルトン構造物内に埋め込むことをさらに含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記ウィーブを前記ノッチに接着するために結合剤を適用（ａｐｐｌｙｉｎｇ）することをさらに含む請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
ノッチを前記ストリップの側部に配置することが、前記ストリップの遠位縁にノッチを、前記ノッチに配置される引張材料が前記遠位縁と同一面となる、又は前記遠位縁内の奥まった所に配置されるように、形成することを含む請求項５１に記載の方法。
【請求項５５】
さらに、前記ノッチ付近に、ノッチの損傷の伝搬に抵抗するために引張材料を、前記ストリップ内に形成することを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５６】
材料ストリップを所望の形状のスケルトン構造物に形成することが、炭素繊維のストリップを前記所望の形状のスケルトン構造物に形成することを含む請求項５１に記載の方法。
【請求項５７】
材料ストリップを所望の形状のスケルトン部材に形成することが、
ストリップに材料を成形する（ｍｏｌｄｉｎｇ）ことを含み、前記ストリップが、共通中心軸に沿って又は共通中心軸の周囲に長手方向に互いに接合され、且つ、前記ストリップの長い遠位縁が前記共通中心軸を中心に間隔をあけて配置される、請求項５１に記載の方法。
【請求項５８】
前記材料を成形することが、
長手方向にマトリクス状に、且つ、共通中心軸周囲に互いに間隔をあけて並べて配置された複数の細長い成形セグメントを有する開放されたモールド内に、材料長（ｌｅｎｇｔｈｓ  ｏｆ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を供給する（ｆｅｅｄｉｎｇ）ことと、
前記材料をストリップに形成するために、前記複数の細長いセグメントを共に前記共通中心軸に向かって内側に移動させることであって、前記ストリップが、前記共通中心軸に沿って又は前記中心共通軸の周囲に長手方向に互いに接合され、且つ、前記ストリップの長い遠位縁が前記中心共通軸を中心に間隔をあけて配置されることと、
前記材料を硬化する（ｃｕｒｉｎｇ）ことと、
前記モールドを開放するために、前記複数の細長い成形セグメントを離すことと、
前記スケルトン構造物を前記開放されたモールドから取り出すことと
を含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５９】
材料長を供給することが、
各モールドセグメントに対して、前記成形セグメントの成形面のプロファイルを補完する断面を有する関連する細長い繊維材料層を提供することと、
前記関連する細長い層の組を、前記モールドの内側に、それぞれのモールドセグメントの成形面に位置合わせして、長手方向に互いに入れ子状にする（ｎｅｓｔｉｎｇ、ネストさせる）ことと
を含む請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記細長いモールドセグメントが、Ｌ字状の内側プロファイル面を有し、且つ、縦横２×２のマトリクス状の配列で長手方向に配置され、前記細長い層が、Ｌ字状の断面を有し、且つ、前記所望の形状のスケルトンが＋形状の断面を有する請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記繊維材料が予備含浸炭素繊維を含む請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
さらに、引張材料のストランドを前記開放されたモールド内に、入れ子状にされた材料層に隣接して、且つ、前記モールドセグメント内に形成された補完的溝に位置合わせして配置することを含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６３】
ジョイントされた構造物を組み立てるための部品キットであって、
単位質量あたりの耐荷重性能（ｌｏａｄ  ｂｅａｒｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｙ）が増大された１対のエネルギー吸収構造部材であり、各構造部材は、複数の材料ストリップを有する細長いスケルトン構造物を備え、前記複数のストリップが、前記スケルトン構造物の共通中心軸に沿って又は共通中心軸の周囲に長手方向に互いに接合され（ｊｏｉｎｅｄ  ｔｏｇｅｔｈｅｒ）、且つ、前記共通中心軸を中心に間隔をあけて配置された長い遠位縁（ｄｉｓｔａｌ  ｅｄｇｅｓ）を有し、さらに、前記材料ストリップ上に配置された間隔をあけたノッチを備え、及び、
前記スケルトン構造物の周囲に所望のウィーブ（ｗｅａｖｅ、編み方）で編まれ且つ前記ノッチに配置された引張材料（ｔｅｎｓｉｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を備え、
前記細長いスケルトン構造物端部が相補的プロファイルを有し、各溝が各スケルトン構造物端部の隣り合うストリップにより形成された、１対の前記細長いスケルトン構造物の接合端部の実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ、ほぼ）位置合わせされた溝にしっかりと着座し且つ接合するための、少なくとも１つの耐圧縮性部材（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｍｅｍｂｅｒ）と、
前記スケルトン構造物の隣接する端部の周囲に編み付け又は巻き付けるための引張材料と
を備え、
組み立てにおいて、前記細長いスケルトン構造物端部が、前記少なくとも１つの耐圧縮性部材及び前記引張材料ウィーブにより所望のジョイント角度で互いにジョイントされる
前記部品キット。
【請求項６４】
前記少なくとも１つの耐圧縮性部材を、前記スケルトン構造物端部の溝を互いに接合することにより形成された角部の内側に設置するための、耐圧縮性樹脂をさらに含む、請求項６２に記載の部品キット。
【請求項６５】
ジョイントされた構造物を組み立てるための部品キットであって、
単位質量あたりの耐荷重性能（ｌｏａｄ  ｂｅａｒｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｙ）が増大された１対のエネルギー吸収構造部材であり、各構造部材は、複数の材料ストリップを有する細長いスケルトン構造物を備え、前記複数のストリップが、前記スケルトン構造物の共通中心軸に沿って又は共通中心軸の周囲に長手方向に互いに接合され（ｊｏｉｎｅｄ  ｔｏｇｅｔｈｅｒ）、且つ、前記共通中心軸を中心に間隔をあけて配置された長い遠位縁（ｄｉｓｔａｌ  ｅｄｇｅｓ）を有し、前記材料ストリップ上に配置された間隔をあけたノッチを備え、及び、前記スケルトン構造物の周囲に所望のウィーブ（ｗｅａｖｅ、編み方）で編まれ且つ前記ノッチに配置された引張材料（ｔｅｎｓｉｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を備え、
前記構造部材の接合長側部を覆うための、少なくとも１つのプロファイルされた連結プレートと、
前記連結プレートを前記隣接する部材の長側部に固定するための複数のファスナと
を備え、
組み立てにおいて、前記ファスナが前記少なくとも１つの連結プレートを隣接する構造部材側部に固定することにより、前記構造部材が互いに接合される
前記部品キット。
【請求項６６】
少なくとも２つの構造部材を互いに接合する方法であって、
単位質量あたりの耐荷重性能（ｌｏａｄ  ｂｅａｒｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｙ）が増大された１対のエネルギー吸収構造部材を提供することであり、各構造部材は、複数の材料ストリップを有する細長いスケルトン構造物を備え、前記複数のストリップが、前記スケルトン構造物の共通中心軸に沿って又は共通中心軸の周囲に長手方向に互いに接合され（ｊｏｉｎｅｄ  ｔｏｇｅｔｈｅｒ）、且つ、前記共通中心軸を中心に間隔をあけて配置された長い遠位縁（ｄｉｓｔａｌ  ｅｄｇｅｓ）を有し、及び、前記材料ストリップ上に配置された間隔をあけたノッチを備え、及び、前記スケルトン構造物の周囲に所望のウィーブ（ｗｅａｖｅ、編み方）で編まれ且つ前記ノッチに配置された引張材料（ｔｅｎｓｉｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を備え、
前記１対の構造部材を少なくとも１つのジョイント部品を用いて互いに接合すること
を含む前記方法。
【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、２０１１年３月４日に出願された、「外側で張力を受けてエネルギー吸収効果を有する構造部材」(“EXOTENSIONED  STRUCTURAL  MEMBERS  WITH  ENERGY-ABSORBING  EFFECTS”)」と題された米国仮特許出願第６１４４９４８５号の、米国特許法第１１９条（ｅ）の下での利益を主張し、この出願の開示の全体が参照により本出願に援用される。
【０００２】
連邦政府の権利に関する記述
本発明は、アメリカ合衆国エネルギー省から与えられた契約番号ＤＥ−ＡＣ５２−０６ＮＡ２５３９６に基づいて政府の援助によりなされた。米国政府は本発明に関して所定の権利を有する。
【０００３】
本発明の実施形態は構造部材に関するものであり、より詳細には、限定はしないが、単位質量あたりの耐荷重性能が増大された３次元構造部材に関する。また、これらの実施形態は、３次元構造部材のためのジョイント及びファスナ（fasteners、締め具、留め具、締結固定具）に関する。さらに、これらの実施形態は、３次元構造部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
民間の、機械的な航空宇宙分野において、効率的な構造物の追求が継続して行われている。効率的なトラス構造物は、強度対重量比が高く、且つ／又は、剛性対重量比が高い構造物である。また、効率的なトラス構造物は、比較的廉価で、作成及び組み立てが容易で、且つ材料を無駄にしない構造物とみなされよう。
【０００５】
トラス（trusses）は、典型的には、荷重を支持するように設計された、固定的な、完全に拘束された構造である。トラスは真直な部材から成り、各部材がその端部にてジョイントに連結されている。これらの部材は、力が部材に沿って方向付けられる二力部材(two-force  member)である。二力部材が生成できるのは、軸方向の力（例えば、部材の支点を中心とした引張力及び圧縮力）のみである。トラスは、橋梁及び建物の建設にて頻繁に用いられる。トラスは、トラスの面に作用する荷重を支持するように設計されている。従って、トラスは、しばしば、２次元構造物として取り扱われ、解析される。最も単純な２次元トラスは、三角形を形成するようにそれらの端部にて接合された３つの部材から成る。この単純な構造物に２つの部材及び新たなジョイントを連続的に追加することにより、より大きい構造物を得ることが可能である。
【０００６】
最も単純な３次元トラスは、四面体を形成するようにそれらの端部にて接合された６つの部材を含む。この四面体に新たなジョイント及び３つの部材を連続的に追加することにより、より大きい構造物が得られる。この３次元構造物は、スペース（空間）トラスとして公知である。
【０００７】
フレームは、トラスとは対照的であり、フレームもまた、典型的には、固定的な、完全に拘束された構造であるが、少なくとも１つの多力部材（multi-force  member）を含む。多力部材は、力を部材に沿って方向付けない。機械は、移動部品を含む構造物であり、力を伝達及び修正するように設計される。フレームなどの機械は、少なくとも１つの多力部材を含む。多力部材は、張力及び圧縮力だけでなく、剪断力及び曲げ力も生成することができる。
【０００８】
従来の構造設計は、単一荷重タイプに抵抗する１次元又は２次元解析に限られていた。例えば、Ｉビームは曲げに抵抗するように最適化され、管はねじりに抵抗するように最適化されている。設計解析を２次元に限定することは、設計プロセスを単純化するが、組合せ荷重を無視する。３次元解析は、３次元荷重及び構造の概念化及び計算が困難であるため、難しい。実際には、多くの構造が複数荷重に抵抗できなければならない。より複雑な構造をモデル化するために、現在、コンピュータが利用されている。
【０００９】
最近２０年間で、進歩した複合構造物が、多くのタイプの用途に用いられてきた。典型的な先進の複合材料は、連続的な高強度、高剛性配向繊維により強化された母材から成る。これらの繊維は、所望の方向及び面にて有利な強度及び剛性を得るように配向されることができる。適切に設計された複合構造物は、類似の金属構造物よりも優れた幾つかの利点を有する。この複合構造物は、著しくより高い、強度対重量比、及び、剛性対重量比を有することができ、従って、より軽量の構造物となる。フィラメントワインディングのような製造方法が、タンク又は柱のような構造物を作成するために用いられており、この方法は、構造物を金属から製造するような場合よりもかなり速い。複合構造物は、一般に、その製造融通性の利点により、多くの金属部品の代わりとして用いられることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
単位質量あたりの耐荷重性能が増大された、座屈に抵抗し、且つエネルギーを吸収する１以上の構造部材、及び、これらの構造部材から作られる構造物を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ひとつの態様によると、単位質量あたりの耐荷重性能（ｌｏａｄ  ｂｅａｒｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｙ）が増大されたエネルギー吸収構造部材が提供される。前記構造部材は、所望の形状のスケルトンに形成された材料ストリップと；前記材料ストリップの側部に配置された間隔をあけたノッチと；前記スケルトンの周囲に所望のウィーブ（ｗｅａｖｅ、編み方）で編まれ且つ前記ノッチに配置された引張材料（ｔｅｎｓｉｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）とを備える。
【００１２】
他の態様によると、単位質量あたりの耐荷重性能（ｌｏａｄ  ｂｅａｒｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｙ）が増大されたエネルギー吸収構造部材が提供される。前記構造部材は、複数の材料ストリップを有する細長いスケルトン構造物を備え、前記複数のストリップが、前記スケルトン構造物の共通中心軸に沿って又は共通中心軸の周囲に長手方向に互いに接合され（ｊｏｉｎｅｄ  ｔｏｇｅｔｈｅｒ、結合され）、且つ、前記共通中心軸を中心に間隔をあけて配置された長い遠位縁（ｄｉｓｔａｌ  ｅｄｇｅｓ）を有し、さらに、前記スケルトン構造物の周囲に所望のウィーブ（ｗｅａｖｅ、編み方）で編まれた引張材料（ｔｅｎｓｉｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を固定する（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）ために前記材料ストリップ上に配置された間隔をあけたノッチを備える。
【００１３】
さらに他の態様によると、ジョイントされた構造物が提供される。前記ジョイントされた構造物は、単位質量あたりの耐荷重性能（ｌｏａｄ  ｂｅａｒｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｙ）が増大された少なくとも２つの隣接するエネルギー吸収構造部材を備え、各前記構造部材は、複数の材料ストリップを有する細長いスケルトン構造物を備え、前記複数のストリップが、前記スケルトン構造物の共通中心軸に沿って又は共通中心軸の周囲に長手方向に互いに接合され（ｊｏｉｎｅｄ  ｔｏｇｅｔｈｅｒ）、且つ、前記複数のストリップの長手方向の遠位縁（ｄｉｓｔａｌ  ｅｄｇｅｓ）は前記共通中心軸を中心に間隔をあけて配置され、前記材料ストリップ上に配置された間隔をあけたノッチ、及び、前記スケルトン構造物の周囲に所望のウィーブ（ｗｅａｖｅ、編み方）で編まれ且つ前記ノッチに配置された引張材料（ｔｅｎｓｉｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を備え、及び、前記構造部材を互いに接合する少なくとも１つのジョイント部品を備える。
【００１４】
さらに他の態様によると、単位質量あたりの耐荷重性能（ｌｏａｄ  ｂｅａｒｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｙ）が増大されたエネルギー吸収構造部材を製造する方法が提供される。前記方法は、材料ストリップを所望の形状のスケルトン構造物に形成することと、ノッチを前記ストリップの側部に配置することと、引張材料を前記ノッチに配置することと、前記引張材料を前記スケルトンの周囲に所望のウィーブ（ｗｅａｖｅ、編み方）で編むこととを含む。
【００１５】
さらに他の態様によると、ジョイントされた構造物を組み立てるための部品キットが提供される。前記部品キットは、１対の前記上述したエネルギー吸収構造部材、及び、前記細長いスケルトン構造物端部が相補的プロファイルを有し、各溝が各スケルトン構造物端部の隣り合うストリップにより形成された、１対の前記細長いスケルトン構造物の接合端部の実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ、ほぼ）位置合わせされた溝にしっかりと着座し且つ接合するための、少なくとも１つの耐圧縮性部材（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｍｅｍｂｅｒ）と、前記スケルトン構造物の隣接する端部の周囲に編み付け又は巻き付けるための引張材料とを備え、組み立てにおいて、前記細長いスケルトン構造物端部が、前記少なくとも１つの耐圧縮性部材及び前記引張材料ウィーブにより所望のジョイント角度で互いにジョイントされる。
【００１６】
さらに他の態様によると、ジョイントされた構造物を組み立てるための部品キットであって、１対の前記上述したエネルギー吸収構造部材と、前記構造部材の接合長側部を覆うための、少なくとも１つのプロファイルされた連結プレートと、前記連結プレートを前記隣接する部材の長側部に固定するための複数のファスナとを備え、組み立てにおいて、前記ファスナが前記少なくとも１つの連結プレートを隣接する構造部材側部に固定することにより、前記構造部材が互いに接合される前記部品キットが提供される。
【００１７】
さらに他の態様によると、少なくとも２つの構造部材を互いに接合する方法が提供される。前記方法は、単位質量あたりの耐荷重性能（ｌｏａｄ  ｂｅａｒｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｙ）が増大された１対の前記上述したエネルギー吸収構造部材を提供すること、及び、前記１対の構造部材を少なくとも１つのジョイント部品を用いて互いに接合することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】構造部材の実施形態の、何らかの荷重を受ける前の状態を示す。
【図２】図２Ａ―Ｃは、構造部材の様々な実施形態が、骨格の損傷に耐え、さらに、ウィーブ及びコアの接近により保持されている状態を示す。
【図３】図３Ａ―Ｃは、構造部材の様々な実施形態の、コア損傷後の状態を示す。
【図４】構造部材の一実施形態の断面図である。
【図５】図５Ａ―Ｂは、ノッチの詳細、及び、ウィーブをスケルトンに接着するために用いられる結合剤を示す、構造部材の実施形態の拡大側面図である。
【図６】炭素繊維複合中実管に行われたテストの結果を示す。
【図７】ブロックウェル構造物の一実施形態に行われたテストの結果を示す。ウィーブなしの試料がエネルギー吸収のマルチモーダルモードを、圧縮領域における正弦波形状により視覚的に示している。
【図８】構造物の実施形態に行われたテストの結果を示す。
【図９−１】図９Ａは、管を構造物の様々な実施形態と比較したさらなるテスト結果を示す。
【図９−２】図９Ｂ―Ｄは、管を構造物の様々な実施形態と比較したさらなるテスト結果を示す。
【図１０−１】図１０Ａ―Ｂは、管及び構造物の様々な実施形態のための選択された機械的パラメータの概要を示す。
【図１０−２】図１０Ｃ―Ｄは、管及び構造物の様々な実施形態のための選択された機械的パラメータの概要を示す。
【図１１】一実施形態による例示的な構造部材の一部の端部斜視図であり、埋め込まれた中央コア、スケルトン構造物、及びノッチ内に配置されたウィーブを示す。
【図１２】別の実施形態よる例示的な構造部材の部分側面図であり、この実施形態において、ノッチ損傷の伝搬に抵抗するためにストランドがストリップの遠位縁に沿って延在する。
【図１３】さらに別の実施形態よる例示的な構造部材の斜視図である。
【図１４】さらに別の実施形態よる例示的な構造部材の端部の部分的斜視図である。
【図１５−１】図１５Ａ―Ｂは、一実施形態による構造部材の例示的な永久的ジョイント連結部の構築段階の１つを示す。
【図１５−２】図１５Ｃ―Ｄは、一実施形態による構造部材の例示的な永久的ジョイント連結部の構築段階の１つを示す。
【図１５−３】図１５Ｅは、一実施形態による構造部材の例示的な永久的ジョイント連結部の構築段階の１つを示す。
【図１５−４】図１５Ｆは、別の実施形態による構造部材の例示的な水平方向クイックジョイント連結部の構築段階の１つを示す。
【図１５−５】図１５Ｇは、別の実施形態による構造部材の例示的な水平方向クイックジョイント連結部の構築段階の１つを示す。
【図１６】図１６Ａは、一実施形態による構造部材の外側にスライド可能に取り付けられた例示的な水平方向スライドジョイントの上方斜視図である。    図１６Ｂは、図１６Ａの例示的な水平方向スライドジョイントの後方斜視図である。
【図１７】図１７Ａは、一実施形態によるスケルトン構造物を成形するための例示的な金型の閉鎖状態の断面図である。    図１７Ｂは、一実施形態による、図１７Ａの金型の開放状態の断面図である。    図１７Ｃは、一実施形態による、図１７Ｂに示した開放状態の成形セグメントがどのように互いに押し合わされるかを示す金型の断面図である。    図１７Ｄは、形成されたスケルトン構造物を解放するために成形セグメントが図１７Ｃに示された成形状態から外側に移動されている金型の開放状態を示す断面図である。
【図１８−１】図１８Ａ―Ｂは、一実施形態による構造部材の例示的なＴ字状ジョイント連結部の構築段階の１つを示す。
【図１８−２】図１８Ｃ―Ｄは、一実施形態による構造部材の例示的なＴ字状ジョイント連結部の構築段階の１つを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
参照番号のリスト
１．中央コア
２．スケルトン
３．ノッチ（切欠き）(Notch)
４．張力を加えられたウィーブ(Tensioned  Weave)
５．長手方向ストランド(Longitudinal  Strand）
６．ノッチ間の空間
７．スケルトン材料(Skeletal  material)／塊・材料（mass、マス）の除去
８．高密度／難燃性発泡体充填材(High-Density/fire  retardant  Foam  Filler)
９．付与されたシュリンクラップ又はその他の外側コーティング
１０．スケルトンの保護皮膜
１１．損傷された骨格状部材
１２．結合剤(Binding  Agent)（ＣＡ又はその他の接着剤）
１３．エネルギー吸収のマルチモーダルモード、ウィーブ付きサンプルにおける高頻度へのシフト
１４．耐圧縮性樹脂ジョイント部材(Compression  Resistant  Resin  Joint  Member)
１５．形成されたジョイント内の埋め込まれたスパー(Embedded  Spar)
１６．水平方向補強スパー（×２）
１７．耐引張性紐(Tension resistant  lashing)
１８．金型（Mold、モールド、鋳型）断面
１９．クイックジョイント水平方向プレート／異種材料(Dissimilar  Material)
２０．ウィーブに捕捉されたＶナット及び固定用ボルト
２１．Ｖ字状スロット線形スライドジョイント
２２．テフロン（登録商標）製の耐摩擦性外被
２３．Ｖ字状スロットスライドジョイントのためのＵ字状フレーム
２４．スケルトンに与える繋留（Tethered、つなぐ、拘束する）シンチング(cinching、締める、締めつける、結び付く)効果
２５．炭素繊維（カーボンファイバー）など
２６．ケブラーなど
２７．ザイロンなど
２８．スケルトンのコーティング、アルミニウムめっきを施したマイラーなど
２９．ジョイントプレート
３０．Ｖ字状プロファイルの(V-profile)捕捉されるナット
３１．締結ボルト
３２．捕捉されるナットのウィーブ内への差し込み
３３．スケルトン差し込みのための相補的カット
３４．スケルトンの露出されているＶ字状プロファイル
３５．スケルトンの遠位縁(Distal  Skeletal  Edge)
３６．材料ストリップ(Strips  of  Material)
【００２０】
以下の説明において、本発明が十分に理解されるように、限定のためにではなく説明のために、特定の詳細（例えば、特定の実施形態、手順、技術など）を記載する。しかし、本発明が、これらの特定の詳細から逸脱したその他の実施形態で実施され得ることが、当業者には明らかであろう。
【００２１】
本出願に記載されている技術的特徴は、エネルギーを吸収する構造部材（本文以下、「ブロックウェル構造物」(“Brockwell  structures”)とも称する）の様々な実施形態を構成するために用いられることができる。
【００２２】
１つの方法において、単位質量あたりの耐荷重性能(load  bearing  capacity)が増大された、エネルギーを吸収する構造部材が、所望の形状のスケルトンに形成された材料ストリップを有する。この材料ストリップの側部にノッチ（切欠き）が間隔をあけて配置されている。引張材料がスケルトン周囲に所望のウィーブ(weave、編み方）で編まれてノッチに配置される。
【００２３】
材料ストリップの側部上に間隔をあけて配置されたノッチ、及び、スケルトン構造物周囲に所望のウィーブ（編み方）で編まれた引張材料を設けることにより、この構造物は、座屈に抵抗し、且つ、エネルギーを吸収する。軽量で高強度の構造物に、壊滅的損傷(catastrophic  failure)を回避する性能を与えることができる。
【００２４】
別の例において、単位質量あたりの耐荷重性能が増大された、エネルギーを吸収する構造部材が、複数の材料ストリップを含む細長いスケルトン構造物を有する。これらの複数のストリップは、前記スケルトン構造物の共通中心軸に沿って、又は前記共通中心軸周囲に長手方向に互いに接合される。そしてこれらのストリップは、前記共通中心軸を中心に間隔をあけて配置された長い遠位縁を有する。前記材料ストリップ上に、ノッチが、前記スケルトン構造物の周囲に所望のウィーブ（編み方）で編まれる引張材料を固定するために、間隔をあけて配置されている。
【００２５】
さらに別の方法において、ジョイントされた構造物が、本明細書中に記載される１以上の実施形態の１以上のジョイント部品により互いに接合された、１以上の実施形態の構造部材の少なくとも２つを含む。
【００２６】
さらに別の方法において、単位質量あたりの耐荷重性能が増大された、エネルギーを吸収する構造部材を製造する方法が提供され、この方法において、材料ストリップが所望の形状のスケルトン構造物に形成される。ノッチが前記ストリップの側部に配置される。引張材料がノッチに配置されて、スケルトンの周囲に所望のウィーブ（編み方）で編まれる。
【００２７】
さらに別の方法において、部品のキットが、本明細書中に記載される実施形態の構造部材の組み立てのために提供される。
【００２８】
さらに別の方法において、部品のキットが、本明細書中に記載される実施形態のジョイントされる構造物の組み立てのために提供される。
【００２９】
１つの方法において、上記の部品のキットの１以上が、部品をどのように組み立てるかをユーザに指示するための、適切な媒体に記載された部品の指示書と共に箱に入れて提供される。
【００３０】
ここで、図面に関して説明をする。これらの説明において、実施形態の様々な要素に数字表示を与える。また、これらの説明において、実施形態を、当業者が本発明を作成及び使用することができるように論じる。
【００３１】
部品、プロセスステップ、及び、他の要素に関する特定の言及は、限定的であることを意図していない。また、異なる図面を参照すると、類似の部品には同一の参照番号が付されていることが理解されよう。また、図面が概略的であり、当業者の読者の手引きのために提供され、必ずしも一定の縮尺で示されていないことも理解されよう。むしろ、図面に示されている様々な図の縮尺、アスペクト（縦横）比、及び、部品の個数は、所定の特徴又は関係を理解し易くするために故意に変形されている場合もある。
【００３２】
添付図面の図１〜図５Ｂは、ブロックウェル構造物(Brockwell  structure)の実施形態を示す。この構造部材は、複数の材料ストリップ３６を含む細長いスケルトン構造物２を有する。図面において、細長いスケルトン構造物は、真直な長さの部材であるが、その他の例において、細長いスケルトン構造物が、湾曲した長さの部材であっても、或いは、リング形状の部材であってもよい。複数のストリップ３６は、共通の中心軸に沿って、又は、共通の中心軸の周囲に長手方向に互いに連結されており、そして、共通の中心軸を中心として間隔をあけて配置された長い遠位縁（distal  edges）３５を有する。各ストリップは、円形のカットアウトを有する平坦なストリップであるが、その他の実施形態において、１以上のストリップが、カットアウトを有し又は有さないその他のプロファイル（profiles、外形）を有し得る。
【００３３】
図１〜図５Ｂの例において、構造部材は、細長いスケルトン構造物が＋形状の断面を有するように等間隔に配置された４つの平坦なストリップ３６を有する。その他の実施形態において、ストリップ及び／又はスケルトン構造物断面の個数は異なり得る。例として、部材は、Ｙ字状の断面を有するスケルトン構造物を形成するように配置された３つの平坦なストリップを有してもよく、或いは、Ｔ字状の断面を有するスケルトン構造物を形成するように配置された、２つ、３つ、又は４つなどのストリップを有してもよい。
【００３４】
材料ストリップ３６上にノッチ３が間隔をあけて配置されている。図５Ａ及び図５Ｂに最良に示されているように、ノッチ３は、ストリップ遠位縁３５に沿って間隔をあけて配置されている。その他の実施形態において、ノッチは、ストリップ内のその他の位置に配置され得る。ノッチ３は、ノッチ３内に配置された引張材料４のためのアンカーポイント（固定点）として機能し、引張材料(tensile  material)４は、スケルトン構造物周囲に所望のウィーブ（編み方）で編まれている。このウィーブ（編組部）は、予め張力が加えられ（プレテンションされ）て、ストリップ遠位縁３５と同一面に（flush、面一に、同一平面で、一体となって、ぴったり重なって、平坦に、平らに）、又はストリップ遠位縁３５内の奥まった所に配置されている（recessed、凹部に配置されている、埋込まれている）。しかし、その他の実施形態において、ウィーブは、遠位縁を超えて突出してもよく、予め張力が加えられる必要はない。図１〜図５Ｂに示した構造部材の例において、耐損傷伝搬(failure  propagation  resistant)材料からつくられた中央コア１がスケルトン構造物２内に埋め込まれており、共通の中心軸に沿って延在している。損傷伝搬(failure  propagation)材料５もストリップ内に形成されて長手方向に延在している。結合剤又はその他の接着剤(adhesive)１２が、ウィーブ４をノッチ３に接着している。結合剤（binding  agent、結合手段）１２は、ウィーブ４の滑り（ずれ）の防止、及び、その他のアンカーポイント及び中央コア１を介して応力が構造部材ビーム（梁）全体にわたり分散されることを補助する。別の実施形態において、結合剤は省かれる。
【００３５】
以下に、より詳細に説明するように、ストリップ材料及びウィーブ引張材料は、所望のエネルギー吸収及び耐荷重性能(load  bearing  capacity)特性をもたらすように選択される。図１〜図５Ｂの例において、各材料ストリップは剛性の弾性材料(a  rigid  elastic  material)であり、この特定の例においては樹脂予備含浸(resin  pre-impregnated)炭素繊維であるが、その他の材料も考えられ、例えば、再生可能又は非再生可能なプラスチック又はガラスであるが、これらに限定されない。ストリップ、及び、ストリップから得られるスケルトン構造物は、構造物の形状を荷重に耐えて保持する任意の材料からつくられることができる。圧縮特性及び引張特性の両方をもたらすことができる材料ストリップが、構造部材に対してより有益であるが、その他の実施形態においては、圧縮のみ又は引張のみをもたらす材料も考えられる。
【００３６】
ウィーブ引張材料４は、ケブラー(Kevlar)であるが、その他の引張材料、例えば、ザイロン(Zylon)も考えられる。結合剤１２は、例えば、シアノアクリレート接着剤又はエポキシであり得る。中心コア２はザイロンからつくられるが、別の耐損傷伝搬材料を用いてもよい。耐損傷伝搬材料(failure  propagation  resistant  element)５も、ザイロン又はその他の引張材料であってよい。中心コア１は、構造部材の所望の特性に応じて、引張された又は弛緩している材料であってよい。その他の実施形態において、中央コア１を省いてもよい。
【００３７】
カーボンチューブ及びロッドのジョイントは、機械的治具（固定具）及び接着剤の使用により弱化する傾向がある。材料が損壊するとき、その材料は損壊が激しい傾向があり、それが、これらの部品の全体的な分離及び破損を生じさせる。本明細書にて記載するように、一実施形態による構造は、単位質量あたり超軽量で超強度のビーム及び繊維の両方からつくられた建築材料である。これらの材料は、さらに以下の特性を有する。
・軽量である
・管（チューブ）構造物よりもエネルギー吸収性が高い
・正規化された曲げ剛性（硬直性）が類似質量の管と同等である
・捩れ発生を、より高い頻度モードで抑制することにより、より高い座屈荷重を有する
【００３８】
ブロックウェル構造物と一般的な建築材料との比較を表１に示す。
【００３９】
【表１】
2014515064.tif 000003
【００４０】
１以上の例によるジョイントされた構造物は、ケブラーのウィーブパターンにより、非常に強力なジョイントを有し、このような構造物は、ジョイントを介して部材から部材へ応力を分散させ、これにより、応力が１つの領域に集中することを防止する。各部材‐スパーの縁に沿ったノッチ配置が、ケブラーウィーブのための固定的アンカーポイントを提供する。本発明の設計、及び、実施形態のスケーラブルな製造方法は、複合材料の全体的な壊滅的損傷を軽減し、構造物の強度対重量比を増大させる。
【００４１】
外部のウィーブパターンの主要な役割は、構造物を通じて力を分散させ、グラファイトスケルトンを適切な位置に保持することである。これは、構造物の湾曲を防止し、構造物を剛性段階に維持する。外部のウィーブパターンの第２の役割は、構造物が傷つけられて(compromised)引き離される過程にあるときにグラファイト上にシンチ(sinch)する（結び付く、締める）ことである。シンチングは、ウィーブが引っ張られるときに抵抗を増大する緩衝(dampening)効果を有する。また、ウィーブは、内部スケルトンを損傷（直接的衝撃、摩耗、切断などを含む）から保護する保護層としても機能する。最後に、ケブラーウィーブパターンの第３の役割は、破断した構造物を繋留連結して（tethered  together）おき、壊滅的な損傷及び分離を防止することである。
【００４２】
一例において、構造物は、炭素繊維（ＦＲＰ）構造のスケルトン、張力が加えられたケブラーウィーブ、及び、張力が加えられた又は弛緩している内部ストランド（破砕抵抗のための埋め込まれたコアとしての高張力材料から成る）を含む。さらに、プレテンションされた高張力の塊・材料(mass、主要部、部分、質量、マス)を、部材−スパーの遠位面(aspect)に長手方向に、コアに対して平行に加えることが可能であり、これにより、ノッチの損傷の伝搬をさらに防止する。前記構造物は、コーティング、例えば、耐紫外線劣化のための金属コーティングも有し得る。基本的な構造物は、用途ニーズ（例えば、部材が耐えなければならない特定の力、例えば、圧縮、引張、ねじり、屈曲、摩耗、及び引裂、又はこれらの任意の組合せのための最適化）に基づいた各用途のために、設計され、且つ、組み立てられ／構成されることができる。
【００４３】
図１〜図３は、実施形態の構造物の、３つの異なる破損段階
(breaking  phase)における状態を示す。図１は、実施形態の構造物の、何らかの破損を生じさせるのに十分な荷重が加えられる前の強固な段階での状態を示す。
【００４４】
全体的損傷のシナリオにおいて、１以上の実施形態のブロックウェル構造物は、様々な材料特性及び構造特徴の組合せの結果としての、複数の異なる荷重段階(loading  phases)を経る。最初の強固な段階（図１）において、骨格状のストリップ２は、中央コア１の周囲にて堅固で無傷の状態にあり、ウィーブ４はノッチ３にしっかりと取り付けられている。
【００４５】
荷重が増大すると、構造物は、圧縮された骨格状ストリップ２にて座屈（buckling、バックリング）１３を開始するため、延性挙動(ductile-like  behavior)を呈する（図９Ａ）。固定されたスケルトンのノッチ３とウィーブ４との特徴が座屈を抑制し、構造物に沿った捩れ（バックル）１３の個数を増大させ、構造物を、図９Ａのウィーブ無しの試料と比較して、より堅固で強力にしている。これは、コア要素１、骨格状ストリップ２、及び、ウィーブ４の組合せを通じて応力を分散させた結果である。
【００４６】
骨格状ストリップ２が傷つけられると、構造物は、拘束された、非剛性の、接近した(close-proximity)、破断後の段階（図２ａ〜図２ｃ）へと移行する。この段階において、耐引張性コア要素１、長手方向ストランド５、及びウィーブ４は無傷のままであり、骨格状物２の損傷に接近して拘束する。
【００４７】
損傷(failure)が伝搬し、長手方向ストランド５及び／又は中央コア１材料が損傷すると、構造物は、エネルギーを吸収しながら伸長及び繋留する(energy-absorbing  elongating  tether)段階に入る（図３ａ〜図３ｃ）。繋留伸長は、張力下でのスケルトン構造物２の分離により生じ、ウィーブ４の交差点におけるウィーブ４間の角度を減少させる。これは、ウィーブ４の対向側間の半径方向距離と、従って、全周とを低減し、スケルトン上及びスケルトン内にシンチしてスケルトン２を潰し、これが、完全な分離の前の、より多くのエネルギー吸収をもたらす。
【００４８】
上記の破壊段階は、ブロックウェル構造物が全体的に破壊する前に連続的な破壊段階の各々の全体を通じて荷重／引張に耐えることを可能にする。異なる材料特性及び構造特徴のこのような組合せにより、ブロックウェル構造物が、そのジョイント及びファスニング（締結固定）システムを備えた、軽量、安全で強固な一般的構造のフレームシステムになっている。
【００４９】
図４は、一例によるブロックウェル構造物及びこの構造物の３つの主要構成要素（すなわち、炭素繊維スケルトン２、ケブラーウィーブ４、及び、ザイロン製の中央ストランド１）を示す。これらの３つの構成要素の最適化及び組み込みが、ブロックウェル構造物の用途の融通性を非常に高め、ブロックウェル構造物を、軽量、高強度、耐爆発性を達成する多数の利点を有するユニークで革新的な建築材料にしている。さらに、これらの３つの主要構成要は、原材料の選択、構造ユニットの設計、及び、基礎スパー及びジョイント構造物の両方の製造における設計属性の幅広い選択を可能にする。
【００５０】
幅広く選択される原材料は、ブロックウェル構造物に組み込んで設計することができる。大抵の場合、これらの原材料は、性能が証明されている市販のＦＲＰである。例えば、材料の様々な組合せを、特定の用途のためのブロックウェル構造物の成形プロセスに用いることができる。また、ブロックウェル構造物は、ケブラー、ザイロン、スペクトラ(Spectra)繊維などの様々な高張力材料を用いることができる。
【００５１】
一例において、３つの構成要素（スケルトン、ウィーブ、及び、コア）を１つのブロックウェル構造物に組み込むことが、最適化された特定用途向け性能（荷重、強度、望ましい破損モード、及び疲労に関連した必要条件を含む）を達成できる基礎スパー及びジョイント構造ユニットを作成するために用いられる。以下の特徴が、構成要素の設計／組込みにおいて、損傷モードを変えるために操作されることができる。
・ノッチ（ウィーブ）密度
・ウィーブの張力／強度
・ウィーブのストランド数
・ウィーブのパターン及び角度
・金型に挿入されるストランドの数
【００５２】
ブロックウェル構造物は、基礎構造物及びジョイント構造スケルトンの様々な選択を可能にして、特定用途向けニーズ、例えば、Ｙビーム、+ビーム、Ｘビーム、Ｏビームなどに適合する。金型の形状、サイズ、厚さ及び寸法は、特定用途向け設計プロセス中に最適化されることができる。
【００５３】
以下にさらに説明するように、１以上の実施形態のブロックウェル構造物は、軽量且つ高強度であり、壊滅的な損傷を回避する性能を有し、また、製造及び設置を容易にする。さらに、ブロックウェル構造物は、（１）耐圧縮性能と耐引張性能との統合的組合せを提供する；（２）構造部材における応力の分散を調整する：（３）設計に基づいた破断位置／ゾーンの予測を可能にする；（４）荷重条件及び用途の必要条件に基づいてカスタマイズされた設計を提供する；（５）引張又は圧縮のいずれかでの最初の破断を想定／設計する性能を提供する。
【００５４】
軽量及び高強度：１以上の実施形態のブロックウェル構造物は、ＦＲＰが軽量高強度の構造材料であること、及び、損傷モードを制御するためにウィーブを用いるという利点を有する。一実施形態において、ブロックウェル構造物の主要原材料が、高張力材料（例えばケブラー及びザイロン）が巻き付けられた（編み付けられた）炭素繊維であることにより、１以上の実施形態のブロックウェル構造物からつくられた建築ユニットが、剛性、軽量で、且つ、かなりの大きさの応力（圧縮及び張力）に、スチール、カーボンチューブ、又はＦＲＰのみなどの材料と比較して、より耐えることができるように設計されることができる。
【００５５】
壊滅的な損傷を回避する性能：ブロックウェル構造物は、壊滅的な損傷の防止に必要なエネルギー吸収を行い、これにより、既存のＦＲＰ部品に関連した脆性損傷モード(the  brittle  failure  mode)を克服する。ブロックウェル構造物は、軽量及び高強度特性を維持しながら、いずれの損傷も局所化し、壊滅的な損傷を回避して残存性能を高める。また、１以上の実施形態のブロックウェル構造物は、スケルトンの座屈が、張力を加えられたウィーブにより抑制されることによりもたらされる、延性損傷挙動特性(ductile  failure  behavior)を生来の性質(built-in  properties)として有する。
【００５６】
構造部材のスケルトンが損傷した場合、外部ウィーブが分離に抵抗する。これは、プロセスにおいて、内部の塊・材料（ストリップ）を拘束し、且つ、多大な引張抵抗を吸収しながら無傷を維持することにより行われる。また、高張力材料（例えばケブラー又はザイロン）から成る、埋め込まれた内部ストランド（ＦＲＰ成形プロセス中にスケルトン構造物内に導入される）が、スケルトンをより分離し難くし、こうして、スケルトンの損傷部位付近に留まる。これらの性能品質は、高衝撃領域における構造部材に設計作製されることができる安全機構（例えば衝撃吸収ゾーン）として利用される可能性を有する。１以上の実施形態に関し、耐爆発性(the  blast  resistance)（破壊開始から最終的な分離及び壊滅的損傷までの）が、スケルトンの破壊を開始する力の約１０〜１５倍増大する。
【００５７】
製造及び設置の容易性：ブロックウェル構造物は、軽量、高強度、及びエネルギー吸収構造性能品質を維持しながら、様々な特定用途向けの、荷重必要条件、サービス、耐久性必要条件、及びコスト要求に適した形状及び形態に、容易に設計されることができる。ブロックウェル構造物は融通性を有し、この融通性とは、ブロックウェル構造物が軽量のフレーミング（枠組み）部材として構成され、そして、必要に応じて、構造的空隙を埋めるために、豊富な現地材料（例えば、土、岩、粘土、及び水）を利用し、それにより安定性を高め、且つ質量を付加することである。最後に、ブロックウェル構造物は、設置及びメンテナンスに関する以下の利点を有する。
・この構造物は、独立型の(stand-alone)材料であり得る。ブロックウェル構造物が３次元（３Ｄ）フレーミング部材であっても、長手方向スパーが２次元（２Ｄ）面で用いられ得る（これは、ワインボックス内の仕切り板に非常に類似しているが、２次元でさらに螺旋状にされ得る）。
・この構造物は、コンクリート、金属ブリッジ又はその他の構造物から成る補強又は補助部材として用いられることができる。
・この構造物は、組立が容易で単純であるため、現場で修理されることができる。修理の方法の１つは、ブロックウェル構造物の塊・材料を修理が必要な領域に付加することによる。修理された領域の付加的強度は、骨をさらに強くする、骨折後治癒した骨の石灰化塊(the  calcified  lump)に類似しているであろう。
・これらの構造物は、いずれの場所においても、単純、汎用的でフレキシブルな成形及びウィーブ付与プロセスを用いて組み立てられることができる。
【００５８】
ここで、構造部材のさらに別の実施形態を示している図１１〜図１４を参照する。図１１は、図１〜図５Ｂの構造部材に類似しているが、ストリップ５０にカットアウト（cut  outs、切り出し、切り取り、切り抜き、切り欠き）を有さず、また、長手方向のストランド５を有さない構造部材の斜視図である。図１２は、別の実施形態による例示的な構造部材の部分側面図である。この実施形態もまたカットアウトを有さないが、ノッチ付近に長手方向のストランド５が配置されている様子が示されている。これは、追加の塊・材料（ストランド）を有する強固な状態の構造物である。長手方向のストランドは、引張強度を増すだけでなく、ノッチからの損傷伝搬を防止することの補助もする。
【００５９】
図１３は、さらに別の実施形態による例示的な構造部材の斜視図である。この実施形態において、ストランドが、ノッチを有さない遠位縁付近にて長手方向に延在し、また、ストリップカットアウト７が設けられている。ストリップカットアウト７は様々なパターンを有する。これは、完成構造物にて実現され得る質量変化を示し、この質量変化は、スケルトン２からの塊・材料の排除、及び、長手方向ストランド５（高張力材料又は電気配線を含むがこれらに限定されない）の付加を含む。
【００６０】
図１４は、さらに別の実施形態による例示的な構造部材の部分斜視図である。この図１４は、スケルトン上の保護皮膜１０（例えば、この例においてはアルミニウムめっきを施したマイラー(Mylar)（２８）であるがこれに限定されない）、スケルトンの充填材料８（この場合、高密度発泡体）、及び、構造全体を包み込む被覆材料９（例えば、シュリンクラップ（収縮包装用フィルム））を示す。
【００６１】
ここで、一実施形態による、単位質量あたりの耐荷重性能が増大されたエネルギー吸収構造部材を製造する方法を説明する。この方法は、添付図面に示した実施形態のうちの１以上の構造部材を製造するために用いられ得る。概要を述べると、この方法は、材料ストリップ３６を所望の形状のスケルトン構造物２に形成するステップから開始する。次いで、ノッチ３をストリップの側部に配置する。引張材料４がノッチに配置されて、スケルトンの周囲に所望のウィーブ（編み方）で編まれる。
【００６２】
材料ストリップを所望の形状のスケルトン構造物に形成するプロセスは、様々な技術を用いて行われることができる。一例において、スケルトン構造物は、材料を所望の断面形状の構造部材スケルトン構造物に成形するように形作られた金型を用いて圧縮成形される。一例において、スケルトン構造物は、構造部材のスケルトン構造物を形成するために押し出される押し出し可能な材料（例えば、金属、ガラス、又は、プラスチック）からつくられる。例として、当業者に公知の引き抜き成形又はその他のプロセスが、スケルトン構造物２を形成するために用いられ得る。また、このような技術は、中央コア１及び長手方向ストランド５を含む複合スケルトン構造物が必要に応じて形成されることも可能にする。例えば、炭素繊維から成るスケルトン構造物を、公知の方法により押し出し成形又は引き抜き成形することができる。その他の例において、射出成形技術を用いて、熱可塑性材料及びその他のタイプの射出成形可能な材料からスケルトン構造物を形成することも可能である。
【００６３】
一例において、スケルトン構造物が形成されたならば、次いで、回転カッター、又は、その他のノッチング（切欠き形成）装置を用いて、各ストリップの側部縁３５にノッチ３を間隔をあけて切り出す。次いで、ケブラー又はその他の引張材料のストランドを、引張りながら螺旋状に、スケルトン構造物２の周囲に長手方向に前後に、ノッチ３内を通して巻き付けて、時計回り及び反時計回りのウィーブ４を形成する。ウィーブが編まれたならば、次いで、接着剤１２、例えば、シアノアクリレート、エポキシ又はラッカーを、ウィーブ／ノッチのジャンクション（交差部）に塗布し、ウィーブをスケルトン２に結合し、そして、ブロックウェル構造物の組立を完了する。
【００６４】
スケルトン構造物２を成形するための金型（mold、モールド）の形状は、構造物の所望の断面に応じて決まる。金型は、長手方向に並べて配置された複数の細長いセグメント１８を有し、１つのセグメントの成形面が隣接するセグメントの対応する成形面に向いている。各セグメント成形面は、細長いスケルトン構造物の所望のストリップ形状及び所望の断面を提供するようにプロファイル（外形）が決定される。例として、スケルトン構造物を成形するための、一実施形態による、＋形状の断面を有する例示的な金型が図１７Ａ〜１７Ｄの断面図に示されている。この金型は、正方形の断面を有する４つの細長い成形セグメントを有する。これらの４つのセグメントは、縦横２×２の配列で（マトリクス状に）長手方向に並べて配置され、これにより、マトリクスの中央ジャンクション（交差部）又は共通軸にて、＋状断面のスケルトン構造物を形成する。Ｙ字状断面のスケルトン構造物を成形するためには、金型は、３つの成形セグメントを有し、Ｔ字状断面のスケルトン構造物を成形するためには、２−３型の(twothree)成形セグメントを有する。
【００６５】
成形プロセスは、それぞれの成形セグメント面に位置合わせされるようにプロファイルされた（profiled、外形を有する）、材料長(lengths  of  the  material、長さを有する材料)を、開放された金型内に供給し、繊維又はその他の、材料長をセグメント成形面と位置合わせすることにより開始する。図１７Ａ〜図１７Ｄの例において、繊維長（fiber  lengths）は予備含浸炭素繊維（pre-impregnated  carbon  fiber）からつくられる。しかし、先に既に説明したように、その他の所望の材料を用いてもよい。図１７Ｂに示されている＋状断面の金型に関しては、金型に供給される、材料長は、それぞれの成形セグメントのプロファイル（外形）に合致するＬ字状の断面を有する。次いで、このＬ字状断面を有する、材料長を、各セグメント成形面の長軸の９０度コーナー（角部）上に入れ子状に配置する。必要に応じて、ケブラー又はザイロン糸又はその他の耐損傷伝搬材料を、中央コア１を形成するために金型の中央に挿入してもよく、且つ／又は、ノッチ補強引張要素５を成形ストリップ内に組み込むために金型内の長手方向溝に挿入及び位置合わせしてもよい。
【００６６】
図１７Ｃに示されているように、材料を＋状断面に成形するための適切な圧縮ツール又は装置（図示せず）により金型１８が互いに押し合わされたならば、硬化プロセスを開始するために金型を加熱する。炭素繊維スケルトン構造物に関して、スケルトン構造物は、約４５分の加熱後、華氏約２８５度（摂氏約１４１度）の温度で硬化する。室温に冷却した後、金型を取り外すと、＋形状のスケルトン２が残る。次いで、成形プロセスからのフラッシングにより余剰樹脂を除去し得る。
【００６７】
予備実験結果
実験測定において、高品質の炭素繊維エポキシ複合円形管（チューブ）をベースライン構造物として選択した。なぜなら、この円形管が、様々な用途において広く用いられている最も効率的な構造要素の１つであるからである。限られたサンプルに対する最初の調査により、基本的なブロックウェル構造物が、軽量で高強度の材料性能に関し、以下のようにカーボンチューブよりも優れていることが示された（図６〜図９に示す）。
・ブロックウェル構造物の線形質量密度は、カーボンチューブのわずか１／２〜２／３である。
・損傷の第１段階において、ブロックウェル構造物は、前記円形管（脆く壊滅的に損傷した）と比較して、２倍〜３倍多くのエネルギーを吸収した。
・ブロックウェル構造物は、全体的分離が生じる壊滅的損傷をせずに、漸進的な連続的損傷を維持した。
・ウィーブが付与されたサンプルは、座屈荷重の少なくとも２倍の荷重に耐えた。
・ブロックウェル構造物は、類似の質量を有する円形管と類似の正規化曲げ剛性(rigidity)を有した。さらに、予備実験結果は、この構造部材を分離させるのに必要な力が、初期破壊時の力の１０〜１５倍であることを示している。これは、以下の固有の設計特徴の幾つかにより可能にされる。
・ウィーブ付与(weaving、ウィービング)：ブロックウェル構造物に組み込まれる別の機構（すなわちウィーブ）が、突然の損傷を防止することができる。ウィーブは、最初は、剛性を高めるように設計されており、また、断裂した内部骨格状部材に接近して保持することもできる。内部骨格状部材が潰れ始めた後に、より大きい力が加えられると、外側の、ウィーブが解けた(counter-woven)部材が、繋留状態で拘束されたままとなり、これにより、構造物を適切な位置に保持する。この作用が漸進的に生じて引張強度を増大し、同時に、分離に抵抗して、このプロセス中に多大なエネルギーを吸収する。
・溝ノッチ設計：図４は、骨格状部材上のノッチの内側の、張力を加えられたウィーブの拡大図である。ノッチは、構造物が破損された場合に破損部以外の部位が互いに支え合うことを可能にする新規の設計特徴を有する。コア構造物の縁に沿ってノッチを付加することにより、新規のブロックウェル構造物設計は、ウィーブ部品がスケルトン部材にとどまって滑りを防止することを可能にする。損傷部付近のウィーブは無傷であるため、これらのウィーブは、損傷がさらに伝搬することを防止し、すなわち、損傷プロセスを失速させる。
・構造設計：（１）ブロックウェル構造物部材、及び、（２）ブロックウェル構造物ジョイントの両方を、特定の用途のニーズを満たすような構造物に設計し、考案し、組み立て／構築することができる。例えば、ブロックウェル構造物は、各構造部材が所与の荷重条件下で耐えなければならないような応力のタイプ（圧縮、引張、ねじり、又は、摩耗／引裂抵抗（例えば、船橋甲板用途における）のために最適化するように設計及び構築されることができる。
・圧縮力に抵抗することに関し、最も簡単な方法は、座屈が生じそうな領域に塊・材料を付加することである。一例は、圧縮／引張を受ける領域に塊・材料を付加することであろう。しかし、より複雑な解決方法も提案することができる。これは、例えば、編まれた繊維の０度−９０度のパターンを４５度−４５度のパターンを用いて成形し、これにより、座屈を最小化するような、より剛性の高い構造物を得る方法である。
・ブロックウェル構造物は、編み(weaving、ウィービング)パターンの２以上のタイプを用いることにより、ねじり力に対処する融通性を有する。また、ブロックウェル構造物は、充填材を付加されることができ（硬質の高密度発泡体の付加による）、ねじれ抵抗を高めることができる。
・引張抵抗を増大するために、より多くのカーボン、ケブラー、又はザイロンを骨格状構造物のコア内に長手方向に付加することができる（成形により）。これらの要素は、剛性を高めるためにプレテンションされることができ、これにより、ブロックウェル構造物の撓みを低減することができる。
【００６８】
ＦＲＰと金属との機械的特性の重大な違いは、荷重下でのＦＲＰと金属との挙動の違いであった。典型的に、ＦＲＰは、ＦＲＰの線形の応力−歪み関係により示されるように、脆性挙動を呈する。一方、金属は、バイリニアの応力−歪み関係により示されるように、弾塑性挙動を呈する。ブロックウェル構造物が座屈挙動を生じた場合に蓄積される歪みエネルギーの著しい増大が、図３Ａ〜図３Ｃから明らかであり、これらは、ブロックウェル構造物が、その他の構造物の壊滅的損傷モードよりも優位であることを示す。
【００６９】
ここで、図９に示されている結果について詳細に説明する。図９を参照すると、この図は、ブロックウェル構造物の２つの実施形態（すなわち、コアが埋め込まれた、ウィーブを有する実施形態、及び、ウィーブを有さない実施形態）を、曲げテストにて、規格化された高品質炭素繊維管（カーボンファイバチューブ）と比較した様子を示す。グラフは、試料の正規化された曲げモーメントを中立軸曲率と比較した様子を示し、これにより、既存の高性能建築要素と比較するためのベースラインが確立されている。また、アルミニウム（硬化あり、及び、硬化なし）の性能を示すシミュレーション曲線が、さらなる比較のためにグラフに加えられている。グラフは、炭素繊維管の線形の応力−歪み曲線、ブロックウェル構造物のバイリニアカーブ、及び、アルミニウムのバイリニアカーブを示す。炭素繊維複合物は、これまで、線形の応力−歪み曲線を示し続けており、これは、警告なしの破損を示す。しかし、金属は、これまで、バイリニアカーブを示し続けており、これは、破損前に降伏（曲げ）が生じることを示す。ブロックウェル構造物において、波状の形状１３により示される降伏が、骨格の破損前に構造物により得られる。これを、壊滅的損傷前の警告とみなすこともできる。ブロックウェル構造物は、金属のバイリニアカーブに類似した曲線を示し、尚且つ、類似の質量を有する管と同等の正規化曲げ剛性を維持する（これは、試験番号４を試験番号１６及び試験番号１と、グラフ上、及び対応する図にて比較することにより示される）。
【００７０】
ウィーブが付与されたサンプルは、非常により高い座屈荷重を有する。これは、捩れ発生を、固定されたウィーブによる歪み分散により、より高頻度で抑制することによる。曲線下の領域は、様々な試料のエネルギー吸収を示す。ウィーブ付き試料の曲線下の領域が、その他全ての試料の曲線下の領域よりも大きいならば、これは、強度、衝撃耐性、及び、エネルギー吸収が、その他の試料よりも高いことに対応し、従って、ブロックウェル構造物の優れた性能を示し、従来の複合構造物及び金属とのギャップを埋めて、構造設計の可能性及び理解を高める。
【００７１】
ここで図９Ｂを参照すると、この簡単な棒グラフは、ブロックウェル構造物の線形密度（linear  density）が、管と比較して低減されている様子を示す。これは、管の線形質量が、比較された試料（ウィーブ有り又はウィーブ無し）の線形質量よりも大きかったことを示す。
【００７２】
ここで図９Ｃを参照すると、この図は、ブロックウェル構造物の曲げ剛性が管と同等であったことを示す。管の曲げ剛性よりも低いが、これは、利点とみなされよう。なぜなら、剛性は、既存の炭素繊維建築要素に典型的な脆く激しい損傷モードに対応しているからである。また、剛性がわずかに低減されることにより、図９Ａに示されているような、応力が加えられている部材の視覚的識別が可能になる。
【００７３】
ここで図９Ｄを参照すると、この棒グラフは、図９Ａの各グラフ線の真下のそれぞれの領域を視覚的に示す。図示されているように、ウィーブ有りの試料によるエネルギー吸収は、管のエネルギー吸収の３倍に近い。
【００７４】
図１０Ａ〜図１０Ｄの結果に関し、図１０Ａは、試験されたサンプルからの曲げ剛性試験結果（試験番号、サンプルタイプの識別、及び結果を含む）を示す。これは、線形質量密度に関して正規化されていない。図１０Ｂは、試験されたサンプルの比較用の線形質量密度を示す（試験番号、サンプルタイプの識別、及び結果を含む）。図１０Ｃは、分析したサンプルにわたる正規化された曲げ剛性を示す（試験番号、サンプルタイプの識別、及び結果を含む）。図１０Ｄは、分析した全てのサンプルにわたる正規化されたエネルギー吸収を示す（試験番号、サンプルタイプの識別、及び結果を含む）。
【００７５】
ここで、ジョイント、及び、幾つかの実施形態による上記の構造部材をジョイントする（継ぎ合わせる）方法について説明する。構造部材は、様々なタイプのジョイントを用いて様々な方法で互いに接合され得る。ジョイントされた構造物は、引張材料から成るウィーブパターンによる非常に強力なジョイントを有し、ジョイントはジョイント構造物に押し付けられ、荷重を１つの部材から隣の部材に伝達する。応力が集中する場所では、樹脂又はその他の材料、例えばゴムが圧縮に抵抗して、荷重を部材コアにわたって分散させる。例として、図１５Ａ〜図１５Ｅを参照すると、一実施形態による、例示的なジョイントされた構造物の様々な形成段階が示されている。上記のエネルギー吸収構造部材の２つ以上がジョイント部品１５，１６，１７により互いにジョイントされる。
【００７６】
図１５Ａ〜図１５Ｅは、１以上の細長いスケルトン構造物の一方の一端が別の細長いスケルトン構造物の一端に接合されるエルボージョイント連結部の形成を示す。接合されるスケルトン構造物端部は、これらの端部が相補的プロファイル（complementary  profiles、相補的外形）を有するようにカットされている。図１５Ａ〜図１５Ｅの例において、接合端部は４５度の角度でカットされ、従って、スケルトン構造物２は直角のフレームを成すことができる。しかし、この相補的端部外形は、０度〜１８０度までの任意のジョイント角度をもたらすように選択されることができる。構造物の端部は、一方の端部の隣り合うストリップにより形成された１以上の溝（例においてはＶ字状外形溝）が、他方の端部の隣り合うストリップにより形成された対応する溝にほぼ位置合わせされることにより互いに接合される（例えば、図１５Ｃを参照）。ウィーブ４及び／又はノッチ３が、互いに接合される構造物端部の先端に存在しても、或いは、図１５Ａ〜図１５Ｅに示されているように存在しなくてもよい。
【００７７】
ジョイント部品１４は、互いに接合された上記スケルトン構造物の端部溝により形成された交差部のジョイント内側の角部（コーナー）内に取り付けられた耐圧縮性ジョイント樹脂（a  joint  compression  resistant  resin）である。図１５Ｅに最良に示されているように、樹脂１４は、交差する接合溝の形状に適合している。ジョイント部品１５は、ほぼ位置合わせされた溝をしっかりと着座させ且つ互いに接合するための耐圧縮性部材である。耐圧縮性部材は、カーボン又はその他の耐圧縮性材料から形成され、接合溝の内側の角部のプロファイル（外形）に適合するように形作られる。例えば、図１５Ａ〜図１５Ｅにおいて、ジョイント部品１５は、直角に接合しているＶ字状溝３４の内側の角部のプロファイル（外形）に適合するように三角形状に形作られている。部品１５は、ジョイントの内側の角部に取り付けられて、スケルトン構造物端部の位置合わせ接合された溝に橋渡しをする。部品１５は、適切なエポキシ樹脂により固定されることができ、或いは、耐圧縮性ジョイント樹脂部材１４内に取り付けられ得る。耐圧縮性ジョイント樹脂部材１４は、部品１５を用いて使用されても、或いは、部品１５を用いずに使用されてもよい。
【００７８】
一例において、スケルトン構造物の２つが、三角形状の２つの水平方向補強炭素繊維スパー又は部材１６を用いて互いに連結される。図１５Ａ〜図１５Ｅに示されているように、これらの部材１６の１つがジョイントの各側にてスケルトンに接着され、耐圧縮性樹脂ベース(the  composition-resistant  resin  base)１４に埋め込まれた、ジョイントの内面に接着された部品１５と協働する。
【００７９】
所望のように適切な位置に接着されたジョイント部品１４，１５，１６の１以上に、次いで、ケブラー又はその他の引張材料から成るラッピング又は巻き付け材１７を、ジョイント部品を押し合わせて固定するために、及び、分離を防止するために付加する。図１５Ａ〜図１５Ｅの例において、ケブラーが、一連のＸ状編み込みを用いて巻き付けられ、骨格状ビームの切断面に対して垂直に重なり合って組み上げられる。さらに、レリーフ巻き(relief  wind)を、ビームからビームに、ビームの、張力を受けているウィーブ４、及びジョイントの両側の上に重ねて付加し得る。これが、ウィーブと構造要素２とを一緒に不動に固定するように機能する。様々な巻き方を、作業に特有の要求条件に適合するように用いることが可能である。これらのジョイントは、０度〜１８０度の範囲の任意のジョイント角度に適合するように組み立てられ得る。角度の変動に対して修正するために、ジョイント部品の三角形スパー１５，１６は、意図されるジョイントの角度と同一角度にカットされる。示されている図において、両方の部材が４５度の角度でカットされ、交差の累積角度が９０度に等しいように接合される。
【００８０】
図１５Ｆ〜図１５Ｇは、別の実施形態によるジョイントされた構造物の様々な構築段階を示す。図１５Ｆ〜図１５Ｇに示されているように、ジョイントされた構造物は、上記のスケルトン構造物の一端が別のスケルトン構造物の側部に接合されたＴジョイントである。構造物は、クイックジョイントを用いて互いに接合される。クイックジョイントは、捕捉型(captured)ナット３０及びボルト３１取り付けシステムに基づいている。ジョイントを形成するために、所望の角度に適合するように形作られた高強度プレート２９にボルト３１が締め付けられる（ボルト３１は、張力を受けているウィーブにより維持されているＶ字状捕捉ナット３０にねじ嵌めされる）。ナットのＶ字状プロファイルが、ＸビームのＶ字状に形成された溝３４に嵌り込み、これによりナットの回転を防止する。スケルトン構造物２が様々な断面を有するその他の例に関し、ナット３０は、隣り合うストリップの形態及び配置に従う溝に嵌り込むように形作られる。これにより、類似でない構造物又は材料への取り付けのための確実で簡単なプラットフォームが提供される。このシステムを用いると、ブロックウェル構造物は、一般的なフレーム構造システムとして、迅速で容易な組み立てのための簡単なアタッチメントを使用して容易に用いられ得る。示されている図において、構造部材は、９０度のプレートアタッチメント２９を用いて構造部材の別のセクションに取り付けられて、Ｔ字ジャンクションを形成している。しかし、クイックジョイントプレートは、構造部材をその他の構造（例えば、Ｙ字ジョイント、エルボージョイントなど）で連結するように構成されることもできる。ビームが交差する角度は、ジョイントプレート２９の穴及びマージンの位置合わせ角度を変更することにより変更され得る。また、プレート自体も、曲げられ又は湾曲され得る。
【００８１】
図１６Ａは、一実施形態によるスケルトン構造物の外面にスライド可能に取り付けられた例示的なＵ字状の水平方向スライドジョイントの上方斜視図である。図１６Ｂは、図１６Ａの例示的な水平方向スライドジョイントの、スケルトン構造物から離された状態の後方斜視図である。Ｕ字状ジョイントがその上にスライド可能に取り付けられるスケルトン構造物は、ストリップ３０から、その他の実施形態の構造部材と同一の方法で形成されるが、このスケルトン構造物はノッチが省かれている。スケルトン上にウィーブを全く有さない。ノッチを有するがウィーブを有さない構造物も考えられる。
【００８２】
部材２３は、Ｕ字状の部材であり、従って、溝とスライド可能に係合されているとき、部材はスケルトン構造物の３つの外側面と重なる。図１６Ａ及び図１６Ｂのスライドジョイントの例において、溝と係合するＶ字状の長手方向ナット又はその他の部材２１が、Ｕ字状部材又はシャーシ（筐体）２３の側壁内に存在し、この部材は、スケルトン構造物の一端を介して構造物の長手方向Ｖ字状溝３４と係合するためのものである。このようにして、Ｕ字状シャーシは、Ｖ字状溝内に、Ｖ字状ナット２１によりスライド可能に保持される。部材２３は、その他の構造物、装置などを部材２３上に取り付けるための穴を部材２３の外面に有する。さらに、スライドジョイントは、Ｕ字状部材２１の内壁を補強する耐摩擦ジャケット（外被）２２を示し、また、ジャケット２２は、スケルトン構造物の溝内に部材２１がスライド可能に保持されているときにスケルトン構造物の側部に接触する。
【００８３】
図１８Ａ〜図１８Ｄは、一実施形態による例示的なＴジョイント構造連結の構築の様々な段階を示す。永久的なＴジョイントを形成するために、又は、上記の構造部材を別の構造部材に９０度の角度で取り付けるために、接合ビームが４５度の角度で２回、ビームの両側からカットされ、これにより、２つの４５度カットが、＋状スケルトン３３の中央にて交差する。架けられるビーム上のウィーブ４の、ジョイントが交差する部位の一面を切り取ることにより、接合ビームのポイント３３が、露出されたＶ字状プロファイル（外形部）３４に差し込まれることができ、これにより２つのビームの骨格状ストリップのプロファイル（外形部）が交差し、荷重／応力が近位部材コア１を通じて分散することを可能にする。２つの内角４５度の部材スパー１５を、ジョイントビームのそれぞれの側に１つずつ、樹脂１４に埋め込んで用いることにより、交差角度が画定され、次いで、ビームを、紐縛材料１７（例えば、ケブラー又はその他の引張材料）を用いて圧力をかけながら紐縛して、引張抵抗を付加し、且つ、隣接するウィーブ４と交差させることができる。９０度のジョイントと同様に、ジョイント編み部は、骨格状スパー１５を補強する一連の歪み分散(strain-distributing)巻き部１７から成り、荷重をスケルトンコア１にわたって分散させる。巻き技術は、用途に応じて変化する。さらなる性能のために、樹脂を巻き部に付与して、より固定的なジョイントを形成することが可能である。ジョイント角度の変動は、樹脂に埋め込まれる骨格状スパー１５及び形成されるジョイント１４の角度を補完的角度に調節すること、及び、ビームカット３３を、コアの近接及びストリップの交差／接触を考慮した要求条件に合うように調節することにより対処され得る。
【００８４】
要約すると、ブロックウェル構造物は、強度対重量比が高く、エネルギー吸収性に優れ、且つ、弾性特性を有する、新世代の軽量で高強度の建築材料を提供する。この構造部材は、単位質量あたりの耐荷重性能が増大されており、この性能は、作業（タスク）に固有の負荷のために最適化されることができる。構造部材は、座屈に抵抗するように構成されることができ、尚且つ、破損前に座屈するように設計される。構造部材は、その構造によるエネルギー吸収により、高められた安全性を提供し得る。構造部材は、構造用途（例えば、ビーム、カンチレバー、支持体、柱、スパンなど）のために構成され得る。
【００８５】
本発明の上記の実施形態が例示的なものに過ぎず、これらの実施形態の変更を当業者が考案し得ることが理解されよう。従って、本発明は、開示された実施形態に限定されるとみなされるべきではなく、添付の特許請求の範囲により定義されるようにのみ限定されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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８】
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【図９−１】
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【図９−２】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５−１】
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【図１５−２】
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【図１５−３】
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【図１５−４】
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【図１５−５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８−１】
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【図１８−２】
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【国際調査報告】
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