(57)【要約】  少なくとも一部の態様では、オーゼティック構造体が、それ自体から突出する複数の構造要素をそれ自体において定める第１のシートであって、複数の構造要素は負のポアソン比を提供するために配置される、第１のシートと、第１のシートとの間に第１の内部空所を定めるために前記第１のシートと隣接して配置される第２のシートを備える。なおも他の態様では、１つ以上の追加のシートが、オーゼティック特性を有する多層構造体を提供するために有利に設けられ得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それ自体から突出する複数の構造要素をそれ自体において定める第１のシートであって、前記複数の構造要素は負のポアソン比を提供するために配置される、第１のシートと、
前記第１のシートとの間に第１の内部空所を定めるために前記第１のシートと隣接して配置される第２のシートと
を備えることを特徴とするオーゼティック構造体。
【請求項２】
請求項１に記載のオーゼティック構造体であって、前記第２のシートは少なくとも実質的に平坦であることを特徴とするオーゼティック構造体。
【請求項３】
請求項１に記載のオーゼティック構造体であって、前記第２のシートは、前記第２のシートから突出する複数の構造要素を定め、前記複数の構造要素は負のポアソン比を提供するために配置されることを特徴とするオーゼティック構造体。
【請求項４】
請求項３に記載のオーゼティック構造体であって、前記第１のシートの前記複数の構造要素は楕円キャップを備えることを特徴とするオーゼティック構造体。
【請求項５】
請求項４に記載のオーゼティック構造体であって、前記第２のシートの前記複数の構造要素は楕円キャップを備えることを特徴とするオーゼティック構造体。
【請求項６】
請求項４に記載のオーゼティック構造体であって、前記第１のシートの前記複数の構造要素は、互いと直角に配置される隣接する構造要素の主軸との配向において交互になるように配置されることを特徴とするオーゼティック構造体。
【請求項７】
請求項５に記載のオーゼティック構造体であって、前記第２のシートの前記複数の構造要素は、互いと直角に配置される隣接する構造要素の主軸との配向において交互になるように配置されることを特徴とするオーゼティック構造体。
【請求項８】
請求項５に記載のオーゼティック構造体であって、
前記第１のシートの前記複数の構造要素は、互いと直角に配置される隣接する構造要素の主軸との配向において交互になるように配置され、
前記第２のシートの前記複数の構造要素は、互いと直角に配置される隣接する構造要素の主軸との配向において交互になるように配置されることを特徴とするオーゼティック構造体。
【請求項９】
請求項８に記載のオーゼティック構造体であって、前記第１のシートの前記複数の構造要素は、前記第２のシートの前記複数の構造要素のうちの対応するものと整列されることを特徴とするオーゼティック構造体。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のオーゼティック構造体であって、前記第１のシートおよび前記第２のシートは金属シートを各々備えることを特徴とするオーゼティック構造体。
【請求項１１】
請求項２に記載のオーゼティック構造体であって、
前記第２のシートとの間に第２の内部空所を定めるために前記第２のシートと隣接して配置される第３のシートをさらに備えることを特徴とするオーゼティック構造体。
【請求項１２】
請求項３から９のいずれか１項に記載のオーゼティック構造体であって、
前記第２のシートとの間に第２の内部空所を定めるために前記第２のシートと隣接して配置される第３のシートをさらに備えることを特徴とするオーゼティック構造体。
【請求項１３】
請求項１１に記載のオーゼティック構造体であって、前記第２のシートは、前記第１の内部空所と前記第２の内部空所との間の流れを許容するために、それ自体において複数の開口を備えることを特徴とするオーゼティック構造体。
【請求項１４】
それ自体から突出する複数の構造要素をそれ自体において定める第１のシートであって、前記複数の構造要素は負のポアソン比を提供するために配置される、第１のシートと、
第２のシートと、
第３のシートと
を備え、
前記第２のシートは、前記第１のシートとの間に第１の内部空所を定めるために、および、前記第３のシートとの間に第２の内部空所を定めるために、前記第１のシートと前記第３のシートとの間に配置され、
前記第２のシートおよび前記第３のシートの少なくとも一方は複数の構造要素を備え、前記複数の構造要素は負のポアソン比を提供するために配置されることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項１５】
請求項１４に記載の多層オーゼティック構造体であって、前記第１のシートの前記複数の構造要素は楕円キャップを備えることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項１６】
請求項１４に記載の多層オーゼティック構造体であって、前記第２のシートおよび前記第３のシートの前記少なくとも一方の前記複数の構造要素は楕円キャップを備えることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項１７】
請求項１４に記載の多層オーゼティック構造体であって、前記第２のシートおよび前記第３のシートの前記少なくとも一方の前記複数の構造要素は開口を備えることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項１８】
請求項１４に記載の多層オーゼティック構造体であって、前記第２のシートおよび前記第３のシートの各々は複数の構造要素を備え、前記複数の構造要素は負のポアソン比を提供するために配置されることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項１９】
請求項１８に記載の多層オーゼティック構造体であって、前記第２のシートの前記複数の構造要素は開口を備えることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項２０】
請求項１５に記載の多層オーゼティック構造体であって、前記第１のシートの前記複数の構造要素は、互いと直角に配置される隣接する構造要素の主軸との配向において交互になるように配置されることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項２１】
請求項１６に記載の多層オーゼティック構造体であって、前記第２のシートおよび前記第３のシートの前記少なくとも一方の前記複数の構造要素は、互いと直角に配置される隣接する構造要素の主軸との配向において交互になるように配置されることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項２２】
請求項１６に記載の多層オーゼティック構造体であって、
前記第１のシートの前記複数の構造要素は、互いと直角に配置される隣接する構造要素の主軸との配向において交互になるように配置され、
前記第２のシートおよび前記第３のシートの前記少なくとも一方の前記複数の構造要素は、互いと直角に配置される隣接する構造要素の主軸との配向において交互になるように配置されることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項２３】
請求項１６に記載の多層オーゼティック構造体であって、
前記第１のシートの前記複数の構造要素は、前記第２のシートおよび前記第３のシートの少なくとも一方の前記複数の構造要素のうちの対応するものと整列されることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項２４】
請求項１４から２３のいずれか１項に記載の多層オーゼティック構造体であって、
前記第１のシート、前記第２のシート、および前記第３のシートは金属シートを各々備えることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項２５】
第１のシートと、
第２のシートと、
第３のシートと
を備え、
前記第２のシートは、前記第１のシートとの間に第１の内部空所を定めるために、および、前記第３のシートとの間に第２の内部空所を定めるために、前記第１のシートと前記第３のシートとの間に配置され、
前記第１のシート、前記第２のシート、または前記第３のシートの少なくとも１つは、負のポアソン比をそれ自体において生成するために成形されて配置される複数の構造要素を備えることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項２６】
請求項２５に記載の多層オーゼティック構造体であって、前記第１のシート、前記第２のシート、または前記第３のシートの少なくとも１つの前記複数の構造要素は楕円キャップを備えることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項２７】
請求項２６に記載の多層オーゼティック構造体であって、複数の群の前記複数の構造要素は、前記第１のシート、前記第２のシート、および前記第３のシートから選択されることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項２８】
請求項２５に記載の多層オーゼティック構造体であって、前記複数の構造要素は、前記第１のシート、前記第２のシート、または前記第３のシートの少なくとも１つにおいて開口を備えることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項２９】
請求項２５に記載の多層オーゼティック構造体であって、前記複数の構造要素は、前記第１のシート、前記第２のシート、および前記第３のシートから選択される複数の群において開口を備えることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項３０】
請求項２５に記載の多層オーゼティック構造体であって、複数の前記第１のシート、前記第２のシート、または前記第３のシートが、負のポアソン比をそれ自体において生成するために成形されて配置される複数の構造要素を備えることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項３１】
請求項２５に記載の多層オーゼティック構造体であって、前記第１のシート、前記第２のシート、または前記第３のシートの前記少なくとも１つの前記複数の構造要素は、互いと直角に配置される隣接する構造要素の主軸との配向において交互になるように配置されることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項３２】
請求項２８または２９に記載の多層オーゼティック構造体であって、前記開口はＳ字スロットを備えることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【請求項３３】
請求項２５から３１のいずれか１項に記載の多層オーゼティック構造体であって、
前記第１のシート、前記第２のシート、および前記第３のシートは金属シートを各々備えることを特徴とする多層オーゼティック構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、１つ以上の非多孔性のオーゼティック（ａｕｘｅｔｉｃ）層を備える非多孔性のオーゼティック構造体と、このような構造体を備えるシステムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年２月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／１１８，８３３号と、２０１５年１月９日に出願された米国仮特許出願第６２／１０１，８３２号とへの優先権を主張し、それら仮特許出願の両方は、それらのそれぞれ全体において本願に引用して援用する。
【０００３】
材料が特定の軸に沿って圧縮されるとき、材料は、最も一般的には、加えられる軸荷重に対して横断する方向に、拡張するように観察される。反対に、ほとんどの材料は、引張荷重が特定の軸に対して横断する軸に沿って加えられるとき、その特定の軸に沿って収縮する。この挙動を特徴付ける材料特性はポアソン比として知られており、ポアソン比は、軸方向の荷重条件の下での軸方向／長手方向の歪みに対する横断方向／横方向の歪みの比のマイナスとして定義できる。大部分の材料は、正のポアソン比（例えば、アルミニウム、黄銅、および鋼鉄については約０．３）で特徴付けられ、軸方向で圧縮されるときに横断方向で拡張し、軸方向で伸長されるときに横断方向で収縮する。他方で、「オーゼティック」の材料としても知られる、負のポアソン比（ＮＰＲ：Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｐｏｉｓｓｏｎ’ｓ  Ｒａｔｉｏ）を伴う材料は、軸方向で圧縮されるときに横断方向で収縮し、軸方向で伸長されるときに横断方向で拡張する。
【０００４】
フィリップ  Ｄ．ナポリ（Ｐｈｉｌｌｉｐ  Ｄ．Ｎａｐｏｌｉ）の特許文献1は、高温用途において利用される燃焼器ライナといった工学的構造部材の例を示している。燃焼器ライナは、概して、ガスタービンの燃焼セクションにおいて使用される。燃焼器ライナは、排気セクションにおいて、または、タービン翼など、ガスタービンの他のセクションまたは構成部品において使用されてもよい。動作中、燃焼器は、華氏３，０００度まで、および、華氏３，０００度を上回る、極めて高い温度でガスを燃焼する。この強烈な熱がタービンへと出ていく前に燃焼器を損傷するのを防止するために、燃焼器ライナが、周囲のエンジンを断熱するために、燃焼器内部に設けられる。燃焼器ライナの厚さ方向の温度差および圧力差を最小にするために、冷却スロットが、‘８２８特許に見られるものなど、従来から設けられている。特許文献１は、ライナの壁を通じて斜めにされ、連続するパターンで配置されている離間された孔を有する環状燃焼器ライナの一部を示している。ジェームス  ページ  ストロール（Ｊａｍｅｓ  Ｐａｇｅ  Ｓｔｒｏｈｌ）らの特許文献２は、ガスタービンの所望の領域の冷却を高めるために、および、冷却孔とその周りとにおける応力レベルを低減するために成形された冷却孔を有する工学的構造部材の他の例を示している。ヤコブ  ケラー博士（Ｄｒ．Ｊａｋｏｂ  Ｋｅｌｌｅｒ）の特許文献３は、ガスタービンの燃焼領域で使用される穿孔ライナの他の例を示している。
【０００５】
なおも他の例では、マリー  Ｃ．ボイス（Ｍａｒｙ  Ｃ．Ｂｏｙｃｅ）らの特許文４は、重大な巨視的な応力または歪みの適用において構造配置に変形を受けるエラストマまたは弾塑性の周期的な固体を含むいくつかの変形性周期構造を開示している。ハーバード大学の総長およびフェローの特許文献５は、特に、負のポアソン比の挙動を提供する繰り返しの細長い開口のパターンを伴う空隙構造体を開示している。ハーバード大学の総長およびフェローのは、特に、固体（正のポアソン比を有する）への応力の適用において、固体に疑似的なオーゼティック（ＮＰＲ）挙動を呈させる工学的空隙構造体を有する固体を開示している。工学的空隙構造体は、例えば、ガスタービン燃焼器を伴う用途に適している程度または割合まで多孔性である。前述の特許文献のすべてが、すべての目的に対して、それらのそれぞれ全体において本願に引用して援用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，２３３，８２８号明細書
【特許文献２】米国特許第８，０６６，４８２号明細書
【特許文献３】欧州特許０９７１１７１号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１０／０００９１２０号明細書
【特許文献５】ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０２５３２４号明細書
【特許文献６】ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０２４８３０号明細書
【特許文献７】国際公開２０１４／１５１０４５号パンフレット
【特許文献８】米国特許出願公開第２０１１／００５９２９１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示の態様は、概して、非多孔性のオーゼティック構造体およびシステムを対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
少なくとも一部の態様では、オーゼティック構造体は、それ自体から突出する複数の構造要素をそれ自体において定める第１のシートであって、複数の構造要素は負のポアソン比を提供するために配置される、第１のシートと、第１のシートとの間に第１の内部空所を定めるために前記第１のシートと隣接して配置される第２のシートを備える。
【０００９】
本概念の一部の態様によれば、多層オーゼティック構造体が、それ自体から突出する複数の構造要素をそれ自体において定める第１のシートであって、複数の構造要素は負のポアソン比を提供するために配置される、第１のシートと、第２のシートと、第３のシートとを備え、第２のシートは、第１のシートとの間に第１の内部空所を定めるために、および、第３のシートとの間に第２の内部空所を定めるために、第１のシートと第３のシートとの間に配置され、第２のシートおよび第３のシートの少なくとも一方は複数の構造要素を備え、複数の構造要素は負のポアソン比を提供するために配置される。
【００１０】
本概念の他の態様によれば、多層オーゼティック構造体が、第１のシートと、第２のシートと、第３のシートとを備え、第２のシートは、第１のシートとの間に第１の内部空所を定めるために、および、第３のシートとの間に第２の内部空所を定めるために、第１のシートと第３のシートとの間に配置され、第１のシート、第２のシート、または第３のシートの少なくとも１つは、負のポアソン比をそれ自体において生成するために成形されて配置される複数の構造要素を備える。
【００１１】
上記の概要は、本開示のあらゆる実施形態またはあらゆる態様を表すように意図されていない。むしろ、前述の概要は、本明細書で明記されている新規の態様および特徴の一部の例示を提供しているだけである。本開示の上記の特徴および利点と、他の特徴および利点とは、添付の図面および添付の請求項との関連で解釈されるとき、本発明を実行するための代表的な実施形態および様態の以下の詳細な記載から容易に明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本概念の少なくとも一部の態様により利用された非多孔性のオーゼティックシートの図である。
【図２】本概念の少なくとも一部の態様による、平坦なシートに隣接して配置された、図１に示したものなどのオーゼティックシートを備える複合「ワッフル状」構造体を示す図である。
【図３】本概念の少なくとも一部の態様による、互いに隣接して配置された、図１に示したものなどの２つの相対するオーゼティックシートを備える複合「ワッフル状」構造体の等角図である。
【図４】図３の複合「ワッフル状」構造体の側面図を示す図である。
【図５】本概念の少なくとも一部の態様による、２つのオーゼティックシートの間に配置された平坦なシートを備える多層複合「ワッフル状」構造体の第１の例の図である。
【図６】本概念の少なくとも一部の態様による、３つの重ねられたオーゼティックシートを備える多層複合「ワッフル状」構造体の第２の例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示は、様々な変更および代替の形態が可能であり、一部の代表的な実施形態が、例として図面に示されており、本明細書で詳細に記載されることになる。しかしながら、本発明の態様は、図面に示した特定の形態に限定されない。むしろ、本開示は、添付の請求項によって定義されているような本発明の精神および範囲内にあるすべての変更、均等、組み合わせ、および代替を網羅するものである。
【００１４】
本概念は、それらの全体において本願に引用して援用する特許文献７および特許文献８において例として開示されているものなど、オーゼティック構造体の文脈で理解されるものである。
【００１５】
本開示は、多くの異なる形態での実施形態が可能である。本開示が、本開示の原理の例示として解釈され、本開示の幅広い態様を図示した実施形態に限定するように意図されていないという理解の下、代表的な実施形態が、図面において示されており、本明細書において詳細に説明される。その程度まで、例えば、請求項において明確に記述されていないが、要約、発明の概要、および発明を実施するための形態のセクションで開示されている要素および限定は、含意、推論、または他の方法によって、単一的または集約的に、請求項に組み込まれるべきではない。ここでの詳細な記載の目的のために、明確に請求権が放棄されない場合、または、論理的に差し止められない場合、単数形は複数形を含み、逆も然りであり、「含む」、「備える」、および「有する」という用語はオープンエンド形式とされる。さらに、「約」、「ほとんど」、「実質的に」、「おおよそ」などの近似の言葉は、本明細書では、「〜において、〜の近くで、もしくは、〜の近くにおいて」、「〜の３〜５％内で」、「許容可能な製造公差内で」、またはそれらの任意の論理的な組み合わせで、使用可能である。
【００１６】
本開示の態様は、巨視的に荷重が掛けられるとき、負のポアソン比（ＮＰＲ）を提供する繰り返しの開口および突出を含むハイブリッド窪み／空隙のオーゼティック構造体を対象とする。ポアソン比は、概して、伸長された物体における長手方向で拡がる歪みに対する横断方向での収縮の歪みの比として象徴される。ポアソン比は、典型的には、多くの金属、ポリマー、ポリマー発泡体、およびセル状固体を含むほとんどの材料について正であり、伸長されるときに断面が薄くなる。本明細書で開示されているオーゼティック構造体は、負のポアソン比の挙動を呈する。
【００１７】
開示した概念の態様によれば、オーゼティック構造体が１つの軸に沿って圧縮されるとき（例えば、Ｙ方向において）、同じ軸の歪みは、隣接する開口が配置される方法のため、各々のセルの中心の周りにモーメントをもたらす。これはさらに、セルを回転させる。各々のセルは、その直接隣接するセルと反対の方向で回転する。この回転は、水平方向で隣接するセル同士の間で、横断方向の軸（Ｘ方向）の距離において縮小をもたらす。別の言い方をすれば、Ｙ方向において構造体を圧縮すると、構造体をＸ方向において収縮させる。反対に、Ｙ方向における引っ張りは、Ｘ方向における拡張をもたらす。構造体全体の規模では、これは、オーゼティック材料の挙動に似ている。しかし、本明細書で開示している構造体の多くは、従来の材料から成る。したがって、混じり物のない材料自体は正のポアソン比を有し得るが、本明細書で開示した開口パターンおよび組み合わせの導入を伴う構造体を変更することで、構造体は、局所的および／または全体的に、負のポアソン比を有するとして振る舞える。
【００１８】
例えば、すべての目的に対して、それらのそれぞれ全体において本願に引用して援用する特許文献７および特許文献８号に記載されているものといった、開示されているＮＰＲ構造体の種類に反して、本明細書に開示されているＮＰＲ構造体は、多孔性ではない。
【００１９】
図１は、第１の方向に（例えば、シートの平面に対して垂直に、など）構造の平面を出ていくように構成される第１の複数の構造要素２０（例えば、「窪み」）と、第２の方向に（例えば、シートの平面に対して第１の方向とは反対の方向に垂直に、など）において構造の平面を出ていくように構成される第２の複数の構造要素３０とでパターン化された構造体１０（例えば、シート材料など）の等角図を示している。図示しているように、第１の複数の構造要素２０は、シートの平面に対して垂直の第１の方向に構造の平面を出ていく凸状構造体を備えてもよく、第２の複数の構造要素３０は、シートの平面に対して垂直の第２の方向（つまり、第１の方向の反対）に構造の平面を出ていくように構成される凸状構造体を備え得る。
【００２０】
様々な態様において、構造体１０は、限定されることはないが、ガスタービン燃焼器ライナ、熱交換器要素、またはボイラなどの特定の用途にとって適しているような、金属、アルミニウム、鋼鉄、および／または合金を含む。例として、高温の用途において、適切な材料は、限定されることはないが、ニッケルに基づく超合金（例えば、Ｉｎｃｏｎｅｌ（例えば、ＩＮ１００、ＩＮ６００、ＩＮ７１３）、Ｗａｓｐａｌｏｙ、Ｒｅｎｅ合金（例えば、Ｒｅｎｅ４１、Ｒｅｎｅ８０、Ｒｅｎｅ９５、ＲｅｎｅＮ５）、Ｈａｙｎｅｓ合金、Ｉｎｃｏｌｏｙ、ＭＰ９８Ｔ、ＴＭＳ合金、およびＣＭＳＸ（例えば、ＣＭＳＸ−４）単結晶合金など）など、「超合金」を含み得る。
【００２１】
構造要素２０、３０は、構造体の平面に沿って作用する応力に応答して、基になる構造体１０を、正のポアソン比（ＰＰＲ）から負のポアソン比（ＮＰＲ）へと変換する。図１に示しているように、第１の構造要素２０および第２の構造要素３０の主軸は、互いに対して直角であるように示されており、第１の構造要素２０および第２の構造要素３０は、交互になる関係で配置されている。この配置は非限定的であり、本概念は、負のポアソン比（ＮＰＲ）を提供する、本明細書に開示しているような、１つまたは複数の構造要素の任意のタイル状の配置を明確に含んでいる。
【００２２】
図１に示した例では、構造要素２０、３０は、図示の目的のための任意に選択された断面、深さ、および平面から出る輪郭で示されており、これらのパラメータは、本概念の様々な態様により異なってもよい。具体的には、図示した例は、構造要素２０、３０における一様性を示しているが、本概念は、シートまたは構造体１０の一方の側または両側から突出する異なる構造要素（例えば、回転楕円体または楕円キャップ）の利用を明確に含む。構造要素は、例えば、全体的に楕円の構造要素や、球状キャップの構造要素と楕円の構造要素との組み合わせなどの異なる構造要素の組み合わせを備えてもよい。これらの構造要素のいずれについても、構造要素は、設計変数の中でも、深さ、縦横比、および傾斜の険しさにおいて、異なってもよい。
【００２３】
しかしながら、構造要素２０、３０は、例示の図に示したものと異なる形を備えてもよく、必ずしも互いと寸法的に同様である必要はない（例えば、構造要素２０の形は、構造要素３０の形と異なってもよい）。さらに、構造要素２０、３０の配置は、図示したようになっている必要はなく、配置は、示したものと異なってもよい（例えば、構造要素２０、３０の間のより大きい間隔、または、構造要素２０、３０の間の異なる角度関係）。タイル状のパターンは、全体的なＮＰＲ挙動を必ず提供するために要求されることはなく、代わりに、構造体の変位場における縮小または拡張の特別なパターンを有利に提供するためになど、局所的なＮＰＲ挙動を提供するために構成されてもよい。楕円の「窪み」として示された構造要素２０、３０は、楕円構造体に制限されることはなく（例えば、球状キャップを備え得る）、特徴の中でも、深さ、縦横比、および傾斜の険しさにおいて、異なってもよい。したがって、断面、深さ、および／または平面から出る構造要素２０、３０の輪郭は、本概念により大幅に異なってもよい。
【００２４】
少なくとも一部の態様では、構造要素２０、３０を担持する構造体１０は、薄い壁または薄い外殻の構造体であり、材料の厚さは、横方向寸法の約１０分の１未満であり、このような相対的な寸法は、ＮＰＲ挙動の実現を容易にする。また、少なくとも一部の態様では、構造要素（例えば、球状キャップ）断面の半径または楕円要素の短軸の半分は、ＮＰＲ挙動の実現を容易にするために、構造体厚さの約１０倍未満である。なおもさらには、少なくとも一部の態様では、構造要素２０、３０の断面積は、ＮＰＲ挙動の実現を容易にするために、構造体１０の大きい領域（例えば、約４０％超、約５０％超など）を覆っている。球状構造要素（例えば、球状キャップ）が設けられる場合、一部の態様では、球状構造要素の深さは、ＮＰＲ挙動の実現を容易にするように、球状構造要素の半径の約半分である。
【００２５】
先に記載したように、構造要素２０、３０は、様々な形（所与の材料についての複数の形または材料の副次的部分を含む）を取ることができ、材料または材料の副次的部分に所望の機械的特性を与えるために最適化され得る。少なくとも一部の態様では、構造要素２０、３０の輪郭は、以下の関数によって定義される。
【数１】
2018510319.tif 000003
以下のような制限がある。
【数２】
2018510319.tif 000004
【００２６】
生成された構造要素は、次に、ＮＰＲと、その用途のために適切な他の特徴（例えば、熱伝達表面積など）との両方を提供する構造要素を達成するために、構造体（例えば、金属シートなど）においてタイル状にされる。上記の提示された関数では、ａおよびｂは、ｆ（ｘ、ｙ）＝０の平面における楕円体の縦横比を制御し、δは、構造要素２０、３０の（例えば、窪みの）最大深さを示し、α、βは、平面から出る曲率を変化させる。
【００２７】
構造要素のための疑似多孔性は、組み合わされた構造要素の断面積（ＡSE）と、全体の構造の面積（ＡS）との間の比として定義され得る（つまり、疑似多孔性＝ＡSE／ＡS）。局所的な領域（例えば、単位セル）では、疑似多孔性は、構造要素２０、３０の一方の面積と、それを包囲する仮想的な幾何学的要素（例えば、矩形または正方形）の面積との間の比として理解され得る。
【００２８】
構造体１０によって提供される１つの利点は、ゼロ多孔性と、特には局所的および／または全体的なＮＰＲ挙動のおかけで、変位の制御された荷重の下で呈される小さい応力値とである。開示されたＮＰＲ構造体は、非多孔性であり、流体の通過を許容しないため、限定されることはないが、機械的および／または熱的な負荷を受けるタービン構成部品、熱交換器、ボイラ、または任意の他の構造体または構成部品など、多孔性が不利となる任意の構造体において、利用に向けて優れた候補を提示する。
【００２９】
図２〜図４における構造体１０または構造体１００にわたる構造要素２０、３０の形および／または分布は、異なる挙動が構造体の異なるセクションにおいて必要とされる複雑な構造体および／または用途のための最適化を受け入れるためになど、所望の局所的なオーゼティック挙動を提供するために変更され得る。例えば、特定の構造体１００（例えば、ガスタービン燃焼器ライナなど）は、構造要素２０、３０の第１の配置（例えば、形、深さなど）を有する第１の部分と、構造要素２０、３０の第２の配置を有する第２の部分と、構造要素２０、３０の第３の配置を有する第３の部分とを備え得る。概して、構造体１０、１００は、変位の制御されている場合に、非常に小さい応力値を示し、比較的大きい構造的剛性を明らかにすることで、構造体１０、１００を、荷重の制御された荷重条件と変位の制御された荷重条件との両方での使用に向けて、非常に優れた候補にさせている。
【００３０】
具体的には、図における構造体１００は、相対する構造体１０、２００（図２）と１０、１０’（図３〜図４）との間に空間または内部空所２５０を定めている。この空間２５０は、冷却を高めることが冷却流体を空間に通して流すことで達成され得るボイラまたは熱交換器などの用途における使用にとって、特に有利である。しかしながら、本概念は、加熱流体が空間２５０を通じて流れる構造体１００および用途へと同じように広がることは、留意されるものである。構造体１００にわたる熱伝達の効果は、構造体１０の表面積を増加するために、構造要素２０、３０の利用によってさらに高められる。さらに、図３〜図４の構成で描写した構造要素２０、２０’、３０、および３０’の起伏のある構造体は、構造体１００全体の表面積を最大にし、結果として、構造体１００からの熱伝達と構造体１００にわたる熱伝達とを最大にする。
【００３１】
さらに、開示されている構造体１００は、３つ以上の層、または、例として、図５〜図６に表示されているものなど、３つ、４つ、または５つ以上の層を備える多層構造体を形成する構造体１０、１０’、２００を備えてもよい。図５は、本概念の少なくとも一部の態様による、２つのオーゼティックシート１０、１０’の間に配置された平坦なシート２００を備える多層複合構造体１００の例を示している。図６は、本概念の少なくとも一部の態様による、３つの重ねられたオーゼティックシート１０、１０’、１０”を備える多層複合構造体１００の例を示している。
【００３２】
図２〜図６の例における構造体１００は、単純に、２つのまたはより多い（例えば、３つ、４つ、５つなど）層またはシートを備える多層構造体として、より幅広く定義される。多層構造体１００は、すべての目的に対して、それらのそれぞれ全体において本願に引用して援用する特許文献７および特許文献８に記載されているものなど、１つ以上の非多孔性構造体１０、１０’、２００と、任意選択での１つ以上の多孔性構造体（つまり、空隙または貫通孔をそれ自体に有する構造体）との組み合わせから形成される。したがって、本概念の少なくとも一部の態様によれば、多層構造体１００は、構造上の性能と冷却性能との所望の組み合わせを達成するために、１つ以上の空間２５０、２５０’を間に定める平面のシート（例えば、図２における構造体２００を参照）、パターン化されたシート（例えば、図２におけるパターン化された構造体１０を参照）、および／または空隙のパターン化されたシートの組み合わせから形成される。
【００３３】
図２〜図６に表示された構造体１００では、構造要素２０、３０（および２０’、３０’）は乱流を増大させ、熱伝達率を高め、内部冷却（または加熱）が構成部品温度を調節することが必要とされる場合にはいつでも、大きな利点を提供する。また、荷重下における関連する構造体１０（および／または１０’）においてオーゼティック挙動を与えるような方法での構造要素２０、３０（および／または２０’、３０’）の利用は、このような構造体に、熱歪みの下にあるとき、従来の多孔性シートの応力より、小さい応力を呈させる。一例として、図２〜図６における構造体１００は、燃焼器ライナで利用でき、冷却流体（例えば、空気）が、燃焼器ライナからの熱の除去を高めるために、構造体（例えば、１０、１０’など）同士の間の空間（例えば、２５０）で通過させられる。具体的には、燃焼器ライナは、構造要素２０、３０などを担持する１つ以上の「窪み」のシート（例えば、１０、１０’）を備える構造体１００を利用する場合、構造要素は、増大された表面積を提供し、平坦または実質的に特徴のない構造体の機械的応答性を上回って機械的応答性を高め、失陥なしでより高い火炎温度に耐えることができる構造体１００を提供する。
【００３４】
なおも他の例では、図２〜図６に開示されているような構造体１００は、１つ以上の表面が外部の作動流体と接触しており、任意選択で、内部の作動流体が構造体の空間（例えば、２５０）を通って循環している状態で、タービン動翼または静翼で利用される。このような構造体１００は、熱伝達を高めるために、および、応力集中部が作られるのを最小とするために、構造要素２０、３０などを（外部および／または内部に）担持する１つ以上の「窪み」シート（例えば、１０、１０’）を備える。
【００３５】
構造体１００を形成するために使用されるシートまたは構造体（例えば、１０、１０’など）は、限定されることはないが、構造要素（例えば、２０、２０’、３０、３０’など）を形成するために従来の形成過程（例えば、１回のステップ、または、引き続いての複数のステップでいずれかが実施され得る引き抜き、型打ち、圧搾、圧印、型押しなど）を受ける、具体的な用途にとって適切であるような鋼板またはＩｎｃｏｎｅｌなど、金属または合金を含み得る。空隙または開口（図示せず）を有するシートまたは構造体について、空隙または開口を形成するための過程は、開口を形成するための従来の形成過程（例えば、打抜き、レーザー切断、パンチレーザー、穿孔、水ジェット切断など）を含み得る。なおも他の態様では、構造要素（例えば、２０、２０’、３０、３０’、または開口（図示せず）など）は、限定されることはないが、焼流し精密鋳造（ロストワックス鋳造）、ロストフォーム鋳造、砂型鋳造、セラミック鋳型鋳造、ハイブリッドセラミック−砂中子鋳造、フルモールド鋳造、消失模型鋳造などを介して製作され得る。
【００３６】
一部の態様では、シートまたは構造体（例えば、１０、１０’など）は、別々のユニットとして形成され、それらが次に構造体１００を形成するために整列、組立、および結合される。
【００３７】
他の態様では、シートまたは構造体（例えば、１０、１０’など）は一体の全体品として形成される。例として、中空の鋳造の動翼または静翼の構造体１００は、それ自体の内部冷却通路において、ここで定めたような構造要素（例えば、窪み２０、２０’、３０、３０’、または開口など）を備え、構造体および構成する構造要素は、限定されることはないが、セラミック中子製造過程または他の複雑な鋳造過程など、従来の鋳造過程によって形成される。
【００３８】
本発明は、本明細書で開示した正確な構造および構成に限定されない。むしろ、前述の記載から明らかな任意およびすべての変更、変化、および変形は、添付の請求項に定義されているような本発明の精神および範囲内にある。さらに、本概念は、先の要素および態様の任意およびすべての組み合わせおよび部分組み合わせを含む。
【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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【国際調査報告】
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