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公開番号2024096671
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-17
出願番号2023209933
出願日2023-12-13
発明の名称チューリングパターンに従って成形された補強材を有するインフレータブル構造
出願人トヨタモーターエンジニアリングアンドマニュファクチャリングノースアメリカ,インコーポレイティド
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類F15B 15/10 20060101AFI20240709BHJP(流体圧アクチュエータ;水力学または空気力学一般)
要約【課題】補強材を有するインフレータブルを提供すること。
【解決手段】本インフレータブル100は、膨張チャンバ102を含む。膨張チャンバは、外面104と、第1の端106と、第1の端と実質的に反対側の第2の端108と、を有する。膨張チャンバは、収縮状態から膨張状態に膨張するように構成されている。膨張チャンバは、膨張状態で負荷がかかることが可能であって曲がることが可能である。インフレータブルはまた、補強材128を含む。補強材は、膨張チャンバが膨張状態であるときの外面の高応力領域に対応した補強部分を有する。補強材は、外面に取り付けられており、補強部分が外面の高応力領域上に配置されているときに膨張チャンバの負荷強度及び曲げ能力のうちの少なくとも一方を改善するように構成されている。補強材は、外面の高応力領域に基づいたチューリングパターンに従って成形されている。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
インフレータブルであって、前記インフレータブルは、
膨張チャンバであって、前記膨張チャンバは、細長い本体及び外面を有し、前記膨張チャンバは、収縮状態から膨張状態に膨張するように構成されており、前記膨張チャンバは、前記膨張状態で負荷がかかることが可能であって曲がることが可能である、膨張チャンバと、
前記膨張チャンバが前記膨張状態であるときに前記外面の高応力領域に対応した補強部分を有する補強材であって、前記補強材は、前記外面に取り付けられており、前記補強材は、前記補強部分が前記外面の前記高応力領域上に配置されているときに前記膨張チャンバの負荷強度及び曲げ能力のうちの少なくとも一方を改善するように構成されており、前記補強材は、前記外面の前記高応力領域に基づいたチューリングパターンに従って成形されている、補強材と、
を備える、インフレータブル。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記チューリングパターンは、高応力領域を含む前記外面のトポロジー分析に基づいており、前記チューリングパターンは、前記補強材が前記高応力領域における応力を緩和するように、前記補強部分の少なくとも１つの材料の方位及び剛性分布に対応している、請求項１に記載のインフレータブル。
【請求項３】
前記少なくとも１つの材料は、布地である、請求項２に記載のインフレータブル。
【請求項４】
前記チューリングパターンのピッチ幅は少なくとも部分的に、前記方位及び剛性分布に基づいている、請求項２に記載のインフレータブル。
【請求項５】
前記膨張チャンバは、実質的に真っ直ぐな構成から、前記インフレータブルがＵ形状を形成した概ね曲がった構成に曲がることが可能であって、前記曲がった構成では、前記膨張チャンバは、引き伸ばされる引張側と、圧縮される圧縮側と、を有する、請求項１に記載のインフレータブル。
【請求項６】
引張詰込要素を含む前記引張側についての引張詰込チャンバであって、前記引張詰込要素は、前記引張詰込チャンバが実質的に真空下にあるときに前記引張詰込チャンバを硬くさせ、それによって、前記膨張チャンバの前記負荷強度及び前記曲げ能力のうちの少なくとも一方を改善する、引張詰込チャンバを更に備える、請求項５に記載のインフレータブル。
【請求項７】
前記引張詰込要素は、詰込層を含み、前記引張詰込チャンバが実質的に真空下にあるときに、前記詰込チャンバは、前記詰込層を一緒に圧縮し、それによって、前記詰込層間の摩擦を増加させ、前記引張詰込チャンバを硬くさせる、請求項６に記載のインフレータブル。
【請求項８】
圧縮詰込要素を含む前記圧縮側についての圧縮詰込チャンバであって、前記圧縮詰込要素は、前記圧縮詰込チャンバが実質的に真空下にあるときに前記圧縮詰込チャンバを硬くさせ、それによって、前記膨張チャンバの前記負荷強度及び前記曲げ能力のうちの少なくとも一方を改善する、圧縮詰込チャンバを更に備える、請求項５に記載のインフレータブル。
【請求項９】
前記圧縮詰込要素は、詰込粒子を含み、前記圧縮詰込チャンバが実質的に真空下にあるときに、前記圧縮詰込チャンバは、前記詰込粒子を一緒に圧縮し、それによって、前記詰込粒子間の摩擦を増加させ、前記圧縮詰込チャンバを硬くさせる、請求項８に記載のインフレータブル。
【請求項１０】
インフレータブルであって、前記インフレータブルは、
膨張チャンバであって、前記膨張チャンバは、細長い本体及び外面を有し、前記膨張チャンバは、収縮状態から膨張状態に膨張するように構成されており、前記膨張チャンバは、前記膨張状態で負荷がかかることが可能であって曲がることが可能である、膨張チャンバと、
前記外面に取り付けられた布地補強材であって、前記布地補強材は、前記膨張チャンバが前記膨張状態であるときの前記外面の高応力領域に基づいたチューリングパターンに従って成形されており、前記補強材は、前記高応力領域に対応した補強部分を有し、前記補強材は、前記補強部分が前記外面の前記高応力領域上に配置されているときに前記膨張チャンバの負荷強度及び曲げ能力のうちの少なくとも一方を改善するように構成されており、前記チューリングパターンは、前記外面のトポロジー分析に基づいており、前記チューリングパターンは、前記補強材が前記高応力領域における応力を緩和するように、前記補強部分の少なくとも１つの材料の方位及び剛性分布に対応している、布地補強材と、
を備える、インフレータブル。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載される主題は概して、インフレータブル構造についてのシステム及び方法に関し、より具体的には、インフレータブル構造の外面のトポロジー分析に基づいた設計を有する補強材に関し、補強材は、外面における高応力領域を緩和し、それによって、インフレータブルの負荷強度及び／又は曲げ能力を改善する。
続きを表示（約 3,800 文字）【背景技術】
【０００２】
インフレータブル構造は、多種多様な用途を有し得る。例えば、インフレータブル構造は、ソフトアクチュエータやエアバッグなどとして使用され得る。当該インフレータブル構造は、インフレータブル構造の形状を作成する内側バッフル、及び内側バッフルをカバーして当該構造内で膨張流体（例えば、空気）を保持するための布地の覆いを含み得る。負荷を支持するために使用される場合、インフレータブル構造の負荷保持能力は、内側バッフルの設計及び当該構造の内圧に依存し得る。より重い負荷を支持するために、一部のインフレータブル構造は、布地の覆いの強度を増加させるために、特別な機織り又は織込み技術などの特別な製造スキルを必要とする。
【発明の概要】
【０００３】
本節は、本開示を概略的に要約したものであって、本開示の完全な範囲又は全ての本開示の特徴の包括的な説明ではない。
【０００４】
一実施形態では、例示的なシステム及び方法は、インフレータブルの負荷強度及び／又は曲げ能力を改善するインフレータブル及び補強材に関する。前述のように、インフレータブル構造は、負荷を支持するために使用される場合があって、インフレータブルの負荷保持能力を改善することが有利であり得る。したがって、一実施形態では、インフレータブルは、補強材を含む。補強材は、インフレータブルの外面のトポロジー分析に基づいて設計される。外面は、トポロジー分析により識別される高応力領域を含み得る。補強材が外面に取り付けられるときに補強部分が高応力領域上に配置され、それによって、高応力領域を緩和してインフレータブルの負荷強度及び／又は曲げ能力を改善するように、補強材は、高応力領域に対応した補強部分を含む。
【０００５】
一実施形態では、インフレータブルは、膨張チャンバを含む。膨張チャンバは、細長い本体及び外面を有する。膨張チャンバは、収縮状態から膨張状態に膨張するように構成されている。膨張チャンバは、膨張状態で負荷がかかることが可能であって曲がることが可能である。インフレータブルはまた、補強材を含む。補強材は、膨張チャンバが膨張状態であるときの外面の高応力領域に対応した補強部分を有する。補強材は、外面に取り付けられている。補強材は、補強部分が外面の高応力領域上に配置されているときに膨張チャンバの負荷強度及び曲げ能力のうちの少なくとも一方を改善するように構成されている。補強材は、外面の高応力領域に基づいたチューリングパターンに従って成形されている。
【０００６】
別の実施形態では、インフレータブルは、膨張チャンバを含む。膨張チャンバは、細長い本体及び外面を有する。膨張チャンバは、収縮状態から膨張状態に膨張するように構成されている。膨張チャンバは、膨張状態で負荷がかかることが可能であって曲がることが可能である。インフレータブルはまた、外面に取り付けられた布地補強材を含む。布地補強材は、膨張チャンバが膨張状態であるときの外面の高応力領域に基づいたチューリングパターンに従って成形されている。補強材は、高応力領域に対応した補強部分を有する。補強材は、補強部分が外面の高応力領域上に配置されているときに膨張チャンバの負荷強度及び曲げ能力のうちの少なくとも一方を改善するように構成されている。チューリングパターンは、外面のトポロジー分析に基づいている。チューリングパターンは、補強材が高応力領域における応力を緩和するように、補強部分の少なくとも１つの材料の方位及び剛性分布に対応している。
【０００７】
更に別の実施形態では、インフレータブルは、膨張チャンバを含む。膨張チャンバは、細長い本体及び外面を有する。膨張チャンバは、収縮状態から膨張状態に膨張するように構成されている。膨張チャンバは、膨張状態で負荷がかかることが可能であって曲がることが可能である。膨張チャンバは、実質的に真っ直ぐな構成から、インフレータブルがＵ形状を形成した概ね曲がった構成に曲がることが可能である。曲がった構成では、膨張チャンバは、引き伸ばされる引張側と、圧縮される圧縮側と、を有する。インフレータブルはまた、外面に取り付けられた布地補強材を含む。布地補強材は、膨張チャンバが膨張状態であるときの外面の高応力領域に基づいたチューリングパターンに従って成形されている。補強材は、高応力領域に対応した補強部分を有する。補強材は、補強部分が外面の高応力領域上に配置されているときに膨張チャンバの負荷強度及び曲げ能力のうちの少なくとも一方を改善するように構成されている。チューリングパターンは、外面のトポロジー分析に基づいている。チューリングパターンは、補強材が高応力領域における応力を緩和するように、補強部分の少なくとも１つの材料の方位及び剛性分布に対応している。インフレータブルはまた、引張側及び圧縮側のうちの少なくとも一方についての詰込要素を含む。詰込要素は、膨張チャンバの負荷強度及び曲げ能力のうちの少なくとも一方を改善するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本明細書の一部において援用され本明細書の一部を構成する添付図面は、本開示の様々なシステム、方法、及び他の実施形態を示す。図において示される要素の境界（例えば、ボックス、ボックスのグループ、又は他の形状）は、境界の一実施形態を表すことが理解されるであろう。一部の実施形態では、１つの要素は、複数の要素として設計されてもよく、又は複数の要素は、１つの要素として設計されてもよい。一部の実施形態では、別の要素の内部構成要素として示される要素は、外部構成要素として実装されてもよく、逆もまた同様である。更に、要素は、縮尺通りに描かれていない場合がある。
【０００９】
収縮状態及び真っ直ぐな構成のインフレータブルの例を示す図である。
膨張状態及び真っ直ぐな構成のインフレータブルの例を示す図である。
収縮状態及び曲がった構成のインフレータブルの例を示す図である。
膨張状態及び曲がった構成のインフレータブルの例を示す図である。
補強材無しのインフレータブルの膨張チャンバの例を示す図である。
トポロジー分析を使用して取得される膨張チャンバの外面の方位剛性分布の例を示す図である。
方位及び剛性分布に基づいて生成される空間充填チューリングパターンの例を示す図である。
空間充填チューリングパターンに基づいて作成された外面の補強材の例を示す図である。
チューリングパターンに従って補強材を設計する方法のフローチャートを示す図である。
詰込（ジャミング）要素を含む詰込チャンバを含む、真っ直ぐな構成の図１Ａ及び図１Ｂのインフレータブルの例を示す図である。
図４Ａのインフレータブルの例を示す図である。
実質的に曲がった構成の図４Ａ及び図４Ｂのインフレータブルの例を示す図である。
図４Ｃのインフレータブルの例を示し、ここで、詰込チャンバは実質的に真空下にあって、詰込要素は圧縮されている図である。
詰込チャンバの圧力が低下するときの、詰込構成対非詰込構成のインフレータブルの引張剛性比を描写したグラフを示す図である。
インフレータブルを動作させるインフレータブル作動システムを示す図である。
インフレータブル作動システムを動作させる方法を示す図である。
ベンチシートとして構成されたインフレータブルの例を示す図である。
ソフトロボットアームとして構成されたインフレータブルの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
インフレータブルの１つ以上の特性を改善することに関連するシステム、方法、及び他の実施形態が本明細書に開示される。１つ以上の機構では、インフレータブルは、管状の細長い本体を有し、当該本体は、インフレータブルベンチシート、ソフトロボットアーム、又は記載された改善の恩恵を受ける別のタイプのインフレータブルデバイスとして構成され得る。概略的な説明として、インフレータブルは、外面を有し、インフレータブルを膨張させているとき、高応力領域が外面に存在し得る。外面に高応力領域が存在することにより、その上に配置されるオブジェクトなどからの負荷を受ける場合、及び／又は曲げられる場合、インフレータブルが弱くなり得る。インフレータブルが応力に対応する方法を改善するために、本開示の手法は、外面のトポロジー分析により高応力領域の場所を識別することを含む。したがって、１つ以上の機構では、インフレータブルの構造は、外面に対する補強材の取り付けを含む。概して、補強材の形態は、高応力領域を緩和するように設計される。１つ以上の機構では、補強材を外面に取り付けることで、高応力領域内の応力を緩和し、したがって、補強材の負荷強度及び／又は曲げ能力を改善するように、補強材は、高応力領域に対応した補強部分を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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