JP2012229651A - Case, method of manufacturing case, and molding die unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭素繊維等の強化繊維とエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂との複合材料を構成材料とするファンケース等の筒状のケース、及びこのケースを製造するためのケースの製造方法等に関する。 The present invention relates to a cylindrical case such as a fan case made of a composite material of a reinforcing fiber such as carbon fiber and a thermosetting resin such as an epoxy resin, a method for manufacturing the case for manufacturing the case, and the like. About.
近年、新素材に関する研究開発の活発化に伴い、強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料(FRP)が軽量で高強度を有する素材として注目されており、航空機エンジンのファンケースの構成材料に複合材料を適用する研究開発がなされている(特許文献1参照)。そして、先行技術に係るファンケースの構成等について説明すると、次のようになる。 In recent years, with active research and development on new materials, composite materials (FRP) of reinforced fibers and thermosetting resins are attracting attention as lightweight and high-strength materials. Research and development to apply composite materials has been made (see Patent Document 1). The configuration of the fan case according to the prior art will be described as follows.
先行技術に係るファンケースは、筒状のケース本体を具備しており、このケース本体は、炭素繊維等の強化繊維とエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂との複合材料からなる。また、ケース本体の端部には、航空機エンジンにおける相手部品に締結可能な環状のフランジが一体形成されており、このフランジは、炭素繊維等の強化繊維とエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂との複合材料からなる。そして、ケース本体の内部からフランジの内部にかけて、炭素繊維等の強化繊維からなる織物を含む複数の織物層を有している。 The fan case according to the prior art includes a cylindrical case main body, and the case main body is made of a composite material of a reinforcing fiber such as carbon fiber and a thermosetting resin such as epoxy resin. In addition, an annular flange that can be fastened to a mating part in an aircraft engine is integrally formed at the end of the case body, and this flange is made of a reinforcing fiber such as carbon fiber and a thermosetting resin such as epoxy resin. Composed of composite material. And from the inside of a case main body to the inside of a flange, it has several textile layers containing the textile fabric which consists of reinforcing fibers, such as carbon fiber.
先行技術に係るファンケースを製造する場合には、ファンケースの形状(最終形状)に対応する成形面を有した筒状の成形型ユニット(マンドレル型)を用い、成形型ユニットをその軸心周りに回転させつつ、織物を成形型ユニット側へ供給することにより、織物を成形型ユニットの成形面に巻付けて、ファンケースの形状と同形状の中間品(半製品)としての成形体を成形する。そして、成形体を加熱することにより、成形体に予め含浸させた熱硬化性樹脂を硬化させる。これにより、強化繊維と熱硬化樹脂との複合材料を構成材料とするファンケースを製造することができる。なお、ファンケースの製造後に、ファンケースを成形型ユニットから取り外しておく。 When manufacturing a fan case according to the prior art, a cylindrical mold unit (mandrel mold) having a molding surface corresponding to the shape (final shape) of the fan case is used, and the mold unit is arranged around its axis. The fabric is wound around the molding surface of the mold unit by feeding the fabric to the mold unit side while rotating to form a molded product as an intermediate product (semi-finished product) that has the same shape as the fan case. To do. Then, the thermosetting resin impregnated in the molded body in advance is cured by heating the molded body. Thereby, the fan case which uses the composite material of a reinforced fiber and a thermosetting resin as a constituent material can be manufactured. Note that the fan case is removed from the mold unit after the fan case is manufactured.
ところで、ファンケースの中間品である成形体のねじり強度及びねじり剛性を十分に確保するためには、一般に、織物の構成要素の中に繊維配向角が±0〜10度の強化繊維(繊維配向角±0〜10度の強化繊維)を含める必要がある。一方、織物の構成要素の中に繊維配向角±0〜10度の強化繊維を含めると、織物の柔軟性が損なわれて、成形型ユニットを用いて成形体を成形する際に、成形体におけるフランジに相当する部分の屈曲した箇所にしわや強化繊維の蛇行が生じて、フランジの強度及び剛性の低下を招くことになる。 By the way, in order to sufficiently secure the torsional strength and torsional rigidity of the molded body, which is an intermediate product of the fan case, generally, reinforcing fibers having a fiber orientation angle of ± 0 to 10 degrees (fiber orientation) in the constituent elements of the fabric. It is necessary to include reinforcing fibers having an angle of ± 0 to 10 degrees. On the other hand, when reinforcing fibers having a fiber orientation angle of ± 0 to 10 degrees are included in the constituent elements of the woven fabric, the flexibility of the woven fabric is impaired, and when the molded body is molded using the molding die unit, Wrinkles and meandering of reinforcing fibers are generated at the bent portion of the portion corresponding to the flange, leading to a decrease in the strength and rigidity of the flange.
つまり、強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料を構成材料とするファンケース等の筒状のケースがフランジを備えている場合には、ケース全体の強度及び剛性を十分に高めることが困難であるという問題がある。 In other words, when a cylindrical case such as a fan case made of a composite material of reinforcing fibers and thermosetting resin has a flange, it is difficult to sufficiently increase the strength and rigidity of the entire case. There is a problem that there is.
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成のケース及びその製造方法等を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a case with a novel configuration, a manufacturing method thereof, and the like that can solve the above-described problems.
本発明の第1の特徴は、強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料を構成材料とする筒状のケースにおいて、強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料からなる筒状のケース本体と、前記ケース本体の端部(端縁部)に一体形成され、強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料からなり、相手部品に締結可能な環状のフランジと、を備え、前記ケース本体の内部から前記フランジの内部にかけて、強化繊維からなるノンクリンプ構造の織物を含む複数の織物層を有し、前記ケース本体の内部のみに、複数の前記織物層の他に、複数の前記織物層に交互に積層されかつ前記ケース本体の周方向に対する傾斜角が±0〜10度の強化繊維(傾斜角±0〜10度の強化繊維)からなるロービング(繊維束)を含む複数のロービング層を有していることを要旨とする。 A first feature of the present invention is a cylindrical case having a composite material of reinforcing fibers and thermosetting resin as a constituent material, and a cylindrical case body made of a composite material of reinforcing fibers and thermosetting resin; An annular flange formed integrally with an end portion (end edge portion) of the case main body, made of a composite material of a reinforcing fiber and a thermosetting resin, and fastened to a mating part. A plurality of woven fabric layers including a non-crimp woven fabric made of reinforcing fibers from the inside of the flange to the inside of the flange, and in addition to the plurality of woven fabric layers, the plurality of woven fabric layers alternately. A plurality of roving layers including rovings (fiber bundles) made of reinforcing fibers (reinforced fibers having inclination angles of ± 0 to 10 degrees) that are laminated and have an inclination angle of ± 0 to 10 degrees with respect to the circumferential direction of the case body are provided. The gist .
なお、前記ケースとは、航空機エンジンにおけるファンケースのみならず、強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料を構成材料とする種々の筒状のケースを含む意である。また、前記ケース本体の周方向に対する傾斜角とは、前記ロービングの鋭角側の傾斜角のことをいい、例えば時計回り方向へ傾斜している場合には正の傾斜角となり、反時計回り方向へ傾斜している場合には負の傾斜角となる。 Note that the case includes not only a fan case in an aircraft engine but also various cylindrical cases made of a composite material of a reinforcing fiber and a thermosetting resin. The inclination angle with respect to the circumferential direction of the case body refers to an inclination angle on the acute side of the roving. For example, when the case body is inclined in the clockwise direction, the inclination angle is positive, and in the counterclockwise direction. If it is tilted, it becomes a negative tilt angle.
第1の特徴によれば、前記ケース本体の内部に、複数の前記織物層の他に、複数の前記織物層に交互に積層されかつ傾斜角±0〜10度の強化繊維からなる前記ロービングを含む複数の前記ロービング層を有しているため、前記ケースの中間品(中間製品)である成形体のねじり強度及びねじり剛性を十分に確保することができる。 According to a first feature, the roving made of reinforcing fibers having an inclination angle of ± 0 to 10 degrees is alternately stacked on the plurality of fabric layers in addition to the plurality of fabric layers in the case body. Since the plurality of the roving layers are included, the torsional strength and the torsional rigidity of the molded body that is an intermediate product (intermediate product) of the case can be sufficiently secured.
また、前記フランジの内部に強化繊維からなるノンクリンプ構造の織物を含む複数の前記織物層を有し、前記ケース本体の内部のみに複数の前記ロービング層を有しているため、前記フランジの内部に繊維配向角±0〜10度の強化繊維が含まれることがなく、前記成形体における前記フランジに相当する部分の成形容易性を高めることができる。 In addition, the flange has a plurality of the fabric layers including a non-crimp fabric made of reinforcing fibers, and the plurality of roving layers are provided only inside the case body. Reinforcing fibers having a fiber orientation angle of ± 0 to 10 degrees are not included, and the moldability of the portion corresponding to the flange in the molded body can be enhanced.
なお、繊維配向角とは、前記織物の長手方向(換言すれば、前記ケース本体の周方向)に対する強化繊維の鋭角側の傾斜角のことをいい、例えば時計回り方向へ傾斜している場合には正の繊維配向角となり、反時計回り方向へ傾斜している場合には負の繊維配向角となる。 The fiber orientation angle refers to the inclination angle on the acute angle side of the reinforcing fiber with respect to the longitudinal direction of the fabric (in other words, the circumferential direction of the case body), for example, when the fiber is inclined clockwise. Becomes a positive fiber orientation angle, and when tilted counterclockwise, it becomes a negative fiber orientation angle.
本発明の第2の特徴は、第1の特徴からなるケースを製造するためのケースの製造方法において、端部に環状の第1エンド型が装着されかつ前記ケース本体の形状(最終形状)に対応する形状の成形面を有したマンドレル型を用い、前記マンドレル型をその軸心周りに回転させつつ、強化繊維からなるノンクリンプ構造の織物を前記マンドレル型側へ供給することにより、前記織物を前記マンドレル型の成形面から前記第1エンド型の外周面にかけて巻付ける織物巻付工程と、前記マンドレル型をその軸心周り回転させつつ、強化繊維からなるロービング(繊維束)を前記マンドレル型の軸方向へ前記マンドレル型に対して相対的に移動させながら前記マンドレル型側へ供給することにより、前記ロービングを前記マンドレル型の周方向に対する傾斜角を±0〜10度に保った状態で前記マンドレル型の成形面のみに螺旋状に巻付けるロービング巻付工程と、前記織物巻付工程及び前記ロービング巻付工程の終了後に、前記織物巻付工程と前記ロービング巻付工程を交互に繰り返すことにより、前記ケース本体に相当する部分を有した筒状の成形体を成形する繰り返し工程と、前記繰り返し工程の終了後に、前記成形体の端部を前記第1エンド型の外周面から捲り上げて、前記フランジの形状に対応する形状の成形面を有した環状の第2エンド型を前記マンドレル型の端部に前記第1エンド型と交換して装着し、前記成形体の端部を前記第2エンド型の成形面に沿わせることにより、前記成形体の端部側に前記フランジに相当する部分を成形して、前記成形体を前記ケースと同形状に仕上げるフランジ成形工程と、前記フランジ成形工程及び前記フランジ保持工程の終了後に、前記成形体を加熱することにより、前記成形体に予め含浸させた熱硬化性樹脂を硬化させる加熱工程と、を備えたことを要旨とする。 According to a second feature of the present invention, in the case manufacturing method for manufacturing a case comprising the first feature, an annular first end mold is attached to the end and the shape (final shape) of the case main body is set. By using a mandrel mold having a molding surface of a corresponding shape, and rotating the mandrel mold around its axis, a non-crimp fabric made of reinforcing fibers is supplied to the mandrel mold side, whereby the fabric is A fabric winding step for winding the mandrel mold from the molding surface to the outer peripheral surface of the first end mold, and a roving (fiber bundle) made of reinforcing fibers while rotating the mandrel mold around its axis. The roving is moved in the circumferential direction of the mandrel type by supplying it to the mandrel type side while moving relative to the mandrel type in the direction. A roving winding step of spirally winding only the molding surface of the mandrel type while maintaining an inclination angle of ± 0 to 10 degrees, and after the fabric winding step and the roving winding step, the fabric By repeating the winding step and the roving winding step alternately, a repeating step of forming a cylindrical molded body having a portion corresponding to the case body, and an end of the molded body after completion of the repeating step The part is raised from the outer peripheral surface of the first end mold, and the annular second end mold having a molding surface corresponding to the shape of the flange is replaced with the first end mold at the end of the mandrel mold And attaching the end portion of the molded body along the molding surface of the second end mold to form a portion corresponding to the flange on the end portion side of the molded body. Same shape as the case A flange forming step for finishing, and a heating step for curing the thermosetting resin previously impregnated in the molded body by heating the molded body after the flange molding process and the flange holding process are completed. This is the gist.
なお、前記マンドレル型の周方向に対する傾斜角とは、前記ロービングの鋭角側の傾斜角のことをいい、例えば時計回り方向へ傾斜している場合には正の傾斜角となり、反時計回り方向へ傾斜している場合には負の傾斜角となる。 The inclination angle with respect to the circumferential direction of the mandrel type means an inclination angle on the acute angle side of the roving. For example, when it is inclined clockwise, it becomes a positive inclination angle and counterclockwise. If it is tilted, it becomes a negative tilt angle.
第2の特徴によると、前記織物を前記マンドレル型の成形面から前記第1エンド型の外周面にかけて巻付ける前記織物巻付工程と、前記ロービングを前記マンドレル型の周方向に対する傾斜角を±0〜10度に保った状態で前記マンドレル型の成形面のみに螺旋状に巻付ける前記ロービング巻付工程と交互に繰り返すことにより、前記ケース本体に相当する部分を有した筒状の前記成形体を成形しているため、前記成形体のねじり強度及びねじり剛性を十分に確保することができる。 According to the second feature, the fabric winding step of winding the fabric from the molding surface of the mandrel mold to the outer peripheral surface of the first end mold, and the inclination of the roving with respect to the circumferential direction of the mandrel mold is ± 0. The cylindrical shaped body having a portion corresponding to the case main body is obtained by alternately repeating the roving winding step of spirally winding only on the molding surface of the mandrel type in a state maintained at -10 degrees. Since it is molded, the torsional strength and torsional rigidity of the molded body can be sufficiently ensured.
また、前記織物巻付工程において、ノンクリンプ構造の前記織物を前記第1エンド型の外周面に巻付けており、前記ロービング工程において、前記ロービングを前記マンドレル型の成形面のみに螺旋状に巻付けているため、前記フランジ成形工程の開始前における前記成形体の端部の内部に繊維配向角±0〜10度の強化繊維が含まれることがなく、前記成形体における前記フランジに相当する部分の成形容易性を高めることができる。 Further, in the fabric winding step, the non-crimped fabric is wound around the outer peripheral surface of the first end mold, and in the roving step, the roving is spirally wound only on the molding surface of the mandrel type. Therefore, the reinforcing fiber having a fiber orientation angle of ± 0 to 10 degrees is not included inside the end portion of the molded body before the start of the flange molding process, and the portion corresponding to the flange in the molded body is not included. Ease of molding can be improved.
特に、前記フランジ成形工程において、前記第1エンド型の外周面から捲り上げた前記成形体の端部を前記第1エンド型と交換した前記第2エンド型の成形面に沿わせることによって、前記フランジに相当する部分を成形しているため、例えば適宜の成形型の成形面に前記織物を巻付けて成形する場合に比較して、前記成形体における前記フランジに相当する部分の成形容易性をより高めることができる。 In particular, in the flange forming step, by aligning an end of the molded body raised from the outer peripheral surface of the first end mold along the molding surface of the second end mold exchanged with the first end mold, Since the portion corresponding to the flange is molded, for example, compared to the case where the fabric is wound around the molding surface of an appropriate molding die, the portion corresponding to the flange in the molded body is easier to mold. Can be increased.
本発明によれば、前記成形体における前記フランジに相当する部分の成形容易性を高めつつ、前記成形体のねじり強度及びねじり剛性を十分に確保できるため、前記フランジに複合材料の強度低下に繋がるしわや繊維の蛇行の発生を抑えて、前記ケースの強度及び剛性を十分に高めることができる。 According to the present invention, the torsional strength and torsional rigidity of the molded body can be sufficiently ensured while enhancing the molding ease of the portion corresponding to the flange in the molded body, which leads to a decrease in the strength of the composite material in the flange. Generation | occurrence | production of wrinkles and meandering of a fiber can be suppressed, and the intensity | strength and rigidity of the said case can fully be improved.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について図1から図4を参照して説明する。なお、図面中、「FF」は、前方向、「FR」は、後方向、「L」は、左方向、「R」は、右方向をそれぞれ指してある。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the drawings, “FF” indicates the forward direction, “FR” indicates the backward direction, “L” indicates the left direction, and “R” indicates the right direction.
図2及び図3に示すように、本発明の第1実施形態に係るファンケース1は、航空機エンジン3に用いられ、航空機エンジン3における複数のファンブレード5を覆うものである。また、ファンケース1は、炭素繊維,アラミド繊維,又はガラス繊維等の強化繊維とエポキシ樹脂,フェノール樹脂,又はポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂との複合材料を構成材料としており、軸方向(ファンケース1の軸方向)に沿って外径が変化するようになっている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the fan case 1 according to the first embodiment of the present invention is used for the aircraft engine 3 and covers a plurality of fan blades 5 in the aircraft engine 3. The fan case 1 is made of a composite material of a reinforcing fiber such as carbon fiber, aramid fiber, or glass fiber and a thermosetting resin such as epoxy resin, phenol resin, or polyimide resin. The outer diameter changes along the axial direction of the case 1.
ファンケース1は、筒状のケース本体7を備えており、このケース本体7は、炭素繊維等の強化繊維とエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂との複合材料からなるものである。また、ケース本体7の前端部(一端部)には、環状のフロントフランジ9が一体形成されており、このフロントフランジ9は、炭素繊維等の強化繊維とエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂との複合材料からなり、航空機エンジン3におけるエンジンカウル11(相手部品の一例)に締結可能である。更に、ケース本体7の後端部(他端部)には、環状のリアフランジ13が一体形成されており、このリアフランジ13は、炭素繊維等の強化繊維とエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂との複合材料からなり、航空機エンジン3におけるリアケース15(相手部品の一例)に締結可能である。
The fan case 1 includes a
図1(a)(b)及び図4に示すように、ケース本体7の内部からフロントフランジ9の内部及びリアフランジ13の内部にかけて、炭素繊維等の強化繊維からなる織物17を含む複数の織物層19を有している。ここで、織物17は、炭素繊維等の強化繊維の2軸の繊維帯21,23からなるノンクリンプ構造であって、2軸の繊維帯21,23の繊維配向角(α)は、±20〜70度、好ましくは、±30〜60度(本発明の実施形態にあっては、±45度)になっている。2軸の繊維帯21,23の繊維配向角αの絶対角が20度未満であると、ファンケース1にしわや繊維の蛇行の発生が懸念されるからであり、一方、2軸の繊維帯21,23の繊維配向角(α)の絶対角が70度を超えると、ファンケース1の中間品(半製品)である成形体1F(図10(a)参照)のねじり強度及びねじり剛性を確保することが困難になるからである。なお、図4における破線で示した部位は、ステッチ糸である。
As shown in FIGS. 1A, 1B, and 4, a plurality of fabrics including a
図1(a)(b)及び図2に示すように、ケース本体7の内部のみに、複数の織物層19の他に、炭素繊維等の強化繊維からなるロービング(繊維束)25を含む複数のロービング層27を有している。また、複数のロービング層27は、複数の織物層19に交互に積層されてあって、ケース本体7の最外層は、ロービング層27になっている。ここで、ケース本体7の周方向に対するロービング25の傾斜角(β)は、±0〜10度、好ましくは、±2〜10度になっている。ケース本体7の周方向に対するロービング25の傾斜角(β)の絶対角が10度を超えると、後述の成形体1Fのねじり強度及びねじり剛性を確保することが困難になるからである。
As shown in FIGS. 1 (a), 1 (b), and 2, a plurality of rovings (fiber bundles) 25 made of reinforcing fibers such as carbon fibers in addition to the plurality of fabric layers 19 are provided only inside the
ケース本体7の外周面の前端部側(一端部側)からフロントフランジ9の外側面(締結面の反対面)にかけて、フロントフランジ9を補強する断面L形の環状のフロント補強部材(フロント追加パッド)29が一体的に設けられている。また、フロント補強部材29は、ガラス繊維等の強化繊維とエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂との複合材料からなり、周方向に沿ってセグメント化されている。
An annular front reinforcing member having an L-shaped cross section (front additional pad) that reinforces the
同様に、ケース本体7の外周面の後端部側(他端部側)からリアフランジ13の外側面(締結面の反対面)にかけて、リアフランジ13を補強する断面L形の環状のリア補強部材(リア追加パッド)31が一体的に設けられている。また、リア補強部材31は、ガラス繊維等の強化繊維とエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂との複合材料からなり、周方向に沿ってセグメント化されている。
Similarly, an annular rear reinforcement having an L-shaped cross section that reinforces the
続いて、本発明の第1実施形態の作用及び効果について説明する。 Then, the effect | action and effect of 1st Embodiment of this invention are demonstrated.
ケース本体7の内部に、複数の織物層19の他に、複数の織物層19に交互に積層されかつ傾斜角±0〜10度の強化繊維からなるロービング25を含む複数のロービング層27を有しているため、繊維配向角(α)が±0〜10度の強化繊維(繊維配向角(α)±0〜10度の強化繊維)をノンクリンプ構造の織物17の構成要素(織物層19の構成要素)から除外しても、ファンケース1の中間品である成形体1Fのねじり強度及びねじり剛性を十分に確保することができる。
In addition to the plurality of fabric layers 19, the
また、フロントフランジ9の内部及びリアフランジ13の内部に強化繊維からなるノンクリンプ構造の織物17を含む複数の織物層19を有し、ケース本体7の内部のみに複数のロービング層27を有しているため、フロントフランジ9の内部及びリアフランジ13の内部に繊維配向角(α)±0〜10度の強化繊維が含まれることがなく、成形体1Fにおけるフロントフランジに相当する部分9F(図11(b)参照)及びリアフランジに相当する部分13F(図11(b)参照)の成形容易性を高めることができる。
The
従って、本発明の第1実施形態によれば、成形体1Fにおけるフロントフランジに相当する部分9F及びリアフランジに相当する部分13Fの成形容易性を高めつつ、成形体1Fのねじり強度及びねじり剛性を十分に確保できるため、フロントフランジ9及びリアフランジ13に強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料の強度低下に繋がるしわや繊維の蛇行の発生を抑えて、ファンケース1全体の強度及び剛性を十分に高めることができる。特に、ケース本体7の外周面の前端部側からフロントフランジ9の外側面にかけてフロント補強部材29が一体的に設けられ、ケース本体7の外周面の後端部側からリアフランジ13の外側面にかけてリア補強部材31が一体的に設けられているため、フロントフランジ9及びリアフランジ13の強度及び剛性の低下を抑えて、ファンケース1全体の強度及び剛性をより十分に高めることができる。
Therefore, according to the first embodiment of the present invention, the torsional strength and the torsional rigidity of the molded body 1F are improved while improving the molding ease of the portion 9F corresponding to the front flange and the portion 13F corresponding to the rear flange in the molded body 1F. Since the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について図4から図11(a)(b)を参照して説明する。なお、図面中、「FF」は、前方向、「FR」は、後方向、「L」は、左方向、「R」は、右方向をそれぞれ指してある。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 11 (a) and 11 (b). In the drawings, “FF” indicates the forward direction, “FR” indicates the backward direction, “L” indicates the left direction, and “R” indicates the right direction.
まず、本発明の第2実施形態に係るケースの製造方法の実施に直接使用される装置等について説明する。 First, the apparatus etc. which are directly used for implementation of the manufacturing method of the case which concerns on 2nd Embodiment of this invention are demonstrated.
図5(a)(b)に示すように、本発明の第2実施形態に係る成形型ユニット33は、マンドレル型35を備えており、このマンドレル型35は、外周側に、ノンクリンプ構造の織物17を巻付可能でかつケース本体7の形状(最終形状)に対応する形状の成形面35sを有している。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
マンドレル型35の前端部(一端部)には、環状の第1フロントエンド型37が着脱可能に設けられており、この第1フロントエンド型37は、周方向に沿ってセグメント化されている。また、第1フロントエンド型37の外周面は、前方向へ向かって拡径するようにマンドレル型35の軸心(第1フロントエンド型37の軸心)に対して傾斜した傾斜部37dを有してあって、ノンクリンプ構造の織物17を巻付可能である。
An annular first
マンドレル型35の前端部には、環状の第2フロントエンド型39が第1フロントエンド型37と交換して着脱可能に設けられており、この第2フロントエンド型39は、周方向に沿ってセグメント化されている。また、第2フロントエンド型39は、外周側に、フロントフランジ9の形状(最終形状)に対応する形状の成形面39sを有している。
An annular second
マンドレル型35の後端部(他端部)には、環状の第1リアエンド型41が着脱可能に設けられており、この第1リアエンド型41は、周方向に沿ってセグメント化されている。また、第1リアエンド型41の外周面は、後方向へ向かって拡径するようにマンドレル型35の軸心(第1リアエンド型41の軸心)に対して傾斜した傾斜部41dを有してあって、ノンクリンプ構造の織物17を巻付可能である。
An annular first
マンドレル型35の後端部には、環状の第2リアエンド型43が第1リアエンド型41と交換して着脱可能に設けられており、この第2リアエンド型43は、周方向に沿ってセグメント化されている。また、第2リアエンド型43は、外周側に、リアフランジ13の形状(最終形状)に対応する形状の成形面43sを有している。
At the rear end of the mandrel die 35, an annular second rear end die 43 is detachably provided in exchange for the first rear end die 41. The second rear end die 43 is segmented along the circumferential direction. Has been. The second
図5(a)(b)及び図6に示すように、適宜位置には、マンドレル型35を回転させるマンドレル型回転装置45が配設されており、このマンドレル型回転装置45の具体的な構成は、次のようになる。
As shown in FIGS. 5A, 5B, and 6, a mandrel
即ち、適宜位置には、一対の側板47,49が前後に対向して設けられており、一対の側板47,49の間には、前後方向へ延びた回転軸51が回転可能に設けられており、この回転軸51は、マンドレル型35を一体的にセット可能である。また、前寄りの側板47には、回転軸51をその軸心周りに回転させる回転モータ53が設けられており、この回転モータ53の出力軸には、主動ギア55が一体的に設けられてあって、回転軸51の前端部(一端部)には、この主動ギア55に噛合可能な従動ギア57が一体的に設けられている。ここで、例えば一対の側板47,49の上側部分を上下方向へ開閉可能又は切離可能にしたり、一対の側板47,49にその他適宜の構成を付加したりすることによって、回転軸51は一対の側板47,49に対して着脱できるようになっている。
That is, a pair of
マンドレル型回転装置45の右方(右方側)には、ノンクリンプ構造の織物17をマンドレル型35側へ供給する織物供給装置59が設けられており、この織物供給装置59の具体的な構成は、次のようになる。
On the right side (right side) of the mandrel
即ち、マンドレル型回転装置45の右方には、固定フレーム61が配設されており、この固定フレーム61の上部には、一対のボビン支持部材63,65が前後に対向して設けられており、後寄りのボビン支持部材65は、前後方向へ位置調節可能になっている。また、一対のボビン支持部材63,65の間には、ノンクリンプ構造の織物17を巻いたボビン67が回転自在に支持されている。ここで、例えば一対のボビン支持部材63,65の上側部分を上下方向へ開閉可能又は切離可能にしたり、一対のボビン支持部材63,65にその他適宜の構成を付加したりすることによって、ボビン67は一対のボビン支持部材63,65に対して着脱できるようになっている。
That is, a fixed
マンドレル型回転装置45の左方(左方側)には、ロービング25をマンドレル型35側へ供給するロービング供給装置69が設けられており、このロービング供給装置69の具体的な構成は、次のようになる。
A
即ち、マンドレル型回転装置45の左方には、支持フレーム71が配設されており、この支持フレーム71の上部には、前後方向へ延びた一対のガイドレール73,75が設けられている。また、一対のガイドレール73,75の間には、ロービング25の供給位置を可変する供給ヘッド77が前後方向(マンドレル型35の軸方向)へ移動可能に設けられており、この供給ヘッド77は、移動モータ等の移動アクチュエータ(図示省略)の駆動によって前後方向へ移動するものである。
That is, a
なお、説明の都合上、織物供給装置59及びロービング供給装置69はマンドレル型回転装置45に対して反対側に配設されているが、織物供給装置59及びロービング供給装置69の位置関係は特に限定はなく、種々の位置関係で実施可能である。
For convenience of explanation, the
続いて、本発明の第2実施形態に係るケースの製造方法は、本発明の第1実施形態に係るファンケース1を製造するための方法であって、織物巻付工程、ロービング巻付工程、繰り返し工程、フランジ成形工程、フランジ保持工程、及び加熱工程を具備している。そして、各工程の具体的な内容は、次のようになる
織物巻付工程
図7に示すように、両端部に第1フロントエンド型37及び第1リアエンド型41がそれぞれ装着されたマンドレル型35を用い、回転モータ53の駆動によりマンドレル型35をその軸心周りに回転軸51と一体的に回転させつつ、マンドレル型35の回転に連動してボビン67を回転させて、ノンクリンプ構造の織物17をマンドレル型35側へ供給する。これにより、ノンクリンプ構造の織物17をマンドレル型35の成形面35sから第1フロントエンド型37の外周面及び第1リアエンド型41の外周面にかけて巻付けることができる。
Subsequently, the manufacturing method of the case according to the second embodiment of the present invention is a method for manufacturing the fan case 1 according to the first embodiment of the present invention, and includes a fabric winding step, a roving winding step, It includes a repetition process, a flange forming process, a flange holding process, and a heating process. And the concrete contents of each process are as follows. Fabric winding process As shown in FIG. 7, a
ここで、マンドレル型35の成形面35s等に巻付ける織物17には、予めエポキシ樹脂,フェノール樹脂,又はポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が含浸されている。なお、織物巻付工程において、織物17の巻層数は、単数又は複数を問わない。
Here, the
ロービング工程
織物巻付工程の終了後に、図8に示すように、回転モータ53の駆動によりマンドレル型35をその軸心周りに回転軸51と一体的に回転させつつ、移動アクチュエータの駆動により供給ヘッド77を前後方向へ移動させて、ロービング25を前後方向へ移動させながらマンドレル型35側へ供給する。これにより、ロービング25をマンドレル型35の成形面35sのみに螺旋状に巻付けることができる。
Roving process After the fabric winding process, as shown in FIG. 8, the
ここで、図9に示すように、ロービング25を巻付ける際に、マンドレル型35の周方向に対するロービング25の傾斜角(β)は±0〜10度、好ましくは、±2〜10度に保っている。ロービング25の傾斜角(β)の絶対角が10度を超えると、ファンケース1の中間品である成形体1Fのねじり強度及びねじり剛性を確保することが困難になるからである。また、マンドレル型35の成形面35sに巻付けるロービング25には、予めエポキシ樹脂,フェノール樹脂,又はポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が含浸されている。なお、ロービング巻付工程において、ロービング25の巻層数は、単数又は複数を問わない。
Here, as shown in FIG. 9, when the roving 25 is wound, the inclination angle (β) of the roving 25 with respect to the circumferential direction of the
繰り返し工程
織物巻付工程及びロービング巻付工程の終了後に、織物巻付工程とロービング巻付工程を交互に複数回繰り返す。これにより、図10(a)に示すように、ケース本体に相当する部分7Fを有した筒状の成形体1Fを成形することができる。
Repeating Step After the fabric winding step and the roving winding step are completed, the fabric winding step and the roving winding step are alternately repeated a plurality of times. Thereby, as shown to Fig.10 (a), the cylindrical molded object 1F which has the
ここで、繰り返し工程においては、最後にロービング工程を実行するようになっている。 Here, in the repetitive process, the roving process is finally performed.
フランジ成形工程
繰り返し工程の終了後に、図10(b)に示すように、成形体1Fの前端部(一端部)及び後端部(他端部)を第1フロントエンド型37の外周面及び第1リアエンド型41の外周面からそれぞれ捲り上げる。次に、図11(a)に示すように、断面L形の環状の第2フロントエンド型39をマンドレル型35の前端部に第1フロントエンド型37と交換して装着する。同様に、断面L形の環状の第2リアエンド型43をマンドレル型35の後端部に第1リアエンド型41と交換して装着する。そして、図11(b)に示すように、成形体1Fの前端部及び後端部を第2フロントエンド型39の成形面39s及び第2リアエンド型43の成形面43sにそれぞれ沿わせる。これにより、成形体1Fの前端部側及び後端部側にフロントフランジに相当する部分9F及びリアフランジに相当する部分13Fをそれぞれ成形して、成形体1Fをファンケース1の形状と同形状に仕上げることができる。なお、第2フロントエンド型39及び第2リアエンド型43の装着は、それぞれセグメント単位で行う。
Flange forming step After the repetition step, as shown in FIG. 10B, the front end portion (one end portion) and the rear end portion (the other end portion) of the formed body 1F are connected to the outer peripheral surface of the first
フランジ保持工程
フランジ成形工程の終了後に、図11(b)に示すように、成形体1Fの外周面の前端部側に断面L形の環状のフロント補強部材29(フロント保持部材の一例)を配設することにより、フロント補強部材29と第2フロントエンド型39との協働により成形体1Fにおけるフロントフランジに相当する部分9Fを挟むように保持する。同様に、成形体1Fの外周面の後端部側に断面L形の環状のリア補強部材31(リア保持部材の一例)を配設することにより、リア補強部材31と第2リアエンド型43との協働により成形体1Fにおけるリアフランジに相当する部分13Fを挟むように保持する。なお、フロント補強部材29及びリア補強部材31の配設は、それぞれセグメント単位で行う。
Flange holding process After the flange forming process, as shown in FIG. 11B, an L-shaped annular front reinforcing member 29 (an example of a front holding member) is arranged on the front end side of the outer peripheral surface of the molded body 1F. Thus, the
加熱工程
フランジ保持工程の終了後に、回転軸51を一対の側板47,49から離脱させて、マンドレル型35を回転軸51から取り外す。次に、マンドレル型35等を成形体1Fと共に加熱炉(図示省略)の所定位置にセットする。そして、加熱炉のヒータ(図示省略)によって成形体1Fをエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の所定の硬化温度まで加熱する。これにより、成形体1Fに予め含浸させた熱硬化性樹脂を硬化させることができる。
Heating Step After the end of the flange holding step, the rotating
以上により、炭素繊維等の強化繊維とエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂との複合材料を構成材料とするファンケース1を製造することができる。 As described above, the fan case 1 including the composite material of the reinforcing fiber such as carbon fiber and the thermosetting resin such as epoxy resin can be manufactured.
ファンケース1の製造後に、マンドレル型35等をファンケース1と共に加熱炉の外側へ取り出す。そして、マンドレル型35の前端部及び後端部から第2フロントエンド型39及び第2リアエンド型43をそれぞれ離脱させて、ファンケース1をマンドレル型35から取り外す。なお、第2フロントエンド型39及び第2リアエンド型43の離脱は、それぞれセグメント単位で行う。
After manufacturing the fan case 1, the
本発明の第2実施形態に係るケースの製造方法は、次のように種々な変更が可能である。即ち、例えば、マンドレル型35の成形面35s等に巻付ける織物17、及びマンドレル型35の成形面35sに巻付けるロービング25に予めエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させる代わりに、フランジ保持工程の終了後であって加熱工程の開始前に、溶融状態のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を注入によって成形体1F内に含浸させる含浸工程を備えるようにしても構わない。また、織物巻付工程とロービング工程の実行順番を逆にしたり、フランジ保持工程をフランジ成形工程の終了後に実行する代わりに、フランジ成形工程の途中に実行したりしても構わない。
The manufacturing method of the case according to the second embodiment of the present invention can be variously modified as follows. That is, for example, instead of impregnating a thermosetting resin such as an epoxy resin in advance with the
続いて、本発明の第2実施形態の作用及び効果について説明する。 Then, the effect | action and effect of 2nd Embodiment of this invention are demonstrated.
織物17をマンドレル型35の成形面35sから第1フロントエンド型37の外周面及び第1リアエンド型41の外周面にかけて巻付ける織物巻付工程と、ロービング25をマンドレル型35の周方向に対する傾斜角(β)を±0〜10度に保った状態でマンドレル型35の成形面35sのみに螺旋状に巻付けるロービング巻付工程と交互に繰り返すことにより、ケース本体に相当する部分7Fを有した筒状の成形体1Fを成形しているため、繊維配向角(α)が±0〜10度(繊維配向角(α)±0〜10度)の強化繊維を織物17の構成要素から除外しても、成形体1Fのねじり強度及びねじり剛性を十分に確保することができる。
A fabric winding step of winding the
また、織物巻付工程において、ノンクリンプ構造の織物17を第1フロントエンド型37の外周面及び第1リアエンド型41の外周面に巻付けており、ロービング工程において、ロービング25をマンドレル型35の成形面35sのみに螺旋状に巻付けているため、フランジ成形工程の開始前における成形体1Fの両端部の内部に繊維配向角(α)±0〜10度の強化繊維が含まれることがなく、成形体1Fにおけるフロントフランジに相当する部分9F及びリアフランジに相当する部分13Fの成形容易性を高めることができる。
Further, in the fabric winding process, the
特に、フランジ成形工程において、第1フロントエンド型37の外周面から捲り上げた成形体1Fの前端部及び第2フロントエンド型41の外周面から捲り上げた成形体1Fの後端部を、第1フロントエンド型37と交換した第2フロントエンド型39の成形面39s及び第1リアエンド型41と交換した第2リアエンド型43の成形面43sにそれぞれ沿わせることによって、成形体1Fにおけるフロントフランジに相当する部分9F及びリアフランジに相当する部分13Fを成形しているため、例えば適宜の成形型(図示省略)の成形面に織物17を巻付けて成形する場合に比較して、成形体1Fにおけるフロントフランジに相当する部分9F及びリアフランジに相当する部分13Fの成形容易性をより高めることができる。
In particular, in the flange forming step, the front end portion of the molded body 1F raised from the outer peripheral surface of the first
更に、加熱工程を開始する前に、フロント補強部材29と第2フロントエンド型39との協働及びリア補強部材31と第2リアエンド型43との協働により成形体1Fにおけるフロントフランジに相当する部分9F及びリアフランジに相当する部分13Fをそれぞれ挟むように保持しているため、加熱工程中に、成形体1Fにおけるフロントフランジに相当する部分9F及びリアフランジに相当する部分13Fの倒れ等の変形を防止することができる。
Further, before starting the heating process, the
従って、本発明の第2実施形態によれば、前述の本発明の第1実施形態と同様の効果を奏する他に、加熱工程中に、成形体1Fにおけるフロントフランジに相当する部分9F及びリアフランジに相当する部分13Fの倒れ等の変形を防止することができるため、ファンケース1の不良品の発生を抑えて、ファンケース1の形状品質を高めることができる。
Therefore, according to the second embodiment of the present invention, in addition to the same effects as those of the first embodiment of the present invention described above, the portion 9F corresponding to the front flange and the rear flange in the molded body 1F during the heating process are provided. Therefore, it is possible to prevent deformation of the
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、第1フロントエンド型37、第2フロントエンド型39、第1リアエンド型41、及び第2リアエンド型43をリング状に一体化して構成したり、第1フロントエンド型37の傾斜面37d及び第1リアエンド型41の傾斜面41dを省略して、第1フロントエンド型37の外周面及び第1リアエンド型41の外周面をマンドレル型35の成形面35sに連続した同径に構成したりする等、その他、適宜の変更を行うことにより、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
The present invention is not limited to the description of the above-described embodiment. For example, the first
1 ファンケース
1F 成形体
3 航空機エンジン
5 ファンブレード
7 ケース本体
7F 成形体におけるケース本体に相当する部分
9 フロントフランジ
9F 成形体におけるフロントフランジに相当する部分
13 リアフランジ
13F 成形体におけるリアフランジに相当する部分
17 織物
19 織物層
25 ロービング
27 ロービング層
29 フロント補強部材
31 リア補強部材
33 成形型ユニット
35 マンドレル型
35s マンドレル型の成形面
37 第1フロントエンド型
37d 第1フロントエンド型の傾斜部
39 第2フロントエンド型
39s 第2フロントエンド型の成形面
41 第1リアエンド型
41d 第1リアエンド型の傾斜部
43 第2リアエンド型
43s 第2リアエンド型の成形面
45 マンドレル型回転装置
51 回転軸
53 回転モータ
59 織物供給装置
67 ボビン
69 ロービング供給装置
77 供給ヘッド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fan case 1F molded object 3 Aircraft engine 5
Claims (12)
強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料からなる筒状のケース本体と、
前記ケース本体の端部に一体形成され、強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料からなり、相手部品に締結可能な環状のフランジと、を備え、
前記ケース本体の内部から前記フランジの内部にかけて、強化繊維からなるノンクリンプ構造の織物を含む複数の織物層を有し、
前記ケース本体の内部のみに、複数の前記織物層の他に、複数の前記織物層に交互に積層されかつ前記ケース本体の周方向に対する傾斜角が±0〜10度の強化繊維からなるロービングを含む複数のロービング層を有していることを特徴とするケース。 In a cylindrical case made of a composite material of reinforcing fiber and thermosetting resin,
A cylindrical case body made of a composite material of reinforcing fibers and thermosetting resin;
Formed integrally with the end of the case body, made of a composite material of reinforced fiber and thermosetting resin, and provided with an annular flange that can be fastened to a mating part;
From the inside of the case body to the inside of the flange, a plurality of fabric layers including a non-crimp fabric made of reinforcing fibers,
In addition to the plurality of fabric layers, only the inside of the case body is a roving made of reinforcing fibers alternately laminated on the plurality of fabric layers and having an inclination angle of ± 0 to 10 degrees with respect to the circumferential direction of the case body. A case having a plurality of roving layers.
端部に環状の第1エンド型が装着されかつ前記ケース本体の形状に対応する形状の成形面を有したマンドレル型を用い、前記マンドレル型をその軸心周りに回転させつつ、強化繊維からなるノンクリンプ構造の織物を前記マンドレル型側へ供給することにより、前記織物を前記マンドレル型の成形面から前記第1エンド型の外周面にかけて巻付ける織物巻付工程と、
前記マンドレル型をその軸心周り回転させつつ、強化繊維からなるロービングを前記マンドレル型の軸方向へ前記マンドレル型に対して相対的に移動させながら前記マンドレル型側へ供給することにより、前記ロービングを前記マンドレル型の周方向に対する傾斜角を±0〜10度に保った状態で前記マンドレル型の成形面のみに螺旋状に巻付けるロービング巻付工程と、
前記織物巻付工程及び前記ロービング巻付工程の終了後に、前記織物巻付工程と前記ロービング巻付工程を交互に繰り返すことにより、前記ケース本体に相当する部分を有した筒状の成形体を成形する繰り返し工程と、
前記繰り返し工程の終了後に、前記成形体の端部を前記第1エンド型の外周面から捲り上げて、前記フランジの形状に対応する形状の成形面を有した環状の第2エンド型を前記マンドレル型の端部に前記第1エンド型と交換して装着し、前記成形体の端部を前記第2エンド型の成形面に沿わせることにより、前記成形体の端部側に前記フランジに相当する部分を成形して、前記成形体を前記ケースと同形状に仕上げるフランジ成形工程と、
前記フランジ成形工程の終了後に、前記成形体を加熱することにより、前記成形体に予め含浸させた熱硬化性樹脂を硬化させる加熱工程と、を備えたことを特徴とするケースの製造方法。 In the manufacturing method of the case for manufacturing the case of Claim 1,
An annular first end mold is attached to the end, and a mandrel mold having a molding surface corresponding to the shape of the case body is used, and the mandrel mold is made of reinforcing fibers while rotating around the axis. A fabric winding step of winding the fabric from the molding surface of the mandrel mold to the outer peripheral surface of the first end mold by supplying a non-crimp fabric to the mandrel mold side;
The roving is rotated by rotating the mandrel mold around its axis and supplying the roving made of reinforcing fibers to the mandrel mold side while moving the mandrel mold relative to the mandrel mold in the axial direction. A roving winding step of spirally winding only on the molding surface of the mandrel mold while maintaining an inclination angle of ± 0 to 10 degrees with respect to the circumferential direction of the mandrel mold;
After completion of the fabric winding step and the roving winding step, a cylindrical molded body having a portion corresponding to the case body is formed by alternately repeating the fabric winding step and the roving winding step. Repeating steps to
After the repetition step, the end of the molded body is lifted from the outer peripheral surface of the first end mold, and the annular second end mold having a molding surface corresponding to the shape of the flange is formed into the mandrel. The end of the molded body is replaced with the first end mold and mounted, and the end of the molded body is aligned with the molding surface of the second end mold, thereby corresponding to the flange on the end side of the molded body. A flange forming step of forming a portion to be finished and finishing the molded body in the same shape as the case;
A heating method for curing a thermosetting resin impregnated in the molded body in advance by heating the molded body after completion of the flange forming step.
強化繊維からなる織物を巻付可能でかつ前記ケース本体の形状に対応する形状の成形面を有したマンドレル型と、
前記マンドレル型の端部に着脱可能に設けられ、外周面に強化繊維からなる織物を巻付可能な環状の第1エンド型と、
前記マンドレル型の端部に前記第1エンド型と交換して着脱可能に設けられ、前記フランジの形状に対応する形状の成形面を有した第2エンド型と、を備えたことを特徴とする成形型ユニット。 In the mold unit used directly for carrying out the method for producing a case according to claim 5,
A mandrel mold capable of winding a woven fabric made of reinforcing fibers and having a molding surface having a shape corresponding to the shape of the case body;
An annular first end mold that is detachably provided at an end of the mandrel mold and can wind a woven fabric made of reinforcing fibers on the outer peripheral surface;
And a second end mold provided at the end of the mandrel mold so as to be detachable in exchange for the first end mold and having a molding surface having a shape corresponding to the shape of the flange. Mold unit.
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