JP4191463B2 - フレックスビーム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレックスビームに関し、特に、ベアリングレス型ハブ構造を有するヘリコプタ用のフレックスビームに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリコプタのブレードは、フラッピング運動、フェザリング運動及びリードラグ運動の各々が可能となるように、ハブを介してロータシャフトに連結されている。近年においては、ブレードに前記３運動を行わせるために、弾性（可撓性）を有するフレックスビームを使用したベアリングレス型ハブ構造が提案され、実用化されている。
【０００３】
かかるベアリングレス型ハブ構造で使用されるフレックスビームは、可撓性を有するフラッピング部、リードラグ部及びフェザリング部を備えており、ブレードの前記３運動は、フラッピング部及びリードラグ部の撓みや、フェザリング部の捩りによって実現されている。
【０００４】
従来のフレックスビームとしては、フェザリング部の断面形状を２つの略Ｙ字形状を結合させた形状としたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載のフレックスビームのフェザリング部は、ビーム厚さ方向中央部に配置される中央部材と、中央部分が中央部材の上下面に接するように配置されるとともにビーム前端部分及び後端部分が中央部分と平行になるように折り曲げ成形された一方向部材と、これら一方向部材の折曲部の表面に配置された積層材と、を備えて構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２８７２９７号公報（第３頁、第４図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載のフレックスビームのフェザリング部においては、一方向部材の平坦な部分における板厚が均一であるとともに、折曲部で局所的に板厚が増大しているため、依然として折曲部の捩り剛性が高い。このため、捩り変形によって生じるせん断応力が集中して大きくなるので、強度向上に改善の余地がある。また、フレックスビームの捩り剛性が高いと、ブレードのピッチ変更に大きい操縦力を要するため、ピッチ変更用の操縦系統に負荷がかかり、この操縦系統の構成部品等の安全性・信頼性が低下するという問題があった。
【０００７】
なお、特許文献１に記載のフレックスビームは、フェザリング部の一方向部材の折曲部に積層材が配置されて補強されているが、捩り剛性の高さに起因する前記操縦系統の信頼性の問題を解決することはできなかった。
【０００８】
本発明の課題は、フレックスビームにおいて、フェザリング部の捩り剛性を低下させることにより、捩り変形によって生じるせん断応力を小さくして強度を向上させるとともに、ピッチ変更用の操縦系統の安全性・信頼性を向上させることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、フラッピング部及びリードラグ・フェザリング部を備えるフレックスビームにおいて、前記リードラグ・フェザリング部は、長尺狭幅の略平板状の中央部と、前記中央部に連続しその長手方向に沿った両端部から分岐して上下に延在する略平板状の中間部と、前記中間部に連続しその各端部から折曲して前記中央部と略平行に延在する略平板状の縁部と、を有し、前記折曲した部分に形成される隅部に、この隅部を形成する２平面と滑らかに繋がり、これら２平面の延長面よりも内部に至る断面略円弧状の凹部を有し、前記凹部における最小断面厚さは、当該凹部を有する前記折曲した部分の平板部の板厚の８０〜９０％であることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、リードラグ・フェザリング部は、中央部と中間部との間の分岐した部分に形成される隅部、及び／又は、中間部と縁部との間の折曲した部分に形成される隅部に、この隅部を形成する２平面と滑らかに繋がり、これら２平面の延長面よりも内部に至る断面略円弧状の凹部を備えるので、捩り剛性が低くなり、力の集中を緩和することができる。
【００１１】
従って、捩り変形によって生じるせん断応力が小さくなるため、ビームの強度を向上させることができる。また、リードラグ・フェザリング部の捩り剛性が低くされることにより、ブレードのピッチ変更に要する操縦力を低減させることができる。この結果、ピッチ変更用の操縦系統への負荷を軽減することができ、この操縦系統の構成部品等の安全性・信頼性を向上させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、フラッピング部及びリードラグ・フェザリング部を備えるフレックスビームにおいて、前記リードラグ・フェザリング部は、ビーム長さ方向に延在し複数の繊維配向を有する第１複合材と、ビーム長さ方向に延在しこの延在方向と同一の繊維配向を有する第２複合材と、が一体的に接合されてなるものであって、ビーム厚さ方向中央部に配置されビーム幅方向に延在する中央部分と、前記中央部分の両端部から各々ビーム上下方向に分岐するようにビーム前縁方向及びビーム後縁方向に延在する第１延在部分と、前記第１延在部分の各々の端部で前記中央部分と略平行な方向に折曲するようにビーム前縁方向及びビーム後縁方向に延在する第２延在部分と、が前記第１複合材により形成され、前記中央部分、前記第１延在部分及び前記第２延在部分の各々のビーム上下側表面に配置された上下部分と、前記第１延在部分及び前記第２延在部分の各々のビーム前後縁側表面に配置された前後縁部分と、が前記第２複合材により形成され、前記第１延在部分、前記第２延在部分、前記上下部分及び前記前後縁部分を備えて形成された折曲部に凹部が設けられ、前記凹部における最小断面厚さは、当該凹部を有する前記折曲部の平板部の板厚の８０〜９０％であることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、リードラグ・フェザリング部は、第１複合材からなる中央部分及び第１延在部分と、第２複合材からなる上下部分及び前後縁部分と、を備えて形成された分岐部、及び／又は、第１複合材からなる第１延在部分及び第２延在部分と、第２複合材からなる上下部分及び前後縁部分と、を備えて形成された折曲部に凹部が設けられるので、捩り剛性が低くなり、力の集中を緩和することができる。
【００１４】
従って、捩り変形によって生じるせん断応力が小さくなるため、ビームの強度を向上させることができる。また、リードラグ・フェザリング部の捩り剛性が低くされることにより、ブレードのピッチ変更に要する操縦力を低減させることができる。この結果、ピッチ変更用の操縦系統への負荷を軽減することができ、この操縦系統の構成部品等の安全性・信頼性を向上させることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のフレックスビームにおいて、前記凹部の表面を被覆する複合材製のダブラを備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、複合材製のダブラによって凹部の表面が被覆されるので、凹部が設けられて板厚が薄くなった隅部（分岐部及び／又は折曲部）が補強される。従って、曲げ荷重や捩り荷重に対するビームの強度を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
本実施の形態に係るフレックスビーム１は、ヘリコプタのベアリングレス型ハブ構造を構成する長尺狭幅の板状体（図１参照）であり、その弾性（可撓性）により、ブレードのフラッピング運動、フェザリング運動及びリードラグ運動を実現させるものである。
【００１９】
まず、図１及び図２を用いて、本実施の形態に係るフレックスビーム１の大まかな構成を説明する。図１は、本実施の形態に係るフレックスビーム１の外観を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。また、図２は、図１（ａ）のII−II部分の拡大断面図である。
【００２０】
なお、以下の説明においては、図１に示した矢印Ｌの方向を「ビーム長さ方向」とし、図１及び図２に示した矢印Ｗの方向を「ビーム幅方向」とし、矢印Ｔの方向を「ビーム厚さ方向」とする。また、図１及び図２に示した矢印Ｕの方向を「ビーム上方向」とし、矢印Ｄの方向を「ビーム下方向」とし、矢印Ｆの方向を「ビーム前縁方向」とし、矢印Ｒの方向を「ビーム後縁方向」とする。
【００２１】
フレックスビーム１は、シャフト取付部２と、フラッピングエレメント３と、トランジットエレメント４と、リードラグ・トーションエレメント５と、ブレード取付部６と、を備えて構成されている。
【００２２】
シャフト取付部２は、ヘリコプタのロータシャフトに取り付けられる部分であって、図１に示すようにフレックスビーム１のビーム長さ方向中央部に設けられている。
【００２３】
フラッピングエレメント３は、ビーム長さ方向に対して直角な方向の断面形状が略矩形状とされた板状部分であって、シャフト取付部２の両側に構成されている。フラッピングエレメント３は、図１に示すようにビーム厚さ方向の寸法（板厚）がビーム幅方向の寸法に対して小さくされており、その上下方向の柔構造によってブレードのフラッピング運動（ビーム上下方向の曲げ運動）を可能にするものである。フラッピングエレメント３は、本発明におけるフラッピング部である。
【００２４】
リードラグ・トーションエレメント５は、図１に示すようにフラッピングエレメント３と比較してビーム幅方向の寸法を小さくして剛性を調整することにより、ブレードのリードラグ運動（ビーム前後縁方向の曲げ運動）を可能にしている。
【００２５】
また、リードラグ・トーションエレメント５は、ビーム長さ方向に対して直角な方向の断面形状を、２つの略Ｙ字形状を結合させたような形状（略Ｘ字形状：図２参照）とし、最外周部分を繋がないで捩り剛性を調整することにより、フェザリング運動（ビーム長さ方向中心周りの捩り運動）を可能にしている。リードラグ・トーションエレメント５は、本発明におけるリードラグ・フェザリング部である。
【００２６】
トランジットエレメント４は、フラッピングエレメント３及びリードラグ・トーションエレメント５を接続する部分である。ブレード取付部６は、ヘリコプタのロータブレードが取り付けられる部分であって、図１に示すようにフレックスビーム１のビーム長さ方向両端部に設けられている。
【００２７】
次に、本発明の主要部であるリードラグ・トーションエレメント（リードラグ・フェザリング部）５の構成について、図２から図４を用いて詳細に説明する。
【００２８】
リードラグ・トーションエレメント５は、ビーム長さ方向に延在し複数の繊維配向を有する第１複合材と、ビーム長さ方向に延在し延在方向と同一の繊維配向を有する第２複合材と、これら第１複合材及び第２複合材からなる各部分の表面を被覆する第３複合材と、を一体的に接合させて構成したものである。
【００２９】
第１複合材は、ガラス繊維製の織物に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを、一枚ないし複数枚積層して硬化させたテープ状のガラス繊維強化複合材である。第１複合材によって、後述する複数の部分（中央部分１０、第１前縁上側延在部分１１、第１前縁下側延在部分１２、第１後縁上側延在部分１３、第１後縁下側延在部分１４、第２前縁上側延在部分１５、第２前縁下側延在部分１６、第２後縁上側延在部分１７及び第２後縁下側延在部分１８）が形成される。
【００３０】
第２複合材は、一方向に延在するガラス繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたループ材である。第２複合材によって、後述する複数の部分（中央上部分２０、第１前後縁上部分２１、第２前後縁上部分２２、中央下部分２３、第１前後縁下部分２４、第２前後縁下部分２５、第１前縁部分２６、第２前縁部分２７、第１後縁部分２８及び第２後縁部分２９）が形成される。
【００３１】
なお、第２複合材によって形成される各部分は分割されており、各部分は、フィラメントワインディング装置等によって連続する一本のロービングを巻回することにより調製され、かつ、形状が整えられている。なお、本実施の形態においては、第１複合材及び第２複合材を構成する熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂を採用している。
【００３２】
リードラグ・トーションエレメント５は、図２に示すように、ビーム厚さ方向中央部に配置されビーム幅方向に延在する中央部分１０と、中央部分１０のビーム前縁側端部からビーム上下方向に分岐するようにビーム前縁方向に延在する第１前縁上側延在部分１１及び第１前縁下側延在部分１２と、中央部分１０のビーム後縁側端部からビーム上下方向に分岐するようにビーム後縁方向に延在する第１後縁上側延在部分１３及び第１後縁下側延在部分１４と、を有している。これら第１前縁上側延在部分１１、第１前縁下側延在部分１２、第１後縁上側延在部分１３及び第１後縁下側延在部分１４は、本発明における第１延在部分であり、第１複合材によって形成されている。
【００３３】
また、リードラグ・トーションエレメント５は、図２に示すように、第１前縁上側延在部分１１及び第１前縁下側延在部分１２の各々のビーム前縁側端部で中央部分１０と略平行な方向に折曲するようにビーム前縁方向に延在する第２前縁上側延在部分１５及び第２前縁下側延在部分１６と、第１後縁上側延在部分１３及び第１後縁下側延在部分１４の各々のビーム後縁側端部で中央部分１０と略平行な方向に折曲するようにビーム後縁方向に延在する第２後縁上側延在部分１７及び第２後縁下側延在部分１８と、を有している。これら第２前縁上側延在部分１５、第２前縁下側延在部分１６、第２後縁上側延在部分１７及び第２後縁下側延在部分１８は、本発明における第２延在部分であり、第１複合材によって形成されている。
【００３４】
なお、中央部分１０の上側、第１前縁上側延在部分１１、第１後縁上側延在部分１３、第２前縁上側延在部分１５及び第２後縁上側延在部分１７は、１枚の第１複合材を折り曲げてビーム上方に配置することにより形成される。また、中央部分１０の下側、第１前縁下側延在部分１２、第１後縁下側延在部分１４、第２前縁下側延在部分１６及び第２後縁下側延在部分１８は、１枚の第１複合材を折り曲げてビーム下方に配置することにより形成される。
【００３５】
また、リードラグ・トーションエレメント５は、図２に示すように、中央部分１０、第１延在部分（第１前縁上側延在部分１１、第１後縁上側延在部分１３）及び第２延在部分（第２前縁上側延在部分１５、第２後縁上側延在部分１７）の各々のビーム上側表面に配置された中央上部分２０、第１前後縁上部分２１及び第２前後縁上部分２２を有している。また、中央部分１０、第１延在部分（第１前縁下側延在部分１２、第１後縁下側延在部分１４）及び第２延在部分（第２前縁下側延在部分１６、第２後縁下側延在部分１８）の各々のビーム下側表面に配置された中央下部分２３、第１前後縁下部分２４及び第２前後縁下部分２５を有している。中央上部分２０、第１前後縁上部分２１及び第２前後縁上部分２２は、本発明における上部分であり、中央下部分２３、第１前後縁下部分２４及び第２前後縁下部分２５は、本発明における下部分であり、これら上下部分は第２複合材によって形成されている。
【００３６】
また、リードラグ・トーションエレメント５は、図２に示すように、第１延在部分（第１前縁上側延在部分１１、第１前縁下側延在部分１２）及び第２延在部分（第２前縁上側延在部分１５、第２前縁下側延在部分１６）の各々のビーム前縁側表面に配置された第１前縁部分２６及び第２前縁部分２７を有している。また、第１延在部分（第１後縁上側延在部分１３、第１後縁下側延在部分１４）及び第２延在部分（第２後縁上側延在部分１７、第２後縁下側延在部分１８）の各々のビーム後縁側表面に配置された第１後縁部分２８及び第２後縁部分２９を有している。第１前縁部分２６及び第２前縁部分２７は、本発明における前縁部分であり、第１後縁部分２８及び第２後縁部分２９は、本発明における後縁部分であり、これら前後縁部分は第２複合材によって形成されている。
【００３７】
また、リードラグ・トーションエレメント５は、図２に示すように、中央上部分２０、第１前後縁上部分２１、第２前後縁上部分２２、中央下部分２３、第１前後縁下部分２４、第２前後縁下部分２５、第１前縁部分２６、第２前縁部分２７、第１後縁部分２８及び第２後縁部分２９の表面を被覆する第３複合材から形成された被覆部３０を有している。第３複合材としては、第１複合材と同様に、ガラス繊維製の織物に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを硬化させたテープ状のガラス繊維強化複合材を採用することができる。
【００３８】
なお、第１複合材からなる中央部分１０と、第２複合材からなる中央上部分２０及び中央下部分２３と、第３複合材からなる被覆部３０と、によって、本発明における中央部（長尺狭幅の略平板状の部分）が形成される。また、第１複合材からなる第１前縁上側延在部分１１、第１前縁下側延在部分１２、第１後縁上側延在部分１３及び第１後縁下側延在部分１４と、第２複合材からなる第１前後縁上部分２１、第１前後縁下部分２４、第１前縁部分２６及び第１後縁部分２８と、第３複合材からなる被覆部３０と、によって、本発明における中間部（中央部に連続しその長手方向に沿った両端部から分岐して上下に延在する略平板状の部分）が形成される。また、第１複合材からなる第２前縁上側延在部分１５、第２前縁下側延在部分１６、第２後縁上側延在部分１７及び第２後縁下側延在部分１８と、第２複合材からなる第２前後縁上部分２２、第２前後縁下部分２５、第２前縁部分２７及び第２後縁部分２９と、第３複合材からなる被覆部３０と、によって、本発明における縁部（中間部に連続しその各端部から折曲して中央部と略平行に延在する略平板状の部分）が形成される。
【００３９】
そして、リードラグ・トーションエレメント５の中央部分１０、第１前縁上側延在部分１１、第１前縁下側延在部分１２、中央上部分２０、第１前後縁上部分２１、中央下部分２３、第１前後縁下部分２４、第１前縁部分２６及び被覆部３０によって、前縁側分岐部４０が構成されている。また、中央部分１０、第１後縁上側延在部分１３、第１後縁下側延在部分１４、中央上部分２０、第１前後縁上部分２１、中央下部分２３、第１前後縁下部分２４、第１後縁部分２８及び被覆部３０によって、後縁側分岐部５０が構成されている。これら前縁側分岐部４０及び後縁側分岐部５０は、本発明における分岐部である。
【００４０】
また、リードラグ・トーションエレメント５の第１前縁上側延在部分１１、第１前縁下側延在部分１２、第２前縁上側延在部分１５、第２前縁下側延在部分１６、第１前後縁上部分２１、第２前後縁上部分２２、第１前後縁下部分２４、第２前後縁下部分２５、第１前縁部分２６、第２前縁部分２７及び被覆部３０によって、前縁側折曲部６０が構成されている。また、第１後縁上側延在部分１３、第１後縁下側延在部分１４、第２後縁上側延在部分１７、第２後縁下側延在部分１８、第１前後縁上部分２１、第２前後縁上部分２２、第１前後縁下部分２４、第２前後縁下部分２５、第１後縁部分２８、第２後縁部分２９及び被覆部３０によって、後縁側折曲部７０が構成されている。これら前縁側折曲部６０及び後縁側折曲部７０は、本発明における折曲部である。なお、各分岐部（前縁側分岐部４０及び後縁側分岐部５０）及び各折曲部（前縁側折曲部６０及び後縁側折曲部７０）は、本発明における隅部である。
【００４１】
前縁側分岐部４０には、図２に示すように、ビーム上側部分に前縁上方凹部４１が、ビーム下側部分に前縁下方凹部４２が、ビーム前縁側部分に前方凹部４３が、各々設けられている。また、後縁側分岐部５０には、ビーム上側部分に後縁上方凹部５１が、ビーム下側部分に後縁下方凹部５２が、ビーム後縁側部分に後方凹部５３が、各々設けられている。
【００４２】
前縁側折曲部６０には、図２に示すように、ビーム上下側部分に前縁外方凹部６１が、ビーム前縁側部分に前縁内方凹部６２が、各々設けられている。また、後縁側折曲部７０には、図２に示すように、ビーム上下側部分に後縁外方凹部７１が、ビーム後縁側部分に後縁内方凹部７２が、各々設けられている。
【００４３】
これら前縁上方凹部４１、前縁下方凹部４２、前方凹部４３、後縁上方凹部５１、後縁下方凹部５２、後方凹部５３、前縁外方凹部６１、前縁内方凹部６２、後縁外方凹部７１及び後縁内方凹部７２は、本発明における凹部である。これら凹部により、リードラグ・トーションエレメント５の捩り剛性が効果的に低下する。
【００４４】
凹部の最小断面厚さは、凹部が設けられる部分の平板部の板厚の８０〜９０％とする。凹部が深すぎるとリードラグ・トーションエレメント５の強度が低下し、凹部が浅すぎるとリードラグ・トーションエレメント５の捩り剛性が低下せず、本発明の目的を達成できないからである。
【００４５】
ここで、図３を用いて、リードラグ・トーションエレメント５の分岐部及び折曲部に設けられた凹部の形状と、この凹部を形成するための成形治具と、について説明する。なお、以下においては、後縁側分岐部５０及び後縁側折曲部７０に設けられた凹部の形状と、これら凹部を形成するための成形治具についてのみ説明することとし、これら凹部と実質的に形状が同一となる前縁側分岐部４０及び前縁側折曲部６０に設けられる凹部と、これら凹部を形成するための成形治具については説明を省略する。
【００４６】
リードラグ・トーションエレメント５の後縁側分岐部５０に設けられた後縁下方凹部５２は、後述する下面成形治具２００のビーム下方向への抜き取りを阻害しないような形状とされている（図３参照）。すなわち、後縁下方凹部５２の断面は、後縁側分岐部５０を形成する２平面と滑らかに繋がる略円弧形状とされ、かつ、これら２平面の延長面Ｐ1及びＰ2よりも内部に形成されている。そして、この後縁下方凹部５２と同様に、後縁側折曲部７０に設けられた後縁外方凹部７１も、下面成形治具２００のビーム下方向への抜き取りを阻害しないような形状とされている。また、後縁側分岐部５０に設けられた後縁上方凹部５１や、後縁側折曲部７０に設けられた後縁外方凹部７１は、後述する上面成形治具１００のビーム上方向への抜き取りを阻害しないような形状とされている。
【００４７】
また、リードラグ・トーションエレメント５の後縁側折曲部７０に設けられた後縁内方凹部７２は、後述する側面成形治具３００のビーム後縁方向への抜き取りを阻害しないような形状とされている（図３参照）。そして、この後縁内方凹部７２と同様に、後縁側分岐部５０に設けられた後方凹部５３も、側面成形治具３００のビーム後縁方向への抜き取りを阻害しないような形状とされている。
【００４８】
リードラグ・トーションエレメント５は、図３に示すように、ビーム上側に配置される上面成形治具１００と、ビーム下側に配置される下面成形治具２００と、ビーム前後縁側に配置される側面成形治具３００と、を用いて成形される。これらは、従来の成形治具に所要の凸部を設けたものである。
【００４９】
上面成形治具１００には、図３に示すように、後縁側分岐部５０の後縁上方凹部５１を形成するための第１凸部１１０と、後縁側折曲部７０の後縁外方凹部７１を形成するための第２凸部１２０と、が設けられている。また、下面成形治具２００には、図３に示すように、後縁側分岐部５０の後縁下方凹部５２を形成するための第１凸部２１０と、後縁側折曲部７０の後縁外方凹部７１を形成するための第２凸部２２０と、が設けられている。また、側面成形治具３００には、図３に示すように、後縁側分岐部５０の後方凹部５３を形成するための第１凸部３１０と、後縁側折曲部７０の後縁内方凹部７２を形成するための第２凸部３２０と、が設けられている。
【００５０】
また、本実施の形態に係るフレックスビーム１のリードラグ・トーションエレメント５に設けられた各凹部の表面には、補強用のダブラ８０が貼付されている。図４（ａ）は、リードラグ・トーションエレメント５の各凹部をダブラ８０（斜線部分）で被覆した状態を示す概略斜視図であり、図４（ｂ）は、リードラグ・トーションエレメント５のビーム後縁側に設けられた各凹部にダブラ８０を貼付した状態を示す模式図であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＣ部分の拡大図である。
【００５１】
ダブラ８０は、リードラグ・トーションエレメント５の各凹部の表面を被覆して補強する複合材製の部材である。ダブラ８０としては、強化繊維製の織物に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグからなるシート状の繊維強化複合材を採用することができる。
【００５２】
本実施の形態においては、図４（ｃ）に示すように、シート状の繊維強化複合材８１を複数枚積層してダブラ８０を構成している。かかるダブラ８０により、凹部が設けられて板厚が薄くなった分岐部や折曲部を補強することができるので、曲げ荷重や捩り荷重に対するビームの強度を高めることができる。なお、凹部を設けダブラ８０を貼付した状態における分岐部及び折曲部の最小断面厚さは、平板部の厚さの８０％以内に収めるのが好ましい。
【００５３】
次に、図５を用いて、本実施の形態に係るフレックスビーム１のリードラグ・トーションエレメント５の成形方法について説明する。図５は、リードラグ・トーションエレメント５のビーム後縁部分を成形する際における各複合材及び成形治具の配置態様を示した説明図である。なお、以下においては、リードラグ・トーションエレメント５のビーム後縁部分を成形する手順のみを説明するが、ビーム前縁部分を成形する手順も実質的に同一である。
【００５４】
まず、図５に示すように、２枚の第１複合材Ａ、Ｂを、中央部分１０となる部分１０Ａ、１０Ｂを上下に重ねて配置する。そして、上側に配置した第１複合材Ａを折り曲げて、第１後縁上側延在部分１３となる部分１３Ａと、（図示していない）第２後縁上側延在部分１７となる部分と、を構成する。また、下側に配置した第１複合材Ｂを折り曲げて、第１後縁下側延在部分１４となる部分１４Ｂと、第２後縁下側延在部分１８となる部分１８Ｂと、を構成する。
【００５５】
次いで、第１複合材Ａの中央部分１０となる部分１０Ａ、第１後縁上側延在部分１３となる部分１３Ａ及び（図示していない）第２後縁上側延在部分１７となる部分の各々の上方に、第２複合材Ｃの中央上部分２０となる部分２０Ｃ、第１前後縁上部分２１となる部分２１Ｃ及び（図示していない）第２前後縁上部分２２となる部分を配置する。
【００５６】
ここで用いられる第２複合材Ｃの中央上部分２０となる部分２０Ｃ及び第１前後縁上部分２１となる部分２１Ｃは、後縁側分岐部５０の後縁上方凹部５１が形成されるように形状が整えられている（図５参照）。
【００５７】
また、第１複合材Ｂの中央部分１０となる部分１０Ｂ、第１後縁下側延在部分１４となる部分１４Ｂ及び第２後縁下側延在部分１８となる部分１８Ｂの各々の下方に、第２複合材Ｃの中央下部分２３となる部分２３Ｃ、第１前後縁下部分２４となる部分２４Ｃ及び第２前後縁下部分２５となる部分２５Ｃを配置する。
【００５８】
ここで用いられる第２複合材Ｃの中央下部分２３となる部分２３Ｃ及び第１前後縁下部分２４となる部分２４Ｃは、後縁側分岐部５０の後縁下方凹部５２が形成されるように形状が整えられている（図５参照）。また、第２複合材Ｃの第１前後縁下部分２４となる部分２４Ｃ及び第２前後縁下部分２５となる部分２５Ｃは、後縁側折曲部７０の後縁外方凹部７１が形成されるように形状が整えられている（図５参照）。
【００５９】
また、第１複合材Ａの第１後縁上側延在部分１３となる部分１３Ａ及び（図示していない）第２後縁上側延在部分１７となる部分の各々のビーム後縁側に、第２複合材Ｃの第１後縁部分２８となる部分２８Ｃ及び（図示していない）第２後縁部分２９となる部分を配置する。また、第１複合材Ｂの第１後縁下側延在部分１４となる部分１４Ｂ及び第２後縁下側延在部分１８となる部分１８Ｂのビーム後縁側に、第２複合材Ｃの第１後縁部分２８となる部分２８Ｃ及び第２後縁部分２９となる部分２９Ｃを配置する。
【００６０】
ここで用いられる第２複合材Ｃの第１後縁部分２８となる部分２８Ｃは、後縁側分岐部５０の後方凹部５３が形成されるように形状が整えられている（図５参照）。また、第２複合材Ｃの第１後縁部分２８となる部分２８Ｃ及び第２後縁部分２９となる部分２９Ｃは、後縁側折曲部７０の後縁内方凹部７２が形成されるように形状が整えられている（図５参照）。
【００６１】
次いで、図５に示すように、後縁上方凹部５１、後縁下方凹部５２、後方凹部５３、後縁外方凹部７１及び後縁内方凹部７２の各々が形成される部分の第２複合材Ｃの表面に、ダブラ８０を形成するためのシート状の繊維強化複合材８１を積層する。その後、第２複合材Ｃ及びシート状の繊維強化複合材８１の表面を第３複合材Ｄで被覆する。
【００６２】
続いて、これら第１複合材Ａ、Ｂ、第２複合材Ｃ、シート状の繊維強化複合材８１及び第３複合材Ｄから構成された成形部材に、ビーム上側から（図示していない）上面成形治具を、ビーム下側から下面成形治具２００を、ビーム後縁側から側面成形治具３００、を各々押し付けて加圧し、これら第１複合材Ａ、Ｂ、第２複合材Ｃ、シート状の繊維強化複合材８１及び第３複合材Ｄを一体的に接合して、リードラグ・トーションエレメント５（ビーム後縁部分）を成形する。
【００６３】
以上説明した実施の形態に係るフレックスビーム１においては、リードラグ・トーションエレメント５の各分岐部（前縁側分岐部４０及び後縁側分岐部５０）と、各折曲部（前縁側折曲部６０及び後縁側折曲部７０）と、に凹部（前縁上方凹部４１、前縁下方凹部４２、前方凹部４３、後縁上方凹部５１、後縁下方凹部５２、後方凹部５３、前縁外方凹部６１、前縁内方凹部６２、後縁外方凹部７１及び後縁内方凹部７２）が設けられている。また、各凹部の断面は略円弧状に滑らかに形成されている。このため、リードラグ・トーションエレメント５の捩り剛性が低くなり、力の集中を緩和することができる。
【００６４】
従って、捩り変形によって生じるせん断応力が小さくなるため、ビームの強度を向上させることができる。また、リードラグ・トーションエレメント５の捩り剛性が低くされることにより、ブレードのピッチ変更に要する操縦力を低減させることができる。この結果、ピッチ変更用の操縦系統への負荷を軽減することができ、この操縦系統の構成部品等の安全性・信頼性を向上させることができる。
【００６５】
また、本実施の形態に係るフレックスビーム１においては、リードラグ・トーションエレメント５の各分岐部及び各折曲部に設けられた各凹部に、複合材製のダブラ８０が配置されているので、凹部が設けられて板厚が薄くなった各分岐部及び各折曲部における複合材同士の接合部を補強することができる。従って、曲げ荷重や捩り荷重に対するビームの強度を高めることができる。
【００６６】
また、本実施の形態に係るフレックスビーム１においては、従来の成形治具に所定の凸部を設けた成形治具（上面成形治具１００、下面成形治具２００及び側面成形治具３００）を用いることによって、リードラグ・トーションエレメント５の各分岐部及び各折曲部に凹部を簡易に形成することができる（図３参照）。従って、新たに成形治具を製作する必要がなく、治具製作費を節減することができる。
【００６７】
また、本実施の形態に係るフレックスビーム１においては、リードラグ・トーションエレメント５を成形する際に、複数の部分に予め分割され事前に形状が整えられた第２複合材を用いるので、成形時に第２複合材を偏りなく配置することができる。従って、成形品の品質を安定させることができる。
【００６８】
なお、以上の実施の形態に係るフレックスビーム１のリードラグ・トーションエレメント５においては、２つの分岐部及び４つの折曲部全てに凹部を設けた例を示したが、２つの分岐部のうち何れか一方に凹部を設けてもよく、４つの折曲部から選択した１つないし３つの折曲部に凹部を設けることもできる。また、各分岐部及び各折曲部においてビーム上側（下側）にのみ凹部を設けたり、ビーム前縁側（後縁側）にのみ凹部を設けたりすることもできる。さらに、ビーム強度を勘案して、分岐部及び折曲部の何れか一方にのみ凹部を設けてもよい。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１又は２に記載の発明によれば、リードラグ・フェザリング部は、隅部（分岐部及び／又は折曲部）に凹部が設けられるので、捩り剛性が低くなり、力の集中を緩和することができる。従って、捩り変形によって生じるせん断応力が小さくなるため、ビームの強度を向上させることができる。また、リードラグ・フェザリング部の捩り剛性の低下により、ブレードのピッチ変更に要する操縦力を低減させることができる。この結果、ピッチ変更用の操縦系統への負荷を軽減することができ、操縦系統の構成部品等の安全性・信頼性を向上させることができる。
【００７０】
請求項３記載の発明によれば、複合材製のダブラによって凹部の表面が被覆されるので、板厚が薄くなった隅部（分岐部及び／又は折曲部）における複合材同士の接合部が補強される。従って、曲げ荷重や捩り荷重に対するビームの強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るフレックスビームを示したものであり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図２】図１のII−II部分（リードラグ・フェザリング部）の拡大断面図である。
【図３】図１に示したフレックスビームのリードラグ・トーションエレメントの分岐部及び折曲部に設けられた凹部の形状と、この凹部を形成するための成形治具と、を説明するための説明図である。
【図４】（ａ）は、図１に示したフレックスビームのリードラグ・トーションエレメントの凹部をダブラで被覆した状態を示す概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したリードラグ・トーションエレメントのビーム後縁側に設けられた凹部にダブラを配置した状態を示す模式図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＣ部分の拡大図である。
【図５】図１に示したフレックスビームのリードラグ・トーションエレメントのビーム後縁部分を成形する際における各複合材及び成形治具の配置態様を示した説明図である。
【符号の説明】
１ フレックスビーム
３ フラッピングエレメント
５ リードラグ・トーションエレメント（リードラグ・フェザリング部）
１０ 中央部分
１１ 第１前縁上側延在部分
１２ 第１前縁下側延在部分
１３ 第１後縁上側延在部分
１４ 第１後縁下側延在部分
１５ 第２前縁上側延在部分
１６ 第２前縁下側延在部分
１７ 第２後縁上側延在部分
１８ 第２後縁下側延在部分
２０ 中央上部分
２１ 第１前後縁上部分
２２ 第２前後縁上部分
２３ 中央下部分
２４ 第１前後縁下部分
２５ 第２前後縁下部分
２６ 第１前縁部分
２７ 第２前縁部分
２８ 第１後縁部分
２９ 第２後縁部分
４０ 前縁側分岐部（隅部）
４１ 前縁上方凹部
４２ 前縁下方凹部
４３ 前方凹部
５０ 後縁側分岐部（隅部）
５１ 後縁上方凹部
５２ 後縁下方凹部
５３ 後方凹部
６０ 前縁側折曲部（隅部）
６１ 前縁外方凹部
６２ 前縁内方凹部
７０ 後縁側折曲部（隅部）
７１ 後縁外方凹部
７２ 後縁内方凹部
８０ ダブラ
Ａ、Ｂ 第１複合材
Ｃ 第２複合材
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレックスビームに関し、特に、ベアリングレス型ハブ構造を有するヘリコプタ用のフレックスビームに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリコプタのブレードは、フラッピング運動、フェザリング運動及びリードラグ運動の各々が可能となるように、ハブを介してロータシャフトに連結されている。近年においては、ブレードに前記３運動を行わせるために、弾性（可撓性）を有するフレックスビームを使用したベアリングレス型ハブ構造が提案され、実用化されている。
【０００３】
かかるベアリングレス型ハブ構造で使用されるフレックスビームは、可撓性を有するフラッピング部、リードラグ部及びフェザリング部を備えており、ブレードの前記３運動は、フラッピング部及びリードラグ部の撓みや、フェザリング部の捩りによって実現されている。
【０００４】
従来のフレックスビームとしては、フェザリング部の断面形状を２つの略Ｙ字形状を結合させた形状としたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載のフレックスビームのフェザリング部は、ビーム厚さ方向中央部に配置される中央部材と、中央部分が中央部材の上下面に接するように配置されるとともにビーム前端部分及び後端部分が中央部分と平行になるように折り曲げ成形された一方向部材と、これら一方向部材の折曲部の表面に配置された積層材と、を備えて構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２８７２９７号公報（第３頁、第４図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載のフレックスビームのフェザリング部においては、一方向部材の平坦な部分における板厚が均一であるとともに、折曲部で局所的に板厚が増大しているため、依然として折曲部の捩り剛性が高い。このため、捩り変形によって生じるせん断応力が集中して大きくなるので、強度向上に改善の余地がある。また、フレックスビームの捩り剛性が高いと、ブレードのピッチ変更に大きい操縦力を要するため、ピッチ変更用の操縦系統に負荷がかかり、この操縦系統の構成部品等の安全性・信頼性が低下するという問題があった。
【０００７】
なお、特許文献１に記載のフレックスビームは、フェザリング部の一方向部材の折曲部に積層材が配置されて補強されているが、捩り剛性の高さに起因する前記操縦系統の信頼性の問題を解決することはできなかった。
【０００８】
本発明の課題は、フレックスビームにおいて、フェザリング部の捩り剛性を低下させることにより、捩り変形によって生じるせん断応力を小さくして強度を向上させるとともに、ピッチ変更用の操縦系統の安全性・信頼性を向上させることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、フラッピング部及びリードラグ・フェザリング部を備えるフレックスビームにおいて、前記リードラグ・フェザリング部は、長尺狭幅の略平板状の中央部と、前記中央部に連続しその長手方向に沿った両端部から分岐して上下に延在する略平板状の中間部と、前記中間部に連続しその各端部から折曲して前記中央部と略平行に延在する略平板状の縁部と、を有し、前記折曲した部分に形成される隅部に、この隅部を形成する２平面と滑らかに繋がり、これら２平面の延長面よりも内部に至る断面略円弧状の凹部を有し、前記凹部における最小断面厚さは、当該凹部を有する前記折曲した部分の平板部の板厚の８０〜９０％であることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、リードラグ・フェザリング部は、中央部と中間部との間の分岐した部分に形成される隅部、及び／又は、中間部と縁部との間の折曲した部分に形成される隅部に、この隅部を形成する２平面と滑らかに繋がり、これら２平面の延長面よりも内部に至る断面略円弧状の凹部を備えるので、捩り剛性が低くなり、力の集中を緩和することができる。
【００１１】
従って、捩り変形によって生じるせん断応力が小さくなるため、ビームの強度を向上させることができる。また、リードラグ・フェザリング部の捩り剛性が低くされることにより、ブレードのピッチ変更に要する操縦力を低減させることができる。この結果、ピッチ変更用の操縦系統への負荷を軽減することができ、この操縦系統の構成部品等の安全性・信頼性を向上させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、フラッピング部及びリードラグ・フェザリング部を備えるフレックスビームにおいて、前記リードラグ・フェザリング部は、ビーム長さ方向に延在し複数の繊維配向を有する第１複合材と、ビーム長さ方向に延在しこの延在方向と同一の繊維配向を有する第２複合材と、が一体的に接合されてなるものであって、ビーム厚さ方向中央部に配置されビーム幅方向に延在する中央部分と、前記中央部分の両端部から各々ビーム上下方向に分岐するようにビーム前縁方向及びビーム後縁方向に延在する第１延在部分と、前記第１延在部分の各々の端部で前記中央部分と略平行な方向に折曲するようにビーム前縁方向及びビーム後縁方向に延在する第２延在部分と、が前記第１複合材により形成され、前記中央部分、前記第１延在部分及び前記第２延在部分の各々のビーム上下側表面に配置された上下部分と、前記第１延在部分及び前記第２延在部分の各々のビーム前後縁側表面に配置された前後縁部分と、が前記第２複合材により形成され、前記第１延在部分、前記第２延在部分、前記上下部分及び前記前後縁部分を備えて形成された折曲部に凹部が設けられ、前記凹部における最小断面厚さは、当該凹部を有する前記折曲部の平板部の板厚の８０〜９０％であることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、リードラグ・フェザリング部は、第１複合材からなる中央部分及び第１延在部分と、第２複合材からなる上下部分及び前後縁部分と、を備えて形成された分岐部、及び／又は、第１複合材からなる第１延在部分及び第２延在部分と、第２複合材からなる上下部分及び前後縁部分と、を備えて形成された折曲部に凹部が設けられるので、捩り剛性が低くなり、力の集中を緩和することができる。
【００１４】
従って、捩り変形によって生じるせん断応力が小さくなるため、ビームの強度を向上させることができる。また、リードラグ・フェザリング部の捩り剛性が低くされることにより、ブレードのピッチ変更に要する操縦力を低減させることができる。この結果、ピッチ変更用の操縦系統への負荷を軽減することができ、この操縦系統の構成部品等の安全性・信頼性を向上させることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のフレックスビームにおいて、前記凹部の表面を被覆する複合材製のダブラを備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、複合材製のダブラによって凹部の表面が被覆されるので、凹部が設けられて板厚が薄くなった隅部（分岐部及び／又は折曲部）が補強される。従って、曲げ荷重や捩り荷重に対するビームの強度を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
本実施の形態に係るフレックスビーム１は、ヘリコプタのベアリングレス型ハブ構造を構成する長尺狭幅の板状体（図１参照）であり、その弾性（可撓性）により、ブレードのフラッピング運動、フェザリング運動及びリードラグ運動を実現させるものである。
【００１９】
まず、図１及び図２を用いて、本実施の形態に係るフレックスビーム１の大まかな構成を説明する。図１は、本実施の形態に係るフレックスビーム１の外観を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。また、図２は、図１（ａ）のII−II部分の拡大断面図である。
【００２０】
なお、以下の説明においては、図１に示した矢印Ｌの方向を「ビーム長さ方向」とし、図１及び図２に示した矢印Ｗの方向を「ビーム幅方向」とし、矢印Ｔの方向を「ビーム厚さ方向」とする。また、図１及び図２に示した矢印Ｕの方向を「ビーム上方向」とし、矢印Ｄの方向を「ビーム下方向」とし、矢印Ｆの方向を「ビーム前縁方向」とし、矢印Ｒの方向を「ビーム後縁方向」とする。
【００２１】
フレックスビーム１は、シャフト取付部２と、フラッピングエレメント３と、トランジットエレメント４と、リードラグ・トーションエレメント５と、ブレード取付部６と、を備えて構成されている。
【００２２】
シャフト取付部２は、ヘリコプタのロータシャフトに取り付けられる部分であって、図１に示すようにフレックスビーム１のビーム長さ方向中央部に設けられている。
【００２３】
フラッピングエレメント３は、ビーム長さ方向に対して直角な方向の断面形状が略矩形状とされた板状部分であって、シャフト取付部２の両側に構成されている。フラッピングエレメント３は、図１に示すようにビーム厚さ方向の寸法（板厚）がビーム幅方向の寸法に対して小さくされており、その上下方向の柔構造によってブレードのフラッピング運動（ビーム上下方向の曲げ運動）を可能にするものである。フラッピングエレメント３は、本発明におけるフラッピング部である。
【００２４】
リードラグ・トーションエレメント５は、図１に示すようにフラッピングエレメント３と比較してビーム幅方向の寸法を小さくして剛性を調整することにより、ブレードのリードラグ運動（ビーム前後縁方向の曲げ運動）を可能にしている。
【００２５】
また、リードラグ・トーションエレメント５は、ビーム長さ方向に対して直角な方向の断面形状を、２つの略Ｙ字形状を結合させたような形状（略Ｘ字形状：図２参照）とし、最外周部分を繋がないで捩り剛性を調整することにより、フェザリング運動（ビーム長さ方向中心周りの捩り運動）を可能にしている。リードラグ・トーションエレメント５は、本発明におけるリードラグ・フェザリング部である。
【００２６】
トランジットエレメント４は、フラッピングエレメント３及びリードラグ・トーションエレメント５を接続する部分である。ブレード取付部６は、ヘリコプタのロータブレードが取り付けられる部分であって、図１に示すようにフレックスビーム１のビーム長さ方向両端部に設けられている。
【００２７】
次に、本発明の主要部であるリードラグ・トーションエレメント（リードラグ・フェザリング部）５の構成について、図２から図４を用いて詳細に説明する。
【００２８】
リードラグ・トーションエレメント５は、ビーム長さ方向に延在し複数の繊維配向を有する第１複合材と、ビーム長さ方向に延在し延在方向と同一の繊維配向を有する第２複合材と、これら第１複合材及び第２複合材からなる各部分の表面を被覆する第３複合材と、を一体的に接合させて構成したものである。
【００２９】
第１複合材は、ガラス繊維製の織物に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを、一枚ないし複数枚積層して硬化させたテープ状のガラス繊維強化複合材である。第１複合材によって、後述する複数の部分（中央部分１０、第１前縁上側延在部分１１、第１前縁下側延在部分１２、第１後縁上側延在部分１３、第１後縁下側延在部分１４、第２前縁上側延在部分１５、第２前縁下側延在部分１６、第２後縁上側延在部分１７及び第２後縁下側延在部分１８）が形成される。
【００３０】
第２複合材は、一方向に延在するガラス繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたループ材である。第２複合材によって、後述する複数の部分（中央上部分２０、第１前後縁上部分２１、第２前後縁上部分２２、中央下部分２３、第１前後縁下部分２４、第２前後縁下部分２５、第１前縁部分２６、第２前縁部分２７、第１後縁部分２８及び第２後縁部分２９）が形成される。
【００３１】
なお、第２複合材によって形成される各部分は分割されており、各部分は、フィラメントワインディング装置等によって連続する一本のロービングを巻回することにより調製され、かつ、形状が整えられている。なお、本実施の形態においては、第１複合材及び第２複合材を構成する熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂を採用している。
【００３２】
リードラグ・トーションエレメント５は、図２に示すように、ビーム厚さ方向中央部に配置されビーム幅方向に延在する中央部分１０と、中央部分１０のビーム前縁側端部からビーム上下方向に分岐するようにビーム前縁方向に延在する第１前縁上側延在部分１１及び第１前縁下側延在部分１２と、中央部分１０のビーム後縁側端部からビーム上下方向に分岐するようにビーム後縁方向に延在する第１後縁上側延在部分１３及び第１後縁下側延在部分１４と、を有している。これら第１前縁上側延在部分１１、第１前縁下側延在部分１２、第１後縁上側延在部分１３及び第１後縁下側延在部分１４は、本発明における第１延在部分であり、第１複合材によって形成されている。
【００３３】
また、リードラグ・トーションエレメント５は、図２に示すように、第１前縁上側延在部分１１及び第１前縁下側延在部分１２の各々のビーム前縁側端部で中央部分１０と略平行な方向に折曲するようにビーム前縁方向に延在する第２前縁上側延在部分１５及び第２前縁下側延在部分１６と、第１後縁上側延在部分１３及び第１後縁下側延在部分１４の各々のビーム後縁側端部で中央部分１０と略平行な方向に折曲するようにビーム後縁方向に延在する第２後縁上側延在部分１７及び第２後縁下側延在部分１８と、を有している。これら第２前縁上側延在部分１５、第２前縁下側延在部分１６、第２後縁上側延在部分１７及び第２後縁下側延在部分１８は、本発明における第２延在部分であり、第１複合材によって形成されている。
【００３４】
なお、中央部分１０の上側、第１前縁上側延在部分１１、第１後縁上側延在部分１３、第２前縁上側延在部分１５及び第２後縁上側延在部分１７は、１枚の第１複合材を折り曲げてビーム上方に配置することにより形成される。また、中央部分１０の下側、第１前縁下側延在部分１２、第１後縁下側延在部分１４、第２前縁下側延在部分１６及び第２後縁下側延在部分１８は、１枚の第１複合材を折り曲げてビーム下方に配置することにより形成される。
【００３５】
また、リードラグ・トーションエレメント５は、図２に示すように、中央部分１０、第１延在部分（第１前縁上側延在部分１１、第１後縁上側延在部分１３）及び第２延在部分（第２前縁上側延在部分１５、第２後縁上側延在部分１７）の各々のビーム上側表面に配置された中央上部分２０、第１前後縁上部分２１及び第２前後縁上部分２２を有している。また、中央部分１０、第１延在部分（第１前縁下側延在部分１２、第１後縁下側延在部分１４）及び第２延在部分（第２前縁下側延在部分１６、第２後縁下側延在部分１８）の各々のビーム下側表面に配置された中央下部分２３、第１前後縁下部分２４及び第２前後縁下部分２５を有している。中央上部分２０、第１前後縁上部分２１及び第２前後縁上部分２２は、本発明における上部分であり、中央下部分２３、第１前後縁下部分２４及び第２前後縁下部分２５は、本発明における下部分であり、これら上下部分は第２複合材によって形成されている。
【００３６】
また、リードラグ・トーションエレメント５は、図２に示すように、第１延在部分（第１前縁上側延在部分１１、第１前縁下側延在部分１２）及び第２延在部分（第２前縁上側延在部分１５、第２前縁下側延在部分１６）の各々のビーム前縁側表面に配置された第１前縁部分２６及び第２前縁部分２７を有している。また、第１延在部分（第１後縁上側延在部分１３、第１後縁下側延在部分１４）及び第２延在部分（第２後縁上側延在部分１７、第２後縁下側延在部分１８）の各々のビーム後縁側表面に配置された第１後縁部分２８及び第２後縁部分２９を有している。第１前縁部分２６及び第２前縁部分２７は、本発明における前縁部分であり、第１後縁部分２８及び第２後縁部分２９は、本発明における後縁部分であり、これら前後縁部分は第２複合材によって形成されている。
【００３７】
また、リードラグ・トーションエレメント５は、図２に示すように、中央上部分２０、第１前後縁上部分２１、第２前後縁上部分２２、中央下部分２３、第１前後縁下部分２４、第２前後縁下部分２５、第１前縁部分２６、第２前縁部分２７、第１後縁部分２８及び第２後縁部分２９の表面を被覆する第３複合材から形成された被覆部３０を有している。第３複合材としては、第１複合材と同様に、ガラス繊維製の織物に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを硬化させたテープ状のガラス繊維強化複合材を採用することができる。
【００３８】
なお、第１複合材からなる中央部分１０と、第２複合材からなる中央上部分２０及び中央下部分２３と、第３複合材からなる被覆部３０と、によって、本発明における中央部（長尺狭幅の略平板状の部分）が形成される。また、第１複合材からなる第１前縁上側延在部分１１、第１前縁下側延在部分１２、第１後縁上側延在部分１３及び第１後縁下側延在部分１４と、第２複合材からなる第１前後縁上部分２１、第１前後縁下部分２４、第１前縁部分２６及び第１後縁部分２８と、第３複合材からなる被覆部３０と、によって、本発明における中間部（中央部に連続しその長手方向に沿った両端部から分岐して上下に延在する略平板状の部分）が形成される。また、第１複合材からなる第２前縁上側延在部分１５、第２前縁下側延在部分１６、第２後縁上側延在部分１７及び第２後縁下側延在部分１８と、第２複合材からなる第２前後縁上部分２２、第２前後縁下部分２５、第２前縁部分２７及び第２後縁部分２９と、第３複合材からなる被覆部３０と、によって、本発明における縁部（中間部に連続しその各端部から折曲して中央部と略平行に延在する略平板状の部分）が形成される。
【００３９】
そして、リードラグ・トーションエレメント５の中央部分１０、第１前縁上側延在部分１１、第１前縁下側延在部分１２、中央上部分２０、第１前後縁上部分２１、中央下部分２３、第１前後縁下部分２４、第１前縁部分２６及び被覆部３０によって、前縁側分岐部４０が構成されている。また、中央部分１０、第１後縁上側延在部分１３、第１後縁下側延在部分１４、中央上部分２０、第１前後縁上部分２１、中央下部分２３、第１前後縁下部分２４、第１後縁部分２８及び被覆部３０によって、後縁側分岐部５０が構成されている。これら前縁側分岐部４０及び後縁側分岐部５０は、本発明における分岐部である。
【００４０】
また、リードラグ・トーションエレメント５の第１前縁上側延在部分１１、第１前縁下側延在部分１２、第２前縁上側延在部分１５、第２前縁下側延在部分１６、第１前後縁上部分２１、第２前後縁上部分２２、第１前後縁下部分２４、第２前後縁下部分２５、第１前縁部分２６、第２前縁部分２７及び被覆部３０によって、前縁側折曲部６０が構成されている。また、第１後縁上側延在部分１３、第１後縁下側延在部分１４、第２後縁上側延在部分１７、第２後縁下側延在部分１８、第１前後縁上部分２１、第２前後縁上部分２２、第１前後縁下部分２４、第２前後縁下部分２５、第１後縁部分２８、第２後縁部分２９及び被覆部３０によって、後縁側折曲部７０が構成されている。これら前縁側折曲部６０及び後縁側折曲部７０は、本発明における折曲部である。なお、各分岐部（前縁側分岐部４０及び後縁側分岐部５０）及び各折曲部（前縁側折曲部６０及び後縁側折曲部７０）は、本発明における隅部である。
【００４１】
前縁側分岐部４０には、図２に示すように、ビーム上側部分に前縁上方凹部４１が、ビーム下側部分に前縁下方凹部４２が、ビーム前縁側部分に前方凹部４３が、各々設けられている。また、後縁側分岐部５０には、ビーム上側部分に後縁上方凹部５１が、ビーム下側部分に後縁下方凹部５２が、ビーム後縁側部分に後方凹部５３が、各々設けられている。
【００４２】
前縁側折曲部６０には、図２に示すように、ビーム上下側部分に前縁外方凹部６１が、ビーム前縁側部分に前縁内方凹部６２が、各々設けられている。また、後縁側折曲部７０には、図２に示すように、ビーム上下側部分に後縁外方凹部７１が、ビーム後縁側部分に後縁内方凹部７２が、各々設けられている。
【００４３】
これら前縁上方凹部４１、前縁下方凹部４２、前方凹部４３、後縁上方凹部５１、後縁下方凹部５２、後方凹部５３、前縁外方凹部６１、前縁内方凹部６２、後縁外方凹部７１及び後縁内方凹部７２は、本発明における凹部である。これら凹部により、リードラグ・トーションエレメント５の捩り剛性が効果的に低下する。
【００４４】
凹部の最小断面厚さは、凹部が設けられる部分の平板部の板厚の８０〜９０％とする。凹部が深すぎるとリードラグ・トーションエレメント５の強度が低下し、凹部が浅すぎるとリードラグ・トーションエレメント５の捩り剛性が低下せず、本発明の目的を達成できないからである。
【００４５】
ここで、図３を用いて、リードラグ・トーションエレメント５の分岐部及び折曲部に設けられた凹部の形状と、この凹部を形成するための成形治具と、について説明する。なお、以下においては、後縁側分岐部５０及び後縁側折曲部７０に設けられた凹部の形状と、これら凹部を形成するための成形治具についてのみ説明することとし、これら凹部と実質的に形状が同一となる前縁側分岐部４０及び前縁側折曲部６０に設けられる凹部と、これら凹部を形成するための成形治具については説明を省略する。
【００４６】
リードラグ・トーションエレメント５の後縁側分岐部５０に設けられた後縁下方凹部５２は、後述する下面成形治具２００のビーム下方向への抜き取りを阻害しないような形状とされている（図３参照）。すなわち、後縁下方凹部５２の断面は、後縁側分岐部５０を形成する２平面と滑らかに繋がる略円弧形状とされ、かつ、これら２平面の延長面Ｐ1及びＰ2よりも内部に形成されている。そして、この後縁下方凹部５２と同様に、後縁側折曲部７０に設けられた後縁外方凹部７１も、下面成形治具２００のビーム下方向への抜き取りを阻害しないような形状とされている。また、後縁側分岐部５０に設けられた後縁上方凹部５１や、後縁側折曲部７０に設けられた後縁外方凹部７１は、後述する上面成形治具１００のビーム上方向への抜き取りを阻害しないような形状とされている。
【００４７】
また、リードラグ・トーションエレメント５の後縁側折曲部７０に設けられた後縁内方凹部７２は、後述する側面成形治具３００のビーム後縁方向への抜き取りを阻害しないような形状とされている（図３参照）。そして、この後縁内方凹部７２と同様に、後縁側分岐部５０に設けられた後方凹部５３も、側面成形治具３００のビーム後縁方向への抜き取りを阻害しないような形状とされている。
【００４８】
リードラグ・トーションエレメント５は、図３に示すように、ビーム上側に配置される上面成形治具１００と、ビーム下側に配置される下面成形治具２００と、ビーム前後縁側に配置される側面成形治具３００と、を用いて成形される。これらは、従来の成形治具に所要の凸部を設けたものである。
【００４９】
上面成形治具１００には、図３に示すように、後縁側分岐部５０の後縁上方凹部５１を形成するための第１凸部１１０と、後縁側折曲部７０の後縁外方凹部７１を形成するための第２凸部１２０と、が設けられている。また、下面成形治具２００には、図３に示すように、後縁側分岐部５０の後縁下方凹部５２を形成するための第１凸部２１０と、後縁側折曲部７０の後縁外方凹部７１を形成するための第２凸部２２０と、が設けられている。また、側面成形治具３００には、図３に示すように、後縁側分岐部５０の後方凹部５３を形成するための第１凸部３１０と、後縁側折曲部７０の後縁内方凹部７２を形成するための第２凸部３２０と、が設けられている。
【００５０】
また、本実施の形態に係るフレックスビーム１のリードラグ・トーションエレメント５に設けられた各凹部の表面には、補強用のダブラ８０が貼付されている。図４（ａ）は、リードラグ・トーションエレメント５の各凹部をダブラ８０（斜線部分）で被覆した状態を示す概略斜視図であり、図４（ｂ）は、リードラグ・トーションエレメント５のビーム後縁側に設けられた各凹部にダブラ８０を貼付した状態を示す模式図であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＣ部分の拡大図である。
【００５１】
ダブラ８０は、リードラグ・トーションエレメント５の各凹部の表面を被覆して補強する複合材製の部材である。ダブラ８０としては、強化繊維製の織物に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグからなるシート状の繊維強化複合材を採用することができる。
【００５２】
本実施の形態においては、図４（ｃ）に示すように、シート状の繊維強化複合材８１を複数枚積層してダブラ８０を構成している。かかるダブラ８０により、凹部が設けられて板厚が薄くなった分岐部や折曲部を補強することができるので、曲げ荷重や捩り荷重に対するビームの強度を高めることができる。なお、凹部を設けダブラ８０を貼付した状態における分岐部及び折曲部の最小断面厚さは、平板部の厚さの８０％以内に収めるのが好ましい。
【００５３】
次に、図５を用いて、本実施の形態に係るフレックスビーム１のリードラグ・トーションエレメント５の成形方法について説明する。図５は、リードラグ・トーションエレメント５のビーム後縁部分を成形する際における各複合材及び成形治具の配置態様を示した説明図である。なお、以下においては、リードラグ・トーションエレメント５のビーム後縁部分を成形する手順のみを説明するが、ビーム前縁部分を成形する手順も実質的に同一である。
【００５４】
まず、図５に示すように、２枚の第１複合材Ａ、Ｂを、中央部分１０となる部分１０Ａ、１０Ｂを上下に重ねて配置する。そして、上側に配置した第１複合材Ａを折り曲げて、第１後縁上側延在部分１３となる部分１３Ａと、（図示していない）第２後縁上側延在部分１７となる部分と、を構成する。また、下側に配置した第１複合材Ｂを折り曲げて、第１後縁下側延在部分１４となる部分１４Ｂと、第２後縁下側延在部分１８となる部分１８Ｂと、を構成する。
【００５５】
次いで、第１複合材Ａの中央部分１０となる部分１０Ａ、第１後縁上側延在部分１３となる部分１３Ａ及び（図示していない）第２後縁上側延在部分１７となる部分の各々の上方に、第２複合材Ｃの中央上部分２０となる部分２０Ｃ、第１前後縁上部分２１となる部分２１Ｃ及び（図示していない）第２前後縁上部分２２となる部分を配置する。
【００５６】
ここで用いられる第２複合材Ｃの中央上部分２０となる部分２０Ｃ及び第１前後縁上部分２１となる部分２１Ｃは、後縁側分岐部５０の後縁上方凹部５１が形成されるように形状が整えられている（図５参照）。
【００５７】
また、第１複合材Ｂの中央部分１０となる部分１０Ｂ、第１後縁下側延在部分１４となる部分１４Ｂ及び第２後縁下側延在部分１８となる部分１８Ｂの各々の下方に、第２複合材Ｃの中央下部分２３となる部分２３Ｃ、第１前後縁下部分２４となる部分２４Ｃ及び第２前後縁下部分２５となる部分２５Ｃを配置する。
【００５８】
ここで用いられる第２複合材Ｃの中央下部分２３となる部分２３Ｃ及び第１前後縁下部分２４となる部分２４Ｃは、後縁側分岐部５０の後縁下方凹部５２が形成されるように形状が整えられている（図５参照）。また、第２複合材Ｃの第１前後縁下部分２４となる部分２４Ｃ及び第２前後縁下部分２５となる部分２５Ｃは、後縁側折曲部７０の後縁外方凹部７１が形成されるように形状が整えられている（図５参照）。
【００５９】
また、第１複合材Ａの第１後縁上側延在部分１３となる部分１３Ａ及び（図示していない）第２後縁上側延在部分１７となる部分の各々のビーム後縁側に、第２複合材Ｃの第１後縁部分２８となる部分２８Ｃ及び（図示していない）第２後縁部分２９となる部分を配置する。また、第１複合材Ｂの第１後縁下側延在部分１４となる部分１４Ｂ及び第２後縁下側延在部分１８となる部分１８Ｂのビーム後縁側に、第２複合材Ｃの第１後縁部分２８となる部分２８Ｃ及び第２後縁部分２９となる部分２９Ｃを配置する。
【００６０】
ここで用いられる第２複合材Ｃの第１後縁部分２８となる部分２８Ｃは、後縁側分岐部５０の後方凹部５３が形成されるように形状が整えられている（図５参照）。また、第２複合材Ｃの第１後縁部分２８となる部分２８Ｃ及び第２後縁部分２９となる部分２９Ｃは、後縁側折曲部７０の後縁内方凹部７２が形成されるように形状が整えられている（図５参照）。
【００６１】
次いで、図５に示すように、後縁上方凹部５１、後縁下方凹部５２、後方凹部５３、後縁外方凹部７１及び後縁内方凹部７２の各々が形成される部分の第２複合材Ｃの表面に、ダブラ８０を形成するためのシート状の繊維強化複合材８１を積層する。その後、第２複合材Ｃ及びシート状の繊維強化複合材８１の表面を第３複合材Ｄで被覆する。
【００６２】
続いて、これら第１複合材Ａ、Ｂ、第２複合材Ｃ、シート状の繊維強化複合材８１及び第３複合材Ｄから構成された成形部材に、ビーム上側から（図示していない）上面成形治具を、ビーム下側から下面成形治具２００を、ビーム後縁側から側面成形治具３００、を各々押し付けて加圧し、これら第１複合材Ａ、Ｂ、第２複合材Ｃ、シート状の繊維強化複合材８１及び第３複合材Ｄを一体的に接合して、リードラグ・トーションエレメント５（ビーム後縁部分）を成形する。
【００６３】
以上説明した実施の形態に係るフレックスビーム１においては、リードラグ・トーションエレメント５の各分岐部（前縁側分岐部４０及び後縁側分岐部５０）と、各折曲部（前縁側折曲部６０及び後縁側折曲部７０）と、に凹部（前縁上方凹部４１、前縁下方凹部４２、前方凹部４３、後縁上方凹部５１、後縁下方凹部５２、後方凹部５３、前縁外方凹部６１、前縁内方凹部６２、後縁外方凹部７１及び後縁内方凹部７２）が設けられている。また、各凹部の断面は略円弧状に滑らかに形成されている。このため、リードラグ・トーションエレメント５の捩り剛性が低くなり、力の集中を緩和することができる。
【００６４】
従って、捩り変形によって生じるせん断応力が小さくなるため、ビームの強度を向上させることができる。また、リードラグ・トーションエレメント５の捩り剛性が低くされることにより、ブレードのピッチ変更に要する操縦力を低減させることができる。この結果、ピッチ変更用の操縦系統への負荷を軽減することができ、この操縦系統の構成部品等の安全性・信頼性を向上させることができる。
【００６５】
また、本実施の形態に係るフレックスビーム１においては、リードラグ・トーションエレメント５の各分岐部及び各折曲部に設けられた各凹部に、複合材製のダブラ８０が配置されているので、凹部が設けられて板厚が薄くなった各分岐部及び各折曲部における複合材同士の接合部を補強することができる。従って、曲げ荷重や捩り荷重に対するビームの強度を高めることができる。
【００６６】
また、本実施の形態に係るフレックスビーム１においては、従来の成形治具に所定の凸部を設けた成形治具（上面成形治具１００、下面成形治具２００及び側面成形治具３００）を用いることによって、リードラグ・トーションエレメント５の各分岐部及び各折曲部に凹部を簡易に形成することができる（図３参照）。従って、新たに成形治具を製作する必要がなく、治具製作費を節減することができる。
【００６７】
また、本実施の形態に係るフレックスビーム１においては、リードラグ・トーションエレメント５を成形する際に、複数の部分に予め分割され事前に形状が整えられた第２複合材を用いるので、成形時に第２複合材を偏りなく配置することができる。従って、成形品の品質を安定させることができる。
【００６８】
なお、以上の実施の形態に係るフレックスビーム１のリードラグ・トーションエレメント５においては、２つの分岐部及び４つの折曲部全てに凹部を設けた例を示したが、２つの分岐部のうち何れか一方に凹部を設けてもよく、４つの折曲部から選択した１つないし３つの折曲部に凹部を設けることもできる。また、各分岐部及び各折曲部においてビーム上側（下側）にのみ凹部を設けたり、ビーム前縁側（後縁側）にのみ凹部を設けたりすることもできる。さらに、ビーム強度を勘案して、分岐部及び折曲部の何れか一方にのみ凹部を設けてもよい。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１又は２に記載の発明によれば、リードラグ・フェザリング部は、隅部（分岐部及び／又は折曲部）に凹部が設けられるので、捩り剛性が低くなり、力の集中を緩和することができる。従って、捩り変形によって生じるせん断応力が小さくなるため、ビームの強度を向上させることができる。また、リードラグ・フェザリング部の捩り剛性の低下により、ブレードのピッチ変更に要する操縦力を低減させることができる。この結果、ピッチ変更用の操縦系統への負荷を軽減することができ、操縦系統の構成部品等の安全性・信頼性を向上させることができる。
【００７０】
請求項３記載の発明によれば、複合材製のダブラによって凹部の表面が被覆されるので、板厚が薄くなった隅部（分岐部及び／又は折曲部）における複合材同士の接合部が補強される。従って、曲げ荷重や捩り荷重に対するビームの強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るフレックスビームを示したものであり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図２】図１のII−II部分（リードラグ・フェザリング部）の拡大断面図である。
【図３】図１に示したフレックスビームのリードラグ・トーションエレメントの分岐部及び折曲部に設けられた凹部の形状と、この凹部を形成するための成形治具と、を説明するための説明図である。
【図４】（ａ）は、図１に示したフレックスビームのリードラグ・トーションエレメントの凹部をダブラで被覆した状態を示す概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したリードラグ・トーションエレメントのビーム後縁側に設けられた凹部にダブラを配置した状態を示す模式図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＣ部分の拡大図である。
【図５】図１に示したフレックスビームのリードラグ・トーションエレメントのビーム後縁部分を成形する際における各複合材及び成形治具の配置態様を示した説明図である。
【符号の説明】
１ フレックスビーム
３ フラッピングエレメント
５ リードラグ・トーションエレメント（リードラグ・フェザリング部）
１０ 中央部分
１１ 第１前縁上側延在部分
１２ 第１前縁下側延在部分
１３ 第１後縁上側延在部分
１４ 第１後縁下側延在部分
１５ 第２前縁上側延在部分
１６ 第２前縁下側延在部分
１７ 第２後縁上側延在部分
１８ 第２後縁下側延在部分
２０ 中央上部分
２１ 第１前後縁上部分
２２ 第２前後縁上部分
２３ 中央下部分
２４ 第１前後縁下部分
２５ 第２前後縁下部分
２６ 第１前縁部分
２７ 第２前縁部分
２８ 第１後縁部分
２９ 第２後縁部分
４０ 前縁側分岐部（隅部）
４１ 前縁上方凹部
４２ 前縁下方凹部
４３ 前方凹部
５０ 後縁側分岐部（隅部）
５１ 後縁上方凹部
５２ 後縁下方凹部
５３ 後方凹部
６０ 前縁側折曲部（隅部）
６１ 前縁外方凹部
６２ 前縁内方凹部
７０ 後縁側折曲部（隅部）
７１ 後縁外方凹部
７２ 後縁内方凹部
８０ ダブラ
Ａ、Ｂ 第１複合材
Ｃ 第２複合材
Claims (3)
- フラッピング部及びリードラグ・フェザリング部を備えるフレックスビームにおいて、
前記リードラグ・フェザリング部は、
長尺狭幅の略平板状の中央部と、
前記中央部に連続しその長手方向に沿った両端部から分岐して上下に延在する略平板状の中間部と、
前記中間部に連続しその各端部から折曲して前記中央部と略平行に延在する略平板状の縁部と、を有し、
前記折曲した部分に形成される隅部に、この隅部を形成する２平面と滑らかに繋がり、これら２平面の延長面よりも内部に至る断面略円弧状の凹部を有し、
前記凹部における最小断面厚さは、当該凹部を有する前記折曲した部分の平板部の板厚の８０〜９０％であることを特徴とするフレックスビーム。 - フラッピング部及びリードラグ・フェザリング部を備えるフレックスビームにおいて、
前記リードラグ・フェザリング部は、
ビーム長さ方向に延在し複数の繊維配向を有する第１複合材と、ビーム長さ方向に延在しこの延在方向と同一の繊維配向を有する第２複合材と、が一体的に接合されてなるものであって、
ビーム厚さ方向中央部に配置されビーム幅方向に延在する中央部分と、
前記中央部分の両端部から各々ビーム上下方向に分岐するようにビーム前縁方向及びビーム後縁方向に延在する第１延在部分と、
前記第１延在部分の各々の端部で前記中央部分と略平行な方向に折曲するようにビーム前縁方向及びビーム後縁方向に延在する第２延在部分と、
が前記第１複合材により形成され、
前記中央部分、前記第１延在部分及び前記第２延在部分の各々のビーム上下側表面に配置された上下部分と、
前記第１延在部分及び前記第２延在部分の各々のビーム前後縁側表面に配置された前後縁部分と、
が前記第２複合材により形成され、
前記第１延在部分、前記第２延在部分、前記上下部分及び前記前後縁部分を備えて形成された折曲部に凹部が設けられ、
前記凹部における最小断面厚さは、当該凹部を有する前記折曲部の平板部の板厚の８０〜９０％であることを特徴とするフレックスビーム。 - 前記凹部の表面を被覆する複合材製のダブラを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のフレックスビーム。
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