JP4220276B2 - ヘリコプターローターの羽根の成形方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘリコプターローターの羽根の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
押出加工や切削加工等の一般的な機械加工及び成形加工によって作製される金属製のヘリコプターローターの羽根は公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
金属は、ヘリコプターローターの製造に広く使用されているが、構造的に信頼できないために必ずしも満足な材料ではない。すなわち、金属製要素の亀裂形成と実際の破損との間の経過時間が相当に短い。好ましくない結果の全てはこのことから生じる。
【０００４】
従ってローター羽根の製造については、金属より軽い比重量を有する複合材料から作製されるローター羽根が望まれる。このローター羽根は構造的な信頼性が高い。すなわち、亀裂形成と破損との間の経過時間が比較的長いため、いかなる欠陥も容易に検出可能である。
【０００５】
本発明の目的は、構造的な信頼性が高く、公知の金属羽根よりも軽いヘリコプターローター羽根の簡単かつ低コストの成形方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、
熱膨張性材料からバッグ状のマトリックス（matrix）を作製するステップと、
マトリックスの中に剛性のマンドレルを挿入するステップと、
予め定めた種類の複合材料からなる複数の層でマトリックスを被覆するステップと、
そのようにして形成された組体を、成形表面により画定された型のチャンバー内に配置するステップと、
マトリックスが膨張し、膨張したマトリックスと型の成形表面との間に込められた複合材料からなる複数の層が重合する十分な温度まで、組体を昇温させるステップと、
を有することを特徴とするヘリコプターローターの羽根の成形方法が提供される。
【０００７】
本発明の好適かつ非限定的な実施形態を、添付図面を参照しながら一例として以下に説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１の参照符号１は、ヘリコプター（部分的にのみ図示）のダクト式尾部ローターを示す。ローター１はハブ２及び複数の羽根３を有し、複数の羽根３はハブ２から径方向に突き出るように固定されるとともに、ヘリコプターの尾部に形成されたシート４内を回転する。
【０００９】
羽根３の各々は、内部キャビティ５（図６及び図８）を画定し、本発明に係る成形方法を用いて複合材料から作製される。
【００１０】
より詳細には、本発明に係る方法は、羽根３のキャビティ５を画定する表面を形成するために、好ましくはシリコーンゴムである熱膨張性材料から作製されるバッグ状のマトリックス６（図４、図５、図６及び図８）を使用する。
【００１１】
マトリックス６は実質的には細長い管状形状であり、一方の端部７にて閉鎖されており、他方の端部には外側径方向フランジ８を有する。
【００１２】
より詳細にはマトリックス６は、成形される羽根３のキャビティ５を画定する表面に対して相補的な形状の外表面９によって画定される。
【００１３】
図示された実施例においては、マトリックス６は端のフランジ８から反対側の端部７に向けて次第に細くなっていく断面を有し、その断面は丸められたエッジを備えた実質的に「平たい（flattened）」矩形を呈する（図６及び図８）。
【００１４】
マトリックス６は、型１０の内部の金属製コア１１（図３）の上に液体シリコーンゴムを注入することによって形成される。
【００１５】
より詳細には、型１０は、一方の側が開口した成形キャビティ１２を画定する。それによりコア１１は、型１０内に挿入され、マトリックス６が形成されたときに取り外すことができる。
【００１６】
コア１１は、コア１１が挿入される型１０のキャビティ１２と協働して、所要のマトリックス６と同形状のチャンバー１３を画定する。チャンバー１３は液体シリコーンゴム注入装置（図示せず）に接続される。
【００１７】
形成されたマトリックス６は、離型剤を介在させて剛性のマンドレル１４に取り付けられ、複合材料布帛（図示例では層状のガラス布及びグラファイト布）からなる第１の複数層１５によって予め定めた手順で被覆される。
【００１８】
より詳細には、このステップにおいて、既にマトリックス６に取り付けられた複数層１５は、予め定めた間隔及び予め定めた時間（図示例では５分）で、ゴム製ストリップによって巻かれて成形される。
【００１９】
このようにして羽根３のコア又は長手部材２０が形成される。
【００２０】
最終的には羽根３の前縁及び後縁を形成する長手部材２０の複数の部分が粘着性の層によって被覆された後、その複数の部分のそれぞれに、好ましくは商品名「ROCEL」で知られる材料から作製された充填材２１が取り付けられる。
【００２１】
次にこの組体は、複合材料布帛（これも図示例では層状のガラス布及びグラファイト布）からなる、羽根３の外面を形成する第２の複数層２２に囲繞される。羽根３の根元部分には、金属製の構造用部材又はリブ２３が取り付けられる。
【００２２】
このようにして形成された組体は次に、重合のために型２４内に挿入される（図８）。より詳細には、型２４は２つの半割の型によって形成される。２つの半割の型は互いに係合して閉鎖配置となり、重合のために組体を収容する閉じられたチャンバー２６を画定する。
【００２３】
型２４のチャンバー２６は、成形のために、羽根３の外表面に対して相補的形状を有する成形表面２７によって画定される。
【００２４】
型２４の２つの半割の型２５を閉じることにより、複数層１５及び２２、マトリックス６の充填材２１並びにマンドレル１４が押圧される。
【００２５】
型２４のチャンバー２６の内部は、６０〜１２０分の間、１２５℃〜１３５℃の温度範囲に維持され、複数層１５、２２を十分に重合させ、羽根３の構成要素を結合させる。また上記の温度によって、シリコーンゴムのマトリックス６が膨張して基礎部を形成する。羽根３の材料はこの基礎部の上で、型２４の成形表面２７によってマトリックス６に対して込められて成形される。
【００２６】
重合が完了した後に、型２４のチャンバー２６の内部は外気温度に戻され、マトリックス６はマンドレル１４上で収縮し、それによりマトリックス６及びマンドレル１４の双方が羽根３のキャビティ５から容易に引き出される。
【００２７】
次に羽根３の外面に、公知の方法で摩耗性ストリップ（図示せず）が取り付けられる。
【００２８】
次に、外側に突き出るスリーブ２８を例えば接着剤によって長手部材２０に取り付けることにより、羽根３が完成する。スリーブ２８は、羽根３をハブ２に固定するための固定部分を形成する。
【００２９】
本発明に従う成形方法の長所は、上述の説明から明らかであろう。
【００３０】
特に、羽根３の成形のために熱膨張材料からなるバッグ状マトリックス６を用いることによって基礎部が提供され、羽根３の材料は重合中はこの基礎部の上に込められており、完成部分からのマトリックス６の引き出しを阻害しない。すなわち、温度が上昇すると膨張したマトリックス６は遮断面を形成し、その遮断面上で、マトリックス６を被覆する材料は型２４により生じる圧縮作用によって成形される。
【００３１】
本願明細書に説明及び図示された成形方法は、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく変更可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成形方法を用いて作製された複合材料からなる複数の羽根を有するヘリコプターのダクト式尾部ローターの側面図である。
【図２】ローター羽根の前面拡大図である。
【図３】ローター羽根の内側形状を成形するためのゴム製のマトリックスを製造する装置の長手方向断面図である。
【図４】図３の装置により製造されたマトリックスの第１の側面図である。
【図５】図４のマトリックスの第２の側面図であって、マトリックスがマンドレルに適合し、ローター羽根の内側の長手方向部材を最終的に形成する複数層の複合材料に覆われた状態を示す図である。
【図６】図５のVI−VI線に沿った拡大断面図である。
【図７】図６の詳細部を大きく拡大した図である。
【図８】図５のマトリックスにて形成されるとともに、関連する型内での重合によって形成されたローター羽根の完成品の断面図である。
【符号の説明】
１…ローター
２…ハブ
３…羽根
６…マトリックス
１０、２４…型
１１、２０…コア
１３、２６…チャンバー
１４…マンドレル
１５、２２…層
２３…リブ
２８…スリーブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘリコプターローターの羽根の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
押出加工や切削加工等の一般的な機械加工及び成形加工によって作製される金属製のヘリコプターローターの羽根は公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
金属は、ヘリコプターローターの製造に広く使用されているが、構造的に信頼できないために必ずしも満足な材料ではない。すなわち、金属製要素の亀裂形成と実際の破損との間の経過時間が相当に短い。好ましくない結果の全てはこのことから生じる。
【０００４】
従ってローター羽根の製造については、金属より軽い比重量を有する複合材料から作製されるローター羽根が望まれる。このローター羽根は構造的な信頼性が高い。すなわち、亀裂形成と破損との間の経過時間が比較的長いため、いかなる欠陥も容易に検出可能である。
【０００５】
本発明の目的は、構造的な信頼性が高く、公知の金属羽根よりも軽いヘリコプターローター羽根の簡単かつ低コストの成形方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、
熱膨張性材料からバッグ状のマトリックス（matrix）を作製するステップと、
マトリックスの中に剛性のマンドレルを挿入するステップと、
予め定めた種類の複合材料からなる複数の層でマトリックスを被覆するステップと、
そのようにして形成された組体を、成形表面により画定された型のチャンバー内に配置するステップと、
マトリックスが膨張し、膨張したマトリックスと型の成形表面との間に込められた複合材料からなる複数の層が重合する十分な温度まで、組体を昇温させるステップと、
を有することを特徴とするヘリコプターローターの羽根の成形方法が提供される。
【０００７】
本発明の好適かつ非限定的な実施形態を、添付図面を参照しながら一例として以下に説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１の参照符号１は、ヘリコプター（部分的にのみ図示）のダクト式尾部ローターを示す。ローター１はハブ２及び複数の羽根３を有し、複数の羽根３はハブ２から径方向に突き出るように固定されるとともに、ヘリコプターの尾部に形成されたシート４内を回転する。
【０００９】
羽根３の各々は、内部キャビティ５（図６及び図８）を画定し、本発明に係る成形方法を用いて複合材料から作製される。
【００１０】
より詳細には、本発明に係る方法は、羽根３のキャビティ５を画定する表面を形成するために、好ましくはシリコーンゴムである熱膨張性材料から作製されるバッグ状のマトリックス６（図４、図５、図６及び図８）を使用する。
【００１１】
マトリックス６は実質的には細長い管状形状であり、一方の端部７にて閉鎖されており、他方の端部には外側径方向フランジ８を有する。
【００１２】
より詳細にはマトリックス６は、成形される羽根３のキャビティ５を画定する表面に対して相補的な形状の外表面９によって画定される。
【００１３】
図示された実施例においては、マトリックス６は端のフランジ８から反対側の端部７に向けて次第に細くなっていく断面を有し、その断面は丸められたエッジを備えた実質的に「平たい（flattened）」矩形を呈する（図６及び図８）。
【００１４】
マトリックス６は、型１０の内部の金属製コア１１（図３）の上に液体シリコーンゴムを注入することによって形成される。
【００１５】
より詳細には、型１０は、一方の側が開口した成形キャビティ１２を画定する。それによりコア１１は、型１０内に挿入され、マトリックス６が形成されたときに取り外すことができる。
【００１６】
コア１１は、コア１１が挿入される型１０のキャビティ１２と協働して、所要のマトリックス６と同形状のチャンバー１３を画定する。チャンバー１３は液体シリコーンゴム注入装置（図示せず）に接続される。
【００１７】
形成されたマトリックス６は、離型剤を介在させて剛性のマンドレル１４に取り付けられ、複合材料布帛（図示例では層状のガラス布及びグラファイト布）からなる第１の複数層１５によって予め定めた手順で被覆される。
【００１８】
より詳細には、このステップにおいて、既にマトリックス６に取り付けられた複数層１５は、予め定めた間隔及び予め定めた時間（図示例では５分）で、ゴム製ストリップによって巻かれて成形される。
【００１９】
このようにして羽根３のコア又は長手部材２０が形成される。
【００２０】
最終的には羽根３の前縁及び後縁を形成する長手部材２０の複数の部分が粘着性の層によって被覆された後、その複数の部分のそれぞれに、好ましくは商品名「ROCEL」で知られる材料から作製された充填材２１が取り付けられる。
【００２１】
次にこの組体は、複合材料布帛（これも図示例では層状のガラス布及びグラファイト布）からなる、羽根３の外面を形成する第２の複数層２２に囲繞される。羽根３の根元部分には、金属製の構造用部材又はリブ２３が取り付けられる。
【００２２】
このようにして形成された組体は次に、重合のために型２４内に挿入される（図８）。より詳細には、型２４は２つの半割の型によって形成される。２つの半割の型は互いに係合して閉鎖配置となり、重合のために組体を収容する閉じられたチャンバー２６を画定する。
【００２３】
型２４のチャンバー２６は、成形のために、羽根３の外表面に対して相補的形状を有する成形表面２７によって画定される。
【００２４】
型２４の２つの半割の型２５を閉じることにより、複数層１５及び２２、マトリックス６の充填材２１並びにマンドレル１４が押圧される。
【００２５】
型２４のチャンバー２６の内部は、６０〜１２０分の間、１２５℃〜１３５℃の温度範囲に維持され、複数層１５、２２を十分に重合させ、羽根３の構成要素を結合させる。また上記の温度によって、シリコーンゴムのマトリックス６が膨張して基礎部を形成する。羽根３の材料はこの基礎部の上で、型２４の成形表面２７によってマトリックス６に対して込められて成形される。
【００２６】
重合が完了した後に、型２４のチャンバー２６の内部は外気温度に戻され、マトリックス６はマンドレル１４上で収縮し、それによりマトリックス６及びマンドレル１４の双方が羽根３のキャビティ５から容易に引き出される。
【００２７】
次に羽根３の外面に、公知の方法で摩耗性ストリップ（図示せず）が取り付けられる。
【００２８】
次に、外側に突き出るスリーブ２８を例えば接着剤によって長手部材２０に取り付けることにより、羽根３が完成する。スリーブ２８は、羽根３をハブ２に固定するための固定部分を形成する。
【００２９】
本発明に従う成形方法の長所は、上述の説明から明らかであろう。
【００３０】
特に、羽根３の成形のために熱膨張材料からなるバッグ状マトリックス６を用いることによって基礎部が提供され、羽根３の材料は重合中はこの基礎部の上に込められており、完成部分からのマトリックス６の引き出しを阻害しない。すなわち、温度が上昇すると膨張したマトリックス６は遮断面を形成し、その遮断面上で、マトリックス６を被覆する材料は型２４により生じる圧縮作用によって成形される。
【００３１】
本願明細書に説明及び図示された成形方法は、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく変更可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成形方法を用いて作製された複合材料からなる複数の羽根を有するヘリコプターのダクト式尾部ローターの側面図である。
【図２】ローター羽根の前面拡大図である。
【図３】ローター羽根の内側形状を成形するためのゴム製のマトリックスを製造する装置の長手方向断面図である。
【図４】図３の装置により製造されたマトリックスの第１の側面図である。
【図５】図４のマトリックスの第２の側面図であって、マトリックスがマンドレルに適合し、ローター羽根の内側の長手方向部材を最終的に形成する複数層の複合材料に覆われた状態を示す図である。
【図６】図５のVI−VI線に沿った拡大断面図である。
【図７】図６の詳細部を大きく拡大した図である。
【図８】図５のマトリックスにて形成されるとともに、関連する型内での重合によって形成されたローター羽根の完成品の断面図である。
【符号の説明】
１…ローター
２…ハブ
３…羽根
６…マトリックス
１０、２４…型
１１、２０…コア
１３、２６…チャンバー
１４…マンドレル
１５、２２…層
２３…リブ
２８…スリーブ
Claims (6)
- ヘリコプターローター（１）の羽根（３）を成形する方法であって、
熱膨張性材料からバッグ状のマトリックス（６）を作製するステップと、
前記マトリックスの中に剛性のマンドレル（１４）を挿入するステップと、
複合材料からなる複数の層（１５、２１、２２）で前記マトリックス（６）を被覆するステップと、
そのようにして形成された組体を、成形表面（２７）により画定された型（２４）のチャンバー（２６）内に配置するステップと、
前記マトリックス（６）が膨張し、膨張した該マトリックス（６）と前記型（２４）の前記成形表面（２７）との間に込められた前記複合材料からなる複数の層（１５、２１、２２）が重合する温度である１２５℃〜１３５℃の間まで、前記組体を昇温させるステップと、
を有することを特徴とする方法。 - 前記マトリックス（６）がシリコーンゴムから作製されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記マトリックス（６）を被覆する前記ステップは、前記羽根（３）のコア（２０）を形成する複合材料布帛からなる第１の複数層（１５）を取り付けることと、該複合材料布帛からなる第１の複数層（１５）に充填材（２１）を取り付けることと、その全体を、前記羽根（３）の外面を形成する複合材料布帛からなる第２の複数層（２２）で囲繞することとを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
- 複合材料布帛からなる前記第１及び前記第２の複数層（１５、２２）が層状のグラファイト布を有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
- 複合材料布帛からなる前記第１及び前記第２の複数層（１５、２２）が層状のガラス布を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
- 前記マトリックス（６）が射出成形されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
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