JP5536551B2 - ケース及び取付用ボス - Google Patents
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Description
本発明は、外側に補機等の付属機器を取付可能な筒状のファンケース等のケース、及びケースの外側に付属機器を取付けるための取付用ボスに関する。
近年、航空機エンジンの分野において、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、強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料を構成材料としかつ外側に補機を取付可能な筒状のファンケースについて種々の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内容は、次のようになる。
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により構成されている。また、ケース本体の外周面におけるケース軸方向の中間側には、補機を取付けるための環状の中間フランジが全周（ケース本体の外周面の全周）に亘って一体形成されており、この中間フランジは、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により構成されてあって、中間フランジは、補機を取付可能な取付穴等の取付部を有している。
ところで、補機のケース軸方向の取付位置の自由度を高めるには、中間フランジのケース軸方向の形成箇所（形成個数）を増やす必要がある。一方、中間フランジのケース軸方向の形成箇所を増やすと、中間フランジが軽量な複合材料により構成されているものの、中間フランジがケース本体の外周面の全周に亘って一体形成されていることもあって、全部の中間フランジの総重量が増大して、ファンケースの軽量化を図ることが困難なる。
つまり、補機のケース軸方向の取付位置の自由度を高めつつ、ファンケースの軽量化を図ることは困難であるという問題がある。
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等を提供することを目的とする。
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し、外側に付属機器を取付可能な筒状のケース（筒ケース）において、強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料により構成された筒状のケース本体と、前記ケース本体の外周面に配設され、前記付属機器を取付けるための取付用ボスと、を具備し、前記取付用ボスは、底面（裏面）が前記ケース本体の外周面に接合され、強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料により構成されたボス基体と、前記ボス基体に埋設され、金属により構成され、頂面（表面）に前記付属機器を取付可能な取付部が設けられたインサートと、を備えたことを要旨とする。
なお、本願の明細書及び特許請求の範囲の記載において、「ケース」とは、航空機エンジンの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した筒状のケースを含む意である。また、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別部材を介して間接的に設けられたこと、又は形成されたことを含む意である。
第１の特徴によると、前記ボス基体が強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料により構成され、前記ボス基体に頂面に金属により構成された前記インサートが埋設され、前記インサートの頂面に前記付属機器を取付可能な前記取付部が設けられているため、前記取付用ボスに対する前記付属機器の取付強度を確保した上で、前記取付用ボスのケース軸方向の配設箇所を増やしても、全部の前記取付用ボスの総重量の増大を十分に抑えることができる。
本発明の第２の特徴は、ケースの外側に付属機器を取付けるための取付用ボスにおいて、強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料により構成されたボス基体と、前記ボス基体に埋設され、金属により構成され、頂面（表面）に前記付属機器を取付可能な取付部が設けられたインサートと、を具備したことを要旨とする。
第２の特徴によると、第１の特徴による作用と同様の作用を奏する。
本発明によれば、前記取付用ボスに対する前記付属機器の取付強度を確保した上で、前記取付用ボスのケース軸方向の配設箇所を増やしても、全部の前記取付用ボスの総重量の増大を十分に抑えることができるため、前記付属機器のケース軸方向の取付位置の自由度を高めつつ、前記ケースの軽量化を十分に図ることができる。
本発明の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、後方向をそれぞれ指してある。
図４に示すように、本発明の実施形態に係る筒状のファンケース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、強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料（ＦＲＰ）を構成材料とし、外側に補機（付属機器の一例）７を取付可能になっている。以下、本発明の実施形態に係るファンケース１の構成等について詳細に説明する。
図３に示すように、ファンケース１は、筒状のケース本体９を具備しており、このケース本体９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により構成されている。具体的には、ケース本体９の形状に対応する成形面を有したマンドレル（図示省略）を用い、マンドレルの成形面にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を予め含浸させた炭素繊維等の強化繊維の織物（図示省略）又はロービング（図示省略）を巻付けて成形体（図示省略）を形成し、成形体を加熱して熱硬化性樹脂を硬化させることにより製作されるものである。
ケース本体９の前側周縁には、環状のフロントフランジ１１が一体形成されており、このフロントフランジ１１は、ファンケース１の前側に配設されたエンジンカウル１３に複数のフロント接合ボルト（図示省略）によって接合可能である。また、ケース本体９の後側周縁には、環状のリアフランジ１５が一体形成されており、このリアフランジ１５は、ファンケース１の後側に配設されたリアケース１７に複数のリア接合ボルト（図示省略）によって接合可能である。
ケース本体９の外周面には、取付ボルト１９によって補機７を取付けるための複数の取付用ボス２１が配設されており、各取付用ボス２１の具体的な構成は、次のようになる。
図１（ａ）（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、取付用ボス２１は、円錐台状のボス基体２３を備えており、このボス基体２３の底面（裏面）は、ケース本体９の外周面にエポキシ系接着剤等の接着剤を介して接合されている。また、ボス基体２３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により構成されており、複数の層シートＳを厚み方向に積層した積層構造になっている。なお、ボス基体２３が円錐台状を呈する代わりに、角錐状又は円柱状等を呈するようにしても構わない。
取付用ボス２１の中央部には、ピン状のインサート２５が埋設されており、このインサート２５は、ステンレス鋼等の金属により構成されている。また、インサート２５の頂面（表面）には、取付ボルト１９と螺合可能なネジ穴２７が形成されており、このネジ穴２７は、取付ボルト１９によって補機７を取付可能な取付部としての機能を有している。なお、取付ボルト１９は、補機７の取付フランジ７ｆに形成した貫通穴７ｈに挿通可能である。
図２（ｂ）（ｃ）に示すように、インサート２５の外周面の底面側部分には、インサート２５の底面側に向かって拡径するテーパ部２９が形成されており、このテーパ部は、ボス基体２３に対する抜け止めを行う抜け止め部としての機能を有している。なお、インサート２５の外周面の底面側部分にテーパ部２９が形成される代わりに、インサート２５の底面側周縁に抜け止め部としての環状の鍔部が形成されるようにしても構わない。
インサート２５の外周面の底面側部分には、一対の切欠部３１が対称的に形成されており、一対の切欠部３１は、ボス基体２３に対する回止めを行う回止め部としての機能を有している。なお、インサート２５の外周面の底面側部分に切欠部３１が形成される代わりに、インサート２５の外周面に回止め部としての平坦部が形成されるようにインサート２５が角柱状（例えば四角柱状）を呈するようにしても構わない。
図１（ａ）（ｂ）に示すように、ケース本体９の外周面には、円形状の複数（１つのみ図示）のカバー３３が対応する取付用ボス２１を覆うようにエポキシ系接着剤等の接着剤を介して設けられており、各カバー３３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により構成されている。また、各カバー３３の中央部には、取付ボルト１９が通過可能な通孔３５が形成されている。
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。
ボス基体２３が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により構成され、ボス基体２３に頂面にステンレス鋼等の金属により構成されたインサート２５が埋設され、インサート２５の頂面に補機７を取付可能な取付部としてのネジ穴２７が形成されているため、取付用ボス２１に対する補機７の取付強度を十分に確保した上で、取付用ボス２１のケース軸方向（前後方向）の配設箇所を増やしても、全部の取付用ボス２１の総重量の増大を十分に抑えることができる。特に、ボス基体２３が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により構成されているため、ボス基体２３がステンレス鋼等の金属により構成される場合に比べて、全部の取付用ボス２１の総重量の増大をより一層抑えることができる。
インサート２５の外周面の底面側部分に抜け止め部としてテーパ部２９が形成され、インサート２５の外周面の底面側部分に回止め部としての一対の切欠部３１が形成されているため、ボス基体２３に対するインサート２５の接合強度（埋設強度）を十分に高めることができる。
ケース本体９の外周面にカバー３３が取付用ボス２１を覆うように設けられているため、ケース本体９に対する取付用ボス２１の接合強度（取付強度）を十分に高めることができる。
従って、本発明の実施形態によれば、取付用ボス２１に対する補機７の取付強度を十分に確保した上で、取付用ボス２１のケース軸方向の配設箇所を増やしても、全部の取付用ボス２１の総重量の増大を十分に抑えることができるため、補機７のケース軸方向の取付位置の自由度を高めつつ、ファンケース１の軽量化を十分に図ることができる。
また、ボス基体２３に対するインサート２５の接合強度、及びケース本体９に対する取付用ボス２１の接合強度を十分に高めることができるため、補機７の取付状態を安定させて、ファンケース１からの補機７の離脱を確実に防止することができる。
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限るものでなく、例えば、ファンケース１に適用した思想をファンケース１以外の筒状のケースに適用する等、その他、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。
１ ファンケース
３ 航空機エンジン
５ ファンブレード
７ 補機
７ｆ 取付フランジ
７ｈ 貫通穴
９ ケース本体
Ｓ 層シート
１１ フロントフランジ
１５ リアフランジ
１９ 取付ボルト
２１ 取付用ボス
２３ ボス基体
２５ インサート
２７ ネジ穴（取付部）
２９ テーパ部（抜け止め部）
３１ 切欠部（回止め部）
３３ カバー
３５ 通孔
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Claims (8)
- 強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料を構成材料とし、外側に付属機器を取付可能な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により構成された筒状のケース本体と、
前記ケース本体の外周面に配設され、前記付属機器を取付けるための取付用ボスと、を具備し、
前記取付用ボスは、
底面が前記ケース本体の外周面に接合され、強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料により構成されたボス基体と、
前記ボス基体に埋設され、金属により構成され、頂面に前記付属機器を取付可能な取付部が設けられたインサートと、を備えたことを特徴とするケース。 - 前記インサートの外周面に前記ボス基体に対する抜け止めを行う抜け止め部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のケース。
- 前記インサートの外周面に前記ボス基体に対する回止めを行う回止め部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のケース。
- 前記ケース本体の外周面に前記ボス基体を覆うように設けられ、強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料により構成されたカバーと、を具備したことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のケース。
- 航空機エンジンに用いられ、前記航空機エンジンにおける複数のファンブレードを覆うものであることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載のケース。
- ケースの外側に付属機器を取付けるための取付用ボスにおいて、
強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料により構成されたボス基体と、
前記ボス基体に埋設され、金属により構成され、頂面に前記付属機器を取付可能な取付部が設けられたインサートと、を具備したことを特徴とする取付用ボス。 - 前記インサートの外周面に前記ボス基体に対する抜け止めを行う抜け止め部が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の取付用ボス。
- 前記インサートの外周面に前記ボス基体に対する回止めを行う回止め部が設けられていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の取付用ボス。
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