JP5669028B2 - 本体に結合された端部取付け具を備える製品 - Google Patents

Description

装置の構成要素の重量を減少させることが有利となる多くの既知の応用例がある。例えば、陸上および海上の乗り物、航空機、個人装備などがある。金属製の構成要素などのいくつかの構成要素を複合材製同等物で交換することが知られている。複合材製同等物は一般に、複合材製同等物が取って代わる金属製構成要素よりも軽いからである。したがって、構成要素に複合材製部品を適用することは、軽量化かつ効率化を求めてますます一般的になりつつある。しかしながら、構成要素全体を複合材製同等物で置き換えることは必ずしも適切であるとは限らない。その理由は、複合材が特定の要素を形成するために必要な特性を有していない可能性があるからである。その一例がねじ付き取付け具である。したがって、複合材製構成要素に結合された非複合材製構成要素を含む部品を製造または形成することが知られている。

上述したように、特定の複合材製構成要素を使用することが有利である一応用例が、例えば着陸装置の一部として、航空機内にある。しかしながら、引込みアクチュエータやサイドステイなどの、一般的な着陸装置の特定の構成要素は、大きな軸線方向圧縮力を受ける。他の構成要素は、様々な力および／またはトルクを受ける可能性がある。したがって、どのような部分的な複合材製構成要素であっても、特に構成要素の複合材製要素と非複合材製要素との間の境界で、このような力および／またはトルクに耐えるように設計されるべきである。

本発明の第１の態様によれば、本体に結合された取付け具を備える装置が提供され、この取付け具は、取付け具の周面の中に形成された溝部を含む係合部と軸線とを有し、本体は、端部取付け具の係合部の周面の少なくとも一部の周囲に設けられた軸線方向層と、軸線方向層の少なくとも一部を溝部の一部の中に押し込むように溝部の少なくとも一部に対応する場所にある軸線方向層の周囲に設けられたフープ層と、を含み、溝部は、溝部の少なくとも一部が取付け具の軸線に対して非直交の経路を画定するように構成されて、溝部の表面領域の少なくとも一部は、取付け具および本体の一方に回転力が加えられたときに、取付け具と本体との間でトルクを伝達するための耐荷重面を画定するようにする。

したがって、軸線、例えば長手方向軸線または別の回転軸線に対して非直交の経路を画定する溝部の一部は、「スプライン」などに類似した態様で作用する。その結果、非直交部分の表面領域は、本体と取付け具との間でトルクが通過できるようにする。フープ層は、軸線方向層が、本体と取付け具との間でトルクが伝達される期間と軸線方向荷重のかかる期間とを含む負荷条件下で溝部から外に広がるのを抑制するように働く。

溝部の少なくとも一部の経路は非線形の形態で延びるようにしてもよい。

したがって、溝部の少なくとも一部は、例えば、正弦波、略方形の波、または鋸歯状波の構成を有することができる。このような構成では、溝部が取付け具の軸線に対して非直交の多くの部分を有することになることが多い。

溝部は、取付け具の軸線に対して非直交の経路を画定するようにそれぞれ構成された複数の部分を含むものとすることができる。

取付け具の軸線に対して非直交の経路を画定するようにそれぞれ構成された複数の部分は、取付け具の軸線に対して非直交の部分を１つだけ有する装置に比べて装置のトルク伝達特性を向上させることができる。

溝部は、取付け具の係合部の周面を取り囲むことができる。

溝部の少なくとも一部は、装置に加えられた軸線方向力に対応するように構成された平坦な側壁を有することができる。装置は、溝部に隣接する本体の一部を包み込むように、取付け具に機械的に結合されるように配置されたカラーをさらに備えることができる。

溝部の少なくとも一部は湾曲した断面を有することができる。

したがって、いくつかの実施形態では、溝部は、本体と取付け具との間の接合部に応力集中を引き起こしうる鋭いエッジを画定しない。

装置は複数の分離した溝部を備えることができる。溝部は互いに実質的に同一のものとすることができる。

取付け具は非複合材部分を備えることができる。軸線方向層は複合材を含むことができる。フープ層は複合材を含むことができる。

したがって、装置の本体は、多くの場合、金属などの非複合材に比べて軽くかつ他の有利な特性を有する可能性がある複合材で形成することができる。しかしながら、取付け具は、当該の構成要素の複合材に勝る有利な特性を有する金属などの非複合材部分で形成することもできる。

本発明の第２の態様によれば、本体に結合された取付け具を備える装置を形成する方法が提供され、この方法は、取付け具の周面の中に形成された溝部を含む係合部と軸線とを有する取付け具を準備するステップであって、溝部が、溝部の少なくとも一部が取付け具の軸線に対して非直交の経路を画定するように構成される、ステップと、取付け具の係合部の周面の少なくとも一部の周囲に軸線方向層を設けること、および、軸線方向層の少なくとも一部を溝部の一部のに押し込むように、溝部の少なくとも一部に対応する場所にある軸線方向層の周囲にフープ層を設けて、溝部の表面領域の少なくとも一部が、取付け具および本体の一方に回転力が加えられたときに、取付け具と本体との間でトルクを伝達させるための耐荷重面を形成するようにすること、によって本体を形成するステップと、を備える。

この方法は、本体が実質的に円筒形の構成になるまで、交互する軸線方向層とフープ層をそれぞれ設けるさらなるステップを備えることができる。

この方法は、周面の少なくとも一部の周囲にもう１つの軸線方向層を設けるステップを備えることができる。

軸線方向層を設ける１つまたは複数のステップは軸線方向層を編組することを含むことができる。フープ層を設ける１つまたは複数のステップはフープ層をフィラメントワインディングすることを含むことができる。

次に、本発明の諸実施形態について、添付図面を参照しながら単なる非限定的な例として説明する。

本体に結合された端部取付け具を備える、本発明の一実施形態による装置の部分縦断面図である。 本発明の一実施形態による装置の端部取付け具の斜視図である。 本発明の一実施形態による装置の端部取付け具の斜視図である。 本体に結合された端部取付け具を備える、本発明のもう１つの実施形態による装置の部分縦断面図である。

概観する目的で、図１に本発明の一実施形態による装置１０の部分的縦断面を示す。装置１０は、非複合材製の端部取付け具１２に結合された複合材製の本体１４を備える。端部取付け具１２は略円筒形状であり、直径が細くなり係合部１２ｂを形成する肩部１２ａを備えている。係合部１２ｂは、この実施形態では複数の溝部１８を含む。各溝部１８は山部で隔てられる。端部取付け具１２は中空になっていて、ねじや他の締結手段または固定手段を受容するように構成されるブラインド穴１３を画定している。本体１４は端部取付け具１２と機械的に相互結合されている。

図２ａおよび図２ｂを参照すると、本発明の一実施形態による装置の端部取付け具１２の一例が示されている。端部取付け具１２は略円筒形状であり、長手方向軸線Ｌを有する。いくつかの実施形態では、長手方向軸線Ｌは回転軸線で置き換えることができる。複数の溝部１８が端部取付け具１２の側壁の外周面で延びている。溝部１８は、それぞれが長手方向軸線Ｌに対して非直交である少なくとも一部分を画定するように構成されている。図示した例では、端部取付け具１２の係合部１２ｂは、端部取付け具１２の周囲の非線形通路、すなわち非円形通路をそれぞれたどる複数の分離した溝部を備える。より具体的には、これらの溝部は、端部取付け具１２の周囲側壁のまわりに略正弦曲線の通路を有する。この例では、各溝部１８は他のすべての溝部と同一であるが、必ずしもそうである必要はない。隣り合う溝部は、任意の適当な構成をとることができるランド領域１９で隔てられる。各溝部１８は湾曲した断面を有し、湾曲した断面は、図１を参照しながら以下で説明するように、接合部での応力集中を低減することができる。端部取付け具１２の周囲の溝部の非直交部分があるため、溝部は、各溝部１８の表面領域の少なくとも一部が、端部取付け具１２および複合材製本体１４の一方に回転力が加えられたときに、端部取付け具１２と端部取付け具１２に結合された複合材製本体１４との間でトルクを伝達するための耐荷重面を形成するように構成される。これは、長手方向軸線に対して非直交状態で構成された溝部の表面領域が、端部取付け具か本体のどちらかに長手方向軸線を中心に回転力が加えられたときに、「スプライン」に類似した態様で作用し、それによって複合材製構成要素と非複合材製構成要素との間でトルクが伝達することを助長するからである。

端部取付け具は、例示した構成に限定されるものではなく、他の実施形態においては、溝部の少なくとも一部が端部取付け具の長手方向軸線および／または回転軸線に対して非直交方向に延びるように、任意の適当な形態で構成された１つまたは複数の溝部を含む任意の適当な形状を有することができることに留意されたい。別の溝部の構成の例としては、非網羅的ではあるが、１つのらせん溝部、１つまたは複数の非線形溝部（例えば端部取付け具のまわりで延びる略鋸歯状または略方形の波形をした溝部）を挙げることができる。らせん溝部が設けられる場合、らせん溝部は、せん断応力がらせん溝部の経路に沿って変化してトルクの伝達を支援するように構成することができる。溝部の経路は鋭いエッジを画定しないことは、いくつかの実施形態において、応力集中を最小限に抑えることができるので、有利である。連続する溝部が、いくつかの実施形態において鋭いエッジを有する係合部分に比べて接合部の応力集中を低減することができる滑らかな「波」パターンを画定するよう、係合部１２ｂの長手方向部分の構成が正弦曲線に似ていると有利である。溝部の数、側面形状の角度、ならびに溝部の底の半径および／または溝部の経路構成は、支持されるべき軸線方向荷重および／または伝達されるべきトルクレベルで決定されうることに留意されたい。さらに、溝部が端部取付け具のまわり全周に延びる必要はない。端部取付け具は中空である必要はなく、任意の適当な材料、非限定的な例としては金属、プラスチックなどで形成されうることは理解されよう。

図１を再び参照すると、本体１４は、複合材、例えば、端部取付け具１２の周囲に設けられた繊維などの補強材で形成され、繊維は樹脂などの材料で接合される。複合材は当業者にはよく知られており、したがって詳細には説明しない。本体は、端部取付け具１２の係合部１２ｂの周囲に設けられた第１の軸線方向層２０を備える。第１の軸線方向層２０は、第１の細長い本体層を画定するように、端部取付け具１２から離れる向きに軸線方向に延びる。図示した例での軸線方向層２０は３軸線方向編組複合材で形成されるが、任意の適当な編組複合材が使用されてもよい。当業者に知られているように、３軸線方向編組複合材は、３つの異なる角度をなして配置された炭素繊維「トウ（ｔｏｅｓ）」で形成することができる。第１の群のトウは本体の略軸線方向に延びる。第２の群および第３の群はそれぞれ、軸線方向のトウに対して正および負の角度、例えば＋３０°／−３０°をなして延びる。

第１のフープ層３０が、溝部１８に対応する場所にある第１の軸線方向層２０の周囲に設けられる。この例でのフープ層は、溝部に対応する場所にある軸線方向層の周囲に巻かれた炭素繊維トウを備える。第１のフープ層３０は、第１の軸線方向層２０の各部分を溝部１８の中に押し込むように機能する。図１から分かるように、フープ層の帯の断面は、フープ層の帯がフープ層の縁部付近よりも溝部の中心に向かって深くなっているという点で不均一である。第１の軸線方向層２０を溝部１８の中へ下方に押し込むかまたは引っ張ることにより、フープ層の形成中に起こるのと同様に、装置１０は、溝部の傾斜側面が軸線方向荷重を加えられたときに耐荷重面を画定するので軸線方向荷重に対応するように構成され、軸線方向に編組された繊維は半径方向外方に押されるかまたは変位させられる。第１のフープ層３０は、このような荷重が加えられたときに溝部１８が広がらないようにするとともに、各溝部１８の一部を埋めて溝部上方の自由部分の深さを減じないようにするために、溝部１８内に第１の軸線方向層２０の各部分を保持し、それにより、いくつかの交互する層が積層されると本体１４は平坦な外側表面形状になることができる。複数の交互する軸線方向層２０、２２、２４、２６、２８とフープ層３０、３２、３４、３６とが、細長い複材材製の本体１４を画定するように、端部取付け具１２の係合部１２ｂの周囲に設けられる。

図３は、本体に結合された端部取付け具を備える、本発明の他の実施形態による装置１００を示す。この実施形態では、端部取付け具１２は、装置１００に加えられた軸線方向圧縮力に対応するように構成された平坦な側壁１８ａを有する単一溝部１８を含む。溝部１８の湾曲した側壁が、装置１００に加えられた軸線方向引張り力に耐えるように構成される。図１を参照して説明した実施形態と同様に、軸線方向層２０、２２、２４、２６とフープ層３０、３２、３４、３６とでなる一連の交互する層が、端部取付け具１２の係合部１２ｂの周囲に積層される。カラー３８が、本体１４の固定部を溝部１８内に保持するのを支援するように係合部１２ｂを覆って嵌着される。カラーはねじ山で固定される。しかしながら、カラー３８を端部取付け具１２に固定する他の適当な手段が使用されてもよい。

この実施形態は単一溝部１８でしか示されていないが、カラー３８または平坦な側壁の特徴は、複数の溝部１８を有する端部取付け具１２に組み込むことができる。いくつかの実施形態では、平坦な側壁は、図１に示されているような湾曲した側壁に倣って省略することができる。

交互する軸線方向層およびフープ層と端部取付け具１２の回転軸線に対して非直交方向に延びる１つまたは複数の溝部部分とを組み合わせることにより、本発明のいくつかの実施形態では、複合材製の本体と非複合材製の取付け具との間の接合部は、軸線方向層が耐荷重面を形成する溝部から外に広がることなく、高度のトルクならびに軸線方向力を伝えることができるようになる。

次に、本発明の一実施形態による本体に結合された端部取付け具を備える装置を形成する方法について説明する。１つまたは複数の溝部１８を含む端部取付け具１２が準備され、溝部１８の少なくとも一部は、端部取付け具１２の長手方向軸線および／または端部取付け具１２の所期の回転軸線に対して非直交状態で経路内を延びる。本体１４は端部取付け具の周囲に積層される。この例の方法は以下のステップを含む。第１の軸線方向層２０が端部取付け具１２の係合部１２ｂの周囲に肩部１２ａから離れる方向に巻かれ、それによって細長い本体部分１４の第１の層を形成する。軸線方向層は、任意の適切なプロセスにより、例えば、５００〜６００本の炭素繊維トウを巻いて３軸線方向編組複合材層を形成するように配置された編組機によって形成することができる。次いで、フープ層３０が、炭素繊維トウを巻いて所望の構成にするために、フィラメント・ワインディング・プロセスを用いて溝部１８に対応する場所にある第１の軸線方向層の周囲に巻かれる。図１から分かるように、第１のフープ層３０は第１の軸線方向層２０を溝部１８の中へ下方に押し込む。理解されるであろうが、フィラメント・ワインディング・プロセスは、各フープの中心が両側よりも厚いフープ層を作り出すために、いくらかの横方向移動を含む。第１の軸線方向層２０および第１のフープ層３０に続いて、第２の軸線方向層２２が、第１の軸線方向層２０と同じように、第１の２つの層２０、３０を覆って巻かれ、それによって本体１４を積層する。これに続いて、第２のフープ層３２が、溝部１８に対応する場所にある第２の軸線方向層２２の周囲に巻かれる。このプロセスは必要なだけ繰り返され、それによって軸線方向層２０〜２６およびフープ層３０〜３６を積層する。最後のフープ層３６が巻かれた後、最後の軸線方向層２８が巻かれて、側面が真っすぐな円筒形本体１４を形成することができる。

繊維トウがそれぞれの層の中に巻かれた後、繊維トウには、例えば真空補助樹脂トランスファ成形（ＶＡＲＴＭ）プロセスを用いて、樹脂を注入することができる。しかしながら、繊維に樹脂を導入して複合材製構成要素を形成する他の任意の適当な方法が使用されてもよい。

いくつかの実施形態では、接着層が端部取付け具と１つまたは複数の複合材層との間に設けられてもよい。

本発明の諸実施形態のうちの１つまたは複数による装置は、車両のプロペラシャフトや飛行機の着陸装置の構成要素などにおける、高負荷の構造的動力伝達装置として使用することができる。

Claims (20)

1. 本体に結合された取付け具を備える装置であって、
   前記取付け具が、前記取付け具の周面に形成された溝部を含む係合部と軸線とを有し、
   前記本体が、前記取付け具の前記係合部の前記周面の少なくとも一部の周囲に設けられた軸線方向層と、前記軸線方向層の少なくとも一部を前記溝部の一部の中に押し込むように前記溝部の少なくとも一部に対応する場所にある前記軸線方向層の周囲に設けられたフープ層とを含み、
   前記溝部は、前記溝部の少なくとも一部が前記取付け具の前記軸線に対して非直交の経路を画定するように構成されて、前記溝部の表面領域の少なくとも一部が、前記取付け具および前記本体の一方に回転力が加えられたときに、前記取付け具と前記本体との間でトルクを伝達するための耐荷重面を画定するようになっており、
   前記溝部の少なくとも一部の前記経路が非線形の形態で延びる、装置。
2. 前記溝部が、前記取付け具の前記軸線に対して非直交の経路を画定するようにそれぞれ構成された複数の屈曲部を含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記溝部が、前記取付け具の前記係合部の前記周面を取り囲む、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記溝部の少なくとも一部が、当該装置に加えられた軸線方向力に対抗するように構成された平坦な側壁を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記溝部に隣接する前記本体の一部を包み込むように、前記取付け具に機械的に結合されるように構成されたカラーをさらに備える、請求項４に記載の装置。
6. 前記溝部が延びる方向に対して直交する断面において、前記溝部の少なくとも一部が湾曲している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 複数の互いに分離した溝部を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記溝部が互いに実質的に同一である、請求項７に記載の装置。
9. 複数の軸線方向層および複数のフープ層を備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記フープ層のうちの１つまたは複数が、前記溝部のうちの１つまたは複数の中に配置される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記取付け具が非複合材部分を備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記軸線方向層が複合材を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記軸線方向層が３軸線方向編組複合材を含む、請求項１２に記載の装置。
14. 前記フープ層が複合材を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 本体に結合された取付け具を備える装置を形成する方法であって、
    前記取付け具の周面の中に形成された溝部を含む係合部と軸線とを有する前記取付け具を準備するステップであり、前記溝部は、前記溝部の少なくとも一部が前記取付け具の前記軸線に対して非直交の経路を画定するように構成されている、ステップと、
    前記取付け具の前記係合部の前記周面の少なくとも一部の周囲に軸線方向層を設ける工程、および
    前記軸線方向層の少なくとも一部を前記溝部の一部の中に押し込むように、前記溝部の少なくとも一部に対応する場所にある前記軸線方向層の周囲にフープ層を設けて、前記溝部の表面領域の少なくとも一部が、前記取付け具および本体の一方に回転力が加えられたときに、前記取付け具と前記本体との間でトルクを伝達するための耐荷重面を形成するようにする工程
    によって前記本体を形成するステップと、
    を備え、
    前記溝部の少なくとも一部の前記経路が非線形の形態で延びている、方法。
16. 前記本体が実質的に円筒形の形態になるまで、交互する軸線方向層とフープ層をそれぞれ設けるさらなるステップを備える、請求項１５に記載の方法。
17. 前記周面の少なくとも一部の周囲にもう１つの軸線方向層を設けるステップを備える、請求項１５または１６に記載の方法。
18. 軸線方向層を設ける１つまたは複数の前記ステップが、前記軸線方向層を編組する工程を含む、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の方法。
19. フープ層を設ける１つまたは複数の前記ステップが、前記フープ層をフィラメントワインディングする工程を含む、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記設けられた軸線方向層およびフープ層に樹脂を注入するステップを備える、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の方法。

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