JP5901833B2 - ファンブレードの製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数平行に配向された繊維を樹脂で一体化した素材板を用いてファンブレードを製造する繊維強化複合材製のファンブレードの製造方法および製造装置に関する。

航空機用のエンジンとして用いられるターボファンエンジンは、推力の大部分を発生させるファンと、ファンの後方に配置されファンを駆動するためのタービンを備えたコアエンジン（ターボジェットエンジン）とから構成されている。ファンとコアエンジンとは同軸に配置されており、エンジン前面からファンに吸い込まれた空気は、ファンを通ってそのまま後方に排気されるもの（Ｇｆ）と、コアエンジンに入って燃焼されてタービンを回転させた後に後方に排気されるもの（Ｇｃ）とに分かれる。これらの比（Ｇｆ／Ｇｃ）をバイパス比という。

バイパス比は高い方が燃費が良いため、近年、高バイパス比のターボファンエンジンが開発されている。バイパス比を高めると、コアエンジンの直径に対してファンの直径が大きくなるため、ファンを構成するファンブレードの長さが長くなる。これまでファンブレードはチタンやアルミ合金等から成形されてきたが、ファンブレードの大型化に伴って、軽量化と強度との両立を図るためファンブレードに繊維強化複合材を用いることが提案されている（特許文献１、２参照）。

この種の複合材製のファンブレードは、複数平行に配向された繊維（長繊維）を樹脂（ポリマー）で一体化した素材板を用い、サーモフォームによって成形される。平板状の素材板からファンブレードの如き三次元形状の製品をサーモフォームで成形するには、素材板を加熱して樹脂を軟らかくした状態で、（ａ）素材板を２つの型で挟む、（ｂ）素材板を圧縮空気で型に押し付ける、（ｃ）型と素材板との間を減圧して素材板を型に吸着させる、といった方法が採られる（特許文献３、４参照）。

特開２００７−１１２１３２号公報 特開２０１１−６９２８６号公報 特開昭６１−１７９７２０号公報 特開平６−２３９３４０号公報

ところで、一般にファンブレードは、空力特性を考慮して大きく捻れた形状となっているため、それを転写する型の表面も捻れた形状となる。このように型の表面が捻れていると、上述した（ａ）の場合、２つの型の間に挟まれる素材板が型の形状に沿って引き込まれるに伴い、引き込まれた周辺等の部分に皺や巻き込みが発生することがある。また、２つの型を近付けて素材板を挟む際に、型の凹凸形状に沿って素材板が型の中央からずれるように移動することがあり、適切に成形できない事態も生じ得る。

（ｂ）の場合、素材板が型に沿って圧縮空気で押し付けられて沈み込む距離が大きいと（ａ）と同様に皺等が生じ易く、圧縮空気で素材板を型に適切に押し付けるためには高圧の圧縮空気が必要となる。（ｃ）の場合、素材板が減圧による吸着力によって型に沿って沈み込む距離が大きいと（ａ）と同様に皺等が生じ易く、また、素材板を型に適切に吸着させるためには大きく減圧する必要があるが、減圧するにも限界がある。

加えて、（ｂ）および（ｃ）の場合、素材板を２つの型で挟むのではなく１つの型に圧縮空気で押し付ける或いは減圧により吸着させているので、素材板が変形し難い厚さや材質であると対応が困難となる。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、複数平行に配向された繊維を樹脂で一体化した素材板を用いてサーモフォームによってファンブレードを製造する際、皺の発生を抑制することができるファンブレードの製造方法および製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するために創案された本発明によれば、複数平行に配向された主繊維と、主繊維に交差して複数平行に配向された副繊維と、これら主繊維および副繊維を一体化する樹脂とを有する素材板を加熱し、加熱した素材板をファンブレード型に押し付けるようにしたファンブレードの製造方法であって、ファンブレード型が、幅方向中央部における表面に沿った長手方向の長さが幅方向両端部における表面に沿った長手方向の長さよりも短い形状であり、かかるファンブレード型に素材板を押し付ける際、素材板を、主繊維の方向をファンブレード型の長手方向に合わせてファンブレード型に押し付けると共に、素材板のファンブレード型の長手方向端部における幅方向中央部分を、素材板のファンブレード型の長手方向端部における幅方向両端部分よりも、大きな引っ張り量で引っ張る、ことを特徴とするファンブレードの製造方法が提供される。

また、本発明によれば、複数平行に配向された主繊維と、主繊維に交差して複数平行に配向された副繊維と、これら主繊維および副繊維を一体化する樹脂とを有する素材板を加熱し、加熱した素材板をファンブレード型に押し付けるようにしたファンブレードの製造装置であって、素材板を、主繊維の方向をファンブレード型の長手方向に合わせてファンブレード型に押し付ける押付手段を有し、ファンブレード型は、幅方向中央部における表面に沿った長手方向の長さが、幅方向両端部における表面に沿った長手方向の長さよりも短い形状であり、周囲に沿ってファンブレードの形状ではない余肉部を有し、長手方向端部における幅方向中央部分での余肉部の素材板押付け方向の断面角度が、長手方向端部における幅方向両端部分での余肉部の素材板押付け方向の断面角度よりも、急角度となっている、ことを特徴とするファンブレードの製造装置が提供される。

本発明に係るファンブレードの製造方法および製造装置によれば、複数平行に配向された繊維を樹脂で一体化した素材板を用いてサーモフォームによってファンブレードを製造する際、皺の発生を抑制することができる。

ファンブレードを備えたターボファンエンジンの概略側断面図である。 本発明の一実施形態に係るファンブレード製造方法に用いられるファンブレード型と、ファンブレードの長手方向に配向される主繊維および主繊維に交差して配向される副繊維を有する素材板とを示す説明図である。 ファンブレードを製造するためのサーモフォーム装置の概略断面図である。 ファンブレード型およびロアーブランクホルダの平面図である。 ファンブレード型およびロアーブランクホルダの側面図である。 図４に示すファンブレード型およびロアーブランクホルダ、１次曲げされた素材板を示す斜視図である。 図４および図５に示すファンブレード型およびロアーブランクホルダに素材板を載置し、素材板の引っ張り量を矢印の長さで表した説明図である。 図６に示すファンブレード型の長手方向端部における幅方向中央部分（引っ張り量が大きい部分）での部分断面図である。 図６に示すファンブレード型の長手方向端部における幅方向両端部分（引っ張り量が小さい部分）での部分断面図である。 本発明の変形例に係るファンブレード製造装置の一部を成すファンブレード型およびロアーブランクホルダに素材板を載置した状態を示す平面図である。 図８に示すロアーブランクホルダの要部側断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（ターボファンエンジン１）
図１に、ファンブレードを備えたターボファンエンジン１の概略側断面図を示す。ターボファンエンジン１は、推力の大部分を発生させるファン２と、ファン２の後方に配置されファン２を駆動するためのタービンを備えたコアエンジン３とから構成されている。

コアエンジン３は、上流側から下流側に向かって、低圧コンプレッサ３１、高圧コンプレッサ３２、燃焼室３３、高圧タービン３４、低圧タービン３５、ファンタービン３６が配置されたターボジェットエンジンから構成されている。高圧タービン３４は高圧コンプレッサ３２に高圧シャフト３７で連結され、低圧タービン３５は低圧コンプレッサ３１に低圧シャフト３８で連結され、ファンタービン３６はファン２にファンシャフト３９で連結されている。なお、高圧タービン３４および高圧コンプレッサ３２と、低圧タービン３５および低圧コンプレッサ３１とは、何れか一方の組み合わせを省略してもよい。

（ファンブレード２１）
ファン２は、周方向に間隔を隔てて配置された複数のファンブレード２１を備えており、ファン２の周囲には、ファン２を囲むようにして略円筒状に形成されたファンケース４が配設されている。ファンケース４は、コアエンジン３のケーシング３０に、周方向に間隔を隔てて複数配設されたストラット（支柱）５を介し、取り付けられている。ファンケース４内に収容されるファン２は、ファンシャフト３９に取り付けられたファンディスク２２と、ファンディスク２２に周方向に間隔を隔てて複数配設された複数のファンブレード２１とを備えている。ファンブレード２１は、空力特性を考慮して大きく捻れた形状となっている。以下、ファンブレード２１の製造方法および製造装置について説明する。

（素材板７）
図２に、ファンブレード型６ｂ（以下、下型６ｂとも言う）と、それに押し付けられる素材板７とを示す。素材板７は、複数平行に配向された主繊維７１と、主繊維７１に交差して複数平行に配向された副繊維７２と、主繊維７１および副繊維７２を一体化する樹脂とを有する。このように繊維７１、７２によって樹脂が強化された素材板７が、以下に述べるようにして複数（例えば８〜１６枚）積層して貼り合わされ、複合材（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics、例えば、ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）製のファンブレード２１が製造される。なお、積層される素材板７同士の間に、必要に応じて熱可塑性樹脂からなるインターリーフを介在させ、層間の密着力の向上を図ってもよい。

主繊維７１、副繊維７２には、炭素繊維、アラミド繊維またはガラス繊維等の強化繊維が用いられる。主繊維７１は、ファン２の回転時に遠心力によって引っ張られる方向であるファンブレード２１の長手方向（下型６ｂの長手方向Ｙ）と平行に配向され、副繊維７２は、主繊維７１に対して４５度の角度で配向された第１副繊維７２ａと、主繊維７１に対して−４５度の角度で配向された第２副繊維７２ｂとから構成されている。但し、第１副繊維７２ａおよび第２副繊維７２ｂの配向角度は、これらの角度に限定されるものではなく、主繊維７１の方向は、下型６ｂの長手方向Ｙと平行ではなく多少傾斜（例えば長手方向Ｙに対してプラスマイナス３０度の範囲で傾斜）していても構わない。

主繊維７１および副繊維７２を一体化する樹脂には、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル樹脂、メタクリル酸メチル樹脂、ナイロン樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂は、加熱によって軟化して可塑性を発揮し、冷却によって固化する性質を有する。

かかる素材板７は、加熱されて樹脂が軟らかくなった状態で、主繊維７１の方向を成形品の下面の形状が転写されたファンブレード型（下型）６ｂの長手方向に合わせて下型６ｂに押し付けられ、三次元形状に成形される（サーモフォーム）。この成形品から必要な部分が切り出され、切り出したものを複数積層して貼り合わせることで、ファンブレード２１が製造される。なお、貼り合わされる各層の素材板７は、夫々異なった形状の型により、別々の三次元形状に成形されてもよい。

（サーモフォーム装置ＴＦ）
図３は、ファンブレード２１を製造するためのサーモフォーム装置ＴＦの概略断面図である。素材板７は、サーモフォーム装置ＴＦによって三次元形状に成形される。サーモフォーム装置ＴＦは、ファンブレード型（下型）６ｂと、成形品の上面の形状が転写されたペアファンブレード型６ａ（以下、上型６ａとも言う）と、素材板７を挟持するブランクホルダ８と、素材板７を加熱するヒータ９とを備えている。上型６ａと下型６ｂとで、一つのファンブレード型ユニット６が構成される。

図３に示すように、ブランクホルダ８は、素材板７を上下から挟むアッパーブランクホルダ８ａとロアーブランクホルダ８ｂとから構成されている。アッパーブランクホルダ８ａとロアーブランクホルダ８ｂとは、それぞれ枠状に形成されており、上型６ａおよび下型６ｂの型転写部（実質的な型部）が対向する素材板７の中央を除いた部分を、上下から挟持する。ロアーブランクホルダ８ｂの上には、素材板７が載置される。

ロアーブランクホルダ８ｂに載置された素材板７は、アッパーブランクホルダ８ａとロアーブランクホルダ８ｂとの間に配置されたヒータ９によって、樹脂が軟らかくなる温度（可塑温度）にまで加熱される。ヒータ９は、加熱終了後、アッパーブランクホルダ８ａとロアーブランクホルダ８ｂとの間から離脱される。素材板７をブランクホルダ８によって挟持し、上型６ａと下型６ｂとの間に挟み込むためである。ヒータ９には、赤外線ヒータ（Infrared Ray Heater：ＩＲヒータ）等が用いられる。

下型６ｂの内部には、下型６ｂを加熱するための加熱パイプ６１ｂと、下型６ｂを冷却するための冷却パイプ６２ｂとが設けられている。加熱パイプ６１ｂには加熱流体が流れるようになっており、ヒータ９によって可塑温度にまで加熱された素材板７が下型６ｂに接触したとき、素材板７が可塑温度未満に冷えないようになっている。他方、冷却パイプ６２ｂには冷却流体が流れるようになっており、上型６ａと下型６ｂとを閉じて素材板７を型に合った形状に成形した後、下型６ｂを可塑温度未満に冷却することで、成形された素材板７をその形状に固化させる。また、上型６ａの内部にも、同様の加熱パイプ６１ａと冷却パイプ６２ａとが設けられている。なお、加熱パイプ６１ａ、６１ｂの代わりに電熱線や高周波加熱装置等の加熱装置を用いてもよい。

アッパーブランクホルダ８ａは、上型６ａに取り付けられており、上型６ａと一体的に油圧装置等によって昇降されるようになっている。油圧装置は、アッパーブランクホルダ８ａとロアーブランクホルダ８ｂとで挟持した素材板７を、下型６ｂに押し付けるための押付手段を構成する。なお、上型６ａとアッパーブランクホルダ８ａとが別々に油圧装置によって独立して昇降されるようになっていてもよい。

ロアーブランクホルダ８ｂは、下部に設けられたガイドロッド８１が下型６ｂに形成されたガイド孔６３に挿通されることで、下型６ｂに対して水平方向にずれること無く昇降するようになっている。ガイドロッド８１には、その押し下げに所定の抵抗力を与える油圧装置が接続されており、ロアーブランクホルダ８ｂが、下降するアッパーブランクホルダ８ａによって押し下げられる際、上述した抵抗力によって、素材板７がアッパーブランクホルダ８ａとロアーブランクホルダ８ｂとの間に所定の力で挟持されるようになっている。

上述したように、下型６ｂには、枠状のアッパーブランクホルダ８ａとロアーブランクホルダ８ｂとで挟持された素材板７の中央部分が、可塑温度以上に加熱された状態で上方から押し付けられる。これら下型６ｂ、ロアーブランクホルダ８ｂ、および下型６ｂに設けられた余肉部６５を図４〜図７を用いて詳細に説明する。

（ファンブレード型６ｂ）
図４Ａはファンブレード型（下型）６ｂおよびロアーブランクホルダ８ｂの平面図、図４Ｂは同じく側面図、図５は、図４Ａおよび図４Ｂに示す下型６ｂおよびロアーブランクホルダ８ｂ、１次曲げされた素材板７を示す斜視図である。また、図６は、図４Ａ、図４Ｂ、および図５に示す下型６ｂおよびロアーブランクホルダ８ｂに素材板７を配置し、素材板７の引っ張り量を矢印の長さで表した説明図である。また、図７Ａおよび図７Ｂは図６に示す下型６ｂおよびロアーブランクホルダ８ｂの部分断面図であり、図７Ａは下型６ｂの長手方向端部における幅方向中央部（引っ張り量が大きい部分）での部分断面図、図７Ｂは下型６ｂの長手方向端部における幅方向両端部（引っ張り量が小さい部分）での部分断面図である。下型６ｂは、複数の素材板７を積層して成るファンブレード２１の内の成形すべき一層の形状が転写されたファンブレード部６４（ドットで示す部分）と、ファンブレード部６４の周囲に沿って形成され成形すべきファンブレード２１の形状ではない余肉部６５とを有する。かかる下型６ｂは、ロアーブランクホルダ８ｂに上下方向に貫通形成された下型貫通孔８２に、スライド可能に挿通されている。

図４Ｂに示すように、ロアーブランクホルダ８ｂの下型貫通孔８２は、下型６ｂよりも一回り大きく形成されており、下型貫通孔８２の内面と下型６ｂの側面との間に、下型貫通孔８２に下型６ｂをスライド可能に挿入するための隙間Ｇｂが形成されている。また、図７Ａに示すように、アッパーブランクホルダ８ａにも下型６ｂが挿通される下型貫通孔８５が形成されており、下型貫通孔８５の内面と下型６ｂの側面との間には、その間に素材板７が介在された状態でアッパーブランクホルダ８ａを下型６ｂの頂面よりも下方まで下降させることができる隙間Ｇａが形成されている。この隙間Ｇａは、素材板７の板厚と同等若しくはそれよりも広く設定されている。

ファンブレード２１は既述のように空力特性を向上させるために大きく捻れているため、その形状が転写されたファンブレード型（下型）６ｂ、ペアファンブレード型（上型）６ａの表面も捻れた形状となっている。具体的には、下型６ｂは、図４Ａ、図４Ｂ、および図５に示すように、長手方向に間隔を隔てた峰部（頂部）６６を有すると共に、峰部６６同士を結ぶ稜線部６７を有する形状（略馬鞍状）となっている。また、下型６ｂは、図６に示すように、ファンブレード部６４の幅方向中央部６４ｘにおける下型６ｂの表面に沿った長手方向の長さ（直線距離ではなく下型６ｂの表面に沿った道のり）と、幅方向両端部６４ｙにおける下型６ｂの表面に沿った長手方向の長さ（直線距離ではなく下型６ｂの表面に沿った道のり）とを比べた場合、幅方向中央部６４ｘの方が幅方向両端部６４ｙよりも短い形状となっている。一方、上型６ａは、下型６ｂと凹凸が略逆の形状となっている。

（余肉部６５）
図６、図７Ａ、および図７Ｂに示すように、下型６ｂの余肉部６５は、ファンブレード部６４の周囲に均等に設定されているわけではなく、下型６ｂの長手方向端部における幅方向中央部６５ｘと、下型６ｂの長手方向端部における幅方向両端部６５ｙとで、断面形状が異なっている。ここで、幅方向とは、下型６ｂの長手方向Ｙ（図４Ａ参照）と直交する方向であり、断面形状とは、余肉部６５を素材板７の押付け方向（上下方向）で切断した際の形状である。

具体的には、余肉部６５は、下型６ｂの長手方向端部における幅方向中央部６５ｘの断面形状の角度（図７Ａ参照）が、下型６ｂの長手方向端部における幅方向両端部６５ｙの断面形状の角度（図７Ｂ参照）よりも、急角度となっている。すなわち、余肉部６５の幅方向中央部６５ｘの断面形状の角度（以下、断面角度と言う）は略直角となっているのに対し、余肉部６５の幅方向両端部６５ｙの断面角度は緩やかなスロープ状となっている。なお、上述した下型６ｂの幅方向中央部６５ｘの断面形状の角度（図７Ａ参照）および幅方向両端部６５ｙの断面形状の角度（図７Ｂ参照）は、ブレードの形状に応じて、適宜角度が設定される。

（ファンブレード２１の製造方法）
先ず、図４Ａ、図４Ｂおよび図５に示すロアーブランクホルダ８ｂを、その頂面が下型６ｂよりも上方に位置するまで、上方に移動させる（図３参照）。そのロアーブランクホルダ８ｂの頂面に、素材板７をヒータ９等によって可塑温度以上に加熱した状態で図６に示すように載置する。ここで、ファンブレード２１は既述のように空力特性を向上させるために大きく捻れているため、その形状が転写された下型６ｂも捻れた形状となっている。具体的には、下型６ｂは、図５に示すように、長手方向に間隔を隔てた峰部６６を有すると共に峰部６６同士を結ぶ稜線部６７を有する形状（略馬鞍状）となっている。このため、サーモフォーム成形工程において、素材板７を平板形状のまま下型６ｂに押し付けようとすると、下型６ｂの峰部６６から点接触が始まり、峰部６６同士の間の稜線部６７が対向する素材板７の中央部に適切なテンションが掛からず、皺の原因となる。

この問題に対応するため、素材板７を下型６ｂに押し付ける際、素材板７と下型６ｂとの接触がファンブレード部６４の稜線部６７に沿った線接触から始まるように、図５に示すように、素材板７を予め湾曲変形（１次曲げ）しておく。素材板７と下型６ｂとの接触がファンブレード部６４の稜線部６７に沿った線接触から始まることで、素材板７を下型６ｂに押し付けるサーモフォーム成形工程を通じて素材板７の全体に適切なテンションを維持でき、皺の発生を抑制できる。素材板７を予め曲げておく形状（１次曲げの形状）は、可展面形状（伸縮することなしに平面に展開できる形状）とすることが好ましい。平板状の素材板７を１次曲げする際の皺の発生を抑制できるからである。図５に示すロアーブランクホルダ８ｂの頂面は、１次曲げされた素材板７の下面の形状に合わせて湾曲成形されている。なお、図４Ａにおいて、１次曲げ形状の母線方向Ｘと素材板７の下型６ｂの長手方向Ｙとの交差角αは、１０度以上８０度以下となっており、この範囲の中でも３０度以上６０度以下が好ましい。交差角αが１０度以上８０度以下であればサーモフォーム成形による２次曲げにおける変形（可展面形状から非可展面形状への変形）の変形量を小さくでき、交差角αが３０度以上６０度以下であれば、上記変形量を更に小さくでき、皺の発生を一層抑制できるからである。

素材板７は、図２に示すように、主繊維７１の方向を下型（ファンブレード型）６ｂの長手方向Ｙに合わせて、ロアーブランクホルダ８ｂの頂面に載置される。本実施形態では、素材板７を、主繊維７１が下型６ｂの長手方向Ｙと平行になるようにロアーブランクホルダ８ｂの頂面に載置し、遠心力を受けるファンブレード２１の強度および剛性を可及的に高めている。但し、ファンブレード２１の強度および剛性を確保できるのであれば、主繊維７１が下型６ｂの長手方向Ｙと平行ではなくても構わない。この場合、主繊維７１と下型６ｂの長手方向Ｙとの角度は３０度以下が好ましく、１０度以下がより好ましい。これらの範囲内であれば、ファンブレード２１の適切な強度および剛性を確保できるからである。すなわち、主繊維７１の方向を下型６ｂの長手方向Ｙに合わせるとは、主繊維７１が下型６ｂの長手方向Ｙに対して平行であることに限られず、−３０度から＋３０度の範囲（より好ましくは−１０度から＋１０度の範囲）で交差する状態を含む概念である。

その後、図３に示すアッパーブランクホルダ８ａと上型６ａとを油圧装置等から成る押付手段によって一体的に下降させる。上型６ａの下面は下型６ｂの頂面の形状に合わせて成形され、アッパーブランクホルダ８ａの下面はロアーブランクホルダ８ｂの頂面の形状に合わせて成形されている。これにより、素材板７の周囲部分がアッパーブランクホルダ８ａとロアーブランクホルダ８ｂとの間に挟持され、アッパーブランクホルダ８ａおよび上型６ａの下降に伴ってロアーブランクホルダ８ｂがガイドロッド８１にガイドされて下降し、素材板７の中央部分が下型６ｂに押し付けられると共に上型６ａで押し潰されて上型６ａと下型６ｂとの間に挟まれる。

このようにして、素材板７は、その周囲がアッパーブランクホルダ８ａとロアーブランクホルダ８ｂとによって挟持された状態で、素材板７の主繊維７１の方向が下型６ｂの長手方向Ｙに合わせて、素材板７の中央部分が下型６ｂに押し当てられる。ここで、素材板７の主繊維７１の方向を下型６ｂの長手方向Ｙに合わせるとは、上述したように主繊維７１が下型６ｂの長手方向Ｙに対して平行であることに加え、−３０度から＋３０度の範囲（より好ましくは−１０度から＋１０度の範囲）で交差する状態を含む概念である。素材板７は、枠状のブランクホルダ８ａ、８ｂに保持されているので、下型６ｂに対して水平方向にずれるように移動することはなく、且つ、主繊維７１の方向に適度なテンションが掛かった状態で下型６ｂに押し付けられる。

このため、素材板７が上型６ａと下型６ｂとの間に挟まれてプレス成形される際、素材板７は、その中央部分が的確にプレスされ、且つ、主繊維７１の方向に常に引っ張られた状態となって皺が生じ難くなる。また、素材板７を上型６ａと下型６ｂとで挟み込んでいるので、素材板７が変形し難い材質や厚さを有していても素材板７に大きな力を加えることができ、素材板７を上型６ａおよび下型６ｂの形状に合わせて精度よく変形させることができる。なお、素材板７が下型６ｂに押し付けられた際、アッパーブランクホルダ８ａとロアーブランクホルダ８ｂとで挟持された素材板７の挟持部分の少なくとも一部分がブランクホルダ８ａ、８ｂから滑ることで、素材板７に過度のテンションが加わる事態を回避してもよい。

また、素材板７が下型６ｂに押し付けられた際、素材板７の長手方向端部７ａを主繊維７１に沿って引っ張ることで、素材板７の皺の発生を抑制してもよい。ここで、ファンブレード２１の形状が転写された下型６ｂは、既述のように捻れた形状となっている。詳しくは、下型６ｂは、図６に示すように、ファンブレード部６４の幅方向中央部６４ｘにおける下型６ｂの表面に沿った長手方向の長さ（直線距離ではなく下型６ｂの表面に沿った道のり）と、幅方向両端部６４ｙにおける下型６ｂの表面に沿った長手方向の長さ（直線距離ではなく下型６ｂの表面に沿った道のり）とを比べた場合、幅方向中央部６４ｘの方が幅方向両端部６４ｙよりも短い形状となっている。このため、サーモフォーム成形工程において、素材板７を下型６ｂに押し付けて図２に示す各主繊維７１を均等の長さで引っ張ったと仮定すると、幅方向中央部６４ｘにおける主繊維７１ｘ（図２参照）が余り、幅方向中央部６４ｘにおいて主繊維７１ｘに皺が発生し易くなる。

この問題に対応するため、上述した形状の下型６ｂに素材板７を押し付ける際、図６の矢印Ａに示すように、下型６ｂの長手方向端部における余肉部６５の幅方向中央部６５ｘに接する素材板７の幅方向中央部分７ｘを、下型６ｂの長手方向端部における余肉部６５の幅方向両端部６５ｙに接する素材板７の幅方向両端部分７ｙよりも、大きな引っ張り量で引っ張ることで、幅方向中央部６４ｘにおいて主繊維７１ｘが余る事態を回避し、主繊維７１ｘに皺が発生することを防止している。

すなわち、図６、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、下型６ｂの長手方向端部における余肉部６５の幅方向中央部６５ｘの断面角度が、下型６ｂの長手方向端部における余肉部６５の幅方向両端部６５ｙの断面角度よりも急角度となっている。これにより、ブランクホルダ８に挟持された素材板７が下降されて下型６ｂに押し付けられた際、図６、図７Ａに矢印Ａで示すように、素材板７の長手方向端部７ａの幅方向中央部分７ｘが、素材板７の長手方向端部７ａの幅方向両端部分７ｙよりも、大きな引っ張り量で主繊維７１に沿って引っ張られる。図６、図７Ａおよび図７Ｂに記された矢印Ａの長さは、素材板７の引っ張り量の大きさを表す。

このように、素材板７の長手方向端部７ａの幅方向中央部分７ｘが、素材板７の長手方向端部７ａの幅方向両端部分７ｙより大きな引っ張り量で主繊維７１に沿って引っ張られることで、素材板７の中央部の主繊維７１ｘ（図２参照）が余る事態を回避でき、成形品の中央部に皺が発生することが抑制される。なお、各主繊維７１の引っ張り量は、余肉部６５の幅方向中央部６５ｘと幅方向両端部６５ｙとの断面角度を、幅方向に変更することで調節できる。

（変形例）
本発明の変形例を図８、図９に示す。図８は変形例に係る下型６ｂおよびロアーブランクホルダ８ｂに１次曲げされた素材板７を載置した状態の平面図を示し、図９は図８の要部側断面図である。図８に示すように、ロアーブランクホルダ８ｂの頂面（アッパーブランクホルダ８ａとの対向面）に、下型６ｂの長手方向端部の外側に位置して、下型６ｂの長手方向と交差する方向にビード状に形成された凸部８３が設けられている。また、この凸部８３に合わせて、アッパーブランクホルダ８ａの下面に、凹部８４（図９参照）が設けられている。これら凸部８３および凹部８４は、下型６ｂの長手方向と略直交して交差する方向に形成されている。なお、凸部８３および凹部８４は、上下で凹凸が逆となっていてもよい。

この構成によれば、加熱されて可塑状態の素材板７をアッパーブランクホルダ８ａとロアーブランクホルダ８ｂとの間に挟んだとき、凸部８３に突き上げられた素材板７が凹部８４内に入り込むことで素材板７が主繊維７１の方向に引っ張られると共に、凸部８３および凹部８４によって挟持された素材板７が主繊維７１の方向に滑ることが抑制される。よって、可塑状態の素材板７をアッパーブランクホルダ８ａとロアーブランクホルダ８ｂとの間に挟んで下型６ｂに押し付けた際、素材板７における下型６ｂに対する長手方向端部７ａに、素材板７における下型６ｂに対する長手方向に直交する方向の端部７ｂよりも、強いテンションを与えることができ、成形品の皺の発生を抑制できる。なお、凸部８３および凹部８４に、複数の細かな突起や窪み等からなる摩擦部を形成し、凸部８３と凹部８４との間に挟持された素材板７の滑りを一層抑制してもよい。

また、上述した凸部８３をロアーブランクホルダ８ｂの上面における下型６ｂの周方向の所望の位置に配設すると共に、その位置に合わせてアッパーブランクホルダ８ａの下面に凹部８４を配設することで、凸部８３および凹部８４を配設した位置における素材板７の滑りを抑制し、所望の位置におけるテンションを高めるようにしてもよい。また、凸部８３および凹部８４が配設されない位置において、素材板７がブランクホルダ８ａ、８ｂの間から滑ることを、凸部８３および凹部８４が配置された位置よりも、許容するようにしてもよい。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。例えば、図３にて、素材板７をブランクホルダ８（アッパーブランクホルダ８ａ、ロアーブランクホルダ８ｂ）で挟持した後、ヒータ９とは異なる別途の加熱装置によって樹脂が柔らかくなる温度まで加熱してもよい。この場合、アッパーブランクホルダ８ａは、上型６ａとは別体とすることが好ましい。

（実施形態の概要）
本発明の第１の態様は、複数平行に配向された主繊維と、該主繊維に交差して複数平行に配向された副繊維と、これら主繊維および副繊維を一体化する樹脂とを有する素材板を加熱し、加熱した素材板をファンブレード型に押し付けるようにしたファンブレードの製造方法であって、前記ファンブレード型が、幅方向中央部における表面に沿った長手方向の長さが幅方向両端部における表面に沿った長手方向の長さよりも短い形状であり、かかるファンブレード型に前記素材板を押し付ける際、前記素材板を、前記主繊維の方向を前記ファンブレード型の長手方向に合わせて前記ファンブレード型に押し付けると共に、前記素材板の前記ファンブレード型の長手方向端部における幅方向中央部分を、前記素材板の前記ファンブレード型の長手方向端部における幅方向両端部分よりも、大きな引っ張り量で引っ張るようにしている。

本発明の第２の態様は、前記第１の態様において、前記ファンブレード型が、間隔を隔てた峰部を有すると共に該峰部同士を結ぶ稜線部を有する形状であり、加熱した前記素材板を前記ファンブレード型に押し付ける前に、前記素材板が前記ファンブレード型の前記稜線部に沿って接触するように前記素材板を予め曲げておき、このように曲げられた素材板を、前記稜線部に沿った線接触から始まるように前記ファンブレード型に押し付ける。

本発明の第３の態様は、前記第２の態様において、前記素材板を予め曲げておく形状を、可展面形状としている。

本発明の第４の態様は、前記第１から第３の何れか一態様において、前記素材板を枠状のブランクホルダで挟持し、該ブランクホルダで挟持した素材板を前記ファンブレード型に押し付けるようにしている。

本発明の第５の態様は、前記第４の態様において、前記ブランクホルダで挟持した素材板を前記ファンブレード型に押し付けた際、前記ブランクホルダで挟持された素材板の少なくとも一部分が前記ブランクホルダから滑るようにしている。

本発明の第６の態様は、前記第４または第５の態様において、前記ブランクホルダで挟持した素材板を前記ファンブレード型に押し付けると共に、押し付ける面と反対側の前記素材板の面に前記ファンブレード型と対を成すペアファンブレード型を押し付け、前記素材板をこれら２つの型の間に挟み込むようにしている。

本発明の第７の態様は、複数平行に配向された主繊維と、該主繊維に交差して複数平行に配向された副繊維と、これら主繊維および副繊維を一体化する樹脂とを有する素材板を加熱し、加熱した素材板をファンブレード型に押し付けるようにしたファンブレードの製造装置であって、前記素材板を、前記主繊維の方向を前記ファンブレード型の長手方向に合わせて該ファンブレード型に押し付ける押付手段を有し、前記ファンブレード型は、幅方向中央部における表面に沿った長手方向の長さが、幅方向両端部における表面に沿った長手方向の長さよりも短い形状であり、周囲に沿ってファンブレードの形状ではない余肉部を有し、長手方向端部における幅方向中央部分での前記余肉部の素材板押付け方向の断面角度が、長手方向端部における幅方向両端部分での前記余肉部の素材板押付け方向の断面角度よりも、急角度となっている。

本発明の第８の態様は、前記素材板を加熱した状態で挟持する枠状のブランクホルダを有し、該ブランクホルダで挟持した素材板を、前記押付手段によって前記ファンブレード型に押し付けるようにしている。

本発明の第９の態様は、前記第８の態様において、前記ブランクホルダが、前記素材板を挟むアッパーブランクホルダとロアーブランクホルダとを有し、これらアッパーブランクホルダとロアーブランクホルダとの対向面の少なくとも一部分に、前記素材板が前記アッパーブランクホルダと前記ロアーブランクホルダとの間から滑ることを抑えるための凹凸部を設けている。

本発明の第１０の態様は、前記第７から第９の何れか一態様において、前記ファンブレード型と対を成すペアファンブレード型を有し、該ペアファンブレード型が、前記素材板の前記ファンブレード型に押し付けられる側の面とは反対側の面を前記ファンブレード型に向けて押し付けるように移動されるようにしている。

本発明は、複数平行に配向された繊維を樹脂で一体化した素材板を用いてファンブレードを製造するようにした繊維強化複合材製のファンブレードの製造方法および製造装置に利用できる。

２ ファン
２１ ファンブレード
６ ファンブレード型ユニット
６ａ ペアファンブレード型（上型）
６ｂ ファンブレード型（下型）
６４ ファンブレード部
６４ｘ 幅方向中央部
６４ｙ 幅方向両端部
６５ 余肉部
６６ 峰部
６７ 稜線部
７ 素材板
７１ 主繊維
７２ 副繊維
７ａ 長手方向端部
７ｂ 長手方向に直交する方向の端部
７ｘ 幅方向中央部分
７ｙ 幅方向両端部分
８ ブランクホルダ
８ａ アッパーブランクホルダ
８ｂ ロアーブランクホルダ
８３ 凸部
８４ 凹部

Claims (10)

1. 複数平行に配向された主繊維と、該主繊維に交差して複数平行に配向された副繊維と、これら主繊維および副繊維を一体化する樹脂とを有する素材板を加熱し、加熱した素材板をファンブレード型に押し付けるようにしたファンブレードの製造方法であって、
   前記ファンブレード型が、幅方向中央部における表面に沿った長手方向の長さが幅方向両端部における表面に沿った長手方向の長さよりも短い形状であり、
   かかるファンブレード型に前記素材板を押し付ける際、
   前記素材板を、前記主繊維の方向を前記ファンブレード型の長手方向に合わせて前記ファンブレード型に押し付けると共に、
   前記素材板の前記ファンブレード型の長手方向端部における幅方向中央部分を、前記素材板の前記ファンブレード型の長手方向端部における幅方向両端部分よりも、大きな引っ張り量で引っ張る、ことを特徴とするファンブレードの製造方法。
2. 前記ファンブレード型が、間隔を隔てた峰部を有すると共に該峰部同士を結ぶ稜線部を有する形状であり、
   加熱した前記素材板を前記ファンブレード型に押し付ける前に、前記素材板が前記ファンブレード型の前記稜線部に沿って接触するように前記素材板を予め曲げておき、
   このように曲げられた素材板を、前記稜線部に沿った線接触から始まるように前記ファンブレード型に押し付ける、ことを特徴とする請求項１に記載のファンブレードの製造方法。
3. 前記素材板を予め曲げておく形状を、可展面形状としたことを特徴とする請求項２に記載のファンブレードの製造方法。
4. 前記素材板を枠状のブランクホルダで挟持し、
   該ブランクホルダで挟持した素材板を前記ファンブレード型に押し付ける、ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のファンブレードの製造方法。
5. 前記ブランクホルダで挟持した素材板を前記ファンブレード型に押し付けた際、前記ブランクホルダで挟持された素材板の少なくとも一部分が前記ブランクホルダから滑る、ことを特徴とする請求項４に記載のファンブレードの製造方法。
6. 前記ブランクホルダで挟持した素材板を前記ファンブレード型に押し付けると共に、押し付ける面と反対側の前記素材板の面に前記ファンブレード型と対を成すペアファンブレード型を押し付け、前記素材板をこれら２つの型の間に挟み込むようにした、ことを特徴とする請求項４または５に記載のファンブレードの製造方法。
7. 複数平行に配向された主繊維と、該主繊維に交差して複数平行に配向された副繊維と、これら主繊維および副繊維を一体化する樹脂とを有する素材板を加熱し、加熱した素材板をファンブレード型に押し付けるようにしたファンブレードの製造装置であって、
   前記素材板を、前記主繊維の方向を前記ファンブレード型の長手方向に合わせて該ファンブレード型に押し付ける押付手段を有し、
   前記ファンブレード型は、
   幅方向中央部における表面に沿った長手方向の長さが、幅方向両端部における表面に沿った長手方向の長さよりも短い形状であり、
   周囲に沿ってファンブレードの形状ではない余肉部を有し、
   長手方向端部における幅方向中央部分での前記余肉部の素材板押付け方向の断面角度が、長手方向端部における幅方向両端部分での前記余肉部の素材板押付け方向の断面角度よりも、急角度となっている、ことを特徴とするファンブレードの製造装置。
8. 前記素材板を加熱した状態で挟持する枠状のブランクホルダを有し、
   該ブランクホルダで挟持した素材板を、前記押付手段によって前記ファンブレード型に押し付ける、ことを特徴とする請求項７に記載のファンブレードの製造装置。
9. 前記ブランクホルダが、前記素材板を挟むアッパーブランクホルダとロアーブランクホルダとを有し、これらアッパーブランクホルダとロアーブランクホルダとの対向面の少なくとも一部分に、前記素材板が前記アッパーブランクホルダと前記ロアーブランクホルダとの間から滑ることを抑えるための凹凸部を設けた、ことを特徴とする請求項８に記載のファンブレードの製造装置。
10. 前記ファンブレード型と対を成すペアファンブレード型を有し、
    該ペアファンブレード型が、前記素材板の前記ファンブレード型に押し付けられる側の面とは反対側の面を前記ファンブレード型に向けて押し付けるように移動される、ことを特徴とする請求項７から９の何れか１項に記載のファンブレードの製造装置。

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