JP6270858B2 - ワンピース連結ロッド及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複合連結ロットに関する。より具体的にしかし限定することなく、航空学及び航空分野において利用可能な連結ロッドを製造する方法に関する。また、本発明はこのように分類される連結ロッドに関する。

連結ロッドは、補強部品、または、動作伝達部品であることが既知である。連結ロッドによって伝達される力は、主に、牽引力、圧力、及び、連結ロッドの端部での抵抗トルクに基づいた屈曲力である。

航空分野において、多数の連結ロッドが使用される。連結ロッドは、操縦装置要素、着地ギア、扉開口などにおいて使用され得る。説明に役立つ例として、図１は一般的な両端での異なる固定手段を有する連結ロッドの略図を示し、これらの手段は、動作を伝達する必要がある、または、そこから動作を受ける、または、固定をさせる必要がある要素への連結ロッドの固定を確実にする。

連結ロッドは、いくつかの基準に適合する必要がある構成部品である。連結ロッドは、−５５°〜１２０°を行き来する温度に晒されるために、大きな温度変化に耐えられる必要がある。また、それは、できるだけ高い機械的な強度／重量の比を有する必要がある。

それらの最も一般的な設計では、連結ロッドは、アルミニウムまたはステンレス鋼から作られるが、複合材料から作られる連結ロッドも市販されている。

特許文献１には、フィラメント・ワインディングによる複合的な連結ロッドを製造する方法が開示されている。この方法によると、内側本体は、取り外し可能なマンドレルの周りの巻き予備含浸ファイバ（winding preimpregnated fibers）によって作られる。次いで、固定手段を受容するように設計された末端部が内側本体に両端に配置される。次いで、外側本体が、内側本体及び両末端部の周囲のフィラメント・ワインディングによって作られる。最後に、２つの本体は、重合され、内側本体及び外側本体を作る同一の予備含浸ファイバの使用により、界面で不連続性及び間隙が全くないワンピース本体を形成する。引用文献２の方法に従って取得される連結ロッドが図２に示され、その両端で末端部を把持する単一辺における連結ロッド、固定の手段の後のねじ締めを可能にするためにねじ山を付けられた末端部を確認できる。

特許文献１のよる連結ロッド内の材料均質性は、温度の変化中の膨張差の問題が全くない本体を作ることを可能にする。しかしながら、この方法は、末端部が製造中に配置されることで、連結ロッド本体の一体部分ではないという欠点を有する。これらは界面でのひび割れ及び剥離の発生を引き起こすだろう。さらに、末端部及び連結ロッドが異なる樹脂の複合材料から作られる場合、経年劣化問題が起こり得る。

特許文献２には、固定手段を組み入れる複合材料から作られるワンピースの連結ロッドを製造する方法が記載されている。この方法は、フィラメント・ワインディングによって、かつ、ドレープ成形によって、予備含浸ファイバを配置するステップを備える。この方法は、いくつかの欠点がある。先ず、可融マンドレルが必要であり、すなわち、各連結ロッドに新しいマンドレルを作る必要がある。さらに、可融マンドレルの弱い機械的強度のせいで、小さな直径／長さの比を有する、かつ、小さな中心距離を有する分岐を有する連結ロッドを作ることが不可能である。次いで、所定のファイバ層間に接着フィルム及びガラス織布が必要であり、構造を均質性でないものにする。最後に、コンパクト化するステップ、及び、オートクレーブ重合ステップが必要であるという欠点もある。

同様に、特許文献３には、可融コアを必要とする複合部品のフィラメント・ワインディングによる製造方法が記載されている。

また、引用文献４から、ドレープ成形による連結ロッドを製造する方法が既知である。ドレープ成形方法は、フィラメント・ワインディングの場合のように正確なファイバの配置が不可能である欠点がある。従って、連結ロッドの減らされた区分の両端で、覆われるべき部分のできるだけ近くに折り目を配置することが可能な切込みを入れる必要がある。同様に、折り目を畳む際に、ファイバのシフトが可視であり得る。このお粗末なファイバの配置は、樹脂とファイバとの間の使用における力の分布に悪い影響を与えるだろう。ドレープ成形も主に手作業であるため、ファイバの配置、すなわち機械的特性が、１つの連結ロッドから次のものに完全に同一になることを保障することはできず、この機械的特性の連続性の欠如は航空分野では非常に弊害である。

国際公開第２０１０／１４９７６８号 欧州特許出願公開第０６２６２５０号明細書 国際公開第２０１０／０８４２８６号 国際公開第２００８／０６６６０６号

本発明は、固定手段が連結ロッド本体に組み込まれる、ワンピースの連結ロッドを作ることを課題とする。

従って、本発明は、間隙または不連続性が全くなく、機械的かつ捏強度基準を満たす、完全に均質な構造を有する連結ロッドを作ることを課題とする。

また、本発明は、フィラメント・ワインディングによって、可融コアを必要としない方法から連結ロッドを作ることを課題とする。

本発明は、フィラメント・ワインディングによって連結ロッドを製造する方法に関し、当該方法は下記のステップを備える。
− マンドレルを提供するステップ；
−内側本体を作るステップであって、
− 前記マンドレルの周囲に予備含浸ファイバを巻くことによって第１の部品を製造するステップ；
−前記マンドレルを取り除くステップ；
−前記第１の部品を第２の部品と一緒に組み立てるステップ；
によって内側本体を作るステップ；
−前記内側本体の周囲に予備含浸ファイバを巻くことによって外側本体を作るステップであって、前記予備含浸ファイバは、前記第１の部品の製造で使用した予備含浸ファイバと同一である、ステップ；
− 前記内側本体及び前記外側本体による組立体の重合によりワンピース本体を作るステップ；
− 前記ワンピース本体の一端に固定要素を機械加工するステップ。

本発明の特定の実施形態によると、本方法は、次の特徴も少なくとも１つ、または、適切な組み合わせを備える。
− 前記第２の部品も、前記マンドレルに周囲に予備含浸ファイバを巻くことによって作られ、前記予備含浸ファイバは、前記第１の部品及び外側本体の製造で使用した予備含浸ファイバと同一である；
− 前記第２の部品に肩部を作るステップを備え、前記肩部は、前記第１の部品を有する組立体で支持するために役立つ；
− チューブが前記第２の部品に挿入され、前記肩部を形成し、前記チューブは、前記内側本体及び前記外側本体に使用した予備含浸ファイバを使用するフィラメント・ワインディングを介して製造される；
− 前記チューブは、前記第２の部品への挿入の前に樹脂の層でコートされ、前記樹脂は、前記内側本体及び前記外側本体を作る際に使用された予備含浸ファイバの樹脂と同一である；
− 少なくとも前記第１の部品は、組立ての前に部分的に重合される；
− 予備含浸ファイバの追加層が、前記外側本体の製造中に、前記内側本体の一端または両端に巻かれる；
− 前記ワンピース本体に他端に固定要素を機械加工するステップを備える。
−前記第２の部品は、前記第１の部品との組み立て中に、支持する役割を果たす肩部が設けられた末端部である；
− 前記フィラメント・ワインディング角度は、前記外側本体を作る間に前記内側本体に沿って変化する；
− 前記マンドレルは、連結部品によって矩形区画を有する部品に連結された円筒状部分を備える。

また発明は、２つの連結ロッド頭部を連結する連結ロッド本体を備える連結ロッドであって、前記連結ロッド頭部の１つは、固定要素であり、前記連結ロッド本体及び前記固定要素が、１つかつ同一の複合材料で作られるワンピースの組立体を形成する連結ロッドに関する。

本発明の特定の実施形態によると、本方法は、次の特徴も少なくとも１つ、または、適切な組み合わせを備える。
− 他の前記連結ロッド頭部も、固定要素であり、前記連結ロッド本体及び２つの前記連結ロッド頭部が、前記１つかつ同一の複合材料から作られる；
− 前記他の連結ロッド頭部は、末端部を備える；
− 前記末端部は、金属、カーボン、または、プラスチック材から作られる；
− 前記ワンピースの組立体の断面全体及び縦断面全体を介して不連続及び間隙が全くない。

上述の、連結ロッドの異なる固定手段を有する最新技術による金属連結ロッドの略図である。 上述の、（固定手段なしの）最新技術による複合連結ロッドの縦断面図である。 本発明による複合連結ロッドの正面図である。 本発明による連結ロッドの内側本体の構成部品の１つの縦断面図と、その部品の背面図である。 本発明による連結ロッドの内側本体を作るために使用されるマンドレルの上面図である。 本発明による連結ロッドの内側本体を作るために使用されるマンドレルの正面図である。 肩部を形成するためのチューブを有する、本発明による連結ロッドの内側本体の構成部品の１つのアセンブリを示す図と、アセンブリの半分とを示す図である。 アセンブリ後の本発明による連結ロッドの内側本体の種々の構成部品の縦端面図である。 本発明による連結ロッドの内側本体の両端のジャーナル軸受の配置を示す図である。 図８のジャーナル軸受上の歯の配置を示す図である。 内側本体に周囲にフィラメント・ワインディングするステップを示す図である。 内側本体の端に追加層を有する内側本体の周囲にワイヤの積層を示す図である。 後硬化の前の本発明による連結ロッドの内側本体及び外側本体の縦断面図である。 （トラニオンを外す前の）後硬化の後の本発明による連結ロッドのワンピース本体の縦断面図である。 （トラニオンを外した後の）後硬化の後の本発明による連結ロッドのワンピース本体の縦断面図である。 固定要素の加工後の本発明による連結ロッドの一端の立体図である。 連結ロッド本体と連結ロッド頭部との間のファイバの連続性を示す立体図である。 図４の部品の一端を有する末端部の、本発明の一変形例における、組立てステップである２つの縦断面図である。

本発明は複合連結ロッドに関する。本発明による複合連結ロッド１は、図３に示すような２つの連結ロッド頭部３を連結する、空洞の円筒状部分２を備える。２つの連結ロッド頭部３は、増加する区画と、頭部３から円筒状部分２に向けて薄くなる壁厚と、を有する略円錐状部分４によって円筒状部分２に連結され、略円錐状部分４及び円筒状部分２が連結ロッド本体を形成する。

本発明によると、１つまたは両方の連結ロッド頭部は、連結ロッド本体と同じ材料で作られ、例えば、分岐型などの固定要素の形をしている。次いで、円筒状部分２、円錐状部分４、及び、連結ロッド頭部３の組み立てが、ワンピースの連結ロッド１を形成する。「ワンピース」とは接着剤、粘着剤、またはガラス織布などの他の材料を足すことなく、連結ロッド全体が１つ及び同一の複合材料で作られることを意味する。これは、切込みが入れられる場所に関係なく、連結ロッドの垂直または縦断面全体に亘って（不連続性が全くなく）、構造が均整性であることを意味する。従って、均質な構造は、結合面、分岐点不良、または、界面不良を有さない。また、「ワンピースの連結ロッド」は、１つの連結ロッド頭部だけが連結ロッドの一体部品であって、かつ、連結ロッド本体と同じ材料で作られ、別の連結ロッド頭部は特許文献１に記載されているように配置された末端部を備える、連結ロッドを意味する。この場合、固定要素は、取り付けられた末端部の一体部品であり得、または、末端部は、固定要素を連続して受容するためにねじが切られていてもよい。この変形例の方法も本願明細書で説明される。

先ず、本発明による方法は、連結ロッド本体と同じ材料で作られる２つの連結ロッド頭部を備えるワンピースの連結ロッドの製造用に下記に図示される。

第１のステップａ）は、失われるマンドレルとも称される、名前が示すように、最終製品では失われる、内側本体を作るステップから成る。内側本体は、順に下記のように作られる２つの部品を組み立てることによって作られる。第１の部品６は、図４に示されるように、マンドレル上に予備含浸ファイバを巻くステップ（図には示されないウィンディング）、部分的な重合によってそれを固めるステップ、及び、マンドレルを取り外すステップから成る従来のフィラメント・ワインディング方法を使用して作られる。図５ａ及び図５ｂに示されるマンドレル８は、連結ロッドのそれと略一致する形状を有する円筒状部分９を有し、連結ロッドの略円錐状部分４に対応する連結部品１０によって延長され、かつ、固定要素の形状で連結ロッド頭部を作るように設計された矩形区画を有する部品１１で終端する。連結部品１０は、その上面及び下面に、３つの連続した面において延在する平坦区画２０を有する（図５ａ参照）。

第２の部品も、マンドレル８の周囲のフィラメント・ワインディングによって作られ、かつ、部分的に重合され、マンドレルは部分的な重合の後に取り外される。２つの部品６及び７が必要に応じて様々な長さを有する円筒状部分を有し得ることが明確にされるだろう。例えば、第１の部品は、第２の部品の長さより長い長さを有する円筒状部分を有し得る。

次いで、肩部１２が、第２の部品７の円筒状部分に配置される。肩部１２は、図６に示されるように、円錐状部分に対して支えられるまで円筒状部分の内側にチューブ１３を追加することによって形成され、チューブは、円筒状部分の内径よりわずかに小さな外形を当然有する。本発明によると、チューブは、フィラメント・ワインディング方法を使用して事前に作られ、かつ部分的に重合される。本発明におけるワンピース本体を作るために、チューブを製造するために使用された予備含浸ファイバは、部品６及び７のために使用されたものと同じである。さらに、チューブは、好ましくは、第２の部品内への挿入及び第１の部品の組み立ての前に予備含浸ファイバのそれと同一の樹脂の層でコートされる。このコーティングの目的は、部品６及び７とチューブ１３との間の間隙の形成を避けることであり、これにより、本発明によるワンピースの連結ロッドの取得を可能にする。

または、肩部１２は、チューブの挿入を介して形成されるのではなく、第２の部品７に機械加工され得る。

次いで、２つの部品６、７が組み立てられ、第１の部品６は第２の部品７の肩部１２に支持される（図７参照）。

第２のステップｂ）は、図１２に示されるように、内側本体５の周囲に外側本体４を作るステップから成る。そのために、フィラメント・ワインディング機械上のその組立てのために内側本体の両端にジャーナル軸受及び歯１３を配置した後に、予備含浸ファイバ１７が内側本体５全体の上に巻かれる（図８〜１０参照）。本発明によると、内側本体及び外側本体を製造するために使用される予備含浸ファイバは、同じ（同じファイバ、同じ樹脂）であり、これにより、２つの本体間に全く不連続性がない製品を最終的に作る。連結ロッド頭部で所望の厚みを得るために、追加層２１が、図１１に示されるように内側本体５の両端に配置され得る。追加層２１は、矩形区画を有する連結ロッド頭部に、かつ、部分的に連結部品に配置され得る。内側本体に沿ってファイバの連続した層を追加することによって、図１２に示されるような連結ロッド本体の完成した外形が得られる。得られた連結ロッドの機械的特性を補強するために、巻き角度は両端で変更され得る。

第３のステップｃ）では、外側本体１４及び内側本体５は重合され、これにより、内側本体及び外側本体が、２つに本体間に界面で不連続性または間隙が全くないたった１つの本体を形成するところの、ワンピース本体１８を取得する（図１３及び図１４参照）。従って、断面において、内側本体を外側本体から識別することはもうできない。

第４のステップｄ）では、固定要素１９が各連結ロッド頭部及び部分的に円錐状部分４内に機械加工される（図１５参照）。すべての斜交線領域が、各端に分岐を有する、図３に図示されたようなワンピースに連結ロッドを最終的に形成するために機械加工された部品の範囲を示す。または、別のタイプの固定要素が作られる場合では、さらに離間した斜交線領域を有する外側領域だけが機械加工されてもよい。

上述のような連結ロッドを製造する方法は、１つの連結ロッド頭部だけが固定要素を形成するように機械加工される際に、別の頭部が位置付けらえた末端部を備えるように適合される必要がある。この変形例によると、第１のステップａ）では、肩部１２が設けられる末端部２２は、構成部品６の円形区画を有する端部に配置される（図１７参照）。末端部は、金属であり得、高抵抗プラスチック材料、カーボン、または目的とする用途に適切な任意の別の材料から作られ得る。上述のように、末端部は、固定要素を受容するためにねじが切られてもよく、または、固定要素を直接備えてもよい。

末端部２２との部品６の組み立ては、内側本体を形成し、ステップｂ）で内側本体の周囲に予備含浸ファイバが巻かれて、上述に方法と同様に外側本体を形成する。ステップｃ）も同様である。第４のステップｄ）では、固定要素は、矩形区画を有する連結ロッド頭部のみ内に前述のように機械加工される。

この方法の両方の変形例において、マンドレル、連結ロッド本体、及び連結ロッド頭部の形状は、例示目的で提供されていることが明確にされるだろう。連結ロッドのいわゆる「円筒状」部分は、楕円、四角形などの円形以外の断面を有し得、これにより、マンドレルの形状は変更され得る。いわゆる「略円錐状」部品や、固定要素の機械加工前の矩形区画を有する連結ロッド頭部についても同じことが言える。同様に、連結ロッド頭部が機械加工後に分岐を形成するように示されてきたが、必要に応じて別の形状を成し得る。

本発明によると、ファイバは、好ましくは、カーボンファイバであり、樹脂は、後硬化ステップｃ）の前に連結ロッドのすべての構成部品の十分な剛性を確実にするように選択される必要がある。例えば、それはエポキシ樹脂であり得る。

［本願発明における方法の利点］
− 本発明によると、固定要素を含む連結ロッド全体は、同じ予備含浸ファイバで作られる。同じ樹脂及び同じファイバを使用することで、熱膨張差問題が全くない、ステップｃ）における後硬化中に、ワンピース本体を作ることを可能にする。
− 固定要素を組み込む連結ロッドの製造は、追加的なステップで固定要素を配置する必要がないため、コストを下げること可能にする。
− 複合材料で連結ロッド全体を作ることで、取り付けられた金属の末端部を有する連結ロッドと比較して重さを軽くすることを可能にする。
− 図１６に示すように、連結ロッド本体と分岐との間でファイバが連続している。これにより、分岐が機械的な応力を受ける際に連結ロッド本体が負荷を引き受けるため、疲労挙動を改善することを可能にする。
− 本発明による方法は柔軟性がある。このことは、一端に固定要素を、かつ、他端にねじが切られた末端部を備える連結ロッドを製造することを可能にし、これにより、末端部に固定要素がねじ止めされる。
− また、本発明による方法は、従来のフィラメント・ワインディング方法を使用して複雑な部品を作り、製造コストを下げることを可能にする利点を有する。方法の実施及び連結ロッド自体に設計において有利である。
− 本発明における方法は、可融コアを全く必要としない。これにより、
− 製造コストを下げる；
− マンドレルの崩壊及び屈曲なしで低い直径／長さの比を有する連結ロッドを製造する；
− 分岐で小さな中心距離、３ｍｍほどに小さくできる、を有する連結ロッドを製造する；
− 連結ロッドのより良好な表面仕上げ、及び、これによる、より良好な超音波検査の信号の受信を得る。

１ 連結ロッド
２ 連結ロッドの円筒状部分
３ 連結ロッド頭部
４ 略円錐状部分
５ 内側本体
６ 第１の部品
７ 第２の部品
８ マンドレル
９ マンドレルの円筒状部分
１０ マンドレルの連結部品
１１ マンドレルの矩形区画部品
１２ 肩部
１３ チューブ
１４ 外側本体
１５ ジャーナル軸受
１６ 歯
１７ 予備含浸ファイバ
１８ ワンピース本体
１９ 固定要素
２０ 平坦区画
２１ 追加層
２２ 末端部

Claims (10)

1. フィラメント・ワインディングによって連結ロッド（２）を製造する方法であって、当該方法は：
   −マンドレル（８）を提供するステップと；
   −内側本体（５）を作るステップであって、
   −前記マンドレル（８）の周囲に予備含浸ファイバ（１７）を巻くことによって第１の部品（６）を製造するステップ；
   −前記マンドレル（８）を取り除くステップ；
   −前記第１の部品（６）を第２の部品（７、２２）と一緒に組み立てるステップ；
   によって内側本体（５）を作るステップと；
   −前記内側本体（５）の周囲に予備含浸ファイバ（１７）を巻くことによって外側本体（１４）を作るステップであって、前記予備含浸ファイバ（１７）は、前記第１の部品（６）の製造で使用した予備含浸ファイバ（１７）と同一である、ステップと；
   −前記内側本体（５）及び前記外側本体（１４）による組立体の重合によりワンピース本体（１８）を作るステップと；
   −前記ワンピース本体（１８）の一端に固定要素（１９）を機械加工するステップ；
   を備え、
   予備含浸ファイバ（１７）の追加層（２１）が、前記外側本体（１４）の製造中に、前記内側本体（５）の一端または両端に巻かれることを特徴とする方法。
2. 前記第２の部品（７）も、前記マンドレル（８）に周囲に予備含浸ファイバ（１７）を巻くことによって作られ、前記予備含浸ファイバ（１７）は、前記第１の部品（６）及び外側本体（１４）の製造で使用した予備含浸ファイバ（１７）と同一であることを特徴する請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の部品（７）に肩部（１２）を作るステップを備え、前記肩部（１２）は、前記第１の部品を有する組立体で支持するために役立つことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. チューブ（１３）が前記第２の部品（７）に挿入され、前記肩部（１２）を形成し、前記チューブ（１３）は、前記内側本体（５）及び前記外側本体（１４）に使用した予備含浸ファイバ（１７）を使用するフィラメント・ワインディングを介して製造されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記チューブ（１３）は、前記第２の部品（７）への挿入の前に樹脂の層でコートされ、前記樹脂は、前記内側本体（５）及び前記外側本体（１４）を作る際に使用された予備含浸ファイバ（１７）の樹脂と同一であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 少なくとも前記第１の部品（６）は、組立ての前に部分的に重合されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ワンピース本体（１８）に他端に固定要素（１９）を機械加工するステップを備えることを特徴とする請求項１〜６にいずれか一項に記載の方法。
8. 前記第２の部品は、前記第１の部品（６）との組み立て中に、支持する役割を果たす肩部（１２）が設けられた末端部（２２）であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記フィラメント・ワインディング角度は、前記外側本体（１４）を作る間に前記内側本体（５）に沿って変化することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記マンドレル（８）は、連結部品（１０）によって矩形区画（１１）を有する部品に連結された円筒状部分（９）を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。

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