JPH0569491A - 折れ曲がり形状の複合材層の製造方法及びその装置 - Google Patents
折れ曲がり形状の複合材層の製造方法及びその装置Info
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- JPH0569491A JPH0569491A JP4025630A JP2563092A JPH0569491A JP H0569491 A JPH0569491 A JP H0569491A JP 4025630 A JP4025630 A JP 4025630A JP 2563092 A JP2563092 A JP 2563092A JP H0569491 A JPH0569491 A JP H0569491A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】複数の高張力強度繊維を一方向に整列するとと
もに全長にわたってよじれがなく、適当な媒体によって
接合されたドッグレッグ形状または折れ曲がり形状の複
合材層を形成する方法を提供。 【構成】円筒部の半径に等しい内側半径と内側半径より
大きい外側半径を有するとともに、内側半径部と外側半
径部間に円錐面を形成する円錐台状突条３４，３６，３
８を円筒部材の円周方向の一部に形成したマンドリル２
８を設け、高張力フィラメント５２をマンドリル２８の
円周方向にスプール状に巻回し、最終ループが外側半径
部に巻回されるまで継続し、巻回されたフィラメント５
２をマンドリル２８の軸線に沿って切断して湾曲部と両
端の湾曲部の接線方向に延びる直線部を有するフィラメ
ント５２は、全長において一方向に整列された層を形成
するドッグレッグ形状複合材層を形成する。
もに全長にわたってよじれがなく、適当な媒体によって
接合されたドッグレッグ形状または折れ曲がり形状の複
合材層を形成する方法を提供。 【構成】円筒部の半径に等しい内側半径と内側半径より
大きい外側半径を有するとともに、内側半径部と外側半
径部間に円錐面を形成する円錐台状突条３４，３６，３
８を円筒部材の円周方向の一部に形成したマンドリル２
８を設け、高張力フィラメント５２をマンドリル２８の
円周方向にスプール状に巻回し、最終ループが外側半径
部に巻回されるまで継続し、巻回されたフィラメント５
２をマンドリル２８の軸線に沿って切断して湾曲部と両
端の湾曲部の接線方向に延びる直線部を有するフィラメ
ント５２は、全長において一方向に整列された層を形成
するドッグレッグ形状複合材層を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、一方向に整列された
高張力繊維を樹脂により接合して形成し、動作中の種々
の程度の動きを吸収するために積層して使用される折れ
曲がり形状の複合材層の製造方法に関するものである。
高張力繊維を樹脂により接合して形成し、動作中の種々
の程度の動きを吸収するために積層して使用される折れ
曲がり形状の複合材層の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】こうした折れ曲がり形状の複合材層は、
中心ハブから外向きに奇数、好ましくは五つの脚部を突
出させる形式のペンタフレックス(Pentaflex)（商標
名）型のヘリコプタロータのフレキシビームの製造に特
に適している。こうしたフレキシビームは、複数の折れ
曲がり形状の複合材層で形成されており、各層はフレキ
シビームの脚部の一つからハブを通ってほぼ直径方向に
対向する脚部まで延びており、動作中のヘリコプタブレ
ードに負荷される遠心力等の負荷を伝達するとともに、
ヘリコプタロータの運転中のピッチの変化、リードラ
グ、フラッピング、捻り運動等動作に反応するように構
成されている。
中心ハブから外向きに奇数、好ましくは五つの脚部を突
出させる形式のペンタフレックス(Pentaflex)（商標
名）型のヘリコプタロータのフレキシビームの製造に特
に適している。こうしたフレキシビームは、複数の折れ
曲がり形状の複合材層で形成されており、各層はフレキ
シビームの脚部の一つからハブを通ってほぼ直径方向に
対向する脚部まで延びており、動作中のヘリコプタブレ
ードに負荷される遠心力等の負荷を伝達するとともに、
ヘリコプタロータの運転中のピッチの変化、リードラ
グ、フラッピング、捻り運動等動作に反応するように構
成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ヘリコプタロータのフ
レキシビームにおいては、フレキシビームが軽量であ
り、ヘリコプタの運転中における遠心力等に大きな負荷
に耐えることが出来る必要があるとともに、ヘリコプタ
ロータの運転中のピッチの変化、リードラグ、フラッピ
ング、捻り運動等動作に反応することが出来ることが必
要となる。こうした動作環境において、複合材製のフレ
キシビーム、特に層の全長にわたった一方向に整列され
た高張力繊維を樹脂によって接合した複合材によって形
成されたフレキシビームは魅力的である。こうした複合
材によって形成した二つの折れ曲がり形状の層を形成し
て、鏡状に逆向きにフレキシビームの全長または他の複
合材層と組み合わせてその一部に配置し、次いでフレキ
シビームハブを通過する部分で二股となるとともに折れ
曲がり形状の層をその全長またはその長さの一部に配置
することにより折れ曲がり形状の層が相互にほぼ対向す
る脚部の半分の幅を占有するように配置することが出来
る。この結果、非常に好ましい負荷伝達、特に遠心力の
伝達がフレキシビームの脚部間で得られ、フレキシビー
ムの可撓性によって所要の動作の吸収が可能となる。
レキシビームにおいては、フレキシビームが軽量であ
り、ヘリコプタの運転中における遠心力等に大きな負荷
に耐えることが出来る必要があるとともに、ヘリコプタ
ロータの運転中のピッチの変化、リードラグ、フラッピ
ング、捻り運動等動作に反応することが出来ることが必
要となる。こうした動作環境において、複合材製のフレ
キシビーム、特に層の全長にわたった一方向に整列され
た高張力繊維を樹脂によって接合した複合材によって形
成されたフレキシビームは魅力的である。こうした複合
材によって形成した二つの折れ曲がり形状の層を形成し
て、鏡状に逆向きにフレキシビームの全長または他の複
合材層と組み合わせてその一部に配置し、次いでフレキ
シビームハブを通過する部分で二股となるとともに折れ
曲がり形状の層をその全長またはその長さの一部に配置
することにより折れ曲がり形状の層が相互にほぼ対向す
る脚部の半分の幅を占有するように配置することが出来
る。この結果、非常に好ましい負荷伝達、特に遠心力の
伝達がフレキシビームの脚部間で得られ、フレキシビー
ムの可撓性によって所要の動作の吸収が可能となる。
【０００４】したがって、こうしたフレキシビームヘリ
コプタロータの製造において、こうした折れ曲がり形状
の複合材層を安価で、迅速且つ量産が出来ることが非常
に重要となっている。
コプタロータの製造において、こうした折れ曲がり形状
の複合材層を安価で、迅速且つ量産が出来ることが非常
に重要となっている。
【０００５】こうした層を形成するための従来技術にお
いては、繊維を回転するマンドリルに巻き付けることに
よって層を形成する方法が知られている。例えば、ドイ
ツ特許３，２４３，５１９においては、円筒状のマンド
リルが示されており、このマンドリルの軸線に沿って長
菱型形状の突起が形成される。このドイツ特許の構成
は、繊維またはフィラメントをマンドリルの長菱型突起
間に巻き付けて湾曲したスプリングロッドを形成するも
のである。しかしながら、このドイツ特許においては、
長菱型突起にはフィラメントを巻き付けず、その間のく
ぼみ部にフィラメントを巻き付ける構成と成っている。
ダブリュー．ピイ．シグムンド(W. P. Siegmund)に１９
６９年１０月１４日に付与されたアメリカ特許３，４７
２，７１８の「ディスプレイ装置の製造方法」において
は、ディスプレイ装置はいくつかのスタックされた棚板
で形成され、それらのいくつかが長方形形状に形成され
るとともに、円筒状マンドリルに巻き付けられたフィラ
メントで形成され、またいくつかは、円錐形のマンドリ
ルに巻き付けて円弧状に形成されている。したがって、
このアメリカ特許においては、直線状のフィラメント層
及び円弧状のフィラメント層を形成することは可能であ
るが、これら二つを組み合わせて形成することは出来な
い。折れ曲がり形状またはドッグレッグ形状のフィラメ
ントを上記のアメリカ特許により形成しようとする場
合、湾曲したフィラメント層の両端に直線状のフィラメ
ント層を接合することが必要となる。こうした構成によ
っては、高い引っ張り強度を持つドッグレッグ形状層を
形成することは出来ず、湾曲層の両端と直線層の間に樹
脂または他の接着剤層を形成することとなる。こうした
樹脂の接合部は、例えばヘリコプタの運転中に発生する
遠心力負荷等の大きな引っ張り力に耐えることは出来な
い。これに対して、本発明は、全長において一方向に高
強度フィラメントを整列して配置した高い引っ張り強度
を有し、例えばフレキシビームヘリコプタロータの動作
によって生じるような大きな引っ張り負荷を伝達するこ
とが出来るドッグレッグ形状層を形成しようとするもの
である。
いては、繊維を回転するマンドリルに巻き付けることに
よって層を形成する方法が知られている。例えば、ドイ
ツ特許３，２４３，５１９においては、円筒状のマンド
リルが示されており、このマンドリルの軸線に沿って長
菱型形状の突起が形成される。このドイツ特許の構成
は、繊維またはフィラメントをマンドリルの長菱型突起
間に巻き付けて湾曲したスプリングロッドを形成するも
のである。しかしながら、このドイツ特許においては、
長菱型突起にはフィラメントを巻き付けず、その間のく
ぼみ部にフィラメントを巻き付ける構成と成っている。
ダブリュー．ピイ．シグムンド(W. P. Siegmund)に１９
６９年１０月１４日に付与されたアメリカ特許３，４７
２，７１８の「ディスプレイ装置の製造方法」において
は、ディスプレイ装置はいくつかのスタックされた棚板
で形成され、それらのいくつかが長方形形状に形成され
るとともに、円筒状マンドリルに巻き付けられたフィラ
メントで形成され、またいくつかは、円錐形のマンドリ
ルに巻き付けて円弧状に形成されている。したがって、
このアメリカ特許においては、直線状のフィラメント層
及び円弧状のフィラメント層を形成することは可能であ
るが、これら二つを組み合わせて形成することは出来な
い。折れ曲がり形状またはドッグレッグ形状のフィラメ
ントを上記のアメリカ特許により形成しようとする場
合、湾曲したフィラメント層の両端に直線状のフィラメ
ント層を接合することが必要となる。こうした構成によ
っては、高い引っ張り強度を持つドッグレッグ形状層を
形成することは出来ず、湾曲層の両端と直線層の間に樹
脂または他の接着剤層を形成することとなる。こうした
樹脂の接合部は、例えばヘリコプタの運転中に発生する
遠心力負荷等の大きな引っ張り力に耐えることは出来な
い。これに対して、本発明は、全長において一方向に高
強度フィラメントを整列して配置した高い引っ張り強度
を有し、例えばフレキシビームヘリコプタロータの動作
によって生じるような大きな引っ張り負荷を伝達するこ
とが出来るドッグレッグ形状層を形成しようとするもの
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明の目的
は、複数の高張力強度繊維を一方向に整列するとともに
全長にわたってよじれがなく、適当な接合媒体によって
接合されたドッグレッグ形状または折れ曲がり形状の複
合材層を形成する方法を提供することにある。
は、複数の高張力強度繊維を一方向に整列するとともに
全長にわたってよじれがなく、適当な接合媒体によって
接合されたドッグレッグ形状または折れ曲がり形状の複
合材層を形成する方法を提供することにある。
【０００７】上記の目的を達成するために、本発明の第
一の構成によれば、円筒形状に形成され回転軸線を中心
に回転するとともに、外周面から突出し、回転軸線に対
して垂直な面に円筒部の半径に等しい内側半径を有し、
前記回転軸線に沿って前記内側半径形成面より離間した
回転軸線に対して垂直な面に前記内側半径よりも大きい
外側半径を有するとともに、前記内側半径部と外側半径
部間に円錐面を形成する円錐台状突条を円周方向の一部
に形成したマンドリルを設け、フィラメントをマンドリ
ルの円筒面に実質的に接線方向にスプール状に巻回する
フィラメント巻付機を設け、高張力フィラメントを前記
フィラメント巻付機により、最初のフィラメントのルー
プが前記内側半径を規定する前記円錐台状突条の面に位
置するようにマンドリルの円周方向にスプール状に巻回
し、各後続のフィラメントのループが直前に巻回された
フィラメントのループに近接して隣接し、前記円筒面に
係合するとともに前回巻回されたループよりも僅かに大
きい半径で巻回されるようにフィラメントを漸次巻回
し、フィラメントの巻回を、前記円錐台面の前記外側半
径部に最終のループが巻回されるまで継続し、巻回され
たフィラメントを前記円錐台状突条配設部位の直径方向
の範囲側の位置でマンドリルの軸線に沿って切断し、切
断されたフィラメントをマンドリルから平坦面に移し
て、湾曲部と両端の湾曲部の接線方向に延びる直線部を
有するフィラメントは、全長において一方向に整列され
た層を形成するようにしたことを特徴とする連続した一
方向の高張力繊維の折れ曲がり形状の複合材層を形成す
る方法が提供される。
一の構成によれば、円筒形状に形成され回転軸線を中心
に回転するとともに、外周面から突出し、回転軸線に対
して垂直な面に円筒部の半径に等しい内側半径を有し、
前記回転軸線に沿って前記内側半径形成面より離間した
回転軸線に対して垂直な面に前記内側半径よりも大きい
外側半径を有するとともに、前記内側半径部と外側半径
部間に円錐面を形成する円錐台状突条を円周方向の一部
に形成したマンドリルを設け、フィラメントをマンドリ
ルの円筒面に実質的に接線方向にスプール状に巻回する
フィラメント巻付機を設け、高張力フィラメントを前記
フィラメント巻付機により、最初のフィラメントのルー
プが前記内側半径を規定する前記円錐台状突条の面に位
置するようにマンドリルの円周方向にスプール状に巻回
し、各後続のフィラメントのループが直前に巻回された
フィラメントのループに近接して隣接し、前記円筒面に
係合するとともに前回巻回されたループよりも僅かに大
きい半径で巻回されるようにフィラメントを漸次巻回
し、フィラメントの巻回を、前記円錐台面の前記外側半
径部に最終のループが巻回されるまで継続し、巻回され
たフィラメントを前記円錐台状突条配設部位の直径方向
の範囲側の位置でマンドリルの軸線に沿って切断し、切
断されたフィラメントをマンドリルから平坦面に移し
て、湾曲部と両端の湾曲部の接線方向に延びる直線部を
有するフィラメントは、全長において一方向に整列され
た層を形成するようにしたことを特徴とする連続した一
方向の高張力繊維の折れ曲がり形状の複合材層を形成す
る方法が提供される。
【０００８】なお、マンドリルに巻回されるフィラメン
トには樹脂を含浸することが出来る。また、フィラメン
トが、グラスファイバ、炭素／グラファイト、炭化シリ
コン、石英、アラミド、配向ポリフィルム、アルミニウ
ム酸化物及びホウ素から成る群より選択することが出来
る。
トには樹脂を含浸することが出来る。また、フィラメン
トが、グラスファイバ、炭素／グラファイト、炭化シリ
コン、石英、アラミド、配向ポリフィルム、アルミニウ
ム酸化物及びホウ素から成る群より選択することが出来
る。
【０００９】また、マンドリルの円錐台状突条及び円筒
部にバインダを塗布して、巻回されるフィラメントをバ
インダによって一体に保持する工程と、折れ曲がり形状
の層に樹脂を含浸させる工程とを含み、複合材層を樹脂
とともに切断し、平坦面に載置することが可能である。
部にバインダを塗布して、巻回されるフィラメントをバ
インダによって一体に保持する工程と、折れ曲がり形状
の層に樹脂を含浸させる工程とを含み、複合材層を樹脂
とともに切断し、平坦面に載置することが可能である。
【００１０】またさらに、樹脂を含浸した複合材層を、
切断してマンドリルから取り外し、平坦面に載置した後
に硬化させて折れ曲がり形状の複合材層を形成すること
が出来る。
切断してマンドリルから取り外し、平坦面に載置した後
に硬化させて折れ曲がり形状の複合材層を形成すること
が出来る。
【００１１】マンドリルのフィラメント巻回部に剥離層
を形成するために、フィラメント巻回前にマンドリルを
処理する工程を設けることが出来、また、マンドリルか
ら取り外した後に、正確な所望形状の最終折れ曲がり形
状を得るために、折れ曲がり形状の複合材層を切断する
工程を設けることが出来る。
を形成するために、フィラメント巻回前にマンドリルを
処理する工程を設けることが出来、また、マンドリルか
ら取り外した後に、正確な所望形状の最終折れ曲がり形
状を得るために、折れ曲がり形状の複合材層を切断する
工程を設けることが出来る。
【００１２】本発明の第二の構成によれば、中心線を形
成する回転軸線を中心に回転するように設けられた円筒
部材と、前記円筒部材の外周面より突出するとともにそ
の円周方向に、形成する折れ曲がり形状の複合材層の湾
曲部に対応する長さを有し、回転軸線に垂直な面に沿っ
て前記円筒部材の外周面に接合するとともに前記湾曲部
の内側半径に実質的に対応する内側半径と、該内側半径
形成面に対して回転軸線に沿って所定距離離間した回転
軸線に対して垂直な面において、前記内側半径よりも所
定寸法大きく実質的に前記湾曲部の外側半径に対応する
外側半径とを有する円錐台状突条とによって構成したこ
とを特徴とする、少なくとも、複合材層の全長にわたり
一方向に整列された高張力繊維を樹脂によって接合して
形成する中央部に湾曲部を有し、その両側に直線部を有
する折れ曲がり形状の複合材を製造するための積層装置
が提供される。
成する回転軸線を中心に回転するように設けられた円筒
部材と、前記円筒部材の外周面より突出するとともにそ
の円周方向に、形成する折れ曲がり形状の複合材層の湾
曲部に対応する長さを有し、回転軸線に垂直な面に沿っ
て前記円筒部材の外周面に接合するとともに前記湾曲部
の内側半径に実質的に対応する内側半径と、該内側半径
形成面に対して回転軸線に沿って所定距離離間した回転
軸線に対して垂直な面において、前記内側半径よりも所
定寸法大きく実質的に前記湾曲部の外側半径に対応する
外側半径とを有する円錐台状突条とによって構成したこ
とを特徴とする、少なくとも、複合材層の全長にわたり
一方向に整列された高張力繊維を樹脂によって接合して
形成する中央部に湾曲部を有し、その両側に直線部を有
する折れ曲がり形状の複合材を製造するための積層装置
が提供される。
【００１３】この場合、前記円錐台状突条は、内側半径
と外側半径間に滑らかな円錐面に形成することが望まし
い。また、前記円筒部材に、回転軸線方向に離間した回
転軸線に垂直な複数の面にそれぞれ円錐台状突条を形成
することも可能である。
と外側半径間に滑らかな円錐面に形成することが望まし
い。また、前記円筒部材に、回転軸線方向に離間した回
転軸線に垂直な複数の面にそれぞれ円錐台状突条を形成
することも可能である。
【００１４】
【実施例】図１に示すように、フレキシビーム１０は、
五つの脚部１２を有しており、脚部１２は中心ハブ１８
から回転軸線１４を中心に回転するように突出されてい
る。フレキシビーム１０は、複合材料で形成され高張力
フィラメントを一方向に整列し、樹脂等によって接合し
て形成された二つのドッグレッグ形状層を鏡状に対向配
置して形成される。ドッグレッグ形状層は、脚部１２か
らフレキシビーム１０の全長にわたって延び、またはそ
の長さの一部に設けられ、二股状となって中心ハブ１８
を通り、直径方向のほぼ対向位置に配置された二つの脚
部１２の全長またはその一部に延びている。樹脂で接合
された高張力繊維のこれらのドッグレッグ形状層は、ヘ
リコプタのロータによって運転中に発生されるような非
常に大きな遠心力負荷に耐えることが出来、これらの負
荷をフレキシビーム１０の一方の脚部１２からほぼ直径
方向に対向する他の脚部１２に伝達して負荷を分散する
ことが出来る。
五つの脚部１２を有しており、脚部１２は中心ハブ１８
から回転軸線１４を中心に回転するように突出されてい
る。フレキシビーム１０は、複合材料で形成され高張力
フィラメントを一方向に整列し、樹脂等によって接合し
て形成された二つのドッグレッグ形状層を鏡状に対向配
置して形成される。ドッグレッグ形状層は、脚部１２か
らフレキシビーム１０の全長にわたって延び、またはそ
の長さの一部に設けられ、二股状となって中心ハブ１８
を通り、直径方向のほぼ対向位置に配置された二つの脚
部１２の全長またはその一部に延びている。樹脂で接合
された高張力繊維のこれらのドッグレッグ形状層は、ヘ
リコプタのロータによって運転中に発生されるような非
常に大きな遠心力負荷に耐えることが出来、これらの負
荷をフレキシビーム１０の一方の脚部１２からほぼ直径
方向に対向する他の脚部１２に伝達して負荷を分散する
ことが出来る。
【００１５】図２に示すように、上記のように構成した
フレキシビーム１０は非常に大きな特徴を有している。
即ち、フレキシビーム１０は、本発明による多数のドッ
グレッグ形状層で形成される。例えば、脚部１２ａは、
こうした一つのドッグレッグ形状層２０の端部と他のド
ッグレッグ形状層２２の端部で構成され、ドッグレッグ
形状層２０の端部は脚部１２ａの幅の１／２を占有する
とともに中心ハブ１８を通って他の脚部１２ｂに延びて
いる。同様に、ドッグレッグ形状層２２は中心ハブ１８
を通って脚部１２ｃに延びている。したがって、二つの
ドッグレッグ形状層２０，２２を組み合わせて形成され
る一方向に整列された高張力繊維は、脚部１２ａの全幅
を占有する。これらの繊維は、二股に分かれて中心ハブ
１８を通過して、ほぼ直径方向に対向する脚部１２ｂ，
１２ｃに延びる。したがって、脚部１２に生じた全ての
遠心力負荷は、脚部１２ｂ，脚部１２ｃにドッグレッグ
形状層２０，２２を介して伝達され、負荷が分散され
る。同様に、ドッグレッグ形状層２０，２２と同様のド
ッグレッグ形状層（図示せず）は、脚部１２ｄを占有す
るとともに中心ハブ１８を介して脚部１２ｅ，１２ｃに
延びている。同様に、ドッグレッグ形状層は、脚部１２
ｂを占有するとともに中心ハブ１８を介して脚部１２
ｄ，１２ａに延び、また脚部１２ｅから脚部１２ｄ，１
２ｂに延びている。
フレキシビーム１０は非常に大きな特徴を有している。
即ち、フレキシビーム１０は、本発明による多数のドッ
グレッグ形状層で形成される。例えば、脚部１２ａは、
こうした一つのドッグレッグ形状層２０の端部と他のド
ッグレッグ形状層２２の端部で構成され、ドッグレッグ
形状層２０の端部は脚部１２ａの幅の１／２を占有する
とともに中心ハブ１８を通って他の脚部１２ｂに延びて
いる。同様に、ドッグレッグ形状層２２は中心ハブ１８
を通って脚部１２ｃに延びている。したがって、二つの
ドッグレッグ形状層２０，２２を組み合わせて形成され
る一方向に整列された高張力繊維は、脚部１２ａの全幅
を占有する。これらの繊維は、二股に分かれて中心ハブ
１８を通過して、ほぼ直径方向に対向する脚部１２ｂ，
１２ｃに延びる。したがって、脚部１２に生じた全ての
遠心力負荷は、脚部１２ｂ，脚部１２ｃにドッグレッグ
形状層２０，２２を介して伝達され、負荷が分散され
る。同様に、ドッグレッグ形状層２０，２２と同様のド
ッグレッグ形状層（図示せず）は、脚部１２ｄを占有す
るとともに中心ハブ１８を介して脚部１２ｅ，１２ｃに
延びている。同様に、ドッグレッグ形状層は、脚部１２
ｂを占有するとともに中心ハブ１８を介して脚部１２
ｄ，１２ａに延び、また脚部１２ｅから脚部１２ｄ，１
２ｂに延びている。
【００１６】同様のパターンのドッグレッグ形状層が、
各脚部１２ａ乃至１２ｅの全長に延びている。こうした
脚部１２ｂの全長に１／２の幅で延び、次いで中心ハブ
１８を通り、脚部１２ｅの全長にわたってその１／２の
幅を占有するドッグレッグ形状層は、符号２４で示され
ている。このドッグレッグ形状層２４と同様の１２ｂの
反対側の１／２の幅を占有する層は、その全長に延びる
とともに中心ハブ１８を通って脚部１２ａに延びてい
る。同様に全長にわたって高張力繊維を一方向に整列し
て樹脂または他の適当な接合材料で接合された複合材層
は、脚部１２ｃ，１２ｅ，１２ａ，１２ｄの全長に延び
るとともに、二股に分かれて中心ハブ１８を通過し、そ
れぞれほぼ直径方向に対向する位置に設けたフレキシビ
ーム１０の脚部に延びている。
各脚部１２ａ乃至１２ｅの全長に延びている。こうした
脚部１２ｂの全長に１／２の幅で延び、次いで中心ハブ
１８を通り、脚部１２ｅの全長にわたってその１／２の
幅を占有するドッグレッグ形状層は、符号２４で示され
ている。このドッグレッグ形状層２４と同様の１２ｂの
反対側の１／２の幅を占有する層は、その全長に延びる
とともに中心ハブ１８を通って脚部１２ａに延びてい
る。同様に全長にわたって高張力繊維を一方向に整列し
て樹脂または他の適当な接合材料で接合された複合材層
は、脚部１２ｃ，１２ｅ，１２ａ，１２ｄの全長に延び
るとともに、二股に分かれて中心ハブ１８を通過し、そ
れぞれほぼ直径方向に対向する位置に設けたフレキシビ
ーム１０の脚部に延びている。
【００１７】図３に、本発明の好適な方法及び装置を使
用したドッグレッグ形状層の形成容量を示す。装置２８
はマンドリルで構成されており、このマンドリルは従来
より周知の要領で中心線及び回転軸線３２を中心に回転
可能に支持される。マンドリル２８は、軸２９，３１を
有しており、これらの軸はマンドリル２８を回転軸線３
２に対して回転可能に支持するために周知の軸受に係合
されている。円筒部３０の外周面には位置乃至複数の突
条３４，３６，３８が円周方向に形成されている。これ
らの突条３４，３６，３８は円錐台形状に形成されてい
る。
用したドッグレッグ形状層の形成容量を示す。装置２８
はマンドリルで構成されており、このマンドリルは従来
より周知の要領で中心線及び回転軸線３２を中心に回転
可能に支持される。マンドリル２８は、軸２９，３１を
有しており、これらの軸はマンドリル２８を回転軸線３
２に対して回転可能に支持するために周知の軸受に係合
されている。円筒部３０の外周面には位置乃至複数の突
条３４，３６，３８が円周方向に形成されている。これ
らの突条３４，３６，３８は円錐台形状に形成されてい
る。
【００１８】図４に示すように、円錐台状突条３４は、
ミラーイメージ形状に構成され、二つの円錐台部３４
ａ，３４ｂで構成されている。円錐台部３４ａの内側半
径Ｒ１は円筒部３０の半径に一致しており、図４に示す
ように回転軸線３２に垂直な面Ｐ１上に位置している。
円錐台部３４ａの外側半径Ｒ２は半径Ｒ１の位置より回
転軸線３２に沿って軸線方向に変位した位置と成ってお
り、回転軸線３２に対して垂直な面Ｐ２上に位置してい
る。半径Ｒ１，Ｒ２は円錐台形突条３４ａの円周方向の
輪郭を規定しており、この突状は半径Ｒ１の位置とＲ２
の位置間に滑らかな円錐面４０を有している。円錐台状
突条３４は、図５に示すように、円錐台状突条３６の円
周方向の一部に選択された円弧Ｃにわたって形成されて
いる。この円弧長は、円筒部３０に繊維が積層されたと
きの円弧状層の長さを規定する。図４に示すように、円
錐台部３４ｂは円錐台部３４ａのミラーイメージ形状に
形成されている。したがって、円錐台状突条３４の円錐
台部３４ａ，３４ｂに二つの同一形状のドッグレッグ形
状層が同時に積層されることとなる。
ミラーイメージ形状に構成され、二つの円錐台部３４
ａ，３４ｂで構成されている。円錐台部３４ａの内側半
径Ｒ１は円筒部３０の半径に一致しており、図４に示す
ように回転軸線３２に垂直な面Ｐ１上に位置している。
円錐台部３４ａの外側半径Ｒ２は半径Ｒ１の位置より回
転軸線３２に沿って軸線方向に変位した位置と成ってお
り、回転軸線３２に対して垂直な面Ｐ２上に位置してい
る。半径Ｒ１，Ｒ２は円錐台形突条３４ａの円周方向の
輪郭を規定しており、この突状は半径Ｒ１の位置とＲ２
の位置間に滑らかな円錐面４０を有している。円錐台状
突条３４は、図５に示すように、円錐台状突条３６の円
周方向の一部に選択された円弧Ｃにわたって形成されて
いる。この円弧長は、円筒部３０に繊維が積層されたと
きの円弧状層の長さを規定する。図４に示すように、円
錐台部３４ｂは円錐台部３４ａのミラーイメージ形状に
形成されている。したがって、円錐台状突条３４の円錐
台部３４ａ，３４ｂに二つの同一形状のドッグレッグ形
状層が同時に積層されることとなる。
【００１９】マンドリル２８はさらに、円周方向に延び
る円錐台状突条３６を有しており、その形状は、円錐台
部３４ａと同様な形状とされている。必要に応じて円錐
台状突条３６の円周方向の長さを円錐台状突条３４に較
べて増減し、円錐面の傾斜角Ａを円錐台部３４ａ，３４
ｂの傾斜角に較べて増減変化させることが可能である。
この円錐台状突条３６の周方向の長さ及び傾斜角は、形
成しようとするドッグレッグ形状層の形状に応じて変更
される。
る円錐台状突条３６を有しており、その形状は、円錐台
部３４ａと同様な形状とされている。必要に応じて円錐
台状突条３６の円周方向の長さを円錐台状突条３４に較
べて増減し、円錐面の傾斜角Ａを円錐台部３４ａ，３４
ｂの傾斜角に較べて増減変化させることが可能である。
この円錐台状突条３６の周方向の長さ及び傾斜角は、形
成しようとするドッグレッグ形状層の形状に応じて変更
される。
【００２０】同様に、図４に示す円錐台状突条３８は、
円錐台状突条３４の外側半径Ｒ２よりも大きなＲ３の外
側半径を有しており、円周方向の長さＣを短くして形成
されている。内側半径Ｒ１部と外側半径Ｒ３部間の距離
ｓは、形成するドッグレッグ形状層の形状に応じて増減
される。
円錐台状突条３４の外側半径Ｒ２よりも大きなＲ３の外
側半径を有しており、円周方向の長さＣを短くして形成
されている。内側半径Ｒ１部と外側半径Ｒ３部間の距離
ｓは、形成するドッグレッグ形状層の形状に応じて増減
される。
【００２１】図３に示すように、フィラメント巻付機５
０は高張力繊維のフィラメント５２をマンドリル２８に
円筒部３０の接線方向で巻き付けるように配置され、プ
ログラムされている。フィラメント巻付機５０は、円筒
部３０の外周面と円錐面４０の接合部５４の円錐台状突
条３４の面Ｐ１から回転するマンドリル２８へのフィラ
メント５２の巻き付けを開始する。したがって、最初の
ループは、マンドリル２８の面Ｐ１内の円筒部３０の位
置、即ち接合部５４の位置に巻き付けられる。これに続
く各フィラメントのマンドリル２８のループ円筒部３０
及び円錐面４０の双方に沿ってそれぞれ隣接しながら円
錐台状突条３４の面Ｐ２の半径Ｒ２の位置に向かって巻
回される。高張力フィラメント５２は、この要領で面Ｐ
１及びＰ２間に巻回され、各ループはマンドリル２８の
円筒部３０と円錐面４０を通って巻回される。フィラメ
ント５２の巻回は、Ｐ１及びＰ２間の全部の部分にフィ
ラメントが巻き付けられるまで継続される。ユーザー
が、同一形状の二つのドッグレッグ形状層を同時に形成
することを所望する場合には、フィラメントの巻回を面
Ｐ２及び回転軸線３２に対して垂直で円錐台部３４ｂと
円筒部３０の接合面を規定するＰ３の間も継続する。
０は高張力繊維のフィラメント５２をマンドリル２８に
円筒部３０の接線方向で巻き付けるように配置され、プ
ログラムされている。フィラメント巻付機５０は、円筒
部３０の外周面と円錐面４０の接合部５４の円錐台状突
条３４の面Ｐ１から回転するマンドリル２８へのフィラ
メント５２の巻き付けを開始する。したがって、最初の
ループは、マンドリル２８の面Ｐ１内の円筒部３０の位
置、即ち接合部５４の位置に巻き付けられる。これに続
く各フィラメントのマンドリル２８のループ円筒部３０
及び円錐面４０の双方に沿ってそれぞれ隣接しながら円
錐台状突条３４の面Ｐ２の半径Ｒ２の位置に向かって巻
回される。高張力フィラメント５２は、この要領で面Ｐ
１及びＰ２間に巻回され、各ループはマンドリル２８の
円筒部３０と円錐面４０を通って巻回される。フィラメ
ント５２の巻回は、Ｐ１及びＰ２間の全部の部分にフィ
ラメントが巻き付けられるまで継続される。ユーザー
が、同一形状の二つのドッグレッグ形状層を同時に形成
することを所望する場合には、フィラメントの巻回を面
Ｐ２及び回転軸線３２に対して垂直で円錐台部３４ｂと
円筒部３０の接合面を規定するＰ３の間も継続する。
【００２２】ドッグレッグ形状層の形成要領をさらに説
明するために、高張力フィラメントが面Ｐ１及びＰ２間
に巻回された状態を考える。巻回された、フィラメント
は、好ましくは、回転軸線３２に平行な線に沿って直径
方向の円周方向の中央部５６（図５参照）で切断され
る。この層は、マンドリルから取り外され、平面状にお
かれて、図６に示すようにドッグレッグ形状層５８を構
成する。図６に示されるように、ドッグレッグ形状層
は、円錐面４０に積層された部分で形成された中央の湾
曲部６０とマンドリル２８の円筒部３０に巻回された部
分で構成された両端の直線部分６２，６４で構成され、
それぞれ中央の円弧部６０の接線方向にのびて、ドッグ
レッグ形状を形成する。湾曲部６０の内側半径Ｒ１と外
側半径Ｒ２は、円錐台状突条３４の半径Ｒ１，Ｒ２によ
って決定される。前述したように、湾曲部６０の長さ
は、円錐台状突条３４の円周方向の長さＣ（図５）によ
って決定される。
明するために、高張力フィラメントが面Ｐ１及びＰ２間
に巻回された状態を考える。巻回された、フィラメント
は、好ましくは、回転軸線３２に平行な線に沿って直径
方向の円周方向の中央部５６（図５参照）で切断され
る。この層は、マンドリルから取り外され、平面状にお
かれて、図６に示すようにドッグレッグ形状層５８を構
成する。図６に示されるように、ドッグレッグ形状層
は、円錐面４０に積層された部分で形成された中央の湾
曲部６０とマンドリル２８の円筒部３０に巻回された部
分で構成された両端の直線部分６２，６４で構成され、
それぞれ中央の円弧部６０の接線方向にのびて、ドッグ
レッグ形状を形成する。湾曲部６０の内側半径Ｒ１と外
側半径Ｒ２は、円錐台状突条３４の半径Ｒ１，Ｒ２によ
って決定される。前述したように、湾曲部６０の長さ
は、円錐台状突条３４の円周方向の長さＣ（図５）によ
って決定される。
【００２３】円錐台部３４ｂに巻回されたフィラメント
によって形成される層が、円錐台部３４ａに巻回された
フィラメントによって形成された層と同一形状となるこ
とは明かである。また、円錐台状突条３６，３８に巻回
されたフィラメントが、異なる湾曲部６０及び直線部６
２，６４の形状を有するドッグレッグ形状層を形成する
ことも明かである。
によって形成される層が、円錐台部３４ａに巻回された
フィラメントによって形成された層と同一形状となるこ
とは明かである。また、円錐台状突条３６，３８に巻回
されたフィラメントが、異なる湾曲部６０及び直線部６
２，６４の形状を有するドッグレッグ形状層を形成する
ことも明かである。
【００２４】この要領において、ドッグレッグ形状層ま
たはいくつかの層は、マンドリル２８の円筒部３０及び
マンドリル２８の円筒部３０より円周方向に突出形成さ
れた円錐台状突条３４，３６，３８にフィラメントをス
プール状に巻回することによって形成される。
たはいくつかの層は、マンドリル２８の円筒部３０及び
マンドリル２８の円筒部３０より円周方向に突出形成さ
れた円錐台状突条３４，３６，３８にフィラメントをス
プール状に巻回することによって形成される。
【００２５】本発明の好適実施例において、高張力フィ
ラメント５２は、グラスファイバ、カーボンまたはグラ
ファイト、炭化シリコン、石英、アラミド、配向高分子
フィルム、アルミニウム酸化物、ホウ素で形成され、好
ましくはエポキシ等の樹脂をマンドリル２８に巻回する
以前に含浸させる。しかしながら、マンドリル２８にド
ライ状態のフィラメント５２を、巻回されたフィラメン
トを一体に保持するためのバインダのみを用いて巻回
し、巻回後に樹脂を塗布し、切断して、マンドリルから
取り外すように構成することも可能である。
ラメント５２は、グラスファイバ、カーボンまたはグラ
ファイト、炭化シリコン、石英、アラミド、配向高分子
フィルム、アルミニウム酸化物、ホウ素で形成され、好
ましくはエポキシ等の樹脂をマンドリル２８に巻回する
以前に含浸させる。しかしながら、マンドリル２８にド
ライ状態のフィラメント５２を、巻回されたフィラメン
トを一体に保持するためのバインダのみを用いて巻回
し、巻回後に樹脂を塗布し、切断して、マンドリルから
取り外すように構成することも可能である。
【００２６】プリプレグフィラメントを使用するか、ド
ライ状態のフィラメントを巻回後に含浸するかのいずれ
の方法においても、形成されたドッグレッグ形状層は適
当な熱及び圧力によって降下され一定方向に高張力繊維
を整列したドッグレッグ形状層が形成され、高張力繊維
は層５８の全長に延び、負荷される大きな引っ張り負荷
に耐えることが出来るものとなる。
ライ状態のフィラメントを巻回後に含浸するかのいずれ
の方法においても、形成されたドッグレッグ形状層は適
当な熱及び圧力によって降下され一定方向に高張力繊維
を整列したドッグレッグ形状層が形成され、高張力繊維
は層５８の全長に延び、負荷される大きな引っ張り負荷
に耐えることが出来るものとなる。
【００２７】さらに、フィラメント５２をマンドリルに
巻回する前に、マンドリルは例えば図４に７０で示すよ
うに剥離層によって処理され、フィラメントのマンドリ
ルへの接着を防止し、切断後のフィラメントのマンドリ
ルからの取り出しを容易とする。剥離層７０は、グラス
ファイバ、アラミド、炭素／グラファイト、ポリアミド
等で形成するスクリム布または不織布によって構成する
ことが出来る。
巻回する前に、マンドリルは例えば図４に７０で示すよ
うに剥離層によって処理され、フィラメントのマンドリ
ルへの接着を防止し、切断後のフィラメントのマンドリ
ルからの取り出しを容易とする。剥離層７０は、グラス
ファイバ、アラミド、炭素／グラファイト、ポリアミド
等で形成するスクリム布または不織布によって構成する
ことが出来る。
【００２８】
【発明の効果】上記のように、本発明の方法によれば、
樹脂に埋め込まれた高張力繊維のドッグレッグ形状層
を、円筒形マンドリル２８に設けた円周方向に延びる円
錐台形状の突条に高張力フィラメントを巻回することに
よって層の全長において高張力繊維が位置方向に整列し
た複合材層として形成することが可能となる。
樹脂に埋め込まれた高張力繊維のドッグレッグ形状層
を、円筒形マンドリル２８に設けた円周方向に延びる円
錐台形状の突条に高張力フィラメントを巻回することに
よって層の全長において高張力繊維が位置方向に整列し
た複合材層として形成することが可能となる。
【００２９】なお、本発明は、特定の実施例に関して詳
細に説明したが、上記に説明した実施例を変更し、また
は一部を除きまたは付加的な要素を加えることは当業者
が本発明の範囲を逸脱することなく容易に行う得るもの
である。
細に説明したが、上記に説明した実施例を変更し、また
は一部を除きまたは付加的な要素を加えることは当業者
が本発明の範囲を逸脱することなく容易に行う得るもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】五つの脚部を持つヘリコプタロータのフレキシ
ビームを示す斜視図である。
ビームを示す斜視図である。
【図２】五つの脚部を有するヘリコプタロータのフレキ
シビームの製造過程におけるドッグレッグ形状層の状態
を一部破断して示す部分平面図である。
シビームの製造過程におけるドッグレッグ形状層の状態
を一部破断して示す部分平面図である。
【図３】本発明のドッグレッグ形状層製造に使用する本
発明によるマンドリルを示す斜視図である。
発明によるマンドリルを示す斜視図である。
【図４】本発明によるマンドリルの寸法関係を示す側面
図である。
図である。
【図５】図４の５−５線断面図である。
【図６】本発明の方法及び装置を使用して製造されるド
ッグレッグ形状層の示す図である。
ッグレッグ形状層の示す図である。
１０ フレキシビーム １２ 脚部 １８ 中心ハブ ２０，２２ ドッグレッグ形状層 ２８ マンドリル ３４，３６，３８ 円錐台状突条 ４０ 円錐面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイヴイツド アンドリユー コヴアルス キー アメリカ合衆国，コネチカツト，シエルト ン，キヤシー ドライブ 23
Claims (10)
- 【請求項１】 ａ．円筒形状に形成され回転軸線を中心
に回転するとともに、外周面から突出し、回転軸線に対
して垂直な面に円筒部の半径に等しい内側半径を有し、
前記回転軸線に沿って前記内側半径形成面より離間した
回転軸線に対して垂直な面に前記内側半径よりも大きい
外側半径を有するとともに、前記内側半径部と外側半径
部間に円錐面を形成する円錐台状突条を円周方向の一部
に形成したマンドリルを設け、 ｂ．フィラメントをマンドリルの円筒面に実質的に接線
方向にスプール状に巻回するフィラメント巻付機を設
け、 ｃ．高張力フィラメントを前記フィラメント巻付機によ
り、最初のフィラメントのループが前記内側半径を規定
する前記円錐台状突条の面に位置するようにマンドリル
の円周方向にスプール状に巻回し、 ｄ．各後続のフィラメントのループが直前に巻回された
フィラメントのループに近接して隣接し、前記円筒面に
係合するとともに前回巻回されたループよりも僅かに大
きい半径で巻回されるようにフィラメントを漸次巻回
し、 ｅ．フィラメントの巻回を、前記円錐台面の前記外側半
径部に最終のループが巻回されるまで継続し、 ｆ．巻回されたフィラメントを前記円錐台状突条配設部
位の直径方向の範囲側の位置でマンドリルの軸線に沿っ
て切断し、 ｇ．切断されたフィラメントをマンドリルから平坦面に
移して、湾曲部と両端の湾曲部の接線方向に延びる直線
部を有するフィラメントは、全長において一方向に整列
された層を形成するようにしたことを特徴とする連続し
た一方向の高張力繊維の折れ曲がり形状の複合材層を形
成する方法。 - 【請求項２】 マンドリルに巻回されるフィラメントが
樹脂によって含浸されている請求項１の方法。 - 【請求項３】 フィラメントが、グラスファイバ、炭素
／グラファイト、炭化シリコン、石英、アラミド、配向
ポリフィルム、アルミニウム酸化物及びホウ素から成る
群より選択される請求項２の方法。 - 【請求項４】 マンドリルの円錐台状突条及び円筒部に
バインダを塗布して、巻回されるフィラメントをバイン
ダによって一体に保持する工程と、折れ曲がり形状の層
に樹脂を含浸させる工程とを含み、複合材層を樹脂とと
もに切断し、平坦面に載置する請求項１の方法。 - 【請求項５】 樹脂を含浸した複合材層を、切断してマ
ンドリルから取り外し、平坦面に載置した後に硬化させ
て折れ曲がり形状の複合材層を形成する請求項３の方
法。 - 【請求項６】 マンドリルのフィラメント巻回部に剥離
層を形成するために、フィラメント巻回前にマンドリル
を処理する請求項１の方法。 - 【請求項７】 マンドリルから取り外した後に、正確な
所望形状の最終折れ曲がり形状を得るために、折れ曲が
り形状の複合材層を切断する工程を含む請求項３または
４の方法。 - 【請求項８】 ａ．中心線を形成する回転軸線を中心に
回転するように設けられた円筒部材と、 ｂ．前記円筒部材の外周面より突出するとともにその円
周方向に、形成する折れ曲がり形状の複合材層の湾曲部
に対応する長さを有し、回転軸線に垂直な面に沿って前
記円筒部材の外周面に接合するとともに前記湾曲部の内
側半径に実質的に対応する内側半径と、該内側半径形成
面に対して回転軸線に沿って所定距離離間した回転軸線
に対して垂直な面において、前記内側半径よりも所定寸
法大きく実質的に前記湾曲部の外側半径に対応する外側
半径とを有する円錐台状突条とによって構成したことを
特徴とする少なくとも、複合材層の全長にわたり一方向
に整列された高張力繊維を樹脂によって接合して形成す
る中央部に湾曲部を有し、その両側に直線部を有する折
れ曲がり形状の複合材を製造するための積層装置。 - 【請求項９】 前記円錐台状突条は、内側半径と外側半
径間に滑らかな円錐面を有している請求項８の積層装
置。 - 【請求項１０】 前記円筒部材に、回転軸線方向に離間
した回転軸線に垂直な複数の面にそれぞれ円錐台状突条
を形成する請求項８の積層装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/641,384 US5158631A (en) | 1991-01-15 | 1991-01-15 | Method of manufacturing a dog-leg shaped ply of composite material and the tool used in carrying out the method |
| US641,384 | 1991-01-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0569491A true JPH0569491A (ja) | 1993-03-23 |
Family
ID=24572133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4025630A Pending JPH0569491A (ja) | 1991-01-15 | 1992-01-16 | 折れ曲がり形状の複合材層の製造方法及びその装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
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