JPH0655456B2 - 繊維強化樹脂マトリツクス複合材料構造体及びその製造方法 - Google Patents

繊維強化樹脂マトリツクス複合材料構造体及びその製造方法

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JPH0655456B2
JPH0655456B2 JP23312986A JP23312986A JPH0655456B2 JP H0655456 B2 JPH0655456 B2 JP H0655456B2 JP 23312986 A JP23312986 A JP 23312986A JP 23312986 A JP23312986 A JP 23312986A JP H0655456 B2 JPH0655456 B2 JP H0655456B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、繊維強化樹脂マトリックス複合材料に係り、
更に詳細には複合材料製のダイヤフラム構造体に係る。
従来の技術 被駆動機械を駆動すべくタービンエンジン、通常の内燃
機関、電気モータ、又は他の動力発生装置より被駆動機
械へエネルギを伝達するためには、一般に、何らかのカ
ップリング装置にて動力発生装置を被駆動機械に接続す
ることが必要である。これらの装置は回転軸を介して動
力を伝達し、その動力出力は一般にトルクと呼ばれる。
かかるパワーカップリング装置は、その破壊により被駆
動機械が停止するので、重要な部材である。
発明が解決しようとする問題点 高馬力出力を有する動力発生装置（例えば１０００馬力
（７４６kW）の電気モータ）が高速回転軸を有する被駆
動機械（例えば遠心ポンプ）に連結される場合には、両
装置の軸ができるだけ互いに整合することが重要であ
る。両装置の軸が非整合状態あると、有害な振動レベ
ル、早期の軸受損傷、構造的損壊、過熱、過剰の騒音、
カップリング装置の高い摩耗速度及び破壊速度の如き多
数の問題が生じる。理論的には動力発生装置及び被駆動
機械の軸を完全に整合させることが可能であるが、実際
には測定装置、測定位置、有害な環境因子、使用中に於
ける熱膨張率の相違の如き種々の制限因子が存在する。
更に設計に於ては或る特定量の関節連結（軸線が互いに
交差した状態の連結）が必要とされる。高トルク及び高
速の用途のための軸の僅かな非整合を許すカップリング
装置が従来より存在するが、非整合の大きさは約０．５
°又はそれ以下であり、これらのカップリング装置は金
属構造のものであり、従って非常に重い。かかる従来の
パワーカップリング装置の主要な限界は、軸が約１０°
までの大きい非整合状態にある場合には、パワーカップ
リング装置の構造材料が広い温度範囲に亙り高トルク及
び高回転速度を許容しないということである。かかるパ
ワーカップリング装置はトルク伝達装置又は駆動装置と
して作用しなければならず、また弾性変形を許して軸の
非整合を補償すべく撓み手段としても作用しなければな
らない。
パワーカップリング装置は回転翼航空機、即ちヘリコプ
タに於て特に重要である。ヘリコプタに於て動力軸より
ヘリコプタのブレードへトルクを伝達するために使用さ
れるパワーカップリング装置は一般にロータハブと呼ば
れている。従来のロータハブは複雑な金属機構であっ
た。かかる金属製のロータハブの欠点は重量、疲労破
壊、メンテナンスコストが非常に高いこと等を含んでい
る。
当技術分野に於ては、航空機の金属製の部材を軽量且高
強度で耐疲労性に優れた複合材料製の構成要素に置換え
る研究が継続的に行われている。複合材料を利用したヘ
リコプタのジンバル型ロータハブの一例が米国特許第
４，３２３，３３２号に開示されている。
ヘリコプタのロータハブに於ける従来のローラ軸受及び
ボール軸受を排除することは、複合材料製のジンバル型
ロータハブに於て、ブレードのピッチ運動、フラッピン
グ運動、リードラグ運動を受入れるべく湾曲及び回転可
能な複合材料をブレード及びハブに使用することによっ
て達成される。ロータハブは遠心力に抗してブレードを
拘束し、ブレードよりヘリコプタの軸及び機体へ揚力を
伝達する、ジンバル型のロータハブに於ては、ロータハ
ブは軸の中心線の周りに傾動しなければならないので、
軸よりロータブレードへトルクを伝達する傾動可能又は
関節運動可能な装置を設けることが必要である。かかる
トルクドライブ構造体は座屈を生じることなく軸よりヘ
リコプタのブレードへ直接トルクを伝達するに十分なほ
ど剛固でなければならないが、トルク荷重を伝達しつつ
水平より約１０°まで上方へ傾動するよう十分に撓んだ
り湾曲したりし得るものでなければならない。
トルクドライブ構造体の座屈は、それに作用するトルク
荷重に起因してトルクドライブ構造体に発生する一つの
波状又は一連の波状の変形として現われる。かかる座屈
は可撓性を有するトルクドライブ構造体に固有の現象で
あり、それがトルクドライブ構造体の耐疲労性及びトル
ク荷重容量の低下や動的不安定性に直接的に関係してい
るので好ましくない。ヘリコプタのハブ組立体への典型
的な動力出力は１０００馬力（７４６kW）以上である。
従来の金属材料は座屈や構造的破壊を生じることなくト
ルクドライブの機能及び撓みの機能を同時に果すに必要
な特性を有してはいない。
発明の概要 従って当技術分野に於て必要とされているものは、従来
技術の上述の如き問題を解決する可撓性を有する複合材
料製のトルク伝達装置及びかかるトルク伝達装置を製造
する方法である。
特に回転翼航空機のハブに於てトルクドライブダイヤフ
ラムとして使用されるよう構成された繊維強化樹脂マト
リックス複合材料構造体が開示される。複合材料構造体
はリムを有する円形のダイヤフラムを含んでおり、前記
リムは取付装置を有しており、前記ダイヤフラムは少な
くとも一つの強化リングと中央取付装置とを有してい
る。複合材料構造体は樹脂マトリックスと、複合材料構
造体のダイヤフラムセクション及びリム及びリム取付装
置を形成すべく複数サーキットのパターンにて中央取付
装置に対し実質的に接線方向にワインディングされた強
化繊維と、複合材料構造体のリムを強化すべく実質的に
周方向にワインディングされた強化繊維と、ダイヤフラ
ムセクションの中心と同心のリングを形成すべく実質的
に円形にワインディングされた強化繊維とを含んでい
る。繊維は十分な張力が与えられた状態にてワインディ
ングされ、構造体は十分な熱及び圧力が与えられた状態
にて成形されることにより硬化処理される。構造体のダ
イヤフラムセクションはそれが温度変化により誘発され
る応力に曝された場合にも実質的に一平面状態を維持
し、また構造体はトルク荷重が作用する条件下に於ける
座屈に抵抗する。
本発明の他の一つの局面には、リムとリム取付装置と強
化リングと中央取付装置とを有するダイヤフラムを含
み、特に回転翼航空機のハブに於てトルクドライブダイ
ヤフラムとして使用されるよう構成された繊維強化樹脂
マトリックス複合材料構造体を製造する方法であって、
ダイヤフラムとリムとリム取付装置とを形成すべく複数
サーキットのパターンにて中央取付装置に対し実質的に
接線方向に熱硬化性樹脂にて含浸された繊維を十分な張
力が与えられた状態にてマンドレル上にワインディング
する過程と、構造体のリムを強化すべく実質的に周方向
に樹脂にて含浸された強化繊維を十分な張力が与えられ
た状態にてワインディングする過程であって、構造体を
形成すべく前記強化繊維の間に実質的に接線方向にワイ
ンディングされる前記繊維が随意に介装される過程と、
ダイヤフラムに同心に設けられた少なくとも一つの強化
リングを形成すべく樹脂にて含浸された強化繊維を実質
的に円形にワインディングする過程とを含む方法であ
る。上述の如く形成された構造体は次いで十分な熱及び
圧力を与えつつ成形することにより硬化処理される。構
造体のダイヤフラムセクションはそれが温度変化により
誘発される応力に曝された場合にも実質的に一平面状態
を維持し、また構造体はトルク荷重が作用する条件下に
於ける座屈に抵抗する。
本発明の他の一つの局面は、特に可撓性を有するトルク
ドライブカップリング装置（パワーカップリング装置）
として使用されるよう構成された繊維強化樹脂マトリッ
クス複合材料構造体である。複合材料構造体は第一の実
質的に平坦なダイヤフラム側壁と第二の実質的に平坦な
ダイヤフラム側壁とを有する中空ディスクを含んでお
り、各ダイヤフラム側壁は中央取付装置を有しており、
また各ダイヤフラム側壁はそれと同心の少なくとも一つ
の強化リングを有してる。ディスクは二つのダイヤフラ
ム側壁を接続する周縁リムを有している。複合材料構造
体は樹脂マトリックスと、ディスクを形成すべく複サー
キットのパターンにて中央取付装置に対し実質的に接線
方向に十分な張力が与えられた状態にてワインディング
された繊維と、構造体の周縁リムを強化すべく実質的に
周方向に十分な張力が与えられた状態にてワインディン
グされた繊維と、ダイヤフラム側壁にそれと同心に設け
られた強化リングを形成すべく実質的に円形に十分な張
力が与えられた状態にてワインディングされた繊維とを
含んでいる。複合材料構造体はダイヤフラムセクション
がそれが温度変化により誘発される応力に曝された場合
にも実質的に一平面状態を維持し、また構造体がトルク
荷重が作用する条件下に於ける座屈に抵抗するよう、十
分な熱及び圧力を与えつつ成形することにより硬化処理
される。
本発明の更に他の一つの局面は、特に可撓性を有するト
ルクドライブカップリング装置として使用されるよう構
成された繊維強化樹脂マトリックス複合材料構造体を製
造する方法である。この方法は、第一の実質的に平坦な
ダイヤフラム側壁と第二の実質的に平坦なダイヤフラム
側壁とを有するディスクであって、該ディスクは二つの
ダイヤフラム側壁を接続する周縁リムを有し、各ダイヤ
フラム側壁は中央取付装置を有するディスクを形成すべ
く、複数サーキットのパターンを用いて少なくとも一つ
の中央取付装置に対し実質的に接線方向に樹脂にて含浸
された繊維を十分な張力が与えられた状態にてマンドレ
ル上にワインディングする過程と、構造体のリムを強化
すべく実質的に周方向に樹脂にて含浸された強化繊維を
十分な張力が与えられた状態にてワインディングする過
程であって、複合材料構造体を形成すべく前記強化繊維
の間には実質的に接線方向にワインディングされる繊維
が随意に介装される過程と、樹脂にて含浸された繊維を
実質的に円形にワインディングすることにより各ダイヤ
フラム側壁に少なくとも一つの強化リングを形成する過
程であって、前記強化リングは各ダイヤフラム側壁にこ
れと同心に設けられ又は前記強化リングの間に前記接線
方向の繊維が随意に介装される過程とを含んでいる。複
合材料構造体は次いで十分に熱及び圧力を与えつつ成形
することにより硬化処理され、これによりディスクのダ
イヤフラム側壁がそれが温度変化により誘発される応力
に曝された場合にも実質的に一平面状態を維持し、また
構造体がトルク荷重が作用する条件下に於ける座屈に抵
抗する構造体が形成される。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。
実施例 本発明のトルク伝達構造体を製造するために使用される
繊維は、複合材料構造体を製造するための繊維として当
技術分野に於て知られている繊維を含んでいる。かかる
繊維の例としては、ポリアラミド繊維、黒鉛繊維、ガラ
ス繊維、及びこれらの組合せがある。これらの繊維は一
般に約７００００〜５５００００psi（約４９００〜３
８７００kg／cm2）、好ましくは約４０００００psi（約
２８０００kg／cm2）の引張り強さを有している。本発
明の実施に特に好ましい合成繊維は、アメリカ合衆国デ
ラウエア州、ウィルミントン所在のデュポン・カンパニ
ー（Du Pont Company）により製造されているKevlar２
９（登録商標）なる商品名のポリアラミド繊維である。
このKevlar２９（登録商標）なる商品名のポリアラミド
繊維は、約４０００００psi（約２８０００kg／cm2）の
引張り強さを有し、９００００００psi（６３００００k
g／cm2）の引張り弾性を有している。この繊維は予め作
成されたロービング（粗系）又はテープの形態にて販売
されている。テープは一般に約８本のロービングを含ん
でいる。本発明の構造体を強化するために使用されるテ
ープは、典型的には約０．５〜１２inch（１．２７〜３
０．５cm）より、一層典型的には約０．５〜６inch
（１．２７〜１５．２４cm）の幅を有しているが、テー
プの幅は任意の通常の幅であってよい。構造体をワイン
ディングされた繊維にて強化するために使用されるテー
プの好ましい幅はその構造体の大きさ次第であり、構造
体の大きさに応じて異なる。テープの厚さは典型的には
約０．０５０〜０．０２inch（１．２７〜０．０５m
m）、より一層典型的には約０．０１２〜０．００６inc
h（０．３〜０．１５mm）、好ましくは約０．００６inc
h（０．１５mm）である。
樹脂にて予め含浸されたポリアラミド繊維テープを使用
することが好ましいが、樹脂にて予め含浸されていない
繊維のテープが使用され、処理中に繊維が樹脂にて含浸
されてもよい。
Kevlar（登録商標）のポリアラミド繊維及び樹脂マトリ
ックスを含む本発明の構造体は、室温に於て約１０００
００００〜１２００００００psi（７０００００〜８４
４０００kg／cm2の繊維配向０°方向の引張り弾性を有
している。ポリアラミド繊維及び樹脂マトリックスより
なる本発明の構造体の樹脂に対する繊維の比は約５５〜
６５vol％である。
本発明の実施に於ては黒鉛繊維が使用されてもよい。黒
鉛繊維は一般に約４０００００〜６０００００psi（約
２８０００〜４２０００kg／cm2）の引張り強さを有し
ている。一般に使用される黒鉛繊維の直径は約０．００
０２５〜０．０００３０inch（０．００６３〜０．００
７６mm）の範囲である。黒鉛繊維はポリアラミド繊維と
同様一般に種々の幅にて市販されているロービング又は
テープの形態にて使用される。ロービングは一般に約１
２０００本の繊維を含んでいる。熱硬化性樹脂にて予め
含浸されたロービング又は黒鉛繊維を使用することが好
ましいが、樹脂にて予め含浸されていない繊維を購入
し、ワインディング工程前にその繊維を樹脂マトリック
スにて含浸することが行われてもよい。好ましい黒鉛繊
維はアメリカ合衆国ニューヨーク州、ニューヨーク所在
のセラニーズ・ケミカル・カンパニー（Celanese Chemi
cal Company）により製造されているCelion（登録商
標）なる商品名の黒鉛繊維である。本発明の実施に使用
されてよい黒鉛繊維の他の幾つかの例としては、アメリ
カ合衆国ニューヨーク州、ニューヨーク所在のユニオン
・カーバイド・コーポレイション（Union Carbide Corp
oration）より販売されているＴ−３００（登録商標）
なる商品名の黒鉛繊維や、アメリカ合衆国デラウエア
州、ウィルミントン所在のハーキュリーズ・インコーポ
レイテッド（Hercules,Ins.）より販売されているＡＳ
−４（登録商標）なる商品名の黒鉛繊維がある。黒鉛繊
維のロービングやテープは通常約０．０１２inch（０．
３０mm）の厚さを有しているが、０．００６inch（０．
１５２mm）の如き厚さのロービングやテープも販売され
ている。黒鉛繊維と樹脂マトリックスとよりなり硬化処
理された複合材料は約５０〜６５vol％の繊維を含んで
いなければならない。黒鉛繊維及び樹脂マトリックスを
含む本発明の構造体は、室温に於て約１８００００００
〜２５００００００psi（約１２７００００〜１７６０
０００kg／cm2）の繊維配向０°方向の引張り弾性を有
している。
また本発明の実施に於てはガラス繊維が使用されてもよ
い。好ましいガラス繊維はエポキシ樹脂にて予め含浸さ
れた形態又はエポキシ樹脂にて予め含浸されていない形
態にて市販されているＳタイプ又はＥタイプのガラス繊
維である。樹脂にて予め含浸されたガラス繊維は、幅が
例えば約０．１〜１．０inch（２．５４〜２５．４mm）
であり、厚さが例えば０．０６〜０．０１２５inch
（１．５２〜０．３１mm）である繊維ロービングやテー
プの形態にて市販されている。ロービングやテープの厚
さ及び幅は複合材料構造体の大きさ及び繊維体積率に関
連している。ガラス繊維及び樹脂マトリックスにて形成
された本発明の構造体は、約４５〜６０vol％の繊維体
積率を有している。ガラス繊維及び樹脂マトリックスを
含む本発明の構造体は、室温に於て約５００００００〜
７００００００psi（約３５００００〜４９００００kg
／cm2）の繊維配向０°方向の引張り弾性を有してい
る。
樹脂マトリックスは合成繊維を接合し得る熱硬化性樹脂
又は熱可塑性樹脂であってよい。また樹脂は有機系及び
無機系の何れであってもよい。本発明の実施に使用され
てよい樹脂の典型的な例はエポキシ樹脂、ポリエステル
樹脂、ポリイミド樹脂、及び他の高温度にて橋架け結合
されたポリマーである。特に好ましい樹脂はアメリカ合
衆国ニュージャージー州、ウエイン所在のアメリカン・
シアナミド・カンパニー（American Cyanamid Co.）よ
り販売されているアメリカン・シアナミド・エポキシ樹
脂No.１８０６である。この樹脂は歪容量の高い樹脂で
ある。市販の樹脂の他の例としては、ハーキュリーズ・
インコーポレイテッドにより製造されているエポキシ樹
脂No.３５１０１−Ｂ、アメリカン・シアナミド・カン
パニーにより製造されているエポキシ樹脂No.５１４３
及びエポキシ樹脂No.１８０６、ユー・エス・ポリイミ
ド・カンパニー（Ｕ．Ｓ．Polyimide Co.）により製造
されているポリイミド樹脂No.Ｅ−７１７８、ユー・エ
ス・プロラム・コーポレイション（Ｕ．Ｓ．Prolam Cor
poration）により製造されている樹脂No.Ｅ−７４６が
ある。前述の如くテープやロービングは樹脂にて予め含
浸された状態にて使用されてよく、またテープやロービ
ングは例えばワインディング前に樹脂溶液のリザーバ中
にテープを通す等の如き当技術分野に於て公知の方法に
よりワインディング工程中に樹脂にて含浸されてもよ
い。繊維を樹脂にて含浸させる他の一つの方法は、樹脂
が鋳型内に射出され、これにより繊維構造体中に充填さ
れる樹脂トランスファー成形法である。本発明の実施に
於ては、樹脂にて予め含浸されたテープやロービングを
使用することが好ましい。
本発明のトルクドライブ構造体はマンドレル及び市販の
自動フィラメントワインディング装置を用いて製造され
る。マンドレルはシリコンゴムのアウタ被覆と、取り外
し可能な複数個の金属セクションよりなるインナ支持リ
ングとを含んでいる。マンドレルはワインディング装置
上の取付具内に配置され、マンドレルを繊維テープやロ
ービングにて巻付けて十分な繊維配向を有する十分な厚
さの繊維層やプライを形成すべく、予めプログラムされ
たワインディングパターンが使用される。実質的に半径
方向の配向を有する繊維の対称的で適合化された層を形
成する多くのワインディングパターンが本発明の実施に
使用されてよいが、１１サーキットの前進ワインディン
グパターンを使用することが好ましい。第４図はトルク
ドライブ構造体のための基本的な１１サーキットのワイ
ンディングパターンを示している。各テープ５５の間の
角度は約３３．２３０８°である。１１のサーキットが
完成された後には、パターンが自動的に約５．５３８５
°前進される。全部で６５のサーキットがワインディン
グされると、パターンが完成し、繊維の構造層がマンド
レル５０上にワインディングされた状態になる。テープ
やロービング５５は複合材料構造体に設けられた中央孔
に対し実質的に接線方向にマンドレル５０上にワインデ
ィングされる。
フィラメントワインディングされた樹脂にて予め含浸さ
れた繊維と樹脂マトリックスとを含む複合材料構造体
は、高動力、高角速度、軸の非整合又は軸の関節連結、
及び傾動の用途のためのトルクドライブ装置又はパワー
カップリング装置として使用されるに適した強度を有し
ている。典型的にはロータハブのためのトルクドライブ
装置やパワーカップリング装置は、リムを有する少なく
とも一つの実質的に平坦なダイヤフラムと、中央取付装
置と、リム取付装置とを含んでいる。複合材料構造体
は、繊維の配向がその周縁部に於ては実質的に半径方向
であり、中央孔に対し接線方向をなすよう、マンドレル
上に樹脂にて含浸された繊維を半径方向にワインディン
グすることにより強化されている。平坦なダイヤフラム
セクションを有し繊維がワインディングされた複合材料
構造体に於ける一つの問題は、ダイヤフラムセクション
が所望の一平面状態より湾曲して逸れる傾向があるとい
うことである。この問題は合成繊維と樹脂との間の熱膨
張係数が相違していることに起因する。上述の如き構造
体に於ける他の一つの問題は、構造体がトルク荷重が作
用する条件下に於て座屈することである。かかる座屈は
構造体の耐疲労性及びトルク荷重伝達容量を低下させ、
しかも動的不安定性の原因となることが知られている。
特に繊維が一方向に配向された複合材料は二つの主要な
熱膨張係数、即ち繊維が延在する方向の長手方向の熱膨
張係数Ｃｌ、及び繊維を横切る横断方向の熱膨張係数Ｃ
ｔを有している。マトリックスが樹脂である複合材料に
於ては、樹脂マトリックスの熱膨張係数よりも小さい熱
膨張係数を有する繊維が樹脂マトリックスに対し機械的
拘束を与えるので、長手方向の熱膨張係数Ｃｌは一般に
横断方向の熱膨張係数Ｃｔよりも遥かに小さい。
フィラメントワインディングにより強化されたダイヤフ
ラムを有するトルクドライブ構造体に於ては、繊維がワ
インディングされた複合材料部分に於ける繊維の交差角
度はダイヤフラムセクションの中心領域より外周領域ま
で大きく変化している。繊維の交差角度は中心領域に於
て高く、リム領域に於ける実質的に半径方向にまで変化
している。従ってダイヤフラムセクションの中心領域に
於ては、熱膨張は主として低熱膨張係数を有する繊維に
より決定されるのに対し、リム領域に於ては熱膨張、特
に接線方向の熱膨張は主として高熱膨張係数を有する樹
脂マトリックスにより決定される。
従って構造体が或る種の温度変化を受けると、ダイヤフ
ラムの中心領域は外周領域、即ちリム領域よりも遥かに
小さい割合にて膨張若しくは収縮する。繊維がワインデ
ィングされたかかる複合材料構造体は、それが高温度に
於ける硬化処理後に周囲温度に冷却されると、各部分が
不均一に収縮する。更に複合材料構造体は使用中に環境
の温度変化に曝され、これにより上述の問題が拡大され
る。外周領域、即ちリム領域は繊維の交差角度の相違に
起因してダイヤフラムの中心領域よりも遥かに高い割合
にて収縮する。従ってダイヤフラムセクションの中心領
域は圧縮状態にもたらされ、その結果所望の一平面状態
より湾曲せしめられる。かかる現象は繊維がワインディ
ングされた複合材料製のダイヤフラムに於ける一つの典
型的な現象である。従って複合材料構造体の熱歪特性が
バランスするよう複合材料構造体の繊維配向を適合化さ
せることが望ましい。
トルクドライブ装置やパワーカップリング装置として使
用される繊維がワインディングされた構造体は、トルク
を伝達することに加えて撓み手段として作用しなければ
ならないので、構造体の湾曲変形を排除し又は最小限に
抑えることが重要である。湾曲変形は以下の如き幾つか
の理由から好ましくない。まず第一に、或る構造体のト
ルク伝達容量は大きくその構造体の剛性に依存してい
る。湾曲変形を呈する構造体は小さい捩り剛性しか有し
ていない。第二に、湾曲変形の激しさは温度の関数であ
る。ヘリコプタのトルクドライブ装置やパワーカップリ
ング装置は一般に−６５〜１５０゜F以上（−５３．９〜
１１０℃以上）の温度変化を受け、かかる温度変化によ
りトルクドライブ装置等の捩り剛性が変動せしめられ
る。更にダイヤフラムセクションの湾曲変形により傾動
モード時に非線形のばね特性が発生される。トルクドラ
イブ装置やパワーカップリング装置が所定の位置に締結
固定されている場合には、かかる湾曲変形はダイヤフラ
ムセクションを非常に非線形的な態様にてスナップ式に
湾曲変形させる。このことにより構造的疲労が加速さ
れ、またその後破壊が惹起される。またかかる挙動はそ
れが制御特性に悪影響を及ぼすので、ヘリコプタのロー
タに於ては許容され得ないものである。
トルクドライブ構造体の座屈は、湾曲変形に起因するだ
けでなく、トルクドライブ構造体の撓みが可能であるよ
うある程度の捩り剛性が犠牲にされたフィラメントワイ
ンディングされた可撓性トルクドライブ構造体の固有の
構造にも起因するものと考えられる。可撓性トルクドラ
イブ構造体に於ける座屈は、構造体の中心より半径方向
外方へスポーク状に発生する一つ又は一連の波状の変形
として観察される。
湾曲変形の現象を排除すべく、本発明のトルクドライブ
構造体に於てはリムが強化されている。リムの強化は繊
維の完全な層又はプライがワインディングされるまで繊
維（テープ又はロービング）を複数サーキットのパター
ンにて周方向にワインディングすることにより行われ
る。複合材料構造体の熱特性をバランスさせるべく、リ
ムの強化に対しては、非常に小さい又は負の熱膨張係数
Ｃｌを有するポリアラミド繊維や黒鉛繊維の如き繊維を
使用することが好ましい。リムの強化は構造体の最初の
層がマンドレル上に巻付けられる前に、又は最初の層が
巻付けられた後に行われてよい。リム部を強化すべく周
方向に配向された繊維が第３図、第５図、及び第６図に
示されている。第５図は、周方向の強化層を形成すべ
く、マンドレル５０のリム部が１２０°より幾分か小さ
い角度にて繰返し繊維テープ６０にて巻付けられる３サ
ーキットの表裏繰返しパターンを示している。また第６
図は、周方向の強化層を形成すべく、マンドレル５０の
リム部が９０°より幾分か小さい角度にて繰返し繊維テ
ープ６５にて巻付けられる４サーキットの表裏繰返しパ
ターンを示している。随意に巻付けられる強化繊維が第
７図に示されており、強化繊維７０は中央孔とリム部と
の間にて半径方向に対し或る角度にて又は半径に沿って
マンドレル５０の周りに巻付けられており、第７図に於
て繊維テープ５５及び６５が比較の目的で図示されてい
る。
強化リングにてトルクドライブ構造体のダイヤフラムセ
クションを強化する目的は、ダイヤフラムセクションの
撓み剛性の増大を低減しつつ捩り剛性を増大させること
である。このことは、可撓性トルクドライブ構造体が適
正に作動するようにするためには、撓み剛性が増大する
ことなく捩り剛性が増大される必要があるので重要であ
る。強化リングは第１１図に示されている如く特殊なマ
ンドレル上に独立にワインディングされてもよく、また
ダイヤフラムセクション内にワインディングにより組込
まれてもよい。また第１０Ａ図、第１０Ｂ図、第１０Ｃ
図に示されている如く、強化リングはダイヤフラムセク
ションの上面又は下面に固定されてよく、またトルクド
ライブ構造体のダイヤフラムセクション内にワインディ
ングにより埋装されてもよい。更に強化リングはダイヤ
フラムセクションの上面又は下面上、上面上、及びダイ
ヤフラムに埋装された状態の如き任意の組合せにて適用
されてよい、 強化リングは比較的幅の狭いテープ又はロービングを使
用してフィラメントワインディングにより形成される。
この場合テープ又はロービングの幅は典型的には約０．
０５〜１inch（１．３〜２５mm）、より一層典型的には
約０．０５〜０．５inch（１．３〜２５mm）である。ま
たテープ又はロービングの厚さは約０．００３〜０．０
１２inch（０．０７６〜０．３０mm）であり、典型的に
は約０．００６〜０．０１２（０．１５〜０．３０mm）
である。強化リングをワインディングにより形成するた
めに使用される繊維は、ダイヤフラムセクション及び強
化リムセクションのワインディングに使用される前述の
繊維と同一の繊維を含んでいる。ダイヤフラムセクショ
ンを強化してその捩り剛性を改善するために少なくとも
一つの強化リングが使用されるが、典型的にはそれ以上
の数のリングが使用される。リングの直径及び幅は、ト
ルクドライブ構造体内の特定の点に於ける応力集中に応
じて変化されてよい。更にリングの厚さもトルクドライ
ブ構造体の中心より或る距離の特定の点に於ける応力集
中に応じて変化されてよい。強化リングは好ましい実施
例に於てはトルクドライブ構造体と共に硬化処理される
が、トルクドライブ構造体とは独立に強化リングに対し
硬化処理を行い、しかる後その強化リングを接着等によ
り強化したトルクドライブ構造体に取付けることが行わ
れてもよい。
前述の如く、第９図、第１０Ａ図、第１０Ｂ図、及び第
１０Ｃ図は強化リングを有する本発明のトルクドライブ
構造体の種々の実施例を示している。強化リングの断面
は或る特定の点に於ける応力集中に応じて種々の形状を
有していてよい。種々の形状はリングがワインディング
により形成される際のロービングの幅を変化させること
により得られる。例えば長方形、正方形、三角形、又は
円形の断面が形成されてよい。強化リングは第１１図に
示されている如く従来のフィラメントワインディング装
置を用いてマンドレル上に十分な引張り状態にてワイン
ディングされる。またリングはトルクドライブ構造体の
ワインディングに使用されるマンドレル上に直接ワイン
ディングされてもよい。リングは円形であることが好ま
しいが、例えば楕円形、三角形、正方形、長方形の如き
他の断面形状を有していてよい。
本発明の湾曲変形しない耐座屈性を有する構造体を製造
すべく十分な引張り状態にて繊維をワインディングする
ことが重要である。典型的にはワインディングの際の張
力は約１０００〜１００００psi（７０〜７００kg／c
m2）であり、好ましくは約５０００psi（３５０kg／c
m2）である。
本発明の湾曲変形しない構造体を製造するためには、繊
維をそれに十分な張力を与えてワインディングすること
が重要である。典型的にはワインディングの張力は約１
０００〜１００００psi（７０〜７００kg／cm2）、好ま
しくは約５０００psi（３５０kg／cm2）である。
任意の或る特定のトルクドライブ構造体中に含まれる構
造層の数、リム強化層の数、及び強化リングの数及び大
きさは、その構造体の大きさ、負荷、角速度、傾動時の
傾動角度次第である。一つ以上の構造層が設けられ、少
なくとも一つのリム強化層が設けられ、少なくとも一つ
の強化リングが設けられることが好ましい。リム強化層
及び構造層及び強化リングは任意の順序又は組合せにて
ワインディングにより形成されてよい。或る特定の実施
例に於ては、第３図に示されている如く、リム強化層１
０の間に構造層１２が介装されてよい。ワインディング
が完了した後には、第３図に示されている如く、複合材
料構造体をそれを装着し得るよう強化すべく、複合材料
構造体の外表面に対し追加の織物強化層１１が適用され
てもよい。
織物は典型的には織られたガラス繊維Kevlar（登録商
標）又は黒鉛繊維であってよい。好ましい繊維は織られ
たKevlar（登録商標）４９よりなり約０．０１２inch
（０．３０mm）の厚さを有する織布である。織物は樹脂
にて予め含浸されていることが好ましいが、織物は繊維
について上述した如く処理中に樹脂にて含浸されてもよ
い。
樹脂マトリックスにて含浸された繊維が巻付けられた複
数個のセグメントに分割されたマンドレルは、樹脂マト
リックスを硬化させ構造体に所望の形状を付与するに十
分な時間に亙り十分な熱及び圧力が与えられた状態にて
成形機内にて硬化処理される。構造体がヘリコプタのハ
ブのトルクドライブ装置として使用される場合には、装
着用のフランジが残存するよう、構造体の背部はリム装
着装置を形成すべく冷却時に随意に切取られる。構造体
がパワーカップリング装置として使用される場合には、
フランジを形成すべく構造体の背部を切取ることは行わ
れず、構造体の両側部は互いに同様又は同一である。複
数個のセグメントに分割された金属マンドレルは分解さ
れ、取り外され、ゴムカバーが引抜かれる。次いで構造
体は中央ハブやハブの如き中央取付装置の周り若しくは
リムのフランジの周り又は構造体の任意の部位にて締結
要素等を受入れるための孔が穿孔される。この場合穿孔
とはドリル穿孔、パンチング、焼き抜き等の如き任意の
材料除去法を意味する。更に孔はマンドレルの表面に突
起を設け、該突起を迂回して繊維を配向することにより
形成されてもよい。典型的には複合材料構造体に採用さ
れる硬化サイクルは、温度が３５０゜F（１７７℃）まで
１分間当り約２゜F（１℃）にて段階的に昇温される段階
型のサイクルである。次いで構造体は約２時間に亙り３
５０゜F（１７７℃）に維持され、しかる後１分間当り２
゜F（１℃）の冷却速度にて室温にまで冷却される。また
約２５０゜F（１２１℃）の温度にて硬化処理を行うこと
が行われてもよい。硬化サイクル中に構造体に対し与え
られる圧力は、典型的には約５０〜３００psi（３．５
〜２１kg／cm2）、好ましくは約７５psi（５．３kg／cm
2）である。本発明の複合材料構造体の硬化処理及び成
形を行うために使用されてよい成形機は、当技術分野に
於て公知の過熱及び加圧式の成形機の代表的なものであ
り、構造体の表面形状に対応する形状の過熱されたキャ
ビティと、圧力を与えるための手段とを含んでいる。
成形された構造体の冷却後の繊維体積率は約５５〜６５
％である。
繊維がワインディングされ成形された構造体の厚さの分
布は、実質的にその構造体全体に亙り許容し得る均一な
応力を与えるに十分なものである。典型的には構造体の
厚さは中央取付装置の近傍に於て最も大きく、ダイヤフ
ラムに於ては小さく、リム部に於ては大きい。
ヘリコプタのハブ組立体に使用される本発明のトルクド
ライブ構造体の一つの実施例が第１図に示されている。
この構造体はリム２と内方へ湾曲したフランジ３とを有
するダイヤフラムセクション８を含んでいる。またこの
構造体は軸を受入れるための中央孔４と、制御ロッドを
受入れるための孔６と、構造体を軸に取付けるための孔
５とを有している。更に構造体はそのフランジ３に取付
用の孔７を有しており、ダイヤフラムセクションには強
化リング１５が取付けられている。
構造層１２はリム強化層１０及び織物強化層１１と共に
図示されている。強化リング１５及び１６がダイヤフラ
ムセクション８の上面及び下面に取付けられた状態にて
図示されている。
ヘリコプタの如き回転翼航空機のロータに於てトルクド
ライブダイヤフラムとして上述の構造体を使用すること
が第２Ａ図及び第２Ｂ図に示されている。ロータ軸２４
がトルクドライブダイヤフラム２１に接続され、これを
駆動するようになっている。トルクドライブダイヤフラ
ム２１はクランプ３０によりロータブレード２２に接続
されている。ロータブレード２２はそれと一体に形成さ
れた撓み梁３１及びトルクチューブ２９を有している。
ブレードのピッチはピッチアーム３３に作用してトルク
チューブ２９を回動させるプッシュロッド３２により制
御される。撓み梁３１はロータの通常の作動中に捩られ
てブレードがピッチを変更することを許す。またジンバ
ル軸受２３が設けられており、該ジンバル軸受はブレー
ド２２が種々のピッチ角に設定される際にロータハブ２
５がロータ軸２４の周りに傾動することを許す。カバー
２７がロータを保護し空気力学的輪郭を与えている。第
２Ａ図及び第２Ｂ図より、トルクドライブダイヤフラム
２１はロータ軸２４をブレード２２に接続し、これによ
りブレードへトルクを伝達するようになっているのに対
し、ロータハブ２５及びジンバル軸受２３は遠心力より
ブレードを拘束し、またハブが傾動することを可能にし
ていることが理解されよう。ロータハブ２５が傾動する
際には、トルクドライブダイヤフラム２１も傾動しなけ
ればならない。傾動ストッパ２６が傾動の最大角度を制
御するようになっている。トルクドライブダイヤフラム
２１には強化リング３６、３７、３８が装着されてい
る。
パワーカップリング装置（例えば非駆動機械の軸を駆動
させるトランスミッションの出力軸や、遠心ポンプを駆
動する電気モータの出力軸）として使用される本発明の
他の一つの実施例が第８図及び第９図に図示されてい
る。
第８図及び第９図に示された構造体４０は、第一の実質
的に平坦な側壁４１とこれに平行な第二の実質的に平坦
な側壁４２とを有する中空ディスクを含んでいる。一体
的なリム４３が平坦な側壁４１を平坦な側壁４２と接続
している。側壁４１は第一の軸を受入れるための中央孔
４３ａを有している。他方側壁４２は第二の軸を受入れ
るための中央孔４４を有している。側壁４１はハブセク
ション４６よりリム４３まで延在する実質的に平坦なダ
イヤフラムセクション４５を有している。同様に側壁４
２はハブセクション４８よりリム４３まで延在するダイ
ヤフラムセクション４７を有している。ハブセクション
４６及び４８は取付用の孔４９を有していてよい。実質
的に平坦な側壁４１には強化リング５２が取付けられて
おり、実質的に平坦な側壁４２には強化リング５３が取
付けられている。
構造体４０は円筒形又はテーパ状をなすよう長手方向に
延在するリム４３を有していてもよい。このことはマン
ドレルの形状を変えることにより達成される。
構造体のリムセクションに於て強化繊維の間に接線方向
にワインディングされた繊維を介装させることが第３図
に示されている。構造層１２の間にはリム強化層１０が
介装されている。第３図に於ては、随意の織物強化層１
１も図示されている。
第１０Ａ図は内面に強化リング３６ａ及び３８ａが取付
けられたダイヤフラムセクション８を示しており、第１
０Ｃ図はダイヤフラムセクション８の下面及び上面に取
付けられた強化リング３６ａ及び３８ａを示している。
第１０Ｂ図はダイヤフラムセクション８に埋設された強
化リング３６ａ及び３８ａを示している。強化リング９
８をワインディングするためのフィラメントワインディ
ングスプール８０が第１１図に示されている。スプール
８０は回転可能な軸８６と、第一の分解可能な側片８８
と、第二の分解可能な側片９０と、インナ部材９４とを
含んでいる。スプール８０はリング９８を取外すべく分
解され得るようになっている。
本発明のトルクドライブ構造体は締結要素や制御ロッド
等を受入れるための孔を含んでいてよい。これらの孔は
穿孔、パンチング、焼き抜きの如き従来の方法により形
成されてよい。またこれらの孔はマンドレルの表面に突
起を設け、該突起の周りに繊維を巻付け、これにより繊
維が充填されていない領域を形成することにより形成さ
れてもよい。
本発明のトルクドライブ構造体は一般に、高速且高トル
クの回転軸を第二の回転軸、部材、又は組立体に連結
し、第二の回転軸等を回転させる目的で使用される。一
方の軸は他方の軸や組立体の長手方向の中心軸線に対し
約１０°までの角度にて交差する長手方向の中心軸線を
有していてよい。トルクドライブ構造体は、それがヘリ
コプタのロータ組立体に於てトルクドライブ装置として
ではなくパワーカップリング装置として使用される場合
には、正面側及び背面側の両側壁に於て軸を受けるよう
構成される。トルクドライブ構造体の製造方法は、フラ
ンジを形成すべく背部が切取られることが行われず、軸
を受けるための中央孔を有するバフセクションを形成す
べく強化繊維がワインディングされ樹脂マトリックスが
硬化処理される点を除き、パワーカップリング構造体に
ついて上述した製造方法と同様である。トルクドライブ
構造体はそれが可撓性を有するトルクドライブ装置とし
て機能するよう両側壁に於て軸に取付けられ、両側壁は
ハブセクション及び貫通孔を有している。
例 ヘリコプタの複合材料製ハブに使用される１／６スケー
ルの繊維強化トルクドライブ構造体が、Kevlar２９（登
録商標）なる商品名のポリアラミド繊維をマンドレルの
周りにワインディングすることにより製造された。マン
ドレルは複数個のセグメントに分割された分解可能なイ
ンナ金属リングと、シリコンゴム製のアウタ被覆とより
なっていた。
まず幅０．５５inch（１．４cm）のKevlar２９（登録商
標）なる商品名のロービングの一つの層がリム強化層を
形成すべく７サーキットの表裏繰返しパターンにてマン
ドレルのリムの周りにワインディングされた。次いで複
合材料構造体を形成すべく単一層のテープが１１サーキ
ットのパターンにてマンドレルの周りにワインディング
された。テープはKevlar２９（登録商標）なる商品名の
ポリアラミド繊維よりなり約０．００６inch（０．１５
mm）の厚さを有するテープであった。テープは約０．５
inch（１２．７mm）の幅を有し、９本の繊維ロービング
よりなっていた。テープは高歪容量を有するアメリカン
・シアナミド・エポキシ樹脂マトリックス（実験用）N
o.１８０６にて含浸されており、アメリカン・シアナミ
ド・カンパニーより購入されたものであった。ワインデ
ィング中の繊維の張力は約５０００psi（３５０kg／c
m2）に設定された。繊維強化リングはアメリカ合衆国、
コネチカット州、ストラットフォード所在のシコルスキ
ー・エアクラフト（Sikorsky Aircraft）により製造さ
れたものであった。強化リングの直径は７．７５inch
（１９．７cm）及び５．２５inch（１３．３cm）であっ
た。繊維はアメリカン・シアナミド・カンパニーにより
製造されたNo.５２２５樹脂マトリックスにて予め含浸
された黒煙繊維ロービングでった。ロービングの幅は
０．０５５inch（１．４mm）であり、厚さは０．００６
inch（０．１５mm）であった。リングの幅は０．２５in
ch（６．４mm）であり、厚さは０．０５５inch（１．４
mm）であった。リングはアメリカン・シアナミド・カン
パニーより販売されているＦＭ３００接着剤を用いて接
着後に硬化させることにより複合材料構造体内に組込ま
れた。次いでKevlar２９（登録商標）のポリアラミド繊
維よりなる織布がリムセクションの周りに巻付けられ
た。織物は上述の樹脂マトリックスと同一の樹脂マトリ
ックスにて予め含浸されていた。織物の厚さは０．００
９inch（０．２２８mm）であった。マンドレル及び繊維
がワインディングされた構造体は成形機内に配置され、
構造体は温度が約３５０゜F（１７７℃）まで１分間当り
約２゜F（１℃）にて段階的に昇温され、３５０゜F（１７
７℃）に約２時間維持され、１分間当り約２゜F（１℃）
の冷却速度にて室温にまで低下される段階型の温度サイ
クルにて約７５psi（５．３kg／cm2）の圧力を与えつつ
成形を行うことにより硬化処理された。次いで構造体は
締結要素を受入れ得るよう中央ハブ及びフランジの周り
にて穿孔された。フランジを形成すべく構造体の背部が
切取られ、マンドレル及びカバーが除去された。かくし
て得られた構造体の半径は５．０８inch（１２．９cm）
であり、中央孔の内径は１．０５inch（２．６６cm）で
あった。また構造体のハブに於ける厚さは約０．１５in
ch（３．８１mm）であり、リム部に於ける厚さは０．０
１２inch（０．３０mm）であった。構造体の深さは約
０．８０inch（２．０３cm）であった。
次いで上述の如く形成された複合材料構造体を１／６ス
ケールのヘリコプタ用ハブ組立体の試験装置に装着し、
８°までの角度にて約２１００００００回転に亙り約１
５００rpmの回転速度にて回転させたところ、構造的破
壊は生じなかった。また構造体の湾曲変形も座屈も観察
されなかった。
本発明の複合材料製のトルクドライブ構造体によれば、
高トルク及び高回転速度にて動力を供給する回転駆動軸
を第二の被駆動軸または組立体に連結する手段あって、
両方の軸又は軸と組立体の長手方向の中心軸線が互いに
他に対し約１０°までの角度にて交差されてよい手段が
得られる。本発明のトルクドライブ構造体はワインディ
ングされた合成繊維と樹脂マトリックスとよりなってい
る。典型的には採用される複角度のワインディングパタ
ーンによれば、構造体の周縁部に於ける繊維の配向方向
が主として半径方向になる。典型的な用途に於て複合材
料構造体が曝される変化する温度により、エポキシマト
リックスの影響力が接線方向に於て大きいリム部に於
て、種々の熱膨張率が生じる。このことにより正常時に
は平坦なダイヤフラムがそれが拘束されていない場合に
は凹状又は凸状になる湾曲変形現象が生じる。またダイ
ヤフラムはそれが拘束されている場合には座屈、非線形
のばね特性を生じ、また早期の破壊を生じる。本発明に
よれば、リム部又は複合材料構造体全体に亙り実質的に
接線方向に配向された強化繊維を組込むことにより、湾
曲変形現象が排除され、これにより高トルク且高回転速
度の可撓性を有するトルクドライブ装置として使用され
得る熱的に安定な構造体を製造することができる。
更に可撓性トルクドライブ構造体は可撓性を有している
ことが必要とされるので、高いトルク荷重が作用する条
件下に於ては構造体に座屈が生じることがあるが、フィ
ラメントワインディングされた繊維強化リングをトルク
ドライブ構造体に組込むことにより、座屈が排除され又
は実質的に低減され、これにより使用寿命、耐疲労性、
動的安定性が改善される。
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
なく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であ
ることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は繊維がワインディングされたトルク伝達構造体
の本発明による一つの好ましい実施例を示す斜視図であ
る。 第２Ａ図は本発明のトルクドライブ構造体が組込まれた
ヘリコプタの典型的な複合材料製のロータハブ組立体を
その一部を破断して示す平面図である。 第２Ｂ図は第２Ａ図に示されたロータハブ組立体をその
一部を破断して示す正面図である。 第３図は本発明による繊維がワインディングされたトル
ク伝達構造体を示す拡大部分断面図である。 第４図は本発明による繊維がワインディングされたトル
ク伝達構造体のための一つの典型的なワインディングパ
ターンを示す解図である。 第５図はリムを強化するための随意の３サーキットのワ
インディングパターンを示す解図である。 第６図はリムを強化するための随意の４サーキットのワ
インディングパターンを示す解図である。 第７図は本発明による複合材料構造体のための随意の繊
維強化パターンを示す解図である。 第８図は本発明によるトルクドライブ構造体が採用され
たカップリング装置を示している。 第９図は第８図の線９−９に沿うカップリング装置の断
面図である。 第１０Ａ図、第１０Ｂ図、第１０Ｃ図は本発明のトルク
ドライブ構造体に使用された強化リングを示している。 第１１図は本発明に於ける強化リングをワインディング
するために使用されてよいマンドレルを示している。 １……ハブ組立体，２……リム，３……フランジ，４…
…中央孔，５〜７……孔，８……ダイヤフラムセクショ
ン，１０……強化層，１１……織物強化層，１２……構
造層，２１……トルクドライブダイヤフラム，２２……
ロータブレード，２３……ジンバル軸受，２４……ロー
タ軸，２５……ロータハブ，２６……傾動ストッパ，２
７……カバー，２９……トルクチューブ，３０……クラ
ンプ，３１……撓み梁，３２……プッシユロッド，３３
……ピッチアーム，３６、３７、３８……強化リング，
４０……構造体，４１、４２……側壁，４３……リム，
４４……孔，４５……ダイヤフラムセクション，４６…
…ハブセクション，４７……ダイヤフラムセクション，
４８……ハブセクション，４９……孔，５０……マンド
レル，５２、５３……強化リング，５５、６０、６５…
…テープ，７０……強化繊維，８０……スプール，８６
……軸，８８、９０……側片，９４……インナ部材，９
８……リング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｋ 105:08 Ｂ２９Ｌ 31:08 4Ｆ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】特に回転翼航空機のハブに於てトルクドラ
    イブダイヤフラムとして使用されるよう構成され、取付
    装置を有するリムと少なくとも一つの強化リングと中央
    取付装置とを有する円形のダイヤフラムを含む繊維強化
    樹脂マトリックス複合材料構造体にして、 樹脂マトリックスと、 リム及びリム取付装置を有するダイヤフラムを形成すべ
    く複数サーキットのパターンにて前記中央取付装置に対
    し実質的に接線方向に十分な張力が与えられた状態にて
    ワインディングされた繊維と、 前記構造体の前記リムを強化すべく実質的に周方向に十
    分な張力が与えられた状態にてワインディングされた強
    化繊維と、 ワインディングされた繊維にて形成され前記ダイヤフラ
    ムと同心の少なくとも一つの強化リングと、 を含み、前記複合材料構造体は前記ダイヤフラムがそれ
    が温度変化により誘発される応力に曝された場合にも実
    質的に一平面状態を維持し、また前記構造体がトルク荷
    重が作用する条件下に於ける座屈に抵抗するよう十分な
    熱及び圧力が与えられた状態にて成形されることにより
    硬化処理されていることを特徴とする繊維強化樹脂マト
    リックス複合材料構造体。
  2. 【請求項２】特に回転翼航空機のハブに於てトルクドラ
    イブダイヤフラムとして使用されるよう構成された繊維
    強化樹脂マトリックス複合材料構造体を製造する方法に
    して、リムとリム取付装置とを有するダイヤフラムを形
    成すべく複数サーキットのパターンにて中央取付装置に
    対し実質的に接線方向に樹脂にて含浸された繊維を十分
    な張力が与えられた状態にてマンドレル上にワインディ
    ングする過程と、前記構造体の前記リムを強化すべく実
    質的に周方向に樹脂にて含浸された強化繊維を十分な張
    力が与えられた状態にてワインディングする過程であっ
    て、前記強化繊維の間に実質的に接線方向にワインディ
    ングされる前記繊維が随意に介装される過程と、少なく
    とも一つの強化リングを形成すべく樹脂にて含浸された
    強化繊維を実質的に円形にワインディングする過程であ
    って、前記リングが前記ダイヤフラム上又は前記ダイヤ
    フラム内に同心に配置される過程とを含み、上述の如く
    形成された構造体がそれを十分な熱及び圧力を与えつつ
    成形することにより硬化処理され、これにより前記ダイ
    ヤフラムがそれが温度変化により誘発される応力に曝さ
    れた場合にも実質的に一平面状態を維持し、また前記構
    造体がトルク荷重が作用する条件下に於ける座屈に抵抗
    するよう構造体が製造されることを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】特に可撓性を有するトルクドライブカップ
    リング装置として使用されるよう構成され、第一の実質
    的に平坦なダイヤフラム側壁と第二の実質的に平坦なダ
    イヤフラム側壁とを有する中空ディスクを含み、各ダイ
    ヤフラム側壁は中央取付装置を有しており、また各ダイ
    ヤフラム側壁は前記ディスクの中心軸線と同心の少なく
    とも一つの強化リングを有しており、前記ディスクは前
    記二つのダイヤフラム側壁を接続する周縁リムを有する
    繊維強化樹脂マトリックス複合材料構造体にして、 樹脂マトリックスと、 前記ディスクを形成すべく複数サーキットのパターンに
    て前記中央取付装置に対し実質的に接線方向に十分な張
    力が与えられた状態にてワインディングされた繊維と、 前記構造体の前記周縁リムを強化すべく実質的に周方向
    に十分な張力が与えられた状態にてワインディングされ
    た繊維と、 前記ダイヤフラム側壁上又は前記ダイヤフラム側壁内に
    これと同心の強化リングを形成すべく実質的に円形に十
    分な張力が与えられた状態にてワインディングされた繊
    維と、 を含み、前記複合材料構造体は前記ダイヤフラム側壁が
    それが温度変化により誘発される応力に曝された場合に
    も実質的に一平面状態を維持し、また前記構造体がトル
    ク荷重が作用する条件下に於ける座屈に抵抗するよう十
    分な熱及び圧力が与えられた状態にて成形されることに
    より硬化処理されていることを特徴とする繊維強化樹脂
    マトリックス複合材料構造体。
  4. 【請求項４】特に可撓性を有するトルクドライブカップ
    リング装置として使用されるよう構成された繊維強化樹
    脂マトリックス複合材料構造体を製造する方法にして、
    中央取付装置を備えた第一の実質的に平坦なダイヤフラ
    ム側壁と中央取付装置を備えた第二の実質的に平坦なダ
    イヤフラム側壁とを有し、前記二つのダイヤフラム側壁
    を接続する周縁リムを有するディスクを形成すべく、複
    数サーキットのパターンにて前記中央取付装置に対し実
    質的に接線方向に樹脂にて含浸された繊維を十分な張力
    が与えられた状態にてマンドレル上にワインディングす
    る過程と、前記構造体の前記周縁リムを強化すべく実質
    的に周方向に樹脂にて含浸された繊維を十分な張力が与
    えられた状態にてワインディングする過程であって、前
    記強化繊維の間に実質的に接線方向にワインディングさ
    れる前記繊維が随意に介装される過程と、樹脂にて含浸
    された繊維を実質的に円形にワインディングすることに
    より各ダイヤフラム側壁用の少なくとも一つの強化リン
    グを形成する過程であって、前記リングは各ダイヤフラ
    ム側壁上に同心に配置され又は前記リングの間に前記接
    線方向の繊維が随意に介装される過程とを含み、上述の
    如く形成された構造体がそれを十分な熱及び圧力を与え
    つつ成形することにより硬化処理され、これにより前記
    ダイヤフラム側壁がそれが温度変化により誘発される応
    力に曝された場合にも実質的に一平面状態を維持し、ま
    た前記構造体がトルク荷重が作用する条件下に於ける座
    屈に抵抗するよう構造体が製造されることを特徴する方
    法。
JP23312986A 1985-09-30 1986-09-30 繊維強化樹脂マトリツクス複合材料構造体及びその製造方法 Expired - Lifetime JPH0655456B2 (ja)

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