(57)【要約】【課題】  格納型航空機脚の脚柱の支持棒等に使用される連結ロッドにおいて、軸方向の引張荷重及び圧縮荷重に耐え得る破壊強度、及び軸方向の圧縮荷重による座屈変形を阻止可能な曲げ剛性を確保しつつ、軽量化を図る。【解決手段】  棒状の本体部１０の両端側に金属製の連結部２０，２０を有した連結ロッドである。棒状の本体部１０が、両端の連結部２０，２０と一体的に形成された金属製の骨材１１と、骨材１１の曲げ剛性を高めるべく該骨材１１に組み合わされた非金属製の補強材１２とからなるはハイブリッド構造である。金属製の骨材１１は、棒状の本体部１０に付加される軸方向の引張荷重及び圧縮荷重に耐え得る破壊強度を有するが、そうすれば、棒状の本体部１０に付加される軸方向の圧縮荷重による座屈変形を阻止し得る曲げ剛性が不足する。非金属製の補強材１２は、この曲げ剛性の不足分を確保する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状の本体部の両端側に金属製の連結部を有した連結ロッドであって、前記棒状の本体部が、両端の連結部と一体的に形成された金属製の骨材と、該骨材の曲げ剛性を高めるべく該骨材に組み合わされた非金属からなる補強材とを具備する連結ロッド。
【請求項２】
請求項１に記載の連結ロッドにおいて、棒状の本体部における金属製の骨材は、棒状の本体部に付加される軸方向の引張荷重及び圧縮荷重に耐え得る破壊強度を確保し、非金属からなる補強材は、棒状の本体部に付加される軸方向の圧縮荷重による座屈変形を阻止し得る曲げ剛性のうちの、前記骨材では確保できない不足分を確保する連結ロッド。
【請求項３】
請求項１に記載の連結ロッドにおいて、金属製の骨材は筒状部材であり、非金属からなる補強材は、筒状の骨材の外面側又は内面側、若しくはそれらの両方に配置されている連結ロッド。
【請求項４】
請求項１に記載の連結ロッドにおいて、補強材を構成する非金属は繊維強化樹脂である連結ロッド。
【請求項５】
請求項１に記載の連結ロッドにおいて、骨材を構成する金属は鋼である連結ロッド。
【請求項６】
請求項１に記載の連結ロッドにおいて、格納型航空機脚の脚柱支持棒の構成部材である連結ロッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば格納型航空機脚の脚柱の支持棒等に使用される高強度で軽量な連結ロッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
格納型航空機脚の格納構造においては、脚柱を脚出し状態、脚入れ状態に支持するのに、複数本の連結ロッドを組み合わせたリンク構造の支持棒が通常、使用される。この脚柱駆動用支持棒に使用される連結ロッドの従来例を図６に示す。
【０００３】
図６に示された連結ロッドは、特許文献１により提示された「降着装置」の「サイドストラット８」や特許文献２により提示された「航空機脚」の「支持レバー５０」などの脚柱支持棒に連結されて使用されており、アクチュエータによる関節部（接続部）の回動による支持棒の折れ曲がりにより、脚柱の出し入れ動作を行う。この連結ロッドは、真っ直ぐな棒状の本体部１０と、本体部１０の両端側に一体的に形成されたブラケット構造の連結部２０，２０とからなる。本体部１０は、ここでは両側のフランジを水平なウエブで一体的に連結した断面Ｈ形の棒体であり（図７参照）、ブラケット構造の連結部２０、２０とはそれらの中心軸がフランジに対して直交する状態に一体接続されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３４７９９７号公報
【特許文献２】特開２００７−１８６０８７号公報
【０００５】
脚柱駆動用支持棒に使用される連結ロッドに要求される事項は次の３つである。第１に、棒状の本体部１０に対して、軸方向の引張荷重及び圧縮荷重に耐え得る破壊強度が求められる。第２に、その本体部１０に対して、軸方向の圧縮荷重による座屈変形を阻止可能な曲げ剛性が求められる。第３に、両端の連結部２０，２０に対しては、大荷重を伝達する必要から巨視的、微視的な強度が求められる。
【０００６】
これらの要求を満たすために、従来の連結ロッドは、低合金鋼やアルミ合金、チタン合金などの金属からなる一体成形品とされており、特に、その本体部１０は、長手方向の圧縮荷重による座屈変形を阻止する観点から、十分な大きさの断面積を付与されている。
【０００７】
ところで、近年の航空機に要求される性能の一つは燃費の良いことである。このための対策の一つとして機体の軽量化があり、その軽量化は機体の構成部品一つひとつの軽量化の積み重ねにより実現される。このために、脚柱駆動用支持棒に使用される連結ロッドについても更なる軽量化が求められているが、従来の軽量化対策には問題が多い。
【０００８】
構成材料として、アルミ合金は軽量であるが、所定の強度を確保するのが難しい。チタン合金は軽量で高強度であるが、加工性が悪く、なによりも高価であり、民間機の場合はこの経済的な制約が大きい。炭素繊維強化樹脂などの非金属材料の使用も検討されているが、両端の円環状の連結部２０，２０における微視的な強度の問題から、非金属材料化は困難である。本体部１０を非金属とし両端の連結部２０，２０を金属とするハイブリッド構造も考えられているが、両者の接合強度に問題があり、実現は困難である。このような事情から、連結ロッドの多くは、３００Ｍなどの低合金鋼で一体的に作製されており、現状以上の軽量化は困難な状況である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、機械的強度に問題を生じることなく軽量化を実現でき、しかも経済性に優れる連結ロッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明者らは、両端の連結部はその間の本体部と一体的であること、及び金属であることが不可欠であるとの前提にたって、本体部の軽量化及びこれに伴う機械的強度の不足を補う方法について鋭意検討した。その結果、本体部の機能分担に基づくハイブリッド化が有効であるとの結論に到達した。
【００１１】
すなわち、連結ロッドの両端部間の棒状の本体部に要求される特性は、前述したとおり、軸方向の引張荷重及び圧縮荷重に耐え得る破壊強度と、軸方向の圧縮荷重による座屈変形を阻止可能な曲げ剛性（座屈強度）との二つである。１番目の軸方向の破壊強度についての要求を満たすだけであれば、本体部が金属であっても断面積は小さくて済む。しかし、現実の金属製の本体部は、２番目の曲げ剛性についての要求を満たすために、断面積が大きくなっており、これが重量増加の大きな要因になっている。
【００１２】
このような状況から、本発明者らは、両端の連結部間の本体部に要求される軸方向の破壊強度については、金属部材化によりその要求値を満たし、その場合に本体部に要求される曲げ剛性の不足分については、繊維強化樹脂などからなる非金属部材により補うならば、両方の要求値が満たされ、なおかつ軽量化が実現されることを知見した。加えて、本体部が金属部材であれば、両端側の連結部との一体化が可能となり、接合の問題も解決される。
【００１３】
本発明の連結ロッドは、かかる知見を基礎として完成されたものであり、棒状の本体部の両端側に金属製の連結部を有した連結ロッドであって、前記棒状の本体部が、両端の連結部と一体的に形成された金属製の骨材と、該骨材の曲げ剛性を高めるべく該骨材に組み合わされた非金属からなる補強材とを具備している。
【００１４】
本発明の連結ロッドにおいては、本体部を構成する金属製の骨材が、本体部に付加される軸方向の引張荷重及び圧縮荷重に耐え得る破壊強度を負担し、本体部に付加される軸方向の圧縮荷重による座屈変形を阻止し得る曲げ剛性までは負担しない。このため、金属からなる骨材の断面積は小さく抑制される。一方、非金属からなる補強材は、本体部に付加される軸方向の圧縮荷重による座屈変形を阻止し得る曲げ剛性のうちの、骨材だけでは負担しきれない不足分を負担する。この補強材は非金属であるために、断面積が大きくなっても重量増加は僅かであり、全体として、必要な機械的強度を確保しつつ、軽量化を実現することができる。この軽量化の効果は、骨材を構成する金属の比重が大きい場合ほど顕著であり、この観点から金属が低合金鋼等の鋼類の場合に顕著である。
【００１５】
また、金属製の骨材は、同じく金属からなる両端の連結部と一体的に連結されているので、両者を接合するときに生じる問題は発生しない。
【００１６】
金属製の骨材は中実の棒状部材でもよいが、曲げ剛性を高める点から筒状部材が好ましく、円筒部材が特に好ましい。補強材は、骨材が中実材の場合はその外面側に配置される。骨材が円筒部材の場合は、その骨材の外面側に配置してもよいし内面側に配置してもよく、両側に配置してもよい。
【００１７】
補強材を構成する非金属としては樹脂、繊維強化樹脂等、種類を問わず使用可能であるが、強度、重量の点から繊維強化樹脂などの複合材料が好ましく、炭素繊維強化樹脂が特に好ましい。骨材を構成する金属としては低合金鋼、アルミ合金、チタン合金等、特に種類を問わず使用可能であるが、強度、コスト、加工性、そして前述した軽量化効果等の点から低合金鋼等の鋼類が好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の連結ロッドは、両端の連結部に挟まれた棒状の本体部のみを、金属からなる骨材と、非金属からなる補強材との組合せからなるハイブリッド構造としたことにより、機械的強度に問題を生じることなく軽量化を実現でき、しかもコスト増を可及的に回避することができるので経済性にも優れる。したがって、本発明の連結ロッドは、格納型航空機脚の脚柱支持棒の構成部材として特に適する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態を示す連結ロッドの斜視図、図２は同連結ロッドの縦断側面図、図３は同連結ロッドにおける本体部の横断面図である。
【００２０】
第１実施形態の連結ロッドは、格納型航空機脚の脚柱支持棒に使用される。この連結ロッドは、円筒形状の本体部１０と、その両端側に設けられたブラケット構造の連結部２０，２０とからなる。円筒形状の本体部１０は金属、特に低合金鋼からなる円筒形状の骨材１１と、骨材１１の両端部を除く部分の外周面に同心円状に被覆された円筒形状の補強材１２とからなるダブルチューブ型のハイブリッド構造である。本体部１０の骨材１１の両端部外周面は端面に向かって徐々に拡径するテーパー形状であり、端面近傍では同一外径のストレート形状である。骨材１１の内周面は全長にわたって同一内径である。
【００２１】
本体部１０の補強材１２は、熱硬化性のエポキシ樹脂を炭素繊維で強化した炭素繊維強化樹脂からなり、より具体的には、その炭素繊維強化樹脂からなるシートを骨材１１の両端のストレート部１１ａを除く部分に、本体部１０が軸方向の全長にわたって同一外径となるように巻き付け、硬化温度に加熱することにより形成されている。こうして形成された円筒形状の補強材１２は、骨材１１の両端ストレート部１１ａを除く部分の外周面に接着されている。
【００２２】
連結ロッドの連結部２０，２０は、本体部１０の骨材１１と同じ低合金鋼からなり、骨材１１の両端側に一体的に形成されている。換言すれば、本体部１０の骨材１１と連結部２０，２０とが一体化された棒状の金属部材の中間部分に、補強材１２を設けることにより、連結ロッドは形成されている。また、連結部２０，２０との一体化のためと、後述する骨材１１の大径化のために、骨材１１の両端ストレート部１１ａは本体部１０の外径Ｄ１まで太くされている。両端の連結部２０，２０は、図示されない機体側、脚柱側、アクチュエータロッド、又は別の連結ロッドの連結部と回動自在に連結されることにより、格納型航空機脚の脚柱支持棒を構成する。
【００２３】
ここで、本体部１０の外径Ｄ１は機械的強度の向上、これによる軽量化の観点から太いほうがよく、ここでは連結部２０，２０の高さと同程度に設定されている。骨材１１の両端ストレート部１１ａ及び両端テーパー部１１ｂを除く定径部１１ｃの外径Ｄ２は、後述する補強材１２の肉厚Ｔ２（断面積）を確保できる範囲内でできるだけ大きく設定されている。骨材１１の定径部１１ｃの肉厚Ｔ１（断面積）は、当該連結ロッドの本体部１０に要求される軸方向の破壊強度、より詳しくは、本体部１０に付加される軸方向の引張荷重及び圧縮荷重に耐え得る破壊強度を確保できるように設定されている。骨材１１の定径部１１ｃの外径Ｄ２を大きくしても、この定径部１１ｃの肉厚Ｔ１（断面積）では、本体部１０に付加される軸方向の圧縮荷重による座屈変形を阻止し得る曲げ剛性は確保できない。そこで、この曲げ剛性の不足分が、補強材１２の定径部の肉厚Ｔ２（断面積）により確保されている。
【００２４】
骨材１１だけで必要な曲げ剛性を確保しようとすると、その肉厚Ｔ１（断面積）は相当に大きくなる。軸方向の破壊強度の確保だけであれば、その肉厚Ｔ１（断面積）は僅かでよい。しかし、その一方で曲げ剛性が不足する。その曲げ剛性の不足分を補強材１２で補うことにより、補強材１２の定径部の肉厚Ｔ２（断面積）は相当に大きくなるが、骨材１１の比重は補強材１２の比重より格段に大きいので、骨材１１の肉厚Ｔ１（断面積）を小さくすることによる軽量化は、補強材１２の付加による重量増加を大きく凌ぐ。その結果、従来どおりの軸方向の破壊強度及び曲げ剛性を確保しつつ、大幅な軽量化が可能になる。
【００２５】
加えて、本体部１０の外径Ｄ１を許容限度内で極力大きくし、骨材１１の定径部の外径Ｄ２を最大化したことにより、骨材１１自体の曲げ剛性が増大する。この分、補強材１２の定径部の肉厚Ｔ２（断面積）は小さく抑制され、このことも重量軽減に寄与する。
【００２６】
また、両端の連結部２０，２０は金属からなるので、微視的な強度上の問題を生じない上に、同じ金属からなる本体部１０の骨材１１と一体形成されているので、本体部１０との接合強度の問題も生じるおそれがない。
【００２７】
以下に第１実施形態の連結ロッドにおける軽量化の効果を、図６の従来ロッドと比較して定量的に説明する。共通仕様としては、連結ロッドの節点間距離（両端の連結部の中心間距離）が１１００ｍｍ、要求される軸方向の荷重が６５０ｋＮである。両端の連結部は両ロッドとも同じで各１．１ｋｇである。図６の従来ロッドは全体が低合金鋼３００Ｍからなり、軸方向の要求荷重６５０ｋＮを満足するために図７の断面形状を採用している。総重量は１２．３ｋｇ、両端の連結部を除く本体部の重量は１０．１ｋｇであった。
【００２８】
これに対し、第１実施形態の連結ロッドは、本体部１０の骨材１１及び連結部２０，２０の構成する金属材料（低合金鋼）が３００Ｍ、本体部１０の強化材１２を構成する非金属材料が炭素繊維強化エポキシ樹脂（ＣＦＲＰ）からなる。３００Ｍの比重は７．８、ＣＦＲＰの比重は１．６である。また、３００Ｍの圧縮降伏応力は、ＣＦＲＰの圧縮降伏応力の約１．３倍、３００Ｍのヤング率は、ＣＦＲＰのヤング率の約１．５倍である。軸方向の要求荷重６５０ｋＮを満足させるために、本体部１０の骨材１１は外径Ｄ２＝８０ｍｍ、肉厚Ｔ１＝２ｍｍとし、強化材１２の肉厚Ｔ２は５ｍｍとした。総重量は８．１ｋｇ、両端の連結部２０，２０を除く本体部１０の重量は５．９ｋｇとなった。
【００２９】
ＣＦＲＰの機械的強度は３００Ｍの機械的強度より総じて低いが、ＣＦＲＰの比重が３００Ｍの比重より格段に小さいために、ハイブリッド構造の本体部１０は、３００Ｍ単体の本体部と比べて４１．６％の重量軽減が可能になった。
【００３０】
図４は本発明の第２実施形態を示す連結ロッドの斜視図、図５は同連結ロッドの縦断側面図である。
【００３１】
第２実施形態の連結ロッドは、第１実施形態の連結ロッドと比べて、本体部１０の構造が相違する。第２実施形態の連結ロッドにおける本体部１０は、金属からなる両端の連結部２０，２０と一体化された金属製の骨材１１が外側に配置され、その内側に炭素繊維強化樹脂等の非金属からなる円筒形状の強化部１２が配置されたダブルチューブ型のハイブリッド構造である。
【００３２】
外側の骨材１１は、連結部２０，２０の高さとほぼ同じ外径をもつ大径の円筒体であり、その外周面は両端部を除いて同一外径である。両端部外周面は、連結部２０，２０との連結強度等を確保するために他の部分より若干大径になっている。内周面は軸方向の全長にわたって同一内径のストレート形状である。骨材１１及び連結部２０，２０を構成する金属は、第１実施形態と同様に低合金鋼である。
【００３３】
円筒形状の強化部１２は、炭素繊維強化エポキシ樹脂（ＣＦＲＰ）などの非金属により予め成形された円筒体であり、骨材１１の両端部を除く内面側に、その内面に接着された状態で嵌合されている。骨材１１の両端部内には、骨材１１内をシールするために円盤状の蓋１３，１３が嵌合されている。
【００３４】
本体部１０に付加される軸方向の引張荷重及び圧縮荷重に耐え得る破壊強度が、外側の骨材１１により確保されること、骨材１１だけでは、本体部１０に付加される軸方向の圧縮荷重による座屈変形を阻止し得る曲げ剛性は確保できないこと、その不足分が、内側の強化材１２により確保されることは、第１実施形態の連結ロッドの場合と同じである。その結果として、本体部１０の重量が、金属単体の本体部の重量と比べて大幅に軽くなることも、第１実施形態の連結ロッドの場合と同じである。
【００３５】
第２実施形態の連結ロッドの長所としては、本体部１０における金属製の骨材１１が外側に位置するために、外部からの衝撃による損傷に強いことがある。また、本体部１０の外径を同じとした場合、骨材１１の外径が大きくなり、その分、曲げ剛性が強化される。その結果、内側の強化材１２の肉厚（断面積）を小さくすることができ、より一層の軽量化が可能になる。短所としては、製造工程が複雑になること、部品点数が増加することなどにより、経済性が低下することがある。
【００３６】
第１実施経形態及び第２実施形態では、本体部１０における骨材１１及び強化材１２は円筒形状であるが、角筒状などの他の中空形状でもよく、骨材１１が内側に位置する第１実施経形態では、その骨材１１は中実の棒材でもよい。一方、強化材１２が内側に位置する第２実施形態では、その強化材１２は中実の棒材でもよい。ただし、中空形状の方が、少ない重量で曲げ剛性を確保しやすいことは周知のとおりである。
【００３７】
なお、上述の第１実施形態及び第２実施形態では、本体部１０の外面形状を軸方向の全長にわたって同一外径のストレート形状としたが、その形状を限定するものではなく、例えば軸方向の中央部に向かって外径が漸増する樽型、あるいは軸方向の中央部に向かって外径が漸減する鼓型でもよく、重量軽減の点からはむしろ必要強度の得やすい樽型の方が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態を示す連結ロッドの斜視図である。
【図２】同連結ロッドの縦断側面図である。
【図３】図３は同連結ロッドにおける本体部の横断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す連結ロッドの斜視図である。
【図５】同連結ロッドの縦断側面図である。
【図６】従来の連結ロッドの斜視図である。
【図７】従来の連結ロッドの断面形状を示す寸法図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  本体部
１１  骨材
１２  補強材
１３  蓋
２０  連結部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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