(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム長さ方向に直角な方向の断面形状が矩形状とされるフラッピング部と、ビーム長さ方向に直角な方向の断面形状が２つの略Ｙ字形状を脚部で結合させた形状とされるフェザリング・リードラグ部とを有するフレックスビームにおいて、
ビーム長さ方向に延在し複数の繊維配向を有するとともに、上下方向に積層されビーム幅方向中央部に配置される複数の第１層および前記第１層を挟んでビーム前縁から後縁まで延在する複数の第２層を有する第１複合材と、
ビーム長さ方向に延在し延在方向と同一方向の繊維配向の複数のループ材を有する第２複合材と
を備え、
前記フラッピング部は、
前記第１複合材の前記第１層とビーム前縁側および後縁側に配置された前記第２複合材とが一体的に接合され、前記第２複合材が前記第１複合材の前記第２層によって上下方向に分割されるとともに前記第２層に接合されて構成され、
前記フェザリング・リードラグ部は、
ビーム厚さ方向中間部に配置された前記第１複合材の前記第２層と、前記第２層の上下表面に配置された前記第２複合材とが一体的に接合されて構成されることを特徴とするフレックスビーム。
【請求項２】
前記フラッピング部は、
ビーム上下表面を被覆する前記第１複合材を備えることを特徴とする請求項１記載のフレックスビーム。
【請求項３】
前記第１複合材は、
前記フラッピング部から前記フェザリング・リードラグ部へといたるまでに前記第２複合材を上下方向に分割する部分を一部残して消失することを特徴とする請求項１または２記載のフレックスビーム。
【請求項４】
前記第２複合材は、
前記フラッピング部において前後方向に分割されるとともに、前記フェザリング・リードラグ部における略Ｙ字形状の折曲部で分割され、前記フラッピング部で分割された部分と前記フェザリング・リードラグ部で分割された部分とが各々ビーム長さ方向で連続されてなることを特徴とする請求項１、２または３記載のフレックスビーム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレックスビームに関し、特に、ベアリングレス型ハブ構造を有するヘリコプタ用のフレックスビームに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリコプタのブレードは、フラッピング、フェザリングおよびリードラグの各運動が可能となるように、ハブを介してロータシャフトに連結されている。ブレードにこのような３運動を行わせるためのハブ構造としては、ころがり軸受けやエラストマなどから構成したヒンジを用いた構造や、ブレードの付け根部分の剛性を意図的に弱め、この弾性変形を利用する構造などが挙げられる。
【０００３】
後者のうちブレードの前記３運動すべてに弾性変形を利用するハブ構造は、一般に「ベアリングレス型ハブ構造」と称され、可撓性を有するフラッピング部とフェザリング・リードラグ部とを備えるフレックスビームを備えるものであり、ブレードの前記３運動は、このフレックスビームの撓みによって達成されることとなる。このようなベアリングレス型ハブ構造を採用すると、ブレードモーメントが胴体側に伝達され易くなるため、一般的に操縦性および運動特性が向上する。
【０００４】
従来のフレックスビーム構造の一例（以下、「従来構造（１）」という）としては、特許第２５８３２５９号公報に記載されているように、織物複合材から構成されビーム幅方向中央部に配置される中央部材と、繊維配向が一方向の複合材（以下、「一方向部材」という）から構成され中央部材の前縁側および後縁側に配置される枠材とを一体的に接合してフラッピング部を構成した構造が提案されている。この構造においては、中央部材と枠材との接合面は、ビーム長さ方向に延在したほぼ垂直な平面とされている。
【０００５】
また、他のフレックスビーム構造の例（以下、「従来構造（２）」という）としては、特開平１０−２８７２９７号公報に記載されているように、ビーム厚さ方向中央部に配置される中央部材と、この中央部材の上面側および下面側に配置される上下部材と、これら中央部材と上下部材との間に配置される一方向部材とからフラッピング部を構成した構造が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来構造（１）においては、フレックスビームのフラッピング部に伝達された荷重は枠材を介して中央部材に伝達されるが、これら中央部材と枠材との接合面がほぼ垂直であるために、これら応力やモーメントがスムースに伝達されない場合があり、枠材内部に過度のせん断応力や歪みが発生してしまっていた。この枠材は一方向部材であるためにせん断強度が低いので、枠材内部に発生するせん断応力を低減させる必要があった。
【０００７】
また、従来構造（１）においては、前記したような荷重が負荷されると、中央部材と枠材との接合面を境に歪み分布が不連続となり、接合面近傍に高いせん断応力が発生してしまう。このような接合面近傍に発生するせん断応力を低減させる必要もあった。
【０００８】
一方、従来構造（２）においては、フレックスビームのフラッピング部に伝達された荷重は、一方向部材を介して中央部材および上下部材に伝達されるが、一方向部材と上下部材との接合面がビーム厚さ方向中央付近に配置されているため、接合面近傍に発生するせん断応力の低減に改善の余地が残されていた。
【０００９】
本発明の課題は、フレックスビームにおいて、構造強度を格段に向上させることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、例えば図１ないし図３に示したように、ビーム長さ方向に直角な方向の断面形状が矩形状とされるフラッピング部と、ビーム長さ方向に直角な方向の断面形状が２つの略Ｙ字形状を脚部で結合させた形状とされるフェザリング・リードラグ部とを有するフレックスビームにおいて、ビーム長さ方向に延在し複数の繊維配向を有するとともに、上下方向に積層されビーム幅方向中央部に配置される複数の第１層および前記第１層を挟んでビーム前縁から後縁まで延在する複数の第２層を有する第１複合材と、ビーム長さ方向に延在し延在方向と同一方向の繊維配向の複数のループ材を有する第２複合材とを備え、前記フラッピング部は、前記第１複合材の前記第１層とビーム前縁側および後縁側に配置された前記第２複合材とが一体的に接合され、前記第２複合材が前記第１複合材の前記第２層によって上下方向に分割されるとともに前記第２層に接合されて構成され、前記フェザリング・リードラグ部は、ビーム厚さ方向中間部に配置された前記第１複合材の前記第２層と、前記第２層の上下表面に配置された前記第２複合材とが一体的に接合されて構成されることを特徴とする。
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、フラッピング部は、上下方向に複数積層されビーム幅方向中央部に配置された第１複合材の第１層と、ビーム前縁側および後縁側に配置された第２複合材とが一体的に接合され、第２複合材は第１複合材の第２層によって上下方向に分割されて構成されるため、従来構造と比較すると、フラッピング部において第１複合材と第２複合材との接合面積を増大させることができる。
【００１２】
従って、フェザリング・リードラグ部に負荷された荷重を、第２複合材を介して、フラッピング部に配置された第１複合材に効率的に伝達することができる。この結果、第２複合材内部に発生するせん断応力や、第１複合材と第２複合材との接合面近傍に発生するせん断応力を低減させることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のフレックスビームにおいて、例えば図２に示すように、前記フラッピング部は、ビーム上下表面を被覆する前記第１複合材を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の奏する作用効果に加え、フラッピング部は、ビーム上下表面を被覆する第１複合材を備えるため、ビーム幅方向中央部に配置された第１複合材とこの第１複合材の前縁側および後縁側に配置された第２複合材との接合面がビーム上下表面に露出するのを防ぐことができる。従って、ビームに亀裂が発生したり、発生した亀裂が進展したりするのを防止することができる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のフレックスビームにおいて、例えば、図２および図３に示すように、前記第１複合材は、前記フラッピング部から前記フェザリング・リードラグ部へといたるまでに前記第２複合材を上下方向に分割する部分を一部残して消失することを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の奏する作用効果に加え、第１複合材は、フラッピング部からフェザリング・リードラグ部へといたるまでに第２複合材を上下方向に分割する部分を一部残して消失するため、荷重をほとんど担わない第１複合材をフェザリング・リードラグ部において極力省くことができる。従って、製品の重量や、製造上の材料費・加工費を低減することができる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項１、２または３記載のフレックスビームにおいて、例えば図２および図３に示すように、前記第２複合材は、前記フラッピング部において前後方向に分割されるとともに、前記フェザリング・リードラグ部における略Ｙ字形状の折曲部で分割され、前記フラッピング部で分割された部分と前記フェザリング・リードラグ部で分割された部分とが各々ビーム長さ方向で連続されてなることを特徴とする。
【００１８】
請求項４記載の発明によれば、請求項１、２または３記載の発明の奏する作用効果に加え、第２複合材は、フラッピング部において前後方向に分割されるとともに、フェザリング・リードラグ部における略Ｙ字形状の折曲部で分割され、フラッピング部で分割された部分とフェザリング・リードラグ部で分割された部分とが各々ビーム長さ方向で連続されてなるため、ビーム全体にわたって第２複合材が整然と配置されることとなる。従って、高品質で高強度の製品を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
本実施の形態では、ヘリコプタのベアリングレス型ハブ構造を構成するフレックスビーム１について説明する。本実施の形態に係るフレックスビーム１は、図１に示したような長尺狭幅の板状部品であり、その長さ方向中央部にロータシャフト取付部２が、その長さ方向両端部にブレード取付部３がそれぞれ設けられている。
【００２１】
ロータシャフト取付部２の両側近傍部分には、フラッピング部４が構成されている。フラッピング部４は、その断面形状が矩形状（図２参照）とされた弾性構造を有し、ブレードのフラッピング運動を可能にするものである。また、ブレード取付部３の近傍部分には、フェザリング・リードラグ部５が構成されている。フェザリング・リードラグ部５は、その断面形状が２つの略Ｙ字形状を脚部で結合させた形状（図３参照）とされた弾性構造を有し、ブレードのフェザリング運動およびリードラグ運動を可能にするものである。
【００２２】
遷移部６は、フラッピング部４およびフェザリング・リードラグ部５を接続する部分であり、図２に示したフラッピング部４の矩形状断面は、この遷移部６で漸次変形してゆき、フェザリング・リードラグ部５において図３に示すような２つの略Ｙ字形状を脚部で結合させた形状の断面とされる。
【００２３】
フラッピング部４は、ビーム長さ方向に延在し複数の繊維配向を有する第１複合材と、ビーム長さ方向に延在し延在方向と同一方向の繊維配向であり、連続する一本のロービングを巻回して形成した複数のループ材を有する第２複合材とから構成されている。
【００２４】
第１複合材は、ガラス繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグをあらかじめ硬化させたテープ状のガラス繊維強化複合材（以下、「テープ材」という）であり、本実施の形態においては、第１複合材を構成するガラス繊維は織物状とされている。なお、前記したテープ材を複数積層して結合させたものも第１複合材と称することとする。
【００２５】
第２複合材は、一方向に延在するガラス繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた半硬化状のループ材であり、フィラメントワインディング装置を用いて調製することができる。本実施の形態においては、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を採用している。
【００２６】
フラッピング部４は、図２に示すように、上下方向に複数積層されてビーム幅方向中央部に配置された第１複合材（１０ａ〜１０ｊ）と、この第１複合材（１０ａ〜１０ｊ）の前縁側および後縁側に配置された第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）とが一体的に接合されて構成されている。
【００２７】
第１複合材は、ビーム上下表面を全幅にわたって被覆する２枚（１０ａおよび１０ｊ）と、ビーム幅方向中央部に配置された４枚（１０ｂ、１０ｄ、１０ｇおよび１０ｉ）と、ビーム幅方向中央部に配置されるとともに前縁側および後縁側に突出させた４枚（１０ｃ、１０ｅ、１０ｆおよび１０ｈ）との計１０枚を上下方向に積層して接合したものである（図２参照）。このうち、ビーム幅方向中央部に配置されるとともに前縁側および後縁側に突出させた４枚（１０ｃ、１０ｅ、１０ｆおよび１０ｈ）は、第２複合材を上下方向に分割するという機能を果たす（図２参照）。
【００２８】
第２複合材は、第１複合材の前縁側に配置された群（２１、２２、２３および２４）と、第１複合材の後縁側に配置された群（２５、２６、２７および２８）とから構成され、前記したように、それぞれ、ビーム幅方向中央部に配置されるとともに前縁側および後縁側に突出させた４枚の第１複合材（１０ｃ、１０ｅ、１０ｆおよび１０ｈ）によって上下方向に分割されている（図２参照）。
【００２９】
また、本実施の形態における第２複合材は、図２に示すように、前後方向にも分割されている。第１複合材の前縁側に配置された群（２１、２２、２３および２４）について説明すると、ビーム上下表面寄りに配置された第２複合材２１および２４は、前後方向に３分割され（２１ａ〜２１ｃ、２４ａ〜２４ｃ）、ビーム厚さ方向中央寄りに配置された第２複合材２２および２３は、前後方向に２分割されている（２２ａおよび２２ｂ、２３ａおよび２３ｂ）。
【００３０】
フェザリング・リードラグ部５は、図３に示すように、ビーム厚さ方向中央部に配置された第１複合材（１０ｃおよび１０ｈ）と、これら第１複合材（１０ｃおよび１０ｈ）の上下表面に配置された第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）とが一体的に接合されて構成されている。
【００３１】
第１複合材は、フラッピング部４からフェザリング・リードラグ部５へといたるまでに、第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）を上下方向に分割する部分（１０ｃおよび１０ｈ）を残して消失している。具体的には、フラッピング部４を構成していた第１複合材のうち、ビーム上下表面を全幅にわたって被覆する２枚（１０ａおよび１０ｊ）、ビーム幅方向中央部に配置された４枚（１０ｂ、１０ｄ、１０ｇおよび１０ｉ）、および、ビーム幅方向中央部に配置されるとともに前縁側および後縁側に突出させた４枚のうち２枚（１０ｅおよび１０ｆ）の計８枚の厚さおよび幅を、遷移部分６を経るうちに漸次減少させてゆき、フェザリング・リードラグ部５では第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）を上下方向に分割する第１複合材（１０ｃおよび１０ｈ）のみを残存させる。
【００３２】
第１複合材（１０ｃおよび１０ｈ）の上側表面に配置された第２複合材（２１および２５）は、フラッピング部４においてビーム上側表面寄りに配置された第２複合材であり、これらは略Ｙ字形状の結合部（すなわち、脚部）で接合されている（図３参照）。
【００３３】
第２複合材（２１および２５）は、図３に示すように、略Ｙ字形状の折曲部で３分割されており（２１ａ〜２１ｃ、２５ａ〜２５ｃ）、分割された部分は、フラッピング部４で分割された部分（２１ａ〜２１ｃ、２５ａ〜２５ｃ）に対応している。なお、フェザリング・リードラグ部５の構造は上下対称であり、第１複合材（１０ｃおよび１０ｈ）の下側表面に配置された第２複合材（２４および２８）の分割態様などは、前記した上側表面に配置された第２複合材（２１および２５）と実質的に同一であるので、説明を省略する。
【００３４】
また、フェザリング・リードラグ部５の前縁側にも、第２複合材（２２および２３）が配置されている。これらは、フラッピング部４においてビーム厚さ方向中央寄りに配置された第２複合材であり、略Ｙ字形状のビーム厚さ方向中央折曲部で接合されている（図３参照）。
【００３５】
第２複合材（２２および２３）は、図３に示すように、略Ｙ字形状の折曲部で２分割されており（２２ａおよび２２ｂ、２３ａおよび２３ｂ）、分割された部分は、フラッピング部４で分割された部分（２２ａおよび２２ｂ、２３ａおよび２３ｂ）に対応している。なお、フェザリング・リードラグ部５の構造は前後対称であり、フェザリング・リードラグ部５の後縁側に配置された第２複合材（２６および２７）の分割態様などは、前記した前縁側に配置された第２複合材（２２および２３）と実質的に同一であるので、説明を省略する。
【００３６】
第１複合材（１０ａ〜１０ｊ）と第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）とを接合するには、あらかじめ積層して硬化させた第１複合材（１０ａ〜１０ｊ）の前縁側および後縁側に、半硬化状のループ材である第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）を配置し、側型を使用して加圧することによって、第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）の硬化成形と、第１複合材（１０ａ〜１０ｊ）への第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）の接着とを同時に行う、などの従来の方法によることができる。
【００３７】
本実施の形態に係るフレックスビーム１によれば、フラッピング部４が、上下方向に複数積層されビーム幅方向中央部に配置された第１複合材（１０ａ〜１０ｊ）と、これら第１複合材（１０ａ〜１０ｊ）の前縁側および後縁側に配置された第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）とが一体的に接合されて構成され、第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）は第１複合材の前縁側および後縁側に突出させた部分（１０ｃ、１０ｅ、１０ｆおよび１０ｈ）によって上下方向に分割されてなるので、従来構造と比較すると、フラッピング部４において第１複合材（１０ａ〜１０ｊ）と第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）との接触面積を増大させることができる。
【００３８】
従って、フェザリング・リードラグ部５に負荷された荷重を、第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）を介して、フラッピング部４に配置された第１複合材（１０ａ〜１０ｊ）に効率的に伝達することができる。この結果、第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）内部に発生するせん断応力や、第１複合材（１０ａ〜１０ｊ）と第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）との接合面近傍に発生するせん断応力を低減させることができる。
【００３９】
なお、フェザリング・リードラグ部５に負荷された荷重を、第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）を介して、フラッピング部４に配置された第１複合材（１０ａ〜１０ｊ）に効率的に伝達することができるので、ブレードモーメントなどを充分に胴体側に伝達することができる。従って、ベアリングレス型ハブ構造の利点を充分に生かすことができ、ヘリコプタの操縦性および運動特性の向上に寄与することができる。
【００４０】
また、本実施の形態に係るフレックスビーム１によれば、フラッピング部４は、ビーム上下表面を全幅にわたって被覆する第１複合材（１０ａおよび１０ｊ）を備えるため、ビーム幅方向中央部に配置された第１複合材（１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈおよび１０ｉ）とこれら第１複合材（１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈおよび１０ｉ）の前縁側および後縁側に配置された第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）との接合面がビーム上下表面に露出するのを防ぐことができる。従って、ビームに亀裂が発生したり、発生した亀裂が進展したりするのを防止することができる。
【００４１】
さらに、本実施の形態に係るフレックスビーム１によれば、第１複合材（１０ａ〜１０ｊ）は、フラッピング部４からフェザリング・リードラグ部５へといたるまでに、第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）を上下方向に分割する部分（１０ｃおよび１０ｈ）を残して消失するため、荷重をほとんど担わない第１複合材をフェザリング・リードラグ部５において極力省くことができる。従って、製品の重量や、製造上の材料費・加工費を低減することができる。
【００４２】
さらにまた、本実施の形態に係るフレックスビーム１によれば、第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）は、フラッピング部４において前後方向に分割されるとともに、フェザリング・リードラグ部５における略Ｙ字形状の折曲部で分割され、フラッピング部４で分割された部分とフェザリング・リードラグ部５で分割された部分とが各々ビーム長さ方向で連続されてなるため、ビーム全体にわたって第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）が整然と配置されることとなる。従って、高品質で高強度の製品を得ることができる。
【００４３】
なお、以上の実施の形態においては、織物状のガラス繊維によって第１複合材（１０ａ〜１０ｊ）を構成したが、これに限られるものではない。例えば、一方向に延在させたガラス繊維に熱硬化性樹脂を含浸させて繊維配向が一方向のプリプレグシートを調製し、このプリプレグシートを、繊維配向を４５°ずつ変更しながら各シートが２５％の厚さを有するように積層し硬化させて第１複合材（１０ａ〜１０ｊ）を構成することもできる。
【００４４】
また、フラッピング部４における第１複合材（１０ａ〜１０ｊ）の幅に対する第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）の幅の比率や、フェザリング・リードラグ部５における第１複合材（１０ｃおよび１０ｈ）の厚さに対する第２複合材（２１ａ〜２８ｃ）の厚さの比率は、フレックスビーム１が取り付けられるベアリングレス型ハブ構造の規模に応じて適宜決めることができる。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、フラッピング部において第１複合材と第２複合材との接合面積を増大させることができ、フェザリング・リードラグ部に負荷された荷重を、第２複合材を介して、フラッピング部に配置された第１複合材に効率的に伝達することができる。従って、第２複合材内部に発生するせん断応力や、第１複合材と第２複合材との接合面近傍に発生するせん断応力を低減させることができる。この結果、構造強度を格段に向上させることができる。
【００４６】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、ビーム幅方向中央部に配置された第１複合材とこの第１複合材の前縁側および後縁側に配置された第２複合材との接合面がビーム上下表面に露出するのを防ぐことができる。この結果、ビームに亀裂が発生したり、発生した亀裂が進展したりするのを防止することができる。
【００４７】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、荷重をほとんど担わない第１複合材をフェザリング・リードラグ部において極力省くことができる。この結果、製品の重量や、製造上の材料費・加工費を低減することができる。
【００４８】
請求項４記載の発明によれば、請求項１、２または３記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、ビーム全体にわたって第２複合材が整然と配置されることとなるため、高品質で高強度の製品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るフレックスビームの斜視図である。
【図２】図１のII−II部分（フラッピング部）の拡大断面図である。
【図３】図１のIII−III部分（フェザリング・リードラグ部）の拡大断面図である。
【符号の説明】
１            フレックスビーム
２            ロータシャフト取付部
３            ブレード取付部
４            フラッピング部
５            フェザリング・リードラグ部
６            遷移部
１０ａ〜１０ｊ  第１複合材
２１ａ〜２８ｃ  第２複合材
【図１】
0003737962.tif 000002
【図２】
0003737962.tif 000003
【図３】
0003737962.tif 000004