JP5559621B2 - 回転翼航空機用無関節型ロータハブ構造体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転翼航空機に用いられる無関節型ロータハブ構造体と、当該無関節型ロータハブ構造体の製造方法と、当該ロータハブ構造体をロータハブとして備えている回転翼航空機とに関する。

ヘリコプタ等の回転翼航空機においては、メインロータ（回転翼）は、ロータハブによりドライブシャフト（回転軸）に取り付けられている。ターボシャフトエンジン等の駆動源からの駆動力は、トランスミッションを介してドライブシャフト（回転軸）に伝達され、それにつながるロータハブによりメインロータが回転し、揚力および推進力が得られる。メインロータは複数枚のロータブレードとロータハブとから構成されている。そして、各ロータブレードの一方の端は、ロータハブにより回転軸に支持される支持端となっており、他方の端は自由端となっている。

ここで、各ロータブレードは、支持端が支持された状態を維持しつつ複数種類の運動が可能となるように構成されている。運動の種類としては、ロータブレードの上下方向の運動（フラッピング運動）、回転順方向または逆方向の運動（リードラグ運動）、および、迎え角の変化の運動（フェザリング運動）が挙げられる。したがって、ロータハブは、これら運動（便宜上、ブレード運動と称する。）が可能となるように、ロータブレードの支持端を回転軸に支持する構成を有する必要がある。

従来のロータハブでは、機械的な関節構造（ヒンジ）を採用することで前記ブレード運動を可能としていたが、近年では、関節構造を持たない無関節型も実用化されている。この無関節型ロータハブは、自身が変形することによってヒンジと同様の機能を実現できるため、各ロータブレードにおける前記ブレード運動が可能となる。無関節型ロータハブは、関節構造を有するロータハブ（全関節型、半関節型）に比べて、さまざまな利点を有している。例えば、機械的な構造を持たないため、ロータハブの構造を非常に簡素なものにできる。また、自身の柔軟な変形により、操舵に対する応答性を良好なものにできるので、回転翼航空機の操縦性または運動性を向上させることも可能となることに加え、さらに、大幅な重量軽減も可能となる。

ここで、無関節型ロータハブは、前記ブレード運動または回転中の各ロータブレードからの遠心力等によって、ロータブレードとの接続部位である支持端近傍（ロータブレードの付け根部分近傍）に大きな負荷が掛かる。それゆえ、無関節型ロータハブは、通常、強度に優れた複合材料を用いて単一のロータハブ構造体として製造される。一般的には、繊維強化樹脂材料を複数積層して一体成形することにより、単一のロータハブ構造体が得られる。

無関節型ロータハブに関する具体的な技術は、種々提案されているが、例えば、特許文献１に開示される回転体構造、特許文献２に開示されるハブプレート、あるいは、特許文献３に開示される多ブレードローターが挙げることができる。

現時点で無関節型ロータハブとして実用化されているロータハブ構造体は、特許文献１に開示される回転体構造のような３アーム型、または、特許文献２に開示されるハブプレートのような４アーム型が挙げられる。典型的な４アーム型のロータハブ構造体は、例えば、図８に示すように、４本のアーム６１〜６４を備え、各アーム６１〜６４にそれぞれロータブレードが取り付けられるよう構成されている。そして、４本のアーム６１〜６４それぞれが、回転軸を内挿する軸孔６６１から見て外側に放射状に突出しており、各アーム６１〜６４は隣接するもの同士の突出方向が互いに略等角度（約９０°）をなすようにして位置している。したがって、４アーム型のロータハブ構造体は、基本的に略十字状である。

特公昭５４−２４２００号公報 特許第２６５５９８５号公報 特許第３１７４６４３号公報

ところで、無関節型ロータハブは、主として小型の機体用として開発されたものが多いが、前述したような種々の利点があるため、中型以上の機体にも適用可能となることが望まれる。ただし、機体サイズが大きくなると、板厚の増加、等価ヒンジ位置の増加等によって無関節型ロータハブの成立性が低くなってしまう。そこで、より大型の機体に適用するとしても、ロータハブ構造体の基本的な構成をほとんど変えないようにすることで、これまでと同程度のハブ特性を確保することが望まれる。

この場合、４アーム型からアームを１つ増加させて５アーム型のロータハブ構造体を製造することが考えられる。しかしながら、４アーム型と同じ方法で５アーム型のロータハブ構造体を製造しようとすると、結果として４アーム型の基本構成を確保できず、それゆえ、ロータハブ構造体のハブ特性も変化してしまうという課題が生ずる。

すなわち、４アーム型のロータハブ構造体は略十字状であるので、その製造においては、帯状またはテープ状の複合材料のシート（便宜上、複合材料シートと略す。）を縦横に交互に積層すればよい。これにより、軸孔を挟んで対向する一対のアームを同一の複合材料シートで構成することができる。これに対して、５アーム型のロータハブ構造体においては、アーム数が奇数であるため、各アームから見て軸孔を挟んで対向する位置に他のアームが位置しない。したがって、前記複合材料シートは、直線状ではなく、軸孔近傍の位置で折れ曲がった形状に形成しなければならない。

このような折れ曲がり形状の複合材料シートを交互に積層すると、本来小型のロータハブ構造体が大型化してしまうだけでなく、等価ヒンジ・オフセットが大きくなってしまう。また、中央部の厚みが大きくなって、それにつながるアームのコンター変化に伴い、変形特性も変わってしまう。さらに、ロータハブ構造体の中央部に軸孔を形成する際に一部の複合材料シートが軸孔によって切断されてしまうため、結果的にロータハブ構造体の強度変化を招いてしまう。その結果、ロータハブ構造体が有するハブ特性が４アーム型のそれと比較して変化してしまい、より大型の機体に適用可能な無関節型ロータハブを得ることができない。

なお、特許文献２には、ブレード保持ストラップを７つ有する多ブレードローターが開示されているが、上記ブレード保持ストラップは捩り可能な構成であるため、複合材料シートを積層してロータハブ構造体を製造する構成とはなっていない。したがって、特許文献２に開示されている技術を５アーム型のロータハブ構造体に適用することはできない。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、中型以上の回転翼航空機にも適用可能で、５本以上のアームを有し、４本以下のアームを有するロータハブと同程度のハブ特性を確保することが可能な無関節型ロータハブを提供することを目的とする。

本発明に係る無関節型ロータハブ構造体は、前記の課題を解決するために、回転翼航空機のメインロータのロータハブとして用いられ、回転軸が内挿される軸孔を有する中央部と、前記中央部の外周から放射状に延伸して設けられ、それぞれが１枚の回転翼ブレードを支持する５本の平板状のアームと、を備え、前記アームは、その外端の幅よりも前記中央部への付け根の幅が狭くなっており、前記アームおよび前記中央部は、帯状の複合材料シートであって、その長手方向の両端部が、中間部に対して当該中間部の幅方向において同方向へ折れ曲がった形状のブラケット状シートが、複数枚積層された積層構造を含み、さらに、１本の前記アームを延伸方向に沿って二等分した場合の半分となる部位を縦半分、５本の前記アームのいずれか１本を基準アーム、当該基準アームから見て１本置いた位置の前記アームを斜め向いアーム、と定義したときに、前記積層構造においては、１枚のブラケット状シートが、その一方の端部が前記基準アームの一方の縦半分に位置し、その他方の端部が、２本の前記斜め向かいアームのうち、前記縦半分に近い方の斜め向かいアームにおける、前記基準アームに近い方の縦半分に位置し、かつ、その中間部が前記中央部における前記各縦半分の間の部分に位置するように配置され、当該ブラケット状シートから見て、前記基準アームの他方の縦半分に、その一方の端部が位置する、もう１枚のブラケット状シートは、その他方の端部が、２本の前記斜め向かいアームにおける前記基準アームに近い方の縦半分に位置し、かつ、その中間部が前記中央部における前記各縦半分の間の部分に位置するように配置されており、前記基準アームにて互いに隣接する、前記ブラケット状シートの一方の端部同士の間隔は、当該基準アームの前記外端から前記中央部に向かって徐々に狭くなるように構成されている。

前記積層構造の具体的な一例としては、前記基準アームに隣接する位置の前記アームを隣接アームと定義したときに、前記基準アームの二等分線を基準として、それぞれ対向して位置する２枚の前記ブラケット状シートの対であるＡ層と、当該Ａ層の上に積層され、前記斜め向いアームの二等分線を基準とし、かつ、当該斜め向いアームの前記基準アームから離れた側の縦半分に、その一方の端部が位置する１枚の前記ブラケット状シートであるＢ層と、当該Ｂ層の上に積層され、前記隣接アームの二等分線を基準として、それぞれ対向して位置する２枚のブラケット状シートの対であるＣ層と、からなる積層単位を含むように構成されている例をあげることができる。

前記構成によれば、１種類のブラケット状シートのみでＡ層〜Ｃ層の積層単位を形成することができる。それゆえ、アームの交差部位をほとんど外側にずらさなくてもよいので、ロータハブ構造体の大型化を抑制することができ、従来と同様の等価ヒンジ・オフセットを実現することが可能となる。また、中央部の厚みは、従来と同様に各アームの厚みの略２倍に抑えることが可能となる。それゆえ、従来と同様のアームの変形特性を実現することができる。さらに、軸孔を形成するに際して、Ａ層〜Ｃ層を構成するブラケット状シートのいずれにおいても切断部位が最小限に抑えられるため、従来と同様の耐久性、強度を実現することが可能となる。それゆえ、中型以上の回転翼航空機にも適用可能で、５本以上のアームを有し、これまでと同程度のハブ特性を確保することができる。また、前記構成によれば、アームにおける中央部への付け根側の幅を十分に絞ることができるので、ロータハブ構造体の大型化をより一層抑制することができる。

また、本発明には、無関節型ロータハブ構造体の製造方法も含まれる。具体的には、回転翼航空機のメインロータのロータハブとして用いられる無関節型ロータハブ構造体の製造方法であって、当該ロータハブ構造体は、それぞれが１枚の回転翼ブレードを支持する５本の平板状のアームと、回転軸が内挿される軸孔を有し、かつ、その外周に前記アームが放射状に延伸して設けられている中央部と、を備え、前記アームは、その外端の幅よりも前記中央部への付け根の幅が狭くなっており、前記アームおよび前記中央部は、帯状の複合材料シートが複数枚積層された積層構造を含むものであり、帯状の前記複合材料シートとして、その長手方向の両端部が、中間部に対して当該中間部の幅方向において同方向へ折れ曲がった形状のブラケット状シートを用い、１本の前記アームを延伸方向に沿って二等分した場合の半分となる部位を縦半分、５本の前記アームのいずれか１本を第一アーム、当該第一アームから見て一方の周方向に配列する前記アームを、当該第一アームから近い順に第二アームないし第五アーム、と定義したときに、２枚の前記ブラケット状シートの一方の端部同士を、前記第一アームの前記縦半分にそれぞれ配し、一方の前記ブラケット状シートの他方の端部を、前記第三アームにおける前記第一アームに近い側の前記縦半分に配し、他方の前記ブラケット状シートの他方の端部を、前記第四アームにおける前記第一アームに近い側の前記縦半分に配するように、これら前記ブラケット状シートを、前記第一アームの二等分線を基準として、それぞれ対向して配置させてＡ層として積層するＡ層積層工程と、１枚の前記ブラケット状シートの一方の端部を、第四アームまたは第三アームにおける前記第一アームから離れた側の縦半分に配し、他方の端部を、前記第二アームまたは前記第五アームにおける前記第一アームから離れた側の縦半分にするように、当該ブラケット状シートをＢ層として積層するＢ層積層工程と、２枚の前記ブラケット状シートの一方の端部同士を、前記第五アームまたは前記第二アームの前記縦半分にそれぞれ配し、一方の前記ブラケット状シートの他方の端部を、前記Ｂ層となる前記ブラケット状シートの他方の端部に対して、前記第二アームまたは前記第五アームの二等分線を基準として対向して配置させ、他方の前記ブラケット状シートの他方の端部を、前記Ａ層となる前記ブラケット状シートのいずれかの他方の端部に対して、前記第三アームまたは前記第四アームの二等分線を基準として対向して配置させるように、これら前記ブラケット状シートをＣ層として積層するＣ層積層工程と、を含み、これらＡ層積層工程、Ｂ層積層工程、およびＣ層積層工程では、前記アームの縦半分として隣接する一対の前記ブラケット状シートが、その一方の端部同士の間隔が、当該アームの外端から前記中央部に向かって徐々に狭くなるように配置されており、さらに、Ａ層積層工程、Ｂ層積層工程、およびＣ層積層工程をこの順で複数回繰り返す製造方法が挙げられる。

前記製造方法においては、前記各積層工程の後に得られる無関節型ロータハブ構造体の前駆体を成形し、仕上げ前の構造体を得る成形工程と、前記仕上げ前の構造体における前記中央部の中心となる部位に、前記軸孔を形成するとともに、前記アームの前記外端に、前記回転翼ブレードを取り付けるための取付孔を形成する孔形成工程と、を含むことが好ましい。

以上のように、本発明によれば、中型以上の回転翼航空機にも適用可能で、５本以上のアームを有し、４本以下のアームを有するロータハブと同程度のハブ特性を確保することが可能な無関節型ロータハブを得ることができる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る無関節型ロータハブ構造体の構成の一例を示す斜視図である。 図１に示す無関節型ロータハブ構造体におけるアームおよび中央部の位置関係を示す模式的平面図である。 （ａ）は、図１に示すロータハブ構造体の製造に用いられる複合材料シート（ブラケット状シート）の一例を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す複合材料シートを積層時に対抗して配置させる状態を示す模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図３（ａ）に示す複合材料シートを積層する順序の一例を示す模式的工程図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図３（ａ）に示す複合材料シートを積層する順序の他の例を示す模式的工程図である。 図１に示すロータハブ構造体を用いたメインロータの構成の一例を示す部分分解図である。 （ａ）は、図１に示すロータハブ構造体と比較構造体との大きさを対比する対比図であり、（ｂ）は、従来のロータハブ構造体の製造における複合材料シートの積層の順序を示す模式図であり、（ｃ）は、（ａ）に示す比較構造体の製造に用いられる複合材料シートおよび積層位置の一例を示す模式図である。 図７（ｂ）に示す従来のロータハブ構造体の一例を示す斜視図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

［ロータハブ構造体の構成］
まず、本実施の形態に係る無関節型ロータハブ構造体の具体的な形状の一例について、図１および図２を参照して具体的に説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る無関節型ロータハブ構造体１０は、５本の平板状のアーム１１〜１５と、中央部１６とを備えている。なお、以下の説明では、無関節型ロータハブ構造体１０を、適宜、ロータハブ構造体１０と省略する。このロータハブ構造体１０は、後述するように、回転翼航空機のメインロータのロータハブとして用いられる。

アーム１１〜１５は、一方の端が中央部１６につながり、他方の端が中央部１６の外側に向かって位置している。他方の端を外端と定義すれば、アーム１１〜１５は、後述するように、それぞれ、その外端で１枚の回転翼ブレードが取り付けられるよう構成されている。

本実施の形態では、アーム１１〜１５の延伸方向の両側部は、相対的に厚みの大きい厚肉部１０１となっており、これら厚肉部１０１に挟まれた部位は、相対的に厚みの小さい薄肉部１０２となっている。厚肉部１０１は、平板状のアーム１１〜１５の両側部で略帯状の形状を有し、これら一対の厚肉部１０１に挟まれる状態で、略楕円状の薄肉部１０２が位置している。薄肉部１０２の一方の端は、本実施の形態では、中央部１６の外周に一部食い込むような形で位置しているが、他方の端は、アーム１１〜１５の外端には及んでおらず、当該外端の手前に位置している。

また、アーム１１〜１５の外端には、回転翼ブレードを取り付けるためのブレード取付部１０３が設けられている。本実施の形態では、ブレード取付部１０３は、平板状のアーム１１〜１５の外端の四隅それぞれにおいて、当該外端から突出するように設けられた４個のフォーク部１０４から構成され、各フォーク部１０４には、それぞれ１個のブレード取付孔１０５が設けられている。なお、図１では、説明の便宜上、厚肉部１０１、薄肉部１０２、ブレード取付部１０３、フォーク部１０４およびブレード取付孔１０５の符号は、アーム１４のみに付している。

アーム１１〜１５の具体的構成は図１および図２に示した構成に限定されない。例えば、アーム１１〜１５の長さ、幅等の寸法については特に限定されない。また、厚肉部１０１と薄肉部１０２との厚みの差または厚みの比についても特に限定されない。これら寸法または厚みは、アーム１１〜１５がそれぞれ支持する回転翼ブレードにおいて、前述したブレード運動（フラッピング運動、リードラグ運動、フェザリング運動）を適切に実現できるような変形が可能となるように、適宜設定されるものである。したがって、ロータハブ構造体１０が用いられる回転翼航空機、回転翼ブレード等の種類等の諸条件に応じて、適切な値に設定されればよい。

図２に示すように、本実施の形態に係るアーム１１〜１５は、その外端の幅よりも中央部１６への付け根の幅が狭くなるよう構成されていることが好ましい。例えば、アーム１４について見れば、図２では、当該アーム１４の中央部１６とつながった部位（付け根）の幅Ｗ１は、図中破線の補助線で示すように、当該アーム１４の外端の幅Ｗ２よりも小さいものとなっている。言い換えれば、アーム１１〜１５は、外端から見て付け根側の幅が絞られた構成となっている。この付け根側の幅を絞った構成の詳細については後述する。

中央部１６は、図１および図２に示すように、略正五角形の平板状であり、その中心部には軸孔１６１が設けられている。この軸孔１６１には、回転翼航空機の駆動源が備える回転軸が内挿される。中央部１６の外周にはアーム１１〜１５が放射状に延伸して設けられている。より具体的には、略正五角形の各辺に各アーム１１〜１５が一体的に取り付けられている構成となっている。

図１および図２に示すように、アーム１１〜１５は、中央部１６における略正五角形（図２において一点鎖線ＢＬで示す）の各辺に対して回転方向に偏ってつながっている。これは、ロータハブ構造体１０にトルク・オフセット（回転方向へのアーム１１〜１５の中央線のずれ）を与えるためである。

ここで、以下の説明においては、便宜上、同一のアーム１１〜１５が有する一対の厚肉部１０１，１０１を、左厚肉部１０１ａおよび右厚肉部１０１ｂと称する場合がある。なお、左厚肉部１０１ａおよび右厚肉部１０１ｂの違いは、略五角形の中央部１６において、１本のアームが延伸する辺に設けられる平坦部１６ａを基準としている。例えば、図２では、アーム１１につながる中央部１６の一辺において、図中下側に位置する平坦部１６ａに近い肉厚部１０１を左肉厚部１０１ａと称し、他方の肉厚部１０１を右肉厚部１０１ｂと称する。この呼称は、図１および図２においては向かって左側に左肉厚部１０１ａが位置するための便宜上のものである。また、図２においては、説明の便宜上、ロータハブ構造体１０の平面形状を模式的に示し、ブレード取付部１０３、フォーク部１０４およびブレード取付孔１０５等を具体的に示していない。

［複合材料シートの構成］
次に、本実施の形態に係るロータハブ構造体１０の製造に用いられる複合材料シートの基本的な構成について、図３（ａ），（ｂ）を参照して具体的に説明する。

本実施の形態に係るロータハブ構造体１０は、後述するように、繊維強化樹脂組成物からなる複合材料のシートを複数枚積層し、所定形状に成形することで製造される。特に、本実施の形態では、帯状（またはテープ状）の複合材料シートが少なくとも用いられる。それゆえ、アーム１１〜１５および中央部１６には、帯状の複合材料シートが複数枚積層された積層構造が含まれている。

複合材料シートは、帯状すなわち一方向に延伸された形状を有しているが特に限定されない。特に本実施の形態では、アーム１１〜１５と中央部１６とを一体的に成形するために、図３（ａ）に示すような、二段に折れ曲がった形状の複合材料シート４０が用いられる。この複合材料シート４０は、その形状がブラケット（角括弧、bracket）に類似するので、本実施の形態では、説明の便宜上、ブラケット状シート４０と称する。

ブラケット状シート４０の具体的構成について説明する。ブラケット状シート４０は、全体にわたって所定の厚みおよび幅を有し、その広がり面内において、ほぼ同じ長さの両端部４０ｂ，４０ｃが中間部４０ａから見て幅方向における同方向に折れ曲がった形状を有している（シートを折り畳むように厚み方向に折れ曲がっているのではない）。なお、ブラケット状シート４０の形状を、説明の便宜上、シス型（cis-type）二段折り曲げ形状と称する。これは、両端部４０ｂ，４０ｃの折れ曲がりの方向が同方向であることによる。また、ブラケット状シート４０の両端部４０ｂ，４０ｃのそれぞれの先端側には、開口４１が形成されている。この開口４１は、ブレード取付孔１０５に対応するものである。

ここで、図３（ａ）に示すように、端部４０ｂの折れ曲がり角度θ１と、端部４０ｃの折れ曲がり角度θ２とは異なっている（θ１≠θ２）。これは、前記のとおり、得られるロータハブ構造体１０にトルク・オフセットを与えるためである。したがって、図３（ａ）等において、ブラケット状シート４０は、中間部４０ａを二等分する中央線を想定したときに、当該中央線を基準として線対称の形状を有しているように見えるが、実際には線対称の形状ではない。

ブラケット状シート４０の具体的な構成は図３（ａ）に示す構成に限定されず、例えば、ブラケット状シート４０の全長、ブラケット状シート４０の厚み、中間部４０ａの長さＳ１（図３（ａ）参照）、各端部４０ｂ，４０ｃの長さＳ２（図３（ａ）参照）、端部４０ｂの折れ曲がり角度θ１、端部４０ｃの折れ曲がり角度θ２等の各寸法については、ロータハブ構造体１０の寸法および形状、トルク・オフセットの程度、複合材料の種類等の各種条件に応じて、好ましい値が適宜設定される。

ロータハブ構造体１０を製造する際には、このようなブラケット状シート４０が積層されることになるが、本実施の形態では、原則として、２枚のブラケット状シート４０が対となるように対向して配置されて、順次積層される。具体的には、図３（ｂ）に示すように、２枚のブラケット状シート４０，４０は、中央線Ｌａを基準として位置合わせされ、一つの層を形成する。この中央線Ｌａは、１本のアームを延伸方向に沿って二等分する二等分線に対応する。

ここで、図３（ｂ）に示すように、一対のブラケット状シート４０，４０の配置においては、互いに近接する側の端部４０ｂ，４０ｃ（図中上側）の間隔ＣＬは中間部４０ａ側に向かって徐々に狭くなっている。これをアーム１１〜１５に当てはめれば、１本のアームの外端から中央部１６に向かって、間隔ＣＬが徐々に狭くなっている。

具体的には、図３（ｂ）に示すように、一方の端部４０ｂを、中央線Ｌａに対して略平行に配置させたとき、その略平行な位置を破線で示し、このときの端部４０ｂの延伸方向を破線Ｄ２で示す。本実施の形態では、この略平行な延伸方向Ｄ２に対して、角度αを形成するように端部４０ｂを傾斜させた状態でブラケット状シート４０を配置する。これにより、端部４０ｂにおける中間部４０ａ寄りの部位が近接することになるとともに、対向する中間部４０ａ，４０ａにおける端部４０ｃ側の間隔も近接する。さらに、中間部４０ａ，４０ａにおける他方の端部４０ｃ側の間隔は拡大し、互いに近接せずに離間している他方の端部４０ｃ，４０ｂの間隔も拡大する。

この１枚のブラケット状シート４０について言えば、一方の端部４０ｂは、アーム１１〜１５のうち、いずれか１本のアームを形成し、中間部４０ａは中央部１６を形成し、他方の端部４０ｃは、上記アームから１本置いた位置のアームを形成する。そして、対をなすブラケット状シート４０，４０においては、端部４０ｂ，４０ｃの間隔ＣＬを徐々に狭くしているため、近接する端部４０ｂ，４０ｃで形成されるアームは、中央部１６の付け根側の幅Ｗ１は、外端の幅Ｗ２よりも小さくなる。また、中間部４０ａ，４０ａにおいては、一方の端部４０ｂ側の間隔が狭く、他方の端部４０ｃ側の間隔がより大きくなるので、軸孔１６１となる領域を十分に確保することができる。

本実施の形態では、ブラケット状シート４０以外にも種々の形状の複合材料シートが用いられる。これら複合材料シートは、ブラケット状シート４０と同様に帯状であってもよいし、他の形状であってもよい。例えば、薄肉部１０２を形成するために、ブラケット状シート４０よりも大きな面積を有する複合材料シートを用いることができる。あるいは、アーム１１〜１５の外端に設けられるブレード取付部１０３を形成するために、ブラケット状シート４０よりも小さな面積を有し、当該ブレード取付部１０３の寸法に適応した形状の複合材料シートを用いることができる。

また、図１に示されるアーム１１、アーム１３、およびアーム１４の側面から明らかなように、本実施の形態では、アーム１１〜１５は、両端（外端および付け根）側の厚みが大きく、中央近傍の厚みが小さく構成されている。これら各アーム１１〜１５における各部位の間の厚みの差は、積層される複合材料シートの枚数により設定することができる。したがって、アーム１１〜１５の形成時には、ブラケット状シート４０とともに、厚肉部１０１の寸法に応じた、より面積の小さい複合材料シートを併用することができる。

本実施の形態で用いられる複合材料シートは、繊維強化樹脂組成物を用いて公知の方法で所定の形状に形成されたものであればよく、その具体的構成は特に限定されない。繊維強化樹脂組成物に用いられるマトリクス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられるが特に限定されない。また、繊維強化樹脂組成物に用いられる繊維材料としては、高強度かつ高剛性である炭素繊維、ガラス繊維等が挙げられるが特に限定されない。また、繊維材料の形状および長さ等も特に限定されず、ロータハブ構造体を製造する分野で公知の範囲の形状および長さを採用すればよい。

また、繊維強化樹脂組成物には、前記熱硬化性樹脂および繊維材料以外の材料が含まれてもよい。さらに、熱硬化性樹脂組成物および繊維材料は１種類のみを用いてもよいし、２種類以上を適宜組み合わせて用いてもよい。また、本実施の形態で用いられる複合材料シートは、プリプレグ、すなわち、繊維材料の構成物（織物、組物等）に樹脂組成物を含浸させて半硬化状態としたもの、として用いられてもよい。

［ブラケット状シートの積層方法］
次に、ロータハブ構造体１０を製造する際に、前述したブラケット状シート４０を積層する方法の一例について、図２および図３（ａ），（ｂ）に加えて、図４（ａ）〜（ｃ）および図５（ａ）〜（ｃ）を参照して具体的に説明する。

まず、ブラケット状シート４０の積層の順および位置を説明するために、アーム１１〜１５の位置関係、各アーム１１〜１５が有する一対の厚肉部１０１の位置およびブラケット状シート４０との対応関係を定義する。

すなわち、アーム１１〜１５のうち、任意のアーム、例えば、図２ではアーム１１を「基準アーム」と定義し、当該アーム１１に隣接するアーム１２およびアーム１５を「隣接アーム」、アーム１１から見て１本置いた位置のアーム１３およびアーム１４を「斜め向いアーム」と定義する。図２においては、基準アームを角括弧内の符号Ｐ０で示し、隣接アームを角括弧内の符号Ｐｉで示すとともに図中斜線のハッチングで示し、斜め向いアームを角括弧内の符号Ｐｉｉで示すとともに図中ドットのハッチングで示す。なお、これら基準アーム、隣接アーム、および斜め向いアームは相対的な位置関係であって、図２に示す例に限定されず、アーム１１〜１５の任意の１本が基準アームとなり得る。

また、ブラケット状シート４０は、基本的には、各アーム１１〜１５の厚肉部１０１を構成するものであるが、前述したように、１本のアームは、左厚肉部１０１ａおよび右厚肉部１０１ｂを有している。そこで、図３（ｂ）に示すブラケット状シート４０，４０の配置において、図中向かって右側のブラケット状シート４０の位置を、左厚肉部１０１ａに対応するものとして「位置Ｒａ」と定義し、図中向かって左側のブラケット状シート４０の位置を、右厚肉部１０１ｂに対応するものとして「位置Ｒｂ」と定義する。なお、便宜上、以下の説明では、図３（ｂ）に示すブラケット状シート４０，４０の対を、単に「シート対」と称する。

さらに、アーム１１〜１５のそれぞれについて、１本のアームを延伸方向に沿って二等分したときに半分となる部位を「縦半分」と称し、当該アームの二等分線（図３（ｂ）における中央線Ｌａに対応）を「アーム中央線」と称する。

そして、図４（ａ）に示すように、ロータハブ構造体１０の形状に対応するハブ外枠１００を設定する。このハブ外枠１００は、成形型のキャビティ等を利用すればよい。このハブ外枠１００に対応させながら、５枚のブラケット状シート４０１〜４０５が順次積層されるものとする。

まず、基準アームＰ０のアーム中央線Ｌａ−０を基準として、１枚目のブラケット状シート４０１および２枚目のブラケット状シート４０２を対向して配置させ、シート対（図３（ｂ）参照）を形成する。本実施の形態では、このシート対を「Ａ層」と称し、図中交差線のハッチングで示す。このＡ層を構成するブラケット状シート４０１，４０２のうち、図中下側のブラケット状シート４０１がシート対の位置Ｒａに対応し、図中上側のブラケット状シート４０２がシート対の位置Ｒｂに対応する。

より具体的に説明すれば、図４（ａ）に示すように、基準アームＰ０がアーム１１であれば（図中丸括弧内の符号）、アーム１２およびアーム１５が隣接アームＰｉとなり、アーム１３およびアーム１４が斜め向いアームＰｉｉとなる。そこで、この対応関係で、アーム１１のアーム中央線Ｌａ−０を基準として、シート対をＡ層として積層すると、２枚のブラケット状シート４０１，４０２の一方の端部４０ｂ，４０ｃ（図中枠で囲った符号）は、アーム１１の縦半分にそれぞれ配される。また、位置Ｒｂのブラケット状シート４０２の他方の端部４０ｂ（図中枠で囲った符号）は、アーム１３におけるアーム１１に近い側の縦半分に配され、位置Ｒａのブラケット状シート４０１の他方の端部４０ｃは、アーム１４におけるアーム１１に近い側の縦半分に配される。それゆえ、ブラケット状シート４０１の中間部４０ａ（図中枠で囲った符号）は、アーム１１およびアーム１４の間に位置する中央部１６の一部に配され、ブラケット状シート４０２の中間部４０ａは、アーム１１およびアーム１３の間に位置する中央部１６の一部に配される。

次に、３枚目のブラケット状シート４０３を、図４（ｂ）に示すように、前記Ａ層の上に「Ｂ層」として積層する。このＢ層は図中斜線のハッチングで示す。このＢ層は、斜め向いアームＰｉｉであるアーム１４のアーム中央線Ｌａ−ｉｉを基準として、Ａ層を構成するブラケット状シート４０１と対となる位置に積層される。

より具体的には、図４（ｂ）に示すように、Ｂ層であるブラケット状シート４０３を積層すると、アーム１４の縦半分のうち、基準アームＰ０であるアーム１１から離れた側の縦半分にブラケット状シート４０３の一方の端部４０ｂが配される。また、他方の端部４０ｃは、２本の隣接アームＰｉのうち図中上側のアーム１２において、アーム１１から離れた側の縦半分に配される。なお、ブラケット状シート４０３の中間部４０ａは、アーム１４およびアーム１２の間に位置する中央部１６の一部に配される。

この配置であれば、ブラケット状シート４０３，４０１でシート対が構成されるが、このシート対では、３枚目のブラケット状シート４０３が位置Ｒａとなり、Ａ層において位置Ｒａであったブラケット状シート４０１が位置Ｒｂとなる。また、ブラケット状シート４０３の一方の端部４０ｂとブラケット状シート４０１の他方の端部４０ｃとが対向している。さらに、ブラケット状シート４０３の中間部４０ａは、アーム１４およびアーム１２の間に位置する中央部１６の一部に配されるので、当該ブラケット状シート４０３は、ブラケット状シート４０１には重ならないが、ブラケット状シート４０２には、互いの中間部４０ａ，４０ａ同士で重なっている。

次に、４枚目および５枚目のブラケット状シート４０４，４０５を、図４（ｃ）に示すように、前記Ａ層およびＢ層の上に「Ｃ層」として積層する。このＣ層は図中ドットのハッチングで示す。このＣ層は、隣接アームＰｉであるアーム１５のアーム中央線Ｌａ−ｉを基準として、シート対を形成するように積層される。

より具体的には、アーム１５のアーム中央線Ｌａ−ｉを基準として、シート対をＣ層として積層すると、２枚のブラケット状シート４０４，４０５の一方の端部４０ｂ，４０ｃが、アーム１５の縦半分にそれぞれ配され、位置Ｒｂのブラケット状シート４０５の他方の端部４０ｂは、アーム１２の位置において、Ｂ層となるブラケット状シート４０３の他方の端部４０ｃ（図４（ｂ）参照）に対向して配される。このとき、３枚目のブラケット状シート４０３と５枚目のブラケット状シート４０５とは、アーム１２のアーム中央線（図示せず）を基準として対向して配置されている。

また、位置Ｒａのブラケット状シート４０４の他方の端部４０ｃが、アーム１３にて、Ａ層を構成するブラケット状シート４０２の他方の端部４０ｂに対向して配される。このとき、４枚目のブラケット状シート４０４と２枚目のブラケット状シート４０２とは、アーム１３のアーム中央線（図示せず）を基準として対向して配置されている。

上記Ｃ層の配置であれば、ブラケット状シート４０４の中間部４０ａは、アーム１５およびアーム１３の間に位置する中央部１６の一部に配され、ブラケット状シート４０５の中間部４０ａは、アーム１５およびアーム１２の間に位置する中央部１６の一部に配される。それゆえ、ブラケット状シート４０４は、Ａ層を構成する１枚目のブラケット状シート４０１およびＢ層を構成する３枚目のブラケット状シート４０３と、互いの中間部４０ａ，４０ａ同士で重なり、ブラケット状シート４０５は、Ａ層を構成する２枚のブラケット状シート４０１，４０２と、互いの中間部４０ａ，４０ａ同士で重なっている。

そして、図４（ａ）〜（ｃ）に示すＡ層〜Ｃ層をそれぞれ積層する工程をこの順で繰り返すことで、左厚肉部１０１ａおよび右厚肉部１０１ｂに対応する積層構造が形成されることになる。つまり、Ａ層、Ｂ層およびＣ層の３層構造は、積層単位ということができ、ロータハブ構造体１０に含まれる積層構造には、この積層単位の繰り返しが含まれていることになる。

前記積層単位は、単に、Ａ層、Ｂ層およびＣ層が積層された構成であるというだけでなく、５枚のブラケット状シート４０１〜４０５が積層されることで、各アーム１１〜１５それぞれのアーム中央線を基準として、５組のシート対の組合せが成立する構成でもある。また、シート対は、前述したように、互いに近接する側の端部４０ｂ，４０ｃの間隔ＣＬが徐々に狭くなる配置となっている。それゆえ、前記積層構造においては、１本のアームにて互いに隣接する、ブラケット状シート４０，４０の一方の端部４０ｂ，４０ｃの間隔は、当該アームの外端から中央部１６に向かって徐々に狭くなるように構成されることになる。これによって、アーム１１〜１５の付け根側の幅が絞られた構成が実現される。

ここで、Ａ層からＣ層の積層は、図４（ａ）〜（ｃ）に示す位置および順序に限定されず、図５（ａ）〜（ｃ）に示す位置および順序であってもよい。

具体的には、図５（ａ）に示すように、Ａ層を積層する工程は前述した積層工程と同様であるが、図５（ｂ）に示すように、Ｂ層、すなわち３枚目のブラケット状シート４０３は、２本の斜め向いアームＰｉｉのうちアーム１３のアーム中央線Ｌａ−ｉｉを基準として、Ａ層を構成するブラケット状シート４０２と対となる位置に積層される。

この配置であれば、ブラケット状シート４０３，４０２でシート対が構成され、Ａ層において位置Ｒｂであったブラケット状シート４０１が位置Ｒａとなり、３枚目のブラケット状シート４０３が位置Ｒｂとなる。また、ブラケット状シート４０３の一方の端部４０ｃとブラケット状シート４０２の他方の端部４０ｂとが対向し、ブラケット状シート４０３の他方の端部４０ｂは、２本の隣接アームＰｉのうち図中下側のアーム１５において、アーム１１から離れた側の縦半分に配される。さらに、ブラケット状シート４０３の中間部４０ａは、アーム１３およびアーム１５の間に位置する中央部１６の一部に配されるので、当該ブラケット状シート４０３は、ブラケット状シート４０２には重ならないが、ブラケット状シート４０１には、互いの中間部４０ａ，４０ａ同士で重なっている。

次に、Ｃ層、すなわち４枚目のブラケット状シート４０４および５枚目のブラケット状シート４０５は、アーム１５ではない他方の隣接アームＰｉであるアーム１２のアーム中央線Ｌａ−ｉを基準として、シート対を形成するように積層される。

この配置であれば、ブラケット状シート４０４，４０５の一方の端部４０ｃ，４０ｂが、アーム１２の縦半分にそれぞれ配され、位置Ｒａのブラケット状シート４０５の他方の端部４０ｃは、Ｂ層となるブラケット状シート４０３の他方の端部４０ｂ（図５（ｂ）参照）に対向して配される。このとき、３枚目のブラケット状シート４０３と５枚目のブラケット状シート４０５とは、図示しないが、アーム１５のアーム中央線（図４（ｃ）参照）を基準として対向して配置されている。

また、位置Ｒｂのブラケット状シート４０４の他方の端部４０ｂが、Ａ層を構成するブラケット状シート４０１の他方の端部４０ｃに対向して配される。このとき、４枚目のブラケット状シート４０４と１枚目のブラケット状シート４０１とは、図示しないが、アーム１４のアーム中央線（図４（ｂ）参照）を基準として対向して配置されている。

さらに、上記配置であれば、ブラケット状シート４０４の中間部４０ａは、アーム１２およびアーム１４の間に位置する中央部１６の一部に配され、ブラケット状シート４０５の中間部４０ａは、アーム１２およびアーム１５の間に位置する中央部１６の一部に配される。それゆえ、ブラケット状シート４０４は、Ａ層を構成する２枚目のブラケット状シート４０２およびＢ層を構成する３枚目のブラケット状シート４０３と、互いの中間部４０ａ，４０ａ同士で重なり、ブラケット状シート４０５は、Ａ層を構成する２枚のブラケット状シート４０１，４０２と、互いの中間部４０ａ，４０ａ同士で重なっている。

したがって、図４（ａ）〜（ｃ）に示す積層工程と図５（ａ）〜（ｃ）に示す積層工程とで得られる積層単位をまとめれば、ブラケット状シート４０１〜４０５を用いて構成される積層構造は、下記のＡ層、Ｂ層およびＣ層がこの順で積層された構成であるということができる。
（１）Ａ層：アーム１１〜１５のうち任意の基準アームＰ０のアーム中央線Ｌａ−０を基準として、それぞれ対向して位置する２枚のブラケット状シート４０１，４０２の対である層
（２）Ｂ層：前記Ａ層の上に積層され、隣接アームＰｉのアーム中央線Ｌａ−ｉを基準とし、かつ、当該隣接アームＰｉの基準アームＰ０から離れた側の縦半分に、その一方の端部が位置する１枚のブラケット状シート４０３である層
（３）Ｃ層：前記Ｂ層の上に積層され、斜め向いアームＰｉｉのアーム中央線Ｌａ−ｉｉを基準として、それぞれ対向して位置する２枚のブラケット状シート４０４，４０５の対である層
［ロータハブ構造体の製造方法］
次に、前記積層工程を含むロータハブ構造体１０の製造方法の一例について、具体的に説明する。

まず、ロータハブ構造体１０の寸法、形状等の諸条件に応じて、ブラケット状シート４０の寸法、形状等を設定し、同一形状のブラケット状シート４０を予め多数枚製造しておく。次に、このブラケット状シート４０および他の複合材料シートを、ハブ外枠１００に合わせて順次積層する（積層工程）。この積層工程には、Ａ層を積層するＡ層積層工程（図４（ａ）および図５（ａ）参照）、Ｂ層を積層するＢ層積層工程（図４（ｂ）および図５（ｂ）参照）、およびＣ層を積層するＣ層積層工程（図４（ｃ）および図５（ｃ）参照）という下位の積層工程が含まれ、これら積層工程がこの順で繰り返されることで、Ａ層〜Ｃ層からなる前記積層単位が形成される。

次に、前記積層工程が行われることにより、ロータハブ構造体１０の前駆体が成形されるので、当該前駆体を成形型によって加圧成形することにより、仕上げ前のロータハブ構造体１０が得られる（成形工程）。ここで、成形工程で適用される成形条件は特に限定されず、公知の条件を用いることができる。また、成形型の具体的な構成も特に限定されず、公知の金型等を好適に用いることができる。

得られた仕上げ前のロータハブ構造体１０に対して、軸孔１６１、ブレード取付孔１０５等の孔を形成する（孔形成工程）。また、この孔形成工程に加えて、種々の切削加工等も行われればよい。なお、孔形成および切削加工等をまとめて、トリミング工程と称する。このトリミング工程（または孔形成工程）においては、軸孔１６１は、仕上げ前の構造体における中央部１６の中心となる部位に形成されるが、図４（ｃ）および図５（ｃ）に示すように、Ａ層〜Ｃ層を積層することで形成される積層構造では、中央部１６の中心となる部位には、ほとんど複合材料が位置しておらず、ブラケット状シート４０の中間部４０ａにおいて、一部が軸孔１６１となる領域に重なる程度である（図中破線）。それゆえ、軸孔１６１の形成は、平板状の積層構造体に最初から孔を形成する必要がなく、例えば、形状を整える程度の切削で軸孔１６１を形成することが可能となる。したがって、軸孔１６１の形成を容易とすることができる。

同様に、ブラケット状シート４０の両端部４０ｂ，４０ｃの先端側には、開口４１が設けられ、この開口４１がブレード取付孔１０５に対応する。それゆえ、アーム１１〜１５の外端に、回転翼ブレードを取り付けるために最初から取付孔を形成する必要がなく、ブレード取付孔１０５の形成を容易とすることができる。

［メインロータの構成例］
次に、本実施の形態に係るロータハブ構造体１０を用いたメインロータの構成の一例について、図６を参照して具体的に説明する。

図６に示すように、本実施の形態に係るロータハブ構造体１０は、ヘリコプタが備えるメインロータ２０のロータハブとして用いることができる。メインロータ２０は、ロータハブ構造体１０に加えて、図６には示されない回転軸、５枚の回転翼ブレード２１、ハブ取付部材２２、ブレード運動機構２３等を備えている。

ロータハブ構造体１０の各アーム１１〜１５にそれぞれには、回転翼ブレード２１が、ブレード運動機構２４を介して取り付けられる。ロータハブ構造体１０は、ハブ取付部材２２によって回転軸に取り付けられている。

ブレード運動機構２３は、前述したブレード運動に関与する機構であり、本実施の形態では、ねじり−曲げ部材２１１、リードラグダンパー２１２等を備えている。ねじり−曲げ部材２１１は、アーム１１〜１５の外端のブレード取付部１０３に取り付けられ、アーム１１〜１５およびねじり−曲げ部材２１１のねじれ変形および曲げ変形により、フェザリング運動、リードラグ運動等を含む、回転翼ブレード２１の２軸周りの運動可能としている。また、リードラグダンパー２１２は、ブレード取付部１０３およびねじり−曲げ部材２１１の取付部位に並行して設けられ、リードラグ運動を緩衝する。回転翼ブレード２１、ブレード運動機構２３等は、ボルト２１３等の公知のファスナ部材を用いてアーム１１〜１５に取り付けられる。

［従来のロータハブ構造体との対比］
このようにして得られる、本実施の形態に係るロータハブ構造体１０は、従来のロータハブ構造体と比較して、優れた利点を有する。この点について、図７（ａ）〜（ｃ）および図８を参照して説明する。

背景技術において説明したとおり、典型的な従来のロータハブ構造体６０は、図８に示すように、略十字状で、４本のアーム６１〜６４と、これらアーム６１〜６４が放射状に延伸して設けられている中央部６６と、を備えている。中央部６６の中央には軸孔６６１が設けられており、各アーム６１〜６４の外端には、それぞれブレード取付部６０３が設けられている。また、各アーム６１〜６４は、アーム１１〜１５と同様に、一対の厚肉部６０１およびその間の薄肉部６０２を有している。

この従来のロータハブ構造体６０は、本実施の形態と同様の積層工程を経て製造されるが、このとき用いられる複合材料シートは、図７（ｂ）に示すように、帯状シート９０となっている。この帯状シート９０は、中央部６６の縁に対応する２箇所で折れ曲がっているものの、ほぼ直線に近い形状となっている。そして、ロータハブ構造体６０の製造に際しては、一対の帯状シート９０，９０を、アーム６１、中央部６６、アーム６３にまたがるように位置させることで「Ａ層」（図中斜線のハッチング）が積層され、このＡ層の上に、一対の帯状シート９０，９０を、アーム６２、中央部６６、アーム６４にまたがるように位置させることで「Ｂ層」（図中交差線のハッチング）を積層される。

この従来の方法では、同一の帯状シート９０を平行となるように対に配置させて「シート対」を形成できるので、このシート対を直交させて順次重ねることで、ロータハブ構造体６０の前駆体を成形することができる。

ここで、４アーム型からアームを１つ増加させて５アーム型のロータハブ構造体を製造する場合、前述したとおり、４アーム型と同じ方法を採用しても、結果として４アーム型の基本構成を確保できず、それゆえ、ロータハブ構造体のハブ特性も変化してしまう。

具体的には、図８および図７（ａ）に示すように、４アーム型のロータハブ構造体６０は略十字状であるので、前記のとおり、帯状シート９０，９０のシート対を縦横に交互に積層すればよいが、５アーム型であれば、アーム数が奇数であるため、各アームから見て軸孔を挟んで対向する位置に他のアームが位置しない。したがって、図７（ｃ）に示す比較構造体１１０のように、軸孔１６１の近傍の位置で折れ曲がった形状の比較ブラケット状シート１４１，１４２を用いることになる。

図７（ｃ）に示す比較構造体１１０は、比較アーム１１１〜１１５および比較中央部１１６を備える構成である。例えば、比較アーム１１２、比較中央部１１６および比較アーム１１４にまたがるような形状のシート対を設計すれば、相対的に短い比較ブラケット状シート１４１と、相対的に長い比較ブラケット状シート１４２の二種類を準備する必要がある。それゆえ、複合材料シートの種類が多くなって、製造時の部品点数が増加してしまう。

さらに、これら比較ブラケット状シート１４１，１４２を交互に積層する場合、中央に軸孔１６１を確保するためには、比較アーム１１１〜１１５同士の交差部位を外側にずらさざるを得ない。その結果、図７（ａ）における向かって右側に示すように、比較構造体１１０が相対的に大きくなることに加え、比較アーム１１１〜１１５そのものが外側に位置するため、当該比較アーム１１１〜１１５の変形位置も外側にずれてしまう。これにより、比較構造体１１０の等価ヒンジ・オフセットは、従来のロータハブ構造体６０と比較して大きくなってしまう。

ヒンジ・オフセットは、回転中心からロータブレードが上下方向に可動するヒンジ（関節構造）までの距離であるが、無関節型のロータハブ構造体は機械的なヒンジを有さないので、変形位置に基づいて等価のオフセット（等価ヒンジ・オフセット）を算出する。等価ヒンジ・オフセットが増加すると、ヒンジに相当する変形位置がロータハブ構造体の中心から遠くなることから、一般に、回転翼航空機の機動性および操作性が増加する。しかしながら、等価ヒンジ・オフセットの増加は、振動、突風等の外乱に対する感度も増加させるので、回転翼航空機の安定性が低下することになる。それゆえ、等価ヒンジ・オフセットは、機動性および操作性と安定性との双方を両立させ得る範囲に設定される。したがって、比較構造体１１０の等価ヒンジ・オフセットは、必要以上に増加させないようにすることが好ましい。

さらに、従来のロータハブ構造体６０の製造においては、前記のとおり、対向するアーム６１，６３およびアーム６２，６４は、同一のシート対の積層により構成される。それゆえ、アーム６１〜６４の交差部位すなわち中央部６６の厚みは、単純計算で各アーム６１〜６４の厚みの２倍となる。一方、５アーム型の比較構造体１１０の製造を４アーム型と同様とすれば、アームが１本多いために、比較中央部１１６の厚みは比較アーム１１１〜１１５の厚みの２．５倍となる。

ロータハブ構造体の中央部の厚みが大きくなると、それにつながるアームの根元の厚みも大きくなり、中央部の剛性が相対的に大きくなるので、中央部から周囲に突出して設けられる各アームの変形特性も変わってしまう。アームはそれ自身が変形してヒンジのようにふるまうことで、前記ブレード運動を可能とする。それゆえ、アームの変形特性が変われば前記ブレード運動にも影響が生じる。

加えて、従来のロータハブ構造体６０では、図７（ｂ）に示すように、中央部６６に軸孔６６１を形成するときに、積層された帯状シート９０を完全に切断しないように積層することが可能である。これにより、対向するアーム６１，６３およびアーム６２，６４同士が同一のシート対（帯状シート９０，９０）で構成されるので、ロータハブ構造体６０の耐久性または強度を向上させることができる。これに対して、比較構造体１１０の場合、図７（ｃ）に示すように、長いほうの比較ブラケット状シート１４２の中間部１４３（図中黒く塗りつぶした箇所）が、軸孔１６１に相当する位置を通ることになる。それゆえ、軸孔１６１を形成すると、比較ブラケット状シート１４２の中間部１４３が切り取られることで切断されるので、例えば、比較アーム１１２，１１４同士が同一のシート対で構成されなくなる。

これに対して、本実施の形態に係るロータハブ構造体１０は、前述したように、１種類のブラケット状シート４０のみを用いてＡ層〜Ｃ層の積層単位を含む積層構造を形成することができる。それゆえ、アーム１１〜１５の交差部位をほとんど外側にずらさなくてもよい。加えて、本実施の形態では、図３（ｂ）に示すように、ブラケット状シート４０，４０からなるシート対は、互いに近接する側の端部４０ｂ，４０ｃの間隔ＣＬが徐々に狭くなる配置となっている。それゆえ、アーム１１〜１５の付け根側の幅を十分に絞ることができる。したがって、図７（ａ）に示すように、ロータハブ構造体１０の半径ｒ０は、比較構造体１１０の半径ｒ１に比べて十分に小さくなり、従来のロータハブ構造体６０と同様の等価ヒンジ・オフセットを実現することができる。なお、絞り幅の一例としては、ロータハブ構造体１０、アーム１１〜１５の寸法等にもよるが、比較構造体１１０を基準として約５０ｍｍを実現することが可能である。

また、図４（ａ）〜（ｃ）および図５（ａ）〜（ｃ）に示す積層工程から明らかなように、中央部１６の厚みは、従来のロータハブ構造体６０と同様に、アーム１１〜１５の厚みの略２倍に抑えることができる。それゆえ、ロータハブ構造体１０においては、従来と同様のアーム１１〜１５の変形特性を実現することができる。

さらに、図４（ｃ）および図５（ｃ）からも明らかなように、軸孔１６１を形成するに際して、ブラケット状シート４０１〜４０５のいずれも切断されることがない。それゆえ、ロータハブ構造体１０においては、従来と同様の耐久性、強度を実現することができる。例えば、本実施の形態に係るロータハブ構造体１０は、実際のヘリコプタのロータハブに要求される遠心力荷重に十分耐え得る耐荷能力を有することが実験的に確認されている。

［変形例］
本実施の形態では、図４（ａ）〜（ｃ）および図５（ａ）〜（ｃ）で説明したように、アーム１１〜１５が、Ａ層、Ｂ層およびＣ層からなる積層単位を含む積層構造を備えているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明においては、アーム１１〜１５に含まれる積層構造は、当該積層構造を構成する２枚のブラケット状シート４０，４０の位置関係を見たときに、次に示す２条件を少なくとも満たしていればよい。
（１）条件１：任意の１枚のブラケット状シート４０に注目したとき、当該ブラケット状シート４０の一方の端部４０ｂが基準アームＰ０の一方の縦半分に位置し、その他方の端部４０ｃが、２本の斜め向かいアームＰｉｉのうち、前記縦半分に近い方の斜め向かいアームＰｉｉにおける、基準アームＰ０に近い方の縦半分に位置し、かつ、その中間部４０ａが中央部１６における各縦半分の間の部分に位置するように配置されている。
（２）条件２：条件１のブラケット状シートから見て、基準アームＰ０の他方の縦半分に、その一方の端部４０ｃが位置する、もう１枚のブラケット状シート４０は、その他方の端部４０ｂが、２本の斜め向かいアームＰｉｉのうち、条件１の他方のＰｉｉにおける、基準アームＰ０に近い方の縦半分に位置し、かつ、その中間部４０ａが中央部１６における各縦半分の間の部分に位置するように配置されている。

具体的には、図４（ｃ）または図５（ｃ）に示すブラケット状シート４０１〜４０５のいずれかを、前記条件１のブラケット状シート４０として見た場合、この条件１のブラケット状シート４０とともにシート対（図３（ｂ）参照）を構成するもう１枚のブラケット状シート４０は、常に前記条件２を満たしていることになる。例えば、図４（ｃ）におけるブラケット状シート４０３を前記条件１のブラケット状シート４０として見れば、ブラケット状シート４０１が前記条件２を満たすブラケット状シート４０に相当する。そして、ブラケット状シート４０１を前記条件１のブラケット状シート４０として見れば、当然のごとく、ブラケット状シート４０２が条件２を満たすブラケット状シート４０に相当し、さらに、ブラケット状シート４０２を条件１のブラケット状シート４０として見れば、ブラケット状シート４０４が条件２を満たすブラケット状シート４０に相当する。

あるいは、前記積層構造においては、ブラケット状シート４０が、少なくとも次の条件３を満たすように積層されてもよい。
（３）条件３：各ブラケット状シート４０において、その一方の端部４０ｂ（または４０ｃ）が基準アームＰ０の一方の縦半分に位置し、他方の端部４０ｃ（または４０ｂ）が、２本の斜め向いアームＰｉｉのうち、前記縦半分に近い方の斜め向かいアームＰｉｉにおける、の一方における基準アームＰ０に近い側の縦半分に位置し、その中間部４０ａが、中央部１６における基準アームの縦半分と斜め向いアームの縦半分との間となる部位に位置している。

さらに、前記積層構造において、上下に積層されるブラケット状シート４０が、前記条件１および２、または条件３に加えて、下記条件４を満たしてもよい。
（４）条件４：上下に隣接して積層されるブラケット状シート４０において、それぞれの端部４０ｂまたは端部４０ｃの位置するアームが異なり、かつ、それぞれの中間部４０ａが一部重なっている。

また、本実施の形態では、前述したように、ロータハブ構造体１０が備える５本のアームにそれぞれ１１〜１５の符号を付している。言い換えれば、５本のアームのいずれか１本を第一アーム（アーム１１）と定義すれば、当該第一アームから見て一方の周方向に配列する前記アームを、当該第一アームから近い順に第二アーム（アーム１２）、第三アーム（アーム１３）、第四アーム（アーム１４）および第五アーム（アーム１５）と定義している。しかしながら、この符号はいずれも本発明の実施の形態を説明する便宜上のものであり、各アームの序数（第一から第五までのナンバリング）は、本発明を限定するものではない。

また、本実施の形態では、回転翼航空機としてヘリコプタを例示し、前述したロータハブ構造体１０が、ヘリコプタのメインロータのロータハブとして用いられる構成を例示しているが、本発明はもちろんこれに限定されず、テールロータに用いられてもよいし、オートジャイロ（ジャイロプレン）、ティルトロータ等の他の回転翼航空機にも適用可能であることはいうまでもない。

なお、本発明は上記の実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、回転翼航空機の分野に広く好適に用いることができる。

１０ ロータハブ構造体
１１〜１５ アーム
１６ 中央部
４０ ブラケット状シート
４０ａ ブラケット状シートの中間部
４０ｂ・４０ｃ ブラケット状シートの端部
１６１ 軸孔

Claims (4)

1. 回転翼航空機のメインロータのロータハブとして用いられ、
   回転軸が内挿される軸孔を有する中央部と、
   前記中央部の外周から放射状に延伸して設けられ、それぞれが１枚の回転翼ブレードを支持する５本の平板状のアームと、を備え、
   前記アームは、その外端の幅よりも前記中央部への付け根の幅が狭くなっており、
   前記アームおよび前記中央部は、帯状の複合材料シートであって、その長手方向の両端部が、中間部に対して当該中間部の幅方向において同方向へ折れ曲がった形状のブラケット状シートが、複数枚積層された積層構造を含み、
   さらに、１本の前記アームを延伸方向に沿って二等分した場合の半分となる部位を縦半分、５本の前記アームのいずれか１本を基準アーム、当該基準アームから見て１本置いた位置の前記アームを斜め向いアーム、と定義したときに、
   前記積層構造においては、
   １枚のブラケット状シートが、その一方の端部が前記基準アームの一方の縦半分に位置し、その他方の端部が、２本の前記斜め向かいアームのうち、前記縦半分に近い方の斜め向かいアームにおける、前記基準アームに近い方の縦半分に位置し、かつ、その中間部が前記中央部における前記各縦半分の間の部分に位置するように配置され、
   当該ブラケット状シートから見て、前記基準アームの他方の縦半分に、その一方の端部が位置する、もう１枚のブラケット状シートは、その他方の端部が、２本の前記斜め向かいアームにおける前記基準アームに近い方の縦半分に位置し、かつ、その中間部が前記中央部における前記各縦半分の間の部分に位置するように配置されており、
   前記基準アームにて互いに隣接する、前記ブラケット状シートの一方の端部同士の間隔は、当該基準アームの前記外端から前記中央部に向かって徐々に狭くなるように構成されていることを特徴とする、無関節型ロータハブ構造体。
2. 前記積層構造は、前記基準アームに隣接する位置の前記アームを隣接アームと定義したときに、
   前記基準アームの二等分線を基準として、それぞれ対向して位置する２枚の前記ブラケット状シートの対であるＡ層と、
   当該Ａ層の上に積層され、前記斜め向いアームの二等分線を基準とし、かつ、当該斜め向いアームの前記基準アームから離れた側の縦半分に、その一方の端部が位置する１枚の前記ブラケット状シートであるＢ層と、
   当該Ｂ層の上に積層され、前記隣接アームの二等分線を基準として、それぞれ対向して位置する２枚のブラケット状シートの対であるＣ層と、
   からなる積層単位を含むように構成されている、請求項１に記載の無関節型ロータハブ構造体。
3. 回転翼航空機のメインロータのロータハブとして用いられる無関節型ロータハブ構造体の製造方法であって、
   当該ロータハブ構造体は、それぞれが１枚の回転翼ブレードを支持する５本の平板状のアームと、回転軸が内挿される軸孔を有し、かつ、その外周に前記アームが放射状に延伸して設けられている中央部と、を備え、前記アームは、その外端の幅よりも前記中央部への付け根の幅が狭くなっており、前記アームおよび前記中央部は、帯状の複合材料シートが複数枚積層された積層構造を含むものであり、
   帯状の前記複合材料シートとして、その長手方向の両端部が、中間部に対して当該中間部の幅方向において同方向へ折れ曲がった形状のブラケット状シートを用い、
   １本の前記アームを延伸方向に沿って二等分した場合の半分となる部位を縦半分、５本の前記アームのいずれか１本を第一アーム、当該第一アームから見て一方の周方向に配列する前記アームを、当該第一アームから近い順に第二アームないし第五アーム、と定義したときに、
   ２枚の前記ブラケット状シートの一方の端部同士を、前記第一アームの前記縦半分にそれぞれ配し、一方の前記ブラケット状シートの他方の端部を、前記第三アームにおける前記第一アームに近い側の前記縦半分に配し、他方の前記ブラケット状シートの他方の端部を、前記第四アームにおける前記第一アームに近い側の前記縦半分に配するように、これら前記ブラケット状シートを、前記第一アームの二等分線を基準として、それぞれ対向して配置させてＡ層として積層するＡ層積層工程と、
   １枚の前記ブラケット状シートの一方の端部を、第四アームまたは第三アームにおける前記第一アームから離れた側の縦半分に配し、他方の端部を、前記第二アームまたは前記第五アームにおける前記第一アームから離れた側の縦半分にするように、当該ブラケット状シートをＢ層として積層するＢ層積層工程と、
   ２枚の前記ブラケット状シートの一方の端部同士を、前記第五アームまたは前記第二アームの前記縦半分にそれぞれ配し、一方の前記ブラケット状シートの他方の端部を、前記Ｂ層となる前記ブラケット状シートの他方の端部に対して、前記第二アームまたは前記第五アームの二等分線を基準として対向して配置させ、他方の前記ブラケット状シートの他方の端部を、前記Ａ層となる前記ブラケット状シートのいずれかの他方の端部に対して、前記第三アームまたは前記第四アームの二等分線を基準として対向して配置させるように、これら前記ブラケット状シートをＣ層として積層するＣ層積層工程と、を含み、
   これらＡ層積層工程、Ｂ層積層工程、およびＣ層積層工程では、前記アームの縦半分として隣接する一対の前記ブラケット状シートが、その一方の端部同士の間隔が、当該アームの外端から前記中央部に向かって徐々に狭くなるように配置されており、
   さらに、Ａ層積層工程、Ｂ層積層工程、およびＣ層積層工程をこの順で複数回繰り返すことを特徴とする、無関節型ロータハブ構造体の製造方法。
4. 前記各積層工程の後に得られる無関節型ロータハブ構造体の前駆体を成形し、仕上げ前の構造体を得る成形工程と、
   前記仕上げ前の構造体における前記中央部の中心となる部位に、前記軸孔を形成するとともに、前記アームの前記外端に、前記回転翼ブレードを取り付けるための取付孔を形成する孔形成工程と、を含むことを特徴とする、請求項３に記載の無関節型ロータハブ構造体の製造方法。

Images