JPH04308251A - 三次元織物を利用した回転ブレード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三次元織物を強化材と
して利用した回転ブレード及びその製造方法に関するも
のであり、さらに具体的には、ヘリコプタ用ロータブレ
ード、アドバンストターボプロップ（ＡＴＰ）用のブレ
ード、航空機用プロペラブレード等の、回転に伴って遠
心力及び複合力を受ける回転ブレード及びその製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ヘリコプタ用、ＡＴＰ用、航
空機用のブレードを初めとして、各種回転ブレードに繊
維強化複合材料が利用され、可使用寿命の延長、一層の
軽量化が図られている。これらの回転ブレードは、一般
に、カーボン・アラミドまたはガラス繊維からなる布を
積層してマトリックスにより結合する方法、あるいはそ
れらの強化繊維を用いてフィラメントワインディング法
により成形する方法などが主流であり、強度を持たすた
めには厚みの調整を行うなどの対応が考慮されている。

【０００３】しかしながら、強化繊維からなる布状のも
のを積層した場合には、層間での剥離という問題がある
ので、その用途が制限され、特に回転ブレード等の遠心
力及び複合力等の複雑な力が作用する部材では、各部分
に発生する応力に対応した強度について十分な配慮を行
う必要があり、満足できる軽量化が期待できないことも
ある。従って、上述の剥離等の問題がなく、しかも強化
繊維により任意の方向の強度を高めた得るようにした回
転ブレードの開発が望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題は
、強化繊維の配向の適正化により、積層材料の剥離の問
題を解消すると同時に、一層の軽量化を図れるようにし
た回転ブレード及びその製造方法を得ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の回転ブレードは、回転ブレードとしての必要
な断面形状を有する三次元織物からなり、この三次元織
物においては、垂直面内において、三次元織物の長さ方
向に対して適宜角度だけ傾斜させて配向した糸条と、水
平面内において、三次元織物の長さ方向に対して適宜角
度だけ傾斜させた糸条の多数を、あるいは、垂直面内に
おいて三次元織物の長さ方向に対して適宜角度だけ傾斜
すると共に、水平面内において三次元織物の長さ方向に
対して適宜角度だけ傾斜する糸条の多数を、それぞれ織
物表面で折り返すことにより長さ方向に連続するものと
して相互に製織し、且つ織物断面の全体または一部に、
三次元織物の長さ方向に直線的に配向させた芯糸を織り
込んだことを特徴とするものである。

【０００６】また、本発明の回転ブレードの製造方法は
、隣接するロータの間に糸条キャリアを挟持する多数の
ロータを、互いに隣接させて多数行多数列に配列し、隣
接する各ロータの四周に、三次元織物の製織形状に対応
する糸条キャリアを挟持させ、隣接する一方のロータが
回転する際に、他方のロータの凹部をガイドとして糸条
キャリアを移動させ、これを繰返すことによって回転ブ
レードを構成する三次元織物を製織するに際し、上記糸
条キャリアを回転ブレードの断面形状に適合させて配列
させると共に、その配列中における必要なロータの中心
部分から三次元織物の長さ方向に芯糸を導出し、さらに
、多数のロータのうち、上記行及び列内において互いに
隣接しないロータを一つの群として、全体を２群に分け
、一つの群のロータを非回転の固定ガイドとして他の群
を１方向に９０°または１８０°回転させ、次いで、先
に回転させた１群のロータを固定ガイドとして他の群を
上記とは逆の方向に９０°または１８０°回転させ、こ
れを順次繰り返すことにより、三次元織物の長さ方向に
対して糸条を傾斜させた状態で相互に製織し、回転ブレ
ードにおいて強度を高めようとする方向に糸条を配向さ
せることを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】上記構成を有する回転ブレードは、回転ブレー
ドとしての必要な断面形状を有する三次元織物において
、垂直面内及び水平面内において適宜角度だけ傾斜させ
た糸条の多数を有し、それらの糸条の配向方向を容易に
変更できると共に、三次元織物の長さ方向に直線的に配
向させた芯糸を有しているため、その三次元織物が５軸
の織物として構成され、回転ブレードとして、各種方向
に作用する応力に対する強度を発揮させることができる
。即ち、強化繊維の配向の適正化により、積層材料の剥
離の問題を解消すると同時に、一層の軽量化を図れるよ
うにした回転ブレード及びその製造方法を得ることがで
きる。

【０００８】

【実施例】図１のＡ〜Ｃ及び図２は、本発明の回転ブレ
ードを構成する三次元織物の組織をの一例を示している
。この三次元織物は、強化繊維の配向状態を説明するた
めに断面Ｔ型のビーム状のものを示しているが、これら
は図１０〜図１２によって後述するような各種回転ブレ
ード形状に製織し、その使用に際してはマトリックスに
より各強化繊維間が結合されるものである。

【０００９】上記三次元織物を構成するＴ型ビーム状部
材１は、垂直方向に向けて配置される垂直部材１ａと、
その垂直部材１ａに対して直交する水平部材１ｂとを備
え、それらを一体に製織したものである。両部材１ａ，
１ｂは、少なくとも数層の平面状織物に相当する厚さを
もたせ、それらの両部材１ａ，１ｂが一体的に製織され
ている。また、上記水平部材１ｂには、ビーム状をなす
三次元織物の長さ方向に直線的に配向された芯糸３を織
り込んでいる。この芯糸３は、水平部材１ｂの全体また
は一部に織り込むことができ、これによって三次元織物
を回転ブレードとして回転させた場合の遠心力に対抗さ
せるようにしている。

【００１０】図１のＡ〜Ｃ及び図２においては、三次元
織物における糸条２ａ，２ｂ及び芯糸３の織込み態様を
示しているが、理解を容易にするために、その一部の糸
条のみについて、互いに直交する３方向から見た状態及
び斜視状態を示している（図２では芯糸を省略）。この
三次元織物を構成する多数の糸条２ａ，２ａ，・・及び
２ｂ，２ｂ，・・は、後述する方法で、それぞれ図示の
糸条と実質的に同じような配向状態で織込まれ、それに
よって三次元織物が製織される。なお、図１のＡ，Ｃ及
び図２中に記入した丸付きの数字は、相互に対応位置で
あることを示している。

【００１１】三次元織物を構成するビーム状部材１内の
上記糸条２ａは、垂直部材１ａ及び水平部材１ｂにおけ
る垂直面内において、三次元織物の長さ方向に対し適宜
角度だけ傾斜させて配向し、一方、垂直部材１ａ及び水
平部材１ｂにおける糸条２ｂは、上記糸条２ａの場合と
同程度ではあるが、水平面内で三次元織物の長さ方向に
対して傾斜させている。これらの糸条２ａ，２ｂは、ビ
ーム状部材１の表面で折り返すことにより、ビームの長
さ方向に連続するものとし、それらの多数を相互に製織
したものである。

【００１２】図３のＡ〜Ｃ及び図４は、本発明の回転ブ
レードを構成する三次元織物の第２実施例の組織を説明
するためのものである。この実施例では、上記第１実施
例の場合と同様に、三次元織物を構成するビーム状の部
材１１が、垂直部材１１ａとそれに対して直交する水平
部材１１ｂとを備え、両部材１１ａ，１１ｂには少なく
とも数層の平面状織物に相当する厚さをもたせ、この両
部材１１ａ，１１ｂが一体的に製織されている。また、
上記水平部材１１ｂには、ビーム状をなす三次元織物の
長さ方向に直線的に配向された芯糸１３を織り込んでい
る。この芯糸１３は、第１実施例と同様に、水平部材１
１ｂの全体または一部に織り込むことができる。

【００１３】図３のＡ〜Ｃは上記図１のＡ〜Ｃに対応し
、図４は上記図２に対応するものであり、図３及び図４
では、三次元織物における単一の糸条１２の織込み態様
のみを示している。この三次元織物を構成する他の糸条
は、それぞれ図示の糸条と実質的に同じような態様で織
込まれ、それによって三次元織物が製織される。この第
２実施例におけるビーム状部材１１内の各糸条１２は、
垂直部材１１ａ及び水平部材１１ｂ内において、三次元
織物の長さ方向に対して垂直面内で適宜角度だけ傾斜さ
せると共に、水平面内においても同程度に傾斜させて配
向し、これらの糸条１２は、ビーム状部材１１の表面で
折り返すことにより、ビームの長さ方向に連続するもの
として、相互に製織している。

【００１４】回転ブレードでは、その目的、用途に応じ
て各種方向の応力が発生することになるが、上述した第
１及び第２実施例のビーム状部材１，１１において、ビ
ームの長さ方向に対して所要の方向に傾斜させて、でき
るだけ主応力の作用方向に糸条を配向させ、しかも各糸
条２ａ，２ｂ，１２を織物表面で折り返し、それらをビ
ームの長さ方向に連続させることにより、各糸条がビー
ム状複合材料の強度を高めるために有効に作用する。し
かも、三次元織物の全体または一部に、長さ方向に直線
的に配向された芯糸３，１３を織り込んで５軸織物とす
ることにより、その芯糸方向の強度をも高め、その部分
での伸縮も拘束される。なお、上記糸条２ａ，２ｂ，１
２の傾斜角度は、後述する製織において、筬打ちの程度
と、製織された織物の巻取速度を調整することにより、
容易に調整することが可能である。

【００１５】図５は、図３のＡ〜Ｃ及び図４によって説
明した組織を有し、断面Ｉ型に形成したビーム状三次元
織物２０の外観を例示したものである。この例では、垂
直部材２１の上下に連接した水平部材２２，２２（この
部分の横幅を増すことによりブレード状になる。）にそ
れぞれ芯糸２３を低密度で織り込んでいるが、これをさ
らに高密度に織り込むこともでき、このような構成は、
上下の水平部材２２，２２の変形を芯糸２３により拘束
するので、湾曲を望まない部分での使用に有利である。

【００１６】次に、図６ないし図８に基づいて、上記ビ
ーム状三次元織物を製織する方法について説明する。上
述したビーム状三次元織物を製織するに際しては、図６
に示すような製織装置が用いられる。この製織装置は、
キャリア軌道面に沿って多数配列したキャリア駆動ユニ
ット３１によって、図示しないボビンを支承する糸条キ
ャリア３２に所要の軌跡を走行するように運動を与え、
それらのボビンから解舒した糸条３３を製織するもので
ある。

【００１７】上記キャリア駆動ユニット３１は、図７に
示すようなロータ３４を備えている。このロータ３４は
、隣接するロータとの間に糸条キャリア３２を挟持する
もので、その四周に糸条キャリア３２を挟持するための
凹部３５を設け、これらの凹部３５の内側面を、隣接す
るロータの回転軸を中心とする円弧状とし、隣接するロ
ータ３４，３４の一方が回転するときに、他方のロータ
の凹部３５を糸条キャリア３２のガイドとして機能させ
るようにして、各ロータ３４を互いに密に隣接させ、糸
条キャリア３２の移動域に複数行、複数列に配列させて
いる。また、各ロータ３４の中心の回転軸３６には、そ
の中心を貫通する芯糸挿通孔３７を設け、この挿通孔３
７を通して三次元織物の補強を必要とする部分に芯糸２
８を導出するようにしている。上記芯糸２８は、例えば
ロータの中心にボビン等を配設して、そこから導出する
こともできる。なお、図６において、３９は糸条キャリ
ア３２の移動域の周囲に囲設した固定ガイドを示してい
る。

【００１８】一方、それらのロータ３４間に挟持される
糸条キャリア３２は、隣接する一対のロータ３４の凹部
３５に適合する二つの円筒面４１，４１で形成された保
持部４０を備え、それにボビンの支持軸４２を立設した
ものである。

【００１９】上記ロータ３４を備えた多数の駆動ユニッ
ト３１によって糸条キャリア３２を駆動するに際して、
糸条キャリア３２は、図６に示すように、その移動域に
おいて、ビーム状の三次元織物２５の垂直部材２６と水
平部材２７ａ，２７ｂとを一体化した断面形状に適合さ
せて配列させる。製織に際しては、ロータ配列の行及び
列内において互いに隣接しないロータ３４を一つの群と
して、全体を２群に分け、各群ごとのロータを一斉に駆
動するため、その駆動に必要な図示しない駆動手段が設
けられる。図８においては、斜線を付したロータとそれ
を付していないロータによって、二つの群を区別して示
している。

【００２０】これらの両群の駆動手段は、各群のロータ
３４にそれぞれ同一方向の９０°または１８０°の間欠
的な回転駆動を与え、且つ両群の駆動手段を少なくとも
互いに逆方向に回転駆動可能なものとしている。以下の
説明においては、図８中で斜線を付したロータを、時計
方向に９０°または１８０°の間欠回転を行うロータ（
これらのロータの群を以下第１群と呼ぶ。）とし、斜線
のないロータを、反時計方向に９０°または１８０°の
間欠回転を行うロータ（これらのロータの群を以下第２
群と呼ぶ。）とする。

【００２１】製織は、一つの群のロータ３４を非回転の
固定ガイドとして、他の群を１方向に９０°または１８
０°回転させ、次いで、先に回転させた１群のロータを
固定ガイドとして他の群を上記とは逆の方向に９０°ま
たは１８０°回転させ、これを順次繰り返すことによっ
て行うものであり、図８においては、第１群と第２群の
ロータが交互に回転駆動される。

【００２２】これらの製織時における糸条キャリアの動
きを観察すると、９０°及び１８０°のいずれの場合も
、糸条キャリアの配列範囲内で、比較的単純な規則性の
下で糸条キャリアが走行し、例えば、図６に示すような
ロータ配列によって第１群及び第２群のロータを正逆に
９０°回転させた場合、図５に示すような外観の三次元
織物２０を得ることができ、この場合には図３のＡ〜Ｃ
及び図４によって説明したような組織になる。一方、第
１群及び第２群のロータをそれぞれ１８０°回転させた
場合には、図１のＡ〜Ｃ及び図２によって説明したよう
な組織になる。

【００２３】この製織においては、必要に応じて筬打ち
を行うことができ、この筬打ちの程度と巻取速度を調整
することにより、三次元織物における各糸条２ａ，２ｂ
，１２の傾斜角度を調整することが可能である。また、
製織の途中でキャリヤの移動領域を変更することにより
、断面形状を途中で変化させた三次元織物を得ることが
できる。

【００２４】図９は、部分的に糸条の配向角を異ならし
めた三次元織物を示している。このような三次元織物は
、図６に示すような製織装置において、三次元織物の断
面形状の全体について定常の製織の１サイクルを行い、
次いで、上半のみについて定常の１サイクルの製織を行
い、その後、断面の全体、上半のみの製織を順次繰返す
ことによって得ることができる。このような組織を有す
る回転ブレードにおいて部分的に異なる作用方向の応力
が作用する場合に有利なものである。

【００２５】図１０ないし図１２において、各Ａは本発
明の回転ブレードの一例であるヘリコプタ用ロータブレ
ード、ＡＴＰ用のブレード、航空機用プロペラブレード
の外観形状を例示し、各Ｂはその要部を示している。図
１０のＢにおいて、５１は外殻構造物、５２はウエイト
部、５３はハニカム構造部であるが、これらのうちの外
殻構造物５１が上述した三次元織物により構成される。 また、図１１のＢにおいて、５５は外殻構造物、５６は
中実スパー、５７はハニカムフィラーであるが、これら
のうちの外殻構造物５５が上述した三次元織物により構
成される。さらに、図１２のＢにおいて、５９は外殻構
造物、６０は中空スパー、６１はフォームであるが、こ
れらのうちの外殻構造物５９が上述した三次元織物によ
り構成される。

【００２６】

【発明の効果】以上に詳述したところから明らかなよう
に、本発明によれば、強化繊維の配向の適正化により、
積層材料の剥離の問題を解消すると同時に、一層の軽量
化を図れるようにした回転ブレード及びその製造方法を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａ〜Ｃは、本発明の回転ブレードを構成する三
次元織物の第１実施例の組織を互いに直交する３方向（
平面、端面、及び側面）から見た状態を示す説明図であ
る。

【図２】上記３次元織物の組織を斜視状態において示す
説明図である。

【図３】Ａ〜Ｃは、同第２実施例の組織を互いに直交す
る３方向（平面、端面、及び側面）から見た状態を示す
説明図である。

【図４】上記第２実施例の３次元織物の組織を斜視状態
において示す説明図である。

【図５】上記第２実施例の組織を有するＩ型三次元織物
の外観を示す斜視図である。

【図６】上記三次元織物の製織状態を示す斜視図である
。

【図７】図６におけるキャリア駆動機構の詳細を示す要
部斜視図である。

【図８】ロータの回転駆動の態様に関する説明図である
。

【図９】部分的に糸条の配向角が異なる三次元織物の外
観を示す斜視図である。

【図１０】Ａは、本発明の回転ブレードの一例であるヘ
リコプタ用ロータブレードの平面図、Ｂはその要部を破
断して示す拡大斜視図である。

【図１１】Ａは、本発明の回転ブレードの一例であるＡ
ＴＰ用のブレードの斜視図、Ｂはその拡大断面図である
。

【図１２】Ａは、本発明の回転ブレードの一例である航
空機用プロペラブレードの斜視図、Ｂはその拡大断面図
である。

【符号の説明】

２ａ，２ｂ，１２　　　　糸条、 ３，１３，２３，２８　　　　芯糸、 ２０，２５　　　　三次元織物、 ３２　　　　糸条キャリア、 ３４　　　　ロータ、 ３５　　　　凹部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転ブレードとしての必要な断面形状を有
   する三次元織物からなり、この三次元織物においては、
   垂直面内において、三次元織物の長さ方向に対して適宜
   角度だけ傾斜させて配向した糸条と、水平面内において
   、三次元織物の長さ方向に対して適宜角度だけ傾斜させ
   た糸条の多数を、それぞれ織物表面で折り返すことによ
   り長さ方向に連続するものとして相互に製織し、且つ織
   物断面の全体または一部に、三次元織物の長さ方向に直
   線的に配向させた芯糸を織り込んだことを特徴とする三
   次元織物を利用した回転ブレード。
2. 【請求項２】回転ブレードとしての必要な断面形状を有
   する三次元織物からなり、この三次元織物においては、
   垂直面内において三次元織物の長さ方向に対して適宜角
   度だけ傾斜すると共に、水平面内において三次元織物の
   長さ方向に対して適宜角度だけ傾斜する糸条の多数を、
   それぞれ織物表面で折り返すことにより長さ方向に連続
   するものとして相互に製織し、且つ織物断面の全体また
   は一部に、三次元織物の長さ方向に直線的に配向させた
   芯糸を織り込んだことを特徴とする三次元織物を利用し
   た回転ブレード。
3. 【請求項３】隣接するロータの間に糸条キャリアを挟持
   する多数のロータを、互いに隣接させて多数行多数列に
   配列し、隣接する各ロータの四周に、三次元織物の製織
   形状に対応する糸条キャリアを挟持させ、隣接する一方
   のロータが回転する際に、他方のロータの凹部をガイド
   として糸条キャリアを移動させ、これを繰返すことによ
   って回転ブレードを構成する三次元織物を製織するに際
   し、上記糸条キャリアを回転ブレードの断面形状に適合
   させて配列させると共に、その配列中における必要なロ
   ータの中心部分から三次元織物の長さ方向に芯糸を導出
   し、さらに、多数のロータのうち、上記行及び列内にお
   いて互いに隣接しないロータを一つの群として、全体を
   ２群に分け、一つの群のロータを非回転の固定ガイドと
   して他の群を１方向に９０°または１８０°回転させ、
   次いで、先に回転させた１群のロータを固定ガイドとし
   て他の群を上記とは逆の方向に９０°または１８０°回
   転させ、これを順次繰り返すことにより、三次元織物の
   長さ方向に対して糸条を傾斜させた状態で相互に製織し
   、回転ブレードにおいて強度を高めようとする方向に糸
   条を配向させることを特徴とする三次元織物を利用した
   回転ブレードの製造方法。