特許 6193887 複合材料製プロペラブレードの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6193887

(24)【登録日】2017年8月18日

(45)【発行日】2017年9月6日

(54)【発明の名称】複合材料製プロペラブレードの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B64C 11/26 20060101AFI20170828BHJP

   B29C 43/12 20060101ALI20170828BHJP

   B64F 5/00 20170101ALI20170828BHJP

   B29K 105/08 20060101ALN20170828BHJP

   B29L 31/30 20060101ALN20170828BHJP

【ＦＩ】

   B64C11/26

   B29C43/12

   B64F5/00 D

   B29K105:08

   B29L31:30

【請求項の数】15

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-553787(P2014-553787)

(86)(22)【出願日】2013年1月24日

(65)【公表番号】特表2015-510469(P2015-510469A)

(43)【公表日】2015年4月9日

(86)【国際出願番号】FR2013050145

(87)【国際公開番号】WO2013110895

(87)【国際公開日】20130801

【審査請求日】2016年1月19日

(31)【優先権主張番号】1250710

(32)【優先日】2012年1月25日

(33)【優先権主張国】FR

(31)【優先権主張番号】1250705

(32)【優先日】2012年1月25日

(33)【優先権主張国】FR

(31)【優先権主張番号】1250707

(32)【優先日】2012年1月25日

(33)【優先権主張国】FR

(31)【優先権主張番号】1250708

(32)【優先日】2012年1月25日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】516227272

【氏名又は名称】サフラン・エアクラフト・エンジンズ

(73)【特許権者】

【識別番号】306047664

【氏名又は名称】サフラン

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】特許業務法人川口國際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】マトン，リシャール

(72)【発明者】

【氏名】フサール，オリビエ

(72)【発明者】

【氏名】マーシャル，ヤン

(72)【発明者】

【氏名】バラン，フランク・ベルナール・レオン

【審査官】 前原 義明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１１２１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０８３２５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／００１２７９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０４６４８９２１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６４Ｃ １１／２６

Ｂ６４Ｃ ２７／４７３

Ｆ０３Ｄ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブレードコア（２）を含む縦通材（１）を形成するステップと、
２つの重ね合わされるスキン（２６、２７）に分けられる分離領域（７）であって、ブレードコアを受けとることを意図する位置を含む分離領域を有する繊維織りを含むブレードプリフォーム（６）を形成するステップと、
ブレードプリフォームを前記プリフォームの凹部（１１）を含む装置（１０）内に位置決めするステップと、
スキン（２６、２７）を分離することによって分離領域（７）を開放するステップと、
ブレードコアを分離領域（７）に挿入することによって縦通材（１）を設置するステップと、
スキン間を縮めることによって分離領域を閉鎖するステップと、
樹脂をブレードプリフォームに注入するステップと、
樹脂を重合させて、ブレードプリフォームを機械加工するステップと
を含むプロペラブレード製造方法であって、
ブレードプリフォームの形成時に、ブレードプリフォーム（６）上の所定位置の基準点となるトラッカー（１４）を作成するステップと、
トラッカー（１４）を装置（１０）内に設定された目標位置と一致させることによってブレードプリフォームの位置決めした後に、凹部内の所定位置でブレードプリフォーム（６）を形成ステップと、
分離領域を解放する前および縦通材（１）が設置されるまでにブレードプリフォーム（６）を分離領域（７）の外側の凹部内で締め付けるステップと
を含むことを特徴とする製造方法。

【請求項2】

ブレードプリフォーム（６）を形成するステップ、ブレードプリフォーム（６）を締め付けるステップ、およびブレードプリフォーム（６）の分離領域（７）を開放するステップは、目標位置を作成する器具であって、装置に対して設定された位置を有する器具、装置に埋め込まれる器具、および装置上に載置される器具によってそれぞれ行われることを特徴とする、請求項１に記載のプロペラブレード製造方法。

【請求項3】

縦通材を形成するために発泡体裏張り（４）をブレードコアの周囲に接着するステップを含むことを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれかに記載のプロペラブレード製造方法。

【請求項4】

縦通材がさらにブレードシャンク（３）を含むことを特徴とする、請求項１または請求項３のいずれかに記載のプロペラブレード製造方法。

【請求項5】

縦通材が、繊維織りを作成し、第２の樹脂を繊維織りに注入し、第２の樹脂を重合させ、そして縦通材を機械加工することによって形成され、第２の樹脂はブレードプリフォームに注入される樹脂とは異なることを特徴とする、請求項１または請求項３のいずれかに記載のプロペラブレード製造方法。

【請求項6】

装置の凹部が、ブレードシャンクを受けとるための付加物（１２）を含むことを特徴とする、請求項４に記載のプロペラブレード製造方法。

【請求項7】

トラッカー（１４）が、ブレードプリフォームのトラッキング繊維であり、特定の外観を有することを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載のプロペラブレード製造方法。

【請求項8】

装置内に設定される目標位置が、ブレードプリフォームに向かって可動なレーザ（１５）であって、ブレードプリフォームに向けてビーム（１６）を発するレーザ（１５）によって作成されることを特徴とする、請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載のプロペラブレード製造方法。

【請求項9】

レーザ（１５）が目標位置を作成する前にレーザの位置を較正するために、レーザによって装置（１０）上に設定されたパターン（１３）を配置するステップを特徴とする、請求項８に記載のプロペラブレード製造方法。

【請求項10】

ブレードプリフォームを位置決めするステップが、縦通材をブレードプリフォームに接合した後および樹脂の注入前に繰り返されることを特徴とする、請求項７から請求項９のいずれかの記載のプロペラブレード製造方法。

【請求項11】

ブレードプリフォームの締め付けが、シュー（１８）およびシューを使用してブレードプリフォームを固定する手段を使用して行われ、シューは、凹部（１１）に入り込み、分離領域（７）の輪郭（４０）からほぼ一定の距離を離間し、前記領域外側の前記輪郭の周囲に延在する内側縁部を含むことを特徴とする、請求項１から請求項１０のうちのいずれか一項に記載のプロペラブレード製造方法。

【請求項12】

シュー（１８）が、外側縁部と、調整された形で凹部（１１）の輪郭に沿って伸びる部分と、垂直縁部（９）の一部とブレードプリフォームの内側縁部（８）の一部と重ならない内側縁部とを備え、凹部（１１）は、縦通材（１）の一部であるブレード根元部（３）を収容するために内側縁部（８）の前に付加物（１２）を備えることを特徴とする、請求項１１に記載のプロペラブレード製造方法。

【請求項13】

締め付け手段が、装置（１０）に固定される支持部（２２）とシュー（１８）を押圧する手段とを備えたジョー（１９）を備え、前記締め付け手段は、装置の主要部に向かって可動であることを特徴とする、請求項１１または請求項１２のいずれかに記載のプロペラブレード製造方法。

【請求項14】

分離領域（７）を開放するステップが、プリフォームの分離領域の内側輪郭（４０）まで伸びずに分離領域に挿入されるプレート（２５）とプレート（２５）を持ち上げて調節可能な高さまで上昇させることができる少なくとも１つの器具（３０）とを備えるセパレータを使用して行われることを特徴とする、請求項１から請求項１３のうちのいずれか一項に記載のプロペラブレード製造方法。

【請求項15】

持ち上げるための器具（３０）が、装置の主要部（１０）に設置される支持部（３２）と、プレート（２５）のクリップ（３１）と、支持部上でクリップ（３１）を支持する可動リフターとを備えることを特徴とする、請求項１４に記載のプロペラブレード製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、外側ケーシングで覆われていないために大気にさらされた、いわゆる「オープンロータ」エンジン用のファンプロペラに使用されるプロペラブレードの製造方法に関するが、該方法は、このようなプロペラに限定されない。

【背景技術】

【0002】

ブレードは、特に、重量を低減するためには、複合材料で構成されるのが好ましいが、耐性に関するさまざまな要件を満たさなければならない。特に、固体物体の不測の衝突やエンジンの他の部分からの熱の伝達に耐えなければならない。これらの制約のうちの１つ目はブレードの自由表面に関して、２つ目はブレードのコアに関して、発明者たちは、それぞれ衝撃や熱の応力に十分に耐える異なる材料から成り、一体構造を形成して組み合わせられる複数の部分でブレードを構成することを考えた。これらの部分の１つは、ブレードの外側部分であり、他方は、縦通材と呼ばれるが、エンジンに接続されるブレードシャンクと外側部分に挿入されるブレードコアとを備える。縦通材は耐熱性を有し、外側部分は耐衝撃性を有する。また、ブレードをさらに軽量化するために、ブレードコアと外側部分との間に、例えば、ブレードコアの輪郭の周囲に接着することで発泡体を挿入することも考えられる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

不可欠なステップは、まだ自由な繊維織り、すなわち、重合樹脂を欠いている、縦通材の周囲を取り囲むことができるように可撓性のある外側部分のプリフォームの中央開放部分に発泡体で場合により裏張りされた縦通材を挿入するステップである。この時に、さまざまな問題が生じる。その問題としては、プリフォームは、過度に変形するとプリフォームの繊維の変位が生じ、その後、外側部分の耐性が低下するので、縦通材を通すために過度に開放することができないということ、縦通材に接着される発泡体は非常に壊れやすく、周囲の厚さが非常に薄いので挿入時に損傷しやすい可能性があるが、このようなリスクがあるにも関わらずプリフォームを十分に開放しなければならないということ、さらにプリフォーム内における発泡体が接着された縦通材の位置は非常に正確に位置決めされなければならず、そうしなければ、プリフォームを製造するための樹脂を注入するために、アセンブリが配置されなければならない金型を閉鎖する際に不具合が生じるリスクがあり、再び製造上の欠陥が生じてしまうということが挙げられる。

【課題を解決するための手段】

【0004】

適切な製造方法が提案されている。その方法は、一般的な形態では、
ブレードコアを含む縦通材を形成するステップと、
２つの重ね合わされるスキンに分ける分離領域であって、ブレードコアを受けとるための位置を含む分離領域を有する繊維織りを含むブレードプリフォームを形成するステップと、
ブレードプリフォームを形成するステップと、
スキンを分離することによって分離領域を開放するステップと、
ブレードコアを分離領域に挿入することによって縦通材を設置するステップと、
スキン間を縮めることによって分離領域を閉鎖するステップと、
樹脂をブレードプリフォームに注入するステップと、
樹脂を重合させ、ブレードプリフォームを機械加工するステップと
を特徴とするプロペラブレード製造方法を含むものである。

【0005】

上述の方法は、本質的に、異なる材料製の密に結合される２つの部分であって、２つの部分のうちの一方が他方に組み込まれ、いずれも複合材料製とすることができる２つの部分から成るプロペラブレードの製造における問題を解決するものである。

【0006】

ブレードプリフォームは、有利には、このプリフォームの凹部を含む装置内に設置され、装置は、縦通材を組み合わせた後に、ブレードプリフォームがこの装置内に入れられた状態のままプリフォームに樹脂を注入するのに使用される。

【0007】

以下の図面を使用して本発明について説明する。図面は、本発明のプロペラブレード製造方法のさまざまなステップを示しているが、本発明の他の実施形態を制限するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】縦通材の全体図である。

【図2】ブレードプリフォームの全体図である。

【図3】装置の全体図である。

【図4】装置内にプリフォームを設置するステップを説明した図である。

【図5】ブレードプリフォームを定位置で維持する方法を説明した図である。

【図6】保持シューのクランプジョーの１つを示した図である。

【図7】プリフォームの分離領域のセパレータを設置するステップを示した図である。

【図8】セパレータのプレートを持ち上げる器具を示した図である。

【図9】セパレータの使用を示した図である。

【図10】セパレータの使用を示した図である。

【図11】セパレータの使用を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１および図２について説明する。ブレードは、炭素繊維三次元織りで形成されたプリフォームを使用し、プリフォームがその後、注入法によって樹脂が含浸され、重合され、そして機械加工されることにより実現された縦通材１を含む。縦通材１は、ブレードコア２とブレードシャンク３とを含む。縦通材１の機械加工後に、予め平板状で機械加工されることで得られた発泡体裏張り４がブレードコア２の縁部５に接着される。ブレードはさらに、特に、本発明の方法において、炭素繊維織りから成る、ブレードの外側輪郭を成すようにウォータージェットブラスト加工により機械加工されたブレードプリフォーム６の状態で現れる外表面を含む外側部分を備える。この炭素繊維織りは、構造体を完成させる重合樹脂がまだ受け入れていないので、可撓性があり、自由である。ブレードプリフォーム６の織りは、表面の最も大きな部分が一体構造であるが、ブレードプリフォーム６をブレードの下部表面側および上部表面側に位置する２つの重ね合わされるスキンに分ける分離領域７を有することで、分離領域７が開放された時にブレードコア２と発泡体裏張り４とを収容する空洞を形成することができ、分離領域７は、スキンを分離して発泡体裏張り２の縦通材１を挿入するためにブレードシャンク３および垂直縁部９を伸ばすことができるように、ブレードコア６の中心の大部分および内側縁部８の一部を含む。

【0010】

本発明の方法の特徴的なステップについて説明する。ブレードコア６と発泡体裏張り４が備わった縦通材１とを組み合わせる第１のステップは、図３に示されている装置１０を使用して行われる。装置１０は、ブレードプリフォーム６と同じ形状の凹部１１を含む半型から成り、ブレードプリフォーム６は、ブレードシャンク３を受けとるための付加物１２を使用して金型内に設置することができる。装置１０はさらに、凹部１１の周囲に、所定数の一回限定の位置基準パターン１３を備える。６つのパターン１３は、あらゆる場合において、完全な基準点を提供するのに十分である。

【0011】

図４は、装置１０でのブレードプリフォーム６の挿入を示した図である。ブレードプリフォーム６は、ある程度強固にするために脱塩水に浸された。ブレードプリフォーム６の繊維の一部は、より合わされた炭素繊維とガラス繊維で構成されたトラッカー１４、すなわち、トラッキング繊維を有し、トラッカー１４は、ブレードプリフォーム６の所定位置の交差線まで伸びる。ガラス繊維は、トラッカー１４を他の繊維と視覚的に区別するのに使用され、炭素繊維はトラッカー１４に十分な耐性を付与するのに使用される。

【0012】

装置１０上の水平面にある可動レーザ１５は、装置１０およびブレードプリフォーム６上にビーム１６を投射する。レーザ１５の移動は、ブレードプリフォーム６が装置１０内に正しく設置された場合にトラッカー１４の目標位置と一致する投射線１７に沿ってビーム１６の投射が行われるようにプログラムされる。レーザ１５の予備位置調整は、パターン１３を目標にして行われる。したがって、投射線１７とトラッカー１４との間が離れている場合、ブレードプリフォーム６は、凹部１１内で再び一致するまで、つまり、ブレードプリフォーム６が凹部１１内で完璧な所定の位置で変形せずに配置されるまで手動で変位される。

【0013】

このステップが完了した時に、図５に示されているクランプシュー１８がブレードプリフォーム６上に配置されて固定される。クランプシュー１８は、分離領域７の輪郭４０から少し（数センチメートル）離間した位置で延在し、凹部１１に入り込む。ブレードプリフォーム６上でのクランプシュー１８の固定は、図６に示されているように、装置１０上に張り出すアーム２０と、アーム２０を支持し、装置１０のそれぞれの穿孔２３に埋め込まれるロッド２２と、アーム２０に係合されてシュー１８を押圧する加圧ねじ２４とを備えたジョー１９によって得られる。同じ装置１０がブレードプリフォーム６形成の仕上げを行うために樹脂の注入に使用される場合、穿孔２３は、樹脂が凹部１１からあふれ出るのを防いで凹部１１内を流れるように凹部１１を取り囲むシール部２４の外側に配置される。固定部１８は、厚さ数センチメートルの熱成形ポリマーで作成され、内側縁部が分離領域７の輪郭４０に沿って、さらに数センチメートル離間して伸び、外側縁部が調節されて凹部１１の輪郭に沿うよう形で凹形の不均一な形状を有する。レーザ１５は、繊維織りが過度に変形していないかをチェックするために、シュー１８を固定している時も作動状態を維持することができる。

【0014】

本発明の方法の次のステップは、ブレードプリフォーム６を分離領域７から分離することにある。それを行うために、最初に図７に示されているセパレータ２５が使用される。セパレータは、ブレードプリフォーム６の２つのスキン２６と２７との間に滑り込ませるプレート２５を備える。セパレータはさらに、図８に示されている持ち上げるための器具３０を備え、それぞれプレート２５の縁部２８を挟むクリップ３１と、装置１０上に配置される支持部３２と、クリップ３１を調節可能な高さに持ち上げるリフター（例えば、支持部３２の垂直ねじ棒上を移動するナット）で、クリップ３１を支持するリフターとを備える。したがって、ブレードプリフォーム６の繊維を損傷する、または繊維織りを変形させるリスクがほとんどなく、スキン２６と２７との間でプレート２５を摺動させて、その後、プレートをそっと持ち上げるのが容易である。図７には、セパレータ２５によって持ち上げられるスキン２６の緩い傾斜を有する部分３４を配置するために、そしてブレードプリフォーム６の繊維織りを損傷しないように、プレート２５の輪郭３３が分離領域７の輪郭（４０）から数センチメートル離れていることが示されている。

【0015】

図９および図１０は、スキン２６とスキン２７の分離および分離領域７の開放の前後の側面図として装器具を示した図である。

【0016】

その後、縦通材１が設置され（図１１）、ブレードコア２は分離領域７に入り、ブレードシャンク３は空洞１２に入り、装置１０と一体になったフランジ３５によって空洞１２内で保持される。付加物１２内でのブレードシャンク３の調整は、凹部１１内でのブレードプリフォーム６の調整と組み合わさって、手動で位置調整されるので、ブレードの形状品質が維持される。その後、セパレータおよびシュー１８が取り外され、上部スキン２６が縦通材１上に戻り、そして検査するステップ、場合により、この上部スキン２６の位置を再調整するステップが、トラッカー１４上へのビーム１６の投射および繊維の手動変位を再び実行することによって行われる。

【0017】

このようにしてブレードプリフォーム６内への縦通材１の挿入が完了すると、ブレードプリフォーム６は、ブレードシャンク３のフランジづけされた状態かつブレードプリフォーム６が簡易保護シートで覆われた状態のまま炉内で乾燥されるか、またはブレードシャンク３のフランジづけされた状態のまま真空バッグ内で乾燥され、再び炉内で乾燥される、あるいは、最後に、図１１に示されるように、装置１０の凹部１１を閉鎖する上部シェル３６が設置された後に乾燥が行われ、この場合の乾燥は押圧された状態で行われ、その後、フランジ３５が除去される。乾燥形態に関係なく、その後、従来通りの工程で、ブレードプリフォーム６の樹脂が注入されて重合され、ブレードが機械加工される。

【0018】

炭素繊維は、縦通材１およびブレードプリフォーム６に対して、例えば、ＩＭ７タイプの同じ種類にしてもよいが、樹脂は、上述したように、縦通材１が耐熱性を有し、ブレードプリフォーム６が耐衝撃性を有することができるように、有利に異なる。例えば、縦通材１にはＢＭＩ樹脂を使用し、ブレードプリフォーム６には樹脂ＰＲ５２０を使用することができる。発泡体裏張り４は、Ｒｏｈａｃｅｌｌ（登録商標）１１０ＸＴＨＴ発泡体を使用して行うことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】