圆筒状外壳及圆筒状外壳的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及例如作为覆盖航空器用喷气发动机的风扇叶片的风扇外壳使用的圆 筒状外壳及圆筒状外壳的制造方法。
【背景技术】
[0002] 例如，上述覆盖航空器用喷气发动机的风扇叶片的风扇外壳谋求轻量及具有高强 度，为满足这些要求，作为风扇外壳的素材尝试采用强化纤维和热固化树脂的复合材料。
[0003] 在上述风扇外壳中，在覆盖风扇叶片的外壳主体的端部，一体地形成有与通常发 动机舱连结的环状的朝外凸缘。因此，作为素材使用碳纤维等的强化纤维和环氧树脂等的 热固化树脂的复合材料时，外壳主体及环状的凸缘都具有包含由碳纤维等的强化纤维形成 的织物在内的多个织物层。
[0004] 使用强化纤维和热固化树脂的复合材料制造上述风扇外壳（圆筒状外壳）时，使 筒状的芯轴围绕其轴心旋转，且将织物缠绕在芯轴的成形面上来成形织物层的层叠体，通 过加热该层叠体，使预先含浸于该层叠体的热固化树脂固化。
[0005] 在上述风扇外壳中，为确保充分的强度及刚性，在多个织物层之间，需要包含相对 于外壳主体周向的倾斜角为±0~75°的强化纤维，这样的风扇外壳被记载于例如专利文 献1 〇
[0006] 【现有技术文献】
[0007] 【专利文献】
[0008] 【专利文献1】日本特开2009-107337号公报
[0009] 然而，如上述风扇外壳（圆筒状外壳）那样地，环状的朝外凸缘位于外壳主体的端 部的情况下，在多个织物层间包含相对于周向的倾斜角为〇~10°的强化纤维，要确保层 叠体的充分的强度及刚性时，会损害织物层所含有的织物的柔软性，由此，在层叠体的成形 时，在与朝外凸缘的弯曲的根部相当的部分会产生褶皱或纤维的曲折，朝外凸缘的强度及 刚性降低。其结果，存在不能提高风扇外壳整体的强度及刚性这样的问题，解决该问题成为 以往的课题。
【发明内容】
[0010] 本发明是着眼于上述以往的课题而研发的，其目的是提供圆筒状外壳及圆筒状外 壳的制造方法，例如，将强化纤维和热固化树脂的复合材料作为素材，在具有朝外的环状的 槽或环状凸缘的风扇外壳的情况下，能够确保外壳整体的高的强度及刚性。
[0011] 为实现上述目的，本发明的圆筒状外壳，由使热固化树脂含浸于强化纤维的复合 材料形成，其特征在于，具有：呈圆筒状的外壳主体；在所述外壳主体的端部沿周向以环状 配置的向离心侧开口的槽，构成所述外壳主体的周壁是交替地层叠包含由相对于所述外壳 主体的轴心方向的取向角为±15~75°的2轴的强化纤维带形成的非卷曲结构的2轴织 物在内的多个2轴织物层、和包含对沿着所述外壳主体的周向的强化纤维集束而成的粗纱 在内的多个粗纱层而形成的，构成所述槽的槽壁是交替地层叠包含由所述外壳主体的周壁 上的与所述多个2轴织物层连续的多个2轴织物层、以及相对于所述外壳主体的轴心方向 的取向角为±15~75°的2轴的强化纤维带及相对于所述外壳主体的轴心方向的取向角 为0°的1轴的强化纤维带的合计3轴的强化纤维带形成的非卷曲结构的3轴织物在内的 多个3轴织物层而形成的。
[0012] 优选的是，所述外壳主体的周壁及所述槽的槽壁上的各正反面都通过由使热固化 树脂含浸于强化纤维的复合材料形成的保护膜被覆盖。
[0013] 优选的是，构成所述槽的槽壁通过Ti合金制或Ni合金制的盖罩被覆盖，并作为覆 盖航空器用喷气发动机的风扇叶片的风扇外壳使用。
[0014] 另外，本发明的上述圆筒状外壳的制造方法，其特征在于，反复实施如下工序而成 形具有与所述外壳主体相当的部分的层叠体：使将外周面作为成形面的筒状的芯轴围绕其 轴心旋转，且将由所述2轴的强化纤维带形成的非卷曲结构的所述2轴织物缠绕在该芯轴 的所述成形面上而形成所述2轴织物层的2轴织物层形成工序；使所述芯轴围绕其轴心旋 转，且将对所述强化纤维集束而成的粗纱沿周向以螺旋状缠绕在该芯轴的所述成形面中的 所述外壳主体的成形部位上而形成所述粗纱层的粗纱层形成工序；使所述芯轴围绕其轴心 旋转，且将由所述3轴的强化纤维带形成的非卷曲结构的所述3轴织物缠绕在该芯轴的所 述成形面中的所述槽的成形部位上而形成所述3轴织物层的3轴织物层形成工序，成形了 具有与所述外壳主体相当的部分的层叠体之后，还经过如下工序：通过槽成形模具和位于 所述芯轴的端部的槽成形部，在所述层叠体中的与所述外壳主体相当的部分的端部成形与 所述槽相当的部分的槽成形工序；对于通过该槽成形工序在与所述外壳主体相当的部分的 端部成形了与所述槽相当的部分而成的所述层叠体进行加热，由此使含浸于所述织物层的 各强化纤维而成的热固化树脂固化的加热工序。
[0015] 而且，本发明的上述圆筒状外壳的制造方法，其特征在于，
[0016] 反复实施如下工序而成形与所述外壳主体相当的部分的层叠体：使将外周面作为 外壳主体成形面的筒状的芯轴围绕其轴心旋转，且将由所述2轴的强化纤维带形成的非卷 曲结构的所述2轴织物缠绕在该芯轴的所述成形面上而形成所述2轴织物层的2轴织物 层形成工序；使所述芯轴围绕其轴心旋转，且将对所述强化纤维集束而成的粗纱沿周向以 螺旋状缠绕在该芯轴的所述成形面上而形成所述粗纱层的粗纱层形成工序，并且，反复实 施如下工序而成形槽用层叠体：使将外周面作为槽成形面的筒状的槽用芯轴围绕其轴心旋 转，且将由所述2轴的强化纤维带形成的非卷曲结构的所述2轴织物缠绕在该槽用芯轴的 所述槽成形面上而形成所述2轴织物层的2轴织物层形成工序；使所述槽用芯轴围绕其轴 心旋转，且将由所述3轴的强化纤维带形成的非卷曲结构的所述3轴织物缠绕在该槽用芯 轴的所述槽成形面上而形成所述3轴织物层的3轴织物层形成工序，成形了槽用层叠体之 后，还经过如下工序：通过槽成形模具和所述槽用芯轴，将所述槽用层叠体成形于与所述槽 相当的部分的槽成形工序；使通过该槽成形工序作为与所述槽相当的部分成形的所述槽用 层叠体和作为与所述外壳主体相当的部分成形的层叠体成为一体的一体化工序；对通过该 一体化工序相互成为一体的与所述外壳主体相当的部分的所述层叠体、和作为与所述槽相 当的部分成形的所述槽用层叠体进行加热，由此，使含浸于所述织物的各强化纤维而成的 热固化树脂固化的加热工序。
[0017] 在本发明的圆筒状外壳及圆筒状外壳的制造方法中，构成外壳主体及朝外凸缘 的复合材料的强化纤维能够使用例如碳纤维、玻璃纤维、有机纤维（芳纶、ΡΒ0、聚酯、聚乙 烯）、氧化铝纤维、碳化硅纤维，作为基质，热固化树脂能够使用例如聚酯树脂、环氧树脂、乙 烯基酯树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、1藥挫啉树脂、三聚氰胺树脂。
[0018] 在本发明的圆筒状外壳中，构成外壳主体的周壁是交替地层叠包含由碳纤维等的 强化纤维带形成的2轴织物在内的多个2轴织物层、和包含对沿着外壳主体的周向的碳纤 维等的强化纤维集束而成的粗纱在内的多个粗纱层而形成的，从而能够确保圆筒状外壳整 体的强度及刚性。
[0019] 另外，在本发明的圆筒状外壳中，构成槽的槽壁是交替地层叠与外壳主体的周壁 连续的多个2轴织物层、和使3轴方向的强化纤维带中的1个强化纤维带的取向角与外壳 主体的轴心方向相匹配而成的多个3轴织物层而形成的，从而能够保持圆筒状外壳整体的 强度及刚性，且提高对于槽壁的向轴心方向的负载来说的强度及刚性。
[0020] 而且，在槽的槽壁上，采用了使1个强化纤维带的取向角与外壳主体的轴心方向 相匹配的3轴织物层，从而能够允许槽的槽壁向周向的扩展，槽的成形不会产生褶皱或纤 维的曲折，能够在实现省力或工期短缩的基础上，实现自动成形。
[0021] 发明的效果
[0022] 在本发明的圆筒状外壳中，能够发挥能够确保外壳整体的高的强度及刚性这样的 非常优良的效果。
【附图说明】
[0023] 图1是采用了本发明的一实施例的风扇外壳的航空器用喷气发动机的概要截面 说明图。
[0024] 图2是图1的风扇外壳的部分放大截面说明图。
[0025] 图3A是局部剖切地表示图2的F部分中的织物的层叠状态的局部平面说明图。
[0026] 图3B是局部剖切地表示图2的C部分中的织物及粗纱的层叠状态的局部平面说 明图。
[0027] 图3C是局部剖切地表示图2的R部分中的织物的层叠状态的局部平面说明图。
[0028] 图4A是表示图1的风扇外壳的制造方法中的制造开始时的状况的第1工序说明 图。
[0029] 图4B是表示图1的风扇外壳的制造方法中的织物的层叠结束时的状况的第2工 序说明图。
[0030] 图5A是图1的风扇外壳的制造方法中的成形工序的第3工序说明图。
[0031] 图5B是图1的风扇外壳的制造方法中的成形工序的第4