ヴァン・ホーン・アビエーション：複合材航空宇宙分野でニッチを開拓した革新者

複合材部品・構造物を製造する多くの企業と同様、ヴァン・ホーン・アビエーション（VHA、米国アリゾナ州テンピ）も、複合材に関する経験や知識はほぼゼロからスタートしました。しかし、顧客の問題解決を助けたいという強い意欲、学ぶ意志、会社を前進させたいという欲求がありました。皮肉なことに、VHAの場合、それは「プロペラ」、より正確には「ローター・ブレード」から始まりました。

ジム・ヴァン・ホーン氏が2000年にテンピで会社を設立し、ビジネスプランはシンプルでした。まだ運用されているが生産終了したヘリコプター向けの代替金属ローター・ブレード（テールとメイン）を設計・製造することです。これは良いアイデアに見えました。例えば、ベル社（テキサス州フォートワース）のUH-1「ヒューイ」は世界有数のベストセラーヘリコプターですが、生産終了後も「数千機」が現役で運用されていました。VHAはこの機体のテールローター・ブレードに注目し、単なる代替品ではなく「より優れた」代替品を設計する絶好の機会と捉えました。しかし、ローター・ブレード設計に時間をかけるほど、真に最適なブレード設計には複合材の使用が不可欠であることが明らかになりました。

「複合材の経験はゼロだった」と、創業18年ほど前に入社したVHA社長のディーン・ローゼンロフ氏は振り返ります。「自分たちの運命を自分たちでコントロールするには、この能力を内製化しなければならない。設計に責任を持つなら、製造にも責任を持たなければならない」と。

設計会社から複合材メーカーへの変貌

複合材製造のバックグラウンドなしに、設計会社がいかに複合材メーカーへと変貌したのか。「すべては材料調達とベンダーにかかっていた」とローゼンロフ氏は言います。VHAは、東レコンポジット・マテリアルズ・アメリカ（ワシントン州タコマ）、エボニック・フォームズ（アラバマ州セオドア）、3M（ミネソタ州セントポール）の接着剤といった有名複合材サプライヤーの協力を得て、複合材分野での専門性を立ち上げました。最終的に、ローゼンロフ氏によれば、VHAは自力で複合材を習得し、徐々に独自の複合材専門性を構築していきました。

ローゼンロフ氏によれば、VHAは10年以上かけて複合材能力を磨き上げてきました。その過程で、OEM仕様を超える高品質・高性能・高効率なローター・ブレードの設計・製造で評判を確立。ベル社公認の代替ブレードサプライヤーとなりました。これはヘリコプターメーカーからの、厳しく守られ、喉から手が出るほど欲しい認定です。現在、VHAには3つの確立した製品があります。ベル206B3「ジェットレンジャー」用メインローター・ブレード、同機およびOH-58用テールローター・ブレード、そして伝統のUH-1「ヒューイ」用テールローター・ブレードです。

生産現場にて

ビジネス戦略とポジショニングの説明を受けた後、ローゼンロフ氏に案内され、同社28名の従業員の多くが働く生産現場へ。途中、VHAの「秘伝のタレ」とも言える設計エンジニアたちを指し示し、同社が特に最適化に長けている設計パラメータとして、「揚力係数と抗力係数」、「ピッチングモーメント」、「振動」を挙げました。

ヘリコプターパイロットは、ローター・ブレードがヘリコプターの操縦と飛行に伝える「フィーリング」に極めて敏感だとローゼンロフ氏は説明します。そのためVHAは、設計性能を検証するために多くの時間をフライトテストに費やしています。

「回転翼は遠心力場、つまりテンションフィールドです」と同氏。「複合材は金属ブレードとは異なる振る舞いをこのフィールドで示します。」実際、ヘリコプターのローター・ブレードは、軽量化するにつれてアドバンテージを失う、世界でも数少ない複合材構造物の一つです。ローゼンロフ氏はこれを「重量のボギー」と呼びます。十分な重さがないローター・ブレードは、全金属製の代替品とは異なる挙動を示すためです。このため、VHAのすべてのブレードは、システムに重量を戻すためにオーバーデザインされています。

さらに、「航空宇宙関係者は変化を嫌う」と同氏。「金属ローター・ブレードから複合材ローター・ブレードへの切り替えは、理想的にはパイロットが慣れ親しんだ性能特性を維持すべきです。」これは繊細なバランスですが、VHAは見事に管理しています。しかし、何より重要なのは安全性であり、この点で同社は優れています。「試験開発段階での失敗が、より良いブレードの再設計につながる」とローゼンロフ氏。「市場に出す際は、まず航空機と乗員に害を与えないこと、その次に性能改善を見る。それが我々の仕事だ。」

エンジニアたちを後にし、ローター・ブレード生産エリアへ。多くの複合材工場と同様、VHAでの製造はプライ切断から始まり、イーストマン・マシン（ニューヨーク州バッファロー）製の3m自動フラットベッド切断システムで行われます。使用プレプレグの大半は、東レのT700G 12Kトウ炭素繊維ベースの「Torayca 2510」単方向版です。ローター・ブレードの外層には、東レのT700S 12Kトウ炭素繊維ベースの「Torayca 2510」平織版を使用。ローゼンロフ氏によれば、2510プレプレグはオートクレーブ内外で加工可能、東レからコモディティ製品としてオフ・ザ・シェルフで供給され、繊維メーカーから容易に入手できるため、良好な経験を得ています。

切断されたプライはキッティングされ、隣のクリーンルームで手積層されます。すべてのVHAローター・ブレードはサンドイッチ構造で、エボニック・ロハセル・フォームコアを東レカUDプライで挟み込みます。当初はコアを自社で加工していましたが、最終的にエボニックに委託し、同社のアラバマ州モービル工場で加工してもらっています。

積層は手作業です。メインローター・ブレードは部屋中央の大型複合材金型で、テールローター・ブレードは立作業台で積層されます。プライ配置は金型のマークでガイドされます。炭素繊維がフォームと直接接触する部分（ダブラー、スパーなど）では、フォームに予め配置ガイド用の窪みが加工されています。VHAはすべてのローター・ブレードにコールを使用し、一部にはエアテック（カリフォルニア州ハンティントンビーチ）製の未硬化非シリコーンゴム「エアパッド」を圧力コールシートやフレキシブルマンドレルとして成形して使用します。

各ローター・ブレードには、ローター・ブレードマストに取り付けるためのチタン製金具が含まれ、これは各積層の重要な部分です。VHAで内製されるこの金具には、ローター・ブレードの完全性を保つための追加プライ積層が必要です。

完成したローター・ブレード積層品は、長さ約7.3mのオートクレーブ2基のいずれかに移され硬化されます。使用する東レカエポキシプレプレグは標準的な121℃硬化を必要とします。

硬化後、ローター・ブレードは機械加工エリアへ移され、最終寸法にトリミングされます。またここで、ローター・ブレードに使用されるほぼすべての金属部品（チタン金具、ローター・ブレード前縁のニッケル耐摩耗ストリップ）も製造されます。VHAは縦型CNC2台、横型CNC2台、OMAX（ワシントン州ケント）製ウォータージェットカッターを運用。CNC3台はハース・オートメーション（カリフォルニア州オックスナード）製、1台はDMG森精機（日本・名古屋）製です。

最後に、VHAは製造したローター・ブレードを厳格に試験し、ブレードバランスから強度・剛性特性までを評価する多様な治具と試験機を備えています。また、パイロットにとって極めて重要な「フィーリング」を含む動的ローター・ブレード特性を評価するため、自社でベル206Bヘリコプターを保有・運用しています。

非破壊検査（NDI）について尋ねると、ローゼンロフ氏は「一切行っていない」と答えました。「我々はプロセス依存の品質管理を行っています。温度、圧力、時間を監視し、それらが仕様内であれば、良質なローター・ブレードが作れていると判断します。」また、プロセスと品質管理の多くがローター・ブレード上面の公差に焦点を当てていることを指摘。「ここはローター・ブレードの『機能面』であり、性能に最もクリティカルだからです。」

次のステップへ

VHAのローター・ブレード開発は終わっていません。同社はすでに、双発2ブレードのベル212用、双発4ブレードのヒューイ級ベル412用のテールおよびメインローター・ブレードを開発中です。ローゼンロフ氏は、より大きな製造効率をもたらす共硬化技術の開発にも取り組んでいると付け加えます。

見学を締めくくる際、ローゼンロフ氏は、経営陣と従業員を合わせて30名という比較的小規模な組織ながら、VHAが大胆かつ自信を持って複合材製造能力を導入することで、他に類を見ないニッチを切り開いたことを強調しました。このニッチは決して容易に築かれたものではなく、その意味で「よく稼いだ」ものだと言えます。「我々は」と同氏は冗談めかして言います。「『18年かかった一夜の成功』なのです。」