JP2022009927A

JP2022009927A - 回転翼及び物品

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Publication number: JP2022009927A
Application number: JP2021179509A
Authority: JP
Inventors: 淳大藪; Atsushi Oyabu
Original assignee: Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2021-11-02
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: JP7213936B2

Abstract

【課題】ロータの回転のブレを抑制可能な回転翼及びそれを用いた無人航空機の提供を目的とする。
【解決手段】本発明に係る回転翼１０は、炭素繊維に熱硬化性樹脂が含浸してなる表皮２０と、発泡体を含み且つ表皮２０の内側に配置されるコア部２７と、を有している。表皮２０は、２軸以上の炭素繊維織物２２に熱硬化性樹脂が含浸してなり、回転翼１０の外表面を形成する外側表皮層２１を有している。コア部２７は、発泡体に熱硬化性樹脂が含浸してなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、炭素繊維を含む表皮の内側に発泡体を含むコア部を有する回転翼及びそれを用いた無人航空機に関する。

特許文献１に示されるようなバッテリー駆動の無人航空機において、機体の軽量化は、電池寿命に関わる深刻な問題である。機体の軽量化にあたって、飛行を駆動する駆動源に取り付けられるロータ（プロペラとも言う）の回転翼を、特許文献２に示されるような独立気泡構造の発泡体を炭素繊維で覆った構造にすることが提案されている。このような回転翼は、所望の形状に削り出した発泡体の表面に、熱プレス成形やオートクレーブを用いた成形により炭素繊維プリプレグを積層して製造される。

特表２０１３－５１０６１４号公報（［００２４］）特表２０１６－５３５６８９号公報（［００５０］～［００５１］）

ところで、上述した回転翼が、ロータの全複数の羽根が一体成形され、かつ、その中心部に回転中心を有する一体翼である場合、回転中心から回転半径方向の端部にかけてのそれぞれの羽根の密度分布がアンバランスであると、ロータの回転にブレが生じ、揚力の低下につながるという問題が生じる。また、上述した回転翼が、ロータの１枚の羽根を構成する片側翼である場合、製品個体間、個々の片側翼の重量のばらつきが生じると、同じ回転軸に複数の回転翼が取り付けられたときに、ロータの回転にブレが生じ、揚力の低下につながるという問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ロータの回転のブレを抑制可能な回転翼及びそれを用いた無人航空機の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、炭素繊維に熱硬化性樹脂が含浸してなる表皮の内側に発泡体を含むコア部を有する回転翼であって、前記表皮は、２軸以上の炭素繊維織物に熱硬化性樹脂が含浸してなり、前記回転翼の外表面を形成する外側表皮層を有し、前記コア部は、前記発泡体に熱硬化性樹脂が含浸してなる、回転翼である。

請求項２の発明は、前記２軸以上の炭素繊維織物はフィラメント数が３０００以上の炭素繊維束で構成される綾織であって、該炭素繊維束が前記回転翼の回転半径方向に対して±４５度ずれた２方向に配列された、請求項１に記載の回転翼である。

請求項３の発明は、前記表皮は、前記回転翼の回転半径方向に配列された炭素繊維に熱硬化性樹脂が含浸してなり、前記外側表皮層と前記コア部との間に配置される内側表皮層を有する、請求項１又は２に記載の回転翼である。

請求項４の発明は、前記表皮は、前記外側表皮層に前記内側表皮層を複数積層してなる、請求項３に記載の回転翼である。

請求項５の発明は、前記外側表皮層と前記内側表皮層が前記コア部の表側と裏側で対称に積層された、請求項４に記載の回転翼である。

請求項６の発明は、請求項１乃至５のうち何れか１の請求項に記載の回転翼を用いた無人航空機であって、前記回転翼を備えたロータを有し、時計方向に回転することで揚力を生じる第１の前記ロータと反時計方向に回転することで揚力を生じる第２の前記ロータとからなる組が２組以上設けられている、回転翼を用いた無人航空機である。

請求項７の発明は、請求項１乃至５のうち何れか１の請求項に記載の回転翼を用いた無人航空機であって、前記回転翼を備えたロータを複数備え、前記ロータのティルト角を変化させることで、該ロータを、機体上方へ揚力を発生する回転翼機モードと機体前方への推力を発生する固定翼機モードに切り替える、回転翼を用いた無人航空機である。

本発明の回転翼では、表皮の内側に配置されるコア部が発泡体に熱硬化性樹脂を含浸させてなるので、半硬化状態の熱硬化性樹脂を発泡体に含浸させてなる材料を熱プレスしてコア部を成形することが可能となる。これにより、削り出した発泡体を内包する従来の回転翼と比較して、左右のアンバランス及び重量のバラつきが抑制される。また、表皮とコア部は共に熱硬化性樹脂が含浸してなるので、熱プレスの際に熱硬化性樹脂の均一化が図られ、回転翼の左右のアンバランス及び重量のバラつきが抑制される。これらにより、ロータの回転のブレが抑制される。しかも、回転翼の外表面は、２軸以上の炭素繊維織物に熱硬化性樹脂が含浸してなる外側表皮層で構成されるので、回転翼に求められる曲げ強度、引張強度及びねじり強度を達成可能となる。

炭素繊維に含浸する熱硬化性樹脂は、特に限定されないが、回転翼の剛性を高めるためには、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の混合物などが好ましい。また、回転翼に難燃性が求められる場合には、良好な難燃性を有するフェノール樹脂が好ましい。

コア部の発泡体は、連続気泡構造を有することが好ましい。発泡体が連続気泡構造を有することで、熱硬化性樹脂が含浸でき、高い圧縮率での成形が可能となる。発泡体は、例えば、ウレタン樹脂発泡体、メラミン樹脂発泡体、ポリオレフィン樹脂発泡体、ポリアミド樹脂発泡体などから選択可能であって、好ましくは、メラミン樹脂発泡体又はポリアミド樹脂発泡体である。回転翼に難燃性が求められる場合には、発泡体は、良好な難燃性を有するメラミン樹脂発泡体が好ましい。

発泡体に含浸する熱硬化性樹脂は、特に限定されないが、回転翼の剛性を高めるためには、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の混合物などが好ましい。回転翼に難燃性が求められる場合には、良好な難燃性を有するフェノール樹脂が好ましい。なお、発泡体に含浸する熱硬化性樹脂と炭素繊維に含浸する熱硬化性樹脂とは、同じものであることが好ましい。これらの熱硬化性樹脂が同じであると、層間剥離が抑制される。

外側表皮層の炭素繊維織物としては、２方向の糸で構成される平織、綾織及び朱子織や３方向の糸で構成される３軸織などが挙げられる。２方向の糸で構成される場合には、炭素繊維束が回転翼の回転半径方向に対して±４５度ずれた２方向に配列されることが好ましい。これにより、回転翼の曲げ強度、引張強度及びねじり強度の向上が図られる。なお、炭素繊維織物が綾織である場合、炭素繊維束のフィラメント数は３０００以上であることが好ましく（請求項２の発明）、さらには、３０００～１２０００であることがより好ましい。なお、炭素繊維織物が平織の場合も、炭素繊維束のフィラメント数は３０００以上であることが好ましく、さらには、３０００～１２０００であることがより好ましい。

また、表皮は、ロータの回転半径方向に配列された炭素繊維に熱硬化性樹脂が含浸した内側表皮層を有することが好ましい（請求項３の発明）。この構成によれば、回転翼の回転半径方向での曲げ強度及び引張強度の向上が図られる。なお、表皮は、外側表皮層に内側表皮層を複数積層してなることがより好ましい（請求項４の発明）。

外側表皮層と内側表皮層は、コア部の表側と裏側で対称に積層されることが好ましい（請求項５の発明）。この構成によれば、回転翼の表側と裏側の両方においてコア部より外側に配置される層の厚みを同じにすることが可能となる。

本発明の回転翼は、時計方向に回転することで揚力を生じる第１のロータと反時計方向に回転することで揚力を生じる第２のロータとからなる組が２組以上設けられている回転翼を用いた無人航空機における第１と第２のロータに用いられてもよいし（請求項６の発明）、ロータのティルト角を変化させることで、該ロータを、機体上方へ揚力を発生する回転翼機モードと機体前方への推力を発生する固定翼機モードに切り替える回転翼を用いた無人航空機のロータに用いられてもよい（請求項７の発明）。

なお、本発明の回転翼は、種々の無人航空機（ＵＡＶ）に採用できる。特に、本発明の回転翼は、個体内での左右のアンバランス及び個体間の重量のバラつきが抑えられることから、複数のロータを備えるＵＡＶに採用できる。このようなＵＡＶの例としては、複数のロータによって推力を発生させる回転翼型ＵＡＶ、メインロータと複数のティルトロータを装備するＶＴＯＬ（ＶｅｒｔｉｃａｌＴａｋｅ－ＯｆｆａｎｄＬａｎｄｉｎｇ）型ＵＡＶ等が挙げられる。本発明の回転翼がＶＴＯＬ型ＵＡＶに用いられる場合には、ティルトロータやティルトウィングに組み付けられるロータに用いることができる。さらに、本発明の回転翼は、航空機に限らず、無線による遠隔操作を行う無人船舶や無人潜水艇等にも応用できる。

本発明の一実施形態に係る回転翼の斜視図回転翼の断面図回転翼の一部破断斜視図回転翼の製造工程を示す断面図回転翼の製造工程を示す断面図回転翼の別の例を示す斜視図（Ａ）図１に示す回転翼の長手方向のアンバランスを示すグラフ、（Ｂ）図６に示す回転翼の重量のバラつきを示すグラフ回転翼のアンバランスの測定方法を説明するための図無人航空機の一例を示す斜視図無人航空機の別の例を示す斜視図

図１に示されるように、本実施形態に係る回転翼１０は、図９に示される無人航空機５０のロータ５１として使用される。ロータ５１は、モータ５３の回転軸に取り付けられて回転駆動され、モータ５３の回転軸の回りに複数の羽根５２を備えた構造になっている。回転翼１０は、ロータ５１の全ての羽根５２を一体成形してなり、回転翼１０の中心部には、モータ５３の回転軸が挿通される中心孔１１が形成されている。そして、回転翼１０は、この中心孔１１を中心に点対称な形状に形成されている。また、回転翼１０は、回転翼１０をモータ５３に対して位置決めするための位置決め孔１２を中心孔１１の近傍に有している。なお、本実施形態では、ロータ５１は２枚羽根構造になっていて、回転翼１０は直線状に形成されている。そして、回転翼１０において中心孔１１より長手方向の一方側と他方側に配置される部分は、それぞれ左翼部１０Ｌと右翼部１０Ｒを構成する。なお、左翼部１０Ｌ及び右翼部１０Ｒの上面と下面は、回転翼１０を長手方向から見たときに、上側に凸となるようになだらかに湾曲している。また、左翼部１０Ｌ及び右翼部１０Ｒは、回転方向の前端側（例えば、時計回りに回転する場合は、時計回り方向側）が後端側よりも厚肉になっている。

図２には、回転翼１０の断面構造が示されている。回転翼１０は、コア部２７の外側を表皮２０で覆ってなる。表皮２０は、炭素繊維に熱硬化性樹脂が含浸してなる。コア部２７は、発泡体に熱硬化性樹脂が含浸してなる。発泡体は、連続気泡構造を有し、具体的には、メラミン樹脂発泡体（株式会社イノアックコーポレーション製「バソテクトＧ＋」）である。炭素繊維に含浸した熱硬化性樹脂と発泡体に含浸した熱硬化性樹脂は同じであって、具体的には、フェノール樹脂（住友ベークライト株式会社製「スミライトレジンＰＲ－５５７９１Ｂ」）である。

表皮２０は、回転翼１０の外表面を構成する外側表皮層２１の内側に内側表皮層２５を積層してなる。コア部２７に対して表側に配置される表皮２０の積層構造と裏側に配置される表皮２０の積層構造は同じになっている。なお、本実施形態では、内側表皮層２５が２層積層されている。

図３に示される外側表皮層２１は、炭素繊維織物２２に熱硬化性樹脂が含浸してなる。炭素繊維織物２２は、炭素繊維束２３の綾織であって、炭素繊維束２３のフィラメント数は３０００である。炭素繊維束２３は、回転翼１０の長手方向（即ち、回転翼１０の回転半径方向）に対して±４５度ずれた２方向に配列されている。また、内側表皮層２５は、回転翼１０の長手方向に配列された炭素繊維群２６に熱硬化性樹脂が含浸してなる。

回転翼１０を製造するには、まず、図４に示されるように、炭素繊維織物２２に熱硬化性樹脂が含浸した２枚の織物プリプレグ３１と、一方向に配列された炭素繊維群２６に熱硬化性樹脂が含浸した４枚の配列プリプレグ３５と、発泡体に熱硬化性樹脂が含浸した１枚の発泡体プリプレグ３７と、が準備される。プリプレグ３１，３５，３７の熱硬化性樹脂は、半硬化状態である。なお、プリプレグ３１，３５，３７の平面視形状はほぼ同じである。織物プリプレグ３１の厚みは２５０μｍであって、配列プリプレグ３５の厚みは２５０μｍである。

次いで、上側成形型４１と下側成形型４２の間に、プリプレグ３１，３５，３７が積層される。このとき、織物プリプレグ３１及び配列プリプレグ３５は、発泡体プリプレグ３７の表側と裏側で同じ枚数となるように配置される。即ち、発泡体プリプレグ３７の表側と裏側に、２枚の配列プリプレグ３５と１枚の織物プリプレグ３１が順番に積層される。上側成形型４１と下側成形型４２は、電熱ヒーター等によって熱硬化性樹脂が硬化可能な温度に加熱されている。

次いで、図５に示されるように、上側成形型４１と下側成形型４２が近づき、型締めされて、積層状態のプリプレグ３１，３５，３７が加圧されると共に加熱される。すると、上側成形型４１及び下側成形型４２に押圧された織物プリプレグ３１及び配列プリプレグ３５が上側成形型４１及び下側成形型４２の成形面４１Ｍ，４２Ｍに応じた形状に成形されると共に、発泡体プリプレグ３７が上側成形型４１と下側成形型４２の間に形成されるキャビティの形状に圧縮され、その状態で、各プリプレグ３１，３５，３７に含浸している熱硬化性樹脂が硬化する。このとき、上記プリプレグ３１，３５，３７に含浸した熱硬化性樹脂の一部は、パーティングラインを通過してバリとなり、金型外へ浸みだす。結果、織物プリプレグ３１、配列プリプレグ３５及び発泡体プリプレグ３７が一体成形される。その後、得られた成形品を金型から脱型して、上記バリを切削加工により不要部分として除去する。そうすることで、回転翼１０が得られる。なお、織物プリプレグ３１は外側表皮層２１となり、配列プリプレグ３５は内側表皮層２５となり、発泡体プリプレグ３７はコア部２７となる。

図６には、本実施形態に係る回転翼の別の例が示されている。同図に示される回転翼１０Ｖは、ロータ５１の１つの羽根５２を構成する（図６の例では、ロータ５１が、２枚の回転翼１０Ｖで構成されている）。回転翼１０Ｖの回転中心側の端部には、モータ５３に回転翼１０Ｖを取り付けるための複数の取付孔１３が形成されている。なお、回転翼１０Ｖは、回転翼１０と同じ断面構造を有し、回転翼１０Ｖと同様にして製造される。また、回転翼１０Ｖは、下面が略平坦となっている。

本実施形態の回転翼１０，１０Ｖでは、コア部２７が発泡体に熱硬化性樹脂を含浸させてなるので、半硬化状態の熱硬化性樹脂を発泡体に含浸させてなる発泡体プリプレグ３７を熱プレスしてコア部２７を成形することが可能となる。これにより、削り出した発泡体を内包する従来の回転翼と比較して、左右のアンバランス及び重量のバラつきが抑制される。また、表皮２０とコア部２７は共に熱硬化性樹脂が含浸してなるので、熱プレスの際に、上側成形型４１と下側成形型４２が密閉空間を形成し、表皮２０とコア部２７が存在していても、液状の熱硬化性樹脂が流動することで、その密閉空間内に均一充填され、熱硬化性樹脂の含浸量が適正に調整されるため、回転翼１０，１０Ｖの左右のアンバランス及び重量のバラつきが抑制される。これらにより、回転翼１０，１０Ｖを羽根５２として備えるロータ５１の回転のブレが抑制される。

図７（Ａ）には、複数の回転翼１０の左右アンバランス量ΔＵの測定結果が示されている。左右アンバランス量ΔＵは、時計方向回転用の回転翼１０と反時計方向回転用の回転翼１０のそれぞれについて２６個ずつ測定された。図８には、左右アンバランス量ΔＵの測定方法が示されている。同図に示されるように、この測定方法では、水平な支軸を中心孔１１に挿通させて回転翼１０を支持する。左翼部１０Ｌと右翼部１０Ｒに作用する力のモーメントの差が大きい場合には、モーメントが大きい方の翼部が下となるように回転翼１０が回転する。すると、該翼部が回転翼１０の下方で待ち受けている重量計４５に当接する。このとき、重量計４５で測定される重さが、左翼部１０Ｌと右翼部１０Ｒのモーメントの差に比例する左右アンバランス量ΔＵとなる。なお、左翼部１０Ｌが下となるように回転したときの左右アンバランス量ΔＵをマイナスとし、右翼部１０Ｒが下となるように回転したときの左右アンバランス量ΔＵをプラスとした。

図７（Ａ）に示されるように、時計方向回転用の回転翼１０（重量６１ｇ、全長６６ｃｍ）では、０．１ｇ＜ΔＵ≦０．１ｇのものが２６個中１３個あり、－０．２ｇ＜ΔＵ≦０．２ｇのものが２６個中２２個であった。また、反時計方向回転用の回転翼１０では、０．１ｇ＜ΔＵ≦０．１ｇのものが２６個中１７個あり、２６個全てが－０．２ｇ＜ΔＵ≦０．２ｇの範囲内であった。

また、図７（Ｂ）には、回転翼１０Ｖの重量のバラつきΔＷの測定結果が示されている。重量のバラつきΔＷは、回転翼１０Ｖの実測重量から設計重量（６１ｇ）を差し引いて求めた。重量のバラつきΔＷは、時計方向回転用の回転翼１０Ｖと反時計方向回転用の回転翼１０Ｖのそれぞれについて２６個ずつ測定された。

図７（Ｂ）に示されるように、時計方向回転用の回転翼１０Ｖでは、－０．５ｇ＜ΔＷ≦０．５ｇのものが２６個中２３個あり、２６個すべてが－１．０ｇ＜ΔＷ≦１．０ｇの範囲内であった。また、反時計方向回転用の回転翼１０Ｖでは、－０．５ｇ＜ΔＷ≦０．５ｇのものが２６個中２２個あり、２６個すべてが－１．０ｇ＜ΔＷ≦１．０ｇの範囲内であった。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）の結果から、本実施形態の回転翼１０，１０Ｖでは、左右アンバランス量ΔＵ及び重量のバラつきΔＷが小さくなっていることが確認された。

上述したように、本実施形態の回転翼１０，１０Ｖは、図９に例示する無人航空機５０のロータ５１に用いられる。無人航空機５０は、複数のロータ５１を有するマルチコプターであって、ボディ５５から複数の支持アーム５６が放射状に張り出した構造を有し、各支持アーム５６の先端部に、鉛直な回転軸を有するモータ５３を備えている。そして、各モータ５３にロータ５１が取り付けられている。なお、各支持アーム５６の先端部からは、脚部５７が垂下している。

複数のロータ５１には、時計方向に回転することで揚力を生じる第１のロータ５１Ａと、反時計方向に回転することで揚力を生じる第２のロータ５１Ｂと、の２種類のロータ５１が備えられている。具体的には、複数のロータ５１は、同じ数の第１のロータ５１Ａと第２のロータ５１Ｂで構成される。第１のロータ５１Ａと第２のロータ５１Ｂは、ボディ５５の周方向で互いに隣り合うように配置されている。即ち、第１のロータ５１Ａの両隣には、第２のロータ５１Ｂが配置され、第２のロータ５１Ｂの両隣には、第１のロータ５１Ａが配置される。

図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）には、回転翼１０，１０Ｖからなるロータ５１を備えた無人航空機の別の例として、無人航空機５０Ｖが示されている。無人航空機５０Ｖは、ロータ５１のティルト角を変更可能なＶＴＯＬ型ＵＶＡである。無人航空機５０Ｖでは、ロータ５１の回転軸が鉛直方向を向くようにティルト角が設定されると、ロータ５１が機体上方へ揚力を発生する回転翼機モード（図１０（Ａ）に示す状態）となり、ロータ５１の回転軸が水平方向を向くようにティルト角が設定されると、ロータ５１が機体前方への推力を発生する固定翼機モード（図１０（Ｂ）に示す状態）となる。なお、無人航空機５０Ｖには、ロータ５１とは別に、機体上方へ揚力を発生させるようにティルト角が固定されたロータ（図示せず）が設けられている。これにより、ロータ５１のティルト角が変更される際にも、安定して無人航空機５０Ｖが飛行することができる。

なお、回転翼１０，１０Ｖは、上述した無人航空機のロータに限らず、有人航空機、船舶及び潜水艦等のプロペラ又はロータ、送風機のタービンや、攪拌機のブレードなどに用いることができる。

［他の実施形態］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では、炭素繊維束２３が配列される２方向の、回転翼１０の長手方向に対してずれる角度が、±４５度であったが、どのような角度であってもよく、例えば、＋３０度と－６０度であってもよい。また、炭素繊維束２３が配列される２方向が、回転翼１０の長手方向に対して平行な方向と垂直な方向であってもよい。

（２）上記実施形態では、表皮２０において、内側表皮層２５の積層数が２層であったが、１層でもよいし、３層以上であってもよい。内側表皮層２５が積層されなくてもよい。このとき、表皮２０は外側表皮層２１のみからなる。

（３）内側表皮層２５の炭素繊維群２６は、回転翼１０の長手方向に配列されていたが、回転翼１０の長手方向に対して交差する方向に配列されていてもよい。また、内側表皮層２５は、炭素繊維からなる不織布に熱硬化性樹脂が含浸した構成であってもよい。

（４）上記実施形態では、表皮２０において、外側表皮層２１の積層数が１層であったが、２層以上であってもよい。このとき、複数の外側表皮層２１の炭素繊維織物は、それぞれ平織、綾織及び朱子織や３軸織から任意に選択される。なお、複数の外側表皮層２１の炭素繊維織物が全て綾織である場合、炭素繊維束２３の配列される２方向は、複数の外側表皮層２１の間で同じであってもよいし、ずれていてもよい。

（５）上記実施形態では、コア部２７に対して表側に配置される表皮２０の積層構造と裏側に配置される表皮２０の積層構造が同じとなっていたが、異なっていてもよい。このとき、表皮２０における外側表皮層２１と内側表皮層２５のうち、一方のみの積層数が異なっていてもよいし、両方の積層数が異なっていてもよい。

（６）上記実施形態では、コア部２７を形成する発泡体プリプレグ３７の枚数が１枚であったが、２枚以上であってもよい。このとき、複数の発泡体プリプレグ３７の間で、発泡体の密度が互いに異なっていてもよい。

（７）上記実施形態では、回転翼１０が、２枚の羽根５２が一体となった構造であったが、３枚以上の羽根５２が一体となった構造であってもよい。

（８）上記実施形態では、無人航空機５０Ｖの一部のロータ（図示せず）のティルト角が固定されていたが、全てのロータのティルト角が変更可能であってもよい。このとき、任意のロータを回転翼機モードから固定翼機モードへと変更させ、残りのロータを回転翼機モードのままにすれば、任意のロータのティルト角が変更される際にも無人航空機５０Ｖが安定して飛行することができる。

（９）無人航空機５０Ｖが、支持アーム５６の代わりに、ボディ５５から張り出す翼状のアームを備え、この翼状のアームによって機体上方に揚力が発生する構造であってもよい。このとき、翼状のアームの先端部にロータ５１が取り付けられる。また、この場合において、無人航空機５０Ｖをティルトウィングタイプとして、翼状のアームとロータ５１とが一体となって姿勢を変えることで回転翼機モードと固定翼機モードが変更されてもよい。

１０，１０Ｖ回転翼
２０表皮
２１外側表皮層
２２炭素繊維織物
２５内側表皮層
２７コア部
５０，５０Ｖ無人航空機
５１ロータ

本発明は、表皮の内側に発泡体を含むコア部を有する回転翼に関する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ロータの回転のブレを抑制可能な回転翼の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた発明の第１態様は、炭素繊維に熱硬化性樹脂が含浸してなる表皮の内側に発泡体を含むコア部を有する回転翼であって、前記表皮は、２軸以上の炭素繊維織物に熱硬化性樹脂が含浸してなり、前記回転翼の外表面を形成する外側表皮層を有し、前記コア部は、前記発泡体に熱硬化性樹脂が含浸してなる、回転翼である。

発明の第２態様は、前記２軸以上の炭素繊維織物はフィラメント数が３０００以上の炭素繊維束で構成される綾織であって、該炭素繊維束が前記回転翼の回転半径方向に対して±４５度ずれた２方向に配列された、第１態様に記載の回転翼である。

発明の第３態様は、前記表皮は、前記回転翼の回転半径方向に配列された炭素繊維に熱硬化性樹脂が含浸してなり、前記外側表皮層と前記コア部との間に配置される内側表皮層を有する、第１態様又は第２態様に記載の回転翼である。

発明の第４態様は、前記表皮は、前記外側表皮層に前記内側表皮層を複数積層してなる、第３態様に記載の回転翼である。

発明の第５態様は、前記外側表皮層と前記内側表皮層が前記コア部の表側と裏側で対称に積層された、第４態様に記載の回転翼である。

発明の第６態様は、第１態様から第５態様のうち何れか１の態様に記載の回転翼を用いた無人航空機であって、前記回転翼を備えたロータを有し、時計方向に回転することで揚力を生じる第１の前記ロータと反時計方向に回転することで揚力を生じる第２の前記ロータとからなる組が２組以上設けられている、回転翼を用いた無人航空機である。

発明の第７態様は、第１態様から第５態様のうち何れか１の態様に記載の回転翼を用いた無人航空機であって、前記回転翼を備えたロータを複数備え、前記ロータのティルト角を変化させることで、該ロータを、機体上方へ揚力を発生する回転翼機モードと機体前方への推力を発生する固定翼機モードに切り替える、回転翼を用いた無人航空機である。

発明の第１態様の回転翼では、表皮の内側に配置されるコア部が発泡体に熱硬化性樹脂を含浸させてなるので、半硬化状態の熱硬化性樹脂を発泡体に含浸させてなる材料を熱プレスしてコア部を成形することが可能となる。これにより、削り出した発泡体を内包する従来の回転翼と比較して、左右のアンバランス及び重量のバラつきが抑制される。また、表皮とコア部は共に熱硬化性樹脂が含浸してなるので、熱プレスの際に熱硬化性樹脂の均一化が図られ、回転翼の左右のアンバランス及び重量のバラつきが抑制される。これらにより、ロータの回転のブレが抑制される。しかも、回転翼の外表面は、２軸以上の炭素繊維織物に熱硬化性樹脂が含浸してなる外側表皮層で構成されるので、回転翼に求められる曲げ強度、引張強度及びねじり強度を達成可能となる。

外側表皮層の炭素繊維織物としては、２方向の糸で構成される平織、綾織及び朱子織や３方向の糸で構成される３軸織などが挙げられる。２方向の糸で構成される場合には、炭素繊維束が回転翼の回転半径方向に対して±４５度ずれた２方向に配列されることが好ましい。これにより、回転翼の曲げ強度、引張強度及びねじり強度の向上が図られる。なお、炭素繊維織物が綾織である場合、炭素繊維束のフィラメント数は３０００以上であることが好ましく（発明の第２態様）、さらには、３０００～１２０００であることがより好ましい。なお、炭素繊維織物が平織の場合も、炭素繊維束のフィラメント数は３０００以上であることが好ましく、さらには、３０００～１２０００であることがより好ましい。

また、表皮は、ロータの回転半径方向に配列された炭素繊維に熱硬化性樹脂が含浸した内側表皮層を有することが好ましい（発明の第３態様）。この構成によれば、回転翼の回転半径方向での曲げ強度及び引張強度の向上が図られる。なお、表皮は、外側表皮層に内側表皮層を複数積層してなることがより好ましい（発明の第４態様）。

外側表皮層と内側表皮層は、コア部の表側と裏側で対称に積層されることが好ましい（発明の第５態様）。この構成によれば、回転翼の表側と裏側の両方においてコア部より外側に配置される層の厚みを同じにすることが可能となる。

本発明の回転翼は、時計方向に回転することで揚力を生じる第１のロータと反時計方向に回転することで揚力を生じる第２のロータとからなる組が２組以上設けられている回転翼を用いた無人航空機における第１と第２のロータに用いられてもよいし（発明の第６態様）、ロータのティルト角を変化させることで、該ロータを、機体上方へ揚力を発生する回転翼機モードと機体前方への推力を発生する固定翼機モードに切り替える回転翼を用いた無人航空機のロータに用いられてもよい（発明の第７態様）。

Claims

炭素繊維に熱硬化性樹脂が含浸してなる表皮の内側に発泡体を含むコア部を有する回転翼であって、
前記表皮は、２軸以上の炭素繊維織物に熱硬化性樹脂が含浸してなり、前記回転翼の外表面を形成する外側表皮層を有し、
前記コア部は、前記発泡体に熱硬化性樹脂が含浸してなる、回転翼。
前記２軸以上の炭素繊維織物はフィラメント数が３０００以上の炭素繊維束で構成される綾織であって、該炭素繊維束が前記回転翼の回転半径方向に対して±４５度ずれた２方向に配列された、請求項１に記載の回転翼。
前記表皮は、前記回転翼の回転半径方向に配列された炭素繊維に熱硬化性樹脂が含浸してなり、前記外側表皮層と前記コア部の間に配置される内側表皮層を有する、請求項１又は２に記載の回転翼。
前記表皮は、前記外側表皮層に前記内側表皮層を複数積層してなる、請求項３に記載の回転翼。
前記外側表皮層と前記内側表皮層が前記コア部の表側と裏側で対称に積層された、請求項４に記載の回転翼。
請求項１乃至５のうち何れか１の請求項に記載の回転翼を用いた無人航空機であって、
前記回転翼を備えたロータを有し、
時計方向に回転することで揚力を生じる第１の前記ロータと反時計方向に回転することで揚力を生じる第２の前記ロータとからなる組が２組以上設けられている、回転翼を用いた無人航空機。
請求項１乃至５のうち何れか１の請求項に記載の回転翼を用いた無人航空機であって、
前記回転翼を備えたロータを複数備え、
前記ロータのティルト角を変化させることで、該ロータを、機体上方へ揚力を発生する回転翼機モードと機体前方への推力を発生する固定翼機モードに切り替える、回転翼を用いた無人航空機。