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特開2024-130842ブレードの製造方法、ブレードおよび飛翔体

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024130842

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】ブレードの製造方法、ブレードおよび飛翔体

(51)【国際特許分類】

B29C 43/20 20060101AFI20240920BHJP

B29C 70/42 20060101ALI20240920BHJP

B29C 70/68 20060101ALI20240920BHJP

B29C 43/34 20060101ALI20240920BHJP

F03D 1/06 20060101ALI20240920BHJP

F03D 80/00 20160101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

B29C43/20

B29C70/42

B29C70/68

B29C43/34

F03D1/06 A

F03D80/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023040767

(22)【出願日】2023-03-15

(71)【出願人】

【識別番号】000005887

【氏名又は名称】三井化学株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高見泰浩

(72)【発明者】

【氏名】水本和也

【テーマコード（参考）】

3H178

4F204

4F205

【Ｆターム（参考）】

3H178AA03

3H178AA40

3H178BB75

3H178CC04

3H178DD70X

4F204AA11

4F204AC03

4F204AD08

4F204AD16

4F204AD17

4F204AG03

4F204AG20

4F204AH04

4F204AR07

4F204FA01

4F204FB01

4F204FB11

4F204FG02

4F204FG09

4F204FN11

4F204FN15

4F205AA11

4F205AC03

4F205AD08

4F205AD16

4F205AD17

4F205AG03

4F205AG20

4F205AH04

4F205AR07

4F205HA08

4F205HA14

4F205HA25

4F205HA34

4F205HA37

4F205HA45

4F205HB01

4F205HB11

4F205HC02

4F205HK03

4F205HK04

4F205HT26

(57)【要約】

【課題】加圧および加熱による接着一体化の際に生じるＵＤシートやその織物の位置ずれを抑制することができるブレードの製造方法を提供すること。
【解決手段】熱可塑性樹脂の発泡体と、発泡していない熱可塑性樹脂のシートと、一方向に配列した強化繊維と熱可塑性樹脂であるマトリクス樹脂とを含む繊維強化樹脂シートと、を含む材料を用意する工程と、前記材料を、成形後に内側となる方向から外側となる方向に向けて、発泡体、熱可塑性樹脂のシート、繊維強化樹脂シートの順に積層して積層体とする工程と、前記積層体を加熱および加圧して一体化する工程と、を有する、ブレードの製造方法。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱可塑性樹脂の発泡体と、発泡していない熱可塑性樹脂のシートと、一方向に配列した強化繊維と熱可塑性樹脂であるマトリクス樹脂とを含む繊維強化樹脂シートと、を含む材料を用意する工程と、
前記材料を、成形後に内側となる方向から外側となる方向に向けて、発泡体、熱可塑性樹脂のシート、繊維強化樹脂シートの順に積層して積層体とする工程と、
前記積層体を加熱および加圧して一体化する工程と、
を有する、ブレードの製造方法。

【請求項2】

前記熱可塑性樹脂のシートは、厚みが０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下のシートを含む、
請求項１に記載のブレードの製造方法。

【請求項3】

前記発泡体が含む熱可塑性樹脂と、前記熱可塑性樹脂が含む熱可塑性樹脂とは、互いに相溶可能である、
請求項１に記載のブレードの製造方法。

【請求項4】

前記熱可塑性樹脂が含む熱可塑性樹脂と、前記繊維強化樹脂シートのマトリクス樹脂である熱可塑性樹脂とは、互いに相溶可能である、
請求項１に記載のブレードの製造方法。

【請求項5】

前記発泡体が含む熱可塑性樹脂と、前記熱可塑性樹脂が含む熱可塑性樹脂とは、融点の差が１０℃以内である、
請求項１に記載のブレードの製造方法。

【請求項6】

前記熱可塑性樹脂が含む熱可塑性樹脂と、前記繊維強化樹脂シートのマトリクス樹脂である熱可塑性樹脂とは、融点の差が１０℃以内である、
請求項１に記載のブレードの製造方法。

【請求項7】

前記発泡体が含む熱可塑性樹脂、前記熱可塑性樹脂が含む熱可塑性樹脂、および前記繊維強化樹脂シートのマトリクス樹脂である熱可塑性樹脂は、いずれもポリプロピレンである、
請求項１に記載のブレードの製造方法。

【請求項8】

熱可塑性樹脂の発泡体である芯材と、
前記芯材の表面側に配置された、一方向に配列した強化繊維と熱可塑性樹脂であるマトリクス樹脂とを含む表皮材と、を有する、
前記芯材と表皮材との間に配置された、発泡していない熱可塑性樹脂を含み、かつ強化繊維が一方向に配列された層ではない中間部と、
ブレード。

【請求項9】

請求項８に記載のブレードを有する飛翔体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ブレードの製造方法、ブレードおよび飛翔体に関する。

【背景技術】

【0002】

飛行機、ヘリコプターおよびドローンなどの飛翔体における翼およびプロペラ、船などのスクリュー、ならびに風車の羽根などのローター（回転体）などには、空気またはその他の流体中を回転移動等するブレードが用いられる。

【0003】

ブレードには、移動時の抵抗に耐え得る剛性を有することが要求される。また同時に、燃費低減等の目的から、より軽量化したいという要望も、ブレードに対して存在する。これらの要求をかなえる方法として、繊維強化樹脂材により、樹脂発泡体からなる芯材の表面を被覆した構成が知られている（たとえば特許文献１）。特許文献１に記載のブレードは、樹脂発泡体の表面に繊維強化樹脂材を仮着した予備成形体を作製し、繊維強化樹脂材の樹脂が十分な軟化状態となる軟化条件下でこの予備成形体を加圧し、繊維強化樹脂材と樹脂発泡体とを接着一体化することにより、作製されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－１７７７０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載のように繊維強化樹脂材によりブレードを補強することで、ブレードの剛性が高まることが期待される。ところで、本発明者の知見によると、繊維強化樹脂材として、一方向に配向して配列された複数の強化繊維と上記強化繊維に含浸された樹脂組成物（マトリクス樹脂）とを含む薄膜状の繊維強化樹脂（以下、単に「Ｕｎｉ－Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ（ＵＤ）シート」ともいう。）や、これの織物などを使用すると、加圧および加熱による接着一体化の際にＵＤシートやその織物の位置ずれが生じやすい。ブレードは、飛翔効率を考慮して曲面状の表面を有することが多く、このような曲面状の表面を有するときには特にＵＤシートやその織物の位置ずれが生じやすい。そして、位置ずれが生じると、強化繊維による外観上の模様が不規則に変化してしまい、ブレードの見栄えが悪化するという問題がある。

【0006】

本発明は、上記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、加圧および加熱による接着一体化の際に生じるＵＤシートやその織物の位置ずれを抑制することができるブレードの製造方法、および当該製造方法により製造されたブレードを提供することを、その目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するための本発明の一実施形態は、下記［１］～［７］のブレードの製造方法に関する。
［１］熱可塑性樹脂の発泡体と、発泡していない熱可塑性樹脂のシートと、一方向に配列した強化繊維と熱可塑性樹脂であるマトリクス樹脂とを含む繊維強化樹脂シートと、を含む材料を用意する工程と、
前記材料を、成形後に内側となる方向から外側となる方向に向けて、発泡体、熱可塑性樹脂のシート、繊維強化樹脂シートの順に積層して積層体とする工程と、
前記積層体を加熱および加圧して一体化する工程と、
を有する、ブレードの製造方法。
［２］前記熱可塑性樹脂のシートは、厚みが０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下のシートを含む、
［１］に記載のブレードの製造方法。
［３］前記発泡体が含む熱可塑性樹脂と、前記熱可塑性樹脂が含む熱可塑性樹脂とは、互いに相溶可能である、
［１］または［２］に記載のブレードの製造方法。
［４］前記熱可塑性樹脂が含む熱可塑性樹脂と、前記繊維強化樹脂シートのマトリクス樹脂である熱可塑性樹脂とは、互いに相溶可能である、
［１］～［３］のいずれかに記載のブレードの製造方法。
［５］前記発泡体が含む熱可塑性樹脂と、前記熱可塑性樹脂が含む熱可塑性樹脂とは、融点の差が１０℃以内である、
［１］～［４］のいずれかに記載のブレードの製造方法。
［６］前記熱可塑性樹脂が含む熱可塑性樹脂と、前記繊維強化樹脂シートのマトリクス樹脂である熱可塑性樹脂とは、融点の差が１０℃以内である、
［１］～［５］のいずれかに記載のブレードの製造方法。
［７］前記発泡体が含む熱可塑性樹脂、前記熱可塑性樹脂が含む熱可塑性樹脂、および前記繊維強化樹脂シートのマトリクス樹脂である熱可塑性樹脂は、いずれもポリプロピレンである、
［１］～［６］のいずれかに記載のブレードの製造方法。

【0008】

上記課題を解決するための本発明の他の実施形態は、下記［８］のブレードに関する。
［８］熱可塑性樹脂の発泡体である芯材と、
前記芯材の表面側に配置された、一方向に配列した強化繊維と熱可塑性樹脂であるマトリクス樹脂とを含む表皮材と、を有する、
前記芯材と表皮材との間に配置された、発泡していない熱可塑性樹脂を含み、かつ強化繊維が一方向に配列された層ではない中間部と、
ブレード。

【0009】

上記課題を解決するための本発明の他の実施形態は、下記［９］の飛翔体に関する。
［９］［１］～［７］のいずれかに記載の製造方法で製造されたブレード、または［８］に記載のブレードを有する飛翔体。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、加圧および加熱による接着一体化の際に生じるＵＤシートやその織物の位置ずれを抑制することができるブレードの製造方法、および当該製造方法により製造されたブレードが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に関するドローンの模式斜視図である。

【図2】図２Ａは、図１に示すドローンが有するブレードの１つを示す平面図であり、図２Ｂは、図２Ａ中の線分Ａ－Ａでブレードを切断したときの断面図である。

【図3】図３は、本発明の一実施形態に関するドローンの製造方法のフローチャートである。

【図4】図４Ａおよび図４Ｂは、図１に示すドローンが有するブレードの製造方法を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

１．飛翔体およびブレード
図１は、本発明の一実施形態に関するドローン１００（飛翔体）の模式斜視図である。図１に示すように、ドローン１００は、胴体部１１０と、複数枚のブレード２００と、足部１２０と、を有しており、それぞれのブレード２００を回転させることにより、飛翔可能であり、かつ飛翔しながらの移動が可能である。本実施形態では、ドローン１００は、いずれも同じ形状の４枚のブレード２００を有する。

【0013】

図２Ａは、ドローン１００が有するブレード２００の１つを示す平面図であり、図２Ｂは、図２Ａ中の線分Ａ－Ａでブレード２００を切断したときの断面図である。なお、図２Ｂには、特許文献１に記載されたような従来のブレードの断面図を示す。

【0014】

図２Ａに示すように、ブレード２００は、回転軸となる中心部２１０と、中心軸から伸びた一対の板状の羽部２２０とを有する。一対の（２つの）羽部２２０はいずれも同じ形状を有し、中心部２１０から互いに反対方向に、両者がなす角度が１８０°となるように配置される。

【0015】

また、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ブレード２００は、回転方向（それぞれの羽部２２０が移動する方向でもあるので、これ以降「移動方向」ともいう。）前方に配置された肉厚の本体部２３０と、回転方向（移動方向）後方に配置された肉薄のフラップ部２４０と、を有する。フラップ部２４０は、その厚みが本体部２３０の厚みの１／２以下となっている部位であることが好ましい。

【0016】

本体部２３０およびフラップ部２４０はいずれも、一方向に配列した強化繊維と熱可塑性樹脂であるマトリクス樹脂とを含む表皮材２５０と、表皮材２５０の内部に充填された熱可塑性樹脂の発泡体を含む芯材２６０と、を有する。そして、本体部２３０およびフラップ部２４０は一体的に成形されている。なお、一体的に成形するとは、本体部２３０およびフラップ部２４０を有するブレード２００を一回の成形工程により形成することを意味する。一体的な成形品であることは、本体部２３０とフラップ部２４０との間に接合部位（継ぎ目）がないことにより確認することができる。

【0017】

本体部２３０は、厚みが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましく、１．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることがより好ましく、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。また、本体部２３０は、最大幅（ブレード２００の移動方向における最大の幅）が羽部２２０の長さの１／２０以上１／２以下であることが好ましく、１／１０以上１／３以下であることがより好ましく、１／７以上１／４以下であることがさらに好ましい。なお、本実施形態のドローン１００のような複数のブレードを有する飛翔体における羽部２２０の長さは、最大離陸重量（機体重量と運搬重量の合計）とブレード使用枚数とによって決められてもよい。例えば離陸重量２５ｋｇ、ブレード枚数１６個（２枚組、ローター８個）の場合、羽部２２０の長さは２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下であることが好適である。なお、本実施形態のような回転するブレード２００においては、羽部２２０の長さは、ブレードの長さ方向における両端部を結んだ線分の長さを２で除した値である。

【0018】

フラップ部２４０は、厚みが０．３ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．４ｍｍ以上７ｍｍ以下であることがより好ましく、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。また、フラップ部２４０は、最大幅（ブレード２００の移動方向における最大の幅）が本体部の最大幅の１／１０以上２倍以下であることが好ましく、１／７以上１．５倍以下であることがより好ましく、１／４ｍｍ以上等倍以下であることがさらに好ましい。

【0019】

なお、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、本体部２３０およびフラップ部２４０の厚みおよび幅は場所によって変わり得る。本明細書において、フラップ部２４０の厚みは羽部２２０が最大の厚みとなる部分を通る移動前後方向の仮想線分上における、後方端部から２ｍｍの位置を測定位置とし、本体部２３０の厚みは、羽部２２０のうち厚みが最も厚い部分の厚みを測定位置とすればよい。また本体部２３０の最大幅は、最大幅部をとおる回転前後方向の仮想線分上における、羽部２２０の最大厚みの１／２を超える厚みを有する部分の長さとし、フラップ部２４０の幅は、羽部２２０の最大幅から本体部の最大幅を引いた長さとする。

【0020】

２．ブレードの製造方法
図３は、本実施形態におけるブレード２００の製造方法のフローチャートである。図３に示すように、本実施形態では、ブレード２００の材料である熱可塑性樹脂の発泡体と、発泡していない熱可塑性樹脂のシートと、一方向に配列した強化繊維と熱可塑性樹脂であるマトリクス樹脂とを含む繊維強化樹脂シートと、を用意し（工程Ｓ１１０）、これらの材料を積層した積層体を作製し（工程Ｓ１２０）、加圧および加熱によりこれらの材料を一体化して（工程Ｓ１３０）、ブレード２００を製造する。以下、各工程について詳細に説明する。

【0021】

２－１．工程Ｓ１１０：材料の用意
まず、ブレード２００の材料である、熱可塑性樹脂の発泡体と、発泡していない熱可塑性樹脂のシートと、一方向に配列した強化繊維と熱可塑性樹脂であるマトリクス樹脂とを含む繊維強化樹脂シートと、を用意する。

【0022】

２－１－１．熱可塑性樹脂の発泡体
熱可塑性樹脂の発泡体は、ブレード２００の芯材２６０の主要な構成要素となる。芯材２６０に発泡体を用いることで、ブレード２００を軽量化することができる。

【0023】

上記熱可塑性樹脂の発泡体を構成する熱可塑性樹脂の種類は特に限定されず、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、およびポリ４－メチル－１－ペンテンなどを含むポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルファイド樹脂、ポリアセタール樹脂、アクリル系樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ならびにフッ素樹脂などを用いることができる。これらの熱可塑性樹脂は、化石燃料に由来するものであってもよく、バイオマス原料に由来するものであってもよく、これらの混合物であってもよい。

【0024】

発泡体の密度は、０.２ｇ／ｃｃ以上０.６ｇ／ｃｃ以下であることが好ましく、０.２５ｇ／ｃｃ以上０.４ｇ／ｃｃ以下であることがより好ましい。発泡体中の気泡は、独立気泡であってもよいし、連通気泡であってもよい。これらのうち、より強度が高いことから、独立気泡が好ましい。

【0025】

発泡体の発泡倍率は、１.３倍以上５倍以下であることが好ましく、２倍以上４倍以下であることがより好ましい。

【0026】

発泡体の厚みは特に限定されず、ブレード２００の厚みに応じて設定すればよい。たとえば、発泡体の厚みは、次の工程（工程Ｓ１２０）で積層された時の厚みが１．０ｍｍ以上１５．０ｍｍ以下とすることができ、２．０ｍｍ以上１２．０ｍｍ以下とすることが好ましく、３．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下とすることがより好ましい。

【0027】

２－１－２．熱可塑性樹脂のシート
熱可塑性樹脂のシートは、加圧および加熱により発泡体と繊維強化樹脂シートとを一体化するときの、繊維強化樹脂シートの位置ずれを抑制する。

【0028】

上記熱可塑性樹脂のシートは、熱可塑性樹脂をシート状に成型してなるものであり、上記熱可塑性樹脂が発泡していないものであればよい。上記熱可塑性樹脂のシートを構成する熱可塑性樹脂の種類は特に限定されず、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、およびポリ４－メチル－１－ペンテンなどを含むポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルファイド樹脂、ポリアセタール樹脂、アクリル系樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ならびにフッ素樹脂などを用いることができる。これらの熱可塑性樹脂は、化石燃料に由来するものであってもよく、バイオマス原料に由来するものであってもよく、これらの混合物であってもよい。

【0029】

上記熱可塑性樹脂のシートは、公知の充填材（無機充填材、有機充填材）、顔料、染料、耐候性安定剤、耐熱安定剤、帯電防止剤、スリップ防止剤、酸化防止剤、防黴剤、抗菌剤、難燃剤、および軟化剤などの充填剤を含んでもよい。なお、上記熱可塑性樹脂のシートは、長さが１５ｍｍ以上である長繊維を実質的に含まないか、含んでいても長繊維が一方向に配向して配列していないことが好ましい。また、熱プレス成型（工程Ｓ１３０）時の繊維強化樹脂シートの位置ずれをより効果的に抑制する観点からは、上記熱可塑性樹脂のシートは、その全体積に対する強化繊維の含有量（繊維体積分率（Ｖｆ））が、０体積％以上１０体積％未満であることが好ましく、０体積％以上５体積％未満であることがより好ましく、０体積％以上１体積％未満であることがさらに好ましい。

【0030】

上記熱可塑性樹脂のシートを構成する熱可塑性樹脂と、発泡体を構成する熱可塑性樹脂とは、相溶可能であることが好ましい。これにより、熱プレス成型（工程Ｓ１３０）時にこれらの樹脂を相溶させて、これらの接合強度をより高めることができる。なお、相溶可能であるとは、これらの熱可塑性樹脂をすべての樹脂の融点よりも高い温度まで加熱して混合し、その後２５℃まで冷却したときに、単一相が形成されるような樹脂の組合せを意味する。

【0031】

また、上記熱可塑性樹脂のシートを構成する熱可塑性樹脂と、発泡体を構成する熱可塑性樹脂とは、融点の差が１０℃以内であることが好ましい。これにより、熱プレス成型（工程Ｓ１３０）時にこれらの樹脂を入り混じらせたり相溶させたりしやすくして、これらの接合強度をより高めることができる。

【0032】

なお、次の工程（工程Ｓ１２０）で発泡体の上下に熱可塑性樹脂のシートおよび繊維強化樹脂シートを積層するときは、本工程で２枚の熱可塑性樹脂のシートを用意する。また、次の工程（工程Ｓ１２０）における熱可塑性樹脂のシートの配置に応じて、３枚あるいはそれ以上の複数枚の熱可塑性樹脂のシートを用意してもよい。このとき、それぞれの熱可塑性樹脂のシートは、同じ熱可塑性樹脂から構成されるものであってもよいし、樹脂種やモノマー比率、分子量等の物性などが互いに異なる樹脂から構成されるものであってもよい。

【0033】

複数枚の熱可塑性樹脂のシートを用意するときは、いずれか１つの熱可塑性樹脂のシートを構成する熱可塑性樹脂が、発泡体を構成する熱可塑性樹脂と相溶可能あるいは融点の差が１０℃以内であることが好ましいが、すべての熱可塑性樹脂のシートを構成する熱可塑性樹脂が、発泡体を構成する熱可塑性樹脂と相溶可能あるいは融点の差が１０℃以内であることがより好ましい。

【0034】

上記熱可塑性樹脂のシートの厚みは、次の工程（工程Ｓ１２０）で積層された時の厚みが０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることがより好ましく、０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることがさらに好ましく、０．３５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることが特に好ましい。熱可塑性樹脂のシートをより厚くするほど、熱プレス成型（工程Ｓ１３０）時の繊維強化樹脂シートの位置ずれを抑制する効果が高まる。熱可塑性樹脂のシートをより薄くするほど、ブレード２００中に占める発泡体の割合を増やしてブレード２００をより軽くすることができる。

【0035】

２－１－３．繊維強化樹脂シート
上記繊維強化樹脂シートは、一方向に配向して配列した強化繊維と熱可塑性樹脂であるマトリクス樹脂とを含む繊維強化樹脂シートであればよい。

【0036】

上記強化繊維の種類は特に限定されず、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、および金属繊維などを使用することができる。これらのうち、密度が小さく、ブレード２００を軽量化してその比剛性をより高める観点からは、炭素繊維およびアラミド繊維が好ましく、炭素繊維がより好ましい。

【0037】

強化繊維は、一方向に配向した、長さが１５ｍｍ以上である長繊維であればよい。また、長繊維は、一方向のみに配向していてもよいし、長繊維の配向方向が異なる複数の層を繊維強化樹脂シート中に形成していてもよいし、長繊維が織り込まれていてもよい。あるいは、長繊維が一方向に配向してなるブロックが、ブロックごとの長繊維の配向方向がランダムになるように繊維強化樹脂シート中に配置されていてもよい。これらのうち、製造時の賦形性を高める観点からは、長繊維の配向方向が同一または異なる複数の層が繊維強化樹脂シート中に形成されているか、あるいは長繊維が織り込まれていることが好ましい。

【0038】

長繊維の配向方向が異なる複数の層を有する繊維強化樹脂シートは、一方向に配向して配列された複数の強化繊維と上記強化繊維に含浸されたマトリクス樹脂とを含む薄膜状の繊維強化樹脂（ＵＤシート）を、強化繊維の配向方向をずらして積層して加熱プレス成形して、作製することができる。長繊維が織り込まれた繊維強化樹脂シートは、強化繊維の配向方向に沿って切断して得られるテープ状のＵＤシートを織り込んで加熱プレス成形して、作製することができる。このときの織り方は、平織り、綾織り、および朱子織りなどのいかなる織り方でもよい。長繊維が一方向に配向してなるブロックが、ブロックごとの長繊維の配向方向がランダムに配置された繊維強化樹脂シートは、チップ状に切断したＵＤシートを金型中にランダムに敷き詰めて加熱プレス成形して、作製することができる。

【0039】

また、強化繊維は、剛性の向上効果を十分に高める観点から、平均直径が１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。

【0040】

強化繊維は、サイジング剤によりサイジング処理されていてもよい。上記サイジング剤は特に限定されないが、未変性のポリオレフィンと、変性ポリオレフィンを含むことが好ましく、得には、カルボン酸金属塩を含む変性ポリオレフィンを含むことがより好ましい。上記変性ポリオレフィンは、たとえば、未変性ポリオレフィンの重合体鎖に、カルボン酸基、カルボン酸無水物基またはカルボン酸エステル基をグラフト導入し、かつ上記官能基と金属カチオンとの間で塩を形成させたものである。

【0041】

上記未変性ポリオレフィンは、エチレンに由来する構成単位の含有量が５０モル％以上であるエチレン系重合体、またはプロピレンに由来する構成単位の含有量が５０モル％以上であるプロピレン系重合体であることが好ましい。上記エチレン系重合体の例には、エチレン単独重合体、およびエチレンと炭素原子数３以上１０以下のα－オレフィンとの共重合体が含まれる。上記プロピレン系重合体の例には、プロピレン単独重合体、およびプロピレンとエチレンまたは炭素原子数４以上１０以下のα－オレフィンとの共重合体が含まれる。上記未変性ポリオレフィンは、ホモポリプロピレン、ホモポリエチレン、エチレン・プロピレン共重合体、プロピレン・１－ブテン共重合体、またはエチレン・プロピレン・１－ブテン共重合体であることが好ましい。これらの未変性ポリオレフィンの原料となるα－オレフィンは、化石燃料に由来するものであってもよく、バイオマス原料に由来するものであってもよく、これらの混合物であってもよい。

【0042】

繊維強化樹脂シートの全質量に対する強化繊維の含有量は、２０質量％以上８０質量％以下であることが好ましく、３０質量％以上７５質量％以下であることがより好ましく、３０質量％以上６５質量％以下であることがさらに好ましく、３５質量％以上６０質量％以下であることが特に好ましい。

【0043】

繊維強化樹脂シートの全体積に対する強化繊維の含有量（繊維体積分率（Ｖｆ））は、１０体積％以上７０体積％以下であることが好ましく、１５体積％以上６０体積％以下であることがより好ましく、２０体積％以上６０体積％以下であることがさらに好ましい。

【0044】

上記マトリクス樹脂の材料は、熱可塑性樹脂であれば特に限定されない、マトリクス樹脂は、結晶性樹脂であってもよいし、非結晶性樹脂であってもよい。

【0045】

熱可塑性樹脂の例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、およびポリ４－メチル－１－ペンテンなどを含むポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルファイド樹脂、ポリアセタール樹脂、アクリル系樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ならびにフッ素樹脂などが含まれる。これらの熱可塑性樹脂は、化石燃料に由来するものであってもよく、バイオマス原料に由来するものであってもよく、これらの混合物であってもよい。

【0046】

これらのうち、小石などの飛来物が衝突しても破損しにくく、ブレード２００の信頼性を高めることができるため、ポリアミド樹脂およびポリオレフィン樹脂が好ましく、表皮材２５０が水を吸収したときの力学特性の低下を抑制する観点からは、ポリオレフィン樹脂がより好ましく、ポリプロピレン樹脂がさらに好ましい。

【0047】

マトリクス樹脂は、添加剤を含む樹脂組成物であってもよい。添加剤の例には、公知の充填材（無機充填材、有機充填材）、顔料、染料、耐候性安定剤、耐熱安定剤、帯電防止剤、スリップ防止剤、酸化防止剤、防黴剤、抗菌剤、難燃剤、および軟化剤などが含まれる。

【0048】

また、マトリクス樹脂は、上記以外の樹脂や、上記炭素繊維よりも短い長さの短繊維などの他の成分を含んでいてもよい。

【0049】

繊維強化樹脂シートの全質量に対するマトリクス樹脂の含有量は、２０質量％以上８０質量％以下であることが好ましく、２５質量％以上７０質量％以下であることがより好ましく、３５質量％以上７０質量％以下であることがさらに好ましく、４０質量％以上６５質量％以下であることが特に好ましい。

【0050】

繊維強化樹脂シートの全体積に対するマトリクス樹脂の含有量は、３０体積％以上９０体積％以下であることが好ましく、４０体積％以上８５体積％以下であることがより好ましく、４０体積％以上８０体積％以下であることがさらに好ましい。

【0051】

上記マトリクス樹脂と、次の工程（工程Ｓ１２０）で繊維強化樹脂シートに接して（積層方向に隣接して）配置される熱可塑性樹脂のシートを構成する熱可塑性樹脂とは、相溶可能であることが好ましい。これにより、熱プレス成型（工程Ｓ１３０）時にこれらの樹脂を相溶させて、これらの接合強度をより高めることができる。なお、相溶可能であるとは、これらの熱可塑性樹脂をすべての樹脂の融点よりも高い温度まで加熱して混合し、その後２５℃まで冷却したときに、単一相が形成されるような樹脂の組合せを意味する。

【0052】

上記マトリクス樹脂と、次の工程（工程Ｓ１２０）で繊維強化樹脂シートに接して（積層方向に隣接して）配置される熱可塑性樹脂のシートを構成する熱可塑性樹脂とは、融点の差が１０℃以内であることが好ましい。これにより、熱プレス成型（工程Ｓ１３０）時にこれらの樹脂を入り混じらせたり相溶させたりしやすくして、これらの接合強度をより高めることができる。

【0053】

次の工程（工程Ｓ１２０）で発泡体の上下に熱可塑性樹脂のシートおよび繊維強化樹脂シートを積層するときは、本工程で２枚の繊維強化樹脂シートを用意する。また、次の工程（工程Ｓ１２０）における繊維強化樹脂シートの配置に応じて、３枚あるいはそれ以上の複数枚の繊維強化樹脂シートを用意してもよい。このとき、それぞれの繊維強化樹脂シートは、同じ熱可塑性樹脂から構成されるものであってもよいし、樹脂種やモノマー比率、分子量等の物性などが互いに異なる樹脂から構成されるものであってもよい。

【0054】

複数枚の繊維強化樹脂シートを用意するときは、いずれか１つの繊維強化樹脂シートに含まれるマトリクス樹脂が、積層方向に隣接して配置された熱可塑性樹脂のシートを構成する熱可塑性樹脂と相溶可能あるいは融点の差が１０℃以内であることが好ましいが、すべての繊維強化樹脂シートに含まれるマトリクス樹脂が、積層方向に隣接して配置された熱可塑性樹脂のシートを構成する熱可塑性樹脂と相溶可能あるいは融点の差が１０℃以内であることがより好ましい。

【0055】

繊維強化樹脂シートの厚みは特に限定されず、ブレード２００の厚みに応じて設定すればよい。たとえば、繊維強化樹脂シートの厚みは、次の工程（工程Ｓ１２０）で積層された時の厚みが０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることができ、０．３ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とすることが好ましく、０．５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下とすることがより好ましい。

【0056】

２－２．工程Ｓ１２０：積層体の作製
次に、これらの材料を積層して、積層体とする。このときの積層の順番は、成形後に内側になる方向側に芯材２６０の主要な構成要素となる熱可塑性樹脂の発泡体が配置され、成形後に外側となる方向に向けて、熱可塑性樹脂のシート、繊維強化樹脂シートの順とする。たとえば、積層体の下部から上部に向けて、繊維強化樹脂シート／熱可塑性樹脂のシート／熱可塑性樹脂の発泡体／熱可塑性樹脂のシート／繊維強化樹脂シートの順に積層すればよい。これらの間に他の材料が配置されてもよいが、熱可塑性樹脂のシートと繊維強化樹脂シートとは、少なくとも部分的に積層方向に接するように隣接して配置されることが好ましい。

【0057】

このとき、発泡体、熱可塑性樹脂のシートおよび繊維強化樹脂シートはそれぞれ１枚ずつを積層してもよいし、複数枚を重ねて積層してもよい。たとえば、上記積層の態様における最上部または最下部の繊維強化シートとして、強化繊維の配向方向や織の有無などが異なる複数枚の繊維強化樹脂シートを積層してもよい。このとき、たとえばブレードの外観を良好にするため、長繊維が織り込まれた繊維強化樹脂シートや、長繊維が一方向に配向してなるブロックがランダム配置された繊維強化樹脂シートを、繊維強化樹脂シートのうちの最も外側に配置してもよい。

【0058】

なお、発泡体、熱可塑性樹脂のシートおよび繊維強化樹脂シートは、積層前に、ブレード２００の平面視した形状（積層方向と直交する方向にみた形状）に切り抜き加工または打ち抜き加工されることが好ましい。ただし、ブレード２００の形状に応じてはこの限りではなく、たとえばブレード２００のうち厚みが薄いフラップ部２４０などについては、繊維強化樹脂シートのみ、あるいは繊維強化樹脂シートおよび熱可塑性樹脂のシートのみ、により十分な厚みが形成されるようであれば、発泡体はフラップ部２４０を有さない形状に切り抜き加工または打ち抜き加工されてもよい。また、平面視したブレード２００よりも小さい形状に切断した断片を散りばめて、上述した厚みを有する積層体における発泡体、熱可塑性樹脂のシートおよび繊維強化樹脂シートの各層としてもよい。本体部２３０とフラップ部２４０との間で表皮材２５０の厚みを変えたいときには、本体部２３０用の繊維強化樹脂シートとフラップ部２４０用の繊維強化樹脂シートとをそれぞれ用意してもよい。ただし、熱プレス時のシートの位置ずれを防ぐ観点からは、本体部２３０およびフラップ部２４０をあわせた形状を有する繊維強化樹脂シートを使用し、本体部２３０とフラップ部２４０との間で表皮材２５０の厚みを同一にすることが好ましい。

【0059】

あるいは、熱可塑性樹脂のシートは、繊維強化樹脂シートのうち熱プレス成型（工程Ｓ１３０）による位置ずれが大きい位置のみに部分的に積層してもよい。また、繊維強化樹脂シートは、ブレード２００のうち補強効果が必要な位置のみに部分的に積層してもよい。繊維強化樹脂シートを部分的に積層するときは、当該積層された繊維強化樹脂シートの内側のみに熱可塑性樹脂のシートを積層すればよい。

【0060】

また、繊維強化樹脂シートの外側にコーティング層となる熱可塑性樹脂のシートを配置してもよい。

【0061】

また、本工程は、次の工程（工程Ｓ１３０）で熱プレス成型する金型の内部で行ってもよい。

【0062】

２－３．工程Ｓ１３０：材料の一体化
前の工程（工程Ｓ１２０）で得られた積層体を金型の内部に配置し、熱プレス成型することで、ブレード２００を得ることができる。

【0063】

図４Ａは、積層体を金型の内部に配置した様子を、図４Ｂは熱プレス成型する様子を、それぞれ示す模式図である。

【0064】

図４Ａでは、前工程で用意された、繊維強化樹脂シート２５０ａ、熱可塑性樹脂のシート２７０ａ、発泡体２６０ａ、熱可塑性樹脂のシート２７０ａ、および繊維強化樹脂シート２５０ａがこの順に積層された積層体が、金型の内部に配置されている。

【0065】

図４Ｂに示すように、この状態で熱プレスすることで、発泡体２６０ａが軟化して流動し、かつ熱可塑性樹脂のシート２７０ａを介して繊維強化樹脂シート２５０ａと融着して、一方向に配列した強化樹脂と熱可塑性樹脂であるマトリクス樹脂とを含む表皮材２５０が外側を取り囲み、熱可塑性樹脂の発泡体による芯材２６０がその内部に配置された、ブレード２００を得ることができる。

【0066】

熱プレス時の温度は、発泡体２６０ａ、熱可塑性樹脂のシート２７０ａ、繊維強化樹脂シート２５０ａのマトリクス樹脂であるそれぞれの熱可塑性樹脂の融点（これらが異なる種類の熱可塑性樹脂を含むときは、融点が最も高い熱可塑性樹脂の融点）に対して－２０℃以上５０℃以下となる温度であることが好ましく、－１０℃以上３０℃以下となる温度であることがより好ましく、０℃以上２０℃以下となる温度であることがさらに好ましい。

【0067】

なお、上記熱可塑性樹脂の融点が異なるときは、融点が最も高い熱可塑性樹脂の融点にあわせて加熱温度を設定することにより、その他の熱可塑性樹脂の劣化や発泡形状の崩壊などを抑止することもできる。

【0068】

熱プレス時の圧力は、０．２ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であることが好ましく、０．３ＭＰa以上７ＭＰa以下であることがより好ましく、０．５ＭＰa以上５ＭＰa以下であることがさらに好ましい。

【0069】

熱プレスの時間は、設定温度での保持時間が１秒以上１０分以下であることが好ましく、５秒以上５分以下であることがより好ましく、１０秒以上１分以下であることがさらに好ましい。

【0070】

熱プレスによって、発泡体２６０ａが軟化して流動し、芯材２６０の形状に変形する。そして、本発明者らの知見によると、従来のブレード２００の製造方法では、この発泡体２６０ａの流動および変形に追随して繊維強化樹脂シート２５０ａが移動してしまい、これにより不規則な模様が表皮材２５０に形成されてしまっていた。これに対し、本実施形態では、発泡体２６０ａと繊維強化樹脂シート２５０ａとの間に熱可塑性樹脂のシート２７０ａを配置する。この熱可塑性樹脂のシート２７０ａは、熱プレス時に軟化して流動して発泡体２６０ａの流動および変形に追従しつつ、発泡体２６０ａの流動および変形の、繊維強化樹脂シート２５０ａへの伝播を阻害する。このようにして、熱可塑性樹脂のシート２７０ａは、発泡体２６０ａの流動および変形の、繊維強化樹脂シート２５０ａへの影響を緩和して、繊維強化樹脂シート２５０ａの位置ずれを抑制すると考えられる。

【0071】

熱プレス後は、金型を急冷することが好ましい。急冷することで、表皮材との接着性を担保しつつ、発泡体の溶融を防ぐことができる。たとえば、冷却速度は、０．１℃／分以上１００℃／分以下であることが好ましく、１℃／分以上５０℃／分以下であることがより好ましく、５℃／分以上３０℃／秒以下であることがさらに好ましい。

【0072】

このようにして、熱プレスにより、発泡体２６０ａによる芯材２６０と、芯材２６０の表面側に配置された、繊維強化樹脂シート２５０ａによる表皮材２５０と、を有するブレード２００が得られる。なお、このようにして得られるブレード２００は、芯材２６０と表皮材２５０との間に配置された、発泡していない熱可塑性樹脂を含み、なおかつ、強化繊維が一方向に配列された層ではない、熱可塑性樹脂のシート２７０ａによる中間部２７０を有していてもよい。中間部２７０は、芯材２６０と表皮材２５０との間に層状に配置されていてもよいし、芯材２６０と表皮材２５０との間の一部のみに配置されていてもよい。なお、熱プレス時の流動により熱可塑性樹脂のシート２７０ａの熱可塑性樹脂が繊維強化樹脂シート２５０ａのマトリクス樹脂と一体化されて、中間部２７０が形成されなくてもよい。

【0073】

図４Ｂに示すブレード２００は、熱プレス時の流動により、比重が小さい発泡体２６０ａはフラップ部２４０（図４Ａおよび図４Ｂに「Ｘ」で示した範囲）から押し出され、フラップ部２４０は表皮材２５０および中間部２７０のみにより構成されている。

【0074】

金型から取り出したブレード２００には、回転軸を挿入するための穴あけ等の後加工を、必要に応じて行うことができる。

【0075】

なお、上述の実施形態は本発明の一例を示すものであり、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において、他の種々多様な各実施形態も可能であることは言うまでもない。

【0076】

たとえば、上記実施形態では、ドローン用の回転羽根を例示してブレードを説明したが、ブレードの種類はこれに限られず、飛行機および船などのプロペラ、ヘリコプターの回転翼、飛行機の主翼および尾翼などの翼、風車などの回転翼などの、流体（気体または液体）の内部を移動して所定の力を発生させるための各種ブレードに、本発明は適用され得る。これらの中でも、フラップ部を薄肉化可能であり、かつ、比剛性に優れるため、ドローン、ヘリコプター、空飛ぶ車などの飛翔体の回転翼として好ましく用いることができる。

【0077】

本発明の別の実施形態では、上述の実施形態に係るブレードを有する飛翔体が提供される。飛翔体にあっては、ブレードは回転翼であることが好ましい。なお、飛翔体は、有人であるか無人であるかを問わない。

【実施例0078】

本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。

【0079】

１．ブレードの作製
１－１．ブレード１の作製（実施例１）
厚み４ｍｍのポリプロピレン発泡シート（三井化学東セロ株式会社製、パロニア、密度０．３ｇ／ｃｃ、発泡倍率３倍）を、トムソン刃により図２Ａに示す形状に打ち抜いて、芯材材料とした。なお、打ち抜きされた形状は、長軸方向（図２Ａ中の左右方向）の長さが７００ｍｍ、短軸方向（図２Ａ中の上下方向）の最大幅が６０ｍｍ、表面積が２５０ｃｍ^２であった。

【0080】

ポリプロピレン（株式会社プライムポリマー製、Ｊ１０６Ｇ、融点１６３℃）を熱プレス法により厚み０．３０ｍｍに成膜して、ポリプロピレンシートを得た。このポリプロピレンシートを、カッターナイフにより芯材材料と同じ形状に切り抜いて、熱可塑性樹脂のシートとした。

【0081】

一方向に配向した炭素繊維の長繊維にポリプロピレンのマトリクス樹脂が含浸してなるＵＤシート（三井化学株式会社製、商品名ＴＡＦＮＥＸ、繊維体積分率（Ｖｆ）５０％、厚さ０.１６ｍｍ）を用意した。このＵＤシートを、炭素繊維の延伸している方向に沿って１２．５ｍｍ幅に切断してテープ状とし、このテープを、開口率が０．３８％、経糸と緯糸との間隔が平均で０．０５ｍｍ～約１ｍｍとなるように綾織りで製織し、厚みが０．３０ｍｍの織物状の繊維強化樹脂シートを得た。

【0082】

トムソン刃を用いて、この繊維強化樹脂シートを芯材材料と同じ形状に打ち抜いた。このとき、長軸方向に対して強化繊維の延伸方向がなす角度が０°および９０°となるように打ち抜いたものを表皮材材料１、長軸方向に対して強化繊維の延伸方向がなす角度が４５°および－４５°となるように打ち抜いたものを表皮材材料２とした。

【0083】

上記用意した材料を、表皮材材料２／表皮材材料１／中間層材料／芯材材料／中間層材料／表皮材材料１／表皮材材料２の順に積層して積層体とした。この積層体を金型に入れて、２５０ｔプレス加工機により、型温度１７５℃、型締め力１０ｔ、型締め時間３０秒の状件で加熱プレス成形した。その後、金型を４０℃まで急冷して、ブレード１を得た。

【0084】

１－２．ブレード２の作製（実施例２）
中間層材料の成膜時の厚みを０．４５ｍｍに変更した以外はブレード１の作製と同様にして、ブレード２を作製した。

【0085】

１－３．ブレード３の作製（実施例３）
中間層材料の成膜時の厚みを０．５０ｍｍに変更した以外はブレード１の作製と同様にして、ブレード３を作製した。

【0086】

１－４．ブレード４の作製（比較例１）
積層体とするときに、中間層材料を用いずに表皮材材料２／表皮材材料１／芯材材料／表皮材材料１／表皮材材料２の順に積層した以外はブレード１の作製と同様にして、ブレード４を作製した。

【0087】

２．評価
評価方法を事前に調整した５人のパネラーがブレード１～ブレード４の外観を観察し、成形前の表皮材材料２の外観と比較して、繊維の配向方向の乱れおよびシワの有無をもとに、表皮材材料２からの強化繊維の位置ずれを評価した。評価は、位置ずれが顕著であるときを１、位置ずれが認められないときを５としての５段階で行った。

【0088】

ブレード１～ブレード４の積層体（加熱プレス成形前）の層構成および各層の厚み、ならびに評価結果を、表１に示す。

【0089】

【表1】