特許 7173513 回転羽根

(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】

(24)【登録日】2022-11-08

(45)【発行日】2022-11-16

(54)【発明の名称】回転羽根

(51)【国際特許分類】

   B64C 11/12 20060101AFI20221109BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20221109BHJP

   B64F 5/10 20170101ALI20221109BHJP

   F04D 29/02 20060101ALI20221109BHJP

   F04D 29/32 20060101ALI20221109BHJP

   F04D 29/38 20060101ALI20221109BHJP

【ＦＩ】

B64C11/12

B64C39/02

B64F5/10

F04D29/02

F04D29/32 F

F04D29/38 C

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2017237809

(22)【出願日】2017-12-12

(65)【公開番号】P2019104369

(43)【公開日】2019-06-27

【審査請求日】2020-12-10

(73)【特許権者】

【識別番号】594034005

【氏名又は名称】ホッティーポリマー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089026

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 高明

(72)【発明者】

【氏名】堀田 秀敏

(72)【発明者】

【氏名】青木 一夫

(72)【発明者】

【氏名】田鍋 史生

【審査官】川村 健一

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５６－１７１０９９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２００４３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１２８２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０１１４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公昭３０－００８５２６（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】米国特許第０３１４０９５４（ＵＳ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１６１５１６９（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｃ １１／００ ー １１／５０

Ｂ６４Ｃ ２７／００ ー ２７／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動源の出力を受けて回転する回転軸に固定されるハブ部と、前記ハブ部から前記回転軸に固定されたブレード部とを備えた回転羽根において、
前記回転羽根のハブ部及びブレード部は、可撓性を有する材料により構成され、前記材料は、ポリ乳酸と熱可塑性のエラストマーとの混合物であり、三次元印刷装置により製造されることを特徴とする回転羽根。

【請求項2】

前記材料は、ＪＩＳ規格に準拠したデュロメータのタイプＡに基づく２０～９０の範囲の硬度を有していることを特徴とする請求項１に記載の回転羽根。

【請求項3】

前記回転羽根は、無人飛行機に適用されることを特徴とする請求項１に記載の回転羽根。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、揚力や風力を生み出す回転羽根に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、回転羽根として、電動機の出力を受けて回転する回転軸に固定されるハブ部とその回転軸と略垂直を成して延設され、揚力や推進力を生みだすブレード部を備えた回転羽根が知られている（特許文献１）。

【0003】

上記の構造を備えた回転羽根は、揚力や風力を生み出すことができ、無人飛行機（通称ドローン）やその他の幅広い分野及び対象に適用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－１２０９０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

無人飛行機の回転羽根は、高速で回転するものであり、人や構造物に衝突すると衝突を受けた人が怪我をしたり構造物が損傷したりするおそれがある。このため、無人飛行機は、取り扱い可能な場所について、一定の制限を受けている。

【0006】

一方、回転羽根が人や構造物に接触したとしても接触を受けた人の怪我や構造物の損傷が抑えられる安全性の高い回転羽根が実現されれば、例えば屋内や多くの人が集まる上空等、無人飛行機を取り扱うことのできる場所が拡大する。

【0007】

また、無人飛行機の回転羽根に限らず、空気を圧送し気流を生み出す送風機の回転羽根や、建造物の内部の空気を排出し換気を促す換気扇の回転羽根にあっても、回転羽根と接触した人が怪我をしないような安全性の向上が望まれている。

【0008】

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、接触を受けた人の怪我や構造物の損傷が抑えられ、安全性に優れた回転羽根を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述した課題を解決するため、請求項１に係る発明は、駆動源の出力を受けて回転する回転軸に固定されるハブ部と、前記ハブ部から前記回転軸に固定されたブレード部とを備えた回転羽根において、前記回転羽根のハブ部及びブレード部は、可撓性を有する材料により構成され、前記材料は、ポリ乳酸と熱可塑性のエラストマーとの混合物であり、三次元印刷装置により製造されることを特徴とする回転羽根である。

【0010】

「材料」は、合成樹脂、ゴム、及びその他の可撓性を有するものであればよく、ゴムに関しては、天然ゴムのほか合成ゴムも適用できる。上記の材料に防塵効果や芳香効果を与える各種の添加物を配合することもできる。

【0011】

ブレード部は、飛行体のプロペラやローターのほか、扇風機、換気扇、圧縮機のファン等、特に限定はなく回転する羽根体である。

【0012】

なお、ハブ部とブレード部は、回転時に互いに分離しないように固定されるものであればよく、互いに別体に構成され取り付けられるものや、ハブ部とブレード部が一体成形されハブ部からブレード部が延設されるものであってもよい。

【0013】

また、三次元印刷装置は、立体を表すデータに基づいて樹脂を吐出し積層していき、立体造形物を作成する装置である。

【0014】

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の回転羽根を構成する材料に関するものであり、前記材料は、ＪＩＳ規格に準拠したデュロメータのタイプＡに基づく２０～９０の範囲の硬度を有していることを特徴とする。

【0015】

請求項３に係る発明は、請求項１記載の回転羽根の適用に関するものであり、前記回転羽根は、遠隔で操作可能な無人飛行機に適用されるものであることを特徴とする。
無人飛行機は、無線による遠隔制御又は自動制御で飛行可能な通称ドローンであり、飛行体の形状又は種別に制限はない。

【発明の効果】

【0016】

請求項１に係る回転羽根にあっては、ブレード部が可撓性を有する材料で構成されているため、回転状態のブレード部が人や構造物に接触しても、ブレード部はその可撓性により弾性変形する。

【0017】

従って、請求項１に係る回転羽根によれば、ブレード部との接触を受けた人の怪我や構造物の損傷が抑えられ、安全性に優れた回転羽根が実現される。

【0018】

また、請求項１に係る回転羽根にあっては、回転羽根のブレード部と共にハブ部についても可撓性を有する材料により構成されているため、駆動源の回転軸に圧入により押し込むことで容易に取り付け又は取り外すことができる。

【0019】

即ち、回転羽根をボルトやネジにより固定したり溶接する必要が無く、回転羽根の着脱が容易で且つ部品点数の削減によるコストの低減も可能となる。なお、回転羽根のブレード部とハブ部が共に材料であるから、ブレード部とハブ部の一体成形も可能となり、製造の容易化を図ることもできる。

【0020】

請求項１に係る回転羽根にあっては、上記の回転羽根が三次元印刷装置にされるので、立体データの計画次第で回転羽根に細密な構造を容易に加えることが可能となる。

【0021】

請求項１に係る回転羽根にあっては、前記材料がポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの混合物であるから、三次元印刷装置を用いて前記回転羽根を製造することが可能となる。特に、前記材料がポリ乳酸とスチレン系エラストマーの混合物、ポリ乳酸とオレフィン系エラストマーの混合物、または熱可塑性ポリエステルエラストマーとすることにより、三次元印刷装置を用いて前記回転羽根を製造することが容易となる。

【0022】

また、請求項２記載の発明にあっては、前記材料がＪＩＳ規格に準拠したデュロメータのタイプＡに基づく２０（Ｈｓ）～９０（Ｈｓ）の範囲の硬度を有するものであるため、請求項１又は請求項２の効果をより良好に得ることができる。

【0023】

例えば、立体データの計画次第で、回転羽根のブレード部を中空状に成形して軽量化を図りつつ、中空部に仕切り補強壁（例えばハニカム構造）を設けて耐久性を高めた回転羽根も容易に製造できる。

【0024】

請求項３に係る回転羽根にあっては、上記の回転羽根が無人飛行機に適用されるものであるから、回転羽根が人や構造物に接触したとしても接触を受けた人の怪我や構造物の損傷が抑えられ、屋内や多くの人が集まる上空等、無人飛行機を取り扱うことのできる場所が拡大する。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】図１は本発明に係る回転羽根の第１実施形態が適用された無人飛行機の側面図である。

【図2】図２は本発明に係る回転羽根の第１実施形態が適用された無人飛行機の平面図である。

【図3】図３は本発明に係る回転羽根の第１実施形態を示す回転羽根の底面図である。

【図4】図４は本発明に係る回転羽根の第１実施形態を示す回転羽根の斜視図である。

【図5】図５は本発明に係る回転羽根の第２実施形態を示す回転羽根の底面図である。

【図6】図６は本発明に係る回転羽根の第２実施形態を示す回転羽根の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

添付図面を参照して、本発明に係る回転羽根を実施形態に基づき詳細に説明する。

【0027】

（第１実施形態）
図１は本発明に係る回転羽根の第１実施形態が適用された無人飛行機の側面図であり、図２はその無人飛行機の平面図である。
図１及び図２に示す無人飛行機１０は、無線により遠隔で操作可能なドローンである。無人飛行機１０は、図示しない制御回路やバッテリーを搭載した機体本体部１１、機体本体部１１の裏面側に設けられ着陸時に機体を支え保護する２本のスキッド１２，１２、機体本体部１１から放射状に延びて先端側に駆動源であるモーター１３，１３・・を内蔵した４つのアーム１４，１４・・、及び各々のモーター１３，１３・・の出力を受けて回転する回転軸１５，１５・・に固定された回転羽根である４つのプロペラ２０，２０・・を備えている。なお、符号１６は機体本体部１１の底面側に取り付けられた撮影装置である。

【0028】

図３及び図４は図２に示すプロペラ２０の形状を示す図であり、図３はプロペラ２０の底面図、図４はプロペラ２０の斜視図である。

【0029】

図３に示すように、プロペラ２０は回転軸１５（図１）が圧入により差し込まれる直径１ｍｍ程度の４つの差し込み孔２１，２１・・が設けられたハブ部２２と、ハブ部２２と一体成形され、図１に示したようにプロペラ２０が回転軸１５に装着された状態で回転軸１５と略垂直を成し且つ図３に示すようにハブ部２２から平面視十字状に延びる４片のブレード部２３，２３・・を有している。
なお、各々のブレード部２３，２３・・は、ハブ部２２と別個独立の部材とし、ハブ部２２に固定するものでもよい。

【0030】

図３に示すように、プロペラ２０のブレード部２３，２３・・は、何れも端部２４，２４・・が直線状に形成されており、ハブ部２２の近傍を除いて略一様な幅寸法を有している。

【0031】

また、図４に示すように、プロペラ２０のブレード部２３，２３・・は、何れも回転軸１５（図１）と直交する基準軸３０に対して所定の傾斜角度（ピッチ角）θ１を形成するようにハブ部２２から延設されている。

【0032】

＜プロペラの製造方法＞
プロペラ２０は、立体形状を表したデータに基づいて造形を行う三次元印刷装置により製造される。

【0033】

プロペラ２０のハブ部２２とブレード部２３は、いずれもＪＩＳ規格に準拠したデュロメータのタイプＡ（以下、ショアＡ）に基づく硬さが３０（Ｈｓ）となるようにポリ乳酸（ＰＬＡ）とスチレン系エラストマーを混合した軟質の可撓性を有する材料である合成樹脂により構成されている。

【0034】

プロペラ２０の製造にあっては、上記の合成樹脂を熱で溶融又は軟化させ、図３及び図４に示すプロペラ２０の立体形状を表すデータに基づいて上記の合成樹脂を積層させていくことにより、ハブ部２２とブレード部２３が一体的な成型品として成形される。

【0035】

＜飛行試験結果＞
図３及び図４に示したショアＡの硬さが３０であるプロペラ２０を備えた無人飛行機の飛行試験を行った結果は、以下の通りである。

【0036】

飛行試験に用いた無人飛行機は、図１及び図２に示す無人飛行機１０であり、プロペラ２０を含む総重量が３０ｇである。総重量に応じて寸法を調節したプロペラ２０を取り付けた結果、無人飛行機１０は揚力を得て良好に浮遊し飛行した。

【0037】

次に、プロペラ２０の効果を説明する。
第１実施形態のプロペラ２０は、ブレード部２３，２３・・がショアＡの硬さが３０であり十分な可撓性や弾力性を有しており、ブレード部２３，２３・・が人や構造物に接触しても、ブレード部２３，２３・・はその可撓性により弾性変形する。

【0038】

このため、プロペラ２０によれば、ブレード部２３，２３・・との接触を受けた人の怪我や構造物の損傷が一般的な金属製のプロペラと比較して著しく低減し、無人飛行機の安全性が高まる。その結果、例えば屋内や多くの人が集まる上空等、無人飛行機を取り扱うことのできる場所が拡大する。

【0039】

また、プロペラ２０は、そのハブ部２２もブレード部２３，２３・・と同一の合成樹脂により成形されており、同様の可撓性を有している。従って、図３に示すハブ部２２の差し込み孔２１に図１に示す回転軸１５を圧入により押し込むことにより、プロペラ２０を容易に取り付け又は取り外すことができる。

【0040】

即ち、プロペラ２０をボルトやネジにより固定したり溶接する必要が無く、プロペラ２０の着脱が容易で且つ部品点数の削減によるコストの低減も可能となる。なお、回転羽根のブレード部２３とハブ部２２が共に合成樹脂であるから、ブレード部２３，２３・・とハブ部２２の一体成形も可能となり、製造の容易化を図ることもできる。

【0041】

また、図３に示すようにハブ部２２に形成された差し込み孔２１が複数設けられていることから、圧入により押し込むことでプロペラ２０を取り付けたとしても、回転軸１５とハブ部２２の相対的な回転が規制され、プロペラ２０の回転体としての機能が維持される。

【0042】

また、プロペラ２０は、合成樹脂がポリ乳酸とスチレン系エラストマーの混合物から成る合成樹脂であり、熱可塑性を有している。従って、三次元印刷装置を用いてプロペラ２０を製造することが可能となる。

【0043】

また、三次元印刷装置を用いてプロペラ２０を製造できることから、立体データの計画次第でプロペラ２０に細密な構造を与えることができ、図３に示した４つの差し込み孔２１，２１・・は何れも直径１ミリメートル程度に形成されている。

【0044】

また、三次元印刷装置を用いてプロペラ２０を製造できることから、プロペラ２０のブレード部２３，２３・・を中空状に成形して軽量化を図りつつ、その中空部に仕切り補強壁（例えばハニカム構造）を設けて耐久性を高めたプロペラ２０も容易に製造できるようになる。

【0045】

（第２実施形態）
図５及び図６は本発明に係るプロペラの第２実施形態を示す図であり、図５はプロペラ２００の底面図、図６はプロペラ２００の斜視図である。なお、第１実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。

【0046】

図５に示すように、プロペラ２００は、回転軸１５（図１）が圧入される略円筒形状のハブ部２２０と、ハブ部２２０と一体成形され、図１に示したようにプロペラ２００が回転軸１５に装着された状態で回転軸１５と略垂直を成し且つ図５に示すようにハブ部２２０を挟んで互いに直線状に配置された２片のブレード部２３０，２３０を有している。
なお、各々のブレード部２３０，２３０は、ハブ部２２０と別個独立の部材とし、ハブ部２２０に固定するものでもよい。

【0047】

また、図６に示すように、プロペラ２００のブレード部２３０は、何れも回転軸１５（図１）と直交する基準軸３０に対して所定の傾斜角度（ピッチ角）θ２を形成するようにハブ部２２０から延設されている。

【0048】

プロペラ２００の材質及び製造方法については、第１実施形態のプロペラ２０と同様である。

【0049】

＜飛行試験結果＞
図５及び図６に示したショアＡの硬さが３０であるプロペラ２００を備えた無人飛行機の飛行試験を行った結果は、以下の通りである。

【0050】

飛行試験に用いた無人飛行機は、図１及び図２に示す無人飛行機１０と同様の機体本体部１１及びその他の構成を備えた無人飛行機であり、プロペラ２００を含む総重量が１００ｇである。総重量に応じて寸法を調節したプロペラ２００を取り付けた結果、無人飛行機は揚力を得て良好に浮遊し飛行した。

【0051】

次に、プロペラ２００の効果を説明する。
プロペラ２００は、２片のブレード部２３０，２３０を備えるものであり、４片のブレード部２３，２３・・を備えた第１実施形態のプロペラ２０よりも構造が簡素である。

【0052】

プロペラ２００によれば、第１実施形態のプロペラ２０と比較して、製造が容易である。例えば、三次元印刷装置によりプロペラを製造する場合において、立体を表すデータの作成手間が軽減する。

【0053】

以上、本発明に係る回転羽根及びその製造方法を第１実施形態及び第２実施形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については、本実施形態に限られるものではない。

【0054】

例えば、本発明に係る回転羽根は、ＪＩＳ規格に準拠したデュロメータのタイプＡに基づく２０～９０の範囲の硬度（以下、ショアＡの硬度）を有するものであればよい。

【0055】

＜他の飛行試験結果＞
ショアＡの硬度が２０～９０となるようにポリ乳酸とオレフィン系エラストマーを混合した合成樹脂や、ショアＡ硬度が２０～９０となるように調整したＴＰＣ等の熱可塑性ポリエステルエラストマー合成樹脂を用いて製造した第１実施形態又は第２実施形態と同様の回転羽根についても、無人飛行機は良好に揚力を得て浮遊し飛行した。

【0056】

なお、上記の合成樹脂は、熱可塑性を有し三次元印刷装置を用いて回転羽を製造しうる材料として例示したものであり、ショアＡ硬度が２０～９０の範囲である限り、回転羽根としての機能の発揮において材料成分による制限を受けることはない。なお、回転羽根のブレード部に金属棒やその他の硬度の大きい材料を組み込んで補強したり、ショアＡ硬度の大きいと組み合わせることにより、回転羽根やそのブレード部の外側の合成樹脂のショアＡ硬度については、２０未満（例えば５～１５）であってもよい。

【0057】

また、本発明に係る回転羽根は、無人飛行機のプロペラに限らず、無人又は有人の飛行機のプロペラやローター、空気を圧送し気流を生み出す送風機の回転羽根、建造物の内部の空気を排出し換気を促す換気扇の回転羽根、機器の熱の放散を促す冷却ファンなど回転する羽根であれば適用できる。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本発明は、各種の機器に設けられる回転する羽根に関するものであり、広く産業上の可能性を有している。

【符号の説明】

【0059】

１０，１００…無人飛行機
１１…機体本体部
１２…スキッド
１３…モーター
１４…アーム
１５…回転軸
１６…撮影装置
２０，２００…プロペラ
２１…差し込み孔
２２，２２０…プロペラのハブ部
２３，２３０…プロペラのブレード部
２４…端部
３０…基準軸
θ１，θ２…傾斜角度（ピッチ角）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】