CN118215619A - 桨叶、飞行物及其制造方法 - Google Patents

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水本和也
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Abstract

本发明提供进一步提高了襟翼部的比刚度的桨叶。本发明的桨叶具有壁厚的主体部、和在主体部的后端一体地形成的壁薄的襟翼部。前述襟翼部具有包含经纤维增强的热塑性树脂的表皮材料、和填充于前述表皮材料的内部的芯材，所述芯材包含热塑性树脂的发泡体。

Description

桨叶、飞行物及其制造方法
技术领域
本发明涉及桨叶、飞行物及其制造方法。
背景技术
在飞机、直升机及无人机等飞行物中的机翼及推进器、船等的螺旋桨、以及风车的叶片等旋转器(旋转体)等中，使用在空气或其他流体中进行旋转移动等的桨叶。
作为桨叶，从减小桨叶移动时的阻力、容易获得升力等原因考虑，认为使移动方向上的前方的端部的壁更厚、并且在后方的端部配置有壁更薄的襟翼部的形状是理想的。
然而，对于桨叶，要求具有能耐受移动时的阻力的刚度。另外，同时，出于降低燃耗等目的，针对桨叶还存在欲进一步轻量化这样的期望。作为达到这些要求的方法，已知有利用纤维增强树脂材料被覆了由树脂发泡体形成的芯材的表面的构成(例如专利文献1)。就专利文献1中记载的桨叶而言，襟翼部是仅由纤维增强树脂材料形成的，从提高壁薄且容易折断的襟翼部的刚度的观点考虑也认为这样的构成是有效的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-177704号公报
发明内容
发明所要解决的课题
还认为具有专利文献1所记载的那样的构成的桨叶兼具由纤维增强树脂材料带来的刚度、和由树脂发泡体带来的轻量性。但是，根据本申请的发明人的见解，不能说专利文献1所记载的桨叶的襟翼部的单位重量的刚度(以下也称为“比刚度”。)充分。
本发明是鉴于上述现有技术的课题而完成的，其目的在于提供进一步提高了襟翼部的比刚度的桨叶及其制造方法。
用于解决课题的手段
用于解决上述课题的本发明的一个实施方式涉及的桨叶是具有壁厚的主体部、和在主体部的后端一体地形成的壁薄的襟翼部的桨叶。前述襟翼部具有包含经纤维增强的热塑性树脂的表皮材料、和填充于前述表皮材料的内部的芯材，所述芯材包含热塑性树脂的发泡体。
用于解决上述课题的本发明的其他实施方式涉及的桨叶的制造方法是具有壁厚的主体部、和在主体部的后端一体地形成的壁薄的襟翼部的桨叶的制造方法，其具有下述工序：准备热塑性树脂的发泡体、和将前述热塑性树脂的发泡体自上下夹住的经纤维增强的热塑性树脂的工序；以及，对前述热塑性树脂的发泡体及经纤维增强的热塑性树脂进行热压，以襟翼部含有包含经纤维增强的热塑性树脂的表皮材料、和填充于前述表皮材料的内部的热塑性树脂的发泡体的方式将前述桨叶成型的工序。
发明效果
根据本发明，可提供进一步提高了襟翼部的比刚度的桨叶及其制造方法。
附图说明
[图1]图1为本发明的一个实施方式涉及的无人机的示意立体图。
[图2]图2A为示出图1所示的无人机所具有的桨叶之一的俯视图，图2B为沿图2A中的线段A-A将桨叶切断时的截面图。
[图3]图3A及图3B为示出图1所示的无人机所具有的桨叶的制造方法的示意图。
[图4]图4A及图4B为示出图1所示的无人机所具有的桨叶的其他制造方法的示意图。
[图5]图5A及图5B为示出利用热固性树脂制造桨叶的情形的示意性的截面图。
具体实施方式
[无人机及其桨叶]
图1为本发明的一个实施方式涉及的无人机100的示意立体图。如图1所示，无人机100具有机身部110、多片桨叶200、和足部120，通过使各个桨叶200旋转，从而能够飞行，并且能够边飞行边移动。在本实施方式中，无人机100具有均为相同形状的4片桨叶200。
[桨叶]
图2A为示出无人机100所具有的桨叶200之一的俯视图，图2B为沿图2A中的线段A-A将桨叶200切断时的截面图。
如图2A所示，桨叶200具有成为旋转轴的中心部210、和从中心轴延伸的一对板状叶片部220。一对(2个)叶片部220均具有相同的形状，从中心部210朝着彼此相反的方向以两者所成的角度为180°的方式配置。
另外，如图2A及图2B所示，桨叶200具有配置于旋转方向(亦为各个叶片部220移动的方向，因此以下也称为“移动方向”。)前方的壁厚的主体部230、和配置于旋转方向(移动方向)后方的壁薄的襟翼部240。襟翼部240优选为其厚度成为主体部230的厚度的1/2以下的部位。
主体部230及襟翼部240均具有包含经纤维增强的热塑性树脂的表皮材料250、和填充于表皮材料250的内部的芯材260，所述芯材260包含热塑性树脂的发泡体。而且，主体部230及襟翼部240一体地成型。需要说明的是，所谓一体地成型，是指通过一次成型工序而形成具有主体部230及襟翼部240的桨叶200。可以根据在主体部230与襟翼部240之间无接合部位(接缝)而确认为一体成型品。
主体部230的厚度优选为1mm以上20mm以下，更优选为1.5mm以上15mm以下，进一步优选为2mm以上10mm以下。另外，主体部230的最大宽度(桨叶200的移动方向上的最大宽度)优选为叶片部220的长度的1/20以上1/2以下，更优选为1/10以上1/3以下，进一步优选为1/7以上1/4以下。需要说明的是，本实施方式的无人机100这样的具有多个桨叶的飞行物中的叶片部220的长度可以根据最大起飞重量(机体重量与运输重量的合计)和桨叶使用片数来确定。例如在起飞重量为25kg、桨叶片数为16个(2片一组，旋转器8个)的情况下，叶片部220的长度优选为20mm以上40mm以下。需要说明的是，本实施方式这样的旋转的桨叶200中，叶片部220的长度是将连接桨叶的长度方向上的两个端部的线段的长度除以2而得到的值。
襟翼部240的厚度优选为0.3mm以上10.0mm以下，更优选为0.4mm以上7mm以下，进一步优选为0.5mm以上5mm以下。另外，襟翼部240的最大宽度(桨叶200的移动方向上的最大宽度)优选为主体部的最大宽度的1/10以上2倍以下，更优选为1/7以上1.5倍以下，进一步优选为1/4以上1倍以下。
需要说明的是，如图2A及图2B所示，主体部230及襟翼部240的厚度及宽度可根据场所而变化。本说明书中，襟翼部240的厚度以从叶片部220成为最大厚度的部分通过的移动前后方向的假想线段上的、自后方端部起2mm的位置作为测定位置，主体部230的厚度以叶片部220中的厚度最厚的部分的厚度作为测定位置即可。另外，主体部230的最大宽度设为从最大宽度部通过的旋转前后方向的假想线段上的、具有超过叶片部220的最大厚度的1/2的厚度的部分的长度，襟翼部240的宽度设为从叶片部220的最大宽度减去主体部的最大宽度而得到的长度。
需要说明的是，想要如专利文献1那样将经熔融混炼的树脂组合物挤出至模具内而形成芯材260时，通常难以如上述那样使树脂组合物进入薄的襟翼部的内部。与此相对，如后述那样，通过准备利用成为表皮材料250的材料的经纤维增强的热塑性树脂夹住热塑性树脂的发泡体的上下而得到的三明治形状的材料，并自上下对其进行热压，从而能够形成芯材260也充分地进入至襟翼部240的内部的桨叶200。而且，为了充分地确保基于热压的成型性，表皮材料250及芯材260均使用热塑性树脂作为树脂。
通常，轻量性与刚度是相反的物性，存在若轻量性提高则刚度降低的倾向，并且存在若刚度提高则轻量性降低的倾向。例如，如专利文献1所记载的那样，仅利用纤维增强树脂材料形成襟翼部时，襟翼部的刚度提高，但另一方面，由于重量较大的增强纤维而使襟翼部的重量也变大，因此比刚度没怎么提高。如上所述，以往并未进行着眼至襟翼部240的轻量性与刚度的兼顾的发明。
与此相对，在本实施方式中，在襟翼部240的内部也配置由热塑性树脂的发泡体形成的芯材260。通过设定为该构成，襟翼部240利用作为发泡体的芯材260而实现轻量化，另一方面，利用作为纤维增强树脂的表皮材料250而赋予刚度。因此，能够兼顾襟翼部240的轻量性和刚度。
襟翼部240中的表皮材料250与芯材260的厚度的比率可考虑上述比刚度来设定。例如，关于表皮材料250与芯材260的厚度的比率，(表皮材料/芯材)优选为1/25以上2/1以下，更优选为1/20以上1/1以下，进一步优选为1/10以上1/2以下。需要说明的是，上述比率中，表皮材料250的厚度是在上下夹持芯材260的2片表皮材料250的厚度的合计。另外，用于算出上述比率的表皮材料250及芯材260的厚度设为置于上述的襟翼部240的厚度及宽度的测定部位进行测定而得到的值。
襟翼部240中的表皮材料250的厚度优选为0.05mm以上3mm以下，更优选为0.1mm以上2mm以下，进一步优选为0.3mm以上1mm以下。主体部230中的表皮材料250的厚度没有特别限定，可与襟翼部240中的表皮材料250的厚度等同。
(表皮材料)
表皮材料250包含经纤维增强的热塑性树脂。上述经纤维增强的热塑性树脂中的增强纤维的种类没有特别限定，可以使用碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维、及金属纤维等。它们之中，从密度小、尤其是将襟翼部240轻量化并进一步提高其比刚度的观点考虑，优选为碳纤维及芳族聚酰胺纤维，从进一步提高襟翼部240的比刚度的观点考虑，更优选为碳纤维。
增强纤维可以是经无规取向或单向取向的、长度为15mm以上的长纤维，也可以是经无规取向或单向取向的、长度小于15mm的短纤维，还可以是它们的组合。从进一步提高襟翼部240的比刚度的观点考虑，表皮材料50优选包含经单向取向的增强纤维。此时，长纤维可以仅沿单向取向，也可以在表皮材料250中形成长纤维的取向方向不同的多个层，还可以织入长纤维。或者，也可以将长纤维经单向取向而成的块以每个块的长纤维的取向方向变得无规的方式配置于表皮材料250中。它们之中，从提高制造时的赋形性的观点考虑，优选为在表皮材料250中形成有长纤维的取向方向相同或不同的多个层，或者织入长纤维。
另外，从充分提升刚度的提高效果的观点考虑，增强纤维的平均直径优选为1μm以上20μm以下，更优选为4μm以上10μm以下。
上述未改性聚烯烃优选为来自乙烯的结构单元的含量为50摩尔％以上的乙烯系聚合物、或来自丙烯的结构单元的含量为50摩尔％以上的丙烯系聚合物。上述乙烯系聚合物的例子包括乙烯均聚物、及乙烯与碳原子数3以上10以下的α-烯烃的共聚物。上述丙烯系聚合物的例子包括丙烯均聚物、及丙烯与乙烯或碳原子数4以上10以下的α-烯烃的共聚物。上述未改性聚烯烃优选为均聚聚丙烯、均聚聚乙烯、乙烯·丙烯共聚物、丙烯·1-丁烯共聚物、或乙烯·丙烯·1-丁烯共聚物。
相对于表皮材料250的总质量而言，增强纤维的含量优选为20质量％以上80质量％以下，更优选为30质量％以上75质量％以下，进一步优选为30质量％以上65质量％以下，特别优选为35质量％以上60质量％以下。
相对于表皮材料250的总体积而言，增强纤维的含量优选为10体积％以上70体积％以下，更优选为15体积％以上60体积％以下，进一步优选为20体积％以上60体积％以下。
在表皮材料250中保持增强纤维的基体树脂的材料只要为热塑性树脂，就没有特别限定，基体树脂可以为结晶性树脂，也可以为非结晶性树脂。
热塑性树脂的例子包括包含聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、及聚4-甲基-1-戊烯等的聚烯烃树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂、聚苯乙烯树脂、热塑性聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚缩醛树脂、丙烯酸系树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚砜树脂、聚醚酮树脂、聚醚醚酮树脂、聚芳酯树脂、聚醚腈树脂、氯乙烯树脂、ABS树脂、以及氟树脂等。
它们之中，由于即使碎石等飞来物碰撞也不易破损、能够提高桨叶200的可靠性，因此优选为聚酰胺树脂及聚烯烃树脂，从抑制表皮材料250吸收了水时的力学特性的降低的观点考虑，更优选为聚烯烃树脂，进一步优选为聚丙烯树脂。
基体树脂也可以为包含添加剂的树脂组合物。添加剂的例子包括已知的填充材料(无机填充材料、有机填充材料)、颜料、染料、耐气候性稳定剂、耐热稳定剂、抗静电剂、防滑剂、抗氧化剂、防霉剂、抗菌剂、阻燃剂、及软化剂等。例如，在通过激光的照射使基体树脂熔融并与母体粘接从而形成导热性部位116时，基体树脂优选为含有吸收所照射的波长的激光的色素的树脂组合物。上述色素为吸收300nm以上3000nm以下的任意波长的光的色素即可，优选为炭黑。
如在后述的制造方法中说明的那样，在本实施方式中，利用上下2片经纤维增强的热塑性树脂的片材将热塑性树脂的发泡体夹住，对其进行热压从而将桨叶200成型。通过使此时的上下2片经纤维增强的热塑性树脂的片材各自中包含的热塑性树脂组合物的种类彼此不同，也能够使上下的表皮材料250中包含的基体树脂的种类彼此不同。但是，上下的表皮材料250中包含的基体树脂的种类优选为同种。
另外，基体树脂也可以包含上述以外的树脂、长度比上述碳纤维短的短纤维等其他成分。
相对于表皮材料250的总质量而言，基体树脂的含量优选为20质量％以上80质量％以下，更优选为25质量％以上70质量％以下，进一步优选为35质量％以上70质量％以下，特别优选为40质量％以上65质量％以下。
相对于表皮材料250的总体积而言，基体树脂的含量优选为30体积％以上90体积％以下，更优选为40体积％以上85体积％以下，进一步优选为40体积％以上80体积％以下。
(芯材)
芯材260为热塑性树脂的发泡体。
构成上述热塑性树脂的发泡体的热塑性树脂的种类没有特别限定，可以使用包含聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、及聚4-甲基-1-戊烯等的聚烯烃树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂、聚苯乙烯树脂、热塑性聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚缩醛树脂、丙烯酸系树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚砜树脂、聚醚酮树脂、聚醚醚酮树脂、聚芳酯树脂、聚醚腈树脂、氯乙烯树脂、ABS树脂、以及氟树脂等。
需要说明的是，作为表皮材料250的基体树脂的热塑性树脂、与在芯材260中构成发泡体的热塑性树脂优选为同种树脂。本说明书中，所谓为同种树脂，是指树脂的主链中的结构单元(重复单元)彼此的键合方式在树脂间共通。例如，在表皮材料250的基体树脂为聚酰胺树脂时，在芯材260中构成发泡体的热塑性树脂也优选为聚酰胺树脂，在表皮材料250的基体树脂为聚烯烃树脂时，在芯材260中构成发泡体的热塑性树脂也优选为聚烯烃树脂。同种树脂彼此的亲和性高，两者容易混入表皮材料250与芯材260的界面中，能够通过上述混入而提高表皮材料250与芯材260的接合强度。另外，本说明书中，所谓为同种树脂，是指这些树脂相对于基体树脂及构成发泡体的热塑性树脂各自的总质量而言占50质量％以上。
另外，优选作为表皮材料250的基体树脂的热塑性树脂、与在芯材260中构成发泡体的热塑性树脂能相容。由此，在热压成型时使这些树脂相容，能够进一步提高表皮材料250与芯材260的接合强度。需要说明的是，所谓能相容，是指在将这些热塑性树脂(在上下的表皮材料250中包含的基体树脂彼此不同的情况下，为两种基体树脂和构成发泡体的热塑性树脂这三种)加热至比全部树脂的熔点高的温度并混合、然后冷却至25℃时形成单相的这样的树脂的组合。
另外，优选作为表皮材料250的基体树脂的热塑性树脂、与在芯材260中构成发泡体的热塑性树脂的熔点之差为10℃以内。需要说明的是，在上下的表皮材料250中包含的基体树脂彼此不同的情况下，任意一者的基体树脂与构成发泡体的热塑性树脂的熔点之差为10℃以内即可，但优选两者的基体树脂与构成发泡体的热塑性树脂的熔点之差为10℃以内。在热压成型时，期望加热至两者的树脂能够充分地流动而变形的温度。此时，若两者的熔点彼此接近，则容易使两者充分地流动而混入或者相容。另外，还能够抑制由于根据熔点高的树脂设定加热温度而导致的另一种树脂的劣化、发泡形状的崩坏等。
发泡体的密度优选为0.2g/cc以上0.6g/cc以下，更优选为0.25g/cc以上0.4g/cc以下。发泡体中的气泡可以为独立气泡，也可以为连通气泡。它们之中，从强度更高的方面考虑，优选为独立气泡。
发泡体的发泡倍率优选为1.3倍以上5倍以下，更优选为2倍以上4倍以下。
[桨叶的制造方法]
桨叶200可以通过下述工序来制造：准备热塑性树脂的发泡体260a(以下，简记为“发泡体260a”。)、和将发泡体260a自上下夹住的2片经纤维增强的热塑性树脂的片材250a的工序(工序1)；以及，对它们进行热压从而将桨叶成型的工序(工序2)。分别地，图3A为示出工序1的情形的示意图，图3B为示出工序2的情形的示意图。
(准备的工序(工序1))
工序1中，发泡体260a及片材250a的沿上下方向(加压的方向)观察到的形状可以设定为与从相同方向观察到的桨叶200的形状大致相同或相似的形状。需要说明的是，欲在主体部230与襟翼部240之间改变表皮材料250的厚度时，也可以分别准备主体部230用的片材250a和襟翼部240用的片材250a。但是，从防止热压时的片材的位置偏移的观点考虑，优选使用具有将主体部230及襟翼部240合并而成的形状的片材250a，并在主体部230与襟翼部240之间使表皮材料250的厚度相同。
但是，如针对工序2说明的那样，在图3所示的实施方式中，在热压时，使发泡体260a沿着从主体部230向襟翼部240的后端的方向在模具内部流动，从襟翼部240的后端将其一部分排出至桨叶200的外部(比片材250a更靠外部)。从减少因该排出而在成型得到的桨叶200中变得无用的发泡体260a的量的观点考虑，发泡体260a的沿上下方向观察到的形状优选比桨叶200的形状小，特别优选成为襟翼部240的部位的发泡体260a在前后方向上的宽度(桨叶200的移动方向上的宽度)比所形成的襟翼部240的宽度小(图3A中的“X”)。
需要说明的是，从抑制在所形成的桨叶200的内部形成未填充发泡体260a的间隙的观点考虑，优选成为襟翼部240的部位以外的部位(成为主体部230的部位等)的发泡体260a的形状及尺寸与所形成的该部位的形状及尺寸相同，或者为略小的程度。
发泡体260a的厚度为使发泡体260a的体积大于所形成的桨叶200的芯材的体积的程度即可。
另一方面，如针对工序2说明的那样，在图3所示的实施方式中，使片材250a的前方端部252a在桨叶200的前方表面向发泡体260a的前方回折，抑制发泡体260a从前方端部的排出。因此，成为主体部230的部位的片材250a的形状优选为与向上述前方回折的前方端部252a相应地向主体部230的前方延伸增大了的形状。需要说明的是，上述回折了的上下2片片材250a的前方端部252a在热压时彼此接近而抵接，从而熔接。因此，片材250a的前方端部252a彼此在本工序中也可以不接触。
需要说明的是，从抑制由变得多余的片材250a导致的桨叶200的尺寸的偏差、在表皮材料250上的褶皱的产生等的观点考虑，成为主体部230的部位的前方以外的部位(成为襟翼部240的部位等)的片材250a的形状及尺寸优选与所形成的该部位的形状及尺寸相同。
发泡体260a为作为上述芯材260的材料的热塑性树脂的发泡体即可。发泡体的发泡倍率在后续的工序(热压)的前后大致得以维持。
片材250a可以使用作为上述表皮材料250的材料的基体树脂含浸于作为表皮材料250的材料的增强纤维中而成的片状的纤维增强树脂。从进一步提高比刚度的观点考虑，片状的纤维增强树脂优选为增强纤维经单向取向的单向性材料。增强纤维的取向及分散状态在后续的工序(热压)的前后得以维持。
片材250a可以为单层的片状物，也可以为多个片状物的层叠体。多个片状物的增强纤维的取向角度可以相同，也可以不同。另外，多个片状物也可以为织入有被细长地裁切而得的多个片状物的织物。它们之中，从提高赋形性的观点考虑，优选为织入有多个片状物的织物。
(将桨叶成型的工序(工序2))
接下来，在模具中配置上述发泡体260a、和将其夹住的上下2片片材250a(图3A)。此时，使片材250a的前方端部向发泡体260a的前方回折。
通过在该状态下进行热压，从而发泡体260a软化并流动，并且上下2片片材250a彼此熔接，能够得到由经纤维增强的热塑性树脂形成的表皮材料250包围外侧、并且由热塑性树脂的发泡体形成的芯材260配置于其内部的桨叶200。
此时，在图3所示的实施方式中，使因热压而流动的热塑性树脂的发泡体的多余部分以相较于主体部230的前方端部而言更容易从襟翼部240的后方端部排出的方式流动。例如，如图3A所示，通过使片材250a向发泡体260a的前方回折，能够使发生软化而流动的发泡体260a不易从前方端部排出至外部。另外，如图3A所示，通过使成为襟翼部240的部位的发泡体260a的宽度比所形成的襟翼部240的宽度小，能够使发泡体260a容易向襟翼部240的后方端部流动，从而更容易从襟翼部240的后方端部排出。
而且，发生软化而流动的发泡体260a在薄的襟翼部240中的上下的片材250a之间流动从而填充至襟翼部240的后端，过量部分从襟翼部240的后端排出至外部。该排出的发泡体260a形成向襟翼部240的前端突出的、薄的针状毛边270a(图3B)。该突出的毛边270a容易切除，因此容易去毛边。
如上所述，在图3所示的实施方式中，在热压时，使发泡体260a的更多的多余部分从襟翼部240的后端排出。由此，能够使发泡体260a的多余部分成为容易的薄的针状毛边270a，容易将其切除，从而容易使桨叶200的形状平滑化，并且容易使外观良好。
与此相对，在图4所示的实施方式中，在发泡体260a的多余部分的大多数从襟翼部240的前方端部除去时，在热压时，从主体部230的前端排出的多余的发泡体260a沿着主体部230中的片材250a的表面流动，形成固定于表皮材料250的表面的毛边270b(图4A及图4B)。相较于固定于该表面的毛边270b的除去而言，图3A及图3B所示那样的针状的毛边270a的除去能够更容易地进行(在发泡体260a和片材250a包含同种热塑性树脂的情况下，彼此容易熔接，因此针状的毛边270a的除去变得更容易。)。因此，从降低伴随毛边270b的除去而产生的制造成本的观点考虑，优选为图3所示的实施方式。但是，图3所示的实施方式中制造的桨叶200与图4所示的实施方式中制造的桨叶200的比刚度大致等同，均可供于实用。
桨叶200在空气及其他流体中移动时，沿着桨叶200的表面的流体的相对移动对桨叶200的性能造成较大影响，因此需要使桨叶200的表面平滑化从而抑制上述预期外的流体的相对移动。例如，若桨叶200的表面的粗糙度大而在桨叶200的表面附近产生紊流等，则有时具备该桨叶200的无人机等的飞行变得不稳定。由于利用本实施方式的方法使桨叶200的表面的平滑化变得容易，因此还能够抑制桨叶的制造成本。
热压时的温度优选为与发泡体260a及经纤维增强的热塑性树脂中包含的热塑性树脂的熔点(在它们包含不同种类的热塑性树脂时，为熔点最高的热塑性树脂的熔点)相差-20℃以上50℃以下的温度，更优选为相差-10℃以上30℃以下的温度，进一步优选为相差0℃以上20℃以下的温度。
热压时的压力优选为0.2MPa以上10MPa以下，更优选为0.3MPa以上7MPa以下，进一步优选为0.5MPa以上5MPa以下。
关于热压的时间，在设定温度下的保持时间优选为1秒以上10分钟以下，更优选为5秒以上5分钟以下，进一步优选为10秒以上1分钟以下。
热压后，优选对模具进行骤冷。通过进行骤冷，能够确保与表皮材料的粘接性，并且防止发泡体的熔融。例如，冷却速度优选为0.1℃/分钟以上100℃/分钟以下，更优选为1℃/分钟以上50℃/分钟以下，进一步优选为5℃/分钟以上30℃/秒以下。
对于从模具取出的桨叶200，可以根据需要进行用于***旋转轴的打孔等后加工。
需要说明的是，若欲利用热固性树脂形成芯材，则使作为芯材的材料的固化前的热固性树脂260b流动至配置于所配置的模具内部的表皮材料250b的内侧而逐渐导入(图5A)。但是，该方法中，由于固化前的热固性树脂260b的粘度低，装料重量变化变得过大，以及在发泡工序中需要密封，因此需要预先利用表皮材料贴合薄的襟翼部240，无法形成具有被表皮材料250夹持的树脂发泡体制的芯材的襟翼部，只能形成仅包含上下的表皮材料250的构成的襟翼部240b(图5B)。为了形成具有纤维增强树脂制的表皮材料、和填充于上述表皮材料的内部并且包含发泡体的芯材的襟翼部，需要使上述纤维增强树脂及发泡体均包含热塑性树脂。
[其他实施方式]
需要说明的是，上述的实施方式示出本发明的一例，本发明并不限定于上述的实施方式，自不必说，在本发明的主旨的范围内还能实现其他多种多样的各实施方式。
例如，在上述实施方式中，例示无人机用的旋转叶片而对桨叶进行了说明，但桨叶的种类不限于此，本发明可应用于飞机、空中飞车及船等的推进器、直升机的旋翼、飞机的主翼及尾翼等翼、风车等的旋翼等用于在流体(气体或液体)的内部移动而产生规定的力的各种桨叶。它们之中，由于能将襟翼部薄壁化、并且比刚度优异，因此可以优选用作无人机、直升机、空中飞车等飞行物的旋翼。
在本发明的另一个实施方式中，可提供具有上述的实施方式涉及的桨叶的飞行物。这样的飞行物由于能将襟翼部薄壁化，并且比刚度优异，因此能提高可起飞的重量。另外，对于飞行物而言，桨叶优选为旋翼。需要说明的是，飞行物无论是载人或是无人均可。
实施例
基于实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不限定于这些实施例。
1.桨叶的制作
1-1.桨叶1的制作
作为表皮材料的材料，准备在经单向取向的碳纤维的长纤维中含浸聚丙烯的基体树脂而成的单向性碳纤维增强树脂片材(三井化学株式会社制，商品名为TAFNEX，纤维体积分率(Vf)为50％，厚度为0.16mm)。使用汤姆逊刀(Thomson blade)，将该单向性碳纤维增强树脂片材冲裁成图2A所示的形状，制成表皮材料用的经纤维增强的热塑性树脂的片材。需要说明的是，冲裁而成的形状的长轴方向(图2A中的左右方向)的长度为700mm，短轴方向(图2A中的上下方向)的最大宽度为60mm，表面积为250cm2。另外，得到以经单向取向的碳纤维沿长轴方向取向的方式冲裁而成的片材(以下记为“片材(横)”。)、和以经单向取向的碳纤维沿短轴方向取向的方式冲裁而成的片材(以下记为“片材(纵)”。)这2种片材。
作为芯材的材料，准备聚丙烯发泡片材(Mitsui Chemicals Toh cello,Inc.制，商品名为PAULOWNIA，密度为0.3g/cc，发泡倍率为3倍，厚度为5mm)。使用汤姆逊刀，对该聚丙烯发泡片材进行冲裁，制成芯材用的热塑性树脂的发泡体。需要说明的是，冲裁而成的形状是相对于图2A所示的形状而言使成为襟翼部的部位的宽度缩短了7.6mm的形状。表面积为210cm2。
准备2个按片材(横)-片材(纵)-片材(横)的顺序将3片表皮材料用的片材重叠配置而成的片材组，利用这2个片材组将芯材用的热塑性树脂的发泡体自上下夹住，配置于模具内部。然后，使用50t冲压加工机，在模具温度为175℃、合模力为10t、合模时间为1分钟的条件下进行热压成型，然后对模具进行骤冷直至变为50℃，得到桨叶1。
1-2.桨叶2的制作
作为表皮材料用的经纤维增强的热塑性树脂的片材，得到相对于图2A所示的形状而言将主体部230的宽度向前方延伸2mm宽度而成的形状的片材(横)(以下记为“片材(横/长)”。)。
准备2个按片材(横/长)-片材(纵)-片材(横)的顺序将3片表皮材料用的片材重叠配置而成的片材组，利用这2个片材组将芯材用的热塑性树脂的发泡体自上下夹住，配置于模具内部。此时，在上下的片材组的最外侧配置片材(横/长)，使片材(横/长)的前方端部向芯材用的热塑性树脂的发泡体的前方回折。但是，上述回折的上下2片片材(横/长)的前端在配置于模具中时未接触。然后，与桨叶1同样地进行热压成型及骤冷，得到桨叶2。
1-3.桨叶3的制作
将在经单向取向的碳纤维的长纤维中含浸聚丙烯的基体树脂而成的单向性碳纤维增强树脂片材(三井化学株式会社制，商品名为TAFNEX，纤维体积分率(Vf)为50％，厚度为0.16mm)切成12.5mm宽的细长带状。将该带以开口率为0.38％、并且经纱与纬纱的间隔平均为约0.05mm～约1mm的方式织造而制成织物。使用汤姆逊刀，得到将该织物以片材(横)的形状及片材(横/长)的形状冲裁而成的片材(以下，分别记为“片材(织)”及“片材(织/长)”。)。
准备2个将1片片材(织)与1片片材(织/长)重叠配置而成的片材组，利用这2个片材组将芯材用的热塑性树脂的发泡体自上下夹住，配置于模具内部。此时，在上下的片材组的最外侧配置片材(织/长)，使片材(织/长)的前方端部向芯材用的热塑性树脂的发泡体的前方回折。但是，上述回折的上下的片材(织/长)的前端在配置于模具中时未接触。然后，与桨叶1同样地进行热压成型及骤冷，得到桨叶3。
1-4.桨叶4的制作
使用汤姆逊刀，将在经单向取向的碳纤维的长纤维中含浸聚丙烯的基体树脂而成的单向性碳纤维增强树脂片材(三井化学株式会社制，商品名为TAFNEX，纤维体积分率(Vf)为50％，厚度为0.16mm)冲裁成图2A所示的桨叶形状中的襟翼部的形状及主体部的形状。此时，对于襟翼部及主体部，分别得到以经单向取向的碳纤维沿长轴方向取向的方式冲裁而成的片材(以下记为“片材(横·襟翼)”及“片材(横·主体)”。)、和以经单向取向的碳纤维沿短轴方向取向的方式冲裁而成的片材(以下记为“片材(纵·襟翼)”及“片材(纵·主体)”。)这2种片材。
对于襟翼部，准备利用上下2片片材(横·襟翼)将7片片材(纵·襟翼)夹住而成的9片片材层叠体，对于主体部，准备按片材(横·主体)-片材(纵·主体)-片材(横·主体)的顺序将3片片材重叠并将所得片材组进一步重叠9个而成的合计27片片材层叠体。将其配置于模具内部，与桨叶1同样地进行热压成型及骤冷，得到桨叶4。
2.评价
2-1.襟翼部的比刚度
为了排除由测定位置导致的测定值的偏差，通过以下的厚度的测定及计算，算出各个桨叶的襟翼部的比刚度。
(厚度测定)
作为树脂包埋用树脂，将主剂(Struers公司制，Epofix树脂。60～90质量％的2,2-双(4-缩水甘油基氧基苯基)丙烷、与40～10质量％的脂肪族(C12～14)缩水甘油基醚的混合物)、与固化剂(Struer s公司制，Epofix固化剂。100质量％的三亚乙基四胺)按主剂：固化剂＝25：3的重量比混合。向直径为40mm的包埋容器中投入各个桨叶和上述混合树脂，在常温下进行12小时固化，得到经树脂包埋的桨叶。
将经树脂包埋的各个桨叶切断而使截面露出，使用Struers公司制、TEGRAMIN-20研磨机，按#500、#1000、#2000的顺序变更研磨板，对所露出的截面进行粗研磨。各研磨条件设定为负荷10N、2分钟，每次利用充分的水洗涤，除去研磨屑。然后，作为精研磨，将研磨板/金刚石悬浮液变更为MD Largo/Diapro Allegro-Largo9，以10N的负荷研磨3分钟后，变更为MD-Dac/Diapro NAP R1，以10N的负荷研磨10分钟。
使用显微镜VHX-6000(KEYENCE制)，以20倍的倍率对桨叶的截面进行观察。测定了作为桨叶的宽度最大的部位、并且从襟翼部的后方端部起2mm的位置的、上下的表面材料的厚度的平均值及芯材的厚度。
依照ISO178(2010年)实施弯曲试验，测定了以成为与襟翼部的表皮材料同样的构成的方式将上述单向性碳纤维增强树脂片材重叠并在与桨叶1相同的条件下进行热压成型而得到的试验材料1、和作为上述聚丙烯发泡片材的试验片2的弯曲弹性模量。试验片1(表皮材料)的弯曲弹性模量为60000MPa，试验片2(芯材)的弯曲弹性模量为300MPa。
基于这些测定值，使用下述式算出襟翼部的弯曲刚度D。另外，根据襟翼部的形状及各材料的密度进行计算。另外，将刚度D除以襟翼部的重量，算出比刚度。将结果示于表1。
[数学式1]
D＝2Ds+D0+Dc
[数学式2]
/>
[数学式3]
[数学式4]
需要说明的是，上述各式中，分别地，Ds表示表皮材料的弯曲刚度，D0表示在表皮材料中产生的轴力的弯曲刚度，Dc表示芯材的弯曲刚度。Es为表皮材料的弯曲弹性模量(60000Mpa)，Ec为芯材的弯曲弹性模量(300Mpa)，ts为表皮材料的厚度，tc为芯材的厚度。但是，桨叶4不具有芯材，因此Dc为0。
将结果示于表1。需要说明的是，表1中记载的数值是将襟翼部的形状以长轴方向的长度成为100mm、短轴方向的最大宽度成为2mm、厚度成为0.6mm的方式近似而得到的值。
2-2.前方端部的毛边
对各个桨叶的前方端部进行目视，判定在表皮材料的表面是否附着有毛边。将结果示于表1。
[表1]
由表1明显可知，通过将襟翼部制成具有包含经纤维增强的热塑性树脂的表皮材料、和填充于表皮材料的内部并且包含热塑性树脂的发泡体的芯材的构成，从而襟翼部的比刚度提高。
本申请为主张基于2021年11月15日提出申请的日本申请号2021-185621号的优先权的申请，该申请的说明书、权利要求书及附图中记载的内容援引至本申请中。
产业上的可利用性
本发明涉及的桨叶的襟翼部的比刚度高。因此，期待本发明进一步提高各种用途中的桨叶的耐久性，促进桨叶的利用及进一步的开发，有助于使用桨叶的各种领域的发展。
附图标记说明
100 无人机
110 机身部
120 足部
200 桨叶
210 中心部
220 叶片部
230 主体部
240 襟翼部
240b 襟翼部
250 表皮材料
250a经纤维增强的热塑性树脂的片材
252a 前方端部
250b 表皮材料
260 芯材
260a 热塑性树脂的发泡体
260b 固化前的热固性树脂

Claims (10)

1.桨叶，其具有壁厚的主体部、和在主体部的后端一体地形成的壁薄的襟翼部，
所述襟翼部具有包含经纤维增强的热塑性树脂的表皮材料、和填充于所述表皮材料的内部的芯材，所述芯材包含热塑性树脂的发泡体。
2.如权利要求1所述的桨叶，其中，所述襟翼部的厚度为0.3mm以上10.0mm以下。
3.如权利要求1或2所述的桨叶，其中，所述表皮材料包含经纤维增强的聚烯烃树脂，
所述芯材包含聚烯烃树脂的发泡体。
4.如权利要求1～3中任一项所述的桨叶，其中，所述表皮材料所包含的所述热塑性树脂、与在所述芯材中构成发泡体的热塑性树脂能彼此相容。
5.如权利要求1～4中任一项所述的桨叶，其中，所述表皮材料所包含的所述热塑性树脂、与在所述芯材中构成发泡体的热塑性树脂的熔点之差为10℃以内。
6.飞行物，其具有权利要求1～5中任一项所述的桨叶。
7.桨叶的制造方法，所述桨叶具有壁厚的主体部、和在主体部的后端一体地形成的壁薄的襟翼部，所述制造方法具有下述工序：
准备热塑性树脂的发泡体、和将所述热塑性树脂的发泡体自上下夹住的经纤维增强的热塑性树脂的工序；以及
对所述热塑性树脂的发泡体及经纤维增强的热塑性树脂进行热压，以襟翼部含有包含经纤维增强的热塑性树脂的表皮材料、和填充于所述表皮材料的内部的热塑性树脂的发泡体的方式将所述桨叶成型的工序。
8.如权利要求7所述的桨叶的制造方法，其中，在所述成型的工序中，使因所述热压而流动的所述热塑性树脂的发泡体的多余部分以相较于所述主体部的前方端部而言更容易从所述襟翼部的后方端部排出的方式流动。
9.如权利要求7或8所述的桨叶的制造方法，其中，在所述准备的工序中，准备将所述襟翼部的前后方向上的宽度缩短了的所述经纤维增强的热塑性树脂的发泡体。
10.如权利要求7～9中任一项所述的桨叶的制造方法，其中，在所述准备的工序中，准备将所述主体部的前方延伸增大了的形状的所述经纤维增强的热塑性树脂，
在所述成型的工序中，使经所述延伸的所述经纤维增强的热塑性树脂的前方向所述热塑性树脂的发泡体的前方回折之后，进行所述热压。
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