TW202321020A - 槳葉、飛行物及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種進一步提高了襟翼部的比剛性的槳葉。本發明的槳葉具有：壁厚的本體部；以及壁薄的襟翼部，一體地形成於本體部的後端。所述襟翼部具有：表皮材，包含經纖維強化的熱塑性樹脂；以及芯材，填充於所述表皮材的內部且包含熱塑性樹脂的發泡體。

Description

槳葉、飛行物及其製造方法

本發明是有關於一種槳葉、飛行物及其製造方法。

飛機、直升機（helicopter）及無人機（drone）等飛行物中的翼及螺旋槳（propeller）、船等的螺旋槳（screw）、以及風車的葉片（blade）等旋轉器（rotor）（旋轉體）等中使用在空氣或其他流體中旋轉移動等的槳葉。

作為槳葉，自減少槳葉移動時的阻力而容易獲得升力等原因考慮，較佳為使移動方向上的前方的端部壁更厚且在後方的端部配置壁更薄的襟翼部（flap）的形狀。

但是，對於槳葉要求具有能夠耐受移動時的阻力的剛性。而且，同時，出於耗油量降低等目的，對於槳葉亦存在欲進一步輕量化的期望。作為達到該些要求的方法，已知有藉由纖維強化樹脂材料來被覆包含樹脂發泡體的芯材的表面的結構（例如專利文獻1）。專利文獻1中所記載的槳葉中，襟翼部僅由纖維強化樹脂材料所形成，就壁薄且提高容易折斷的襟翼部的剛性的觀點而言，亦認為此種結構有效。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2017-177704號公報

[發明所欲解決之課題]

亦認為具有如專利文獻1中所記載的結構的槳葉兼具由纖維強化樹脂材料所帶來的剛性、及由樹脂發泡體所帶來的輕量性。但是，根據本發明人等的見解，難言專利文獻1中所記載的槳葉的襟翼部的每單位重量的剛性（以下亦稱為「比剛性」）充分。

本發明是鑒於所述現有技術的課題而完成，其目的在於提供一種進一步提高了襟翼部的比剛性的槳葉及其製造方法。 [解決課題之手段]

用於解決所述課題的本發明的一實施方式的槳葉是具有壁厚的本體部、及一體地形成於本體部的後端的壁薄的襟翼部的槳葉。所述襟翼部具有：表皮材，包含經纖維強化的熱塑性樹脂；以及芯材，填充於所述表皮材的內部且包含熱塑性樹脂的發泡體。

用於解決所述課題的本發明的另一實施方式的槳葉的製造方法中，所述槳葉具有：壁厚的本體部；以及壁薄的襟翼部，一體地形成於本體部的後端，所述製造方法具有下述步驟：準備熱塑性樹脂的發泡體、及自上下夾住所述熱塑性樹脂的發泡體的經纖維強化的熱塑性樹脂；以及對所述熱塑性樹脂的發泡體及經纖維強化的熱塑性樹脂進行熱壓，以襟翼部包含含有經纖維強化的熱塑性樹脂的表皮材、及填充於所述表皮材的內部的熱塑性樹脂的發泡體的方式，使所述槳葉成形。 [發明的效果]

根據本發明，提供一種進一步提高了襟翼部的比剛性的槳葉及其製造方法。

[無人機及其槳葉] 圖1是本發明的一實施方式的無人機100的示意立體圖。如圖1所示，無人機100具有軀體部110、多片槳葉200、及足部120，藉由使各個槳葉200旋轉而能夠飛行，且能夠邊飛行邊移動。本實施方式中，無人機100具有均為相同形狀的四片槳葉200。

[槳葉] 圖2A是表示無人機100所具有的槳葉200之一的俯視圖，圖2B是沿著圖2A中的線段A-A將槳葉200切斷時的剖視圖。

如圖2A所示，槳葉200具有成為旋轉軸的中心部210、及自中心軸延伸的一對板狀的葉片部220。一對（兩個）葉片部220均具有相同形狀，且以兩者所成的角度成為180°的方式配置於自中心部210來看的互為相反方向。

而且，如圖2A及圖2B所示，槳葉200具有：壁厚的本體部230，配置於旋轉方向（亦為各個葉片部220移動的方向，因此以下亦稱為「移動方向」）前方；以及壁薄的襟翼部240，配置於旋轉方向（移動方向）後方。襟翼部240較佳為厚度成為本體部230的厚度的1/2以下的部位。

本體部230及襟翼部240均具有：表皮材250，包含經纖維強化的熱塑性樹脂；以及芯材260，填充於表皮材250的內部且包含熱塑性樹脂的發泡體。並且，本體部230及襟翼部240一體地成形。另外，所謂一體地成形，是指藉由一次成形步驟形成具有本體部230及襟翼部240的槳葉200。可藉由於本體部230與襟翼部240之間無接合部位（接縫）來確認為一體成形品。

本體部230的厚度較佳為1 mm以上且20 mm以下，更佳為1.5 mm以上且15 mm以下，進而較佳為2 mm以上且10 mm以下。而且，本體部230的最大寬度（槳葉200的移動方向上的最大寬度）較佳為葉片部220的長度的1/20以上且1/2以下，更佳為1/10以上且1/3以下，進而較佳為1/7以上且1/4以下。另外，如本實施方式的無人機100的具有多個槳葉的飛行物中的葉片部220的長度亦可由最大起飛重量（機體重量與運輸重量的合計）及槳葉使用片數所決定。例如，在起飛重量25 kg、槳葉片數16個（兩片一組、旋轉器8個）的情況下，葉片部220的長度較佳為20 mm以上且40 mm以下。另外，如本實施方式的旋轉的槳葉200中，葉片部220的長度是將連結槳葉的長度方向上的兩端部的線段的長度除以2所得的值。

襟翼部240的厚度較佳為0.3 mm以上且10.0 mm以下，更佳為0.4 mm以上且7 mm以下，進而較佳為0.5 mm以上且5 mm以下。而且，襟翼部240的最大寬度（槳葉200的移動方向上的最大的寬度）較佳為本體部的最大寬度的1/10以上且2倍以下，更佳為1/7以上且1.5倍以下，進而較佳為1/4 mm以上且等倍以下。

另外，如圖2A及圖2B所示，本體部230及襟翼部240的厚度及寬度可根據場所而變化。本說明書中，襟翼部240的厚度以通過葉片部220成為最大厚度的部分的移動前後方向的假想線段上的自後方端部起2 mm的位置為測定位置，本體部230的厚度以葉片部220中的厚度最厚的部分的厚度為測定位置即可。而且，本體部230的最大寬度設為通過最大寬度部的旋轉前後方向的假想線段上的具有超過葉片部220的最大厚度的1/2的厚度的部分的長度，襟翼部240的寬度設為自葉片部220的最大寬度減去本體部的最大寬度所得的長度。

另外，若欲如專利文獻1將經熔融混練的樹脂組成物擠出至模具內而形成芯材260，則通常難以如上所述使樹脂組成物進入至薄的襟翼部的內部。相對於此，如下所述，準備藉由成為表皮材250的材料的經纖維強化的熱塑性樹脂夾住熱塑性樹脂的發泡體的上下所得的三明治形狀的材料，對所述材料自上下進行熱壓，藉此能夠形成芯材260亦充分地進入至襟翼部240的內部的槳葉200。並且，為了充分確保利用熱壓的成形性，表皮材250及芯材260均使用熱塑性樹脂作為樹脂。

一般而言，輕量性與剛性為相反的物性，存在若輕量性提昇則剛性降低的傾向，且存在若剛性提昇則輕量性降低的傾向。例如，如專利文獻1中所記載，若僅由纖維強化樹脂材料形成襟翼部，則襟翼部的剛性提高，但另一方面，因重量相對較大的強化纖維而導致襟翼部的重量亦變大，因此比剛性並未怎麼提高。如此，以往並未研究著眼於兼顧襟翼部240的輕量性與剛性的發明。

相對於此，本實施方式中，在襟翼部240的內部亦配置由熱塑性樹脂的發泡體所形成的芯材260。藉由設為該結構，使得襟翼部240藉由作為發泡體的芯材260而輕量化，另一方面，藉由作為纖維強化樹脂的表皮材250而被賦予剛性。因此，能夠兼顧襟翼部240的輕量性與剛性。

襟翼部240中的表皮材250與芯材260的厚度的比率考慮所述比剛性來設定即可。例如，表皮材250與芯材260的厚度的比率（表皮材/芯材）較佳為1/25以上且2/1以下，更佳為1/20以上且1/1以下，進而較佳為1/10以上且1/2以下。另外，所述比率中，表皮材250的厚度是上下夾住芯材260的兩片表皮材250的厚度的合計。而且，用以算出所述比率的表皮材250及芯材260的厚度設為置於所述襟翼部240的厚度及寬度的測定部位進行測定而得的值。

襟翼部240中的表皮材250的厚度較佳為0.05 mm以上且3 mm以下，更佳為0.1 mm以上且2 mm以下，進而較佳為0.3 mm以上且1 mm以下。本體部230中的表皮材250的厚度並無特別限定，可設為與襟翼部240中的表皮材250的厚度同等。

（表皮材） 表皮材250包含經纖維強化的熱塑性樹脂。所述經纖維強化的熱塑性樹脂中的強化纖維的種類並無特別限定，可使用碳纖維、玻璃纖維、芳香族聚醯胺纖維、氧化鋁纖維、碳化矽纖維、硼纖維、及金屬纖維等。該些纖維中，就密度小、尤其是使襟翼部240輕量化而進一步提高襟翼部240的比剛性的觀點而言，較佳為碳纖維及芳香族聚醯胺纖維，就進一步提高襟翼部240的比剛性的觀點而言，更佳為碳纖維。

強化纖維可為經無規配向或單向配向的長度為15 mm以上的長纖維，亦可為經無規配向或單向配向的長度小於15 mm的短纖維，亦可為該些纖維的組合。就進一步提昇襟翼部240的比剛性的觀點而言，表皮材50較佳為包含經單向配向的強化纖維。此時，長纖維可僅沿單向配向，亦可在表皮材250中形成長纖維的配向方向不同的多個層，亦可織入長纖維。或者，亦可將長纖維進行單向配向而成的塊（block）以每個塊的長纖維的配向方向成為無規的方式配置於表皮材250中。該些纖維中，就提高製造時的賦形性的觀點而言，較佳為在表皮材250中形成長纖維的配向方向相同或不同的多個層，或者織入長纖維。

而且，就充分地提高剛性的提昇效果的觀點而言，強化纖維的平均直徑較佳為1 μm以上且20 μm以下，更佳為4 μm以上且10 μm以下。

所述未改質聚烯烴較佳為來自乙烯的結構單元的含量為50莫耳%以上的乙烯系聚合物、或來自丙烯的結構單元的含量為50莫耳%以上的丙烯系聚合物。所述乙烯系聚合物的示例包括乙烯均聚物、及乙烯與碳原子數3以上且10以下的α-烯烴的共聚物。所述丙烯系聚合物的示例包括丙烯均聚物、及丙烯與乙烯或碳原子數4以上且10以下的α-烯烴的共聚物。所述未改質聚烯烴較佳為均聚聚丙烯、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。

相對於表皮材250的總質量，強化纖維的含量較佳為20質量%以上且80質量%以下，更佳為30質量%以上且75質量%以下，進而較佳為30質量%以上且65質量%以下，尤佳為35質量%以上且60質量%以下。

相對於表皮材250的總體積，強化纖維的含量較佳為10體積%以上且70體積%以下，更佳為15體積%以上且60體積%以下，進而較佳為20體積%以上且60體積%以下。

表皮材250中保持強化纖維的基質樹脂的材料只要為熱塑性樹脂，則並無特別限定，基質樹脂可為結晶性樹脂，亦可為非結晶性樹脂。

熱塑性樹脂的示例包括：包含聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、及聚4-甲基-1-戊烯等的聚烯烴樹脂、聚醯胺樹脂、聚酯樹脂、聚苯甲酸樹脂、熱塑性聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚苯醚樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚縮醛樹脂、丙烯酸系樹脂、聚醚醯亞胺樹脂、聚碸樹脂、聚醚酮樹脂、聚醚醚酮樹脂、聚芳酯樹脂、聚醚腈樹脂、氯乙烯樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（Acrylonitrile Butadiene Styrene，ABS）樹脂、及氟樹脂等。

該些樹脂中，由於即便小石等飛來物碰撞亦不易破損而能夠提高槳葉200的可靠性，故而較佳為聚醯胺樹脂及聚烯烴樹脂，就抑制表皮材250吸收水時的力學特性的降低的觀點而言，更佳為聚烯烴樹脂，進而較佳為聚丙烯樹脂。

基質樹脂亦可為包含添加劑的樹脂組成物。添加劑的示例包括公知的填充材料（無機填充材料、有機填充材料）、顏料、染料、耐候性穩定劑、耐熱穩定劑、抗靜電劑、防滑劑、抗氧化劑、防黴劑、抗菌劑、阻燃劑、及軟化劑等。例如，藉由照射雷射使基質樹脂熔解並接著於母體而形成導熱性部位116時，基質樹脂較佳為含有吸收所照射的波長的雷射的色素的樹脂組成物。所述色素為吸收300 nm以上且3000 nm以下的任何波長的光的色素即可，較佳為碳黑。

如下述製造方法中所說明，本實施方式中，由上下兩片經纖維強化的熱塑性樹脂的片材夾住熱塑性樹脂的發泡體，對所述者進行熱壓而使槳葉200成形。藉由使此時的上下兩片經纖維強化的熱塑性樹脂的片材的各者中所含的熱塑性樹脂組成物的種類互不相同，亦能夠使上下的表皮材250中所含的基質樹脂的種類互不相同。但是，上下的表皮材250中所含的基質樹脂的種類較佳為同種。

而且，基質樹脂亦可包含所述以外的樹脂、或長度較所述碳纖維短的短纖維等其他成分。

相對於表皮材250的總質量，基質樹脂的含量較佳為20質量%以上且80質量%以下，更佳為25質量%以上且70質量%以下，進而較佳為35質量%以上且70質量%以下，尤佳為40質量%以上且65質量%以下。

相對於表皮材250的總體積，基質樹脂的含量較佳為30體積%以上且90體積%以下，更佳為40體積%以上且85體積%以下，進而較佳為40體積%以上且80體積%以下。

（芯材） 芯材260為熱塑性樹脂的發泡體。

構成所述熱塑性樹脂的發泡體的熱塑性樹脂的種類並無特別限定，可使用包含聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、及聚4-甲基-1-戊烯等的聚烯烴樹脂、聚醯胺樹脂、聚酯樹脂、聚苯甲酸樹脂、熱塑性聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚苯醚樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚縮醛樹脂、丙烯酸系樹脂、聚醚醯亞胺樹脂、聚碸樹脂、聚醚酮樹脂、聚醚醚酮樹脂、聚芳酯樹脂、聚醚腈樹脂、氯乙烯樹脂、ABS樹脂、及氟樹脂等。

另外，較佳為作為表皮材250的基質樹脂的熱塑性樹脂與芯材260中構成發泡體的熱塑性樹脂為同種樹脂。本說明書中，所謂同種樹脂，是指樹脂的主鏈上的結構單元（重複單元）彼此的鍵結方式在樹脂間共通。例如，在表皮材250的基質樹脂為聚醯胺樹脂時，較佳為芯材260中構成發泡體的熱塑性樹脂亦為聚醯胺樹脂，在表皮材250的基質樹脂為聚烯烴樹脂時，較佳為芯材260中構成發泡體的熱塑性樹脂亦為聚烯烴樹脂。同種樹脂相互親和性高，兩者容易混入表皮材250與芯材260的界面，藉由所述混入而能夠提高表皮材250與芯材260的接合強度。而且，本說明書中，所謂同種樹脂，是指該些樹脂相對於基質樹脂及構成發泡體的熱塑性樹脂的各者的總質量占50質量%以上。

而且，作為表皮材250的基質樹脂的熱塑性樹脂與芯材260中構成發泡體的熱塑性樹脂較佳為能夠相容。藉此，藉由在熱壓成型時使該些樹脂相容，能夠進一步提高表皮材250與芯材260的接合強度。另外，所謂能夠相容，是指將該些熱塑性樹脂（在上下的表皮材250中所含的基質樹脂互不相同的情況下，為兩種基質樹脂及構成發泡體的熱塑性樹脂這三種）加熱至較所有樹脂熔點高的溫度而進行混合，然後冷卻至25℃時，如形成單相的樹脂的組合。

而且，作為表皮材250的基質樹脂的熱塑性樹脂與芯材260中構成發泡體的熱塑性樹脂較佳為熔點的差為10℃以內。另外，在上下的表皮材250中所含的基質樹脂互不相同的情況下，任一基質樹脂與構成發泡體的熱塑性樹脂的熔點的差為10℃以內即可，較佳為兩基質樹脂與構成發泡體的熱塑性樹脂的熔點的差為10℃以內。在熱壓成型時，較理想為加熱至兩樹脂能夠充分流動而變形的溫度。此時，若兩者的熔點相互接近，則容易使兩者充分流動而混入或相容。而且，亦可藉由根據熔點高的樹脂設定加熱溫度而抑制另一樹脂的劣化或發泡形狀的崩塌等。

發泡體的密度較佳為0.2 g/cc以上且0.6 g/cc以下，更佳為0.25 g/cc以上且0.4 g/cc以下。發泡體中的氣泡可為獨立氣泡，亦可為連通氣泡。該些氣泡中，就強度更高而言，較佳為獨立氣泡。

發泡體的發泡倍率較佳為1.3倍以上且5倍以下，更佳為2倍以上且4倍以下。

[槳葉的製造方法] 槳葉200可藉由下述步驟進行製造：準備熱塑性樹脂的發泡體260a（以下簡稱為「發泡體260a」）、及自上下夾住發泡體260a的兩片經纖維強化的熱塑性樹脂的片材250a的步驟（步驟1）；以及對該些片材進行熱壓而使槳葉成形的步驟（步驟2）。圖3A是表示步驟1的情況的示意圖，圖3B是表示步驟2的情況的示意圖。

（準備步驟（步驟1）） 在步驟1中，發泡體260a及片材250a自上下方向（加壓方向）觀察所得的形狀可設為與自相同方向觀察所得的槳葉200的形狀大致相同或相似形狀。另外，欲在本體部230與襟翼部240之間改變表皮材250的厚度時，亦可分別準備本體部230用的片材250a及襟翼部240用的片材250a。但是，就防止熱壓時的片材的位置偏移的觀點而言，較佳為使用具有綜合本體部230及襟翼部240的形狀的片材250a，在本體部230與襟翼部240之間使表皮材250的厚度相同。

但是，如對步驟2進行說明，在圖3所示的實施方式中，在熱壓時，使發泡體260a朝向自本體部230向襟翼部240的後端的方向在模具內部流動，使所述發泡體260a的一部分自襟翼部240的後端排出至槳葉200的外部（較片材250a更外部）。就減少無用的發泡體260a的量的觀點而言，較佳為藉由該排出所成形的槳葉200自發泡體260a的上下方向所觀察到的形狀小於槳葉200的形狀，尤佳為成為襟翼部240的部位處的發泡體260a在前後方向上的寬度（槳葉200的移動方向上的寬度）小於所形成的襟翼部240的寬度（圖3A中的「X」）。

另外，就抑制在所形成的槳葉200的內部形成未填充發泡體260a的間隙的觀點而言，成為襟翼部240的部位以外的部位（成為本體部230的部位等）中的發泡體260a的形狀及尺寸較佳為與所形成的所述部位的形狀及尺寸相同或為極小的程度。

發泡體260a的厚度為使發泡體260a的體積大於所形成的槳葉200的芯材的體積的程度即可。

另一方面，如對步驟2進行說明，在圖3所示的實施方式中，使片材250a的前方端部252a在槳葉200的前方面回折至發泡體260a的前方，抑制發泡體260a自前方端部排出。因此，成為本體部230的部位處的片材250a的形狀較佳為與回折至所述前方的前方端部252a相應地向本體部230的前方延伸變大的形狀。另外，所述回折的上下兩片片材250a的前方端部252a在熱壓時相互接近而抵接、熔合。因此，片材250a的前方端部252a彼此在本步驟中亦可不接觸。

另外，就抑制因剩餘片材250a所致的槳葉200的尺寸的偏差或在表皮材250產生皺褶等的觀點而言，成為本體部230的部位的前方以外的部位（成為襟翼部240的部位等）中的片材250a的形狀及尺寸較佳為與所形成的所述部位的形狀及尺寸相同。

發泡體260a為作為所述芯材260的材料的熱塑性樹脂的發泡體即可。發泡體的發泡倍率在後續步驟（熱壓）的前後大致得以維持。

片材250a可使用作為所述表皮材250的材料的基質樹脂含浸於作為表皮材250的材料的強化纖維而成的片狀的纖維強化樹脂。就進一步提昇比剛性的觀點而言，片狀的纖維強化樹脂較佳為強化纖維經單向配向的單向性材料。強化纖維的配向及分散狀態在後續步驟（熱壓）的前後得以維持。

片材250a可為單層的片狀物，亦可為多個片狀物的積層體。多個片狀物的強化纖維的配向角度可相同亦可不同。而且，多個片狀物亦可為織入有被裁斷成細長的多個片狀物的織物。該些織物中，就提高賦形性的觀點而言，較佳為織入有多個片狀物的織物。

（使槳葉成形的步驟（步驟2）） 接下來，將所述發泡體260a及夾住所述發泡體260a的上下兩片片材250a配置於模具中（圖3A）。此時，使片材250a的前方端部回折至發泡體260a的前方。

藉由在該狀態下進行熱壓，使發泡體260a軟化而流動，且使上下兩片片材250a相互熔合，從而能夠獲得由經纖維強化的熱塑性樹脂所形成的表皮材250包圍外側，且由熱塑性樹脂的發泡體所形成的芯材260配置於其內部的槳葉200。

此時，在圖3所示的實施方式中，使藉由熱壓而流動的熱塑性樹脂的發泡體的剩餘部分以相較於本體部230的前方端部更易自襟翼部240的後方端部排出的方式流動。例如，如圖3A所示，藉由使片材250a回折至發泡體260a的前方，能夠使發生軟化而流動的發泡體260a不易自前方端部排出至外部。而且，如圖3A所示，藉由使成為襟翼部240的部位處的發泡體260a的寬度小於所形成的襟翼部240的寬度，能夠使發泡體260a容易向襟翼部240的後方端部流動，從而更容易自襟翼部240的後方端部排出。

並且，發生軟化而流動的發泡體260a在薄的襟翼部240中的上下的片材250a之間流動而填充至襟翼部240的後端，過量部分自襟翼部240的後端排出至外部。該排出的發泡體260a形成自襟翼部240的頂端突出的薄的針狀的毛邊270a（圖3B）。該突出的毛邊270a容易切除，因此去毛邊容易。

如此，在圖3所示的實施方式中，在熱壓時，使發泡體260a的更多的剩餘部分自襟翼部240的後端排出。藉此，能夠使發泡體260a的剩餘部分成為容易的薄的針狀的毛邊270a，並容易切除所述毛邊，從而容易使槳葉200的形狀變得平滑，且容易使外觀良好。

相對於此，在圖4所示的實施方式中，發泡體260a的多數的剩餘部分自襟翼部240的前方端部去除時，在熱壓時，自本體部230的前端排出的剩餘的發泡體260a沿著本體部230中的片材250a的表面流動，形成固定於表皮材250的表面的毛邊270b（圖4A及圖4B）。相較於固定於該表面的毛邊270b的去除，如圖3A及圖3B所示的針狀的毛邊270a的去除可更容易地進行（在發泡體260a及片材250a包含同種熱塑性樹脂的情況下，相互容易熔合，因此針狀的毛邊270a的去除變得更容易）。因此，就降低伴隨毛邊270b的去除所產生的製造成本的觀點而言，較佳為圖3所示的實施方式。但是，圖3所示的實施方式中所製造的槳葉200與圖4所示的實施方式中所製造的槳葉200的比剛性大致同等，均可供於實際應用。

槳葉200在空氣及其他流體中移動時，沿著槳葉200的表面的流體的相對移動會對槳葉200的性能造成大影響，因此必須使槳葉200的表面變得平滑而抑制所述預期外的流體的相對移動。例如，若槳葉200的表面的粗澀大而在槳葉200的表面附近產生亂流等，有時包括所述槳葉200的無人機等的飛行變得不穩定。藉由本實施方式的方法而容易使槳葉200的表面變得平滑，藉此亦能夠抑制槳葉的製造成本。

熱壓時的溫度較佳為相對於發泡體260a及經纖維強化的熱塑性樹脂中所含的熱塑性樹脂的熔點（包含該些熔點不同的種類的熱塑性樹脂時，為熔點最高的熱塑性樹脂的熔點）成為-20℃以上且50℃以下的溫度，更佳為成為-10℃以上且30℃以下的溫度，進而較佳為成為0℃以上且20℃以下的溫度。

熱壓時的壓力較佳為0.2 MPa以上且10 MPa以下，更佳為0.3 MPa以上且7 MPa以下，進而較佳為0.5 MPa以上且5 MPa以下。

熱壓的時間在設定溫度下的保持時間較佳為1秒以上且10分鐘以下，更佳為5秒以上且5分鐘以下，進而較佳為10秒以上且1分鐘以下。

熱壓後，較佳為將模具進行急冷。藉由進行急冷，能夠確保與表皮材的接著性，並且能夠防止發泡體的熔融。例如，冷卻速度較佳為0.1℃/分鐘以上且100℃/分鐘以下，更佳為1℃/分鐘以上且50℃/分鐘以下，進而較佳為5℃/分鐘以上且30℃/秒以下。

對於自模具取出的槳葉200，可視需要進行用於***旋轉軸的開孔等後加工。

另外，若欲藉由熱硬化性樹脂形成芯材，則使作為芯材的材料的硬化前的熱硬化性樹脂260b流動至所配置的模具的內部所配置的表皮材250b的內側而逐漸導入（圖5A）。但是，該方法中，硬化前的熱硬化性樹脂260b的黏度低，添加重量變化變得過大及在發泡步驟中需要密封，因此必須預先用表皮材貼合薄的襟翼部240，無法形成具有由表皮材250夾住的樹脂發泡體製的芯材的襟翼部，僅能形成僅包含上下的表皮材250的結構的襟翼部240b（圖5B）。為了形成具有纖維強化樹脂製的表皮材、及填充於所述表皮材的內部的包含發泡體的芯材的襟翼部，必須使所述纖維強化樹脂及發泡體兩者均包含熱塑性樹脂。

[其他實施方式] 另外，所述實施方式表示本發明的一例，本發明並不限定於所述實施方式，在本發明的思想的範圍內，當然亦能夠實現其他多種各實施方式。

例如，所述實施方式中，例示無人機用的旋轉葉片說明了槳葉，但槳葉的種類不限於此，本發明可應用於飛機、空中飛車及船等的螺旋槳、直升機的旋轉翼、飛機的主翼及尾翼等翼、風車等的旋轉翼等用於在流體（氣體或液體）的內部移動而產生規定的力的各種槳葉。該些槳葉中，由於能夠使襟翼部的厚度變薄，且比剛性優異，因此可較佳地用作無人機、直升機、空中飛車等飛行物的旋轉翼。

本發明的另一實施方式中，提供一種具有所述實施方式的槳葉的飛行物。此種飛行物由於能夠使襟翼部的厚度變薄，且比剛性優異，因此能夠提昇能夠起飛的重量。而且，對於飛行物而言，槳葉較佳為旋轉翼。另外，飛行物可為有人亦可為無人。 [實施例]

基於實施例詳細地說明本發明，但本發明並不限定於該些實施例。

1.槳葉的製作 1-1.槳葉1的製作 作為表皮材的材料，準備經單向配向的碳纖維的長纖維中含浸聚丙烯的基質樹脂而成的單向性碳纖維強化樹脂片材（三井化學股份有限公司製造，商品名托法奈克斯（TAFNEX），纖維體積分率（Vf）50%，厚度0.16 mm）。使用湯姆生刀（Thomson knife），將該單向性碳纖維強化樹脂片材沖裁成圖2A所示的形狀，製成表皮材用的經纖維強化的熱塑性樹脂的片材。另外，沖裁所得的形狀的長軸方向（圖2A中的左右方向）的長度為700 mm，短軸方向（圖2A中的上下方向）的最大寬度為60 mm，表面積為250 cm ²。而且，獲得如下兩種片材，即，以經單向配向的碳纖維沿長軸方向配向的方式沖裁而成的片材（以下稱為「片材（橫）」）、及以經單向配向的碳纖維沿短軸方向配向的方式沖裁而成的片材（以下稱為「片材（縱）」）。

作為芯材的材料，準備聚丙烯發泡片材（三井化學東賽璐（Mitsui Chemicals Tohcello）股份有限公司製造，商品名泡桐（Paulownia），密度0.3 g/cc、發泡倍率3倍、厚度5 mm）。使用湯姆生刀（Thomson knife），沖裁該聚丙烯發泡片材，製成芯材用的熱塑性樹脂的發泡體。另外，沖裁所得的形狀是設為相對於圖2A所示的形狀而言使成為襟翼部的部位的寬度短7.6 mm的形狀。表面積為210 cm ²。

準備兩個按照片材（橫）-片材（縱）-片材（橫）的順序重疊三片表皮材用的片材而配置的片材組，用該些兩個片材組自上下夾住芯材用的熱塑性樹脂的發泡體，配置於模具內部。並且，使用50 t加壓加工機在模具溫度175℃、鎖模力10 t、鎖模時間1分鐘的條件下進行熱壓成形，然後將模具急冷至50℃，獲得槳葉1。

1-2.槳葉2的製作 作為表皮材用的經纖維強化的熱塑性樹脂的片材，獲得相對於圖2A所示的形狀而言使本體部230的寬度向前方延伸2 mm寬度所得的形狀的片材（橫)（以下稱為「片材（橫/長）」）。

準備兩個按照片材（橫/長）-片材（縱）-片材（橫）的順序重疊三片表皮材用的片材而配置的片材組，用該些兩個片材組自上下夾住芯材用的熱塑性樹脂的發泡體，配置於模具內部。此時，在上下的片材組的最外側配置片材（橫/長），使片材（橫/長）的前方端部向芯材用的熱塑性樹脂的發泡體的前方回折。但是，所述回折的上下兩片片材（橫/長）的前端在配置於模具中時未接觸。然後，與槳葉1同樣地進行熱壓成型及急冷，獲得槳葉2。

1-3.槳葉3的製作 將經單向配向的碳纖維的長纖維中含浸聚丙烯的基質樹脂而成的單向性碳纖維強化樹脂片材（三井化學股份有限公司製造，商品名托法奈克斯（TAFNEX），纖維體積分率（Vf）50%，厚度0.16 mm）切斷成12.5 mm寬度的細長的帶狀。將該帶以開口率為0.38%、經紗與緯紗的感覺平均成為約0.05 mm～約1 mm的方式進行織製而製成織物。使用湯姆生刀（Thomson knife），將該織物沖裁成片材（橫）的形狀及片材（橫/長）的形狀而獲得片材（以下分別稱為「片材（織）」及「片材（織/長）」）。

準備兩個重疊一片片材（織）與一片片材（織/長）而配置的片材組，用該些兩個片材組自上下夾住芯材用的熱塑性樹脂的發泡體，配置於模具內部。此時，在上下的片材組的最外側配置片材（織/長），使片材（織/長）的前方端部向芯材用的熱塑性樹脂的發泡體的前方回折。但是，所述回折的上下的片材（織/長）的前端在配置於模具中時未接觸。然後，與槳葉1同樣地進行熱壓成型及急冷，獲得槳葉3。

1-4.槳葉4的製作 使用湯姆生刀（Thomson knife），將經單向配向的碳纖維的長纖維中含浸聚丙烯的基質樹脂而成的單向性碳纖維強化樹脂片材（三井化學股份有限公司製造，商品名托法奈克斯（TAFNEX），纖維體積分率（Vf）50%，厚度0.16 mm）沖裁成圖2A所示的槳葉形狀中的襟翼部的形狀及本體部的形狀。此時，獲得如下兩種片材，即，針對襟翼部及本體部的各者，以經單向配向的碳纖維沿長軸方向配向的方式沖裁而成的片材（以下稱為「片材（橫-襟翼）」及「片材（橫-本體）」）、及以經單向配向的碳纖維沿短軸方向配向的方式沖裁而成的片材（以下稱為「片材（縱-襟翼）」及「片材（縱-本體）」）。

針對襟翼部，準備由上下兩片片材（橫-襟翼）夾住七片片材（縱-襟翼）的九片片材積層體，針對本體部，準備將按照片材（橫-本體）-片材（縱-本體）-片材（橫-本體）的順序重疊三片片材的片材組進而重疊九個的合計27片片材積層體。將所述積層體配置於模具內部，與槳葉1同樣地進行熱壓成型及急冷，獲得槳葉4。

2.評價 2-1.襟翼部的比剛性 為了排除因測定位置所致的測定值的偏差，藉由以下的厚度的測定及計算，算出各個槳葉的襟翼部的比剛性。

（厚度測定） 作為樹脂包埋用樹脂，將主劑（司特爾（Struers）公司製造，環氧（Epofix）樹脂。60質量%～90質量%的2,2-雙(4-縮水甘油氧基苯基)丙烷與40質量%～10質量%的脂肪族（C12～C14）縮水甘油基醚的混合物）、與硬化劑（司特爾公司製造，環氧（Epofix）硬化劑。100質量%的三乙四胺）以主劑：硬化劑＝25：3的重量比混合。向直徑40 mm的包埋容器中投入各個槳葉及所述混合樹脂，在常溫下硬化12小時，獲得經樹脂包埋的槳葉。

將經樹脂包埋的各個槳葉切斷而使剖面露出，使用司特爾公司製造的太谷拉敏（Tegramin）-20研磨機，將研磨板依序變更為#500、#1000、#2000，對所露出的剖面進行粗研磨。各研磨條件設為荷重10 N、2分鐘，每次用充分的水洗淨，並去除研磨屑。然後，作為精研磨，將研磨板/金剛石懸浮液變更為MD Largo/DiaPro Allegro-Largo9，以荷重10 N研磨3分鐘後，變更為MD-Dac/DiaPro NAP R1，以荷重10 N研磨10分鐘。

使用顯微鏡VHX-6000（基恩士（KEYENCE）製造），以20倍的倍率觀察槳葉的剖面。測定槳葉的寬度最大的部位且自襟翼部的後方端部起2 mm的位置處的上下的表面材的厚度的平均值及芯材的厚度。

依據ISO178（2010年）實施彎曲試驗而測定試驗材1及試驗片2的彎曲彈性模數，所述試驗材1是以成為與襟翼部的表皮材同樣的結構的方式，重疊所述單向性碳纖維強化樹脂片材，在與槳葉1相同條件下進行熱壓成型而獲得，所述試驗片2是所述聚丙烯發泡片材。試驗片1（表皮材）的彎曲彈性模數為60000 MPa，試驗片2（芯材）的彎曲彈性模數為300 MPa。

基於該些測定值，使用下述式，算出襟翼部的彎曲剛度D。而且，根據襟翼部的形狀及各材料的密度進行計算。而且，將剛性D除以襟翼部的重量，算出比剛性。將結果示於表1。

[數1] D=2D _s+D ₀+D _c

[數2]

[數3]

[數4]

另外，所述各式中，D _s表示表皮材的彎曲剛度，D ₀表示表皮材中所產生的軸力的彎曲剛度，D _c表示芯材的彎曲剛度。E _s是表皮材的彎曲彈性模數（60000Mpa），E _c是芯材的彎曲彈性模數（300Mpa），t _s是表皮材的厚度，t _c是芯材的厚度。但是，槳葉4不具有芯材，因此D _c為0。

將結果示於表1。另外，表1中所記載的數值是以使襟翼部的形狀成為長軸方向的長度為100 mm、短軸方向的最大寬度為2 mm、厚度為0.6 mm的方式近似所得的值。

2-2.前方端部的毛邊 目視各個槳葉的前方端部，判定在表皮材的表面是否附著有毛邊。將結果示於表1。

[表1]

	實施例1	實施例2	實施例3	比較例1
層結構	表皮材	結構	單向長纖維-積層	單向長纖維-積層	單向長纖維-織物	單向長纖維-積層
前方端部的回折	無	有	有	無
芯材	有	有	有	無
結果	厚度[cm]	表皮材	0.014	0.015	0.020	0.060
芯材	0.320	0.300	0.200	-
襟翼部重量[g]	0.094	0.098	0.117	0.156
彎曲剛度[MPa・cm 4]	0.917	0.946	1.040	1.080
比剛性	9.76	9.65	8.89	6.92
前緣部的毛邊	有	無	無	無

根據表1可明顯看出，藉由將襟翼部設為具有包含經纖維強化的熱塑性樹脂的表皮材、及填充於表皮材的內部且包含熱塑性樹脂的發泡體的芯材的結構，使得襟翼部的比剛性提高。

本申請案是主張基於2021年11月15日提出申請的日本申請案編號2021-185621號的優先權的申請案，且將所述申請案的說明書、申請專利範圍及圖式中所記載的內容引用至本申請案中。 [產業上的可利用性]

本發明的槳葉的襟翼部的比剛性高。因此，期待本發明進一步提高各種用途中的槳葉的耐久性，促進槳葉的利用及進一步的開發，從而有助於使用槳葉的各種領域的發展。

100:無人機 110:軀體部 120:足部 200:槳葉 210:中心部 220:葉片部 230:本體部 240、240b:襟翼部 250:表皮材 250a:經纖維強化的熱塑性樹脂的片材 250b:表皮材 252a:前方端部 260:芯材 260a:熱塑性樹脂的發泡體 260b:硬化前的熱硬化性樹脂 270a、270b:毛邊

圖1是本發明的一實施方式的無人機的示意立體圖。 圖2A是表示圖1所示的無人機所具有的槳葉之一的俯視圖，圖2B是沿圖2A中的線段A-A將槳葉切斷時的剖視圖。 圖3A及圖3B是表示圖1所示的無人機所具有的槳葉的製造方法的示意圖。 圖4A及圖4B是表示圖1所示的無人機所具有的槳葉的另一製造方法的示意圖。 圖5A及圖5B是表示藉由熱硬化性樹脂製造槳葉的情況的示意剖視圖。

230:本體部

240:襟翼部

250:表皮材

260:芯材

Claims (10)

1. 一種槳葉，具有：壁厚的本體部；以及壁薄的襟翼部，一體地形成於本體部的後端， 所述襟翼部具有：表皮材，包含經纖維強化的熱塑性樹脂；以及芯材，填充於所述表皮材的內部且包含熱塑性樹脂的發泡體。
2. 如請求項1所述的槳葉，其中 所述襟翼部的厚度為0.3 mm以上且10.0 mm以下。
3. 如請求項1或請求項2所述的槳葉，其中 所述表皮材包含經纖維強化的聚烯烴樹脂， 所述芯材包含聚烯烴樹脂的發泡體。
4. 如請求項1或請求項2所述的槳葉，其中 所述表皮材所包含的所述熱塑性樹脂與所述芯材中構成發泡體的熱塑性樹脂能夠相互相容。
5. 如請求項1或請求項2所述的槳葉，其中 所述表皮材所包含的所述熱塑性樹脂與所述芯材中構成發泡體的熱塑性樹脂的熔點的差為10℃以內。
6. 一種飛行物，具有如請求項1至請求項5中任一項所述的槳葉。
7. 一種槳葉的製造方法，其中 所述槳葉具有：壁厚的本體部；以及壁薄的襟翼部，一體地形成於本體部的後端，所述槳葉的製造方法具有下述步驟： 準備熱塑性樹脂的發泡體、及自上下夾住所述熱塑性樹脂的發泡體的經纖維強化的熱塑性樹脂；以及 對所述熱塑性樹脂的發泡體及經纖維強化的熱塑性樹脂進行熱壓，以襟翼部包含含有經纖維強化的熱塑性樹脂的表皮材、及填充於所述表皮材的內部的熱塑性樹脂的發泡體的方式，使所述槳葉成形。
8. 如請求項7所述的槳葉的製造方法，其中 在所述形成步驟中，使藉由所述熱壓而流動的所述熱塑性樹脂的發泡體的剩餘部分，以相較於所述本體部的前方端部更易自所述襟翼部的後方端部排出的方式流動。
9. 如請求項7或請求項8所述的槳葉的製造方法，其中 在所述準備步驟中，準備將所述襟翼部的前後方向上的寬度縮短的所述經纖維強化的熱塑性樹脂的發泡體。
10. 如請求項7或請求項8所述的槳葉的製造方法，其中 在所述準備步驟中，準備將所述本體部的前方延伸變大的形狀的所述經纖維強化的熱塑性樹脂， 在所述形成步驟中，使經所述延伸的所述經纖維強化的熱塑性樹脂的前方，向所述熱塑性樹脂的發泡體的前方回折後，進行所述熱壓。

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