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公開番号2025095566
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-26
出願番号2023211653
出願日2023-12-15
発明の名称プロペラブレード、および、その製造方法
出願人東レ株式会社
代理人
主分類B29C 70/42 20060101AFI20250619BHJP(プラスチックの加工;可塑状態の物質の加工一般)
要約【課題】
生産性の向上、賦形性の向上、プロペラブレードの力学特性において有利なプロペラブレード、および、その製造方法を提供すること。
【解決手段】
複数層の繊維強化複合材料層が積層され、プロペラ形状に賦形されて、プロペラブレードの外形をなす部材を含むプロペラブレードであって、該複数層の繊維強化複合材料層には2以上の層を貫通する切込みが施されており、前記の切込みの積層方向の長さが前記複数層の繊維強化複合材料層の厚みを100%としたとき、40%以下の積層方向長さであるプロペラブレードとする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数層の繊維強化複合材料層が積層され、プロペラ形状に賦形されて、プロペラブレードの外形をなす部材を含むプロペラブレードであって、該複数層の繊維強化複合材料層には２以上の層を貫通する切込みが施されており、前記の切込みの積層方向の長さが前記複数層の繊維強化複合材料層の厚みを１００％としたとき、４０％以下の積層方向長さであるプロペラブレード。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記複数層の繊維強化複合材料層に施された切込みは、翼長方向に対して４５°以下の角度をなしている請求項１に記載のプロペラブレード。
【請求項３】
前記複数層の繊維強化複合材料層に施された切込みは少なくとも２か所において施されており、該２つの切込みで挟まれた領域には繊維長が５～１００ｍｍとなる繊維が存在する請求項１または２に記載のプロペラブレード。
【請求項４】
前記のプロペラブレードは、翼根本から翼長の３０％までの領域における翼周の最大値と最小値との比が１．２以上であり、かつ、該領域に切込みが設けられている請求項１または２に記載のプロペラブレード。
【請求項５】
前記切込みが、前記複数層の繊維強化複合材料層の最外層には施されていない請求項１または２に記載のプロペラブレード。
【請求項６】
２枚以上のシート状プリプレグを準備し、該シート状のプリプレグを積層して積層プリプレグを得る工程（工程１）、工程１を２回以上実施し、複数の積層プリプレグを得るとともに、そのうち、少なくとも１枚の積層プリプレグの一方の表面の側から厚み方向に向かって複数層に亘る切込みを加える工程（工程２）、切込みが施された積層プリプレグにあっては切込み位置が重ならないように前記の複数の積層プリプレグを積層し、その後、プロペラ形状に賦形した後、加熱・硬化を行う工程（工程３Ａ）を有するプロペラブレードの製造方法。
【請求項７】
２枚以上のシート状プリプレグを準備し、該シート状のプリプレグを積層して積層プリプレグを得る工程（工程１）、工程１を２回以上実施し、複数の積層プリプレグを得るとともに、そのうち、少なくとも１枚の積層プリプレグの一方の表面の側から厚み方向に向かって複数層に亘る切込みを加える工程（工程２）、切込みが施された積層プリプレグにあっては切込み位置が重ならないよう、積層プリプレグをプロペラ形状に賦形・積層した後、加熱・硬化を行う工程（工程３Ｂ）を有するプロペラブレードの製造方法。
【請求項８】
工程３Ａまたは工程３Ｂにおいて、プロペラ形状への賦形前に該複数の積層プリプレグあるいは積層プリプレグの積層体を予熱する請求項６または７に記載のプロペラブレードの製造方法。
【請求項９】
工程３Ａまたは工程３Ｂにおいて、プロペラ形状に賦形する工程は、プロペラブレードスキンの外表面の形状を与える型と内表面の形状を与える型との間に積層プリプレグを設置し、前記２つの型で積層プリプレグを挟み圧接してプロペラ形状に賦形する工程であり、かつ、前記２つの型で積層プリプレグを圧接する前に、プロペラブレードスキンの内表面の形状を与える型にのみ積層プリプレグの一部を接触せしめた状態とし、その後に圧接を行うことを特徴とする請求項６または７に記載のプロペラブレードの製造方法。
【請求項１０】
前記工程２において、切込みが施された積層プリプレグの全部または一部は、切り込みが表面から裏面に貫通したものである請求項６または７に記載のプロペラブレードの製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロペラブレード、および、その製造方法に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
プロペラブレードは、翼形状を有し、駆動軸を中心に回転することで空気を後方へ押しやり推力を得る。効率良く空気を後方へ押しやるため、プロペラブレードでは根元から翼端に向かって迎え角や翼弦方向長さが変化する複雑な形状となっている。
【０００３】
プロペラブレード重量の削減は航空機のペイロード増加及び航続距離の増加に寄与するため、高強度で高剛性な繊維強化材料が構造材として使用されるが、プロペラブレードは前述の通り複雑な形状を有するため、その成形における難易度は高く、ハイビルトレートでの生産は困難である。
【０００４】
一方で近年ではUrban Air Mobility(ＵＡＭ)や、ドローン等多数のプロペラブレードを有する機体が盛んに開発されており、今後プロペラブレードを従来以上にハイビルトレートで生産する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１７－１４３６７号公報
特開２０２２－４７３１２号公報
特許第４７７９７５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年開発されているＵＡＭやドローンでは多数のプロペラブレードを備えた機体が開発されている。これらの機体では航続距離、時間増加のため、軽量化ニーズが高く、一機体当たりの搭載数が多いプロペラブレードについて、特に軽量化ニーズが高い。この軽量化ニーズに応えるため、プロペラブレードには高比強度・高比剛性である繊維強化複合材料が適用されている。
【０００７】
繊維強化複合材料製のプロペラブレードを製造する場合、あらかじめ強化繊維基材に樹脂を含浸させたプリプレグを用いると、成形時の繊維撚れを抑制でき、また成形品の重量ばらつきも抑えられ高い品質のプロペラブレードを作製することができる。
【０００８】
プリプレグを用いたプロペラブレードの成形工程は、基材の切り出し、賦形、加熱加圧硬化の順に実施される。これらの工程の中で、特にプリプレグをプロペラ形状に変形する工程、すなわち賦形工程、がプロペラブレード成形の上で難易度が高く生産レートのボトルネックとなりやすい工程となっている。すなわち、プロペラブレード翼弦方向長さ、迎え角、翼形の曲面形状が翼長方向に連続的に変化する成形品に対し、連続繊維からなるプリプレグを皺なく配置するため極めて難易度が高くなっている。プロペラブレードのサイズは大きくとも数ｍ程度であるため、多くの場合手作業で賦形を実施することとなり、作業時間がかかり、手作業による作業のばらつきが生じる。
【０００９】
賦形の自動化の方法として、ホットフォーミングによる賦形方法があげられる。ホットフォーミングではプリプレグ積層体温度を所望の温度まで昇温し、樹脂粘度を下げることにより積層体の硬さを制御し賦形性を向上する手法である。
【００１０】
ホットフォーミングを実施することである程度の形状まではプリプレグ積層体を賦形することは可能であるが、プロペラブレードのように翼弦方向長さ、迎え角、翼形の曲面形状が翼長方向に連続的に変化する成形品に対しては、連続繊維が突っ張るため、プリプレグを皺なく配置することは極めて困難である。
（【００１１】以降は省略されています）

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