中空结构体及螺旋桨叶片的制作方法

本发明涉及中空结构体、特别是螺旋桨叶片。

背景技术：

1、中空结构体能够在维持高强度和刚性的同时使结构轻量化，因此被广泛应用于工业领域。特别是螺旋桨叶片由于要求轻量、高刚性，因此适合作为中空结构体的用途。

2、螺旋桨叶片具有翼形状，通过以驱动轴为中心旋转而将空气推向后方，得到推力。由于螺旋桨叶片重量的削减有助于航空器的有效载荷增加以及续航距离的增加，因此使用高强度、高刚性的纤维增强材料作为结构材料。

3、作为螺旋桨叶片的结构，已知有表皮层为纤维增强树脂、芯层为多孔质的泡沫芯的夹层结构，设置中空部并设置用于翼形状的保持的抗剪腹板的结构。

4、现有技术文献

5、专利文献

6、专利文献1：日本特开2011-137386号公报

7、专利文献2：日本特开2017-129091号公报

8、专利文献3：日本专利第6066548号说明书

9、专利文献4：欧洲专利申请公开第3556544号

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、中空结构体能够在维持高强度和刚性的同时使结构轻量化，因此在工业领域中被广泛应用。特别是在将纤维增强材料用作结构材料的情况下，能够在维持高刚性和强度的同时进行结构的轻量化，因而优选。通常，作为制作中空形状的方法，有下述方法：以对开形状制造部件并接合的方法；设置中空部形状的型芯并在其外表面形成结构后取下型芯的方法；设置袋状的内压赋予单元并利用内压将材料按压于模具而成型中空形状的方法。

3、在以对开形状制造部件并将制造出的部件接合的情况下，在接合部容易产生缺陷，在包含纤维增强层的情况下，由于产生纤维的不连续部，因此接合部的强度容易变弱。

4、型芯是为了支承中空结构所需要的，但由于在成型结束后需要取出，因此其配置的自由度不高。

5、在使用型芯来制作具有折弯的长条形状、多个分支的形状、剖面发生变化的形状等复杂的形状的中空部形状的情况下，为了在成型后取出型芯，中空部形状受到限制。另外，虽然也存在在材料成型后使型芯熔融而取出的方法，但型芯取出需要时间、难以完全取出型芯材料，因此生产率、轻量化效果差。另外，在中空形状的情况下，若为了增强而在中空部设置保持部，则有时能够在维持轻量化效果的同时有效地提高强度、刚性，特别是在复杂形状且容易局部地施加力的结构的情况下，具有保持部的优点较大。另一方面，使用型芯来精度良好地成型保持部是困难的，保持部形状也受限于能够使型芯脱模的形状。

6、在使用模具和袋状的内压赋予单元的情况下，在目标成型体为复杂形状的情况下，存在脱模时袋破裂而无法将袋完全取出的可能性，进而难以精度良好地设置保持部。

7、随着翼剖面变大，相对于在表皮层的内层设置泡沫芯等多孔质芯层的螺旋桨叶片而言，设有中空部的螺旋桨叶片的轻量化优点变大。

8、作为设置中空部的螺旋桨叶片的制造方法，已知有如专利文献1那样将螺旋桨叶片分割为负压侧和正压侧，并且用纤维增强材料将各自的表皮层成型后进行接合来制作的方法，但接合部强度弱、耐冲击性差，接合工艺需要较多的时间而生产率差，不仅如此，产生接合的偏差而使得制品品质变差。

9、另外，已知如专利文献2所记载的那样用低熔点的材料制作型芯后，在型芯的周围预成型出纤维基材，在模具内进行成型的方法。在该情况下，在成型中，无法将成型温度提高到型芯的熔融温度以上，成型需要时间。在为了缩短成型时间而使用高熔融温度的型芯的情况下，为了取出型芯而需要高的温度，从而会使生产率降低。

10、此外，在将未熔融的型芯拔出而去除的情况下，需要将中空部的结构设计为型芯能够拔出，成为设计上的制约而在螺旋桨叶片的强度、轻量化方面不利，并且，由于需要拔出工序，因此生产率降低。为了提高中空部的结构的设计性，也有如专利文献3所记载的那样在将纤维增强材料预成型于模具后关闭模具并在内部配置袋，使袋膨胀而施加内压来进行成型的方法，但进行预成型的作业时间变长、生产率变差，不仅如此，在形成抗剪腹板时需要使用2个以上的独立的袋，因此难以进行位置控制，制品品质变差。

11、像这样，在如上所述的现有技术中，难以制作不仅生产率优异、高强度且轻量，而且具有高品质的中空结构的螺旋桨叶片。

12、因此，本发明的目的在于提供不仅生产率优异、高强度且轻量，而且具有高品质的中空结构的螺旋桨叶片。

13、另外，本发明的目的还在于提供不仅生产率优异、高强度且轻量，而且高品质的中空结构体。

14、用于解决课题的手段

15、为解决上述课题，本发明采用如下手段。

16、[1]中空结构体，其为形成外表面的表皮部和从内侧支承该表皮部的保持部被一体化、且在内部具有空间的树脂制的结构体，其中，上述保持部中的至少一者被配置为：从某接合点起设定将包含上述接合点的接合面与相对的接合面间连结的长度最小的线段，在由从上述线段的中点通过并与上述线段正交的面将该结构体切剖而得的剖面(方便起见称为“剖面1”)中，与将外接于该剖面且面积成为最小的长方形的短边的中点连结的直线(方便起见称为“直线1”)平行的直线在3点以上与表皮部及保持部相交。

17、[2]如上述[1]所述的中空结构体，其中，在上述结构体的外表面侧具有经纤维增强的树脂层。

18、[3]螺旋桨叶片，其包含上述[1]或[2]所述的中空结构体，其中，在该螺旋桨叶片的上述至少一者的保持部中，该保持部被配置为：将正压面侧和负压面侧分割的面(方便起见称为“剖面2”)与剖面1平行，并且，位于剖面2上且从翼前端和翼根通过的直线在3点以上与上述表皮部及上述保持部相交并与直线1平行。

19、[4]如上述[3]所述的螺旋桨叶片，其中，上述保持部中的至少一者具有在翼弦方向上屈曲的屈曲部。

20、[5]如上述[3]或[4]所述的中空结构体，其中，上述保持部中的至少一者具有减重部，该减重部以在将螺旋桨叶片分割成正压面侧和负压面侧的垂直剖面中能观察到的方式设置。

21、[6]如上述[3]～[5]中任一项所述的螺旋桨叶片，其中，上述保持部设有2个以上。

22、[7]如上述[3]～[6]中任一项所述的螺旋桨叶片，其具有下述保持部，该保持部在翼长方向上具有小于螺旋桨叶片的翼长的30％的长度、并且在该翼形保持部的翼长方向中心处在翼弦方向上具有小于螺旋桨叶片的翼弦的30％的长度。

23、[8]如上述[3]～[7]中任一项所述的螺旋桨叶片，其中，上述表皮部的厚度为15mm以下0.2mm以上。

24、[9]如上述[3]～[8]中任一项所述的螺旋桨叶片，其中，在将上述经纤维增强的树脂层的厚度设为100％时，上述表皮部的厚度为300％以下。

25、[10]如上述[3]～[9]中任一项所述的螺旋桨叶片，其中，上述表皮部具有网眼结构。

26、[11]如上述[3]～[10]中任一项所述的螺旋桨叶片，其中，在上述第一结构体中，在保持部之中的对翼的厚度方向进行支承的保持部与表皮部的接触部的表皮部外表面侧形成有凹部。

27、[12]如上述[3]～[11]中任一项所述的螺旋桨叶片，其中，上述结构体中的空间的体积相对螺旋桨叶片的体积为30％以上。

28、[13]如上述[3]～[12]中任一项所述的螺旋桨叶片，其中，构成上述结构体的树脂是在90℃以下观察不到玻璃化转变温度的树脂。

29、[14]如上述[3]～[13]中任一项所述的螺旋桨叶片，其中，上述结构体含有填料。

30、[15]如上述[3]～[14]中任一项所述的螺旋桨叶片，其中，作为在上述经纤维增强的树脂层中使用的纤维使用了碳纤维。

31、[16]如上述[3]～[15]中任一项所述的螺旋桨叶片，其中，上述结构体是通过3d打印法制作的。

32、发明效果

33、根据本发明，能够提供不仅生产率优异、高强度且轻量，而且高品质的中空结构体，特别是不仅高强度、轻量而且高品质的螺旋桨叶片。本发明的成型体特别是在应用于uam、无人机这样的使用多个螺旋桨叶片的飞行体的情况下，由于螺旋桨叶片的轻量化，具有续航距离增加、有效载荷增加等效果。