JP5698406B1 - ブレードの取り付け構造及び無人ヘリコプタ - Google Patents

Abstract

【課題】無人ヘリコプタの機体を分解することなく、荷台からはみ出させずに軽トラックに積載したり、倉庫内の狭小なスペースに設置して保管したりすることができるブレード取り付け構造を提供する。
【解決手段】ブレード５の根元部が挿入されたブレードホルダー６の上下のグリップ間に固定ボルトを挿通してブレード５の根元部をグリップ間に保持し、且つ固定ボルトを支軸としてブレード５を回転自在にブレードホルダー６に取り付ける。ブレードホルダー６の上下のグリップ間にロックピン１６を進退自在に、且つ進出移動したロックピン１６がブレード５の穴部７ａに挿入可能に設置し、挿入位置でブレード５を上下のグリップ間に固定し、ロックピン１６を後退させる操作でロックピン１６を穴部７ａから外してブレード５の固定を解除し、固定ボルトを支点としてブレード５を回転させて折り畳む。
【選択図】図５

Description

本発明は、無線装置による遠隔操作により或いは自律制御により飛行する産業用やホビー用の無人ヘリコプタのブレードの取り付け構造に関する。

農薬散布などの農業分野や、空中撮影による地形の測量、環境観測などの学術調査、防災業務などに産業用の無人ヘリコプタが利用されている。
かかる無人ヘリコプタは、使用の際にワンボックスカーや軽トラックに載せて使用目的地まで運搬され、軽トラックの荷台に載せて運搬するにあたっては、無人ヘリコプタを簡単な操作で固定して積み降ろし作業ができるように、無人ヘリコプタ専用の車載固定具が使用されている（例えば特許文献１参照）。
また、無人ヘリコプタをその機体本体とテールブームとに簡単に分割及び組み立てができる構造とし、無人ヘリコプタを分割した状態で車両に載せることで荷台上の設置スペースの狭小化を図った構成のものが知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２００７−３０２１０３号公報 特開平１０−４５０９８号公報

軽トラックの荷台に載せて無人ヘリコプタを運搬する場合に、前記車載固定具を用いることで、無人ヘリコプタを荷台上で強固に保持して、目的地まで安全に運搬することが可能となる。
しかし、例えば農薬散布に使用される無人ヘリコプタは、その全長（メインロータを機体の前後に沿わせた状態でのメインロータの前側端部から機体のテール部端部までの長さＬ：図７（Ａ）参照）が３．８ｍ程度の大きさであり、これを軽トラックの荷台に載せて運搬する場合に、前記車載固定具の使用の有無に関わりなく、制限外積載許可申請書の届け出が必要となり、運搬のための手続が面倒である。

すなわち、道路交通法では軽トラックに荷物をはみ出して積載することが可能な最大積載長さを車両の長さの１／１０までと規定しているが、軽自動車の寸法の最大値の条件を満たす、長さ３．４０ｍ×幅１．４８ｍ×高さ２．０ｍの大きさの軽トラックがあったと仮定した場合にその荷台に積載可能な荷物の長さは３．７４ｍ（車両長さ３．４ｍ＋許容はみ出し量０．３４ｍ）であり、前記寸法の無人ヘリコプタを載せると機体の一部が前記規定のはみ出し量よりも大きく荷台の後方へはみ出すことは明らかである。
そのため、現状では軽トラックの荷台に無人ヘリコプタを載せて運搬するときには、無人ヘリコプタの利用日程に合わせて予め所定の申請書の届け出を済ませておく必要があり、天候不順などの理由で利用日程が変更されるときには再度の届け出の手続が必要となるなど、都合の良いときに直ぐに運搬することができないといった運用上の難点があった。

前記分割及び組み立てが容易な無人ヘリコプタであれば、分割状態にした機体を荷台からはみ出させずに軽トラックに載せて運搬することが可能であるが、使用目的地で分解状態の無人ヘリコプタを組み立てるのは面倒で機体の調整にも時間を要し、使用後に軽トラックに載せるために再び分解するのにも手間を要して煩わしく実用性に乏しいという問題がある。

本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑み、無人ヘリコプタの機体を分解することなく、荷台からはみ出させずに軽トラックに積載したり、倉庫内の狭小なスペースに設置して保管したりすることができるようにすることを課題とする。

前記課題を解決するため本発明は、無人ヘリコプタのブレードホルダーにブレードを取り付けて支持するブレードの取り付け構造において、
ブレードの根元部が挿入されたブレードホルダーの上下のグリップ間に固定ボルトが挿通されてブレードの根元部が上下のグリップ間に保持され、且つ前記固定ボルトを支軸としてブレードが回転可能にブレードホルダーに取り付けられているとともに、
ブレードホルダーに取り付けられたブレードを上下のグリップ間に回転不能に固定するブレード固定手段と、
ブレード固定手段によるブレードの固定を解除して固定ボルトを支点としてブレードを回転可能な状態とする固定解除手段がブレードホルダーに設けられた構成を有することを特徴とする。

これによれば、ブレードホルダーに取り付けられたブレードは、ブレード固定手段によりブレードホルダーの上下のグリップ間に回転不能に固定され、メインマストを中心に一対のブレードが同一直線上に保持固定されてメインロータを構成する。ブレード固定手段により固定された状態で、ブレードが固定ボルトを軸に回転することはない。
無人ヘリコプタをトラックに載せて運搬するときは、固定解除手段を操作してブレードの固定を解除することでブレードが前記固定ボルトを支点として回転可能な状態となる。そして、固定されていた位置からブレードを適宜な角度、例えば９０度回転させて、ブレードホルダーに対して交差するように折り畳めば、ブレードが固定されていた状態よりも無人ヘリコプタの機体全長は短くなる（図７（Ｂ）参照）。
よって、ブレードを折り畳んだ状態で無人ヘリコプタを軽トラックの荷台に載せれば、無人ヘリコプタは荷台からはみ出さずに軽トラックに載り、制限外積載許可申請書の届け出が不要となって、都合の良いときに運搬することが可能となる。また、倉庫に保管するときに、ブレードを折り畳めば、保管スペースが小さくて済み、保管空間の省スペース化を図ることができる。

前記ブレードの取り付け構造のブレード固定手段は、ブレードホルダーの上下のグリップの間に設けられた、ヨーク側から両グリップの間の間隙内に向けて進退自在に配置されたロックピンと、ブレードの根元部側の端部に設けられていて両グリップの間の間隙内に進出移動したロックピンが嵌合する穴部を備えた構成とすることができる。
前記ロックピンは、ヨーク側から両グリップの間の間隙内に進出する方向に向けて弾圧付勢した状態で設置することができる。
また、固定解除手段は、ブレードホルダーに設けられた操作レバーで、穴部に嵌合したロックピンを後退移動させて嵌合が解除される構成とすることができる。

また、本発明の無人ヘリコプタは、前記ブレードの取り付け構造によりブレードが取り付けられた構成を有することを特徴とする。無人ヘリコプタは、自律制御によって飛行する構成のものの他、無線操縦装置による遠隔制御によって飛行する構成のものも含まれる。
前記ブレードの取り付け構造によりブレードが取り付けられた構成を具備した無人ヘリコプタは、ブレードホルダーに取り付けられたブレードを、ブレード固定手段を設定操作して、ブレードホルダーの上下のグリップ間に固定してメインロータを構成した状態で、機体に搭載したメインロータの駆動源であるエンジン又は電動モータを作動してマストを回転し、マストと一体にメインロータが回転することで生じる揚力によって機体を空中に浮き上がらせるとともに、ヨークに回転自在に取り付けられたブレードホルダーをスワッシュプレートやピッチアームなどを介して適宜に回転させることにより、ロータブレードのピッチ角を周期的に変化させるサイクリックピッチコントロールがなされ、機体の前後軸及び左右軸周りの向きを制御して、無人ヘリコプタを所望の方向へ飛行させることができるように構成される。

本発明のブレードの取り付け構造を適用した一実施形態の無人ヘリコプタの外観図である。 図１の無人ヘリコプタのブレードを支持したブレードホルダーの外観図である。 図２に示されたブレードホルダーユニットとブレードユニットの構成部材展開図である。 図２のブレードを支持したブレードホルダー横断面図（Ａ）と縦断面図（Ｂ）である。 ブレードを折り畳む機能を説明するためのブレードホルダーの外観図（Ａ）、横断面図（Ｂ）及びブレードを折り畳んだ状態の横断面図（Ｃ）である。 ブレードを折り畳んだ状態のブレードホルダーの外観図である。 図１の無人ヘリコプタのメインブレードを機体前後方向に沿って向けた状態の上面図（Ａ）とブレードを折り畳んだ状態の上面図（Ｂ）である。

本発明の好適な一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明のブレードの取り付け構造によりブレードホルダーにブレードを取り付けた無人ヘリコプタの一実施形態の外観を示している。
この無人ヘリコプタ１は、機体２の中央にメインロータ３、後部にテールロータ４を配置したシングルロータ式のヘリコプタであり、無線操縦による遠隔制御によってメインロータ３を回転させるとともに、その回転面の角度を変化させて機体２の前後軸及び左右軸周りの向きを制御して飛行するように構成してある。

図２は、無人ヘリコプタ１のメインロータ３を構成するブレード５及びブレードホルダー６を示しており、本形態ではブレード５を含むブレードユニット７とブレードホルダー６を含むブレードホルダーユニット１２でブレード固定手段と固定解除手段を構成し、ブレードユニット７をブレードホルダーユニット１２に取り付けて、ブレード５をブレードホルダー６に支持させてメインロータ３を構成するとともに、後述するように固定ボルト１８を支点としてブレード５を回転させて、ブレード５を同図に示された支持位置から略直角に折り曲げることができるように構成してある（図６参照）。

詳しくは、図３に示されるように、ブレードユニット７はブレード５とドラッグガイド８とルートエンド９とダンパーゴム１０とを備えて構成されている。

ドラッグガイド８は、その内周面がブレード５の根本部側の端部に嵌合する形状に、外周面が円弧状の湾曲面形状にそれぞれ設けられているとともに、外周面中央部にルートエンド９の基部９ａが嵌る凹部８ａを設けて形成してある。

ルートエンド９は、中央に貫通孔が開けられた基部９ａの上下端部に、通孔９ｄ，９ｃがそれぞれ形成されたグリップ板９ｂ，９ｂを平行に固定して形成してある。また、ダンパーゴム１０はリング形をなし、前記基部９ａの貫通孔内に圧入固定してある。

ブレードユニット７は、ブレード５の根本部にドラッグガイド８を嵌合し、このドラッグガイド８の凹部８ａに、貫通孔内にダンパーゴム１０が圧入固定されたルートエンド９の基部９ａを嵌め込むとともに、ルートエンド９の上下のグリップ板９ｂ，９ｂをブレード５の上下両面に重ね合わせ、図４に示されるように、ブレード５に形成された通孔５ａにグリップ板９ｂに形成された通孔９ｃから留めネジ１１を螺子入れて、ドラッグガイド８及びルートエンド９をブレード５の根本部側端部に一体に留め付けることで組み立てられる。ブレードユニット７の組み立てにより、ダンパーゴム１０が圧入固定されたルートエンド９の基部９ａの中央に、後述するロックピン１６が嵌合する穴部７ａが形成される。

また、図３に示されるように、ブレードホルダーユニット１２はブレードホルダー６とスピンドル１３と操作レバー１４とスプリング１５とロックピン１６とを備えて構成されている。

ブレードホルダー６は、マストに取り付けられるヨーク（何れも図示せず）に接続する軸部６ａの一側に上下のグリップ６ｂ，６ｂが突設されて、両グリップ６ｂ，６ｂ間に挿入されるブレード５の根元部を保持し得るように形成してある。ブレードホルダー６は、その軸部６ａの一側に操作レバー１４の軸部１４ａが挿通する孔部６ｃを有し、軸部６ａの内部にはスピンドル１３が挿通される孔部６ｄと操作レバー１４の操作片１４ｃが変位する空間である凹溝６ｅを設けて形成してある。

スピンドル１３は、ヨークに回転自在に軸支される側の端部に鍔部１３ａを有し、他側の端部にスプリング１５とロックピン１６が挿入される穴部１３ｂと、操作レバー１４の操作片１４ｃが挿入されるスリット１３ｃを設けて形成してある。スピンドル１３は、穴部１３ｂが形成された側の端部から前記ブレードホルダー６の孔部６ｄ内に挿入され、ブレードホルダー６の外周面に形成された通孔６ｇからスピンドル１３の外周面に形成された通孔１３ｄに固定ピン１７を貫通止着してブレードホルダー６に一体に取り付けてある。

操作レバー１４は、その軸部１４ａの上端に弓形に屈曲したレバー本体１４ｂを、中間部分に前記レバー本体１４ｂとは反対方向に屈曲した操作片１４ｃをそれぞれ一体に取り付けて形成され、前記ブレードホルダー６の孔部６ｃに軸部１４ａを挿入し且つ回転自在に軸支して、レバー本体１４ｂ及び操作片１４ｃが孔部６ｃ内に軸支された軸部１４ａ周りに回転変位し得るように取り付けてある。レバー本体１４を押引操作して操作レバー１４を回転変位させたときに、操作片１４ｃは前記ブレードホルダー６の凹溝６ｅとスピンドル１３のスリット１３ｃ内を変位する。

ロックピン１６は、その先端側が前記ブレードユニット７の穴部７ａに挿入可能な大きさに形成された円筒形のピンであり、その後端部にスプリング１５の端部が係合する凹段部１６ａを有し、その中間部に操作レバー１４の操作片１４ｃが係合する孔部１６ｂを設けて形成してある。

ブレードホルダーユニット１２は、ブレードホルダー６にスピンドル１３と操作レバー１４を取り付けた状態で、軸部６ａ内のスピンドル１３の穴部１３ｂにスプリング１５とロックピン１６を挿入し、スプリング１５の一側の端部を穴部１３ｂの端部に、他側の端部をロックピン１６の凹段部１６ａに係合させた状態で、ロックピン１６の孔部１６ｂ内に操作レバー１４の操作片１４ｃを係入させることにより組み立てられる。

組み立てられた状態で、ロックピン１６は、スプリング１５によってブレードホルダー６の上下のグリップ６ｂ，６ｂ間の間隙方向に向けて常時弾圧付勢され、操作レバー１４を操作しない位置では、ロックピン１６は孔部１６ｂに係合した操作片１４ｃにより、その先端部を上下のグリップ６ｂ，６ｂの間の間隙内に突出した位置に保持される（図５（Ｃ）参照）。
一方、操作レバー１４のレバー本体１４ｂを手動で変位させると、レバー本体１４ｂと一体にその軸部１４ａを軸に回転変位する操作片１４ｃにより、ロックピン１６はその大部分がスプリング１５の弾性力に抗してスピンドル１３の穴部１３ｂ内に没入退避するように設けてある（図５（Ｂ）参照）。

そして、ブレードユニット７とブレードホルダーユニット１２が組み立てられ、ブレードホルダーユニット１２がヨークに取り付けられた状態で、ブレードホルダー６の上下のグリップ６ｂ，６ｂ間に、ブレード５に一体に取り付けられたブレードユニット７のルートエンド９を挿入し、上下のグリップ６ｂ，６ｂに形成された通孔６ｆ，６ｆ、ルートエンド９のグリップ板９ｂ，９ｂに形成された通孔９ｄ，９ｄ及びブレード５に形成された通孔５ｂに固定ボルト１８を挿通させ、固定ボルト１８を支軸としてブレード５を回転可能にブレードホルダー６に支持させることにより、ブレードホルダー６へのブレード５の取り付けが完了する。

ブレードホルダー６にブレード５が取り付けられた状態で、図４に示されるように、ブレードユニット７の穴部７ａ内に、上下のグリップ６ｂ，６ｂ間に突出したロックピン１６の先端が嵌合するため、ブレード５は上下のグリップ６ｂ，６ｂ間に固定されて、図１に示すメインロータ３を構成する。ブレード５が固定された状態で、ブレード５が固定ボルト１８を軸に回転することはない。
この状態で、無人ヘリコプタ１の機体に搭載したメインロータ３の駆動源であるエンジン又は電動モータを作動してマストを回転し、マストと一体にメインロータ３が回転することで生じる揚力によって機体を空中に浮き上がらせて、無人ヘリコプタ１を飛行させることができる。

無人ヘリコプタ１をトラックに載せて運搬するときは、図５（Ａ）に示されるように、操作レバー１４のレバー本体１４ｂを変位操作すれば、同図（Ｂ）に示されるように、レバー本体１４ｂと一体にその軸部１４ａを軸に回転変位する操作片１４ｃにより、ロックピン１６はその大部分がスプリング１５の弾性力に抗してスピンドル１３の穴部１３ｂ内に没入退避して前記穴部７ａとの係合が外れてブレード５の固定が解除される。
よって、固定の解除によりブレード５が前記固定ボルト１８を支点として回転可能な状態となり、同図（Ｃ）及び図６に示されるように、固定されていた位置からブレード５を適宜な角度回転させて、ブレードホルダー６に対して交差するように折り畳むことが可能となる。

ブレード５を折り畳んだ無人ヘリコプタ１は、図７（Ｂ）に示されるように、機体全長（Ｌａ）は元の機体の全長（Ｌ）よりも短くなり（Ｌ＞Ｌａ）、ブレード５を折り畳んだ状態で無人ヘリコプタ１を軽トラックの荷台に載せれば、無人ヘリコプタ１を荷台からはみ出さずに軽トラックに載せることが可能となる。この場合、前述した制限外積載許可申請書の届け出は不要であり、また、倉庫に保管するときにも、保管スペースが小さくて済み、保管空間の省スペース化を図ることができる。

なお、図示した形態は一例であり、本発明のブレードの取り付け構造におけるブレード固定手段及び固定解除手段は、図示した操作レバーやロックピン、弾圧付勢部材などの部材の他に適宜な部材及び構成のものを用いることで、他の適宜な形態で構成することが可能である。実施例では、手作業によるブレード固定手段の設定操作と固定解除手段の解除操作によってブレードの固定と回転操作が行えるように構成したが、電動による自動操作によりブレードの固定と固定の解除がなされるように構成してもよい。
また、実施例ではシングルロータ式のＲ／Ｃヘリに本発明を適用したが、自律制御によって飛行するヘリコプタや同軸反転式のＲ／Ｃヘリにも適用可能である。また、実施例では、マストの両側で支持される一対のブレードの内の一方のブレードのみを折り畳めるように構成したが、両方のブレードがともに折り畳まれるように構成してもよい。

１ 無人ヘリコプタ、２ 機体、３ メインロータ、４ テールロータ、５ ブレード、６ ブレードホルダー、７ ブレードユニット、８ ドラッグガイド、９ ルートエンド、１０ ダンパーゴム、１１ 留めネジ、１２ ブレードホルダーユニット、１３ スピンドル、１４ 操作レバー、１５ スプリング、１６ ロックピン、１７ 固定ピン、１８ 固定ボルト

Claims (4)

1. 無人ヘリコプタのブレードホルダーにブレードを取り付けて支持するブレードの取り付け構造において、
   ブレードの根元部が挿入されたブレードホルダーの上下のグリップ間に固定ボルトが挿通されてブレードの根元部が上下のグリップ間に保持され、且つ固定ボルトを支軸としてブレードが回転可能にブレードホルダーに取り付けられているとともに、
   ブレードホルダーに取り付けられたブレードを上下のグリップ間に回転不能に固定する手段であって、ブレードホルダーの上下のグリップの間に設けられた、ヨーク側から両グリップの間の間隙内に向けて進退自在に配置されたロックピンと、ブレードの根元部側の端部に設けられていて両グリップの間の間隙内に進出移動したロックピンが嵌合する穴部を備え、ヨーク側から両グリップの間の間隙内に進出する方向に向けて前記ロックピンが弾圧付勢された構成を有するブレード固定手段と、
   ブレード固定手段によるブレードの固定を解除して固定ボルトを支点としてブレードを回転可能な状態とする固定解除手段がブレードホルダーに設けられたことを特徴とするブレードの取り付け構造。
2. 固定解除手段は、穴部に嵌合したロックピンを後退移動させて嵌合を解除する、ブレードホルダーに設けられた操作レバーであることを特徴とする請求項１に記載のブレードの取り付け構造。
3. 請求項１又は２に記載のブレードの取り付け構造によりブレードが取り付けられた構成を有する無人ヘリコプタ。
4. 遠隔制御によって飛行する請求項３に記載の無人ヘリコプタ。

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