(57)【要約】      （修正有）【課題】飛行特性および滞空性能が従来のヘリコプターに似ており、飛行音が静かで地上の人間に不快感や苦痛を与えず、耐風能力も改善されており、経済性および安全性に優れた新しい飛行体を提案する。【解決手段】炭素繊維／熱硬化型合成樹脂／金属の複合材で成形された円筒形機体１は機体剛性が高く、機体がねじれたり、歪んだりしないので、多数の回転翼ローター２を機体全体にわたって均等に配分して取り付けることにより安全性の高い大型マルチコプターを製作することが出来る。円筒形の機体は内部空間が広く、大容量の圧縮水素ガス燃料タンクを収容することができ、水素燃料電池を動力源にして静かで長時間滞空しても地上の人間に不快感や苦痛を与えない。排ガスも出さない。垂直離着陸できる新種の飛行体を提案する。【選択図】図４
2017200813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体と、前記機体から突き出た複数の支柱と、前記支柱の先端に設けられた原動機と、前記原動機によって回転する回転翼ローターとを備えたマルチコプターにおいて、前記機体が炭素繊維、熱硬化型合成樹脂および金属からなる複合材で円筒形または馬蹄型の筒形に形成されていることを特徴とするマルチコプター。
【請求項２】
複数の前記支柱は、炭素繊維フィラメントとエポキシ樹脂からなるＣＦＲＰ線材の複数本からなり、所定の形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマルチコプター。
【請求項３】
複数の前記支柱は、Ｕ字型の形状を有する第１支柱と、前記第１支柱より緩やかな曲線で上向きの凹状に湾曲した形状を有する第２支柱とから成り、前記第１支柱と前記第２支柱が前記機体の前後方向に交互に配置され、かつ、前記機体から左右対称に突き出して構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマルチコプター。
【請求項４】
複数の前記支柱は、上向きの凹状に湾曲した形状を有する第１支柱と、直線の形状を有する第２支柱とから成り、前記第１支柱と前記第２支柱が前記機体の前後方向に交互に配置され、かつ、前記機体から左右対称に突き出して構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマルチコプター。
【請求項５】
複合材製の前記円筒形機体の中に水素燃料電池および圧縮水素ガス燃料タンクを有して４基から４４基の回転翼ローターがそれぞれ直流電動モーターにより駆動されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のマルチコプター。
【請求項６】
複合材製の前記円筒形機体に取り付けられた４基から４４基の回転翼ローターがそれぞれ内燃機関のロータリーエンジンにより駆動されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のマルチコプター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明はマルチコプターに関する。本願明細書において主として記述される飛行体は円筒形または筒形の機体に多数の回転翼ローターと１〜４基の推進器を取り付けた大型のマルチコプターであり、地表から数百メートルないし数千メートル上空の空域に滞空または飛行することができる無人機または有人機の飛行体を指す。多数の回転翼ローターが発生する揚力で機体を空中に浮揚させるので、マルチコプターはその飛行特性または飛行性能が従来のヘリコプターに似た飛行体である。
【０００２】
しかし、従来のヘリコプターが単軸回転翼ローターにより浮揚し飛行する方式であるのに対してマルチコプターは径の小さな回転翼を多数個有する多軸回転翼ローターにより浮揚し飛行する方式であるため、滞空安定性および耐風能力に優れており、突風などが吹く恐れがある悪天候の気象条件下でも飛行安定性に優れている特長がある。また、円筒形または筒形の機体の大型マルチコプターではほぼ同じ大きさのヘリコプター機体と比較して機体内部空間が広く取れるので、より多くの貨物や人員を搭載できる等の特長を有しており、経済性および安全性に優れた飛行体である。
【背景技術】
【０００３】
従来、模型機のような小型のマルチコプターは商品として実際に市販されており、空撮用途やマニア向けのホビー用途に実際に使われている。ドローンと呼ばれる小型のマルチコプターは米国で軍事目的用に開発されたのが端緒と伝えられる。このドローンと呼ばれる模型機のような飛行体は４〜８個の回転翼ローターを有しており、径が３０センチメートルほどの回転翼がそれぞれDCモーターによって駆動される。電源としてリチウムイオン電池などの二次電池が使われており、充電1回当たりの滞空時間は１０〜２０分間程度である。
【０００４】
このドローンの機体を大きく拡大して現在のヘリコプターに匹敵する大きさの飛行体を製作することができれば、人間を乗せて飛行するとか、貨物を運搬する空輸機として利用できるほどの大型マルチコプターを実用化できそうであるが、実際には、それを実現させることには非常に難しい課題がある。その理由を図１および図２に示した実際に市販されているドローンの写真を見ながら説明する。図１の写真のドローンでは８個の回転翼ローターを支えるための８本の支柱が機体から伸びており、機体本体の大きさに比べて８個の回転翼ローターのプロペラの先端部分までを含めた全体の大きさは非常に嵩張って大きくなってしまう。実際には使い勝手の悪い飛行体であることが分かる。
【０００５】
しかしながら、機体に８〜１０個の回転翼ローターを取り付けるにあたり、各回転翼ローターのプロペラ先端部が互いに接触しないよう各回転翼ローターの間隔を離して機体に取り付けるには、機体から伸びた８本の支柱の先端部に回転翼ローターを取り付ける必要がある。そのため、どうしても図１のような機体形状になってしまうのである。大型マルチコプターの場合でも、その機体構成の設計条件は変わらない。
【０００６】
世界で最先端の航空機工学の技術が発達していると推測される米国において、ドローンと呼ばれる小型のマルチコプターが軍事目的用に世界で初めて開発されているにも拘わらず、大型マルチコプターの開発または試験飛行に成功したという情報が伝わってこないのは、何らかの障害となる理由が存在するためである。即ち、上記のような機体構造上の制約があるためと考えられる。大型マルチコプターを開発して実用化するには、軽くて頑丈な機体から突き出して伸びる軽くて剛性の高い支柱の先端に原動機と回転翼ローターを取り付ける必要があり、これらの制約条件を満たした大型マルチコプターの開発には難易度の高い障壁が存在するのである。
【０００７】
つまり、米国においては大型マルチコプターの開発に必要な機体構造および適切な原動機を入手できないか又は開発できないことが原因と考えられる。それに較べてドローンの商品化が成功したのは、ちょうどこの時期にノートパソコン用にコンパクトで蓄電容量が大きなリチウムイオン電池が市場に現れて、それを電源に利用できたのと、電気エネルギーは８個の回転翼ローターに動力エネルギーを均等に分配するのに適している利点を活用出来たためである。
【０００８】
航空機に限らず、人間が作る全ての乗り物にはそれぞれ最適の原動機が必要である。不適切な原動機が取り付けられた乗り物は需要を獲得できないのでその乗り物は社会で普及しないことになる。例えば、電気自動車はCO2排ガスを出さないので理想的な乗り物と考えられているが、実際には電動機のDCモーターを動かすには大きな蓄電容量の二次電池が必要であり、充電1回当たりの走行距離を長くするためには大容量のリチウムイオン電池を搭載する必要がある。しかし、実際には電池の重量が大きくなり過ぎて需要にマッチするような走行距離の長い電気自動車は実現困難である。
【０００９】
実用的な性能を有する大型マルチコプターでは少なくとも４基ないし８基以上の回転翼ローターが必要である。個々の回転翼ローターにはそれぞれ原動機が必要であり、回転翼ローターと原動機を機体上に均等に配置して固定するためには高いレベルの機体剛性が求められる。回転翼ローターと原動機の重量は数百キロの重さになると予想され、各ローターのプロペラ先端部が互いに接触しないように間隔を開けて均等に回転翼ローターを配置するには機体から突き出た支柱が必要であり、回転翼ローターと原動機を支える支柱には十分な強度および剛性が必要である。
【００１０】
また、それらの支柱を支える機体には十分な剛性が必要である。悪天候の気象条件下の飛行で機体がねじれたり歪んだりすると４基ないし８基以上の回転翼ローターの浮揚力にムラが生じて飛行安定性に影響するためである。米国が兵員輸送用に大型マルチコプターではなくオスプレイを採用した理由には単にオスプレイの飛行速度を優先的に評価したというだけではなく、大型マルチコプターの開発には米国においても難易度の高い障壁が存在することの証拠である。
【００１１】
本願発明では大型マルチコプターの機体構成および機体の製作法について説明し、また、大型マルチコプターの回転翼ローターを駆動させるための最適な原動機について説明する。そして、有人機または無人機の操縦系統の技術や無人機を遠隔操縦するための電子機器やコンピュータソフトウエア等については触れない。それらは既に有人飛行機や無人飛行機用に実際に使われている公知の技術が存在しており、それらを利用できるためである。以下に本発明が解決しようとする課題および当該課題を解決するための手段について説明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−２５５４１５号公報
【特許文献２】特願２０１６−８９１４２号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】週刊エコノミスト２０１５年１１月２４日号の９４ページ（無人機輸送は自動運転より先に来る。2019年にも国際ルール制定へ。）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記の考察から、大型マルチコプターを開発して実用化するためには高強度かつ高剛性の機体が必要であり、機体から突き出した支柱にも高強度かつ高剛性の材料が要求される。同時に４〜８基以上の多数の回転翼ローターを駆動させるために最適な原動機を調達することが必須の課題であることが明らかになった。
【００１５】
また、マルチコプターの機体を大きくするほど機体に取り付ける回転翼ローターの数も増加する。そのような多数個の回転翼ローターおよび原動機を取り付ける際には機体の均衡性を確保することも疎かにできない設計要件である。
【００１６】
単軸回転翼ローターのヘリコプターは大径の回転翼ブレードを駆動するために大出力の原動機が必要であり、大型航空機に使われるターボファンエンジンが使われている。ターボファンエンジンは高速回転する高出力の原動機であり、単軸回転翼ローターの低速回転に合わせるためには大きな減速装置が必要である。大型マルチコプターではこのような大出力高回転のエンジンは不適切である。
【００１７】
大型マルチコプターでは少なくとも４基ないし８基以上の回転翼ローター及びそれを駆動する原動機を機体上に均等に配置する必要がある。しかも、各回転翼ローターのプロペラの先端が互いに接触しないよう十分に間隔をあけて４基ないし８基以上の回転翼ローターを十分な支柱強度を確保しながら機体に取り付けなければならない。そして、４基ないし８基以上の回転翼ローターにそれぞれ回転数および出力がマッチした最適な原動機を支柱の先端部分に取り付ける必要がある。大型マルチコプターを商品化するにはこれらの問題を解決しなければならない。
【００１８】
米国では、大型マルチコプターを開発するために適切な原動機を探し出すことが出来なかったのではないかと推察される。最適な原動機を入手できなければ大型マルチコプターの商品化は不可能である。米国で大型マルチコプターの開発が進展していない理由は適切な原動機を入手できないためでもあると推測される。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、機体と、前記機体から突き出た複数の支柱と、前記支柱の先端に設けられた原動機と、前記原動機によって回転する回転翼ローターとを備えたマルチコプターにおいて、前記機体が炭素繊維、熱硬化型合成樹脂および金属からなる複合材で円筒形または馬蹄型の筒形に形成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
また、複数の前記支柱は、炭素繊維フィラメントとエポキシ樹脂からなるＣＦＲＰ線材の複数本からなり、所定の形状に形成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明は、複数の前記支柱は、U字型の形状を有する第１支柱と、前記第１支柱より緩やかな曲線で上向きの凹状に湾曲した形状を有する第２支柱とから成り、前記第１支柱と前記第２支柱が前記機体の前後方向に交互に配置され、かつ、前記機体から左右対称に突き出して構成されていることを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明は、複数の前記支柱は、上向きの凹状に湾曲した形状を有する第１支柱と、直線の形状を有する第２支柱とから成り、前記第１支柱と前記第２支柱が前記機体の前後方向に交互に配置され、かつ、前記機体から左右対称に突き出して構成されていることを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明は、複合材製の前記円筒形機体の中に水素燃料電池および圧縮水素ガス燃料タンクを有して４基から４４基の回転翼ローターがそれぞれ直流電動モーターにより駆動されることを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明は、複合材製の前記円筒形機体に取り付けられた４基から４４基の回転翼ローターがそれぞれ内燃機関のロータリーエンジンにより駆動されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
大型マルチコプターは滞空安定性および耐風能力に優れており、従来の単軸回転翼ローターのヘリコプターに比べて飛行安定性が優れていると考えられるので様々な産業用途、農水産林業用途、物流用途、人員輸送用途、観光用途等の輸送手段や交通手段として、また定点滞空型無人機による観測用途や広域照明用としても利用することが出来ると考えられる。例えば、具体的な産業上の利用可能性としては代表的なものを下記の段落番号００９６から段落番号０１１１にかけて述べるが、このような広範な用途を想定できることは自動車製造産業に対する本発明の偉大なる効果である。すなわち、従来においては地上を走る自動車にしか利用されなかった動力源の水素燃料電池または原動機のロータリーエンジンを低空域で空間移動する新種の飛行体に応用して自動車製造産業が新領域の新商品を創出する新産業へ発展する新しい方向性を示した点が本発明の効果である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】８個の回転翼ローターを有するドローンの写真である。
【図２】４個の回転翼ローターを有するドローンの写真である。
【図３】円筒形機体に支柱を介して取り付けた１２基の回転翼ローターをそれぞれ１２基のDCモーターで駆動するマルチコプターの外観イメージ図である。
【図４】２２基の回転翼ローターをそれぞれ２２基のDCモーターで駆動するマルチコプターの外観イメージ図である。
【図５】水素燃料電池を搭載する図４に示されたマルチコプター無人機の機体内部を説明するための透視イメージ図である。
【図６】回転翼ローターおよび原動機を装着するための第一支柱および第二支柱を円筒形機体に取り付ける方法を説明する断面図である。
【図７】機体断面が円筒形の機体構造を有し水素燃料電池を搭載して回転翼ローターをDCモーターで駆動する大型マルチコプターの機体横断面図である。
【図８】機体断面が馬蹄形の機体構造を有しロータリーエンジンで回転翼ローターを駆動する大型マルチコプターの機体横断面図である。
【図９】U字型に改良された第一支柱および湾曲形状に改良された第二支柱を有する円筒形機体の横断面図である。
【図１０】４２基の回転翼ローターがそれぞれロータリーエンジンで駆動される大型マルチコプターの外観想像図である。
【図１１】２４基の回転翼ローターがそれぞれロータリーエンジンで駆動される双胴型の大型マルチコプターの外観想像図である。
【図１２】複合材製の円筒形機体を製造する工程フローチャート図である。
【図１３】炭素繊維フィラメント糸を連続メッキする連続メッキ装置の図である。
【図１４】円筒形機体の円筒中心軸線を説明する図である。
【図１５】U字型の第一支柱および上向きの凹状に湾曲した第二支柱を有する円筒形機体の機体構成を説明するための半透視イメージ図である。
【図１６】CFRP 線材を連続的に製造する工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
大型マルチコプターでは４〜８基以上の回転翼ローターと原動機を機体から突き出た支柱の先端に取り付けるために、軽くて高強度および高剛性の支柱が必要である。また、その支柱を支えるために軽い素材で作られた高強度および高剛性の機体構造が必要である。本発明の大型マルチコプターは炭素繊維複合材で作られた円筒形または筒形の胴体からなる機体が特徴である。円筒形は最も変形し難い形状の構造体である。
【００２８】
炭素繊維と金属の複合材ならびに炭素繊維織物に熱硬化型合成樹脂プレポリマーを含浸させたCFRPプリプレグを円筒形に成型した後、熱硬化させて作られる円筒形の胴体が高強度および高剛性の機体を創出する。本発明の大型マルチコプターは炭素繊維、熱硬化型合成樹脂および金属からなる複合材製の円筒形機体が特徴である。
【００２９】
炭素繊維やガラス繊維等のような高強度の繊維素材をシート状に成形して糊材となる合成樹脂プレポリマーを含浸させたプリプレグを一体成型法によりモノコック型のボディに成型する方法は骨組み構造を必要としないボディ製作法として産業界で広く普及している。
【００３０】
例えば、ＦＲＰ製漁船やプレジャーボート等はその例である。大型マルチコプターの開発において、炭素繊維／熱硬化型合成樹脂／金属の複合材製円筒形機体は軽量化と高強度および高剛性を両立させる最良の選択である。
【００３１】
円筒形機体の成型に必要な炭素繊維素材には炭素繊維織物の代わりにピッチ系炭素繊維のニードルパンチフェルトや不織布を使用することもできる。
【００３２】
航空機製造産業では、炭素繊維強化熱硬化型合成樹脂の複合材を機体構造の一部に取り入れて機体の軽量化を図る技術が急速に普及してきている。しかし、従来の金属製骨組み構造の機体に比べて炭素繊維強化熱硬化型合成樹脂の複合材による構造物の弱点は素材の硬さが足りない点であり、機体構造物の剛性を確保するには難がある。
【００３３】
そのため、炭素繊維強化熱硬化型合成樹脂の複合材を成型する際に加熱とともに加圧を併用することにより、炭素繊維と合成樹脂の密着性を高めて複合材の強度および剛性を高める製法が採用された。しかし、この技術で複合材の剛性が金属製骨組み構造体のそれに１００％近づけたわけではない。金属素材の硬さは、セラミックを除いて、他の素材では得られないものであり、炭素繊維強化熱硬化型合成樹脂の複合材の場合にも金属を併用しないと剛性を高めることが難しい。
【００３４】
本願発明の円筒形機体は炭素繊維／熱硬化型合成樹脂／金属の複合材による一体成型で作られるため、大型マルチコプターに必要な高剛性および高強度の円筒形機体が得られるのである。金属を複合材に取り入れるには、例えば、特願２００７−９８９５１に記載されている製法で炭素繊維強化金属フィルムを作ることが出来る。
【００３５】
CFRPプリプレグシートは炭素繊維織物にエポキシ樹脂初期縮合物（プレポリマー）の高粘度液を含浸させたものである。複合材の合成樹脂を加熱成型する際に炭素繊維織物にエポキシ樹脂プレポリマーがよく浸透して密着性を良くするために加圧する。
【００３６】
また、炭素繊維強化金属フィルムに関しては鋼鉄の十倍の引っ張り強度を有する高抗張力グレードの炭素繊維を金属で被覆すると、金属が接着材の役割を果たして、炭素繊維同志を互いに接着することができるので、この素材は恐らく人類がこれまで経験したことがないような高い引っ張り強度を有する素材である。
【００３７】
特願２００７−９８９５１に記述されている製法で炭素繊維と複合化できる金属の種類は重金属のみであるが、例えば、ニッケル、銅、鉄、クローム等の金属との複合材を実際に作ることができる。この炭素繊維／金属複合材は化学メッキ法と電気メッキ法を組み合わせて炭素繊維を金属で被覆する方法である。
【００３８】
炭素繊維と金属の接着は強固であり、炭素繊維／金属複合材は驚くほどの高抗張力素材を作り出す特長がある。それゆえ、重金属系の複合材ではあるが、複合材中の炭素繊維含有率が高いので、その見掛け比重は約４．５付近であり、チタン金属とさほど違わないので、薄手の炭素繊維／金属複合材のフィルムや線材が飛行体の機体構造用素材として使えるのである。
【００３９】
炭素繊維強化金属複合材が高い引っ張り強度を示す理由は次のように説明される。一般論として、繊維強化複合材の場合には、複合材に加えられた外力に対して複合材マトリックスから繊維へ応力が伝えられて炭素繊維の強度が発揮されるのであるが、CFRP複合材のようにマトリックスが合成樹脂の場合にはマトリックス素材が軟らかいので、変形して応力を１００％炭素繊維に伝えられない欠点がある。そのため、炭素繊維／合成樹脂複合材では炭素繊維本来の高強度が生かされない難点がある。
【００４０】
それに比べて、特願２００７−９８９５１に開示されている炭素繊維／金属複合材ではマトリックス金属が炭素繊維に強固に接着しており、マトリックス金属が合成樹脂よりも硬質な素材であるため、複合材マトリックスに負荷された応力は金属マトリックスを介して１００％炭素繊維に伝えられるので、炭素繊維本来の高抗張力が発揮されて著しく高強度の複合材が得られるのである。
【００４１】
このようにして、例えば、CFRPプリプレグシートと炭素繊維強化金属複合材フィルムを貼り合わせた複複合材シートを加圧下で１３０度から２００度の間の温度に加熱し熱硬化させて円筒形に成型することにより軽くて高強度かつ高剛性の円筒形機体を製作する。
【００４２】
また、炭素繊維フィラメントのスライバー（ｓｌｉｖｅｒ）を特願２００７−９８９５１に記載されている化学メッキ法で炭素繊維表面を薄く金属メッキすることにより炭素繊維の濡れ性を改良して、図１６に示したCFRP線材の連続製法により炭素繊維／エポキシ樹脂複合材の線材（複合材ワイヤー）を作る。この複合材製の線材はピアノ線（鋼線）よりも強く、高引っ張り強度および高反発弾性を示す。この複合材製の線材を数百本束ねてエポキシ樹脂プレポリマー液を塗布して太いナイロンテグスで縛り上げることによりエポキシ樹脂が線材の隙間に浸透するようにする。数百本束ねた複合材線材を所定の形状に加圧加熱硬化させて支柱を製作する。例えば、所定の形状の型枠を使ってU字型や大きく湾曲した形状に成形された支柱部材が得られる。このようにして、前記の円筒形胴体に前記の支柱部材を取り付けて軽くて高強度および高剛性の大型マルチコプターの機体を製作しようとする設計思想である。
【００４３】
更にまた、本出願人はピッチ系炭素繊維のニードルパンチフェルトを特願２００７−９８９５１の製法で金属メッキ、例えば、銅メッキの化学めっきを行うと、炭素繊維が金属銅で被覆されると同時にニードルパンチフェルト内部の炭素繊維が絡み合った接点で炭素繊維と炭素繊維が金属銅で接着されて繊維集合体であるフェルトの形態安定性が向上すると同時にピッチ系炭素繊維ニードルパンチフェルトの濡れ性が改善されて熱硬化型合成樹脂プレポリマーを含浸させやすくなることを発見した。
【００４４】
この新しい知見を応用して炭素繊維ニードルパンチフェルト／熱硬化型合成樹脂／金属の複合材による一体成型で円筒形機体を作ることができる。すなわち、炭素繊維は成分の一部が黒鉛化されているので他の物質との濡れ性が悪い素材である。金属で被覆されると炭素繊維の濡れ性が改善されて合成樹脂プレポリマーを含浸させる際に浸透が良くなると共に、炭素繊維の接点が金属で接着されて複合材の材料として非常に有効であることが明らかになった。
【００４５】
ピッチ系炭素繊維は石炭を乾溜して得られるコールタールの分留残渣のピッチを遠心紡糸して得られる。アクリル繊維を高温焼成して得られる高抗張力炭素繊維に比べて強度が低く低グレードではあるが低コストのためニードルパンチフェルトのような形態で複合材に使用することができる。
【００４６】
炭素繊維織物が高価格になる理由は、アクリル繊維を高温焼成して作られる高抗張力炭素繊維の製造が高コストという理由もあるが、高抗張力炭素繊維は剛性が高いため繊維を鋭角に曲げると折れ易いので、この炭素繊維を製織して織物にすることは非常に難しく生産効率が悪いことも理由のひとつである。炭素繊維は撚糸することが出来ないので、通常の織り方では織物にすることが出来ないのである。それに比べて、ピッチ系炭素繊維は遠心紡糸法で作られた繊維綿からニードルパンチフェルトのように厚手で広幅のカーペットのような繊維集合体シートを容易に作ることが出来る。
【００４７】
この高密度の繊維集合体であるピッチ系炭素繊維ニードルパンチフェルトを特願２００７−９８９５１に記載の方法で金属メッキを施して炭素繊維表面の濡れ性を改善することができる。前記ピッチ系炭素繊維ニードルパンチフェルトにエポキシ樹脂プレポリマーを含浸させて加圧加熱硬化成形することにより、大型マルチコプター用の円筒形機体を製作することができる。
【００４８】
高抗張力炭素繊維の織物の厚さは僅か１〜２ｍｍであるが、ピッチ系炭素繊維のニードルパンチフェルトでは厚さ２０〜３０ｍｍの繊維集合体フェルト状シートがニードルパンチングマシーンの生産設備を使って簡単に作れるので、低グレードクラスの強度の炭素繊維であっても分厚い複合材パネルを使用できるところでは実用的に十分な素材強度を確保できるのである。
【００４９】
このように、本願発明の炭素繊維／熱硬化型合成樹脂／金属の複合材で制作される円筒形機体を実現させる方法としては幾通りもの製造方法が予想される。実施例１および実施例２において、この円筒形の機体を製作する製法の工程を図１２に示した製造工程フローチャート図を参照しながら具体的に説明する。
【００５０】
円筒形の機体はCFRPプリプレグシートを円筒形に成型した後、オートクレーブの中で高温高圧で熱硬化させて作られることが通常の場合は想定される。例えば、大型ジエット旅客機など航空機用の構造用部材として用いられるCFRP成型部材では通常の場合はオートクレーブ中で高温高圧の雰囲気中で熱硬化させて作られる。そのため、CFRP部材メーカーは生産現場に巨大なオートクレーブを所有している。
【００５１】
しかし、本願発明のCFRP製円筒形胴体は大きな構造物の機体そのものであり、例えば、標準的な大型マルチコプターの機体で直径２メートル、長さ２０〜３０メートルの大きさの円筒形機体が想定される。それ故、別の高温高圧加熱成型法を採用する。
【００５２】
繊維強化複合材はプリント配線板の製造で早くから実用化されていた。航空機に炭素繊維複合材が使われるようになったのは最近のことである。ガラス繊維強化エポキシ樹脂基板（通称、ガラエポ基板）は今日では標準的なプリント配線板として産業界で広く使われている。
【００５３】
ガラエポ基板の製造法はガラス繊維織物にエポキシ樹脂初期縮合物の高粘液を含浸させたものを数十枚重ねてプレス機で加圧して加熱硬化させて作られる。ガラエポ基板はガラス繊維の低熱膨張率を利用して寸法安定性が極めて優れた高剛性の基板であり、プリント配線板として高い信頼性を得ている。旧式ではあるが、この簡素で低コストの加圧加熱方式を本発明の複合材製円筒形機体の成型に利用する。
【００５４】
本願発明の円筒形機体の作り方を図１２の製造工程フローチャート図に示す。CFRPプリプレグシート８と炭素繊維強化金属フィルム７を重ねてプレスしながら加熱して樹脂を硬化させる。図１２の最初の工程１２ａにはプレス台３１に載せた複複合材シート２２のみが描画されているが、実際にはプレス台と同じ面積のプレス面を上方から押し当てることにより、複複合材シート２２を加圧加熱硬化させる。
【００５５】
初めに、プレス台３１に載せた複複合材シート２２の上に空の鉄製函を置き、別の貯水タンクから電動ポンプで水を送り、鉄製函に水を注入する。鉄製函の底面には断熱層を介して電気ヒーターが均一に貼られており、プレス面を均一に加熱することができる。プレス台３１は約１０メートルＸ約２０メートルの矩形で大面積の平面である。プレス台には電熱ヒーターが埋め込まれており、プレス台を均一に加熱することができる。
【００５６】
プレス面も同じ大きさの約１０メートルＸ約２０メートルの底面を有する鉄製函を利用する。鉄製函は大きな貯水タンクのようなもので約千トンの水を貯めることができる。鉄製函の中に水を注いで水の重量で加圧する。
【００５７】
５０〜６０％程度の硬化度に達した時点で、即ち、樹脂液の滲みや垂れが止まった状態で、複複合材シート２２をプレス台３１から取り出して鋼鉄製円筒２１に巻き付ける。その上を鋼帯２０で巻いて締め付けた状態で更に加熱硬化させて円筒形２２に成形する様子を工程１２ｂに示す。
【００５８】
この複合材製円筒２２は完全な円筒形ではなく、複複合材シート２２を鋼鉄製円筒２１に巻く時に複合材シートの両端を接合しないで隙間を残しているので、成形された複合材の円筒２２はタテ方向に一本の切れ目を有している。
【００５９】
そのため、工程１２ｃに示すように、加熱成型後に鋼鉄製円筒２１から複合材円筒２２を取り外すことができる。この炭素繊維／熱硬化型合成樹脂／炭素繊維強化金属フィルムからなる複合材の円筒１を軽金属合金製締結用繋ぎ板部材１７および軽金属合金製鞍型スペーサー部材１９を使用して複複合材シートの両端をサンドイッチ状に挟んで接合しボルトナットで固定して完全な円筒形機体を作り上げる様子を工程１２ｄに示す。
【００６０】
図６の断面図を参照するとよく理解できる。この円筒形胴体１に第１支柱の部材１６および第２支柱の部材１５を取り付けて、軽金属合金製繋ぎ板部材１７および軽金属合金製鞍型スペーサー部材１９と共にボルトナットで締結することにより最終的に工程１２ｅに示す円筒形機体が出来上がる。
【００６１】
このとき、工程１２ｅにおいて、軽金属合金製繋ぎ板部材１７の代りに図８に示すような部材１７ａを使用して機体断面が馬蹄形の機体構造の大型マルチコプターを製作することができる。図８に示した如く、この馬蹄形機体断面の大型マルチコプターは機体内部空間が広くて貨物積載スペースが大きく取れるので経済性に優れた空輸機になると予想される。
【００６２】
機首には透明アクリル樹脂製風防ガラスのフードが取り付けられ、機体後部には円形の開閉扉を取り付けて貨物の搬入搬出用に使われる。図１２の製造工程フローチャート図の説明を補足するために、実施例１および実施例２で製造装置および製造方法をさらに説明する。
【００６３】
ここで使われる炭素繊維強化金属フィルムおよびピッチ系炭素繊維ニードルパンチフェルトの金属メッキ法は特願２００７−９８９５１の明細書に製法が開示されている。図７および図８は完成した本発明の大型マルチコプターの横断面図である。
【００６４】
円筒形機体から左右対称に突き出ている第１支柱の部材１６および第２支柱の部材１５を制作する方法について説明する。図６に示したものは、円筒形機体１を作るときに、複合材製円筒１に軽金属合金製繋ぎ板部材１７を内側から当てて、また、外側から軽金属合金製鞍型スペーサー部材１９を当てて、複複合材シートの円筒１を完全に丸く接合して、その上に第１支柱の部材１６および第２支柱の部材１５を載せて、これら全ての部材を貫通する多数のボルトで接合する状態図であり、各部材と円筒の位置関係を示している。
【００６５】
支柱は先端部分に回転翼ローターと原動機を取り付けるので、大きな荷重がかかる。支柱には大きな強度と剛性が求められるので、円筒形機体の場合と同じように炭素繊維、熱硬化型合成樹脂、金属の複複合材で支柱部材が作られる。
【００６６】
支柱には図６に示す２種類の形状が有り、第１支柱の部材１６および第２支柱の部材１５である。図７および図８には円筒形機体１または馬蹄形機体に第１支柱の部材１６および第２支柱の部材１５が取り付けられている位置関係が機体横断面図で示されている。
【００６７】
図７および図８において、第１支柱の部材１６および第２支柱の部材１５はそれぞれ回転翼ローターと原動機を支えているのであるが、マルチコプターが離陸して飛行体勢に入る状態では機体を吊り上げて持ち上げなければならない。このとき非常に大きな負荷が支柱に加わるので、負荷を分散して機体を吊り上げるためのスチールワイヤーが取り付けられている。
【００６８】
図７の円筒形機体において、第１支柱の部材１６および第２支柱の部材１５の代わりに、図９に示したようなU字型に改良された第１支柱の部材１６ｂおよび湾曲形状に改良された第２支柱の部材１５ｃが採用された円筒形機体ではピッチ系炭素繊維ニードルパンチフェルト製の三者複合材で機体を製作する。図９に示した円筒形機体では第１支柱および第２支柱とも各支柱が機体を胴体底部の下から支える構造のため、円筒形機体にはそれ程大きな強度が要求されないためである。そのため、低コストの大型マルチコプター機体を作ることができる。
【００６９】
ピッチ系炭素繊維のニードルパンチフェルトで作られた三者複合材は段落番号００４１〜００４６および実施例２において説明した。図９に示した円筒形機体では、機体と支柱の接合部分に大きな荷重負荷が及ばないので、複合材製の円筒形機体と支柱との接合方法が簡素化されて、大型マルチコプターの製造法が容易になる利点がある。図１５に示したのは、U字型の第１支柱および上向きの凹状に湾曲した第２支柱を取り付けた円筒形機体の機体構成を説明するための半透視イメージ図である。
【００７０】
次に本願発明の円筒形機体を制作する工程を実施例１および実施例２において説明する。また、第１支柱の部材１６または１６ｂ、並びに第２支柱の部材１５または１５ｃを製作する方法を実施例３において説明する。更に、軽金属合金製繋ぎ板部材１７および軽金属合金製鞍型スペーサー部材１９を制作する方法を実施例３において説明する。
【００７１】
最後に大型マルチコプターの動力源および原動機について述べる。本願発明の大型マルチコプターは動力源として水素燃料電池を搭載して直流電流により４〜４４基の回転翼ローターをDCモーターで駆動する。DCモーターは直流電動機のことである。地上に近い比較的低い高度の上空で長時間滞空するので騒音を発生しない静かな原動機が必要である。そのため、騒音やCO2排ガスを出さない水素燃料電池が適している。
【００７２】
近年、自動車メーカーが動力源として水素燃料電池を搭載した乗用車を発売した。この水素燃料電池は自動車用に開発されたものであり、軽量化を意識して設計されたものであるから、マルチコプターの原動機として最適である。マルチコプターは４〜４４基の回転翼ローターにより揚力を発生させる。多数の回転翼ローターに動力を均等に配分するには電気エネルギーが最適である。
【００７３】
本願発明の大型マルチコプターは円筒形の胴体からなる機体を有して、従来の航空機のように機体内部に骨組み構造を有していないので機体内部の容積が大きく、大量の圧縮水素ガスを収容する燃料タンクを収納できる。そのため、本願発明の大型マルチコプターは飛行船のように静かで長時間連続滞空できる特長がある。機体が円筒形の胴体からなることが特徴である本願発明の大型マルチコプターの透視イメージ図を図５に示した。
【００７４】
図５において、推進器４は回転翼ローター２に使われているDCモーター９と同じ電動機であり、これにファンを取り付けた推進器である。大型マルチコプターは低空域、例えば、高度１００メートルから１０００メートルを低速度で移動することを目的の飛行体を目指しているので、この程度の推進器で十分足りる。もし、より速い速度が求められるような場合には推進器４を機体側面や機体底面に多数取り付けることができるため、何ら問題は生じない。
【００７５】
更にまた、多数の回転翼ローターを有するマルチコプターでは回転翼の駆動にはロータリーエンジンが適している。ロータリーエンジンではレシプロエンジンのようにピストン運動を回転運動に変換するクランクシャフトが不要であり、ピストンに相当するローターが直接回転運動を出力するのでエンジン本体が軽量であり、エンジン構造が簡素で部品点数も少なくて済み、軽量化が容易である。また、エンジン騒音が小さいこともマルチコプターに適している。
【００７６】
新しい空輸機を開発するときに最適な原動機が入手できるかどうかは非常に重要なポイントになる。適当な原動機が入手できなければ、その空輸機は市場に受け入れてもらえない。ロータリーエンジンに関しては、もとより乗用車用に開発されたエンジンだから量産性に優れている。一機のマルチコプターに最多の場合には４４基のロータリーエンジンが必要になるとしても、既に数十年にわたり自動車用に量産された実績のある原動機であり、空輸機用エンジンとして信頼性が高い。
【００７７】
ロータリーエンジンの原動機としての特性は自動車用としてよりもマルチコプターの原動機としての使用環境の方が適している。なぜなら、自動車では発進、加速、停止を頻繁に繰り返すので、負荷が一定しない。負荷の変動が激しい条件下ではロータリーエンジンの性能は燃料消費効率が良くないなど本来の性能が発揮されない側面がある。それに比べて、大型マルチコプターでは離陸してから着陸するまで一定速度で飛行するので原動機への負荷が一定であり、ロータリーエンジンの性能特性に合致しているのである。
【００７８】
それ故、大型マルチコプターの原動機にロータリーエンジンを採用することには製造コストも含めて何の不都合な問題も生じない。例えば、図１０および図１１に示すような大型マルチコプターには原動機としてロータリーエンジンが適していると考えられ、このような大型マルチコプターは長尺重量物の運搬に適していると考えられ、いろいろな用途が想定される。
【実施例１】
【００７９】
すでに段落番号００５２から００５９で述べたように複合材で円筒形の機体を作るときには、最初に平面上に置いた複複合材シートを加圧加熱して半硬化させる。５０〜６０％程度樹脂が硬化した時点でプレス台から取り外し、鋼鉄製円筒に巻いて、その上を鋼帯で巻いて締め上げ、円筒内側のヒーターで１３０〜２００度に加熱して複合材シートを完全硬化させる。
【００８０】
以下、図１２に示した製造工程フローチャート図に沿って説明する。行程１２ｂに示した直径２メートルの鋼鉄製円筒２１（長さ３０メートル）が本願発明の円筒形機体を製作する生産設備である。鋼鉄製円筒の内側に電熱ヒーター及びサーモスタットを取り付けて鋼鉄製円筒が１３０〜２００度に均一加熱されるように準備する。
【００８１】
CFRPプリプレグシートは通常の仕様のものを市場から入手する。炭素繊維強化金属フィルムは特願２００７−９８９５１に開示されている方法で図１３に示された炭素繊維フィラメント糸の連続メッキ装置を使用して作る。
【００８２】
加圧加熱硬化された円筒形の複複合材は鋼鉄製円筒が室温にまで冷却されてから鋼帯のカバーを外して取り出す。行程１２ｂから工程１２ｅまでを経て最終的に複合材製円筒形機体が得られる。
【実施例２】
【００８３】
ピッチ系炭素繊維のニードルパンチフェルト（暑さ１５ミリメートル、製品名ドナカーボS、株式会社ドナック提供）を下記の化学メッキ浴に浸漬して銅メッキを施した。特願２００７−９８９５１に開示されているメッキ方法に従い、メッキ活性化剤としてブタジエンパラジウムジクロライドを使用した。ブタジエンパラジウムジクロライドの１パーセント溶液（溶媒はアセトン）にピッチ系炭素繊維ニードルパンチフェルトを浸漬してメッキ活性化剤前処理を行った（３０秒間）。
【００８４】
溶液から引き揚げて風乾した後、該ニードルパンチフェルトを１００℃で３分間乾燥した。この前処理したピッチ系ニードルパンチフェルトを下記のメッキ浴に浸漬して銅メッキを施した。
１５グラム／リットルの硫酸銅
１９グラム／リットルの炭酸水素ナトリウム
３０グラム／リットルの酒石酸カリウムナトリウム
２０グラム／リットルの水酸化ナトリウム
１００ミリリットルの３７％濃度ホルムアルデヒド水
浴のｐH：１１．５
浴の温度：２３〜２５℃
【００８５】
上記の化学銅メッキ浴に１時間浸漬して、炭素繊維が厚さ約８ミクロンの銅メッキ層で覆われた炭素繊維／金属銅複合材のニードルパンチフェルトを作った。この複合材ニードルパンチフェルトにエポキシ樹脂初期縮合物プレポリマーの高粘度液を含浸させて、両面をアルミ板（厚さ１ミリ）で挟んで加圧加熱すると炭素繊維／熱硬化型合成樹脂／金属銅の三者複合材の板（厚さ１０ミリ）が得られる。
【００８６】
この三者複合材の板は反発弾性が非常に大きいので、直径２メートル長さ２０メートルの円筒形に丸めて円筒形機体を作ることができる。図９において、丸めた三者複合材シートの両端部分を軽金属合金製繋ぎ板部材１７と共にボルトナットで締結する。
【００８７】
また、図９はピッチ系炭素繊維ニードルパンチフェルトの三者複合材で円筒形機体を作る際の軽金属合金製繋ぎ板部材１７による結合位置と第一支柱の部材１６ｂおよび第二支柱の部材１５ｃを機体に取り付ける位置関係を示している。
【実施例３】
【００８８】
円筒形機体１に第１支柱の部材１６または１６ｂを、そして、第２支柱の部  材１５または５ｃを取り付けるに際しては、図１４に示すように、円筒中心  軸線３２に対して９０度の角度すなわち直角方向に正確に円筒形機体に取り  付けられることが重要である。こうすることによって、円筒形機体の大型マ  ルチコプターは機体均衡性即ち機体バランスを確保することができる。そし  て、その結果、大型マルチコプターの飛行安定性ならびに優れた耐風能力が  獲得される。
【００８９】
第１支柱の部材１６または１６ｂ、そして第２支柱の部材１５または１５ｃは炭素繊維強化金属フィルムを数百層に重ねてエポキシ樹脂プレポリマー液を加えて接着した複合材を支柱部材の湾曲形状に加圧加熱硬化させて成形される。
【００９０】
炭素繊維強化金属フィルムは実施例１に述べたように図１３に示した連続メッキ装置により、炭素繊維フィラメント糸を数千本から数万本を平面状に並べて連続的にメッキされて作られる。炭素繊維強化金属フィルムは段落番号００３４から００３６にかけて説明されているように非常に高強度、高剛性の部材を作ることができる。
【００９１】
しかしながら、前記炭素繊維強化金属フィルムを数百枚積層して作られる厚さ数十センチメートルの炭素繊維／金属／エポキシ樹脂複合材製の支柱部材は製造に手間がかかり、製造コストが非常に高くなることが懸念される。そのため、次に述べるCFRP線材（複合材製のワイヤー）を数百本束ねて湾曲形状の支柱部材を加熱硬化成形させる方法を採用する。第１支柱および第２支柱ともに荷重の負荷は主として支柱部材のタテ方向にかかるため、前記CFRP線材を数百本束ねて成形された支柱部材が材料強度的にも、製造コスト的にも適切であると判断される。
【００９２】
前記CFRP線材を作る方法は図１６に示した製造工程の図解で説明される。図１６において、炭素繊維フィラメントのスライバー３３をエポキシ樹脂プレポリマー液３５に連続的に浸漬させて、炭素繊維フィラメントのスライバー３３を絞りロール３６に通して余分な樹脂液を落とすと同時にスライバー３３の内部に樹脂液をよく含浸させる。その後、ナイロンモノフィラメントのテグス３７で樹脂液を含んだ炭素繊維フィラメントのスライバー３３を連続的に縛ってCFRP線材３８の原形を作る。図１６では、２本のナイロンモノフィラメントテグス３７を使用してCFRP線材をタスキ掛け状に連続的に縛りあげて高強度のCFRP線材を作る生産工程を図解している。
【００９３】
炭素繊維フィラメントスライバーの濡れ性が悪くて、エポキシ樹脂プレポリマー液の含侵が不十分な時は、炭素繊維フィラメントを図１３に示した連続メッキ装置に通して炭素繊維フィラメントの表面を金属メッキにより薄く表面処理を施して、炭素繊維フィラメントスライバー３３の濡れ性を改善してやることが出来る。
【００９４】
図１６に示したCFRP線材を連続的に製造する工程では、ナイロンフィラメントテグス３７でタスキ掛け状に縛られたCFRP線材３８が加熱硬化炉３９の中を通過して線材３８のエポキシ樹脂を加熱硬化させるのであるが、加熱時間が短いためエポキシ樹脂の硬化反応は半分程度しか進んでおらず、まだ生乾きの状態である。この生乾きのCFRP線材を所定の長さに切断して所定の形状の型枠に入れて再び加熱硬化させて所定形状の支柱部材を得る。言い換えると、このようにして作られた生乾きのCFRP線材を数百本束ねて、接着剤としてエポキシ樹脂プレポリマー液を塗布して型枠に入れ、湾曲形状の支柱部材に加熱硬化成型加工する。
【００９５】
軽金属合金製繋ぎ板部材１７および馬蹄型断面機体の制作に使われる繋ぎ板部材１７ａ、そして軽金属合金製鞍型スペーサー部材１９は鋳造法によって作られる部材である。また、回転翼ローターのプロペラも軽金属合金製である。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
既に説明したように、円筒形機体の大型マルチコプターに動力源として水素燃料電池または原動機としてロータリーエンジンを利用する新種の飛行体は自動車産業の発展に貢献する。すなわち、従来においては自動車用にしか利用されなかった原動機を低空域で空間移動する新種の飛行体へ応用することにより、本願発明は自動車産業が新産業を発展させることができる新規な事業展開の方向性を示している。以下に本願発明の大型マルチコプターに予想される用途を列記する。
【００９７】
水素燃料電池を動力源とする大型マルチコプターは騒音が少なく長時間低空で滞空しても地上の人間に苦痛を与えない。地上数百メートル上空に長時間滞空して高出力のランプで広域照明することができる。従来は十分な明るさの広域照明手段が無かったので、大規模災害が起きた時などには夜間の救助活動は困難であった。大型マルチコプターによる夜間の広域照明には様々な用途が予想される。海難事故の際の遭難者救助に限らず、災害時の救助活動や復旧活動を昼夜連続して行えるため災害救助復旧復興活動に非常に有効である。
【００９８】
また、日本列島は毎年夏から秋にかけて台風に襲われると農業に大きな被害が出ることがある。特に稲作や果樹は強風に弱く、収穫直前に台風に襲われると大きな被害が出る。広域照明で夜間作業を可能にして台風が来る直前に徹夜作業で収穫を終えてしまう対策が立てられるのではないかと考えられる。これは農業者の収入安定化に役立つ。また、土木建設業界の労働生産性向上にも広域照明は効果的である。建設重機の稼働率向上による建設コスト低減に役立つ。
【００９９】
また、水素燃料電池を動力源とするマルチコプターにより数百メートル上空からの広域照明は夜間のスポーツ競技に変革をもたらすと考えられる。サッカー等の激しいスポーツは夏季の日中での試合は暑すぎて選手にも観客にも負担が大きい。夜間に上空のマルチコプターから広域照明すると同時に上空からの涼しい風を競技場に送ることもでき、広域照明では影を作ることが少ないのでスポーツ競技のテレビ放映が容易になる利点もある。世界中でサッカー試合は人気があり、新興国の多くは熱帯から亜熱帯にかけての暑い国であり、水素燃料電池のマルチコプターによる広域照明は大きな輸出商品になると予想される。
【０１００】
図３または図４に示す大型マルチコプターは動力源に水素燃料電池を採用して新発想の空中遊覧観光バスとしての利用が考えられる。ほとんど騒音を出さず、CO2排ガスも出さない新しい観光バスを創出する。円筒形機体の下側に透明アクリル樹脂製の展望デッキ風客室キャビンを取り付ける。乗客は３６０度視界の展望デッキに座って上空２００メートルから下界を眺めてパノラマ景色を楽しむことができる。
【０１０１】
このような空中遊覧観光バスはこれまで存在しなかった有望な新商品である。人間には鳥のように空から下界を眺めてみたいという願望が強くあり、空中遊覧観光バスには大きな需要があると予想される。
【０１０２】
CFRP製の円筒形機体は簡素な構造のモノコックボディであり、骨組み構造を持たないので機体内部空間スペースが広く、多くの荷物を搭載することができる大型マルチコプターを作れる。原動機としてロータリーエンジンを取り付けると、垂直離着陸が可能であり、貨物積載スペースが大きい空輸機として新しい物流手段になり得る。
【０１０３】
例えば、大型マルチコプター無人機で貨物輸送する場合、コンピュータで定期運航ルートを地上２００〜４００メートルの高度にバーチャル設定して立体空間を利用して三次元立体交差により交通整理が可能になると予想される。
【０１０４】
例えば、毎日新聞社発行の週刊エコノミスト２０１５年１１月２４日号の９４ページには航空業界に詳しい東京大学大学院教授鈴木真二氏のインタビュー記事として、空輸機の無人運転が地上交通の自動運転より先に来るという情報を述べている。コンピュータにより設定された運航ルートを自動操縦マルチコプター無人機が信号待ちや交通渋滞に遭遇することなく目的地までノンストップで直行できる三次元立体交差空輸交通体系を実現できると予想される。
【０１０５】
垂直離着陸できる空輸機の利点を生かして、貨物出荷地点から配送目的地まで短時間で直送することができる。これによって物流コストの大幅な削減につながる。
【０１０６】
例えば、日本の農業は生産性が低く農産物の価格が高い。空輸機による物流は商品の痛みが少なく輸送時間も短いので、大型マルチコプターは生鮮食品の輸送にも適している。農産物の生産地から大消費地のスーパーへ産直輸送が可能になり物流コストが大幅に削減されて農業の経営近代化に役立つと考えられる。
【０１０７】
日本の林業は安価な輸入木材に価格競争で敗れて衰退している。戦後、山に植林した大量のスギやヒノキが５０〜６０年たって成木したので伐採し製材して建築用木材に利用できるのであるが、山に放置されている。このままでは山が荒れて山肌深層地滑りなど自然災害の原因になる。スギを伐採した後に広葉樹や照葉樹を植林して山の植生を元の自然な状態に戻す努力をしないと何時まで経っても毎年春先に多くの人が花粉症に悩まされる不都合な社会現象を解決することが出来ない。この問題を解決するのに図１０に示すような大型マルチコプター無人機を利用できる。日本の山は急峻であり、山の斜面に植林されたスギを伐採しても、枝葉を切り落として樹木を搬出するには足場の悪い山の斜面での作業は効率が悪いので多くの人手を必要とする。山の斜面での作業は機械化が難しく労働生産性が極めて低いので、この作業工程を省略しないと林業のコスト低減につながらない。
【０１０８】
そのため解決策として、伐採されたスギは枝葉を付けたまま一本ずつまたは数本ずつ図９に示すような大型マルチコプター無人機で吊り下げて山の麓の平地にある製材所まで空輸する。大型マルチコプター無人機は山の斜面の伐採現場と製材所の間でGPSを使って正確な航路をピストン往復することができ、伐採現場の上空１００メートルにホバリングしてロープをレーザー照準器の助けを借りて伐採樹木の上に正確に下げおろすだけでよく、伐採作業者がマルチコプターから降りてきたロープのフックを樹木に引っ掛けて固定するだけでよい。
【０１０９】
製材所では専用機械でスギの枝葉を切り落とし製材加工する。切り落とされた枝葉は細かく裁断されてバイオマス発電の燃料になる。この方法で日本の林業の生産性は著しく改善されるはずであり、国内産スギ材の価格は輸入木材より安くなるはずである。国内林業の生産性を改善すると林業従事者の収入も高くなるはずであり、良質の木材を豊富に自給することができるようになり、国民に良質の住宅を安く提供できるようになる。
【０１１０】
図９、図１０または図１１に示した大型マルチコプターは２４基から４４基の回転翼ローターをロータリーエンジンで駆動させる。大きな燃料タンクを搭載できるため長距離空輸に適している。
【０１１１】
それを利用して漁業の生産性を向上させることができる。現在の漁業は漁船が自ら魚群を探し回って漁獲した魚を漁船が自ら漁港へ持ち帰る。漁船の燃費コストが大きく、また、輸送時間が長いので、魚の鮮度が落ち、魚価が安くなる。漁業の生産性は非常に低く漁業者の収入も低い水準である。将来の漁業は次のようになると予想される。図４または図５に示した航続距離が非常に長い大型マルチコプター無人機にLED広域照明パネル、魚群探知機、海面を撮影するテレビカメラ等を搭載して広い海域を魚群探査させる。夜間にはLED広域照明パネルを集魚灯として使い魚群を集める。巻き網漁法で漁獲する。そのため、５千トン級以上の大きな漁業母船が必要である。
【０１１２】
巻き網をクレーンで船上に引き揚げて直ちに氷温水槽に投入して、魚を仮死状態にしてそのままトロ箱のコンテナに入れて図１０または図１１に示す長距離空輸機の大型マルチコプターで洋上輸送を行い大都市近郊のスーパーストアへ直送する。総合スーパー又は食料品スーパーは大きな来客用駐車場を有する。その上に二階建て屋上ヘリポートを建設する。ヘリポート階下に魚処理加工設備を作る。ここで魚を切り身に加工してパック包装してスーパー店頭で販売する。漁獲された魚がその日のうちに店頭に並ぶので、消費者は新鮮な魚を買うことができて、スーパーには集客効果がある。
【０１１３】
図１０または図１１に示した大型マルチコプターは長尺重量物の運搬に適していると考えられる。例えば、長距離ミサイルを搭載することもできる。射程距離の長いミサイルを搭載したマルチコプターと戦闘機を組み合わせて空軍の防空力を強化することができると考えられる。
【符号の説明】
【０１１４】
１・・・円筒形の機体
２・・・回転翼ローター
３・・・透明アクリル樹脂製の風防ガラス
４・・・推進器
５・・・水素燃料電池
６・・・圧縮水素ガス燃料タンク
７・・・炭素繊維強化金属フィルム
８・・・炭素繊維強化エポキシ樹脂CFRPプリプレグシート
９・・・DCモーター
１０・・・ロータリーエンジン
１１・・・貨物室
１２・・・ガソリン燃料タンク
１３・・・着陸用脚
１４・・・貨物室床パネル
１５・・・第二支柱の部材
１５ｃ・・上向きの凹状に湾曲した形状の第二支柱の部材
１６・・・第一支柱の部材
１６ｂ・・Ｕ字型の第一支柱の部材
１７・・・軽金属合金製繋ぎ板部材
１７ａ・・馬蹄形機体断面の大型マルチコプターを製作する時に軽金属合金製繋ぎ板部材１７の代わりに使用する部材
１８・・・スチールワイヤー
１９・・・軽金属合金製鞍型スペーサー部材
２０・・・鋼帯
２１・・・鋼鉄製円筒
２２・・・CFRPプリプレグシートと炭素繊維強化金属フィルムを貼り合わせた複複合材シート
２３・・・炭素繊維フィラメント糸
２４・・・パッディング槽
２５・・・メッキ活性化剤付与（ブタジエンパラジウムジクロライドの１％アセトン溶液）
２６・・・赤外線乾燥
２７・・・連続メッキ槽
２８・・・化学銅メッキ浴
２９・・・水洗槽
３０・・・炭素繊維強化金属（銅）フィルム
３１・・・プレス台
３２・・・円筒形機体の円筒中心軸線
３３・・・炭素繊維フィラメントのスライバー（繊維束）
３４・・・ガイドロール
３５・・・エポキシ樹脂プレポリマー液
３６・・・絞りロール
３７・・・ナイロンモノフィラメントのテグス
３８・・・CFRP線材（炭素繊維／エポキシ樹脂複合材の線材）
３９・・・加熱硬化炉
４０・・・CFRP線材（炭素繊維／エポキシ樹脂複合材の線材）を巻き取るロール
４１・・・炭素繊維フィラメントのスライバー（繊維束）を巻いたロール
【図１】
2017200813.tif 000003
【図２】
2017200813.tif 000004
【図３】
2017200813.tif 000005
【図４】
2017200813.tif 000006
【図５】
2017200813.tif 000007
【図６】
2017200813.tif 000008
【図７】
2017200813.tif 000009
【図８】
2017200813.tif 000010
【図９】
2017200813.tif 000011
【図１０】
2017200813.tif 000012
【図１１】
2017200813.tif 000013
【図１２】
2017200813.tif 000014
【図１３】
2017200813.tif 000015
【図１４】
2017200813.tif 000016
【図１５】
2017200813.tif 000017
【図１６】
2017200813.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月6日(2017.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体と、前記機体から突き出た複数の支柱と、前記支柱の先端に設けられた原動機と、前記原動機によって回転する回転翼ローターとを備えたマルチコプターにおいて、前記機体が炭素繊維と熱硬化型合成樹脂および金属からなる複合材で円筒形または馬蹄型の筒形に形成されており、複数の前記支柱は、Ｕ字型の形状を有する第１支柱と、前記第１支柱より緩やかな曲線で上向きの凹状に湾曲した形状を有する第２支柱とから成り、前記第１支柱と前記第２支柱が前記機体の前後方向に交互に配置され、かつ、前記機体から左右対称に突き出して構成されていることを特徴とするマルチコプター。
【請求項２】
機体と、前記機体から突き出た複数の支柱と、前記支柱の先端に設けられた原動機と、前記原動機によって回転する回転翼ローターとを備えたマルチコプターにおいて、前記機体が炭素繊維と熱硬化型合成樹脂および金属からなる複合材で円筒形または馬蹄型の筒形に形成されており、複数の前記支柱は、上向きの凹状に湾曲した形状を有する第１支柱と、直線の形状を有する第２支柱とから成り、前記第１支柱と前記第２支柱が前記機体の前後方向に交互に配置され、かつ、前記機体から左右対称に突き出して構成されていることを特徴とするマルチコプター。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明は、機体と、前記機体から突き出た複数の支柱と、前記支柱の先端に設けられた原動機と、前記原動機によって回転する回転翼ローターとを備えたマルチコプターにおいて、前記機体が炭素繊維と熱硬化型合成樹脂および金属からなる複合材で円筒形または馬蹄型の筒形に形成されており、複数の前記支柱は、Ｕ字型の形状を有する第１支柱と、前記第１支柱より緩やかな曲線で上向きの凹状に湾曲した形状を有する第２支柱とから成り、前記第１支柱と前記第２支柱が前記機体の前後方向に交互に配置され、かつ、前記機体から左右対称に突き出して構成されていることを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、本発明は、機体と、前記機体から突き出た複数の支柱と、前記支柱の先端に設けられた原動機と、前記原動機によって回転する回転翼ローターとを備えたマルチコプターにおいて、前記機体が炭素繊維と熱硬化型合成樹脂および金属からなる複合材で円筒形または馬蹄型の筒形に形成されており、複数の前記支柱は、上向きの凹状に湾曲した形状を有する第１支柱と、直線の形状を有する第２支柱とから成り、前記第１支柱と前記第２支柱が前記機体の前後方向に交互に配置され、かつ、前記機体から左右対称に突き出して構成されていることを特徴とするものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
複数の支柱は、炭素繊維フィラメントとエポキシ樹脂からなるCFRP線材の複数本からなり、所定の形状に形成してもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
複合材製の円筒形機体の中に圧縮水素ガス燃料タンクおよび水素燃料電池を有して、支柱の先端に設けられる原動機として、直流電動モーターにより回転翼ローターが駆動されてもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
支柱の先端に設けられる原動機として、内燃機関のロータリーエンジンにより回転翼ローターが駆動されてもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
上記に述べように、４基から４４基の回転翼ローターを有する大型マルチコプターを制作してもよい。