JP2000179448A - 風力発電装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 風力発電翼の大型化に対応するとともに、翼
の製造時の作業環境を改善できる風力発電翼及びその製
造方法を提供すること。 【解決手段】 本発明は、ガラス繊維強化プラスチック
の予備成形シートを積層して形成した主桁と外皮とから
なること、前記ガラス繊維強化プラスチックの予備成形
シートがガラス繊維の織布にエポキシ樹脂を含浸させた
ものであること、前記外皮の層の中間部に固形発泡体を
介装したこと、前記主桁が一体成形または分割成形され
ていること、ガラス繊維強化プラスチックの予備成形シ
ートを主桁型または外皮型上に積層して形成されたプリ
プレグ材を、真空フィルムで表面を覆って密閉したの
ち、密閉された空間部を真空吸引することにより積層部
の密着性を高めること、温風が導入される加熱保温室内
又はヒータで加熱されている前記密閉された空間部を真
空吸引することにより、積層したシートの硬化を促進さ
せること等を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス繊維の織布
にエポキシ樹脂をあらかじめ含浸させてシート状に成形
したもの（以下予備成形シートという）を使用して製造
された風力発電用風車の風力発電翼および風力発電翼の
製造方法、特に、風力発電翼の主要構成部品である主桁
および外皮の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の風力発電用風車に使用されている
風力発電翼（以下単に翼という）の構造およびその製造
方法を図１７に基づいて説明する。図において、０１は
主桁で、翼０７の中央部を翼幅方向に延長され翼０７の
主要部品を構成する。この主桁０１の製造は次の要領で
行う。まず、主桁０１の内表面形状が外表面に形成され
た主桁成形用の金型、すなわち、主桁型の表面をアセト
ンで洗浄したのち離型剤を塗る。

【０００３】次に、この主桁型の表面にガラス繊維から
なるガラスマットとロービングクロスとを、交互にポリ
エステル樹脂を含浸させながら積層していく。この際含
浸させる樹脂が不足する部分には樹脂を追加し、ガラス
マットとロービングクロスに十分に含浸させて積層した
後、ローラで積層外面を押圧し、含浸させた余分な樹脂
を脱脂するとともに、積層部内の脱泡を行い、硬化させ
る。この後、主桁型から油圧ジャッキ等を用いて、積
層、硬化した主桁０１を抜型して主桁０１が製作され
る。

【０００４】また、図において、０２は翼０７の外表面
を形成する外皮で、主桁０１と同じく翼０７の主要部品
を構成し、次の要領で製造される。まず、外皮０２の外
表面形状が外表面に凹設された外皮成形用の金型、すな
わち、外皮型の外表面を主桁０１の製造時と同様にアセ
トンで洗浄したのち、離型剤を塗る。次に、この離型剤
の表面に塗料をスプレイガンで吹き付けた後、この塗料
塗膜上に主桁０１の製造時と同様にガラスマットとロー
ビングクロスを、交互にポリエステル樹脂を含浸させな
がら積層していく。

【０００５】この際、樹脂不足の部分には樹脂を追加
し、樹脂十分に含浸させて積層した後、ローラで積層外
面を押圧し、脱脂、脱泡して硬化させる点は、主桁０１
の製造時と同様にして行う。なお、外皮０２は１体の翼
０７に対して背側を形成する外皮と腹側を形成する外皮
との２枚が製造される。また、外皮０２の製造において
は、脱脂、脱泡し、硬化させた時点では、外皮０２はま
だ外皮型から外さず一体のままにしておく。

【０００６】次いで、主桁０１と外皮型と一体化されて
いる翼０７の腹側に設けられる外皮０２の接着部に、接
着剤０３としてガラスマットにポリエステル樹脂を含浸
させたものを、隙間分だけ外皮０２の内面側に積層す
る。次いで、上述のように主桁枠から抜型された主桁０
１を腹側の外皮０２上に積層された接着剤０３の上方に
載せる。つぎに、主桁０１の背側に、腹側の外皮０２の
内周面に積層した接着剤０３と同様にして、主桁０１と
背側の外皮０２の組立時に生じる隙間分の厚さに接着剤
０３を積層したのち、翼０７の背側に設けられる外皮０
２を外皮型ごと主桁０１に積層した接着剤０３の上方に
かぶせて接着し、硬化させる。

【０００７】次いで、接着剤０３が積層されて接着され
ている主桁０１が内設されている部分を除く、腹側の外
皮０２と背側の外皮０２との間に形成される空間にウレ
タンフォーム０４を注入し、このウレタンフォーム０４
を充分養生、硬化させてから外皮型より腹側および背側
の外皮０２を抜型する。

【０００８】このようにして成形された翼０７は、最後
に仕上げを次の要領で行う。まず、翼０７の前縁０５、
後縁０６、および翼根部を研磨し、アセトンで研磨時に
生じる微粉等を完全に除去し、翼根部と翼前縁および翼
後縁部の腹側の外皮０２と背側の外皮０２とのつなぎ目
にそれぞれ、さらにガラスマットとロービングクロスを
交互にポリエステル樹脂を含浸させながら所定厚さの積
層を行い翼根部の成形および腹側と背側の外皮０２の接
合を行う。このように、主桁０１と外皮０２とを接合し
て１体化された翼０７は、全体外表面を成形研磨した後
塗料を塗布し、風力発電装置との接続を行う翼根部の端
面加工を行って翼０７の製造が完了する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】（１）上述の従来の風
力発電翼においては、翼の大型化に対しては、上述した
従来から使用されている材料では材料強度上限界があ
り、これを補うために肉厚を増加させてやる必要があ
り、これにより翼の重量が増加する。

【００１０】（２）また、上述した材料、すなわち、ガ
ラス繊維からなるガラスマットとロービングクロスとか
ら材料では、積層する際にポリエステル樹脂を充分含浸
させて積層する必要があるが、このポリエステル樹脂に
は、人体に有害な有機溶剤スチレンが含まれており、作
業員は防護マスクが必要である等、作業上の制約により
作業効率の低下を来す。

【００１１】（３）風力発電翼の背側と腹側とにそれぞ
れ配置される外皮を接着する際、エッジ部の研磨が必要
であるが、この作業時には粉塵が多量に発生する等、作
業環境の悪い状態での製造作業となる。

【００１２】（４）ガラス繊維にポリエステル樹脂を含
浸させて積層する従来の材料の積層は、湿式積層でなさ
れるので、ローラによる脱脂、脱泡作業が非常に重要な
ものとなる。さらに、この脱脂、脱泡作業によっては、
成形品である主桁、外皮の強度および寸法に与える影響
が大きく、作業者の技術力によっては製造された風力発
電翼の重量、寸法、材料強度にばらつきを生じることが
ある。

【００１３】（５）主桁配置部以外の外皮の間に充填す
るウレタンフォームは、材料自体には何も問題はなく、
軽量であり、適度の強度もあり理想的な材料であるが、
ウレタンフォームの発泡に使用しているフロンガスは、
オゾン層破壊の原因となることから２０２０年に使用禁
止となることが決定しており使用できず、現在、代替フ
ロンが使用されているが、この代替フロンにも使用禁止
の規制が設けられようと現在論議されている。このた
め、外皮の間にこれまで充填していた発泡ウレタンフォ
ームに代わる素材を充填する構造の風力発電翼にする場
合には、ウレタンフォームに代る材料の開発が必要であ
る。

【００１４】（６）ガラスマットとロービングクロスを
交互にポリエステル樹脂を含浸させながら積層して形成
された外皮および主桁の硬化は、必ずしも加熱して行う
必要はないが、この場合硬化に時間がかかるとともに、
ポリエステル樹脂の硬化に未反応分が残ることがあり、
外皮および主桁の硬化が均等に行われないことがあり、
材料強度上、特に、風力発電翼全体の強度分布に問題が
生じることがある。

【００１５】（７）また、風力発電翼の製造にあたっ
て、硬化時間を短くして作業時間を短縮し、均等な強度
分布を持ち、しかも、高強度の風力発電翼を製作するた
めに、加熱を行うようにした場合には、風力発電翼の長
さ以上の加熱保温装置を準備する必要がある。特に、近
年の風力発電翼のように大型化した風力発電翼を、主桁
型、外皮型ごとに挿入して加熱、硬化して製造するよう
にした場合には、これらを収容できる大容積の加熱保温
装置が必要となるとともに、加熱保温装置の大容積化に
伴い、加熱用に大容量のエネルギ（熱源）が必要とな
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来の風
力発電翼およびその製造において生じている課題を解決
するために、 （１）ガラス繊維強化プラスチックからなり、シート状
に成形された予備成形シートを積層して形成された主桁
と外皮とが、主要部品として構成されていることを特徴
とする風力発電翼を提供する。 （ａ）本発明の風力発電翼によれば、上述（１）の手段
としたので、風力発電翼の大型化に対しても、ガラス繊
維強化プラスチックからなる予備成形シートを積層して
形成したプリプレグ材を使用するようにしているので、
材料強度を大きくすることができ、これにより肉厚を薄
くして重量を軽減することができ、軽量かつ高強度の風
力発電翼とすることができる。また、外皮の材料強度が
大きくなることにより、主桁が配設される部分以外の外
皮の間にウレタンフォームを充填しなくても、風力発電
翼の翼型が外皮自体で保持できるようになるため、ウレ
タンフォームの発泡に必要となる代替フロンに代る発泡
材の開発、又はフロン若しくは代替フロンを発泡材とし
て必要としているウレタンフォームに代る充填材の開発
が不要になる。

【００１７】（２）また、上述（１）に加え、積層して
風力発電翼の主要部品を構成する主桁と外皮とを形成す
る予備成形シートが、ガラス繊維強化プラスチックから
なる繊維の織布にエポキシ樹脂を含浸させて形成するよ
うにしたものであることを特徴とする風力発電翼を提供
する。 （ｂ）本発明の風力発電翼によれば、上述（２）の手段
としたので、上述（ａ）に加え、人体に有害な有機溶剤
スチレンを含んでいるポリエステル樹脂に代えて、予備
成形シートの積層時に織布に含浸させる必要のある樹脂
がエポキシ樹脂で良くなるため、積層作業時の防護マス
ク等の着用が不要になり、作業上の制約がなくなるとと
もに、作業環境を大幅に改善でき、作業効率をアップさ
せることができる。

【００１８】また、ガラス繊維強化プラスチック予備成
形シートにエポキシ樹脂を含浸させて行われる積層は、
乾式積層方式であるので、積層作業が容易になり、しか
も、高度の技術力を必要とする脱脂、脱泡作業が不要に
なるので、脱脂、脱泡作業結果によって左右されること
の多かった風力発電翼の強度及び寸法に与える影響を小
さくでき、また作業者の技術力によって生じることのあ
った重量、寸法、材料強度にばらつきを少なくすること
ができる。さらに、予備成形シートに含浸されるエポキ
シ樹脂は一定で、しかも、真空脱気で行うので、風力発
電翼の背側と腹側とにそれぞれ配置される外皮を接着す
る際のエッジ部の研磨を少くでき、この作業時に発生す
る粉塵を大幅に低減できて作業環境が悪くなるのを防止
できる。

【００１９】（３）さらに、上述（１）の手段又は
（２）の手段に加え、風力発電翼の背側および腹側に配
設される外皮の内面側に、塩ビ発泡体等からなる固形発
泡体が介装されていることを特徴とする風力発電翼を提
供する。 （ｃ）本発明の風力発電翼によれば、上述（３）の手段
としたので、上述（ａ）に加え、又は上述（ａ），
（ｂ）に加え、風力発電翼、特に、外皮に負荷される荷
重の大きい部分に成形された固形発泡体を積層して設け
ることにより適宜補強することができ、外皮内へのウレ
タンフォームの充填をすることなく、耐熱、耐圧性に秀
れ、しかも、圧縮、曲げ、引張り座屈に対して秀れた強
度を有する風力発電翼にすることができる。

【００２０】（４）さらに、上述（１）の手段又は
（２）の手段又は（３）の手段に加え、主桁が一体成形
または複数個に分割成形して形成されたものであること
を特徴とする風力発電翼を提供する。 （ｄ）本発明の風力発電翼によれば、上述（４）の手段
としたので、上述（ａ）に加え、又は上述（ａ），
（ｂ）に加え、又は上述（ａ），（ｂ），（ｃ）に加
え、主桁の成形が主桁の大きさ、換言すれば、風力発電
力翼のサイズに応じて容易に成形できるとともに、風力
発電翼のサイズに応じて一体成形、分割成形のものを使
い分けすることにより、圧縮、曲げ、引張り挫屈に対し
て、より秀れた強度を有する風力発電翼にすることがで
きる。

【００２１】（５）本発明は、また風力発電翼の主要部
品である主桁および外皮の成形方法として、ガラス繊維
強化プラスチックの予備成形シートを主桁型または外皮
型上に積層し、主桁または外皮の形状に形成されたプリ
プレグ材の外面側を真空フィルムで被包して、主桁型ま
たは外皮型上のプリプレグ材の外周部に密閉された空間
部を形成したのち、この空間部を真空吸引することによ
り、プリプレグ材を形成する積層された予備成形シート
の密着性を高めて主桁および外皮を形成した後、形成さ
れた主桁と外皮とを接合して風力発電翼を製造すること
を特徴とする風力発電翼の製造方法を提供する。 （ｅ）これにより、本発明の風力発電翼の製造によれ
ば、上述（５）の手段の採用により成形作業が容易で、
しかも、積層してプリプレグ材を形成する予備成形シー
トの積層間の密着性に秀れるものにできるとともに、予
備成形シートが均等に、しかも強力に密着したプリプレ
グ材による主桁、外皮の製作ができるので、これにより
軽量かつ高強度の風力発電翼を製作することができる。

【００２２】（６）また、上述（５）の手段の採用に加
え、８０℃以上の温風が導入される加熱保温室内に、プ
リプレグ材の外周を密閉するようにした空間部、すなわ
ち、予備成形シートを積層して主桁または外皮形状のプ
リプレグ材を形成し、このプリプレグ材を被包するよう
に真空フィルムで覆った主桁型または外皮型を設け、加
熱保温室内に導入される温風により、この空間部内に密
閉されたプリプレグ材を加熱しながら、空間部内を真空
吸引することにより、積層した予備成形シートで主桁お
よび外皮等の形状に形成されたプリプレグ材の硬化を促
進させることを特徴とする風力発電翼の製造方法を提供
する。 （ｆ）本発明の風力発電翼の製造方法によれば、上述
（６）の手段を採用したので上述（ｅ）に加え、積層し
た予備成形シートで形成されたプリプレグ材の硬化が促
進され、風力発電翼の製作期間を短縮することができ
る。さらに、エポキシ樹脂内の硬化剤が加熱により反応
が促進されるとともに、硬化未反応分の残留がなくな
り、また気泡等が残ることが少くなるため、主桁、外皮
を主要部品とする風力発電翼は、より軽量化され、かつ
より耐熱、耐圧性に秀れ、圧縮、曲げ、引張り座屈に対
して秀れた強度を有する風力発電翼にすることができ
る。

【００２３】（７）また、上述（５）の手段の採用に加
え、予備成形シートを積層してプリプレグ材が成形され
るとともに、真空吸引されるプリプレグ材を密閉できる
ようにした空間部が形成される主桁枠または外皮枠と、
主桁枠または外皮枠を所定位置に保持できるようにした
フレームと、主桁枠または外皮枠のそれぞれの底面に設
置された空間部を加熱するヒータとにより主桁型または
外皮型を形成したのち、ヒータにより主桁枠または外皮
枠で成形されたプリプレグ材を８０℃以上に加熱しなが
ら、空間部を真空吸引することによりプリプレグ材の硬
化を促進させることを特徴とする風力発電翼の製造方法
を提供する。 （ｇ）本発明の風力発電翼の製造方法によれば、上述
（７）の手段を採用したので上述（ｅ）に加え、上述
（ｆ）と同様の作用・効果が得られる。さらに、本発明
では空間部の加熱が主桁枠または外皮枠の底面に設置さ
れたヒータにより行われるので、一体成形された長大な
風力発電翼を主桁枠および外皮枠とともに収容できる大
容積の加熱保温室等の加熱保温装置が不要になるととも
に、加熱硬化用に必要とするエネルギーを小容量のもの
とすることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の風車発電翼及び風
車発電翼の実施の一形態を、図面にもとづき説明する。
図１は本発明の風車発電翼の実施の第１形態を示す主桁
を一体成形した場合の風力発電翼の横断面図である。

【００２５】図において、１は主桁で図の上側が風力発
電翼５の背側、下側が腹側をそれぞれ示す。２は外皮
で、背側外皮２１と腹側外皮２２の２枚からなり、上下
から主桁１をはさんで組み合わされるとともに、背側外
皮２１と腹側外皮２２とは前縁１０４および後縁１０５
で接合されている。３は接着剤で、主桁１と外皮２との
接合部に積層されて主桁１と外皮２とを接着し、主要部
品である主桁１と外皮２とが強力に接合され、一体成形
された風力発電翼５を形成する。４は外皮２内に配設さ
れた主桁１の翼弦方向前後の外皮２の内周面に介装した
固形発泡体で、塩ビ発泡体（例えば鐘淵化学工業（株）
製の商品名クレゲセル）等が使用可能である。

【００２６】図２は本発明の風力発電翼の実施の第２形
態を示す主桁を前縁側主桁と後縁側主桁に２分割成形し
た場合の風力発電翼の横断面図である。

【００２７】図に示すように、本実施の形態の風力発電
翼５は、主桁１が前縁側主桁１１と後縁側主桁１２に分
割、成形されるとともに、両主桁１１，１２は、背側外
皮２１と腹側外皮２２との間に、翼弦方向に離隔して配
置されるようにしている。実施の第１形態と同様にし
て、接着剤３で主桁１と外皮２とが接着されて一体成形
され風力発電翼５を形成する。

【００２８】次に、図３から図１２により本発明にかか
る風力発電翼の製造方法の実施の第１形態を説明する。
図３及び図４は、主桁１を２分割して成形する場合を示
す図で、２分割成形用主桁型１にガラス繊維強化プラス
チックからなる織布にエポキシ樹脂をあらかじめ含浸さ
せてシート状に成形したもの、いわゆる、予備成形シー
トを１０〜３０層積層して、２分割された主桁１の一方
を形成する、ガラス繊維強化プラスチック材料の中間基
材である成形材料、いわゆるプリプレグ材を製作する。

【００２９】なお、後述する説明から明らかになるよう
に、２分型成形用主桁型６１で製作されるプリプレグ材
は、必ずしも、図２に示すように、前縁側主桁１１又は
後縁側主桁１２を形成するものでなくても良く、分割面
を接合して、図１に示すような一体成形された主桁１を
形成することもできるものである。また、図５は主桁１
を一体で成形する場合を示す図、筒状主桁型６２の外周
にエポキシ樹脂をあらかじめ含浸させた予備成形シート
を巻き付け積層し、一体に成形された主桁１のプリプレ
グ材を成形する。

【００３０】図６及び図７は、外皮２の成形を外皮型７
で行う場合を示す図である。まず、外皮２の外面形状に
された外皮型７の上面に予備成形シートを４〜６層積層
する。次に、塩ビ発泡体からなる固体発泡体４を風力発
電翼５の前縁側と後縁側、すなわち、主桁１が配置され
る位置の翼弦方向の前後に配置、積層された予備成形シ
ートの２個所内周面側に、それぞれ成形された状態で積
層する。この上に、さらに固体発泡体４の上方および固
体発泡体４が積層されてない予備成形シートの積層体の
上方に、予備成形シートを４〜６層積層して外皮２の形
状にされたプリプレグ材を成形する。

【００３１】この外皮２のプリプレグ材は、風力発電翼
５の腹側外皮２１を製作するプリプレグ材と背側外皮２
２を製作するプリプレグ材との２枚のプリプレグ材を成
形する。すなわち、腹側外皮２１および背側外皮２２は
主桁１が配設される部分以外の内周面の殆んど部分には
固体発泡体４を積層するようにしている。

【００３２】次に、図８に示すように、外皮型７上に形
成された外皮２の形状に成形されたプリプレグ材の上方
を真空フィルム８１で覆う。このために、外皮型７の外
皮２が成形されない部分と真空フィルム８１との間に
は、真空破壊防止用の真空シールテープ８２を全周に設
け、外皮型７上に形成された外皮２のプリプレグ材の外
周囲には、プリプレグ材を被包した空間部が形成され
る。また、この真空フィルム８１には空間部を真空状態
にするための真空吸引用の管８３が貫通して設けられ、
この管８３によって空間部を真空引きすることにより、
積層した前記予備成形シートおよび固体発泡体４からな
る外皮形状に成形されたプリプレグ材を外皮型６１に密
着させるとともに、積層された予備成形シートが相互に
強力に密着されたものにする、いわゆる、真空パックと
いう工程が行われる。

【００３３】次に、図９に示すように、真空パックされ
た外皮形状のプリプレグ材をプリプレグ材が成形されて
いる外皮型７ごと加熱保温室９１に移送して、ダクト９
２から温風を導入することにより、加熱してプリプレグ
材を硬化させ外皮２が製作される。この温風による加熱
温度は８０℃、加熱時間は２時間程度でよいが、この加
熱温度を、さらに高くすることにより、加熱時間はより
短くすることができる。この温風による加熱を行ってい
る間、さらに、管８３で空間部の真空引きすることによ
り、真空フィルム８が硬化中のプリプレグ材に密着し
て、予備成形シートと固体発泡体とにできる気泡を取り
除き、予備成形シートと固体発泡体４との機密性を高
め、さらには、積層された予備成形シートの積層面の結
合力を高め、外皮２をより強度の大きいものとすること
ができる。

【００３４】また、エポキシ樹脂の硬化も、この加熱に
より反応が促進され、外皮２全体が均等に硬化し、上述
した気泡が除去されることと相俟って、外皮２の強度は
より大きいものとすることができる。外皮２の形状に成
形されたプリプレグ材に行われる上述の真空パック及び
加熱は、前述した主桁１の形状に成形されたプリプレグ
材についても同様にして行われる。

【００３５】次に主桁の組立を次のようにして行う。ま
ず、主桁形状に成形されたプリプレグ材に、真空バック
及び加熱が行われ、硬化した図３又は図５に示す主桁１
を、主桁型６１又は６２から取り外す。

【００３６】図１０〜図１１は、図３，図４に示す２分
割成形用主桁６１により２分割成形された主桁２の組立
の場合を示すもので、図１０に示すように主桁翼根部１
０１の接着部１０２で２分割成形された主桁２と接合し
て接着し一体化する。この２分割成形された主桁２を接
合する翼根部１０１の外周には、図１２に示すような翼
支持用のボルト１０３を等間隔に複数本配置した後、ボ
ルト１０３の間及びボルト１０３の外周を順次積層して
翼根部１０を円筒形に仕上げる。

【００３７】次に、主桁１と外皮２とを組み立てる。こ
の組立てにおいては、先ず腹側外皮２１と主桁１とを接
着剤で接着し、次いで、腹側外皮２１が接着された側と
反対側の主桁１に背側外皮２２をかぶせて接着剤で主桁
１と背側外皮２２、及び腹側外皮２２と背側外皮２１と
を同時に接着剤で接着する。最後に仕上げを行うが、こ
れは従来から行われている前述した仕上げ方法とほぼ同
様の要領で行い、これにより、軽量かつ高強度の風力発
電翼の製造が完了する。

【００３８】次に、図１３〜図１６により本発明にかか
る風力発電翼の製造方法の実施の第２形態を説明する。
本実施の形態では、上述した実施の第１形態における風
力発電翼５の製造に当っては、プリプレグ材の硬化時に
風力発電翼５の長さ以上の加熱保温室９１を準備する必
要があり、近年の風力発電翼５の大型化に対しては主桁
型６および外皮型７ごと挿入できる大容積の加熱保温室
９１が必要とされると共に、大容積の加熱保温室９１内
で真空引きしながら主桁１および外皮２を成形したプリ
プレグ材を加熱する為には大容積のエネルギ（熱源）が
必要となる不具合があり、これを解消しようとしたもの
である。

【００３９】図１３及び図１４は、本実施の形態の風力
発電翼５の製造方法に使用される主桁型６および外皮型
７を示す図である。すなわち、図１３に示すように主桁
型６はフレーム６４に主桁１の外面形状が上面に形成さ
れた主桁枠６３を取り付けて構成するようにしている。
同様に、図１４に示すように外皮型７は、（外皮）フレ
ーム７２に外皮２の外皮２の外面形状が上面に形成され
た外皮枠７１を取り付けて構成するようにしている。

【００４０】この主桁枠６３及び外皮枠７１は、鋼板あ
るいは、ガラス繊維強化プラスチックで製作され、軽量
のものにされている。また、主桁枠６３および外皮枠７
１の底面には、図１５、図１６に示すようにヒータ１１
１が取り付けられるようになっている。

【００４１】本実施の形態の風力発電翼の製造方法に使
用される主桁枠６および外皮枠７は、上述のように構成
されているので、主桁枠６３及び外皮枠７２にガラス繊
維強化プラスチックからなる織布にエポキシ樹脂をあら
かじめ含浸させてシート状に成形した、いわゆる予備成
形シートを積層して、主桁１および外皮２の形状にされ
たプリプレグ材を成形する。

【００４２】次に図１５に示すように、外皮枠７１上に
形成された外皮２を製作するプリプレグ材を真空フィル
ム８１で覆う。この真空フィルム８１でプリプレグ材を
覆うときには、外皮枠７１と真空フィルム８１との間に
は真空破壊防止用の真空シールテープ８２を全周に設
け、プリプレグ材の外周には真空状態にし、保持できる
空間部が前述した製造方法の実施の第１形態と同様に形
成される。また、真空フィルム８１には真空吸引用の管
８３が貫通して設けられ、この管８３から空間部を真空
引きすることにより積層して外皮形状に成形されたプリ
プレグ材を外皮枠７１に密着させる、いわゆる真空バッ
クを行う。

【００４３】この真空バックをした状態で、さらに管８
３から真空引きする事により真空フィルム８１を密着さ
せ予備成形シートと固体発泡体４にできる気泡を取り除
き、予備成形シートと固体発泡体４との機密性を高め、
接合力を増大させることができる。この状態で予備成形
シートを積層して成形された外皮２形状にされたプリプ
レグ材を硬化させる為にはプリプレグ材を８０℃以上で
２時間加熱保持し、プリプレグ材が硬化された外皮２を
製作することができる。これは、主桁１のプリプレグ材
を硬化するときも、同様であり、さらには実施の第１形
態と同様である。

【００４４】しかし、図９に示すように、主枠型６およ
び外皮型７ごと加熱保温室９１内に入れねばならない
為、実施の第１形態の場合には、大容積の加熱保温室９
１を必要とし、大容積による上に、熱容量の大きい主桁
型６および外皮型７も加熱する事となるので大容量のエ
ネルギー（熱源）が必要であった。

【００４５】これに対して、本実施の形態で使用するよ
うにした主枠６および外皮枠７では、図１５，図１６に
示すように外皮枠７１の下方に電熱ヒータ等からなるヒ
ータ１１１を貼りつける等して、外皮枠７１をヒータ１
１１で直接加熱することにより、硬化されて外皮２とな
る予備成形シートを積層して外皮２に成形されたプリプ
レグ材を直接加熱するようにした加熱時に、プリプレグ
材から放出する熱量を無駄に廃棄しないように断熱材１
１２を真空フィルム８１の上に載せて保温する構造とし
た。

【００４６】このようにすることにより、大容積の加熱
保温室９１が不要になるとともに、主桁型６、外皮型７
が熱容量の小さい主桁枠６３、フレーム６４および外皮
枠７１，フレーム７２からなり、さらに加熱保温室９１
を加熱する必要がないことから、エポキシ樹脂をあらか
じめ含浸させた予備成形シートを積層して、主桁１およ
び外皮２の形状に成形されたプリプレグ材を硬化・成形
させる為に、８０℃以上に加熱させる必要がある場合に
おいても、電熱ヒータ１１１で加熱して、断熱材１１２
で保温して、主桁１、外皮２を硬化させて製作でき、次
いで主桁１と硬化させて製作でき、次いで主桁１と外皮
２とを実施の第１形態同様に接着する事によって風力発
電翼５の製造が完了する。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の風力発電翼
は、予備成形シートを積層して形成された主桁と外皮と
を主要部品として構成されるものとした。

【００４８】これにより、風力発電翼の大型化に対して
も、ガラス繊維強化プラスチックからなる予備成形シー
トを積層して形成するので、材料強度を大きくすること
ができ、また肉厚を薄くして軽量にでき、軽量かつ高強
度の風力発電翼とすることができる。また、外皮の間に
ウレタンフォームの充填が必要ないので、ウレタンフォ
ームの発泡に必要となる代替フロンに代る発泡材又はウ
レタンフォームに代る充填材の開発が不要になる。

【００４９】また、本発明の風力発電翼は、風力発電翼
を構成する主桁と外皮とを形成する予備成形シートがガ
ラス繊維強化プラスチックからなる繊維の織布にエポキ
シ樹脂を含浸させたものにした。

【００５０】これにより、プリプレグ材の成形が人体に
有害な有機溶剤スチレンを含んでいるポリエステル樹脂
に代え、エポキシ樹脂で良くなり、積層作業時の防護マ
スクの着用が不要になる等作業環境を大幅に改善するこ
とができる。また、予備成形シートの積層は、乾式積層
方式であり、積層作業が簡単で、しかも脱脂、脱泡作業
が不要で、風力発電翼の強度及び寸法に与える影響が小
さくでき、また製作者の技術力によって生じる重量、寸
法、材料強度にばらつきを少なくすることができる。さ
らに、含浸されるエポキシ樹脂は一定で、しかも真空脱
気で行うので、風力発電翼の背側と腹側とにそれぞれ配
置される外皮を接着する際エッジ部の研磨が少なくで
き、この作業時の粉塵の発生を低減できる作業環境が悪
くなるのを防止できる。

【００５１】さらに、本発明の風力発電翼は、外皮の内
面側に固形発泡体が介装するものとした。

【００５２】これにより、風力発電翼、特に外皮に負荷
される荷重の大きい部分を適宜補強することができ、耐
熱、耐圧性に秀れ、圧縮、曲げ、引張り座屈に対して秀
れた強度を有する風力発電翼にすることができる。

【００５３】さらに、本発明の風力発電翼は、主桁が一
体成形または複数個に分割成形されたものとした。

【００５４】これにより、主桁の成形が主桁の大きさに
応じて容易にできるとともに、風力発電翼のサイズに応
じて一体成形、分割成形のものを使い分けすることによ
り、圧縮、曲げ、引張り座屈に対して秀れた強度を有す
る風力発電翼にすることができる。

【００５５】また、本発明の風力発電翼製造方法は、主
要部品である主桁および外皮の成形方法として、予備成
形シートを主桁型または外皮型上に積層し、主桁または
外皮を形成したプリプレグ材の外面を真空フィルムで被
包して、密閉された空間部を形成し、この空間部を真空
吸引することにより積層された予備成形シートの密着性
を高めて風力発電翼を製造するものとした。

【００５６】これにより、成形作業が容易で、しかも積
層してプリプレグ材を形成する予備成形シート間の密着
性に秀れ、軽量かつ高強度の風力発電翼を製作すること
ができる。

【００５７】また、本発明の風力発電翼の製造方法は、
８０℃以上の温風が導入される加熱保温室内に密閉され
た空間部を設け、加熱保温室内に導入される温風によ
り、空間部内のプリプレグ材を加熱しながら、空間部内
を真空吸引し、積層した予備成形シートで形成されたプ
リプレグ材の硬化を促進させるものとした。

【００５８】これにより、積層した予備成形シートで形
成されたプリプレグ材の硬化が促進され、風力発電翼の
製作期間を短縮することができ、さらに、硬化剤が加熱
により反応が促進され、未反応分として残留することが
なくなり、主桁、外皮からなる風力発電翼は、より軽量
化され、より耐熱、耐圧性に秀れ、圧縮、曲げ、引張り
座屈に対して秀れた強度を有する風力発電翼にすること
ができる。

【００５９】また、本発明の風力発電翼の製造方法は、
空間部が形成される主桁枠または外皮枠と、主桁枠また
は外皮枠を所定位置に保持するフレームと、主桁枠また
は外皮枠の底面に設置されたヒータとにより主桁型また
は外皮型を形成し、予備成形シートを積層してプリプレ
グ材を成形したのち、ヒータによりプリプレグ材を加熱
しながら、空間部を真空吸引することによりプリプレグ
材の硬化を促進させるものとした。

【００６０】これにより、空間部の加熱が主桁枠または
外皮枠の底面に設置されたヒータにより行われるで一体
成形された長大な風力発電翼を主桁枠および外皮枠とと
もに収容できる大容積の加熱保温室が不要になるととも
に、加熱用に必要な大容量のエネルギーが不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る風力発電翼を示す横
断面図で、主桁が一体成形された場合を示すものであ
る。

【図２】本発明の実施の形態に係る風力発電翼を示す横
断面図で、主桁が２分割成形された場合を示すものであ
る。

【図３】主桁を２分割成形する本発明の製造方法の実施
の第１形態における主桁型への積層工程を示す斜視図で
ある。

【図４】図３のＡ部拡大図である。

【図５】主桁を一体成形する本発明製造方法の実施の第
１形態における主桁型への積層工程を示す斜視図であ
る。

【図６】外皮を成形する本発明の製造方法の実施の第１
形態における外皮型への積層工程を示す斜視図である。

【図７】図６のＢ部拡大図である。

【図８】図６に示す外皮型の真空バック工程を行ってい
る説明図である。

【図９】図６に示す外皮型の加熱工程を行っている説明
図である。

【図１０】主桁の組立工程を示す斜視図である。

【図１１】翼根部の正面図である。

【図１２】ボルトの形状を示す斜視図である。

【図１３】主桁を２分割成形する製造方法の実施の第２
形態における主桁型への積層工程を示す斜視図である。

【図１４】外皮を成形する本発明の製造方法の実施の第
２形態における外皮型への積層工程を示す斜視図であ
る。

【図１５】図１４に示す外皮型の真空バック工程を行っ
ている説明図である。

【図１６】図１４に示す外皮型の加熱工程を行っている
説明図。

【図１７】従来の風力発電翼の構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 主桁 １１ 前縁側主桁 １２ 後縁側主桁 ２ 外皮 ２１ 背側外皮 ２２ 腹側外皮 ３ 接着剤 ４ 固体発泡体 ５ 風力発電翼 ６ 主桁型 ６１ ２分割成形用主桁型 ６２ 筒状主桁型 ６３ 主桁枠 ６４ （主桁）フレーム ７ 外皮型 ７１ 外皮枠 ７２ （外皮）フレーム ８１ 真空フィルム ８２ 真空シールテープ ８３ 管 ９１ 加熱保温室 ９２ ダクト １０１ 翼根部 １０２ 接着部 １０３ ボルト １０４ 前縁 １０５ 後縁 １１１ ヒータ １１２ 断熱材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 昌明 長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 加藤 英司 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株式 会社長崎造船所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス繊維強化プラスチックからなる予
   備成形シートを積層して形成された主桁と外皮とにより
   構成されていることを特徴とする風力発電翼。
2. 【請求項２】 前記予備成形シートがガラス繊維強化プ
   ラスチックからなる織布にエポキシ樹脂を含浸させて形
   成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の
   風力発電翼。
3. 【請求項３】 前記風力発電翼の背側および腹側にそれ
   ぞれ配設される前記外皮の内面側に、固形発泡体が介装
   されていることを特徴とする請求項１または請求項２の
   いずれかに記載の風力発電翼。
4. 【請求項４】 前記主桁が一体成形または分割成形で形
   成されたものであることを特徴とする請求項１ないし請
   求項３のいずれかに記載の風力発電翼。
5. 【請求項５】 ガラス繊維強化プラスチックの予備成形
   シートを主桁型または外皮型上に積層し、主桁または外
   皮の形状に形成されたプリプレグ材の外面側を真空フィ
   ルムで被包して、密閉された空間部を形成したのち、前
   記空間部を真空吸引することにより、前記プリプレグ材
   を形成する積層された前記予備成形シート相互の密着性
   を高めて前記主桁および前記外皮を形成した後、前記主
   桁と前記外皮とを接合して風力発電翼を製造することを
   特徴とする風力発電翼の製造方法。
6. 【請求項６】 ８０℃以上の温風が導入される加熱保温
   室内に前記空間部を設け、前記加熱保温室内に導入され
   る温風により密閉された前記空間部内の前記プリプレグ
   材を加熱しながら、前記空間部を真空吸引することによ
   り、前記プリプレグ材の硬化を促進させることを特徴と
   する請求項５に記載の風力発電翼の製造方法。
7. 【請求項７】 前記空間部が形成される主桁枠または外
   皮枠と、前記主桁枠または外皮枠を所定位置に保持する
   フレームと、前記主桁枠または外皮枠の底面に設置され
   たヒータとからなる前記主桁型または外皮型を形成し、
   前記主桁枠または外皮枠に、前記予備成形シートを積層
   して前記プリプレグ材を成形したのち、前記ヒータによ
   り前記プリプレグ材を加熱しながら、前記空間部を真空
   吸引することにより前記プリプレグ材の硬化を促進させ
   ることを特徴とする請求項５に記載の風力発電翼の製造
   方法。