JP2004225590A - ハニカムウイング構造体及びこの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ハニカムブロック体からハニカムウイング構造体を形成する場合に、常に所望の形状に形成できるハニカムウイング構造体の製造方法及びこの製造方法で製造されたハニカムウイング構造体を提供する。
【解決手段】予め未展張ブロック状態のハニカムブロック10を用意し、当該ハニカムブロックを展張方向と直交する断面が翼の断面をなすハニカムウイングブロック11に切削加工し、ハニカムウイングブロック11全体に水分を含浸させた状態で展張させてハニカムウイング展張体12を形成し、ハニカムウイング展張体を乾燥させ、熱硬化性樹脂を塗布し、熱硬化性樹脂を塗布したハニカムウイング展張体に形状維持部材を備えることで一定形状を維持したハニカムウイング構造体1とする。
【選択図】 図2
【解決手段】予め未展張ブロック状態のハニカムブロック10を用意し、当該ハニカムブロックを展張方向と直交する断面が翼の断面をなすハニカムウイングブロック11に切削加工し、ハニカムウイングブロック11全体に水分を含浸させた状態で展張させてハニカムウイング展張体12を形成し、ハニカムウイング展張体を乾燥させ、熱硬化性樹脂を塗布し、熱硬化性樹脂を塗布したハニカムウイング展張体に形状維持部材を備えることで一定形状を維持したハニカムウイング構造体1とする。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば風力発電等の羽根に使用される軽量化したハニカムウイング構造体に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から例えば風力発電等においては、ブレードと呼ばれる羽根が発電機の風車に取り付られている。この様な羽根は一般的に慣性重量を少なくするために軽量化され、例えば羽根の外形を構成する表皮の間をウレタン発泡体等で充填した中実構造のブレードが用いられている。しかしながら、ウレタン発泡体は1次発泡によってブレード状に形状が形成された後に経時的にいわゆる2次発泡を生じて形状が更に変化する場合がある。この様な2次発泡の発生によって全体的な形状が変化すると、例えばブレード表面や端部が波打ったりして本来の設計通りのブレード形状からかなりずれ、ブレードの回転中に揚力が局所的に作用することによる応力集中が生じ、ブレードが破損する場合がある。
【0003】
この様なウレタン発泡体の2次発泡に起因する問題を解決ために、例えば紙でできたハニカム構造の構造体をブレード状に形成する技術が考えられている。
【0004】
なお、このようなハニカム構造を備えた羽根状の構造体を有する関連技術も公知である(例えば、特許文献1参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特開平8−290497号公報(第2頁、図2)
【発明が解決しようとする課題】
かかるハニカム構造のブレードを作ろうとすると、未展張ブロック状のハニカムブロックを例えばNC旋盤で断面が翼の断面状を備えたウイング状ハニカムブロックに削り出し、これをハニカムの展張方向に所定長さだけ展張させてウイング状ハニカム展張体を形成する形成方法が考えられる。しかしながら、この様なウイング状ハニカム展張体を形成する方法では以下の問題が生じる。
【0006】
例えば、ハニカムブロック状態においてはハニカムを構成する隣接するセル同士がそれぞれ付着しており、各セル同士の付着力の強弱によってこれらが展張時に均一に伸ばされるとは限らない。即ち、一部のセルは極端に展張するが残りのセルは余り展張しないというような各セルの展張のばらつきが生じる場合がある。ハニカムブロックがこの様に不均一に展張すると、ハニカムブロックを展張方向に沿わせて展張させる特殊なガイド治具に載せてこのハニカムブロック両端を引っ張ってウイング状ハニカム展張体を形成したとしても、このウイング状ハニカム展張体の前端部と後端部が波打ってしまうことがある。この様な波打った状態で、ウイング状ハニカム展張体の外側上面及び下面にスキンを接着すると、スキンとハニカム部分との間に隙間が生じてしまう。これによって、ブレードの設計通りの特性が得られなくなったり、ハニカムウイング構造体の一部に揚力等の応力集中が生じてハニカムウイング構造体が破損し易くなったりすることがある。
【0007】
なお、上述した先行特許文献1は羽根の一部を構成するハニカムが頑強なステンレス鋼板でできた船舶等の羽根部材に関するものであり、本発明の課題となっているハニカム展張時に生じる問題点とは無関係の内容で、本発明の課題は全く有しないものである。
【0008】
本発明の目的は、ハニカムブロック体からハニカムウイング構造体を形成する場合に、常に所望の形状に形成できるハニカムウイング構造体の製造方法及びこの製造方法で製造されたハニカムウイング構造体を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、請求項1に記載のハニカムウイング構造体の製造方法は、予め未展張ブロック状態のハニカムブロックを用意し、当該ハニカムブロックを展張方向と直交する断面が翼の断面をなすハニカムウイングブロックに切削加工し、前記ハニカムウイングブロック全体に水分を含浸させた状態で展張させてハニカムウイング展張体を形成し、前記ハニカムウイング展張体を乾燥させ、熱硬化性樹脂を塗布し、熱硬化性樹脂を塗布したハニカムウイング展張体に形状維持部材を備えることで一定形状を維持したハニカムウイング構造体とするハニカムウイング構造体の製造方法であって、少なくとも前記ハニカムウイング展張体に含浸した水分の乾燥時においてハニカムウイング展張体の展張方向に少なくとも1本の芯棒を挿通していることを特徴としている。
【0010】
また、本発明の請求項2に記載のハニカムウイング構造体は、未展張ブロック状態のハニカムブロックを展張方向と直交する断面が翼の断面をなすハニカムウイングブロックに切削加工し、前記ハニカムウイングブロック全体に水分を含浸させた状態で展張させてハニカムウイング展張体を形成し、前記ハニカムウイング展張体を乾燥させて熱硬化性樹脂を塗布し、形状維持部材を備えることで一定形状を維持したハニカムウイング構造体であって、ハニカムの展張方向に少なくとも1本の芯棒が挿通されていることを特徴としている。
【0011】
水分を含んだハニカムウイング展張体が乾燥する際にハニカムウイング展張体の展張方向に芯棒が挿通されているので、ハニカムの局部的な収縮を阻止してハニカムウイング展張体が全体的に均等に収縮し、乾燥時に伴う形状の変形を防止する。
【0012】
好ましくは、ハニカムウイングブロックの展張時に芯棒を挿通しているのが良く、これによってハニカムウイングブロックの各セルが均一に展張され、結果的にハニカムウイングブロック全体が均一に展張され、ハニカムウイング展張体の端部に波打ち現象が生じるのを阻止する。
【0013】
また、好ましくはハニカムウイング展張体の乾燥後に熱硬化性樹脂を塗布することで形状を保持すると同時に成形品の耐水性能を向上させるのが良い。
【0014】
また、好ましくはハニカムウイング展張体の乾燥後にもハニカムウイング展張体に芯棒を挿通しているのが良く、これによってハニカムウイング展張体を載せたガイド治具から当該展張体を別の場所にハンドリングする際に芯棒が挿通されているおかげでハニカムウイング展張体の全体形状が崩れることなく、また端部が波打ったりすることもない。
【0015】
また、本発明の請求項3に記載のハニカムウイング構造体の製造方法は、請求項1に記載のハニカムウイング構造体の製造方法において、前記芯棒は前記ハニカムウイングブロックの展張時に挿通され、前記挿通される芯棒は前記ハニカムウイングブロックの展張時にはステンレスの芯棒が用いられ、前記ハニカムウイングブロックを少なくともある程度展張させた後に前記ステンレスの芯棒を抜き去り、当該ステンレスの芯棒の代わりに紙製の芯棒を挿通することを特徴としている。
【0016】
ハニカムウイングブロックの展張時にステンレスの芯棒を用いることで紙製の芯棒を入れた場合に較べてハニカムウイングブロックの展張をより滑らかに行う。これは、紙の芯棒とハニカムブロックの各セルとの間に働く摩擦力に較べて、ステンレスの芯棒とハニカムブロックの各セル間の摩擦力の方が非常に低いためである。
【0017】
また、ハニカムウイングブロックを一旦展張すれば、ステンレスの芯棒を抜き去ってその代わりに重量の軽い紙の芯棒をハニカムウイング展張体に無理なく挿通することが可能である。従って、完成品としてのハニカムウイング構造体の重量を軽量化する上でも展張後にステンレスの芯棒を抜き去り、紙のパイプをその場所に新たに挿通するのが好ましい。また、紙の芯棒を入れることでハニカムウイング展張体が乾燥する際の形状維持とハニカムウイング展張体が乾燥した後、ハンドリングの際の形状維持に貢献する。
【0018】
また、本発明の請求項4に記載のハニカムウイング構造体は、請求項2に記載のハニカムウイング構造体において、前記ハニカムウイング構造体に挿通された芯棒は紙製の芯棒からなることを特徴としている。
【0019】
紙でできているゆえに軽量の芯棒であり、ハニカムウイング構造体の一部構成要素をなしても全体の軽量化に貢献することができる。
【0020】
また、本発明の請求項5に記載のハニカムウイング構造体は、請求項2に記載のハニカムウイング構造体において、前記ハニカムウイング構造体に挿通された芯棒はアルミニウムの芯棒からなることを特徴としている。
【0021】
アルミニウムでできているゆえに軽量の芯棒であり、ハニカムウイング構造体の一部構成要素をなしても全体の軽量化に貢献することができる。
【0022】
また、アルミニウムは金属なのでハニカムウイングブロック展張時に発生する摩擦力が紙の芯棒に比べて小さくて済む。それによって、ハニカムウイングブロックを全く展張させない状態でアルミニウムの芯棒を挿通してハニカムウイングブロックを展張させても、当該ブロックを抵抗無く展張させることができる。
【0023】
また、本発明の請求項6に記載のハニカムウイング構造体は、ハニカムウイング構造体を構成するハニカムの展張率は70%乃至90%であることを特徴としている。
【0024】
この範囲の展張率でハニカムを展張させると必要な座屈強度を維持しつつ十分な大きさのハニカムウイング構造体を得ることができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかるハニカムウイング構造体について図面に基づいて説明する。
【0026】
本発明の一実施形態にかかるハニカムウイング構造体1は、図1ないし図4に示すように全体がウイング状に形成されたハニカムウイング展張体12と、これを被覆するスキン51,52との複合構造体である。
【0027】
すなわち、ハニカムウイング展張体12はハニカムブロック10(図7(a)参照)を断面がウイング状になるようにNC旋盤NCMで切削加工し、その切削加工したハニカムウイングブロック11(図7(b)参照)をハニカムウイングブロック11の展張方向(図7(b)中矢印X方向)に展張させた構造を有している。
【0028】
なお、本実施形態で用いているハニカムは例えば商品名ハニコームP(登録商標)等の紙製のハニカムである。ハニコームPとはクラフト紙、クラフトライナー紙等からなる六角筒の集合体を蜂の巣状に成形したものであり、紙製でありながら構造的に十分な強度を有し、構造体の中心材として適したものである。また、その特性として展張に対して直角方向には77〜78%の収縮率を有し、展張率は60倍である
そして、このように展張させたハニカムウイング展張体12には、図2に示すように紙管(芯棒)21,22がハニカムウイング展張体12の展張方向に一定間隔隔てて平行に挿通されている。そして、ハニカムウイング展張体12の上面と下面には第1のスキン51と第2のスキン52とが後述する面材及び接着剤を介して被覆されている。
【0029】
第1のスキン51と第2のスキン52とはハニカムウイング構造体1の前端部に折曲部51a,52aをそれぞれ有し、その折曲部51a,52aで接着剤G1によって合掌合わせ状に接着されている。
【0030】
また、ハニカムウイング構造体1の後端部51b,52bでは第1のスキン51と第2のスキン52とがそのまま延在して互いに当接し合い、その当接面が接着剤G2で接着されている。ここで言う接着剤G1,G2には熱硬化性樹脂が用いられており、常温で硬化するようになっている。なお、第1のスキン51、第2のスキン52、及びこれらに塗布された接着剤等で形状維持部材を構成している。
【0031】
スキン51,52は、1平方メートル当たり270グラムのガラスクロスGC(GFRP:ガラスファイバ補強プラスチック)と1平方メートル当たり300グラムのガラスマットGM(GFRP)の間に1平方メートル当たり200グラムのカーボンクロスCC(CFRP:カーボンファイバ補強プラスチック)を介在させたサンドイッチ構造を有している。また、スキン51,52とハニカムウイング展張体12上下面との間は面材49を介して日本ユピカ株式会社製の商品名ハイリゾン(登録商標)という熱硬化性樹脂の接着剤G4,G5が塗布され、これによってしっかりと接合されている(図14参照)。この熱硬化性樹脂の接着剤G4,G5は不飽和ポリエステル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂等で、その注型板は次の性能を有している。
▲1▼ 煮沸性能:100°C、300時間で加水分解を生じない。
▲2▼ 未硬化樹脂粘度:50〜300mPa・sである。
▲3▼ 硬化時間:0°C〜60°Cの温度範囲で5分〜90分である。
▲4▼ 塗布量:150g/m3〜450g/m3である。
【0032】
なお、上側スキン51と下側スキン52のハニカムウイング構造体前方方向の接着面の形状は図4(a)に示す合掌状の接着構造ではなく、図4(b)、図5、又は図6に示すような上側スキン51’(51”)の内面側に下側スキン52’(52”)の延在部を合致させ、この間を接着させるような構造であっても良い。
【0033】
又、ハニカムウイング展張体12に挿通された紙管31,32の代わりにアルミニウム管を挿通しても良い。なお、ハニカムの展張率は70%から90%であるのが好ましい。なぜならば、展張率を100%にすると、ハニカムの座屈強度がかなり低下してしまい、ハニカムウイング構造体の強度上問題が生ずるからである。なお、座屈強度との関係で最も好ましいのは展張率83.3%である。従って、必要な座屈強度を確保しつつ十分な大きさのハニカムウイング展張体を形成するには、上述の範囲の展張率が好ましい。
【0034】
続いて、本実施形態にかかるハニカムウイング構造体1の製造方法について説明する。
【0035】
本実施形態にかかるハニカムウイング構造体1の製造方法は、図7(a)に示すように最初に展張前のハニカムブロック10(CUE BLOCK:コア・アンエクスパンデッド・ブロック)をCADデータに基きNC旋盤NCM(エンドミル部のみ図示)で加工する。この場合にNC旋盤NCMで未展張のハニカムブロック10の外周をNC加工するに当たって、加工基準孔としての貫通孔15,16を先ず穿設する。この貫通孔15,16を利用して未展張のハニカムブロック10をセットし、NC加工を開始し、未展張ブロック断面がいわゆる羽根の断面となるように未展張ブロック全体を圧縮したウイング状に切削加工する。
【0036】
なお、この貫通孔15,16が後述するようにハニカムブロック展張時、ハンドリング時、型セット時に役立つ芯棒(紙管31,32)の挿通孔となる。
【0037】
このようにしてできたハニカムウイングブロック11(図7(b)参照)を水に浸してブロック全体に水分を十分に含浸させる。
【0038】
続いて、ハニカムウイングブロック11の両側面に図8に示すようにプレート41,42を接着する。プレート41,42の材質はハニカムサンドイッチパネルとアルミ樹脂複合パネル、FRP材等である。なお、このプレート41,42もハニカムウイング展張体12を展張させる前にその両端部に付けておいても良い。このプレート41,42の役割はハニカムウイング展張体12の端部が展張前に戻ろうとするのを防ぐためのものである。なお、ハニカムウイングブロック11を展張する際に水に十分浸してあるとプレート41の必要性は無くなるが、含浸した水が不十分であるとプレート41,42が無い場合、展張後にハニカムウイング展張体12の側面が変形するので(図9の矢印Y参照)、プレート41,42とハニカムウイングブロック11の側面との接着を十分に行い、当該側面が部分的に引っ張られて剥離が生じるのを防止するのが好ましい。
【0039】
なお、プレート41,42とハニカムウイング展張体側面の接着は、それぞれの加工基準孔2箇所にロケートとしてホットメルト又は両面テープにより面固定することにより行うのが良い。
【0040】
そして、ハニカムウイングブロック11を若干展張させたのちにこの貫通孔15,16に紙管31,32を挿通する。
【0041】
ここで、ハニカムウイングブロック11を若干展張させる理由は、ハニカムウイングブロック11を全く展張させない状態で紙管31,32を挿通すると、ハニカムウイングブロック11と紙管31,32との間に働く摩擦力が大きく、紙管31,32が挿入し難いことと、その後の展張作業がやり難くなるからである。
【0042】
なお、紙管31,32の代わりに芯棒として後述するアルミニウム管、又はステンレス管を入れても良い。これらの金属管は表面が滑らかでハニカムウイングブロック11を展張し易いというメリットを有している。
【0043】
以下に紙管31,32の挿通作業とこれに続く、ハニカムウイングブロック11の展張作業について説明する。
【0044】
まず、上述したようにハニカムウイングブロック11を多少展張させた状態で紙管31,32を各貫通孔15,16に挿通する。図7(b)は前述の工程のNC旋盤によってハニカムブロック10が完全にウイング状に切削加工されてハニカムウイングブロック11を形成した状態を示している。このような状態からハニカムウイングブロック11の貫通孔15,16に紙管31,32を硬めに差し込む。紙管31,32の長さは予め規定された展張寸法に対応する長さに対応して切断してある。
【0045】
なお、上述ではハニカムウイングブロック11の段階で水分を含有させたが、この段階で行わなくても少なくとも展張直前にはハニカムウイングブロック11全体に水分を含浸させて展張し易くしておくことが必要である。
【0046】
そして、この紙管31,32を差し込んだ後に図示しないガイド治具にハニカムウイングブロック11を載せた後、ハニカムウイングブロック11を展張方向に引っ張って展張させる。紙管31,32の両端部にはストッパ61,62を取り付けておき、プレート41,42がストッパ61,62まで当接するように展張する。これによって所定の展張長さを確保できる。なお、図10は、紙管31,32とストッパ61,62を示した図であり、図11はハニカムウイングブロック11を完全に展張させた状態を示した図である。
【0047】
なお、全く展張させない状態のハニカムウイングブロック11に管(芯棒)を挿入する場合、上述したように芯棒としてアルミニウムの管又はステンレスの管を使用する。これは金属製の管であれば管の表面とハニカムとの間での摩擦力(フィクション)が少なく、ハニカムウイングブロック11に挿入し易いからである。
【0048】
なお、展張時に使用するガイド治具はハニカムウイング展張体12に合致した形状を備え、ハニカムウイング展張体12の端部やハニカムウイング展張体12の下面が波打たないように展張させるための治具である。このガイド治具を用いて展張させると、紙管31,32の全体に亘ってハニカムウイングブロック11の各セルと紙管31,32との間に生ずる摩擦力をより均等に作用させることができ、ハニカムウイングブロック11を構成する各セルが均一に展張するようになる。
【0049】
これによって、従来問題となっていたハニカムウイングブロック11の不均一な展張が防止され、ハニカムウイング展張体12の端部の波打ちが生じなくなり、ハニカムウイング展張体12の表面全体も一定の均一な曲面を形成するようになる。
【0050】
その後、展張したハニカムウイング展張体12が乾燥する際に芯棒が無いと乾燥時に局部的な収縮等が生じて均一な形状が維持できなくなるが、ハニカムウイング展張体12を展張させて水が未だ含浸した状態において2本の芯棒(紙管31,32)がしっかり挿通されているので、水分が乾燥する際にハニカムウイング展張体12の不均一な収縮が起こる恐れがない。その結果、乾燥過程においてハニカムウイング展張体12を一定形状に維持することができる。
【0051】
その後、スキン51,52とハニカムウイング展張体12を接着する前処理としてハニカムウイング展張体12の表面に接着剤G5を介して面材49を接着する(図12参照)。なお、面材49は、紙又は紙にガラス繊維を混ぜたもの(王子製紙株式会社製の商品名グラスパー(登録商標))や、プラスチックフィルムと紙のラミネート品からなり、接着剤は熱硬化性樹脂(日本ユピカ株式会社製の商品名ハイリゾン(登録商標))からなる。この際、ハニカムウイング展張体12側にはその全体にスプレーで接着剤G5を吹き付ける。なお、熱硬化性樹脂の接着剤G5の性能は上述した通りである。
【0052】
なお、ハニカムウイング展張体12とスキン51,52との接着においてはハニカムウイング展張体12とスキン51,52との接点を接着剤が盛り上がるようにして接着面積を大きくすることが大切である。このフィレットの形成と同じ効果を発泡性の樹脂を用いてスピーディーな反応硬化で実現させる。
【0053】
続いて、スキン51,52とハニカムウイング展張体12の接着について詳しく説明する。まず、図13(a)に示すようにロールコート100によってスキン51,52に接着剤G4を塗布する。なお、接着剤G4にも上述の熱硬化性樹脂である接着剤G5と同等の接着剤を使用する。そして、図13(b)に示すコーティングされたスキン51,52でハニカムウイング展張体12を包み込む(図14の一部断面図参照)。
【0054】
続いて、図15に示すようにハニカムウイング展張体12を下型101にセットし、ロケートピン102,103を差し込む。このロケートピン102,103は位置決め用のピンで、ハニカムウイング展張体12の芯棒内穴に当該ピン102,103が差し込まれるようにして位置決めが行われる。
【0055】
続いて、図16に示すように上型104を閉めてキュア(反応)を行う。この反応は室温で放置することによって熱硬化性樹脂が硬化するのを待つ。熱硬化性樹脂は過熱させることなく常温(0°C〜50°C)で簡単に硬化するので硬化作業を容易に行なうことができる。
【0056】
そして、型開きしてハニカムウイング展張体12の上下面にスキン51,52が被着したハニカムウイング構造体1を最後に取り出す。
【0057】
なお、上型104、下型101の構成で型締めする理由は接着剤の発泡圧でハニカムウイング展張体12の外形形状が崩れるのを防ぐため、又は再度のロケート(位置決め)は翼型の場合、型に対して簡単にずれ落ちるので、その予防として必要であるためである(図16の実線1に対してずれを生じた場合を二点鎖線1’で図示)。
【0058】
以上説明した実施形態の変形例として、上述したように予めウイング状に切削加工したハニカムウイングブロック11にステンレスの芯棒を差し込み、このステンレスの芯棒とハニカムウイングブロック11との間のフリクションの低さを利用してハニカムウイングブロック11を抵抗なく展張させ、その展張後にこのステンレスの芯棒を抜き去り、この代わりに紙の芯棒を差し込んでも良い。これによって、最初から紙の芯棒を差し込んでハニカムウイングブロック12を展張させるよりもハニカムウイングブロック12を容易に展張させ、作業効率を向上させることができる。
【0059】
また、芯棒はアルミニウムの管であっても良い。アルミニウムは金属なのでステンレスの芯棒と同様にハニカムウイングブロックとの間の摩擦力が紙の芯棒に比べて小さい。それによって、ハニカムウイングブロックを全く展張させない状態でアルミニウムの芯棒を挿通してハニカムウイングブロックを展張させることができる。また、アルミニウムは軽量なのでステンレスの芯棒の場合と異なり、その後に紙管と取り替える必要はない。
【0060】
また、上述の実施形態においては、芯棒(紙管31,32)は互いに離間して2本設けていたが、この本数に限定されることなく例えば3本であっても良い。
【0061】
また、ハニカムウイングブロックの前後方向に細長い異型断面形状を備えた芯棒であれば、ハニカムを前後ほぼ平行に展張できるので、1本挿通しただけでも良い。
【0062】
【発明の効果】
上述の課題を解決するために、請求項1及び請求項2に記載のハニカムウイング構造体及びこの製造方法によると、水分を含んだハニカムウイング展張体が乾燥する際にハニカムウイング展張体の展張方向に芯棒が挿通されているので、ハニカムの局部的な収縮を阻止してハニカムウイング展張体が全体的に均等に収縮し、乾燥時に伴う形状の変形を防止することが可能である。
【0063】
好ましくは、ハニカムウイングブロックの展張時に芯棒を挿通しているのが良く、これによってハニカムウイングブロックの各セルが均一に展張され、結果的にハニカムウイングブロック全体が均一に展張され、ハニカムウイング展張体の端部に波打ち現象が生じるのを阻止することが可能である。
【0064】
また、好ましくは、ハニカムウイング展張体の乾燥後に熱硬化性樹脂を塗布することで形状を保持すると同時に成形品の耐水性能を向上させることができる。また、好ましくはハニカムウイング展張体の乾燥後にもハニカムウイング展張体に芯棒を挿通しているのが良く、これによってハニカムウイング展張体を載せたガイド治具から当該展張体を別の場所にハンドリングする際に芯棒が挿通されているおかげでハニカムウイング展張体の全体形状が崩れることなく、また端部が波打ったりすることもない。
【0065】
また、本発明の請求項3に記載のハニカムウイング構造体の製造方法は、ハニカムウイングブロックの展張時にステンレスの芯棒を用いることで紙製の芯棒を入れた場合に較べてハニカムウイングブロックの展張をより滑らかに行う。これは、紙の芯棒とハニカムブロックの各セルとの間に働く摩擦力に較べて、ステンレスの芯棒とハニカムブロック表面間の摩擦力の方が非常に低いためである。
【0066】
また、ハニカムウイングブロックを一旦展張すれば、ステンレスの芯棒を抜き去ってその代わりに重量の軽い紙の芯棒をハニカムウイング展張体に無理なく挿通することが可能である。従って、完成品としてのハニカムウイング構造体の重量を軽量化する上でも展張後にステンレスの芯棒を抜き去り、紙のパイプをその場所に新たに挿通するのが好ましい。また、紙の芯棒を入れることでハニカムウイング展張体が乾燥する際の形状維持とハニカムウイング展張体が乾燥した後、ハンドリングの際の形状維持に貢献する。
【0067】
また、本発明の請求項4に記載のハニカムウイング構造体は、紙でできているゆえに軽量の芯棒であり、ハニカムウイング構造体の一部構成要素をなしても全体の軽量化に貢献することができる。
【0068】
また、本発明の請求項5に記載のハニカムウイング構造体は、前記ハニカムウイング構造体に挿通された芯棒はアルミニウムの芯棒からなることを特徴としている。
【0069】
アルミニウムでできているゆえに軽量の芯棒であり、ハニカムウイング構造体の一部構成要素をなしても全体の軽量化に貢献することができる。
【0070】
また、アルミニウムは金属なのでハニカムウイングブロック展張時に発生する摩擦力が紙の芯棒に比べて小さくて済む。それによって、ハニカムウイングブロックを全く展張させない状態でアルミニウムの芯棒を挿通してハニカムウイングブロックを展張させても、当該ブロックを抵抗無く展張させることができる。
【0071】
また、本発明の請求項6に記載のハニカムウイング構造体は、この範囲の展張率でハニカムを展張させると必要な座屈強度を維持しつつ十分な大きさのハニカムウイング構造体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかるハニカムウイング構造体の一部外観斜視図である。
【図2】図1におけるII−II断面図である。
【図3】図1のハニカムウイング構造体を一部破断して示す平面図である。
【図4】図1におけるIV−IV断面図(図4(a))及びこの変形例の断面図(図4(b))である。
【図5】図2の変形例を示す断面図である。
【図6】図2の更なる変形例を示す断面図である。
【図7】本発明の一実施形態にかかるハニカムウイング構造体の製造工程を示した斜視図である。
【図8】図7に続く製造工程を示した斜視図である。
【図9】図8に関連してプレート及びハニカムウイング展張体の一部を示した図である。
【図10】紙管とストッパのみを示した斜視図である。
【図11】ハニカムウイングブロックを完全に展張してハニカムウイング展張体を形成した状態を示す平面図である。
【図12】ハニカムウイング展張体に面材を接着させた状態の断面図である。
【図13】スキンに接着剤を塗布する工程を示した図(図13(a))及び接着剤を塗布したスキンの斜視図(図13(b))である。
【図14】図12の面材にスキンを接着させた状態の断面図である。
【図15】ハニカムウイング展張体にスキンを被せて接着剤を硬化させる工程を示した斜視図である。
【図16】図15に続く製造工程を示した斜視図である。
【図17】図16に関連した不具合を説明した図である。
【符号の説明】
1 ハニカムウイング構造体
10 ハニカムブロック
11 ハニカムウイングブロック
12 ハニカムウイング展張体
21,22 紙管(芯棒)
31,32 紙管
41,42 プレート
49 面材
51 第1のスキン
52 第2のスキン
51a,52a 折曲部
51b,52b 後端部
100 ロールコート
101 下型
102,103 ピン
104 上型
G1,G2,G4,G5 接着剤
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば風力発電等の羽根に使用される軽量化したハニカムウイング構造体に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から例えば風力発電等においては、ブレードと呼ばれる羽根が発電機の風車に取り付られている。この様な羽根は一般的に慣性重量を少なくするために軽量化され、例えば羽根の外形を構成する表皮の間をウレタン発泡体等で充填した中実構造のブレードが用いられている。しかしながら、ウレタン発泡体は1次発泡によってブレード状に形状が形成された後に経時的にいわゆる2次発泡を生じて形状が更に変化する場合がある。この様な2次発泡の発生によって全体的な形状が変化すると、例えばブレード表面や端部が波打ったりして本来の設計通りのブレード形状からかなりずれ、ブレードの回転中に揚力が局所的に作用することによる応力集中が生じ、ブレードが破損する場合がある。
【0003】
この様なウレタン発泡体の2次発泡に起因する問題を解決ために、例えば紙でできたハニカム構造の構造体をブレード状に形成する技術が考えられている。
【0004】
なお、このようなハニカム構造を備えた羽根状の構造体を有する関連技術も公知である(例えば、特許文献1参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特開平8−290497号公報(第2頁、図2)
【発明が解決しようとする課題】
かかるハニカム構造のブレードを作ろうとすると、未展張ブロック状のハニカムブロックを例えばNC旋盤で断面が翼の断面状を備えたウイング状ハニカムブロックに削り出し、これをハニカムの展張方向に所定長さだけ展張させてウイング状ハニカム展張体を形成する形成方法が考えられる。しかしながら、この様なウイング状ハニカム展張体を形成する方法では以下の問題が生じる。
【0006】
例えば、ハニカムブロック状態においてはハニカムを構成する隣接するセル同士がそれぞれ付着しており、各セル同士の付着力の強弱によってこれらが展張時に均一に伸ばされるとは限らない。即ち、一部のセルは極端に展張するが残りのセルは余り展張しないというような各セルの展張のばらつきが生じる場合がある。ハニカムブロックがこの様に不均一に展張すると、ハニカムブロックを展張方向に沿わせて展張させる特殊なガイド治具に載せてこのハニカムブロック両端を引っ張ってウイング状ハニカム展張体を形成したとしても、このウイング状ハニカム展張体の前端部と後端部が波打ってしまうことがある。この様な波打った状態で、ウイング状ハニカム展張体の外側上面及び下面にスキンを接着すると、スキンとハニカム部分との間に隙間が生じてしまう。これによって、ブレードの設計通りの特性が得られなくなったり、ハニカムウイング構造体の一部に揚力等の応力集中が生じてハニカムウイング構造体が破損し易くなったりすることがある。
【0007】
なお、上述した先行特許文献1は羽根の一部を構成するハニカムが頑強なステンレス鋼板でできた船舶等の羽根部材に関するものであり、本発明の課題となっているハニカム展張時に生じる問題点とは無関係の内容で、本発明の課題は全く有しないものである。
【0008】
本発明の目的は、ハニカムブロック体からハニカムウイング構造体を形成する場合に、常に所望の形状に形成できるハニカムウイング構造体の製造方法及びこの製造方法で製造されたハニカムウイング構造体を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、請求項1に記載のハニカムウイング構造体の製造方法は、予め未展張ブロック状態のハニカムブロックを用意し、当該ハニカムブロックを展張方向と直交する断面が翼の断面をなすハニカムウイングブロックに切削加工し、前記ハニカムウイングブロック全体に水分を含浸させた状態で展張させてハニカムウイング展張体を形成し、前記ハニカムウイング展張体を乾燥させ、熱硬化性樹脂を塗布し、熱硬化性樹脂を塗布したハニカムウイング展張体に形状維持部材を備えることで一定形状を維持したハニカムウイング構造体とするハニカムウイング構造体の製造方法であって、少なくとも前記ハニカムウイング展張体に含浸した水分の乾燥時においてハニカムウイング展張体の展張方向に少なくとも1本の芯棒を挿通していることを特徴としている。
【0010】
また、本発明の請求項2に記載のハニカムウイング構造体は、未展張ブロック状態のハニカムブロックを展張方向と直交する断面が翼の断面をなすハニカムウイングブロックに切削加工し、前記ハニカムウイングブロック全体に水分を含浸させた状態で展張させてハニカムウイング展張体を形成し、前記ハニカムウイング展張体を乾燥させて熱硬化性樹脂を塗布し、形状維持部材を備えることで一定形状を維持したハニカムウイング構造体であって、ハニカムの展張方向に少なくとも1本の芯棒が挿通されていることを特徴としている。
【0011】
水分を含んだハニカムウイング展張体が乾燥する際にハニカムウイング展張体の展張方向に芯棒が挿通されているので、ハニカムの局部的な収縮を阻止してハニカムウイング展張体が全体的に均等に収縮し、乾燥時に伴う形状の変形を防止する。
【0012】
好ましくは、ハニカムウイングブロックの展張時に芯棒を挿通しているのが良く、これによってハニカムウイングブロックの各セルが均一に展張され、結果的にハニカムウイングブロック全体が均一に展張され、ハニカムウイング展張体の端部に波打ち現象が生じるのを阻止する。
【0013】
また、好ましくはハニカムウイング展張体の乾燥後に熱硬化性樹脂を塗布することで形状を保持すると同時に成形品の耐水性能を向上させるのが良い。
【0014】
また、好ましくはハニカムウイング展張体の乾燥後にもハニカムウイング展張体に芯棒を挿通しているのが良く、これによってハニカムウイング展張体を載せたガイド治具から当該展張体を別の場所にハンドリングする際に芯棒が挿通されているおかげでハニカムウイング展張体の全体形状が崩れることなく、また端部が波打ったりすることもない。
【0015】
また、本発明の請求項3に記載のハニカムウイング構造体の製造方法は、請求項1に記載のハニカムウイング構造体の製造方法において、前記芯棒は前記ハニカムウイングブロックの展張時に挿通され、前記挿通される芯棒は前記ハニカムウイングブロックの展張時にはステンレスの芯棒が用いられ、前記ハニカムウイングブロックを少なくともある程度展張させた後に前記ステンレスの芯棒を抜き去り、当該ステンレスの芯棒の代わりに紙製の芯棒を挿通することを特徴としている。
【0016】
ハニカムウイングブロックの展張時にステンレスの芯棒を用いることで紙製の芯棒を入れた場合に較べてハニカムウイングブロックの展張をより滑らかに行う。これは、紙の芯棒とハニカムブロックの各セルとの間に働く摩擦力に較べて、ステンレスの芯棒とハニカムブロックの各セル間の摩擦力の方が非常に低いためである。
【0017】
また、ハニカムウイングブロックを一旦展張すれば、ステンレスの芯棒を抜き去ってその代わりに重量の軽い紙の芯棒をハニカムウイング展張体に無理なく挿通することが可能である。従って、完成品としてのハニカムウイング構造体の重量を軽量化する上でも展張後にステンレスの芯棒を抜き去り、紙のパイプをその場所に新たに挿通するのが好ましい。また、紙の芯棒を入れることでハニカムウイング展張体が乾燥する際の形状維持とハニカムウイング展張体が乾燥した後、ハンドリングの際の形状維持に貢献する。
【0018】
また、本発明の請求項4に記載のハニカムウイング構造体は、請求項2に記載のハニカムウイング構造体において、前記ハニカムウイング構造体に挿通された芯棒は紙製の芯棒からなることを特徴としている。
【0019】
紙でできているゆえに軽量の芯棒であり、ハニカムウイング構造体の一部構成要素をなしても全体の軽量化に貢献することができる。
【0020】
また、本発明の請求項5に記載のハニカムウイング構造体は、請求項2に記載のハニカムウイング構造体において、前記ハニカムウイング構造体に挿通された芯棒はアルミニウムの芯棒からなることを特徴としている。
【0021】
アルミニウムでできているゆえに軽量の芯棒であり、ハニカムウイング構造体の一部構成要素をなしても全体の軽量化に貢献することができる。
【0022】
また、アルミニウムは金属なのでハニカムウイングブロック展張時に発生する摩擦力が紙の芯棒に比べて小さくて済む。それによって、ハニカムウイングブロックを全く展張させない状態でアルミニウムの芯棒を挿通してハニカムウイングブロックを展張させても、当該ブロックを抵抗無く展張させることができる。
【0023】
また、本発明の請求項6に記載のハニカムウイング構造体は、ハニカムウイング構造体を構成するハニカムの展張率は70%乃至90%であることを特徴としている。
【0024】
この範囲の展張率でハニカムを展張させると必要な座屈強度を維持しつつ十分な大きさのハニカムウイング構造体を得ることができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかるハニカムウイング構造体について図面に基づいて説明する。
【0026】
本発明の一実施形態にかかるハニカムウイング構造体1は、図1ないし図4に示すように全体がウイング状に形成されたハニカムウイング展張体12と、これを被覆するスキン51,52との複合構造体である。
【0027】
すなわち、ハニカムウイング展張体12はハニカムブロック10(図7(a)参照)を断面がウイング状になるようにNC旋盤NCMで切削加工し、その切削加工したハニカムウイングブロック11(図7(b)参照)をハニカムウイングブロック11の展張方向(図7(b)中矢印X方向)に展張させた構造を有している。
【0028】
なお、本実施形態で用いているハニカムは例えば商品名ハニコームP(登録商標)等の紙製のハニカムである。ハニコームPとはクラフト紙、クラフトライナー紙等からなる六角筒の集合体を蜂の巣状に成形したものであり、紙製でありながら構造的に十分な強度を有し、構造体の中心材として適したものである。また、その特性として展張に対して直角方向には77〜78%の収縮率を有し、展張率は60倍である
そして、このように展張させたハニカムウイング展張体12には、図2に示すように紙管(芯棒)21,22がハニカムウイング展張体12の展張方向に一定間隔隔てて平行に挿通されている。そして、ハニカムウイング展張体12の上面と下面には第1のスキン51と第2のスキン52とが後述する面材及び接着剤を介して被覆されている。
【0029】
第1のスキン51と第2のスキン52とはハニカムウイング構造体1の前端部に折曲部51a,52aをそれぞれ有し、その折曲部51a,52aで接着剤G1によって合掌合わせ状に接着されている。
【0030】
また、ハニカムウイング構造体1の後端部51b,52bでは第1のスキン51と第2のスキン52とがそのまま延在して互いに当接し合い、その当接面が接着剤G2で接着されている。ここで言う接着剤G1,G2には熱硬化性樹脂が用いられており、常温で硬化するようになっている。なお、第1のスキン51、第2のスキン52、及びこれらに塗布された接着剤等で形状維持部材を構成している。
【0031】
スキン51,52は、1平方メートル当たり270グラムのガラスクロスGC(GFRP:ガラスファイバ補強プラスチック)と1平方メートル当たり300グラムのガラスマットGM(GFRP)の間に1平方メートル当たり200グラムのカーボンクロスCC(CFRP:カーボンファイバ補強プラスチック)を介在させたサンドイッチ構造を有している。また、スキン51,52とハニカムウイング展張体12上下面との間は面材49を介して日本ユピカ株式会社製の商品名ハイリゾン(登録商標)という熱硬化性樹脂の接着剤G4,G5が塗布され、これによってしっかりと接合されている(図14参照)。この熱硬化性樹脂の接着剤G4,G5は不飽和ポリエステル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂等で、その注型板は次の性能を有している。
▲1▼ 煮沸性能:100°C、300時間で加水分解を生じない。
▲2▼ 未硬化樹脂粘度:50〜300mPa・sである。
▲3▼ 硬化時間:0°C〜60°Cの温度範囲で5分〜90分である。
▲4▼ 塗布量:150g/m3〜450g/m3である。
【0032】
なお、上側スキン51と下側スキン52のハニカムウイング構造体前方方向の接着面の形状は図4(a)に示す合掌状の接着構造ではなく、図4(b)、図5、又は図6に示すような上側スキン51’(51”)の内面側に下側スキン52’(52”)の延在部を合致させ、この間を接着させるような構造であっても良い。
【0033】
又、ハニカムウイング展張体12に挿通された紙管31,32の代わりにアルミニウム管を挿通しても良い。なお、ハニカムの展張率は70%から90%であるのが好ましい。なぜならば、展張率を100%にすると、ハニカムの座屈強度がかなり低下してしまい、ハニカムウイング構造体の強度上問題が生ずるからである。なお、座屈強度との関係で最も好ましいのは展張率83.3%である。従って、必要な座屈強度を確保しつつ十分な大きさのハニカムウイング展張体を形成するには、上述の範囲の展張率が好ましい。
【0034】
続いて、本実施形態にかかるハニカムウイング構造体1の製造方法について説明する。
【0035】
本実施形態にかかるハニカムウイング構造体1の製造方法は、図7(a)に示すように最初に展張前のハニカムブロック10(CUE BLOCK:コア・アンエクスパンデッド・ブロック)をCADデータに基きNC旋盤NCM(エンドミル部のみ図示)で加工する。この場合にNC旋盤NCMで未展張のハニカムブロック10の外周をNC加工するに当たって、加工基準孔としての貫通孔15,16を先ず穿設する。この貫通孔15,16を利用して未展張のハニカムブロック10をセットし、NC加工を開始し、未展張ブロック断面がいわゆる羽根の断面となるように未展張ブロック全体を圧縮したウイング状に切削加工する。
【0036】
なお、この貫通孔15,16が後述するようにハニカムブロック展張時、ハンドリング時、型セット時に役立つ芯棒(紙管31,32)の挿通孔となる。
【0037】
このようにしてできたハニカムウイングブロック11(図7(b)参照)を水に浸してブロック全体に水分を十分に含浸させる。
【0038】
続いて、ハニカムウイングブロック11の両側面に図8に示すようにプレート41,42を接着する。プレート41,42の材質はハニカムサンドイッチパネルとアルミ樹脂複合パネル、FRP材等である。なお、このプレート41,42もハニカムウイング展張体12を展張させる前にその両端部に付けておいても良い。このプレート41,42の役割はハニカムウイング展張体12の端部が展張前に戻ろうとするのを防ぐためのものである。なお、ハニカムウイングブロック11を展張する際に水に十分浸してあるとプレート41の必要性は無くなるが、含浸した水が不十分であるとプレート41,42が無い場合、展張後にハニカムウイング展張体12の側面が変形するので(図9の矢印Y参照)、プレート41,42とハニカムウイングブロック11の側面との接着を十分に行い、当該側面が部分的に引っ張られて剥離が生じるのを防止するのが好ましい。
【0039】
なお、プレート41,42とハニカムウイング展張体側面の接着は、それぞれの加工基準孔2箇所にロケートとしてホットメルト又は両面テープにより面固定することにより行うのが良い。
【0040】
そして、ハニカムウイングブロック11を若干展張させたのちにこの貫通孔15,16に紙管31,32を挿通する。
【0041】
ここで、ハニカムウイングブロック11を若干展張させる理由は、ハニカムウイングブロック11を全く展張させない状態で紙管31,32を挿通すると、ハニカムウイングブロック11と紙管31,32との間に働く摩擦力が大きく、紙管31,32が挿入し難いことと、その後の展張作業がやり難くなるからである。
【0042】
なお、紙管31,32の代わりに芯棒として後述するアルミニウム管、又はステンレス管を入れても良い。これらの金属管は表面が滑らかでハニカムウイングブロック11を展張し易いというメリットを有している。
【0043】
以下に紙管31,32の挿通作業とこれに続く、ハニカムウイングブロック11の展張作業について説明する。
【0044】
まず、上述したようにハニカムウイングブロック11を多少展張させた状態で紙管31,32を各貫通孔15,16に挿通する。図7(b)は前述の工程のNC旋盤によってハニカムブロック10が完全にウイング状に切削加工されてハニカムウイングブロック11を形成した状態を示している。このような状態からハニカムウイングブロック11の貫通孔15,16に紙管31,32を硬めに差し込む。紙管31,32の長さは予め規定された展張寸法に対応する長さに対応して切断してある。
【0045】
なお、上述ではハニカムウイングブロック11の段階で水分を含有させたが、この段階で行わなくても少なくとも展張直前にはハニカムウイングブロック11全体に水分を含浸させて展張し易くしておくことが必要である。
【0046】
そして、この紙管31,32を差し込んだ後に図示しないガイド治具にハニカムウイングブロック11を載せた後、ハニカムウイングブロック11を展張方向に引っ張って展張させる。紙管31,32の両端部にはストッパ61,62を取り付けておき、プレート41,42がストッパ61,62まで当接するように展張する。これによって所定の展張長さを確保できる。なお、図10は、紙管31,32とストッパ61,62を示した図であり、図11はハニカムウイングブロック11を完全に展張させた状態を示した図である。
【0047】
なお、全く展張させない状態のハニカムウイングブロック11に管(芯棒)を挿入する場合、上述したように芯棒としてアルミニウムの管又はステンレスの管を使用する。これは金属製の管であれば管の表面とハニカムとの間での摩擦力(フィクション)が少なく、ハニカムウイングブロック11に挿入し易いからである。
【0048】
なお、展張時に使用するガイド治具はハニカムウイング展張体12に合致した形状を備え、ハニカムウイング展張体12の端部やハニカムウイング展張体12の下面が波打たないように展張させるための治具である。このガイド治具を用いて展張させると、紙管31,32の全体に亘ってハニカムウイングブロック11の各セルと紙管31,32との間に生ずる摩擦力をより均等に作用させることができ、ハニカムウイングブロック11を構成する各セルが均一に展張するようになる。
【0049】
これによって、従来問題となっていたハニカムウイングブロック11の不均一な展張が防止され、ハニカムウイング展張体12の端部の波打ちが生じなくなり、ハニカムウイング展張体12の表面全体も一定の均一な曲面を形成するようになる。
【0050】
その後、展張したハニカムウイング展張体12が乾燥する際に芯棒が無いと乾燥時に局部的な収縮等が生じて均一な形状が維持できなくなるが、ハニカムウイング展張体12を展張させて水が未だ含浸した状態において2本の芯棒(紙管31,32)がしっかり挿通されているので、水分が乾燥する際にハニカムウイング展張体12の不均一な収縮が起こる恐れがない。その結果、乾燥過程においてハニカムウイング展張体12を一定形状に維持することができる。
【0051】
その後、スキン51,52とハニカムウイング展張体12を接着する前処理としてハニカムウイング展張体12の表面に接着剤G5を介して面材49を接着する(図12参照)。なお、面材49は、紙又は紙にガラス繊維を混ぜたもの(王子製紙株式会社製の商品名グラスパー(登録商標))や、プラスチックフィルムと紙のラミネート品からなり、接着剤は熱硬化性樹脂(日本ユピカ株式会社製の商品名ハイリゾン(登録商標))からなる。この際、ハニカムウイング展張体12側にはその全体にスプレーで接着剤G5を吹き付ける。なお、熱硬化性樹脂の接着剤G5の性能は上述した通りである。
【0052】
なお、ハニカムウイング展張体12とスキン51,52との接着においてはハニカムウイング展張体12とスキン51,52との接点を接着剤が盛り上がるようにして接着面積を大きくすることが大切である。このフィレットの形成と同じ効果を発泡性の樹脂を用いてスピーディーな反応硬化で実現させる。
【0053】
続いて、スキン51,52とハニカムウイング展張体12の接着について詳しく説明する。まず、図13(a)に示すようにロールコート100によってスキン51,52に接着剤G4を塗布する。なお、接着剤G4にも上述の熱硬化性樹脂である接着剤G5と同等の接着剤を使用する。そして、図13(b)に示すコーティングされたスキン51,52でハニカムウイング展張体12を包み込む(図14の一部断面図参照)。
【0054】
続いて、図15に示すようにハニカムウイング展張体12を下型101にセットし、ロケートピン102,103を差し込む。このロケートピン102,103は位置決め用のピンで、ハニカムウイング展張体12の芯棒内穴に当該ピン102,103が差し込まれるようにして位置決めが行われる。
【0055】
続いて、図16に示すように上型104を閉めてキュア(反応)を行う。この反応は室温で放置することによって熱硬化性樹脂が硬化するのを待つ。熱硬化性樹脂は過熱させることなく常温(0°C〜50°C)で簡単に硬化するので硬化作業を容易に行なうことができる。
【0056】
そして、型開きしてハニカムウイング展張体12の上下面にスキン51,52が被着したハニカムウイング構造体1を最後に取り出す。
【0057】
なお、上型104、下型101の構成で型締めする理由は接着剤の発泡圧でハニカムウイング展張体12の外形形状が崩れるのを防ぐため、又は再度のロケート(位置決め)は翼型の場合、型に対して簡単にずれ落ちるので、その予防として必要であるためである(図16の実線1に対してずれを生じた場合を二点鎖線1’で図示)。
【0058】
以上説明した実施形態の変形例として、上述したように予めウイング状に切削加工したハニカムウイングブロック11にステンレスの芯棒を差し込み、このステンレスの芯棒とハニカムウイングブロック11との間のフリクションの低さを利用してハニカムウイングブロック11を抵抗なく展張させ、その展張後にこのステンレスの芯棒を抜き去り、この代わりに紙の芯棒を差し込んでも良い。これによって、最初から紙の芯棒を差し込んでハニカムウイングブロック12を展張させるよりもハニカムウイングブロック12を容易に展張させ、作業効率を向上させることができる。
【0059】
また、芯棒はアルミニウムの管であっても良い。アルミニウムは金属なのでステンレスの芯棒と同様にハニカムウイングブロックとの間の摩擦力が紙の芯棒に比べて小さい。それによって、ハニカムウイングブロックを全く展張させない状態でアルミニウムの芯棒を挿通してハニカムウイングブロックを展張させることができる。また、アルミニウムは軽量なのでステンレスの芯棒の場合と異なり、その後に紙管と取り替える必要はない。
【0060】
また、上述の実施形態においては、芯棒(紙管31,32)は互いに離間して2本設けていたが、この本数に限定されることなく例えば3本であっても良い。
【0061】
また、ハニカムウイングブロックの前後方向に細長い異型断面形状を備えた芯棒であれば、ハニカムを前後ほぼ平行に展張できるので、1本挿通しただけでも良い。
【0062】
【発明の効果】
上述の課題を解決するために、請求項1及び請求項2に記載のハニカムウイング構造体及びこの製造方法によると、水分を含んだハニカムウイング展張体が乾燥する際にハニカムウイング展張体の展張方向に芯棒が挿通されているので、ハニカムの局部的な収縮を阻止してハニカムウイング展張体が全体的に均等に収縮し、乾燥時に伴う形状の変形を防止することが可能である。
【0063】
好ましくは、ハニカムウイングブロックの展張時に芯棒を挿通しているのが良く、これによってハニカムウイングブロックの各セルが均一に展張され、結果的にハニカムウイングブロック全体が均一に展張され、ハニカムウイング展張体の端部に波打ち現象が生じるのを阻止することが可能である。
【0064】
また、好ましくは、ハニカムウイング展張体の乾燥後に熱硬化性樹脂を塗布することで形状を保持すると同時に成形品の耐水性能を向上させることができる。また、好ましくはハニカムウイング展張体の乾燥後にもハニカムウイング展張体に芯棒を挿通しているのが良く、これによってハニカムウイング展張体を載せたガイド治具から当該展張体を別の場所にハンドリングする際に芯棒が挿通されているおかげでハニカムウイング展張体の全体形状が崩れることなく、また端部が波打ったりすることもない。
【0065】
また、本発明の請求項3に記載のハニカムウイング構造体の製造方法は、ハニカムウイングブロックの展張時にステンレスの芯棒を用いることで紙製の芯棒を入れた場合に較べてハニカムウイングブロックの展張をより滑らかに行う。これは、紙の芯棒とハニカムブロックの各セルとの間に働く摩擦力に較べて、ステンレスの芯棒とハニカムブロック表面間の摩擦力の方が非常に低いためである。
【0066】
また、ハニカムウイングブロックを一旦展張すれば、ステンレスの芯棒を抜き去ってその代わりに重量の軽い紙の芯棒をハニカムウイング展張体に無理なく挿通することが可能である。従って、完成品としてのハニカムウイング構造体の重量を軽量化する上でも展張後にステンレスの芯棒を抜き去り、紙のパイプをその場所に新たに挿通するのが好ましい。また、紙の芯棒を入れることでハニカムウイング展張体が乾燥する際の形状維持とハニカムウイング展張体が乾燥した後、ハンドリングの際の形状維持に貢献する。
【0067】
また、本発明の請求項4に記載のハニカムウイング構造体は、紙でできているゆえに軽量の芯棒であり、ハニカムウイング構造体の一部構成要素をなしても全体の軽量化に貢献することができる。
【0068】
また、本発明の請求項5に記載のハニカムウイング構造体は、前記ハニカムウイング構造体に挿通された芯棒はアルミニウムの芯棒からなることを特徴としている。
【0069】
アルミニウムでできているゆえに軽量の芯棒であり、ハニカムウイング構造体の一部構成要素をなしても全体の軽量化に貢献することができる。
【0070】
また、アルミニウムは金属なのでハニカムウイングブロック展張時に発生する摩擦力が紙の芯棒に比べて小さくて済む。それによって、ハニカムウイングブロックを全く展張させない状態でアルミニウムの芯棒を挿通してハニカムウイングブロックを展張させても、当該ブロックを抵抗無く展張させることができる。
【0071】
また、本発明の請求項6に記載のハニカムウイング構造体は、この範囲の展張率でハニカムを展張させると必要な座屈強度を維持しつつ十分な大きさのハニカムウイング構造体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかるハニカムウイング構造体の一部外観斜視図である。
【図2】図1におけるII−II断面図である。
【図3】図1のハニカムウイング構造体を一部破断して示す平面図である。
【図4】図1におけるIV−IV断面図(図4(a))及びこの変形例の断面図(図4(b))である。
【図5】図2の変形例を示す断面図である。
【図6】図2の更なる変形例を示す断面図である。
【図7】本発明の一実施形態にかかるハニカムウイング構造体の製造工程を示した斜視図である。
【図8】図7に続く製造工程を示した斜視図である。
【図9】図8に関連してプレート及びハニカムウイング展張体の一部を示した図である。
【図10】紙管とストッパのみを示した斜視図である。
【図11】ハニカムウイングブロックを完全に展張してハニカムウイング展張体を形成した状態を示す平面図である。
【図12】ハニカムウイング展張体に面材を接着させた状態の断面図である。
【図13】スキンに接着剤を塗布する工程を示した図(図13(a))及び接着剤を塗布したスキンの斜視図(図13(b))である。
【図14】図12の面材にスキンを接着させた状態の断面図である。
【図15】ハニカムウイング展張体にスキンを被せて接着剤を硬化させる工程を示した斜視図である。
【図16】図15に続く製造工程を示した斜視図である。
【図17】図16に関連した不具合を説明した図である。
【符号の説明】
1 ハニカムウイング構造体
10 ハニカムブロック
11 ハニカムウイングブロック
12 ハニカムウイング展張体
21,22 紙管(芯棒)
31,32 紙管
41,42 プレート
49 面材
51 第1のスキン
52 第2のスキン
51a,52a 折曲部
51b,52b 後端部
100 ロールコート
101 下型
102,103 ピン
104 上型
G1,G2,G4,G5 接着剤
Claims (6)
- 予め未展張ブロック状態のハニカムブロックを用意し、当該ハニカムブロックを展張方向と直交する断面が翼の断面をなすハニカムウイングブロックに切削加工し、
前記ハニカムウイングブロック全体に水分を含浸させた状態で展張させてハニカムウイング展張体を形成し、
前記ハニカムウイング展張体を乾燥させ、熱硬化性樹脂を塗布し、
熱硬化性樹脂を塗布したハニカムウイング展張体に形状維持部材を備えることで一定形状を維持したハニカムウイング構造体とするハニカムウイング構造体の製造方法であって、
少なくとも前記ハニカムウイング展張体に含浸した水分の乾燥時においてハニカムウイング展張体の展張方向に少なくとも1本の芯棒を挿通していることを特徴とするハニカムウイング構造体の製造方法。 - 未展張ブロック状態のハニカムブロックを展張方向と直交する断面が翼の断面をなすハニカムウイングブロックに切削加工し、前記ハニカムウイングブロック全体に水分を含浸させた状態で展張させてハニカムウイング展張体を形成し、前記ハニカムウイング展張体を乾燥させて熱硬化性樹脂を塗布し、形状維持部材を備えることで一定形状を維持したハニカムウイング構造体であって、
ハニカムの展張方向に少なくとも1本の芯棒が挿通されていることを特徴とするハニカムウイング構造体。 - 前記芯棒は前記ハニカムウイングブロックの展張時に挿通され、
前記挿通される芯棒は前記ハニカムウイングブロックの展張時にはステンレスの芯棒が用いられ、
前記ハニカムウイングブロックを少なくともある程度展張させた後に前記ステンレスの芯棒を抜き去り、当該ステンレスの芯棒の代わりに紙製の芯棒を挿通することを特徴とする、請求項1に記載のハニカムウイング構造体の製造方法。 - 前記ハニカムウイング構造体に挿通された芯棒は紙製の芯棒からなることを特徴とする、請求項2に記載のハニカムウイング構造体。
- 前記ハニカムウイング構造体に挿通された芯棒はアルミニウムの芯棒からなることを特徴とする、請求項2に記載のハニカムウイング構造体。
- ハニカムウイング構造体を構成するハニカムの展張率は70%ないし90%であることを特徴とする、請求項2に記載のハニカムウイング構造体。
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