JP2007130663A - プレス型およびこのプレス型を利用した風力発電機用ブレードの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リブが形成された板材について、ベンダーによる曲げ加工を可能としたプレス型を提案し、このプレス型を利用することにより簡易に風力発電機用ブレードを製造する方法を提案する。
【解決手段】所定の曲率により形成された円弧状の凸部１１が長手方向に沿って形成された上型１０と、所定の曲率により形成された円弧状の凹部２１が長手方向に沿って形成された下型２０と、からなり、この下型２０に、凹部２１よりも深い溝２２が長手方向に対して所定の間隔をあけて複数形成されてなる金型（プレス型）１を利用して、所定の間隔によりリブ３１が形成された板材３０に、所定の曲率により曲げ加工を施すことにより、風力発電機用ブレードを製造する。
【選択図】図２

Description

本発明は、板材等の曲げ加工を行うベンダーのプレス型とこのプレス型を利用した風力発電機用ブレードの製造方法に関する。

鋼板等の板状に形成された部材（以下、単に「板材」という場合がある）の曲げ加工について、例えば、特許文献１に示すように、ベンダーを用いたプレス加工により行う場合がある。ベンダーを利用して板材を曲線状に加工する場合には、所定の半径からなる円弧状の凹部を有した凹型と同等の半径からなる円弧状の凸部を有した凸型とを、それぞれベンダーの上下のテーブルに設置して、これらの凹型と凸型とからなるプレス型により板材を挟み込むことにより行う。

例えば、揚力型風車の風力発電機用ブレードは、徐々に曲率を変化させながら板材を加工することにより流線形の翼型に加工されており、この曲率に応じたプレス型を介してベンダーにより加工を行っている。

ここで、揚力型風車とは、風力発電に使用される垂直軸型風車を使用するものであって、風力発電機用ブレードに発生する揚力により風車を回転させるものである。これにより、風速比（ブレードの翼端速度／風速）が１以上でも、風車を効率よく回転させることを可能としているため、風速に応じて発電効率が上がるという利点を有している。
特開２００２−２８７２７号公報（［００１９］−［００２４］、図１）

一方、このような揚力型風車に用いる風力発電機用ブレードは、比較的弱い風力により風車を起動させることを目的として、板材の薄肉化により軽量化が図られている。しかし、風力発電機用ブレードは、風車の回転に効果的な形状（流線形）を維持する必要があるため、部材の厚みの薄肉化には限界があった。つまり、風力発電機用ブレードの強度等により、風車全体の軽量化には限界があり、風力が比較的弱い地域における風力発電の開発の妨げとなっていたという問題点を有していた。

そのため、薄肉化された板材について、リブを形成することにより、所定の強度を発現させる場合があった。

ところが、リブが形成された板材について、ベンダーによる曲げ加工を施すと、プレス型によりリブが押しつぶされてしまい、所定の強度を維持できないという問題点を有していた。そのため、このようなリブが形成された板材の曲げ加工については、手作業により行われており、この作業に手間が掛かることや、熟練した技術が必要とされる等の問題点を有していた。

本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、リブが形成された板材について、ベンダーによる曲げ加工を可能としたプレス型を提案し、このプレス型を利用することにより簡易に風力発電機用ブレードを製造する方法を提案することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明のプレス型は、所定の曲率により形成された円弧状の凸部が長手方向に沿って形成された凸型と、所定の曲率により形成された円弧状の凹部が長手方向に沿って形成された凹型と、からなるプレス型であって、前記凹型に、前記凹部よりも深い溝が、前記長手方向に対して所定の間隔をあけて複数形成されていることを特徴としている。

かかる発明によれば、板材にベンダー等により曲げ加工を施す際に、当該板材にリブ等の凸部が形成されていても、凹型に形成された所定のピッチ（間隔）による溝に当該凸部を合せることにより、板材と凹凸形状を維持した状態で、曲げ加工を施すことが可能となる。そのため、リブなどにより板材の強度を補強している場合でも、その強度を維持したまま、当該板材の曲げ加工を施すことが可能となる。

また、前記プレス型において、前記溝が、前記凹部に直交する方向に形成されていれば、板材に形成されたリブに対して、直角方向に曲げ加工を施す際に、好適である。

さらに、前記プレス型において、前記溝が、断面視で矩形を呈するように形成されていれば、板材の一般部（凸部以外の部分）に対して、凸部との変化点に沿って曲げ加工を施すことが可能となる。

また、本発明の風力発電機用ブレードの製造方法は、所定の間隔によりリブが形成された板材に、前記のプレス型が設置されたベンダーを用いて所定の曲率により曲げ加工を施す、風力発電機用ブレードを製造する方法であって、前記リブが、前記凹型の前記溝に挿入されるように前記板材を配置して、前記板材の前記凹型との設置面と反対側の面から前記凸型により圧力を負荷することを特徴としている。

かかる発明によれば、風力発電機用ブレードの軽量化を目的として、板材にリブを設けることにより強度を増加させて板厚を薄肉化した場合において、リブの形状を維持した状態で曲げ加工を施してブレードを形成することが可能となる。そのため、軽量で、初動性に優れた風力発電機用ブレードを、簡易に製造することが可能となった。

本発明のプレス型によれば、リブが形成された板材について、リブの形状を維持したまま、ベンダー等による曲げ加工を施すことが可能となった。また、本発明の風力発電機用ブレードの製造方法によれば、前記プレス型を利用することにより、簡易に所定の耐力を有し軽量な風力発電機用ブレードの製造が可能となった。

本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
ここで、図１は、本実施形態に係るプレス型を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は正面図である。また、図２は、本実施形態に係る板材を示す図であって、（ａ）は板材の斜視図、（ｂ）は板材のプレス型への設置状況を示す斜視図である。また、図３は、同板材の加工状況を示す横断面図であって、（ａ）は板材のプレス型への設置状況を示し、（ｂ）は板材の加工状況を示している。さらに、図４は、本実施形態に係る風力発電機用ブレードを示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は横断面図である。

本実施形態に係るプレス型は、金属部材からなり（以下、金属部材からなるプレス型を、単に「金型１」と称する）、図１（ａ）に示すように、所定の曲率により形成された円弧状の凸部１１が当該金型１の長手方向に沿って形成された上型（凸型）１０と、所定の曲率により形成された円弧状の凹部２１が同長手方向に沿って形成された下型（凹型）２０とから構成されている。さらに、下型２０には、凹部２１よりも深い溝２２が、長手方向に対して所定のピッチ（間隔）により複数形成されている。なお、本実施形態では、金型１の長さを、折り曲げ加工を施す板材３０（図２（ａ）参照）の幅よりも長く形成するものとするが、金型１の形状は限定されるものではなく、例えば、複数の金型１を連続して配置することにより、合計の長さが板材３０の幅よりも長く構成してもよい。

上型１０は、図１（ｂ）に示すように、断面視が略正方形に形成された下部の本体部１２と、断面視が縦長の長方形に形成された上部の取付部１３と、が一体に形成されてなり、本体部１２の下端には、円弧状の凸部１１が形成されている。つまり、上型１０は、下端が円弧状に形成された略直方体の上部が、図示しないベンダーへの取り付けが可能となるように、両端に長方形状の切欠きが形成されて、その部材厚が薄くなっている。なお、上型１０の取付部１３の形状は限定されるものではなく、使用するベンダーの金型取付手段（図示せず）に応じて取付部１３の形状が適宜設定されることはいうまでもない。

凸部１１を構成する円弧の曲率は、加工を施す板材３０（図２（ａ）参照）の設計された完成形状と加工を施す板材３０の強度や板厚等から想定される跳ね返り等により設定された形状に構成する。

下型２０は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、直方体の上面に所定の曲率からなる円弧状の凹部２１が長手方向に沿って形成された鋼製部材であって、長手方向に対して直交する方向に形成された複数の溝２２が、所定の間隔をあけて形成されている。なお、本実施形態では、下型２０として鋼製部材からなるものを使用することとしたが、下型２０を構成する材料は限定されるものではなく、例えばウレタン樹脂等により構成してもよい。

凹部２１を構成する円弧の曲率は、上型１０の凸部１１と同様に、加工を施す板材３０（図２（ａ）参照）の設計された完成形状と加工を施す板材３０の強度や板厚等から想定される跳ね返り等により設定された形状により構成されている。したがって、凹部２１は、図１（ｂ）に示すように、上型１０の凸部１１を構成する円弧と略同形状に形成されており、積み重ねた状態で凸部１１と凹部２１とが略一致するように形成されている（図３（ｂ）参照）。
また、下型２０は、上型１０よりも厚み（長手方向に直交する幅）が大きく形成されており、凹部２１の前後に平坦部分２３，２３が形成されている。

溝２２，２２，…は、後記する板材３０のリブ３１（図２（ａ）参照）の間隔に応じて所定の間隔により形成されており、図１（ｃ）に示すように断面視で矩形を呈するように形成されている。そして、溝２２，２２，…の深さは、少なくとも凹部２１の深さよりも板材３０のリブ３１の高さ分深く形成されている。なお、本実施形態では、溝２２の形状を断面視で矩形に形成するものとしたが、溝２２の形状は限定されるものではなく、例えば、板材３０のリブ３１の断面形状と同形状に形成してもよい。また、本実施形態では、溝２２を、平坦部分２３から一定の深さにより形成するものとしたが、溝２２の形状は前記のものに限定されるものではなく、例えば、凹部２１の円弧に合せて円弧状に形成してもよい。

本実施形態にかかる金型１は、図２（ａ）に示すように、所定の間隔によりリブ３１が複数本形成された板材３０について、リブ３１の断面形状を維持した状態で、所定の曲率により折り曲げ加工を施す場合に好適に用いられる。

金型１は、上型１０と下型２０とが、それぞれベンダーの上下のテーブルに固定された状態で、上型１０と下型２０との間に配置された板材３０に、上のテーブルを下降させることにより板材３０に圧力を負荷して、凸部１１および凹部２１の円弧による折り曲げ加工を施す（図３（ｂ）参照）。
上型１０のベンダーへの固定は、取付部１３をベンダーの上のテーブルの金型取付手段（図示省略）により挟持することにより行う。また、下型２０のベンダーへの固定は、ボルト等を介してベンダーの下のテーブルへ締着することにより行う。なお、金型１のベンダーへの固定方法は限定されるものではなく、適宜公知の手段により行われることはいうまでもない。

金型１による板材３０の折り曲げ加工方法は、図２（ｂ）に示すように、板材３０のリブ３１，３１，…を下型２０の溝２２，２２，…に挿入した（合せた）状態で、板材３０を下型２０の上面に配置する。そして、図３（ａ）に示すように、下型２０の凹部２１に凸部１１が対向するように配置された上型１０を、板材３０の上方から下降させて、図３（ｂ）に示すように、板材３０に圧力を負荷して板材３０を折り曲げる。この時、リブ３１，３１，…は、溝２２，２２，…に配置されているため、上型１０による圧力が負荷されても、その断面形状を維持した状態で折り曲げ加工が施される。

本実施形態にかかる金型１によれば、板材３０にリブ３１が形成されていても、下型２０に形成された所定のピッチによる溝２２，２２，…にリブ３１を合せて（挿入して）配置することにより、板材３０の凹凸形状（リブ３１の形状）を維持した状態で、板材３０に曲げ加工を施すことが可能となる。そのため、リブ３１などにより板材３０の強度を補強している場合でも、その強度を維持したまま、板材３０に曲げ加工を施すことを可能としている（図２（ｂ）および図３（ｂ）参照）。

また、溝２２は凹部２１に直交する方向に形成されているため、板材３０に形成されたリブ３１に対して、直角方向に曲げ加工を施す際に好適である（図２（ｂ）参照）。

さらに、金型１において、溝２２が、断面視で矩形を呈するように形成されているため、溝２２とリブ３１との幅を合せることにより、板材３０のリブ３１以外の平面部に対して、リブ３１の変化点に沿って、つまり、リブ３１と前記平面部との境界ぎりぎりまで曲げ加工を施すことを可能としている（図２（ｂ）参照）。

本実施形態にかかる金型１を利用すれば、図４（ａ）に示すような、所定の間隔によりリブ３１が形成された風力発電機用ブレード（以下、単に「ブレード」という場合がある）Ｂを製造することも可能である。

つまり、図４（ｂ）に示すようなブレードＢが有するＲ１〜Ｒ１２からなる複数の曲率に対応して、異なる円弧を有した複数の金型１，１，…を製造し、適宜金型１を変更して使用することにより、所定の流線形を有した翼型のブレードＢを形成する。

金型１を利用したブレードＢの製造は、板材３０のリブ３１を下型２０の溝２２に挿入した状態で板材３０を下型２０に載置し、板材３０の下型２０との設置面と反対側の面から上型１０により圧力を負荷して、所定の曲率により板材３０を折り曲げることにより行う（図２および図３参照）。
そして、板材３０を徐々にずらしながら同様の作業を繰り返した後、曲率の変化点（例えば、Ｒ１とＲ２との変化点）まで折り曲げ加工を施したら、次の曲率により凸部１１および凹部２１が形成された金型１に変更する。そして、次の曲率の変化点（例えば、Ｒ２とＲ３との変化点）まで板材３０を徐々にずらしながら折り曲げ加工を施す。同様の方法により、金型１を変更させながらＲ１〜Ｒ１２の曲率を有した流線形の翼型からなるブレードＢを形成する。なお、曲率Ｒ４の区間については、その曲率が大きいため、最後に折り曲げ加工を施すこととする。

ここで、板材３０の折り曲げ加工について、上型１０による圧力を変化させることにより、同一の金型１を利用して異なる曲率の曲げ加工を板材３０に施してもよい。こうすることにより、金型１，１，…の数を省略し、ブレードＢの製造に伴う金型１の変更の手間や、金型１，１，…の製造に要する費用等を省略することが可能となる。
また、ブレードＢは、１．０〜１．４の範囲の揚力係数を有するように形成されており、図４（ｂ）に示すように、Ｒ１〜Ｒ１２の複数の曲率により加工されて、断面視で略つの字状の流線形の翼状を呈するように形成される。なお、本実施形態に係るブレードＢは、後縁側（ブレードＢの回転方向の後側）が開口されて、断面視で略つの字状に形成されているが、後縁側に開口部を有しない形状に形成してもよく、ブレードＢの形状は限定されるものではない。

また、ブレードＢを構成する材料は、例えば、アルミ合金製の板材やチタン合金製の板材を使用する等、限定されるものではないが、本実施形態では厚みが０．４ｍｍのアルミ合金製の板材を使用するものとする。
また、ブレードＢの後縁部に形成された開口部は、翼弦長に対して前縁から３５％〜４５％の位置から後縁にわたって形成されている。

板材３０のリブ３１は、新たな部材を増加することなく、ブレードＢの裏面側から、押圧加工により形成されている（図２（ａ）参照）。つまり、ブレードＢの裏面側には、リブ３１に対応する位置に凹溝が形成されている。なお、リブ３１の形成方法は限定されるものではなく、適宜公知の手段により形成すればよい。
リブ３１は、形成可能なブレードＢの板厚と、リブ３１による空気抵抗とを考慮したうえで、最適な間隔により形成されている。なお、リブ３１の形状は限定されるものではないが、本実施形態では、幅１６ｍｍ、高さ３ｍｍにより１０ｃｍ間隔で形成する。

本実施形態に係る風力発電機用ブレードの製造方法によれば、複数のリブ３１，３１，…が予め形成された板材３０の加工について、リブ３１，３１，…と同ピッチにより形成された溝２２，２２，…が形成された金型１を利用するため、板材３０の加工時にリブ３１がつぶれることがない。そのため、ベンダーを利用して、簡易に複数の曲線を組み合わせてなる流線形の翼型に形成されたブレードＢを形成することを可能としている。
そして、本実施形態に係る風力発電機用ブレードの製造方法により形成されたブレードＢは、複数のリブ３１，３１，…が所定の間隔を有した板材により形成されているため、所定の強度を維持した状態で形成されている。そのため、簡易に軽量化（薄肉化）されたブレードＢの形成を可能としている。

また、ブレードＢに形成されたリブ３１，３１，…は、ブレードＢの重量と、リブ３１，３１，…による空気抵抗のバランスを考慮した間隔により形成されているため、風車（図示省略）の回転を妨げることなく、風車が比較的弱い風力による回転が可能で初動が良く、かつ、風速比（ブレードＢの翼端速度／風速）が１以上でも、風車を効率よく回転させることを可能としている。

つまり、従来０．８ｍｍで形成されていたアルミ合金製のブレードＢが、リブ３１を形成することによりその剛性が増加して、０．４ｍｍの板厚により形成することが可能となり、ブレードＢのみの重量で比較すると、半減することが可能となった。したがって、ブレードＢ，Ｂ，…の軽量化により、風車全体の軽量化されるため、風車の初動が良くなり、風力の小さい地域における風力発電が可能となり、効率的な風力発電機を提供することが可能となる。

また、従来、チタン合金等の剛性の強い材料を使用することで、ブレードＢの軽量化を図っていたのに対し、リブ３１を設けることにより、チタン合金からなるブレードと同等の板厚のブレードＢをアルミ合金により形成することが可能となり、経済的に優れた風車を提供することが可能となった。

また、本実施形態によるブレードＢの製造方法によれば、ブレードＢの軽量化により、風力発電機全体の軽量化が可能となり、風力発電機の設置場所の自由度が広がる。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、本発明のプレス型は、風力発電機用ブレードの加工への使用に限定されるものではなく、あらゆるリブを有した板材の加工に使用可能であることはいうまでもない。

また、本発明のプレス型が設置されるベンダーの機種等は限定されないことはいうまでもない。
また、前記実施形態では、風力発電機用ブレード全体についてベンダーを利用して折り曲げ加工を施すものとしたが、例えば、曲率が極端に大きい部分など、一部については他の方法により折り曲げ加工を施すものとしてもよい。

また、前記実施形態では、上型に凸部、下型に凹部を形成するものとしたが、下型に凸部、上型に凹部が形成されていてもよく、その構成は限定さえるものではない。
また、前記実施形態では、全体についてリブが形成された板材を利用してブレードを形成する場合について説明したが、ブレードに形成されるリブの位置や数量等は限定されるものではなく、例えば、ブレードの上面（ブレードの回転方向に対して外側の面）のみにリブが形成されていてもよい。

本実施形態に係るプレス型を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は正面図である。 本実施形態に係る板材を示す図であって、（ａ）は板材の斜視図、（ｂ）はプレス型への設置状況を示す斜視図である。 同板材の加工状況を示す横断面図であって、（ａ）は板材のプレス型への設置状況を示し、（ｂ）は板材の加工状況を示している。 本実施形態に係る風力発電機用ブレードを示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は横断面図である。

符号の説明

１ 金型（プレス型）
１０ 上型（凸型）
１１ 凸部
２０ 下型（凹型）
２１ 凹部
２２ 溝
３０ 板材
３１ リブ
Ｂ ブレード（風力発電機用ブレード）

Claims (4)

1. 所定の曲率により形成された円弧状の凸部が長手方向に沿って形成された凸型と、
   所定の曲率により形成された円弧状の凹部が長手方向に沿って形成された凹型と、からなるプレス型であって、
   前記凹型に、前記凹部よりも深い溝が、前記長手方向に対して所定の間隔をあけて複数形成されていることを特徴とする、プレス型。
2. 前記溝が、前記凹部に直交する方向に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のプレス型。
3. 前記溝が、断面視で矩形を呈するように形成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のプレス型。
4. 所定の間隔によりリブが形成された板材に、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載されたプレス型が設置されたベンダーを用いて所定の曲率により曲げ加工を施す、風力発電機用ブレードを製造する方法であって、
   前記リブが、前記凹型の前記溝に挿入されるように前記板材を配置して、前記板材の前記凹型との設置面と反対側の面から前記凸型により圧力を負荷することを特徴とする、風力発電機用ブレードの製造方法。

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