JP2011241854A - 円筒体への取付部材の取付構造及びマグナス型風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】寒冷地などで使用した際に、取付部材の円周部が円筒体の内周面から剥離することを防止できる円筒体への取付部材の取付構造を提供すること。
【解決手段】円筒形状をなす円筒体７と、円筒体７への取付対象となっている取付部材３５と、を有し、取付部材３５には、円筒体７の内径と略同一径の外径を有する円周部３５ｄが形成され、円周部３５ｄが円筒体７内に嵌入されるとともに、円周部３５ｄの全周と円筒体７の内周面７ｂとが接着剤４９により接着される円筒体７への取付部材３５の取付構造であって、取付部材３５と円筒体７とが互いに異なる熱膨張率を有する材質で形成され、取付部材３５が熱変化したときに、円周部３５ｄの外周面と円筒体７の内周面７ｂとを離間させる方向に働く応力を、円周部３５ｄの外周面から離れた位置に集中させる応力集中手段５０が、円周部３５ｄの周縁の複数箇所に設けられる。
【選択図】図６

Description

本発明は、円筒体の内周面と取付部材の外周面とを接着剤により接着させる円筒体への取付部材の取付構造及びこの取付構造を用いたマグナス型風力発電装置に関する。

従来、マグナス型風力発電装置などにおいて、円筒状をなすブレードまたは回転円筒翼（円筒体）の内周面に、軸受の周囲等に設けられた略円盤状をなす部材（取付部材）の外周面（円周部）を接続させるものがある（例えば、特許文献１及び２参照）。また、同様の円筒体や取付部材を有するマグナス型風力発電装置がある（例えば、特許文献３及び４参照）。

特開２００５−２５６６０５号公報（第２図） 特開２００５−２５６６０６号公報（第３図） 米国特許第４３６６３８６号明細書（第４図） 独国特許第３２４６６９４号明細書（第１図）

しかしながら、特許文献１〜４に記載のマグナス型風力発電装置にあっては、円筒体の軽量化及び高強度化のために、円筒体を取付部材と互いに異なる熱膨張率を有する材質で形成するとともに、取付部材の円周部と円筒体の内周面とを接着剤を用いて接続する場合がある。そして、このようなマグナス型風力発電装置を寒冷地などで使用して、取付部材と円筒体とが気温の低下に伴って収縮した際に、取付部材の収縮率が円筒体の収縮率よりも大きいと、取付部材が収縮する力によって、取付部材の円周部と円筒体の内周面とを互いに離間させる方向に働く応力が生じ、この応力が接着剤で接着させた部位に集中するようになり、接着剤に亀裂が生じて取付部材の円周部が円筒体の内周面から剥離してしまうという問題がある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、寒冷地などで使用した際に、取付部材の円周部が円筒体の内周面から剥離することを防止できる円筒体への取付部材の取付構造及びこの取付構造を用いたマグナス型風力発電装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の円筒体への取付部材の取付構造は、
略円筒形状をなす円筒体と該円筒体への取付対象となっている取付部材とを有し、該取付部材には、少なくとも一部に前記円筒体の内径と略同一径の外径を有する円周部が形成され、該円周部が前記円筒体内に嵌入されるとともに、該円周部の全周と前記円筒体の内周面とが接着剤により接着される円筒体への取付部材の取付構造であって、
前記取付部材と前記円筒体とが互いに異なる熱膨張率を有する材質で形成され、前記取付部材が熱変化したときに、前記円周部の外周面と前記円筒体の内周面とを離間させる方向に働く応力を、前記円周部の外周面から離れた位置に集中させる応力集中手段が、該円周部の周縁の複数箇所に設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、互いに熱膨張率が異なる円筒体及び取付部材を寒冷地で使用した際に、取付部材の熱収縮変化が円筒体の熱収縮変化よりも大きいと、取付部材が気温の低下とともに収縮する力によって円周部の外周面と円筒体の内周面とを離間させる方向に応力が働くようになり、この応力を円周部の周縁の複数箇所に設けられた応力集中手段によって、円周部の外周面から離れた位置に集中させることで、接着剤で接着された部位に加わる応力が弱まるようになり、円周部の全周が円筒体の内周面から剥離してしまうことを防止できる。

本発明の円筒体への取付部材の取付構造は、
前記円筒体が繊維強化プラスチックにより形成されるとともに、前記取付部材が金属部材により形成されることを特徴としている。
この特徴によれば、互いに熱膨張率が大きく異なる繊維強化プラスチック及び金属部材の材質を用いても、前記応力集中手段により円周部の全周が円筒体の内周面から剥離してしまうことが防止され、寒冷地で耐久性のある取付構造とすることができ、かつ繊維強化プラスチックにより軽量で高強度の円筒体となるとともに、金属部材により応力集中手段の形成加工が施し易い取付部材となる。

本発明の円筒体への取付部材の取付構造は、
前記応力集中手段は、前記円周部の軸方向に延びる空間部を該円周部に形成することで設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、空間部の形成により周方向または径方向に変形し易くなり、取付部材が収縮する力によって働く応力によって、円周部の周縁が周方向または径方向に変形することで、接着剤で接着された部位に応力が集中されずに済み、かつ円周部の外周面の軸方向にわたって応力集中手段が設けられ、円周部の全周が円筒体の内周面から剥離してしまうことを防止できる。

本発明の円筒体への取付部材の取付構造は、
前記空間部は、前記円周部の軸方向に延びるように形成された溝部となっていることを特徴としている。
この特徴によれば、取付部材が収縮する力によって働く応力は、溝部の奥側に集中するようになり、接着剤で接着された部位に働く応力を低減できるばかりか、円周部の周縁における溝部の開口側は、溝部が拡大する方向、即ち円周部の周方向に変形され、円周部の外周の一箇所に加わる応力の他の箇所への伝達が溝部により断たれるようになり、円周部の全周が円筒体の内周面から剥離してしまうことを防止できる。

本発明の円筒体への取付部材の取付構造は、
前記溝部は、前記円周部の外周面から切り欠かれて形成されることを特徴としている。
この特徴によれば、円周部の周縁における溝部の開口側が拡大したときに、円周部の外周面と円筒体の内周面とを接着する接着剤が溝部の位置で分断され、分断された各接着剤の接着箇所に加わる応力が、他の接着箇所の接着剤に影響を与えないようになり、円周部の全周が円筒体の内周面から剥離してしまうことを防止できる。

本発明の円筒体への取付部材の取付構造は、
前記空間部は、前記円周部の軸方向に延びるように形成された孔部となっていることを特徴としている。
この特徴によれば、応力集中手段を孔部により形成することで、円周部の周縁の強度を維持した状態で、取付部材が収縮する力によって働く応力を、円周部の外周面から離れた位置に集中させることができ、かつ孔部の形状が変化するように変形されるため、円周部の周縁が周方向または径方向に変形し易くなる。

本発明の円筒体への取付部材の取付構造は、
前記応力集中手段は、前記円周部の周方向に略等間隔に設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、円周部の周縁の全周にわたって偏りなく応力集中手段を設けることができ、取付部材が収縮する力によって働く応力が集中する箇所を円周部の周縁に均等に分散させることができる。

本発明のマグナス型風力発電装置は、
発電機構部に回転トルクを伝達する回転体と、該回転体から略放射状に所要数配設された回転円柱と、該各回転円柱をこれら回転円柱の軸周りに回転駆動する駆動モータと、を備え、前記各回転円柱の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力により前記回転体を回転させて前記発電機構部を駆動するようになっており、略円筒形状をなす円筒体と該円筒体への取付対象となっている取付部材とを有し、該取付部材には、少なくとも一部に前記円筒体の内径と略同一径の外径を有する円周部が形成され、該円周部が前記円筒体内に嵌入されるとともに、該円周部の全周と前記円筒体の内周面とが接着剤により接着されるマグナス型風力発電装置であって、
前記取付部材と前記円筒体とが互いに異なる熱膨張率を有する材質で形成され、前記取付部材が熱変化したときに、前記円周部の外周面と前記円筒体の内周面とを離間させる方向に働く応力を、前記円周部の外周面から離れた位置に集中させる応力集中手段が、該円周部の周縁の複数箇所に設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、互いに熱膨張率が異なる円筒体及び取付部材を用いたマグナス型風力発電装置を寒冷地で使用した際に、取付部材の熱収縮変化が円筒体の熱収縮変化よりも大きいと、取付部材が気温の低下とともに収縮する力によって円周部の外周面と円筒体の内周面とを離間させる方向に応力が働くようになり、この応力を円周部の周縁の複数箇所に設けられた応力集中手段によって、円周部の外周面から離れた位置に集中させることで、接着剤で接着された部位に加わる応力が弱まるようになり、円周部の全周が円筒体の内周面から剥離してしまうことを防止できる。

マグナス揚力の説明図である。 実施例１におけるマグナス型風力発電装置を示す正面図である。 マグナス型風力発電装置を示す側面図である。 スパイラル条が設けられた回転円柱を示す正面図である。 回転円柱の内部を示す縦断側面図である。 図５における回転円柱を示すＡ−Ａ横断平面図である。 図５における回転円柱を示すＢ−Ｂ横断平面図である。 動力伝達部材と回転円柱との接着部位を示しており、図８（ａ）は拡大側面図であり、図８（ｂ）は拡大平面図である。 連結部材と回転円柱との接着部位を示しており、図９（ａ）は拡大側面図であり、図９（ｂ）は拡大平面図である。 実施例２における動力伝達部材と回転円柱との接着部位を示しており、図１０（ａ）は拡大側面図であり、図１０（ｂ）は拡大平面図である。 連結部材と回転円柱との接着部位を示しており、図１１（ａ）は拡大側面図であり、図１１（ｂ）は拡大平面図である。 実施例３におけるドライブシャフトを示す縦断側面図である。 図１２におけるドライブシャフトを示すＣ−Ｃ縦断正面図である。

本発明に係る円筒体への取付部材の取付構造及びマグナス型風力発電装置を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例１に係るマグナス型風力発電装置につき、図１から図９を参照して説明する。以下、図２及び図４の紙面手前側をマグナス型風力発電装置の正面側（前方側）とし、図３と図５から図７の紙面右方側をマグナス型風力発電装置の正面側（前方側）として説明する。

一般的なマグナス揚力の発生メカニズムについて説明すると、図１の円筒形状を成す回転円柱Ｃの断面図に示すように、回転する回転円柱Ｃに当たった空気の流れは、図１のような回転円柱Ｃの回転方向（左回り）と空気流Ｎ_０の向きでは、回転円柱Ｃの回転とともに上方に流れるようになり、このとき回転円柱Ｃの上方側を流れる空気が、回転円柱Ｃの下方側を流れる空気の速度よりも速く流れるので、回転円柱Ｃの上方側の負圧と下方側の正圧とで空気圧に差が生じるマグナス効果が生じるようになり、回転円柱Ｃには、空気の流れＮ_０と垂直をなす方向にマグナス揚力Ｙ_０が発生するようになっている。

図２及び図３に示す符号１は、本発明の適用されたマグナス型風力発電装置であり、このマグナス型風力発電装置１は、地面に立設された支台２の上部に、水平方向に旋回自在に軸支される発電機構部３を有しており、この発電機構部３は、内部に配置された鉛直モータ４を駆動させることで水平方向に旋回できるようになっている。

図２及び図３に示すように、発電機構部３の正面側には、回転の軸心が水平方向を向く回転体５が配置されており、この回転体５は図２を参照すると正面視で右回りに回転するように軸支されている。回転体５の正面側には、フロントフェアリング６が取り付けられており、回転体５の外周には、５本の略円筒形状の回転円柱７（円筒体）が放射状に配置されている。各々の回転円柱７は、これら回転円柱７の軸周りの予め決められた回転方向に回転自在に軸支されている。尚、回転体５を構成する材質には、鉄等の金属部材が用いられている。

図４に示すように、回転円柱７の外周表面７ａには、回転円柱７の基端部から先端部までの全長に渡って、スパイラル（螺旋）状に形成されたスパイラル条８が一体に巻き回して形成されており、このスパイラル条８は、回転円柱７の外周表面７ａから突出するように略凸状に形成されている。また、この凸状スパイラル条８は、１つの回転円柱７の外周表面７ａに６条設けられている。

また、回転円柱７の直径は、その基端部から先端部にかけて同径に形成されており、更に、回転円柱７の先端面には、回転円柱７の直径よりも大きな直径を有する円盤状のエンドキャップ９が取り付けられている。

所要幅、所要高さの６重螺旋をなすスパイラル条８は、回転円柱７の長手方向の全体に渡って設けられ、回転円柱７の先端側から見たときに右ネジ状の右螺旋状をなすように固着されている（図６参照）。

図３に示すように、発電機構部３の内部には、長手方向が水平方向を向くアウターシャフト１０が配置されており、アウターシャフト１０は発電機構部３内部に配置されたベアリング１１を介して回転自在に支持されている。このアウターシャフト１０の軸内は貫通されており、アウターシャフト１０の軸内には、インナーシャフト１２が挿設されている。

図３に示すインナーシャフト１２はアウターシャフト１０内部に配置されたベアリング１３を介して回転自在に軸支されている。アウターシャフト１０及びインナーシャフト１２は互いに独立して回転することができる。

図３に示すように、アウターシャフト１０の後端には、ギア１４が固着されており、このギア１４は、発電機構部３内の発電機１５に接続されているギア１６と係合されている。アウターシャフト１０の前端には、発電機構部３の外方に突出されており、このアウターシャフト１０の前端に回転体５が固着されている。

図３に示すように、インナーシャフト１２の後端は、アウターシャフト１０から突出されたギア１７が固着されており、このギア１７は、発電機構部３内の駆動モータ１８と連動されているギア１９と係合される。また、インナーシャフト１２の前端は、アウターシャフト１０から突出されており、このインナーシャフト１２の前端には、大径のベベルギア２０が固着されている。

図３に示す駆動モータ１８とギア１９との間には、駆動モータ１８の回転力を一方向に伝達するワンウェークラッチ２２が配置されており、ギア１９の回転によって駆動モータ１８に逆方向の回転力が加わっても、ワンウェークラッチ２２によって駆動モータ１８の逆回転を防止できるようになっている。更に、発電機構部３内部には、駆動モータ１８の起動用の電力を蓄えるバッテリー２３が配置されている。尚、鉛直モータ４や駆動モータ１８は、マグナス型風力発電装置１の周囲環境の風向や風速を観測する風向計（図示略）や風速計（図示略）に接続された制御回路２４によって制御されるようになっている。

図２に示すように、インナーシャフト１２に固着された大径のベベルギア２０は、アウターシャフト１０に固着された正面側の回転体５内部の中心に配置されるとともに、このベベルギア２０は前方側に向かって窄まるように配置されている。更に、この大径のベベルギア２０には、５つの小径のベベルギア２１が係合されており、５つの小径のベベルギア２１は、回転体５の外周に配置された５本の回転円柱７の内部に延設された動力伝達軸２５に連結されている。

図３に示す発電機構部３内部の駆動モータ１８を駆動させるとインナーシャフト１２を介して駆動モータ１８の回転動力が大径のベベルギア２０に伝達され、このベベルギア２０に係合される５つの小径のベベルギア２１が回転され、各々のベベルギア２１に連結された動力伝達軸２５が回転される。そして、動力伝達軸２５の回転動力が、動力伝達部材３５を介して回転円柱７に与えられるようになっており、回転円柱７が、該回転円柱７の軸回りに回転されるようになっている。

マグナス型風力発電装置１を用いて発電する際には、先ず風向計（図示略）によって風向きを検出し、制御回路２４が鉛直モータ４を駆動させて、回転体５の正面側から風が当たるように、風向きに合わせて発電機構部３を旋回させる。すると図３に示すように、マグナス型風力発電装置１の正面側から自然風Ｎが当たるようになる。

そして、発電機構部３内部のバッテリー２３に蓄えられている起動用の電力を駆動モータ１８に供給し、駆動モータ１８を駆動させる。インナーシャフト１２及びベベルギア２０、２１を介して駆動モータ１８の動力が伝達され、各々の回転円柱７が回転しはじめる。各々の回転円柱７の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力Ｙによって、回転円柱７及び回転体５は、アウターシャフト１０を軸心として回転されるようになる。

図６を参照して回転円柱７の回転方向とスパイラル条８の巻き方について詳述すると、回転円柱７の先端側から見たときに、回転円柱７のスパイラル条８の巻き方が右ネジ状の右螺旋状をなす場合、回転円柱７の回転方向は左回りとなっている。スパイラル条８の巻き方向が回転円柱７の回転方向に対して逆向きとなっているため、図２及び図４に示すように、回転円柱７の外周表面７ａを流れる空気を回転体５に近づく方向に向けて流すことができる。

図４に示すように、スパイラル条８が回転円柱７に施されることにより、回転円柱７の回転時に、スパイラル条８によって、空気の流れＦが発生する。この際、回転円柱７の外周表面７ａに、自然風Ｎや回転円柱７と伴に回転する回転円柱７の表層の空気の動きとは別に、回転円柱７の軸と平行な空気の流れ成分Ｖ（ベクトル成分Ｖ）を発生させることができる。図２に示すように、この空気の流れ成分Ｖは、回転円柱７の先端側から回転体５（回転円柱７の基端側）に向けて流れるようになっている。

図４及び図６に示すように、回転円柱７の外周の空気流、すなわち回転円柱７の外周表面７ａに空気流動Ｆを発生させることで、自然風Ｎ（空気流Ｎ’）と、回転円柱７と伴に回転する回転円柱７の表層の空気の動きとで形成される三次元的な空気流が形成される。

そして図６に示すように、各々の回転円柱７の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力Ｙが増大される。ここで言うスパイラル条８で与えられる空気の流れＦは、全てが回転円柱７の軸と平行な方向を向いている必要はなく、少なくとも回転円柱７の軸と平行なベクトル成分Ｖがあれば充分効果がある。発明者の１つの考察であるが、マグナス揚力Ｙが高まる理由として、回転円柱７に加わる負圧と正圧との差圧が高まる現象や、揚力発生面が拡大する現象等が発生していると考えられる。

また、エンドキャップ９を利用すると、マグナス効果が向上するようになっている。すなわちエンドキャップ９が回転円柱７の先端面に設けられることによって、このエンドキャップ９が空気流Ｆに好影響を与え、マグナス揚力Ｙの向上が見られる。

図３に示すように、回転体５が回転すると、アウターシャフト１０の後端に連結された発電機１５が駆動されて発電が行われる。更に、この回転円柱７の回転に基づいて、スパイラル条８による回転円柱７の軸方向への空気の流れが増大するので、回転円柱７のマグナス揚力Ｙが増大され、発電機１５を駆動するアウターシャフト１０の回転トルクが増大されるようになる。従って、マグナス型風力発電装置１の発電効率を上げることができるようになっている。

尚、発電機１５によって発電が開始されると、この発電された電力の一部を、回転円柱７を回転させるための駆動モータ１８に供給させて補助電力として利用でき、かつ次回の起動用の電力としてバッテリー２３に蓄えることもできる。

次に、本実施例における回転円柱７について図５から図９を参照して詳述する。図５に示すように、回転円柱７は、その内部に空洞２６が形成された略円筒形状をなしている。また、回転円柱７を構成する材質には、炭素繊維強化プラスチック等の軽量で強度の高い材質である繊維強化複合材料が用いられている。そして、回転円柱７は、その基端部から先端部までの全長に渡って肉厚が薄くなるように形成されており、回転円柱７の軽量化とその強度が確保されている。

回転円柱７内の空洞２６には、回転円柱７の基端部側から挿設された支持軸部２７が延設されている。この支持軸部２７は、その基端部に形成されたフランジ２７ａが回転体５に対してボルト４６を用いて螺着されることで、支持軸部２７は、回転体５に対して軸方向に相対的に移動不能に固着されている。尚、支持軸部２７は、発電機構部３に回転トルクを伝達する回転体５の一部を構成している。そして、回転円柱７は、支持軸部２７を軸として回転自在に支持されている。

また、支持軸部２７は、その軸心に貫通孔２８が形成された略円筒形状をなしている。尚、支持軸部２７を構成する材質には、鉄等の金属部材が用いられている。支持軸部２７内の貫通孔２８には、支持軸部２７の基端部側から挿設された動力伝達軸２５が配置されている。更に尚、動力伝達軸２５を構成する材質にも、支持軸部２７と同様に、鉄等の金属部材が用いられている。

更に、回転円柱７の軸心と支持軸部２７の軸心とは、同一の軸心αとなっている。この軸心αに沿って動力伝達軸２５が延設されており、動力伝達軸２５の先端部は、支持軸部２７の先端側から突出されている。尚、動力伝達軸２５の基端部は、回転体５の内部に設けられた軸受部材（図示略）によって、軸周りに回転自在な状態で回転体５に対して相対的に移動不能に支持されている。更に尚、動力伝達軸２５の先端部は、後述する動力伝達部材３５（取付部材）を介して支持軸部２７に対して回転可能に支持されている。

図５に示すように、支持軸部２７の先端部及び基端部近傍には、それぞれにベアリング２９，３０が設けられている。この２つ（複数）のベアリング２９，３０は、支持軸部２７に対して嵌着されている。また、これらのベアリング２９，３０は、支持軸部２７の軸方向に離間されて設けられており、これら２つのベアリング２９，３０を介して回転円柱７が回転可能に支持される。

図５に示すように、支持軸部２７の先端部のベアリング２９は、外輪３６と内輪３７と上下２列の複数のボール３８とを有しており、ベアリング２９の外周には、鉄等の金属部材により形成された動力伝達部材３５（取付部材）が嵌着されている。また、支持軸部２７の基端部近傍のベアリング３０も同様に、外輪３２と内輪３３と複数のボール３４とを有しており、ベアリング３０の外周には、鉄等の金属部材により形成された連結部材３１（取付部材）が嵌着されている。

図６に示すように、動力伝達部材３５は略円盤状をなしている。この動力伝達部材３５には、中央に突出する上段部３５ａと、上段部３５ａの外周に配置される中段部３５ｂと、中段部３５ｂの外周に配置される下段部３５ｃと、が段状に形成されている。さらに下段部３５ｃの外周には、断面視で略Ｔ字形状をなす周縁部３５ｄ（円周部）が形成されている。この円周部３５ｄは回転円柱７の内周面７ｂに沿って軸方向に延び、回転円柱７の内周面７ｂに接触する所定幅の外周面を有している。尚、動力伝達部材３５の上段部３５ａ及び中段部３５ｂ内に、ベアリング２９や支持軸部２７が配置される。

また、動力伝達部材３５の外径は、回転円柱７の内径と略同一径をなしている。この動力伝達部材３５は回転円柱７内に嵌入されており、動力伝達部材３５の周縁部３５ｄと回転円柱７の内周面７ｂとは、接着剤４９により接着されている（図８（ａ）及び図８（ｂ）参照）。尚、動力伝達部材３５の周縁部３５ｄには、その外周面から切り欠かれた本発明における応力集中手段としてのスリット孔５０が形成されている。このスリット孔５０は、周縁部３５ｄの径方向及び軸方向に延びており、本発明における空間部（溝部）を構成している。このスリット孔５０が周縁部３５ｄの周方向の複数箇所に形成され、各スリット孔５０は略等間隔に配置されている。

更に、動力伝達部材３５の下段部３５ｃには、スリット孔５０と対応する位置に、動力伝達部材３５を軽量化するための軽量孔５１が貫通されている。これらの軽量孔５１は、略円形状をなしているとともに（図８（ａ）及び図８（ｂ）参照）、軽量孔５１は、動力伝達部材３５の周方向に略等間隔に設けられている。尚、複数のスリット孔５０のうち、いくつかのスリット孔５０は、軽量孔５１と連通されている。本実施例では、動力伝達部材３５の平面視で四方の４箇所に形成されたスリット孔５０がそれぞれ軽量孔５１に連通されている。

図７に示すように、連結部材３１は、動力伝達部材３５と同様に、回転円柱７の内径と略同一径の外径を有しており（図７参照）、連結部材３１は回転円柱７内に嵌入されている。また、連結部材３１には、平面視でリング状をなす凹部５４が形成されている。更に、この凹部５４の外側には、断面視で略Ｌ字形状をなす周縁部３１ａ（円周部）が形成されている。この周縁部３１ａは回転円柱７の内周面７ｂに沿って軸方向に延び、回転円柱７の内周面７ｂに接触する所定幅の外周面を有している。尚、連結部材３１の周縁部３１ａと回転円柱７の内周面７ｂとは、接着剤４９により接着されている（図９（ａ）及び図９（ｂ）参照）。更に尚、本実施例の接着剤４９には、耐熱性エポキシ系強力接着剤及び硬化剤を用いている。

また、連結部材３１の周縁部３１ａには、その上面側から軸方向に延びるように穿設された本発明における応力集中手段としての孔部５３が形成されている。この孔部５３は、本発明における空間部（溝部）を構成している。尚、孔部５３は略円形状をなしており、この孔部５３が周縁部３１ａの周方向の複数箇所に形成され、各孔部５３は等間隔に配置されている。

図５に示すように、連結部材３１の周縁部３１ａには、外側に突出するように凸部５６が形成されており（図９（ａ））、この凸部５６は回転円柱７の端部に係合されている。尚、連結部材３１を回転円柱７に嵌入した際に、凸部５６が回転円柱７の基端部に係合することで、連結部材３１が配置される位置が定まるようになっている。

図５及び図６に示すように、動力伝達軸２５の先端部は、平面視で六角形をなすスプライン部４０が形成されているとともに、動力伝達部材３５の中心には、平面視で六角形をなす被スプライン孔４１が形成されている。動力伝達軸２５のスプライン部４０が動力伝達部材３５の被スプライン孔４１に挿設されることで、動力伝達軸２５が動力伝達部材３５に対して回転円柱７の軸方向に沿って相対的に変移可能にスプライン接続された状態で、動力伝達軸２５の軸周りの回転動力が動力伝達部材３５に伝達されるようになっている。

尚、動力伝達部材３５及び連結部材３１と、回転円柱７を構成する材質の熱膨張率（熱膨張係数）、すなわち鉄等の金属部材と炭素繊維強化プラスチックとの熱膨張率は大きく異なっている。そして、炭素繊維強化プラスチックで構成された回転円柱７は、気温の変化によって殆ど熱変形しないようになっている。それと比較して金属部材で構成された動力伝達部材３５及び連結部材３１は、気温が低下すると収縮（熱収縮変化）してその体積が縮小し、動力伝達部材３５及び連結部材３１の直径が小さくなる。

寒冷地などの気温が低下した環境では、動力伝達部材３５及び連結部材３１が収縮し、この動力伝達部材３５及び連結部材３１が収縮する力が、動力伝達部材３５及び連結部材３１の外周面と回転円柱７の内周面７ｂとを離間させる方向に働く応力を生じさせるが、本実施例では、動力伝達部材３５の周縁部３５ｄにスリット孔５０が形成されるとともに、連結部材３１の周縁部３１ａに孔部５３が形成されているため、動力伝達部材３５及び連結部材３１が収縮する力によって働く応力を、動力伝達部材３５及び連結部材３１の外周面から離れた位置、すなわちスリット孔５０及び孔部５３が形成された位置に集中させることができる。そのため、接着剤４９で接着された部位に応力が集中しないようになり、動力伝達部材３５及び連結部材３１の全周が回転円柱７の内周面７ｂから剥離してしまうことを防止できる。更に尚、回転円柱７に強風が当たることで動力伝達部材３５及び連結部材３１内に生じる応力も緩和されるようになる。

より詳述すると、図８（ｂ）に示すように、動力伝達部材３５の周縁部３５ｄにスリット孔５０が形成されることで、応力はスリット孔５０の奥側端部５０’（軽量孔５１と連通されるスリット孔５０ではその軽量孔５１）に集中されるようになる。そのため、動力伝達部材３５の周縁部３５ｄと回転円柱７の内周面７ｂとを接着する接着剤４９の部位に応力が加わり難くなる。尚、スリット孔５０が拡がったり、スリット孔５０により分断された周縁部３５ｄ同士が互いに違う方向に撓んだり、延びたりすることで、動力伝達部材３５の周縁部３５ｄが回転円柱７の内周面７ｂから剥離してしまうことを防止している。

また、図９（ｂ）に示すように、連結部材３１の周縁部３１ａに孔部５３が形成されることで、応力は孔部５３に集中されるようになる。そのため、連結部材３１の周縁部３１ａと回転円柱７の内周面７ｂとを接着する接着剤４９の部位に応力が加わり難くなる。尚、円形状をなす孔部５３の形状が応力により変化されることで、連結部材３１の周縁部３１ａは撓んだり、延びたりし易くなり、連結部材３１の周縁部３１ａが回転円柱７の内周面７ｂから剥離してしまうことを防止している。更に、連結部材３１の周縁部３１ａは、孔部５３が穿設される際に、連結部材３１の底面側近傍の部位に所定の肉厚が残されており、連結部材３１の強度が維持される。

尚、寒冷地などの気温が低下した環境では、接着剤４９が硬くなり、図８（ｂ）に示すように、動力伝達部材３５のスリット孔５０の開口側が拡大する際に、接着剤４９がスリット孔５０の位置で分断されて分断部４９ａ（亀裂部）が形成される。そして、分断された各接着剤４９に加わる応力は、分断部４９ａにより断絶され、他の接着剤４９に影響を与えないようになり、分断された各接着剤４９の１箇所に衝撃が加わっても、その衝撃が他の接着箇所に伝達されずに済み、動力伝達部材３５の全周が回転円柱７の内周面７ｂから剥離してしまうことを防止できる。

次に、実施例２に係るマグナス型風力発電装置１につき、図１０と図１１を参照して説明する。尚、前記実施例１に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、実施例２における動力伝達部材３５（取付部材）の周縁部３５ｄ（円周部）には、軽量孔５１から周縁部３１ａに向かって切り欠かれた本発明における応力集中手段としてのスリット孔５７（溝部）が形成されている。このスリット孔５７は、周縁部３５ｄの径方向及び軸方向に延びており、本発明における空間部（溝部）を構成している。このスリット孔５７が周縁部３５ｄの周方向の複数箇所に形成され、各スリット孔５７は略等間隔に配置されている。

実施例２におけるスリット孔５７は、軽量孔５１側が開口されている。そして、スリット孔５７の開口側が拡がるように変形するとともに、軽量孔５１も変形されるようになっている。この変形によりスリット孔５７と軽量孔５１に応力が集中されるようになる。そのため、動力伝達部材３５の周縁部３５ｄと回転円柱７の内周面７ｂとを接着する接着剤４９の部位に応力が加わり難くなる。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、連結部材３１（取付部材）の周縁部３５ｄ（円周部）には、その上面側から軸方向に延びるように凹設された本発明における応力集中手段としての溝部５８が形成されている。この孔部５３は、本発明における空間部を構成している。尚、溝部５８は連結部材３１の凹部５４側に開口されている。連結部材３１の周縁部３５ｄは溝部５８が形成されることで、連結部材３１の周縁部３１ａは撓み易くなり、連結部材３１の周縁部３１ａが回転円柱７の内周面７ｂから剥離してしまうことを防止している。

次に、実施例３に係るドライブシャフト６０（プロペラシャフト）につき、図１２から図１３を参照して説明する。このドライブシャフト６０は、自動車や航空機や宇宙機や船舶等の駆動機構に適用される。

図１２に示すように、実施例３におけるドライブシャフト６０は、円筒体６１とこの円筒体６１に取り付けられる取付部材６２とを有している。尚、円筒体６１を構成する材質には、炭素繊維強化プラスチック等の軽量で強度の高い材質である繊維強化複合材料が用いられている。更に尚、取付部材６２を構成する材質には、鉄等の金属部材が用いられている。この取付部材６２には、円筒体６１の端部から嵌入される略円柱形状の円柱部６３と、この円柱部６３よりも大径をなして他の部材と接続される接続部６４と、が形成されている。

図１３に示すように、取付部材６２の円柱部６３には、その外周面から切り欠かれた本発明における応力集中手段としてのスリット溝６５が形成されている。このスリット溝６５は、円柱部６３の径方向及び軸方向に延びており、本発明における空間部を構成している。このスリット溝６５が円柱部６３の周方向の複数箇所に形成され、各スリット溝６５は略等間隔に配置されている。尚、円柱部６３の外周面（円周部）と円筒体６１の内周面６１ａとが接着剤６６により接着されている。

寒冷地などの気温が低下した環境では、金属部材で構成された取付部材６２が収縮し、この取付部材６２が収縮する力が、取付部材６２の円柱部６３の外周面と円筒体６１の内周面６１ａとを離間させる方向に働く応力を生じさせるが、実施例３では、取付部材６２の円柱部６３にスリット溝６５が形成されているため、取付部材６２が収縮する力によって働く応力を、取付部材６２の円柱部６３の外周面から離れた位置、すなわちスリット溝６５の奥側端部６５’に集中させることができる。そのため、接着剤６６で接着された部位に応力が集中しないようになり、取付部材６２の円柱部６３の全周が円筒体６１の内周面６１ａから剥離してしまうことを防止できる。

以上、実施例１〜３における取付構造では、略円筒形状をなす円筒体７，６１と、この円筒体７，６１への取付対象となっている取付部材３１，３５，６２と、を有し、取付部材３１，３５，６２には、少なくとも一部に円筒体７，６１の内径と略同一径の外径を有する円周部３１ａ，３５ｄ，６３が形成され、この円周部３１ａ，３５ｄ，６３が円筒体７，６１内に嵌入されるとともに、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の全周と円筒体７，６１の内周面７ｂ，６１ａとが接着剤４９，６６により接着される円筒体７，６１への取付部材３１，３５，６２の取付構造であって、取付部材３１，３５，６２と円筒体７，６１とが互いに異なる熱膨張率を有する材質で形成され、取付部材３１，３５，６２が熱変化したときに、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の外周面と円筒体７，６１の内周面７ｂ，６１ａとを離間させる方向に働く応力を、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の外周面から離れた位置に集中させる応力集中手段５０，５３，５７，５８，６５が、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の周縁の複数箇所に設けられることで、互いに熱膨張率が異なる円筒体７，６１及び取付部材３１，３５，６２を寒冷地で使用した際に、取付部材３１，３５，６２の熱収縮変化が円筒体７，６１の熱収縮変化よりも大きいと、取付部材３１，３５，６２が、気温の低下とともに収縮する力によって円周部３１ａ，３５ｄ，６３の外周面と円筒体７，６１の内周面７ｂ，６１ａとを離間させる方向に応力が働くようになり、この応力を円周部３１ａ，３５ｄ，６３の周縁の複数箇所に設けられた応力集中手段５０，５３，５７，５８，６５によって、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の外周面から離れた位置に集中させることで、接着剤４９，６６で接着された部位に加わる応力が弱まるようになり、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の全周が円筒体７，６１の内周面７ｂ，６１ａから剥離してしまうことを防止できる。

また、円筒体７，６１が繊維強化プラスチックにより形成されるとともに、取付部材３１，３５，６２が金属部材により形成されることで、互いに熱膨張率が大きく異なる繊維強化プラスチック及び金属部材の材質を用いても、応力集中手段５０，５３，５７，５８，６５により円周部３１ａ，３５ｄ，６３の全周が円筒体７，６１の内周面７ｂ，６１ａから剥離してしまうことが防止され、寒冷地で耐久性のある取付構造とすることができ、かつ繊維強化プラスチックにより軽量で高強度の円筒体７，６１となるとともに、金属部材により応力集中手段５０，５３，５７，５８，６５の形成加工が施し易い取付部材３１，３５，６２となる。

また、応力集中手段５０，５３，５７，５８，６５は、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の軸方向に延びる空間部を円周部３１ａ，３５ｄ，６３に形成することで設けられることで、空間部の形成により周方向または径方向に変形し易くなり、取付部材３１，３５，６２が収縮する力によって働く応力によって、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の周縁が周方向または径方向に変形することで、接着剤４９，６６で接着された部位に応力が集中されずに済み、かつ円周部３１ａ，３５ｄ，６３の外周面の軸方向にわたって応力集中手段５０，５３，５７，５８，６５が設けられ、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の全周が円筒体７，６１の内周面７ｂ，６１ａから剥離してしまうことを防止できる。

また、空間部は、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の軸方向に延びるように形成された溝部５０，５７，５８，６５となっていることで、取付部材３１，３５，６２が収縮する力によって働く応力は、溝部５０，５７，５８，６５の奥側端部に集中するようになり、接着剤４９，６６で接着された部位に働く応力を低減できるばかりか、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の周縁における溝部５０，５７，５８，６５の開口側は、溝部５０，５７，５８，６５が拡大する方向、即ち円周部３１ａ，３５ｄ，６３の周方向に変形され、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の外周の一箇所に加わる応力の他の箇所への伝達が溝部５０，５７，５８，６５により断たれるようになり、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の全周が円筒体７，６１の内周面７ｂ，６１ａから剥離してしまうことを防止できる。

また、溝部５０，５７，５８，６５は、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の外周面から切り欠かれて形成されることで、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の周縁における溝部５０，５７，５８，６５の開口側が拡大したときに、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の外周面と円筒体７，６１の内周面７ｂ，６１ａとを接着する接着剤４９，６６が溝部５０，５７，５８，６５の位置で分断され、分断された各接着剤４９，６６の接着箇所に加わる応力が、他の接着箇所の接着剤４９，６６に影響を与えないようになり、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の全周が円筒体７，６１の内周面７ｂ，６１ａから剥離してしまうことを防止できる。

また、空間部は、円周部３１ａの軸方向に延びるように形成された孔部５３となっていることで、円周部３１ａの周縁の強度を維持した状態で、取付部材３１が収縮する力によって働く応力を、円周部３１ａの外周面から離れた位置に集中させることができ、かつ孔部５３の形状が変化するように変形されるため、円周部３１ａの周縁が周方向または径方向に変形し易くなる。

また、応力集中手段５０，５３，５７，５８，６５は、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の周方向に略等間隔に設けられることで、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の周縁の全周にわたって偏りなく応力集中手段５０，５３，５７，５８，６５を設けることができ、取付部材３１，３５，６２が収縮する力によって働く応力が集中する箇所を円周部３１ａ，３５ｄ，６３の周縁に均等に分散させることができる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、前記実施例では、本発明に係る円筒体への取付部材の取付構造をマグナス型風力発電装置１や自動車や航空機や宇宙機や船舶等のドライブシャフト６０に適用しているが、本発明はこれに限ることなく、炭素繊維強化プラスチック等で形成された円筒状の円筒体と、金属部材で形成された取付部材と、を接着剤で接続するものであれば、いかなるものにも適用できる。

また、前記実施例では、炭素繊維強化プラスチックを用いて回転円柱７や円筒体６１が構成されているが、回転円柱７や円筒体６１を構成する材質は、炭素繊維強化プラスチックに限ることなく、ガラス繊維強化プラスチックや炭素繊維強化炭素複合材料などであってもよい。

更に、前記実施例では、互いに熱膨張率が異なる円筒体７，６１及び取付部材３１，３５，６２を寒冷地で使用した際に、取付部材３１，３５，６２が気温の低下とともに収縮することを例に説明しているが、円筒体７，６１及び取付部材３１，３５，６２を熱帯地で使用した際に、円筒体７，６１及び取付部材３１，３５，６２が熱膨張変化することにより生じる応力を、応力集中手段５０，５３，５７，５８，６５によって、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の外周面から離れた位置に集中させることで、円周部３１ａ，３５ｄ，６３の全周が円筒体７，６１の内周面７ｂ，６１ａから剥離してしまうことを防止することにも適用できる。

１ マグナス型風力発電装置
７ 回転円柱（円筒体）
７ａ 外周表面
７ｂ 内周面
８ スパイラル条
３１ 連結部材（取付部材）
３１ａ 周縁部（円周部）
３５ 動力伝達部材（取付部材）
３５ｄ 周縁部（円周部）
４９ 接着剤
５０ スリット孔（応力集中手段，空間部，溝部）
５３ 孔部（応力集中手段，空間部，孔部）
５７ スリット孔（応力集中手段，空間部，溝部）
５８ 溝部（応力集中手段，空間部，孔部）
６０ ドライブシャフト
６１ 円筒体
６１ａ 内周面
６２ 取付部材
６３ 円柱部（円周部）
６５ スリット溝（応力集中手段，空間部）
６６ 接着剤

Claims (8)

1. 略円筒形状をなす円筒体と該円筒体への取付対象となっている取付部材とを有し、該取付部材には、少なくとも一部に前記円筒体の内径と略同一径の外径を有する円周部が形成され、該円周部が前記円筒体内に嵌入されるとともに、該円周部の全周と前記円筒体の内周面とが接着剤により接着される円筒体への取付部材の取付構造であって、
   前記取付部材と前記円筒体とが互いに異なる熱膨張率を有する材質で形成され、前記取付部材が熱変化したときに、前記円周部の外周面と前記円筒体の内周面とを離間させる方向に働く応力を、前記円周部の外周面から離れた位置に集中させる応力集中手段が、該円周部の周縁の複数箇所に設けられることを特徴とする円筒体への取付部材の取付構造。
2. 前記円筒体が繊維強化プラスチックにより形成されるとともに、前記取付部材が金属部材により形成されることを特徴とする請求項１に記載の円筒体への取付部材の取付構造。
3. 前記応力集中手段は、前記円周部の軸方向に延びる空間部を該円周部に形成することで設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の円筒体への取付部材の取付構造。
4. 前記空間部は、前記円周部の軸方向に延びるように形成された溝部となっていることを特徴とする請求項３に記載の円筒体への取付部材の取付構造。
5. 前記溝部は、前記円周部の外周面から切り欠かれて形成されることを特徴とする請求項４に記載の円筒体への取付部材の取付構造。
6. 前記空間部は、前記円周部の軸方向に延びるように形成された孔部となっていることを特徴とする請求項３に記載の円筒体への取付部材の取付構造。
7. 前記応力集中手段は、前記円周部の周方向に略等間隔に設けられることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の円筒体への取付部材の取付構造。
8. 発電機構部に回転トルクを伝達する回転体と、該回転体から略放射状に所要数配設された回転円柱と、該各回転円柱をこれら回転円柱の軸周りに回転駆動する駆動モータと、を備え、前記各回転円柱の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力により前記回転体を回転させて前記発電機構部を駆動するようになっており、略円筒形状をなす円筒体と該円筒体への取付対象となっている取付部材とを有し、該取付部材には、少なくとも一部に前記円筒体の内径と略同一径の外径を有する円周部が形成され、該円周部が前記円筒体内に嵌入されるとともに、該円周部の全周と前記円筒体の内周面とが接着剤により接着されるマグナス型風力発電装置であって、
   前記取付部材と前記円筒体とが互いに異なる熱膨張率を有する材質で形成され、前記取付部材が熱変化したときに、前記円周部の外周面と前記円筒体の内周面とを離間させる方向に働く応力を、前記円周部の外周面から離れた位置に集中させる応力集中手段が、該円周部の周縁の複数箇所に設けられることを特徴とするマグナス型風力発電装置。

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