JP2012211537A

JP2012211537A - 回転翼

Info

Publication number: JP2012211537A
Application number: JP2011077147A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Nakamura; 龍二中村
Original assignee: Achilles Corp
Current assignee: Achilles Corp
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-11-01

Abstract

【課題】重量バランスが良好で、肉厚や形状や重心位置設定等の自由度が大きく、強度や剛性に優れるとともに、寒冷地においても物性の低下を招くことがなく、また遠心力によってブレードが抜け出ることのない回転翼を提供する。
【解決手段】風車の回転軸２に取り付けられる回転翼１として、ジシクロペンタジエンのＲＩＭ成形によって回転軸への取付け部１ａとブレード部１ｂとが一体で無垢の成形品とし、また、回転軸２への取付け部１ａには、翼の回転面に対して直交方向に締結される締結雄金具４に結合可能な締結雌金具３を埋設する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば風車や水車などのように流体の中で回転する回転翼に関する。

従来、例えば風力発電用の風車翼とか、送風機のタービン翼とか、流体を攪拌する攪拌翼等のような回転翼は、十分な強度と剛性が必要な要件にされるとともに、比較的軽量であることが必要であるため、アルミやチタン等の金属に代わってＦＲＰ（繊維強化樹脂）が多く使用されるようになっている。このようなＦＲＰを使用した回転翼の場合、芯材となるＦＲＰ製の主桁の周囲にＦＲＰ製の外皮を設けるような技術（例えば、特許文献１参照。）とか、かさ密度の小さい芯材の周囲をＦＲＰ製の表皮材で覆うような技術（例えば、特許文献２参照。）が知られている。

実開平４−１２７８７０号公報特開２００７−１７０３２８号公報

ところで、一般的に回転翼のブレードは、安定した回転数を得るために重量バランスが大切となるが、現在主流となっているＦＲＰは、特に厚肉部分等を成形すると比重が安定しにくくなり、その都度バランサー等を取り付けて重量バランスを調整する必要が生じていた。
また、例えば、風力発電用の回転翼のブレードは、屋外の環境の影響を受けやすいため、ブレードの構成部分が異素材を接着して組み合わせているような場合に、収縮率や遠心力による伸縮差の関係からヒビが発生する不具合があった。そして、このようなヒビが発生すると、回転時に遠心力を受けてそれらがさらに進展し、ブレードが破壊することもあった。
さらに、ＦＲＰ製のブレードの場合、例えば、寒冷地において風力発電用の風車の回転翼などに使用される場合、物性低下を引き起こし、耐久性が低下するとともに、例えば、特許文献１のように回転軸に取り付ける締結軸が、回転面と平行に構成される場合、遠心力によりブレードが回転軸から抜け出やすくなるという問題もあった。

そこで本発明は、重量バランスが良好で、肉厚や形状や重心位置設定等の自由度が大きく、しかも強度や剛性に優れるとともに、寒冷地においても物性の低下を招くことがなく、また遠心力によってブレードが抜け出ることのない回転翼を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、ブレード部と回転軸への取付け部を備えた回転翼において、前記ブレード部と取付け部とを、ジシクロペンタジエンの反応射出成形（ＲＩＭ成形）によって無垢の一体物として構成するようにした。
ここで、ジシクロペンタジエンのＲＩＭ（Reactin Injectin Molding）成形とは、ジシクロペンタジエン（ＤＣＰ）に触媒活性剤と添加剤を配合したＡ液と、ＤＣＰに触媒と添加剤と重合開始調整剤を配合したＢ液の２液を混合させて重合反応させながら密閉された金型内に注入することで樹脂成形品を成形する成形法であるが、成形素材をジシクロペンタジエンにし、全体が無垢で一体物の回転翼とすることで、重量バランスが良好で、重心位置等が一定の成形物とすることができる。また、回転軸に取り付けるための取付け部とブレード部とが一体であり且つ全体が無垢で接着部位がないため、環境が変化してもその影響を受けず、安定した使用が可能となる。
また、ジシクロペンタジエン樹脂を使用することで、寒冷地等における使用において性能が安定し、また吸水性の樹脂ではないため、経時的な重量変化等がなく、また、金属のように錆びることもない。

また本発明では、前記取付け部に、翼の回転面に対して直交方向に締結される締結雄金具に結合可能な締結雌金具を埋設するようにした。
ここで、回転翼の回転によって発生する遠心力は、回転軸を中心にして回転面に沿って外側の放射方向に向けて発生する。このため、例えば回転翼を回転軸に固定するための締結金具を回転面に沿った放射方向に配置すれば、遠心力によって締結金具が回転軸から外れやすくなる。このため締結金具を、回転面に対して直交方向に配置することにより、遠心力が作用しても締結金具の締結が外れにくくすることができる。

ブレード部と回転軸へ取り付けるための取付け部を有する回転翼において、ジシクロペンタジエンのＲＩＭ成形により、ブレード部と取付け部とが一体で無垢の成形品にすることにより、重量バランスが良好で、肉厚や形状や重心位置設定等の自由度が大きく且つ重量バランサー等を必要としない回転翼とすることができる。また、寒冷地等での使用において適用性を向上させることができる。
この際、取付け部に、翼の回転面に対して直交方向に締結される締結雄金具に結合可能な締結雌金具を埋設することで、回転翼と回転軸の結合を確実にすることができる。

本発明に係る回転翼を風力発電用の水平軸型風車に適用した場合の構成例図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。（ａ）（ｂ）は図1の回転翼の斜視図であり、（ｃ）は回転軸に取り付けるための取付け部の拡大図である。シシクロペンタジエンによるＲＩＭ成形の説明図である。本発明に係る回転翼を垂直軸型風車に適用した場合の構成例図である。

本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
本発明に係る回転翼は、本実施例では風力発電用の回転翼として適用され、重量バランスが良好で、肉厚や形状や重心位置設定等の自由度が大きく、しかも強度や剛性に優れるとともに、寒冷地においても物性の低下を招くことがないようにされている。

すなわち、この風力発電用の回転翼１は、図1に示すように、水平な回転軸２を中心にして円周方向に等間隔で複数枚配設され、本実施例では３枚羽根の風車として構成されている。

この回転翼１は、図２にも示すように、回転軸へ取り付けるための厚肉の取付け部１ａと、ひねりが与えられたブレード部１ｂとが一体に成形されたものであり、この取付け部１ａとブレード部１ｂとは、ジシクロペンタジエンのＲＩＭ成形によって全体が無垢の成形品として構成されている。

ここで、ジシクロペンタジエンのＲＩＭ成形とは、図３に示すように、ジシクロペンタジエンに触媒活性化剤と添加物を配合したＡ液と、ジシクロペンタジエンに触媒と添加剤と重合開始調節剤を配合したＢ液を、計量ポンプを介して所定の割合でミキシングヘッドに送り込み、衝突混合によって混合された混合液を金型に送り込むことにより、化学反応を生じさせて成形する方法である。
そして本実施例では、金型内に対する混合液の注入を、回転翼１の厚肉の取付け部１ａ側から行い、ブレード部１ｂの先端側に向けて流し込むようにしている。

このように、ジシクロペンタジエンは、金型内に液体を注入して成形できるため、低圧成形が可能であり、特に、肉厚の厚い成形品でも容易に成形でき、しかも成形品全体を均一な密度で成形できるため、重心位置等を一定に成形することができる。
なお、本回転翼１の最大肉厚は３０〜６０ｍｍ程度と厚肉であるが、この場合でも、反応時間を任意に調整できるため、全体の密度が均一の無垢の成形品を成形することができる。

また、ジシクロペンタジエンの物性は、比重が１．０３ｇ／ｃｍ^３程度であり、比重が０．９０ｇ／ｃｍ^３程度のポリプロピレンに比べてやや重いものの、ＪＩＳＫ６９１１に準拠する衝撃強度が４６０Ｊ／ｍ程度、ＪＩＳＫ７２０３に準拠する曲げ弾性率が１．９ＧＰａ程度、曲げ強さが６９ＭＰａ程度、ＪＩＳＫ７１１３に準拠する引張り強さが４４ＭＰａ程度といずれも機械的強度に優れており、ＪＩＳＫ７２０７に準拠する熱変形温度が１１３℃程度と高く、しかも耐候性にも優れている。

また、ジシクロペンタジエンのＲＩＭ成型においては、一般に硬化反応を円滑に行わせるため、金型温度を５０〜１１０℃程度に加温し、しかも、金型内の圧力を高くして成形するのが普通であるが、本実施例では、金型の一方の面側の金型温度を６０〜８０℃程度とし、金型の他方の面側の金型温度を３０〜５０℃程度にするとともに、金型内の圧力を高めにして成形しているので、厚肉部位を有する本発明の回転翼にも拘わらず、金型内に未充填なく樹脂を充填することが出来、所定形状の回転翼が得られる。その上、得られた回転翼は、針状発泡や内部クラックが極めて少ないものである。

ところで、回転翼１の取付け部１ａには、翼の回転面に対して直交方向に締結される複数のボルト等の締結雄金具４（図１）に結合可能な複数の締結雌金具３が埋設されている。

この締結雌金具３を埋設する場合、締結雄金具４と締結雌金具３の締結方向が回転面の面方向に一致すると、回転面の放射方向に遠心力が発生するため、例えば、気温の変化等によって、埋設した締結雌金具３と周囲のジシクロペンタジエン樹脂との間の密着度が低下したり、隙間が生じたりするような場合に、回転翼１が回転軸２から抜け出るような不具合があるが、締結雄金具４と締結雌金具３の締結方向が回転面に直交方向であれば、かかる不具合がない。

以上のように、ジシクロペンタジエンのＲＩＭ成形により、取付け部１ａとブレード部１ｂとが一体で無垢の回転翼１とすることにより、重量バランスが良好で、肉厚や形状や重心位置設定等の自由度が大きい回転翼１とすることができる。また、異素材の組み合わせでないため接着部位がなく、製造が簡単であるとともに、環境の変化等によって収縮率が異なるような不具合もない。また、ジシクロペンタジエンは耐候性に優れているため、寒冷地等における使用についても制限を受けることがない。さらに、取付け部１ａに、翼の回転面に対して直交方向に締結される締結雄金具４に結合可能な締結雌金具３を埋設することで、回転翼１をより確実に回転軸２に締結することができる。

なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば、本回転翼１を図４に示すような垂直軸タイプの風車の回転翼１に適用することが可能であり、また、風車用の回転翼１だけでなく、送風機用のタービン翼や、水力発電用の回転翼や、流体攪拌用の回転翼等に適用することも可能である。

回転翼として、重量バランスが良好で、肉厚や形状や重心位置設定等の自由度が大きく、しかも強度や剛性に優れ、寒冷地等においても物性の低下がないため、風車用や水車用の回転翼として、または攪拌用の回転翼等として広い範囲での普及が期待される。

１…回転翼、１ａ…取付け部、１ｂ…ブレード部、２…回転軸、３…締結雌金具。

Claims

ブレード部と回転軸への取付け部を備えた回転翼であって、前記ブレード部と取付け部とが、ジシクロペンタジエンの反応射出成形（ＲＩＭ成形）によって無垢の一体物として構成されることを特徴とする回転翼。
前記取付け部には、翼の回転面に対して直交方向に締結される締結雄金具に結合可能な締結雌金具が埋設されることを特徴とする請求項１に記載の回転翼。