JP2017020369A

JP2017020369A - 風車のブレード製造方法

Info

Publication number: JP2017020369A
Application number: JP2015136666A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　政彦; Masahiko Suzuki; 政彦鈴木
Original assignee: Bellsion KK
Current assignee: Bellsion KK
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2035-07-08
Also published as: JP6523830B2

Abstract

【課題】本発明は破損しても二次災害の発生しにくい、風車のブレード製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】風車のブレード１を発泡合成樹脂材で形成する工程と、完成した発泡合成樹脂ブレード原体２を、縦横任意に分割してブレード分割材３を形成する工程と、ブレード分割材３の各切断面４に、接着剤層５を形成して完成形状に接合し、ブレード接合原体６を形成する工程と、ブレード接合原体６の表面に、軟質合成樹脂表層７を一体に形成する工程とからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、風車のブレード製造方法に係り、特に軽量で破損しにくく、また万一破損しても、二次災害の生じにくい風車のブレード製造方法に関する。

従来の風車のブレードには、剛性と軽量性が求められるが、剛性を高めるためのリブなどが必要であるため、軽量化との兼合いに困難があり、これを解決するために、ブレードを中空体とする技術が、特許文献１に開示されている。

特開２００９−８５００９号公報

特許文献１に記載の風車のブレードは中空とし、外郭を炭素繊維を用いたＦＲＰとして、内部に翼長方向に長く、リブを配設したものである。
その製法は、凹部を形成した上下の金型の凹部に、それぞれＦＲＰの層を形成し、下型にリブを形成し、上型を重ねて上下のＦＲＰを合体するものである。
これは、上下の継目部分に脆弱性があり、捩れなどのバランスの崩れた力がかかると破損しやすく、また破損すると、飛散して二次災害を起す虞がある。
本発明は、製造が容易で、軽量で破損しにくく、万一破損したとしても、二次災害の生じにくい風車のブレードの製造方法を提供することを目的としている。

本発明の具体的な内容は、次の通りである。

（１）風車のブレード原体を発泡樹脂材で形成する工程と、完成したブレード原体を縦横任意に分割して、ブレード分割材を形成する工程と、ブレード分割材の各切断面に接着剤層を形成してブレードの完成形状に接合し、ブレード接合原体を形成する工程と、ブレード接合原体の表面に、軟質合成樹脂表層を一体に形成する工程とからなる風車のブレード製造方法。

（２）前記接着剤層は、ウレタン系樹脂である前記（1）に記載の風車のブレード製造方法。

（３）前記軟質合成樹脂表層は。ウレタン系樹脂とする前記（1）に記載の風車のブレード製造方法。

（４）前記ウレタン系樹脂は、ポリウレア樹脂である前記（2）または（3）に記載の風車のブレード製造方法。

（５）前記ブレード分割材の切断面には切込みを形成し、接着剤を塗布する時に、切込みに接着剤を留めて接着する前記（1）〜（4）のいずれかに記載の風車のブレード製造方法。

（６）前記ブレード分割材を完成形に接合するときに、対面する接合面に薄板骨材を介在させて接合する前記（1）〜（5）のいずれかに記載の風車のブレード製造方法。

（７）前記表層を形成するときには、接合部分の接着剤層と表層が接合するように形成する前記（1）〜（6）のいずれかに記載の風車のブレード製造方法。

本発明によると、次のような効果が奏せられる。

前記（1）に記載の発明においては、翼端に傾斜部を有する揚力型ブレードの完成形を発泡樹脂材で形成し、これを任意に分割して、再生するにあたり、分割面に接着剤層を形成して接合させるので、接合させたことによって、接合した部分の接着剤層が硬化して、リブの役割を果たすこととなる。
そのため、接合した発泡体内にリブを簡単に形成することができ、成形コストを安価にすることができる。またブレード全体が軽量となるので、回転時の加速度が大となる。
前記接合済みのブレード接合原体の表面に、軟質合成樹脂表層を形成することによって、発泡体と各接着剤層の表面とが、軟質合成樹脂表層と一体に結合されるので、剛性が高まる。
表層が軟質合成樹脂表層であるので、強風により折損しにくく、また仮に折損しても、内部の発泡体が崩れて飛散し、切片が飛んでも落下速度が上がらず、しかも表層が軟質で衝撃力が小さいため、二次災害を最小にすることができる。

前記（2）に記載の発明においては、接着剤層をウレタン系樹脂としてあるので、作業性に優れ、速やかに接合することができ、コストを安価とすることができる。また、耐水性と耐薬品性に優れ、自然環境における長期使用に耐えることができる。

前記（3）に記載の発明においては、軟質合成樹脂表層がウレタン系樹脂としてあるので、作業性に優れ、速やかに接合することができ、コストを安価とすることができる。また、耐水性と耐薬品性に優れ、自然環境における長期使用に耐えることができる。

前記（4）に記載の発明においては、接着剤層並びに軟質合成樹脂表層のウレタン系樹脂が、ポリウレア樹脂材であるので、吹付けすることにより、容易に成層することができ、かつ硬化時間が短いので、作業性に優れ、耐水性と耐薬品性に優れ、自然環境における長期使用に耐えることができる。

前記（5）に記載の発明においては、前記ブレード分割材の切断面に切込みを形成し、接着剤を塗布する時に、切込みに接着剤を留めて接着するので、接着剤が硬化した時、切込みに留まった接着剤が、太いリブとしての作用効果を発揮する。

前記（6）に記載の発明においては、ブレード分割材を完成形に接合するときに、対面する接合面に薄板骨材を介在させて接合するので、大型のブレードにおいても堅牢なリブを容易に形成することができる。

前記（7）に記載野発明においては、表層を形成するときに、接合部分の接着剤層と表層が接合するように形成するので、内部のリブと外面の表層とが一体に結合するので、捻れや部分的な外力に対しても、剛性に優れている。

本発明の風車のブレードの実施例１の斜視図である。図１におけるII−II線横断面図である。発泡樹脂ブレード原体を分割する状態を示す正面図である。図３における分割線で分割した分割材の正面図である。図４におけるブレード分割材の一部の縦の切断面に接着剤を塗布した正面図である。図５におけるブレード分割材を接合し横の切断面に接着剤を塗布している正面図である。図４における切断面全部に接着剤を塗着して接合した正面図である。図７の表面に表層を形成したブレードのXII−XII線縦断側面図である。本発明のブレードの実施例２の正面図である。図９におけるブレードの左側面図である。図９におけるXI−XI線断面図である。図11におけるブレードの拡大横断面図である。ブレードに使用する薄板骨材の正面図である。本発明のブレードの実施例４の横断平面図である。

以下本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

図１は、横軸プロペラ風車用の、翼端に傾斜部を有する揚力型ブレードの前縁方向から見た斜視図、図２は、図１におけるII−II線横断面図である。
図１において、ブレード１は、翼根１Ａから最大翼弦長部１Ｂへかけて、弦長を次第に大にしてあり、最大弦長部１Ｂの部分から先を次第に尖らせると共に、厚さも先端へ向けて次第に薄くし、最大弦長部１Ｂを基点として、正面方向へ２０度〜４５度の範囲で傾斜する傾斜部１Ｃとしてある。

図２において、正面１Ｄは、回転方向に対して２度〜６度の範囲で、前縁１Ｅよりも後縁１Ｆを背面１Ｇ方向へ傾斜させてある。従って傾斜部１Ｃは、正面の最大弦長部１Ｂを基点として、正面１Ｄと直交する方向へ傾斜している。

図３は、ブレード１の完成形と同じ形状に発泡合成樹脂で形成した、発泡樹脂ブレード原体２を示す。素材は基本的には何でも良いが、ここでは発泡スチロール樹脂が選択されている。製法としては、発泡成形板から削機で削り出したもので、型により成形すると作業性が高まる。

発泡樹脂ブレード原体２の正面に、縦横の分割線、すなわち縦割線２Ａと横割線２Ｂを描いて切断し、図４に示すように分割してブレード分割材３、３を形成することにより、各切断部分に切断面４を形成する。
ブレード１の長さをが、例えば１ｍとし、約２５ｃｍの長さのもの８個に分割した状態を示してある。

図４に示すように、翼根部分の分割材３、３の、左右で接合可能な縦の切断面４、４に、接着剤を吹付けて接着剤層５、５を形成する。これを、図５のように、接着剤層５、５同士を、接着剤層５が硬化しない中に接合させる。
翼根から翼端まで同じ工程を繰返す。接着剤層５の形成は、刷毛による塗付でもよいが、吹付けによる方が、接着剤の均厚性と作業性に優れている。

図６に示すように、横割線２Ｂで形成された横方向の分割面４、４に、それぞれ接着剤層５、５を形成して、接着剤が硬化しない中に接合させる。これを翼根１Ａから翼端まで順次行い、ブレード接合原体６を完成させる。

接着剤は、軟質合成樹脂を使用したものなら何でも構わないが、ここではウレタン系樹脂のポリウレア樹脂を使用している。ポリウレア樹脂は、伸び率400％で柔軟性や、強度、耐衝撃性、耐磨耗性、耐熱性、耐候性等に優れている。

次に、ブレード接合原体６の全ての表面に、図７に示すように、ポリウレア樹脂からなる軟質合成樹脂表層７を形成させる。表層７は樹脂を塗布するよりも、吹付けによる方が、作業性に優れている。まず正面に吹付け、次に反転させて、背面に吹付けて、接合面の接着剤層５と結合させて硬化させる。

図６に示すように、縦横に交差している接着剤層５は、発泡していない軟質合成樹脂であるので、その厚さが薄いものであっても、硬化すると縦横のリブ８となり、剛性が高まる。また接着剤層５は、弾力性のある合成樹脂からなっているので、屈曲性に優れている。

翼長が長いブレード１においては、縦割を３つ割以上とする。弦長が大の場合には、斜めの筋交い状になるように切断する。リブがあっても、中空体では十分な剛性が得難いが、発泡樹脂材が詰装されているので、リブ８となる接着剤層５、５の厚さが薄くても、表層７に結合して固定されているため、剛性が高いものとなる。

ブレード１の主要部は合成樹脂発泡体であり、接着剤層５も厚さが薄いので、軽量であり、回転効率が高い。
表層７が軟質合成樹脂であるので、交差するリブ８に対して、強風を受けて斜め方向に捩れが生じたとしても、折損しにくい。

仮にブレード１が折損したとしても、縦方向のリブ８が折れて、表層７が破損したとしても、その場合には、ブロック状の発泡樹脂のブレード分割材３が破損して飛散する。万一千切れたとしても、軽量なので落下速度が遅く、しかも表層７は軟質合成樹脂からなっているで、衝撃力は小さく、二次災害の発生の虞は小さい。

接着剤層５によるリブ８は、軟質なポリウレア樹脂を使用することによって、このリブ８が引伸ばされて切断されたとしても、厚さが薄く、切断面は軟質で、あるため、これが万一人畜に当っても、人畜に危害を及ぼす虞はない。

図８は、縦軸風車のブレードとした実施例２の正面図、図９は、左側面図、図10は、X−X線横断面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。

ブレード９の製造工程は、実施例１と同じである。図９において、右側が前縁９Ａ、左側が後縁９Ｂである。上下端部が図８に示すように、回転時における内側方向（縦軸方向）へ傾斜する傾斜部９Ｃとしてある。

支持腕10をブレード９と一体成形する場合には、ブレード９のリブ８部分と、支持腕10の先端部とが接するように接合させる。また、支持腕10をＦＲＰで形成するときは、任意に骨材10Ａを内装させる。

図11は、製造過程の実施例３を示すブレードの横断面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。図11において、図３に示した方法により縦割線、横割線を入れて分割したブレード分割材３、３の各切断面４に、接着剤層５を形成して、元の形状に接合する時に、その合わせ目の中間に、図13に示すような樹脂板或いは金属板からなる薄板骨材11を介在させて接合させる。薄板骨材11は複数の開孔11Ａ等により軽量化させる。

接着剤層５、５間に薄板骨材11を挾入すことによって、接着剤のみの場合よりも強靱なリブ８を提供することができる。これは、ブレード９が大型である場合に適する。
なお、図12において、図示しない横割線部分についても、必要に応じて薄板骨材11を介在させる。

図14はブレードの実施例４を示すブレード分割材３の横断平面図である。前例と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。この実施例３においては、図４における縦の切断面４部分に、切込み４Ａを任意に形成したものである。

これで、切断面４を接合する時、切断面に接着剤を塗布すると、切込み４Ａに接着剤が溜まり、左右のブレード分割材３、３を接合して、接着剤が硬化した時に、切込み４Ａ、４Ａに留まった接着剤が、太い骨材状のリブ８となる。

本発明によると、製造工程が簡単で、剛性の高いブレードを容易に製造することができる。また強風に遭っても折損しにくく、仮に破損したとしても破片が軽量であるため、落下速度が遅く、しかもブレードの表層は軟質であるため衝撃は小さく、かつリブ部分も薄くて軟質であるため、二次災害の発生の虞は小さく、風力発電機に広く活用することができる。

１．風車のブレード
１Ａ．翼根
１Ｂ．最大弦長部
１Ｃ．傾斜部
１Ｄ．正面
１Ｅ．前縁
１Ｆ．後縁
１Ｇ．背面
２．発泡樹脂ブレード原体
２Ａ．縦割線
２Ｂ．横割線
３．ブレード分割材
４．切断面
４Ａ．切込み
５．接着剤層
６．ブレード接合原体
７．軟質合成樹脂表層
８．リブ
９．風車のブレード
９Ａ．前縁
９Ｂ．後縁
９Ｃ．傾斜部
９Ｄ．左側（内側）面
10．支持腕
10Ａ．骨材
11．薄板骨材

Claims

風車のブレード原体を発泡樹脂材で形成する工程と、完成した発泡樹脂ブレード原体を縦横任意に分割して、ブレード分割材を形成する工程と、各切断面に接着剤層を形成してブレードの完成形状に接合し、ブレード接合原体を形成する工程と、ブレード接合原体の表面に、軟質合成樹脂表層を一体に形成する工程とからなることを特徴とする風車のブレード製造方法。
前記接着剤層は、ウレタン系樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の風車のブレード製造方法。
前記軟質合成樹脂表層は。ウレタン系樹脂とすることを特徴とする請求項１に記載の風車のブレード製造方法。
前記ウレタン系樹脂は、ポリウレア樹脂であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の風車のブレード製造方法。
前記ブレード分割材の切断面に切込みを形成し、接着剤を塗布する時に、切込みに接着剤を留めて接着することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の風車のブレード製造方法。
前記ブレード分割材を完成形に接合するときに、対面する接合面に薄板骨材を介在させて接合することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の風車のブレード製造方法。
前記表層を形成する時には、接合部分の接着剤層と表層が接合するように形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の風車のブレード製造方法。