JP2017210949A - 風力発電装置用ブレード及び当該ブレードの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のブレードの強度或いは耐久性を低下させることなく、構造の簡素化と軽量化を図り、製造工程を短縮化すると共に、製造工程の効率化を図ることによって、製造コストを大幅に削減する事が可能な風力発電用ブレード及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ブレード１の長手方向中心軸線Ｏに沿った何れの部位に於いても、中心軸線と直交する方向に形成さる断面形状が、ブレードに求められている、所望の断面形状を有する発泡材料２からなる基材部３１と、基材部の外周表面３２を被覆する外周硬板部７と、外周硬板部の外周表面３３を被覆する繊維素材からなる布帛構造体部３とで構成されているブレード。
【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電装置用ブレード及びその製造方法に係わり、特には、従来の風力発電装置用ブレードの強度、耐久性を低下させる事なく、構造の簡素化と軽量化を図り、製造工程を短縮化すると共に、製造工程の効率化を図ることによって、製造コストを大幅に削減する事が可能な、特に中型若しくは小型の風力発電用ブレード及びその製造方法に関するものである。

原子力発電の安全性に疑問が呈されている昨今、太陽光発電システムの開発がかなり進行している現状に於いて、新たに風力を利用した風力発電システムが、太陽光発電システムと並ぶ再生可能エネルギーとして、脚光を浴びてきている。
処で、当該風力発電の原理そのものは、かなり古い時代から検討されては来ているものの、自然環境の影響を受ける事から、常時安定した発電量を確保する事が極めて困難であると共に、設備の大型化が要求されている事から、設備、構造の複雑化や製造工程の複雑化、繁雑化更には、耐久性の向上の要求に伴う重量の増加や修理を含むメンテナンス費用の増大等から製造費用の増大並びにランニングコストの増大がネックとなっており、その実用化と普及が太陽光発電システムに比べて遅れ気味となっている。

一方、係る風力発電システムの大型化に伴い、当該風力発電装置から発生する低周波振動が人体に与える悪影響が取りざたされており、それが社会問題化されて来つつあり、又、当該大型の風力発電装置の当該羽根、つまりブレードの回転に起因して発生する風切り音による騒音の問題も今後の大きな課題とされている。
従って、本発明の目的は、上記した多くの問題点を抱えている大型化を指向している風力発電システムに対して、中型化或いは小型化された風力発電システムであって、ダウンサイジング化によって、各部品を小型化、軽量化を図り、製造工程を短縮化すると共に、製造工程の効率化を図ることによって、風力発電システムの総合的な製造コストを大幅に削減すると共に、メンテナンスの簡易化と低周波並びに風切り音の発生を防止することにより、環境を破壊する事のない、風力発電システムを提供しようとするものである。
本発明は、当該目的の中でも、特に当該風力発電システムにとって最も重要な羽根（つまりブレード）を如何に、効率よく、軽量で且つ強靭で、然も低コストで製造販売を可能とするブレードの構成とその製造技術を確立する為の技術開発研究を鋭意行い、当該中型化或いは小型化された風力発電装置に最適なブレードの構造及びその製造方法を知得したものである。

処で、従来に於ける風力発電装置に於いて使用されているブレード（羽根部）は、大型化の傾向を受けて、その長手方向の長さは、２０ｍ〜４０ｍとなっており、係る大型のブレードを強度が高く、軽量で、折れ曲がりが生じない様に構成する事が要求されており、更に、係る重量の大なる個々のブレードを当該風力発電装置の発電機の回転軸に強固に且つ安定的に然も容易に接合固定する事が出来る様な構造である事が別途要求されている。
その為、従来の風力発電装置に使用される当該ブレード部の長手方向に沿って当該発電機の回転軸に接合される方向の一端部は、例えば、特許文献１（特開２００６-３０００４５号公報）或いは特許文献２（特開２０１２−１１２２６４号公報）及び特許文献３（特許第３９３０２００号公報）等に示されている通り、円筒形に形成され、それによって当該発電機の回転軸に形成されている円筒形の受部と嵌合する様に構成される事が必要である。

然しながら、当該ブレード部の長手方向に沿って他方の先端部に向かうブレード本体部の当該長手方向と直交する方向で見た断面形状は、製造メーカー間により多少の相違はあるにしても、基本的には、その断面形状は、飛行機の翼が一般的に持つ様な流線形をした断面形状を呈する必要性がある為、当該両者の接合部分に於ける構造は、極めて複雑で、同様に係る部分の成形加工も極めて複雑であって、作業コストは高騰せざるを得ない状況にある。

一方、従来に於ける当該風力発電装置に於いて使用される当該ブレード部は、長手方向の引張強度、屈曲強度、或いは曲げ弾性率が高くなるように構成される必要があり、一般的な構造としては、例えば、特許文献４（特開平６−６６２４４号公報）や特許文献５（特開平７−２７９８１８号公報）或いは特許文献６（特許第４６９９２５５号公報）等に示されている通り、当該ブレード部の当該発電機の回転軸に接合される方向の端部から、当該ブレード部の長手方向の先端部に向けて連続した円筒状若しくは四角形状の繊維強化プラスチックで形成された主桁部が、補強桁部として挿入されており、或いは、特許文献２（特開２０１２−１１２２６４号公報）に示されている通り、平板状の繊維強化プラスチックで形成された主桁部が、補強桁部として挿入されている構造を有しており、その為の製造工程はかなり複雑な工程となっている。
更に、特許文献４には、当該ブレード部内の空間部分に発泡材、例えばウレタンフォーム等を充填して、補強効果を更に増強しようとする試みも見られる。
何れにしても、長手方向の長さが４０ｍにもなる超長尺物体を剛直に保持する為には、相当の厚みと大きさを有する補強桁部が必要となると言う事から、製造コストの増大は避けえない大きな問題である。

次に、従来に於ける当該ブレード部の外表面の構成に関しては、例えば、繊維強化プラスチックで構成されたシートを上記した補強枠体の外表面に張り付けるものであるが、特許文献６の図５に例示されている通り、４０ｍもの長さを有する当該シートから当該ブレード部の上表面部分と下表面部分とに対応する特定の形状を有する型シートを個別に切り出し、それらに適宜の合成樹脂を含浸させた後、当該型シートを特許文献３に示されている様な、所謂ＲＩＭ方式の加熱成形装置内の、予め所定の型が形成された金型内に挿入し、適宜のフィルムを当該型シート上に被せて真空状態として、当該型シートを当該金型内に押しつけた後に、適宜の加熱処理を行って、所定の外表面被覆層を形成し、当該上面用と下面用の当該外表面被覆層を特許文献７（特開２００６−１１８４３４号公報）に示されている様な半割方式で当該補強型枠に取り付ける様にするものである。

然しながら、係る方法も超長尺物体を形成し、大型で且つ長尺な当該ＲＩＭ方式の加熱成形装置に搬入したり搬出したりする操作は極めて非効率で、複雑で且つ煩雑な多くの処理操作が要求されると同時に、それぞれの製品の品質管理にも複雑になることから、製造コストの大幅な増大を来し、安価なブレードを製造する事は不可能であった。
一方、従来に於いては、一般の風力発電装置用の当該ブレードを製造する場合には、一例として、例えば、適宜の材料を用いて、適宜の形状に形成された木型と呼ばれる型を製作し、その型内に軽量であるＦＰＲ材料を用いて形成された板状の素材を積層させ、加熱押圧して製作する方法が知られている。
係る従来に於ける一般的な当該ブレードの製造手順を、図８を参照しながら概略説明する。
即ち、図８から理解される様に、当該ブレード１２の製造方法は、先ず,当該ブレード本体部１２を半割状にした湾曲部保有ブレード部材１１を形成する為の、金属、木材、ＦＲＰを含む合成樹脂等の適宜の材料から構成された第１の型部１０と、当該半割状にした湾曲部保有ブレード部材１１に嵌合せる湾曲状若しくは平板状のブレード部材１１’を形成する為の金属、木材、ＦＲＰを含む合成樹脂等の適宜の材料から構成された第２の型部１０’とを用意する。
当該第１及び第２の型部１０、１０’は、前記した様な材料から、木型職人のような熟練工が加工製作したり、或は専用加工機械で製造する場合もある。

その後、当該第１及び第２の型部１０、１０’の型形成面に、金属製鋼板、合成樹脂板、繊維補強合成樹脂板（ＦＲＰ）或は、高強力繊維からなる布帛等からなる外周硬板部を、要すれば適宜の接合剤或は硬化剤を共存させた状態で搭載させ、その後、適宜の押圧部材で、当該外周硬板部を押圧しながら、加熱処理を行って、当該個々の外周硬板部を所望の形状に成型加工した後、当該第１と第２の外周硬板部１１、１１’を相互に対応嵌合させ、双方の接合部分を溶接、ボルトナット、リベット、接着剤等の適宜の接合手段により接合処理し、その内部に適宜の空間が形成されたブレード基材部１２が完成するのである。
然しながら、係る従来技術によるブレードの製造加工技術は、一般的に特殊技術であり、それぞれの作業には、長年の経験を持つ熟練工が必要で、当該熟練工が長時間掛けて完成させているのが現状である。
更には、係る従来の上記したブレードの製造方法は、それぞれの型部のメンテナンスが重要で、その都度の入念な管理と形状の確認が必要で、一定の寸法のブレードにのみ対応することが可能であるが、時にして設計上、ブレードの軽微な設計変更には対応が不可能であると言う問題点も存在していた。

特開２００６-３０００４５号公報 特開２０１２−１１２２６４号公報 特許第３９３０２００号公報 特開平６−６６２４４号公報 特開平７−２７９８１８号公報 特許第４６９９２５５号公報 特開２００６−１１８４３４号公報

本願発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、中型或は小型の風力発電装置に使用されるブレードであって、従来のブレードの強度或いは耐久性を低下させることなく、構造の簡素化と軽量化を図り、製造工程を短縮化すると共に、製造工程の効率化を図ることによって、製造コストを大幅に削減する事が可能な風力発電用ブレード及びその製造方法に関するものである。
更に、本発明の他の目的は、上記した従来技術の欠陥を改良し、製造作業が
容易で、設置場所の環境に応じてブレードの形状を容易に変更することが可能で、工期は短く、製作及び製造コストが低くて、しかも大きな剛性、耐震性
を持ち、さらに高い耐久性を備えた中型或は小型の風力発電装置に使用されるブレード構成体及び当該ブレードの製造方法を提供するものである。

本発明は、上記した目的を達成するために、第１の態様としては、基本的には、風力発電装置用のブレードであって、当該ブレードは、当該ブレードの長尺方向の中心軸線に沿って、当該中心軸線の何れの部位に於いても、当該中心軸線と直交する方向に形成されている、当該中心軸線を含む断面形状が、当該ブレードに求められている、予め設定された所望の断面形状を有している発泡材料からなる基材部と、当該基材部の外周表面を所望の接着剤を介して密接状に被覆する外周硬板部と、当該外周硬板部の外周表面を所望の接着剤を介して密接状に被覆する繊維素材からなる布帛構造体部とで構成されている事を特徴とする風力発電装置用のブレードであり、又、第２の態様としては、基本的には、風力発電装置用のブレードの長尺方向の中心軸線に沿って、当該中心軸線の何れの部位に於いても、当該中心軸線と直交する方向に形成されている、当該中心軸線を含む断面形状が、当該ブレードに求められている、予め設定された所望の断面形状を有している発泡材料からなる基材部を形成する第１の工程と、当該基材部の外周全表面に、所望の接着剤を介して、外周硬板部を密接状に被覆配置する第２の工程と、当該外周硬板部の外周全表面を、所望の接着剤を介して、繊維素材からなる布帛構造体部を密接状に被覆配置する第３の工程とから構成されている事を特徴とする風力発電装置用のブレードの製造方法である。

本発明は上記のような基本的な技術構成を採用しているので、上記した多くの問題点を抱えている風力発電装置用ブレードの構造を改良して簡素化し、それによって、従来から要求されている当該ブレードの強度や耐久性をそのまま維持しつつ、当該ブレードそのもの軽量化を図り、それによって、当該ブレードの製造工程を短縮化すると共に、製造工程の効率化を図ることによって、当該ブレードの製造コストを大幅に削減する事が出来る、理想的な中型或は小型の風力発電装置用ブレードを提供する事が可能となったものである。
更には、本発明に係る当該ブレードを使用することによって、風力発電システムの総合的な製造コストを大幅に削減することが可能となる。
その他、本発明に係る当該ブレードは、中型化或いは小型化された風力発電システムに採用することによるダウンサイジング化によって、各部品を小型化、軽量化を図り、製造工程を短縮化すると共に、製造工程の一層の効率化を図ることによって、風力発電システムの総合的な製造コストを大幅に削減する事に適したものであると共に、メンテナンスの簡易化と低周波並びに風切り音の発生を防止することにより、環境を破壊する事のない、風力発電システムが容易に実現出来るのである。

図１（Ａ）乃至図１（Ｃ）は、本発明に係る風力発電装置用ブレードの一具体例の内部構成例を示す斜視図である。 図２は、発明に係る風力発電装置用ブレードを使用して構成された風力発電装置の一具体例の構成例を示す正面図である。 図３は、本発明に係る風力発電装置用ブレードの一具体例の外観形状を示す側面図である。 図４は、本発明に係る風力発電装置用ブレードの一具体例の構成の詳細をしめる拡大側面図である。 図５は、本発明に係る風力発電装置用ブレードの一具体例に於ける、ブレードとハブ部との接合状態の例を示す拡大側面図である。 図６は、本発明に係る風力発電装置用ブレードの一具体例に於ける、ブレードとハブ部との取付状況を説明する図である。 図７は、本発明に係る風力発電装置用ブレードの骨材板の構成例を説明する斜視図使用した風力発電装置の一例を示す外観図である。 図８は、本発明に係る風力発電装置用ブレードの製造に於ける外周硬板部の型付方法の例を示す外観斜視図である。

以下に、本発明の風力発電装置用ブレード及びその製造方法の具体的な態様について図面を参照しながら詳細に説明する。
即ち、図１（Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明に係る風力発電装置用ブレードの一具体例の構成の概略を説明する斜視図であって、図中、風力発電装置用のブレード１であって、当該ブレード１は、当該ブレード１の長手方向中心軸線Ｏに沿って、当該中心軸線Ｏの何れの部位に於いても、当該中心軸線Ｏと直交する方向に形成されている、当該中心軸線Ｏを含む断面形状３０が、当該ブレード１に求められている、予め設定された所望の断面形状３０を有している発泡材料２からなる基材部３１と、当該基材部３１の外周表面３２を、所望の接着剤（バックコート）４を介して密接状に被覆する外周硬板部７と、当該外周硬板部７の外周表面３３を所望の接着剤５を介して密接状に被覆する繊維素材からなる布帛構造体部３とで構成されている事を特徴とする風力発電装置１００用のブレード１が示されている。

此処で、本発明に係る当該ブレード１の風力発電装置１００に於ける使用位置関係を確認しておくならば、図２乃至図４に示す様に、一般的な風力発電装置１００は、適宜の台座或いは柱状体１０１の頂部に取り付けられている適宜の発電機２４と当該発電機２４に接続された適宜の笠歯車１０２を介し、例えば４本若しくは３本のブレード１からなる風車のハブ部２３と連結されたシャフト２５とが連結されており、当該風車の回転により、当該発電機２４が発電操作を行う様に構成されている。
尚、当該風力発電装置１００に於ける上記各部材は、適宜の回転台座１０３上に搭載されており、同様に当該回転台座１０３上に搭載されている風向調整装置１０４の風向き検出情報に基づいて、常時風上に向けて当該ブレード１を指向させる様に構成されたものである。

処で、本発明に於ける当該ブレード１の基本的な構成は、上記した通り、当該ブレード１の内部に適宜の材料で構成された発泡材料２からなる基材部３１が設けられ、その外周表面部３２を、所望の接着剤（バックコート）４を介して外周硬板部７が密接状に被覆されているという構成を採用している。
従って、本発明に於ける当該発泡材料２の個々の部位（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・・Ｐｎ）に於ける当該ブレード１の中心軸線Ｏと直交するそれぞれの断面形状３０は、当該外周硬板部７の形状により規定されることになる。
或いは、逆に、予め当該発泡材料２を。当該ブレード１の中心軸線Ｏと直交するそれぞれの断面形状３０が予め必要とされる個々の断面形状３０を形作っている様に成型加工しておき、当該発泡材料２の外周表面３２に、適宜の形状ように成型した平面状或いは湾曲状に形成された当該外周硬板部７を貼りつける様に構成するものであっても良い。

此処で、本発明に於いて使用される当該ブレード１の好ましい全体的な形状構造について説明するならば、図１（Ａ）に示す様に、本発明で使用される当該ブレード１の外観形状は、ブレード１の長尺方向の中心軸線Ｏに沿って、所定の長さを有し、当該風力発電装置１００の当該ブレード１を固定する、回転可能なハブ部２３と対向する内側端部２００から外周端部２１０に向けて、その幅長と厚みが徐々に短くなって行くと言う基本的形状を呈しており、更に、当該ブレード１の基本的部分の当該長手方向と直交する方向で見た断面形状は、基本的には、飛行機の翼が一般的に持つ様な流線形をした断面形状に近似した形状を呈してはいるが、飛行機の翼の形状に求められる程、精密さは要求されていない。

その為、本発明に於ける当該ブレード１の形状に於いては、扁平な平板構造を多く採用することが出来るので、当該ブレード１の基本的断面形状も略扁平
に近い係状にする事が出来、それによって当該外周硬板部７の各部材の連続接合構造部分は、極めて容易に設計することが可能であり、この面でもコスト低減、強力増加という効果が達成出来ることになる。
更に、本発明に係る当該ブレード１を当該発電機或いは当該発電機に連結された回転軸に接続固定された当該ハブ部２３を取り付ける際の操作が容易であるばかりではなく、特に当該風力発電装置１００で、４枚ブレードを使用する場合にあっては、当該ブレード間のバランスを容易に取る事が可能となるのである。

そして、本発明に係る風力発電装置１００に使用されるブレード１は、従来の風力発電装置が主に目指している産業用の再生エネルギーを発生させる為の大型の風力発電装置にも当然使用する事は可能であるが、好ましい適用例としては、小型から中型の風力発電機で主に個人住宅用、小規模企業、小規模事務所、小規模農業施設、医療施設、地域防災拠点、学校、公共施設、介護施設など、少ない面積で配置可能であると共に、近隣への公害被害も発生することなく、停電の際にも自給自足型の発電装置（自家発電装置）として使用するのに特に適したものである。
その為、本発明に係る当該ブレードを使用した風力発電装置は、好ましい態様として、３枚あるいは４枚ブレードで構成され、且つ適宜の支柱、好ましくは、３本足以上の支柱から構成されるものであり、その発電量の目標値を２乃至２０Ｋｗａｔｔに設定している。

一方、本発明に於ける当該１本のブレードの長さは、上記したダウンサイジング化された風力発電装置１００用のものであれば、１．５乃至８．０ｍで、当該支柱の高さは、８乃至１２ｍを標準設計値として設定している。
更に、本発明に係る当該ブレード１は、その構造から風切音の発生や、低周波騒音の発生と言う現在大きな問題となっている公害を発生させない効果がある。

従来は、当該ブレードを含む当該風力発電装置の各部品を主に海外から輸入し、或いは、殆ど完成状態にまで当該各部品を工場で製作したが、ブレードを含む全ての部品が大型で重量のある部品である為、特車で運搬する方法で建設現地に搬入していたのでコストが高かったが、本技術は、現地ですべて組み立てて、製作出来るので、大幅にコストを低減させる事が可能である。

更に、本発明に係る当該ブレード１の具体的な基本構成例を図１（Ａ）を参照しながら詳細に説明する。
本具体例に於ける当該骨材板４０の断面形状は、上記した第１の具体例で説明したと同様、当該風力発電装置１００に於ける当該発電機２４に接続されている回転軸１０２と接合されるハブ部２３と対向する端部２００から当該ブレード１の長手方向Ｐの先端部分２１０迄の断面形状が略扁平で、且つ当該ブレード１の長手方向Ｐと直交する方向の幅Ｗは、当該ブレード１の長手方向の先端部分２１０に向けて徐徐に短くなる様に構成され、且つ、当該ブレード１の回転方向Ｆに向けられた当該ブレード１の長手方向端縁部Ｅ１の断面形状は、湾曲状に形成され、当該端部Ｅ１から当該ブレードの中間部近傍までは、当該断面幅ｗは徐々に拡大され、その後は、当該ブレードの回転方向Ｆとは反対方向に向けられた当該ブレードの長手方向端縁部Ｅ２に向けて当該断面幅ｗが徐々に短くなる様に構成されているものである。

更に、図１から明らかな通り、当該それぞれのブレード１の当該断面形状３０が当該ブレード１上で配置される部位に対応して、当該断面形状３０が相互に異なる様に構成されているものである。
より具体的には、当該骨材板４０のそれぞれの断面形状は、基本的には、相互に略同一或いは類似した相似形の断面形状となっているが、その大きさは、図１から明らかな通り、当該ブレード１の基端部２００から当該ブレードの先端部２１０に向かうに従って、相似形的に縮小された大きさとなっている。

一方、当該ブレード１のそれぞれの表面の配置形状は、個々の当該ブレード１上に於ける配置位置に対応して、隣接する他の表面に対して、若干の水平面に対する角度が相互に異なる様に設定されている事が好ましい具体例である。
つまり、具体的には、例えば、当該ブレード１の基端部２００に近接する部位に配置されている当該ブレード１の表面の配置形態は、その水平面に対する傾斜角度は、本発明の当該ブレード内では一番大きく、そこから当該ブレード１の先端部２１０に向かうに従って、当該傾斜角度は小さくなる様に設定されている事が望ましい。

更には、当該ブレード１の先端部２１０に配置された当該ブレード１の表面配置形態に於ける水平面に対する傾斜角度を０度とすると、当該ブレード１の基端部２００に近接する部位に配置されている当該平面の水平面に対する傾斜角度は１０度乃至２０度の範囲で設定される事が望ましく、その間のそれぞれの傾斜角度は、略均等に減少させることが可能である。

本発明に於いては、当該ブレード１に於ける当該表面の配置形態を上記した様に配置角度を多少変化させることによって、当該ブレード１の外周表面に一定のねじれ面が形成され、これが風力発電装置の効率的な発電機能を発揮させ、同時に風切音の発生防止にも有効となる。
更に付言するならば、上記した本発明に係る当該ブレード１の形状並びに構造においては、当該風力発電装置用ブレード１の外表面形状は、当該ブレード１の当該発電機２４の回転軸１０２と接合される端部２００から当該ブレード１の長手方向の先端部分２１０に至る間に所定のねじれが形成されている事も好ましい具体例である。
本発明に於ける当該ブレード１に形成される当該ねじれ部のねじれ程度は、特に限定されないが、例えば、少なくとも後述する様な程度の変型が形成される事が望ましい。

より具体的には、例えば、当該ブレード１の先端部２１０に配置された当該ブレード１の水平面に対する傾斜角度を０度とすると、当該ブレード１の基端部２００に近接する部位に於ける当該平面の水平面に対する傾斜角度は１０度乃至２０度の範囲で設定される事が望ましく、その間のそれぞれの傾斜角度は、略均等に減少させることが可能である。

本発明に於いては、当該ブレード１に於ける当該表面が上記した様に配置角度を多少変化させることによって、当該ブレード１の外周表面に一定のねじれ面が形成され、これが風力発電装置の効率的な発電機能を発揮させ、同時に風切音の発生防止にも有効となる。
尚、本発明に係る当該ブレード１に於ける当該内側端部２００は、当該ブレード１と当該ハブ部２３とを接合する為の複数本のボルト８を有するブラケット２６で密閉されている事が望ましい。
尚、本発明に於いて、当該ブレード１を当該ハブ部２３に取りつける為の構造例を図５及び図６に示すが、係る構成は一例であり、本発明は係る取りつけ構造に限定されるものではない。

即ち、図５及び図６に示す様に、当該ブレード１の内側端部２００に固定されている当該ブラケット２６に設けられている４本乃至８本の適宜のボルト８を、溶接、接着、ボルトナット方式等の公知の接合手段を利用して、当該ハブ部２３の所定の位置に取りつけるものである。
尚、当該ブレード１を当該ハブ部２３に取り付けるに当たり、当該ハブ部２３の回転中心軸線Ｓと当該ブレード１の平面線Ｖとが、直交角度以外の適宜の角度に設定される様に配置形成される事が望ましい具体例である。
本発明に於いて当該基材部３１に使用される、発泡材料２の材質は特に特定されるものではなく、公知の発泡体であれば如何なる発泡材でも使用する事は可能である。
又、本発明に於いては、後述する様に、予め液体状、流体状の形態を有し、加熱処理により発泡化する発泡材も使用することが可能である。

一方、本発明に使用される当該平板状或いは湾曲状を呈する外周硬板部７はその構成材料は特に特定されるものではなく、ある程度の厚みを有し、適度の強度を有するものであれば如何なる材用でも使用は可能であるが、例えば、アルミやステンレスを含む金属製の鋼板や、セラミック板、或いは硬性を有するプラスチック製の板状体、或いは硬性と強力を有する炭素繊維の様な高強力繊維を含む繊維補強プラスチック製の板状体等を使用することが可能であり、当該外周硬板部７は、適宜の広幅帯状の原材料から、予め定められている設計データに基づいて所定の形状或いはパターンを有する様に一括して若しくは適宜に分割して切り出して、図８に示す様な適宜の型（金型、木型、合成樹脂型等）１０、１０’等を使用して、成型したものであっても良く、当該複数個の外周硬板部７を適宜連結接合し、内部に適宜の空間領域が形成される様に、立体的な中空筒体を形成するものである。

即ち、本発明に於いては、当該外周硬板部７により形成された当該中空筒体が本発明に於ける当該ブレード１の形状を決定するものであり、同時に、当該中空筒体が、当該中空筒体の内部に配置される当該発泡材料２からなる基材部３１の全体の形状と、当該ブレード１の長尺方向の中心軸線Ｏに沿った何れの部位に於ける、当該中心軸線Ｏと直交する方向に形成されている断面形状３０とを決定するものである。
勿論、本発明に於いては、当該発泡材料２を使用して当該ブレード１としての全体的形状とそれぞれの部位で要求される当該中心軸線Ｏと直交する方向に形成されている断面形状３０を予め設計して成型加工したものの外周表面に、外周硬板部７を張り合わせる様に製造するものであっても良い事は言うまでも無い。

処で、本発明に於ける当該ブレード１では、当該ブレード１と当該発泡材料２からなる基材部３１との間に適宜の接着剤（バックコート）４が設けられ、その両者が相互に接合固定された構造となっているが、当該接着剤（バックコート）４の素材は特に限定されるものではなく、公知或は市販の接着剤を使用する事ができ、望ましくは、常体では液状或は粘性状であって、加熱処理により硬化する機能を有する接着剤を使用する事が望ましい。

更に、本発明に於いては、液状或は粘性状で有する当該接着剤（バックコート）４を当該基材部３１の外表面３２に予め塗布しておき、この上に、当該外周硬板部７を密接状に被覆貼着させて、当該複数個の部材に形成されている当該外周硬板部７の周縁部を適宜の接合手段により接合処理し、その後加熱処理を行なう様に構成しても良く、或は、予め略密封状に形成された中空筒状体に構成された当該外周硬板部７の内部表面に当該接着剤４を塗布しておき、その後、当該中空筒状体に構成された当該外周硬板部７の内部に、別途、当該中空筒状体に構成された当該外周硬板部７の内部空間部の形状に近似又は一致して形成された当該発泡材料２からなる基材部３１を挿入し、加熱処理を施す様に構成したものであっても良い。

或は、上記した様に、予め略密封状に形成された中空筒状体に構成された当該外周硬板部７の内部表面に当該接着剤４を塗布しておき、その後、当該外周硬板部７からなる当該中空筒状体の内部に、液体状或は流体状の発泡材料２を注入した後、当該発泡材料２を加熱処理して発泡させる方法を採用する事も望ましい具体例である。
更に、本発明に於ける当該ブレード１に於いては、当該外周硬板部７の外周表面３３の少なくとも一部、好ましくは、当該外周硬板部７の外周表面３３の外周面の略全面に亘って、所望の接着剤５を介して繊維素材からなる布帛構造体部３が密接状に接合され且つ当該ブレード１の当該外周硬板部７の外周表面３３を被覆する様に構成されているものである。
本発明に於ける当該接着剤５は、その組成・材料素材は特に限定されるものではなく、公知或は市販の接着剤を使用する事ができ、望ましくは、常体では液状或は粘性状であって、加熱処理により硬化する機能を有する接着剤を使用する事が望ましい。

一方、本発明に於いて使用される当該布帛構造体部３は、特にその形態や素材は限定されるものではないが、例えば、高強度、高弾性、高引張強度特性を示し且つ耐候性、耐紫外線、耐水性等の特性を有する合成繊維を主体として構成された織物、編物、組物、或は不織布等で構成された布帛構造体を使用する事が可能であり、その厚みや目付等は特に限定されるものではない。
本発明に於いて使用される当該布帛構造体部３を構成する繊維材料としては、例えば、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、高強力ナイロン、高強力ポリエステル等の繊維を使用する事が可能である。

更に、本発明に於いて使用される当該布帛構造体部３は、一枚の平面状シートに形成したものを当該ブレード１の当該外周硬板部７の外面表面部に直接貼り付ける様にしたものであってもよく、或は、当該布帛構造体部３を細幅の帯状体或はベルト状に形成し、当該細幅の帯状体或はベルト状に形成された当該布帛構造体部３を当該外周硬板部７の外面表面部にらせん状に捲きまわして、当該ブレード１全体を被覆する様に構成したものであっても良い。
又、本発明に於ける他の具体例に於いては、当該ブレード１の回転性能や回転効率を向上させ、大気の破壊環境に対応出来且つ、防錆能力の期待向上と外観の向上のため適宜の油性塗料２７等を当該布帛構造体部３の外周表面部３４に塗布する事も望ましい具体例である。

次に、本発明に於ける第２の態様に付いて以下に説明する。
即ち、本発明に係る第２の態様に関する発明は、基本的には、当該発泡材料２からなる基材部３１の内部には、図７に示す様に、当該ブレード１の長尺方向の中心軸線Ｐに沿って、所望の間隔で、当該それぞれの部位Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・・Ｐｎに於いて、当該ブレード１に求められている、予め設定された所望の断面形状３０を有している複数個の骨材板４０が、当該中心軸線Ｐと直交する方向に、相互に並行な状態で配置されている事を特徴とする風力発電装置１００用のブレード１である。

即ち、上記した本発明の第２の態様に於いて使用される当該骨材板４０は、図１に於いて示されている、当該ブレード１に於ける、当該ブレード１の長尺方向の中心軸線Ｐに沿った所望の部位Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・・Ｐｎに於いて、当該ブレード１に求められている、予め設定された所望の断面形状３０が正確に設定される様に、予め、適宜の軽量且つ強度の高い、金属製、ＦＲＰを含む合成樹脂等の薄板状部材で形成され、且つ、当該所望の断面形状３０を持つように形成された骨材板４０を使用するものである。
そして、当該それぞれの骨材板４０を図１に示す形状構築骨材４と当該形状規定支持部材８とを個別に製造し、それらを、当該ブレード１の長尺方向の中心軸線Ｐに沿った所望の部位Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・・Ｐｎにそれぞれ個別に配置固定するものである。

具体的には、当該それぞれの複数個の骨材４０を、予め図１に示す様な、中空状筒状体に形成された当該ブレード１用の外周硬板部７の内部空間部に所定の順番で挿入固定する方法を採用する事が可能である。
この場合には、図７で示す様に、当該複数個の個々の骨材板４０を所定の間隔で配置した後、適宜の固定支持手段である、当該ブレード１の長尺方向の中心軸線Ｐに沿って配列されている複数本の制御ロッド部４２、４３に刺し通して、固定しても良い。
係る場合には、当該それぞれの骨材板４０に予め適宜の部位に当該制御ロッド部４２、４３が貫通出来る貫通孔４４、４５を設けておく事が必要であり、これによって、当該骨材板４０のそれぞれを、当該ブレード１の長尺方向の中心軸線Ｐに対して正確に直交状態となる様に配置させることが可能となり、更には、当該骨材板４０のそれぞれに於ける当該貫通孔４４、４５の配置位置を他の骨材板４０に於ける当該貫通孔４４、４５の配置位置とずらせる事によって、当該骨材板４０のそれぞれを、他の骨材板４０の配置位置に対して、多少のねじれ或は変位関係を設定する事も可能となる。
尚、当該貫通孔４４、４５は２本に限定されるものではなく、３本若しくはそれ以上でも使用可能である。

一方、本発明に於ける更に別の具体例においては、当該骨材板４０のそれぞれには、適宜の大きさの開口部４１が設けられている事が望ましい構成である。
係る構成は、後述する様に、当該外周硬板部７で構成された内部に空間領域が形成された筒型中空体１の内部に液状或は粘性を有する未発泡状態の発泡材２を注入し、その後、加熱処理により当該発泡材を発泡させる処理を実行する際に、当該発泡材がそれぞれの当該骨材板４０間を自由に流動して、効率的に当該外周硬板部７で構成された筒型中空体１の内部に空間領域に当該発泡材料２が充填される様にするための構成である。
当該開口部４１の形状、開口面積或はその個数は任意である。

本発明に於ける当該骨材板４０のそれぞれは、当該ブレード１の長尺方向の中心軸線に沿って配置されている適宜の連結制御ロッド部材に対して、当該ブレードの長尺方向の中心軸線Ｐと直交する方向に適宜の支持部材４２、４３によって固定配置されている事が好ましい具体例である。
上記した通り、本発明に於ける更に別の具体例としては、本発明に係る当該ブレード１内に配置されている当該基材部３１は、当該外周硬板部７内部に形成されている空間領域部４６内に発泡材原料２を注入した後で発泡処理されたものである事を特徴とする風力発電装置用のブレード１である。

更に、本発明に於ける更に他の具体例としては、当該ブレード１の外表面の何れかの部位に、当該外周硬板部７と当該布帛構造体部３を貫通して、当該基材部３１に到達する発泡材注入穴２２が設けられている風力発電装置用のブレード１である。
又、本発明に於ける更に異なる具体例としては、当該ブレード１の外表面の何れかの部位に、当該外周硬板部７と当該布帛構造体部３を貫通して、当該基材部３１に到達する脱気穴２２’が別途設けられている風力発電装置用のブレードである。

以下に、本発明に於ける当該風力発電装置１００用ブレード１の製造方法に関する一具体例を説明する。
即ち、先ず、図７に示す様に、所望の当該ブレード１を製造するに際し、当該ブレード１の長手方向中心軸線Ｏに沿って形成されるそれぞれの部位（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・・Pｎ）に於いて、当該長手方向中心軸線Ｏと直交する方向で見たそれぞれの断面形状３０が当該ブレード１に要給される断面形状３０と同一或は略一致する様に構成された複数個の骨材板４０が、当該ブレード１の長手方向中心軸線Ｏに沿った所定の部位にそれぞれ個別的に且つ相互に平行状態で配置され、然もそれらが、支持手段４２、４３に固定されて形成された骨材板群４０を用意する。

その後、当該骨材板４０群の外周全面に、厚みが１乃至２ｍｍ程度の繊維補強合成樹脂（ＦＲＰ樹脂）板から所定の形状に切り出した外周硬板部７となる複数枚の板片を図８に示す様な方法で、当該骨材板４０群の外周全面のそれぞれの部分を被覆出来る様な形態に型付処理した後、それらを当該骨材板４０群の外周全面のそれぞれの部位に張りつけ、当該個々の相互に隣接する板片縁部同志を適宜のビスやリベットを使用するか、溶接手段を使用して接合し、内部に空間領域４６が形成された、内部に当該骨材板４０が配置された外周硬板部７からなる中空状筒状体１が形成される。
この際、当該複数個の外周硬板部７を適宜連結接合するに際し、接合手段は特に限定されるものではなく、適宜の接着剤を使用するか、溶接技術、ボルト
・ナット等を使用した接合固定技術、或いはリベット打ち込み技術等を使用して接合固定する事が可能である。

又、この際、外周硬板部７となる複数枚の板片の一面で、当該中空状筒状体１の内側に配置される面には、予め後述する発泡材料２との接合性が優れた適宜の接着剤４を塗布しておく。
その後、中空状筒状体１を構成する当該外周硬板部７からなる中空状筒状体１当該中空状筒状体１の当該ハブ部２３と対向する端部２００を適宜のボルト８を一体化して保持している適宜の材質からなるブラケット２６を接合し当該中空状筒状体１の内部を密閉化する。
又、当該外周硬板部７からなる中空状筒状体１の外表面の適宜の部位に、後述する当該発泡材料２をその内部空間領域４６内に注入する為の発泡材料注入孔２２と当該内部空間領域４６内に注入された余剰の発泡材料２或は発泡処理により、膨張して余剰となった発泡材を排出させる為の排出孔２２’を設ける。

その後、当該発泡材料注入孔２２より液体状の発泡材料２を当該内部空間領域４６の容量よりも多く成る様に当該内部空間領域４６内に注入した後、当該外周硬板部７からなる中空状筒状体を加熱処理して、内部の発泡材料２を発泡させ、固化することにより、当該外周硬板部７からなる中空状筒状体内部に本発明で規定する当該発泡材料２からなる基材部３１が形成される。
本発明に於いては、当該発泡材料２からなる基材部３１と当該外周硬板部７とがその間に配置されている接着剤の作用によって、強固に接合固定されるので、両者は強固に且つ一体的に形成される事になる。

更に、本発明に於いては、密封状態の外周硬板部７からなる中空状筒状体内部に存在する当該発泡材料２を発泡させるので、当該発泡材料２がより強固に当該外周硬板部７の内部から外方面に向けて押圧力を働かせる事になるので、当該両者の接触状態をより強固にする事が出来る。
その後、当該外周硬板部７の外表面部３３にプライマー材と称されるエポキシ系樹脂接着剤５を、塗布量が０．１５ｋｇ／ｍ２となる程度に塗布した後、要すれば、当該接着剤５の表面に含浸接着剤と称されるエポキシ系樹脂パテを塗布量が０．６ｋｇ／ｍ２となる程度に塗布した後、その上に三軸ポリオレフィン複合繊維シート３（布帛構造体部３）を一重若しくは二重に重ねて貼り付け加熱処理により固化接合する。

次いで、当該布帛構造体部３の外表面３４に、含浸接着剤と称されるエポキシ系樹脂パテを塗布量が０．３ｋｇ／ｍ２となる程度に塗布した後、その上に、上塗り材であるポリウレタン系樹脂塗料からなる油性塗料２７を、塗布量が０．１２ｋｇ／ｍ２となる程度に塗布して、本発明に係る当該ブレード１が完成する事になる。

本発明に係る当該風力発電装置用ブレードを使用した風力発電装置としての最大の特徴としては、当該風力発電装置によって発生して電力を需要家が送配電線経由せず、直接配線して使用できることである。
従来の風力発電装置は、大電力で発生させて送電電力網に系統配線して送電している。この行為は、コストの付加が大きいことと、送電中の放電による、電力ロスが発生することで、普及を妨げている。
よって、本発明のブレードを使用した風力発電装置はこの特徴で、各家庭、工場、公共施設の敷地内で発電された電力を同一敷地内で消費をするという、従来の風力発電装置にとっては、画期的な社会資源を提供できる。

次に、本発明に係る当該風力発電装置用のブレードとしての大きな特徴は、当該ブレードの製作方法が、風力発電装置の製造の歴史の中でも、全く採用されたことのない、鋼鈑と型鋼と繊維材の組み合わせブレード構造である。
係るブレード構造の開発により、軽量、安価、形状の自由性、搬入の自由性（工場で完成品に出来るほか、現地で組立てることも可能）を求めることが出来る。即ち、狭い場所での架設工事には最適な工法といえる。また、ブレードを立地条件に沿った形状の工夫変更をすることも可能となった。

更に、本発明に係る当該ブレードは、従来のブレードの製造工程の主たる部分を占める金型を使用する事が無く、予め設定された各ブレードの設計データに基づいて、容易に且つ効率的に、必要なディメンジョンを有するブレードを迅速に組み立てる事が可能であり、又、当該ブレードで、サイズが異なるブレードに対する製作要請が来た場合でも、簡単に対応する事が出来るので、コストの低減にも大いに貢献する事が可能である。
また、本発明に関連する当該風力発電装置は上記の家庭、工場、公共施設に限らず、ビルの屋上や、休耕田の敷地並びに農業用の電気としても活用が見込まれる。

更に、本発明は、特に、小型化或いは中型化された風力発電装置用のブレードとして使用可能であり、又、本発明に係る当該ブレードは、軽量で且つ強靭で耐久性も良く、工場内で製造加工が可能であり、然も製造コストが低いので、風力発電装置全体の設備工事も容易で短期間に組立設置が可能であることから風力発電装置の設置費用も安価に出来るので、利用分野が拡大し汎用性のある風力発電装置の普及に大いに貢献するものである。

以上のように本発明によれば、従来のブレードは、木型を製作したうえで,製造する工法と違って、主要な構造物を全て,自由設計で行い、鋼板、発泡体、繊維素材の合成力によって強靭な製品を現場に搬入し,工期は,早く労働力の縮減を提供できて,正確なブレードを完成することができる。
さらに、強度面に於いて従来のブレードの最大の欠点であった、強風時の突風におけるブレードの飛散事故を防ぐことが可能で、且つコスト面においては,ブレードの製造作業を容易に行うことができるようになるので、製造費を大幅に低減することが可能となる。

１…風力発電装置のブレード
２…発泡材料
３…布帛構造体部
４…バックコート、接着剤
５…プライマー、接着剤
７…外周硬板部
８…ボルト
１０…第１の型部
１０’…第２の型部
１１…湾曲部保有ブレード部材，第１の外周硬板部
１１’平板状のブレード部材，第２の外周硬板部
１２…ブレード、ブレード基材部
２３…ブラケット
２２…注入開孔部
２２’ …排出孔部
２４…発電機
２５…シャフト
３０…断面形状
３１…基材部
３２…外周表面部
３３…外周表面部
３４…外周表面部
４０…骨材部
４１…開口部
４２…支持部材
４３…支持部材
４４…貫通孔
４５…貫通孔
４６…空間領域部
１００…風力発電装置
１０１…柱状体
１０２…笠歯車
１０３…回転台座
１０４…風向調整装置
２００…ブレードに於けるハブ部と接合される側の端部
２１０…ブレードに於ける先端部
Ｅ１…ブレードの旋回方向側の端縁部
Ｅ２…ブレードの旋回方向と反対方向側の端縁部
Ｏ…ブレードの中心軸線
Ｐ…ブレードの長手方向
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・・Ｐｎ…ブレードの長手方向軸線上の部位
Ｗ…ブレードの長手方向と直交する方向の幅
ｗ…ブレードの断面に於けるＷと直交する幅
Ｆ…ブレードの旋回方向
Ｓ…ハブ部の回転中心軸線
Ｖ…ブレードの平面線

Claims (15)

1. 風力発電装置用のブレードであって、当該ブレードは、当該ブレードの長尺方向の中心軸線に沿って、当該中心軸線の何れの部位に於いても、当該中心軸線と直交する方向に形成されている、当該中心軸線を含む断面形状が、当該ブレードに求められている、予め設定された所望の断面形状を有している発泡材料からなる基材部と、当該基材部の外周表面を所望の接着剤を介して密接状に被覆する外周硬板部と、当該外周硬板部の外周表面を所望の接着剤を介して密接状に被覆する繊維素材からなる布帛構造体部とで構成されている事を特徴とする風力発電装置用のブレード。
2. 発泡材料からなる基材部の内部には、当該ブレードの長尺方向の中心軸線に沿って、所望の間隔で、当該それぞれの部位に於いて、当該ブレードに求められている、予め設定された所望の断面形状を有している複数個の骨材板が、当該中心軸線と直交する方向に、相互に並行な状態で配置されている事を特徴とする請求項１に記載の風力発電装置用のブレード。
3. 当該骨材板のそれぞれは、当該ブレードの長尺方向の中心軸線に沿って配置されている適宜の連結制御ロッド部材に対して、当該ブレードの長尺方向の中心軸線と直交する方向に固定配置されている事を特徴とする請求項 ２に記載の風力発電装置用のブレード。
4. 当該骨材板のそれぞれには、適宜の大きさの開口部が設けられている事を特徴とする請求項２又は３に記載の風力発電装置用のブレード。
5. 当該基材部は、当該外周硬板部内部に形成されている空間領域部内に発泡材原料を注入した後で発泡処理されたものである事を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の風力発電装置用のブレード。
6. 当該ブレードの外表面の何れかの部位に、少なくとも当該外周硬板部を貫通して、当該基材部に到達する発泡材注入穴が設けられている事を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の風力発電装置用のブレード。
7. 当該ブレードの外表面の何れかの部位に、少なくとも当該外周硬板部を貫通して、当該基材部に到達する脱気穴が設けられている事を特徴とする請求項６に記載の風力発電装置用のブレード。
8. 風力発電装置用のブレードの長尺方向の中心軸線に沿って、当該中心軸線の何れの部位に於いても、当該中心軸線と直交する方向に形成されている、当該中心軸線を含む断面形状が、当該ブレードに求められている、予め設定された所望の断面形状を有している発泡材料からなる基材部を形成する第１の工程と、当該基材部の外周全表面に、所望の接着剤を介して、外周硬板部を密接状に被覆配置する第２の工程と、当該外周硬板部の外周全表面を、所望の接着剤を介して、繊維素材からなる布帛構造体部を密接状に被覆配置する第３の工程とから構成されている事を特徴とする風力発電装置用のブレードの製造方法。
9. 当該発泡材料からなる基材部の内部に、予め、当該ブレードの長尺方向の中心軸線に沿って、所望の間隔で、且つ、当該それぞれの部位に於いて、当該ブレードに求められている、予め設定された所望の断面形状を有している複数個の骨材板を、当該中心軸線と直交する方向に、相互に並行な状態で配置する事を特徴とする請求項８に記載の風力発電装置用のブレードの製造方法。
10. 当該骨材板のそれぞれを、当該ブレードの長尺方向の中心軸線に沿って配置されている適宜の支持部材に対して、当該ブレードの長尺方向の中心軸線と直交する方向に固定配置しておく事を特徴とする請求項９に記載の風力発電装置用のブレードの製造方法。
11. 当該骨材板のそれぞれには、適宜の大きさの開口部が設けておく事を特徴とする請求項９又は１０に記載の風力発電装置用のブレードの製造方法。
12. 少なくとも一方の表面に適宜の接着剤を塗布した鋼板部を、当該接着剤塗布形成面が内部表面を形成する様な内部に空間領域が形成される様に中空状筒状体に形成すると共に、当該中空状筒状体の内部空間領域が、当該風力発電装置用のブレードの長尺方向の中心軸線に沿って、当該中心軸線の何れの部位に於いても、当該中心軸線と直交する方向に形成されている、当該中心軸線を含む断面形状が、当該ブレードに求められている、予め設定された所望の断面形状を有する様に外周硬板部と形成する第１１の工程と、当該外周硬板部の外周全表面に、所望の接着剤を介して、繊維素材からなる布帛構造体部を密接状に被覆配置する第１２の工程と、当該外周硬板部の当該内部空間領域内部に、発泡性液状体を注入する第１３の工程、及び、当該外周硬板部の当該内部空間領域内部に注入された当該発泡性液状体を発泡処理する第１４の工程とから構成されている事を特徴とする風力発電装置用のブレードの製造方法。
13. 当該第１１の工程は、予め、当該ブレードの長尺方向の中心軸線に沿って、所望の間隔で、当該それぞれの部位に於いて、当該ブレードに求められている、予め設定された所望の断面形状を有している複数個の骨材板が、当該中心軸線と直交する方向に、相互に並行な状態で配置されている骨材板を準備しておき、当該骨材板の外周部に当該外周硬板部を配置する工程が付加されている事を特徴とする請求項１２に記載の風力発電装置用のブレードの製造方法。
14. 当該第１２の工程と当該第１３の工程との間に、当該布帛構造体部と当該外周硬板部からなる当該ブレード構成体の適宜の部位に、外表面部から当該布帛構造体部と当該外周硬板部を貫通して、当該内部空間領域内部にまで到達する、当該発泡性液状体注入用貫通孔を生成する第１４の工程が設けられる事を特徴とする請求項１３に記載の風力発電装置用のブレードの製造方法。
15. 風力発電装置用のブレード内部に当該発泡性液状体注入し、且つ発泡化処理を行う操作は、当該風力発電装置用のブレードを、所定の風力発電装置の回転軸部に取り付けられる以前の段階で実行されるものである事を特徴とする請求項１２乃至１４の何れかに記載の風力発電装置用のブレードの製造方法。
    

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