JP2023032927A - 翼及び翼の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】前縁部に前縁プロテクタを適切に締結することが可能な翼及び翼の製造方法を提供する。【解決手段】翼は、翼本体を形成する翼部材と、翼本体の前縁部において翼部材の表面を覆う前縁プロテクタと、翼部材のうち前縁プロテクタで覆われる面の裏面に配置される板状部材と、前縁プロテクタと翼部材と板状部材とを貫通して設けられ、前縁プロテクタと板状部材とを挟持することで前縁プロテクタ、翼部材及び板状部材を締結する締結部材とを備え、翼部材は、締結部材との間に隙間を有するように形成される。【選択図】図３
Description
本開示は、翼及び翼の製造方法に関する。
風力発電装置に用いられる風車等に設けられる翼は、前縁部に対して雨滴や砂塵等が繰り返し衝突することによってエロージョン損傷が生じる。このようなエロージョン損傷を抑制するため、翼の前縁部に前縁プロテクタが配置された構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
上記の前縁プロテクタでは、例えば接着材により翼の前縁部に取り付けられる。また、接着材が剥離して前縁プロテクタが脱落することを防止するため、機械的な締結を併用することが考えられる。一方、翼の変形が大きいため、前縁プロテクタと翼の間に相対的な変形が生じ、締結部分が損傷する可能性がある。
本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、前縁部に前縁プロテクタを適切に締結することが可能な翼及び翼の製造方法を提供することを目的とする。
本開示に係る翼は、翼本体を形成する翼部材と、前記翼本体の前縁部において前記翼部材の表面を覆う前縁プロテクタと、前記翼部材のうち前記前縁プロテクタで覆われる面の裏面に配置される板状部材と、前記前縁プロテクタと前記翼部材と前記板状部材とを貫通して設けられ、前記前縁プロテクタと前記板状部材とを挟持することで前記前縁プロテクタ、前記翼部材及び前記板状部材を締結する締結部材とを備え、前記翼部材は、前記締結部材との間に隙間を有するように形成される。
本開示に係る翼の製造方法は、翼部材を用いて形成される翼本体の前縁部に、前記翼部材の表面を覆う前縁プロテクタを配置する工程と、前記翼部材のうち前記前縁プロテクタで覆われる面の裏面に、板状部材を配置する工程と、前記前縁プロテクタと前記翼部材と前記板状部材とを貫通する貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に締結部材を挿入して前記前縁プロテクタと前記翼部材と前記板状部材とを締結する工程とを含み、前記貫通孔を形成する工程では、前記締結部材を配置した場合に前記前縁プロテクタと前記締結部材との間に隙間が有するように前記貫通孔を形成する。
本開示によれば、前縁部に前縁プロテクタを適切に締結することが可能な翼及び翼の製造方法を提供することができる。
以下、本開示に係る翼及び翼の製造方法の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。本実施形態において、風力発電装置に用いられる翼を例に挙げて説明するが、これに限定されない。別の実施形態においては、航空機の翼やヘリコプターの翼（回転翼）であってもよい。また別の実施形態においては、エンジン、ガスタービンまたは蒸気タービンの動翼であってもよい。また別の実施形態においては、発電プラントや化学プラント等の送風機などに使用される翼であってもよい。
［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る翼３１が用いられる風力発電装置１００の一例を示す図である。図１に示すように、風力発電装置１００は、タワー１０と、発電機２０と、風車３０とを備える。タワー１０は、例えば地上等に設置され、頂部に発電機２０を支持する。発電機２０は、回転軸２１を有する。風車３０は、発電機２０の回転軸に取り付けられる。風車３０は、翼３１と、ハブ３２と、ロータ３３とを備える。翼３１は、少なくとも１本設けられ、ハブ３２に取り付けられる。ハブ３２は、ロータ３３に固定される。ロータ３３は、回転軸２１の回転中心軸を中心として回転可能に支持される。風力発電装置１００は、翼３１が風を受けることでロータ３３が回転し、ロータ３３の回転により発電機２０を駆動することで、風車３０の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。
図１は、本実施形態に係る翼３１が用いられる風力発電装置１００の一例を示す図である。図１に示すように、風力発電装置１００は、タワー１０と、発電機２０と、風車３０とを備える。タワー１０は、例えば地上等に設置され、頂部に発電機２０を支持する。発電機２０は、回転軸２１を有する。風車３０は、発電機２０の回転軸に取り付けられる。風車３０は、翼３１と、ハブ３２と、ロータ３３とを備える。翼３１は、少なくとも１本設けられ、ハブ３２に取り付けられる。ハブ３２は、ロータ３３に固定される。ロータ３３は、回転軸２１の回転中心軸を中心として回転可能に支持される。風力発電装置１００は、翼３１が風を受けることでロータ３３が回転し、ロータ３３の回転により発電機２０を駆動することで、風車３０の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。
図２は、翼３１の構成を示す模式図である。図２に示すように、翼３１は、翼本体３４を有する。翼本体３４は、翼長方向の両端に翼根部３４ａ及び翼先端部３４ｂを有し、翼コード方向の両端に前縁部３４ｃ及び後縁部３４ｄを有する。図３は、翼３１の一部を拡大して示す図である。図４は、図３におけるＡ－Ａ断面に沿った構成を示す図である。図２及び図３に示すように、翼３１は、翼部材４１と、前縁プロテクタ４２と、板状部材４３と、締結部材４４とを備える。
翼部材４１は、翼本体３４を構成する。翼部材４１は、例えばガラス繊維強化プラスチック、カーボン繊維強化プラスチック等の繊維強化プラスチック等を用いて形成される。翼部材４１は、翼本体３４の背側及び腹側に中空空間３５を形成するように互いに対向して配置され、前縁部３４ｃ及び後縁部３４ｄにおいて互いに接続される。
翼部材４１の中空空間３５には、ダウンコンダクタ３６が配置される。ダウンコンダクタ３６は、導電性材料を用いて形成される。ダウンコンダクタ３６は、翼３１が落雷を受けた際に、翼３１に生じる雷電流が流れる電路の少なくとも一部を構成する。ダウンコンダクタ３６は、中空空間３５の内部に翼長方向に沿って配置される。ダウンコンダクタ３６は、一端が翼先端部３４ｂに配置されたチップレセプタ３７に接続され、他端が翼根部３４ａ側に設けられる不図示のアース線に接続される。
前縁プロテクタ４２は、翼本体３４の前縁部３４ｃにおいて翼部材４１の表面４１ａを覆う。前縁プロテクタ４２は、前縁部３４ｃを覆うことにより、前縁部３４ｃを雨滴、砂塵等から保護し、翼本体３４のエロ－ジョン損傷を抑制する。前縁プロテクタ４２は、例えばチタン等の金属材料を用いて形成される。
板状部材４３は、翼本体３４の前縁部３４ｃにおいて翼部材４１の裏面４１ｂに配置される。板状部材４３は、例えば樹脂材料を用いて形成される。板状部材４３は、樹脂等で形成された接着材４３ａを介して翼部材４１の裏面４１ｂに接合される。接着材４３ａは、板状部材４３が裏面４１ｂから剥がれることを抑制する。また、接着材４３ａは、例えば板状部材４３に対して裏面４１ｂに沿った方向の力が作用する場合、変形して板状部材４３を裏面４１ｂに沿った方向に移動させることが可能となっている。このように、板状部材４３は、裏面４１ｂから離れる方向への移動が規制され、裏面４１ｂに沿った方向への移動が許容された状態で配置される。
締結部材４４は、前縁プロテクタ４２と、翼部材４１と、板状部材４３とを貫通して設けられる。締結部材４４は、前縁プロテクタ４２と板状部材４３とを挟持することで、前縁プロテクタ４２、翼部材４１及び板状部材４３を締結する。締結部材４４は、ヘッド部４４ａと、ファスナ部４４ｂと、軸部４４ｃとを有する。ヘッド部４４ａは、前縁プロテクタ４２を翼部材４１側に押圧する。ファスナ部４４ｂは、板状部材４３を翼部材４１側に押圧する。軸部４４ｃは、前縁プロテクタ４２、翼部材４１及び板状部材４３を貫通し、ヘッド部４４ａとファスナ部４４ｂとを接続する。本実施形態では、締結部材４４として、例えば前縁プロテクタ４２側からの操作によりファスナ部４４ｂが拡径するように変形可能なブラインドファスナが用いられる。
図４に示すように、前縁プロテクタ４２の表面４２ａには、ヘッド部４４ａの形状に対応する貫通孔４２ｃが形成される。ヘッド部４４ａは、貫通孔４２ｃを塞ぐように当該貫通孔４２ｃに収容される。このため、ヘッド部４４ａは、翼部材４１の表面４１ａに沿った方向に対する移動が規制された状態で配置される。この構成により、ヘッド部４４ａと貫通孔４２ｃの内周面との間に隙間が形成されることを抑制し、雨滴、砂塵等が入り込むことを抑制できる。本実施形態において、貫通孔４２ｃは、表面４２ａから翼部材４１側の裏面４２ｂに向けた方向（以下、深さ方向と表記する）に径が小さくなるテーパ状である。ヘッド部４４ａは、貫通孔４２ｃに対して深さ方向に係止した状態で配置される。
翼部材４１には、軸部４４ｃの径よりも大きい径の貫通孔４１ｃが形成される。貫通孔４１ｃの内周面は、軸部４４ｃとの間に隙間４１ｄを有するように形成される。この隙間４１ｄが設けられることにより、翼部材４１が変形する場合に当該隙間４１ｄに変形を逃がすことができる。つまり、翼部材４１が変形した場合、翼部材４１が軸部４４ｃをせん断する方向に力を加えることを抑制できる。
板状部材４３には、軸部４４ｃの径に対応する径の貫通孔４３ｃが形成される。例えば軸部４４ｃの外周面は、貫通孔４３ｃの内周面により支持された状態となっている。この構成により、ファスナ部４４ｂを拡径させる場合に、ファスナ部４４ｂが貫通孔４３ｃに入り込むことを抑制できる。このため、ファスナ部４４ｂにより板状部材４３を翼部材４１側に確実に押圧させることができる。また、板状部材４３が配置されることで、翼部材４１とファスナ部４４ｂとが接触しない状態となる。このため、翼部材４１が変形した場合、ファスナ部４４ｂに直接荷重がかかることを抑制できる。
次に、上記の翼３１の製造方法を説明する。図５から図９は、翼３１の製造過程の一例を示す図である。図１０は、翼３１の製造方法の一例を示すフローチャートである。まず、図５に示すように、翼部材４１を構成する背側部材４１ｐ及び腹側部材４１ｑのうち前縁部３４ｃに対応する部分の裏面４１ｂに板状部材４３を設置する（ステップＳ１０：図１０）。板状部材４３は、後の工程で貫通孔を形成し、締結部材４４で締結する際に剥がれないように接着剤４３ａにより保持する。
次に、図６に示すように、翼部材４１の背側部材４１ｐと腹側部材４１ｑとを接合して翼本体３４を形成する（ステップＳ２０：図１０）。この構成により、板状部材４３が翼本体３４の中空空間３５に収容される。
次に、図７に示すように、翼本体３４の前縁部３４ｃにおいて翼部材４１の表面４１ａに前縁プロテクタ４２を配置する（ステップＳ３０：図１０）。
次に、図８に示すように、前縁プロテクタ４２、翼部材４１及び板状部材４３を貫通する貫通孔４２ｃ、４１ｃ、４３ｃを形成する（ステップＳ４０：図１０）。この場合、締結部材４４を配置した場合に翼部材４１と軸部４４ｃとの間に隙間４１ｄが形成されるように、翼部材４１の貫通孔４１ｃの径を、軸部４４ｃの径よりも大きくなるように形成する。
次に、図９に示すように、締結部材４４を配置する。例えば、締結部材４４の軸部４４ｃ及び拡径前のファスナ部４４ｂを貫通孔４２ｃ、４１ｃ、４３ｃに順に挿入する。ファスナ部４４ｂが貫通孔４３ｃを通過して中空空間３５に到達した場合に、中空空間３５の外側から締結部材４４のヘッド部４４ａを操作することにより、ファスナ部４４ｂを拡径させる。ファスナ部４４ｂが拡径されることで、ファスナ部４４ｂが板状部材４３を中空空間３５側から翼部材４１側に押圧した状態となる。これにより、締結部材４４が翼部材４１と板状部材４３とを締結する（ステップＳ５０：図１０）。
以上のように、本実施形態に係る翼３１は、翼本体３４を形成する翼部材４１と、翼本体３４の前縁部３４ｃにおいて翼部材４１の表面４１ａを覆う前縁プロテクタ４２と、翼部材４１のうち前縁プロテクタ４２で覆われる面の裏面４１ｂに配置される板状部材４３と、前縁プロテクタ４２と翼部材４１と板状部材４３とを貫通して設けられ、前縁プロテクタ４２と板状部材４３とを挟持することで前縁プロテクタ４２、翼部材４１及び板状部材４３を締結する締結部材４４とを備え、翼部材４１は、締結部材４４との間に隙間４１ｄを有するように形成される。
この構成によれば、翼部材４１が締結部材４４との間に隙間４１ｄを有するように形成されるため、翼部材４１が変形する場合に当該隙間４１ｄに変形を逃がすことができ、翼部材４１が締結部材４４をせん断する方向に力を加えることを抑制できる。また、翼部材４１が板状部材４３を介して締結部材４４に締結されるため、翼部材４１と締結部材４４の締結部分であるファスナ部４４ｂとが接触しない状態となる。このため、翼部材４１が変形した場合、ファスナ部４４ｂに直接荷重がかかることを抑制できる。したがって、翼本体３４の前縁部３４ｃに前縁プロテクタ４２を適切に締結することが可能となる。
本実施形態に係る翼３１において、板状部材４３は、裏面４１ｂから離れる方向への移動が規制された状態で配置される。したがって、例えば締結部材４４を配置する場合等に、板状部材４３の剥がれを抑制できる。
本実施形態に係る翼３１において、板状部材４３は、裏面４１ｂに沿った方向への移動が許容された状態で配置される。したがって、翼部材４１が変形する場合に、翼部材４１と締結部材４４との間で板状部材４３が裏面４１ｂに沿った方向に移動することで、翼部材４１から締結部材４４に作用する力の一部を逃がすことができる。
本実施形態に係る翼３１において、板状部材４３は、樹脂材料で構成される。したがって、締結部材４４により締結する際、樹脂材料が圧縮されて撓むことでリラクゼーションが生じる。このリラクゼーションにより、締結部材４４の締結力が緩和されるため、軸部４４ｃに対するせん断荷重を抑制できる。
本実施形態に係る翼３１において、締結部材４４は、前縁プロテクタ４２を翼部材４１側に押圧するヘッド部４４ａと、板状部材４３を翼部材４１側に押圧するファスナ部４４ｂと、前縁プロテクタ４２、翼部材４１及び板状部材４３を貫通してヘッド部４４ａとファスナ部４４ｂとを接続する軸部４４ｃと、を有する。したがって、ヘッド部４４ａとファスナ部４４ｂとで前縁プロテクタ４２と板状部材４３とを確実に挟持することができるため、前縁プロテクタ４２を翼部材４１に対して適切に締結できる。
本実施形態に係る翼３１において、締結部材４４は、翼部材４１の表面４１ａに沿った方向へのヘッド部４４ａの移動が規制された状態で配置される。この構成により、ヘッド部４４ａと貫通孔４２ｃの内周面との間に隙間が形成されることを抑制し、雨滴、砂塵等が入り込むことを抑制できる。
本実施形態に係る翼３１において、締結部材４４は、前縁プロテクタ４２側からの操作によりファスナ部４４ｂが拡径するように変形可能なブラインドファスナである。したがって、翼部材４１を貼り合わせて翼本体３４を構成した後に締結部材４４による締結を行うことができる。
本実施形態に係る翼３１の製造方法は、翼部材４１を用いて形成される翼本体３４の前縁部３４ｃに、翼部材４１の表面４１ａを覆う前縁プロテクタ４２を配置する工程と、翼部材４１のうち前縁プロテクタ４２の裏側の面である裏面４１ｂに、板状部材４３を配置する工程と、前縁プロテクタ４２と翼部材４１と板状部材４３とを貫通する貫通孔を形成する工程と、貫通孔に締結部材４４を挿入して前縁プロテクタ４２と翼部材４１と板状部材４３とを締結する工程とを含み、貫通孔を形成する工程では、締結部材４４を配置した場合に前縁プロテクタ４２と締結部材４４の外周面との間に隙間４１ｄが有するように貫通孔を形成する。したがって、翼本体３４の前縁部３４ｃに前縁プロテクタ４２を適切に締結した構成の翼３１を効率的に製造することができる。
［第２実施形態］
次に、本開示の第２実施形態を説明する。図１１は、第２実施形態に係る翼１３１の一例を示す図である。図１１に示す翼１３１は、金属材料を用いて形成される板状部材１４３を有する点で、第１実施形態とは異なっている。
次に、本開示の第２実施形態を説明する。図１１は、第２実施形態に係る翼１３１の一例を示す図である。図１１に示す翼１３１は、金属材料を用いて形成される板状部材１４３を有する点で、第１実施形態とは異なっている。
本実施形態に係る翼１３１は、金属材料で構成される板状部材１４３が設けられることにより、締結部材４４により締結する場合にリラクゼーションが発生しにくくなる。したがって、締結部材４４による締結力を維持しつつ、翼部材４１が変形する場合には板状部材１４３により締結部材４４への力の作用を逃がすことができる。
［第３実施形態］
次に、本開示の第３実施形態を説明する。図１２は、第３実施形態に係る翼２３１の一例を示す図である。図１２に示す翼２３１は、板状部材４３が翼部材４１に接合されず、支持部材４５及び弾性部材４６を更に備える構成である。なお、弾性部材４６に代えて、例えば所定の荷重で塑性変形する他の部材が設けられてもよい。
次に、本開示の第３実施形態を説明する。図１２は、第３実施形態に係る翼２３１の一例を示す図である。図１２に示す翼２３１は、板状部材４３が翼部材４１に接合されず、支持部材４５及び弾性部材４６を更に備える構成である。なお、弾性部材４６に代えて、例えば所定の荷重で塑性変形する他の部材が設けられてもよい。
支持部材４５は、側壁部４５ａと、突出部４５ｂとを有する。側壁部４５ａは、翼部材４１の裏面４１ｂに接合される。側壁部４５ａは、板状部材４３のうち裏面４１ｂに沿った方向の外周部を囲う。突出部４５ｂは、側壁部４５ａから板状部材４３側に突出して板状部材４３を支持する。突出部４５ｂは、板状部材４３が翼部材４１の裏面４１ｂから離れる方向への移動を規制する。
弾性部材４６は、側壁部４５ａと板状部材４３との間に配置される。弾性部材４６は、板状部材４３のうち裏面４１ｂに沿った方向の外周部の少なくとも一部に接触する。弾性部材４６としては、例えば発泡体等が用いられる。弾性部材４６は、板状部材４３が裏面４１ｂに沿った方向へ移動しようとする場合、弾性変形して移動を許容する。弾性部材４６は、板状部材４３に対して翼部材４１側から力が作用しない場合、板状部材４３が裏面４１ｂに沿った方向にずれることを抑制する。
以上のように、本実施形態に係る翼２３１は、板状部材４３のうち裏面４１ｂに沿った方向の外周部を囲い、少なくとも一部が板状部材４３側に突出して板状部材４３の裏面４１ｂから離れる方向への移動を規制する支持部材４５を更に備える。したがって、板状部材４３を翼部材４１に接合することなく、板状部材４３が翼部材４１の裏面４１ｂから離れる方向へ移動することを規制できる。このため、板状部材４３を裏面４１ｂに沿った方向に移動しやすくすることができる。
また、本実施形態に係る翼２３１は、板状部材４３のうち裏面４１ｂに沿った方向の外周部の少なくとも一部に接触し、板状部材４３の裏面４１ｂに沿った方向への移動により弾性変形して移動を許容する弾性部材を更に備える。したがって、板状部材４３が翼部材４１側からの力を受けて裏面４１ｂに沿った方向へ移動しようとする場合、弾性変形して移動を許容することができる。また、板状部材４３に対して翼部材４１側から力が作用しない場合、板状部材４３が裏面４１ｂに沿った方向にずれることを抑制することができる。
［第４実施形態］
次に、本開示の第４実施形態を説明する。図１３は、第４実施形態に係る翼３３１の一例を示す図である。図１３に示す翼３３１は、第３実施形態に係る翼２３１の構成に対して、複数の板状部材２４３が積層された状態で設けられる点で異なっており、他の構成については第３実施形態に係る翼２３１と同様である。
次に、本開示の第４実施形態を説明する。図１３は、第４実施形態に係る翼３３１の一例を示す図である。図１３に示す翼３３１は、第３実施形態に係る翼２３１の構成に対して、複数の板状部材２４３が積層された状態で設けられる点で異なっており、他の構成については第３実施形態に係る翼２３１と同様である。
複数の板状部材２４３は、例えば樹脂材料又は金属材料を用いて形成される。本実施形態では、２枚の板状部材２４３が配置された構成である。以下、２枚の板状部材２４３を区別する場合、板状部材２４３ａ、２４３ｂと表記する。
板状部材２４３ａは、翼部材４１の裏面４１ｂに接合される。板状部材２４３ａには、締結部材４４の軸部４４ｃが貫通する貫通孔２４３ｃが形成される。貫通孔２４３ｃは、板状部材２４３ａと軸部４４ｃとの間に隙間が形成されるように、例えば軸部４４ｃの径よりも大きい径で形成される。
板状部材２４３ｂは、板状部材２４３ａに対して中空空間３５側に配置される。板状部材２４３ｂは、支持部材４５の突出部４５ｂに支持された状態で設けられる。板状部材２４３ｂには、軸部４４ｃが貫通する貫通孔２４３ｄが形成される。貫通孔２４３ｄは、締結部材４４のファスナ部４４ｂが入り込まないように、ファスナ部４４ｂよりも小さい径で形成される。
板状部材２４３ａ及び板状部材２４３ｂは、それぞれ剛性の高い樹脂材料又は金属材料等を用いて形成される。板状部材２４３ａ及び板状部材２４３ｂは、それぞれ対向面に摺動層２４３ｅ、２４３ｆを有する。摺動層２４３ｅ、２４３ｆは、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、カーボン等のような摩擦係数の低い材料が用いて板状に形成される。摺動層２４３ｅは、板状部材２４３ａに接合される。また、摺動層２４３ｆは、板状部材２４３ｂに接合される。この構成により、板状部材２４３ａ、２４３ｂの剛性を確保しつつ、摺動層２４３ｅ、２４３ｆにより板状部材２４３ａと板状部材２４３ｂとを裏面４１ｂに沿って摺動させることができる。板状部材２４３ｂは、ファスナ部４４ｂに接する面２４３ｇが粗面となるように形成される。この構成では、ファスナ部４４ｂと板状部材２４３ｂとの間に摩擦力が発生する。この摩擦力により、ファスナ部４４ｂと板状部材２４３ｂとができるだけ一体で摺動することになる。
以上のように、本実施形態に係る翼３３１において、板状部材２４３は、複数積層された状態で設けられる。したがって、翼部材４１が変形する際、複数の板状部材２４３が順次移動することで翼部材４１側からの力を効率的に逃がすことができる。
本実施形態に係る翼３３１において、複数の板状部材２４３は、互いに対向する面に摺動層２４３ｅ、２４３ｆを有する。したがって、摺動層２４３ｅ、２４３ｆで複数の板状部材２４３を摺動させることにより、複数の板状部材２４３の相対的な移動を発生しやすくすることができる。このため、翼部材４１からの力を効率的に逃がすことができる。
本実施形態に係る翼３３１において、板状部材２４３ｂは、ファスナ部４４ｂに接する面２４３ｇが粗面となるように形成される。この構成により、ファスナ部４４ｂと板状部材２４３ｂとの間に摩擦力を発生させることができ、この摩擦力によりファスナ部４４ｂと板状部材２４３ｂとをできるだけ一体で摺動させることができる。
［第５実施形態］
次に、本開示の第５実施形態を説明する。図１４は、第５実施形態に係る翼４３１の一例を示す図である。図１４に示す翼４３１において、締結部材４４４は、軸部４４４ｃとファスナ部４４４ｂとがネジ接合されるボルトナット機構である。また、板状部材４４３は、ナットプレートである。他の構成については、第１実施形態に係る翼３１と同様である。
次に、本開示の第５実施形態を説明する。図１４は、第５実施形態に係る翼４３１の一例を示す図である。図１４に示す翼４３１において、締結部材４４４は、軸部４４４ｃとファスナ部４４４ｂとがネジ接合されるボルトナット機構である。また、板状部材４４３は、ナットプレートである。他の構成については、第１実施形態に係る翼３１と同様である。
板状部材４４３は、プレート部材４４３ａと、固定用ボルト４４３ｂと、スライダ４４３ｃとを有する。プレート部材４４３ａは、例えば金属材料を用いて板状に形成される。プレート部材４４３ａは、固定用ボルト４４３ｂにより翼部材４１の裏面４１ｂに固定される。プレート部材４４３ａは、厚さ方向に貫通する開口部４４３ｄを有する。スライダ４４３ｃは、プレート部材４４３ａの開口部４４３ｄを跨ぐように配置され、プレート部材４４３ａに対して移動可能に設けられる。スライダ４４３ｃは、締結部材４４４の軸部４４４ｃを貫通する貫通孔４４３ｅを有する。
締結部材４４４は、軸部４４４ｃがプレート部材４４３ａの開口部４４３ｄとスライダ４４３ｃの貫通孔４４３ｅとを貫通するように配置される。ファスナ部４４４ｂは、軸部４４４ｃの端部からネジ接合され、スライダ４４３ｃをプレート部材４４３ａ側に押圧することで締結される。ファスナ部４４４ｂと軸部４４４ｃとのネジ接合を調整することにより、スライダ４４３ｃがプレート部材４４３ａを押圧する力を調整可能である。
翼部材４１が変形する場合、翼部材４１からの力がプレート部材４４３ａに伝わり、プレート部材４４３ａとスライダ４４３ｃとが翼部材４１の裏面４１ｂに沿った方向に相対的に移動する。この移動により、翼部材４１が変形した場合、ファスナ部４４４ｂに直接荷重がかかることを抑制できる。
以上のように、本実施形態に係る翼４３１において、締結部材４４４は、軸部４４４ｃとファスナ部４４４ｂとがネジ接合されるボルトナット機構であり、板状部材４４３は、開口部４４３ｄを有するプレート部材４４３ａと、開口部４４３ｄを跨ぐように配置されプレート部材４４３ａに対して相対的に移動可能なスライダ４４３ｃとを有するナットプレートである。したがって、翼部材４１が変形する場合、翼部材４１からの力がプレート部材４４３ａに伝わり、プレート部材４４３ａとスライダ４４３ｃとが翼部材４１の裏面４１ｂに沿った方向に相対的に移動する。この移動により、翼部材４１が変形した場合、ファスナ部４４４ｂに直接荷重がかかることを抑制できる。
［第６実施形態］
次に、本開示の第６実施形態を説明する。図１５は、第６実施形態に係る翼５３１の一例を示す図である。図１５に示す翼５３１において、プレート部材４４３ａと固定用ボルト４４３ｂとの間が翼部材４１の裏面４１ｂに沿った方向に相対的に移動可能となっている。他の構成については、第５実施形態に係る翼４３１と同様である。
次に、本開示の第６実施形態を説明する。図１５は、第６実施形態に係る翼５３１の一例を示す図である。図１５に示す翼５３１において、プレート部材４４３ａと固定用ボルト４４３ｂとの間が翼部材４１の裏面４１ｂに沿った方向に相対的に移動可能となっている。他の構成については、第５実施形態に係る翼４３１と同様である。
本実施形態に係る翼５３１において、板状部材４４３は、プレート部材４４３ａと固定用ボルト４４３ｂとの間に隙間４４３ｆが形成されている。この隙間４４３ｆにより、板状部材４４３は、プレート部材４４３ａと固定用ボルト４４３ｂとの間が相対的に移動可能である。したがって、翼部材４１が変形する場合、翼部材４１からの力がプレート部材４４３ａに伝わる際、プレート部材４４３ａが翼部材４１に対して裏面４１ｂに沿った方向に移動することが可能となる。この移動により、翼部材４１が変形した場合、ファスナ部４４４ｂに直接荷重がかかることをより効率的に抑制できる。
第１実施形態に係る翼３１は、ロータ３３と一体で回転する翼本体３４を形成する翼部材４１と、翼本体３４の前縁部３４ｃにおいて翼部材４１の表面４１ａを覆う前縁プロテクタ４２と、翼部材４１のうち前縁プロテクタ４２で覆われる面の裏面４１ｂに配置される板状部材４３と、前縁プロテクタ４２と翼部材４１と板状部材４３とを貫通して設けられ、前縁プロテクタ４２と板状部材４３とを挟持することで前縁プロテクタ４２、翼部材４１及び板状部材４３を締結する締結部材４４とを備え、翼部材４１は、締結部材４４との間に隙間４１ｄを有するように形成される。この構成によれば、翼部材４１が締結部材４４との間に隙間４１ｄを有するように形成されるため、翼部材４１が変形する場合に当該隙間４１ｄに変形を逃がすことができ、翼部材４１が締結部材４４をせん断する方向に力を加えることを抑制できる。また、翼部材４１が板状部材４３を介して締結部材４４に締結されるため、翼部材４１と締結部材４４の締結部分であるファスナ部４４ｂとが接触しない状態となる。このため、翼部材４１が変形した場合、ファスナ部４４ｂに直接荷重がかかることを抑制できる。したがって、翼本体３４の前縁部３４ｃに前縁プロテクタ４２を適切に締結することが可能となる。
第１実施形態に係る翼３１において、板状部材４３は、裏面４１ｂから離れる方向への移動が規制された状態で配置される。したがって、例えば締結部材４４を配置する場合等に、板状部材４３の剥がれを抑制できる。
第３実施形態に係る翼２３１は、板状部材４３のうち裏面４１ｂに沿った方向の外周部を囲い、少なくとも一部が板状部材４３側に突出して板状部材４３の裏面４１ｂから離れる方向への移動を規制する支持部材４５を更に備える。したがって、板状部材４３を翼部材４１に接合することなく、板状部材４３が翼部材４１の裏面４１ｂから離れる方向へ移動することを規制できる。このため、板状部材４３を裏面４１ｂに沿った方向に移動しやすくすることができる。
第１実施形態に係る翼３１において、板状部材４３は、裏面４１ｂに沿った方向への移動が許容された状態で配置される。したがって、翼部材４１が変形する場合に、翼部材４１と締結部材４４との間で板状部材４３が裏面４１ｂに沿った方向に移動することで、翼部材４１から締結部材４４に作用する力の一部を逃がすことができる。
第３実施形態に係る翼２３１は、板状部材４３のうち裏面４１ｂに沿った方向の外周部の少なくとも一部に接触し、板状部材４３の裏面４１ｂに沿った方向への移動により弾性変形して移動を許容する弾性部材を更に備える。したがって、板状部材４３が翼部材４１側からの力を受けて裏面４１ｂに沿った方向へ移動しようとする場合、弾性変形して移動を許容することができる。また、板状部材４３に対して翼部材４１側から力が作用しない場合、板状部材４３が裏面４１ｂに沿った方向にずれることを抑制することができる。
第１実施形態に係る翼３１において、板状部材４３は、樹脂材料で構成される。したがって、締結部材４４により締結する際、樹脂材料が圧縮されて撓むことでリラクゼーションが生じる。このリラクゼーションにより、締結部材４４の締結力が緩和されるため、軸部４４ｃに対するせん断荷重を抑制できる。
第２実施形態に係る翼１３１は、金属材料で構成される板状部材１４３が設けられることにより、締結部材４４により締結する場合にリラクゼーションが発生しにくくなる。したがって、締結部材４４による締結力を維持しつつ、翼部材４１が変形する場合には板状部材１４３により締結部材４４への力の作用を逃がすことができる。
第４実施形態に係る翼３３１において、板状部材２４３は、複数積層された状態で設けられる。したがって、翼部材４１が変形する際、複数の板状部材２４３が順次移動することで翼部材４１側からの力を効率的に逃がすことができる。
第４実施形態に係る翼３３１において、複数の板状部材２４３は、互いに対向する面に摺動層２４３ｅ、２４３ｆを有する。したがって、摺動層２４３ｅ、２４３ｆで複数の板状部材２４３を摺動させることにより、複数の板状部材２４３の相対的な移動を発生しやすくすることができる。このため、翼部材４１からの力を効率的に逃がすことができる。
第１実施形態に係る翼３１において、締結部材４４は、前縁プロテクタ４２を翼部材４１側に押圧するヘッド部４４ａと、板状部材４３を翼部材４１側に押圧するファスナ部４４ｂと、前縁プロテクタ４２、翼部材４１及び板状部材４３を貫通してヘッド部４４ａとファスナ部４４ｂとを接続する軸部４４ｃと、を有する。したがって、ヘッド部４４ａとファスナ部４４ｂとで前縁プロテクタ４２と板状部材４３とを確実に挟持することができるため、前縁プロテクタ４２を翼部材４１に対して適切に締結できる。
第１実施形態に係る翼３１において、締結部材４４は、翼部材４１の表面４１ａに沿った方向へのヘッド部４４ａの移動が規制された状態で配置される。この構成により、ヘッド部４４ａと貫通孔４２ｃの内周面との間に隙間が形成されることを抑制し、雨滴、砂塵等が入り込むことを抑制できる。
第１実施形態に係る翼３１において、締結部材４４は、前縁プロテクタ４２側からの操作によりファスナ部４４ｂが拡径するように変形可能なブラインドファスナである。したがって、翼部材４１を貼り合わせて翼本体３４を構成した後に締結部材４４による締結を行うことができる。
第４実施形態に係る翼３３１において、板状部材２４３ｂは、ファスナ部４４ｂに接する面２４３ｇが粗面となるように形成される。この構成により、ファスナ部４４ｂと板状部材２４３ｂとの間に摩擦力を発生させることができ、この摩擦力によりファスナ部４４ｂと板状部材２４３ｂとをできるだけ一体で摺動させることができる。
第５実施形態に係る翼４３１において、締結部材４４４は、軸部４４４ｃとファスナ部４４４ｂとがネジ接合されるボルトナット機構であり、板状部材４４３は、開口部４４３ｄを有するプレート部材４４３ａと、開口部４４３ｄを跨ぐように配置されプレート部材４４３ａに対して相対的に移動可能なスライダ４４３ｃとを有するナットプレートである。したがって、翼部材４１が変形する場合、翼部材４１からの力がプレート部材４４３ａに伝わり、プレート部材４４３ａとスライダ４４３ｃとが翼部材４１の裏面４１ｂに沿った方向に相対的に移動する。この移動により、翼部材４１が変形した場合、ファスナ部４４４ｂに直接荷重がかかることを抑制できる。
第６実施形態に係る翼５３１において、板状部材４４３は、プレート部材４４３ａと固定用ボルト４４３ｂとの間に隙間４４３ｆが形成されている。この隙間４４３ｆにより、板状部材４４３は、プレート部材４４３ａと固定用ボルト４４３ｂとの間が相対的に移動可能である。したがって、翼部材４１が変形する場合、翼部材４１からの力がプレート部材４４３ａに伝わる際、プレート部材４４３ａが翼部材４１に対して裏面４１ｂに沿った方向に移動することが可能となる。この移動により、翼部材４１が変形した場合、ファスナ部４４４ｂに直接荷重がかかることをより効率的に抑制できる。
第１実施形態に係る翼３１の製造方法は、翼部材４１を用いて形成される翼本体３４の前縁部３４ｃに、翼部材４１の表面４１ａを覆う前縁プロテクタ４２を配置する工程と、翼部材４１のうち前縁プロテクタ４２の裏側の面である裏面４１ｂに、板状部材４３を配置する工程と、前縁プロテクタ４２と翼部材４１と板状部材４３とを貫通する貫通孔を形成する工程と、貫通孔に締結部材４４を挿入して前縁プロテクタ４２と翼部材４１と板状部材４３とを締結する工程とを含み、貫通孔を形成する工程では、締結部材４４を配置した場合に前縁プロテクタ４２と締結部材４４の外周面との間に隙間４１ｄが有するように貫通孔を形成する。したがって、翼本体３４の前縁部３４ｃに前縁プロテクタ４２を適切に締結した構成の翼３１を効率的に製造することができる。
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では、風力発電装置１００に用いられる翼３１を例に挙げて説明したが、これに限定されない。上記実施形態の説明は、例えば航空機の翼又はヘリコプターのプロペラに用いられる翼（回転翼）、エンジン、ガスタービンまたは蒸気タービンの動翼、発電プラントや化学ブラント等の送風機などに使用される翼等、他の翼に対しても適用可能である。
１０ タワー
２０ 発電機
２１ 回転軸
３０ 風車
３１，１３１，２３１，３３１，４３１，５３１ 翼
３２ ハブ
３３ ロータ
３４ 翼本体
３４ａ 翼根部
３４ｂ 翼先端部
３４ｃ 前縁部
３４ｄ 後縁部
３５ 中空空間
３６ ダウンコンダクタ
３７ チップレセプタ
４１ 翼部材
４１ａ，４２ａ 表面
４１ｂ，４２ｂ 裏面
４１ｃ，４２ｃ，４３ｃ，２４３ｃ，２４３ｄ，４４３ｅ 貫通孔
４１ｄ 隙間
４２ 前縁プロテクタ
４３，１４３，１４４，２４３，２４３ａ，２４３ｂ，４４３ 板状部材
４３ａ 接着材
４４，４４４ 締結部材
４４ａ ヘッド部
４４ｂ，４４４ｂ ファスナ部
４４ｃ，４４４ｃ 軸部
４５ 支持部材
４５ａ 側壁部
４５ｂ 突出部
４６ 弾性部材
１００ 風力発電装置
２４３ｅ，２４３ｆ 摺動層
４４３ａ プレート部材
４４３ｂ 固定用ボルト
４４３ｃ スライダ
４４３ｄ 開口部
４４３ｆ 隙間
２０ 発電機
２１ 回転軸
３０ 風車
３１，１３１，２３１，３３１，４３１，５３１ 翼
３２ ハブ
３３ ロータ
３４ 翼本体
３４ａ 翼根部
３４ｂ 翼先端部
３４ｃ 前縁部
３４ｄ 後縁部
３５ 中空空間
３６ ダウンコンダクタ
３７ チップレセプタ
４１ 翼部材
４１ａ，４２ａ 表面
４１ｂ，４２ｂ 裏面
４１ｃ，４２ｃ，４３ｃ，２４３ｃ，２４３ｄ，４４３ｅ 貫通孔
４１ｄ 隙間
４２ 前縁プロテクタ
４３，１４３，１４４，２４３，２４３ａ，２４３ｂ，４４３ 板状部材
４３ａ 接着材
４４，４４４ 締結部材
４４ａ ヘッド部
４４ｂ，４４４ｂ ファスナ部
４４ｃ，４４４ｃ 軸部
４５ 支持部材
４５ａ 側壁部
４５ｂ 突出部
４６ 弾性部材
１００ 風力発電装置
２４３ｅ，２４３ｆ 摺動層
４４３ａ プレート部材
４４３ｂ 固定用ボルト
４４３ｃ スライダ
４４３ｄ 開口部
４４３ｆ 隙間
Claims (16)
- 翼本体を形成する翼部材と、
前記翼本体の前縁部において前記翼部材の表面を覆う前縁プロテクタと、
前記翼部材のうち前記前縁プロテクタで覆われる面の裏面に配置される板状部材と、
前記前縁プロテクタと前記翼部材と前記板状部材とを貫通して設けられ、前記前縁プロテクタと前記板状部材とを挟持することで前記前縁プロテクタ、前記翼部材及び前記板状部材を締結する締結部材と
を備え、
前記翼部材は、前記締結部材との間に隙間を有するように形成される
翼。 - 前記板状部材は、前記裏面から離れる方向への移動が規制された状態で配置される
請求項１に記載の翼。 - 前記板状部材のうち前記裏面に沿った方向の外周部を囲い、少なくとも一部が前記板状部材側に突出して前記板状部材の前記裏面から離れる方向への移動を規制する支持部材を更に備える
請求項２に記載の翼。 - 前記板状部材は、前記裏面に沿った方向への移動が許容された状態で配置される
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の翼。 - 前記板状部材のうち前記裏面に沿った方向の外周部の少なくとも一部に接触し、前記板状部材の前記裏面に沿った方向への移動により弾性変形して前記移動を許容する弾性部材を更に備える
請求項４に記載の翼。 - 前記板状部材は、樹脂材料で構成される
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の翼。 - 前記板状部材は、金属材料で構成される
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の翼。 - 前記板状部材は、複数積層された状態で設けられる
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の翼。 - 複数の前記板状部材は、互いに対向する面に摺動層を有する
請求項８に記載の翼。 - 前記締結部材は、前記前縁プロテクタを前記翼部材側に押圧するヘッド部と、前記板状部材を前記翼部材側に押圧するファスナ部と、前記前縁プロテクタ、前記翼部材及び前記板状部材を貫通して前記ヘッド部と前記ファスナ部とを接続する軸部と、を有する
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の翼。 - 前記締結部材は、前記翼部材の前記表面に沿った方向への前記ヘッド部の移動が規制された状態で配置される
請求項１０に記載の翼。 - 前記締結部材は、前記前縁プロテクタ側からの操作により前記ファスナ部が拡径するように変形可能なブラインドファスナである
請求項１０又は請求項１１に記載の翼。 - 前記板状部材は、前記ファスナ部に接する面が粗面となるように形成される
請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載の翼。 - 前記締結部材は、前記軸部と前記ファスナ部とがネジ接合されるボルトナット機構であり、
前記板状部材は、ナットプレートである
請求項１０又は請求項１１に記載の翼。 - 前記ナットプレートは、プレート部材と、前記プレート部材を前記翼部材に固定する固定用ボルトとを有し、
前記プレート部材は、前記固定用ボルトとの間に隙間が形成される
請求項１４に記載の翼。 - 翼部材を用いて形成される翼本体の前縁部に、前記翼部材の表面を覆う前縁プロテクタを配置する工程と、
前記翼部材のうち前記前縁プロテクタで覆われる面の裏面に、板状部材を配置する工程と、
前記前縁プロテクタと前記翼部材と前記板状部材とを貫通する貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔に締結部材を挿入して前記前縁プロテクタと前記翼部材と前記板状部材とを締結する工程と
を含み、
前記貫通孔を形成する工程では、前記締結部材を配置した場合に前記前縁プロテクタと前記締結部材との間に隙間が有するように前記貫通孔を形成する
翼の製造方法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP2021139304A JP2023032927A (ja) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 翼及び翼の製造方法 |
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