(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側から厚さ方向に形成された複数の切れ目を有する板状の合成樹脂材と、
前記合成樹脂材の他面側に貼付されたシート材と、
を有する層部材を備え、
前記層部材が複数積層された強化プラスチック構造体。
【請求項２】
前記切れ目は、前記合成樹脂材の前記一面側の幅が前記他面側に比べて広い請求項１に記載の強化プラスチック構造体。
【請求項３】
板状の合成樹脂材に一面側から厚さ方向に複数の切れ目を形成するステップと、
前記合成樹脂材の他面側にシート材を貼付するステップと、
前記合成樹脂材と前記シート部材を有する層部材を積層するステップと、
を含む強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項４】
一面側から厚さ方向に形成された複数の切れ目を有する板状の芯材と、
前記芯材の他面側に貼付されたシート材と、
を有する層部材を備え、
前記層部材が複数積層された構造体。
【請求項５】
請求項１もしくは２に記載の強化プラスチック構造体、または請求項４に記載の構造体を備える風車ブレード。
【請求項６】
請求項５に記載の風車ブレードを備える風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層構造を有する強化プラスチック構造体、強化プラスチック構造体の製造方法、構造体、風車ブレードおよび風車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置に用いられる風車ブレードは、外周面を覆いつつ空力形状を構成する外皮と、外皮の内側に設けられる強度部材のスパー、スパーを連結するスパーキャップ、外皮の内面に沿って面状に設けられ、ブレードの座屈防止の役割を担うコア材などからなる。風車ブレードのコア材は、広面積であり、一般に複数のバルサ合板材が並べられて構成される。特許文献１では、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）構造体およびその製造方法の発明であって、構造体を大型にすることが可能な技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２５４５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
風車ブレードのコア材として、バルサ合板材を使用する場合があるが、バルサ合板材の最大サイズは、合板製造装置によって制限される。例えば、バルサ合板材の最大サイズが1,200mm×600mmである場合、風車ブレードのコア材を形成するためには、図８に示すように、外皮３１を形成するガラス繊維や炭素繊維などの強化繊維上に、バルサ合板材３２を風車ブレード３０の長さ方向に、バルサ合板材の最大幅である600mmピッチで並べていく作業が必要になる。風車ブレード３０は、例えば全長50mのものがあり、この場合、多数のバルサ合板材３２が並べられることになる。
【０００５】
並べられた各バルサ合板材３２は固定されておらず、それぞれ独立して動くことができ、またブレード形状は単純な平面ではなく曲面形状であるため、各バルサ合板材３２のつなぎ目３３にてずれが生じ、つなぎ目３３に接する部分のＦＲＰの風車ブレードの外皮を構成する強化繊維に皺ができやすい。そして、強化繊維の皺が強度低下の要因となるため、バルサ合板材３２の設置精度には十分に注意を払わなければならない。
【０００６】
したがって、バルサ合板材３２の積層作業は、製造工程の中で工数が多い工程である上に、品質重視の観点からは作業を簡略化することも難しく、生産サイクルの短縮化におけるボトルネックとなっている。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、部材が独立して動くことによるずれが生じにくく、かつ設置場所へ容易に設置することが可能な強化プラスチック構造体、強化プラスチック構造体の製造方法、構造体、風車ブレードおよび風車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の強化プラスチック構造体、強化プラスチック構造体の製造方法、構造体、風車ブレードおよび風車は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る強化プラスチック構造体は、一面側から厚さ方向に形成された複数の切れ目を有する板状の合成樹脂材と、合成樹脂材の他面側に貼付されたシート材とを有する層部材を備え、層部材が複数積層されている。
【０００９】
この発明によれば、複数の層部材が積層されており、各層部材は合成樹脂材とシート材からなる。これにより、合成樹脂材とシート材が交互に配置され、強度の高い構造体を得ることができる。層部材の板状の合成樹脂材には、一面側から厚さ方向に切れ目が形成され、他面側にシート材が貼付される。そのため、層部材は、切れ目に沿って折り曲げ可能であり、曲面形状の型に沿って配置できる。複数の切れ目が互いに平行に形成されている場合、層部材は、巻き取り可能になるため、一方向に長い部材であっても搬出入が容易になる。
【００１０】
また、層部材は、合成樹脂材やシート材からなるため、容易に一方向に長い単一部材とすることができ、サイズが限られた部材（例えばバルサ合板材など）を面状に並べたときに生じるずれの問題がない。さらに、合成樹脂材が切れ目によって複数のブロックに分割されても、個々のブロックは、シート材によって連結されていることから、層部材を連続した一つの部材として扱うことができ、設置精度を向上させることができる。シート材は、例えば繊維からなる布地であり、この場合、構造体は繊維強化プラスチック構造体となる。
【００１１】
上記発明において、切れ目は、前記合成樹脂材の前記一面側の幅が前記他面側に比べて広くてもよい。
【００１２】
この発明によれば、切れ目は、断面が例えば楔形形状または台形形状となるため、シート材の面の方向に対して凸になるように曲げて、曲面形状に追従させて配置することが容易になる。また、切れ目内部に合成樹脂が流入しやすくなり、構造体内部に敷設する樹脂注入用配管を低減できる。
【００１３】
また、本発明に係る強化プラスチック構造体の製造方法は、板状の合成樹脂材に一面側から厚さ方向に複数の切れ目を形成するステップと、合成樹脂材の他面側にシート材を貼付するステップと、合成樹脂材と前記シート部材を有する層部材を積層するステップとを含む。
【００１４】
この発明によれば、複数の層部材が積層されており、各層部材は合成樹脂材とシート材からなる強化プラスチック構造体が製造される。この構造体の層部材は切れ目に沿って折り曲げ可能であり、曲面形状の型に沿って配置できる。また、合成樹脂材が一方向に長い単一部材であれば、サイズが限られた部材（例えばバルサ合板材など）を面状に並べたときに生じるずれの問題がない。さらに、合成樹脂材が切れ目によって複数のブロックに分割されても、個々のブロックは、シート材によって連結されていることから、層部材を連続した一つの部材として扱うことができ、設置精度を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明に係る構造体は、一面側から厚さ方向に形成された複数の切れ目を有する板状の芯材と、芯材の他面側に貼付されたシート材とを有する層部材を備え、層部材が複数積層されている。
【００１６】
この発明によれば、複数の層部材が積層されており、各層部材は芯材とシート材からなる。これにより、芯材とシート材が交互に配置され、強度の高い構造体を得ることができる。層部材の板状の芯材には、一面側から厚さ方向に切れ目が形成され、他面側にシート材が貼付される。そのため、層部材は切れ目に沿って折り曲げ可能であり、曲面形状の型に沿って配置できる。複数の切れ目が互いに平行に形成されている場合、層部材は巻き取り可能になるため、一方向に長い部材であっても搬出入が容易になる。
【００１７】
また、芯材が切れ目によって複数のブロックに分割されても、個々のブロックは、シート材によって連結されていることから、層部材を連続した一つの部材として扱うことができ、設置精度を向上させることができる。さらに、芯材の個々のブロックはシート材に連結されているため、シート材に接合されていないブロックを面状に並べたときに生じるずれの問題がない。芯材が合成樹脂材であり、シート材が繊維からなる布地である場合、構造体は繊維強化プラスチック構造体となる。なお、芯材は、バルサ合成材などの木材でもよい。
【００１８】
また、本発明に係る風車ブレードは、上記の強化プラスチック構造体、または上記の構造体を備える。さらに、本発明に係る風車は、上記の風車ブレードを備える。
これらの発明によれば、上記の強化プラスチック構造体または構造体を備えることによって、風車ブレードや風車を容易に製造することが可能となり、サイズが限られた部材からなる強化プラスチック構造体や構造体を使用したときに比べて、強度低下を回避できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、強化プラスチック構造体および構造体は、部材が独立して動くことによるずれが生じにくく、かつ設置場所へ容易に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るＦＲＰ構造体を示す斜視図である。
【図２】図１の部分拡大斜視図である。
【図３】コア材としてＦＲＰ構造体を設置した風車ブレードを示す上面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図５】ＦＲＰ構造体の巻き取り状態を示す側面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るＦＲＰ構造体の第１の変形例を示す側面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るＦＲＰ構造体の第２の変形例を使用したコア材を示す側面図である。
【図８】コア材としてバルサ合板材を設置した風車ブレードを示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、本発明の一実施形態に係るＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics：繊維強化プラスチック）構造体１の構成について、図１〜図４を用いて説明する。
【００２２】
本実施形態のＦＲＰ構造体１は、図３および図４に示すように、例えば風力発電装置の風車ブレード１０のコア材に使用される。コア材は、風車ブレード１０の外皮１１に沿って設けられ、風車ブレード１０の長手方向に沿って長く設置される。
【００２３】
ＦＲＰ構造体１は、複数の層部材が積層されたものであり、各層部材は合成樹脂材２とシート材４からなる。ＦＲＰ構造体１では、合成樹脂材２とシート材４が交互に配置され、強度の高い構造体を得ることができる。
【００２４】
合成樹脂材２は、板状部材であり、例えば発泡材である。合成樹脂材２は、図２に示すように厚さ方向に貫通した貫通穴７が設けられてもよい。合成樹脂材２は、風車ブレード１０のコア材として使用される場合、クローズドセル構造の発泡材であることが望ましい。すなわち、ＶａＲＴＭ（Vacuum Assisted Resin Transfer Molding）法によるＦＲＰの形成において、風車ブレード１０のコア材部分には、厚さ方向の貫通穴７や、面内方向に平行な流路（図示せず。）が設けられて、エポキシ樹脂などの母材樹脂（マトリクス樹脂）がコア材の周囲の強化繊維に含浸される。しかし、母材樹脂が合成樹脂材２の貫通穴７や流路以外に浸透して、コア材全体に母材樹脂が満たされることは重量増加の点から望ましくない。そのため、オープンセル構造の発泡材ではなく、クローズドセル構造の発泡材が望ましい。
【００２５】
合成樹脂材２は、例えばＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの合成樹脂製である。なお、本明細書では、シート材４に貼付される部材が合成樹脂材２である場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、バルサ合板材などの木材でもよい。
【００２６】
合成樹脂材２には、一面側から厚さ方向に切れ目３が形成される。切れ目３は、例えば図１および図２に示すように、格子状に設けられ、一方向（例えばＦＲＰ構造体１の長手方向）に平行な複数の切れ目３と、一方向に対して垂直方向（例えばＦＲＰ構造体１の幅方向）の複数の切れ目３からなる。図１および図２に示す切れ目３の幅は、厚さ方向に一定である。切れ目３が設けられることによって、型２０の曲面形状に追従させてＦＲＰ構造体１を配置できる。また、格子の大きさは、一定にする必要はない。例えば、ＦＲＰ構造体１を配置する型などにて曲率が大きい部分では格子を小さく、曲率が小さい部分では格子を大きくするなど、配置に対応させて変化させてもよい。
【００２７】
シート材４は、例えばガラス繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維などの繊維からなる布地である。シート材４は、液状の母材樹脂材が浸透可能な材質でもよく、浸透した合成樹脂材が硬化することで、ＦＲＰ構造体１の強度が高まる。シート材４は、合成樹脂材２のうち切れ目３が形成された面とは反対の面に、例えば接着剤によって貼付される。シート材４は、切れ目３によって複数のブロックに分割された合成樹脂材２が全て連結するように、合成樹脂材２に貼付される。
【００２８】
合成樹脂材２とシート材４からなる層部材は、切れ目３に沿って折り曲げ可能であり、曲面形状の型などに沿って層部材を配置できる。また、複数の切れ目３が互いに平行に形成されている場合、層部材は、図５に示すように、巻き取り可能になるため、層部材が一方向に長い部材であっても搬出入が容易である。
【００２９】
また、層部材は、特に合成樹脂材２やシート材４で構成する場合には、容易に一方向に長い単一部材とすることができ、サイズが限られた部材（例えばバルサ合板材など）を面状に並べたときに生じるずれの問題がない。また、合成樹脂材２が切れ目３によって複数のブロックに分割されても、個々のブロックはシート材４に連結されているため、シート材４に接合されていないブロックを面状に並べたときに生じるずれの問題がなく、層部材を連続した一つの部材として扱うことができ、設置精度を向上させることができる。
【００３０】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
図１および図２に示す切れ目３の幅は、厚さ方向に一定であるが、本発明はこの例に限定されない。図６に示すように、切れ目５は、合成樹脂材２の一面側から他面側まで幅が変化して、合成樹脂材２の一面側の幅が他面側に比べて広くなっており、断面が例えば楔形形状または台形形状であってもよい。また、図７に示すように、切れ目６は、合成樹脂材２の一面側から厚さ方向の途中まで幅が変化するようにして、その後は幅が一定の切れ目３が形成されるようにしてもよい。切れ目５，６が設けられることによって、ＦＲＰ構造体１は、シート材４が設けられる側が凸になるように曲げられて、型２０の曲面形状に追従させてＦＲＰ構造体１を配置することが容易になる。
【００３１】
また、切れ目５，６は、断面が例えば楔形形状または台形形状となるため、切れ目５，６内部に母材樹脂が流入しやすくなる。そのため、切れ目５，６は、樹脂注入用流路の機能を果たし、従来、製品上部に敷設していた樹脂注入用配管を低減できる。また、図７に示すように、複数の層（第２層、第３層）において、切れ目６による樹脂注入用流路が形成されるため、流入する樹脂量を増大させることができ、効果的に樹脂をコア材の周囲の強化繊維に含浸させることができる。なお、ここでは、外皮１１を形成することになる強化繊維に接触する層を第１層とし、内側に向かって積層される層を順に第２層、第３層とした。
【００３２】
風車ブレードを製造する際、第１層の層部材は、図７に示すように、楔形または台形といった溝状の切れ目５，６は形成されない。外皮１１を構成する繊維が切れ目５，６に落ち込んで、外皮表面が凹凸になるためである。第１層に楔形または台形形状の切れ目５，６を設けた層部材を用いる場合には、第１層の上下面を反転させて積層するか、すべての層部材の上下面を反転させる等して積層する。
【００３３】
次に、本実施形態に係るＦＲＰ構造体１の製造方法を説明する。
まず、板状の合成樹脂材２を用意し、一面側から厚さ方向に複数の切れ目３を形成する。切れ目３は、例えば格子状に形成される。一方、合成樹脂材２の面積に合わせたシート材４を用意し、シート材４を合成樹脂材２に貼付する。シート材４を貼付する合成樹脂材２の面は、切れ目３が形成された面とは反対の面である。これにより、合成樹脂材２とシート材４からなる層部材が形成される。層部材は、合成樹脂材２が切れ目３によって複数のブロックに分割されていても、一つの部材として扱うことができる。また、層部材は、切れ目３に沿って折り曲げ可能であり、図５に示すように、巻き取った形で搬出入できる。
【００３４】
なお、上記の説明では、シート材４を合成樹脂材２に貼付する前に、合成樹脂材２に切れ目３を形成するとしたが、本発明はこの例に限定されない。シート材４を切断してしまわない限り、シート材４を合成樹脂材２に貼付した後、合成樹脂材２に切れ目３を形成してもよい。
【００３５】
次に、層部材が積層されたＦＲＰ構造体１を風車ブレード１０のコア材として使用する場合について説明する。
まず、上記の通りに形成された層部材を、図４に示すように、型２０上に設置された外皮を形成する強化繊維１１上に配置する。そして、複数の層部材を積層していく。層部材は、切れ目３を有することから、型２０の曲面に追従させて層部材を配置できる。層部材が複数積層されたものがＦＲＰ構造体１であり、ＦＲＰ構造体１は、風車ブレード１０のコア材として適用される。
【００３６】
風車ブレードを製造する場合、コア材のほかに、図４に示すようにコア材としてのＦＲＰ構造体１の間にスパーキャップ１２を形成することになる強化繊維を、型２０に接した外皮１１を形成することになる強化繊維上に設置する。そして、図４に示すように、ＦＲＰ構造体１およびスパーキャップ１２上にも外皮１１を形成することになる強化繊維を設置する。その後、例えばＶａＲＴＭ法によって、これらの材料をフィルムバッグで密閉し、フィルムバッグ内を真空引きしながら、母材樹脂を注入して、外皮１１やＦＲＰ構造体１の切れ目３や貫通穴７などに母材樹脂を浸透させる。これによって、ＦＲＰ製の風車ブレード１０が製造される。ここでは、スパーキャップをブレードと同時に成形する例を説明したが、スパーキャップは、別途予め成形しておき、外皮の成形時に一体化させるようにしてもよい。
【００３７】
以上、本実施形態のＦＲＰ構造体１は、層部材が１枚のシート材４で連結されていることによって、平面方向、特にコア材の長手方向の部材数を少なくすることができる。また、層部材のうち合成樹脂材２は切れ目３が形成されていることから、ＦＲＰ構造体１は曲面に追従できる。また、ＦＲＰ構造体１は、巻き取られた状態で工場などの製造現場に搬出入でき、展開することによって設置できることから、設置工数を低減することができ、設置場所への設置が容易である。
【００３８】
さらに、層部材が１枚のシート材４で連結されていることによって、各部材が独立して移動してずれることがなく、ＦＲＰ製品（例えばＦＲＰ製の風車ブレード１０）を製造する場合、ＦＲＰ構造体１に接触する繊維に皺ができにくい。そのため、皺による強度低下の恐れがなくなり、ＦＲＰ製品の品質向上を図ることができる。
【００３９】
また、上記のＦＲＰ構造体１を備える風車ブレード１０、その風車ブレード１０を備える風車によれば、ＦＲＰ構造体１を備えることによって、風車ブレード１０や風車を容易に製造することが可能となり、サイズが限られた部材からなる従来のコア材を使用したときに比べて、強度低下を回避できる。
【符号の説明】
【００４０】
１  ＦＲＰ構造体
２  合成樹脂材
３，５，６  切れ目
４  シート材
１０，３０  風車ブレード
１１，３１  外皮
１２  スパーキャップ
２０  型
３２  バルサ合板材
３３  つなぎ目
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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