(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電用装置の構成部品の製造方法において、
布状ガラス繊維材を調製する布材調製工程と、
下側治具を配置する治具配置工程と、
前記下側治具の表面に前記布状ガラス繊維材を配置する布材配置工程と、
前記布状ガラス繊維材を真空バッグで被覆して前記真空バッグと前記下側治具とから形成される空間を密閉する被覆密閉工程と、
前記真空バッグと前記下側治具とから形成される密閉空間内の空気を排出する排気工程と、
前記密閉空間内にポリエステル樹脂を真空圧によって導入して前記布状ガラス繊維材に含浸させる樹脂含浸工程と、
含浸させた前記ポリエステル樹脂を硬化させる樹脂硬化工程と
を備え、
前記下側治具の表面に、
ポリエステル樹脂を塗布して硬化させて樹脂被膜を形成しておくことを特徴とする風力発電用装置の構成部品の製造方法。
【請求項２】
前記布状ガラス繊維材の周囲に樹脂導入管を設け、
前記樹脂導入管を経由させてポリエステル樹脂を前記布状ガラス繊維材に導入することを特徴とする請求項１記載の風力発電用装置の構成部品の製造方法。
【請求項３】
前記真空バッグが、
シリコンシート製であることを特徴とする請求項１または２記載の風力発電用装置の構成部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電用装置の構成部品の製造方法に関し、特に、いわゆるＶＡＲＴＭ（Vacuum Assist Resin Transfer Molding）法を採用して、風力発電用装置のブレード、スピナー、ナセルなどの主用構成部品を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自然風から安定した電力を得るための風力発電技術の研究が進んでおり、風力発電用装置として、ブレードに働く揚力からトルクを得る（タービン式）風車が一般的に採用されている。この風車は、ブレードがタワー上方のハブ部に回転可能に取り付けられた構造とされており、このハブ部には、ナセル、スピナーなどの複雑な構造を有する構成部品が取り付けられている。近年では、このような風車の構成部品の軽量・高強度化を図るために、風車のブレード、ナセル、スピナーなどの主要な構成部品を、繊維強化複合材料によって製造する方法が提案されている。
【０００３】
前記方法としては、例えば図４に示すように、ブレード外板部成形用の布状ガラス繊維材を調製し（布材調製工程：Ｓ１０）、ブレード外板部成形用の下型を配置し（治具配置工程：Ｓ２０）、この下型の表面を溶剤で洗浄して離型剤を塗布し（離型処理工程：Ｓ３０）、その上にポリエステル樹脂を含浸させながら布状ガラス繊維材を所要枚数積層し（レイアップ工程：Ｓ４０）、ローラで積層外面を押圧して余分な樹脂を排出させるとともに積層部内の脱泡を行い（脱泡工程：Ｓ５０）、自然放置して硬化させる（硬化工程：Ｓ６０）という一連の工程を経るハンドレイアップ法が提案されている。このハンドレイアップ法によりブレードの外板部や桁部を調製し、これらを接合してブレードを製造していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記したハンドレイアップ法によると、布状ガラス繊維材にポリエステル樹脂を人手によって含浸させながら積層作業を行うため、作業員は、前記レイアップ工程中に、防毒マスク、ゴーグルなどの保護具を着用する必要があり、作業効率がきわめて低下していた。また、前記レイアップ工程に加えて脱泡工程も手作業で行われるため、作業員の技術力によって製品の寸法、重量、内部品質などに差異が生じる。このため、品質を安定化させるために、熟練した作業員を必要とするという問題もあった。
【０００５】
また、前記したハンドレイアップ法によって製造された製品は、強化繊維体積率が最大３０％程度と低いため、前記したようなブレードを製造する際には、部品の肉厚を大きくすることによって高い強度を発現させるという手法が採用されているが、この結果、部品の重量が増大してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明の課題は、作業効率を格段に向上させ、安定した品質で軽量・高強度な製品を得ることができる風力発電用装置の構成部品の製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、例えば図１ないし図３に示すように、風力発電用装置の構成部品を製造するにあたり、布状ガラス繊維材を調製する布材調製工程と、下側治具を配置する治具配置工程と、前記下側治具の表面に前記布状ガラス繊維材を配置する布材配置工程と、前記布状ガラス繊維材を真空バッグで被覆して前記真空バッグと前記下側治具とから形成される空間を密閉する被覆密閉工程と、前記真空バッグと前記下側治具とから形成される密閉空間内の空気を排出する排気工程と、前記密閉空間内にポリエステル樹脂を真空圧によって導入して前記布状ガラス繊維材に含浸させる樹脂含浸工程と、含浸させた前記ポリエステル樹脂を硬化させる樹脂硬化工程とを備え、前記下側治具の表面に、ポリエステル樹脂を塗布して硬化させて樹脂被膜を形成しておくことを特徴とする。
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、手作業で布状ガラス繊維材にポリエステル樹脂を含浸させながら積層する必要がないので、作業員の熟練度によって製品の品質に差異が生じることがなく、きわめて安定した品質の製品を得ることができる。また、前記したような手作業を省くことによって作業時間の短縮および人件費の削減が可能であるので、結果的に、製造コストの格段の低減をもたらすことができる。
【０００９】
また、請求項１記載の発明によれば、ポリエステル樹脂が真空バッグ内に密閉されるため、このポリエステル樹脂を硬化させる際に発生する有害な気体が、外部（作業場内）に放散されることがなく、作業環境を汚染することがない。
【００１０】
さらに、請求項１記載の発明によれば、強化繊維体積率の高い軽量で高強度な製品を得ることができるので、本発明方法は、大型の構成部品の製造にきわめて好適である。
【００１２】
また、請求項１記載の発明によれば、上記の作用効果に加え、下側治具の表面に、あらかじめポリエステル樹脂被膜を形成しておくことにより、排気工程における真空引きを確実に行うことができる。すなわち、下側治具の表面に微小なクラックが発生するのを防止して真空度の低下を防ぐことができる。また、表面状態がきわめて良好な高品質の製品を製造することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の風力発電用装置の構成部品の製造方法において、例えば図２に示すように、前記布状ガラス繊維材の周囲に樹脂導入管を設け、前記樹脂導入管を経由させてポリエステル樹脂を前記布状ガラス繊維材に導入することを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の奏する作用効果に加え、布状ガラス繊維材に、ポリエステル樹脂を均一にかつ迅速に含浸させることができ、この際の含浸速度をほぼ一定に調整することができる。この結果、製造時間を短縮しつつ、高品質の製品を製造することができる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の風力発電用装置の構成部品の製造方法において、例えば図２に示すように、前記真空バッグが、シリコンシート製であることを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の奏する作用効果に加え、柔軟性に優れるシリコンシートによって調製された真空バッグを使用しているので、複雑な形状の製品を製造する場合においても、布状ガラス繊維材（およびこれに含浸させたポリエステル樹脂）を確実に密閉することができ、高品質な製品を製造することができる。また、シリコンシートはポリエステル樹脂との離型性にも優れるため、製造後の離型が容易で、その後の製造工程において再使用することもできるので、製造コストを削減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１ないし図３によって詳細に説明する。本実施の形態では、本発明に係る風力発電用装置の構成部品の製造方法によって、ブレードの背側外板部と腹側外板部とを別々に製造し、これらを接着してブレードを構成する工程について説明する。ここで、背側外板部と腹側外板部とを製造する工程は実質的に同一であるので、本実施の形態では、腹側外板部を製造する工程を主として説明することとする。
【００１８】
まず、図１に示すように、ブレードの腹側外板部の平面形状を呈する布状ガラス繊維材１０を調製する（布材調製工程Ｓ１：図３参照）。この布状ガラス繊維材１０は、ガラス繊維の織り、編み、撚り合わせ、結合などによって織物状、編物状、不織布状、マット状、フェルト状などに構成した薄板状体であり、この布状ガラス繊維材１０に（後述する）ポリエステル樹脂を含浸させて硬化させることにより、軽量で高強度の繊維強化複合材料製のブレードを製造することができる。この布状ガラス繊維材１０の厚さは、製造するブレードの大きさに応じて適宜決めることができる。
【００１９】
次いで、ブレードの腹側外板部形成用の下側治具２０を配置する（治具配置工程Ｓ２：図３参照）。本実施の形態における下側治具２０は、エポキシ樹脂とガラス繊維とからなる繊維強化複合材料によって調製されており、その表面には、製造するブレードの腹側外板部の形状に合わせた凹部が形成されている。
【００２０】
繊維強化複合材料によって調製された下側治具２０は、金属材料製の治具と比較すると軽量で取扱い易いが、表面に微小なクラックが発生し易いため、その表面にポリエステル樹脂を塗布し、硬化させて樹脂被膜２１を形成している（図２参照）。この樹脂被膜２１により、後述する排気工程において真空引きを確実に行うことができ、かつ、表面状態がきわめて良好な高品質の腹側外板部を製造することができる。
【００２１】
次いで、製造した腹側外板部を下側治具２０から取り外し易くする目的で、下側治具２０の凹部表面を溶剤で洗浄した後、離型剤を塗布する（離型処理工程Ｓ３：図３参照）。この工程の後、下側治具２０の凹部に、前記した布状ガラス繊維材１０を配置する（布材配置工程Ｓ４：図３）。
【００２２】
次いで、布状ガラス繊維材１０の周囲に、図１に示すような塞ぎ部材３０を一定間隔をおいて連続的に配置し、各塞ぎ部材３０間および塞ぎ部材３０の周囲に樹脂導入管４０を配置する。この樹脂導入管４０の端部は、図１および図２に示すように、ポリエステル樹脂でみたされた樹脂タンク５０に接続されている。
【００２３】
樹脂導入管４０は、後述する樹脂導入工程において、ポリエステル樹脂を布状ガラス繊維材１０に導入する際に経由させる流路であり、この樹脂導入管４０が設けられることによって、均一にかつ迅速にポリエステル樹脂を布状ガラス繊維材１０に含浸させることができる。また、ポリエステル樹脂の含浸速度をほぼ一定に調整することができるので、製造時間を短縮しつつ、高品質の腹側外板部を製造することができる。
【００２４】
次いで、布状ガラス繊維材１０と樹脂タンク５０との間に、樹脂の流出を防止するためのダム６０を配置し（図２参照）、布状ガラス繊維材１０を真空バッグ７０で被覆し、この真空バッグ７０と下側治具２０とから形成される空間をシール材８０で密閉する（被覆密閉工程Ｓ５：図３参照）。この際には、製造した腹側外板部から真空バッグ７０を取り外し易くする目的で、布状ガラス繊維材１０と真空バッグ７０の間に離型フィルム９０を配置しておく（図２参照）。
【００２５】
本実施の形態における真空バッグ７０は、シリコンシート製のものを使用している。このシリコンシート製の真空バッグ７０は柔軟性に優れるため、製造する腹側外板部の形状を呈する布状ガラス繊維材１０を確実に密閉することができる。
【００２６】
次いで、真空バッグ７０と下側治具２０とから形成される密閉空間内の空気を排出する（排気工程Ｓ６：図３参照）。この際には、図１および図２に示すように、真空バッグ７０に排気用孔７１を複数個設けておき、この排気用孔７１に排気管７２を接続し、この排気管７２を（図示していない）真空ポンプなどのバキューム装置に接続して、バキューム装置による真空引きにより、前記密閉空間内の空気を排出するようにする。
【００２７】
なお、後述する樹脂含浸工程で密閉空間内に導入されたポリエステル樹脂が、真空圧によって排気管７２内に入り込む場合がある。このような排気管７２内のポリエステル樹脂を放置すると真空圧が低下して布状ガラス繊維材１０にポリエステル樹脂を充分に含浸させることができないため、排気管７２内のポリエステル樹脂を取り除くための余剰樹脂トラップ７３を排気管７２の途中に設けている（図２参照）。
【００２８】
次いで、排気工程における真空圧によって、密閉空間内にポリエステル樹脂を導入して布状ガラス繊維材１０にポリエステル樹脂を含浸させる（樹脂含浸工程Ｓ７：図３参照）。この際には、前記したように、ポリエステル樹脂を樹脂導入管４０を経由させて布状ガラス繊維材１０に導入することによって、ポリエステル樹脂を均一にかつ迅速に布状ガラス繊維１０に含浸させることができる。
【００２９】
本実施の形態で使用されるポリエステル樹脂は、常温硬化可能な二液混合型のものである。真空圧によって導入されるポリエステル樹脂の温度は、１５℃〜３５℃程度とされる。この範囲より低いと硬化に時間がかかり、この範囲を超えて高くなると導入中に硬化するおそれがある。
【００３０】
次いで、布状ガラス繊維材１０に含浸させたポリエステル樹脂を、自然放置して硬化させる（樹脂硬化工程Ｓ８：図３参照）。この自然放置する時間は、ポリエステル樹脂の濃度や、温度環境にもよるが、室温（２５℃）で３時間程度とすることができる。この後、シール材８０を剥がして密閉状態を解除し、真空バッグ７０を製造した腹側外板部から取り外し、この腹側外板部を下側治具２０から取り外して、腹側外板部の製造を終了する。以上と同様の工程を経てブレードの背側外板部を製造し、これら背側および腹側外板部を接合することによって、ブレードを製造する。
【００３１】
本実施の形態に係る製造方法によれば、いわゆるＶＡＲＴＭ法によって簡易にブレードを製造することができるので、従来のハンドレイアップ法のように手作業で布状ガラス繊維材にポリエステル樹脂を含浸させながら積層する必要がない。従って、作業員の熟練度によって製品の品質に差異が生じることがなく、きわめて安定した品質のブレードを製造することができる。また、前記したような手作業を省くことによって作業時間の短縮および人件費の削減が可能であるので、結果的に、ブレードの製造コストの格段の低減をもたらすことができる。
【００３２】
また、本実施の形態に係る製造方法によれば、ポリエステル樹脂が真空バッグ内に密閉されるため、このポリエステル樹脂を自然放置して硬化させる際に発生する有害な気体が外部（作業場内）に放散されることがなく、作業環境を汚染することがない。
【００３３】
さらに、本実施の形態に係る製造方法によれば、強化繊維体積率の高い軽量で高強度のブレードを製造することができるので、従来のようにブレードの肉厚を大きくして補強する必要がない。このため、本実施の形態に係る製造方法は特に大型のブレードの製造にきわめて有効である。
【００３４】
なお、以上の実施の形態で採用した製造方法と同様の工程を経てブレードの桁部を製造し、背側外板部と腹側外板部との間に桁部を配置して接着することにより、より強度の高いブレードを構成することもできる。また、同様の工程を経て、風車の他の主要構成部品であるナセルやスピナーなどを製造することもできる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、手作業で布状ガラス繊維材にポリエステル樹脂を含浸させながら積層する必要がないので、作業員の熟練度によって製品の品質に差異が生じることがなく、きわめて安定した品質の製品を製造することができる。また、前記したような手作業を省くことによって作業時間の短縮および人件費の削減が可能であるので、結果的に、製造コストの格段の低減をもたらすことができる。
【００３６】
また、請求項１記載の発明によれば、ポリエステル樹脂が真空バッグ内に密閉されるため、このポリエステル樹脂を（自然放置して）硬化させる際に発生する有害な気体が、外部（作業場内）に放散されることがなく、作業環境を汚染することがない。
【００３７】
さらに、請求項１記載の発明によれば、強化繊維体積率の高い軽量で高強度な製品を得ることができるので、本発明方法は、大型の構成部品の製造にきわめて好適である。
【００３８】
また、請求項１記載の発明によれば、下側治具の表面に、あらかじめポリエステル樹脂被膜を形成しておくことにより、排気工程における真空引きを確実に行うことができる。すなわち、下側治具の表面に微小なクラックが発生するのを防止して真空度の低下を防ぐことができる。また、表面状態がきわめて良好な高品質の製品を製造することができる。
【００３９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、布状ガラス繊維材に、ポリエステル樹脂を均一にかつ迅速に含浸させることができ、この際の含浸速度をほぼ一定に調整することができる。この結果、製造時間を短縮しつつ、高品質の製品を製造することができる。
【００４０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、柔軟性に優れるシリコンシートによって調製された真空バッグを使用しているので、複雑な形状の製品を製造する場合においても、布状ガラス繊維材（およびこれに含浸させたポリエステル樹脂）を確実に密閉することができ、高品質な製品を製造することができる。また、シリコンシートはポリエステル樹脂との離型性にも優れるため、製造後の離型が容易で、その後の製造工程において再使用することもできるので、製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るブレードの製造工程を説明するための説明図であり、布状ガラス繊維材を下側治具に配置して真空バックで被覆密閉した状態を上から見た図である。
【図２】本実施の形態に係るブレードの製造工程を説明するための説明図であり、図１の樹脂タンクと布状ガラス繊維材との接続部近傍を概略的に示した側面図である。
【図３】本実施の形態に係るブレードの製造工程を説明するためのフローチャートである。
【図４】ハンドレイアップ法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０      布状ガラス繊維材
２０      下側治具
２１      樹脂被膜
３０      塞ぎ部材
４０      樹脂導入管
５０      樹脂タンク
６０      ダム
７０      真空バッグ
７１      排気用孔
７２      排気管
７３      余剰樹脂トラップ
８０      シール材
９０      離型フィルム
Ｓ１      布材調製工程
Ｓ２      治具配置工程
Ｓ３      離型処理工程
Ｓ４      布材配置工程
Ｓ５      被覆密閉工程
Ｓ６      排気工程
Ｓ７      樹脂含浸工程
Ｓ８      樹脂硬化工程
Ｓ１０    布材調製工程
Ｓ２０    治具配置工程
Ｓ３０    離型処理工程
Ｓ４０    レイアップ工程
Ｓ５０    脱泡工程
Ｓ６０    硬化工程
【図１】
0004641366.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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