(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上のファイバー複合材部品を同時に製造する方法であって、
- １以上のファイバー材、及び、１以上の平面状の分離要素、及び、１以上のマトリクス材を用意する工程、但し前記平面状分離要素の少なくとも一つはマトリクス材に対し、部分的に透過性であり、
- 前記ファイバー材を、層ごとに積み重ねるように配置してファイバー生成物を構成して、半完成品ファイバーパックを生成する工程、但し前記分離要素を前記ファイバー生成物同士の間にそれぞれ配置すること、
- 前記ファイバーパックに前記マトリクス材を注入する工程、
- 注入後に前記半完成品ファイバーパックへ、部品の外形を切断する工程、
を含むことを特徴とする、
ファイバー複合材部品の製造方法。
【請求項２】
前記ファイバーパックを、前記分離要素のところで分離する、ことを特徴とする、
請求項１に記載のファイバー複合材部品の製造方法。
【請求項３】
切断には流体を用い、
前記流体は、研磨剤を含むか又は含まない流体であり、
前記流体は、流体ジェットとして提供される、ことを特徴とする、
請求項１または請求項２に記載のファイバー複合材部品の製造方法。
【請求項４】
前記分離要素はバリアフィルムとして用いるものであり、複数の流路開口部を備え、
前記バリアフィルムは、
前記流路開口部が一様に設けられているか、及び／又は、
ポリエチレンを含むか又はそれにより構成されていること、
を特徴とする、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のファイバー複合材部品の製造方法。
【請求項５】
前記分離要素は、
浸透性を備える織物として、
またはメッシュ要素として、
または化学的バリア層として、
または接着層として、
またはその組み合わせとして
構成されることを特徴とする、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のファイバー複合材部品の製造方法。
【請求項６】
前記分離要素は、分離要素部分で構成されるか、または分離要素部分を含み、前記分離要素部分は、互いに隣接する前記半完成品ファイバー生成物（パック）の間に配置される、ことを特徴とする、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のファイバー複合材部品の製造方法。
【請求項７】
前記分離要素は、隣接する二つの前記ファイバー生成物の間に完全に配置される、ことを特徴とする、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のファイバー複合材部品の製造方法。
【請求項８】
切断方向は、
前記分離要素の面の法線に対して、平行になるように配向されるか、又は、前記分離要素の面の法線に対して、所定の角度を持つように配向される、ことを特徴とする、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のファイバー複合材部品の製造方法。
【請求項９】
２以上のファイバー複合材部品が、１つの平面の形状を持つことを特徴とする、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のファイバー複合材部品の製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のファイバー複合材部品の製造方法であって、前記マトリクス材は、
- プラスティックを含むか、またはプラスティックで構成され、前記プラスティックは熱可塑性、及び／又は、熱硬化性のプラスティックを含むか／又はそれから構成されること、
- セラミックを含むか、又は、セラミックで構成されること、
- セメントを含むか、又は、セメントで構成されること、
- コンクリートを含むか、又は、コンクリートで構成されること、
- 金属を含むか、又は、金属で構成されること、又は
- カーボンを含むか、又は、カーボンで構成されること、又は 
- それらの組み合わせであること、
を特徴とする、ファイバー複合材部品の製造方法。
【請求項１１】
前記ファイバー材は、有機物ファイバーを含むか、又は有機物ファイバーにより構成されること、
無機物ファイバーを含むか、又は無機物ファイバーにより構成されること、又は、
天然ファイバーを含むか、又は天然ファイバーにより構成されること、又は、
それらの組み合わせであること、を特徴とする、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のファイバー複合材部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２以上のファイバー複合材部品を同時に製造する方法、及び、ファイバー複合材部品、風力発電設備のローターブレード、風力発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバー複合材部品は、実質的にファイバー複合材で構成されているか、又はファイバー複合材を含んでいる。ファイバー複合材は、実質的に２つの主要構成部分を要する。ファイバー複合材（複数）は、概ね１種類以上のマトリクス材とファイバーとから構成される。これらの主要構成部分は主要なそれぞれの部材単独の場合よりも高い品質特性を持つよう、互いに相互作用をする。
【０００３】
マトリクス材は、ファイバーの位置を保持し、ファイバー間にかかる応力を分散伝達する機能を有している。またマトリクス材は、ファイバーを外部からの機械的影響、または、化学的影響から防いでいる。ファイバー複合材の強度は、概ねファイバーによって決まる。強度はマトリクス内のファイバーの特性による関数として示すことが可能である。特性には、方向に依存するすなわち異方性を持つものと、方向に依存しないすなわち等方性を持つものとがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】DE 10 2014 224 720 A1
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Martin Perterer: Schadensidentifikation und -bewertung von CFK-Bauteilen mittels phasenmodulierter Thermographie. Dissertation, 04.10.2012, 214
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、特に、以下に述べる従来の生産方法に関する洞察に基づいている。
ファイバー複合材部品分野に関する製造技術上の課題として、特に鋸引き、旋削、フライス加工などによるファイバー複合材の分離が複雑である点が挙げられる。
【０００７】
問題点として、第一に、ファイバー複合材部品をこのような方法で分離する場合、使用する工具の摩耗が激しい、第二に、製造された部品の品質も、満足のいくものではない、点があげられる。
ファイバー複合材部品は、ウォータージェットによる切断で分離する方法があるのだが、ここでの分離結果の、例えば外形の精度に関する品質は、改善の余地が大いにある。さらに、既存の分離方法ではコストが高くなりがちである。
【０００８】
本発明の目的は、前述の問題点のうち１つ以上を低減または排除する、２以上のファイバー複合材部品、ファイバー複合材部品、風力発電設備のローターブレード、及び風力発電設備の製造方法を提供することである。
特に、２以上のファイバー複合材部品を、より低コストで、あるいはより多く、あるいはより高い品質で、あるいはその組み合わせで、提供することも本発明の目的である。
さらに、２以上のファイバー複合材部品の製造において、資源効率を高める解決策を提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第一の態様によれば、この目的は以下のファイバー複合材料部品の製造方法により達成される。即ち、該方法は、
２以上のファイバー複合材部品を同時に製造する方法であって、
- １以上のファイバー材、及び、１以上の平面状の分離要素、及び、１以上のマトリクス材を用意する工程、但し前記平面状分離要素の少なくとも一つはマトリクス材に対し、部分的に透過性であり、
- 前記ファイバー材を、層ごとに積み重ねるように配置してファイバー生成物を構成して、半完成品ファイバーパックを生成する工程、但し前記分離要素を前記ファイバー生成物同士の間にそれぞれ配置すること、
- 前記ファイバーパックに前記マトリクス材を注入する工程、
- 注入後に前記半完成品ファイバーパックへ、部品の外形を切断する工程、
を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第二の態様によれば、第一の態様に記載の製造方法により製造されるファイバー複合材部品が提供される。該ファイバー複合材部品は、
- ローターブレードの部品として、または、
- 空中移動体の部品として、または、
- 海上移動体の部品として、または、
- 陸上移動体の部品として、または、
- 建設部門で用いられる部品として、または、
- 電子部品用の絶縁材として、または、
- それらの組み合わせとして、
構成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第三の態様によれば、第一の態様に記載の方法により製造されたファイバー複合材部品を少なくとも一つ備える、
風力発電設備のローターブレードが提供される。
【００１２】
本発明の第四の態様によれば、タワー、ナセル、ローターを備える風力発電設備が提供される。該風力発電設備は、
タワー、及びナセル、及びローターの少なくともいずれかは、第一の態様に記載の方法により製造されるファイバー複合材部品であること、又は、
第三の態様に記載のローターブレードを含む、
ことを特徴とする。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、とりわけ、既存の製造方法に関する以下の知見を基礎としている。
【００１４】
ファイバー複合材部品は、別の製造法によっても製造できる。その方法の一つとして、高品質なファイバー複合材部品を製造する真空注入法が知られている。
通常、真空ポンプを使って真空注入する場合、ファイバーをほぼ乾燥させて並べて多数の粗糸として並べる。ファイバーは、囲まれた空間を維持するために液に対してほぼ密になるように、フィルムに囲まれているため、ファイバーは空気をほとんど含まない。大気圧は挿入された部品をさらに圧縮し、部品を固定する。
注入するマトリクス材は、温度制御された液状のマトリクス材を、真空にした該ファイバーに吸引させることで供給する。ファイバーがマトリクス材に完全に浸かると、マトリクス材の供給が中断され、硬化したファイバー複合材が離型できるようになる。真空注入によるこの種類のファイバー複合材部品の製造では、実際に高品質の部品を製造できるのだが、非常に複雑であり、製造方法の自動化は限られた範囲でのみ可能である。
【００１５】
流体ジェット特にウォータージェットによる切断では、研磨剤を混ぜた場合の切断と、混ぜない場合の切断とでは、根本的な相違がみられる。研磨切断で用いるジェットは流体、特に液体、さらに言うと水であり、研磨剤を含んでいる。ウォータージェットで切断されたファイバー複合材部品の品質は、多くの分野において、現在要求されている品質要件を満たさないことがよくある。従って、製造時に複雑で費用の掛かる特別な方法により製造するか、ウォータージェットによる切断後にさらに費用の掛かるステップを実行する必要がある。
【００１６】
例えば、ウォータージェット切断などのような、流体ジェットによる分離の際の材料除去は、流体ジェットによりワークピースに高い圧力を加えることに基づく。ウォータージェット切断で用いるウォータージェットは、何はともあれ、通常表面に近い微小な粒子を除去するため、熱や加工力による加工物内での伸び縮みは生じない。また、表面に近い粒子の除去により、時間経過とともにウォータージェットは部品全体及び部品を分離もしくは切断できる。この文脈での「表面」とは、特に、切断装置に配置したときにウォータージェットに指向する面、を言う。
【００１７】
流体ジェットによる分離、特に流体ジェット切断の際、純水ないし純液体による切断と研磨剤切断との間で区別が必要である。研磨剤切断の際には、ジェット流は液体、特に水の他に研磨剤を含む、ウォータージェットにより切断されたファイバー複合体部品は、しばしば、様々な分野で求められる品質要求を満たさない。従って、複雑かつコスト高の個別加工がおこなわれるか又は、さらなるコスト高の加工ステップがウォータージェット切断の後で行われる。
【００１８】
本発明は、特に、作用（加工）位置から横方向に流出する水、特にウォータージェットの本来の流れの方向から横（直角）方向に流出する水が、材料除去に同じく寄与する剪断力を付加的に生ずるという知見に基づく。特にこの剪断力は、しかしまっすぐな分離位置に必ずしも導かないきらいがある。さらに、たとえばとがった角（バリ）または低い表面品質（性状）のような不所望の結果が生ずる。
【００１９】
半完成品ファイバーパックは、ファイバーを層毎に配置し、互いに積み重ねられた半完成品ファイバー生成物（以下「ファイバー生成物」又は単に「生成物」とも略称する）を形成し、製造する。ファイバー生成物は、積み重ねられたファイバー（材料）を含む。ファイバーパック内での、２つの隣接するファイバー生成物の分離は、ファイバー生成物間に平面分離要素を配置することで実現できる。さらに、ファイバーマットを配置することも可能であるため、ファイバー生成物の区別も分離要素を配置する前に可能になる。
【００２０】
例えば半完成品ファイバー生成物を形成するようにファイバーを層毎に配置することで、半完成品ファイバーパックを構築できる。その際、分離要素は最上部のファイバー層の上に配置できる。ファイバーは半完成品ファイバー生成物を形成するため、その上に再び層状に配置できる。前述のステップを複数回行うことで、互いに重なり合い分離要素によって実質的に相互に分離された多数の半完成品ファイバー生成物を有する半完成品ファイバーパックを製造することができる。半完成品ファイバーパックにマトリクス材を注入（含侵）する方法は、既存の技術でも様々な種類の注入方法が知られている。注入済み半完成品ファイバーパックへと、その外形（輪郭）を切断する方法として、例えばウォータージェットや、火花浸食（スパークエロージョン）切断、鋸引きなど多くの手法が知られている。
【００２１】
平面状の分離要素は、少なくとも部分的に、マトリクス材が例えば分離要素の面に直交する方向（即ち面の法線方向）に半完成品ファイバーパックを通過して流れることができるように、マトリクス材に対して透過性（ないし通過性）を持たせる。
ファイバーパックは通常注入中にほぼ真空にすることにより、マトリクス材が半完成品ファイバーパックに流れ込めるようになる。マトリクス材の真空化と流れを生じさせるために、分離要素は、一方では真空化（排気）を可能にし、マトリクス材の流れを実現できるように構成するのが望ましい。さらに、平面分離要素は網状の織布として構成するのが望ましい。さらに、分離要素は透過性のメッシュ要素として、または化学的バリア層として、または接着層として、又はそれらの組み合わせとして、構成するのが望ましい。さらに適切な方法として、分離要素に流路開口部を設ける。
【００２２】
製造するファイバー複合材部品は、注入済み半完成品ファイバーパックを外形に沿って切断することで分離される。ファイバー複合材部品の輪郭を描いたファイバーパックを切断することで、部品の外形を高品質で切断できる。特にウォータージェット切断を適用する場合には、高品質に分離を行なえる位置で切断することで、ファイバー複合材部品を製造できる。本発明は特に半完成品ファイバーパック又は積み重ねるように配置されたファイバー複合材部品に入射するウォータージェットが、最初のファイバー複合材生成物の後もしくは最初のファイバー複合材部品の後（通過後）にのみ、想定されるジェット方向に直交する水圧を及ぼすあるいは想定されるジェット方向にそれぞれ平行でない方向成分を有するようになるという知見に基づく。
【００２３】
従来技術では、ファイバーパック内の生成物または積み重ねるように配置された部品は、互いに密着しておらず、それらの間に空隙が通常存在する。ウォータージェットが、半完成品ファイバー生成物間で広がって流れることができるように、完成後のファイバー生成物、または、ファイバー複合材部品は、ウォータージェットによりさらに分離される。特に、制御されていない方法もしくは制御が不十分なウォータージェットでは、半完成品ファイバー生成物またはファイバー複合材部品を貫通して、流れることができない。
【００２４】
その結果、層を形成しているファイバー生成物、もしくは、ファイバー複合材部品の間にある中間スペースが拡大される。それにより、ウォータージェットは、最初に切断された半完成品ファイバー生成物、または、ファイバー複合材部品の下に配置されている、残りの半完成品ファイバー生成物や、ファイバー複合材部品を、切断するのに必要な圧力を失う。そのため、半完成品ファイバーパックでは、下部に配置されたファイバー複合材部品の品質は、上部に配置されたファイバー複合材部品の品質よりも、切断品質が劣っている。
【００２５】
この欠点は、半完成品ファイバー生成物間に、ウォータージェットにより拡げられる中間スペースが、ほぼ存在しないか、又は強く減少した中間スペースの場合か、あるいは空気層が強く減少した場合に、解決される。
【００２６】
本発明によれば効果の向上とは別に、２以上の注入済み半完成品ファイバー生成物を積み重ねて配置して、１回の一般的な操作により、高品質に切断できるため、ファイバー複合材部品の生産効率をさらに高めることが可能である。現在では、高度な品質が要求されるほとんどの場合、ファイバー複合材部品は個別的に一つだけで切断される。
【００２７】
部品の外形は、特に、半完成品ファイバーパックから切断あるいは抜き出される際のファイバー複合材部品の外形線（輪郭）として認識される。この複合材に描かれた外形線は、注入済み半完成品ファイバーパックから、ファイバー複合材部品を分離するために用いる切断ツール、特にウォータージェットが移動（走行）すべき、二次元平面上の変位経路でもある。
【００２８】
本発明の望ましいさらなる展開形態を、説明する。
注入済み半完成品ファイバーパックを、分離要素により分離させる方法が、提供される。目的とするファイバー複合材部品は、ファイバーパックを、分離要素で分離することで得られる。ファイバー複合材部品は、注入済み半完成品ファイバー生成物から構成されており、分離要素は、ファイバーパックを構成するファイバー生成物の間に、配置されている。ファイバーパックは分離要素で分離されており、さらに外形はファイバーパックで切断済みであるため、ファイバー複合材部品は、複雑な処理なしに得られる。注入済み半完成品ファイバー生成物部品で、分離要素がない場合には、個々のファイバー複合材部品を互いに分離させることは、単純な処理では不可能である。
【００２９】
本発明の実施形態の一つの好ましい変形として、切断に用いる流体に、好ましくは研磨剤を含有する方法が提供される。流体は液体で実現するのが望ましく、さらに言えば水をジェットとして実現するのが望ましく、方向性を持たせたジェットが最も望ましい。ジェットの圧力は６００ｂａｒより高いことが望ましいが、１０００ｂａｒより高くても、１５００ｂａｒより高くても、及び／又は２０００ｂａｒより高くても良い。
【００３０】
さらに分離要素はバリアフィルムとして構成され、多数の流路開口部を有し、流路開口部は、バリアフィルム上に均一に分布していることが望ましく、バリアフィルムは、ポリエチレン（ＰＥ）、特に低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）を含むことが望ましい。バリアフィルムは、非常に薄い材料を含む分離要素である。
【００３１】
材料の厚さは、特に平面を構成する方向の寸法よりも、非常に小さい値になる。バリアフィルムはさらに、マトリクス材に対して、透過性を備える材料で構成されるか、あるいは一部としてそれを含む。
【００３２】
バリアフィルムに流路開口部があることで、バリアフィルムは、マトリクス材に対して、透過性を持つことができる。従って、多数の流路開口部を有する、バリアフィルムは、マトリクス材が、分離要素の面の法線に対して平行で、半完成品ファイバーパックを通過して流れるためマトリクス材注入の品質が向上する。さらに、そのような方法で構成されたバリアフィルムは、バリアフィルムを隔てて隣接する、２つのファイバー複合材部品間の接着効果が非常に小さいため、ファイバーパックの分離を、分離要素で促進できる。これにより複合材の分離が可能な限り少ない労力で行える。
【００３３】
実施形態のさらに好ましい変形としては、分離要素が分離要素部分から構成されるか、または分離要素部分を含み、分離要素部分は、隣接する半完成品ファイバー生成物の間に部分―部分の仕方で配置されるのが望ましい。特に、隣接するファイバー生成物の間に、分離要素を２つ以上部分―部分の仕方で配置するのが望ましい。したがって、マトリクス材に対して透過性を持たない分離要素が、使用される可能性があるのだが、その場合、マトリクス材に対する透過性は、分離要素を部分―部分の仕方で配置することにより実現される。
【００３４】
本方法のさらに好ましい改良として、分離要素を、２つの隣接する半完成品ファイバー生成物の間に、空きスペースなく完全に配置することがあげられる。さらに好ましい改良として、分離要素を、２つの隣接する半完成ファイバー生成物の部品外形内に、空きスペースなく配置することが好ましい。分離要素は隣接するファイバー生成物の間に配されるが、それぞれファイバーパックの側面からはみ出しても良い。
【００３５】
本方法の実施形態のさらに好ましい変形例は、切断方向は平面分離要素の面の法線に対してほぼ平行になるように揃えられる、あるいは、切断方向は平面分離要素の面の法線に対して所定の角度を持つように配向される、あるいはその両方の方法を提供する。切断方向とは、例えば流体ジェットや液体ジェット、ウォータージェットの方向と理解される。だが切断工程における切断の進行方向は、平面分離要素の面の法線に対して、平行になるように配向される。さらに、切断の進行方向は、分離要素あるいは注入済み半完成品ファイバー生成物の平面内を構成する方向のうち１つに配向される。
【００３６】
２以上のファイバー複合材部品は平面状の形状を有するのが望ましい。平面状の形状とは、特に平面の拡がり方向の寸法が、部品の厚さの数倍のものと理解される。
【００３７】
本方法の実施形態の変形例では、マトリクス材として、プラスティック素材を含むかまたはプラスティック材料で構成されるものであり、プラスティック素材は熱可塑性または熱硬化性材料を備える、あるいは、セラミックを含むかまたはセラミックで構成される、あるいはセメントを含むかまたはセメントで構成される、あるいはコンクリートを含むかまたは構成される、あるいはその組み合わせであるものが望ましい。さらにマトリクス材として、金属を含むか金属で構成される、または、カーボンを含むかまたは構成される、またはその組み合わせである素材が提供される。
【００３８】
さらに、ファイバーとして、カーボンファイバーなどの有機ファイバーを含むかまたは構成される、あるいは、グラスファイバーなどの無機ファイバーを含むかまたは構成される、あるいは、天然ファイバーを含むかまたは構成される、あるいはそれらの組み合わせである素材が提供される。
【００３９】
本方法の改良として、ファイバーとして、織布である、またはクロス式布である、または多軸クロス式布である、または刺繍布である、または不織布である、またはマットである、または編組布である、またはロービングとして提供される布である、またはそれらの組み合わせである、素材等を用いるのが適切である。
【００４０】
無機ファイバーとして、例えば玄武岩繊維、またはホウ素繊維、またはセラミック繊維、またはスチール繊維を用いることができる。
さらに有機ファイバーとして、例えばアラミド繊維、またはポリエステル繊維、またはダイニーマ繊維などの高性能ポリエチレン繊維（ＨＰＰＥ）として特にポリエチレン繊維からなる群から選択できる。
天然繊維として、例えば麻繊維、または亜麻繊維、またはシザル（Ｓｉｓａｌ）繊維を用いることができる。
【００４１】
本発明の別の態様によれば、冒頭で述べた目的は、上記の実施形態の変形の少なくとも１つによる方法に従って製造されるファイバー複合材部品によって、達成される。該ファイバー複合材部品は、特に次のような用途に用いられる。ローターブレード部品、または空中移動体特に航空機の部品特に航空機、または海上移動体特に船又はボートの部品、または陸上移動体特に自動車の部品特に自動車、または建設部門で用いる部品、または電子部品の絶縁素材、またはこれらの組み合わせである。
【００４２】
本発明のさらなる態様によれば、冒頭に述べた目的は、上記の実施形態の変形の少なくとも１つによる方法に従って製造されるファイバー複合材部品によって達成される。すなわち風力発電設備のローターブレードである。
【００４３】
本発明のさらなる態様によれば、冒頭に述べた目的は、上記の実施形態の変形の少なくとも１つによる方法に従って製造されるファイバー複合材部品により達成される。タワー、ナセル、およびローターを含む風力発電設備であり、タワー、またはナセル、またはローター、またはローターブレード、またはそのいくつかは、上記の実施形態の変形例の少なくとも１つによる方法に従って製造されたファイバー複合材部品である。
【００４４】
さらなる改良、実施形態の変形、およびこれらのさらなる態様の実施形態の詳細及びそれらの潜在的な改良に関して、上述の説明及び方法の対応する特徴および改良も参照する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】は、一実施形態による、風力発電施設１００の三次元模式図である。
【図２】は、既存の技術による、ファイバー複合材切断に関する、二次元模式図である。
【図３】は、一実施形態による、２以上のファイバー複合材の同時製造法に関する、二次元模式図である。
【図４】は、一実施形態による、注入済み半完成品ファイバーパック３００に関する、三次元模式図である。
【図５】は、図４で示した半完成品ファイバーパック３００の外形を切断した後、それぞれの部品ごとに分離する前を示す、三次元模式図である。
【図６】は、図４で示した半完成品ファイバーパック３００の外形を切断した後、それぞれの部品ごとに分離した後を示す、三次元模式図である。同一の要素またはほぼ同一または類似の機能を持つ要素は、図中の同じ参照符号により識別される。
【実施例】
【００４６】
図１は、風力発電施設の一実施形態の、３次元模式図を例示したものであり、タワー１０２と、ナセル１０４と、を備える、風力発電設備１００の図である。３枚のローターブレード１０８と、スピナー１１０を備えるローター１０６は、ナセル１０４に設置されている。運転時には、風が吹くことによりローター１０６が回転するため、ナセル１０４内部の発電機が駆動される。２以上のファイバー複合材部品を同時に製造するための本発明による方法により、製造されるファイバー複合材部品は風力発電設備１００の様々な部品に利用することが可能である。例えば、構造体部品であるローターブレード１０８は、ファイバー複合材部品として製造できる。
【００４７】
図２は、既存技術でファイバー複合材部品（以下、「部品」とも略称する）を切断する方法に関する２次元模式図を示している。部品パック１０５は、第１部品１１１、第２部品１１２、第３部品１１４、第ｎ部品１１８で構成されており、第３部品１１４と第ｎ部品１１８の間には、他の部品１１６がいくつか重ねられている。部品パック１０５には、ファイバー複合材部品を互いに上下に積み重ねるように配置されている。第１部品１１１−第ｎ部品１１８は、本質上互いに結合していない。
【００４８】
部品パック１０５は、ファイバー複合材部品が部品輪郭を保持するように、流体ジェット１５０により流体ジェット方向に切断される。流体ジェット方向は、第１部品１１１−第ｎ部品１１８の面に対し垂直の平面に対してほぼ平行になるように揃えられている。
本発明は、従来技術による解決策では、第１部品１１１−第ｎ部品１１８、特に第１部品１１１及び第２部品１１２に、流体ジェットで分離する際に、第１部品１１１及び第２部品１１２は互いに結合していないことによって、不利益が生じるという知見に基づいている。
さらに本発明は、従来技術による解決策では、第１部品１１１及び第２部品１１２の間の空隙により、流体ジェット１５０の向きの変更、及び／又は減速、及び／又は停止、及び／又は圧力低下が生じるという知見に基づいている。その結果、流体ジェット１５０が、輪郭に沿った切断を複数のファイバー複合材について行う場合、制御された方法で行うことができず、低い精度での切断しか行えない、もしくは、すべてのファイバー複合材を貫通して切断できないことになる。方向変化のさらなる影響は、方向変更面は第１部品１１１−第ｎ部品１１８の面と概ね平行になるように配置されるが、第１部品１１１−第ｎ部品１１８が、水圧によって押されて相互に変位することにある。結果として、流体ジェット１５０を用いた高精度の切断は不可能であるか、あるいは低い精度でのみ可能となる。
【００４９】
これらの不利な点は、本発明及びその実施形態により、低減もしくは回避が可能である。図３に、２以上のファイバー複合材部品を同時に生産する方法に関する実施形態の一例（実施例）として２次元模式図を示す。本方法による半製品ファイバーパック２００は、本方法による第１生成物（注入済み半完成品ファイバー生成物）２１０、第２生成物２１１、第３生成物２１２、第（ｎ−２）生成物２１４、第（ｎ−１）生成物２１５、及び第ｎ生成物２１６、他の多数の生成物２１３が、分離要素を介して第３生成物２１２と第（ｎ−２）生成物２１４との間に配置される。
【００５０】
注入済み半完成品ファイバーパック２００は、さらに２つの互いに隣接する注入済み半完成品ファイバー生成物の間に配置された、第１分離要素２２０−第ｍ分離要素２２６を含む。第１分離要素２２０は例えば第１生成物２１０と、第２生成物２１１との間に配置される。どちらの場合であっても、第１生成物２１０−第ｎ生成物２１６と第１分離要素２２０−第ｍ分離要素２２６を備えるファイバーパック２００には、分離要素が間に注入されている。第１生成物２１０−第ｎ生成物２１６へのまとめての注入により、第１生成物２１０−第ｎ生成物２１６は互いに固定して配置される。このように互いに固定しての注入によって、たとえば 表面粗度の低下及び／又は減少したバリをもって、本方法による流体ジェット２５０により高品質の切断が実現できるようになった。
【００５１】
注入済み半完成品生成物２１０−２１６を再び互いに分離可能にするため、注入済み半完成品ファイバー生成物２１０−２１６の間には分離要素２２０−２２６を配置する。分離要素２２０−２２６はそれぞれマトリクス材に対する透過性を有している。この透過性により、半完成品ファイバーパック２００への高品質な注入が可能となる。
【００５２】
第１分離要素に設けられた複数の流路開口部（２３０−２３６）の図を例として示している。分離要素（２２０−２２６）のそれぞれには、流路開口部が複数あることが好ましい。ここで、第１の分離要素２２０の流路開口部は、多数設けるほど分離要素２２０〜２２６のマトリクス材への透過性が好ましい状態になるため、ここでは概略的に示している。例えばバリアフィルムの透過性は、適当な材料例えば織布もしくは穴の開いたフィルムにより実現できる。あるいは、分離要素は２以上の分離要素部分を備え、マトリクス材に対する透過性が分離要素部分の間に存在するように配置されるのが望ましい。その結果としてマトリクス材は分離要素部分の間を透過できるので、分離要素または２以上の分離要素部分はマトリクス材に対し浸透性のない材料で構成してもよいか、あるいはそのような材料を含むことができる。
【００５３】
図４は、注入（ないし含侵）済みファイバーパック３００の一実施形態の例を示す３次元模式図である。ファイバーパック３００は、第１生成物（注入済み半完成品ファイバーパック）３１０、第２生成物３１２、第３生成物３１４、および、第４生成物３１６を含む。第１分離要素３３０、第２分離要素３３２、第３分離要素３３４はそれぞれ、生成物の間に配置されている。さらに、複合材の輪郭３２０に沿って、概略図で示した通りに切断される。
【００５４】
図５に、図４に示す半完成品ファイバーパック３００から切り出された複合材部品の分離前の３次元模式図を示す。切断は例えばウォータージェット切断法により行なわれたものでも良い。実際に製造される複合材部品の輪郭には切り離すべき部分を有することが認められるが、ここでは４つある複数の注入済み複合材部品がそれぞれの上に積み重ねられ、それらの間にそれぞれ分離要素があることが分かる。第１分離要素３３０、第２分離要素３３２、第３分離要素３３４は、それぞれの場合、複合材部品の間に配置される。第１分離要素３３０、第２分離要素３３２、第３分離要素３３４の分離はそれぞれについて後に述べるステップで行われ、製造すべき複合材部品が生成される。
【００５５】
図６に、図４に示された半完成品ファイバーパック３００から切断、分離された第１部品３１０’、第２部品３１２’、第３部品３１４’、第４部品３１６’それぞれの３次元模式図を示す。第１部品３１０’、第２部品３１２’、第３部品３１４’、第４部品３１６’は、半完成品第１生成物３１０、第２生成物３１２、第３生成物３１４、第４生成物３１６と形状的に実質的に対応しており、第１部品３１０’、第２部品３１２’、第３部品３１４’、第４部品３１６’は完成した部品を表している。第１生成物３１０、第２生成物３１２、第３生成物３１４、第４生成物３１６は第１部品３１０’、第２部品３１２’、第３部品３１４’、第４部品３１６’の中間生成物でありその外形は例えばファイバーパック３００から切り出されたものであり、例えばそれぞれ互いに隣接するファイバーパック３００とは切り離す必要がある。必要に応じて、第１部品３１０’、第２部品３１２’、第３部品３１４’、第４部品３１６’を得るために、注入済み第１生成物３１０、第２生成物３１２、第３生成物３１４、第４生成物３１６から分離要素部分３３０、３３２、３３４及び／又は分離要素部分３３０、３３２、３３４の構成部分を取り除いてもよい。
【００５６】
本発明において、下記の形態が可能である。
［形態１］
２以上のファイバー複合材部品、特に一の外形を持つ２以上の実質的に同一のファイバー複合材部品を同時に製造する方法であって、
- １以上のファイバー材、及び、１以上の平面状の分離要素、及び、１以上のマトリクス材を用意する工程、但し前記平面状分離要素の少なくとも一つはマトリクス材に対し、部分的に透過性であり、
- 前記ファイバー材を、層ごとに積み重ねるように配置してファイバー生成物を構成して、半完成品ファイバーパックを生成する工程、但し前記分離要素を前記ファイバー生成物同士の間にそれぞれ配置すること、
- 前記ファイバーパックに前記マトリクス材を注入する工程、
- 注入後に前記半完成品ファイバーパックへ、部品の外形を切断する工程、
を含むことを特徴とする、
ファイバー複合材部品の製造方法。
［形態２］
ファイバーパックを、前記分離要素のところで分離する、ことを特徴とする、好ましくは形態１に記載のファイバー複合材部品製造方法。
［形態３］
切断には流体を用い、前記流体は、好ましくは研磨剤を含む流体であり、前記流体は、好ましくは流体ジェットとして提供される、ことを特徴とする、好ましくは形態１又は形態２に記載のファイバー複合材部品製造方法。
［形態４］
前記分離要素はバリアフィルムとして用いるものであり、好ましくは複数の流路開口部を備え、前記バリアフィルムは、前記流路開口部が好ましくは一様に設けられているか、及び／又は、ポリエチレン、特に低密度ポリエチレンを含むか、又はそれにより構成されていることを特徴とする、好ましくは形態１乃至３のいずれか一に記載のファイバー複合材部品製造方法。
［形態５］
前記分離要素は、浸透性を備える織物として、又はメッシュ要素として、又は化学的バリア層として、または接着層として、又はその組み合わせとして構成されることを特徴とする、好ましくは形態１乃至４のいずれか一に記載のファイバー複合材部品製造方法。
［形態６］
前記分離要素は、分離要素部分で構成されるか、又は分離要素部分を含み、前記分離要素部分は互いに隣接する前記半完成品ファイバー生成物（パック）の間に配置されることを特徴とする、好ましくは形態１乃至形態５のいずれか一に記載のファイバー複合材部品製造方法。
［形態７］
前記分離要素は、隣接する二つの前記ファイバー生成物の間に完全に配置される、ことを特徴とする、好ましくは形態１乃至６のいずれか一に記載のファイバー複合材部品製造方法。
［形態８］
切断方向は、前記分離要素の面の法線に対して、平行になるように配向されるか、及び／又は前記分離要素の面の法線に対して、所定の角度を持つように配向される、ことを特徴とする、好ましくは形態１乃至７のいずれか一に記載のファイバー複合材部品製造方法。
［形態９］
２以上のファイバー複合材部品が、１つの平面の形状を持つことを特徴とする、好ましくは形態１乃至８のいずれか一に記載のファイバー複合材部品製造方法。
［形態１０］
好ましくは形態１乃至９のいずれか一に記載のファイバー複合材部品製造方法であって、前記マトリクス材は、
- プラスティックを含むか、またはプラスティックで構成され、前記プラスティックは好ましくは熱可塑性、及び／又は、熱硬化性のプラスティックを含むか／又はそれから構成されること、
- セラミックを含むか、又は、セラミックで構成されること、
- セメントを含むか、又は、セメントで構成されること、
- コンクリートを含むか、又は、コンクリートで構成されること、
- 金属を含むか、又は、金属で構成されること、又は
- カーボンを含むか、又は、カーボンで構成されること、又は 
- それらの組み合わせであること、
を特徴とする、ファイバー複合材部品製造方法。
［形態１１］
カーボンファイバー等の有機物ファイバーを含むか、又は有機物ファイバーにより構成されること、
グラスファイバー等の無機物ファイバーを含むか、又は無機物ファイバーにより構成されること、又は、
天然ファイバーを含むか、又は天然ファイバーにより構成されること、又は、
それらの組み合わせであること、を特徴とする、
好ましくは形態１乃至１０のいずれか一に記載のファイバー複合材部品製造方法。
［形態１２］
好ましくは形態１乃至１１のいずれか一に記載の製造方法により製造されるファイバー複合材部品製造方法であって、該ファイバー複合材部品は、特に、
- ローターブレードの部品として、または、
- 空中移動体、特に航空機の部品として、または、
- 海上移動体、特に船舶やボートの部品として、または、
- 陸上移動体、特に自動車の部品として、または、
- 建設部門で用いられる部品として、または、
- 電子部品用の絶縁材として、または、
- それらの組み合わせとして、
構成されることを特徴とするファイバー複合材部品。
［形態１３］
好ましくは形態１乃至１１のいずれか一に記載の方法により製造されたファイバー複合材部品を少なくとも一つ備える、
風力発電設備のローターブレード。
［形態１４］
タワー、ナセル、ローターを備える風力発電設備であって、
タワー、及びナセル、及びローターの少なくともいずれか一は、好ましくは形態１乃至１１の一に記載の方法により製造されるファイバー複合材部品であること、又は、
好ましくは形態１３に記載のローターブレードを含む、
ことを特徴とする、風力発電設備。
【符号の説明】
【００５７】
１００            風力発電設備
１０２            タワー
１０４            ナセル
１０５            部品パック
１０６            ローター
１０８            ローターブレード
１１０            スピナー
１１１            第１部品
１１２            第２部品
１１４            第３部品
１１６            他の部品
１１８            第ｎ部品
１５０            流体ジェット
１５２            流体第１出口
１５４            流体第２出口
２００            注入済み半完成品ファイバーパック（生成物）
２１０            第１生成物
２１１            第２生成物
２１２            第３生成物
２１３            分離要素を含めた複数の生成物
２１４            第（ｎ−２）生成物
２１５            第（ｎ−１）生成物
２１６            第ｎ生成物
２２０            第１分離要素
２２１            第２分離要素
２２２            第３分離要素
２２４            第（ｍ−２）分離要素
２２５            第（ｍ−１）分離要素
２２６            第ｍ分離要素
２３０            流路第１開口部
２３１            流路第２開口部
２３２            流路第３開口部
２３３            流路第４開口部
２３４            流路第５開口部
２３５            流路第６開口部
２３６            流路第７開口部
２５０            流体ジェット
３００            注入済み半完成品ファイバーパック（生成物）
３１０            第１生成物
３１０’          第１部品（第１ファイバー複合材部品）
３１２            第２生成物
３１２’          第２部品
３１４            第３生成物
３１４’          第３部品
３１６            第４生成物
３１６’          第４部品
３２０            部品外形（輪郭）
３３０            第１分離要素
３３２            第２分離要素
３３４            第３分離要素
【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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