(57)【要約】【課題】              発電用風車の翼には、翼と支持アームの取付部の強度、翼の剛性、軽量性が求められるが、取付部の補強や剛性を高めるリブや桁などが必要なため、十分な軽量化は実現していない。【解決手段】          翼外殻を構成する上面殻２および下面殻３と、前記中空部を形成する一体成形された前区画４および後区画５と、前記中空部と独立し、前記翼下面殻３に開口部９を有する支持アーム取付孔６とを有し、前記前区画４と前記後区画５の接合部からなる桁８は、翼長方向全長に亘って前記上面殻２と前記下面核３を連係し、前記支持アーム取付孔６を構成する壁面７を前後から挟み込むように配置した構成の翼１、および特に発泡プラスチック等の充填材を用いず翼１を提供するための内圧成形法を用いて製造する。【選択図】          図５
2009085009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填材を内包しない中空部を有する炭素繊維製の垂直軸風車用の直線翼であって、
翼外殻を構成する上面殻２および下面殻３と、
前記中空部を形成する一体成形された前区画４および後区画５と、
前記中空部と独立し、前記翼下面殻３に開口部９を有する支持アーム取付孔６とを有し、
前記前区画４と前記後区画５の接合部からなる桁８は、翼長方向全長に亘って前記上面殻２と前記下面核３を連係し、前記支持アーム取付孔６を構成する壁面７を前後から挟み込むように配置されたことを特徴とする翼１。
【請求項２】
上面殻２を形成する炭素繊維プリプレグを上型２０に、下面殻３を形成する炭素繊維プリプレグを下型２１にセットする工程と、
前区画４と後区画５を形成する炭素繊維製プリプレグを各々内圧芯材２２に旋廻被覆する工程と、
支持アーム取付孔６を形成する芯金２４に炭素繊維プリプレグを旋廻被覆する工程と、
前記炭素繊維プリプレグを旋廻被覆した前記芯金２４を前記上型２０または下型２１に設置する工程と、
前記芯金２４を挟み込むように前記内圧芯材２２を金型に設置する工程と、
上型２０と下型２１を密閉し、内圧芯材２２を膨らませる工程と、
を含む、請求項１の翼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置などに用いられる垂直軸風車の直線翼の構造、及びその製造方法に関わるものである。
【背景技術】
【０００２】
発電用風車の翼には、発電効率を高めるための軽量化、強風や高速回転で変形しない剛性、および支持アーム取付部の強度が求められている。特に支持アーム取付部は強度を得るために相当な質量を要するため、取付部の強度に関する様々な提案がなされている。
【０００３】
翼の軽量化と支持アーム取付部の強度を両立する技術として、例えば特開２００３−２０６８４８には、翼と支持アーム（支持翼）を一体成形して接合強度を改良した繊維強化樹脂製の軽量翼が開示されている。また、翼の剛性と支持アーム取付部の強度を両立する技術として、例えば特開２００６−２０７４７５には、支持アーム（支持翼）の先端に設けたリング部を利用した翼が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２０６８４８
【特許文献２】特開２００６−２０７４７５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１のように直線翼と支持翼を一体で成形する場合は、中型や大型の直線翼の成形には向かず、また翼幅方向の剛性を高めるためには翼内に桁を設ける等しなければならない。また、心材の発泡プラスチックの質量も加わるため、十分な軽量化ができないという課題を有していた。
【０００５】
また、特許文献２のように、支持翼の先端に設けたリング部に直線翼を嵌め入れて固定する方法では、翼弦方向の剛性に効果はあるが翼幅方向の剛性にはあまり寄与せず、遠心力で翼幅方向にたわみが生じる。また、リング部や補強部に質量が必要なため、やはり十分に軽量化ができないという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、かかる問題点に鑑み、翼と支柱の接合部分の強度を高め、かつ翼幅方向の剛性が高い軽量な翼を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の請求項１に係る発明は、充填材を内包しない中空部を有する炭素繊維製の垂直軸風車用の直線翼であって、翼外殻を構成する翼上面殻および翼下面殻と、中空部を形成する一体成形された前区画および後区画と、中空部と独立し、翼下面殻に開口部を有する支持アーム取付孔とを有し、前区画と後区画の接合部からなる桁は、翼幅方向全長に亘って上面殻と下面核を連係し、支持アーム取付孔を構成する壁面を前後から挟み込むように配置されたことを特徴とする翼である。
【０００８】
このように、支持アーム取付孔を構成する壁面は前区画と後区画の壁面で挟み込むように一体化され、さらに各区画は上面殻および下面殻とも一体化しているので、支持アーム取付孔を強固に翼に取り付けることができる。また、支持アーム取付孔を構成する壁面と桁は、に翼幅方向の剛性も同時に高めることができるので、翼の軽量化ができる。
【０００９】
本発明の請求項２に係る発明は、上面殻を形成する炭素繊維プリプレグを上型に、下面殻を形成する炭素繊維プリプレグを下型にセットする工程と、前区画と後区画を形成する炭素繊維製プリプレグを各々内圧芯材に旋廻被覆する工程と、支持アーム取付孔を形成する芯金に炭素繊維プリプレグを旋廻被覆する工程と、炭素繊維プリプレグを旋廻被覆した芯金を上型または下型に設置する工程と、芯金を挟み込むように内圧芯材を金型に設置する工程と、上型と下型を密閉し、内圧芯材を膨らませる工程とを含む、請求項１の翼の製造方法である。
【００１０】
この製法によれば、支持アーム取付孔の壁面は前区画と後区画の壁面に挟まれるので、支柱取付孔壁面が強化されるとともに支持アーム取付孔と翼の接合強度を高めることができる。また独立した前後区画は上面殻と下面殻を連係一体化するので、翼の剛性や強度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、支持アーム取付部の壁面強度と直線翼への固定が強固になり、かつ翼の翼幅方向の剛性を高めることが出来る。また、翼の全質量の７０％程度を占める発泡心材を使わずに翼を成形でき、支持アーム取付部に金属部品などを付加しなくともよいので、翼の軽量化ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好適な実施形態を、図を参照して説明する。図２は、本発明の翼の構成要素を示す模式図である。内圧成形で各々一体成形される前区画４と後区画５は、その接合面が翼幅方向の剛性を高める桁８を形成し、支持アーム取付孔６の壁面付近では孔壁面７を前後から挟むように配置される。上面殻２と下面殻３は前区画４と後区画５を連係するように設けられ翼１の外形を形成する。支持アーム取付孔６は前後区画に挟まれるように配置されるが、後に説明するように孔壁面７の端部７−ａを前区画４または後区画５と、上面殻２または下面殻３の間に設ければ、さらに取付強度と翼剛性を高めることができる。
【００１３】
本発明の翼の製造例を、図を参照して説明する。図３は本発明の翼１を形成する金型であり、上面殻２を形成する上型２０と下面殻３を形成する下型２１と、支持アーム取付孔６を形成する芯金２４と、前区画４及び後区画５を成形する二つの内圧心材２２で構成される。内圧心材２２はナイロン等の伸縮性を有する樹脂チューブが使用される。
【００１４】
上型２０に上面殻２を形成する炭素繊維プリプレグを、下型２１に下面核３を形成する炭素繊維プリプレグを設置し、芯金２４に孔壁面７となる炭素繊維プリプレグを被覆し、本体金型の穴部２５に嵌め込み固定する。このとき支持アーム取付孔６と翼の接合強度をさらに高めるために、図４に示すように炭素繊維プリプレグを芯金２４よりも長く被覆し、炭素繊維プリプレグの両方あるいは片方の端部７−ａを広げて金型に設置してもよい。
【００１５】
さらに、前区画４と後区画５を形成する炭素繊維プリプレグを被覆した内圧心材２２を本体型の翼幅方向両端の設置部２６に置き、各々の内圧心材の一端を連結部材（図示せず）で連結し、エア注入口２７に接続する。上下型を密閉しエア注入口２７から内圧心材２２に高圧で空気を送り各区画の壁面を形成する。各区画は一体成形され、また成形時に上面殻２、下面殻３、支持アーム取付孔６、他方の区画とも一体化するので、剛性が高く、強度に優れ、かつ軽量な翼とすることができる。
【００１６】
成形時に翼１の構成要素を強固に一体化するために、炭素繊維プリプレグには同じ樹脂か少なくとも同系統の樹脂を使用するとよい。支持アーム取付孔６の炭素繊維プリプレグの端部を広げて成形すれば、孔壁面の端部７−ａは各区画を構成する壁面と、上面殻２または下面殻３に挟まれ一体化するので、支持アーム取付孔６はさらに強固に翼１に固定され、翼の剛性を高めることができる。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例を、図を用いて説明する。図５は図１に示す翼１のＡ−Ａ’及び支持アーム取付孔６の中心線を含むＢ−Ｂ’の断面図である。本実施例では、翼幅１．７ｍ、翼弦０．２７ｍの直線翼を、請求項２の製法で作製した。上面殻２と下面殻３は肉厚０．２５〜０．３ｍｍで形成され翼の外殻となる。前区画４と後区画５は肉厚０．２５〜０．３ｍｍで形成され、桁８は各区画が接合し０．５〜０．６ｍｍ程度で形成される。また支持アーム取付孔６の径は２０ｍｍ、孔壁面７は１ｍｍで形成される。本実施例では貫通孔としたが、上面１２に貫通せず、下面１３に開口部９を持つだけでもよい。また、本実施例では支持アーム取付孔６の両端部で炭素繊維プリプレグを開いているが、どちらか一方でもよい。また、支持アーム取付孔の形状は円に限定されるものではなく、四角形や翼形状などを適宜選択することができる。支持アーム取付孔６は前縁から１００ｍｍの位置に設けたが翼弦に対し前縁から２０〜５０％の位置で任意に設定することができる。
【００１８】
本実施例では、炭素繊維は東邦テナックス社製の高弾性繊維を、マトリクスには熱硬化性のエポキシ樹脂を使用し、樹脂含有率は３３ｗｔ％のプリプレグとしたが、これに限定されるものではなく設計に応じた材料を選択できる。また、型占め後に内圧心材には４ＭＰａで空気を送り膨張させ、金型を１４０℃で３０分保持して翼を成形した。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明の翼は、発電用垂直軸風車に広く使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の直線翼斜視図。
【図２】本発明の直線翼を構成するプリプレグの模式図。
【図３】本発明の直線翼用製造金型。
【図４】プリプレグを被覆した心金。
【図５】例本発明の直線翼のＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’の断面図。
【符号の説明】
【００２１】
１  翼、２  上面殻、３  下面殻、４  前区画、５  後区画、６  支持アーム取付孔、７  孔壁面、８  桁、９  開口部、１０  前縁、１１  後縁、１２  上面、１３  下面、２０  上型、２１  下型、２２  内圧心材、２３  注入口、２４  芯金、２５  穴部、２６  設置部、２７  エア注入口、ＧＬ  翼弦基準線  
【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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