JP6714405B2 - ロータブレード並びにその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、風車のロータブレード並びにその製造方法に係り、特に揚力型ブレードを、複数の中空ブロックの結合体を用いて軽量化したロータブレードとその製造方法に関する。
縦軸風車の縦長ブレードは、一般的に硬質合成樹脂で形成されており、大型のものでも、芯体を発泡合成樹脂の成形体とし、表面に表層を形成している（例えば特許文献１）。
前記、特許文献１に記載のようなブレードは、例えば弦長が１ｍ以上で、高さが５ｍ以上という大型のブレードでは、発泡合成樹脂の成形が困難であり、また発泡の斑が生じる虞もあり、ＦＲＰによる表層の強度を高めると、全体の重量が重くなり、回転効率が上がりにくくなる。
本発明は、芯に発泡合成樹脂を使用することなく、全体の重量を軽量化するとともに、剛性に優れたロータブレードとその製造方法を提供することを目的としている。
本発明は、芯に発泡合成樹脂を使用することなく、全体の重量を軽量化するとともに、剛性に優れたロータブレードとその製造方法を提供することを目的としている。
本発明の具体的な内容は、次の通りである。
（１） 風車の揚力型ブレードであって、ブレードを複数のブロックに分割した各ブロック形の型枠ごとに、複数のノズルから押出された樹脂線状体を降下させ、降下過程で複数の樹脂線状体が、長手方向で無数の連続する不規則のループ状部を形成し、該ループ状部が隣接同士で型枠内で接着し合うことにより無数の不定形空隙が形成された立体網目状ブロックを形成し、該立体網目状ブロックの複数をブレード形に組合わせて接着、一体化し、その全表面に被覆層が被着されてなるロータブレード。
（２）前記立体網目状ブロックは、複数の樹脂線状体の単線が、型枠の中で全方向へ不規則な連環を形成して隣同士で接着硬化して、型枠の内法形に形成されているいる前記（1）に記載のロータブレード。
（３） 前記立体網目状ブロックは、縦長のものを、弦方向に複数並列させてブレード形に一体に結合させる前記（1）または（2）に記載のロータブレード。
（４）前記立体網目状ブロックは、縦方向を向く管状体で、弦方向で複数を組合わせてブレード形に接着する前記（3）に記載のロータブレード。
（５）前記立体網目状ブロック同士は、隣接同士の接着対向面に薄板状のリブを介在させてブレード形に接着する前記（1）〜（4）のいずれかに記載のロータブレード。
（６）前記立体網目状ブロックにおいて、立体網目状ブロックを形成する樹脂線状体同士の立体網目状間隙に発泡樹脂が詰装された前記（1）〜（5）のいずれかに記載のロータブレード。
（７）風車の揚力型ブレードの製法において、ブレード形を複数のブロックに分割した各ブロック形の型枠を形成し、該型枠ごとに、複数のノズルから押出された樹脂線状体を降下させ、降下過程で複数の樹脂線状体により、長手方向で無数の連続する不規則のループ状部を形成させ、該ループ状部が隣接同士で型枠内で接着し合うことにより無数の不定形空隙が形成された立体網目状ブロックを形成し、該立体網目状ブロックの複数をブレード形に組合わせて一体化し、その全表面に被覆層を被着させるロータブレードの製造方法。
本発明によると、次のような効果が奏せられる。
前記（1）に記載の発明は、立体網目状ブロックが、複数の樹脂線状体が屈折して接着し合っているので、外見的にヘチマの芯のように、樹脂線状体が不規則に絡みあっており、ブロックとしての嵩が大であっても、空間が大であるので、全体として軽量となっている。
それに使用する合成樹脂の比重が、水に浮くほど軽く、弾性があり、剛性に優れているので、表面に表層を一体に形成すると、台風のような強風にも折損しにくい。また屈曲しても、切断されにくいので、人畜に対する損害が生じにくい。
それに使用する合成樹脂の比重が、水に浮くほど軽く、弾性があり、剛性に優れているので、表面に表層を一体に形成すると、台風のような強風にも折損しにくい。また屈曲しても、切断されにくいので、人畜に対する損害が生じにくい。
前記（2）に記載の発明は、前記立体網目状ブロックは、複数の樹脂線状体の単線が、型枠の中で全方向へ不規則な連環を形成して隣り同士で接着硬化して、型枠の内法形に形成されているので、手早く製造することができる。かつ立体網目状ブロックは、多数の連環を有する乱線体が結合しているので、弾力性に優れており、曲げに対しての復元性に優れ、全体の剛性が優れたブレードを得ることができる。
前記（3）に記載の発明は、前記立体網目状ブロックの、縦長のものを、弦方向に複数並列させて一体に結合させるので、手早く製造することができる。かつ立体網目状ブロックは、多数の連環を有する樹脂線状体が結合しているので、弾力性に優れており、曲げに対しての復元性に優れ、全体の剛性が優れたブレードを得ることができる。
前記（4）に記載の発明は、前記立体網目状ブロックが管状に形成されており、この複数を並列し、結合させてブレードの形に形成すると、剛性に優れているが、間隙の多いブレードを形成することができる。必要に応じて、管の中空部分に発泡合成樹脂を詰装して、強度を高めることができる。
前記（5）に記載の発明は、前記立体網目状ブロック同士の間に、リブを挾設してあるので、ブレードが回転時に遠心方向の力を受けても、回転半径方向への屈曲に対して剛性に優れている。
前記（6）に記載された発明は、前記立体網目状ブロックにおいて、立体網目状結合体を形成する樹脂線状体同士の立体網目状間隙に発泡樹脂が詰装されるので、剛性をより高めることができる。
前記（7）に記載の発明のブレードの製法は、複数の樹脂線状体同士が不規則に絡み合っている立体網目状ブロックを製造することによって、この立体網目状ブロックの複数個をもってブレードの形を容易に形成することができる。
立体網目状ブロックによるブレード形は、軽量であり、かつ屈折性に優れている。この表面に、被覆層を一体に形成することによって、空隙の多いブレードを形成することができ、軽量かつ剛性に優れたブレードを得ることができる。
立体網目状ブロックによるブレード形は、軽量であり、かつ屈折性に優れている。この表面に、被覆層を一体に形成することによって、空隙の多いブレードを形成することができ、軽量かつ剛性に優れたブレードを得ることができる。
以下本発明を、図面を参照して説明する。図１は、ロータブレード１（以下単にブレードという）の正面図で、図２は、図１におけるII−II線横断拡大平面図である。図３は、図１に示すブレード１の、一部被覆層を除去した左側面図である。
図１に示すように、ロータブレード１の縦長の主部１Ａの上下端部に、縦主軸方向へ向いて傾斜する傾斜部１Ｂが形成されている。
また左側面１Ｃ（回転時の内側面）には、任意の位置に、縦主軸11に固定された、水平の支持腕12の先端部に固着される取付部材１Ｄが突設されている。
また左側面１Ｃ（回転時の内側面）には、任意の位置に、縦主軸11に固定された、水平の支持腕12の先端部に固着される取付部材１Ｄが突設されている。
図２において、ブレード１の翼端を上向きとした状態の横断面は、前縁端１Ｅから後縁端１Ｆを結ぶ中心線Ｓを境として、右側面１Ｇ（回転時の外側面）側よりも、左側面１Ｃ（内側面）側の方の膨らみが大としてある。
これによって、回転時に生じるコアンダ効果により、外側面１Ｇに沿って通過する気流よりも、内側面１Ｃに沿って通過する気流の速度の方が高速となり、後縁１Ｆ端から外側へ通過する気流によって、ブレード１の回転効率が高まる。
図２、図３及び図４に示すように、複数の弾性がある樹脂線状体７が、不規則に絡みあった立体網目状結合体３による立体網目状ブロック２を複数個、ブレード１の形に結合させて、ブレード１が形成されている。
樹脂線状体７は、直径１mmないし５mm前後で、図５に示すように、押出成形機５のノズル６から、溶融した熱可塑性弾性合成樹脂材を、断面丸形、三角形、板状など任意形の線状に押出したもので、その下の受台８に樹脂線状体７が垂れて当たると、継続して垂れて全方向に不規則に屈曲しながら、不定形の連なった連環７Ａを造ることができる。
そこで、一定の速度で受台８を下方向に移動させると、連環７Ａが長く繋がって硬化するので、必要な長さで裁断する。それを繰返すことによって、連環７Ａの連なった乱線体７Ｂが出来る。
これを上下に開口のある、図示しない型枠内を通すと、隣り同士の乱線体７Ｂが接着し合って、不規則の連鎖環状を持つ立体網目状結合体３になり、これによる立体網目状ブロック２が形成される。
これを上下に開口のある、図示しない型枠内を通すと、隣り同士の乱線体７Ｂが接着し合って、不規則の連鎖環状を持つ立体網目状結合体３になり、これによる立体網目状ブロック２が形成される。
熱可塑性弾性合成樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレンその他の熱可塑性合成樹脂の単体もしくは混合物で、比重は0.9ないし0.96の軽量なものが好ましい。
図６はに示すように、押出成形機５の複数のノズル６の下に、上下に貫通口のある筒状の成形型９を配設し、この中に樹脂線状体７を垂らし込む。図６に示すように、成形型９の中で連環７Ａの連なった乱線体７Ｂが出来て、左右前後で接着し合い、図７に示すように、成形型９の形に立体網目状ブロック２が形成される。これを図５における受台８を下方へ移動させることによって、長いものも作ることができる。すなわち、板状、柱状、管状など、成形型９によって形状は変化する。
図４の立体網目状ブロック２は、押出成形機５のノズル６を環状に配して、そこから垂れる樹脂線状体７を、管状の主部成形型９の中において互いに接着させ、硬化させたものであり、管状になっている立体網目状ブロック２が形成される。
従って、ブレード１の主部１Ａを、必要な長さに揃えて形成される。この成形型を、内外２重として、内外の枠の中に樹脂線状体７を垂らすと、厚さの均等な、管状の立体網目状ブロック２を形成することができる。
この成形型９は、図２に示すように、ブレード１を弦方向で複数に切分けた状態の形の成形型を複数製造し、この成形型により製造した、厚さと形の異なる細長い立体網目状ブロック２、２を作り、図２、図３に示すように並列させて、ブレード１の形に接合する。
接合方法は、例えば接着剤で接着、あるいはバーナにより溶着させる。隣接する立体網目状ブロック２、２の接着面の間に、必要に応じて薄板状のリブを挾設することもある。
図８は、傾斜部１Ｂを樹脂線状体７で作るための、傾斜部成形型の縦断正面図である。前記図５における押出成形機５の、ノズル６から垂れる樹脂線状体７を、ブレード１の傾斜部１Ｂの形状に合わせた、傾斜部成形型10の中に垂らし込むと、傾斜部成形型10の中で、樹脂線状体７が不規則に屈曲し、近接の樹脂線状体７と接着して、傾斜部１Ｂの形状をした立体網目状ブロック（図示省略）ができ、これを適度の長さに裁断する。
傾斜部１Ｂの形状をした立体網目状ブロック（図示せず）も、主部１Ａのように、図２に示すように弦方向で複数を接合する。しかる後、主部と傾斜部とをブレード１の形状に接合する。この場合、加熱可能なプレス金型を形成しておき、その中に立体網目状ブロック２を入れて、金型によるプレス成形をすると好ましい。
この場合、金型の内面に表層材を含浸させた布を張り、この中に立体網目状ブロック２を置いて、型合わせをして成形する。成形後、脱型して表面を調えて、表面剤による仕上げを行う。
このようにして形成した、ブレード１の形状を有する図示しないブレード型の立体網目状ブロック２の表面に、ガラス繊維布、合成繊維布などの布（編物、不織布を含む）を張着し、表層樹脂を付着して被覆層４を形成する。被覆層樹脂としては、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂（混合物）などが使用されるが、硬質のものよりも軟質のものが好ましい。
縦主軸11に支持された、支持腕12の先端に固定する取付部材１Ｄは、図２に示すように、立体網目状ブロック２の取付部分に、孔を開けて基端部を嵌入し、接着する。必要に応じて、その部分の立体網目状結合体３の隙間に、例えば発泡樹脂などの樹脂を充填させることによって、剛性を高めることができる。
図２において、各立体網目状ブロック２は、管状に形成されているので、必要に応じて、その管孔に発泡樹脂を詰装することができる。また前縁１Ｅ端から後縁１Ｆ端へかけて、骨材を挿入することもある。
板状や柱状に形成した立体網目状ブロック２は、図示しないプレス成形型の中に適当に重ね、並べてブレード１の形状に成形することもある。また、乱線体７Ｂ、立体網目状結合体３も成形型でブレード１の形に成形することもできる。
なお、立体網目状ブロック２は、前記製法に限定されるものではなく、例えば、細い樹脂線状体の繊維状のものを束として、熱気の中で軟化、屈曲させ、下の型枠内において硬化成形させるなどの方法もある。
前記ブレードは、縦軸風車のブレードに限らず、横軸プロペラ型のブレードとすることもできる。
前記ブレードは、縦軸風車のブレードに限らず、横軸プロペラ型のブレードとすることもできる。
本発明は、立体網目状ブロックを芯として、表面に表層を形成するので、ほぼ中空のように軽量で、かつ弾力のある樹脂線状体により形成されており、剛性に優れ、大型の風車のブレードに使用されて、効率の良い発電に利用することができる。
１．ロータブレード
１Ａ．主部
１Ｂ．傾斜部
１Ｃ．左側面
１Ｄ．取付部材
１Ｅ．前縁
１Ｆ．後縁
１Ｇ．右側面
２．立体網目状ブロック
３．立体網目状結合体
４．被覆層
５．押出成形機
６．ノズル
７．樹脂線状体
７Ａ．連環
７Ｂ．乱線体
８．受台
９．主部成形型
10．傾斜部成形型
11．縦主軸
12．支持腕
Ｓ．中心線
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Claims (7)
- 風車の揚力型ブレードであって、ブレードを複数のブロックに分割した各ブロック形の型枠ごとに、複数のノズルから押出された樹脂線状体を降下させ、降下過程で複数の樹脂線状体が、長手方向で無数の連続する不規則のループ状部を形成し、該ループ状部が隣接同士で型枠内で接着し合うことにより無数の不定形空隙が形成された立体網目状ブロックを形成し、該立体網目状ブロックの複数をブレード形に組合わせて接着、一体化し、その全表面に被覆層が被着されてなることを特徴とするロータブレード。
- 前記立体網目状ブロックは、複数の樹脂線状体の単線が、型枠の中で全方向へ不規則な連環を形成して隣同士で接着硬化して、型枠の内法形に形成されているいることを特徴とする請求項１に記載のロータブレード。
- 前記立体網目状ブロックは、縦長のものを、弦方向に複数並列させてブレード形に一体に結合させることを特徴とする請求項１または２に記載のロータブレード。
- 前記立体網目状ブロックのコア材は、縦方向を向く管状体で、弦方向で複数を組合わせてブレード形に接着することを特徴とする請求項３に記載のロータブレード。
- 前記立体網目状ブロック同士は、隣接同士の接着対向面に薄板状のリブを介在させてブレード形に接着することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のロータブレード。
- 前記立体網目状ブロックにおいて、立体網目状ブロックを形成する樹脂線状体同士の立体網目状間隙に発泡樹脂が詰装されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のロータブレード。
- 風車の揚力型ブレードの製法において、ブレード形を複数のブロックに分割した各ブロック形の型枠を形成し、該型枠ごとに、複数のノズルから押出された樹脂線状体を降下させ、降下過程で複数の樹脂線状体により、長手方向で無数の連続する不規則のループ状部を形成させ、該ループ状部が隣接同士で型枠内で接着し合うことにより無数の不定形空隙が形成された立体網目状ブロックを形成し、該立体網目状ブロックの複数をブレード形に組合わせて一体化し、その全表面に被覆層を被着させることを特徴とするロータブレードの製造方法。
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