JP2016033365A - ロータブレード及びロータブレードの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的軽量で且つ高い精度の高い形状のロータブレードを提供する。【解決手段】実施形態によれば、ロータブレードは、翼型を画定する板状の部分である外板部３０と、当該外板部３０の内側を長手方向に延びており、当該外板部３０のプレッシャ側部分３３とサクション側部分３４とを結合させる桁部４０Ａ，４０Ｂとを備える。外板部３０と桁部４０Ａ，４０Ｂは、一体に成形されている。外板部３０と桁部４０Ａ，４０Ｂは、三次元造形システムにより、一体に造形される。桁部４０Ａ，４０Ｂを造形する際に、これら桁部４０Ａ，４０Ｂの内部には、多数の空間が形成される。前記桁部４０Ａ，４０Ｂの内部に形成された空間と、外板部３０の内側であって桁部４０Ａ，４０Ｂの外側にある空間は連通している。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、風車のロータを構成する回転翼であるロータブレードの構造と、その製造方法に関する。

風が有する運動エネルギを電気エネルギに変換する風力発電装置等は、通常、風の力を機械的動力に変換するロータを備えた装置、いわゆる風車（風力タービン：wind turbine）を有している。風車は、一般的に、風を受けて回転するロータと、当該ロータからの機械的動力を発電機等に伝達する回転軸（いわゆる主軸）を有し、当該ロータは、風力を機械的動力に変換して主軸に伝達する。このようなロータは、通常、複数の回転翼（以下、ロータブレードと記す）と、これらロータブレードを主軸に固定するためのハブを有している。

なお、下記の特許文献１には、ロータブレードのうち翼型を画定する板状の部材（外皮）と、当該部材の内側に設けられた桁（spar）と、ハブに固定される翼根（blade root）とを、ガラス繊維強化プラスチックで構成する技術が開示されている。特許文献１に記載の技術においては、翼型を画定する板状の部材である外皮と、当該外皮の内側において翼弦方向の前後に設けられた桁とを、接着剤により接合している。

特開２００２−３５７１７６号公報

ところで上述した風力発電装置には、発電容量の大容量化が求められており、ロータブレードには、その長手方向の長さ（以下、翼長さと記す）が長いものを製作することが求められている。翼長さが比較的長い（例えば、８０ｍ）ロータブレードを製作する場合、翼型を画定する板状の部材と、その内側を長手方向に延びている桁も、それぞれ長いものとなり、これらを所定の位置に正確に位置を合わせて接着により接合することは困難であった。例えば、板状の部材と桁とを接着剤により接合する際に、当該接着剤が硬化するまでには、長い時間を要するという問題があった。また、板状の部材と桁との接着を行った後に、接合した位置が、所定の位置からずれていたことが判明した場合、硬化した接着剤を剥がすことは困難であり、製作したロータブレードを廃棄する必要があった。

なお、上述のようにロータブレードを高い精度で製作するために、上述した板状の部材（外皮）や桁を、より厚みを増した剛性の高いものを用いた場合、ロータブレードの重量が増大するという問題が生じる。ロータブレードの重量が増大すると、当該ロータブレードを支えるナセルやタワーといった風車の構成要素にも、より高い強度が求められ、風車全体としての重量やコストが増大するという問題が生じる。

本発明の実施形態は、上記に鑑みてなされたものであって、比較的軽量で且つ高い精度の高い形状のロータブレードを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の実施形態のロータブレードは、ロータブレードのうち翼型を画定する板状の部分である外板部と、前記外板部の内側を長手方向に延びており、当該外板部のプレッシャ側部分とサクション側部分とを結合させる桁部と、を備え、前記外板部と前記桁部は、一体に成形されており、前記桁部の内部に形成された空間と、前記外板部の内側であって前記桁部の外側にある空間が連通していることを特徴とする。

また、本発明の実施形態のロータブレードの製造方法は、三次元造形システムにより、ロータブレードのうち翼型を画定する板状の部分である外板部を造形すると共に、当該外板部の内側を長手方向に延びて当該外板部のプレッシャ側部分とサクション側部分とを結合させる桁部を造形することを特徴とする。

第１の実施形態のロータブレードの全体構成を示す部分断面図である。 第１の実施形態のロータブレードの翼端近傍における横断面図であり、図１のII−II線による断面図である。 第１の実施形態のロータブレードの長手方向中央部における横断面図であり、図１のIII−III線による断面図である。 第１の実施形態のロータブレードのうち桁部の構造を説明する斜視図である。 第１の実施形態のロータブレードのうち桁部に多数形成されたキャビティの詳細な構造を説明する斜視図である。 第１の実施形態のロータブレードの製造方法を説明する図であり、三次元造形システムの構成と、当該三次元造形システムにより造形途中のロータブレードを示す部分断面図である。 第１の実施形態のロータブレードの製造方法を説明する図であり、三次元造形システムの構成と、当該三次元造形システムにより造形が完了したロータブレードを示す部分断面図である。 第１の実施形態のロータブレードの製造方法を説明する図であり、ロータブレードの長手方向の中央部において、外板部のうちプレッシャ側部分と、桁部のうちプレッシャ側の部分が、一体に造形された状態を示す横断面図である。 第１の実施形態のロータブレードの製造方法を説明する図であり、ロータブレードの翼端の近傍において、外板部のうちプレッシャ側部分と、桁部のうちプレッシャ側の部分が、一体に造形された状態を示す横断面図である。 第２の実施形態のロータブレードの横断面図であり、桁部に設けられた保持部分によりダウンコンダクタが保持されている態様を示す図である。 第２の実施形態のロータブレードの横断面図であり、桁部のうちダウンコンダクタを保持する保持部分が途中まで造形された状態を示す横断面図である。 第２の実施形態のロータブレードの製造方法において、途中まで造形された保持部分と、当該保持部分により保持されるダウンコンダクタの構成を示す斜視図である。 第２の実施形態のロータブレードの横断面図であり、途中まで造形された保持部分に、ダウンコンダクタを取り付けた状態を示している。 第２の実施形態のロータブレードの横断面図であり、長手方向に隣り合う保持部分同士の間の横断面を示している。 第２の実施形態のロータブレードの翼端近傍の横断面図であり、途中まで造形された外板部にレセプタ取付用の貫通孔が形成された態様を示している。 第２の実施形態のロータブレードの翼端近傍の横断面図であり、外板部に形成された貫通孔にレセプタが取り付けられた態様を示す図である。 第３の実施形態のロータブレードのうち桁部の構造を説明する斜視図である。 第３の実施形態のロータブレードのうち桁部の基本構造を説明する斜視図である。 第３の実施形態の変形例の桁部の基本構造を説明する斜視図である。 第４の実施形態のロータブレードのうち桁部の構造を説明する斜視図である。 第５の実施形態のロータブレードが適用されるジャイロミル型風車のロータの斜視図である。 第５の実施形態のロータブレードが適用されるジャイロミル型風車のロータの斜視図であり、当該ロータに用いられるロータブレードの断面を説明する図である。 第５の実施形態のロータブレードを含むロータの製造方法を説明する図であり、当該製造方法において用いられる三次元造形システムの一例を示す図である。 第５の実施形態のロータブレードを含むロータの製造方法を説明するであり、当該製造方法において用いられる三次元造形システムの他の例を示す図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

〔第１の実施形態〕
第１の実施形態のロータブレードの構成について、図１〜図５を用いて説明する。図１は、本実施形態のロータブレードの全体構成を示す部分断面図である。図２は、図１のII−II線による断面図である。図３は、図１のIII−III線による断面図である。なお、各図においてにおいて、翼の長手方向（いわゆる翼幅方向）を矢印Ｌで示し、翼の厚さ方向を矢印Ｔで示し、翼弦方向を矢印Ｃで示す。なお、図１は、図３及び図１０のI−I線による断面図となっている。

図１に示すように、ロータブレード１０は、風力発電装置を構成する風車（図示せず）に用いられるものであり、本実施形態においては、プロペラ型の風力発電機に用いられるものである。ロータブレード１０は、図示しないハブに固定される基部（以下、翼根と記す）２０と、翼根２０から翼端２２に向けて延びている部分（以下、翼本体と記す）２４とを有している。なお、図１においては、翼根２０以外については、断面を表示している。

翼本体２４は、図２に示すように、ロータブレード１０のうち翼型を画定する湾曲した板状の部分（以下、外板部と記す）３０を有している。外板部３０は、前縁３１と後縁３２との間において風の圧力を主に受ける部分（以下、プレッシャ側部分と記す）３３と、当該プレッシャ側とは反対側の部分（以下、サクション側部分と記す）３４から構成されている。外板部３０の外面３５は、滑らかに湾曲しており、翼型を画定している。

外板部３０の内側、すなわちプレッシャ側部分３３とサクション側部分３４との間にある空間３６には、梁（ビーム）状の構造物（以下、桁部と記す）４０が設けられている。桁部４０は、図１に示すように、外板部３０の内側を長手方向Ｌに延びている。また、桁部４０は、図２に示すように、プレッシャ側部分３３とサクション側部分３４との間を翼の厚さ方向Ｔに延びており、プレッシャ側部分３３とサクション側部分３４とを接続している。

翼端２２の近傍においては、図２に示すように、一つの桁部（いわゆる主桁）４０が、外板部３０の内側に設けられており、プレッシャ側部分３３とサクション側部分３４とを結合させている。すなわち、ロータブレード１０は、翼端２２の近傍においては、単桁構造をなしている。本実施形態において、桁部４０は、外板部３０から厚さ方向Ｔを内側に向かうに従って翼弦方向Ｃの寸法が小さくなるよう構成されている。

一方、長手方向Ｌの中央部においては、図３に示すように、２つの桁部４０Ａ，４０Ｂが、外板部３０の内側に設けられており、それぞれ、プレッシャ側部分３３とサクション側部分３４とを結合させている。すなわち、ロータブレード１０は、長手方向の中央部においては、二本桁構造をなしている。本実施形態において、前縁３１側の桁部４０Ａ（いわゆる前桁）は、外板部３０から厚さ方向Ｔを内側に向かうに従って翼弦方向Ｃの寸法が小さくなるよう構成されている。

以上に説明した外板部３０（すなわちプレッシャ側部分３３及びサクション側部分３４）と、桁部４０，４０Ａ，４０Ｂは、本実施形態においては、後述する三次元造形システムにより、同じ材料で一体に造形されている。

三次元造形システムにより形成される桁部４０の内部構造について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、第１の実施形態のロータブレードのうち桁部の構造を説明する斜視図である。図５は、第１の実施形態のロータブレードのうち桁部に多数形成されたキャビティの詳細な構造を説明する斜視図である。

図４に示すように、桁部４０の内部には、キャビティ４４が、３次元的に多数形成されている。本実施形態において、キャビティ４４は、略球状をなしており、所定の第１方向（図に矢印Ｄ１で示す）と、第１方向に直交する第２方向（図に矢印Ｄ２で示す）と、第１方向及び第２方向に直交する第３方向（図に矢印Ｄ３で示す）に、それぞれ複数配列されている。

桁部４０は、隣り合うキャビティ４４同士が開口４６を介して連通する連続気泡構造をなしている。当該開口４６は、図５に示すように、各キャビティ４４に対して、第１方向の両側、第２方向の両側、第３方向の両側に、それぞれ設けられている。すなわち、キャビティ４４は、第１方向の両側にある２つのキャビティと、第２方向の両側にある２つのキャビティと、第３方向の両側にある２つのキャビティと、それぞれ開口４６を介して連通している。

キャビティ４４のうち、桁部４０の縁を構成するものは、開口４６を介して空間３６（図２及び図３参照）と連通している。これにより、桁部４０の内部に形成された全てのキャビティ４４は、桁部４０の外にある空間、すなわち外板部３０の内側にある空間３６と連通している。

このように当該桁部４０，４０Ａ，４０Ｂの内部にある空間であるキャビティ４４と、外板部３０の内側であって桁部４０，４０Ａ，４０Ｂの外側にある空間３６は、連通している。桁部４０の外にある空間と連通するキャビティ４４を、桁部４０内に多数形成することにより、当該桁部４０の強度を確保しつつ軽量化を図ると共に、後述する三次元造形システムによる桁部４０の造形を可能にしている。

（ロータブレードの製造方法）
ここで、本実施形態のロータブレード１０の製造方法について、図６〜図９を用いて説明する。図６は、本実施形態のロータブレードの製造方法を説明する図であり、三次元造形システム１の構成と、当該三次元造形システム１により造形途中のロータブレードを示す部分断面図である。図７は、本実施形態のロータブレードの製造方法を説明する図であり、三次元造形システム１の構成と、当該三次元造形システム１により造形が完了したロータブレードを示す部分断面図である。図８は、本実施形態のロータブレードの製造方法を説明する図であり、ロータブレードの長手方向の中央部において、外板部のうちプレッシャ側部分と、桁部のうちプレッシャ側の部分が、一体に造形された状態を示す横断面図である。図９は、本実施形態のロータブレードの製造方法を説明する図であり、ロータブレードの翼端の近傍において、外板部のうちプレッシャ側部分と、桁部のうちプレッシャ側の部分が、一体に造形された状態を示す横断面図である。

図６及び図７に示すように、本実施形態の三次元造形システム１は、光硬化性樹脂材料３に紫外線等の特定の波長の光を照射して硬化させ、硬化した樹脂を積層することにより、所望の形状の部材を造形する、いわゆる光造形法を用いるものである。当該三次元造形システム１は、光硬化性樹脂材料３を硬化させる光を照射する光照射装置７と、光硬化性樹脂材料３が貯留されている貯留槽２を有している。貯留槽２には、貯留されている光硬化性樹脂材料３の液面の高さを制御する装置（図示せず）及び光硬化性樹脂材料３を貯蔵する貯蔵槽（図示せず）が接続されている。

また、三次元造形システム１は、硬化していない光硬化性樹脂材料３を噴射して、一定の厚さごとに積層する樹脂積層装置９を有している。光照射装置７及び樹脂積層装置９は、移動レール８に沿って水平方向（すなわちロータブレード１０の長手方向）に移動可能に構成されている。なお、三次元造形システム１には、光照射装置７及び樹脂積層装置９を、それぞれ複数、設けることも好適である。

なお、光硬化性樹脂材料３は、光照射装置７からの特定の波長の光（例えば、紫外線）を受けて重合、硬化する樹脂である。また、光硬化性樹脂材料３は、所定の粘度を有する液体（流動体）である。

なお、光硬化性樹脂材料３には、充填剤としての化学繊維を含有することも好適である。光硬化性樹脂材料３に含有される化学繊維には、グラスファイバー、無機物繊維、カーボン繊維、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ：Polyphenylenesulfide）等のエンジニアリングポリマー繊維等を用いることができる。

樹脂積層装置９は、光照射装置７に先行して水平方向に移動し、光照射装置７により光が照射されておらず、硬化していない光硬化性樹脂材料３を、所定の厚さで積層する。光照射装置７は、樹脂積層装置９の後を追って移動し、樹脂積層装置９によって盛られた光硬化性樹脂材料３に光を掃引して光硬化性樹脂材料３に硬化させる。なお、光照射装置７により光が照射されず硬化しなかった光硬化性樹脂材料３は、外板部３０のプレッシャ側部分３３の内側の面を介して貯留槽２に流れ落ちる。光照射装置７による光の照射を制御することにより、所望の部分の光硬化性樹脂材料３を硬化させる。

このようにして、図６、図８及び図９に示すように、三次元造形システム１により、外板部３０の一部、本実施形態においては、プレッシャ側部分３３を造形すると共に、桁部４０，４０Ａ，４０Ｂのうちプレッシャ側の部分を造形する。外板部３０と桁部４０，４０Ａ，４０Ｂは、一体に造形される。

桁部４０，４０Ａ，４０Ｂを造形する工程において、当該桁部４０，４０Ａ，４０Ｂ内には、それぞれ、キャビティ４４及び開口４６（図４及び図５参照）が形成される。光照射装置７により光が照射されず、キャビティ４４内にある硬化していない光硬化性樹脂材料３は、開口４６及び隣り合うキャビティ４４を介して桁部４０，４０Ａ，４０Ｂの外に排出される。

このようにして、ロータブレード１０の外板部３０及び桁部４０，４０Ａ，４０Ｂを、プレッシャ側からサクション側へと順次、造形していき、外板部３０のサクション側部分３４と桁部４０，４０Ａ，４０Ｂのサクション側の部分を一体に造形し、図７に示すように、ロータブレード１０全体の光造形を完了させる。

以上に説明したように本実施形態のロータブレード１０は、当該ロータブレード１０のうち翼型を画定する板状の部分である外板部３０と、当該外板部３０の内側を長手方向に延びており、当該外板部３０のプレッシャ側部分３３とサクション側部分３４とを結合させる桁部４０，４０Ａ，４０Ｂとを備え、外板部３０と桁部４０，４０Ａ，４０Ｂは、一体に成形されている。外板部３０と桁部４０，４０Ａ，４０Ｂを一体に造形することで、ロータブレード１０の形状を、より精度の高いものとすることができる。

また、本実施形態のロータブレード１０の製造方法は、三次元造形システム１により、外板部３０を造形すると共に桁部４０，４０Ａ，４０Ｂを造形するものとした。桁部４０，４０Ａ，４０Ｂを外板部３０と一体に造形する際に、桁部４０，４０Ａ，４０Ｂの内部に、例えば、多数のキャビティ４４を形成することにより、ロータブレード１０の所望の強度を確保しつつ、軽量化を図ることができる。

本実施形態のロータブレード１０においては、桁部４０，４０Ａ，４０Ｂの内部にあるキャビティ４４と、外板部３０の内側であって桁部４０，４０Ａ，４０Ｂの外側にある空間３６が連通している、これにより、桁部４０，４０Ａ，４０Ｂの製造工程において、キャビティ４４内にある硬化していない光硬化性樹脂材料３を、桁部４０，４０Ａ，４０Ｂの外側に排出することができる。

なお、本実施形態のロータブレード１０は、外板部３０の外面３５は、滑らかに湾曲しているものとしたが、本発明に係る外板部の態様は、これに限定されるものではない。外板部の外面に小さな凹凸を形成することも好適である。小さな凹凸を形成することにより、ロータブレード１０が回転するときに、外板部３０により大きな渦流（乱流）が形成されることを抑制することができる。

また、本実施形態のロータブレードの製造方法は、上述した態様に限定されるものではない。外板部３０と桁部４０，４０Ａ，４０Ｂとを一体に造形する工程の途中において、ロータブレード１０の他の構成部品を取り付けることも好適であり、以下に、その一例について説明する。

〔第２の実施形態〕
第２の実施形態のロータブレードと、その製造方法について、図１、図７、図１０〜図１６を用いて説明する。

図１０は、本実施形態のロータブレードの横断面図であり、桁部に設けられた保持部分によりダウンコンダクタが保持されている態様を示す図である。図１１は、本実施形態のロータブレードの横断面図であり、桁部のうちダウンコンダクタを保持する保持部分が途中まで造形された状態を示す横断面図である。図１２は、本実施形態のロータブレードの製造方法において、途中まで造形された保持部分と、当該保持部分により保持されるダウンコンダクタの構成を示す斜視図である。図１３は、本実施形態のロータブレードの横断面図であり、途中まで造形された保持部分に、ダウンコンダクタを取り付けた状態を示している。

図１４は、本実施形態のロータブレードの横断面図であり、長手方向に隣り合う保持部分同士の間の横断面を示している。図１５は、本実施形態のロータブレードの翼端近傍の横断面図であり、途中まで造形された外板部にレセプタ取付用の貫通孔が形成された態様を示している。図１６は、本実施形態のロータブレードの翼端近傍の横断面図であり、外板部に形成された貫通孔にレセプタが取り付けられた態様を示す図である。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態のロータブレード１０Ｂは、外板部３０を貫通して延びており、外板部３０の外側から雷の電流を受ける導体（以下、レセプタと記す）６０を有している。また、図１０に示すように、ロータブレード１０Ｂは、外板部３０より内側において長手方向に延びており、雷の電流を翼端２２側（図１参照）から翼根２０側に流す導体（以下、ダウンコンダクタと記す）５０を有している。

ダウンコンダクタ５０は、略円柱状をなしており、長手方向Ｌに延びている（図１２参照）。ダウンコンダクタ５０は、当該レセプタ６０（図７参照）に接続されており、レセプタ６０で受けた雷の電流を翼根２０側に流す。

図１２に示すように、本実施形態のロータブレード１０Ｂにおいて、前縁３１側の桁部４１には、ダウンコンダクタ５０を保持する部分（以下、保持部分と記す）４５が設けられている。保持部分４５は、桁部４１のうち厚さ方向Ｔの略中央に配置されており、且つ桁部４０のうち翼弦方向の後縁３２側に設けられている。

本実施形態のロータブレード１０Ｂの製造方法においては、図１１に示すように、上述した三次元造形システム１により、外板部３０と共に桁部４１，４０Ｂを造形する工程において、桁部４１の保持部分４５を途中まで造形する。

なお、ロータブレード１０Ｂのうち、例えば、翼端２２の近傍においては、図１５に示すように、外板部３０のプレッシャ側部分３３を造形する際に、レセプタ６０を取り付けるための貫通孔６２を形成しておく。

途中まで造形された保持部分４５には、図１１及び図１２に示すように、長手方向Ｌに直交する断面が略半円状をなしており、長手方向Ｌに延びている凹み４８が形成されている。保持部分４５において、当該凹み４８は、ダウンコンダクタ５０を受け入れて、これを支持する。桁部４１に当該凹み４８が形成された状態で、三次元造形システム１による光造形を一旦停止する。

本実施形態の保持部分４５において、当該凹み４８には、長手方向を軸心とする周方向に延びている溝４７が形成されている。一方、本実施形態のダウンコンダクタ５０は、円柱状をなして長手方向Ｌに延びている部分（以下、本体部と記す）５１に加えて、当該本体部５１から径方向外側に突出している部分（以下、突出部と記す）５３を有している。本実施形態の製造方法においては、突出部５３を、溝４７に嵌め合わすことにより、ダウンコンダクタ５０を、途中まで造形された保持部分４５に取り付ける。

なお、ダウンコンダクタ５０を保持部分４５に取り付ける際、翼端２２の近傍においては、図１６に示すように、外板部３０に形成された貫通孔６２（図１５参照）にレセプタ６０を取り付けて、当該ダウンコンダクタ５０と接続する。

ダウンコンダクタ５０を、途中まで造形された保持部分４５に取り付けた後、再び、三次元造形システム１による光造形を再開させて、当該保持部分４５の残りの部分と、桁部４０Ｂ，４１の残りの部分を造形すると共に、外板部３０の残りの部分を造形する。これにより、図１０に示すロータブレード１０Ｂが完成する。完成したロータブレード１０Ｂにおいて、桁部４１の保持部分４５は、ダウンコンダクタ５０の突出部５３の近傍を囲うように設けられており、当該ダウンコンダクタ５０を保持している。

本実施形態において、ダウンコンダクタ５０の突出部５３と、桁部４１の保持部分４５は、長手方向Ｌ（図１２参照）に所定の間隔をあけて複数配列されている。長手方向Ｌにおいて隣り合う保持部分４５同士の間、すなわち保持部分４５が設けられていないロータブレード１０Ｂの横断面を、図１４に示す。当該横断面において、ダウンコンダクタ５０は、桁部４１から翼弦方向Ｃの後縁３２側に間隔をあけて配置されている。このように配置することで、ダウンコンダクタ５０に雷の電流が流れて高温となった際に、当該ダウンコンダクタ５０の放熱を促進している。

なお、上述して実施形態のロータブレード１０Ｂは、翼根２０側に雷の電流を流す導体であるダウンコンダクタ５０に加えて、外板部３０を貫通して延びている導体であるレセプタ６０を備えるものとしたが、本発明に係るロータブレードは、この態様に限定されるものではない。例えば、レセプタ６０を設ける代わりに、外板部３０において絶縁耐力が周囲に比べて低い部分を形成し、当該部分から雷を受けてダウンコンダクタ５０に電流を流すものとしても良い。雷の電流により、外板部３０の内側においては、当該電流により加熱されて高温且つ高圧の空気が生じる。当該空気は、外板部３０のうち、雷の電流により絶縁破壊した部分から外板部３０の外側に排出することが可能である。

また、上述した実施形態のロータブレード１０，１０Ｂにおいて、桁部４０，４０Ａ，４０Ｂ，４１は、内部にキャビティ４４が３次元的に多数配列されて構成されているものとしたが、本発明に係る桁部の構造は、この態様に限定されるものではない。以下に、その一例について説明する。

〔第３の実施形態〕
第３の実施形態のロータブレードの構成について、図３、図６及び図１７〜図１９を用いて説明する。図１７は、本実施形態のロータブレードのうち桁部の構造を説明する斜視図である。図１８は、本実施形態のロータブレードのうち桁部の基本構造を説明する斜視図である。図１９は、本実施形態の変形例の桁部の基本構造を説明する斜視図である。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１７に示すように、本実施形態のロータブレードの桁部４０Ｃは、立体トラス構造をなしており、直線状に延びている複数の延伸部７０と、隣り合う延伸部７０同士を結合させる複数の結合部７２とを有している。各延伸部７０と、各結合部７２は、同一の光硬化性樹脂材料３（図６参照）により構成されており、一体成形されている。

各延伸部７０は、それぞれ略円柱状をなしている。一方、各結合部７２は、それぞれ略球状をなしている。桁部４０Ｃは、各結合部７２の球形状の半径が、各延伸部７０の円柱形状の半径に比べて、大きくなるよう構成されている。桁部４０Ｃは、複数の延伸部７０と複数の結合部７２は、上述した三次元造形システム１により、一体に造形されることにより構成されている。

本実施形態の桁部４０Ｃの立体トラス構造は、図１８に示すように、四面体（すなわち三角錐）と、五面体（すなわち四角錐）が、一つの面を共有して、所定の方向（以下、第１方向Ｅ１と記して図に矢印Ｅ１で示す）に交互に配列された形状をなしている。各結合部７２は、これら三角錐及び四角錐の頂点の位置に配置されている。各延伸部７０は、これら三角錐及び四角錐の辺に沿って延びている。なお、以下の説明において、図１８に示す構造を「基本構造」と記して符号７５で示す。

桁部４０Ｃは、図１７に示すように、第１方向Ｅに延びている基本構造７５が、第１方向Ｅ１と直交する方向（以下、直交方向と記す）に配列されて構成されている。具体的には、基本構造７５は、直交方向のうち所定の方向（以下、第２方向Ｅ２と記して、図に矢印Ｅ２で示す）と、当該直交方向のうち第２方向Ｅ２と所定の角度をなす方向（以下、第３方向と記して、図に矢印Ｅ３で示す）に配列されている。

このような構造の桁部４０Ｃは、外板部３０から桁部４０Ｃに作用する力を均等に分散して伝達することができ、軽量でありながら高い強度を示す。立体トラス構造をなしている本実施形態の桁部４０Ｃは、上述した三次元造形システム１による光造形により容易に実現することができる。桁部４０Ｃを造形する際に、図６に示す光照射装置７により光が照射されず、硬化しなかった光硬化性樹脂材料３を、隣り合う延伸部７０同士の間にある空隙から桁部４０Ｃの外に排出することができる。

本実施形態の桁部４０Ｃの立体トラス構造は、四面体（すなわち三角錐）と、五面体（すなわち四角錐）が、一つの面を共有して、所定の方向（以下、第１方向Ｅ１と記して図に矢印Ｅ１で示す）に交互に配列された形状を基本構造７５とするものとしたが、本発明に係る桁部がなす構造は、この態様に限定されるものではない。本発明の桁部がなしている立体トラス構造には、正四面体と正八面体とを組み合わせた構造、いわゆるオクテット・トラス構造を用いることも好適である。

また、図１９に示す変形例の桁部４０Ｄのように、ダイヤモンドの結晶構造状に、上述した各結合部７２が配置され、隣り合う結合部７２同士の間を延伸部７０が延びている構造としても良い。この態様によっても、上述した桁部４０Ｃと同様の効果を奏する。

〔第４の実施形態〕
本実施形態のロータブレードの構成について、図３、図６及び図２０を用いて説明する。図２０は、本実施形態のロータブレードのうち桁部の構造を説明する斜視図である。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図２０に示すように、本実施形態の桁部４０Ｅは、内部に六角柱状をなす空間（以下、六角柱状空間と記す）８０が多数配列された構造、いわゆるハニカム構造をなしている。六角柱状空間８０は、平らな板状をなしている部分（以下、平板状部分と記す）８２の上に複数配列されている。当該六角柱状空間８０は、六角形状を画定する６つの壁体８４と、六角柱状空間８０が延びている方向（図に矢印Ｆで示す）の両側にある２つの平板状部分８２により画定されている。

これら六角柱状空間８０を画定する壁体、すなわち６つの壁体８４と、平板状部分８２には、各六角柱状空間８０に対応して、それぞれ貫通孔８５が形成されている。隣り合う六角柱状空間８０同士は、当該貫通孔８５を介して連通している。

このように六角柱状空間８０が多数形成された構造体８８は、六角柱状空間８０が延びている方向（図に矢印Ｆで示す）に複数積層されて、桁部４０Ｅが構成されている。各六角柱状空間８０を画定する平板状部分８２及び壁体８４に貫通孔８５を形成することにより、全ての六角柱状空間８０は、桁部４０Ｅの外にある空間、すなわち外板部３０（図１参照）の内側にある空間３６と連通している。

このように、桁部４０Ｅの外にある空間と連通する六角柱状空間８０を、桁部４０Ｅ内に多数形成することにより、当該桁部４０Ｅの強度を確保しつつ軽量化を図りつつ、三次元造形システム１による桁部４０Ｅの造形を可能にしている。

桁部４０Ｅを造形する工程において、当該桁部４０Ｅ内には、六角柱状空間８０及び貫通孔８５が形成される。光照射装置７により光が照射されす、六角柱状空間８０内にある硬化していない光硬化性樹脂材料３は、貫通孔８５及び隣り合う六角柱状空間８０を介して桁部４０Ｅの外に排出される。

〔第５の実施形態〕
第５の実施形態のロータブレードの構成について、図２１〜図２４を用いて説明する。
図２１は、本実施形態のロータブレードが適用されるジャイロミル型風車のロータの斜視図である。図２２は、本実施形態のロータブレードが適用されるジャイロミル型風車のロータの斜視図であり、当該ロータに用いられるロータブレードの断面を説明する図である。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図２１及び図２２に示すように、本実施形態のロータブレード１０Ｇは、ジャイロミル型風車のロータ９０を構成している。本実施形態のロータ９０は、回転中心軸（図に一点鎖線Ａで示す）を中心として円板状をなしている部分（以下、円板状部分と記す）９２，９３を有している。円板状部分９２と円板状部分９３は、回転中心軸Ａの軸方向に所定の間隔をあけて配置されている。当該円板状部分９２と円板状部分９３との間には、４つのロータブレード１０Ｇが回転中心軸Ａの周方向に配列されている。

各ロータブレード１０Ｇは、それぞれ外板部３０と桁部４０Ａ，４０Ｂを有している。桁部４０Ａ，４０Ｂの内部構造は、上述した桁部４０，４０Ｃ，４０Ｅと同様の構造を採用することが可能であり、桁部４０Ａ，４０Ｂの内部には、多数の空間、すなわち上述したキャビティ４４（図４参照）が三次元的に配列されている。桁部４０Ａ，４０Ｂの内部にある空間は、外板部３０の内側であって桁部４０Ａ，４０Ｂの外側にある空間３６と連通している。外板部３０と桁部４０Ａ，４０Ｂを含む４つのロータブレード１０Ｇと、２つの円板状部分９２，９３は、４つのロータブレード１０Ｇは、一体に造形されてロータ９０を構成する。

図２１に示すように、円板状部分９３には、外板部３０の内側にある空間３６（図２２参照）と、ロータ９０の外側の空間とを連通させる貫通孔９５が形成されている。貫通孔９５は、各ロータブレード１０Ｇに対応して設けられている。なお、当該貫通孔９５は、ロータブレード１０Ｇごとに複数の形成されているものとしても良い。円板状部分９２にも、円板状部分９３と同様に、貫通孔（図示せず）が形成されている。

以下に、ロータブレード１０Ｇを含むロータ９０の製造方向について図２３及び図２４を用いて説明する。図２３は、本実施形態のロータブレードを含むロータの製造方法を説明する図であり、当該製造方法において用いられる三次元造形システムの一例を示す図である。図２４は、本実施形態のロータブレードを含むロータの製造方法を説明するであり、当該製造方法において用いられる三次元造形システムの他の例を示す図である。

当該ロータ９０は、図２３に示すように、三次元造形システム１Ｇにより、光造形により行われる。当該三次元造形システム１Ｇは、光硬化性樹脂材料３を硬化させる特定の波長の光を照射する光照射装置７と、硬化していない光硬化性樹脂材料３を噴射して積層する樹脂積層装置９とを有している。光硬化性樹脂材料３を貯留している貯留槽２内には、鉛直方向に移動可能な昇降台４が設けられている。昇降台４は、支え５を介してロータ９０を支持する。

樹脂積層装置９は、昇降台４の鉛直上側から硬化していない光硬化性樹脂材料３を噴射する。当該噴射により積層された光硬化性樹脂材料３に、光照射装置７が光を照射する。これにより、光硬化性樹脂材料３が硬化して、４つのロータブレード１０Ｇを含むロータ９０が、一体に造形される。ロータ９０を造形する工程において、外板部３０内にある桁部４０Ａ，４０Ｂには、上述した桁部４０，４０Ｃ，４０Ｅと同様の構造を造形することができる。

なお、本実施形態のロータブレード１０Ｇを含むロータ９０を造形する手法は、硬化していない光硬化性樹脂材料３を樹脂積層装置９により噴射する態様に限定されるものではない。例えば、図２４に示す三次元造形システム１Ｈのように、貯留槽２内の光硬化性樹脂材料３を光照射装置７からの光により硬化させて、硬化した光硬化性樹脂材料３の表面をスイーパー６により撫でて滑らかにするものとしても良い。

〔他の実施形態〕
上述した各実施形態のロータブレードの製造方法においては、光硬化性樹脂材料３に光を照射して硬化させる、いわゆる光造形法により、外板部３０と桁部４０，４０Ａ，４０Ｂ；４０Ｃ；４０Ｄとを一体に造形するものとしたが、本発明に適用可能な三次元造形手法は、この態様に限定されるものではない。本発明に係るロータブレード及びその製造方法には、粉末法や熱溶解積層法など、様々な三次元造形手法を用いることができる
本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，１Ｇ，１Ｈ 三次元造形システム
２ 貯留槽
３ 光硬化性樹脂材料
４ 昇降台
５ 支え
６ スイーパー
７ 光照射装置
８ 移動レール
９ 樹脂積層装置
１０，１０Ｂ，１０Ｇ ロータブレード
２０ 翼根
２２ 翼端
２４ 翼本体
３０ 外板部
３１ 前縁
３２ 後縁
３３ プレッシャ側部分
３４ サクション側部分
３５ 外面
３６ 空間
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ 桁部
４１ 桁部
４４ キャビティ
４５ 保持部分
４６ 開口
４７ 溝
４８ 凹み
５０ ダウンコンダクタ
５１ 本体部
５３ 突出部
６０ レセプタ
６２ 貫通孔
６４ 壁体
７０ 延伸部
７２ 結合部
７５ 基本構造
８０ 六角柱状空間
８２ 平板状部分
８４ 壁体
８５ 貫通孔
８８ 構造体
９０ ロータ
９２ 円板状部分
９３ 円板状部分
９５ 貫通孔

Claims (12)

1. ロータブレードのうち翼型を画定する板状の部分である外板部と、
   前記外板部の内側を長手方向に延びており、当該外板部のプレッシャ側部分とサクション側部分とを結合させる桁部と、
   を備え、
   前記外板部と前記桁部は、一体に成形されており、
   前記桁部の内部に形成された空間と、前記外板部の内側であって前記桁部の外側にある空間が連通している
   ことを特徴とするロータブレード。
2. 前記桁部は、内部にキャビティが三次元的に配列されて構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のロータブレード。
3. 前記桁部は、隣り合うキャビティ同士が連通する連続気泡構造をなしており、
   各キャビティは、前記桁部の外にある空間と連通している
   ことを特徴とする請求項２に記載のロータブレード。
4. 前記キャビティは、略球状をなしており、所定の第１方向と、第１方向と直交する第２方向と、第１方向及び第２方向に直交する第３方向に、それぞれ配列されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のロータブレード。
5. 前記桁部は、立体トラス構造をなしており、
   直線状に延びている複数の延伸部と、
   隣り合う延伸部同士を結合させる複数の結合部と、
   を有し、
   前記複数の延伸部と前記複数の結合部は、一体に造形されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のロータブレード。
6. 各延伸部は、それぞれ略円柱形状をなしており、
   各結合部は、それぞれ略球形状をなしており、
   前記桁部は、各結合部の球形状の半径が、各延伸部の円柱形状の半径に比べて、大きくなるよう構成されている
   ことを特徴とする請求項５に記載のロータブレード。
7. 前記桁部は、ハニカム構造をなしており、
   六角柱状をなしている六角柱状空間が、平らな板状をなしている平板状部分の上に複数配列されており、
   各六角柱状空間を画定する壁体には、隣り合う六角柱状空間同士を連通させる貫通孔が形成されており、
   各六角柱状空間は、前記桁部の外にある空間と連通している
   ことを特徴とする請求項１に記載のロータブレード。
8. 前記外板部より内側において長手方向に延びており、翼端側からの雷の電流を翼根側に流す導体であるダウンコンダクタを、さらに備え、
   前記桁部には、当該ダウンコンダクタを保持する保持部分が、長手方向に間隔をあけて複数配列されている
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のロータブレード。
9. 前記外板部を貫通して延びており、当該外板部の外側から雷の電流を受けて前記ダウンコンダクタに流す導体であるレセプタを、さらに備え、
   前記外板部には、当該レセプタが取り付ける貫通孔が形成されている
   ことを特徴とする請求項８に記載のロータブレード。
10. 三次元造形システムにより、
    ロータブレードのうち翼型を画定する板状の部分である外板部を造形すると共に、当該外板部の内側を長手方向に延びて当該外板部のプレッシャ側部分とサクション側部分とを結合させる桁部を造形する
    ことを特徴とするロータブレードの製造方法。
11. 前記桁部を造形する際に、
    前記外板部より内側を長手方向に延びて翼端側からの雷の電流を翼根側に流す導体であるダウンコンダクタを、保持する保持部分を途中まで造形し、
    当該途中まで造形された保持部分に、当該ダウンコンダクタを取り付けた後、
    当該保持部分の残りの部分を造形する
    ことを特徴とする請求項１０に記載のロータブレードの製造方法。
12. 前記外板部を造形する際に、
    当該外板部を貫通して延びており、当該外板部の外側から雷の電流を受けて前記ダウンコンダクタに流す導体であるレセプタを取り付けるための貫通孔を、当該外板部に形成し、
    前記途中まで造形された保持部分に前記ダウンコンダクタを取り付ける際に、前記レセプタを前記貫通孔に取り付けて、当該ダウンコンダクタと接続する
    ことを特徴とする請求項１１に記載のロータブレードの製造方法。

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