特許 6073418 ポリウレタンタービン翼のための自動化された製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6073418

(24)【登録日】2017年1月13日

(45)【発行日】2017年2月1日

(54)【発明の名称】ポリウレタンタービン翼のための自動化された製造方法

(51)【国際特許分類】

   F03D 1/06 20060101AFI20170123BHJP

   B29C 45/03 20060101ALI20170123BHJP

   B29C 45/26 20060101ALI20170123BHJP

【ＦＩ】

   F03D1/06 A

   B29C45/03

   B29C45/26

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-131755(P2015-131755)

(22)【出願日】2015年6月30日

(62)【分割の表示】特願2012-527861(P2012-527861)の分割

【原出願日】2010年9月1日

(65)【公開番号】特開2015-214981(P2015-214981A)

(43)【公開日】2015年12月3日

【審査請求日】2015年7月27日

(31)【優先権主張番号】61/239,885

(32)【優先日】2009年9月4日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503349707

【氏名又は名称】バイエル・マテリアルサイエンス・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｂａｙｅｒ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ ＬＬＣ

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100117787

【弁理士】

【氏名又は名称】勝沼 宏仁

(74)【代理人】

【識別番号】100126099

【弁理士】

【氏名又は名称】反町 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100120617

【弁理士】

【氏名又は名称】浅野 真理

(74)【代理人】

【識別番号】100187207

【弁理士】

【氏名又は名称】末盛 崇明

(72)【発明者】

【氏名】ロバート・エイ・パイルズ

(72)【発明者】

【氏名】ジョエル・マツコ

【審査官】 田谷 宗隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１４７３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１４９８６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｄ １／０６

Ｂ２９Ｃ ４５／０３

Ｂ２９Ｃ ４５／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポリウレタン風力タービン翼の製造方法であって、
コンピューター支援設計ソフトウェアを用いて、前記風力タービン翼のための金型を設計する工程、
押出機管およびダイ組み合わせを誘導するコンピューター支援設計ソフトウェアを用いて、前記金型を、層毎に風力発電所においてまたは風力発電所の近くで形成する工程、
１以上の加熱要素を前記金型内に挿入する工程、
前記金型に蓋を取り付ける工程、
イソシアネートおよびイソシアネート反応性成分を、自動化反応射出成形（「ＲＩＭ」）
機により前記金型中へ射出する工程、
前記蓋を閉じ、前記金型を、プレスしおよび加熱して、得られるポリウレタン翼を硬化する工程、
前記金型から前記翼を取り出す工程、および
前記翼を風力タービンへ取り付ける工程
を含む、方法。

【請求項2】

ポリウレタンを、ＵＶ照射により硬化する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

形成工程は、高強度複合材料を注型または成形する工程を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

高強度複合材料は、金属、セメントおよびポリマーの少なくとも１つを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

ポリウレタン風力タービン翼の製造方法であって、
コンピューター支援設計ソフトウェアを用いて、前記風力タービン翼のための金型を設計する工程、
押出機管およびダイ組み合わせを誘導するコンピューター支援設計ソフトウェアを用いて、前記金型を、層毎に風力発電所においてまたは風力発電所の近くで形成する工程、
１以上の加熱要素を前記金型内に挿入する工程、
前記金型に蓋を取り付ける工程、
風力タービン翼金型を、風力発電所においてまたは風力発電所の近くで形成する工程、イソシアネート、イソシアネート反応性成分および長繊維を自動化長繊維射出（「ＬＦＩ」）機により射出する工程、
前記蓋を閉じ、前記金型を、プレスしおよび加熱して、得られるポリウレタン翼を硬化する工程、
前記金型から前記翼を取り出す工程、および
前記翼を風力タービンへ取り付ける工程
を含む、方法。

【請求項6】

ポリウレタンを、ＵＶ照射により硬化する、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

形成工程は、高強度複合材料を注型または成形する工程を含む、請求項５に記載の方法。

【請求項8】

高強度複合材料は、金属、セメントおよびポリマーから選択される１以上を含む、請求項７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して、製造方法、具体的にはタービン翼および他の大きな物品の自動化さ
れた現場製造法に関する。

【背景技術】

【0002】

輸入化石燃料からの発電を低減させる要求が環境的および政治的関心により増大し続け
るので、風力は、発電において増加する役割を担う。「２０３０年までに２０％の風力エ
ネルギー：米国電力供給への増加する風力エネルギーの寄与（２０％ Ｗｉｎｄ Ｅｎｅ
ｒｇｙ ｂｙ ２０３０： Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ Ｗｉｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ’ｓ Ｃｏ
ｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｏ Ｕ．Ｓ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｓｕｐｐｌｙ）」と題
された２００８年の報告は、２０３０年までの国家の電力需要の２０％を生成する風力エ
ネルギーの使用の技術的実現性を検討する米国エネルギー省（「ＤＯＥ」）により発行さ
れた。世界中で、多くの国が、著しい量の電気を風から既に生成する。「Ｇｌｏｂａｌ
Ｗｉｎｄ ２００８ Ｒｅｐｏｒｔ」（Ｇｌｏｂａｌ Ｗｉｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｕ
ｎｃｉｌ（「ＧＷＥＣ」）により発行）によれば、現在、スペインは電力需要の１１％、
ドイツは約７．５％を風力から満たす。欧州連合は、２０２０年までに、電力の約３５％
を供給する再生可能資源の目標を有し、その約３分の１が風力エネルギーである。

【0003】

風力電力容量についての需要が大きくなるにつれて、発電機、すなわち、風力タービン
の寸法も大きくなる。より大きい翼（場合により９０メートル以上の長さまで）は、製造
することがより困難となり、より重くなる。また、タービンを収納し、翼を保持するのに
必要な塔も、より大きくなり、その結果、直立することがより困難となるはずである。こ
れらの要素は、組み合わさって、実現可能な再生可能資源としての風力の最大限の使用を
制限し得る。多くの当業者が、様々な成功の度合いで、より大きい翼に関する問題に対処
しようとしてきた。

【0004】

例えば、Ｌｉｎ等は、米国特許出願公開第２００６／２２５２７８号において、ルート
およびスパーキャップのような１次部品を１次施設にて製作し、表皮のような２次翼部品
を風力発電地帯の近くにある２次施設にて製作し、次いで１次および２次部品を風力発電
所に近い組立場所において組み立てる、２施設法を開示する。Ｌｌｏｒｅｎｔｅ Ｇｏｎ
ｚａｌｅｓ等の名義の米国特許出願公開第２００８／０１４５２３１号は、内部縦補強構
造の末端にてフランジにより結合した風車翼モジュールを示す。軸方向に突き出た突起は
互いに向き合って隣接し、地面においてモジュールの想定される容易な取付のための取付
ねじ、通しボルトまたはリベットを受けるために穴が配列される。

【0005】

Ａｒｅｌｔに発行された米国特許第７３３４９８９号は、連続翼セグメントへ適用され
る、対応するくさび形連結領域を有する上部および底部のバンドの使用を教示する。翼セ
グメントと接続バンドの間に残存する空洞は接着剤で満たされ、１次荷重経路に沿って多
重スカーフ／テーパー継ぎ手により形成される接合継ぎ手が得られる。また、Ａｒｅｌｔ
は、連続翼セグメントへ製作されるくさび形連結領域を開示するが、これは、続いて、対
応するくさび形連結領域を有する上部および底部バンドへおよびこれらにより接続され、
バンドと翼接続領域との間の中空領域が接着剤で満たされると、１次荷重経路に沿って接
続テーパー継ぎ手を形成する。

【0006】

Ｍｏｒｏｚは、米国特許第７３８１０２９号において、一端にピッチベアリングを有す
るハブエクステンダー、貫通する穴を有しおよびハブエクステンダー上に位置するために
配置されたスカートまたはフェアリング、およびピッチベアリングに結合するように形状
が決められているアウトボードセクションを含む風力タービンのためのマルチセクション
翼を提供する。

【0007】

従って、当技術分野において、風力タービン翼および他の大きな物体のための改良され
た製造方法が必要である。該方法は、現行技術による方法において見られる翼の建造によ
る輸送問題を最小化または排除する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００６／２２５２７８号明細書

【特許文献2】米国特許出願公開第２００８／０１４５２３１号明細書

【特許文献3】米国特許第７３３４９８９号明細書

【特許文献4】米国特許第７３８１０２９号明細書

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】「２０％ Ｗｉｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ ｂｙ ２０３０： Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ Ｗｉｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ’ｓ Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｏ Ｕ．Ｓ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｓｕｐｐｌｙ」

【非特許文献2】「Ｇｌｏｂａｌ Ｗｉｎｄ ２００８ Ｒｅｐｏｒｔ」、Ｇｌｏｂａｌ Ｗｉｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｕｎｃｉｌ、ＧＷＥＣ

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0010】

従って、本発明は、ポリウレタン風力タービン翼および他の大きな物体の製造方法を提
供する。本発明は、風力タービン翼のための金型を風力発電所においてまたはその近くで
形成する工程、イソシアネートおよびイソシアネート反応性成分を、自動化反応射出成形
（「ＲＩＭ」）機により金型中へ射出する工程、金型を閉じ、プレスしおよび加熱して得
られるポリウレタンを硬化する工程およびポリウレタン翼を風力タービン中に取り付ける
工程を含む。また、該方法は、風力タービン翼金型を風力発電所においてまたはその近く
で形成する工程、イソシアネート、イソシアネート反応性成分および長繊維を自動化長繊
維射出（「ＬＦＩ」）機で射出する工程、金型を閉じ、プレスしおよび加熱（放射線、例
えば紫外線等を利用）して得られるポリウレタンを硬化する工程およびポリウレタン翼を
風力タービン中に取り付ける工程を含む。本発明の製造方法は、風力発電所においてまた
はその近くで行われるので、輸送問題を未然に防ぎ得る。

【0011】

上記および他の利点および本発明の恩恵は、以下の発明の詳細な説明から明らかになる
。

【0012】

本発明を、限定する目的ではなく説明のために図を用いて説明する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、金型および風力タービン塔のロボットによる製作の概略図を示す。

【図2】図２は、風力タービン塔底部のロボットによる製作の例を示す。

【図3】図３は、大きい部品の自動化製造法を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明を例示の目的であって、限定の目的でなく記載する。実施例中または特記する場
合を除き、本明細書中での量、パーセンテージなどで表示される全ての数字は用語「約」
によって、全ての場合において修飾されるものとして理解される。

【0015】

本発明は、風力タービン翼のための金型を、風力発電所においてまたはその近くで形成
する工程、イソシアネートおよびイソシアネート反応性成分を、自動化反応射出成形（「
ＲＩＭ」）機により金型中へ射出する工程、金型を閉じ、プレスしおよび加熱して得られ
るポリウレタンを硬化する工程およびポリウレタン翼を風力タービン中に取り付ける工程
を含むポリウレタン風力タービン翼の製造方法を提供する。好ましくは、ポリウレタン材
料は、放射線、例えば紫外線等を用いて硬化し得る。

【0016】

さらに、本発明は、風力タービン翼金型を、風力発電所においてまたはその近くで形成
する工程、イソシアネート、イソシアネート反応性成分および長繊維を自動化長繊維射出
（「ＬＦＩ」）機で射出する工程、金型を閉じ、プレスしおよび加熱して得られるポリウ
レタンを硬化する工程およびポリウレタン翼を風力タービン中に取り付ける工程を含むポ
リウレタン風力タービン翼の製造方法を提供する。好ましくは、ポリウレタンは、放射線
を用いて硬化する。

【0017】

風力タービン翼は、大規模高速試作により、付加的な自動化製作により、または風力タ
ービン翼の正の像を大規模高速試作により生じさせ、負の像を形成し、および高強度複合
材料を注型または成形することにより、発電所にてまたはその近くにて形成し得る。高強
度の複合材料は、金属、セメントおよびポリマーの少なくとも１つを含み得る。

【0018】

本発明の方法は、風力タービン翼を、自動化反応射出成形（「ＲＩＭ」）法により、ま
たは自動化長繊維（「ＬＦＩ」）法により製造し得る。

【0019】

ＲＩＭ技術によるポリウレタン成形品の製造は、良く知られており、例えば米国特許第
４２１８５４３号に記載されている（参照により、その内容全体を組み込む）。ＲＩＭ法
は、高反応性液体出発成分を、いわゆる「正に制御された混合ヘッド」中で混合した後、
金型中へ極めて短い時間内に高出力高圧注入装置により射出する金型を充填する技術を含
む。ＲＩＭ法では、２つの別個の流れをよく混合し、次いで、適当な金型中へ射出するが
、２以上の流れを用いることが可能である。第１流は、ポリイソシアネート成分を含有す
るが、第２流は、イソシアネート反応性成分および含ませるべき任意の他の添加剤を含有
する。また、ＲＩＭ法は、米国特許第５７５０５８３号、同第５９７３０９９号、同第５
６６８２３９号、同第５４７０５２３号に説明される（参照により、これらの内容全体を
組み込む）。

【0020】

ＬＦＩ法では、開放金型は、繊維ガラスストランドをロービングから切断し、ポリウレ
タン反応混合物を混合する混合ヘッドから充填する。ガラス繊維の体積および長さは、混
合ヘッドにおいて調節することができる。該方法は、マットまたはプレフォームより低コ
ストの繊維ガラスロービングを用いる。ガラスロービングは、好ましくは、ガラス細断機
を備えた混合ヘッドへ供給する。混合ヘッドは、混合ヘッドが金型上に位置し、混合ヘッ
ドの内容物を開放金型中へ供給する際に、ポリウレタン反応混合物を供給すると同時にガ
ラスロービングを細断する。混合ヘッドの内容物を金型中へ供給した際に、金型を閉じ、
反応混合物を硬化させ、複合材料物品を金型から取り出す。金型は、好ましくは、約１２
０〜１９０°Ｆの温度にて維持する。混合ヘッドの内容物を金型中へ供給するのに必要な
時間は、通常、１０および６０秒の間である。金型は、好ましくは、約１．５〜約６分間
、閉じたままにしてガラス繊維強化層を硬化させる。

【0021】

米国特許出願公開第２００５／０１７０１８９号、同第２００７／００９８９９７号、
同第２００４／０１３５２８０号、同第２００７／０１６０７９３号、同第２００８／０
０５８４６８号に記載される（参照により、その内容全体を本明細書に組み込む）。

【0022】

物品を製造し得る熱硬化性プラスチック材料および／または熱可塑性プラスチック材料
は、必要に応じて、連続ガラスストランド、連続ガラスマット、カーボンファイバー、カ
ーボンマット、ホウ素繊維、カーボンナノチューブ、金属フレーク、ポリアミド繊維（例
えばＫＥＶＬＡＲポリアミド繊維）およびこれらの混合物から選択される材料で強化し得
る。強化材料、特にガラス繊維は、当業者に知られている通り、組み込まれるプラスチッ
クへの混和性および／または接着性を向上させるためにその表面上にサイズ剤を有し得る
。ガラス繊維は、本発明において好ましい強化材料である。用いる場合には、強化材料、
例えばガラス繊維は、好ましくは、物品の熱硬化性プラスチック材料および／または熱可
塑性プラスチック材料中に、強化量、例えば物品の全重量を基準として５重量％〜７５重
量％の量で存在させる。本発明に有用な長繊維は、長さが、好ましくは３ｍｍを越え、よ
り好ましくは１０ｍｍを越え、さらに好ましくは１２ｍｍ〜７５ｍｍである。

【0023】

長繊維は、好ましくは、長繊維強化ポリウレタンの５〜７５重量％、より好ましくは１
０〜６０重量％、さらに好ましくは２０〜５０重量％を構成する。長繊維は、本発明の長
繊維強化ポリウレタン中に、上記値の任意の組み合わせの間の範囲（記載の値を含む）の
量で存在させ得る。

【0024】

当業者に知られている通り、ポリウレタンは、ポリイソシアネートとイソシアネート反
応性化合物との、任意に発泡剤、補助剤および添加剤の存在下での反応生成物である。

【0025】

本発明の長繊維強化ポリウレタンのためのイソシアネートとして適当なものは、未変性
イソシアネート、変性ポリイソシアネートおよびイソシアネートプレポリマーが挙げられ
る。このような有機ポリイソシアネートとしては、例えばＷ．ＳｉｅｆｋｅｎによりＪｕ
ｓｔｕｓ Ｌｉｅｂｉｇｓ Ａｎｎａｌｅｎ ｄｅｒ Ｃｈｅｍｉｅ、第５６２巻、第７
５〜１３６頁に記載の種類の脂肪族、脂環式、芳香脂肪族、芳香族およびヘテロ環式ポリ
イソシアネートが挙げられる。

【0026】

このようなイソシアネートの例としては、式：
Ｑ（ＮＣＯ）_ｎ
〔式中、ｎは２〜５、好ましくは２〜３の数であり、Ｑは、２〜１８個、好ましくは６〜
１０個の炭素原子を含有する脂肪族炭化水素基、４〜１５個、好ましくは５〜１０個の炭
素原子を含有する脂環式炭化水素基、８〜１５個、好ましくは８〜１３個の炭素原子を含
有する芳香脂肪族炭化水素基、６〜１５個、好ましくは６〜１３個の炭素原子を含有する
芳香族炭化水素基である〕
により示されるイソシアネートが挙げられる。

【0027】

適当なイソシアネートの例としては、エチレンジイソシアネート、１，４−テトラメチ
レンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、１，１２−ドデカン
ジイソシアネート、シクロブタン−１，３−ジイソシアネート、シクロヘキサン−１，３
−および−１，４−ジイソシアネートおよびこれらの異性体の混合物、１−イソシアナト
−３，３，５−トリメチル−５−イソシアナトメチルシクロヘキサン（イソホロンジイソ
シアネート、例えば独国特許第１２０２７８５号および米国特許第３４０１１９０号）、
２，４−および２，６−ヘキサヒドロトルエンジイソシアネートおよびこれらの異性体の
混合物、ジシクロヘキシルメタン−４，４’−ジイソシアネート（水素化ＭＤＩまたはＨ
ＭＤＩ）、１，３−および１，４−フェニレンジイソシアネート、２，４−および２，６
−トルエンジイソシアネートおよびこれらの異性体（ＴＤＩ）の混合物、ジフェニルメタ
ン−２，４’−および／または−４，４’−ジイソシアネート（ＭＤＩ）、ナフチレン−
１，５−ジイソシアネート、トリフェニルメタン−４，４’，４’’−トリイソシアネー
ト、例えば英国特許第８７８４３０号および同第８４８６７１号に記載の、アニリンとホ
ルムアルデヒドとを縮合し、次いでホスゲン化により得られる種類のポリフェニル−ポリ
メチレン−ポリイソシアネート（粗製ＭＤＩ）、米国特許第３４９２３３０号に記載のよ
うなノルボルナンジイソシアネート、米国特許第３４５４６０６号に記載の種類のｍ−お
よびｐ−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネート、米国特許第３２７７１３８号
に記載の種類のパークロロ化アリールポリイソシアネート、米国特許第３１５２１６２号
に記載の種類のカルボジイミド基を含有する変性ポリイソシアネート、例えば米国特許第
３３９４１６４号および同第３６４４４５７号に記載の種類のウレタン基を含有する変性
ポリイソシアネート、例えば英国特許第９９４８９０号、ベルギー国特許第７６１６２６
号およびオランダ国特許第７１０２５２４号に記載のアロファネート基を含有する変性ポ
リイソシアネート、米国特許第３００２９７３号、独国特許第１０２２７８９号、同第１
２２２０６７号および同第１０２７３９４号、および独国特許出願公開第１９１９０３４
号および同第２００４０４８号に記載の種類のイソシアヌレート基を含有する変性ポリイ
ソシアネート、独国特許第１２３０７７８号に記載の種類のウレア基を含有する変性ポリ
イソシアネート、例えば独国特許第１１０１３９４号、米国特許第３１２４６０５号およ
び同３２０１３７２号およびさらに英国特許第８８９０５０号に記載の種類のビウレット
基を含有するポリイソシアネート、例えば米国特許第３６５４１０６号に記載の種類の短
鎖重合反応により得られるポリイソシアネート、英国特許第９６５４７４号および同第１
０７２９５６号、米国特許第３５６７７６３号、および独国特許第１２３１６８８号に記
載の種類のエステル基を含有するポリイソシアネート、独国特許第１０７２３８５号に記
載の上記イソシアネートとアセタールとの反応生成物、および米国特許第３４５５８８３
号に記載の種類のポリマー脂肪酸基を含有するポリイソシアネートが挙げられる。また、
商業規模でのイソシアネートの製造において蓄積するイソシアネート含有蒸留残留物を、
任意に上記ポリイソシアネートの１以上における溶液中で用いることも可能である。さら
に、当業者は、上記ポリイソシアネートの混合物を用いることも可能であることを認識す
る。

【0028】

イソシアネート末端プレポリマーを、本発明による複合材料のポリウレタンの製造に用
い得る。プレポリマーは、過剰の有機ポリイソシアネートまたはこれらの混合物と、Ｋｏ
ｈｌｅｒによりＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｓｏｃｉｅｔｙ、第４９巻、第３１８１頁（１９２７年）に記載の周知のツェレビチノフ
試験により決定の少量の活性水素含有化合物と反応させることにより調製し得る。これら
の化合物およびその製造方法は、当業者によく知られる。任意の１つの特定の活性水素化
合物の使用は、重要ではないが、任意のこのような化合物を、本発明の実施に用いること
ができる。

【0029】

任意のイソシアネート反応性化合物を、ポリウレタンを製造するのに用い得るが、ポリ
エーテルポリオールは、イソシアネート反応性成分として好ましい。ポリエーテルポリオ
ールを製造するための適当な方法は既知であり、例えば欧州特許出願公開第２８３１４８
号、米国特許第３２７８４５７号、同第３４２７２５６号、同第３８２９５０５号、同第
４４７２５６０号、同第３２７８４５８号、同第３４２７３３４号、同第３９４１８４９
号、同第４７２１８１８号、同第３２７８４５９号、同第３４２７３３５号および同第４
３５５１８８号に記載される。

【0030】

適当なポリエーテルポリオール、例えば多価アルコールおよびアルキレンオキシドの重
合から得られるポリーテルポリオール等を用い得る。このようなアルコールの例としては
、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、１，２−ブタ
ンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，２−ペンタンジオ
ール、１，４−ペンタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオー
ル、１，７−ヘプタンジオール、グリセロール、１，１，１−トリメチロールプロパン、
１，１，１−トリメチロールエタン、または１，２，６−ヘキサントリオールが挙げられ
る。任意の適当なアルキレンオキシド、例えばエチレンオキシド、プロピレンオキシド、
ブチレンオキシド、アミレンオキシドおよびこれらオキシドの混合物等を用い得る。ポリ
オキシアルキレンポリエーテルポリオールは、他の出発物質、例えばテトラヒドロフラン
およびアルキレンオキシド−テトラヒドロフラン混合物等、エピハロヒドリン、例えばエ
ピクロロヒドリン等、並びにアルキレンオキシド、例えばスチレンオキシド等から製造し
得る。ポリオキシアルキレンポリエーテルポリオールは、第１級または第２級ヒドロキシ
ル基を有し得る。ポリエーテルポリオールとして挙げられるのは、ポリオキシエチレング
リコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシブチレングリコール、ポリテト
ラメチレングリコール、ブロックコポリマー、例えばポリオキシプロピレンおよびポリオ
キシエチレングリコールの組み合わせ、ポリ−１，２−オキシブチレンおよびポリオキシ
エチレングリコールおよび１以上のアルキレンオキシドのブレンドまたは逐次添加から製
造されるコポリマーグリコールである。ポリオキシアルキレンポリエーテルポリオールは
、任意の既知の方法により製造し得る。

【0031】

含ませることができる発泡剤は、発泡生成物を製造するのに既知である化学的または物
理的作用での化合物である。水は、化学発泡剤の特に好ましい例である。物理的発泡剤の
例としては、ポリウレタン形成の条件下で蒸発する４〜８個の炭素原子を有する不活性（
シクロ）脂肪族炭化水素が挙げられる。用いる発泡剤の量は、フォームの目標密度により
導かれる。

【0032】

ポリウレタン形成のための触媒として、イソシアネートとイソシアネート反応性成分の
反応を促進する化合物を用いることが可能である。本発明に用いるための適当な触媒とし
ては、第３級アミンおよび／または有機金属化合物が挙げられる。化合物の例としては、
以下のものが挙げられる：トリエチレンジアミン、アミノアルキル−および／またはアミ
ノフェニル−イミダゾール、例えば４−クロロ−２，５−ジメチル−１−（Ｎ−メチルア
ミノエチル）イミダゾール、２−アミノプロピル−４，５−ジメトキシ−１−メチルイミ
ダゾール、１−アミノプロピル−２，４，５−トリブチルイミダゾール、１−アミノエチ
ル−４−ヘキシルイミダゾール、１−アミノブチル−２，５−ジメチルイミダゾール、１
−（３−アミノプロピル）−２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−（３−アミノプ
ロピル）イミダゾールおよび／または１−（３−アミノプロピル）−２−メチルイミダゾ
ール、有機カルボン酸の錫（ＩＩ）塩（その例は、錫（ＩＩ）ジアセテート、錫（ＩＩ）
ジオクトエート、錫（ＩＩ）ジエチルヘキサノエートおよび錫（ＩＩ）ジラウレートであ
る）および有機カルボン酸のジアルキル錫（ＩＶ）塩（その例は、ジブチル錫ジアセテー
ト、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫マレエートおよびジオクチル錫ジアセテートで
ある）。

【0033】

ポリウレタン形成性反応は、所望であれば、補助剤および／または添加剤、例えば気泡
調整剤、離型剤、顔料、表面活性化合物および／または酸化、熱または微生物による分解
または老化に対する安定剤等の存在下で行い得る。

【0034】

ジイソシアネートおよびポリオール混合物は、必要に応じてＵＶ硬化性であり得、一価
、二価または多価エチレン性不飽和基または多官能性エポキシド基を含有するＵＶ硬化性
成分から構成され得る。ＵＶ硬化性成分は、液体または固体形態であり得る。エチレン性
不飽和化合物の例としては、スチレン誘導体、ビニルエーテル、ビニルエステル、アリル
エーテル、アリルエステル、Ｎ−ビニルカプロラクタム、Ｎ−ビニルカプロラクトン、ア
クリレートまたはメタクリレートモノマーが挙げられる。また、上記化合物の例としては
、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、不飽和ポリエステル、ポリエステルア
クリレート、ポリエーテルアクリレート、ビニルアクリレートおよびポリエン／チオール
系のオリゴマーが挙げられる。通常用いるＵＶ硬化性成分は、アクリレート不飽和基を含
有する。アクリレート化合物の骨格構造としては、脂肪族、脂環式、芳香族、アルコキシ
ル化ポリオール、ポリエステル、ポリエーテル、シリコーンおよびポリウレタンが挙げら
れる。ＵＶ硬化性エチレン性不飽和成分は、光開始剤により開始された遊離ラジカル重合
により、放射線源、例えば紫外線への暴露によって重合し得る。エチレン性不飽和基は、
重合工程中に消費され、不飽和基変換度は、硬化度の大きさである。多官能性エポキシド
化合物は、光生成活性種により開始されたカチオン重合により、放射線源、例えば紫外線
への暴露によって重合することができる。しかしながら、カチオンＵＶ硬化は、エポキシ
ドに制限されない。放射線硬化性成分は、好ましくは１００〜１００００の範囲、より好
ましくは４００〜４０００の範囲の重量平均分子量を有する。不飽和基またはエポキシ基
の程度は、２〜３０重量％の範囲である。特定の用途および最終硬化像特性に応じて、Ｕ
Ｖ硬化性成分と非反応性ポリマーバインダーの重量比は、好ましくは０．１〜１００％の
範囲であり得る。

【0035】

本発明の１つの実施態様としては、放射線硬化用途のために通常用いられる光開始剤お
よび／または共開始剤から選択されるものが含まれる。本発明に有用であり得る適切な光
開始剤は、アセトフェノンおよびその誘導体を含む直接開裂（Ｎｏｒｒｉｓｈ型Ｉまたは
ＩＩ）光開始剤、ベンゾインおよびその誘導体、ベンジルケタールおよびその誘導体、ベ
ンゾフェノンおよびそのアルキル化またはハロゲン化誘導体を含む水素引き抜き光開始剤
、アントラキノンおよびその誘導体、チオキサントンおよびその誘導体およびミヒラーズ
ケトンである。適当な光開始剤の例は、ベンキソフェノン、クロロベンゾフェノン、４−
ベンゾイル−４’−メチルジフェニルスルフィド、アクリル化ベンゾフェノン、４−フェ
ニルベンゾフェノン、２−クロロチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、２，４
−ジメチルジオキサントン、２，４−ジクロロジオキサントン、３，３’−ジメチル−４
−メトキシベンゾフェノン、２，４−ジエチルチオキサントン、２，２−ジエトキシアセ
トフェノン、α，α−ジクロロアセト，ｐ−フェノキシフェノン、１−ヒドロキシシクロ
ヘキシルアセトフェノン、α，α−ジメチル，α−ヒドロキシアセトフェノン、ベンゾイ
ン、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、４，４’−ジメチルアミノベンゾフェノン
、１−フェニル−１，２−プロパンジオン−２（Ｏ−エトキシカルボニル）オキシム、ア
シルホスフィンオキシド，９，１０−フェナントレンキニン等である。光増感剤を、ラジ
カル生成開始剤と組み合わせて用いることは好都合であり得るが、該増感剤は、光エネル
ギーを吸収し、これを開始剤へ伝える。光増感剤の例としては、チオキサントン誘導体お
よび第３級アミン、例えばトリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、エチル４
−ジメチルアミノベンゾエート、２（ｎ−ブトキシ）エチル４−ジメチルアミノベンゾエ
ート、２−エチルヘキシルｐ−ジメチル−アミノベンゾエート、アミルｐ−ジメチル−ア
ミノベンゾエートおよびトリ−イソプロパノールアミンが挙げられる。光開始カチオン性
重合は、複合有機分子の塩を用いて、カチオン性鎖重合を、エポキシドを含有するオリゴ
マーまたはモノマー中で開始する。カチオン性光開始剤としては、非求核複合金属ハロゲ
ン化物アニオンを有するジアリールヨードニウムおよびトリアリールスルホニウム塩が挙
げられるが、これらに限定されない。カチオン性光開始剤の例は、一般式Ａｒ−−Ｎ_２^＋
Ｘ−（式中、Ａｒは芳香環、例えばブチルベンゼン、ニトロベンゼン、ジニトロベンゼン
などであり、ＸはＢＦ_４、ＰＦ_６、ＡｓＦ_６、ＳｂＦ_６、ＣＦ_３ＳＯ_３などである）で示
されるアリールジアゾニウム塩；一般式Ａｒ_２Ｉ^＋Ｘ−（式中、Ａｒは芳香環、例えばメ
トキシベンゼン、ブチルベンゼン、ブトキシベンゼン、オクチルベンゼンまたはジデシル
ベンゼン等であり、Ｘは、低求核度のイオン、例えばＢＦ_４、ＰＦ_６、ＡｓＦ_６、ＳｂＦ
_６、ＣＦ_３ＳＯ_３等である）で示されるジアリールヨードニウム塩；一般式Ａｒ_３Ｓ^＋Ｘ
−（Ａｒは芳香環、例えばヒドロキシベンゼン、メトキシベンゼン、ブチルベンゼン、ブ
トキシベンゼン、オクチルベンゼン、ドデシルベンゼン等であり、Ｘは、低求核度のイオ
ン、例えばＢＦ_４、ＰＦ_６、ＡｓＦ_６、ＳｂＦ_６、ＣＦ_３ＳＯ_３などである）で示される
トリアリールスルホニウム塩である。これらの組成物は、０．１〜２０重量％、好ましく
は１〜１０重量％の光開始剤を含有し得る。ラジカル重合およびカチオン性重合によるＵ
Ｖ硬化技術はよく知られている。ＵＶ硬化材料および方法は、例えばＲ．Ｍｅｈｎｅｒｔ
、Ｐ．Ｐｉｎｃｕｓ、Ｉ．Ｊａｎｏｒｓｋｙ、Ｒ．ＳｔｏｗｅおよびＡ．Ｂｅｒｅｊｋａ
による「ＵＶ ＆ ＥＢ Ｃｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＆ Ｅｑｕｉｐｍｅｎ
ｔ Ｖｏｌｕｍｅ Ｉ」（この内容を参照により組み込む）に概説されている。

【0036】

任意に、ポリマー中に、水中に不溶性の顔料を分散させることができ、これらの顔料は
、強い永久的な色を生じさせる。このような顔料の例は、有機顔料、例えばフタロシアニ
ン、リトールなど、および無機顔料、例えばＴｉＯ_２、カーボンブラックなどである。フ
タロシアニン顔料の例は、銅フタロシアニン、モノ−クロロ銅フタロシアニン、およびヘ
キサデカクロロ銅フタロシアニンである。本明細書中に使用するのに適した他の有機顔料
としては、アントラキノンバット顔料、例えばバットイエロー６ＧＬＣＬ１１２７、キノ
ンイエロー１８−１、インダントロンＣＬ１１０６、ピラントロンＣＬ１０９６、臭素化
ピラントロン、例えばジブロモピラントロン、バットブリリアントオレンジＲＫ、アント
ラミドブラウンＣＬ１１５１、ジベンゾアントロングリーンＣＬ１１０１、フラバントロ
ンイエローＣＬ１１１８；アゾ顔料、例えばトルイジンレッドＣ１６９、およびハンザイ
エロー；および金属化顔料、例えばアゾイエローおよびパーマネントレッドが挙げられる
。カーボンブラックは任意の既知の型、例えばチャネルブラック、ファーネスブラック、
アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラックおよびアニリンブラックであり
得る。顔料は、物品の重量を基準として１重量％〜４０重量％の、より好ましくは約４重
量％〜２０重量％の範囲内の顔料の含有量を与えるのに十分な量で用いられる。

【0037】

吹込成形硬質中空物品を製造するための熱可塑性材料は、独立に選択し得る。本発明の
実施態様では、吹込成形硬質中空物品の熱可塑性材料は、熱可塑性ポリオレフイン（例え
ば、熱可塑性ポリ塩化ビニル）、熱可塑性ポリビニル塩素、熱可塑性ポリウレタン、熱可
塑性ポリウレア、熱可塑性ポリアミド、熱可塑性ポリエステルおよび熱可塑性ポリカーボ
ネートの少なくとも１つから選択される。吹込成形硬質中空物品を製作し得る熱可塑性ポ
リオレフインとしては、例えば熱可塑性ポリエチレン、熱可塑性ポリプロピレン、エチレ
ン及びプロピレンの熱可塑性コポリマー、および熱可塑性ポリブチレンが挙げられる。本
発明の１実施態様では、吹込成形硬質中空物品は、ＬＡＮＸＥＳＳから市販の熱可塑性ポ
リアミド（例えば、ＤＵＲＥＴＨＡＮ熱可塑性ポリアミド）から作られる。

【0038】

本発明では、用語「熱硬化性プラスチック材料」は、化学的反応性基、例えば活性水素
基および遊離イソシアネート基の間の共有結合の形成から得られる３次元架橋ネットワー
クを有するプラスチック材料を意味する。支持体を製作し得る熱硬化性プラスチック材料
としては、当業者に知られた熱硬化性プラスチック材料、例えば架橋ポリウレタン、架橋
ポリエポキシドおよび架橋ポリエステルが挙げられる。該熱硬化性プラスチック材料のう
ち、架橋ポリウレタンが好ましい。物品は、反応射出成形の当該技術で公知の方法による
架橋ポリウレタンから製作し得る。反応射出成形は、当業者に知られている通り、典型的
に、（ｉ）活性水素官能性成分（例えばポリオールおよび／またはポリアミン）；および
（ｉｉ）イソシアネート官能性成分（例えばトルエンジイソシアナートのようなジイソシ
アナート、および／またはトルエンジイソシアナートのようなジイソシアナートのダイマ
ーおよびトリマー）を、別々に、好ましくは同時に、金型中へ射出する工程を含む。充填
した金型は、射出された成分の完全な反応を確保および／または早めるために任意に加熱
し得る。射出された成分が完全に反応すると、金型を開き、成形品を取り出す。

【0039】

当業者に知られている通り、充填材、例えばポリマーフォーム、液体および液体ゲル等
を、成形工程の間または成形工程の後に中空物品中へ導入して、付加的な支持体を部材へ
注入し得る。

【0040】

本発明の実施態様では、翼または他の大きな部品は、表面、次いで空気力学を変化させ
ることにより翼効率における優位性を付与するために外側表面の少なくとも一部に一体テ
クスチャーを有し得る。テクスチャード加工フィルム、テクスチャード加工金型および／
または被覆物を含む一体テクスチャーは、幾つかの技術を用いて付与することができる。

【0041】

一体テクスチャード加工フィルムは、インモールド法により外側表面上に形成される。
一体フィルムは、典型的には、プラスチックフィルム、例えば熱可塑性プラスチックまた
は熱硬化性プラスチックフィルムであり、透明、薄い色または不透明であってよく、テク
スチャード加工し得る。さらに、一体フィルムは、その上に、印、パターンおよび／また
は印刷を有し得る。好ましくは、一体フィルムは、熱可塑性プラスチックフィルム、例え
ば熱可塑性プラスチックポリウレタンまたはポリカーボネートフィルムである。一体フィ
ルムは、好ましくは、成形法、すなわち、インモールド法の間に外側表面へ組み込む。そ
の例として、熱可塑性ポリウレタンフィルム挿入物を、好ましくは、金型の内部表面の少
なくとも一部と接触させて設置する。成形工程の間に、溶融成形材料は、物品を形成しな
がらフィルム挿入物と接触および融合し始める。金型から取り出すことにより、部品は、
外側表面の少なくとも一部に付着した一体成形フィルムを有する。

【0042】

あるいは、物品の外部表面は、モールド成形されたテクスチャーを有し得る。モールド
成形されたテクスチャーは、翼空気力学を変化させることにより翼効率における優位性を
提供する働きをすることができる。モールド成形されたテクスチャーは、好ましくは、翼
が形成される金型の内部表面上におよび／または内部表面において、複数の隆起した部分
および／または窪みにより形成され得る。必要に応じて、被覆物を、モールド成形された
テクスチャーを強化し、および／または金型から物品の取り出しを補助する手段として金
型表面へ加え得る。

【0043】

種々の方法が、三次元物体を基材上で材料の層の堆積により形成するために提案されて
きた。この積層製造工程は、固体自由形状製作（ＳＦＦ）または高速試作（ＲＰ）として
既知である。プラスチック、ワックス、金属、セラミック、セメント等のような材料を含
む種々の材料および材料の組み合わせは、この方法に従って加工することができる。一般
に、ＲＰ技法は、形成すべき物体の連続断面を表すデータを用いて構成媒体から、層毎に
、３次元物体を構築する。コンピューター支援設計およびコンピューター支援製造システ
ムは、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムと称されることが多く、典型的には、物体表現をＲＰシス
テムに提供する。高速試作および製造（ＲＰ＆Ｍ）の３つの主な形態としては、光造形法
（ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、レーザー焼結法および固体像のインクジェッ
ト印刷が挙げられる。

【0044】

レーザー焼結法は、十分なエネルギーを付与して層を固めるセラミック、ポリマーおよ
びポリマー被覆金属を含む熱可溶性粉末の薄層から固体像を構築する。インクジェット印
刷法は、バインダーと組み合わせる場合に固化する粉末から固体像を構築する。本発明が
主に取り組む光造形法は、通常、樹脂と称される重合性液体から薄層を構築する。

【0045】

更なる自動化製作技術は、Ｋｈｏｓｈｅｖｉｓにより、米国特許第５５２９４７１号、
同第５６５６２３０号、同第６５８９４７１号、同第７１５３４５４号および同第７４５
２１９６号および米国特許出願公開第２００５／０１９６４８２号、同第２００７／０１
３８６７８号、同第２００７／０１８１５１９号に記載される（その内容を参照により本
明細書に組み込む）。

【0046】

本発明を、本明細書に風力タービン翼の製造について記載するが、本発明者は、該方法
が、風力タービン塔、自動車構造パネル、農業収穫機械（すなわち、コンバイン）、旅客
機用の複合材料構造、建物および建築物に用いるパネル（例えば小個室）および大きなゴ
ミ箱を含む、幅広い種類の他の大きな物体の製造に用いることができることを考慮する。

【実施例】

【0047】

本発明を、以下の実施例によって更に説明するが、制限するためではない。

【0048】

図１は、例えば風力タービン翼のような非常に大きい部品を製造するためのコンクリー
ト製金型を製造する自動化システムの使用を説明する。上記実質的金型は、これらの巨大
部品を首尾良く複製するために重要な欠くことのできない安定性および硬質構造を提供す
る。さらに、これらの金型は、比較的安価に風力タービン製造所においてまたはその近く
で都合良く製造することができる。

【0049】

図１の参照により分かる通り、金型形成法は、金型を層毎に製造するために、制御され
た方法によりコンクリートを供給する押出機ダイ１２へ装着した材料供給管１０の使用を
含む。押出機管およびダイ組み合わせをコンピューターにより誘導する。必要なコンピュ
ーターモデルを開発するために、金型は、ＣＡＤ（コンピューター支援設計）ソフトウェ
アを用いて設計する。次いで、設計データを転送し、およびこれを用いてＣＡＭ（コンピ
ューター支援製造）コンピューターをプログラムする。層１６、１８、２０および２２を
設置する際に、供給管１０と一体化された、同様にコンピューターにより制御されるこて
１４により、押し出されたコンクリートの上部および側面を平滑化する。加熱要素を金型
建造工程中に挿入し、完成金型はきっちりと閉まる蓋を備えるが、これも加熱される。

【0050】

図２は、図１を用いて説明される自動化システムを用いて建造中の風力タービン塔底部
を示す。補強ロッドを、必要に応じて、更なる構造強度を与える建造相中に挿入し得る。

【0051】

図３を参照すれば、開放金型３０を、混合ヘッド３２（例えばＫｒａｕｓｓ−Ｍａｆｆ
ｅｉから）から装填する。混合ヘッド３２では、繊維ガラスストランドを、ガラスロービ
ング３４から適切な長さへ切断し、同時に、貯蔵タンクイソシアネート３６およびポリオ
ール３８から送り出した個々のポリウレタン成分を組み合わせる。同時に、混合ヘッド３
２は、ポリウレタン反応混合物を供給し、混合ヘッド３２が開放金型３０上を連続して通
過する場合、ガラスロービングを細かく刻む。金型３０表面上でのポリウレタン反応混合
物およびガラス繊維の分布を、コンピューター制御ガントリー４２へ結合したロボット４
０により制御する。示される通り、ロボット４０を自由に動かす行路上にガントリー４２
を設置し、その結果、金型キャビティ４４を完全にカバーする。キャビティ４４を充填し
、次いで金型蓋４６を閉じる。金型３０を、約１．５〜約６分の間閉じたままにして、ガ
ラス繊維層を約１２０〜１９０°Ｆの温度にて硬化させる。混合ヘッド３２の内容物を金
型３０へ供給するのに必要な時間は、約６０秒である。

【0052】

本発明の上記の実施例を、本発明を制限する目的ではなく、例示の目的で提供する。本
明細書に記載の実施態様を、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の方法
で変形または修正し得ることは当業者には明らかである。本発明の範囲は、添付の特許請
求の範囲によって判定すべきである。

【図1】

【図2】

【図3】