特表2022-520697中空複合構造、とくには風力タービンロータブレード用の桁ビームを製造するための方法、および関連のマンドレル
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-04-01
(54)【発明の名称】中空複合構造、とくには風力タービンロータブレード用の桁ビームを製造するための方法、および関連のマンドレル
(51)【国際特許分類】
B29C 70/44 20060101AFI20220325BHJP
B29C 70/16 20060101ALI20220325BHJP
B29C 43/12 20060101ALI20220325BHJP
F03D 1/06 20060101ALI20220325BHJP
【ＦＩ】
B29C70/44
B29C70/16
B29C43/12
F03D1/06
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021532199
(86)(22)【出願日】2018-12-11
(85)【翻訳文提出日】2021-07-30
(86)【国際出願番号】 US2018064827
(87)【国際公開番号】W WO2020122862
(87)【国際公開日】2020-06-18
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】100129779
【弁理士】
【氏名又は名称】黒川 俊久
(72)【発明者】
【氏名】ロンドー，ルイス
(72)【発明者】
【氏名】ヤーブロー，アーロン・エイ
(72)【発明者】
【氏名】チェン，シュ
(72)【発明者】
【氏名】シリッグ，スコット・イヴァーソン
【テーマコード（参考）】
3H178
4F204
4F205
【Ｆターム（参考）】
3H178AA02
3H178AA40
3H178BB75
3H178CC02
3H178CC04
4F204AA36
4F204AC03
4F204AD16
4F204AG07
4F204AH04
4F204AH31
4F204AJ03
4F204AM28
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4F205AH31
4F205AJ03
4F205AM28
4F205HA09
4F205HA25
4F205HA33
4F205HA37
4F205HA45
4F205HB01
4F205HK03
4F205HK04
4F205HK05
4F205HK33
(57)【要約】
風力タービンブレードに使用するための桁ビームなどの中空複合構造を製造する方法が、金型内のマンドレルの周りに繊維強化材料を配置するステップと、繊維強化材料を硬化させるステップとを含む。マンドレルは、繊維強化材料の積層および硬化の際にマンドレルの所定の形状を維持するための剛性を有する堅固な中立状態を有する圧縮性材料から形成される。硬化後に、マンドレルについて真空を引くことで、圧縮性材料が圧縮されて、圧縮されたマンドレルを複合構造の開口部を通って引き出すことが可能になり、開口部は、マンドレルが堅固な中立状態にあるときにはマンドレルを開口部を通って引き出すことができないようなサイズを有する。
【選択図】図４ｋ
【選択図】図４ｋ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
中空複合構造（１０２）を製造するための方法であって、金型（１１０）内でマンドレル（１０８）の周囲に繊維強化材料（１０４）を配置するステップと、
前記金型（１１０）内の前記マンドレル（１０８）の堅固な中立状態を維持するステップであって、前記マンドレル（１０８）は、前記複合構造（１０２）の所望の形状に対応する所定の形状を有する前記堅固な中立状態における圧縮性材料（１１４）と、前記繊維強化材料（１０４）の積層および硬化の際に前記所定の形状を維持するための前記堅固な中立状態における剛性とを備えるステップと、
前記繊維強化材料（１０４）を樹脂で硬化させるステップと、
硬化後に、前記マンドレル（１０８）について真空を引き、前記圧縮性材料（１１４）を圧縮するステップと、
前記圧縮されたマンドレル（１０８）を前記複合構造（１０２）の開口部（１２２）を通って引き出すステップと
を含んでおり、前記開口部（１２２）は、前記マンドレル（１０８）の前記堅固な中立状態において前記マンドレル（１０８）を前記開口部（１２２）を通って引き出すことができないようなサイズを有する、方法。
【請求項2】
前記複合構造（１０２）は、より大きな閉鎖端（１２０）と、より小さな開放端（１２２）とを有する先細りの箱形ビーム構造であり、前記圧縮されたマンドレル（１０８）は、前記より小さな開放端（１２２）を通って引き出される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記箱形ビーム構造は、風力タービンロータブレードに用いるための桁構造である、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記圧縮性材料（１１４）は、固体発泡材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記固体発泡材料は、連続気泡発泡材料（１１４）である、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記固体発泡材料は、独立気泡発泡材料（１１８）である、請求項４に記載の方法。
【請求項7】
前記マンドレル（１０８）は、前記圧縮性材料（１１４）よりも圧縮性が高く、あるいは圧縮性が低いコア構成要素（１２４）を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記コア構成要素（１２４）は、非圧縮性である、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記圧縮性材料（１１４）は、第１の固体発泡材料を含み、前記コア構成要素（１２４）は、前記第１の固体発泡材料よりも堅固であるか、あるいは前記第１の固体発泡材料よりも堅固でない第２の固体発泡材料を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項10】
前記マンドレル（１０８）は、前記圧縮性材料（１１４）を取り囲む気密カバー（１２６）を備え、前記カバー（１２６）を真空源（１３０）に接続することによって前記マンドレル（１０８）について前記真空が引かれる、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記マンドレル（１０８）を元の堅固な中立状態に戻すために前記カバー（１２６）を通気するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
中空複合構造（１０２）の製造に使用するためのマンドレル（１０８）であって、圧縮性材料（１１４）であって、堅固な中立状態、および前記複合構造（１０２）の所望の形状に対応する所定の形状を有しており、前記堅固な中立状態において、前記マンドレル（１０８）の周囲に配置される繊維強化材料（１０４）の積層および硬化時に前記所定の形状を維持するための剛性を備えている圧縮性材料（１１４）
を備えており、
前記圧縮性材料（１１４）は、真空が加えられたときに圧縮された状態へと変化可能であり、
前記圧縮性材料（１１４）は、前記真空が解放されたときに前記堅固な中立状態に復帰可能である、マンドレル（１０８）。
【請求項13】
前記所定の形状は、前記複合構造（１０２）の所望の先細りの箱形ビーム形状に対応する先細りの形状であり、前記先細りの形状は、より大きな断面の端部と、反対側のより小さな断面の端部とを備える、請求項１２に記載のマンドレル（１０８）。
【請求項14】
前記圧縮性材料（１１４）は、固体発泡材料を含む、請求項１２に記載のマンドレル（１０８）。
【請求項15】
前記圧縮性材料（１１４）よりも圧縮性が高く、あるいは圧縮性が低いコア構成要素（１２４）をさらに備える、請求項１２に記載のマンドレル（１０８）。
【請求項16】
前記コア構成要素（１２４）は、非圧縮性である、請求項１５に記載のマンドレル（１０８）。
【請求項17】
前記圧縮性材料（１１４）は、第１の固体発泡材料を含み、前記コア構成要素（１２４）は、前記第１の固体発泡材料よりも堅固であるか、あるいは前記第１の固体発泡材料よりも堅固でない第２の固体発泡材料を含む、請求項１５に記載のマンドレル（１０８）。
【請求項18】
前記圧縮性材料（１１４）を取り囲む気密カバー（１２６）をさらに備え、前記カバー（１２６）を真空源（１３０）に接続することによって前記マンドレル（１０８）について前記真空が引かれる、請求項１２に記載のマンドレル（１０８）。
【請求項19】
前記カバー（１２６）における通気口をさらに備える、請求項１８に記載のマンドレル（１０８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本主題は、広くには、中空複合構造の製造に関し、より詳細には、風力タービンロータブレードに用いられる桁ビームを製造するための改良された方法に関する。
【背景技術】
【0002】
中空複合構造を製造するための従来からのプロセスにおいては、中空空間を定めるために、剛体マンドレルが使用される。典型的には、鋼またはアルミニウムのマンドレルが使用される。プリプレグガラス繊維材料などの繊維材料またはシートが、マンドレル上に重ねられ、マンドレル上の繊維材料の位置および形状が、複合部品を本質的に定める。第２の型部品が型を完成させ、繊維材料は、従来からの真空樹脂硬化プロセスにて硬化させられる。このプロセスは、風力タービンロータブレードに使用される強くて軽量な複合構造の製造などに広く使用されている。
【0003】
しかしながら、特定の事例において、剛体または固体のマンドレルを複合構造から取り除くことが、とりわけ構造における開口部がマンドレルの寸法よりも小さい場合に困難になり得る。例えば、米国特許第８，９１９，７５４号が、上述のとおりの風力タービンのブレードの製造後に、ブレードが、マンドレルの取り出しを可能にするためにブレードの根元に小さな開口部しか有していない状況を記載している。したがって、ロータブレードの形状に応じて、マンドレルは、固体材料と比較して比較的大量の可撓性材料を含まなければならず、これは、可撓性材料が鋳造プロセスの際に変形する可能性があるため不利である。’７５４号特許は、膨張可能な本体を有するマンドレルを提案しており、膨張状態において、本体の外面が、製造される繊維強化複合部品の内部形状を定める。空気が、膨張状態を達成するために本体に送り込まれ、つぶれた状態を達成するために排気される。折り畳み可能な骨組みを本体内に設けることができ、骨組みは、本体の膨張状態において展開し、マンドレルに構造的剛性をもたらす。さらに、スペーサ要素が、膨張可能な本体について所望の外面形状をもたらすために、本体内に設置される。
【0004】
近年において、風力発電用の風力タービンは、発電効率の改善を達成するとともに、発電量を増加させるために、大型化している。風力発電用の風力タービンの大型化につれて、風力タービンロータブレードも著しく大型化しており（例えば、最大５５メートルの長さ）、一体的な製造ならびに現場へのブレードの運搬および輸送が、困難になっている。
【0005】
これに関して、業界は、分離したブレードセグメントを製造し、現場へと運び、完全なブレード（「ジョイント式」ブレード）へと組み立てる組み立て式風力タービンロータブレードを開発している。特定の構造において、ブレードセグメントは、一方のブレードセグメントから他方のブレードセグメントの収容部分へと翼長方向に延びる桁ビーム構造によって互いに接合される。例えば、米国特許出願公開第２０１５／０３６９２１１号を参照すると、第１のブレードセグメントが、第２のブレードセグメントに収容部分において構造的につながる長さ方向に延びる桁ビーム構造を有している。桁ビーム構造は、ブレードの内部支持構造の一部を形成し、負圧側桁キャップおよび正圧側桁キャップを有する箱形ビーム構造である。複数のボルトジョイントが、第２のブレードセグメントの収容端との接続のためにビーム構造上に位置し、複数のボルトジョイントが、ブレードセグメント間の翼弦方向ジョイントにも位置する。
【0006】
本発明は、風力タービンブレードについて上述した桁ビーム構造などの中空繊維強化複合構造を、’７５４号特許に記載されているような比較的複雑かつ高価な膨張式マンドレルを必要とせずに製造するための改良された方法に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】英国特許出願公開第２５２５２４３号明細書
【発明の概要】
【0008】
本発明の態様および利点は、一部は以下の説明において述べられ、もしくは以下の説明から自明であってよく、あるいは本発明の実施を通じて習得されてよい。
【0009】
一態様において、本開示は、繊維強化中空部品などの中空複合構造を製造するための方法に関する。本方法は、金型でマンドレルの周りに繊維強化材料を配置するステップと、従来からの繊維の積層および樹脂成形プロセスにて繊維強化材料を硬化させるステップとを含む。しかしながら、従来からのマンドレルと比較して、本方法は、複合構造の所望の形状に対応する所定の形状を持つ堅固な中立状態と、繊維強化材料の積層および硬化時に所定の形状を維持するための中立状態における剛性とを有する圧縮性材料から形成されるマンドレルを使用する。硬化後に、本方法は、マンドレルについて真空を引き、圧縮性材料のサイズを圧縮して縮小するステップを含む。次いで、縮小されたサイズにおいて、圧縮されたマンドレルは、複合構造の開口部を通って引き出され、開口部は、マンドレルをマンドレルの中立状態では開口部を通って引き出すことができないようなサイズを有する。
【0010】
特定の実施形態において、複合構造は、より大きな閉鎖端と、圧縮されたマンドレルが引き出される開口部に相当するより小さな開放端とを有する先細りの箱形ビーム構造である。箱形ビーム構造は、風力タービンロータブレードに使用するための桁構造、とりわけジョイント式風力タービンブレードのブレード部品を接続するために使用される桁構造であってよい。
【0011】
圧縮性材料の種類は、さまざまであってよく、通常は、繊維材料の積層および硬化のプロセスにおいて自身の所定の形状を維持するための充分な剛性を持つ中立状態を有する任意の適切な固体ポリマー発泡材料を含む。いくつかのこのような発泡体が、容易に市場で入手可能である。特定の実施形態において、固体発泡材料は、とくにはコストを考慮して、連続気泡発泡材料であってよい。固体発泡材料は、独立気泡発泡材料であってもよく、独立気泡発泡材料は、一般に、連続気泡発泡体よりも剛性が高いが、著しく高価である。
【0012】
特定の実施形態において、圧縮性材料は、異なる種類の発泡材料の組み合わせを含む。例えば、マンドレルは、別の発泡体の１つ以上の外側層と比較して、より剛性が高く、あるいはより剛性が低い発泡体のコアを有することができる。コアの発泡材料は、独立気泡発泡体であってよく、１つ以上の外側層は、連続気泡発泡体であってよい。
【0013】
さらに他の実施形態において、マンドレルは、必ずしも全体が圧縮性材料で形成される必要はない。例えば、マンドレルは、圧縮性の発泡材料の１つ以上の外側層によって囲まれたプラスチックまたは木材コアなどの非圧縮性のコアを有することができる。
【0014】
本方法の特定の実施形態において、マンドレルは、圧縮性材料を取り囲む気密カバーを含む。このカバーは、例えば、発泡材料を覆って噴き付けまたは他のやり方で付着された弾性材料であってよく、あるいは発泡材料が挿入される弾性バッグ、ラッピング、またはスリーブであってよい。気密カバーを真空源に接続することによって、マンドレルについて真空が引かれ、マンドレルの圧縮および収縮がもたらされる。本方法は、その後に、気密カバーを通気するステップを含むことができ、圧縮性材料は、マンドレルを堅固な中立状態へと戻すための充分な弾性を有する。
【0015】
さらに、本発明は、上述のとおりの中空複合構造の製造に使用するためのマンドレルのさまざまな実施形態を包含する。マンドレルは、堅固な中立状態と、複合構造の所望の形状に対応する所定の形状とを有する圧縮性材料を含む。説明したように、圧縮性材料は、マンドレルの周りに配置された繊維強化材料の積層および硬化時に所定の形状を維持するための中立状態における剛性を有する。圧縮性材料は、真空の印加時に圧縮状態または収縮状態へと変形可能である。圧縮性材料は、真空の解放時に堅固な中立状態へと戻るための充分な弾性を有する。
【0016】
マンドレルの所定の堅固な形状は、複合構造の使用目的に依存する。例えば、所定の形状は、複合構造の所望の先細りの箱形ビーム形状に対応する細長い先細りの形状であってよく、先細りの形状は、より大きな断面の端部と、反対側のより小さな断面の端部とを有する。
【0017】
上述のように、圧縮性材料の種類は、さまざまであってよく、通常は、繊維材料の積層および硬化のプロセスにおいて自身の所定の形状を維持するための充分な剛性を持つ中立状態と、印加された圧縮力の解放時に堅固な中立状態に戻るための充分な弾性とを有する任意の適切な固体ポリマー発泡材料を含む。
【0018】
圧縮性材料は、異なる種類の発泡材料の組み合わせであってもよい。例えば、マンドレルは、（独立気泡発泡体などの）より剛性の高い発泡体またはより剛性の低い発泡体のコアと、連続気泡発泡体などのより剛性の低い発泡体の１つ以上の外側層とを有することができる。さらに他の実施形態において、マンドレルは、必ずしも全体が圧縮性材料で形成される必要はない。例えば、マンドレルは、圧縮性の発泡材料の１つ以上の外側層によって囲まれたプラスチックまたは木材コアなどの非圧縮性のコアを有することができる。さらに別の例において、コアは、「空の」コアであってもよい。換言すると、コアは、開放空気コアであってもよい。
【0019】
さらに、マンドレルは、圧縮性材料を取り囲む気密カバーを含むことができ、気密カバーを真空源に接続することによってマンドレルについて真空が引かれる。通気口をカバーに設けることができ、カバーを通気することによって圧縮性材料を堅固な中立状態に戻すことができる。
【0020】
本発明のこれらの特徴、態様、および利点、ならびに他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照して、さらによく理解されるであろう。本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を例示し、明細書と併せて本発明の原理を説明する役目を果たす。
【0021】
当業者へと向けられた本発明の最良の態様を含む本発明の充分かつ本発明を実施可能にする開示が、添付の図面を参照して、本明細書において説明される。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本開示による第１のブレードセグメントおよび第２のブレードセグメントを有するジョイント式風力タービンロータブレードを示している。
【図2】桁ビーム部品を有する第１のブレードセグメントの一実施形態の斜視図である。
【図3】本発明の方法の実施形態に従って製造することができる中空複合構造の斜視図である。
【図4a】本発明の一実施形態による一連の方法ステップを示している。
【図4b】本発明の一実施形態による一連の方法ステップを示している。
【図4c】本発明の一実施形態による一連の方法ステップを示している。
【図4d】本発明の一実施形態による一連の方法ステップを示している。
【図4e】本発明の一実施形態による一連の方法ステップを示している。
【図4f】本発明の一実施形態による一連の方法ステップを示している。
【図4g】本発明の一実施形態による一連の方法ステップを示している。
【図4h】本発明の一実施形態による一連の方法ステップを示している。
【図4i】本発明の一実施形態による一連の方法ステップを示している。
【図4j】本発明の一実施形態による一連の方法ステップを示している。
【図4k】本発明の一実施形態による一連の方法ステップを示している。
【図4l】本発明の一実施形態による一連の方法ステップを示している。
【図5】マンドレルの別の実施形態を示している。
【発明を実施するための形態】
【0023】
ここで、本発明の実施形態を詳細に参照し、その１つ以上の例が、図面に示されている。各々の例は、本発明を限定するのではなく、本発明を説明する目的で提示されている。実際には、本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく、本発明においてさまざまな修正および変更が可能であることが、当業者には明らかであろう。例えば、或る実施形態の一部として図示または説明された特徴を、別の実施形態において使用して、さらに別の実施形態をもたらすことができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲に含まれるような修正および変更を包含することが意図される。
【0024】
一般に、本主題は、中空複合構造を製造するための方法であって、金型内で成形具として使用されたマンドレルを複合構造の開口部を通って取り外すことが不可能である方法に関する。この方法が、複合構造の特定の種類または意図される用途に限定されないことを、理解すべきである。しかしながら、本方法は、風力タービンブレードの製造に使用される先細りの複合ビーム構造の製造においてとくに有用であり、この点に関して、本方法および関連のマンドレルの例示的な実施形態（ただし、これらの実施形態に限られない）は、本明細書において、ジョイント式の風力タービンブレードの製造に使用される桁ビーム構造を参照して説明される。
【0025】
図１および図２を参照すると、翼弦方向ジョイント３４から反対方向に延びる第１のブレードセグメント３０および第２のブレードセグメント３２を有するジョイント式ロータブレード２８が示されている。第１のブレードセグメント３０および第２のブレードセグメント３２は、ブレードセグメント３０、３２の接合を容易にするために、両方のブレードセグメント３０、３２へと延びる内部支持構造３６によって接続される。矢印３８が、図示の例における組み立て式ロータブレード２８が、２つのブレードセグメント３０、３２を含み、これらのブレードセグメント３０、３２が、内部支持構造３６を第２のブレードセグメント３２に挿入することによって接合されることを示している。
【0026】
とくに図２を参照すると、第１のブレードセグメント３０は、内部支持構造３６の一部を形成し、かつ第２のブレードセグメント３２との構造的な接続のために長さ方向（例えば、翼長方向）に延びる桁ビーム構造４０を含む。桁ビーム構造４０は、桁部分４２から突出することによって延長桁部分を形成する延長部として、第１のブレードセグメント３０と一体に形成されてよい。桁ビーム構造４０は、負圧側桁キャップ４６および正圧側桁キャップ４８に接続された向かい合うせん断ウェブ４４を有している箱形ビーム複合構造である。端部構造５４が、桁ビーム構造４０に接続され、ボルト管５２を含んでいる。
【0027】
図には示されていないが、第２のブレードセグメントは、ジョイント線３４の位置に収容部分を含み、桁ビーム構造４０は、ブレードセグメント３０、３２を接合するために収容部分へと滑り込む。ボルト管５２が、収容部分の端面の収容スロットに嵌まり込む。
【0028】
桁ビーム構造４０は、従来からの繊維材料の積層および硬化のプロセスにて、繊維強化複合構造として製造される。ビーム構造は、より大きな（断面積の）閉鎖端から、より小さな開放端５４へと次第に細くなる先細りの外形を有する。したがって、従来からの剛体マンドレルは、そのようなマンドレルは桁ビーム構造４０の小さな端部５４を通って容易に取り出すことが不可能であるため、この製造プロセスには適していない。
【0029】
本開示は、上述した桁ビーム構造４０と同様の中空繊維強化部品など、より大きな（断面積の）閉鎖端１２０からより小さな開放端１２２に向かって先細りである中空複合構造１０２（図３）を製造するための方法を提供する。方法１００の一実施形態が、図４ａ～図４ｌに示され、以下でさらに詳細に説明される。
【0030】
図４ａが、従来からの繊維の積層および硬化のプロセスにおいて使用される第１の金型（雄型）構成要素１１０を示している。構造部品１０２の外面は、金型構成要素１１０の内面によって制御される。
【0031】
図４ｂにおいて、ガラスプライの形態の繊維強化材料１０４が、第１の金型構成要素１１０内に配置される。適切な材料１０４は、当業者にとって周知であり、ガラス繊維、金属繊維、またはカーボン繊維など、鉱物繊維およびポリマー繊維を含むことができる。繊維強化材料１０４は、芳香族ポリアミド、ポリエチレン、ポリウレタン、またはアラミド繊維などのポリマー繊維を含むことができる。繊維材料１０４は、異なる種類の繊維材料を含んでもよく、複合材料を形成することができる。繊維材料１０４は、一方向または多方向の繊維、プリプレグ、繊維ボード、または繊維マットの形態であってよい。
【0032】
図４ｃが、金型１１０の底かつ繊維強化材料１０４の上にカーボン引き抜きロッド１０６を配置する随意によるステップを示している。引き抜きロッド１０６は、最終的な複合構造１０２（とくには、桁ビーム構造４０）の桁キャップ部分の構造的完全性を付加する。
【0033】
図４ｄが、桁ビーム構造４０のせん断ウェブ構成要素４４に構造的剛性を付加するように機能する繊維マットまたはボード１０７を金型１１０内に配置する随意によるステップを示している。
【0034】
図４ｅが、引き抜きロッド１０６および繊維ボード１０７が、繊維強化材料１０４の第１および第２の層の間に挟まれるように、繊維強化材料１０４の追加の層（例えば、ガラスプライ）の敷設を示している。
【0035】
図４ｆが、金型１１０内のマンドレル１０８の配置を示している。マンドレル１０８は、複合構造１０２の所望の形状に対応する所定の形状を持つ堅固な中立状態（非圧縮状態）と、繊維強化材料１０４、１０６、１０７の積層および硬化時に所定の形状を維持するための中立状態における剛性とを有する圧縮性材料１１４から形成される。
【0036】
図４ｇが、マンドレル１０８上に折り返された繊維強化材料１０４の内側層を示しており、図４ｈが、折り返された材料１０４上に載せられた追加のカーボン引き抜き材１０６を示している。これらの追加の引き抜き材は、桁ビーム構造４０の反対側の桁キャップに構造的な剛性および強度をもたらす。図４ｉが、追加の引き抜き材１０６の上に折り返された繊維強化材料１０４の第２の層を示している。
【0037】
図４ｊにおいて、第２の金型構成要素１１２（金型キャップ）が、繊維／マンドレルの積層体を覆って設置される。次いで、技術的に知られているとおり、金型において真空が引かれ、従来からの樹脂注入プロセスが実行される。次いで、積層体が硬化される。
【0038】
図４ｋが、金型から取り外された積層体を示している。マンドレル１０８は、複合構造１０２の内部にある。マンドレル１０８上の取付具１３２に接続された配管１２８を介してマンドレル１０８を真空源１３０に接続することによって、マンドレル１０８について真空が引かれる。
【0039】
図４ｌが、圧縮性材料１１４の圧縮（「収縮」）を生じさせるマンドレル１０８への真空の適用を示している。次いで、小さくなったサイズで、圧縮されたマンドレル１１４（マンドレル１０８）は、複合構造１０２の開口部１２２を通って引き出される。
【0040】
上述したように、マンドレル１０８の全部または一部を形成するために使用される圧縮性材料１１４の種類は、さまざまであってよい。特定の実施形態において、圧縮性材料１１４は、繊維材料の積層および硬化のプロセスにおいて自身の所定の形状を維持するための充分な剛性を持つ中立状態を有する任意の適切な固体ポリマー発泡材料であってよい。特定の実施形態において、固体発泡材料は、とくにはコストを考慮して、連続気泡発泡材料であってよい。固体発泡材料は、独立気泡発泡材料であってもよく、独立気泡発泡材料は、一般に、連続気泡発泡体よりも剛性が高いが、著しく高価である。さらに、独立気泡発泡体が利用される場合、独立気泡発泡体は、マンドレル１０８を構造部品１０２から取り外すために、真空の適用によって充分に圧縮性でなければならない。
【0041】
例えば図５を参照すると、マンドレル１０８は、異なる種類の発泡材料１１４、１１８など、異なる材料の組み合わせを含むことができる。例えば、マンドレル１０８は、より高剛性またはより低剛性の独立気泡発泡体１１８のコア１２４と、低剛性の連続気泡発泡体１１４の１つ以上の外側層とを有することができる。上述したように、マンドレル１０８は、必ずしも全体が圧縮性材料１１４で形成される必要はない。例えば、マンドレル１０８は、圧縮性の発泡材料１１４の１つ以上の外側層によって囲まれたプラスチックまたは木材コアなどの非圧縮性のコア１２４を有することができる。さらに別の実施形態において、コア１２４は、単に囲まれた空間であってもよい。
【0042】
マンドレル１０８について真空を引くために、マンドレル１０８は、圧縮性材料１１４を取り囲む気密カバー１２６（図４ｋおよび図４ｌ）を含む。このカバー１２６は、例えば、発泡材料を覆って噴き付けまたは他のやり方で付着された弾性材料であってよく、あるいは発泡材料が挿入される弾性バッグ、ラッピング、またはスリーブであってよい。気密カバー１２６を真空源１３０に接続することによって、マンドレル１０８について真空が引かれ、マンドレル１０８の圧縮および収縮がもたらされる。
【0043】
本方法は、その後に、例えば取付具１３２または別の通気口を介して気密カバー１２６を通気することを含むことができ、圧縮性材料１１４は、マンドレル１０８を堅固な中立状態へと戻すための充分な弾性を有する。
【0044】
さらに、本発明は、中空複合構造１０２の製造に使用するための上述のようなマンドレル１０８のさまざまな実施形態を包含する。
【0045】
本明細書は、例を用いて、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆる装置またはシステムの作製および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明実施を当業者にとって可能にする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者であれば想到できる他の例を含むことができる。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を含んでおり、あるいは特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等の構造要素を含んでいる場合、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【0046】
２８ 組み立て式ロータブレード、ジョイント式ロータブレード
３０ 第１のブレードセグメント
３２ 第２のブレードセグメント
３４ 翼弦方向ジョイント、ジョイント線
３６ 内部支持構造
４０ 桁ビーム構造
４２ 桁部分
４４ せん断ウェブ
４６ 負圧側桁キャップ
４８ 正圧側桁キャップ
５２ ボルト管
５４ 端部構造、より小さな開放端
１０２ 中空複合構造、構造部品
１０４ 繊維強化材料
１０６ カーボン引き抜きロッド、カーボン引き抜き材、繊維強化材料
１０７ 繊維マット、繊維ボード、繊維強化材料
１０８ マンドレル
１１０ 第１の金型構成要素
１１２ 第２の金型構成要素
１１４ 圧縮性材料、発泡材料、連続気泡発泡体
１１８ 発泡材料、独立気泡発泡体
１２０ より大きな閉鎖端
１２２ より小さな開放端、開口部
１２４ コア
１２６ 気密カバー
１２８ 配管
１３０ 真空源
１３２ 取付具
３０ 第１のブレードセグメント
３２ 第２のブレードセグメント
３４ 翼弦方向ジョイント、ジョイント線
３６ 内部支持構造
４０ 桁ビーム構造
４２ 桁部分
４４ せん断ウェブ
４６ 負圧側桁キャップ
４８ 正圧側桁キャップ
５２ ボルト管
５４ 端部構造、より小さな開放端
１０２ 中空複合構造、構造部品
１０４ 繊維強化材料
１０６ カーボン引き抜きロッド、カーボン引き抜き材、繊維強化材料
１０７ 繊維マット、繊維ボード、繊維強化材料
１０８ マンドレル
１１０ 第１の金型構成要素
１１２ 第２の金型構成要素
１１４ 圧縮性材料、発泡材料、連続気泡発泡体
１１８ 発泡材料、独立気泡発泡体
１２０ より大きな閉鎖端
１２２ より小さな開放端、開口部
１２４ コア
１２６ 気密カバー
１２８ 配管
１３０ 真空源
１３２ 取付具
【図1】
【図2】
【図3】
【図4a】
【図4b】
【図4c】
【図4d】
【図4e】
【図4f】
【図4g】
【図4h】
【図4i】
【図4j】
【図4k】
【図4l】
【図5】
【手続補正書】
【提出日】2021-07-30
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
中空複合構造（１０２）を製造するための方法であって、金型（１１０）内でマンドレル（１０８）の周囲に繊維強化材料（１０４）を配置するステップと、
前記金型（１１０）内の前記マンドレル（１０８）の堅固な中立状態を維持するステップであって、前記マンドレル（１０８）は、前記複合構造（１０２）の所望の形状に対応する所定の形状を有する前記堅固な中立状態における圧縮性材料（１１４）と、前記繊維強化材料（１０４）の積層および硬化の際に前記所定の形状を維持するための前記堅固な中立状態における剛性とを備えるステップと、
前記繊維強化材料（１０４）を樹脂で硬化させるステップと、
硬化後に、前記マンドレル（１０８）について真空を引き、前記圧縮性材料（１１４）を圧縮するステップと、
前記圧縮されたマンドレル（１０８）を前記複合構造（１０２）の開口部（１２２）を通って引き出すステップと
を含んでおり、前記開口部（１２２）は、前記マンドレル（１０８）の前記堅固な中立状態において前記マンドレル（１０８）を前記開口部（１２２）を通って引き出すことができないようなサイズを有する、方法。
【請求項2】
前記複合構造（１０２）は、より大きな閉鎖端（１２０）と、より小さな開放端（１２２）とを有する先細りの箱形ビーム構造であり、前記圧縮されたマンドレル（１０８）は、前記より小さな開放端を通って引き出される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記箱形ビーム構造は、風力タービンロータブレードに用いるための桁構造である、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記圧縮性材料（１１４）は、固体発泡材料を含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項5】
前記固体発泡材料は、連続気泡発泡材料（１１４）または独立気泡発泡材料（１１８）である、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記マンドレル（１０８）は、前記圧縮性材料（１１４）よりも圧縮性が高いか、あるいは圧縮性が低いコア構成要素（１２４）を備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項7】
前記圧縮性材料（１１４）は、第１の固体発泡材料を含み、前記コア構成要素（１２４）は、前記第１の固体発泡材料よりも堅固であるか、あるいは前記第１の固体発泡材料よりも堅固でない第２の固体発泡材料を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記マンドレル（１０８）は、前記圧縮性材料（１１４）を取り囲む気密カバー（１２６）を備え、前記カバー（１２６）を真空源（１３０）に接続することによって前記マンドレル（１０８）について真空が引かれ、前記方法は、前記マンドレル（１０８）を元の堅固な中立状態に戻すために前記カバー（１２６）を通気するステップをさらに含む、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項9】
中空複合構造（１０２）の製造に使用するためのマンドレル（１０８）であって、圧縮性材料（１１４）であって、堅固な中立状態、および前記複合構造（１０２）の所望の形状に対応する所定の形状を有しており、前記堅固な中立状態において、前記マンドレル（１０８）の周囲に配置される繊維強化材料（１０４）の積層および硬化時に前記所定の形状を維持するための剛性を備えている圧縮性材料（１１４）
を備えており、
前記圧縮性材料（１１４）は、真空が加えられたときに圧縮された状態へと変化可能であり、
前記圧縮性材料（１１４）は、前記真空が解放されたときに前記堅固な中立状態に復帰可能である、マンドレル（１０８）。
【請求項10】
前記所定の形状は、前記複合構造（１０２）の所望の先細りの箱形ビーム形状に対応する先細りの形状であり、前記先細りの形状は、より大きな断面の端部と、反対側のより小さな断面の端部とを備える、請求項９に記載のマンドレル（１０８）。
【請求項11】
前記圧縮性材料（１１４）は、固体発泡材料を含む、請求項９または１０に記載のマンドレル（１０８）。
【請求項12】
前記コア構成要素（１２４）は、非圧縮性である、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のマンドレル（１０８）。
【請求項13】
前記圧縮性材料（１１４）は、第１の固体発泡材料を含み、前記コア構成要素（１２４）は、前記第１の固体発泡材料よりも堅固であるか、あるいは前記第１の固体発泡材料よりも堅固でない第２の固体発泡材料を含む、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載のマンドレル（１０８）。
【請求項14】
前記圧縮性材料（１１４）を取り囲む気密カバー（１２６）をさらに備え、前記カバー（１２６）を真空源（１３０）に接続することによって前記マンドレル（１０８）について前記真空が引かれる、請求項９乃至１３のいずれか１項に記載のマンドレル（１０８）。
【請求項15】
前記カバー（１２６）における通気口をさらに備える、請求項９乃至１４のいずれか１項に記載のマンドレル（１０８）。
【手続補正書】
【提出日】2021-12-03
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
中空複合構造（１０２）を製造するための方法であって、金型（１１０）内でマンドレル（１０８）の周囲に繊維強化材料（１０４）を配置するステップと、
前記金型（１１０）内の前記マンドレル（１０８）の堅固な中立状態を維持するステップであって、前記マンドレル（１０８）は、前記複合構造（１０２）の所望の形状に対応する所定の形状を有する前記堅固な中立状態における圧縮性材料（１１４）と、前記繊維強化材料（１０４）の積層および硬化の際に前記所定の形状を維持するための前記堅固な中立状態における剛性とを備えるステップと、
前記繊維強化材料（１０４）を樹脂で硬化させるステップと、
硬化後に、前記マンドレル（１０８）について真空を引き、前記圧縮性材料（１１４）を圧縮するステップと、
前記圧縮されたマンドレル（１０８）を前記複合構造（１０２）の開口部（１２２）を通って引き出すステップと
を含んでおり、前記開口部（１２２）は、前記マンドレル（１０８）の前記堅固な中立状態において前記マンドレル（１０８）を前記開口部（１２２）を通って引き出すことができないようなサイズを有する、方法。
【請求項2】
前記複合構造（１０２）は、より大きな閉鎖端（１２０）と、より小さな開放端（１２２）とを有する先細りの箱形ビーム構造であり、前記圧縮されたマンドレル（１０８）は、前記より小さな開放端を通って引き出される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記箱形ビーム構造は、風力タービンロータブレードに用いるための桁構造である、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記圧縮性材料（１１４）は、固体発泡材料を含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項5】
前記固体発泡材料は、連続気泡発泡材料（１１４）または独立気泡発泡材料（１１８）である、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記マンドレル（１０８）は、前記圧縮性材料（１１４）よりも圧縮性が高いか、あるいは圧縮性が低いコア構成要素（１２４）を備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項7】
前記圧縮性材料（１１４）は、第１の固体発泡材料を含み、前記コア構成要素（１２４）は、前記第１の固体発泡材料よりも堅固であるか、あるいは前記第１の固体発泡材料よりも堅固でない第２の固体発泡材料を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記マンドレル（１０８）は、前記圧縮性材料（１１４）を取り囲む気密カバー（１２６）を備え、前記カバー（１２６）を真空源（１３０）に接続することによって前記マンドレル（１０８）について真空が引かれ、前記方法は、前記マンドレル（１０８）を元の堅固な中立状態に戻すために前記カバー（１２６）を通気するステップをさらに含む、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項9】
中空複合構造（１０２）の製造に使用するためのマンドレル（１０８）であって、圧縮性材料（１１４）であって、堅固な中立状態、および前記複合構造（１０２）の所望の形状に対応する所定の形状を有しており、前記堅固な中立状態において、前記マンドレル（１０８）の周囲に配置される繊維強化材料（１０４）の積層および硬化時に前記所定の形状を維持するための剛性を備えている圧縮性材料（１１４）
を備えており、
前記圧縮性材料（１１４）は、真空が加えられたときに圧縮された状態へと変化可能であり、
前記圧縮性材料（１１４）は、前記真空が解放されたときに前記堅固な中立状態に復帰可能である、マンドレル（１０８）。
【請求項10】
前記所定の形状は、前記複合構造（１０２）の所望の先細りの箱形ビーム形状に対応する先細りの形状であり、前記先細りの形状は、より大きな断面の端部と、反対側のより小さな断面の端部とを備える、請求項９に記載のマンドレル（１０８）。
【請求項11】
前記圧縮性材料（１１４）は、固体発泡材料を含む、請求項９または１０に記載のマンドレル（１０８）。
【請求項12】
前記コア構成要素（１２４）は、非圧縮性である、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のマンドレル（１０８）。
【請求項13】
前記圧縮性材料（１１４）は、第１の固体発泡材料を含み、前記コア構成要素（１２４）は、前記第１の固体発泡材料よりも堅固であるか、あるいは前記第１の固体発泡材料よりも堅固でない第２の固体発泡材料を含む、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載のマンドレル（１０８）。
【請求項14】
前記圧縮性材料（１１４）を取り囲む気密カバー（１２６）をさらに備え、前記カバー（１２６）を真空源（１３０）に接続することによって前記マンドレル（１０８）について前記真空が引かれる、請求項９乃至１３のいずれか１項に記載のマンドレル（１０８）。
【請求項15】
前記カバー（１２６）における通気口をさらに備える、請求項９乃至１４のいずれか１項に記載のマンドレル（１０８）。
【国際調査報告】