ハドソン プロダクツ：60年以上のファイバーグラス ファン イノベーション

ハドソン プロダクツは、既存プレスと類似しつつ、更新された制御とより高い機能性・制御性を持つプレスをウィッカート油圧プレスに依頼しました。出典：ウィッカート油圧プレス

ハドソン プロダクツ（ハドソン、テキサス州ビーズリー）は、空冷熱交換器と軸流ファンの大手メーカーです。同社のファイバーグラス製Tuf-Lite軸流ファンは60年以上生産されており、産業用途で選ばれています。現在、世界中で25万台以上のTuf-Liteファンが使用されています。

Tuf-Liteファンシリーズは、1955年にガラス繊維強化複合材ブレードを採用したTuf-Lite Iで始まりました。以来、いくつかの改良を経ています。初代は中空部品として成形されたモノリシックなワンピース エアフォイルでした。Tuf-Lite IIは1984年に導入され、ファン部品の製造性を向上させました。ハドソン プロダクツのオペレーション マネージャー、ニック・リッツォ氏によると、初代モノリシック エアフォイルのプロファイルを維持しながら部品要件を満たすのは困難でした。エアフォイルとホルダー（ネック）で構成されるブレードの新しい二部品設計が考案されました。センターハブも変更されました。Tuf-Lite Iでは、モノリシック ブレードの成形ネックがハブのソケットにはまり込んでいましたが、Tuf-Lite IIでは、ブレードの円筒形ネックが上下のハブプレートの間に挟まれた2つのクランプ半分で固定される方式になりました。Tuf-Lite IIIは2004年に導入され、モノリシック ブレード設計に戻りましたが、クランプ方式は継続されました。

ハドソンのTuf-Lite IIとTuf-Lite IIIファン設計は、独自のビニルエステル樹脂を樹脂移行成形（RTM）プロセスで使用しています。独自のリーディングエッジ保護システムも組み込まれ、ブレード外面には耐UVコーティングが施されています。ファンは耐食性を持ち、強度重量比を最大化するよう設計されています。ブレードには空力的なツイストとテーパーが組み込まれ、均一な気流分配とエネルギー効率を提供しながら振動を最小化しています。

ハドソンは、大口径・低騒音ファンへの市場ニーズを認識し、Tuf-Liteシリーズのさらなる改良の機会を見出しました。Tuf-Lite IVでは、計算流体力学（CFD）技術を用いて、騒音低減と効率的な気流に焦点を当てた設計を行いました。

「Tuf-Lite IVの設計コンセプトは、既存設計と同等の効率で動作しながら、より低い回転速度で運転できるブレードを実現することでした」とリッツォ氏は説明します。

その結果、Tuf-Lite IVはTuf-Lite IIIをモデルにしつつ、約20%大型化しました。ファンのサイズ増大により、新設計はハドソンの既存製造設備と互換性がありませんでした。

「これは、モノリシック スタイルでこれまで成形してきたブレードよりも大幅に大きいです」とリッツォ氏。「コード幅がはるかに広く、長さも大幅に長く、エアフォイル形状には顕著なスイープ（曲がり）があります。」

ハドソン プロダクツは、Tuf-Lite IVファンブレード成形用の5m x 1m金型を処理できるプレスを必要としました。出典：ウィッカート油圧プレス

ハドソンは、部品成形に必要な5×1メートルの金型を処理できるプレスを必要としました。ハドソンの複合材プレスは以前社内で開発・製造されていましたが、新ファン設計ではウィッカート油圧プレス（ケンタッキー州ヘブロン、ドイツ・ランダウ）に新規カスタムプレスを依頼しました。サイズ増大に加え、新ブレード設計はいくつかの製造課題を提示しました。これには、積層シーケンスの変更、ガラス繊維の種類、材料構成、層数、樹脂注入ポイント、ベントラインの配置などが含まれます。設計段階では新しいエポキシ系樹脂システムも検討されましたが、開発過程でハドソンは過去の反復で使用してきたビニルエステルに戻りました。

「彼らの金型に特化した複数のカスタムオプションをプレスに組み込みました」とウィッカートの地域セールス エンジニア、トニー・アッカーマン氏。「ハドソンの金型ベンダーと協力して設計しました。」

「樹脂フロントが金型キャビティ内で部品を横切ってどのように流れるか、正確には分かりませんでした」とリッツォ氏は説明します。「その樹脂フロントの収束点も懸念事項でした。既存設計ではRTM用途として、クローズド金型をベントすることで、部品に樹脂を注入しながら空気をベントラインから逃がします。部品が完全にウェットになったら、樹脂がベントラインからブリードアウトするのが理想です。そのため、部品を流れる樹脂フロントの収束点にベントラインを配置することが非常に重要です。」

ウィッカートは、プレスの制御システムについてもハドソンと協力し、特定シーケンス、アラームシステム、樹脂ポンプシステムとの統合を設定しました。自動サイクルは、注入タイミング、圧力、加熱、冷却を最適化するよう設計されました。中空ファンブレードのキャビティ形成にエアブラダーを使用するため、ウィッカートはサイクルの特定タイミングでエアブラダーを膨張させるエア駆動制御を搭載しました。

「既存機械には、オペレーターが樹脂注入、ウェットアウトサイクル、加熱硬化サイクル、冷却サイクルを開始できるレベルの自動化があります」とリッツォ氏。「ウィッカートはそれらすべての要件を満たすプレスを提供してくれました。既存プレスと同様に機能する自動オペレーターサイクルをプログラムでき、より新しい制御と既存機械より高い機能性・制御性を得られました。」

さらに、ウィッカートはトップアクティング式油圧機としてプレスを設計し、低作業高さでオペレーターがアクセスしやすくしています。

「プレスのカスタム機能の一つは、上部加熱プレートンが旋回してオペレーターに向き、清掃と目視検査が容易になることです」とアッカーマン氏は付け加えます。

プレスの自動化はまだ最終調整中で、一部ソフトウェア調整も進行中ですが、ハドソンはすでにTuf-Lite IVファンの生産を開始し、出荷しています。

「より広いコード幅とスイープ プロファイルにより、ブレードはより低いRPMで効率よく動作し、全体的な騒音出力を低減できます」とリッツォ氏は新ブレードについて語ります。「さらに、既存設計と比較して大幅に少ないブレード枚数でこれらの要件を満たせました。」

ブレード枚数が少ないことは、材料使用量が少なくなることを意味し、Tuf-Lite IVをより軽量かつ低コストで製造可能にしています。