(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂及び繊維束を含む第１繊維強化ロッド部材の集合である第１繊維強化複合部材の端部と、樹脂及び繊維束を含む第２繊維強化ロッド部材の集合である第２繊維強化複合部材の端部とを突き合わせる突合せステップと、
前記第１繊維強化複合部材の前記端部と前記第２繊維強化複合部材の前記端部とを接合する接合ステップと、を備え、
少なくとも一本の前記第１繊維強化ロッド部材の端面が周囲の前記第１繊維強化ロッド部材の端面に対して窪み、前記第１繊維強化複合部材の前記端部には前記少なくとも一本の前記第１繊維強化ロッド部材によって第１凹部が形成されており、
少なくとも一本の前記第２繊維強化ロッド部材の端面が周囲の前記第２繊維強化ロッド部材の端面に対して突出し、前記第２繊維強化複合部材の前記端部には前記少なくとも一本の前記第２繊維強化ロッド部材によって第２凸部が形成されており、
前記突合せステップでは、前記第１繊維強化複合部材の前記第１凹部に前記第２繊維強化複合部材の前記第２凸部を嵌め合わせ、
前記接合ステップでは、前記第１繊維強化複合部材と前記第２繊維強化複合部材の端部同士を突き合わせた状態で、前記前記第１繊維強化複合部材の前記端部と前記第２繊維強化複合部材の前記端部との間の隙間に樹脂を注入し、該樹脂を硬化させるとともに、
前記第１繊維強化複合部材において、複数本の前記第１繊維強化ロッド部材が幅方向及び厚さ方向にそれぞれ配列されており、
前記第２繊維強化複合部材において、複数本の前記第２繊維強化ロッド部材が幅方向及び厚さ方向にそれぞれ配列されていることを特徴とする繊維強化複合部材の接合方法。
【請求項２】
前記第１繊維強化複合部材の端部には、前記周囲の前記第１繊維強化ロッド部材の端面に対して窪んだ前記少なくとも一本の前記第１繊維強化ロッド部材によって複数の前記第１凹部が形成され、
前記第２繊維強化複合部材の端部には、前記周囲の前記第２繊維強化ロッド部材の端面に対して突出した前記少なくとも一本の前記第２繊維強化ロッド部材によって複数の前記第２凸部が形成され、
前記突合せステップでは、複数の前記第１凹部にそれぞれ前記第２凸部を嵌め合わせることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合部材の接合方法。
【請求項３】
前記周囲の前記第１繊維強化ロッド部材によって少なくとも一つの第１凸部が形成されており、
前記周囲の前記第２繊維強化ロッド部材によって少なくとも一つの第２凹部が形成されており、
前記突合せステップでは、前記第１繊維強化複合部材の前記第１凸部を前記第２繊維強化複合部材の前記第２凹部を嵌め合わせることを特徴とする請求項２に記載の繊維強化複合部材の接合方法。
【請求項４】
前記第１繊維強化複合部材の端部には、前記第１繊維強化複合部材の厚さ方向に関して前記第１凹部と前記第１凸部とが交互に設けられ、
前記第２繊維強化複合部材の端部には、前記第２繊維強化複合部材の厚さ方向に関して前記第２凹部と前記第２凸部とが交互に設けられることを特徴とする請求項３に記載の繊維強化複合部材の接合方法。
【請求項５】
樹脂及び繊維束を含む第１繊維強化ロッド部材の集合である第１繊維強化複合部材の端部と、樹脂及び繊維束を含む第２繊維強化ロッド部材の集合である第２繊維強化複合部材の端部とを突き合わせる突合せステップと、
前記第１繊維強化複合部材の前記端部と前記第２繊維強化複合部材の前記端部とを接合する接合ステップと、を備え、
少なくとも一本の前記第１繊維強化ロッド部材の端面が周囲の前記第１繊維強化ロッド部材の端面に対して窪み、前記第１繊維強化複合部材の前記端部には前記少なくとも一本の前記第１繊維強化ロッド部材によって第１凹部が形成されており、
少なくとも一本の前記第２繊維強化ロッド部材の端面が周囲の前記第２繊維強化ロッド部材の端面に対して突出し、前記第２繊維強化複合部材の前記端部には前記少なくとも一本の前記第２繊維強化ロッド部材によって第２凸部が形成されており、
前記突合せステップでは、前記第１繊維強化複合部材の前記第１凹部に前記第２繊維強化複合部材の前記第２凸部を嵌め合わせ、
前記接合ステップでは、前記第１繊維強化複合部材と前記第２繊維強化複合部材の端部同士を突き合わせた状態で、前記前記第１繊維強化複合部材の前記端部と前記第２繊維強化複合部材の前記端部との間の隙間に樹脂を注入し、該樹脂を硬化させるとともに、
前記第１繊維強化複合部材を形成する複数の前記第１繊維強化ロッド部材は、前記第１繊維強化複合部材の基部側において互いに結合されており、前記第１繊維強化複合部材の前記端部側において互いに拘束されておらず、
前記第２繊維強化複合部材を形成する複数の前記第２繊維強化ロッド部材は、前記第２繊維強化複合部材の基部側において互いに結合されており、前記第２繊維強化複合部材の前記端部側において互いに拘束されていないことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の繊維強化複合部材の接合方法。
【請求項６】
樹脂及び繊維束を含む第１繊維強化ロッド部材の集合である第１繊維強化複合部材と、
樹脂及び繊維束を含む第２繊維強化ロッド部材の集合であり、前記第１繊維強化複合部材に接合される第２繊維強化複合部材と、を備え、
前記第１繊維強化複合部材において、複数本の前記第１繊維強化ロッド部材が幅方向及び厚さ方向にそれぞれ配列されており、
前記第２繊維強化複合部材において、複数本の前記第２繊維強化ロッド部材が幅方向及び厚さ方向にそれぞれ配列されており、
少なくとも一本の前記第１繊維強化ロッド部材の端面が周囲の前記第１繊維強化ロッド部材の端面に対して窪み、前記第１繊維強化複合部材の端部には前記少なくとも一本の前記第１繊維強化ロッド部材によって第１凹部が形成されており、
少なくとも一本の前記第２繊維強化ロッド部材の端面が周囲の前記第２繊維強化ロッド部材の端面に対して突出し、前記第２繊維強化複合部材の端部には前記少なくとも一本の前記第２繊維強化ロッド部材によって第２凸部が形成されており、
前記第１繊維強化複合部材の前記第１凹部に前記第２繊維強化複合部材の前記第２凸部が嵌合するように、前記第１繊維強化複合部材と前記第２繊維強化複合部材の端部同士が突き合わされて接合されていることを特徴とする繊維強化複合部材接合体。
【請求項７】
外皮材と、翼長方向に延在して設けられるスパーキャップとを含む風車翼の製造方法であって、
前記スパーキャップが、樹脂及び繊維束を含む第１繊維強化ロッド部材の集合である第１繊維強化複合部材と、樹脂及び繊維束を含む第２繊維強化ロッド部材の集合である第２繊維強化複合部材と含み、
前記第１繊維強化複合部材の端部と、前記第２繊維強化複合部材の端部とを突き合わせる突合せステップと、
前記第１繊維強化複合部材の前記端部と前記第２繊維強化複合部材の前記端部とを接合する接合ステップと、を備え、
少なくとも一本の前記第１繊維強化ロッド部材の端面が周囲の前記第１繊維強化ロッド部材の端面に対して窪み、前記第１繊維強化複合部材の前記端部には前記少なくとも一本の前記第１繊維強化ロッド部材によって第１凹部が形成されており、
少なくとも一本の前記第２繊維強化ロッド部材の端面が周囲の前記第２繊維強化ロッド部材の端面に対して突出し、前記第２繊維強化複合部材の前記端部には前記少なくとも一本の前記第２繊維強化ロッド部材によって第２凸部が形成されており、
前記突合せステップでは、前記第１繊維強化複合部材の前記第１凹部に前記第２繊維強化複合部材の前記第２凸部を嵌め合わせ、
前記接合ステップでは、前記第１繊維強化複合部材と前記第２繊維強化複合部材の端部同士を突き合わせた状態で、前記前記第１繊維強化複合部材の前記端部と前記第２繊維強化複合部材の前記端部との間の隙間に樹脂を注入し、該樹脂を硬化させるとともに、
前記第１繊維強化複合部材において、複数本の前記第１繊維強化ロッド部材が幅方向及び厚さ方向にそれぞれ配列されており、
前記第２繊維強化複合部材において、複数本の前記第２繊維強化ロッド部材が幅方向及び厚さ方向にそれぞれ配列されていることを特徴とする風車翼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、強化繊維を含む繊維強化複合部材の接合方法及び接合体、並びに風車翼の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、樹脂及び強化繊維を含む繊維強化複合部材は、高強度で且つ軽量であることから、風車翼、航空機の主翼、自動車、船舶、鉄道車両等の部材として幅広く用いられている。一般に、繊維強化複合部材は、部材に要求される強度および剛性を有する積層構造となるように、強化繊維を含む積層シートが複数積み重ねられた構成を有することが多い。繊維強化複合部材を構成する積層シートは、通常、一方向に引き揃えられた繊維または織られた繊維からなる薄いシート状部材が複数積層されて一体化された構成を有する。例えば、繊維強化複合部材を製造する手法として、ドライクロスに樹脂を含浸させて該樹脂を硬化させるものや、強化繊維基材に樹脂が含浸された半硬化状態のプリプレグ材を硬化させるものが知られている。
【０００３】
このような繊維強化複合部材においては、接合部が存在しない部材は強度が確保されるものの、繊維強化複合部材同士を接合した場合、接合部における強度低下が問題となる。そのため、十分な強度を保持しながら繊維強化複合部材同士を接合可能な技術が求められている。
【０００４】
そこで、接合強度の向上を図った繊維強化複合部材の接合方法として、繊維強化複合部材の端部同士を重ね合わせたラップ接合や繊維強化複合部材端部の突き合わせ部位をテーパ形状にした接合が知られている。また、例えば特許文献１には、繊維強化複合部材同士の接合部を補強繊維クロスと硬化性樹脂によって補強するとともに、繊維強化複合部材の端部間に架け渡したプレートを繊維強化複合部材に接着した構成が開示されている。さらに、特許文献２及び３にも同様に、繊維強化複合部材の端部間に架け渡した補強材によって繊維強化複合部材同士を接合する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平４−５８７８２号公報
【特許文献２】特許２５８３２５９号公報
【特許文献３】特許３８２５３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、繊維強化複合部材を接合する際には、一次構造部材では、引っ張り強度よりも圧縮強度が重要となる。通常、繊維強化複合部材の圧縮強度はその引っ張り強度よりも低く、各種構造物の設計時には、この圧縮強度を目安に設計を行うことが多い。しかしながら、強度部材として繊維強化複合部材を用いる際に、接合部における圧縮強度不足により強度信頼性に問題が生じることがあった。
従来の接合方法のうちラップ接合は、繊維強化複合部材同士を単に突き合わせて接合する場合よりも接合強度は向上するものの、やはり十分な接合強度を得ることは難しく、特に構造体やその強度部材として用いる際には強度が不足する場合がある。また、繊維強化複合部材の突き合わせ領域をテーパ状に形成する接合は、突き合わせ領域の加工に手間がかかるという問題があった。さらに、特許文献１乃至３に記載される接合方法では、繊維強化複合部材同士を突き合わせた接合部を挟むように補強材を配置しているため、圧縮応力が加えられた際に生じる面外変形をある程度抑制できるかもしれないが、必要とする圧縮強度を得るためには繊維強化複合部材同士の接合部に十分な厚さ及び面積の補強材を設けなければならない。そのため、繊維強化複合部材の用途によっては、補強材の重量やサイズが問題となり、採用が難しい場合がある。
【０００７】
本発明の少なくとも一実施形態は、上述の事情に鑑み、接合部における圧縮強度の向上に寄与する接合構造を実現することができる繊維強化複合部材の接合方法及び接合体、並びに風車翼の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の少なくとも一実施形態に係る繊維強化複合部材の接合方法は、
樹脂及び繊維束を含む第１繊維強化ロッド部材の集合である第１繊維強化複合部材の端部と、樹脂及び繊維束を含む第２繊維強化ロッド部材の集合である第２繊維強化複合部材の端部とを突き合わせる突合せステップと、
前記第１繊維強化複合部材の前記端部と前記第２繊維強化複合部材の前記端部とを接合する接合ステップと、を備え、
少なくとも一本の前記第１繊維強化ロッド部材の端面が周囲の前記第１繊維強化ロッド部材の端面に対して窪み、前記第１繊維強化複合部材の前記端部には前記少なくとも一本の前記第１繊維強化ロッド部材によって第１凹部が形成されており、
少なくとも一本の前記第２繊維強化ロッド部材の端面が周囲の前記第２繊維強化ロッド部材の端面に対して突出し、前記第２繊維強化複合部材の前記端部には前記少なくとも一本の前記第２繊維強化ロッド部材によって第２凸部が形成されており、
前記突合せステップでは、前記第１繊維強化複合部材の前記第１凹部に前記第２繊維強化複合部材の前記第２凸部を嵌め合わせ、
前記接合ステップでは、前記第１繊維強化複合部材と前記第２繊維強化複合部材の端部同士を突き合わせた状態で、前記前記第１繊維強化複合部材の前記端部と前記第２繊維強化複合部材の前記端部との間の隙間に樹脂を注入し、該樹脂を硬化させることを特徴とする。
【０００９】
上記繊維強化複合部材の接合方法によれば、第１繊維強化複合部材の第１凹部に第２繊維強化複合部材の第２凸部を嵌め合わせた後、これらの隙間に注入した樹脂を硬化させて第１繊維強化複合部材と第２繊維強化複合部材を接合するようになっている。これにより接合された接合体は、第１凹部の壁面によって第２凸部の上下面（繊維強化複合部材の厚さ方向における第２凸部の両端面。即ち、繊維強化複合部材の面内方向に沿った第２凸部の外表面。）が押さえられるので、圧縮応力が加わっても面外方向へ座屈しにくい構造とすることができ、接合部における圧縮強度を高く維持できる。よって、補強材の有無にかかわらず、繊維強化複合部材の接合構造自体が高い圧縮強度の実現に寄与し、結果的に繊維強化複合部材の接合による強度信頼性の低下を抑制できる。また、第１繊維強化複合部材又は第２繊維強化複合部材は、それぞれ、樹脂及び繊維束を含む第１繊維強化ロッド部材又は第２繊維強化ロッド部材の集合によって構成されるため、第１凹部又は第２凸部を容易に形成できる。さらに、第１繊維強化ロッド部材又は第２繊維強化ロッド部材の端部長さをそれぞれ調整することで、所望の位置に所望の形状・サイズの第１凹部又は第２凸部を得ることができる。
【００１０】
一実施形態において、前記第１繊維強化部材の端部には、前記周囲の前記第１繊維強化ロッド部材の端面に対して窪んだ前記少なくとも一本の前記第１繊維強化ロッド部材によって複数の前記第１凹部が形成され、前記第２繊維強化部材の端部には、前記周囲の前記第２繊維強化ロッド部材の端面に対して突出した前記少なくとも一本の前記第２繊維強化ロッド部材によって複数の前記第２凸部が形成され、前記突合せステップでは、複数の前記第１凹部にそれぞれ前記第２凸部を嵌め合わせるようになっている。
このように、第１繊維強化複合部材に複数の第１凹部を設けることにより、第１繊維強化複合部材と第２繊維強化複合部材とが嵌合する箇所が増え、より一層圧縮強度を高くできる。すなわち、第１繊維強化部材の第１凹部と第２繊維強化部材の第２凸部との嵌合箇所の増加に伴って、第１凹部の壁面と第２凸部の上下面との接触部（樹脂を介した接触部も含む。）の面積が増大するので、接合体の面外方向への変形がより一層抑制される。
【００１１】
一実施形態では、前記周囲の前記第１繊維強化ロッド部材によって少なくとも一つの第１凸部が形成されており、前記周囲の前記第２繊維強化ロッド部材によって少なくとも一つの第２凹部が形成されており、前記突合せステップでは、前記第１繊維強化複合部材の前記第１凸部を前記第２繊維強化複合部材の前記第２凹部を嵌め合わせるようになっている。
このように、第１繊維強化ロッド部材にも第２繊維強化複合部材側に突出した第１凸部が設けられ、これに対応して第２繊維強化複合部材に第２凹部が設けられていることで、第１繊維強化複合部材と第２繊維強化複合部材とが嵌合する箇所が更に増加し、圧縮強度の更なる向上が図れる。すなわち、第１繊維強化部材の第１凸部と第２繊維強化部材の第２凹部とを追加的に嵌合させることで、第１凹部の壁面と第２凸部の上下面との接触部だけでなく、第２凹部の壁面と第１凸部の上下面との接触部が接合体の面外方向への変形抑制に寄与するようになる。
【００１２】
一実施形態において、前記第１繊維強化部材の端部には、前記第１繊維強化部材の厚さ方向に関して前記第１凹部と前記第１凸部とが交互に設けられ、前記第２繊維強化部材の端部には、前記第２繊維強化部材の厚さ方向に関して前記第２凹部と前記第２凸部とが交互に設けられる。
これにより、接合体の厚さ方向に関して、第１凹部の壁面と第２凸部の上下面との接触部と、第２凹部の壁面と第１凸部の上下面との接触部とを多層に形成することができる。よって、接合体の厚さ方向における各接触部の数を増やすことで、第１繊維強化複合部材と第２繊維強化複合部材の接合部の幅方向サイズにかかわらず、接合体の面外方向への変形抑制に寄与しうる前記接触部の面積を任意に増大させることができる。
【００１３】
幾つかの実施形態において、前記第１繊維強化部材を形成する複数の前記第１繊維強化ロッド部材は、前記第１繊維強化複合部材の基部側において互いに結合されており、前記第１繊維強化複合部材の前記端部側において互いに拘束されておらず、前記第２繊維強化部材を形成する複数の前記第２繊維強化ロッド部材は、前記第２繊維強化複合部材の基部側において互いに結合されており、前記第２繊維強化複合部材の前記端部側において互いに拘束されていない。
これにより、互いに嵌合する第１繊維強化複合部材及び第２繊維強化複合部材の端部に可撓性を持たせることができるので、各凸部とこれに対応する凹部との位置とが多少ずれていても、端部同士を容易に嵌合させることが可能となる。
【００１４】
本発明の少なくとも一実施形態に係る繊維強化複合部材の接合体は、
樹脂及び繊維束を含む第１繊維強化ロッド部材の集合である第１繊維強化複合部材と、
樹脂及び繊維束を含む第２繊維強化ロッド部材の集合であり、前記第１繊維強化複合部材に接合される第２繊維強化複合部材と、を備え、
少なくとも一本の前記第１繊維強化ロッド部材の端面が周囲の前記第１繊維強化ロッド部材の端面に対して窪み、前記第１繊維強化複合部材の前記端部には前記少なくとも一本の前記第１繊維強化ロッド部材によって第１凹部が形成されており、
少なくとも一本の前記第２繊維強化ロッド部材の端面が周囲の前記第２繊維強化ロッド部材の端面に対して突出し、前記第２繊維強化複合部材の前記端部には前記少なくとも一本の前記第２繊維強化ロッド部材によって第２凸部が形成されており、
前記第１繊維強化複合部材の前記第１凹部に前記第２繊維強化複合部材の前記第２凸部が嵌合するように、前記第１繊維強化複合部材と前記第２繊維強化複合部材の端部同士が突き合わされて接合されている。
【００１５】
上記繊維強化複合部材の接合体は、第１繊維強化複合部材の第１凹部に第２繊維強化複合部材の第２凸部が嵌合するように、第１繊維強化複合部材と第２繊維強化複合部材の端部同士が突き合わされて接合されているので、圧縮応力が加わっても面外方向へ座屈しにくい構造とすることができ、接合部における圧縮強度を高く維持できる。よって、補強材の有無にかかわらず、繊維強化複合部材の接合構造自体が高い圧縮強度の実現に寄与し、結果的に繊維強化複合部材の接合による強度信頼性の低下を抑制できる。また、第１繊維強化複合部材又は第２繊維強化複合部材は、それぞれ、樹脂及び繊維束を含む第１繊維強化ロッド部材又は第２繊維強化ロッド部材の集合によって構成されるため、第１凹部又は第２凸部を容易に形成できる。さらに、第１繊維強化ロッド部材又は第２繊維強化ロッド部材の端部長さをそれぞれ調整することで、所望の位置に所望の形状・サイズの第１凹部又は第２凸部を得ることができる。
【００１６】
本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼の製造方法は、
外皮材と、翼長方向に延在して設けられるスパーキャップとを含む風車翼の製造方法であって、
前記スパーキャップが、樹脂及び繊維束を含む第１繊維強化ロッド部材の集合である第１繊維強化複合部材と、樹脂及び繊維束を含む第２繊維強化ロッド部材の集合である第２繊維強化複合部材と含み、
前記第１繊維強化複合部材の端部と、前記第２繊維強化複合部材の端部とを突き合わせる突合せステップと、
前記第１繊維強化複合部材の前記端部と前記第２繊維強化複合部材の前記端部とを接合する接合ステップと、を備え、
少なくとも一本の前記第１繊維強化ロッド部材の端面が周囲の前記第１繊維強化ロッド部材の端面に対して窪み、前記第１繊維強化複合部材の前記端部には前記少なくとも一本の前記第１繊維強化ロッド部材によって第１凹部が形成されており、
少なくとも一本の前記第２繊維強化ロッド部材の端面が周囲の前記第２繊維強化ロッド部材の端面に対して突出し、前記第２繊維強化複合部材の前記端部には前記少なくとも一本の前記第２繊維強化ロッド部材によって第２凸部が形成されており、
前記突合せステップでは、前記第１繊維強化複合部材の前記第１凹部に前記第２繊維強化複合部材の前記第２凸部を嵌め合わせ、
前記接合ステップでは、前記第１繊維強化複合部材と前記第２繊維強化複合部材の端部同士を突き合わせた状態で、前記前記第１繊維強化複合部材の前記端部と前記第２繊維強化複合部材の前記端部との間の隙間に樹脂を注入し、該樹脂を硬化させることを特徴とする。
【００１７】
一般的な風車翼には、繊維強化複合部材で構成されるスパーキャップを含むものがある。このスパーキャップは翼長方向に長尺であるため、輸送や製造歩留まり向上の観点から分割構造の採用が求められている。しかし、スパーキャップは風車翼の強度部材として機能するため、強度信頼性を高く維持しながら分割部材同士を接合する必要があった。
上記風車翼の製造方法は、スパーキャップの構成部材である第１繊維強化複合部材と第２繊維強化複合部材の端部同士を突き合わせる突合せステップと、突き合わせた端部を接合する接合ステップとを含む。そして、突合わせステップでは、第１繊維強化複合部材の第１凹部に第２繊維強化複合部材の第２凸部を嵌め合わせ、接合ステップにおいて、第１繊維強化複合部材の端部と第２繊維強化複合部材の端部との間の隙間に樹脂を注入し、樹脂を硬化させることによって、第１繊維強化複合部材と第２繊維強化複合部材とを接合するようにしている。これにより、圧縮応力が加わっても面外方向へ座屈しにくい構造とすることができ、接合部における圧縮強度を高く維持できる。よって、補強材の有無にかかわらず、繊維強化複合部材の接合構造自体が高い圧縮強度の実現に寄与し、結果的に繊維強化複合部材の接合による強度信頼性の低下を抑制できる。また、第１繊維強化複合部材又は第２繊維強化複合部材は、それぞれ、樹脂及び繊維束を含む第１繊維強化ロッド部材又は第２繊維強化ロッド部材の集合によって構成されるため、第１凹部又は第２凸部を容易に形成できる。さらに、第１繊維強化ロッド部材又は第２繊維強化ロッド部材の端部長さをそれぞれ調整することで、所望の位置に所望の形状・サイズの第１凹部又は第２凸部を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、補強材の有無にかかわらず、繊維強化複合部材の接合構造自体が高い圧縮強度の実現に寄与し、結果的に繊維強化複合部材の接合による強度信頼性の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態に係る繊維強化複合部材の接合体を示す斜視図である。
【図２】一実施形態に係る繊維強化複合部材の接合方法における手順を示す図である。
【図３】一実施形態に係る繊維強化複合部材の構成例を示す斜視図である。
【図４Ａ】第１変形例に係る繊維強化複合部材の接合体を説明するための図である。
【図４Ｂ】第２変形例に係る繊維強化複合部材の接合体を説明するための図である。
【図４Ｃ】第３変形例に係る繊維強化複合部材の接合体を説明するための図である。
【図５】一実施形態に係る風車の全体構成を示す概略図である。
【図６】一実施形態に係る風車翼を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、実施形態として以下に記載され、あるいは、実施形態として図面で示された構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２１】
図１は一実施形態に係る繊維強化複合部材の接合体を示す斜視図である。図２は一実施形態に係る繊維強化複合部材の接合方法における手順を示す図である。
図１及び図２に示すように、幾つかの実施形態における繊維強化複合部材の接合体１は、第１繊維強化複合部材１０と、第２繊維強化複合部材２０とを含み、これらの繊維強化複合部材１０，２０の端面が互いに接合された構成を有している。
【００２２】
第１繊維強化複合部材１０は、樹脂及び繊維束を含む第１繊維強化ロッド部材１１の集合である。具体的に、第１繊維強化複合部材１０は、複数の第１繊維強化ロッド部材１１が一方向に配列された構成を有しており、少なくとも２本以上の第１繊維強化ロッド部材１１が幅方向及び厚さ方向にそれぞれ配列されていてもよい。なお、第１繊維強化ロッド部材１１は、第１繊維強化複合部材１０の繊維方向に延在してもよい。また、複数の第１繊維強化ロッド部材１１は、少なくとも一部が樹脂によって互いに結合され、一体化された構成となっている。第１繊維強化複合部材１０は、樹脂が半硬化状態のプリプレグ材であってもよいし、樹脂が完全に硬化した繊維強化複合部材であってもよい。
【００２３】
第２繊維強化複合部材２０は、樹脂及び繊維束を含む第２繊維強化ロッド部材２１の集合であり、第１繊維強化複合部材１０に接合されるようになっている。具体的に、第２繊維強化複合部材２０は、複数の第２繊維強化ロッド部材２１が一方向に配列された構成を有しており、少なくとも２本以上の第２繊維強化ロッド部材２１が幅方向及び厚さ方向にそれぞれ配列されていてもよい。なお、第２繊維強化ロッド部材２１は、第２繊維強化複合部材２０の繊維方向に延在してもよい。また、複数の第２繊維強化ロッド部材２１は、少なくとも一部が樹脂によって互いに結合され、一体化された構成となっている。第２繊維強化複合部材２０は、樹脂が半硬化状態のプリプレグ材であってもよいし、樹脂が完全に硬化した繊維強化複合部材であってもよい。
【００２４】
第１繊維強化複合部材１０又は第２繊維強化複合部材２０における強化繊維としては、例えば炭素繊維やガラス繊維が用いられる。
第１繊維強化ロッド部材１１又は第２繊維強化ロッド部材２１は、一方向に引き揃えられた複数の強化繊維が樹脂によって一体化された繊維束を含む。また、第１繊維強化ロッド部材１１又は第２繊維強化ロッド部材２１の断面は、円形又は楕円形であってもよいし、方形（角が直線状に又は曲率を有するように切り欠かれた方形を含む）であってもよい。
【００２５】
一実施形態における各繊維強化複合部材１０，２０は、さらに以下の構成を有する。
第１繊維強化複合部材１０において、少なくとも一本の第１繊維強化ロッド部材１１の端面１６ａが周囲の第１繊維強化ロッド部材１１の端面１５ａに対して窪んでいる。これにより、第１繊維強化複合部材１０の端部には、少なくとも一本の第１繊維強化ロッド部材１１によって、端面１６ａを有する第１凹部１６が形成されている。
同様に、第２繊維強化複合部材２０において、少なくとも一本の第２繊維強化ロッド部材２１の端面２５ａが周囲の第２繊維強化ロッド部材２１の端面２６ａに対して突出している。これにより、第２繊維強化複合部材２０の端部には、少なくとも一本の第２繊維強化ロッド部材２１によって、端面２５ａを有する第２凸部２５が形成されている。
そして、繊維強化複合部材の接合体１は、第１繊維強化複合部材１１の第１凹部１６に第２繊維強化複合部材２１の第２凸部２５が嵌合するように、第１繊維強化複合部材１０と第２繊維強化複合部材２０の端部同士が突き合わされて接合された構成となっている。この接合体１では、第１凹部１６の端面１６ａと第２凸部２５の端面２５ａとは対向して位置している。端面１６ａと端面２５ａとは互いに接触するように位置してもよいし、端面１６ａと端面２５ａとの間に間隙が存在するようにそれぞれが位置してもよい。後者の場合、端面１６ａと端面２５ａとの間の間隙には樹脂が充填される。なお、第１凹部１６又は第２凸部２５は、第１繊維強化ロッド部材１１又は第２繊維強化ロッド部材２１の一本分以上の径を有していてもよい。
【００２６】
一実施形態において、第１繊維強化複合部材１０の端部には複数の第１凹部１６が形成され、第２繊維強化複合部材２０の端部には複数の第２凸部２５が形成されている。そして、接合体１は、複数の第１凹部１６と複数の第２凸部２５とがそれぞれ嵌め合されて接合された構成となっている。
このように、第１繊維強化複合部材１０に複数の第１凹部１６を設けることにより、第１繊維強化複合部材１０と第２繊維強化複合部材２０とが嵌合する箇所が増え、より一層圧縮強度を高くできる。すなわち、第１繊維強化部材１０の第１凹部１６と第２繊維強化部材２０の第２凸部２５との嵌合箇所の増加に伴って、第１凹部１６の壁面と第２凸部２５の上下面との接触部（樹脂を介した接触部も含む。）の面積が増大するので、接合体１の面外方向への変形がより一層抑制される。
【００２７】
一実施形態において、接合体１は、第１繊維強化複合部材１０の第１凸部１５と第２繊維強化複合部材２０の第２凹部２６とが嵌め合されて接合された構成となっている。
すなわち、第１繊維強化複合部材１０の端部には、第１凹部１６の周囲の少なくとも一本の第１繊維強化ロッド部材１１によって、少なくとも一つの第１凸部１５が形成されている。
同様に、第２繊維強化複合部材２０の端部には、第２凸部２５の周囲の少なくとも一本の第２繊維強化ロッド部材２１によって、少なくとも一つの第２凹部２６が形成されている。
そして、繊維強化複合部材の接合体１は、第１繊維強化複合部材１１の第１凹部１６に第２繊維強化複合部材２１の第２凸部２５が嵌合するとともに、第１繊維強化複合部材１１の第１凸部１５に第２繊維強化複合部材２１の第２凹部２６が嵌合した状態で、樹脂によって結合された構成となっている。この接合体１では、第１凹部１６の端面１６ａと第２凸部２５の端面２５ａ、及び、第１凸部１５の端面１５ａと第２凹部２６の端面２６ａが、それぞれ対向して位置している。端面１６ａと端面２５ａ又は端面１５ａと端面２６ａは互いに接触するように位置してもよいし、端面１６ａと端面２５ａの間又は端面１５ａと端面２６ａの間に間隙が存在するようにそれぞれが位置してもよい。後者の場合、端面１６ａと端面２５ａの間又は端面１５ａと端面２６ａの間の間隙には樹脂が充填される。
【００２８】
このように、第１繊維強化ロッド部材１１にも第２繊維強化複合部材２０側に突出した第１凸部１５が設けられ、これに対応して第２繊維強化複合部材２０に第２凹部２６が設けられていることで、第１繊維強化複合部材１０と第２繊維強化複合部材２０とが嵌合する箇所が更に増加し、圧縮強度の更なる向上が図れる。すなわち、第１繊維強化部材１０の第１凸部１５と第２繊維強化部材２０の第２凹部２６とを追加的に嵌合させることで、第１凹部１６の壁面と第２凸部２５の上下面との接触部だけでなく、第２凹部２６の壁面と第１凸部１５の上下面との接触部が接合体の面外方向への変形抑制に寄与するようになる。
【００２９】
一実施形態において、第１繊維強化部材１０の端部には、第１繊維強化部材１０の厚さ方向に関して第１凹部１６と第１凸部１５とが交互に設けられ、第２繊維強化部材２０の端部には、第２繊維強化部材２０の厚さ方向に関して第２凹部２６と第２凸部２５とが交互に設けられる。図１及び図２に示す例では、第１繊維強化複合部材１０の幅方向及び厚さ方向に、それぞれ、一本分の第１繊維強化ロッド部材１１に対応した第１凹部１６と第１凸部１５とが交互に配置された構成となっている。同様に、第２繊維強化複合部材２０の幅方向及び厚さ方向に、それぞれ、一本分の第２繊維強化ロッド部材２１に対応した第２凸部２５と第１凹部１６とが交互に配置された構成となっている。
【００３０】
上記構成により、接合体１の厚さ方向に関して、第１凹部１６の壁面と第２凸部２５の上下面との接触部と、第２凹部２６の壁面と第１凸部１５の上下面との接触部とを多層に形成することができる。よって、接合体１の厚さ方向における各接触部の数を増やすことで、第１繊維強化複合部材１０と第２繊維強化複合部材２０の接合部の幅方向サイズにかかわらず、接合体１の面外方向への変形抑制に寄与しうる接触部の面積を任意に増大させることができる。
【００３１】
図３は、一実施形態に係る繊維強化複合部材の構成例を示す斜視図である。
図３に示すように、一実施形態において、第１繊維強化部材１０を形成する複数の第１繊維強化ロッド部材１１は、第１繊維強化複合部材１０の基部１０ｂ側において互いに結合されており、第１繊維強化複合部材１０の端部１０ａ側において互いに拘束されていない。具体的には、第１凹部１６の端面１６ａから基部１０ｂ側へ距離ｄだけ離れた位置に、互いに拘束された部位と互いに拘束されていない部位との境界１７が設けられてもよい。この距離ｄは０を含む（すなわち境界１７が端面１６ａと一致する）。例えば、第１繊維強化複合部材１０の製造時に、複数の第１繊維強化ロッド部材１１を並べて配置した後、第１繊維強化複合部材１０の端部１０ａ側に樹脂が侵入しないようにして基部１０ｂ側にのみ樹脂を注入し、硬化又は半硬化させる。これにより、第１繊維強化複合部材１０の端部１０ａは第１繊維強化ロッド部材１１が露出した状態となり、端部１０ａの可撓性は維持される。
【００３２】
同様に、図３では図示を省略しているが、第２繊維強化部材２０を形成する複数の第２繊維強化ロッド部材２１は、第２繊維強化複合部材２０の基部側において互いに結合されており、第２繊維強化複合部材２０の端部側において互いに拘束されていない。なお、第２繊維強化複合部材２０においても、上述の第１繊維強化複合部材１０と同様の構成を採用できる。
【００３３】
このような構成とすることにより、互いに嵌合する第１繊維強化複合部材１０及び第２繊維強化複合部材２０の端部に可撓性を持たせることができるので、各凸部１５，２５とこれに対応する凹部２６，１６との位置とが多少ずれていても、端部同士を容易に嵌合させることが可能となる。
【００３４】
上記実施形態によれば、第１繊維強化複合部材１０の第１凹部１６に第２繊維強化複合部材２０の第２凸部２５が嵌合するように、第１繊維強化複合部材１０と第２繊維強化複合部材２０の端部同士が突き合わされて接合されているので、圧縮応力が加わっても面外方向へ座屈しにくい構造とすることができ、接合部における圧縮強度を高く維持できる。よって、補強材の有無にかかわらず、繊維強化複合部材１０，２０の接合構造自体が高い圧縮強度の実現に寄与し、結果的に繊維強化複合部材１０，２０の接合による強度信頼性の低下を抑制できる。また、第１繊維強化複合部材１０又は第２繊維強化複合部材２０は、それぞれ、樹脂及び繊維束を含む第１繊維強化ロッド部材１１又は第２繊維強化ロッド部材２１の集合によって構成されるため、第１凹部１６又は第２凸部２５を容易に形成できる。さらに、第１繊維強化ロッド部材１１又は第２繊維強化ロッド部材２１の端部長さをそれぞれ調整することで、所望の位置に所望の形状・サイズの第１凹部１６又は第２凸部２５を得ることができる。
【００３５】
ここで、上述の実施形態の変形例について説明する。
図４Ａ〜図４Ｃは、第１〜第３変形例に係る繊維強化複合部材の接合体を説明するための図である。
図４Ａに示す繊維強化複合部材の接合体１Ａは、第１繊維強化複合部材１０の第１凹部１６及び第１凸部１５が厚さ方向に関して交互に位置し、これに対応して、第２繊維強化複合部材２０の第２凸部２５及び第２凹部２６が厚さ方向に関して交互に位置した構成となっている。この構成では、幅方向には凹凸が存在しない。そして、第１凹部１６と第２凸部２５、及び、第１凸部１５と第２凹部２６が、それぞれ嵌合した状態で、第１繊維強化複合部材１０と第２繊維強化複合部材２０の端部同士が突き合わされて接合されている。これにより、第１繊維強化複合部材１０と第２繊維強化複合部材２０の幅方向における接触面が存在しないため、接合時に第１繊維強化複合部材１０と第２繊維強化複合部材２０の幅方向の位置調整が容易に行える。
【００３６】
図４Ｂに示す繊維強化複合部材の接合体１Ｂは、厚さ方向に関して第１繊維強化複合部材１０の第１凹部１６が設けられており、幅方向には凹凸は存在しない。具体的には、複数の第１繊維強化ロッド部材１１によって段差状に厚さ方向に関する第１凹部１６が形成されている。同様に、厚さ方向に関して第２繊維強化複合部材２０の第２凸部２５が設けられており、幅方向には凹凸は存在しない。具体的には、複数の第２繊維強化ロッド部材２１によって段差状に厚さ方向に関する第２凸部２５が形成されている。このような構成によれば、各繊維強化複合部材１０，２０に段差状に凹凸が形成されているので、繊維強化複合部材１０，２０同士を嵌め合わせる作業が円滑に行える。
【００３７】
図４Ｃに示す繊維強化複合部材の接合体１Ｃは、複数の第１繊維強化複合部材１０によって第１凹部１６又は第１凸部１５が形成され、同様に複数の第２繊維強化複合部材２０によって第２凸部２５又は第２凹部２６が形成された構成となっている。なお、図４Ｃでは、厚さ方向及び幅方向に関して、それぞれ、２本の第１繊維強化複合部材１０によって第１凹部１６又は第１凸部１５が形成され、２本の第２繊維強化複合部材２０によって第２凸部２５又は第２凹部２６が形成された場合を例示している。これにより、各繊維強化複合部材１０，２０の製造を容易化できる。
【００３８】
次に、図２を参照して、一実施形態に係る繊維強化複合部材の接合方法について説明する。
一実施形態に係る繊維強化複合部材の接合方法は、第１繊維強化複合部材１０の端部と第２繊維強化複合部材２０の端部とを突き合わせる突合せステップと、第１繊維強化複合部材１０の端部と第２繊維強化複合部材２０の端部とを接合する接合ステップと、を備える。なお、各繊維強化複合部材１０，２０の構成については、上述した接合体１と同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【００３９】
突合せステップでは、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１繊維強化複
合部材１０の第１凹部１６に第２繊維強化複合部材２０の第２凸部２５を嵌め合わせる。このとき、第１凹部１６及び第２凸部２５がそれぞれ複数存在する場合には、複数の第１凹部１６にそれぞれ第２凸部２５を嵌め合わせる。また、第１繊維強化複合部材１０が第１凹部１６及び第２凸部２５を有し、第２繊維強化複合部材２０が第２凸部２５及び第２凹部２６を有する場合には、第１凹部１６に第２凸部２５を嵌め合わせるとともに、第１凸部１５を第２凹部２６に嵌め合わせる。
接合ステップでは、図２（ｃ）に示すように、第１繊維強化複合部材１０と第２繊維強化複合部材２０の端部同士を突き合わせた状態で、第１繊維強化複合部材１０の端部と第２繊維強化複合部材２０の端部との間の隙間に樹脂を注入し、樹脂を硬化させる。接合ステップにおける具体的な接合手法として、例えばＶａＲＴＭ（減圧注入工法）を用いることができる。すなわち、第１繊維強化複合部材１０と第２繊維強化複合部材２０とを突き合わせた接合部をバキュームバッグフィルムで覆い、このフィルム内部空間を減圧状態とした後、低粘度の熱硬化性樹脂（例えば不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等）を注入して硬化させる。なお、加熱硬化が必要な樹脂については、温風機やシリコンラバーヒーターで加熱し、樹脂を硬化させてもよい。また、別の手法として、第１繊維強化複合部材１０又は第２繊維強化複合部材２０の端部の少なくとも一方に上記樹脂又は接着剤を予め塗布しておき、第１繊維強化複合部材１０及び第２繊維強化複合部材２０の端部同士を互いに差し込んだ後に、樹脂又は接着剤を硬化させるようにしてもよい。
【００４０】
上述の実施形態によれば、第１繊維強化複合部材１０の第１凹部１６に第２繊維強化複合部材２０の第２凸部２５を嵌め合わせた後、これらの隙間に注入した樹脂を硬化させて第１繊維強化複合部材１０と第２繊維強化複合部材２０を接合するようになっている。これにより接合された接合体１は、第１凹部１６の壁面によって第２凸部２５の上下面が押さえられるので、圧縮応力が加わっても面外方向へ座屈しにくい構造とすることができ、接合部における圧縮強度を高く維持できる。よって、補強材の有無にかかわらず、繊維強化複合部材１０，２０の接合構造自体が高い圧縮強度の実現に寄与し、結果的に繊維強化複合部材１０，２０の接合による強度信頼性の低下を抑制できる。また、第１繊維強化複合部材１０又は第２繊維強化複合部材２０は、それぞれ、樹脂及び繊維束を含む第１繊維強化ロッド部材１１又は第２繊維強化ロッド部材２１の集合によって構成されるため、第１凹部１６又は第２凸部２５を容易に形成できる。さらに、第１繊維強化ロッド部材１１又は第２繊維強化ロッド部材２１の端部長さをそれぞれ調整することで、所望の位置に所望の形状・サイズの第１凹部１６又は第２凸部２６を得ることができる。
【００４１】
ここで、上述の実施形態を風車翼に適用した例について以下に説明する。
図５は一実施形態に係る風車の全体構成を示す概略図である。図６は一実施形態に係る風車翼を示す断面図である。
図５に示すように、風車３０は、少なくとも一本の風車翼３１及びハブ３２で構成されるロータ３３と、ロータ３３を回転自在に支持するナセル３４と、地上又は水上に立設されてナセル３４が取り付けられるタワー３５と、を含む。風車３０が風力発電装置である場合、ロータ３３の回転が不図示の発電機に入力されて、発電を行うようになっている。
【００４２】
図５及び図６に示すように、風車翼３１は、外皮材４１と、翼長方向に延在して設けられるスパーキャップ４２とを含む。なお、翼長方向とは、風車翼３１の翼根部３１ａから先端部３１ｂに向かう方向であって、翼軸線に略平行である。
【００４３】
外皮材４１は、その他の部分とともに風車翼３１の翼形を構成するものである。外皮材４１及びその他の部分は、例えば、ガラス繊維プラスチック層やコア材で形成されていてもよい。なお、この構造に限定されるものではなく、スパーキャップ４２以外の部位は、単にガラス繊維プラスチック積層体またはガラス繊維プラスチック発泡体等を配置した構成としてもよい。
【００４４】
スパーキャップ４２は、主として繊維強化複合部材で形成され、翼長方向に少なくとも一つの分割線４３によって複数に分割された構成とすることができる。その場合、スパーキャップ４２の各分割部位は、上述の接合方法によって接合される。なお、図５及び図６に示す例では、スパーキャップ４２が、風車翼３１の背側及び腹側にそれぞれ各１本ずつ設けられた構成となっている。
風車翼３１の背側のスパーキャップ４２と腹側のスパーキャップ４２との間には、シアウェブ４４が設けられても良い。このシアウェブ４４は、外皮材４１の内部空間に、翼長方向に延在している。
【００４５】
具体的に、スパーキャップ４２は、樹脂及び繊維束を含む第１繊維強化ロッド部材１１の集合である第１繊維強化複合部材１０と、樹脂及び繊維束を含む第２繊維強化ロッド部材２１の集合である第２繊維強化複合部材２０と含んでいる。第１繊維強化複合部材１０は第１凹部１６及び第１凸部１５を有しており、第２繊維強化複合部材２０は第２凸部２５及び第２凹部２６を有している（図１〜図４参照）。
【００４６】
一実施形態に係る風車翼の製造方法では、第１繊維強化複合部材１０の端部と、第２繊維強化複合部材２０の端部とを突き合わせる突合せステップと、第１繊維強化複合部材１０の端部と第２繊維強化複合部材２０の端部とを接合する接合ステップと、を備える。
突合せステップでは、第１繊維強化複合部材１０の第１凹部１６に第２繊維強化複合部材２０の第２凸部２５を嵌め合わせる。
接合ステップでは、第１繊維強化複合部材１０と第２繊維強化複合部材２０の端部同士を突き合わせた状態で、第１繊維強化複合部材１０の端部と第２繊維強化複合部材２０の端部との間の隙間に樹脂を注入し、該樹脂を硬化させる。
なお、他の構成については、図１〜図４で説明した実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００４７】
以上説明したように、上述の実施形態によれば、第１繊維強化複合部材１０の第１凹部１６に第２繊維強化複合部材２０の第２凸部２５を嵌め合わせた後、これらの隙間に注入した樹脂を硬化させて第１繊維強化複合部材１０と第２繊維強化複合部材２０を接合するようにしたので、接合部における強度信頼性を高く維持することができる。また、第１繊維強化複合部材１０及び第２繊維強化複合部材２０は、第１繊維強化ロッド部材１１又は第２繊維強化複合部材２０の集合によって構成されるため、第１凹部１６又は第２凸部２５の大きさを、第１繊維強化ロッド部材１１又は第２繊維強化複合部材２０の径によって簡単に調整することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
【００４９】
例えば、上述の実施形態では、繊維強化複合部材の接合方法及び接合体が風車翼に適用される場合について説明したが、本実施形態に係る技術は風車翼に限定されるものではなく、例えば、航空機の主翼、自動車、船舶、鉄道車両等の他の部材に適用することもできる。
【符号の説明】
【００５０】
１              接合体
１０            第１繊維強化複合部材
１０ａ          端部
１０ｂ          基部
１１            第１繊維強化ロッド部材
１５，２５      凸部
１５ａ，２５ａ  端面（凸部端面）
１６，２６      凹部
１６ｂ，２６ｂ  端面（凹部端面）
１７            境界
２０            第２繊維強化複合部材
２１            第２繊維強化ロッド部材
３０            風車
３１            風車翼
３１ａ          翼根部
３１ｂ          先端部
３２            ハブ
３３            ロータ
３４            ナセル
３５            タワー
４１            外皮
４２            スパーキャップ
４３            分割線
４４            シアウェブ
【図１】
0005972854.tif 000002
【図２】
0005972854.tif 000003
【図３】
0005972854.tif 000004
【図４Ａ】
0005972854.tif 000005
【図４Ｂ】
0005972854.tif 000006
【図４Ｃ】
0005972854.tif 000007
【図５】
0005972854.tif 000008
【図６】
0005972854.tif 000009