(57)【要約】【課題】複合材料を動翼に用いた場合に、翼根部の強度低下を抑制する。【解決手段】複合材料翼１は、強化繊維に樹脂が含浸された複合材料層を積層して形成され、翼根部１４と、翼根部１４から長手方向に延在する翼部１０とを有する複合材料翼１であって、翼部１０において、長手方向に沿って延在し、翼根部１４において、長手方向に交差する方向へ傾斜した第１傾斜方向Ａ１に沿って延在する第１積層体３０と、翼部１０において、長手方向に沿って延在して第１積層体３０と接触しており、翼根部１４において、第１傾斜方向Ａ１と反対方向側に傾斜した第２傾斜方向Ｂ１に沿って延在して第１積層体３０と離間する第２積層体４０と、翼根部１４における第１積層体３０と第２積層体４０との間に設けられる第３積層体５０と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維に樹脂が含浸された複合材料層を積層して形成され、翼根部と、前記翼根部から長手方向に延在する翼部とを有する複合材料翼であって、
前記複合材料層の積層体であって、前記翼部において、前記長手方向に沿って延在し、前記翼根部において、前記長手方向に交差する方向へ傾斜した第１傾斜方向に沿って延在する第１積層体と、
前記複合材料層の積層体であって、前記翼部において、前記長手方向に沿って延在して前記第１積層体と接触しており、前記翼根部において、前記第１傾斜方向と反対方向側に傾斜した第２傾斜方向に沿って延在して前記第１積層体と離間する第２積層体と、
前記複合材料層の積層体であって、前記翼根部における前記第１積層体と前記第２積層体との間に設けられる第３積層体と、
を有する、複合材料翼。
【請求項２】
前記第３積層体は、前記第１積層体側に積層された複合材料層が、前記第１傾斜方向に沿って延在しており、前記第２積層体側に積層された複合材料層が、前記第２傾斜方向に沿って延在している、請求項１に記載の複合材料翼。
【請求項３】
前記第１積層体は、前記複合材料層中の強化繊維が、前記翼部から前記翼根部まで連続して延在しており、前記翼部において前記長手方向に平行な平面に沿って延在し、前記翼根部において前記第１傾斜方向に平行な平面に沿って延在しており、
前記第２積層体は、前記複合材料層中の強化繊維が、前記翼部から前記翼根部まで連続して延在しており、前記翼部において前記長手方向に平行な平面に沿って延在し、前記翼根部において前記第２傾斜方向に平行な平面に沿って延在しており、
前記第３積層体は、前記第１積層体側に積層された複合材料層中の強化繊維が、前記第１傾斜方向に平行な平面に沿って延在しており、前記第２積層体側に積層された複合材料層中の強化繊維が、前記第２傾斜方向に平行な平面に沿って延在している、請求項１又は請求項２に記載の複合材料翼。
【請求項４】
前記第３積層体は、
前記第１積層体側に設けられ、前記複合材料中の強化繊維が前記第１傾斜方向に平行な平面に沿って延在する一方側第３積層体と、
前記第２積層体側に設けられ、前記複合材料中の強化繊維が前記第２傾斜方向に平行な平面に沿って延在する他方側第３積層体と、を有する、請求項３に記載の複合材料翼。
【請求項５】
前記一方側第３積層体の強化繊維の先端は、前記他方側第３積層体の強化繊維の先端と対向する、請求項４に記載の複合材料翼。
【請求項６】
前記第３積層体は、前記複合材料層中の強化繊維が、前記第１積層体側から前記第２積層体側まで連続して延在しており、前記第１積層体側において前記第１傾斜方向に平行な平面に沿って延在し、前記第２積層体側において前記第２傾斜方向に平行な平面に沿って延在している、請求項３に記載の複合材料翼。
【請求項７】
前記翼根部における前記第１積層体と前記第２積層体との間であって、前記第３積層よりも、前記翼根部の前記翼部と反対側の末端部側に設けられたブロック部を更に有する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の複合材料翼。
【請求項８】
前記一方側第３積層体の強化繊維の先端と前記他方側第３積層体の強化繊維の先端とが対向する箇所は、前記翼根部における前記第１積層体と前記第２積層体との間であって、前記第１積層体と前記第２積層体との間の中央部に位置する、請求項５に記載の複合材料翼。
【請求項９】
前記第３積層体は、前記第１傾斜方向に平行な平面に沿って延在する箇所と前記第２傾斜方向に平行な平面に沿って延在する箇所との間の屈曲する中間部が、前記翼根部における前記第１積層体と前記第２積層体との間であって、前記第１積層体と前記第２積層体との間の中央部に位置する、請求項６に記載の複合材料翼。
【請求項１０】
強化繊維に樹脂が含浸された複合材料層を積層して形成され、翼根部と、前記翼根部から長手方向に延在する翼部とを有する複合材料翼の製造方法であって、
前記複合材料層の積層体であって、前記翼部において、前記長手方向に沿って延在し、前記翼根部において、前記長手方向に交差する方向に傾斜した第１傾斜方向に沿って延在する第１積層体を形成する第１積層体形成ステップと、
前記複合材料層の積層体であって、前記翼部において、前記長手方向に沿って延在して前記第１積層体と接触しており、前記翼根部において、前記第１傾斜方向と反対方向側に傾斜した第２傾斜方向に沿って延在して前記第１積層体と離間する第２積層体を形成する第２積層体形成ステップと、
前記複合材料層の積層体であって、前記翼根部における前記第１積層体と前記第２積層体との間に設けられる第３積層体を形成する第３積層体形成ステップと、
を有する、複合材料翼の製造方法。
【請求項１１】
前記第１積層体形成ステップにおいて、前記翼根部における前記第１積層体上に複合材料層を積層して、一方側第３積層体を形成し、
前記第２積層体形成ステップにおいて、前記翼根部における前記第２積層体上に複合材料層を積層して、他方側第３積層体を形成し、
前記第３複合層形成ステップにおいて、前記翼部において前記第１積層体を前記第２積層体に接着させ、前記翼根部において前記一方側第３積層体を前記他方側第３積層体に接着させることで前記第３積層体を形成させる、請求項１０に記載の複合材料翼の製造方法。
【請求項１２】
前記翼根部における前記第１積層体と前記第２積層体との間であって、前記第３積層体よりも、前記翼根部の前記翼部と反対側の末端部側に、ブロック部を挿入して、前記ブロック部を前記第３積層体側に押し付けつつ、前記第１積層体、前記第２積層体、及び前記第３積層体を成形する成形ステップを有する、請求項１０又は請求項１１に記載の複合材料翼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料翼及び複合材料翼の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの動翼は、ガスを受ける翼部と、翼部の末端に設けられる翼根部（ダブテール部）とを有する。翼根部は、タービンディスクに設けられた溝に嵌合される。翼根部は、翼部よりも厚みが大きくなっているため、動翼に遠心力が働いても、タービンディスクの溝から抜け出さない構造となっている。
【０００３】
このようなガスタービンの動翼の素材として、近年、複合材料が用いられる場合がある。この複合材料は、強化繊維に樹脂を含浸した複合材料層が積層されて形成される。複合材料を動翼に用いる際には、複合材料層（強化繊維）を翼部から翼根部にわたって延在させる場合がある。この場合、例えば特許文献１に示すように、複合材料層は、翼部の領域において長手方向に沿って延在させるが、翼根部の領域においては、厚みを大きくするため、外側に向けて広げる（傾斜させる）。しかし、翼根部において複合材料層を外側に広げると、翼根部において、複合材料層同士の距離、すなわち強化繊維同士の距離が広がってしまう。この場合、強化繊維の間は、樹脂が充填されているが、強化繊維は存在しない領域となり、強度が低下する。特許文献１では、厚み方向に沿って、層間に短い複合材料層を複数設けることで、強度の低下を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５３７５９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のように厚み方向に沿って短い複合材料層を設けた場合、この短い複合材料層の先端にプライドロップが残る。プライドロップは、強化繊維が存在せずに樹脂が充填されている領域であり、強度が低くなる領域である。特許文献１のように複合材料層を設けた場合、このプライドロップが厚み方向に複数形成される。特に翼根部の厚み方向の端部近傍は、応力が高くなる。従って、特許文献１のように複合材料層を形成した場合、プライドロップを起点として破損のリスクが高くなる。従って、複合材料を動翼に用いた場合に、翼根部の強度低下を抑制することが求められている。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、複合材料を動翼に用いた場合に、翼根部の強度低下を抑制する複合材料翼及び複合材料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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る複合材料翼は、強化繊維に樹脂が含浸された複合材料層を積層して形成され、翼根部と、前記翼根部から長手方向に延在する翼部とを有する複合材料翼であって、前記複合材料層の積層体であって、前記翼部において、前記長手方向に沿って延在し、前記翼根部において、前記長手方向に交差する方向へ傾斜した第１傾斜方向に沿って延在する第１積層体と、前記複合材料層の積層体であって、前記翼部において、前記長手方向に沿って延在して前記第１積層体と接触しており、前記翼根部において、前記第１傾斜方向と反対方向側に傾斜した第２傾斜方向に沿って延在して前記第１積層体と離間する第２積層体と、前記複合材料層の積層体であって、前記翼根部における前記第１積層体と前記第２積層体との間に設けられる第３積層体と、を有する。
【０００８】
前記前記第３積層体は、前記第１積層体側に積層された複合材料層が、前記第１傾斜方向に沿って延在しており、前記第２積層体側に積層された複合材料層が、前記第２傾斜方向に沿って延在していることが好ましい。
【０００９】
前記第１積層体は、前記複合材料層中の強化繊維が、前記翼部から前記翼根部まで連続して延在しており、前記翼部において前記長手方向に平行な平面に沿って延在し、前記翼根部において前記第１傾斜方向に平行な平面に沿って延在しており、前記第２積層体は、前記複合材料層中の強化繊維が、前記翼部から前記翼根部まで連続して延在しており、前記翼部において前記長手方向に平行な平面に沿って延在し、前記翼根部において前記第２傾斜方向に平行な平面に沿って延在しており、前記第３積層体は、前記第１積層体側に積層された複合材料層中の強化繊維が、前記第１傾斜方向に平行な平面に沿って延在しており、前記第２積層体側に積層された複合材料層中の強化繊維が、前記第２傾斜方向に平行な平面に沿って延在していることが好ましい。
【００１０】
前記第３積層体は、前記第１積層体側に設けられ、前記複合材料中の強化繊維が前記第１傾斜方向に平行な平面に沿って延在する一方側第３積層体と、前記第２積層体側に設けられ、前記複合材料中の強化繊維が前記第２傾斜方向に平行な平面に沿って延在する他方側第３積層体と、を有することが好ましい。
【００１１】
前記一方側第３積層体の強化繊維の先端は、前記他方側第３積層体の強化繊維の先端と対向することが好ましい。
【００１２】
前記第３積層体は、前記複合材料層中の強化繊維が、前記第１積層体側から前記第２積層体側まで連続して延在しており、前記第１積層体側において前記第１傾斜方向に平行な平面に沿って延在し、前記第２積層体側において前記第２傾斜方向に平行な平面に沿って延在していることが好ましい。
【００１３】
前記複合材料翼は、前記翼根部における前記第１積層体と前記第２積層体との間であって、前記第３積層よりも、前記翼根部の前記翼部と反対側の末端部側に設けられたブロック部を更に有することが好ましい。
【００１４】
前記一方側第３積層体の強化繊維の先端と前記他方側第３積層体の強化繊維の先端とが対向する箇所は、前記翼根部における前記第１積層体と前記第２積層体との間であって、前記第１積層体と前記第２積層体との間の中央部に位置することが好ましい。
【００１５】
前記第３積層体は、前記第１傾斜方向に平行な平面に沿って延在する箇所と前記第２傾斜方向に平行な平面に沿って延在する箇所との間の屈曲する中間部が、前記翼根部における前記第１積層体と前記第２積層体との間であって、前記第１積層体と前記第２積層体との間の中央部に位置することが好ましい。
【００１６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る複合材料翼の製造方法は、強化繊維に樹脂が含浸された複合材料層を積層して形成され、翼根部と、前記翼根部から長手方向に延在する翼部とを有する複合材料翼の製造方法であって、前記複合材料層の積層体であって、前記翼部において、前記長手方向に沿って延在し、前記翼根部において、前記長手方向に交差する方向に傾斜した第１傾斜方向に沿って延在する第１積層体を形成する第１積層体形成ステップと、前記複合材料層の積層体であって、前記翼部において、前記長手方向に沿って延在して前記第１積層体と接触しており、前記翼根部において、前記第１傾斜方向と反対方向側に傾斜した第２傾斜方向に沿って延在して前記第１積層体と離間する第２積層体を形成する第２積層体形成ステップと、前記複合材料層の積層体であって、前記翼根部における前記第１積層体と前記第２積層体との間に設けられる第３積層体を形成する第３積層体形成ステップと、を有する。
【００１７】
前記第１積層体形成ステップにおいて、前記翼根部における前記第１積層体上に複合材料層を積層して、一方側第３積層体を形成し、前記第２積層体形成ステップにおいて、前記翼根部における前記第２積層体上に複合材料層を積層して、他方側第３積層体を形成し、前記第３複合層形成ステップにおいて、前記翼部において前記第１積層体を前記第２積層体に接着させ、前記翼根部において前記一方側第３積層体を前記他方側第３積層体に接着させることで前記第３積層体を形成させることが好ましい。
【００１８】
前記複合材料翼の製造方法において、前記翼根部における前記第１積層体と前記第２積層体との間であって、前記第３積層体よりも、前記翼根部の前記翼部と反対側の末端部側に、ブロック部を挿入して、前記ブロック部を前記第３積層体側に押し付けつつ、前記第１積層体、前記第２積層体、及び前記第３積層体を成形する成形ステップを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、複合材料を動翼に用いた場合に、翼根部の強度低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、第１実施形態に係る複合材料翼の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る複合材料翼の詳細な構成を示す模式図である。
【図３】図３は、複合材料層の模式的な図である。
【図４】図４は、複合材料層の模式的な図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る複合材料翼の製造方法を説明する模式図である。
【図６】図６は、複合材料翼の他の例を示す模式図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る複合材料翼の詳細な構成を示す模式図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係る複合材料層の模式的な図である。
【図９】図９は、第２実施形態に係る複合材料翼の製造方法を説明する模式図である。
【図１０】図１０は、第３実施形態に係る複合材料翼の詳細な構成を示す模式図である。
【図１１】図１１は、第３実施形態に係る複合材料翼の製造方法を説明する模式図である。
【図１２】図１２は、実施例に係る応力分布を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る複合材料翼の構成を示す模式図である。第１実施形態に係る複合材料翼１は、ガスタービンの動翼である。複合材料翼１が用いられるガスタービンは、例えば航空機用のエンジンに用いられるものであるが、例えば発電用のガスタービンなど、任意の用途に用いられるものであってよい。
【００２３】
図１に示すように、複合材料翼１は、先端部２０から末端部２２まで延在している。複合材料翼１は、末端部２２においてタービンディスク２に取付けられている。以下、方向Ｘ、Ｙ、Ｚについて説明する。以下、方向Ｚは、複合材料翼１が延在する方向、すなわち先端部２０から末端部２２までに沿った方向である。方向Ｚは、複合材料翼１の長手方向であり、また、タービンディスク２の径方向（放射方向）に相当する。また、方向Ｙは、方向Ｚに直交する方向であって、タービンディスク２の軸方向に沿った方向である。また、方向Ｘは、方向Ｙ及び方向Ｚに直交する方向であり、タービンディスク２の円周方向に沿った方向である。
【００２４】
複合材料翼１は、翼部１０と翼根部１４（ダブテール部）とを有する。翼部１０は、ガスタービン内を流れるガスを受ける翼である。翼根部１４は、翼部１０の末端に設けられる。言い換えれば、翼部１０は、翼根部１４から方向Ｚ（長手方向)に延在する。複合材料翼１は、翼根部１４において、タービンディスク２に取付けられる。タービンディスク２は、周方向に沿って複数の溝２Ａを有している。翼根部１４は、方向Ｘに沿った長さ（幅）が、翼部１０の方向Ｘに沿った長さより長くなっている。複合材料翼１は、翼根部１４が溝２Ａ内に取付けられることにより、タービンディスク２に取付け及び固定される。
【００２５】
複合材料翼１は、複合材料層を積層して形成される。複合材料層は、強化繊維（後述する強化繊維３６、４６、６６、７６）と樹脂（後述する樹脂３４、４４、６４、７４）とを含む複合材の層であり、さらにいえば強化繊維に樹脂を含浸させた複合材の層である。本実施形態における複合材は、強化繊維として炭素繊維が用いられた炭素繊維強化プラスチックス（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）である。ただし、強化繊維は、炭素繊維に限定されず、その他のプラスチック繊維、ガラス繊維又は金属繊維でもよい。また、樹脂は、例えば、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂である。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂である。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、及びポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等である。なお、樹脂は、これらに限定されず、その他の樹脂を用いてもよい。
【００２６】
以下、複合材料翼１の構造についてより詳細に説明する。図２は、第１実施形態に係る複合材料翼の詳細な構成を示す模式図である。図２は、複合材料翼１を、方向Ｙ（長手方向に直交する方向）から見た断面図であり、断面が方向Ｙに直交する面となる。図２に示すように、複合材料翼１は、末端部２２から先端部２０まで、方向Ｚ１に向けて延在する。なお、方向Ｚ１は、方向Ｚに沿った方向のうちの一方の方向であり、末端部２２から先端部２０へ向かう方向である。方向Ｚ２は、方向Ｚ１と反対方向（先端部２０から末端部２２へ向かう方向）であり、方向Ｚに沿った方向のうちの他方の方向である。また、方向Ｘに沿った方向のうちの一方の方向を、方向Ｘ１とし、方向Ｘに沿った方向のうちの他方の方向、すなわち方向Ｘ１と反対方向を、方向Ｘ２とする。
【００２７】
複合材料翼１は、先端部２０から翼端部２１までが翼部１０であり、翼端部２１から末端部２２までが翼根部１４となる。翼端部２１は、翼部１０の末端部であり、翼部１０と翼根部１４との境界となる箇所である。翼端部２１は、方向Ｚにおける先端部２０と末端部２２との間の位置である。複合材料翼１は、翼部１０において、積層された複合材料層が、方向Ｚに沿って延在している。そして、複合材料翼１は、翼根部１４において、積層された複合材料層が、方向Ｚから方向Ｚに交差する方向（方向Ｘ）に向けて傾斜して、方向Ｘに向けて広がって延在している。複合材料翼１は、このように翼根部１４において複合材料層が方向Ｘに沿って広がることにより、翼根部１４の方向Ｘに沿った長さ（幅）を、翼部１０の方向Ｘに沿った長さよりも長くしている。より詳しくは、複合材料翼１は、第１積層体３０と、第２積層体４０と、第３積層体５０とを有している。
【００２８】
（第１積層体）
第１積層体３０は、複数の複合材料層が積層された積層体である。図２の例では、複合材料層３０は、複合材料層３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅが積層されている。複合材料層３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅは、方向Ｘ２に向かってこの順で積層されている。以下、複合材料層３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅを互いに区別しない場合は、複合材料層３２と記載する。図２の例では、第１積層体３０は、複合材料層３２を５つ有しているが、複数であれば複合材料層３２の積層数は任意である。
【００２９】
図２に示すように、複合材料層３２は、翼部１０において、方向Ｚ（長手方向）に沿って延在している。また、複合材料層３２は、翼部１０において、方向Ｘに沿って積層されている。すなわち、翼部１０において、複合材料層３２の積層方向は、方向Ｘとなる。複合材料層３２は、延在する長手方向（方向Ｚ）が、積層方向（方向Ｘ）と直交している。
【００３０】
そして、複合材料層３２は、翼根部１４において、翼端部２１から末端部２２に向けて、第１傾斜方向Ａ１に沿って延在している。第１傾斜方向Ａ１は、方向Ｚ（方向Ｚ２）に対して、方向Ｚ（方向Ｚ２）に交差する方向に傾斜する方向である。言い換えれば、第１傾斜方向Ａ１は、方向Ｚ（方向Ｚ２）に対して、所定の角度を持って方向Ｘ１側に傾斜した方向となる。また言い換えれば、第１傾斜方向Ａ１は、長手方向（方向Ｚ）から、翼部１０における積層方向（方向Ｘ）側へ傾斜した方向である。複合材料層３２は、翼根部１４において、第１積層方向Ａ２に沿って積層されている。第１積層方向Ａ２は、第１傾斜方向Ａ１に直交した方向であり、翼部１０における積層方向（方向Ｘ１）に対して、方向Ｚ１側に傾斜した方向である。
【００３１】
複合材料層３２は、先端部２０から翼端部２１を経て末端部２２まで連続して延在している。すなわち、複合材料層３２は、先端部２０から翼端部２１までは方向Ｚに沿って延在し、翼端部２１から方向Ｘ１側に傾斜して、末端部２２まで第１傾斜方向Ａ１に沿って延在している。
【００３２】
図３及び図４は、複合材料層の模式的な図である。図３は、翼部１０における複合材料層３２の模式図であり、翼部１０を方向Ｙ（長手方向に直交する方向）から見た断面図であり、断面が方向Ｙに直交する面となる。図４は、翼根部１４における複合材料層３２の模式図であり、翼根部１４を方向Ｙ（長手方向に直交する方向）から見た断面図であり、断面が方向Ｙに直交する面となる。図３に示すように、複合材料層３２は、樹脂３４と強化繊維３６とを有している。複合材料層３２は、強化繊維３６が方向Ｙに沿って複数設けられており、それらの強化繊維３６の周囲に樹脂３４が充填されている。複合材料層３２は、隣接する（積層された）複合材料層３２と、樹脂３４同士が接着することで、樹脂３４の部分が他の複合材料層３２と一体化している。従って、第１積層体３０における１つの複合材料層３２とは、強化繊維３６とその周囲の樹脂３４が存在している層であるということができる。そして、第１積層体３０は、強化繊維３６とその周囲の樹脂３４で構成される層が、積層方向に積層されているということができる。
【００３３】
上述では、複合材料層３２の延在方向及び積層方向について説明したが、強化繊維３６の延在方向及び積層方向に置き換えても説明可能である。すなわち、図３に示すように、複合材料層３２は、翼部１０において、強化繊維３６が、方向Ｚ（長手方向）に沿って延在している。また、複合材料層３２は、翼部１０において、方向Ｙに沿って複数設けられた強化繊維３６が延在する層が、方向Ｘに沿って積層されている。なお、強化繊維３６は、翼部１０において、方向Ｚから方向Ｙに向けて傾斜して延在してもよい。すなわち、強化繊維３６は、翼部１０において、方向Ｚに平行な平面に沿って、方向Ｚ２側へ延在していればよい。また、複合材料層３２は、強化繊維３６とは異なる方向に延在する別の強化繊維をさらに有していてもよく、例えばこの他の強化繊維が、強化繊維３６に対して織り込まれていてもよい。
【００３４】
また、図４に示すように、複合材料層３２は、翼根部１４において、強化繊維３６が、翼端部２１から末端部２２に向けて、第１傾斜方向Ａ１に沿って延在している。また、複合材料層３２は、翼根部１４において、方向Ｙに沿って複数設けられた強化繊維３６が延在する層が、第１積層方向Ａ２に沿って積層されている。強化繊維３６は、翼根部１４において、第１傾斜方向Ａ１から方向Ｙに向けて傾斜して延在してもよい。すなわち、強化繊維３６は、翼根部１４において、第１傾斜方向Ａ１に平行な平面に沿って、方向Ｚ２側へ延在していればよい。
【００３５】
強化繊維３６は、先端部２０から翼端部２１を経て末端部２２まで連続して延在している。すなわち、強化繊維３６は、先端部２０から翼端部２１までは方向Ｚに平行な平面に沿って延在し、翼端部２１から方向Ｘ１側に傾斜して、翼端部２１から末端部２２まで第１傾斜方向Ａ１に平行な平面に沿って延在している。
【００３６】
（第２積層体）
次に、第２積層体４０について説明する。第２積層体４０は、第１積層体３０と同様に、複数の複合材料層が積層された積層体である。第２積層体４０は、第１積層体３０と対向して設けられている。図２の例では、複合材料層４０は、複合材料層４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、４２Ｅが積層されている。複合材料層４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、４２Ｅは、方向Ｘ１に向かってこの順で積層されている。以下、複合材料層４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、４２Ｅを互いに区別しない場合は、複合材料層４２と記載する。図２の例では、第２積層体４０は、複合材料層４２を５つ有しているが、複数であれば複合材料層４２の積層数は任意である。
【００３７】
図２に示すように、複合材料層４２は、翼部１０において、方向Ｚ（長手方向）に沿って延在している。また、複合材料層４２は、翼部１０において、方向Ｘに沿って積層されている。すなわち、翼部１０において、複合材料層４２の積層方向は、方向Ｘとなる。複合材料層４２は、延在する長手方向（方向Ｚ）が、積層方向（方向Ｘ）と直交している。
【００３８】
このように、翼部１０において、第２積層体４０は、複合材料層４２の延在方向及び積層方向が、第１積層体３０の複合材料層３２の延在方向及び積層方向に一致している。第２積層体４０は、翼部１０において、最も方向Ｘ１側の複合材料層４２（複合材料層４２Ｅ）が、第１積層体３０の最も方向Ｘ２側の複合材料層３２（複合材料層３２Ｅ）と接触（接合）している。すなわち、第２積層体４０は、翼部１０において第１積層体３０に接触（接合）している。複合材料翼１は、翼部１０において、第１積層体３０と第２積層体４０との界面が、中心軸Ａｘに重なっている。複合材料翼１は、翼部１０において、方向Ｘに沿った第１積層体３０と第２積層体４０との長さ（幅）が、同一となっていることが好ましい。
【００３９】
そして、複合材料層４２は、翼根部１４において、翼端部２１から末端部２２まで、第２傾斜方向Ｂ１に沿って延在している。第２傾斜方向Ｂ１は、方向Ｚ（方向Ｚ２）に対して、所定の角度を持って方向Ｘ２側に傾斜した方向となる。すなわち、第２傾斜方向Ｂ１は、長手方向（方向Ｚ）から第１傾斜方向Ａ１と反対方向側に傾斜した方向である。また、複合材料層４２は、翼根部１４において、第２積層方向Ｂ２に沿って積層されている。第２積層方向Ｂ２は、第２傾斜方向Ｂ１に直交した方向であり、翼部１０における積層方向（方向Ｘ２）に対して、方向Ｚ１側に傾斜した方向である。
【００４０】
このように、翼根部１４において、第２積層体４０は、複合材料層４２が、第１積層体３０の複合材料層３２から離れる方向に延在している。従って、翼根部１４において、第２積層体４０は、第１積層体３０から離間している。このように、第２積層体４０は、翼部１０において第１積層体３０と接触している一方、翼根部１４においては、第１積層体４０から離間している。
【００４１】
図３及び図４に示すように、複合材料層４２は、樹脂４４と強化繊維４６とを有している。樹脂４４と強化繊維４６とは、複合材料層３２の樹脂３４と強化繊維３６と同じ構成である。従って、複合材料層４２は、延在方向及び積層方向以外は、複合材料層３２と同じ複合材料層であるということができる。
【００４２】
図３に示すように、複合材料層４２は、翼部１０において、強化繊維４６が、方向Ｚ（長手方向）に沿って延在している。また、複合材料層４２は、翼部１０において、方向Ｙに沿って複数設けられた強化繊維４６が延在する層が、方向Ｘに沿って積層されている。なお、強化繊維４６は、翼部１０において、方向Ｚから方向Ｙに向けて傾斜して延在してもよい。すなわち、強化繊維４６は、翼部１０において、方向Ｚに平行な平面に沿って、方向Ｚ２側へ延在していればよい。また、複合材料層４２は、強化繊維４６とは異なる方向に延在する別の強化繊維をさらに有していてもよく、例えばこの他の強化繊維が、強化繊維４６に対して織り込まれていてもよい。強化繊維４６は、延在方向及び積層方向が、強化繊維３６の延在方向及び積層方向と一致していてもよい。
【００４３】
図４に示すように、複合材料層４２は、翼根部１４において、強化繊維４６が、第２傾斜方向Ｂ１に沿って延在している。また、複合材料層４２は、翼根部１４において、方向Ｙに沿って複数設けられた強化繊維４６が延在する層が、第２積層方向Ｂ２に沿って積層されている。強化繊維４６は、翼根部１４において、第２傾斜方向Ｂ１から方向Ｙに向けて傾斜して延在してもよい。すなわち、強化繊維４６は、翼根部１４において、第２傾斜方向Ｂ１に平行な平面に沿って、方向Ｚ２側へ延在していればよい。
【００４４】
（第３積層体）
次に、第３積層体５０について説明する。第３積層体５０は、複数の複合材料層が積層された積層体である。図２に示すように、第３積層体５０は、翼根部１４における第１積層体３０と第２積層体４０との間に設けられる。すなわち、第３積層体５０は、翼根部１４において第１積層体３０と第２積層体４０とが離間することで形成された空間に設けられる。第３積層体５０は、方向Ｘ１側において第１積層体３０と接触（接合）し、方向Ｘ２側において第２積層体４０と接触（接合）している。従って、第３積層体５０は、翼根部１４において、第１積層体３０と第２積層体４０とを接合して、第１積層体３０と第２積層体４０とを一体化している。
【００４５】
また、図２に示すように、第３積層体５０は、方向Ｘ１側、すなわち第１積層体３０側に積層された複合材料層が、第１傾斜方向Ａ１に沿って（複合材料層３２に平行に）延在している。また、第３積層体５０は、方向Ｘ２側、すなわち第２積層体４０側に積層された複合材料層（第３積層体５０中の第１傾斜方向Ａ１に沿って延在する複合材料層よりも、第２積層体４０側の複合材料層）が、第２傾斜方向Ｂ１に沿って（複合材料層４２に平行に）延在している。
【００４６】
さらに詳しくは、図２に示すように、第３積層体５０は、一方側第３積層体６０と、他方側第３積層体７０とを有する。一方側第３積層体６０は、第３積層体５０内の方向Ｘ１側の領域、すなわち第１積層体３０側に設けられる複合材料層の積層体である。本実施形態においては、一方側第３積層体６０は、中心軸Ａｘよりも方向Ｘ１側であって、第１積層体３０よりも方向Ｘ２側に設けられている。
【００４７】
図２の例では、一方側第３積層体６０は、複合材料層６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄ、６２Ｅ、６２Ｆが積層されている。複合材料層６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄ、６２Ｅ、６２Ｆは、方向Ｘ２に向けてこの順で積層されている。以下、複合材料層６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄ、６２Ｅ、６２Ｆを互いに区別しない場合は、複合材料層６２と記載する。一方側第３積層体６０は、第１積層体３０に接合している。すなわち、一方側第３積層体６０は、最も方向Ｘ１側の複合材料層６２（複合材料層６２Ａ）が、第１積層体３０の最も方向Ｘ２側の複合材料層３２（複合材料層３２Ｅ）と接触（接合）している。なお、図２の例では、一方側第３積層体６０は、複合材料層６２を６つ有しているが、複数であれば複合材料層６２の積層数は任意である。
【００４８】
複合材料層６２は、翼根部１４に設けられており、翼端部２１から末端部２２に向けて、第１傾斜方向Ａ１に沿って延在している。また、複合材料層６２は、第１積層方向Ａ２に沿って積層されている。すなわち、複合材料層６２は、第１積層体３０の複合材料層３２と、延在方向及び積層方向が同じである。
【００４９】
複合材料層６２は、翼端部２１側の端部６３Ａから、末端部２２側の端部６３Ｂまで、第１傾斜方向Ａ１に沿って延在している。一方側第３積層体６０は、それぞれの複合材料層６２の端部６３Ａが、方向Ｚに沿って並ぶように、中心軸Ａｘの近傍に配置されている。すなわち、それぞれの複合材料層６２の端部６３Ａは、方向Ｚから見て重畳している。また、一方側第３積層体６０は、それぞれの複合材料層６２の端部６３Ｂが、末端部２２において方向Ｘに沿って並ぶように配置されている。
【００５０】
図４に示すように、複合材料層６２は、樹脂６４と強化繊維６６とを有している。樹脂６４と強化繊維６６とは、複合材料層３２の樹脂３４と強化繊維３６と同じ構成である。従って、複合材料層６２は、延在方向及び積層方向が複合材料層３２と同じ複合材料層であるということができる。
【００５１】
図４に示すように、複合材料層６２は、強化繊維６６が、第１傾斜方向Ａ１に沿って延在している。また、複合材料層６２は、方向Ｙに沿って複数設けられた強化繊維６６が延在する層が、第１積層方向Ａ２に沿って積層されている。強化繊維６６は、第１傾斜方向Ａ１から方向Ｙに向けて傾斜して延在してもよい。すなわち、強化繊維６６は、第１傾斜方向Ａ１に平行な平面に沿って、方向Ｚ２側へ延在していればよい。強化繊維６６は、延在方向及び積層方向が、翼根部１４における強化繊維３６の延在方向及び積層方向と一致していてもよい。なお、複合材料層６２においては、強化繊維６６の翼端部２１側の端部が、端部６３Ａであるともいえる。また、複合材料層６２は、強化繊維６６とは異なる方向に延在する別の強化繊維をさらに有していてもよく、例えばこの他の強化繊維が、強化繊維６６に対して織り込まれていてもよい。
【００５２】
他方側第３積層体７０は、第３積層体５０内の方向Ｘ２側の領域、すなわち第２積層体４０側に設けられる複合材料層の積層体である。本実施形態においては、他方側第３積層体７０は、一方側第３積層体６０（中心軸Ａｘ）よりも方向Ｘ２側であって、第２積層体４０よりも方向Ｘ１側に設けられている。
【００５３】
図２の例では、他方側第３積層体７０は、複合材料層７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄ、７２Ｅ、７２Ｆが積層されている。複合材料層７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄ、７２Ｅ、７２Ｆは、方向Ｘ１に向けてこの順で積層されている。以下、複合材料層７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄ、７２Ｅ、７２Ｆを互いに区別しない場合は、複合材料層７２と記載する。他方側第３積層体７０は、方向Ｘ２側の表面が第２積層体４０に接合している。すなわち、他方側第３積層体７０は、最も方向Ｘ２側の複合材料層７２（複合材料層７２Ａ）が、第２積層体４０の最も方向Ｘ１側の複合材料層４２（複合材料層４２Ｅ）と接触（接合）している。また、他方側第３積層体７０は、方向Ｘ１側が一方側第３積層体６０に接合している。なお、図２の例では、他方側第３積層体７０は、複合材料層７２を６つ有しているが、複数であれば複合材料層７２の積層数は任意である。
【００５４】
複合材料層７２は、翼根部１４に設けられており、翼端部２１から末端部２２に向けて、第２傾斜方向Ｂ１に沿って延在している。また、複合材料層７２は、第２積層方向Ｂ２方向に沿って積層されている。すなわち、複合材料層７２は、第２積層体４０の複合材料層４２と、延在方向及び積層方向が同じである。
【００５５】
複合材料層７２は、翼端部２１側の端部７３Ａから、末端部２２側の端部７３Ｂまで、第２傾斜方向Ｂ１に沿って延在している。他方側第３積層体７０は、それぞれの複合材料層７２の端部７３Ａが、方向Ｚに沿って並ぶように、中心軸Ａｘの近傍に配置されている。すなわち、それぞれの複合材料層７２の端部７３Ａは、方向Ｚから見て重畳している。また、他方側第３積層体７０は、それぞれの複合材料層７２の端部７３Ｂが、末端部２２において方向Ｘに沿って並ぶように配置されている。
【００５６】
図４に示すように、複合材料層７２は、樹脂７４と強化繊維７６とを有している。樹脂７４と強化繊維７６とは、複合材料層３２の樹脂３４と強化繊維３６と同じ構成である。従って、複合材料層７２は、延在方向及び積層方向以外は、複合材料層３２と同じ複合材料層であるということができる。
【００５７】
図４に示すように、複合材料層７２は、強化繊維７６が、第２傾斜方向Ｂ１に沿って延在している。また、複合材料層７２は、方向Ｙに沿って複数設けられた強化繊維７６が延在する層が、第２積層方向Ｂ２に沿って積層されている。強化繊維７６は、第２傾斜方向Ｂ１から方向Ｙに向けて傾斜して延在してもよい。すなわち、強化繊維７６は、第２傾斜方向Ｂ１に平行な平面に沿って、方向Ｚ２側へ延在していればよい。強化繊維７６は、延在方向及び積層方向が、翼根部１４における強化繊維４６の延在方向及び積層方向と一致していてもよい。なお、複合材料層７２においては、強化繊維７６の翼端部２１側の端部が、端部７３Ａであるともいえる。また、複合材料層７２は、強化繊維７６とは異なる方向に延在する別の強化繊維をさらに有していてもよく、例えばこの他の強化繊維が、強化繊維７６に対して織り込まれていてもよい。
【００５８】
複合材料層７２の端部７３Ａは、方向Ｘにおいて、中心軸Ａｘを介して複合材料層６２の端部６３Ａと対向するように設けられている。すなわち、対向する複合材料層６２（例えば複合材料層６２Ａ）と複合材料層７２（例えば複合材料層７２Ａ）とは、複合材料層６２、７２を２辺とし、端部６３Ａをその２辺に囲まれた頂点とした三角形形状となっている。また、言い換えれば、他方側第３積層体７０は、複合材料層７２が、中心軸Ａｘを介して一方側第３積層体６０の複合材料層６２と線対称となるように積層されている。
【００５９】
複合材料翼１は、以上説明したように、第１積層体３０と、第２積層体４０と、第３積層体５０（一方側第３積層体６０及び他方側第３積層体７０）で構成されている。第３積層体５０において、互いに対向する端部６３Ａと端部７３Ａとの間には、プライドロップ部Ｐが形成される。プライドロップ部Ｐは、複合材料層の層間を指し、複合材料層の積層数が減少した箇所であって、強化繊維が存在せずに樹脂が充填されている領域である。上述のように、端部６３Ａと端部７３Ａとは、中心軸Ａｘ近傍に設けられ、中心軸Ａｘを隔てて対向している。また、端部６３Ａは、方向Ｚに配列し、端部７３Ａも、方向Ｚに配列する。従って、プライドロップ部Ｐは、翼根部１４において、中心軸Ａｘに重畳して設けられる。また、プライドロップ部Ｐは、対向する複合材料層６２と複合材料層７２と毎に、複数設けられており、方向Ｚに沿って並んでいる。なお、中心軸Ａｘは、第１積層体３０と第２積層体４０との間の中央部であるということもできる。
【００６０】
また、図３に示すように、翼部１０において、積層方向に隣接する複合材料層３２内の強化繊維３６同士の中心間距離（ピッチ）を、距離Ｌ１とする。また、翼部１０において、積層方向に隣接する複合材料層４２内の強化繊維４６同士の中心間距離（ピッチ）を、距離Ｌ２とする。この場合、距離Ｌ１は、距離Ｌ２と等しいことが好ましい。
【００６１】
また、図４に示すように、翼根部１４において、積層方向に隣接する複合材料層３２内の強化繊維３６同士の中心間距離（ピッチ）を、距離Ｌ３とする。翼根部１４において、積層方向に隣接する複合材料層４２内の強化繊維４６同士の中心間距離（ピッチ）を、距離Ｌ４とする。そして、積層方向に隣接する複合材料層６２内の強化繊維６６同士の中心間距離（ピッチ）を、距離Ｌ５とする。積層方向に隣接する複合材料層７２内の強化繊維７６同士の中心間距離（ピッチ）を、距離Ｌ６とする。この場合、距離Ｌ３は、距離Ｌ４、距離Ｌ５、及び距離Ｌ６と等しいことが好ましい。また、距離Ｌ３は、距離Ｌ１と等しいことが好ましく、距離Ｌ４は、距離Ｌ２と等しいことが好ましい。
【００６２】
（複合材料翼の製造方法）
以下に、複合材料翼１の製造方法（積層方法）について説明する。図５は、第１実施形態に係る複合材料翼の製造方法を説明する模式図である。図５に示すように、複合材料翼１を製造する際は、第１積層体形成ステップを実行する（ステップＳ１０）。第１積層体形成ステップにおいては、基台１００上に、複合材料層３２を積層して、第１積層体３０を形成する。第１積層体形成ステップにおいては、各複合材料層３２が、翼部１０となる箇所においてＺ方向（長手方向）に沿って延在し、翼根部１４となる箇所において第１傾斜方向Ａ１に沿って延在するように、複合材料層３２を積層する。また、本実施形態においては、第１積層体形成ステップにおいて、第１積層体３０上の翼根部１４となる箇所に、複合材料層６２を積層して、第１積層体３０上に一方側第３積層体６０を形成する。なお、この第１積層体形成ステップにおいて、複合材料層３２、６２は、樹脂３４、６４が未硬化の状態、すなわちプリプレグである。
【００６３】
第１積層体形成ステップが終了したら、第２積層体形成ステップを実行する（ステップＳ１２）。第２積層体形成ステップにおいては、基台１００上に、複合材料層４２を積層して、第２積層体４０を形成する。第２積層体形成ステップにおいては、各複合材料層４２が、翼部１０となる箇所においてＺ方向（長手方向）に沿って延在し、翼根部１４となる箇所において第２傾斜方向Ｂ１に沿って延在するように、複合材料層４２を積層する。また、本実施形態においては、第２積層体形成ステップにおいて、第２積層体４０上の翼根部１４となる箇所に、複合材料層７２を積層して、第２積層体４０上に他方側第３積層体７０を形成する。なお、この第２積層体形成ステップにおいて、複合材料層４２、７２は、樹脂４４、７４が未硬化の状態、すなわちプリプレグである。また、第２積層体形成ステップは、第１積層体形成ステップの後に行われなくてもよく、第１積層体形成ステップより前であっても同時に行われてもよい。
【００６４】
第１積層体形成ステップ及び第２複合材料形成ステップが終了したら、第３積層体形成ステップを実行する（ステップＳ１４）。第３積層体形成ステップにおいては、第１積層体形成ステップで形成した第１積層体３０と、第２積層体形成ステップで形成した第２積層体４０とを接着させる。具体的には、第３積層体形成ステップにおいては、翼部１０となる箇所において、第１積層体３０（の複合材料層３２Ｅ）の表面を、第２積層体４０（の複合材料層４２Ｅ）の表面に接着（接合）させる。また、第３積層体形成ステップにおいては、翼根部１４となる箇所において、一方側第３積層体６０と他方側第３積層体７０とを接着（接合）させる。これにより、第３積層体形成ステップにおいて、翼根部１４となる箇所に、一方側第３積層体６０と他方側第３積層体７０とが接着した第３積層体５０が形成される。なお、この第３積層体形成ステップにおいても、各複合材料層は、樹脂が未硬化の状態、すなわちプリプレグである。このように第３積層体形成ステップを実行することで、複合材料翼１の未硬化体が生成される。
【００６５】
第３積層体形成ステップが終了したら、成形ステップを実行する（ステップＳ１６）。成形ステップにおいては、第３積層体形成ステップで形成された複合材料翼１の未硬化体の樹脂を硬化させて、複合材料翼１を成形する。例えば、成形ステップにおいては、複合材料翼１の未硬化体をバギング材１１０で覆って、真空引きした後、オートクレーブ炉内で加圧及び加熱することで、樹脂を硬化させて、複合材料翼１を成形する。これにより、複合材料翼１の製造が完了する。なお、成形ステップでは、樹脂を硬化させて複合材料翼１の硬化体を成形するものであれば、その成形方法はこれに限られない。
【００６６】
なお、本実施形態においては、第１積層体形成ステップで一方側第３積層体６０を形成し、第２積層体形成ステップで他方側第３積層体７０を形成したが、これに限られず、第１積層体形成ステップで一方側第３積層体６０を形成せず、第２積層体形成ステップで他方側第３積層体７０を形成しなくてもよい。この場合、例えば、第３積層体形成ステップにおいて、翼部１０となる箇所で第１積層体３０と第２積層体４０とを、接着、又は離間しつつ対向させた後、翼根部１４となる箇所の第１積層体３０と第２積層体４０との間に、一方側第３積層体６０と他方側第３積層体７０とを形成する。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態に係る複合材料翼１は、強化繊維に樹脂が含浸された複合材料層を積層して形成され、翼根部１４と、翼根部１４から方向Ｚ（長手方向）に延在する翼部１０とを有する。複合材料翼１は、第１積層体３０と、第２積層体４０と、第３積層体５０とを有する。第１積層体３０は、複合材料層３２の積層体であって、翼部１０において、長手方向（方向Ｚ）に沿って延在する。第１積層体３０は、翼根部１４において、長手方向（方向Ｚ）に交差する方向へ傾斜した第１傾斜方向Ａ１に沿って延在する。また、第２積層体４０は、翼部１０において、長手方向（方向Ｚ）に沿って延在して、第１積層体３０と接触している。第２積層体４０は、翼根部１４において、第１傾斜方向Ａ１と反対方向側に傾斜した第２傾斜方向Ｂ１に沿って延在して、第１積層体３０と離間する。また、第３積層体５０は、翼根部１４における第１積層体３０と第２積層体４０との間に設けられる。
【００６８】
動翼は、翼部１０と翼根部１４とを有する。翼根部１４は、翼部１０よりも、厚み（方向Ｘに沿った長さ）が大きい。従って、複合材料層を積層して動翼を製造する場合、翼部１０から延在させた複合材料層を、翼根部１４の領域において、外側に広げる必要がある。この場合、翼根部１４では、複合材料層を外側に広げるため、翼部１０よりも複合材料層同士の層間距離（強化繊維間の距離）が長くなるおそれがある。言い換えれば、翼根部１４は、強化繊維が存在しない領域が大きくなり、強度が低下するおそれがある。
【００６９】
それに対し、本実施形態に係る複合材料翼１は、翼根部１４において、第１積層体３０の複合材層３２を第１傾斜方向Ａ１に向けて傾斜させて、第２積層体４０の複合材層４２を第２傾斜方向Ｂ１に向けて傾斜させることで、厚みの大きい翼根部１４を適切に形成させている。さらに、翼根部１４において、第１積層体３０と第２積層体４０とを離間させて、その離間させた箇所に第３積層体５０を設けている。従って、この複合材料翼１は、翼根部１４において、第３積層体５０により強化繊維が存在する領域を補填して、翼根部１４における強度低下を抑制することができる。
【００７０】
また、複合材料翼１には、プライドロップ部Ｐが存在する。プライドロップ部Ｐは、強化繊維が含まれない領域であるため、強度が比較的低くなり、複合材層の層間はく離の起点となりやすい。また、複合材料翼１は、ガスタービンを駆動した際に、方向Ｚ１に向けた遠心力が働き、翼根部１４がタービンディスク２の溝２Ａに拘束されることで、翼根部１４に複合材層の層間を剥離させるような応力が働く。この応力は、翼根部１４の表面から中心軸Ａｘに向かうに従って、低くなる。この複合材料翼１は、プライドロップ部Ｐを、応力が低くなる中心軸Ａｘの近傍に集め、プライドロップ部Ｐを表面近傍に設けないことが可能となる。従って、この複合材料翼１は、翼根部１４の強度低下を抑制して、翼根部におけるはく離を抑制することができる。
【００７１】
また、第３積層体５０は、第１積層体３０側に積層された複合材料層６２が、第１傾斜方向Ａ１に沿って延在しており、第２積層体４０側に積層された複合材料層７２が、第２傾斜方向Ｂ１に沿って延在している。この複合材料層１は、第３積層体５０の複合材料層の延在方向を上述のようにして、第１積層体３０と第２積層体４０とに沿わせることにより、プライドロップ部Ｐを適切に中心軸Ａｘの近傍に集めることができ、翼根部におけるはく離を抑制することができる。
【００７２】
また、第１積層体３０は、複合材料層３２中の強化繊維３６が、翼部１０から翼根部１４まで連続して延在している。強化繊維３６は、翼部１０において、長手方向（方向Ｚ）に平行な平面に沿って延在し、翼根部１４において、第１傾斜方向Ａ１に平行な平面に沿って延在している。また、第２積層体４０は、複合材料層４２中の強化繊維４６が、翼部１０から翼根部１４まで連続して延在している。強化繊維４６は、翼部１０において、長手方向（方向Ｚ）に平行な平面に沿って延在し、翼根部１４において、第２傾斜方向Ｂ１に平行な平面に沿って延在している。第３積層体５０は、第１積層体３０側に積層された複合材料層６２中の強化繊維６６が、第１傾斜方向Ａ１に平行な平面に沿って延在している。また、第３積層体５０は、第２積層体４０側に積層された複合材料層７２中の強化繊維７６が、第２傾斜方向Ｂ１に平行な平面に沿って延在している。この複合材料翼１は、第３積層体５０内の強化繊維６６の延在方向を、第１傾斜方向Ａ１に平行な平面に沿わせ、第３積層体５０内の強化繊維７６の延在方向を、第２傾斜方向Ｂ１に平行な平面に沿わせることにより、プライドロップ部Ｐを、中心軸Ａｘの近傍に適切に集めることができる。従って、この複合材料翼１は、翼根部１４におけるはく離を抑制することができる。
【００７３】
また、第３積層体５０は、一方側第３積層体６０と、他方側第３積層体７０とを有する。一方側第３積層体６０は、第１積層体３０側に設けられ、複合材料層６２中の強化繊維６６が、第１傾斜方向Ａ１に平行な平面に沿って延在する。他方側第３積層体７０は、第２積層体４０側に設けられ、複合材料層７２中の強化繊維７６が、第２傾斜方向Ｂ１に平行な平面に沿って延在する。この複合材料翼１は、一方側第３積層体６０と他方側第３積層体７０とを設けることにより、プライドロップ部Ｐを、中心軸Ａｘの近傍に適切に集めることができる。従って、この複合材料翼１は、翼根部１４におけるはく離を抑制することができる。
【００７４】
また、一方側第３積層体６０の強化繊維６６の先端（端部６３Ａ）は、他方側第３積層体７０の強化繊維７６の先端（端部７３Ａ）と対向する。この複合材料翼１は、強化繊維６６の先端と強化繊維７６の先端とを対向させることで、プライドロップ部Ｐを、中心軸Ａｘの近傍に適切に集めることができる。従って、この複合材料翼１は、翼根部１４におけるはく離を抑制することができる。
【００７５】
また、一方側第３積層体６０の強化繊維６６の先端(端部６３Ａ)と他方側第３積層体７０の強化繊維７６の先端（端部７３Ａ）とが対向する箇所は、翼根部１４における第１積層体３０と第２積層体４０との間であって、第１積層体３０と第２積層体４０との間の中央部（中心軸Ａｘ近傍）に位置する。端部６３Ａと端部７３Ａとが対向する箇所、すなわち端部６３Ａと端部７３Ａとの間の箇所は、プライドロップ部Ｐとなり、強化繊維が配置されずに樹脂が充填されている領域である。この複合材料翼１は、はく離方向の応力が小さくなる中央部にプライドロップ部Ｐを設けることで、翼根部１４におけるはく離を抑制することができる。
【００７６】
図６は、複合材料翼の他の例を示す模式図である。なお、本実施形態においては、端部６３Ａと端部７３Ａとが、方向Ｘにおいて中心軸Ａｘを介して対向している。ただし、端部６３Ａと端部７３Ａとは、方向Ｘにおいて中心軸Ａｘを介して対向していなくてもよい。例えば、図６に示すように、複合材料層６２の端部６３Ａが複合材料層７２の表面に対向し、複合材料層７２の端部７３Ａが複合材料層６２の表面に対向してもよい。図６の例では、複合材料層６２Ａの端部６３Ａが複合材料層７２Ａの表面に対向し、複合材料層７２Ｂの端部７３Ａが複合材料層６２Ａの表面に対向し、複合材料層６２Ｂの端部６３Ａが複合材料層７２Ｂの表面に対向する。すなわち、図６の例では、複合材料層６２と複合材料層７２の端部が、他方（相手側）の複合材料層の表面に、交互に対向している。このように対向させることにより、プライドロップ部Ｐの領域を小さくすることができ、翼根部１４における強度低下を抑制することができる。
【００７７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る複合材料翼１ａは、第３積層体５０ａの構造が、第１実施形態とは異なる。第２実施形態において第１実施形態と構成が共通する箇所は、説明を省略する。
【００７８】
図７は、第２実施形態に係る複合材料翼の詳細な構成を示す模式図である。図８は、第２実施形態に係る複合材料層の模式的な図である。図７に示すように、複合材料翼１ａは、第３積層体５０ａを有する。第３積層体５０ａは、複合材料層５２Ａａ、５２Ｂａ、５２Ｃａ、５２Ｄａ、５２Ｅａ、５２Ｆａが積層されている。複合材料層５２Ａａ、５２Ｂａ、５２Ｃａ、５２Ｄａ、５２Ｅａ、５２Ｆａは、方向Ｘ１に沿ってこの順で積層されている。以下、複合材料層５２Ａａ、５２Ｂａ、５２Ｃａ、５２Ｄａ、５２Ｅａ、５２Ｆａを互いに区別しない場合は、複合材料層５２と記載する。
【００７９】
複合材料層５２は、端部５３Ａから中間部５３Ｂを経て端部５３Ｃまで延在している。端部５３Ａは、複合材料層５２の方向Ｘ２側の端部であり、端部５３Ｃは、複合材料層５２の方向Ｘ１側の端部であり中間部５３Ｂは、端部５３Ａと端部５３Ｃとの間の箇所である。中間部５３Ｂは、中心軸Ａｘに重畳した位置に設けられている。端部５３Ａから中間部５３Ｂまでが、複合材料層５２の方向Ｘ２側の箇所であり、中間部５３Ｂから端部５３Ｃまでが、複合材料層５２の方向Ｘ１側の箇所である。
【００８０】
複合材料層５２は、方向Ｘ２側の箇所である中間部５３Ｂから端部５３Ａまでが、傾斜方向Ｂ１に沿って延在している。複合材料層５２は、中間部５３Ｂで屈曲して、延在方向が変化している。複合材料層５２は、方向Ｘ１側の箇所である中間部５３Ｂから端部５３Ｃまでが、傾斜方向Ａ１に沿って延在している。すなわち、複合材料層５２は、中間部５３Ｂから端部５３Ａまでが、第１実施形態の複合材料層７２に相当し、中間部５３Ｂから端部５３Ｃまでが、第１実施形態の複合材料層６２に相当する。ただし、複合材料層５２は、第１実施形態とは異なり、傾斜方向Ａ１に沿って延在する箇所と傾斜方向Ｂ１に沿って延在する箇所とが連続している。第２実施形態において、プライドロップ部Ｐは、複合材料層５２Ａａの中間部５３Ｂの方向Ｚ１側に設けられる。
【００８１】
また、図８に示すように、複合材料層５２は、樹脂５４と強化繊維５６とを有している。樹脂５４と強化繊維５６とは、複合材料層３２の樹脂３４と強化繊維３６と同じ構成である。従って、複合材料層５２は、延在方向及び積層方向以外は、複合材料層３２と同じ複合材料層であるということができる。
【００８２】
図８に示すように、複合材料層５２は、強化繊維５６の方向Ｘ２側の端部が、端部５３Ａであり、強化繊維５６の方向Ｘ１側の端部が、端部５３Ｃであるということができる。また、中間部５３Ｂは、強化繊維５６の端部５３Ａと５３Ｂとの間の箇所であるということができる。従って、複合材料層５２は、強化繊維５６が、第１積層体３０側（端部５３Ｃ）から、第２積層体４０側（端部５３Ａ）まで連続して延在しているということができる。強化繊維５６は、方向Ｘ２側の箇所である中間部５３Ｂから端部５３Ａまでが、傾斜方向Ｂ１に沿って延在している。強化繊維５６は、中間部５３Ｂで屈曲して、延在方向が変化している。強化繊維５６は、方向Ｘ１側の箇所である中間部５３Ｂから端部５３Ｃまでが、傾斜方向Ａ１に沿って延在している。すなわち、強化繊維５６は、中間部５３Ｂから端部５３Ａまでにおいて、第１実施形態の強化繊維７６と同じ方向に延在し、中間部５３Ｂから端部５３Ｃまでにおいて、第１実施形態の強化繊維６６と同じ方向に延在している。また、複合材料層５２は、強化繊維５６とは異なる方向に延在する別の強化繊維をさらに有していてもよく、例えばこの他の強化繊維が、強化繊維５６に対して織り込まれていてもよい。
【００８３】
次に、複合材料翼１ａの製造方法（積層方法）について説明する。図９は、第２実施形態に係る複合材料翼の製造方法を説明する模式図である。図９に示すように、複合材料翼１ａを製造する際は、第１積層体形成ステップを実行し（ステップＳ２０）、第２積層体形成ステップを実行する（ステップＳ２２）。第２実施形態における第１積層体形成ステップは、一方側第３積層体６０を形成せず、それ以外の工程は、第１実施形態の第１積層体形成ステップ（図５のステップＳ１０）と同じである。また、第２実施形態における第２積層体形成ステップは、他方側第３積層体７０を形成せず、それ以外の工程は、第１実施形態の第２積層体形成ステップ（図５のステップＳ１２）と同じである。
【００８４】
第１積層体形成ステップ及び第２積層体形成ステップが終了したら、第３積層体形成ステップを実行する（ステップＳ２４）。第３積層体形成ステップにおいては、翼部１０となる箇所で第１積層体３０と第２積層体４０とを接着させた後、翼根部１４となる箇所の第１積層体３０と第２積層体４０との間に、第３積層体５０ａを形成する。第３積層体５０ａは、第１積層体３０と第２積層体４０との間に複合材料層５２を積層して形成してもよいし、予め複合材料層５２を積層した第３積層体５０ａの積層体を、第１積層体３０と第２積層体４０との間に配置してもよい。第３積層体形成ステップにおいて、各複合材料層は、樹脂が未硬化の状態、すなわちプリプレグである。なお、第３積層体形成ステップにおいては、翼部１０となる箇所において、第１積層体３０と第２積層体４０とを離間させつつ対向させた状態で、翼根部１４となる箇所の第１積層体３０と第２積層体４０との間に、第３積層体５０ａを形成してもよい。この場合、その後、翼部１０となる箇所において、第１積層体３０と第２積層体４０とを接着させる。
【００８５】
第３積層体形成ステップが終了したら、成形ステップを実行して（ステップＳ２６）、樹脂を硬化させて、複合材料翼１ａを成形する。第３実施形態に係る成形ステップは、第１実施形態に係る成形ステップ（図５のステップＳ１６）と同様の工程である。これにより、複合材料翼１ａの製造が完了する。
【００８６】
以上説明したように、第２実施形態に係る第３積層体５０ａは、複合材料層５２中の強化繊維５６が、第１積層体３０側（端部５３Ｃ）から第２積層体４０側(端部５３Ａ)まで連続して延在している。強化繊維５６は、第１積層体３０側において、第１傾斜方向Ａ１に平行な平面に沿って延在し、第２積層体４０側において、第２傾斜方向Ｂ１に平行な平面に沿って延在している。第２実施形態に係る複合材料翼１ａは、第３積層体５０ａの強化繊維５６がこのように延在しているため、プライドロップ部Ｐを、中心軸Ａｘの近傍に適切に集めることができる。従って、この複合材料翼１ａは、翼根部１４におけるはく離を抑制することができる。また、第２実施形態に係る複合材料翼１ａは、強化繊維５６が中間部５３Ｂを経て連続しているため、プライドロップ部Ｐの数を少なくすることができ、翼根部１４の強度低下をより適切に抑制することができる。
【００８７】
また、第２実施形態に係る第３積層体５０ａは、屈曲する中間部５３Ｂが、翼根部１４における第１積層体３０と第２積層体４０との間であって、第１積層体３０と第２積層体４０との間の中央部（中心軸Ａｘ近傍）に位置する。中間部５３Ｂは、第３積層体５０ａの、第１傾斜方向(傾斜方向Ａ１)に平行な平面に沿って延在する箇所と、第２傾斜方向（傾斜方向Ｂ１）に平行な平面に沿って延在する箇所との間の箇所である。中間部５３Ｂの近傍は、プライドロップ部Ｐとなり、強化繊維が配置されずに樹脂が充填されている領域である。この複合材料翼１は、はく離方向の応力が小さくなる中央部にプライドロップ部Ｐを設けることで、翼根部１４におけるはく離を抑制することができる。
【００８８】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態に係る複合材料翼１ｂは、ブロック部８０を有している点で、第１実施形態と異なる。第３実施形態において第１実施形態と構成が共通する箇所は、説明を省略する。
【００８９】
図１０は、第３実施形態に係る複合材料翼の詳細な構成を示す模式図である。図１０に示すように、複合材料翼１ｂは、ブロック部８０を有する。ブロック部８０は、翼根部１４における第１積層体３０と第２積層体４０との間であって、第３積層体５０の末端部２２側に設けられる。末端部２２は、翼根部１４の翼部１０と反対側の端部ということができる。図１０の例においては、ブロック部８０は、三角柱状であり、三角柱の３辺のうちの一辺側の表面が、一方側第３積層体６０の最も方向Ｘ２側の複合材料層６２の表面に接触（接合）している。また、ブロック部８０は、三角柱の３辺のうちの他の一辺側の表面が、他方側第３積層体７０の最も方向Ｘ１側の複合材料層７２の表面に接触（接合）している。そして、三角柱の３辺のうちの残った一辺側の表面が、末端部２２を形成している。
【００９０】
ブロック部８０は、本実施形態では、第１積層体３０などと同じ複合材料層であるが、複合材料層（強化繊維）の延在方向は、任意であり、第１傾斜方向Ａ１及び第２傾斜方向Ｂ１とは異なる方向であってもよい。同様に、ブロック部８０は、複合材料層（強化繊維）の積層方向も、任意であり、第１積層方向Ａ２及び第２積層方向Ｂ２とは異なる方向であってもよい。ブロック部８０は、第１積層体３０等の積層時において、予め硬化されたものである。また、ブロック部８０は、複合材料層であることに限られず、例えば金属であってもよく、金属である場合は、アルミニウム合金やチタン合金などの軽量金属であることが好ましい。
【００９１】
また、第３積層体５０の方向Ｚ１側の端部から末端部２２までの長さを、長さＨ１とする。そして、ブロック部８０の方向Ｚ１側の端部から末端部２２までの長さを、長さＨ２とする。長さＨ２は、長さＨ１に対して、５０％以下の長さであることが好ましい。長さＨ２がこの範囲である場合、ブロック部８０は、応力が低い領域に配置されることとなるため、ブロック部８０のような別ピースを用いても、複合材料翼１ｂの破損のリスクを低下させることができる。
【００９２】
次に、複合材料翼１ｂの製造方法（積層方法）について説明する。図１１は、第３実施形態に係る複合材料翼の製造方法を説明する模式図である。図１１に示すように、複合材料翼１ｂを製造する際は、第１積層体形成ステップを実行し（ステップＳ３０）、第２積層体形成ステップを実行する（ステップＳ３２）。第３実施形態における第１積層体形成ステップは、第１実施形態の第１積層体形成ステップ（図５のステップＳ１０）と同じである。また、第３実施形態における第２積層体形成ステップは、第１実施形態の第２積層体形成ステップ（図５のステップＳ１２）と同じである。ただし、複合材料翼１ｂは、ブロック部８０を設ける分、第３積層体５０を第１実施形態より小さく（複合材料層の積層数を少なく）してもよい。
【００９３】
第１積層体形成ステップ及び第２積層体形成ステップが終了したら、第３積層体形成ステップを実行する（ステップＳ３４）。第３積層体形成ステップにおいては、翼部１０となる箇所で第１積層体３０と第２積層体４０とを離間させつつ対向させ、翼根部１４となる箇所で一方側第３積層体６０と他方側第３積層体７０とを離間させつつ対向させた状態で、翼根部１４となる箇所の第１積層体３０と第２積層体４０との間であって、一方側第３積層体６０及び他方側第３積層体７０よりも末端部２２側に、ブロック部８０を挿入する。第３積層体形成ステップにおいては、ブロック部８０は硬化済みであるが、それ以外の複合材料層は、硬化前のプリプレグである。その後、翼部１０となる箇所において、第１積層体３０と第２積層体４０とを接着させ、翼根部１４となる箇所で、一方側第３積層体６０と他方側第３積層体７０とを接着させ、ブロック部８０を一方側第３積層体６０と他方側第３積層体７０とに接着させる。これにより、未硬化状態の複合材料翼１ｂが形成される。なお、第３積層体形成ステップにおいては、翼部１０となる箇所で第１積層体３０と第２積層体４０とを接着させ、翼根部１４となる箇所で一方側第３積層体６０と他方側第３積層体７０とを接着させた状態で、ブロック部８０を挿入してもよい。
【００９４】
第３積層体形成ステップが終了したら、成形ステップを実行して（ステップＳ３６）、樹脂を硬化させて、複合材料翼１ｂを成形する。第３実施形態に係る成形ステップは、第１実施形態の成形ステップと同様の方法で、複合材料翼１ｂを成形する。第３実施形態に係る成形ステップは、バギング材１１０で真空引きしつつ加圧することで、ブロック部８０を方向Ｚ１側に押し込むことが可能となり、各複合材料層中のプライドロップ部Ｐやボイドなどを抑制することができる。なお、第３実施形態に係る成形ステップは、樹脂を硬化させる工程であれば、これに限られず任意である。ただし、第３実施形態に係る成形ステップは、ブロック部８０を方向Ｚ１側に押し込みつつ、すなわち、ブロック部８０を第３積層体５０側に押し付けつつ、第１積層体３０、第２積層体４０、及び第３積層体５０を成形することが好ましい。この場合、例えばプランジャなどでブロック部８０を方向Ｚ１側に押し込みつつ、成形してもよい。
【００９５】
以上説明したように、第３実施形態に係る複合材料翼１ｂは、ブロック部８０を有する。ブロック部８０は、翼根部１４における第１積層体３０と第２積層体４０との間であって、第３積層体５０の末端部２２側に設けられる。複合材料翼１ｂは、第３積層体５０とは別のブロック部８０を設けることにより、第３積層体５０の積層数を低減することができる。すなわち、例えば複合材料翼１ｂの製造時に、ブロック部８０を予め硬化させた状態で用いることで、複合材料層の積総数の増加を抑制して、製造を容易に行うことができる。また、ブロック部８０を予め硬化させたものとすることで、成形時の硬化発熱に伴う異常昇温も抑制することができる。
【００９６】
(実施例)
次に、実施例について説明する。図１２は、実施例に係る応力分布を示した図である。実施例は、第１実施形態に係る複合材料翼１のモデルを用いて、方向Ｚ１に向けた遠心力が働き、翼根部１４がタービンディスク２の溝２Ａに拘束された状態における応力分布を解析したものである。図１２に示すように、複合材料翼１のモデルにおいて、遠心力Ｆを作用させた場合、中心軸Ａｘの近傍では、はく離応力が小さくなっている。従って、この解析結果によると、プライドロップ部Ｐを中心軸Ａｘの近傍に集中させ、翼根部１４の表面から遠ざけることで、はく離が抑制されることが分かる。
【００９７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００９８】
１  複合材料翼
２  タービンディスク
１０  翼部
１４  翼根部
２０  先端部
２１  翼端部
２２  末端部
３０  第１積層体
３２、４２、５２、６２、７２  複合材料層
３４、４４、５４、６４、７４  樹脂
３６、４６、５６、６６、７６  強化繊維
４０  第２積層体
５０  第３積層体
６０  一方側第３積層体
７０  他方側第３積層体
Ａ１  第１傾斜方向
Ｂ１  第２傾斜方向
【図１】
2018204461.tif 000003
【図２】
2018204461.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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