(57)【要約】【課題】製造時間の短縮及び製造の容易性を有する風車翼及びそれを用いた風力発電装置を提供する。【解決手段】風車翼は、翼の形状を有する外皮１と、外皮１における翼の腹部を補強する腹部補強部４ａと、外皮１における翼の背部を補強する背部補強部４ｂとを具備する。外皮１は、積層された複数方向材１１と一方向強化材１２と複数方向材１１とを備える。腹部補強部４ａは、一方向強化材１２と複数方向材１１との間に設けられた別の一方向強化材１２を備える。背部補強部４ｂは、一方向強化材１２と複数方向材１１との間に設けられた別の一方向強化材を備える。外皮１は、前縁側の腹部補強部４ａと背部補強部４ｂとの間、及び、後縁側の腹部補強部４ａと背部補強部４ｂとの間にそれぞれ第１コア材１３を備える。【選択図】図１Ｂ
2011132824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層構造を有する風車翼であって、
前記積層構造は、
翼の形状を有する外皮と、
前記外皮における前記翼の腹部を補強する腹部補強部と、
前記外皮における前記翼の背部を補強する背部補強部と
を具備し、
前記外皮は、積層された第１の複数方向材と第１の一方向強化材と第２の複数方向材とを備え、
前記腹部補強部は、前記第１の一方向強化材と前記第２の複数方向材との間に設けられた第２の一方向強化材を備え、
前記背部補強部は、前記第１の一方向強化材と前記第２の複数方向材との間に設けられた第３の一方向強化材を備え、
前記外皮は、前縁側の前記腹部補強部と前記背部補強部との間、及び、後縁側の前記腹部補強部と前記背部補強部との間にそれぞれ第１のコア材を備える
風車翼。
【請求項２】
請求項１に記載の風車翼において、
前記外皮における前記翼の後縁部を補強する後縁部補強部を更に具備し、
前記後縁部補強部は、前記第１の一方向強化材と前記第２の複数方向材との間に設けられた第４の一方向強化材を備え、
前記外皮は、前記前縁側の前記腹部補強部と前記背部補強部との間、前記腹部補強部と前記後縁部補強部との間、及び前記背部補強部と前記後縁部補強部との間にそれぞれ前記第１のコア材を備える
風車翼。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の風車翼において、
前記外皮は、前記第２の複数方向材と重なるように前記第２の複数方向材の内側に設けられた第５の一方向強化材を更に備える
風車翼。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の風車翼において、
前記積層構造は、前記翼のうちの翼根から最大コードの位置付近までであり、
前記翼のうちの前記最大コードから翼先端までは他の積層構造を有する
風車翼。
【請求項５】
請求項４に記載の風車翼において、
前記他の積層構造は、
前記翼の形状を有する他の外皮と、
前記他の外皮における前記翼の腹部を補強する他の腹部補強部と、
前記他の外皮における前記翼の背部を補強する他の背部補強部と
前記他の外皮における前記翼の前縁部を補強する他の前縁部補強部と、
前記他の外皮における前記翼の後縁部を補強する他の後縁部補強部と
を具備し、
前記他の外皮は、積層された前記第１の複数方向材と前記第２の複数方向材とを備え、
前記他の腹部補強部は、前記第１の複数方向材と前記第２の複数方向材との間に設けられた第６の一方向強化材を備え、
前記他の背部補強部は、前記第１の複数方向材と前記第２の複数方向材との間に設けられた第７の一方向強化材を備え、
前記他の前縁部補強部は、前記第１の複数方向材と前記第２の複数方向材との間に設けられた第８の一方向強化材を備え、
前記他の後縁部補強部は、前記第１の複数方向材と前記第２の複数方向材との間に設けられた第９の一方向強化材を備え、
前記他の外皮は、前記他の腹部補強部と前記他の前縁部補強部との間、前記他の腹部補強部と前記他の後縁部補強部との間、前記他の背部補強部と前記他の前縁部補強部との間、及び前記他の背部補強部と前記他の後縁部補強部との間にそれぞれ第２のコア材を備える
風車翼。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の風車翼を用いた風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車翼及びそれを用いた風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置の風車翼には、軽量性や高い信頼性、製造時間短縮のための製造容易性などが求められる。そのうち、軽量化のために、複合材料による積層構造が用いられている。図１Ａは、風車翼の構造を模式的に示す断面図である。風車翼１００は、基本的な積層構造の外皮１０１と、補強された積層構造の前縁部補強部１０３、後縁部補強部１０５（１０５ａ、１０５ｂ）、腹部補強部１０４ａ、及び背部補強部１０４ｂと、桁材１０２とを備えている。前縁部補強部１０３、後縁部補強部１０５、腹部補強部１０４ａ、及び背部補強部１０４ｂは、風車翼１００の前縁部分、後縁部分、腹部分、及び背部分にそれぞれ設けられている。
【０００３】
風車翼１００に必要とされる曲げ剛性を確保しつつ軽量化するためには、繊維強化プラスチックの一方向強化材（ＵＤ材、又は、０°材ともいう）を曲げ中心Ｘから遠い位置に配置する構造が有効である。そのため、ＵＤ材を腹側と背側の中央（腹部補強部１０４ａと背部補強部１０４ｂ）、及び、前縁と後縁（前縁部補強部１０３と後縁部補強部１０５ａ、１０５ｂ）に集中的に積層して配置する構造が用いられている。風車翼１００の翼面全体を覆う外皮１０１には繊維強化プラスチックの複数層のバイアス材（±４５°材、又は、複数方向材ともいう）などが用いられる。外皮１０１のうち、ＵＤ材を配置しない部分（前縁部補強部１０３、後縁部補強部１０５ａ、１０５ｂ、腹部補強部１０４ａ、及び背部補強部１０４ｂを除いた部分）には、例えば複数層のバイアス材の間にコア材を挟んだサンドイッチ構造が用いられる。
【０００４】
図１Ｂは、図１Ａの積層構造を具体的に示す模式図である。ただし、図中、実線はバイアス材（±４５°材）１１１、破線はＵＤ材（０°材）１１２、台形（矩形）はコア材１１３をそれぞれ示している。
外皮１０１として、外側に±４５°材がｎ層、内側に±４５°材がｍ層、それぞれ設けられている（ｎ、ｍは自然数）。そして、外皮１０１のｎ層の±４５°材とｍ層の±４５°材との間に、風車翼１００の各部分において、以下の層がそれぞれ設けられている。すなわち、前縁部補強部１０３、腹部補強部１０４ａ／背部補強部１０４ｂ、及び後縁部補強部１０５ａ／１０５ｂには、それぞれｐ層、ｑ層、及びｒ層の０°材が設けられている（ｐ、ｑ、ｒは自然数）。この場合、ｑ＞＞ｐ、ｒである。その他の部分には、１層のコア材１１３が設けられている。なお、最後縁の部分は外皮１０１（コア材１１３を含む）だけであっても良い。
【０００５】
０°材（ＵＤ材）は、図２に示されるように、風車翼の長手方向に対して０°の角度に繊維を配置して、樹脂を浸透させた材料である。０°の角度に繊維を配置した繊維強化プラスチックと見ることができる。±４５°材は、図２に示されるように、風車翼の長手方向に対して＋４５°及び−４５°の両方の角度に交互に繊維を配置して、樹脂を浸透させた材料である。±４５°の角度に繊維を配置した繊維強化プラスチックと見ることができる。繊維としては、炭素繊維やガラス繊維に例示される。
【０００６】
このような場合、前縁部補強部１０３の積層状態は、外側から順に（±４５°）ｎ／（０°）ｐ／（±４５°）ｍとなっている。腹部補強部１０４ａ及び背部補強部１０４ｂの積層状態は、外側から順に（±４５°）ｎ／（０°）ｑ／（±４５°）ｍとなっている。後縁部補強部１０５ａ／１０５ｂの積層状態は、（±４５°）ｎ／（０°）ｒ／（±４５°）ｍとなっている。その他の部分の積層状態は、（±４５°）ｎ／コア材／（±４５°）ｍとなっている。ただし、±４５°及び０°は±４５°材及び０°材をそれぞれ示す。また、添え字のｎ、ｍ、ｐ、ｑ、ｒは層数をそれぞれ示す。
【０００７】
特開２００６−１１８４３４号公報に軽量風車翼の製造方法が開示されている。この風車翼は、垂直軸型風力発電装置に用いられる。この風車翼は、まず、風車翼の表面層となる第１の半割り翼及び第２の半割り翼を、当該風車翼の翼内に所定の空間が形成されるように、所定の繊維材に硬化剤を混合した樹脂材を含浸させて積層形成する。次に、前記翼内で厚み方向を支持する翼内支持層を、所定の繊維材に硬化剤が混合した樹脂材を含浸させて円筒形状弾性部材の円周表面上に積層形成する。そして、前記翼内支持層が前記第１の半割り翼及び前記第２の半割り翼とそれぞれ一体化成形されるように、前記翼内支持層が積層形成された円筒形状弾性部材を、前記翼内で前記翼内支持層が前記第１の半割り翼及び前記第２の半割り翼それぞれに弾性力によって圧着すべく前記翼内の翼長手方向の所定位置に配置して前記第１の半割り翼及び前記第２の半割り翼をカップリングし所定時間放置する。それにより、前記硬化剤の硬化作用によって前記第１の半割り翼と前記第２の半割り翼と前記翼内支持層とが全て一体化成形されている。
【０００８】
特開平６−６６２４４号公報に風車翼が開示されている。この風車翼は、外皮の長手方向に挿入された主桁により強度が保持される。この風車翼は、上記主桁の長手方向に一方向ロービングクロスが積層されるとともに上記一方向ロービングクロスの積層上にガラスクロスとガラスマットとが包帯状に積層されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１１８４３４号公報
【特許文献２】特開平６−６６２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１Ａ及び図１Ｂに示される積層構造では、風車翼の腹（腹部補強部１０４ａ）及び背（背部補強部１０４ｂ）だけでなく、前縁（前縁部補強部１０３）及び後縁（後縁部補強部１０５）にも、ＵＤ材１１２を積層する必要がある。すなわち、ＵＤ材１１２を配置する箇所が多く、その積層に時間がかかり、結果として製造時間が長くなる問題がある。加えて、図３に示すように、翼根に近く翼形状が円筒に近い箇所では、前縁（前縁部補強部１０３）と後縁（後縁部補強部１０５）にＵＤ材を積層するとき、ＵＤ材を略垂直な面に張り付ける必要がある。そのため、ＵＤ材が下方へずれやすく、製造が容易でない問題がある。
【００１１】
従って、本発明の目的は、製造時間の短縮及び製造の容易性を有する風車翼及びそれを用いた風力発電装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、重量増加を抑制しつつ、製造時間の短縮及び製造の容易性を有する風車翼及びそれを用いた風力発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１３】
本発明の風車翼は、積層構造を有する風車翼である。その積層構造は、翼の形状を有する外皮（１）と、外皮（１）における翼の腹部を補強する腹部補強部（４ａ）と、外皮（１）における翼の背部を補強する背部補強部（４ｂ）とを具備する。外皮（１）は、積層された第１の複数方向材（１１：（±４５°）ｎ）と第１の一方向強化材（１２：（０°）Ｎ）と第２の複数方向材と（１１：（±４５°）ｍ）を備える。腹部補強部（４ａ）は、第１の一方向強化材（１２：（０°）Ｎ）と第２の複数方向材（１１：（±４５°）ｍ）との間に設けられた第２の一方向強化材（１２：（０°）Ｑ）を備える。背部補強部（４ｂ）は、第１の一方向強化材（１２：（０°）Ｎ）と第２の複数方向材（１１：（±４５°）ｍ）との間に設けられた第３の一方向強化材（１２（０°）Ｑ）を備える。外皮（１）は、前縁側の腹部補強部（４ａ）と背部補強部（４ｂ）との間、及び、後縁側の腹部補強部（４ａ）と背部補強部（４ｂ）との間にそれぞれ第１のコア材（１３）を備える。
【００１４】
本発明では、翼面全体の外皮（１）に一方向強化材（１２：（０°）Ｎ）を積層し、腹部補強部（４ａ）及び背部補強部（４ｂ）を用いて必要な曲げ剛性を得ることにより、前縁および後縁に一方向強化材を用いた補強部を配置しなくてもよい構造とすることができる。それにより、従来の場合と比較して製造時にＵＤ材を配置する箇所が減少して、積層作業にかかる時間を短縮できる。また、前縁および後縁にＵＤ材を配置しないので、翼根に近く翼形状が円筒に近い箇所においてＵＤ材が下方へずれ製造が容易でないという問題を解消できる。また、翼面全体の外皮（１）に一方向強化材（１２：（０°）Ｎ）を用いることによる重量増加は、前縁および後縁に一方向強化材を用いる補強部を用いないことによる重量減少により、全体としては抑制することができるので、風車翼全体の重量増加を抑制して軽量性を維持しつつ、必要な曲げ剛性を得ることができる。
【００１５】
上記の風車翼において、外皮（１）における翼の後縁部を補強する後縁部補強部（５ａ、５ｂ）を更に具備する。後縁部補強部（５ａ、５ｂ）は、第１の一方向強化材（１２：（０°）Ｎ）と第２の複数方向材（１１：（±４５°）ｍ）との間に設けられた第４の一方向強化材（１２：（０°）Ｑ）を備える。外皮（１）は、前縁側の腹部補強部（４ａ）と背部補強部（４ｂ）との間、腹部補強部（４ａ）と後縁部補強部（５ａ）との間、及び背部補強部（４ｂ）と後縁部補強部（５ｂ）との間にそれぞれ第１のコア材（１３）を備える。
本発明では、更に後縁部補強部（５ａ、５ｂ）を用いて必要な曲げ剛性を得ることにより、前縁に一方向強化材を用いた補強部を配置しなくてもよい構造とすることができる。それにより、従来の場合と比較して製造時にＵＤ材を配置する箇所が減少して、積層作業にかかる時間を短縮できる。また、前縁にＵＤ材を配置しないので、翼根に近く翼形状が円筒に近い箇所においてＵＤ材が下方へずれ製造が容易でないという問題を削減できる。また、翼面全体の外皮（１）に一方向強化材を用いる（ただし、後縁部補強部（５ａ、５ｂ）を有さない場合に比較して少ない）ことによる重量増加は、前縁に一方向強化材を用いる補強部を用いないことによる重量減少により、全体としては抑制することができるので、風車翼全体の重量増加を抑制して軽量性を維持しつつ、必要な曲げ剛性を得ることができる。
【００１６】
上記の風車翼において、外皮（１）は、第２の複数方向材（１１：（±４５°）ｍ）と重なるように第２の複数方向材（１１：（±４５°）ｍ）の下側に設けられた第５の一方向強化材（１２：（０°）Ｍ）を更に備える。
本発明では、翼面全体の外皮（１）に更に一方向強化材（１２：（０°）Ｍ）を追加するので曲げ剛性を高めることができる。
【００１７】
上記の風車翼において、積層構造は、翼のうちの翼根から最大コードの位置まで（Ｓ１）である。翼のうちの最大コードから翼先端まで（Ｓ２）は他の積層構造を有する。
本発明では、少なくとも翼根から最大コードの位置まで（Ｓ１）、上記積層構造を有することで、前縁、または前縁と後縁にＵＤ材を配置しないので、翼根に近く翼形状が円筒に近い箇所においてＵＤ材が下方へずれ製造が容易でないという問題を削減又は解消できる。それにより、積層作業にかかる時間を短縮できる。
【００１８】
上記の風車翼において、他の積層構造は、翼の形状を有する他の外皮（１０１）と、他の外皮（１０１）における翼の腹部を補強する他の腹部補強部（１０４ａ）と、他の外皮（１０１）における翼の背部を補強する他の背部補強部（１０４ｂ）と、他の外皮（１０１）における翼の前縁部を補強する他の前縁部補強部（１０３）と、他の外皮（１０１）における翼の後縁部を補強する他の後縁部補強部（１０５）とを具備する。他の外皮（１０１）は、積層された第１の複数方向材（１１１：（±４５°）ｎ）と第２の複数方向材（１１１：（±４５°）ｍ）とを備える。他の腹部補強部（１０４ａ）は、第１の複数方向材（１１１：（±４５°）ｎ）と第２の複数方向材（１１１：（±４５°）ｍ）との間に設けられた第６の一方向強化材（１１２：（０°）ｑ）を備える。他の背部補強部（１０４ｂ）は、第１の複数方向材（１１１：（±４５°）ｎ）と第２の複数方向材（１１１：（±４５°）ｍ）との間に設けられた第７の一方向強化材（１１２：（０°）ｑ）を備える。他の前縁部補強部（１０３）は、第１の複数方向材（１１１：（±４５°）ｎ）と第２の複数方向材（１１１：（±４５°）ｍ）との間に設けられた第８の一方向強化材（１１２：（０°）ｐ）を備える。他の後縁部補強部は、第１の複数方向材（１１１：（±４５°）ｎ）と第２の複数方向材（１１１：（±４５°）ｍ）との間に設けられた第９の一方向強化材（１１２：（０°）ｒ）を備える。他の外皮（１０１）は、他の腹部補強部（１０４ａ）と他の前縁部補強部（１０３）との間、他の腹部補強部（１０４ａ）と他の後縁部補強部（１０５）との間、他の背部補強部（１０４ｂ）と他の前縁部補強部（１０３）との間、及び他の背部補強部（１０４ｂ）と他の後縁部補強部（１０５）との間にそれぞれ第２のコア材（１１３）を備える。
本発明では、最大コードの位置から翼先端まで（Ｓ２）、翼面全体の外皮（１０１）に一方向強化材を用いず、腹部補強部（１０４ａ）、背部補強部（１０４ｂ）、前縁部補強部（１０３）及び後縁部補強部（１０５）を用いて必要な曲げ剛性を得ることにより、翼面全体に一方向強化材を積層する場合と比較して、風車翼をより軽量化することができる。
【００１９】
本発明は、上記の各段落のいずれか一項に記載の風車翼を用いた風力発電装置である。
上記技術的特徴を有する風車翼を用いているので、上述のように軽量で曲げ剛性が高く、製造時間が短く製造容易という効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、製造時間の短縮及び製造の容易性を有する風車翼及びそれを用いた風力発電装置を提供することができる。また、重量増加を抑制しつつ、製造時間の短縮及び製造の容易性を有する風車翼及びそれを用いた風力発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】図１Ａは、風車翼の構造を模式的に示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの積層構造を具体的に示す模式図である。
【図２】図２は、図１Ｂの０°材及び±４５°材を具体的に示す模式図である。
【図３】図３は、風車翼の翼根部分の状態を示す模式図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る風車翼の構造を模式的に示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの積層構造を具体的に示す模式図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る風車翼の構造を模式的に示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの積層構造を具体的に示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施の形態に係る風車翼の構造を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の風車翼及びそれを用いた風力発電装置の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。なお、本実施の形態では、風車翼の積層構造に直接関係のない構成（例示：桁材）は従来と同様であるので、その説明は省略する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る風車翼について、添付図面を参照して説明する。図４Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る風車翼の構造を模式的に示す断面図である。この風車翼１０は、基本的な積層構造の外皮１と、補強された積層構造の腹部補強部４ａ及び背部補強部４ｂとを備えている。腹部補強部４ａ及び背部補強部４ｂは、風車翼１０の腹部分及び背部分にそれぞれ設けられている。
【００２４】
風車翼１０に必要とされる曲げ剛性を確保しつつ軽量化するためには繊維強化プラスチックの一方向強化材（ＵＤ材、又は、０°材ともいう）１２を曲げ中心Ｘから遠い位置に配置する構造が有効である。しかし、本実施の形態では、外皮１にもＵＤ材１２を積層することにより、ＵＤ材１２を腹側と背側の中央（腹部補強部４ａと背部補強部４ｂ）に集中的に積層して配置する一方、前縁及び後縁にＵＤ材１２を配置しなくて済む構造としている。以下詳細に説明する。
【００２５】
外皮１は、風車翼１０の翼面全体を構成する繊維強化プラスチックの複数層のバイアス材（±４５°材、又は、複数方向材ともいう）１１などが用いられる。外皮１のうち、ＵＤ材１２を配置しない部分（腹部補強部４ａ及び背部補強部４ｂを除いた部分）には、例えば複数層のバイアス材１１の間にコア材１３を挟んだサンドイッチ構造を用いることができる。
【００２６】
図４Ｂは、図４Ａの積層構造を具体的に示す模式図である。ただし、図中、実線はバイアス材（±４５°材）１１、破線はＵＤ材（０°材）１２、台形（矩形）はコア材１３をそれぞれ示している。
【００２７】
外皮１として、外側に±４５°材がｎ層、その内側に０°材がＮ１層、その内側に０°材がＭ１層、その内側に±４５°材がｍ層、それぞれ設けられている。ただし、ｎ、ｍ、Ｎ１、Ｍ１は自然数であり、Ｎ１＋Ｍ１≧１、Ｎ１≧１、Ｍ１≧０である。そして、外皮１のＮ１層の０°材とＭ１層の０°材との間に、風車翼１０の各部分において、以下の層がそれぞれ設けられている。すなわち、腹部補強部４ａ／背部補強部４ｂは、Ｑ１層の０°材が設けられている（Ｑ１は自然数）。この場合、Ｑ１＜ｑ（図１Ｂ参照）とすることができる。外皮１に０°材を用い、曲げ剛性を上げているからである。その他の部分には、１層のコア材１３が設けられている。なお、腹部補強部４ａと背部補強部４ｂとで、必要な剛性を考慮して層数（Ｑ１）が異なっていても良い。
【００２８】
０°材（ＵＤ材）１２及び±４５°材（バイアス材）１１は、図２を用いて説明されたＵＤ材１１２及びバイアス材１１１と同じである。
【００２９】
このような場合、腹部補強部４ａ／背部補強部４ｂの積層状態は、外側から順に（±４５°）ｎ／（０°）Ｎ１／（０°）Ｑ１／（０°）Ｍ１／（±４５°）ｍとなっている。その他の部分の積層状態は、外側から順に（±４５°）ｎ／（０°）Ｎ１／コア材／（０°）Ｍ１／（±４５°）ｍとなっている。ただし、±４５°及び０°は±４５°材及び０°材をそれぞれ示す。また、添え字のｎ、ｍ、Ｎ１、Ｑ１、Ｍ１は層数をそれぞれ示す。
【００３０】
全体に積層するＵＤ材の枚数（層数Ｎ１）は、前縁及び後縁に補強用のＵＤ材が配置されていなくても、翼に必要な曲げ剛性を得られる最小の枚数とする。この最小の枚数は、実験やシミュレーションなどの手法により決定することができる。このように、全体に積層するＵＤ材の枚数を必要最小限とすることで、重量の増加を抑えることができる。
【００３１】
本実施の形態では、翼面全体の外皮に一方向強化０°材（ＵＤ材）を積層して、必要な曲げ剛性を得ることにより、前縁および後縁に集中的にＵＤ材を配置しない構造とすることができる。前縁および後縁にＵＤ材を配置しないことにより、従来の場合と比較して製造時にＵＤ材を配置する箇所が減少して、積層作業にかかる時間を短縮できる。また、前縁および後縁にＵＤ材を配置しないので、翼根に近く翼形状が円筒に近い箇所においてＵＤ材が下方へずれ製造が容易でないという問題を解消できる。
【００３２】
また、本実施の形態では、前縁および後縁に集中的にＵＤ材を配置しないが、腹部及び背部において集中的にＵＤ材を配置している。これは、ＵＤ材を集中的に配置する箇所を無くし、外皮のＵＤ材だけで曲げ剛性を得ようとすると、ＵＤ材の使用量が多くなり重量が非常に多くなってしまうからである。すなわち、本実施の形態では、外皮にＵＤ材を用いると共に、腹部及び背部に集中的にＵＤ材を配置することにより、追加的に必要となるＵＤ材の量を低く抑えて軽量性を維持しつつ、必要な曲げ剛性を得ている。
【００３３】
従って、本実施の形態により、風車翼の軽量性と曲げ剛性とを両立させながら、製造時間の短縮及び製造の容易性を達成することが可能となる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る風車翼について、添付図面を参照して説明する。図５Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る風車翼の構造を模式的に示す断面図である。この風車翼１０ａは、基本的な積層構造の外皮１と、補強された積層構造の腹部補強部４ａ、背部補強部４ｂ、及び後縁部補強部５ａ、５ｂとを備えている。腹部補強部４ａ、背部補強部４ｂ、及び後縁部補強部５ａ、５ｂは、風車翼１０ａの腹部分、背部分、及び後縁部分にそれぞれ設けられている。
【００３５】
本実施の形態では、繊維強化プラスチックのＵＤ材１２を腹側（腹部補強部４ａ）及び背側（背部補強部４ｂ）だけでなく、後縁側（後縁部補強部５ａ、５ｂ）にも集中して配置している点で、第１の実施の形態と異なる。すなわち、外皮１にもＵＤ材１２を積層することにより、ＵＤ材１２を腹側と背側の中央（腹部補強部４ａと背部補強部４ｂ）、及び後縁（後縁部補強部５ａ、５ｂ）に集中的に積層して配置する一方、前縁にＵＤ材１２を配置しなくて済む構造としている。前縁ではなく、後縁にＵＤ材を挿入しているのは、曲げ剛性を確保しつつ軽量化するためにはＵＤ材１２を曲げ中心Ｘから遠い位置に配置する構造が有効だからである。以下詳細に説明する。
【００３６】
外皮１は、風車翼１０の翼面全体を構成する繊維強化プラスチックの複数層のバイアス材（±４５°材、又は、複数方向材ともいう）１１などが用いられる。外皮１のうち、ＵＤ材１２を配置しない部分（腹部補強部４ａ、背部補強部４ｂ及び後縁部補強部５ａ、５ｂを除いた部分）には、例えば複数層のバイアス材１１の間にコア材１３を挟んだサンドイッチ構造を用いることができる。
【００３７】
図５Ｂは、図５Ａの積層構造を具体的に示す模式図である。ただし、図中、実線はバイアス材（±４５°材）１１、破線はＵＤ材（０°材）１２、台形（矩形）はコア材１３をそれぞれ示している。
【００３８】
外皮１として、外側に±４５°材がｎ層、その内側に０°材がＮ２層、その内側に０°材がＭ２層、その内側に±４５°材がｍ層、それぞれ設けられている。ただし、ｎ、ｍ、Ｎ２、Ｍ２は自然数であり、Ｎ２＋Ｍ２≧１、Ｎ２≧１、Ｍ２≧０である。そして、外皮１のＮ２層の０°材とＭ２層の０°材との間に、風車翼１０の各部分において、以下の層がそれぞれ設けられている。すなわち、腹部補強部４ａ／背部補強部４ｂは、Ｑ２層の０°材が設けられている（Ｑ２は自然数）。また、後縁部補強部５ａ、５ｂは、Ｒ層の０°材が設けられている（Ｒは自然数）。この場合、Ｑ２＜ｑ（図１Ｂ参照）、Ｒ＜ｒ（図１Ｂ参照）とすることができる。外皮１に０°材を用い、曲げ剛性を上げているからである。また、Ｍ２≦Ｍ１、Ｎ２≦Ｎ１、Ｑ２≦Ｑ１（図４Ｂ参照）とすることができる。後縁部補強部５ａ、５ｂを設けて、曲げ剛性を上げているからである。その他の部分には、１層のコア材１３が設けられている。なお、腹部補強部４ａと背部補強部４ｂとで、必要な剛性を考慮して層数（Ｑ２）が異なっていても良い。後縁部補強部５ａと後縁部補強部５ｂとで、必要な剛性を考慮して層数（Ｒ）が異なっていても良い。
【００３９】
０°材（ＵＤ材）１２及び±４５°材（バイアス材）１１は、図２を用いて説明されたＵＤ材１１２及びバイアス材１１１と同じである。
【００４０】
このような場合、腹部補強部４ａ／背部補強部４ｂの積層状態は、（±４５°）ｎ／（０°）Ｎ２／（０°）Ｑ２／（０°）Ｍ２／（±４５°）ｍとなっている。後縁部補強部５ａ、５ｂの積層状態は、（±４５°）ｎ／（０°）Ｎ２／（０°）Ｒ／（０°）Ｍ２／（±４５°）ｍとなっている。その他の部分の積層状態は、（±４５°）ｎ／（０°）Ｎ２／コア材／（０°）Ｍ２／（±４５°）ｍとなっている。ただし、±４５°及び０°は±４５°材及び０°材をそれぞれ示す。また、添え字のｎ、ｍ、Ｎ２、Ｑ２、Ｒ、Ｍ２は層数をそれぞれ示す。なお、最後縁の部分は外皮１０１（コア材１３を含む）だけであっても良い。
【００４１】
全体に積層するＵＤ材の枚数（層数Ｎ２）は、前縁のＵＤ材が無くても、翼に必要な曲げ剛性を得られる最小の枚数とする。この最小の枚数は、実験やシミュレーションなどの手法により決定することができる。このように、全体に積層するＵＤ材の枚数を必要最小限とすることで、重量の増加を抑えることができる。
【００４２】
本実施の形態では、翼面全体の外皮に一方向強化０°材（ＵＤ材）を積層して、必要な曲げ剛性を得ることにより、前縁に集中的にＵＤ材を配置しない構造とすることができる。前縁にＵＤ材を配置しないことにより、従来の場合と比較して製造時にＵＤ材を配置する箇所が減少して、積層作業にかかる時間を短縮できる。また、前縁にＵＤ材を配置しないので、翼根に近く翼形状が円筒に近い箇所においてＵＤ材が下方へずれ製造が容易でないという問題を解消できる。
【００４３】
また、本実施の形態では、前縁に集中的にＵＤ材を配置しないが、腹部、背部及び後縁において集中的にＵＤ材を配置している。これは、ＵＤ材を集中的に配置する箇所を無くし、外皮のＵＤ材だけで曲げ剛性を得ようとすると、ＵＤ材の使用量が多くなり重量が非常に多くなってしまうからである。すなわち、本実施の形態では、外皮にＵＤ材を用いると共に、腹部、背部及び後縁に集中的にＵＤ材を配置することにより、追加的に必要となるＵＤ材の量を低く抑えて軽量性を維持しつつ、必要な曲げ剛性を得ている。
【００４４】
更に、第１の実施の形態との相違点としては、後縁にも集中的にＵＤ材を配置するので、外皮に用いるＵＤ材を少なくすることができる。それにより、ＵＤ材の必要量を更に低く抑えて軽量性を維持しつつ、必要な曲げ剛性を得ている。
【００４５】
従って、本実施の形態により、風車翼の軽量性と曲げ剛性とを両立させながら、製造時間の短縮及び製造の容易性を達成することが可能となる。
【００４６】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る風車翼について、添付図面を参照して説明する。図６は、本発明の第３の実施の形態に係る風車翼の構造を模式的に示す断面図である。この風車翼１０ｂは、翼根部Ｓ１と、主要部Ｓ２とを備えている。
【００４７】
本実施の形態では、風車翼全体に同じ積層構造を用いるのではなく、風車翼の最大コードの位置付近を境界として、翼根側の翼根部Ｓ１と翼端側の主要部Ｓ２とで異なる積層構造を用いる点で、第１及び第２の実施の形態と異なる。以下詳細に説明する。
【００４８】
翼根部Ｓ１は、翼根に近く翼形状が円筒に近い箇所であり、ＵＤ材が下方へずれやすいので、第１の実施の形態の積層構造（図４Ａ及び図４Ｂ参照）を用いる。すなわち、翼根から最大コード位置付近までの範囲について、翼面全体にＵＤ材１２を積層し、前縁および後縁に集中的にＵＤ材１２を配置しない構造とする。それにより、翼根に近く翼形状が円筒に近い箇所でＵＤ材が下方へずれて製造が容易でないという問題を解消できる。なお、翼端部Ｓ１として、第２の実施の形態の積層構造（図５Ａ及び図５Ｂ）を用いても良い。
【００４９】
主要部Ｓ２は、背景技術の積層構造（図１Ａ及び図１Ｂ）を用いる。すなわち、最大コード位置付近から翼端までの範囲について、翼面全体にＵＤ材を積層せず、前縁、後縁、腹部、及び背部に集中的にＵＤ材１２を配置する構造とする。それにより、翼面全体にＵＤ材を積層する場合と比較して、ＵＤ材の使用量が最も少なくなるので最も軽量化することができる。なお、主要部Ｓ２として、翼根部Ｓ１と異なる他の積層構造（例示：図５Ａ及び図５Ｂ、又は、図４Ａ及び図４Ｂ）を用いても良い。
【００５０】
なお、翼根部Ｓ１と主要部Ｓ２とで同じ構成の部分は、連続的（一体的）に形成される。例えば、翼端部Ｓ１の外皮１の外側及び内側のバイアス材１１及び中間のコア材１３は、主要部Ｓ２の外皮１０１の外側及び内側のバイアス材１１１及び中間のコア材１１３と連続的（一体的）に形成される。これにより、風車翼全体を一体的に形成することができる。
【００５１】
従って、本実施の形態により、風車翼の軽量性と曲げ剛性とを両立させながら、製造時間の短縮及び製造の容易性を達成することが可能となる。
【００５２】
第１〜第３の実施の形態の風車翼１０、１０ａ、１０ｂは、いずれも軽量で曲げ剛性が高く、製造時間が短く製造容易な風車翼として、風力発電装置に用いることができる。
【００５３】
本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。また、技術的矛盾の発生しない限り、各実施の形態に記載された技術は互いに組み合わせて使用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１、１０１    外皮
２、１０２    桁材
３、１０３    前縁部補強部
４ａ、１０４ａ    腹部補強部
４ｂ、１０４ｂ    背部補強部
５、５ａ、５ｂ、１０５、１０５ａ、１０５ｂ    後縁部補強部
１０、１０ａ、１０ｂ、１００    風車翼
１１、１１１    バイアス材（±４５°材、複数方向材）
１２、１１２    一方向強化材（ＵＤ材、０°材）
１３、１１３    コア材
Ｓ１    翼根部
Ｓ２    主要部
Ｘ    曲げ中心
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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