(57)【要約】【課題】軽量化を図りつつ、要求性能を満足する品質の高い複合材翼を成形することができる複合材翼の成形方法等を提供する。【解決手段】プリプレグを硬化させて複合材翼１０を成形する複合材翼の成形方法であって、複合材翼１０は、背側翼部材１２と腹側翼部材１４とを重ね合わせて接合されており、背側成形型３２に背側積層体１２ａを形成すると共に、腹側成形型３４に腹側積層体１４ａを形成する積層工程Ｓ１と、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａにより形成される内部空間２０を保持する内面カウルプレート１８を配置する内面カウルプレート配置工程Ｓ２と、背側成形型３２と腹側成形型３４とを型合わせして、内面カウルプレート１８によって保持された内部空間２０に発泡剤１６を配置する型合わせ工程Ｓ３と、発泡剤１６を加熱して発泡剤１６を膨張させると共に、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａを熱硬化させる硬化工程Ｓ４と、を備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材を硬化させることで複合材からなる複合材翼を成形する複合材翼の成形方法であって、
前記複合材翼は、背側の部位となる背側部位と腹側となる腹側部位とを重ね合わせて接合されており、
前記背側部位を成形するための背側成形型に前記強化繊維基材を積層して背側積層体を形成すると共に、前記腹側部位を成形するための腹側成形型に前記強化繊維基材を積層して腹側積層体を形成する積層工程と、
前記背側積層体と前記腹側積層体とを重ね合わせることで形成される内部空間を保持する空間保持部材を配置する空間保持部材配置工程と、
前記背側積層体と前記腹側積層体とが重なり合うように、前記背側成形型と前記腹側成形型とを型合わせすると共に、前記空間保持部材によって保持された前記内部空間に発泡剤を配置する型合わせ工程と、
前記発泡剤を加熱して前記発泡剤を膨張させることで、前記背側積層体及び前記腹側積層体を、内部から前記背側成形型及び前記腹側成形型へ向かって加圧すると共に、前記背側積層体及び前記腹側積層体を加熱して硬化させる硬化工程と、を備えることを特徴とする複合材翼の成形方法。
【請求項２】
前記空間保持部材は、前記背側積層体に配置される背側空間保持部材と、前記腹側積層体に配置される腹側空間保持部材と、を有していることを特徴とする請求項１に記載の複合材翼の成形方法。
【請求項３】
前記空間保持部材配置工程では、前記背側空間保持部材と前記腹側空間保持部材とを対向させ、前記背側空間保持部材及び前記腹側空間保持部材の前記複合材翼の翼幅方向の両端部において、前記背側空間保持部材と前記腹側空間保持部材との間に接着剤を配置し、前記背側空間保持部材及び前記腹側空間保持部材の両端部同士を接着させて、前記空間保持部材を形成することを特徴とする請求項２に記載の複合材翼の成形方法。
【請求項４】
前記背側空間保持部材及び前記腹側空間保持部材は、前記複合材翼の翼幅方向において、中央部側の厚みが、端部側の厚みに比して薄くなっていることを特徴とする請求項２または３に記載の複合材翼の成形方法。
【請求項５】
前記空間保持部材は、前記内部空間の内面に沿って全面に設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の複合材翼の成形方法。
【請求項６】
前記空間保持部材は、樹脂材料、または硬化済みの複合材料を用いていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の複合材翼の成形方法。
【請求項７】
前記空間保持部材は、硬化済みの複合材料を用いる場合、前記複合材翼の翼長方向を基準として、前記複合材料に含まれる強化繊維の繊維方向が±４５°の配向方向となる強化繊維基材を含んでいることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の複合材翼の成形方法。
【請求項８】
前記空間保持部材は、前記硬化工程における加熱開始の温度から、前記発泡剤が膨張するまでの温度の間において、前記内部空間を保持可能な耐熱性を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の複合材翼の成形方法。
【請求項９】
前記空間保持部材配置工程では、前記複合材翼の翼幅方向において、前記空間保持部材の両端部が、前記複合材翼の両端部よりも前記内部空間側に位置するように配置されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の複合材翼の成形方法。
【請求項１０】
前記型合わせ工程では、前記背側成形型を鉛直方向の下方側に配置し、前記腹側成形型を鉛直方向の上方側に配置することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の複合材翼の成形方法。
【請求項１１】
前記背側積層体及び前記腹側積層体は、前記内部空間側に設けられる最内層強化繊維基材を有し、
前記強化繊維基材の積層方向に交差する面内において、前記最内層強化繊維基材の面積は、前記背側積層体及び前記腹側積層体に含まれる前記強化繊維基材の中で最も広い面積となっていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の複合材翼の成形方法。
【請求項１２】
前記積層工程では、前記最内層強化繊維基材に対して、前記最内層強化繊維基材の積層方向に交差する面内に沿う方向にテンションを付与することを特徴とする請求項１１に記載の複合材翼の成形方法。
【請求項１３】
強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材を硬化させることで複合材からなる複合材翼を成形する複合材翼の成形方法であって、
前記複合材翼は、背側の部位となる背側部位と腹側となる腹側部位とを重ね合わせて接合されており、
前記背側部位を成形するための背側成形型に前記強化繊維基材を積層して背側積層体を形成すると共に、前記腹側部位を成形するための腹側成形型に前記強化繊維基材を積層して腹側積層体を形成する積層工程と、
前記背側積層体と前記腹側積層体とが重なり合うように、前記背側成形型と前記腹側成形型とを型合わせすると共に、前記背側積層体と前記腹側積層体とを重ね合わせることで形成される内部空間に発泡剤を配置する型合わせ工程と、
前記発泡剤を加熱して前記発泡剤を膨張させることで、前記背側積層体及び前記腹側積層体を、内部から前記背側成形型及び前記腹側成形型へ向かって加圧すると共に、前記背側積層体及び前記腹側積層体を加熱して硬化させる硬化工程と、を備え、
前記背側積層体及び前記腹側積層体は、前記内部空間側に設けられる最内層強化繊維基材を有し、
前記強化繊維基材の積層方向に交差する面内において、前記最内層強化繊維基材の面積は、前記背側積層体及び前記腹側積層体に含まれる前記強化繊維基材の中で最も広い面積となっており、
前記積層工程では、前記最内層強化繊維基材に対して、前記最内層強化繊維基材の積層方向に交差する面内に沿う方向にテンションを付与することを特徴とする複合材翼の成形方法。
【請求項１４】
強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材を硬化させることで成形される複合材からなる複合材翼であって、
背側の部位となる背側部位と、
前記背側部位に重ね合わせて接合される、腹側となる腹側部位と、
前記背側部位と前記腹側部位とが重ね合わされることで形成される内部空間を保持する空間保持部材と、
前記空間保持部材の内部に設けられる発泡剤と、を備え、
翼幅方向において、前記空間保持部材の両端部は、前記背側部位及び前記腹側部位の両端部よりも前記内部空間側に位置することを特徴とする複合材翼。
【請求項１５】
前記空間保持部材は、
前記背側部位に配置される背側空間保持部材と、
前記背側空間保持部材に対向し、前記腹側部位に配置される腹側空間保持部材と、
翼幅方向において、前記背側空間保持部材と前記腹側空間保持部材との両端部に設けられると共に、前記背側空間保持部材と前記腹側空間保持部材との間に設けられる接着剤と、を有することを特徴とする請求項１４に記載の複合材翼。
【請求項１６】
前記背側部位及び前記腹側部位は、前記内部空間側に設けられる最内層強化繊維基材を有し、
前記強化繊維基材の積層方向に交差する面内において、前記最内層強化繊維基材の面積は、前記背側部位及び前記腹側部位に含まれる前記強化繊維基材の中で最も広い面積となっていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の複合材翼。
【請求項１７】
強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材を硬化させることで成形される複合材からなる複合材翼であって、
背側の部位となる背側部位と、
前記背側部位に重ね合わせて接合される、腹側となる腹側部位と、
前記背側部位と前記腹側部位とが重ね合わされることで形成される内部空間に設けられる発泡剤と、を備え、
前記背側部位及び前記腹側部位は、前記内部空間側に設けられる最内層強化繊維基材を有し、
前記強化繊維基材の積層方向に交差する面内において、前記最内層強化繊維基材の面積は、前記背側部位及び前記腹側部位に含まれる前記強化繊維基材の中で最も広い面積となっていることを特徴とする複合材翼。
【請求項１８】
強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材を硬化させることで複合材からなる複合材翼を成形する複合材翼の成形型であって、
前記複合材翼は、背側の部位となる背側部位と腹側となる腹側部位とを重ね合わせて接合されており、
前記強化繊維基材を積層して、成形前の前記背側部位である背側積層体を成形するための背側成形型と、
前記強化繊維基材を積層して、成形前の前記腹側部位である腹側積層体を成形するための腹側成形型と、を備え、
前記背側積層体及び前記腹側積層体は、前記背側積層体と前記腹側積層体とが重ね合わされることで形成される内部空間側に設けられる最内層強化繊維基材を有し、
前記強化繊維基材の積層方向に交差する面内において、前記最内層強化繊維基材の面積は、前記背側部位及び前記腹側部位に含まれる前記強化繊維基材の中で最も広い面積となっており、
前記背側成形型及び前記腹側成形型は、
前記強化繊維基材が積層される成形型本体と、
前記最内層強化繊維基材に対して、前記最内層強化繊維基材の積層方向に交差する面内に沿う方向にテンションを付与するテンション付与機構と、を有することを特徴とする複合材翼の成形型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材翼の成形方法、複合材翼及び複合材翼の成形型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複合材翼として、翼端から翼根へ向かって延在する翼形部を有するガスタービン翼が知られている（例えば、特許文献１参照）。翼形部は、表面凹みが形成された金属部と、金属部の表面凹みに設けられるフォーム部と、を有し、金属部及びフォーム部は、複合材表皮によって囲まれて、複合材表皮に接合される。また、翼形部には、複合材表皮を覆う壊食被覆が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−３０３１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複合材翼としては、金属部を含まない複合材翼があり、このような複合材翼は、強化繊維基材を積層して形成した翼本体の内部に、発泡剤を設けるものがある。発泡剤は、翼本体に発生するボイドの形成を抑制しつつ、寸法精度の高い複合材翼を成形するために、熱硬化時において、複合材翼の内部側から、複合材翼を成形する成形型へ向かって加圧している。
【０００５】
しかしながら、複合材翼は、熱硬化時において、発泡剤が膨張する前に、積層された翼本体の強化繊維基材が流動することで、繊維のうねりが発生する場合がある。また、発泡剤の膨張時において、発泡剤が翼本体の内部に適切に充填されず、発泡剤の厚みが薄くなる場合がある。このように、繊維のうねりが発生したり、発泡剤の厚みが薄くなると、複合材翼の曲げ剛性が低下し、複合材翼の固有振動数が低下する。複合材翼の固有振動数が低下すると、要求される曲げ剛性を満足させるためには、複合材翼の翼厚を厚くしなければならず、空力性能が低下する問題がある。また、上記繊維のうねり及び発泡剤の厚みに個体差が生じる場合には、複合材翼の固有振動数のばらつきが増加し、共振点を回避する離調設計が困難になるといった課題もある。
【０００６】
そこで、本発明は、軽量化を図りつつ、要求性能を満足する品質の高い複合材翼を成形することができる複合材翼の成形方法、複合材翼及び複合材翼の成形型を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の複合材翼の成形方法は、強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材を硬化させることで複合材からなる複合材翼を成形する複合材翼の成形方法であって、前記複合材翼は、背側の部位となる背側部位と腹側となる腹側部位とを重ね合わせて接合されており、前記背側部位を成形するための背側成形型に前記強化繊維基材を積層して背側積層体を形成すると共に、前記腹側部位を成形するための腹側成形型に前記強化繊維基材を積層して腹側積層体を形成する積層工程と、前記背側積層体と前記腹側積層体とを重ね合わせることで形成される内部空間を保持する空間保持部材を配置する空間保持部材配置工程と、前記背側積層体と前記腹側積層体とが重なり合うように、前記背側成形型と前記腹側成形型とを型合わせすると共に、前記空間保持部材によって保持された前記内部空間に発泡剤を配置する型合わせ工程と、前記発泡剤を加熱して前記発泡剤を膨張させることで、前記背側積層体及び前記腹側積層体を、内部から前記背側成形型及び前記腹側成形型へ向かって加圧すると共に、前記背側積層体及び前記腹側積層体を加熱して硬化させる硬化工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、空間保持部材を配置することで、内部空間を保持した状態で、背側積層体及び腹側積層体を熱硬化させつつ、発泡剤を膨張させることができる。このため、空間保持部材により内部空間が保持されていることから、背側積層体及び腹側積層体の熱硬化時において、背側積層体及び腹側積層体の強化繊維基材が流動することを抑制できるため、背側部位と腹側部位とに発生する繊維のうねりを低減することができる。また、空間保持部材により内部空間が保持されていることから、膨張した発泡剤を、内部空間に適切に充填できるため、発泡剤の厚みを適切に調整できる。このため、硬化後の背側積層体及び腹側積層体である背側部位及び腹側部位の積層方向における厚みを、要求される厚みとすることができる。これにより、複合材翼の曲げ剛性を、要求される曲げ剛性とすることができるため、複合材翼の固有振動数も、要求される固有振動数とすることができる。
【０００９】
また、前記空間保持部材は、前記背側積層体に配置される背側空間保持部材と、前記腹側積層体に配置される腹側空間保持部材と、を有していることが、好ましい。
【００１０】
この構成によれば、空間保持部材を、背側空間保持部材と腹側空間保持部材とに分割できるため、空間保持部材により保持された内部空間に、発泡剤を容易に配置することができる。
【００１１】
また、前記空間保持部材配置工程では、前記背側空間保持部材と前記腹側空間保持部材とを対向させ、前記背側空間保持部材及び前記腹側空間保持部材の前記複合材翼の翼幅方向の両端部において、前記背側空間保持部材と前記腹側空間保持部材との間に接着剤を配置し、前記背側空間保持部材及び前記腹側空間保持部材の両端部同士を接着させて、前記空間保持部材を形成することが、好ましい。
【００１２】
この構成によれば、背側空間保持部材と腹側空間保持部材との両端部を接着剤で接着することで、空間保持部材を一体に形成することができる。
【００１３】
また、前記背側空間保持部材及び前記腹側空間保持部材は、前記複合材翼の翼幅方向において、中央部側の厚みが、端部側の厚みに比して薄くなっていることが、好ましい。
【００１４】
この構成によれば、背側空間保持部材及び腹側空間保持部材が、翼幅方向の端部から中央部に向かって薄くなることで、翼幅方向における剛性が一定に保たれ、これにより、発泡剤による膨張圧を、内部空間において均等となるようにすることができる。
【００１５】
また、前記空間保持部材は、前記内部空間の内面に沿って全面に設けられることが、好ましい。
【００１６】
この構成によれば、空間保持部材により内部空間の全内面を保持することができる。また、膨張する発泡剤は、空間保持部材を介して、背側積層体及び腹側積層体により形成される内部空間の全内面を加圧することができる。
【００１７】
また、前記空間保持部材は、樹脂材料、または硬化済みの複合材料を用いていることが、好ましい。
【００１８】
この構成によれば、空間保持部材として安価な樹脂材料を用いることができる。また、空間保持部材として複合材翼と同じものとなる硬化済みの複合材料を用いることができるため、加熱条件を変更することなく、複合材翼の熱硬化加熱を行うことができる。
【００１９】
また、前記空間保持部材は、硬化済みの複合材料を用いる場合、前記複合材翼の翼長方向を基準として、前記複合材料に含まれる強化繊維の繊維方向が±４５°の配向方向となる強化繊維基材を含んでいることが、好ましい。
【００２０】
この構成によれば、空間保持部材に弾性力を付すことができる。これにより、空間保持部材は、その弾性力により発泡剤の膨張圧で撓むため、背側積層体及び腹側積層体に対し好適に加圧することができる。なお、強化繊維としては、炭素繊維に限らず、炭素繊維よりも高弾性となる樹脂繊維として、ケブラー（登録商標）またはベクトラン（登録商標）等の高弾性樹脂繊維を用いてもよい。
【００２１】
また、前記空間保持部材は、前記硬化工程における加熱開始の温度から、前記発泡剤が膨張するまでの温度の間において、前記内部空間を保持可能な耐熱性を有することが、好ましい。
【００２２】
この構成によれば、空間保持部材によって発泡剤が膨張する前までは、内部空間を適切に保持することができる。
【００２３】
また、前記空間保持部材配置工程では、前記複合材翼の翼幅方向において、前記空間保持部材の両端部が、前記複合材翼の両端部よりも前記内部空間側に位置するように配置されることが、好ましい。
【００２４】
この構成によれば、空間保持部材を設ける場合であっても、背側積層体と腹側積層体とを、翼幅方向の両端部において適切に接合することができる。
【００２５】
また、前記型合わせ工程では、前記背側成形型を鉛直方向の下方側に配置し、前記腹側成形型を鉛直方向の上方側に配置することが、好ましい。
【００２６】
この構成によれば、背側積層体及び腹側積層体は、下方側に凸となる湾曲状態で配置される。このため、背側積層体及び腹側積層体に対して、自重によるフープ応力を付与することができる。
【００２７】
また、前記背側積層体及び前記腹側積層体は、前記内部空間側に設けられる最内層強化繊維基材を有し、前記強化繊維基材の積層方向に交差する面内において、前記最内層強化繊維基材の面積は、前記背側積層体及び前記腹側積層体に含まれる前記強化繊維基材の中で最も広い面積となっていることが、好ましい。
【００２８】
この場合、前記積層工程では、前記最内層強化繊維基材に対して、前記最内層強化繊維基材の積層方向に交差する面内に沿う方向にテンションを付与することが、好ましい。
【００２９】
この構成によれば、最内層強化繊維基材にテンションを付与することで、背側積層体及び腹側積層体に含まれる強化繊維基材の流動を抑制することができる。
【００３０】
本発明の他の複合材翼の成形方法は、強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材を硬化させることで複合材からなる複合材翼を成形する複合材翼の成形方法であって、前記複合材翼は、背側の部位となる背側部位と腹側となる腹側部位とを重ね合わせて接合されており、前記背側部位を成形するための背側成形型に前記強化繊維基材を積層して背側積層体を形成すると共に、前記腹側部位を成形するための腹側成形型に前記強化繊維基材を積層して腹側積層体を形成する積層工程と、前記背側積層体と前記腹側積層体とが重なり合うように、前記背側成形型と前記腹側成形型とを型合わせすると共に、前記背側積層体と前記腹側積層体とを重ね合わせることで形成される内部空間に発泡剤を配置する型合わせ工程と、前記発泡剤を加熱して前記発泡剤を膨張させることで、前記背側積層体及び前記腹側積層体を、内部から前記背側成形型及び前記腹側成形型へ向かって加圧すると共に、前記背側積層体及び前記腹側積層体を加熱して硬化させる硬化工程と、を備え、前記背側積層体及び前記腹側積層体は、前記内部空間側に設けられる最内層強化繊維基材を有し、前記強化繊維基材の積層方向に交差する面内において、前記最内層強化繊維基材の面積は、前記背側積層体及び前記腹側積層体に含まれる前記強化繊維基材の中で最も広い面積となっており、前記積層工程では、前記最内層強化繊維基材に対して、前記最内層強化繊維基材の積層方向に交差する面内に沿う方向にテンションを付与することを特徴とする。
【００３１】
この構成によれば、最内層強化繊維基材にテンションを付与することで、背側積層体及び腹側積層体に含まれる強化繊維基材の流動を抑制することができる。このため、背側部位と腹側部位とに発生する繊維のうねりを低減することができる。これにより、複合材翼の曲げ剛性を、要求される曲げ剛性とすることができるため、複合材翼の固有振動数も、要求される固有振動数とすることができる。
【００３２】
本発明の複合材翼は、強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材を硬化させることで成形される複合材からなる複合材翼であって、背側の部位となる背側部位と、前記背側部位に重ね合わせて接合される、腹側となる腹側部位と、前記背側部位と前記腹側部位とが重ね合わされることで形成される内部空間を保持する空間保持部材と、前記空間保持部材の内部に設けられる発泡剤と、を備え、翼幅方向において、前記空間保持部材の両端部は、前記背側部位及び前記腹側部位の両端部よりも前記内部空間側に位置することを特徴とする。
【００３３】
この構成によれば、空間保持部材を配置することで、背側部位と腹側部位とに発生する繊維のうねりを低減することができ、発泡剤の厚みを適切に調整できることから、要求される性能（曲げ剛性、固有振動数）を満足する複合材翼を提供することができる。また、空間保持部材を設ける場合であっても、空間保持部材の両端部が内部空間側に位置することから、背側積層体（背側部位）と腹側積層体（腹側部位）とを、翼幅方向の両端部において適切に接合することができる。
【００３４】
また、前記空間保持部材は、前記背側部位に配置される背側空間保持部材と、前記背側空間保持部材に対向し、前記腹側部位に配置される腹側空間保持部材と、翼幅方向において、前記背側空間保持部材と前記腹側空間保持部材との両端部に設けられると共に、前記背側空間保持部材と前記腹側空間保持部材との間に設けられる接着剤と、を有することが、好ましい。
【００３５】
この構成によれば、空間保持部材を、背側空間保持部材と腹側空間保持部材とに分割できるため、成形時において、空間保持部材により保持された内部空間に、発泡剤を容易に配置することができる。
【００３６】
また、前記背側部位及び前記腹側部位は、前記内部空間側に設けられる最内層強化繊維基材を有し、前記強化繊維基材の積層方向に交差する面内において、前記最内層強化繊維基材の面積は、前記背側部位及び前記腹側部位に含まれる前記強化繊維基材の中で最も広い面積となっていることが、好ましい。
【００３７】
この構成によれば、成形時において、最内層強化繊維基材にテンションを付与することで、背側部位の硬化前となる背側積層体、及び腹側部位の硬化前となる腹側積層体に含まれる強化繊維基材の流動を抑制することができる。このため、背側部位と腹側部位とに発生する繊維のうねりを低減することができる。
【００３８】
本発明の他の複合材翼は、強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材を硬化させることで成形される複合材からなる複合材翼であって、背側の部位となる背側部位と、前記背側部位に重ね合わせて接合される、腹側となる腹側部位と、前記背側部位と前記腹側部位とが重ね合わされることで形成される内部空間に設けられる発泡剤と、を備え、前記背側部位及び前記腹側部位は、前記内部空間側に設けられる最内層強化繊維基材を有し、前記強化繊維基材の積層方向に交差する面内において、前記最内層強化繊維基材の面積は、前記背側部位及び前記腹側部位に含まれる前記強化繊維基材の中で最も広い面積となっていることを特徴とする。
【００３９】
この構成によれば、成形時において、最内層強化繊維基材にテンションを付与することで、背側部位の硬化前となる背側積層体、及び腹側部位の硬化前となる腹側積層体に含まれる強化繊維基材の流動を抑制することができる。このため、背側部位と腹側部位とに発生する繊維のうねりを低減することができる。
【００４０】
本発明の複合材翼の成形型は、強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材を硬化させることで複合材からなる複合材翼を成形する複合材翼の成形型であって、前記複合材翼は、背側の部位となる背側部位と腹側となる腹側部位とを重ね合わせて接合されており、前記強化繊維基材を積層して、成形前の前記背側部位である背側積層体を成形するための背側成形型と、前記強化繊維基材を積層して、成形前の前記腹側部位である腹側積層体を成形するための腹側成形型と、を備え、前記背側積層体及び前記腹側積層体は、前記背側積層体と前記腹側積層体とが重ね合わされることで形成される内部空間側に設けられる最内層強化繊維基材を有し、前記強化繊維基材の積層方向に交差する面内において、前記最内層強化繊維基材の面積は、前記背側部位及び前記腹側部位に含まれる前記強化繊維基材の中で最も広い面積となっており、前記背側成形型及び前記腹側成形型は、前記強化繊維基材が積層される成形型本体と、前記最内層強化繊維基材に対して、前記最内層強化繊維基材の積層方向に交差する面内に沿う方向にテンションを付与するテンション付与機構と、を有することを特徴とする。
【００４１】
この構成によれば、テンション付与機構により、最内層強化繊維基材にテンションを付与することができるため、背側積層体及び腹側積層体に含まれる強化繊維基材の流動を抑制することができる。このため、背側部位と腹側部位とに発生する繊維のうねりを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、実施形態１に係る複合材翼の成形方法により成形される複合材翼を模式的に示す平面図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る複合材翼の厚肉部分を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る複合材翼の内面カウルプレートの一部を示す一例の模式図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る複合材翼の内面カウルプレートの一部を示す一例の模式図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る複合材翼の内面カウルプレートの一部を示す一例の模式図である。
【図６】図６は、実施形態１に係る複合材翼の成形方法で用いられる発泡剤の説明図である。
【図７】図７は、実施形態１に係る複合材翼の成形方法に関する説明図である。
【図８】図８は、実施形態２に係る複合材翼の内面カウルプレートを示す模式図である。
【図９】図９は、実施形態３に係る複合材翼の内面カウルプレートを示す模式図である。
【図１０】図１０は、実施形態４に係る複合材翼の積層構造を示す説明図である。
【図１１】図１１は、実施形態４に係る複合材翼を成形する成形型を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、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ることも可能である。
【００４４】
［実施形態１］
本実施形態に係る複合材翼１０の成形方法は、強化繊維及び樹脂からなる複合材を用いて翼を成形する方法である。複合材翼１０としては、例えば、ガスタービンまたはガスタービンエンジン等に用いられる動翼または静翼が適用可能である。なお、本実施形態では、複合材翼１０として、動翼に適用して説明するが、複合材翼１０の成形方法は、静翼にも適用可能である。
【００４５】
図１は、実施形態１に係る複合材翼の成形方法により成形される複合材翼を模式的に示す平面図である。図２は、本実施形態に係る複合材翼の厚肉部分を模式的に示す断面図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。図３から図５は、実施形態１に係る複合材翼の内面カウルプレートの一部を示す一例の模式図である。図６は、実施形態１に係る複合材翼の成形方法で用いられる発泡剤の説明図である。図７は、実施形態１に係る複合材翼の成形方法に関する説明図である。
【００４６】
先ず、複合材翼１０の成形方法の説明に先立ち、複合材翼１０について説明する。図１に示すように、複合材翼１０は、動翼となっており、固定端となる翼根側から自由端となる翼頂側に向かって延在している。ここで、翼根側と翼頂側とを結ぶ方向が、翼長方向となっており、図１に示すＬ方向となっている。また、複合材翼１０は、図１の翼長方向に直交する方向の一方側が前縁側となっており、他方側が後縁側となっている。そして、前縁側と後縁側とを結ぶ方向が、翼幅方向となっており、図１に示すＷ方向となっている。
【００４７】
また、図２に示すように、複合材翼１０は、翼幅方向に亘って湾曲して形成されており、複合材翼１０の内側から外側に向かって凸となる側が背側となっており、複合材翼１０の内側から外側に向かって凹となる側が腹側となっている。ここで、背側と腹側とを結ぶ方向が、翼厚方向となっており、図２に示すＴ方向となっている。
【００４８】
複合材翼１０は、翼厚方向における厚さが、翼根側において厚肉となっており、翼頂側に向かうにつれて薄肉に形成されている。このため、複合材翼１０は、翼頂側が翼厚方向における厚さの薄い薄肉部分となっており、翼根側が翼厚方向における厚さの厚い厚肉部分１０ｂ（図２参照）となっている。
【００４９】
この複合材翼１０は、軸中心に回転するローターの外周に、所定の間隔を空けて、周方向に複数並べて設けられている。そして、複合材翼１０同士の間を、流体が前縁側から後縁側に向かって流通する。
【００５０】
図２に示すように、複合材翼１０は、背側の部位である背側翼部材（背側部位）１２と、腹側の部位である腹側翼部材（腹側部位）１４と、背側翼部材１２と腹側翼部材１４とにより形成される内部空間２０を保持する内面カウルプレート（空間保持部材）１８と、内面カウルプレート１８の内部に設けられる発泡剤１６とを備えている。
【００５１】
背側翼部材１２は、強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材としてのプリプレグを、複数積層して熱硬化させたものとなっている。背側翼部材１２は、後述する背側成形型３２によって成形される。背側翼部材１２は、複合材翼１０の外表面が凸となる湾曲形状に形成されている。また、背側翼部材１２は、複合材翼１０の内面が凹となる湾曲形状に形成されており、内部空間２０を構成する内面の一部となっている。
【００５２】
腹側翼部材１４は、背側翼部材１２と同様に、強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材としてのプリプレグを、複数積層して熱硬化させたものとなっている。腹側翼部材１４は、後述する腹側成形型３４によって成形される。腹側翼部材１４は、複合材翼１０の外表面が凹となる湾曲形状に形成されている。また、腹側翼部材１４は、複合材翼１０の内面が凸となる湾曲形状に形成されており、内部空間２０を構成する内面の一部となっている。
【００５３】
そして、背側翼部材１２の翼幅方向における両端部と、腹側翼部材１４の翼幅方向における両端部とは、複合材翼１０の翼厚方向の中心を含む面となる中立面Ｐにおいて接合されている。また、背側翼部材１２の翼幅方向における両端部の間の内面と、腹側翼部材１４の翼幅方向における両端部の間の内面とは、中立面Ｐに対して外表面側に離れて形成されており、これらの内面によって内部空間２０が形成されている。この内部空間２０は、複合材翼１０の翼根側において大きく、複合材翼１０の翼頂側に向かうにつれて小さくなる。
【００５４】
なお、本実施形態では、強化繊維基材としてプリプレグを用いたが、強化繊維及び樹脂を含むものであればよい。例えば、強化繊維としては、炭素繊維の他、ガラス繊維及びアラミド繊維を適用してもよく、これらに限定されず、プラスチック繊維又は金属繊維であってもよい。また、樹脂は、熱硬化性樹脂が好ましいが、熱可塑性樹脂でもよい。熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びビニルエステル樹脂が例示される。熱可塑性樹脂は、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ（Acrylonitrile  Butadiene  Styrene）樹脂、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）等が例示される。ただし、強化繊維に含浸される樹脂は、これらに限定されず、その他の樹脂でもよい。
【００５５】
内面カウルプレート１８は、内部空間２０の内面に沿って設けられている。内面カウルプレート１８は、例えば、背側翼部材１２及び腹側翼部材１４と同じプリプレグを用いて構成されている。この内面カウルプレート１８は、複合材翼１０の成形時において、硬化済みの複合材料となっている。つまり、硬化済みの内面カウルプレート１９を、複合材翼１０の組み付け時において適用している。なお、実施形態１では、プリプレグを用いて内面カウルプレート１８を構成したが、用いる材料はいずれであってもよく、例えば、樹脂のみを用いて構成してもよいし、強化繊維として、ケブラー（登録商標）またはベクトラン（登録商標）等の高弾性樹脂繊維を用いてもよい。
【００５６】
また、内面カウルプレート１８は、内部空間２０の全内面を覆うように設けられている。内面カウルプレート１８は、複合材翼１０の翼幅方向において、その両端部が、複合材翼１０の両端部よりも内部空間２０側に位置して設けられている。このため、複合材翼１０の翼幅方向における両端部では、背側翼部材１２の翼幅方向における両端部と、腹側翼部材１４の翼幅方向における両端部とがそれぞれ接合されている。
【００５７】
この内面カウルプレート１８は、複合材翼１０の成形時において、内部空間２０を保持可能な耐熱性を有している。具体的に、内面カウルプレート１８は、複合材翼１０の成形時において、熱硬化時における加熱開始の加熱温度から、後述する発泡剤１６が膨張（発泡）する発泡温度までの間において、内部空間２０を保持する剛性となる耐熱性を有している。例えば、内面カウルプレート１８は、含有する樹脂のガラス転位温度が、８０℃以上となっており、背側翼部材１２及び腹側翼部材１４の硬化温度と同等以上となっている。
【００５８】
上記した内面カウルプレート１８は、背側翼部材１２に配置される背側カウルプレート１８ａと、腹側翼部材１４に配置される腹側カウルプレート１８ｂと、を有している。また、背側カウルプレート１８ａと腹側カウルプレート１８ｂとは、翼幅方向の両端部において、接着剤１９を介してそれぞれ接合されている。この接着剤１９は、成形時において、背側カウルプレート１８ａと腹側カウルプレート１８ｂとの間に挟まれた接着フィルム１９である。この接着フィルム１９は、内面カウルプレート１８に含まれる樹脂と同じものであってもよいし、常温で接着する接着フィルムであってもよく、特に限定されない。
【００５９】
背側カウルプレート１８ａ及び腹側カウルプレート１８ｂは、プリプレグを積層して硬化させることで成形されている。背側カウルプレート１８ａは、背側翼部材１２と接する外面が凸となる湾曲形状に形成されている。また、背側カウルプレート１８ａは、発泡剤１６と接する内面が凹となる湾曲形状に形成されている。この背側カウルプレート１８ａは、翼厚方向における厚みが、翼長方向及び翼幅方向において一定となっている。また、背側カウルプレート１８ａは、複合材翼１０の翼長方向を基準方向とすると、プリプレグに含まれる強化繊維の繊維方向が、基準方向に対して±４５°の配向方向となるプリプレグを含んでいる。このようなプリプレグを含むことで、背側カウルプレート１８ａは、弾性力を付与した構造とすることができる。背側カウルプレート１８ａの弾性力は、複合材翼１０の成形時において、発泡剤１６が膨張することで内圧（膨張圧）が与えられたときに撓むような弾性力となっており、また、発泡剤１６が膨張する前において、内部空間２０を保持可能な弾性力となっている。
【００６０】
腹側カウルプレート１８ｂは、腹側翼部材１４と接する外面が凹となる湾曲形状に形成されている。また、腹側カウルプレート１８ｂは、発泡剤１６と接する内面が凸となる湾曲形状に形成されている。この腹側カウルプレート１８ｂは、背側カウルプレート１８ａと同様に、翼厚方向における厚みが、翼長方向及び翼幅方向において一定となっている。また、腹側カウルプレート１８ｂは、背側カウルプレート１８ａと同様に、複合材翼１０の翼長方向を基準方向とすると、プリプレグに含まれる強化繊維の繊維方向が、基準方向に対して±４５°の配向方向となるプリプレグを含んでいる。このようなプリプレグを含むことで、腹側カウルプレート１８ｂも、背側カウルプレート１８ａと同様の弾性力を付与した構造とすることができる。
【００６１】
次に、図３から図５を参照して、内面カウルプレート１８の翼幅方向における端部の構造について説明する。内面カウルプレート１８の翼幅方向における端部は、背側カウルプレート１８ａ及び腹側カウルプレート１８ｂの翼幅方向における端部を、接着剤１９を介して接合することで形成されている。つまり、背側カウルプレート１８ａ及び腹側カウルプレート１８ｂの翼幅方向における端部には、接着代２１がそれぞれ形成されており、この接着代２１同士が接着剤１９によって接合される。
【００６２】
図３に示す内面カウルプレート１８の端部の一例としては、背側カウルプレート１８ａの翼幅方向における端部を、外面側に屈曲させて、内面側に接着代２１ａを形成すると共に、腹側カウルプレート１８ｂの翼幅方向における端部を、内面側にわずかに屈曲させて、内面側に接着代２１ｂを形成する。これにより、背側カウルプレート１８ａ及び腹側カウルプレート１８ｂの接着代２１ａ、２１ｂは、内面カウルプレート１８の外側に突出する。
【００６３】
図４に示す内面カウルプレート１８の端部の一例としては、背側カウルプレート１８ａの翼幅方向における端部を、内面側に折り曲げて、外面側に接着代２１ａを形成すると共に、腹側カウルプレート１８ｂの翼幅方向における端部を、内面側に折り曲げて、外面側に接着代２１ｂを形成する。これにより、背側カウルプレート１８ａ及び腹側カウルプレート１８ｂの接着代２１ａ、２１ｂは、内面カウルプレート１８の内側に突出する。
【００６４】
図５に示す内面カウルプレート１８の端部の一例としては、背側カウルプレート１８ａの翼幅方向における端部を、内面側に折り曲げて、外面側に接着代２１ａを形成すると共に、腹側カウルプレート１８ｂの翼幅方向における端部の内面側をそのまま接着代２１ｂとして用いる。これにより、背側カウルプレート１８ａの接着代２１ａは、内面カウルプレート１８の内側に突出すると共に、腹側カウルプレート１８ｂの内面に沿って設けられる。
【００６５】
発泡剤１６は、内面カウルプレート１８の内部に充填されている。この発泡剤１６は、発泡前に内面カウルプレート１８の内部に配置され、この後、加熱されて発泡することで、内面カウルプレート１８の内部に充填される。内面カウルプレート１８の内部に充填された発泡剤１６は、層状の発泡層に形成される。図６に示すように、発泡剤１６は、樹脂成分２５と、発泡成分２６と、繊維成分２７とを含んで構成されている。樹脂成分２５は、加熱されることで硬化するものであり、強化繊維基材に含まれる樹脂と同じものとしてもよい。発泡成分２６は、加熱されることで発泡するものであり、例えば、加熱されることで発泡成分２６が炭酸ガス等となり樹脂成分２５内に気泡２８を生じさせている。繊維成分２７は、発泡成分２６による発泡をムラのない安定した発泡形態となるように添加される。
【００６６】
発泡剤１６は、図６の左側に示す状態が発泡前の状態であり、発泡前の状態となる発泡剤１６を加熱し、気泡２８を発生させることで、発泡剤１６の容積を膨張させ、また、容積が膨張した後、樹脂成分２５が硬化する。
【００６７】
次に、図７を参照して、上記した複合材翼１０の成形方法について説明する。本実施形態の複合材翼１０の成形方法は、積層工程Ｓ１と、内面カウルプレート配置工程（空間保持部材配置工程）Ｓ２と、型合わせ工程Ｓ３と、硬化工程Ｓ４と、脱型工程Ｓ５とを、順に行っている。
【００６８】
積層工程Ｓ１では、背側翼部材１２の成形前である背側積層体１２ａを形成する背側積層工程Ｓ１ａと、腹側翼部材１４の成形前である腹側積層体１４ａを形成する腹側積層工程Ｓ１ｂとを行っている。
【００６９】
背側積層工程Ｓ１ａでは、背側翼部材１２を成形するための背側成形型３２にプリプレグを積層して背側積層体１２ａを形成する。背側成形型３２は、背側翼部材１２の外表面を成形する背側成形面３２ａと、背側成形面３２ａの周囲に設けられた平坦な背側型合わせ面３２ｂと、を有する。背側成形面３２ａは、背側翼部材１２の外表面を凸となる湾曲形状に成形すべく、凹状に窪んで形成されている。背側積層工程Ｓ１ａにおいて、背側成形型３２は、背側成形面３２ａを鉛直方向上側に向けるように載置する。そして、背側成形型３２の背側成形面３２ａに、プリプレグを積層して背側積層体１２ａを形成する。背側積層工程Ｓ１ａでは、プリプレグを数プライ積層するごとに真空引きを行って、背側積層体１２ａを形成している。
【００７０】
腹側積層工程Ｓ１ｂでは、腹側翼部材１４を成形するための腹側成形型３４にプリプレグを積層して腹側積層体１４ａを形成する。腹側成形型３４は、腹側翼部材１４の外表面を成形する腹側成形面３４ａと、腹側成形面３４ａの周囲に設けられた平坦な腹側型合わせ面３４ｂと、を有する。腹側成形面３４ａは、腹側翼部材１４の外表面を凹となる湾曲形状に成形すべく、凸状に突出して形成されている。腹側積層工程Ｓ１ｂにおいて、腹側成形型３４は、腹側成形面３４ａを鉛直方向上側に向けるように載置する。そして、腹側成形型３４の腹側成形面３４ａに、プリプレグを積層して腹側積層体１４ａを形成する。腹側積層工程Ｓ１ｂでは、背側積層工程Ｓ１ａと同様に、プリプレグを数プライ積層するごとに真空引きを行って、腹側積層体１４ａを形成している。
【００７１】
内面カウルプレート配置工程Ｓ２では、背側積層体１２ａ上に背側カウルプレート１８ａを配置する背側カウルプレート配置工程Ｓ２ａと、腹側積層体１４ａ上に腹側カウルプレート１８ｂを配置する腹側カウルプレート配置工程Ｓ２ｂとを行っている。
【００７２】
背側カウルプレート配置工程Ｓ２ａでは、背側カウルプレート１８ａの外面が、背側積層体１２ａに接するように、背側カウルプレート１８ａの内面を鉛直方向上側に向けて載置する。
【００７３】
腹側カウルプレート配置工程Ｓ２ｂでは、腹側カウルプレート１８ｂの外面が、腹側積層体１４ａに接するように、腹側カウルプレート１８ｂの内面を鉛直方向上側に向けて載置する。
【００７４】
なお、実施形態１では、背側カウルプレート１８ａと腹側カウルプレート１８ｂとが別体の状態で配置したが、予め背側カウルプレート１８ａと腹側カウルプレート１８ｂとを接着剤により接着して、一体となった内面カウルプレート１８を、背側積層体１２ａまたは腹側積層体１４ａ上に配置してもよい。
【００７５】
型合わせ工程Ｓ３では、背側成形型３２と腹側成形型３４とを型合わせすると共に、発泡剤１６を配置する。具体的に、型合わせ工程Ｓ３では、背側成形型３２を鉛直方向の下方側に配置し、腹側成形型３４を鉛直方向の上方側に配置する。そして、型合わせ工程Ｓ３では、背側成形型３２の背側型合わせ面３２ｂと、腹側成形型３４の腹側型合わせ面３４ｂとを重ね合わせることで、背側成形型３２に積層した背側積層体１２ａと、腹側成形型３４に積層した腹側積層体１４ａとが、中立面Ｐにおいて重ね合わされる。また、背側積層体１２ａと腹側積層体１４ａとの重ね合わせ時において、背側カウルプレート１８ａの接着代２１ａと、腹側カウルプレート１８ｂの接着代２１ｂとを対向させ、接着代２１ａと接着代２１ｂとの間に接着フィルムを挟み込ませることで、内面カウルプレート１８を形成する。なお、実施形態１では、背側カウルプレート１８ａと腹側カウルプレート１８ｂとの翼幅方向における端部同士を接着したが、背側カウルプレート１８ａと腹側カウルプレート１８ｂとの翼長方向における端部同士の接着が必要であれば、翼長方向における端部に接着代を形成し接着してもよい。
【００７６】
そして、型合わせ工程Ｓ３では、重ね合わせられた背側積層体１２ａと腹側積層体１４ａとにより、中空の内部空間２０が形成され、この内部空間２０の内面に内面カウルプレート１８が配置される。
【００７７】
また、型合わせ工程Ｓ３では、背側積層体１２ａと腹側積層体１４ａとの重ね合わせに先立ち、内面カウルプレート１８の内部に発泡前の発泡剤１６を設置する。発泡前の発泡剤１６は、シート状に形成されている。実施形態１の型合わせ工程Ｓ３では、背側成形型３２が腹側成形型３４の下方側に位置することから、背側カウルプレート１８ａの内面に、発泡前の発泡剤１６を設置する。
【００７８】
硬化工程Ｓ４では、背側成形型３２と腹側成形型３４とが近づく方向に加圧しつつ、背側積層体１２ａ、腹側積層体１４ａ及び発泡剤１６を加熱する。硬化工程Ｓ４では、加熱することで、内面カウルプレート１８により内部空間２０を保持しつつ、発泡剤１６の樹脂成分２５及びプリプレグ（背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａ）の樹脂が硬化する前に、発泡剤１６の発泡成分２６が発泡する。発泡成分２６が発泡すると、発泡成分２６によって気泡２８が形成されることで、硬化前の樹脂成分２５が膨張する。このため、発泡剤１６の膨張により、内面カウルプレート１８を介して、内部空間２０の内部から外側に向かって圧力（膨張圧）が与えられることから、硬化前の背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａは、発泡剤１６によって、背側成形型３２及び腹側成形型３４へ向かって加圧される。このとき、内部空間２０は、内面カウルプレート１８により保持されていることから、発泡剤１６は、内部空間２０（内面カウルプレート１８の内部）に好適に充填される。そして、発泡剤１６の発泡成分２６の発泡後、プリプレグの樹脂が先に、または、発泡剤１６の樹脂成分２５及びプリプレグの樹脂が同時に硬化することで、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａは、発泡剤１６により加圧された状態で熱硬化する。そして、プリプレグの樹脂の硬化後、または、プリプレグの樹脂の硬化と同時に、発泡剤１６の樹脂成分２５が熱硬化することで、発泡剤１６は、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａと一体となる。そして、背側積層体１２ａ、腹側積層体１４ａ及び発泡剤１６が硬化することで、複合材翼１０が成形される。
【００７９】
脱型工程Ｓ５では、背側成形型３２と腹側成形型３４とを離れる方向に移動させることで、背側成形型３２と腹側成形型３４とから、成形された複合材翼１０を離形させる。
【００８０】
以上のように、実施形態１によれば、内面カウルプレート１８を配置することで、内部空間２０を保持した状態で、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａを熱硬化させつつ、発泡剤１６を膨張させることができる。このため、内面カウルプレート１８により内部空間２０が保持されていることから、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａの熱硬化時において、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａのプリプレグが流動することを抑制できるため、背側翼部材１２と腹側翼部材１４とに発生する繊維のうねりを低減することができる。また、内面カウルプレート１８により内部空間２０が保持されていることから、膨張した発泡剤１６を、内部空間２０に適切に充填できるため、発泡剤１６の厚みを適切に調整できる。このため、硬化後の背側翼部材１２及び腹側翼部材１４の積層方向における厚みを、要求される厚みとすることができる。これにより、複合材翼１０の曲げ剛性を低下させることなく、要求される曲げ剛性とすることができるため、複合材翼１０の固有振動数も、要求される固有振動数とすることができる。
【００８１】
また、実施形態１によれば、内面カウルプレート１８を、背側カウルプレート１８ａと腹側カウルプレート１８ｂとに分割できるため、内面カウルプレート１８の内部に、発泡剤１６を容易に配置することができる。
【００８２】
また、実施形態１によれば、内面カウルプレート１８により内部空間２０の全内面を保持することができる。また、膨張する発泡剤１６は、内面カウルプレート１８を介して、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａにより形成される内部空間２０の全内面を加圧することができる。
【００８３】
また、実施形態１によれば、内面カウルプレート１８の材料として、複合材翼１０の複合材料であるプリプレグを用いることができる。このため、加熱条件を変更することなく、複合材翼１０の熱硬化加熱を行うことができる。
【００８４】
また、実施形態１によれば、内面カウルプレート１８に弾性力を付すことができる。このため、内面カウルプレート１８は、その弾性力により発泡剤１６の膨張圧で撓むため、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａに対し好適に加圧することができる。
【００８５】
また、実施形態１によれば、内面カウルプレート１８は、加熱開始の加熱温度から、発泡剤１６が膨張するまでの発泡温度の間において、内部空間２０を保持可能な耐熱性を有するため、発泡剤１６が膨張する前までは、内部空間２０を適切に保持することができる。
【００８６】
また、実施形態１によれば、内面カウルプレート１８は、翼幅方向において、複合材翼１０の内部側に位置するため、内面カウルプレート１８を設ける場合であっても、背側積層体１２ａと腹側積層体１４ａとを、翼幅方向の両端部において適切に接合することができる。
【００８７】
また、実施形態１によれば、背側成形型３２を鉛直方向の下方側に配置し、腹側成形型３４を鉛直方向の上方側に配置するため、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａは、下方側に凸となる湾曲状態で配置される。このため、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａに対して、自重によるフープ応力を付与することができる。
【００８８】
なお、実施形態１では、背側カウルプレート１８ａ及び腹側カウルプレート１８ｂの翼厚方向における厚さを、翼長方向及び翼幅方向において一定としたが、この構成に限定されない。背側カウルプレート１８ａ及び腹側カウルプレート１８ｂは、翼幅方向において、中央部側の厚みが、端部側の厚みに比して薄くなっていてもよい。この構成によれば、背側カウルプレート１８ａ及び腹側カウルプレート１８ｂが、翼幅方向の端部から中央部に向かって薄くなることで、翼幅方向における剛性が一定に保たれ、これにより、発泡剤１６による膨張圧を、内部空間２０において均等となるようにすることができる。
【００８９】
［実施形態２］
次に、図８を参照して、実施形態２に係る複合材翼１０について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図８は、実施形態２に係る複合材翼の内面カウルプレートを示す模式図である。
【００９０】
実施形態２の複合材翼１０は、その内面カウルプレート４１が、複合材翼１０の翼形部において配置されている。内面カウルプレート４１は、翼根側（図８の下方側）において連続する一方で、翼頂側（図８の上方側）において接合されている。つまり、内面カウルプレート４１は、翼頂側を一方の端部とし、翼頂側から翼根側に延びて設けられ、翼根側において翼頂側に折り返され、翼根側から翼頂側に延びて設けられることで、翼頂側を他方の端部とする、連続するプレートとなっている。そして、翼頂側において、両端部を接着剤１９により接着することで、内面カウルプレート４１を分割することなく、取り扱うことが可能となる。なお、実施形態２においても、実施形態１と同様に、内面カウルプレート４１の翼幅方向における端部同士の接着が必要であれば、翼幅方向における端部に接着代を形成し接着してもよい。この内面カウルプレート４１は、翼根側の端部において、内部の中空空間が広く、翼頂側の端部に向かうにつれて、内部の中空空間が狭くなっている。
【００９１】
以上のように、実施形態２によれば、内面カウルプレート４１の翼根側は、閉じた端部となるため、内面カウルプレート４１の内部に配置した発泡剤１６は、膨張時において、翼頂側に流動し易いものとなる。これにより、内面カウルプレート４１の内部において、発泡剤１６を好適に充填することができる。また、内面カウルプレート４１の翼根側は、閉じた端部となるため、翼厚方向に圧縮過剰が作用する場合であっても、翼根部に発泡剤１６が流入することを抑制することができる。
【００９２】
［実施形態３］
次に、図９を参照して、実施形態３に係る複合材翼１０について説明する。なお、実施形態３でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図９は、実施形態３に係る複合材翼の内面カウルプレートを示す模式図である。
【００９３】
実施形態３の複合材翼１０は、その内面カウルプレート５１が、複合材翼１０の翼形部から翼根部に亘って配置されている。内面カウルプレート５１は、翼根側（図９の下方側）において連続する一方で、翼頂側（図９の上方側）において接合されている。つまり、内面カウルプレート５１は、翼頂側を一方の端部とし、翼頂側から翼根側に延びて設けられ、翼根側において翼頂側に折り返され、翼根側から翼頂側に延びて設けられることで、翼頂側を他方の端部とする、連続するプレートとなっている。そして、翼頂側において、両端部を接着剤１９により接着することで、内面カウルプレート５１を分割することなく、取り扱うことが可能となる。なお、実施形態３においても、実施形態１と同様に、内面カウルプレート５１の翼幅方向における端部同士の接着が必要であれば、翼幅方向における端部に接着代を形成し接着してもよい。この内面カウルプレート５１は、翼根側の端部が、翼根部の内部に位置することから、内面カウルプレート５１の翼根側の端部における内部に、コア材５２が配置される。
【００９４】
コア材５２は、軽量金属または硬化済みの複合材等を用いて構成され、内面カウルプレート５１の翼根側の端部における内部に、予め充填されている。コア材５２が内部に充填された内面カウルプレート５１の外面側には、翼形部から連続する背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａのプリプレグ５３が巻き付くように積層される。つまり、内面カウルプレート５１の翼根側の端部に巻き付けられるプリプレグ５３は、背側積層体１２ａから腹側積層体１４ａに亘って連続するものとなっている。
【００９５】
内面カウルプレート５１を構成する積層された複数のプリプレグ５３には、翼長方向を基準方向とすると、プリプレグ５３に含まれる強化繊維が、基準方向に対して、±４５°の配向方向となるプリプレグ５３と、０°の配向方向となるプリプレグ５３とが含まれている。０°の配向方向となるプリプレグ５３が含まれることにより、翼長方向に付与される遠心荷重を、内面カウルプレート５１により負担することができる。
【００９６】
以上のように、実施形態３によれば、内面カウルプレート５１の翼根側の端部を、複合材翼１０の翼根部の内部に位置させることができる。このため、翼長方向に付与される遠心荷重に対して、内面カウルプレート５１の翼根側の端部を、抜け止め部として機能させることができ、また、内面カウルプレート５１により遠心荷重を負担することができる。
【００９７】
［実施形態４］
次に、図１０及び図１１を参照して、実施形態４に係る複合材翼１０について説明する。なお、実施形態４でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１から３と異なる部分について説明し、実施形態１から３と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図１０は、実施形態４に係る複合材翼の積層構造を示す説明図である。図１１は、実施形態４に係る複合材翼を成形する成形型を示す模式図である。
【００９８】
実施形態４の複合材翼１０において、プリプレグ６２を複数積層してなる背側翼部材１２及び腹側翼部材１４は、内部空間２０側に設けられる最内層プリプレグ６１を有している。つまり、最内層プリプレグ６１は、翼厚方向（積層方向）において、背側翼部材１２（背側積層体１２ａ）と背側カウルプレート１８ａとの間、及び腹側翼部材１４（腹側積層体１４ａ）と腹側カウルプレート１８ｂとの間に配置されている。最内層プリプレグ６１は、プリプレグ６２の積層方向に交差する面内において、その面積が、背側翼部材１２及び腹側翼部材１４に含まれるプリプレグ６２の中で最も広い面積となっている。このとき、最内層プリプレグ６１は、翼頂側の端部が、他のプリプレグ６２から突出するように配置される。そして、最内層プリプレグ６１は、他のプリプレグ６２から突出した翼頂側の端部にテンションが付与される。
【００９９】
また、複数のプリプレグ６２は、翼厚方向において、外面側から最内層プリプレグ６１へ向かって、積層方向に交差する面積が小さくなるように配置されている。つまり、複数のプリプレグ６２は、翼頂側の端部の位置が、外面側から最内層プリプレグ６１へ向かうにつれて翼根側に位置するように、翼厚方向に並べて配置される。
【０１００】
このような最内層プリプレグ６１を有する背側積層体１２ａまたは腹側積層体１４ａを成形する場合について、例えば、背側成形型３２に適用して説明する。背側成形型３２は、成形型本体６５と、テンション付与機構６６と、背側積層体１２ａの翼根側の端部を固定する翼根側固定ピン６７と、背側積層体１２ａに含まれる最内層プリプレグ６１の翼頂側の端部を固定する翼頂側固定ピン６８と、を備えている。
【０１０１】
図１１は、その左右方向が、背側成形型３２の翼長方向となっている。図１１に示すように、成形型本体６５は、背側翼部材１２の外面を成形する背側成形面を有し、背側成形面の翼根側が、鉛直方向の下方側に向かって傾斜する斜面と、この斜面に連なる鉛直面となる側面とを有している。背側積層体１２ａは、この背側成形面に複数のプリプレグ６２及び最内層プリプレグ６１が積層されることで形成される。このとき、背側成形面側が背側積層体１２ａの外面側となるため、複数のプリプレグ６２は、鉛直方向の上方側に向かって、積層方向に交差する面積が小さくなるように積層される。また、背側積層体１２ａは、その翼根側の端部が、斜面及び側面に沿って積層される。そして、最内層プリプレグ６１は、複数のプリプレグ６２の全面を覆うように、複数のプリプレグ６２の上面に配置される。なお、最内層プリプレグ６１の上面には、背側カウルプレート１８ａが配置される。
【０１０２】
テンション付与機構６６は、成形型本体６５に積層される背側積層体１２ａの翼頂側に設けられ、成形型本体６５に対して、水平方向の外側へ向かって移動するものとなっている。テンション付与機構６６には、背側積層体１２ａの最内層プリプレグ６１の翼頂側の端部が固定される。
【０１０３】
翼根側固定ピン６７は、成形型本体６５に積層された背側積層体１２ａの翼根側の端部を、成形型本体６５の側面に固定するピンであり、背側積層体１２ａを貫通して、成形型本体６５に固定される。
【０１０４】
翼頂側固定ピン６８は、最内層プリプレグ６１の翼頂側の端部を、テンション付与機構６６に固定するピンであり、背側積層体１２ａを貫通して、テンション付与機構６６に固定される。
【０１０５】
この背側成形型３２は、翼根側固定ピン６７により背側積層体１２ａの翼根側の端部を固定し、翼頂側固定ピン６８により最内層プリプレグ６１の翼頂側の端部を固定して、テンション付与機構６６により、最内層プリプレグ６１の翼頂側の端部を水平方向の外側に引っ張る。これにより、最内層プリプレグ６１は、テンションが付与され、複数のプリプレグ６２を抑え込むことで、複数のプリプレグ６２の流動を抑制する。
【０１０６】
なお、上記では背側成形型３２について説明したが、腹側成形型３４についても同様の構成であるため、説明を省略する。
【０１０７】
以上のように、実施形態４によれば、最内層プリプレグ６１にテンションを付与することで、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａに含まれるプリプレグ６２の流動を抑制することができる。このため、背側翼部材１２と腹側翼部材１４とに発生する繊維のうねりを低減することができる。これにより、複合材翼１０の曲げ剛性を、要求される曲げ剛性とすることができるため、複合材翼１０の固有振動数も、要求される固有振動数とすることができる。
【０１０８】
なお、実施形態４では、内面カウルプレート１８（背側カウルプレート１８ａ及び腹側カウルプレート１８ｂ）を配置したが、内面カウルプレート１８を配置しなくてもよく、内面カウルプレート１８の有無については特に限定されない。
【符号の説明】
【０１０９】
１０  複合材翼
１０ｂ  厚肉部分
１２  背側翼部材
１２ａ  背側積層体
１４  腹側翼部材
１４ａ  腹側積層体
１６  発泡剤
１８  内面カウルプレート
１８ａ  背側カウルプレート
１８ｂ  腹側カウルプレート
１９  接着剤
２０  内部空間
２１  接着代
２１ａ  背側カウルプレートの接着代
２１ｂ  腹側カウルプレートの接着代
２５  樹脂成分
２６  発泡成分
２７  繊維成分
２８  気泡
３２  背側成形型
３４  腹側成形型
４１  内面カウルプレート
５１  内面カウルプレート
５２  コア材
５３  プリプレグ
６１  最内層プリプレグ
６２  プリプレグ
６５  成形型本体
６６  テンション付与機構
６７  翼根側固定ピン
６８  翼頂側固定ピン
【図１】
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【図２】
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【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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