特許 6800805 複合材翼及び複合材翼の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6800805

(24)【登録日】2020年11月27日

(45)【発行日】2020年12月16日

(54)【発明の名称】複合材翼及び複合材翼の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/38 20060101AFI20201207BHJP

   B32B 1/04 20060101ALI20201207BHJP

   B32B 27/04 20060101ALI20201207BHJP

   C08J 5/04 20060101ALI20201207BHJP

   F01D 5/28 20060101ALI20201207BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/38 G

   B32B1/04

   B32B27/04 Z

   C08J5/04CER

   C08J5/04CEZ

   F04D29/38 A

   F01D5/28

【請求項の数】15

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2017-92364(P2017-92364)

(22)【出願日】2017年5月8日

(65)【公開番号】特開2018-189028(P2018-189028A)

(43)【公開日】2018年11月29日

【審査請求日】2019年10月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡部 良次

(72)【発明者】

【氏名】新藤 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】神谷 昌美

【審査官】 大瀬 円

(56)【参考文献】

【文献】 特表平０６−５００１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０２５０８１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０４２６８５７１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０３２９２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ２９／３８

Ｂ３２Ｂ １／０４

Ｂ３２Ｂ ２７／０４

Ｃ０８Ｊ ５／０４

Ｆ０１Ｄ ５／２８

(57)【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る複合材翼であって、
前記複合材料層は、前記複合材翼の背側と腹側とを結ぶ方向である翼厚方向に積層され、
表面から前記翼厚方向に所定の深さまでの表層領域と、前記表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い深層領域と、を含む厚肉部分を有し、
前記表層領域における前記複合材料層の１層あたりの厚さが位置に応じて変動し、変動の傾向が単調でなく、前記表層領域における前記複合材料層の１層あたりの厚さの範囲を有し、前記深層領域における前記複合材料層の１層あたりの厚さが位置に応じて変動し、変動の傾向が単調でなく、前記深層領域における前記複合材料層の１層あたりの厚さの範囲を有し、
前記表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値は、前記深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値よりも薄いことを特徴とする複合材翼。

【請求項2】

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る複合材翼であって、
前記複合材料層は、前記複合材翼の背側と腹側とを結ぶ方向である翼厚方向に積層され、
表面から前記翼厚方向に所定の深さまでの表層領域と、前記表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い深層領域と、を含む厚肉部分を有し、
前記表層領域における前記複合材料層の１層あたりの厚さが位置に応じて変動し、変動の傾向が単調でなく、前記表層領域における前記複合材料層の１層あたりの厚さの範囲を有し、前記深層領域における前記複合材料層の１層あたりの厚さが位置に応じて変動し、変動の傾向が単調でなく、前記深層領域における前記複合材料層の１層あたりの厚さの範囲を有し、
前記表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値は、前記深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値よりも薄いことを特徴とする複合材翼。

【請求項3】

前記厚肉部分よりも薄く、前記深層領域を含まない薄肉部分をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複合材翼。

【請求項4】

前記厚肉部分は、前記複合材翼の翼頂側と翼根側とを結ぶ方向である翼長方向における前記翼根側、かつ、前記複合材翼の前縁側と後縁側とを結ぶ方向である翼幅方向における中央部に設けられており、
前記薄肉部分は、前記翼根側の端部、及び、前記翼頂側に設けられており、前記翼頂側では、前記表層領域のみで構成される部分がそれ以外の部分よりも前記翼幅方向に広く形成されていることを特徴とする請求項３に記載の複合材翼。

【請求項5】

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る複合材翼であって、
前記複合材料層は、前記複合材翼の背側と腹側とを結ぶ方向である翼厚方向に積層され、
表面から前記翼厚方向に所定の深さまでの表層領域と、前記表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い深層領域と、を含む厚肉部分と、
前記厚肉部分よりも薄く、前記深層領域を含まない薄肉部分と、
を有し、
前記厚肉部分は、前記複合材翼の翼頂側と翼根側とを結ぶ方向である翼長方向における前記翼根側、かつ、前記複合材翼の前縁側と後縁側とを結ぶ方向である翼幅方向における中央部に設けられており、前記表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値は、前記深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値よりも薄く、
前記薄肉部分は、前記翼根側の端部、及び、前記翼頂側に設けられており、前記翼頂側では、前記表層領域のみで構成される部分がそれ以外の部分よりも前記翼幅方向に広く形成されていることを特徴とする複合材翼。

【請求項6】

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る複合材翼であって、
前記複合材料層は、前記複合材翼の背側と腹側とを結ぶ方向である翼厚方向に積層され、
表面から前記翼厚方向に所定の深さまでの表層領域と、前記表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い深層領域と、を含む厚肉部分と、
前記厚肉部分よりも薄く、前記深層領域を含まない薄肉部分と、
を有し、
前記厚肉部分は、前記複合材翼の翼頂側と翼根側とを結ぶ方向である翼長方向における前記翼根側、かつ、前記複合材翼の前縁側と後縁側とを結ぶ方向である翼幅方向における中央部に設けられており、前記表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値は、前記深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値よりも薄く、
前記薄肉部分は、前記翼根側の端部、及び、前記翼頂側に設けられており、前記翼頂側では、前記表層領域のみで構成される部分がそれ以外の部分よりも前記翼幅方向に広く形成されていることを特徴とする複合材翼。

【請求項7】

前記複合材翼の前縁側と後縁側とを結ぶ方向である翼幅方向と、前記複合材翼の翼頂側と翼根側とを結ぶ方向である翼長方向と、を含む面方向において、前記表層領域における複合材料層は、前記深層領域における複合材料層より、面積が大きいことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の複合材翼。

【請求項8】

前記背側の翼部分と、前記腹側の翼部分と、を有し、
前記背側の翼部分と前記腹側の翼部分とが中立面において接合されており、
前記背側の翼部分は、前記翼厚方向に、前記背側の表面から前記所定の深さまでの背側表層領域と、前記背側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い背側深層領域と、を含み、
前記腹側の翼部分は、前記翼厚方向に、前記腹側の表面から前記所定の深さまでの腹側表層領域と、前記腹側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い腹側深層領域と、を含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の複合材翼。

【請求項9】

前記複合材翼の前縁側と後縁側とを結ぶ方向である翼幅方向における端部は、前記背側表層領域と前記腹側表層領域とにより構成されており、
前記背側表層領域における複合材料層の翼幅方向における端部と、前記腹側表層領域における複合材料層の翼幅方向における端部と、が交互に他方の表層領域の複合材料層の中立面側表面に接触して設けられていることを特徴とする請求項８に記載の複合材翼。

【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る複合材翼であって、
前記複合材料層は、前記複合材翼の背側と腹側とを結ぶ方向である翼厚方向に積層され、
前記背側の表面から前記翼厚方向に所定の深さまでの背側表層領域と、
前記背側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い背側深層領域と、
前記腹側の表面から前記翼厚方向に所定の深さまでの腹側表層領域と、
前記腹側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い腹側深層領域と、
を有し、
前記背側表層領域及び前記背側深層領域と、前記腹側表層領域及び前記腹側深層領域とが中立面において接合されており、
前記複合材翼の前縁側と後縁側とを結ぶ方向である翼幅方向における端部は、前記背側表層領域と前記腹側表層領域とにより構成されており、
前記背側表層領域における複合材料層の前記翼幅方向における端部と、前記腹側表層領域における複合材料層の前記翼幅方向における端部と、が交互に他方の表層領域の複合材料層の中立面側表面に接触して設けられており、
前記複合材翼の翼頂側では、前記腹側表層領域及び前記背側表層領域のみで構成される部分がそれ以外の部分よりも前記翼幅方向に広く形成されていることを特徴とする複合材翼。

【請求項11】

強化繊維に樹脂が含浸された複合材料層を積層して複合材翼を製造する方法であって、
前記複合材翼の背側の表面を成形する背側成形面を有する背側成形型に、前記背側の表面から前記複合材翼の背側と腹側とを結ぶ方向である翼厚方向に、所定の深さまでの背側表層領域を構成する複合材料層を積層する背側表層領域積層ステップと、
前記背側成形型に積層した背側表層領域を構成する複合材料層の上に、前記背側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い背側深層領域を構成する複合材料層を積層する背側深層領域積層ステップと、
前記複合材翼の腹側の表面を成形する腹側成形面を有する腹側成形型に、前記腹側の表面から前記翼厚方向に所定の深さまでの腹側表層領域を構成する複合材料層を積層する腹側表層領域積層ステップと、
前記腹側成形型に積層した腹側表層領域を構成する複合材料層の上に、前記腹側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い腹側深層領域を構成する複合材料層を積層する腹側深層領域積層ステップと、
前記背側成形型に積層した背側表層領域及び背側深層領域をそれぞれ構成する複合材料層と、前記腹側成形型に積層した腹側表層領域及び腹側深層領域をそれぞれ構成する複合材料層と、を中立面において重ね合わせて接合する接合ステップと、
を含み、
前記背側表層領域及び前記腹側表層領域における前記複合材料層の１層あたりの厚さが位置に応じて変動し、変動の傾向が単調でなく、前記背側表層領域及び前記腹側表層領域における前記複合材料層の１層あたりの厚さの範囲を有し、前記背側深層領域及び前記腹側深層領域における前記複合材料層の１層あたりの厚さが位置に応じて変動し、変動の傾向が単調でなく、前記背側深層領域及び前記腹側深層領域における前記複合材料層の１層あたりの厚さの範囲を有し、
前記背側表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値は、前記背側深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値よりも薄く、
前記腹側表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値は、前記腹側深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値よりも薄いことを特徴とする複合材翼の製造方法。

【請求項12】

強化繊維に樹脂が含浸された複合材料層を積層して複合材翼を製造する方法であって、
前記複合材翼の背側の表面を成形する背側成形面を有する背側成形型に、前記背側の表面から前記複合材翼の背側と腹側とを結ぶ方向である翼厚方向に、所定の深さまでの背側表層領域を構成する複合材料層を積層する背側表層領域積層ステップと、
前記背側成形型に積層した背側表層領域を構成する複合材料層の上に、前記背側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い背側深層領域を構成する複合材料層を積層する背側深層領域積層ステップと、
前記複合材翼の腹側の表面を成形する腹側成形面を有する腹側成形型に、前記腹側の表面から前記翼厚方向に所定の深さまでの腹側表層領域を構成する複合材料層を積層する腹側表層領域積層ステップと、
前記腹側成形型に積層した腹側表層領域を構成する複合材料層の上に、前記腹側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い腹側深層領域を構成する複合材料層を積層する腹側深層領域積層ステップと、
前記背側成形型に積層した背側表層領域及び背側深層領域をそれぞれ構成する複合材料層と、前記腹側成形型に積層した腹側表層領域及び腹側深層領域をそれぞれ構成する複合材料層と、を中立面において重ね合わせて接合する接合ステップと、
を含み、
前記背側表層領域及び前記腹側表層領域における前記複合材料層の１層あたりの厚さが位置に応じて変動し、変動の傾向が単調でなく、前記背側表層領域及び前記腹側表層領域における前記複合材料層の１層あたりの厚さの範囲を有し、前記背側深層領域及び前記腹側深層領域における前記複合材料層の１層あたりの厚さが位置に応じて変動し、変動の傾向が単調でなく、前記背側深層領域及び前記腹側深層領域における前記複合材料層の１層あたりの厚さの範囲を有し、
前記背側表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値は、前記背側深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値よりも薄く、
前記腹側表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値は、前記腹側深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値よりも薄いことを特徴とする複合材翼の製造方法。

【請求項13】

前記複合材翼の翼頂側では、前記腹側表層領域及び前記背側表層領域のみで構成される部分をそれ以外の部分よりも前記複合材翼の前縁側と後縁側とを結ぶ方向である翼幅方向に広く形成することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の複合材翼の製造方法。

【請求項14】

強化繊維に樹脂が含浸された複合材料層を積層して複合材翼を製造する方法であって、
前記複合材翼の背側の表面を成形する背側成形面を有する背側成形型に、前記背側の表面から前記複合材翼の背側と腹側とを結ぶ方向である翼厚方向に、所定の深さまでの背側表層領域を構成する複合材料層を積層する背側表層領域積層ステップと、
前記背側成形型に積層した背側表層領域を構成する複合材料層の上に、前記背側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い背側深層領域を構成する複合材料層を積層する背側深層領域積層ステップと、
前記複合材翼の腹側の表面を成形する腹側成形面を有する腹側成形型に、前記腹側の表面から前記翼厚方向に所定の深さまでの腹側表層領域を構成する複合材料層を積層する腹側表層領域積層ステップと、
前記腹側成形型に積層した腹側表層領域を構成する複合材料層の上に、前記腹側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い腹側深層領域を構成する複合材料層を積層する腹側深層領域積層ステップと、
前記背側成形型に積層した背側表層領域及び背側深層領域をそれぞれ構成する複合材料層と、前記腹側成形型に積層した腹側表層領域及び腹側深層領域をそれぞれ構成する複合材料層と、を中立面において重ね合わせて接合する接合ステップと、
を含み、
前記背側表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値は、前記背側深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値よりも薄く、
前記腹側表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値は、前記腹側深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値よりも薄く、
前記複合材翼の翼頂側では、前記腹側表層領域及び前記背側表層領域のみで構成される部分をそれ以外の部分よりも前記複合材翼の前縁側と後縁側とを結ぶ方向である翼幅方向に広く形成することを特徴とする複合材翼の製造方法。

【請求項15】

強化繊維に樹脂が含浸された複合材料層を積層して複合材翼を製造する方法であって、
前記複合材翼の背側の表面を成形する背側成形面を有する背側成形型に、前記背側の表面から前記複合材翼の背側と腹側とを結ぶ方向である翼厚方向に、所定の深さまでの背側表層領域を構成する複合材料層を積層する背側表層領域積層ステップと、
前記背側成形型に積層した背側表層領域を構成する複合材料層の上に、前記背側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い背側深層領域を構成する複合材料層を積層する背側深層領域積層ステップと、
前記複合材翼の腹側の表面を成形する腹側成形面を有する腹側成形型に、前記腹側の表面から前記翼厚方向に所定の深さまでの腹側表層領域を構成する複合材料層を積層する腹側表層領域積層ステップと、
前記腹側成形型に積層した腹側表層領域を構成する複合材料層の上に、前記腹側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い腹側深層領域を構成する複合材料層を積層する腹側深層領域積層ステップと、
前記背側成形型に積層した背側表層領域及び背側深層領域をそれぞれ構成する複合材料層と、前記腹側成形型に積層した腹側表層領域及び腹側深層領域をそれぞれ構成する複合材料層と、を中立面において重ね合わせて接合する接合ステップと、
を含み、
前記背側表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値は、前記背側深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値よりも薄く、
前記腹側表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値は、前記腹側深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値よりも薄く、
前記複合材翼の翼頂側では、前記腹側表層領域及び前記背側表層領域のみで構成される部分をそれ以外の部分よりも前記複合材翼の前縁側と後縁側とを結ぶ方向である翼幅方向に広く形成することを特徴とする複合材翼の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複合材翼及び複合材翼の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

動翼及び静翼には、強化繊維に樹脂を含浸させた複合材料層を積層して形成された複合材翼が用いられる。産業用のガスタービン圧縮機に用いられる複合材翼は、高いバイパス比を達成するために、高次元のねじりを有しており、翼厚方向の厚さの変化が大きい。また、この複合材翼は、空力性能を上げるために、背側の表面、腹側の表面、前縁側の面及び後縁側の面の輪郭度及び厚さの精度を確保する必要がある。このような複合材翼は、形状の変化が大きい部分のせん断剥離を回避するため、長短の複合材料層を組み合わせた積層構造が提案されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第５３７５９７８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された複合材翼は、薄い複合材料層を大量に重ね合わせることで、輪郭度及び厚さの精度を確保している。また、特許文献１に記載された複合材翼は、場所に応じて複合材料層の積層枚数を変化させることで、翼厚方向の厚さの変化に対応している。しかしながら、薄い複合材料層を高い精度で準備する工程、薄い複合材料層を高い精度で大量に重ね合わせる工程、及び、場所に応じて高い精度で複合材料層の積層枚数を変化させる工程は、いずれも困難な工程であるため、特許文献１に記載された方法では、十分に複合材翼の輪郭度及び厚さの精度を確保することができないという問題があった。また、これらの工程は、いずれも困難な工程であるため、特許文献１に記載された方法では、複合材翼の製造の歩留まりが低くなり、その結果、複合材翼の製造のコストが高くなってしまうという問題があった。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、十分に輪郭度及び厚さの精度を確保することができ、かつ、製造のコストを低減できる複合材翼及び複合材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】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材翼は、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る複合材翼であって、前記複合材料層は、前記複合材翼の背側と腹側とを結ぶ方向である翼厚方向に積層され、表面から前記翼厚方向に所定の深さまでの表層領域と、前記表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い深層領域と、を含む厚肉部分を有し、前記表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値は、前記深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値よりも薄いことを特徴とする。

【0007】

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材翼は、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る複合材翼であって、前記複合材料層は、前記複合材翼の背側と腹側とを結ぶ方向である翼厚方向に積層され、表面から前記翼厚方向に所定の深さまでの表層領域と、前記表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い深層領域と、を含む厚肉部分を有し、前記表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値は、前記深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値よりも薄いことを特徴とする。

【0008】

これらの構成によれば、表層領域では比較的薄い複合材料層を用い、深層領域では比較的厚い複合材料層を用いるので、比較的薄い複合材料層により十分に輪郭度の精度を確保することができ、比較的厚い複合材料層により製造のコストを低減することができ、全体として、十分に厚さの精度を確保することができる。

【0009】

これらの構成において、前記複合材翼の前縁側と後縁側とを結ぶ方向である翼幅方向と、前記複合材翼の翼頂側と翼根側とを結ぶ方向である翼長方向と、を含む面方向において、前記表層領域における複合材料層は、前記深層領域における複合材料層より、面積が大きいことが好ましい。この構成によれば、比較的薄い複合材料層を用いる表層領域で、翼幅方向と翼長方向とを含む面方向におけるより広い範囲の輪郭度の精度を確保することができる。

【0010】

これらの構成において、前記厚肉部分よりも薄く、前記深層領域を含まない薄肉部分をさらに有することが好ましい。この構成によれば、比較的薄い複合材料層を用いる表層領域で、翼厚方向の厚さの薄い部分における厚さの精度を確保することができる。

【0011】

これらの構成において、前記背側の翼部分と、前記腹側の翼部分と、を有し、前記背側の翼部分と前記腹側の翼部分とが中立面において接合されており、前記背側の翼部分は、前記翼厚方向に、前記背側の表面から前記所定の深さまでの背側表層領域と、前記背側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い背側深層領域と、を含み、前記腹側の翼部分は、前記翼厚方向に、前記腹側の表面から前記所定の深さまでの腹側表層領域と、前記腹側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い腹側深層領域と、を含むことが好ましい。この構成によれば、背側及び腹側のそれぞれについて、比較的薄い複合材料層により十分に輪郭度の精度を確保することができ、比較的厚い複合材料層により製造のコストを低減することができ、全体として、十分に厚さの精度を確保することができる。

【0012】

背側の翼部分と腹側の翼部分とを有する構成において、前記複合材翼の前縁側と後縁側とを結ぶ方向である翼幅方向における端部は、前記背側表層領域と前記腹側表層領域とにより構成されており、前記背側表層領域における複合材料層の翼幅方向における端部と、前記腹側表層領域における複合材料層の翼幅方向における端部と、が交互に他方の表層領域の複合材料層の中立面側表面に接触して設けられていることが好ましい。この構成によれば、複合材料層の積層に伴って中立面の近傍に生じる間隙であるプライドロップを複合材料層の翼幅方向における端部により分断して、小さくすることができる。これにより、翼幅方向における端部における強度及び信頼性を向上させることができる。

【0013】

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材翼は、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る複合材翼であって、前記複合材料層は、前記複合材翼の背側と腹側とを結ぶ方向である翼厚方向に積層され、前記背側の表面から前記翼厚方向に所定の深さまでの背側表層領域と、前記背側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い背側深層領域と、前記腹側の表面から前記翼厚方向に所定の深さまでの腹側表層領域と、前記腹側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い腹側深層領域と、を有し、前記背側表層領域及び前記背側深層領域と、前記腹側表層領域及び前記腹側深層領域とが中立面において接合されており、前記複合材翼の前縁側と後縁側とを結ぶ方向である翼幅方向における端部は、前記背側表層領域と前記腹側表層領域とにより構成されており、前記背側表層領域における複合材料層の翼幅方向における端部と、前記腹側表層領域における複合材料層の翼幅方向における端部と、が交互に他方の表層領域の複合材料層の中立面側表面に接触して設けられていることを特徴とする。

【0014】

この構成によれば、複合材料層の積層に伴って中立面の近傍に生じる間隙であるプライドロップを複合材料層の端部により分断し、低減することができる。これにより、翼幅方向における端部における強度及び信頼性を向上させることができる。このため、形状が安定化するので、十分に輪郭度及び厚さの精度を確保することができる。また、中立面に対して翼厚方向に対称に複合材料層を重ね合わせる必要がないので、製造のコストを低減することができる。

【0015】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材翼の製造方法は、強化繊維に樹脂が含浸された複合材料層を積層して複合材翼を製造する方法であって、前記複合材翼の背側の表面を成形する背側成形面を有する背側成形型に、前記背側の表面から前記複合材翼の背側と腹側とを結ぶ方向である翼厚方向に、所定の深さまでの背側表層領域を構成する複合材料層を積層する背側表層領域積層ステップと、前記背側成形型に積層した背側表層領域を構成する複合材料層の上に、前記背側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い背側深層領域を構成する複合材料層を積層する背側深層領域積層ステップと、前記複合材翼の腹側の表面を成形する腹側成形面を有する腹側成形型に、前記腹側の表面から前記翼厚方向に所定の深さまでの腹側表層領域を構成する複合材料層を積層する腹側表層領域積層ステップと、前記腹側成形型に積層した腹側表層領域を構成する複合材料層の上に、前記腹側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い腹側深層領域を構成する複合材料層を積層する腹側深層領域積層ステップと、前記背側成形型に積層した背側表層領域及び背側深層領域をそれぞれ構成する複合材料層と、前記腹側成形型に積層した腹側表層領域及び腹側深層領域をそれぞれ構成する複合材料層と、を中立面において重ね合わせて接合する接合ステップと、含み、前記背側表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値は、前記背側深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値よりも薄く、前記腹側表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値は、前記腹側深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値よりも薄いことを特徴とする。

【0016】

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材翼の製造方法は、強化繊維に樹脂が含浸された複合材料層を積層して複合材翼を製造する方法であって、前記複合材翼の背側の表面を成形する背側成形面を有する背側成形型に、前記背側の表面から前記複合材翼の背側と腹側とを結ぶ方向である翼厚方向に、所定の深さまでの背側表層領域を構成する複合材料層を積層する背側表層領域積層ステップと、前記背側成形型に積層した背側表層領域を構成する複合材料層の上に、前記背側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い背側深層領域を構成する複合材料層を積層する背側深層領域積層ステップと、前記複合材翼の腹側の表面を成形する腹側成形面を有する腹側成形型に、前記腹側の表面から前記翼厚方向に所定の深さまでの腹側表層領域を構成する複合材料層を積層する腹側表層領域積層ステップと、前記腹側成形型に積層した腹側表層領域を構成する複合材料層の上に、前記腹側の表面から前記翼厚方向に前記所定の深さより深い腹側深層領域を構成する複合材料層を積層する腹側深層領域積層ステップと、前記背側成形型に積層した背側表層領域及び背側深層領域をそれぞれ構成する複合材料層と、前記腹側成形型に積層した腹側表層領域及び腹側深層領域をそれぞれ構成する複合材料層と、を中立面において重ね合わせて接合する接合ステップと、含み、前記背側表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値は、前記背側深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値よりも薄く、前記腹側表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値は、前記腹側深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値よりも薄いことを特徴とする。

【0017】

これらの構成によれば、背側及び腹側のそれぞれについて、表層領域では比較的薄い複合材料層を用い、深層領域では比較的厚い複合材料層を用いるので、比較的薄い複合材料層により十分に輪郭度の精度を確保することができ、比較的厚い複合材料層により製造のコストを低減することができ、全体として、十分に厚さの精度を確保することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、十分に輪郭度及び厚さの精度を確保することができ、かつ、製造のコストを低減できる複合材翼及び複合材翼の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る複合材翼の概略平面図である。

【図2】図２は、第１の実施形態に係る複合材翼の薄肉部分を含む断面における概略断面図である。

【図3】図３は、第１の実施形態に係る複合材翼の厚肉部分を含む断面における概略断面図である。

【図4】図４は、第１の実施形態に係る複合材翼の端部の拡大断面図である。

【図5】図５は、第１の実施形態に係る複合材翼を構成する複合材料層の厚さの範囲を説明する説明図である。

【図6】図６は、第１の実施形態に係る複合材翼の製造方法を示すフローチャートである。

【図7】図７は、第１の実施形態に係る複合材翼の製造方法におけるフローの途中の状態を説明する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

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、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る。

【0021】

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る複合材翼１０の概略平面図である。複合材翼１０は、複合材料を含む。詳細には、複合材翼１０は、複合材翼１０の背側と腹側とを結ぶ方向である翼厚方向に、複合材料層を積層して形成されている。複合材翼１０は、図１に示すように、内部に、内部領域１９を有する。内部領域１９は、複合材翼１０の軽量化のために、例えば、複合材料とは異なる材料、具体的には、発泡材料が用いられる領域である。複合材翼１０は、内部領域１９がある構成に限定されず、内部領域１９がない構成であってもよい。図１に示すＬ方向は、複合材翼１０の翼頂側と翼根側とを結ぶ方向である翼長方向である。図１に示すＷ方向は、複合材翼１０の前縁側と後縁側とを結ぶ方向である翼幅方向である。

【0022】

複合材翼１０に含まれる複合材料は、強化繊維と、強化繊維に含浸された樹脂と、を有する。この複合材料は、航空機、自動車及び船舶等に用いられる材料が例示される。強化繊維は、５μｍ以上７μｍ以下の基本繊維を数１００本から数１０００本程度束ねたものが例示される。強化繊維を構成する基本繊維は、ガラス繊維、カーボン繊維、及びアラミド繊維が好適なものとして例示される。強化繊維を構成する基本繊維は、これに限定されず、その他のプラスチック繊維又は金属繊維でもよい。なお、強化繊維は、図１から図４及び図７では、図示が省略されているが、実際には、複合材翼１０の内部で、細く、並んだ状態で配列されている。

【0023】

強化繊維に含浸される樹脂は、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、これに限定されず、その他の樹脂でもよい。

【0024】

強化繊維に含浸される樹脂が熱硬化性樹脂の場合、熱硬化性樹脂は、軟化状態と、硬化状態と、半硬化状態となることができる。軟化状態は、熱硬化性樹脂を熱硬化させる前の状態である。軟化状態は、自己支持性を有さない状態であり、支持体に支持されていない場合に形状を保持できない状態である。軟化状態は、加熱されて、熱硬化性樹脂が熱硬化反応をすることができる状態である。硬化状態は、熱硬化性樹脂を熱硬化させた後の状態である。硬化状態は、自己支持性を有する状態であり、支持体に支持されていない場合でも形状を保持できる状態である。硬化状態は、加熱されても、熱硬化樹脂が熱硬化反応をすることができない状態である。半硬化状態は、軟化状態と硬化状態との間の状態である。半硬化状態は、硬化状態よりも弱い程度の熱硬化を熱硬化性樹脂にさせた状態である。半硬化状態は、自己支持性を有する状態であり、支持体に支持されていない場合でも形状を保持できる状態である。半硬化状態は、加熱されて、熱硬化性樹脂が熱硬化反応をすることができる状態である。複合材翼１０を形成する複合材料層は、熱硬化性樹脂が半硬化状態であるプリプレグであることが好ましい。

【0025】

複合材翼１０を形成する複合材料層は、強化繊維の配向角度、すなわち、強化繊維の配列される方向の翼長方向に対する角度が異なるものが積層される。ここで、強化繊維の配向角度は、翼長方向を０度として、時計回りに＋の方向となるように定義される。複合材翼１０を形成する複合材料層は、具体的には、強化繊維の配向角度が０度、９０度、＋４５度、−４５度のものが、それぞれ適正な比率で積層されている。複合材翼１０を形成する複合材料層は、強化繊維の配向角度に応じて各方向の弾性率が異なり、強化繊維の配向角度が０度のものが最も弾性率が高い。

【0026】

複合材翼１０は、翼長方向を優先的に強化、すなわち０度方向の配向比率を高めることで、高い遠心力に対する耐性を向上させることができる。また、複合材翼１０は、薄肉化することで、軽量化することができる。一方、複合材翼１０は、長翼化かつ薄肉化する場合、曲げの固有振動数が低下してしまう。このため、複合材翼１０は、風量を増加させ、且つ、軽量化するために、長翼化かつ薄肉化する場合、曲げ剛性の高い強化繊維の配向角度が０度の複合材料層の積層枚数を多くすることで、曲げの固有振動数の低下を抑制することができる。つまり、複合材翼１０は、曲げ剛性の高い強化繊維の配向角度が０度の複合材料層の積層枚数を多くすることで、長翼化かつ薄肉化と、曲げの固有振動数の低下の抑制とを両立させることができる。

【0027】

図２は、第１の実施形態に係る複合材翼１０の薄肉部分１０ａを含む断面における概略断面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図３は、第１の実施形態に係る複合材翼１０の厚肉部分１０ｂを含む断面における概略断面図である。図３は、図１におけるＢ−Ｂ断面図である。図２及び図３に示すＴ方向は、複合材翼１０の翼厚方向である。薄肉部分１０ａは、図２及び図３に示すように、厚肉部分１０ｂよりも、翼厚方向に薄い。

【0028】

複合材翼１０は、図２に示すように、薄肉部分１０ａを含む。薄肉部分１０ａは、背側表層領域１２と、腹側表層領域１４と、を有する。背側表層領域１２は、翼厚方向に背側の表面から所定の深さまでの領域である。腹側表層領域１４は、翼厚方向に腹側の表面から所定の深さまでの領域である。背側表層領域１２及び腹側表層領域１４は、いずれも、翼厚方向に表面から所定の深さまでの表層領域に含まれる。薄肉部分１０ａは、後述する深層領域、すなわち背側深層領域１６及び腹側深層領域１８を含まない。

【0029】

複合材翼１０は、図３に示すように、厚肉部分１０ｂを含む。厚肉部分１０ｂは、背側表層領域１２と、腹側表層領域１４と、背側深層領域１６と、腹側深層領域１８と、内部領域１９と、を有する。背側深層領域１６は、背側の表面から翼厚方向に所定の深さより深い領域である。腹側深層領域１８は、腹側の表面から翼厚方向に所定の深さより深い領域である。背側深層領域１６及び腹側深層領域１８は、いずれも、表面から翼厚方向に所定の深さより深い表層領域に含まれる。

【0030】

複合材翼１０は、図２及び図３に示すように、背側表層領域１２と、腹側表層領域１４と、背側深層領域１６と、腹側深層領域１８と、内部領域１９と、を有する。背側表層領域１２及び背側深層領域１６は、いずれも、翼厚方向の中間に対して背側にある領域であり、背側の翼部分に含まれる。腹側表層領域１４及び腹側深層領域１８は、いずれも、翼厚方向の中間に対して腹側にある領域であり、腹側の翼部分に含まれる。すなわち、複合材翼１０は、背側の翼部分と、腹側の翼部分と、を有する。複合材翼１０は、背側の翼部分と腹側の翼部分とが中立面において接合されている。詳細には、複合材翼１０は、背側の翼部分における背側深層領域１６と、腹側の翼部分における腹側深層領域１８とが、中立面において接合されている。

【0031】

複合材翼１０は、翼幅方向と翼長方向とを含む面方向において、表層領域である背側表層領域１２及び腹側表層領域１４が、深層領域である背側深層領域１６及び腹側深層領域１８より、面積が大きい。すなわち、複合材翼１０は、翼幅方向と翼長方向とを含む面方向において、表層領域である背側表層領域１２及び腹側表層領域１４における複合材料層が、深層領域である背側深層領域１６及び腹側深層領域１８における複合材料層より、面積が大きい。

【0032】

図４は、第１の実施形態に係る複合材翼１０の端部の拡大断面図である。図４は、図２における領域Ｃの拡大図である。複合材翼１０は、図４に示すように、翼長方向に直交する面で切った断面において、翼幅方向における端部、すなわち複合材翼１０の前縁側の端部及び後縁側の端部が、表層領域である背側表層領域１２と腹側表層領域１４とによって構成されている。複合材翼１０は、翼幅方向における端部において、背側表層領域１２における複数の複合材料層１２ｓの端部と、腹側表層領域１４における複数の複合材料層１４ｓの端部と、が交互に他方の表層領域の複合材料層の中立面側表面に接触して設けられている。具体的には、複合材翼１０は、翼幅方向における端部において、複合材料層１２ｓの端部が複合材料層１４ｓの面に接触している接触部分２１と、複合材料層１４ｓの端部が複合材料層１２ｓの面に接触している接触部分２２と、が交互に配列されている。

【0033】

複合材翼１０は、翼幅方向における端部において接触部分２１と接触部分２２とが交互に配列されているので、複合材料層１２ｓの端部と複合材料層１４ｓの端部とが接触する場合と比較して、複合材料層の積層に伴って中立面近傍に生じる間隙であるプライドロップを複合材料層の端部により分断して、小さくすることができる。これにより、複合材翼１０は、翼幅方向における端部において強度及び信頼性が向上する。このため、複合材翼１０は、形状が安定化するので、十分に輪郭度及び厚さの精度を確保することができる。また、複合材翼１０は、中立面に対して翼厚方向に対称に複合材料層を重ね合わせる必要がないので、製造のコストを低減することができる。

【0034】

図５は、第１の実施形態に係る複合材翼１０を構成する複合材料層の厚さの範囲を説明する説明図である。複合材翼１０は、複合材翼１０を構成する複合材料層の厚さの範囲のパターン１では、図５の（１）の欄に示すように、表層領域である背側表層領域１２及び腹側表層領域１４における複合材料層の１層あたりの厚さの範囲Ｓ１と、深層領域である背側深層領域１６及び腹側深層領域１８における複合材料層の１層あたりの厚さの範囲Ｄ１と、を有する。範囲Ｓ１の中央値、すなわち、表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値は、範囲Ｄ１の中央値、すなわち、深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値よりも薄い。また、範囲Ｓ１の平均値、すなわち、表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値は、範囲Ｄ１の平均値、すなわち、深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値よりも薄い。このため、パターン１では、表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さは、深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さよりも薄い傾向を有する。なお、パターン１では、範囲Ｓ１と範囲Ｄ１が重なりを有する。このため、パターン１では、表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さと、深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さとの間には、傾向が入れ替わっている箇所がある。例えば、パターン１では、表層領域における複合材料層のうち最も厚い層は、深層領域における複合材料層のうち最も薄い層よりも厚くなっている。

【0035】

複合材翼１０は、複合材翼１０を構成する複合材料層の厚さの範囲のパターン２では、図５の（２）の欄に示すように、表層領域である背側表層領域１２及び腹側表層領域１４における複合材料層の１層あたりの厚さの範囲Ｓ２と、深層領域である背側深層領域１６及び腹側深層領域１８における複合材料層の１層あたりの厚さの範囲Ｄ２と、を有する。範囲Ｓ２の中央値、すなわち、表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値は、範囲Ｄ２の中央値、すなわち、深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値よりも薄い。また、範囲Ｓ２の平均値、すなわち、表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値は、範囲Ｄ２の平均値、すなわち、深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値よりも薄い。このため、パターン２では、表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さは、深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さよりも薄い傾向を有する。なお、パターン２では、範囲Ｓ２と範囲Ｄ２が特定の厚さのみで重なりを有する。このため、パターン２では、表層領域における複合材料層のうち最も厚い層は、深層領域における複合材料層のうち最も薄い層と同じ厚さとなっている。

【0036】

複合材翼１０は、複合材翼１０を構成する複合材料層の厚さの範囲のパターン３では、図５の（３）の欄に示すように、表層領域である背側表層領域１２及び腹側表層領域１４における複合材料層の１層あたりの厚さの範囲Ｓ３と、深層領域である背側深層領域１６及び腹側深層領域１８における複合材料層の１層あたりの厚さの範囲Ｄ３と、を有する。範囲Ｓ３の中央値、すなわち、表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値は、範囲Ｄ３の中央値、すなわち、深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値よりも薄い。また、範囲Ｓ３の平均値、すなわち、表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値は、範囲Ｄ３の平均値、すなわち、深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの平均値よりも薄い。このため、パターン３では、表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さは、深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さよりも薄い傾向を有する。なお、パターン３では、範囲Ｓ３と範囲Ｄ３との間に一定の厚さの間隙を有する。このため、パターン３では、表層領域における複合材料層のうち最も厚い層であっても、深層領域における複合材料層のうち最も薄い層よりも薄くなっている。

【0037】

複合材翼１０は、上記のいずれのパターンであっても、表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの傾向が単調ではない。すなわち、複合材翼１０は、表層領域において、翼厚方向にいくにつれて複合材料層が厚くなる箇所もあれば、複合材料層が薄くなる箇所もある。また、複合材翼１０は、上記のいずれのパターンであっても、深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの傾向が単調ではない。すなわち、複合材翼１０は、深層領域において、翼厚方向にいくにつれて複合材料層が厚くなる箇所もあれば、複合材料層が薄くなる箇所もある。

【0038】

複合材翼は、積層される複合材料層の１層あたりの厚さが薄ければ薄いほど、輪郭の精度が良くなるが、複合材料層の積層枚数が多くなってしまうため、製造コストが上昇してしまう。一方、複合材翼は、積層される複合材料層の１層あたりの厚さが厚ければ厚いほど、複合材料層の積層枚数が少なくなるため、製造コストが低減できるが、輪郭の精度が悪くなってしまう。そこで、上記のように、表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さが、深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さよりも薄い傾向を有するという少ない拘束条件を課すことで、複合材翼１０は、設計の自由度をほとんど落とすことなく、十分に輪郭度を確保することと、製造のコストを低減することとを両立して実現することができるものとなっている。また、複合材翼１０は、全体として、十分に厚さの精度を確保することができるものとなっている。

【0039】

表層領域である背側表層領域１２及び腹側表層領域１４における複合材料層は、強化繊維が、強化繊維を構成する繊維束を開いて幅広とした開繊系の織物であることが好ましい。この場合、表層領域である背側表層領域１２及び腹側表層領域１４における複合材料層は、強化繊維を構成する繊維束を薄くすることができるため、より高い精度で輪郭度を確保することができる。

【0040】

複合材翼１０は、背側の翼部分を背側表層領域１２と背側深層領域１６との２つの領域に分けて、背側表層領域１２に１層あたりの厚さが比較的薄い複合材料層を積層し、背側深層領域１６に１層あたりの厚さが比較的厚い複合材料層を積層している。複合材翼１０は、翼幅方向における翼根側の中央部において、背側表層領域１２の全体の厚さが背側深層領域１６の全体の厚さよりも薄い、すなわち背側表層領域１２の全体の厚さと背側深層領域１６の全体の厚さとの背側厚さ割合が１以下であることが好ましい。複合材翼１０は、翼幅方向における翼根側の中央部において、この背側厚さ割合が０．５以下であることがより好ましく、０．３３以下であることがより好ましい。この場合、複合材翼１０は、背側の翼部分について、十分に輪郭度及び厚さの精度をより確実に確保することができ、かつ、製造のコストをより低減することができる。

【0041】

複合材翼１０は、腹側の翼部分を腹側表層領域１４と腹側深層領域１８との２つの領域に分けて、腹側表層領域１４に１層あたりの厚さが比較的薄い複合材料層を積層し、腹側深層領域１８に１層あたりの厚さが比較的厚い複合材料層を積層している。複合材翼１０は、翼幅方向における翼根側の中央部において、腹側表層領域１４の全体の厚さが腹側深層領域１８の全体の厚さよりも薄い、すなわち腹側表層領域１４の全体の厚さと腹側深層領域１８の全体の厚さとの腹側厚さ割合が１以下であることが好ましい。複合材翼１０は、翼幅方向における翼根側の中央部において、この腹側厚さ割合が０．５以下であることがより好ましく、０．３３以下であることがより好ましい。この場合、複合材翼１０は、腹側の翼部分について、十分に輪郭度及び厚さの精度をより確実に確保することができ、かつ、製造のコストをより低減することができる。

【0042】

複合材翼１０は、背側の翼部分を背側表層領域１２と背側深層領域１６との２つの領域に分けているが、これに限定されることなく、３つ以上の領域に分けてもよい。複合材翼１０は、背側の翼部分を３つ以上の領域に分ける場合、背側の表面から翼厚方向に浅い方の層には１層あたりの厚さが比較的薄い複合材料層を積層し、背側の表面から翼厚方向に深い方の層に行くにつれて、１層あたりの厚さが次第に比較的厚い複合材料層を積層する。この場合、複合材翼１０は、背側の翼部分について、輪郭度及び厚さの精度の確保と、製造のコストの低減とを、細かいレベルで調整することができる。

【0043】

複合材翼１０は、腹側の翼部分を腹側表層領域１４と腹側深層領域１８との２つの領域に分けているが、これに限定されることなく、３つ以上の領域に分けてもよい。複合材翼１０は、腹側の翼部分を３つ以上の領域に分ける場合、腹側の表面から翼厚方向に浅い方の層には１層あたりの厚さが比較的薄い複合材料層を積層し、腹側の表面から翼厚方向に深い方の層に行くにつれて、１層あたりの厚さが次第に比較的厚い複合材料層を積層する。この場合、複合材翼１０は、腹側の翼部分について、輪郭度及び厚さの精度の確保と、製造のコストの低減とを、細かいレベルで調整することができる。

【0044】

図６は、第１の実施形態に係る複合材翼１０の製造方法を示すフローチャートである。図７は、第１の実施形態に係る複合材翼１０の製造方法におけるフローの途中の状態を説明する説明図である。図７は、図２及び図３と同様に、断面図である。図６及び図７を用いて、第１の実施形態に係る複合材翼１０の製造方法を説明する。第１の実施形態に係る複合材翼１０の製造方法は、第１の実施形態に係る複合材翼１０を得る方法の一例である。複合材翼１０の製造方法は、図６に示すように、背側表層領域積層ステップ（ステップＳ１２）と、背側深層領域積層ステップ（ステップＳ１４）と、腹側表層領域積層ステップ（ステップＳ１６）と、腹側深層領域積層ステップ（ステップＳ１８）と、接合ステップ（ステップＳ２０）と、を含む。

【0045】

まず、複合材翼１０の背側の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、を有する背側成形型３２を準備する。背側成形型３２を、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、背側表層領域１２を構成する複合材料層を積層する（ステップＳ１２）。

【0046】

次に、背側成形型３２に積層した背側表層領域１２を構成する複合材料層の上に、背側深層領域１６を構成する複合材料層を積層する（ステップＳ１４）。その後、背側成形型３２に積層した背側深層領域１６を構成する複合材料層の上に、内部領域１９の背側部分を構成する発泡材料を積層して、中立面を形成する。

【0047】

また、複合材翼１０の腹側の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、を有する腹側成形型３４を準備する。腹側成形型３４を、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、腹側表層領域１４を構成する複合材料層を積層する（ステップＳ１６）。

【0048】

次に、腹側成形型３４に積層した腹側表層領域１４を構成する複合材料層の上に、腹側深層領域１８を構成する複合材料層を積層する（ステップＳ１８）。その後、腹側成形型３４に積層した腹側深層領域１８を構成する複合材料層の上に、内部領域１９の腹側部分を構成する発泡材料を積層して、中立面を形成する。

【0049】

ここで、ステップＳ１２からステップＳ１８の順序は、ステップＳ１２の後にステップＳ１４が施され、ステップＳ１６の後にステップＳ１８が施されれば、適宜入れ替えることができる。例えば、ステップＳ１２、ステップＳ１６、ステップＳ１４及びステップＳ１８の順に施してもよいし、ステップＳ１６、ステップＳ１８、ステップＳ１２及びステップＳ１４の順に施してもよい。

【0050】

ステップＳ１２からステップＳ１８で積層される複合材料層は、いずれも、熱硬化性樹脂が、軟化状態または半硬化状態である。これらの複合材料層は、いずれも、熱硬化性樹脂が半硬化状態であるプリプレグであることが好ましい。

【0051】

第１の実施形態に係る複合材翼１０の製造方法におけるステップＳ１２及びステップＳ１６は、翼幅方向における端部において、背側表層領域１２における複数の複合材料層１２ｓの端部と、腹側表層領域１４における複数の複合材料層１４ｓの端部と、が交互に他方の表層領域の複合材料層の中立面側表面に接触して設けられるように、複数の複合材料層１２ｓ及び複数の複合材料層１４ｓをそれぞれ積層することが好ましい。具体的には、第１の実施形態に係る複合材翼１０の製造方法におけるステップＳ１２及びステップＳ１６は、翼幅方向における端部において、複合材料層１２ｓの端部が複合材料層１４ｓの面に接触している接触部分２１と、複合材料層１４ｓの端部が複合材料層１２ｓの面に接触している接触部分２２と、が交互に配列されるように、複数の複合材料層１２ｓ及び複数の複合材料層１４ｓをそれぞれ積層することが好ましい。

【0052】

ステップＳ１２からステップＳ１８が全て施された後、図７に示すように、背側成形型３２に積層した背側表層領域１２及び背側深層領域１６をそれぞれ構成する複合材料層、並びに、背側成形型３２に積層した内部領域１９の背側部分を構成する発泡材料と、腹側成形型３４に積層した腹側表層領域１４及び腹側深層領域１８をそれぞれ構成する複合材料層、並びに、腹側成形型３４に積層した内部領域１９の腹側部分を構成する発泡材料と、を中立面において重ね合わせる。これにより、図７に示すように、背側表層領域１２及び背側深層領域１６をそれぞれ構成する複合材料層が、それぞれプレ背側表層領域１２Ｐ及びプレ背側深層領域１６Ｐとなる。また、腹側表層領域１４及び腹側深層領域１８をそれぞれ構成する複合材料層が、それぞれプレ腹側表層領域１４Ｐ及びプレ腹側深層領域１８Ｐとなる。また、内部領域１９を構成する発泡材料が、プレ内部領域１９Ｐとなる。

【0053】

この中立面において重ね合わせる際、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、が重ね合わせられることで、複合材翼１０の輪郭度及び厚さの精度を確実に確保することができる。

【0054】

この中立面において重ね合わせた後、重ね合わせた複合材料層を加熱して、複合材料層に含まれる熱硬化性樹脂を、軟化状態または半硬化状態から、半硬化状態または硬化状態に硬化させることで、複合材料層を接合する（ステップＳ２０）。これに伴い、プレ背側表層領域１２Ｐ、プレ腹側表層領域１４Ｐ、プレ背側深層領域１６Ｐ、プレ腹側深層領域１８Ｐは、それぞれ、複合材料が接合された背側表層領域１２、腹側表層領域１４、背側深層領域１６及び腹側深層領域１８となる。また、プレ内部領域１９Ｐは、内部領域１９となる。このようにして、複合材翼１０が得られる。

【0055】

複合材翼１０及び複合材翼１０の製造方法は、以上のような構成を有するので、表層領域では比較的薄い複合材料層を用い、深層領域では比較的厚い複合材料層を用いる。このため、複合材翼１０及び複合材翼１０の製造方法は、比較的薄い複合材料層により十分に輪郭度の精度を確保することができ、比較的厚い複合材料層により製造のコストを低減することができ、全体として、十分に厚さの精度を確保することができる。

【0056】

複合材翼１０及び複合材翼１０の製造方法は、翼幅方向と翼長方向とを含む面方向において、表層領域における複合材料層が、深層領域における複合材料層より、面積が大きい。このため、複合材翼１０及び複合材翼１０の製造方法は、比較的薄い複合材料層を用いる表層領域で、翼幅方向と翼長方向とを含む面方向におけるより広い範囲の輪郭度の精度を確保することができる。

【0057】

複合材翼１０及び複合材翼１０の製造方法は、厚肉部分１０ｂよりも薄く、深層領域を含まない薄肉部分１０ａをさらに有する。このため、複合材翼１０及び複合材翼１０の製造方法は、比較的薄い複合材料層を用いる表層領域で、翼厚方向の厚さの薄い部分における厚さの精度を確保することができる。

【0058】

複合材翼１０及び複合材翼１０の製造方法は、背側の翼部分と腹側の翼部分とを有し、背側の翼部分と腹側の翼部分とが中立面において接合されており、背側の翼部分が背側表層領域１２と背側深層領域１６とを含み、腹側の翼部分が腹側表層領域１４と腹側深層領域１８とを含む。このため、複合材翼１０及び複合材翼１０の製造方法は、背側及び腹側のそれぞれについて、比較的薄い複合材料層により十分に輪郭度の精度を確保することができ、比較的厚い複合材料層により製造のコストを低減することができ、全体として、十分に厚さの精度を確保することができる。

【0059】

複合材翼１０及び複合材翼１０の製造方法は、さらに、翼幅方向における端部が、背側表層領域１２と腹側表層領域１４とにより構成されており、背側表層領域１２における複合材料層１２ｓの端部と、腹側表層領域１４における複合材料層１４ｓの端部と、が交互に他方の表層領域の複合材料層の中立面側表面に接触して設けられている。このため、複合材翼１０及び複合材翼１０の製造方法は、複合材料層１２ｓの端部と複合材料層１４ｓの端部とが接触する場合と比較して、複合材料層の積層に伴って中立面の近傍に生じる間隙であるプライドロップを複合材料層の端部により分断して、小さくすることができる。これにより、複合材翼１０及び複合材翼１０の製造方法は、翼幅方向における端部における強度及び信頼性を向上させることができる。このため、複合材翼１０及び複合材翼１０の製造方法は、複合材翼１０の形状を安定化させることができるので、十分に輪郭度及び厚さの精度を確保することができる。また、複合材翼１０及び複合材翼１０の製造方法は、中立面に対して翼厚方向に対称に複合材料層を重ね合わせる必要がないので、製造のコストを低減することができる。

【0060】

［第２の実施形態］
特許文献１に記載された複合材翼は、中立面に対して翼厚方向に対称に、薄い複合材料層を大量に重ね合わせている。このため、特許文献１に記載された複合材翼は、中立面において、複合材料層の積層に伴って中立面の近傍に生じる間隙であるプライドロップが大きく形成されてしまうという問題があった。特許文献１に記載された複合材翼は、大きく形成されてしまうプライドロップにより、翼幅方向における端部における強度及び信頼性が低下するという問題があった。第２の実施形態に係る複合材翼は、これらの問題に鑑みてなされたものであって、翼幅方向における端部における強度及び信頼性を向上させた複合材翼及び複合材翼の製造方法を提供することを目的とするものである。

【0061】

第２の実施形態に係る複合材翼は、第１の実施形態に係る複合材翼１０において、図５に示すような、複合材翼を構成する複合材料層の１層あたりの厚さの傾向がないものである。すなわち、第２の実施形態に係る複合材翼は、第１の実施形態に係る複合材翼１０において、表層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値または平均値が、深層領域における複合材料層の１層あたりの厚さの中央値または平均値よりも薄いという傾向がないものである。第２の実施形態に係る複合材翼は、その他の構成については、複合材翼１０と同様である。第２の実施形態の説明では、第１の実施形態と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。

【0062】

第２の実施形態に係る複合材翼は、複合材翼１０と同様に、強化繊維に樹脂が含浸された複合材料層が翼厚方向に積層されて形成されたものである。第２の実施形態に係る複合材翼に含まれる複合材料層を構成する強化繊維及び樹脂は、複合材翼１０に含まれる複合材料層を構成する強化繊維及び樹脂と同様である。

【0063】

第２の実施形態に係る複合材翼は、複合材翼１０と同様に、図２及び図３に示すように、背側表層領域１２と、腹側表層領域１４と、背側深層領域１６と、腹側深層領域１８と、内部領域１９と、を有する。背側表層領域１２は、背側の表面から翼厚方向に所定の深さまでの領域である。背側深層領域１６は、背側の表面から翼厚方向に所定の深さより深い領域である。腹側表層領域１４は、腹側の表面から翼厚方向に所定の深さまでの領域である。腹側深層領域１８は、腹側の表面から翼厚方向に所定の深さより深い領域である。

【0064】

第２の実施形態に係る複合材翼における背側表層領域１２及び腹側表層領域１４は、いずれも、複合材翼１０と同様に、翼厚方向に表面から所定の深さまでの表層領域に含まれる。第２の実施形態に係る複合材翼における背側深層領域１６及び腹側深層領域１８は、いずれも、複合材翼１０と同様に、翼厚方向に表面から所定の深さより深い深層領域に含まれる。

【0065】

第２の実施形態に係る複合材翼は、複合材翼１０と同様に、図２及び図３に示すように、薄肉部分１０ａと厚肉部分１０ｂとを有する。薄肉部分１０ａは、表層領域、すなわち背側表層領域１２と、腹側表層領域１４と、を有する。薄肉部分１０ａは、深層領域、すなわち背側深層領域１６及び腹側深層領域１８を含まない。厚肉部分１０ｂは、背側表層領域１２と、腹側表層領域１４と、背側深層領域１６と、腹側深層領域１８と、内部領域１９と、を有する。

【0066】

第２の実施形態に係る複合材翼は、複合材翼１０と同様に、背側の翼部分と、腹側の翼部分と、を有する。背側の翼部分は、翼厚方向の中間に対して背側にある領域であり、背側表層領域１２と背側深層領域１６とを含む。腹側の翼部分は、翼厚方向の中間に対して腹側にある領域であり、腹側表層領域１４と腹側深層領域１８とを含む。第２の実施形態に係る複合材翼は、複合材翼１０と同様に、背側の翼部分と腹側の翼部分とが中立面において接合されている。詳細には、第２の実施形態に係る複合材翼は、複合材翼１０と同様に、背側の翼部分における背側深層領域１６と、腹側の翼部分における腹側深層領域１８とが、中立面において接合されている。

【0067】

第２の実施形態に係る複合材翼は、複合材翼１０と同様に、翼幅方向と翼長方向とを含む面方向において、表層領域である背側表層領域１２及び腹側表層領域１４が、深層領域である背側深層領域１６及び腹側深層領域１８より、面積が大きい。すなわち、第２の実施形態に係る複合材翼は、複合材翼１０と同様に、翼幅方向と翼長方向とを含む面方向において、表層領域である背側表層領域１２及び腹側表層領域１４における複合材料層が、深層領域である背側深層領域１６及び腹側深層領域１８における複合材料層より、面積が大きい。

【0068】

第２の実施形態に係る複合材翼は、複合材翼１０と同様に、図４に示すように、翼幅方向における端部が、表層領域である背側表層領域１２と腹側表層領域１４とによって構成されている。複合材翼１０は、翼幅方向における端部において、背側表層領域１２における複数の複合材料層１２ｓの端部と、腹側表層領域１４における複数の複合材料層１４ｓの端部と、が交互に他方の表層領域の複合材料層の中立面側表面に接触して設けられている。具体的には、第２の実施形態に係る複合材翼は、複合材翼１０と同様に、翼幅方向における端部において、複合材料層１２ｓの端部が複合材料層１４ｓの面に接触している接触部分２１と、複合材料層１４ｓの端部が複合材料層１２ｓの面に接触している接触部分２２と、が交互に配列されている。

【0069】

第２の実施形態に係る複合材翼は、複合材翼１０と同様に、翼幅方向における端部において接触部分２１と接触部分２２とが交互に配列されているので、複合材料層１２ｓの端部と複合材料層１４ｓの端部とが接触する場合と比較して、複合材料層の積層に伴って生じる間隙であるプライドロップを複合材料層の端部により分断して、小さくすることができる。これにより、第２の実施形態に係る複合材翼は、複合材翼１０と同様に、翼幅方向における端部において強度及び信頼性が向上する。このため、第２の実施形態に係る複合材翼は、複合材翼１０と同様に、形状が安定化するので、十分に輪郭度及び厚さの精度を確保することができる。また、複合材翼１０は、中立面に対して翼厚方向に対称に複合材料層を重ね合わせる必要がないので、製造のコストを低減することができる。

【0070】

第２の実施形態に係る複合材翼の製造方法は、第２の実施形態に係る複合材翼を得る方法の一例である。第２の実施形態に係る複合材翼の製造方法は、第１の実施形態に係る複合材翼１０の製造方法と同様に、図６に示すように、背側表層領域積層ステップ（ステップＳ１２）と、背側深層領域積層ステップ（ステップＳ１４）と、腹側表層領域積層ステップ（ステップＳ１６）と、腹側深層領域積層ステップ（ステップＳ１８）と、接合ステップ（ステップＳ２０）と、を含む。

【0071】

第２の実施形態に係る複合材翼の製造方法におけるステップＳ１２及びステップＳ１６は、第１の実施形態と同様に、翼幅方向における端部において、背側表層領域１２における複数の複合材料層１２ｓの端部と、腹側表層領域１４における複数の複合材料層１４ｓの端部と、が交互に他方の表層領域の複合材料層の中立面側表面に接触して設けられるように、複数の複合材料層１２ｓ及び複数の複合材料層１４ｓをそれぞれ積層する。具体的には、第２の実施形態に係る複合材翼の製造方法におけるステップＳ１２及びステップＳ１６は、第１の実施形態と同様に、翼幅方向における端部において、複合材料層１２ｓの端部が複合材料層１４ｓの面に接触している接触部分２１と、複合材料層１４ｓの端部が複合材料層１２ｓの面に接触している接触部分２２と、が交互に配列されるように、複数の複合材料層１２ｓ及び複数の複合材料層１４ｓをそれぞれ積層する。これにより、第２の実施形態に係る複合材翼の製造方法は、第２の実施形態に係る複合材翼を得ることができる。

【0072】

第２の実施形態に係る複合材翼及び第２の実施形態に係る複合材翼の製造方法は、以上のような構成を有するので、複合材料層の積層に伴って生じる間隙であるプライドロップを複合材料層の端部により分断して、小さくすることができる。これにより、第２の実施形態に係る複合材翼及び第２の実施形態に係る複合材翼の製造方法は、翼幅方向における端部において強度及び信頼性が向上する。このため、第２の実施形態に係る複合材翼及び第２の実施形態に係る複合材翼の製造方法は、形状が安定化するので、十分に輪郭度及び厚さの精度を確保することができる。また、第２の実施形態に係る複合材翼及び第２の実施形態に係る複合材翼の製造方法は、中立面に対して翼厚方向に対称に複合材料層を重ね合わせる必要がないので、製造のコストを低減することができる。

【0073】

第２の実施形態に係る複合材翼及び第２の実施形態に係る複合材翼の製造方法は、複合材翼１０及び複合材翼１０の製造方法と同様に、翼幅方向と翼長方向とを含む面方向において、表層領域における複合材料層が、深層領域における複合材料層より、面積が大きい。このため、第２の実施形態に係る複合材翼及び第２の実施形態に係る複合材翼の製造方法は、複合材料層の翼幅方向における端部が交互に接触して設けられる端部において、強度及び信頼性がより向上する。このため、第２の実施形態に係る複合材翼及び第２の実施形態に係る複合材翼の製造方法は、翼幅方向と翼長方向とを含む面方向においてより広い範囲で形状が安定化するので、翼幅方向と翼長方向とを含む面方向におけるより広い範囲の輪郭度の精度を確保することができる。

【0074】

第２の実施形態に係る複合材翼及び第２の実施形態に係る複合材翼の製造方法は、複合材翼１０及び複合材翼１０の製造方法と同様に、厚肉部分１０ｂよりも薄く、深層領域を含まない薄肉部分１０ａをさらに有する。このため、第２の実施形態に係る複合材翼及び第２の実施形態に係る複合材翼の製造方法は、複合材料層の翼幅方向における端部が交互に接触して設けられる端部において、翼厚方向の厚さの薄い部分において強度及び信頼性がより向上する。このため、第２の実施形態に係る複合材翼及び第２の実施形態に係る複合材翼の製造方法は、翼厚方向の厚さの薄い部分において形状が安定化するので、翼厚方向の厚さの薄い部分における厚さの精度を確保することができる。

【符号の説明】

【0075】

１０ 複合材翼
１０ａ 薄肉部分
１０ｂ 厚肉部分
１２ 背側表層領域
１２Ｐ プレ背側表層領域
１２ｓ，１４ｓ 複合材料層
１４ 腹側表層領域
１４Ｐ プレ腹側表層領域
１６ 背側深層領域
１６Ｐ プレ背側深層領域
１８ 腹側深層領域
１８Ｐ プレ腹側深層領域
１９ 内部領域
１９Ｐ プレ内部領域
２１，２２ 接触部分
３２ 背側成形型
３２ａ 背側成形面
３２ｂ 背側型合わせ面
３４ 腹側成形型
３４ａ 腹側成形面
３４ｂ 腹側型合わせ面
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 範囲

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】