JP2006123277A

JP2006123277A - Ｆｒｐ構造体、ｆｒｐ風車翼及びｆｒｐ中空部材の接合方法

Info

Publication number: JP2006123277A
Application number: JP2004312865A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hirano; 敏行平野; Takao Kuroiwa; 隆夫黒岩; Yutaka Horie; 裕堀江; Eiji Kato; 英司加藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】接合強度をより一層向上させることができるＦＲＰ構造体を提供すること。
【解決手段】ＦＲＰ部材どうしの接合部を緊張材２０により縫合して一体に結合するＦＲＰ構造体の風車回転翼５Ａが、接合部５３を跨いでＦＲＰ部材である基端部５１及び先端部５２の表裏両面に補強板１０を配設し、緊張材２０で補強板１０の外側を巻き廻すように縫合した構成とされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば風力発電装置の風車翼等に適用されるＦＲＰ構造体、ＦＲＰ風車翼及びＦＲＰ中空部材の接合方法に関する。

従来より、自然エネルギーである風を利用して発電する風力発電装置が知られている。この風力発電装置に用いられる風車翼は、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）の長尺部材となるが、近年の大型化に伴い翼長さはさらに増大する傾向にある。
このため、工場で製造されるＦＲＰ製の風車翼については、その長尺化に伴い下記のような問題が生じてくる。
１）生産工場から据付現場までの輸送は、特に陸上輸送において車両や道路等の制約を受けるため、長尺化すればするほど困難なものとなる。
２）長尺化した風車翼は、製造設備が大型化し工場内の取り扱いも困難になるため、作業性や生産性等の向上に障害となる。

このような背景から、長尺の風車翼を長手方向に分割構造とすることが望まれる。
ところで、ＦＲＰ部材どうしを接合する従来技術としては、接着あるいはボルト等による締結が一般的である。しかし、接着は接合強度のばらつきが大きくなるという問題を有しており、一方、ボルト等による締結はボルト穴回りの応力集中や重量増大という問題を有している。
そこで、緊張材によりＦＲＰ部材の接合部を縫合し、接合強度の高い継手構造を得るというＦＲＰ部材の接合技術が提案されている。（たとえば、特許文献１参照）
特開２００３−１３９１７号公報

しかしながら、上述した緊張材によりＦＲＰ部材を縫合する接合技術の場合、ＦＲＰどうしの接合部における圧縮強度及び曲げ強度の問題が懸念される。特に、風車翼の場合、長尺方向に分割した接合面には風力を受けることにより曲げ応力が作用するので、ＦＲＰどうしの突き合わせ面（接合面）では応力分布が不均一になりやすく、また、接合部におけるＦＲＰ板の形状変化もあるため、座屈の発生による強度低下が懸念される。さらに、緊張材の周囲のＦＲＰ材については、緊張材の力が直接作用するため、応力集中による強度低下の問題も懸念される。

このように、長手方向に分割したＦＲＰ部材を緊張材により縫合して接合するＦＲＰ構造体においては、接合部における圧縮強度や曲げ強度の問題を解決して接合強度をより一層向上させることが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接合強度をより一層向上させることができるＦＲＰ構造体を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
請求項１に係る本発明は、ＦＲＰ部材どうしの接合部を緊張材により縫合して一体に結合したＦＲＰ構造体であって、
前記接合部を跨いで前記ＦＲＰ部材の表裏両面に補強部材を配設し、前記緊張材が前記補強部材の外側を巻き廻すように縫合したことを特徴とするものである。

このような本発明のＦＲＰ構造体とすれば、接合部を跨いでＦＲＰ部材の表裏両面に補強部材を配設し、緊張材が補強部材の外側を巻き廻すように縫合したので、接合部に作用する応力をＦＲＰ部材及び補強部材が協働して受けるようになり、接合部の剛性を増すことができる。この場合、特に圧縮強度及び曲げ強度が向上する。
また、緊張材による縫合は補強部材の外側を巻き回すようにしてなされるので、緊張材に接して応力集中を受けるＦＲＰ部材をなくすか、あるいは、最小限に抑えることができる。

上述したＦＲＰ構造体においては、前記補強部材が、前記緊張材による緊張幅より両端部を延長した縫合代を備えていることが好ましく、これにより、接合部の両側に存在する補強部材の長さが増すので、接合部付近における補強部材は、曲げ変形（局所的な座屈）に対する強度がより一層向上する。

上述したＦＲＰ構造体においては、前記補強部材が、前記接合部でＦＲＰ部材間に挟持される表裏連結部を備えた略Ｉ形断面形状であることが好ましく、これにより、接合部でＦＲＰ部材どうしが直接接触しないので、圧縮応力を受ける接合面のＦＲＰ部材に対する応力集中を緩和することができる。

上述したＦＲＰ構造体においては、前記補強部材が、外側へ膨出する曲面を備えていることが好ましく、これにより、緊張材に応力集中をもたらす角部なくすことができる。この場合、ＦＲＰ部材に設けられる緊張材を通す縫合穴についても、ＦＲＰ部材の肉厚に応じて、補強部材の曲面と連続する曲線状としたり、あるいは、縫合穴の両端出入口を面取することが好ましい。

上述したＦＲＰ構造体においては、前記補強部材及び前記緊張材を用いて縫合する接合部の表面が、ＦＲＰ部材から連続する略一体の平滑面であることが好ましく、これにより、外観上の一体感を得ることができる。また、このＦＲＰ部材が風車翼である場合、接合部の平滑化により、接合構造の採用に起因する翼性能の低下や騒音発生を防止することができる。
この場合、平滑面の形成は、下記のようにすればよい。
１）補強部材の表面に緊張材用の凹凸を設ける
２）後処理により表面に樹脂等を塗布する
３）表面より１段低くして補強部材及び緊張材を設置し、その上にＦＲＰを貼り付ける

上述したＦＲＰ構造体においては、前記接合部の接合面が、傾斜面を含む形状であることが好ましく、これにより、互いの接合面積が増すことにより接合強度を向上させることができる。

上述したＦＲＰ構造体においては、前記接合面に接着剤が塗布されていることが好ましく、これにより、接合強度をより一層増すことができる。
この場合、接着剤による接合面積を増すことが好ましく、たとえばＦＲＰ部材の接着面をヤスリ掛け程度に粗くしたり、あるいは、接合面をジグザグ形状とすればよい。

請求項７に係る本発明は、中空ＦＲＰ部材どうしの接合部を連結して一体に結合したＦＲＰ構造体であって、
前記中空ＦＲＰ部材の一方の外周面から突出する第１の係止面を備えた外周側の係止部と、前記中空ＦＲＰ部材の他方の内周面から突出する第２の係止面を備えた内周側の係止部とを備え、前記内周側の係止部が前記外周側の係止部を乗り越えた嵌合位置で、前記第１及び第２の係止面どうしが係合するように構成したことを特徴とするものである。

このような本発明のＦＲＰ構造体とすれば、中空ＦＲＰ部材の一方の外周面から突出する第１の係止面を備えた外周側の係止部と、中空ＦＲＰ部材の他方の内周面から突出する第２の係止面を備えた内周側の係止部とを備え、内周側の係止部が前記外周側の係止部を乗り越えた嵌合位置で、第１及び第２の係止面どうしが係合するように構成したので、接合作業が容易になり、たとえば工場で製造した風車翼を据付現場に搬送して接合する場合など現地作業に要する手間を最小限にすることができる。
なお、上述した係合は、たとえばＦＲＰ構造体が風車翼の場合、３箇所以上設けることが好ましい。

請求項８に係る本発明は、風力で回転する風車に用いられるＦＲＰ製の風車翼が、請求項１から８のいずれかに記載のＦＲＰ構造体であることを特徴とするものである。

このようなＦＲＰ風車翼とすれば、接合強度の高い分割構造が可能になる。

請求項１０に係る本発明は、中空ＦＲＰ部材どうしの接合部を跨いで補強部材を配設し、該補強部材を巻き廻して緊張材により縫合することで一体に結合するＦＲＰ中空部材の接合方法であって、
前記接合部に作業用隙間を形成して前記中空ＦＲＰ部材を設置する第１の工程と、前記接合部に前記緊張材を緩めに巻き廻して縫合する第２の工程と、前記緊張材を潜らせて前記接合部の所定位置に前記補強部材を配設する第３の工程と、前記中空ＦＲＰ部材を移動させて前記作業用隙間を閉じる第４の工程と、前記緊張材を引っ張って縫合を完了する第５の工程と、を備えていることを特徴とするものである。

このようなＦＲＰ中空部材の接合方法によれば、中空部材の外表面及び内表面に補強部材を配設して緊張材により縫合するという接合構造を容易に実現することができる。

上述した本発明によれば、接合部を跨いでＦＲＰ部材の表裏両面に補強部材を配設し、緊張材が補強部材の外側を巻き廻すように縫合したので、接合部に作用する応力をＦＲＰ部材及び補強部材が協働して受けるようになり、接合部における圧縮強度や曲げ強度を向上させ、接合部の剛性を増すことができる。この結果、長尺のＦＲＰ構造体を接合構造としても接合部が高強度の製品を得ることができるので、製品の耐久性や信頼性が増すという顕著な効果が得られる。

また、本発明の接合構造を長尺のＦＲＰ構造体である風車翼に適用することにより、翼長さを増してＦＲＰ風車翼を大型化し、優れた信頼性や耐久性を有する高出力の風力発電装置の提供が可能になる。
また、本発明のＦＲＰ中空部材の接合方法によれば、中空のＦＲＰ構造体内側にも補強部材を容易に配設して緊張材による縫合を行うことができる。

以下、本発明に係るＦＲＰ構造体の一実施形態として、風力発電装置のＦＲＰ風車翼を図面に基づいて説明する。
図２（ａ）に示す風力発電用風車１は、基礎６上に立設される支柱２と、支柱２の上端に設置されるナセル３と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル３に設けられるローターヘッド４とを有している。
ローターヘッド４には、その回転軸線周りに放射状にして複数枚の風車回転翼５が取り付けられている。これにより、ローターヘッド４の回転軸線方向から風車回転翼５に当たった風の力が、ローターヘッド４を回転軸線周りに回転させる動力に変換されるようになっている。

風車回転翼５は、図２（ｂ）に示す断面図のように、ＦＲＰを翼形に成形してなる中空のＦＲＰ構造体（ＦＲＰ風車翼）である。なお、風車回転翼５の翼形断面は、図中の符号５ａが前縁、５ｂが後縁、５ｃが背、５ｄが腹と呼ばれており、風力を受けて回転する通常の運転では、背５ｃに圧縮応力が作用し、腹５ｄに引張応力が作用する。
さて、上述した風車回転翼５は長尺のＦＲＰ構造体であり、長手方向の適所で分割したＦＲＰ部材どうしを一体に結合した構成とされる。以下、分割したＦＲＰ部材どうしの接合部を一体に結合する構造を詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１に示す第１の実施形態において、長尺の風車回転翼５Ａは、ローターヘッド４側に取り付けられる内周側の中空ＦＲＰ部材である基端部５１と、外周側の中空ＦＲＰ部材である先端部５２とが一体に結合されている。基端部５１及び先端部５２は中空の翼形断面を有しており、両部を結合する接合部５３は互いに一致する翼形断面形状の先端面とされる。換言すれば、接合部５３における両ＦＲＰ部材の翼形断面形状は、一体の風車回転翼を切断して得られるような同一の断面形状となる。なお、図１において、（ａ）は接合部近傍を示す外観斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図（後述する緊張材の縫合に沿った断面図）である。

ＦＲＰ部材どうしを一体に結合する接合部５３は、両部材の先端面を突き合わせた中空ＦＲＰ部材の表裏両面に、すなわち翼形断面形状を形成する外周側の表面（外表面）及び中空断面を形成する内周側の表面（内表面）に密着させて、補強部材となる補強板１０を配設した後、その外側を巻き廻すようにして緊張材２０により螺旋状に縫合されている。風車回転翼５Ａにおける軸方向の幅をＷに設定した補強板１０は、接合部５３を跨ぎ接合部５３の全域をカバーするようにして配設される。
なお、このようにして接合部５３の表裏両面に補強板１０を配設し、緊張材２０により補強板１０の外側を巻き回すような縫合は、風車回転翼５Ａにおいては中空翼形断面の両面に施される。

ここで使用する補強板１０は、たとえばアルミニウム等の金属板やＦＲＰ板のように、軽量で十分な強度を有する素材が好ましい。
また、縫合に使用する緊張材２０は、たとえばアラミド繊維、カーボン繊維及びガラス繊維等のように、引張強度の高い素材が好ましい。さらに、緊張材２０は補強板１０及びＦＲＰ部材の外側を巻き回すことから、優れた柔軟性を有する素材が好ましく、従って、引張強度及び柔軟性の両面で優れているアラミド繊維が最適である。

基端部５１及び先端部５２の接合部５３近傍には、緊張材２０を通す縫合穴５４が予め形成されている。この縫合穴５４は、縫合時に緊張材２０を容易に通すことができる最小径とされ、かつ、最も接合部５３側となる内壁面が補強板１０の端面と略一致するように設けられている。これは、緊張材２０の締め付け（引っ張り）により発生する圧縮力が、ＦＲＰ部材への局所的な応力集中を生じることなく、補強剤１０及びＦＲＰ部材の両方に略均等に作用するよう配慮したものである。

上述した接合部を有する風車回転翼５Ａは、風力による曲げ応力を受けた場合、接合部５３に作用する応力を補強板１０も負担することとなる。このため、接合部５３が補強板１０による補強を受けてその剛性を増し、特に、接合部５３の圧縮強度及び曲げ強度が向上する。
また、緊張材２０による縫合は補強板２０の外側を巻き回すようになされているので、ＦＲＰ部材のみに緊張材２０が直接接するようなことはなく、従って、ＦＲＰ部材が緊張材２０から単独で応力集中を受けることはなく、応力を分散することにより最小限に抑えることができる。

＜第２の実施形態＞
本発明に係るＦＲＰ構造体の第２の実施形態を図３に基づいて説明する。なお、図３（ａ）は図１（ｂ）に対応する同方向の断面図であり、上述した第１の実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態の風車回転翼５Ｂは、緊張材２０の縫合代１１を備えた補強板１０Ａを採用している。縫合代１１は、第１の実施形態に示した補強板１０の幅Ｗを縫合穴５４より外側へ延長した部分である。このような縫合代１１を設けた補強板１０Ａには、所定の縫合位置で基端部５１及び先端部５２に形成されている縫合穴５４と一致するようにして、略同じ径とした縫合孔１２を同数穿設してある。

また、縫合代１１を備えた補強板１０Ａは、風車回転翼５Ｂの軸方向に沿った断面図である図３（ｂ）に示すように、ＦＲＰ部材の厚さをｔとした場合、接合部５３からの幅寸法ｂは、ｔ以上３ｔ以下（ｔ＜ｂ＜３ｔ）となるように設定すればよい。これは、幅寸法ｂが厚さｔより小さいと補強部材として十分な強度が得られず、また、３ｔ以上に大きくしても補強強度は変わらないためである。
また、縫合穴５４の位置は、幅寸法ｂの中心（接合部５３から穴中心まで１／２ｂ）とするのが好ましい。

上述した縫合代１１を設けた補強板１０Ａのように、板幅（Ｗ′＝２ｂ）が緊張材２０による縫合幅より大きな値に設定されたことにより、接合部５３近傍の曲げ変形（局所的な座屈）に対する強度が向上し、より一層信頼性の高い結合が可能になる。このような補強剤１０Ａを用いた結合構造は、特に、接合部５３の圧縮強度及び曲げ強度が高くなる。

＜第３の実施形態＞
本発明に係るＦＲＰ構造体の第３の実施形態を図４に基づいて説明する。なお、図４は図１（ｂ）に対応する同方向の断面図であり、上述した各実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態の風車回転翼５Ｃは、基端部５１と先端部５２との接合部５３でＦＲＰ部材間に挟持される表裏連結部１３を備えた補強板１０Ｂが使用されている。図４に示した例では、表裏両面に配設される補強板１０Ｂが表裏連結部１２により連結された一体の略Ｉ形断面形状とされる。

このような略Ｉ形断面形状の補強部材を使用することにより、基端部５１及び先端部５２を突き合わせて接合する接合部５３においては、ＦＲＰ部材間に表裏連結部１３が挟持されるので、ＦＲＰ部材どうしが直接接触するようなことはない。従って、圧縮荷重を受けた場合の突合せ面では、表裏連結部１３を介して圧縮荷重を受けるようになるので、作用する荷重は面荷重となって応力集中を小さくし、接合部５３の圧縮強度及び曲げ強度を向上させることができる。
なお、上述した説明では、表裏両面に配設される補強板１０Ｂが表裏連結部１３により連結された一体構造の略Ｉ形断面形状としたが、表裏連結部１３を別体とした略Ｉ形断面形状としてもよい。さらに、図示の例では、上述した第２の実施形態と同様に、縫合代を備えた補強板１０Ｂとしたが、第１の実施形態と同様に、縫合代のない補強板としてもよい。

＜第４の実施形態＞
本発明に係るＦＲＰ構造体の第４の実施形態を図５に基づいて説明する。なお、図５は図１（ｂ）に対応する同方向の断面図であり、上述した各実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態の風車回転翼５Ｄは、基端部５１と先端部５２との接合部５３に配設する補強部材として、外側へ膨出する曲面、すなわちＦＲＰ部材の表面から離間する方向へ向けて膨出する曲面を備えている補強板１０Ｃが使用されている。図示の例では、補強板１０Ｃの曲面が円弧状とされるが、たとえば楕円形状などこれに限定されることはない。

このような補強板１０Ｃを採用することにより、縫合に使用する緊張材２０が略曲線状になるので、応力集中の生じやすい折曲部を曲線に近い緩やかな折曲形状とすることができる。このため、上述した各実施形態のように略９０度の急激な折曲部が形成される場合と比較すれば、応力集中の低減により緊張材２０の強度が向上する。この場合、ＦＲＰ部材の厚さが十分にあれば、縫合穴５４自体も補強板１０Ｃと一体に円形断面を形成する曲面とすることにより、応力集中が生じる折曲部を全くなくすこともできる。

また、図６に示す風車回転翼５Ｄ′は、上述した第４の実施形態の第１変形例である。この第１変形例は、図３の第２の実施形態と図５の第４の実施形態とを組み合わせたものであり、外側へ膨出する曲面の両側に縫合代１１を設けた補強板１０Ｃ′が採用されている。このような補強板１０Ｃ′は、折曲部の形状改善により緊張材２０の強度が向上するとともに、接合部５３の曲げ変形に対する強度も向上する。

また、図７に示す風車回転翼５Ｄ″は、上述した第４の実施形態の第２変形例である。この第２変形例は、図６の第１変形例に図４に示した第３の実施形態を組み合わせたものであり、表裏連結部１３が追加された補強板１０Ｃ″が採用されている。このような補強板１０Ｃ″は、折曲部の形状改善により緊張材２０の強度が向上すること、接合部５３の曲げ変形に対する強度が向上することに加えて、接合部５３の突合せ面における応力集中の低減により圧縮強度及び曲げ強度が向上する。

＜第５の実施形態＞
本発明に係るＦＲＰ構造体の第５の実施形態を図８に基づいて説明する。なお、図８は図１（ｂ）に対応する同方向の断面図であり、上述した各実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態の風車回転翼５Ｅは、接合部５３の外表面が両側のＦＲＰ部材から連続する平滑面とされる。すなわち、風車回転翼５Ｅの接合部５３には、基端部５１及び先端部５２の表面側に補強板１０及び緊張材２０を収容して平滑面を形成可能な段差部５５が設けられている。なお、図示の例では、図１（ｂ）に示した第１の実施形態と同様の補強板１０を採用しているが、縫合代１１を設けるなどこれに限定されることはない。

このように、補強部材１０及び緊張材２０を用いて縫合する接合部５３の表面が、ＦＲＰ部材から連続する略一体の平滑面であれば、ＦＲＰ構造体である風車回転翼５Ｅが外観上の一体感を得ることができる。また、風車回転翼５Ｅの場合、接合部５３の平滑化により、接合による段差や凹凸のない一体的な翼形状となるので、接合構造の採用に起因する翼性能の低下や騒音発生を防止することができる。
ところで、上述した平滑面の形成は、補強板１０の表面に緊張材２０用の凹凸を設けておくことにより、この凹凸を緊張材２０が埋めることにより可能になる。
また、上述した平滑面の形成は、後処理により接合部の表面に樹脂等を塗布することによっても可能となる。
また、段差部５５の深さを表面より１段低くしておき、補強板１０及び緊張材２０を設置した上に新たなＦＲＰを貼り付けることによっても可能になる。

＜第６の実施形態＞
本発明に係るＦＲＰ構造体の第６の実施形態を図９に基づいて説明する。なお、図９は図１（ｂ）に対応する同方向の断面図であり、上述した各実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態の風車回転翼５Ｆは、接合部５３ＡにおいてＦＲＰ部材どうしを突き合わせる接合面５１ａ，５２ａが傾斜面とされる。図９に示す例では、接合面５１ａ，５２ａの全体が板厚方向を斜めに切断した傾斜面とされ、板厚を鉛直方向に切断したものと比較して、接合面積の増加により接合強度を増すことができる。なお、接合面５１ａ，５２ａはその全体を傾斜面とする必要はなく、一部のみを傾斜面としてもよい。

また、図１０（ａ）に示す第１変形例の風車回転翼５Ｆ′では、接合部５３ＢがＦＲＰ部材を略く字状に切断した回転風車翼の軸方向傾斜面を含むものとされ、これによっても接合面積の増加により接合強度を増すことができる。なお、この場合、接合部５３Ｂの形状に合わせて、補強板１０も同様の略く字形状とされる。
このような接合形状とするため、たとえば図１０（ｂ）に示すように、単純なく字形状に切断したＦＲＰ部材の接合面５１ａ′，５２ａ′どうしを突き合わせて接合してもよいし、あるいは、図１０（ｃ）に示すように、クリスマスツリー形状に切断したＦＲＰ部材の接合面５１ａ″，５２ａ″どうしを突き合わせて接合してもよい。

＜第７の実施形態＞
本発明に係るＦＲＰ構造体の第７の実施形態を図１１に基づいて説明する。なお、図１１は図１（ｂ）に対応する同方向の断面図であり、上述した各実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態の風車回転翼５Ｇは、図１１（ａ）に示すように、補強部材１０ＡとＦＲＰ部材（基端部５１，先端部５２）及び、接合部５３におけるＦＲＰ部材どうしの接触面に接着剤６０が塗布されており、上述した縫合に接着を組み合わせて接合部５３の引張強度及び曲げ強度を向上させている。この場合、補強板１０に被接合材のＦＲＰ部材と同様のＦＲＰ板を採用することにより、良好な接着強度を得ることができる。また、接合部５３は、緊張材２０による締め付けを受けるため、接着面が押さえつけられて剥離の発生及び進展が抑制され、接着強度の向上に有効である。

このような接着は、たとえば接着面を粗くすることにより、接着面積の増加等により接着強度をより一層増すことができる。この場合の接着面は、表面にヤスリをかけて得られる粗さの数１０μｍ〜数１００μｍ程度が好ましい。
また、図１１（ｂ）に示すように、補強板１０ＡとＦＲＰ部材との接着面をジグザグ形状として接着面積を増し、接着強度を向上させてもよい。この場合のジグザグ形状は、そのピッチ及び深さを１ｍｍ〜数ｍｍ程度とするのが好ましい。

＜第８の実施形態＞
本発明に係るＦＲＰ構造体の第８の実施形態を図１２に基づいて説明する。なお、上述した各実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態の風車回転翼５Ｈは、中空ＦＲＰ部材どうしの接合部５３を連結して一体に結合するため、中空ＦＲＰ部材の一方である先端部５２の外周面から突出する挿入側係止面（第１の係止面）７１を備えた外周側の挿入係止部７２と、中空ＦＲＰ部材の他方である基端部５１の内周面から突出する受入側係止面（第２の係止面）７６を備えた内周側の受入係止部７７とを備え、両係止面７１，７６どうしの係合により抜け止めして一体化するように構成されている。この場合、挿入係止部７２及び受入係止部７７による嵌合・係止部は、適所に分散して複数、好ましくは３箇所以上設けるとよい。なお、図示の例では、挿入係止部７２及び受入係止部７７による嵌合・係止部が、周方向に均等に分配して４箇所設けられている。

挿入係止部７２は、図１２（ｂ）に示すように、先端から挿入側係止面７１に向けて外側に拡径する傾斜面７３を備えており、先端部５２を基端部５１に挿入して押し込むことにより、傾斜面７３に導かれて挿入係止部７２が弾性変形する。この結果、挿入係止部７２が受入係止部７７を乗り越えて図１２（ｃ）に示す嵌合位置に至るので、挿入側係止面７１と受入側係止面７６とが係合して抜け止めされる。なお、受入係止部７７の入口先端部７８を面取またはＲ加工して、挿入係止部７２の挿入開始を容易にするとよい。
従って、このような嵌合方式を接合部５３に採用することにより、接合作業が容易になるので、工場で製造した風車回転翼５Ｈの据付現場における作業に要する手間を省くことができる。

次に、上述した各実施形態に示した風車回転翼のように、中空ＦＲＰ部材どうしの接合部５３を跨いで補強板１０を配設し、この補強板１０を巻き廻して緊張材２０により縫合することで一体に結合するＦＲＰ中空部材の接合方法を図１３に基づいて説明する。すなわち、中空内部に隠れる所定位置に補強板１０を容易かつ確実に配設し、緊張材２０により縫合する場合の接合方法について説明する。

図１３（ａ）に示す第１の工程では、接合部５３に作業用の隙間Ｓを形成して中空ＦＲＰ部材である基端部５１及び先端部５２を設置する。
図１３（ｂ）に示す第２の工程では、作業用の隙間Ｓを維持した状態で、接合部５３に緊張材２０をゆったりと緩めに巻き廻し、仮の縫合をする。
図１３（ｃ）に示す第３の工程では、緊張材２０を潜らせ、接合部５３の所定位置に補強板１０を配設して仮置きする。このとき、補強材１０の仮置きには、特に中空内側に配設される補強材１０については、接着剤等を用いて所定位置に保持する必要がある。

図１３（ｄ）に示す第４の工程では、基端部５１及び先端部５２を移動させて作業用の隙間Ｓを閉じる。このとき、緊張材２０が緩く巻き廻されているので、両ＦＲＰ部材の接合は容易である。
図１３（ｅ）に示す第５の工程では、所定の張力となるよう緊張材２０を引っ張って縫合を完了する。このとき、補強板１０は、接合部５３を跨ぐ所定位置で緊張材２０の内側にあるので、ＦＲＰ部材とともに緊張材２０の締め付けを受ける。なお、緊張材２０の端部は、縫合穴５４や縫合孔１２より径の大きい端末金具等を固着することにより抜け止めされる。

このような工程を備えている中空ＦＲＰ部材の接合方法により、中空ＦＲＰ部材の内部に補強板１０を容易かつ確実に配設して緊張材２０による縫合を行うことができる。
なお、たとえば板状部材のように中実のＦＲＰ部材については、表裏両面が外部に露出しているので、中空内部に配設する補強板１０ように隠れて作業が妨げられるようなことはない。

これまで説明したように、本発明のＦＲＰ構造体によれば、接合部５３を跨いでＦＲＰ部材である基端部５１及び先端部５２の表裏両面に補強板１０を配設し、緊張材２０が補強板１０の外側を巻き廻すように縫合したので、接合部５３に作用する応力をＦＲＰ部材（基端部５１、先端部５２）及び補強板１０が協働して受けるようになり、従って、接合部５３における圧縮強度や曲げ強度を向上させ、接合部５３の剛性を増すことができる。この結果、たとえば風車回転翼５のような長尺のＦＲＰ構造体を接合構造としても、接合部５３を高強度にした製品を得ることができるため、その耐久性や信頼性を増すことができる。

また、上述した説明では、長尺のＦＲＰ構造体が中空ＦＲＰ部材を結合して一体化する風車回転翼であったが、たとえば中実の板状や棒状のＦＲＰ部材どうしを結合して一体化するなど、ＦＲＰ部材の結合に広く適用できることは言うまでもない。
そして、補強部材を用いて中空ＦＲＰ部材どうしを縫合・結合する場合には、緊張材を緩めた状態で仮の縫合を行うようにすれば、中空ＦＲＰ部材の内側にも補強部材を容易に配設して緊張材による縫合を行うことができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係るＦＲＰ構造体の第１の実施形態を示す図で、（ａ）は風車回転翼の接合部近傍を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。ＦＲＰ構造体の風車回転翼を備えた風力発電用風車（風力発電装置）を示す図で、（ａ）は風力発電用風車の概略構成を示す側面図、（ｂ）は風車回転翼の断面図である。本発明に係るＦＲＰ構造体の第２の実施形態を示す図で、（ａ）は緊張材に沿う接合部の断面図、（ｂ）は風車回転翼の軸方向に沿う接合部の寸法設定例を示す断面図である。本発明に係るＦＲＰ構造体の第３の実施形態を示す緊張材に沿う接合部の断面図である。本発明に係るＦＲＰ構造体の第４の実施形態を示す緊張材に沿う接合部の断面図である。第４の実施形態の第１変形例を示す断面図である。第４の実施形態の第２変形例を示す断面図である。本発明に係るＦＲＰ構造体の第５の実施形態を示す緊張材に沿う接合部の断面図である。本発明に係るＦＲＰ構造体の第６の実施形態を示す緊張材に沿う接合部の断面図である。第６の実施形態の第１変形例を示す図で、（ａ）は接合部の近傍を示す斜視図、（ｂ）は接合面を略く字状に切断した例を示す要部の分解斜視図、（ｃ）は接合面をクリスマスツリー形状に切断した例を示す要部の分解斜視図である。本発明に係るＦＲＰ構造体の第７の実施形態を示す緊張材に沿う接合部の断面図であり、（ａ）はそのままの接触面に接着剤を塗布した場合、（ｂ）は接触面をジグザグ形状にして接着剤を塗布した場合である。本発明に係るＦＲＰ構造体の第８の実施形態を示す図で、（ａ）は接合部付近を示す分解斜視図、（ｂ）は嵌合・係止部の嵌合前の状態を示す要部拡大図、（ｃ）は嵌合・係止部の嵌合状態を示す要部拡大図である。本発明に係る中空ＦＲＰ部材の接合方法を示す工程図で、（ａ）は第１の工程、（ｂ）は第２の工程、（ｃ）は第３の工程、（ｄ）は第４の工程、（ｅ）は第５の工程である。

符号の説明

１風力発電用風車
５，５Ａ〜５Ｈ風車回転翼（ＦＲＰ構造体）
１０，１０Ａ〜１０Ｃ補強板（補強部材）
１１縫合代
１２縫合孔
１３表裏連結部
５１基端部（ＦＲＰ部材）
５１ａ，５２ａ接合面（傾斜面）
５２先端部（ＦＲＰ部材）
５３接合部
５４縫合穴
５５段差部
６０接着剤
７１挿入側係止面（第１の係止面）
７２挿入係止部
７６受入側係止面（第２の係止面）
７７受入係止面

Claims

ＦＲＰ部材どうしの接合部を緊張材により縫合して一体に結合したＦＲＰ構造体であって、
前記接合部を跨いで前記ＦＲＰ部材の表裏両面に補強部材を配設し、前記緊張材が前記補強部材の外側を巻き廻すように縫合したことを特徴とするＦＲＰ構造体。
前記補強部材が、前記緊張材による緊張幅より両端部を延長した縫合代を備えていることを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ構造体。
前記補強部材が、前記接合部でＦＲＰ部材間に挟持される表裏連結部を備えた略Ｉ形断面形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のＦＲＰ構造体。
前記補強部材が、外側へ膨出する曲面を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
前記補強部材及び前記緊張材を用いて縫合する接合部の表面が、ＦＲＰ部材から連続する略一体の平滑面であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
前記接合部の接合面が、傾斜面を含む形状であることを特徴とする請求項１、２、４及び５のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
前記接合面に接着剤が塗布されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
中空ＦＲＰ部材どうしの接合部を連結して一体に結合したＦＲＰ構造体であって、
前記中空ＦＲＰ部材の一方の外周面から突出する第１の係止面を備えた外周側の係止部と、前記中空ＦＲＰ部材の他方の内周面から突出する第２の係止面を備えた内周側の係止部とを備え、
前記内周側の係止部が前記外周側の係止部を乗り越えた嵌合位置で、前記第１及び第２の係止面どうしが係合するように構成したことを特徴とするＦＲＰ構造体。
風力で回転する風車に用いられるＦＲＰ製の風車翼が、請求項１から８のいずれかに記載のＦＲＰ構造体であることを特徴とするＦＲＰ風車翼。
中空ＦＲＰ部材どうしの接合部を跨いで補強部材を配設し、該補強部材を巻き廻して緊張材により縫合することで一体に結合する中空ＦＲＰ部材の接合方法であって、
前記接合部に作業用隙間を形成して前記中空ＦＲＰ部材を設置する第１の工程と、
前記接合部に前記緊張材を緩めに巻き廻して縫合する第２の工程と、
前記緊張材を潜らせて前記接合部の所定位置に前記補強部材を配設する第３の工程と、
前記中空ＦＲＰ部材を移動させて前記作業用隙間を閉じる第４の工程と、
前記緊張材を引っ張って縫合を完了する第５の工程と、
を備えていることを特徴とする中空ＦＲＰ中空部材の接合方法。