JP2020131505A - 構造体及び構造体を備える風車用シェアウェブ - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化された構造体を提供する。【解決手段】構造体は、第１部材第１固定面と、第１部材第２固定面と、第１方向に沿って延びる第１部材第１側面及び第１部材第２側面と、第１部材第１主面及び第１部材第２主面と、を有し、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む複数の第１部材と、第２部材第１固定面と、第２部材第２固定面と、第１方向に交差する第２方向に沿って延びる第２部材第１側面及び第２部材第２側面と、第２部材第１主面及び第２部材第２主面と、を有し、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む複数の第２部材と、第１部材の第１部材第１側面と第２部材の第２部材第２側面とが交差する位置において第１部材第１側面と第２部材第２側面とを接続する接続部と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、構造体及び構造体を備える風車用シェアウェブに関する。

近年、再生可能エネルギーの中でもコストパフォーマンスに優れる風力発電が注目されている。特に大型風車は１機当りの発電量も大きく、コストパフォーマンスに優れるので、風車の大型化が進んでいる。具体的には、欧州では現在６０ｍ級の風車翼が主に用いられているが、今後は７５〜１５０ｍ級の風車翼が採用されていく見込みである。

しかし、風車翼を大型化するためには重量と強度が重要な問題となっている。このような問題に対して、例えば特許文献１や、特許文献２には、風車翼のスパーキャップの補強繊維として炭素繊維を用いる技術について開示されている。炭素繊維は軽量かつ高弾性の繊維であり、ガラス繊維を用いたスパーキャップより軽量で、強度等の性能が向上することが示されている。また、特許文献３には、炭素繊維を含み、線状の凸部が形成されたシートを、風車翼の表面に取り付けることが開示されている。

特開２０１３−１５１９２７号公報 特開２０１６−１２５４４１号公報 国際公開第２０１７／２０９３００号

スパーキャップなどを炭素繊維に置き換えるだけでは、より大型化する風車翼の強度及び軽量化が十分ではない可能性がある。更なる検討事項として、スパーキャップに接続されるシェアウェブを、強度を確保しつつ軽量化された設計にすることが考えられる。

従来の一般的なシェアウェブは、発泡樹脂やバルサ材等の板材からなる芯材の表面をガラス繊維強化樹脂で覆うことによって構成されている。本願の発明者等は、このような従来のシェアウェブを、強度を確保しつつより軽量化された構造とするために、シェアウェブのガラス繊維を単純に炭素繊維に置き換えようとした。しかしながら、この場合には、多量の炭素繊維が必要であった。また、ガラス繊維を単純に炭素繊維に置き換えた場合よりも、さらに高い軽量効果が望まれる場合も考えられた。このため、風車用シェアウェブに適用可能な、強度を確保しつつ軽量化された構造を有する構造体が望まれていた。

本発明は、内面同士が対向している第１対象体と第２対象体との間に介在される構造体であって、前記第１対象体の前記内面に固定される第１部材第１固定面と、前記第２対象体の前記内面に固定される第１部材第２固定面と、前記第１部材第１固定面から前記第１部材第２固定面に向かう第１方向に沿って延び、互いに対向する第１部材第１側面及び第１部材第２側面と、前記第１部材第１固定面、前記第１部材第２固定面、前記第１部材第１側面及び前記第１部材第２側面によって囲まれ、互いに対向する第１部材第１主面及び第１部材第２主面と、を有し、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む複数の第１部材であって、隣接する２つの前記第１部材の前記第１部材第１主面と前記第１部材第２主面とが向かい合うように並ぶ複数の第１部材と、前記第１対象体の前記内面に固定される第２部材第１固定面と、前記第２対象体の前記内面に固定される第２部材第２固定面と、前記第２部材第１固定面から前記第２部材第２固定面に向かうとともに前記第１方向に交差する第２方向に沿って延び、互いに対向する第２部材第１側面及び第２部材第２側面と、前記第２部材第１固定面、前記第２部材第２固定面、前記第２部材第１側面及び前記第２部材第２側面によって囲まれ、互いに対向する第２部材第１主面及び第２部材第２主面と、を有し、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む複数の第２部材であって、隣接する２つの前記第２部材の前記第２部材第１主面と前記第２部材第２主面とが向かい合うように並ぶ複数の第２部材と、前記第１部材の前記第１部材第１側面と前記第２部材の前記第２部材第２側面とが交差する位置において前記第１部材第１側面と前記第２部材第２側面とを接続する接続部と、を備える、構造体である。

本発明による構造体において、前記第１部材の前記第１部材第１主面及び前記第１部材第２主面、並びに前記第２部材の前記第２部材第１主面及び前記第２部材第２主面が平坦面を含んでもよい。

本発明による構造体において、前記第１部材は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む第１部材第１熱可塑性樹脂層と、少なくとも熱可塑性樹脂を含む第１部材第２熱可塑性樹脂層と、を有し、前記第１部材第２熱可塑性樹脂層における前記炭素繊維の含有量が、前記第１部材第１熱可塑性樹脂層における前記炭素繊維の含有量よりも小さくてもよい。

本発明による構造体において、前記第１部材第１熱可塑性樹脂層に含まれる前記炭素繊維が、一方向性の連続繊維であってもよい。

本発明による構造体において、前記第１部材は、前記第１部材第１熱可塑性樹脂層との間で前記第１部材第２熱可塑性樹脂層を挟むように位置し、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む第１部材第３熱可塑性樹脂層を更に有し、前記第１部材第２熱可塑性樹脂層における前記炭素繊維の含有量が、前記第１部材第３熱可塑性樹脂層における前記炭素繊維の含有量よりも小さくてもよい。

本発明による構造体において、前記第２部材は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む第２部材第１熱可塑性樹脂層と、少なくとも熱可塑性樹脂を含む第２部材第２熱可塑性樹脂層と、を有し、前記第２部材第２熱可塑性樹脂層における前記炭素繊維の含有量が、前記第２部材第１熱可塑性樹脂層における前記炭素繊維の含有量よりも小さくてもよい。

本発明による構造体において、前記第２部材第１熱可塑性樹脂層に含まれる前記炭素繊維が、一方向性の連続繊維であってもよい。

本発明による構造体において、前記第２部材は、前記第２部材第１熱可塑性樹脂層との間で前記第２部材第２熱可塑性樹脂層を挟むように位置し、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む第２部材第３熱可塑性樹脂層を更に有し、前記第２部材第２熱可塑性樹脂層における前記炭素繊維の含有量が、前記第２部材第３熱可塑性樹脂層における前記炭素繊維の含有量よりも小さくてもよい。

本発明による構造体において、前記第１部材第１固定面から前記第１部材第２固定面までの距離を第１部材長さＬ１と称し、前記第１部材第１側面から前記第１部材第２側面までの距離を第１部材幅Ｗ１と称し、前記第１部材第１主面から前記第１部材第２主面までの距離を第１部材厚みＴ１と称する場合、Ｗ１／Ｔ１が１以上１００以下であり、Ｌ１／Ｗ１が１０以上１０００以下であってもよい。

本発明による構造体において、前記第２部材第１固定面から前記第２部材第２固定面までの距離を第２部材長さＬ２と称し、前記第２部材第１側面から前記第２部材第２側面までの距離を第２部材幅Ｗ２と称し、前記第２部材第１主面から前記第２部材第２主面までの距離を第２部材厚みＴ２と称する場合、Ｗ２／Ｔ２が１以上１００以下であり、Ｌ２／Ｗ２が１０以上１０００以下であってもよい。

本発明による構造体において、前記接続部は、前記第１部材の前記第１部材第１側面と前記第２部材の前記第２部材第２側面とが交差する位置において前記第１部材第１側面と前記第２部材第２側面とを融着する融着部を含んでもよい。

本発明による構造体において、前記第１方向と前記第２方向とが成す角度が７５°以上１０５°以下であってもよい。

本発明は、上記記載の構造体を備える、風車用シェアウェブである。

本発明によれば、軽量化された構造体を提供することができる。

図１は、本発明の一実施の形態における構造体が用いられる風車用シェアウェブを有する風車の例を示す図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図３は、本実施の形態におけるシェアウェブ及びスパーキャップを示す図である。 図４は、本実施形態におけるシェアウェブ及びスパーキャップを示す図である。 図５は、本実施形態における構造体の第１部材を示す斜視図である。 図６は、本実施形態における構造体を示す斜視図である。 図７は、本実施形態における第１部材の断面図である。

以下、図面を参照して本発明の構造体の一実施の形態について説明する。本実施の形態においては、一例として、後述する風車の風車用シェアウェブに用いられる構造体について説明する。図１〜図７は、本発明による一実施の形態を説明するための図である。なお、本件明細書に添付する図面においては、理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。また、図面の寸法比率は説明の都合上、構成の一部が図面から省略される場合がある。

（風車）
まず、本実施の形態に係る構造体が用いられる風車用シェアウェブを有する風車について説明する。図１は、風力発電用の風車の図である。図１に示す風車８０は、基礎Ｂ上に立設される支柱８２と、支柱８２の上端に設置されるナセル８３と、ナセル８３に設けられた、略水平な線を回転軸線として回転可能なローターヘッド８４とを有している。図１に示す風車８０は、さらに、ローターヘッド８４の回転軸線周りに放射状に配置された、複数枚（例えば、３枚）の風車翼１を有する。ローターヘッド８４の回転軸線方向から風車翼１に当たった風の力は、ローターヘッド８４を回転軸線周りに回転させる動力に変換される。

（風車翼）
次に、本実施の形態に係る風車翼１について説明する。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ方向に沿った、風車翼１の断面図である。なお、以下の説明において、図２における上下方向をＺ方向、左右方向をＸ方向、Ｚ方向及びＸ方向に直交する方向をＹ方向と称する。図２に示す風車翼１は、外皮材１１と、前縁中間層材１２と、スパーキャップ１３と、後縁中間層材１４と、シェアウェブ２０と、内皮材１７と、を備えている。なお、図２においては、シェアウェブ２０の断面形状の図示は省略し、Ｙ方向からみた場合におけるシェアウェブ２０の輪郭を破線にて表示している。前縁中間層材１２及び後縁中間層材１４は、例えばＰＶＣ等の樹脂の発泡体、又はバルサ等の木材を材料とする。風車翼１のうち、外皮材１１、前縁中間層材１２及び内皮材１７が重なる部分、並びに外皮材１１、後縁中間層材１４及び内皮材１７が重なる部分は、外皮材１１と内皮材１７とをスキン材とし、前縁中間層材１２又は後縁中間層材１４をコア材とする、サンドイッチ構造となっている。図２に示す風車翼１において、外皮材１１および内皮材１７はそれぞれ、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で形成（構成）されている。

本実施の形態において、スパーキャップ１３は、図２に示すように、風車翼１の背側（図２において上側）および腹側（図２において下側）に、それぞれ一つずつ設けられている。スパーキャップ１３は、図２の断面図において風車翼１の外側に位置する外面１３ａと、風車翼１の内側に位置する内面１３ｂとを有する。スパーキャップ１３は、例えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で形成（構成）されている。スパーキャップ１３は、繊維強化プラスチックを多層に積層した部材であってもよい。スパーキャップ１３の内面１３ｂは、図２に示すように曲面であってもよく、図示はしないが平坦面であってもよい。

シェアウェブ２０について説明する。シェアウェブ２０は、スパーキャップ１３を支持する部材であり、風車翼１の背側（図２において上側）に位置するスパーキャップ１３と、腹側（図２において下側）に位置するスパーキャップ１３との間に介在されている。図２に示す例においては、Ｘ方向に並ぶ二つのシェアウェブ２０の輪郭が示されている。図３は、図２に示す風車翼１のシェアウェブ２０のうちの一つとスパーキャップ１３とを、図２と同じ方向からみた場合（Ｙ方向からみた場合）を示す図である。なお、図３及び後述する図４においては、スパーキャップ１３については断面形状のみを示している。また、図３及び後述する図４においては、図２において曲面として示されていたスパーキャップ１３の外面１３ａ及び内面１３ｂを、図の簡略化のために、Ｘ方向及びＹ方向に広がり、互いに平行な平坦面として示している。シェアウェブ２０は、風車翼１の背側に位置するスパーキャップ１３の内面１３ｂ及び風車翼１の腹側に位置するスパーキャップ１３の内面１３ｂに固定されている構造体２０１を備える。

なお、本実施の形態においては、構造体２０１が風車翼１のシェアウェブ２０を構成する例について説明するが、構造体２０１の用途は風車翼１には限られない。構造体２０１は、風車翼１の２つのスパーキャップ１３のような、間隔を空けて対向する２つの部材を支持する様々な用途において使用され得る。以下の説明において、風車翼１のスパーキャップ１３のような、構造体２０１によって支持される２つの部材のことを、第１対象体１３１及び第２対象体１３２とも称する。

構造体２０１について詳細に説明する。図３に示すように、構造体２０１は、第１部材２１と第２部材２２とを備える。第１部材２１は、第１対象体１３１の内面１３１ａ及び第２対象体１３２の内面１３２ａに固定されている。また、図３及び図４に示すように、第２部材２２も、第１部材２１と同様に第１対象体１３１の内面１３１ａ及び第２対象体１３２の内面１３２ａに固定されている。後述するように、第１部材２１と第２部材２２とは、それらの側面において互いに接続されている。

図４は、図３に示す一つのシェアウェブ２０とスパーキャップ１３とを、図３における右方からみた場合（Ｘ方向からみた場合）を示す図である。図４に示すように、構造体２０１は、第１対象体１３１及び第２対象体１３２の内面の面方向の１つであるＹ方向に並ぶ複数の上述の第１部材２１を備える。第１部材２１は、第１部材第１主面２１ｅ及び第１部材第２主面２１ｆが広がる方向がＺ方向に対して傾斜するよう、配置されている。第１部材第１主面２１ｅ及び第１部材第２主面２１ｆは、後述するように、第１部材２１の３対の面のうち最も広い面である。

また、構造体２０１は、第１対象体１３１及び第２対象体１３２の内面の面方向の１つであるＹ方向に並ぶ複数の上述の第２部材２２を備える。第２部材２２は、第２部材第１主面２２ｅ及び第２部材第２主面２２ｆが広がる方向が、Ｚ方向に対して傾斜するとともに上述の第１部材第１主面２１ｅ及び第１部材第２主面２１ｆが広がる方向に対して交差するよう、配置されている。第２部材第１主面２２ｅ及び第２部材第２主面２２ｆは、後述するように、第２部材２２の３対の面のうち最も広い面である。

図５は、図３及び図４に示す構造体２０１の複数の第１部材２１を示す斜視図である。第１部材２１は、図５に示すように、板状の形状を有する部材である。第１部材２１は、図５に示すように、第１部材第１固定面２１ａと、第１部材第２固定面２１ｂとを有する。第１部材２１は、図３及び図４に示すように、第１部材第１固定面２１ａにおいて第１対象体１３１の内面１３１ａに固定され、第１部材第２固定面２１ｂにおいて第２対象体１３２の内面１３２ａに固定される。第１部材第１固定面２１ａ及び第１部材第２固定面２１ｂの形状は、例えば、第１対象体１３１の内面１３１ａ及び第２対象体１３２の内面１３２ａのうち、第１部材第１固定面２１ａ及び第１部材第２固定面２１ｂが固定される部分の形状と同様である。図５に示す例においては、図３及び図４において第１対象体１３１の内面１３１ａ及び第２対象体１３２の内面１３２ａをＸ方向及びＹ方向に広がる平坦面として示していることに対応させ、第１部材第１固定面２１ａ及び第１部材第２固定面２１ｂをＸ方向及びＹ方向に広がる平坦面として示している。

また、第１部材２１は、図５に示すように、第１部材第１固定面２１ａから第１部材第２固定面２１ｂに向かう第１方向ｄ１に沿って延び、互いに対向する第１部材第１側面２１ｃ及び第１部材第２側面２１ｄを有する。第１部材第１側面２１ｃ及び第１部材第２側面２１ｄは、平行四辺形の形状を有する。図５に示すように、第１部材第１側面２１ｃ及び第１部材第２側面２１ｄは、平坦面を含んでいてもよい。図５に示す例において、第１部材第１側面２１ｃ及び第１部材第２側面２１ｄは、Ｙ方向及びＺ方向に広がる平坦面である。第１部材第１側面２１ｃ及び第１部材第２側面２１ｄは、第１対象体１３１の内面１３１ａ又は第２対象体１３２の内面１３２ａの少なくとも一部に対し垂直であってもよい。本実施の形態において、第１部材第１側面２１ｃ及び第１部材第２側面２１ｄは、第１対象体１３１の内面１３１ａ及び第２対象体１３２の内面１３２ａに対し垂直である。

また、第１部材２１は、図５に示すように、第１部材第１固定面２１ａ、第１部材第２固定面２１ｂ、第１部材第１側面２１ｃ及び第１部材第２側面２１ｄによって囲まれ、互いに対向する第１部材第１主面２１ｅ及び第１部材第２主面２１ｆを有する。第１部材第１主面２１ｅ及び第１部材第２主面２１ｆは、板状の形状を有する第１部材２１の３対の面のうち、最も広い面である。図５に示す例において、第１部材第１主面２１ｅ及び第１部材第２主面２１ｆは、矩形の形状を有する。図５に示すように、第１部材２１の第１部材第１主面２１ｅ及び第１部材第２主面２１ｆは、平坦面を含んでいてもよい。図５に示す例において、第１部材第１主面２１ｅ及び第１部材第２主面２１ｆは、ｄ１方向及びＸ方向に広がる平坦面である。

図４及び図５に示すように、第１部材第１固定面２１ａから第１部材第２固定面２１ｂまでの距離を第１部材長さＬ１と称する。本実施の形態における第１部材長さＬ１は、図４及び図５に示すように、第１方向ｄ１に沿ってみた場合における第１部材第１固定面２１ａから第１部材第２固定面２１ｂまでの距離である。また、図３及び図５に示すように、第１部材第１側面２１ｃから第１部材第２側面２１ｄまでの距離を第１部材幅Ｗ１と称し、第１部材第１主面２１ｅから第１部材第２主面２１ｆまでの距離を第１部材厚みＴ１と称する。この場合、Ｗ１／Ｔ１は、例えば１以上１００以下である。また、Ｌ１／Ｗ１は、例えば１０以上１０００以下である。第１部材長さＬ１は、例えば１０１ｍｍ以上１００００ｍｍ以下である。第１部材幅Ｗ１は、例えば１１ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。第１部材厚みＴ１は、例えば３ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

図５に示すように、構造体２０１は、第１部材２１を複数備える。構造体２０１が備える第１部材２１の数は、構造体２０１が用いられるシェアウェブ２０の大きさなどの構造体２０１の用途に応じて適宜定められる。図５には、６個の第１部材２１が示されている。図５に示すように、複数の第１部材２１は、隣接する２つの第１部材２１の第１部材第１主面２１ｅと第１部材第２主面２１ｆとが向かい合うように並ぶ。図５に示す例において、複数の第１部材２１は、隣接する２つの第１部材２１の第１部材第１主面２１ｅと第１部材第２主面２１ｆとが平行となるように並ぶ。図４及び図５に示す第１部材２１が並ぶ間隔Ｗ３は、例えば５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。間隔Ｗ３が５０ｍｍ以上であることによって、構造体２０１を特に十分に軽量化することができる。また、間隔Ｗ３が３００ｍｍ以下であることによって、構造体２０１のうち第１対象体１３１及び第２対象体１３２に接続される面の面積を特に十分に確保して、構造体２０１が第１対象体１３１及び第２対象体１３２に接続される強度を特に十分に確保することができる。

第２部材２２について説明する。図６は、第１部材２１及び第２部材２２を備える構造体２０１を示す斜視図である。第２部材２２は、図６に示すように、板状の形状を有する部材である。第２部材２２は、図６に示すように、第２部材第１固定面２２ａと、第２部材第２固定面２２ｂとを有する。第２部材２２は、図３及び図４に示すように、第２部材第１固定面２２ａにおいて第１対象体１３１の内面１３１ａに固定され、第２部材第２固定面２２ｂにおいて第２対象体１３２の内面１３２ａに固定される。第２部材第１固定面２２ａ及び第２部材第２固定面２２ｂの形状は、例えば、第１対象体１３１の内面１３１ａ及び第２対象体１３２の内面１３２ａのうち、第２部材第１固定面２２ａ及び第２部材第２固定面２２ｂが固定される部分の形状と同様である。図６に示す例においては、図３及び図４において第１対象体１３１の内面１３１ａ及び第２対象体１３２の内面１３２ａをＸ方向及びＹ方向に広がる平坦面として示していることに対応させ、第２部材第１固定面２２ａ及び第２部材第２固定面２２ｂをＸ方向及びＹ方向に広がる平坦面として示している。

また、第２部材２２は、図６に示すように、第２部材第１固定面２２ａから第２部材第２固定面２２ｂに向かうとともに第１方向ｄ１に交差する第２方向ｄ２に沿って延び、互いに対向する第２部材第１側面２２ｃ及び第２部材第２側面２２ｄを有する。第２部材第１側面２２ｃ及び第２部材第２側面２２ｄは、平行四辺形の形状を有する。図６に示すように、第２部材第１側面２２ｃ及び第２部材第２側面２２ｄは、平坦面を含んでいてもよい。図６に示す例において、第２部材第１側面２２ｃ及び第２部材第２側面２２ｄは、Ｙ方向及びＺ方向に広がる平坦面である。第２部材第１側面２２ｃ及び第２部材第２側面２２ｄは、第１対象体１３１の内面１３１ａ又は第２対象体１３２の内面１３２ａの少なくとも一部に対し垂直であってもよい。本実施の形態において、第２部材第１側面２２ｃ及び第２部材第２側面２２ｄは、第１対象体１３１の内面１３１ａ及び第２対象体１３２の内面１３２ａに対し垂直である。

また、第２部材２２は、図６に示すように、第２部材第１固定面２２ａ、第２部材第２固定面２２ｂ、第２部材第１側面２２ｃ及び第２部材第２側面２２ｄによって囲まれ、互いに対向する第２部材第１主面２２ｅ及び第２部材第２主面２２ｆを有する。第２部材第１主面２２ｅ及び第２部材第２主面２２ｆは、板状の形状を有する第２部材２２の３対の面のうち、最も広い面である。図６に示す例において、第２部材第１主面２２ｅ及び第２部材第２主面２２ｆは、矩形の形状を有する。図６に示すように、第２部材２２の第２部材第１主面２２ｅ及び第２部材第２主面２２ｆは、平坦面を含んでいてもよい。図６に示す例において、第２部材第１主面２２ｅ及び第２部材第２主面２２ｆは、ｄ２方向及びＸ方向に広がる平坦面である。

図４及び図６に示すように、第２部材第１固定面２２ａから第２部材第２固定面２２ｂまでの距離を第２部材長さＬ２と称する。本実施の形態における第２部材長さＬ２は、図４及び図６に示すように、第２方向ｄ２に沿ってみた場合における第２部材第１固定面２２ａから第２部材第２固定面２２ｂまでの距離である。また、図３及び図６に示すように、第２部材第１側面２２ｃから第２部材第２側面２２ｄまでの距離を第２部材幅Ｗ２と称し、第２部材第１主面２２ｅから第２部材第２主面２２ｆまでの距離を第２部材厚みＴ２と称する。この場合、Ｗ２／Ｔ２は、例えば１以上１００以下である。また、Ｌ２／Ｗ２は、例えば１０以上１０００以下である。第２部材長さＬ２は、例えば１０１ｍｍ以上１００００ｍｍ以下である。第２部材幅Ｗ２は、例えば１１ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。第２部材厚みＴ２は、例えば３ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

図６に示すように、構造体２０１は、第２部材２２を複数備える。構造体２０１が備える第２部材２２の数は、構造体２０１の用途に応じて適宜定められる。構造体２０１が備える第２部材２２の数は、例えば第１部材２１の数と同じである。図６には、６個の第２部材２２が示されている。図６に示すように、複数の第２部材２２は、隣接する２つの第２部材２２の第２部材第１主面２２ｅと第２部材第２主面２２ｆとが向かい合うように並ぶ。図６に示す例において、複数の第２部材２２は、隣接する２つの第２部材２２の第２部材第１主面２２ｅと第２部材第２主面２２ｆとが平行となるように並ぶ。図４及び図６に示す第２部材２２が並ぶ間隔Ｗ４は、例えば５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。間隔Ｗ４が５０ｍｍ以上であることによって、構造体２０１を特に十分に軽量化することができる。また、間隔Ｗ４が３００ｍｍ以下であることによって、構造体２０１のうち第１対象体１３１及び第２対象体１３２に接続される面の面積を特に十分に確保して、構造体２０１が第１対象体１３１及び第２対象体１３２に接続される強度を特に十分に確保することができる。

図４に示す第１方向ｄ１と第２方向ｄ２とが成す角度θは、例えば７５°以上１０５°以下である。これによって、第１部材２１の延びる第１方向ｄ１及び第２部材２２の延びる第２方向ｄ２の方向をより大きく異ならせて、方向の大きく異なる２方向において構造体２０１の強度を向上することができる。図４に示す例において、θは９０°である。

第１部材第１固定面２１ａ及び第２部材第１固定面２２ａの第１対象体１３１への固定、並びに第１部材第２固定面２１ｂ及び第２部材第２固定面２２ｂの第２対象体１３２への固定は、例えば接着剤によって第１部材第１固定面２１ａ及び第２部材第１固定面２２ａと第１対象体１３１とを接着し、第１部材第２固定面２１ｂ及び第２部材第２固定面２２ｂと第２対象体１３２とを接着することによって行うことができる。この場合、第１部材第１固定面２１ａ及び第２部材第１固定面２２ａと第１対象体１３１の内面１３１ａとを接着し、第１部材第２固定面２１ｂ及び第２部材第２固定面２２ｂと第２対象体１３２の内面１３２ａとを接着する接着剤としては、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含む接着剤を用いることができる。

第１部材２１及び第２部材２２の材料について説明する。第１部材２１及び第２部材２２は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含んでいる。本実施の形態において、第１部材２１及び第２部材２２は、いわゆる炭素繊維強化樹脂（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）材料を用いて作製された部材である。したがって、第１部材２１及び第２部材２２は、軽量かつ強度の高い、つまり比強度が大きいといった特長を有している。

図７は、第１部材２１の、第１部材第１主面２１ｅに垂直な面における断面図である。図７に示す第１部材２１は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む第１部材第１熱可塑性樹脂層２１１と、少なくとも熱可塑性樹脂を含む第１部材第２熱可塑性樹脂層２１２と、を有する。第１部材第２熱可塑性樹脂層２１２における炭素繊維の含有量は、第１部材第１熱可塑性樹脂層２１１における炭素繊維の含有量よりも小さい。第１部材第２熱可塑性樹脂層２１２は、炭素繊維を含有していなくてもよい。第１部材２１が炭素繊維を含む第１部材第１熱可塑性樹脂層２１１を有することによって、第１部材２１の強度を向上することができる。また、第１部材２１が、第１部材第１熱可塑性樹脂層２１１よりも炭素繊維の含有量の小さい第１部材第２熱可塑性樹脂層２１２を有することによって、第１部材２１に用いられる炭素繊維の量を減らしつつ、第１部材２１の厚みを確保して、後述する第１部材２１と第２部材２２との接続部２３の面積を大きくすることができる。

また、図７に示す第１部材２１は、第１部材第１熱可塑性樹脂層２１１との間で第１部材第２熱可塑性樹脂層２１２を挟むように位置し、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む第１部材第３熱可塑性樹脂層２１３を更に有する。第１部材第２熱可塑性樹脂層２１２における炭素繊維の含有量は、第１部材第３熱可塑性樹脂層２１３における炭素繊維の含有量よりも小さい。第１部材２１が第１部材第３熱可塑性樹脂層２１３を有することによって、第１部材２１の強度をさらに向上することができる。

また、図示はしないが、本実施の形態に係る第２部材２２は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む第２部材第１熱可塑性樹脂層と、少なくとも熱可塑性樹脂を含む第２部材第２熱可塑性樹脂層と、を有する。第２部材第２熱可塑性樹脂層における炭素繊維の含有量は、第２部材第１熱可塑性樹脂層における炭素繊維の含有量よりも小さい。第２部材第２熱可塑性樹脂層は、炭素繊維を含有していなくてもよい。第２部材２２が炭素繊維を含む第２部材第１熱可塑性樹脂層を有することによって、第２部材２２の強度を向上することができる。また、第２部材２２が、第２部材第１熱可塑性樹脂層よりも炭素繊維の含有量の小さい第２部材第２熱可塑性樹脂層を有することによって、第２部材２２に用いられる炭素繊維の量を減らしつつ、第２部材２２の厚みを確保して、後述する第１部材２１と第２部材２２との接続部２３の面積を大きくすることができる。

また、第２部材２２は、第２部材第１熱可塑性樹脂層との間で第２部材第２熱可塑性樹脂層を挟むように位置し、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む第２部材第３熱可塑性樹脂層を更に有する。第２部材第２熱可塑性樹脂層における炭素繊維の含有量は、第２部材第３熱可塑性樹脂層における炭素繊維の含有量よりも小さい。第２部材２２が第２部材第３熱可塑性樹脂層を有することによって、第２部材２２の強度をさらに向上することができる。

各樹脂層の材料について具体的に説明する。まず、第１部材２１の第１部材第１熱可塑性樹脂層２１１及び第１部材第３熱可塑性樹脂層２１３、並びに第２部材２２の第２部材第１熱可塑性樹脂層及び第２部材第３熱可塑性樹脂層の材料の一例について説明する。上述の炭素繊維を含む各樹脂層は、例えば、炭素繊維とこの炭素繊維に含浸させた熱可塑性樹脂を含む。各樹脂層が炭素繊維を含む場合には、例えばガラス繊維を含む場合と比較して、各樹脂層を、より軽量かつ高強度にすることができる。また、炭素繊維はガラス繊維よりも高い熱伝導性を有するため、後述する構造体２０１の製造方法において、第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとを融着によって接続する場合に、より効率よく接続面に熱を伝えることができる。具体的には、繊維状基材に熱可塑性樹脂を含浸させてなる樹脂層として、各樹脂層を作製することができる。繊維状基材としては、例えば一方向の連続繊維を含んでいてもよく、複数の方向に延びる織物状の連続繊維を含んでいてもよいし、連続繊維ではなく切断された長繊維を含んでいてもよい。ここで、長繊維とは例えば２０ｍｍ以上の長さを有する繊維を意味する。連続繊維は、各樹脂層の一方の端部から一方の端部に対向する他方の端部まで切断面を有していなくてもよい。第１部材第１熱可塑性樹脂層２１１が一方向性の連続繊維である炭素繊維を含む場合、連続繊維は、第１方向ｄ１に沿って延びていてもよい。また、第２部材第１熱可塑性樹脂層２２１が一方向性の連続繊維である炭素繊維を含む場合、連続繊維は、第２方向ｄ２に沿って延びていてもよい。これらの場合、連続繊維によって、第１部材２１又は第２部材２２の第１対象体１３１の内面１３１ａ及び第２対象体１３２の内面１３２ａに垂直な方向にはたらく圧力に対する強度を向上することができる。また、第１部材第３熱可塑性樹脂層２１３及び第２部材第３熱可塑性樹脂層２２３が一方向性の連続繊維である炭素繊維を含む場合、連続繊維は、第１方向ｄ１に沿って延びていてもよい。また、第２部材第３熱可塑性樹脂層２２３が一方向性の連続繊維である炭素繊維を含む場合、連続繊維は、第２方向ｄ２に沿って延びていてもよい。これらの場合、連続繊維によって、第１部材２１又は第２部材２２の第１対象体１３１の内面１３１ａ及び第２対象体１３２の内面１３２ａに垂直な方向にはたらく圧力に対する強度をさらに向上することができる。

各樹脂層に含まれる炭素繊維としては、例えば、ＰＡＮ系炭素繊維、ＰＩＴＣＨ系炭素繊維などを用いることができる。

繊維状基材に含浸させている熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、又はポリエーテルエーテルケトン系樹脂が好ましい。各樹脂層が熱可塑性樹脂を含む場合には、加熱することによって熱可塑性樹脂を軟化させて回収することができる。このため、構造体２０１のリサイクル性を向上することができる。

炭素繊維に熱可塑性樹脂を含浸させて各樹脂層を得る方法の一例として、例えば炭素繊維と熱可塑性樹脂を積層し、該積層体の温度を該熱可塑性樹脂の融点以上まで昇温し、該積層体を高圧でプレスすることで、熱可塑性樹脂を炭素繊維に含浸させることができる。

次に、第１部材第２熱可塑性樹脂層２１２及び第２部材第２熱可塑性樹脂層の材料について説明する。第１部材第２熱可塑性樹脂層２１２及び第２部材第２熱可塑性樹脂層が炭素繊維を含む場合、第１部材第２熱可塑性樹脂層２１２及び第２部材第２熱可塑性樹脂層の材料は、例えば上述した第１部材２１の第１部材第１熱可塑性樹脂層２１１、第１部材第３熱可塑性樹脂層２１３、第２部材２２の第２部材第１熱可塑性樹脂層及び第２部材第３熱可塑性樹脂層の材料と同様である。第１部材第２熱可塑性樹脂層２１２及び第２部材第２熱可塑性樹脂層が炭素繊維を含まない場合、第１部材第２熱可塑性樹脂層２１２及び第２部材第２熱可塑性樹脂層の材料は、例えば第１部材第２熱可塑性樹脂層２１２及び第２部材第２熱可塑性樹脂層が炭素繊維を含む場合に繊維状基材に含浸させ得る熱可塑性樹脂と同様の熱可塑性樹脂を含む。

構造体２０１は、図６に示すように、第１部材２１の第１部材第１側面２１ｃと第２部材２２の第２部材第２側面２２ｄとが交差する位置において第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとを接続する接続部２３をさらに備える。接続部２３は、例えば第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとを接着又は融着することによって、第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとを接続する。図６に示す例において、複数の接続部２３は、同じ平坦面上に位置する。この場合、複数の接続部２３は、第１対象体１３１の内面１３１ａ又は第２対象体１３２の内面１３２ａの少なくとも一部に対し垂直な平坦面上に位置してもよい。図６に示す例において、複数の接続部２３は、第１対象体１３１の内面１３１ａ及び第２対象体１３２の内面１３２ａに対し垂直な、Ｙ方向及びＺ方向に広がる面上に位置している。

接続部２３が第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとを融着する場合、接続部２３は、第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとが交差する位置において第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとを融着する融着部を含む。融着部は、第１部材２１に含まれる熱可塑性樹脂と第２部材２２に含まれる熱可塑性樹脂とを、第１部材第１側面２１ｃ及び第２部材第２側面２２ｄにおいて融着することによって形成される。この場合、融着部は、第１部材２１及び第２部材２２に含まれる熱可塑性樹脂を含む。

接続部２３が第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとを接着する場合、接続部２３は、第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとが交差する位置において、第１部材２１と第２部材２２とを接着する接着部を含む。接着部は、第１部材２１と第２部材２２とを接着する接着剤を含む部分である。接着部は、例えば、熱可塑性樹脂を含むホットメルト系接着剤である。接着部の熱可塑性樹脂としては、例えばポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂などを用いることができる。

接続部２３が熱可塑性樹脂を含む場合には、加熱することによって接続部２３を軟化させ、構造体２０１から除いて回収することができる。このため、構造体２０１のリサイクル性を向上することができる。

構造体２０１の製造方法の一例について説明する。まず、第１部材２１と第２部材２２とを、第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとが交差するように配置する。この場合、第１部材２１と第２部材２２とを、第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとが交差する位置において第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとが接するように配置してもよい。次に、第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとが交差する位置において第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとを接着又は融着し、接続部２３を形成する。第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとを接着することによって接続部２３を形成する場合、例えば第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとの間に接着剤を配置することによって、接着部を含む接続部２３を形成する。第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとを融着することによって接続部２３を形成する場合、例えば第１部材２１の第１部材第１側面２１ｃと第２部材２２の第２部材第２側面２２ｄとが交差する位置を部分的に加熱する。これによって、第１部材２１に含まれる熱可塑性樹脂と第２部材２２に含まれる熱可塑性樹脂とを、第１部材第１側面２１ｃ及び第２部材第２側面２２ｄにおいて融着させ、融着部を含む接続部２３を形成する。以上によって、構造体２０１を製造することができる。構造体２０１を形成した後、図３及び図４に示すように、構造体２０１の第１部材第１固定面２１ａ及び第２部材第１固定面２２ａを第１対象体１３１の内面１３１ａに固定し、構造体２０１の第１部材第２固定面２１ｂ及び第２部材第２固定面２２ｂを第２対象体１３２の内面１３２ａに固定してもよい。この場合、例えば接着剤を用いた接着によって、構造体２０１の第１部材第１固定面２１ａ及び第２部材第１固定面２２ａを第１対象体１３１の内面１３１ａに固定し、構造体２０１の第１部材第２固定面２１ｂ及び第２部材第２固定面２２ｂを第２対象体１３２の内面１３２ａに固定する。

なお、構造体２０１は、以下の製造方法によって製造されてもよい。まず、第１部材２１及び第２部材２２を、第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとが交差する位置関係となるように、第１対象体１３１及び第２対象体１３２の少なくともいずれか一方に固定する。次に、第１部材２１の第１部材第１側面２１ｃと第２部材２２の第２部材第２側面２２ｄとが交差する位置において第１部材第１側面２１ｃと第２部材第２側面２２ｄとを接着又は融着することによって接続部２３を形成する。

本実施の形態に係る構造体２０１によってもたらされる作用効果について説明する。本実施の形態に係る構造体２０１は、第１部材２１及び第２部材２２を備えることによって、例えば単純に板材の表面を炭素繊維強化樹脂で覆った構造体よりも、より軽量とすることができる。また、炭素繊維を用いて構造体２０１の強度を確保しつつ、炭素繊維の使用量を小さくすることができる。

特に、構造体２０１が第１対象体１３１と第２対象体１３２との間に介在される場合における構造体２０１の作用効果について説明する。本発明者らは、解析の結果、構造体２０１が第１対象体１３１と第２対象体１３２との間に介在される場合に第１対象体１３１及び第２対象体１３２から構造体２０１に加えられる圧力が、第１対象体１３１の内面１３１ａ又は第２対象体１３２の内面１３２ａに垂直な方向において特に強くなることを見出した。また、本発明者らは、本実施の形態に係る構造体２０１は、上述の第１対象体１３１の内面１３１ａ又は第２対象体１３２の内面１３２ａに垂直な方向に加えられる圧力に対して特に強い強度を有することを見出した。以上より、本実施の形態に係る構造体２０１は、構造体２０１が第１対象体１３１と第２対象体１３２との間に介在される場合に、第１対象体１３１及び第２対象体１３２から加えられる圧力に対する強度を確保しつつ、炭素繊維の使用量を小さくすることができる。

１ 風車翼
１１ 外皮材
１３ スパーキャップ
１３ａ 外面
１３ｂ 内面
１３１ 第１対象体
１３１ａ 内面
１３２ 第２対象体
１３２ａ 内面
１７ 内皮材
２０ シェアウェブ
２０１ 構造体
２１ 第１部材
２１ａ 第１部材第１固定面
２１ｂ 第１部材第２固定面
２１ｃ 第１部材第１側面
２１ｄ 第１部材第２側面
２１ｅ 第１部材第１主面
２１ｆ 第１部材第２主面
２１１ 第１部材第１熱可塑性樹脂層
２１２ 第１部材第２熱可塑性樹脂層
２１３ 第１部材第３熱可塑性樹脂層
２２ 第２部材
２２ａ 第２部材第１固定面
２２ｂ 第２部材第２固定面
２２ｃ 第２部材第１側面
２２ｄ 第２部材第２側面
２２ｅ 第２部材第１主面
２２ｆ 第２部材第２主面
２３ 接続部
８０ 風車
８２ 支柱
８３ ナセル
８４ ローターヘッド

Claims (13)

1. 内面同士が対向している第１対象体と第２対象体との間に介在される構造体であって、
   前記第１対象体の前記内面に固定される第１部材第１固定面と、前記第２対象体の前記内面に固定される第１部材第２固定面と、前記第１部材第１固定面から前記第１部材第２固定面に向かう第１方向に沿って延び、互いに対向する第１部材第１側面及び第１部材第２側面と、前記第１部材第１固定面、前記第１部材第２固定面、前記第１部材第１側面及び前記第１部材第２側面によって囲まれ、互いに対向する第１部材第１主面及び第１部材第２主面と、を有し、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む複数の第１部材であって、隣接する２つの前記第１部材の前記第１部材第１主面と前記第１部材第２主面とが向かい合うように並ぶ複数の第１部材と、
   前記第１対象体の前記内面に固定される第２部材第１固定面と、前記第２対象体の前記内面に固定される第２部材第２固定面と、前記第２部材第１固定面から前記第２部材第２固定面に向かうとともに前記第１方向に交差する第２方向に沿って延び、互いに対向する第２部材第１側面及び第２部材第２側面と、前記第２部材第１固定面、前記第２部材第２固定面、前記第２部材第１側面及び前記第２部材第２側面によって囲まれ、互いに対向する第２部材第１主面及び第２部材第２主面と、を有し、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む複数の第２部材であって、隣接する２つの前記第２部材の前記第２部材第１主面と前記第２部材第２主面とが向かい合うように並ぶ複数の第２部材と、
   前記第１部材の前記第１部材第１側面と前記第２部材の前記第２部材第２側面とが交差する位置において前記第１部材第１側面と前記第２部材第２側面とを接続する接続部と、
   を備える、構造体。
2. 前記第１部材の前記第１部材第１主面及び前記第１部材第２主面、並びに前記第２部材の前記第２部材第１主面及び前記第２部材第２主面が平坦面を含む、請求項１に記載の構造体。
3. 前記第１部材は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む第１部材第１熱可塑性樹脂層と、少なくとも熱可塑性樹脂を含む第１部材第２熱可塑性樹脂層と、を有し、
   前記第１部材第２熱可塑性樹脂層における前記炭素繊維の含有量が、前記第１部材第１熱可塑性樹脂層における前記炭素繊維の含有量よりも小さい、請求項１又は２に記載の構造体。
4. 前記第１部材第１熱可塑性樹脂層に含まれる前記炭素繊維が、一方向性の連続繊維である、請求項３に記載の構造体。
5. 前記第１部材は、前記第１部材第１熱可塑性樹脂層との間で前記第１部材第２熱可塑性樹脂層を挟むように位置し、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む第１部材第３熱可塑性樹脂層を更に有し、
   前記第１部材第２熱可塑性樹脂層における前記炭素繊維の含有量が、前記第１部材第３熱可塑性樹脂層における前記炭素繊維の含有量よりも小さい、請求項３又は４に記載の構造体。
6. 前記第２部材は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む第２部材第１熱可塑性樹脂層と、少なくとも熱可塑性樹脂を含む第２部材第２熱可塑性樹脂層と、を有し、
   前記第２部材第２熱可塑性樹脂層における前記炭素繊維の含有量が、前記第２部材第１熱可塑性樹脂層における前記炭素繊維の含有量よりも小さい、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の構造体。
7. 前記第２部材第１熱可塑性樹脂層に含まれる前記炭素繊維が、一方向性の連続繊維である、請求項６に記載の構造体。
8. 前記第２部材は、前記第２部材第１熱可塑性樹脂層との間で前記第２部材第２熱可塑性樹脂層を挟むように位置し、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む第２部材第３熱可塑性樹脂層を更に有し、
   前記第２部材第２熱可塑性樹脂層における前記炭素繊維の含有量が、前記第２部材第３熱可塑性樹脂層における前記炭素繊維の含有量よりも小さい、請求項６又は７に記載の構造体。
9. 前記第１部材第１固定面から前記第１部材第２固定面までの距離を第１部材長さＬ１と称し、前記第１部材第１側面から前記第１部材第２側面までの距離を第１部材幅Ｗ１と称し、前記第１部材第１主面から前記第１部材第２主面までの距離を第１部材厚みＴ１と称する場合、Ｗ１／Ｔ１が１以上１００以下であり、Ｌ１／Ｗ１が１０以上１０００以下である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の構造体。
10. 前記第２部材第１固定面から前記第２部材第２固定面までの距離を第２部材長さＬ２と称し、前記第２部材第１側面から前記第２部材第２側面までの距離を第２部材幅Ｗ２と称し、前記第２部材第１主面から前記第２部材第２主面までの距離を第２部材厚みＴ２と称する場合、Ｗ２／Ｔ２が１以上１００以下であり、Ｌ２／Ｗ２が１０以上１０００以下である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の構造体。
11. 前記接続部は、前記第１部材の前記第１部材第１側面と前記第２部材の前記第２部材第２側面とが交差する位置において前記第１部材第１側面と前記第２部材第２側面とを融着する融着部を含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の構造体。
12. 前記第１方向と前記第２方向とが成す角度が７５°以上１０５°以下である、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の構造体。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の構造体を備える、風車用シェアウェブ。