複合材構造物の修理方法および複合材構造物
【課題】修理により十分な強度回復を図ることにより、複合材構造物の製品歩留まりを向上させることができる複合材構造物の修理方法を提供する。
【解決手段】少なくとも一方向に延びる繊維により強化された樹脂からなる母材における欠陥を削り取り、削除穴を形成する欠陥削除工程Ｓ１と、削除穴の周囲の母材を削り削除穴の開口部を広げ、かつ、繊維の延びる方向に基づいて開口部の拡大幅を変える拡大工程Ｓ２と、母材と同じ樹脂を含む補修部により削除穴を埋め、補修部の樹脂を硬化させる硬化工程Ｓ３と、を有することを特徴とする。
【解決手段】少なくとも一方向に延びる繊維により強化された樹脂からなる母材における欠陥を削り取り、削除穴を形成する欠陥削除工程Ｓ１と、削除穴の周囲の母材を削り削除穴の開口部を広げ、かつ、繊維の延びる方向に基づいて開口部の拡大幅を変える拡大工程Ｓ２と、母材と同じ樹脂を含む補修部により削除穴を埋め、補修部の樹脂を硬化させる硬化工程Ｓ３と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に風力発電装置における複合材構造物である風車回転翼の修理に用いて好適な複合材構造物の修理方法および複合材構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと表記する。）により形成された構造物おける亀裂やボイド（気泡）などの欠陥は、以下の工程により補修されている。
（１）欠陥部分を完全に削り取る工程。
（２）削り取った部分の周囲に一定テーパ比のテーパ面を形成する。または、一定間隔の階段状の面を形成する工程（例えば、特許文献１および非特許文献１参照。）。
（３）削り取った部分を、ＦＲＰを用いて埋める工程。
【０００３】
上述の（３）の工程は、以下に述べるいずれかの方法によって行われていた。
（ａ）削り取った部分に繊維を載せて、真空含浸法により樹脂を削り取った部分に注入し硬化させる方法。
（ｂ）紫外線硬化（以下ＵＶ硬化と表記する。）タイプのプリプレグを削り取った部分に載せて、紫外線を照射することにより硬化させる方法。
（ｃ）プリプレグのパッチを削り取った部分に載せて、熱を加えることにより硬化させる方法（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
このような補修を行うことで、欠陥による構造物の強度低下の回復が図られ、製品歩留まりの低下が防止されていた。
【特許文献１】特開平０１−２５９９３１号公報
【特許文献２】特開平１１−３４８１４１号公報
【非特許文献１】ディー・ビー・ミラクル，エス・エル・ドナルドソン（Ｄ．Ｂ．Ｍｉｒａｃｌｅ ａｎｄ Ｓ．Ｌ．Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ）著，「ＡＳＭ ＨＡＮＤＢＯＯＫ（Ｖｏｌｕｍｅ２１， Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ／ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ， Ｍａｉｎｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ， ａｎｄ Ｒｅｐａｉｒ）」，エイエスエム・インターナショナル（ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ），２００１年，ｐ．８８２−９０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、テーパ面のテーパ比を一定（または階段状のステップ間隔を一定）とすると、削除範囲が最適化されていない恐れがあった。
すなわち、過剰にテーパを取りすぎて削除範囲が広くなっている恐れや、逆に剛性が高い方向（繊維が延びる方向）に沿って傾斜するテーパが不足している恐れがあり、十分な強度回復が図られていない恐れがあった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、修理により十分な強度回復を図ることにより、複合材構造物の製品歩留まりを向上させることができる複合材構造物の修理方法および複合材構造物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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の複合材構造物の修理方法は、少なくとも一方向に延びる繊維により強化された樹脂からなる母材における欠陥を削り取り、削除穴を形成する欠陥削除工程と、前記削除穴の周囲の前記母材を削り前記削除穴の開口部を広げ、かつ、前記繊維の延びる方向に基づいて前記開口部の拡大幅を変える拡大工程と、前記母材と同じ前記樹脂を含む補修部により前記削除穴を埋め、前記補修部の樹脂を硬化させる硬化工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、母材における繊維の延びる方向に基づいて開口部の拡大幅を変えることにより、開口部の拡大幅を均一にする場合と比較して、母材の削除範囲を少なくするとともに、複合材構造物の強度回復を図ることができる。
【０００９】
例えば、母材における繊維が延びる方向については母材の剛性が他の方向と比較して高いため、開口部の拡大幅を広くすることで、母材と補修部との間で応力が伝達される接触面を広くする。このようにすることで、修理後の複合材構造物の強度回復を確保できる。
【００１０】
一方、それ以外の方向、つまり、繊維が延びる方向とは交差する方向については母材の剛性が、繊維が延びる方向に係る剛性より低いため、開口部の拡大幅を狭くすることで、母材つまり複合材構造物の削除範囲を少なくできる。この場合、母材の当該方向の剛性は相対的に低いため、母材と補修部との間で応力が伝達される接触面を狭くしても、母材と修理部の界面で破壊が発生することなく応力が伝達される。
【００１１】
上記発明においては、 前記母材において最も強い外力を支持する繊維が延びる方向に沿う前記拡大幅が、その他の方向に沿う前記拡大幅よりも広いことが望ましい。
【００１２】
本発明によれば、最も強い外力を支持する繊維が延びる方向に沿って、削除穴を拡大させる拡大幅を最も広くすることで、母材と補修部との間で応力が伝達される接触面を確実に広くすることができる。そのため、修理後の複合材構造物の強度回復をより確実に確保できる。
一方、その他の方向に沿って削除穴を拡大させる拡大幅については、上述の繊維が延びる方向に沿う拡大幅よりも狭くすることで、母材の削除範囲を少なくできる。
【００１３】
上記発明においては、前記拡大工程において、前記削除穴の周囲の前記母材は、前記削除穴における前記開口部に近づくにつれて、前記開口部の面積が徐々に広くなるテーパ状に削られることが望ましい。
【００１４】
本発明によれば、削除穴における底面から開口部までの間の母材をテーパ状に削ることにより、母材と補修部との間における応力の集中が防止され、修理後の複合材構造物の強度回復をより確実に確保できる。
【００１５】
上記発明においては、前記母材には、それぞれ異なる方向に延びる前記繊維を含む樹脂からなる複数の樹脂層が積層され、前記テーパにおけるテーパ比を、前記複数の樹脂層に含まれる前記繊維の延びる方向に基づいて変えることが望ましい。
【００１６】
本発明によれば、各樹脂層に含まれる繊維の延びる方向に基づいて、テーパの比を変えるため、異なる方向に延びる繊維を含む複数の樹脂層を積層させた母材、つまり複合材構造物であっても、修理後の複合材構造物の強度回復を確実に確保できる。さらに、複合材構造物の削除範囲を少なくできる。
【００１７】
上記発明においては、前記拡大工程において、前記底面および前記開口部の近傍領域では、前記底面および前記開口部の中間領域よりテーパ比が小さなテーパ状に削られることが望ましい。
【００１８】
本発明によれば、応力の集中が起こりやすい底面および開口部の近傍領域におけるテーパの比を、底面および開口部の中間領域におけるテーパのテーパ比よりも小さくすることで、底面および開口部の近傍領域における応力の集中を緩和させることができる。そのため、修理後の複合材構造物の強度回復を確実に確保できる。
【００１９】
上記発明においては、前記拡大工程において、前記削除穴の周囲の前記母材は、前記削除穴における底面から前記開口部に近づくにつれて、前記開口部の面積が段階的に広くなる段差状に削られる方法も可能である。
【００２０】
本発明によれば、削除穴における底面から開口部までの間の母材を段差状に削ることにより、母材をテーパ状に削る場合と同様に、母材と補修部との間で応力の伝達が行われ、修理によって複合材構造物の強度回復を図ることができる。
【００２１】
上記発明においては、前記複合材構造部には、それぞれ異なる方向に延びる前記繊維を含む樹脂からなる複数の樹脂層が積層され、前記拡大工程において、前記削除穴の周囲の前記母材は、前記削除穴における底面から前記開口部に近づくにつれて、前記樹脂層ごとに、前記開口部の面積が段階的に広くなる段差状に削られることが望ましい。
【００２２】
本発明によれば、積層された樹脂層ごとに段差が形成されることにより、一の樹脂層に含まれる一の方向に延びる繊維は上述の段差面に全て露出し、当該段差面には一の方向に延びる繊維のみが露出する。そのため、一の方向に延びる繊維を含む樹脂層により伝達された応力は、当該段差面において補修部に伝達されることで、修理後の複合材構造物の強度回復を確保できる。
【００２３】
上記発明においては、前記開口部が段階的に広くなる拡大段階幅のうち、前記母材において最も強い外力を支持する前記繊維を含む前記樹脂層に隣接する拡大段階幅が、その他の方向に延びる前記繊維を含む前記樹脂層に挟まれた拡大段階幅より広いことが望ましい。
【００２４】
本発明によれば、最も強い外力を支持する繊維を含む樹脂層に隣接する拡大段階幅を他の拡大段階幅より広くすることにより、当該樹脂層により伝達された応力を伝達する当該樹脂層と補修部との間の接触面の面積を広くできる。そのため、修理後の複合材構造物の強度回復をより確実に確保できる。
一方、その他の方向に延びる繊維を含む樹脂層に挟まれた拡大段階幅を、上述の最も強い外力を支持する繊維を含む樹脂層に隣接する拡大段階幅より狭くすることにより、母材の削除範囲を少なくできる。
【００２５】
上記発明においては、前記補修部には前記繊維が含まれ、前記硬化工程において、前記削除穴が、前記複合構造物における前記繊維が延びる方向と、前記補修部における前記繊維が延びる方向とが略一致するように前記補修部により埋められることが望ましい。
【００２６】
本発明によれば、母材における剛性が高い方向と、補修部における剛性が高い方向とが略一致することになり、修理後の複合材構造物の強度回復を確保しやすくなる。
具体的には、母材の繊維により伝達された応力は、隣接して配置されるとともに、略同一方向に延びる補修部の繊維に伝達されるため、修理後の複合材構造物の強度回復を確保しやすくなる。
【００２７】
上記発明においては、前記補修部には、それぞれ異なる方向に延びる前記繊維を含む樹脂からなる複数の樹脂層が、前記複合材構造部と同じ順に積層され、前記硬化工程において、前記補修部は、前記複合材構造部における前記複数の樹脂層に対して、前記開口部または前記底面側に１層だけずれて配置される方法も可能である。
【００２８】
本発明によれば、母材側の樹脂層と、補修部側の同じ方向に繊維が延びる樹脂層とは、積層方向に隣接して配置される。そのため、母材の樹脂層により伝達された応力は、積層方向に隣接する補修部側の樹脂層に伝達され、修理後の複合材構造物の強度回復を確保しやすくなる。
【００２９】
本発明の複合材構造物の修理方法は、少なくとも一方向に延びる繊維により強化された樹脂からなる母材における欠陥を削り取り、削除穴を形成する欠陥削除工程と、前記削除穴の周囲の前記母材を、前記削除穴における底面から開口部に近づくにつれて、前記開口部の面積が徐々に広くなるテーパ状であって、前記底面および前記開口部の近傍領域では、前記底面および前記開口部の中間領域よりテーパ比が小さなテーパ状に削る拡大工程と、前記母材と同じ前記樹脂を含む補修部により前記整形部を埋め、前記樹脂を硬化させる硬化工程と、を有することを特徴とする。
【００３０】
本発明によれば、応力の集中が起こりやすい底面および開口部の近傍領域におけるテーパの比を、底面および開口部の中間領域におけるテーパのテーパ比よりも小さくすることで、底面および開口部の近傍領域における応力の集中を緩和させることができる。そのため、修理後の複合材構造物の強度回復を確実に確保できる。
【００３１】
本発明の複合材構造物は、上記本発明の複合材構造物の修理方法によって修理された修理部を有することを特徴とする。
【００３２】
本発明によれば、上記本発明の複合材構造物の修理方法によって修理された修理部を有するため、修理後の複合材料の強度回復を図ることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の複合材構造物の修理方法によれば、母材における繊維の延びる方向に基づいて開口部の拡大幅を変えることにより、開口部の拡大幅を均一にする場合と比較して、母材の削除範囲を少なくするとともに、複合材構造物の強度回復を図り、複合材構造物の製品歩留まりを向上させることができるという効果を奏する。
【００３４】
本発明の複合材構造物によれば、上記本発明の複合材構造物の修理方法によって修理された修理部を有するため、修理後の複合材料の強度回復を図ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る風力発電装置の風車回転翼の修理方法ついて図１から図８を参照して説明する。
まず、本実施形態に係る風力発電装置の概略について説明する。
図１は、本実施形態に係る風力発電装置の構成を説明する模式図である。
風力発電装置１は、図１に示すように、風力発電を行うものである。風力発電装置１には、基礎Ｂ上に立設された支柱２と、支柱２の上端に設置されたナセル３と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル３に設けられたロータヘッド４と、ロータヘッド４を覆う頭部カプセル５と、ロータヘッド４の回転軸線周りに放射状に取り付けられる複数枚の風車回転翼（複合材構造物）６と、ロータヘッド４の回転により発電を行う発電設備７と、が設けられている。
【００３６】
なお、本実施形態では、３枚の風車回転翼６が設けられた例に適用して説明するが、風車回転翼６の数は３枚に限られることなく、２枚の場合や、３枚より多い場合に適用してもよく、特に限定するものではない。
【００３７】
支柱２は、図１に示すように、基礎Ｂから上方（図１の上方）に延びる柱状の構成とされ、例えば、複数のユニットを上下方向に連結した構成とされている。支柱２の最上部には、ナセル３が設けられている。支柱２が複数のユニットから構成されている場合には、最上部に設けられたユニットの上にナセル３が設置されている。
ナセル３は、図１に示すように、ロータヘッド４を回転可能に支持するとともに、内部にロータヘッド４の回転により発電を行う発電設備７が収納されている。
ロータヘッド４には、図１および図２に示すように、その回転軸線周りに放射状にして複数枚の風車回転翼６が取り付けられ、その周囲は頭部カプセル５により覆われている。
【００３８】
ロータヘッド４には、風車回転翼６の軸線回りに風車回転翼６を回転させて、風車回転翼６のピッチ角を変更するピッチ制御部（図示せず。）が設けられている。
これにより、風車回転翼６にロータヘッド４の回転軸線方向から風が当たると、風車回転翼６にロータヘッド４を回転軸線周りに回転させる力が発生し、ロータヘッド４が回転駆動される。
【００３９】
風車回転翼６は、ロータヘッド４の回転軸線を中心として放射状に配置される翼であって、ＦＲＰの板である母材６Ｍにより形成されたものである。風車回転翼６を形成する母材６Ｍとしては、繊維であるグラスファイバ、および、エポキシ樹脂を用いたものが例示できる。なお、風車回転翼６を形成するＦＲＰとしては、上述のものに限られることなく、その他の公知のＦＲＰを用いてもよく、特に限定するものではない。
【００４０】
このＦＲＰにおけるグラスファイバの繊維が延びる方向は、風車回転翼６の長手方向、つまり、ロータヘッド４の回転軸線を中心として径方向に沿って延びている。
なお、以後の説明において、上述の風車回転翼６の長手方向に沿う方向を０°と表記し、風車回転翼６の幅方向に沿う方向、つまり、ロータヘッド４の回転軸線を中心として周方向に沿う方向を９０°と表記する。一般に、ＦＲＰにおいては、使用される構造物において、最も大きな力が働く方向に沿ってグラスファイバが配置され、その方向が０°とされる場合が多い。
【００４１】
頭部カプセル５は、図１に示すように、ロータヘッド４を覆い、風車回転翼６およびロータヘッド４とともに略水平な軸線回りに回転するものである。
【００４２】
発電設備７としては、例えば、図１に示すように、ロータヘッド４の回転駆動力が伝達され発電を行う発電機と、発電機により発電された電力を所定の周波数の交流電力（例えば、５０Ｈｚや６０Ｈｚの交流電力）に変換するトランスと、が設けられているものを挙げることができる。
【００４３】
次に、上記の構成からなる風力発電装置１における発電方法についてその概略を説明する。
風力発電装置１においては、ロータヘッド４の回転軸線方向から風車回転翼６に当たった風の力が、ロータヘッド４を回転軸線周りに回転させる動力に変換される。
【００４４】
このロータヘッド４の回転は発電設備７に伝達され、発電設備７において、電力の供給対象に合わせた電力、例えば、周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電力が発電される。
ここで、少なくとも発電を行っている間は、風の力を風車回転翼に効果的に作用させるため、適宜ナセル３を水平面上で回転させることにより、ロータヘッド４は風上に向けられている。
【００４５】
次に、本発明の特徴である風力発電装置１における風車回転翼６の修理方法について説明する。
図２は、本実施形態における風車回転翼の修理方法を説明するフローチャートである。図３は、風車回転翼に発生した欠陥を説明する模式図であり、図４は、図３の風車回転翼に形成された削除穴を説明する模式図である。
【００４６】
風車回転翼６の母材６Ｍには、製造時においてエポキシ樹脂がグラスファイバに十分に含浸されず形成されたボイドが含まれていたり、風力発電装置１の運転時に、何らかの原因で亀裂が発生したりする。図３には、このようなボイドや亀裂である欠陥１１が母材６Ｍに発生した状態が示されている。
なお、欠陥１１は、図３に示すように、母材６Ｍの表面に発生する場合もあるし、内部に発生する場合もある。本実施形態においては、母材６Ｍの表面に欠陥１１が発生した場合に適用して説明する。
【００４７】
このような、欠陥１１を発見する方法としては、目視により風車回転翼６の表面を確認する方法や、超音波探傷法（いわゆるＵＴ法）による方法や、Ｘ線撮影による方法などを挙げることができる。
【００４８】
母材６Ｍに、図３に示すような欠陥１１が発見されると、欠陥１１およびその周囲の母材６Ｍを削り取り、図４に示すような削除穴１２が形成される（欠陥削除工程、Ｓ１）。
削除穴１２は、欠陥１１を含む大きさであり、母材６Ｍに欠陥１１が残らない大きさである。
なお、削除穴１２を形成する工具としては、公知の工具を用いることができ、特に限定するものではない。
【００４９】
図５は、図４の削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。図６は、図５の削除穴の形状を説明する上面視図である。図７は、図６の削除穴の構造を説明する９０°方向に沿う面で切断した断面図である。
削除穴１２が形成されると、次に、図５に示すように、削除穴１２の開口部１３が広げられる（拡大工程、Ｓ２）。
具体的には、削除穴１２の内周面が削られ、削除穴１２の中心から外側に向かって、開口部１３に近づく傾斜のテーパ面１４が形成される。図６に示すように、最初に形成された削除穴１２の開口部１３が略矩形であって、開口部１３の各辺が、０°方向または９０°方向に沿う形状の場合には、９０°方向への開口部１３の拡大幅Ｗ２よりも、０°方向への開口部１３の拡大幅Ｗ１が広い。
【００５０】
そのため、図５に示す０°方向に延びるテーパ面１４のテーパ比は、図７に示す９０°方向に延びるテーパ面１４のテーパ比よりも小さくなっている。
なお、テーパ比は、削除穴１２の底面から開口部１３までの距離を、上述の拡大幅で割った値のことである。
【００５１】
なお、母材６Ｍにおけるグラスファイバが延びる方向、つまり０°方向の判定方法としては、風車回転翼６の製造に用いられた積層要領図に基づいて判定しても良いし、削除穴１２の側面に露出したグラスファイバの向きを実際に確認して判定してもよく、特に限定するものではない。
【００５２】
図８は、図５の削除穴に補修部を埋めた状態を説明する模式図である。
削除穴１２の開口部１３が拡大されると、図８に示すように、削除穴１２に補修部１５が埋められ、補修部１５の硬化が行われる（硬化工程、Ｓ３）。
補修部１５は、母材６Ｍと同様に、繊維であるグラスファイバと、エポキシ樹脂から構成されている。削除穴１２への補修部１５の埋め込み方法としては、削除穴１２にグラスファイバを配置し、真空含浸法によりエポキシ樹脂を削除穴１２に注入する方法や、グラスファイバおよびエポキシ樹脂からなるプリプレグを削除穴１２に配置する方法などが挙げられる。
なお、母材６Ｍのグラスファイバが延びる方向と、補修部１５のグラスファイバが延びる方向とは、略同一とされる。
【００５３】
その後、削除穴１２に埋め込まれた補修部１５は、加熱されることにより硬化される。なお、補修部１５の硬化方法としては、このように熱により硬化する樹脂を用いた場合には、加熱により補修部１５が硬化されるが、紫外線が照射されることにより硬化する樹脂を用いた場合には、紫外線を照射することにより補修部１５が硬化される。
このようにして、削除穴１２および補修部１５からなる修理部１６が母材６Ｍに形成される。
【００５４】
上記の構成によれば、母材６Ｍにおけるグラスファイバの延びる方向に基づいて削除穴１２の開口部１３の拡大幅を変えることにより、開口部１３の拡大幅を均一にする場合と比較して、母材６Ｍの削除範囲を少なくするとともに、風車回転翼６の強度回復を図ることができる。
母材６Ｍにおけるグラスファイバが延びる０°方向については母材６Ｍの剛性が他の方向と比較して高いため、開口部１３の拡大幅Ｗ１を広くすることで、母材６Ｍと補修部１５との間で応力が伝達される接触面を広くする。このようにすることで、修理後の風車回転翼６の強度回復を確保できる。
【００５５】
一方、それ以外の方向、例えば、グラスファイバが延びる方向とは直交する９０°方向については母材６Ｍの剛性が、０°方向に係る剛性より低いため、開口部１３の拡大幅Ｗ２を狭くすることで、母材６Ｍつまり風車回転翼６の削除範囲を少なくできる。そのため、風車回転翼６の強度低下を防止できる。
この場合、母材６Ｍの９０°方向の剛性は０°方向の剛性と比較して低いため、母材６Ｍと補修部１５との間で応力が伝達される接触面を狭くしても、母材６Ｍと補修部１５の界面で破壊が発生することなく応力が伝達される。
【００５６】
母材６Ｍにおけるグラスファイバが延びる方向と、補修部１５におけるグラスファイバが延びる方向とを略一致させることにより、母材６Ｍにおける剛性が高い０°方向と、補修部１５における剛性が高い方向とが略一致することになり、修理後の風車回転翼６の強度回復を確保しやすくなる。
具体的には、母材６Ｍのグラスファイバにより伝達された応力は、隣接して配置されるとともに、略同一方向に延びる補修部１５のグラスファイバに伝達されるため、修理後の風車回転翼６の強度回復を確保しやすくなる。
【００５７】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図９から図１２を参照して説明する。
本実施形態の風車回転翼の修理方法の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、削除穴の開口部の拡大方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図９から図１２を用いて開口部の拡大方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
なお、本実施形態における風力発電装置１や風車回転翼６の構成は、第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００５８】
本実施形態における風車回転翼６の修理方法について説明する。
まず、風車回転翼６の母材６Ｍに欠陥１１が発見されたら、欠陥１１およびその周囲の母材６Ｍを削り取り削除穴１２を形成するまでは、第１の実施形態における修理方法と同様である（図２から図４参照）。
【００５９】
図９は、本実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。図１０は、図９の削除穴の形状を説明する上面視図である。図１１は、図１０の削除穴の構造を説明する９０°方向に沿う面で切断した断面図である。
第１の実施形態と同様に、歩材６Ｍに削除穴１２が形成されると、次に、図９に示すように、削除穴１２の開口部１３が広げられる（拡大工程、Ｓ２）。
具体的には、削除穴１２の内周面が削られ、削除穴１２の中心から外側に向かって、開口部１３に近づく段差の段差面１１４が形成される。図１０に示すように、最初に形成された削除穴１２の開口部１３が略矩形であって、開口部１３の各辺が、０°方向または９０°方向に沿う形状の場合には、９０°方向への開口部１３の拡大幅Ｗ２よりも、０°方向への開口部１３の拡大幅Ｗ１が広い。
【００６０】
そのため、図９に示す０°方向に延びる段差面１１４のステップ間隔（拡大段階幅）Ｄ１は、図１１に示す９０°方向に延びる段差面１１４のステップ間隔（拡大段階幅）Ｄ２よりも広くなっている。
【００６１】
図１２は、図１０の削除穴に補修部を埋めた状態を説明する模式図である。
その後、第１の実施形態の修理方法と同様に、図１２に示すように、削除穴１２に補修部１５が埋められ、補修部１５の硬化が行われる（硬化工程、Ｓ３）。
このようにして、第１の実施形態と同様に、削除穴１２および補修部１５からなる修理部１６が母材６Ｍに形成される。
【００６２】
上記の構成によれば、削除穴１２における底面から開口部１３までの間の母材６Ｍを段差状に削ることにより、母材６Ｍに含まれるグラスファイバと補修部１５に含まれるグラスファイバとの間隔が、母材６Ｍをテーパ状に削る場合と同様に、母材６Ｍと補修部１５との間で応力の伝達が行われ、修理によって風車回転翼６の強度回復を図ることができる。
【００６３】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図１３を参照して説明する。
本実施形態の風車回転翼の修理方法の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、削除穴の開口部の拡大方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図１３を用いて開口部の拡大方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
なお、本実施形態における風力発電装置１や風車回転翼６の構成は、第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６４】
本実施形態における風車回転翼６の修理方法について説明する。
まず、風車回転翼６の母材６Ｍに欠陥１１が発見されたら、欠陥１１およびその周囲の母材６Ｍを削り取り削除穴１２を形成するまでは、第１の実施形態における修理方法と同様である（図２から図４参照）。
【００６５】
図１３は、本実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
母材６Ｍに削除穴１２が形成されると、次に、図１３に示すように、削除穴１２の開口部１３が広げられる（拡大工程、Ｓ２）。
具体的には、削除穴１２の内周面が削られ、削除穴１２の中心から外側に向かって、開口部１３に近づく傾斜のテーパ面２１４が形成される。テーパ面２１４には、削除穴１２の開口部１３の近傍領域、および、削除穴１２の底面の近傍領域に形成された第１テーパ面２１４Ａと、中間領域に形成された第２テーパ面２１４Ｂとが形成されている。第１テーパ面２１４Ａは、第２テーパ面２１４Ｂと比較して、テーパ比が小さく形成されている。
【００６６】
なお、９０°方向への開口部１３の拡大幅Ｗ２よりも、０°方向への開口部１３の拡大幅Ｗ１が広いのは、第１の実施形態と同様である。
以後の母材６Ｍの修理方法は、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００６７】
上記の構成によれば、応力の集中が起こりやすい底面および開口部１３の近傍領域における第１テーパ面２１４Ａの比を、底面および開口部１３の中間領域における第２テーパ面２１４Ｂのテーパ比よりも小さくすることで、底面および開口部１３の近傍領域における応力の集中を緩和させることができる。そのため、修理後の風車回転翼６の強度回復を確実に確保できる。
【００６８】
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について図１４を参照して説明する。
本実施形態の風車回転翼の修理方法の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、削除穴の開口部の拡大方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図１４を用いて開口部の拡大方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
なお、本実施形態における風力発電装置１の構成は、第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６９】
本実施形態における風車回転翼３０６の修理方法について説明する。
まず、風車回転翼（複合材構造物）３０６の母材３０６Ｍに欠陥１１が発見されたら、欠陥１１およびその周囲の母材３０６Ｍを削り取り削除穴１２を形成するまでは、第１の実施形態における修理方法と同様である（図２から図４参照）。
【００７０】
図１４は、本実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
母材３０６Ｍに削除穴１２が形成されると、次に、図１４に示すように、母材３０６Ｍを構成する複数の樹脂層３０６Ａ，３０６Ｂ，３０６Ｃに応じて、テーパ比の異なるテーパ面３１４Ａ，３１４Ｂ，３１４Ｃが形成される。同時に、削除穴１２の開口部１３も広げられる（拡大工程、Ｓ２）。
樹脂層３０６Ａは、内部に含まれるグラスファイバの繊維が０°方向に延びる樹脂層であり、樹脂層３０６Ｂは、内部に含まれるグラスファイバの繊維が４５°方向に延びる樹脂層であり、樹脂層３０６Ｃは、内部に含まれるグラスファイバの繊維が９０°方向に延びる樹脂層である。これらの樹脂層の厚さとしては、０．２ｍｍから１ｍｍの範囲のいずれかの厚さを例示することができる。
【００７１】
テーパ面３１４Ａのテーパ比は、他のテーパ面３１４Ｂ，３１４Ｃのテーパ比よりも小さく、テーパ面３１４Ｃのテーパ比は、他のテーパ面３１４Ａ，３１４Ｂのテーパ比よりも大きい。テーパ面３１４Ｂのテーパ比は、テーパ面３１４Ａのテーパ比よりも大きく、テーパ面３１４Ｃのテーパ比よりも小さい。
【００７２】
テーパ面１４Ａのテーパ比としては１／５０以下、テーパ面３１４Ｂのテーパ比としては１／２０以下、テーパ面３１４Ｃのテーパ比としては１／２０より大きい値を例示することができる。なお、これら例示した値は、本実施形態で用いたグラスファイバとエポキシ樹脂から形成された母材３０６Ｍについて例示した値であり、母材３０６Ｍに用いられる材料を変更することにより変わる値であり、これらの値に限定されるものではない。
【００７３】
その後、第１の実施形態の修理方法と同様に、削除穴１２に補修部３１５が埋められ、補修部３１５の硬化が行われる（硬化工程、Ｓ３）。
補修部３１５は、母材３０６Ｍと同様に、複数の樹脂層３１５Ａ，３１５Ｂ，３１５Ｃが積層されたものである。
樹脂層３１５Ａは、内部に含まれるグラスファイバの繊維が０°方向に延びる樹脂層であり、樹脂層３１５Ｂは、内部に含まれるグラスファイバの繊維が４５°方向に延びる樹脂層であり、樹脂層３１５Ｃは、内部に含まれるグラスファイバの繊維が９０°方向に延びる樹脂層である。
【００７４】
補修部３１５の樹脂層３１５Ａは、母材３０６Ｍの樹脂層３０６Ａと同じ層に配置され、同様に樹脂層３１５Ｂ，３１５Ｃも、それぞれ樹脂層３０６Ｂ，３０６Ｃと同じ層に配置されている。
【００７５】
上記の構成によれば、各樹脂層３０６Ａ，３０６Ｂ，３０６Ｃに含まれるグラスファイバの延びる方向に基づいて、テーパ比を変えるため、異なる方向に延びるグラスファイバを含む複数の樹脂層３０６Ａ，３０６Ｂ，３０６Ｃを積層させた母材３０６Ｍ、つまり風車回転翼３０６であっても、修理後の風車回転翼３０６の強度回復を確実に確保できる。さらに、風車回転翼３０６の削除範囲を少なくできる。
【００７６】
〔第５の実施形態〕
次に、本発明の第５の実施形態について図１５を参照して説明する。
本実施形態の風車回転翼の修理方法の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、削除穴の開口部の拡大方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図１５を用いて開口部の拡大方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
なお、本実施形態における風力発電装置１の構成は、第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７７】
本実施形態における風車回転翼４０６の修理方法について説明する。
まず、風車回転翼（複合材構造物）４０６の母材４０６Ｍに欠陥１１が発見されたら、欠陥１１およびその周囲の母材４０６Ｍを削り取り削除穴１２を形成するまでは、第１の実施形態における修理方法と同様である（図２から図４参照）。
【００７８】
図１５は、本実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
母材４０６Ｍに削除穴１２が形成されると、次に、図１５に示すように、母材４０６Ｍを構成する複数の樹脂層３０６Ａ，３０６Ｂ，３０６Ｃに応じて、削除穴１２が各樹脂層３０６Ａ，３０６Ｂ，３０６Ｃに沿って段差状に広げられ、間隔の異なるステップ４１４Ａ，４１４Ｂ，４１４Ｃが形成される（拡大工程、Ｓ２）。
【００７９】
本実施形態において母材４０６Ｍには、下部に９０°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３０６Ｃが３層積層され、その上に、０°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３０６Ａが３層積層されている。さらに、４５°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３０６Ｂが樹脂層３０６Ａの上に３層積層されている。
【００８０】
ステップ４１４Ａ，４１４Ｂ，４１４Ｃにおけるステップ間隔（拡大段階幅）は、それぞれＤＡ，ＤＢ，ＤＣである。
ステップ４１４Ａは、樹脂層３０６Ａに隣接する位置に形成されたステップであり、その間隔ＤＡは、ステップ４１４Ｂ，４１４Ｃの間隔ＤＢ，ＤＣよりも広く形成されている。ステップ４１４Ｃは、樹脂層３０６Ｃに挟まれた位置に形成されたステップであり、その間隔ＤＣは、ステップ４１４Ａ，４１４Ｂの間隔ＤＡ，ＤＢより狭く形成されている。ステップ４１４Ｂは、樹脂層３０６Ｂに挟まれた位置に形成されたステップであり、その間隔ＤＢは、ステップ４１４Ａの間隔ＤＡより狭く、かつ、ステップ４１４Ｃの間隔ＤＣより広く形成されている。
【００８１】
その後、第１の実施形態の修理方法と同様に、削除穴１２に補修部４１５が埋められ、補修部４１５の硬化が行われる（硬化工程、Ｓ３）。
補修部４１５は、複数の樹脂層３１５Ａ，３１５Ｂ，３１５Ｃが、母材４０６Ｍと同じ順番に積層されたものである。
【００８２】
つまり、補修部４１５には、下部に９０°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３１５Ｃが３層積層され、その上に、０°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３１５Ａが３層積層されている。さらに、４５°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３１５Ｂが樹脂層３１５Ａの上に３層積層されている。
【００８３】
補修部４１５の樹脂層３１５Ａは、母材４０６Ｍの樹脂層３０６Ａと同じ層に配置され、同様に樹脂層３１５Ｂ，３１５Ｃも、それぞれ樹脂層３０６Ｂ，３０６Ｃと同じ層に配置されている。
【００８４】
上記の構成によれば、積層された樹脂層３０６Ａ，３０６Ｂ，３０６Ｃごとに段差が形成されることにより、例えば樹脂層３０６Ａに含まれる０°方向に延びるグラスファイバは上述の段差面に全て露出し、当該段差面には０°方向に延びるグラスファイバのみが露出する。そのため、０°方向に延びるグラスファイバを含む樹脂層３０６Ａにより伝達された応力は、当該段差面において補修部４１５に伝達されるので、修理によって風車回転翼４０６の強度回復を図ることができる。
【００８５】
最も強い外力を支持するグラスファイバを含む樹脂層３０６Ａに隣接するステップ間隔ＤＡを他のステップ間隔ＤＢ，ＤＣより広くすることにより、樹脂層３０６Ａにより伝達された応力を伝達する樹脂層３０６Ａと補修部４１５との間の接触面の面積を広くできる。そのため、修理後の風車回転翼４０６の強度回復をより確実に確保できる。
一方、その他の方向に延びるグラスファイバを含む樹脂層３０６Ｂ，３０６Ｃに挟まれたステップ間隔ＤＢ，ＤＣを、ステップ間隔ＤＡより狭くすることにより、母材４０６Ｍの削除範囲を少なくできる。
【００８６】
〔第６の実施形態〕
次に、本発明の第６の実施形態について図１６を参照して説明する。
本実施形態の風車回転翼の修理方法の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、削除穴の開口部の拡大方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図１６を用いて開口部の拡大方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
なお、本実施形態における風力発電装置１の構成は、第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００８７】
本実施形態における風車回転翼５０６の修理方法について説明する。
まず、風車回転翼（複合材構造物）５０６の母材５０６Ｍに欠陥１１が発見されたら、欠陥１１およびその周囲の母材５０６Ｍを削り取り削除穴１２を形成するまでは、第１の実施形態における修理方法と同様である（図２から図４参照）。
【００８８】
図１６は、本実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
母材５０６Ｍに削除穴１２が形成されると、次に、図１６に示すように、母材５０６Ｍを構成する複数の樹脂層３０６Ａ，３０６Ｂ，３０６Ｃに応じて、削除穴１２が各樹脂層３０６Ａ，３０６Ｂ，３０６Ｃに沿って段差状に広げられ、間隔の異なるステップ間隔（拡大段階幅）ＥＡ，ＥＢ，ＥＣが形成される（拡大工程、Ｓ２）。
【００８９】
本実施形態において母材５０６Ｍには、下部に９０°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３０６Ｃが１層積層され、その上に、４５°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３０６Ｂが樹脂層３０６Ａの上に１層積層されている。その上に、０°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３０６Ａが１層積層され、樹脂層３０６Ｂが樹脂層３０６Ａの上に１層積層され、一番上に樹脂層３０６Ｃが１層積層されている。
【００９０】
ステップ間隔ＥＡは、樹脂層３０６Ａの上面に形成されたステップ間隔であり、ステップ間隔ＥＢ，ＥＣよりも間隔が広く形成されている。ステップ間隔ＥＣは、樹脂層３０６Ｃの上面に形成されたステップ間隔であり、ステップ間隔ＥＡ，ＥＢよりも間隔が狭く形成されている。ステップ間隔ＥＢは、樹脂層３０６Ｂの上面に形成されたステップ間隔であり、ステップ間隔ＥＡよりも間隔が狭く、かつ、ステップ間隔ＥＣよりも間隔が広く形成されている。
【００９１】
その後、第１の実施形態の修理方法と同様に、削除穴１２に補修部５１５が埋められ、補修部５１５の硬化が行われる（硬化工程、Ｓ３）。
補修部５１５は、複数の樹脂層３１５Ａ，３１５Ｂ，３１５Ｃが、母材５０６Ｍと同じ順番に、かつ、１層分上にずれて積層されたものである。
【００９２】
補修部５１５には、母材５０６Ｍの最下層の樹脂層３０６Ｃと同じ層に樹脂層３１５Ｃが１層積層され、その上に同じく樹脂層３１５Ｃが１層積層されている。さらに、樹脂層３１５Ｃの上に樹脂層３１５Ｂ、樹脂層３１５Ａ、樹脂層３１５Ｂの順に樹脂層が積層される。
【００９３】
上記の構成によれば、例えば、母材５０６Ｍ側の樹脂層３０６Ａと、補修部５１５側の同じ方向にグラスファイバが延びる樹脂層３１５Ａとは、積層方向（図１６の上下方向）に隣接して配置される。そのため、母材５０６Ｍの樹脂層３０６Ａにより伝達された応力は、隣接する補修部５１５側の樹脂層３１５Ａに伝達され、修理後の風車回転翼５０６の強度回復を確保しやすくなる。
【００９４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、この発明を風力発電機の風車回転翼を修理する方法に適用して説明したが、この発明は風車回転翼の修理方法に限られることなく、航空機の翼の修理方法など、その他ＦＲＰなどの複合材構造物の修理方法に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る風力発電装置の構成を説明する模式図である。
【図２】本実施形態における風車回転翼の修理方法を説明するフローチャートである。
【図３】風車回転翼に発生した欠陥を説明する模式図である。
【図４】図３の風車回転翼に形成された削除穴を説明する模式図である。
【図５】図４の削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
【図６】図５の削除穴の形状を説明する上面視図である。
【図７】図６の削除穴の構造を説明する９０°方向に沿う面で切断した断面図である。
【図８】図５の削除穴に補修部を埋めた状態を説明する模式図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
【図１０】図９の削除穴の形状を説明する上面視図である。
【図１１】図１０の削除穴の構造を説明する９０°方向に沿う面で切断した断面図である。
【図１２】図１０の削除穴に補修部を埋めた状態を説明する模式図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
６，３０６，４０６，５０６ 風車回転翼（複合材構造物）
６Ｍ，３０６Ｍ，４０６Ｍ，５０６Ｍ 母材
１１ 欠陥
１２ 削除穴
１３ 開口部
Ｗ１，Ｗ２ 拡大幅
１５，３１５，４１５，５１５ 補修部
１６ 修理部
Ｄ１，Ｄ２，ＤＡ，ＤＢ，ＤＣ，ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ ステップ間隔（拡大段階幅）
Ｓ１ 欠陥削除工程
Ｓ２ 拡大工程
Ｓ３ 硬化工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に風力発電装置における複合材構造物である風車回転翼の修理に用いて好適な複合材構造物の修理方法および複合材構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと表記する。）により形成された構造物おける亀裂やボイド（気泡）などの欠陥は、以下の工程により補修されている。
（１）欠陥部分を完全に削り取る工程。
（２）削り取った部分の周囲に一定テーパ比のテーパ面を形成する。または、一定間隔の階段状の面を形成する工程（例えば、特許文献１および非特許文献１参照。）。
（３）削り取った部分を、ＦＲＰを用いて埋める工程。
【０００３】
上述の（３）の工程は、以下に述べるいずれかの方法によって行われていた。
（ａ）削り取った部分に繊維を載せて、真空含浸法により樹脂を削り取った部分に注入し硬化させる方法。
（ｂ）紫外線硬化（以下ＵＶ硬化と表記する。）タイプのプリプレグを削り取った部分に載せて、紫外線を照射することにより硬化させる方法。
（ｃ）プリプレグのパッチを削り取った部分に載せて、熱を加えることにより硬化させる方法（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
このような補修を行うことで、欠陥による構造物の強度低下の回復が図られ、製品歩留まりの低下が防止されていた。
【特許文献１】特開平０１−２５９９３１号公報
【特許文献２】特開平１１−３４８１４１号公報
【非特許文献１】ディー・ビー・ミラクル，エス・エル・ドナルドソン（Ｄ．Ｂ．Ｍｉｒａｃｌｅ ａｎｄ Ｓ．Ｌ．Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ）著，「ＡＳＭ ＨＡＮＤＢＯＯＫ（Ｖｏｌｕｍｅ２１， Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ／ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ， Ｍａｉｎｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ， ａｎｄ Ｒｅｐａｉｒ）」，エイエスエム・インターナショナル（ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ），２００１年，ｐ．８８２−９０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、テーパ面のテーパ比を一定（または階段状のステップ間隔を一定）とすると、削除範囲が最適化されていない恐れがあった。
すなわち、過剰にテーパを取りすぎて削除範囲が広くなっている恐れや、逆に剛性が高い方向（繊維が延びる方向）に沿って傾斜するテーパが不足している恐れがあり、十分な強度回復が図られていない恐れがあった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、修理により十分な強度回復を図ることにより、複合材構造物の製品歩留まりを向上させることができる複合材構造物の修理方法および複合材構造物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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の複合材構造物の修理方法は、少なくとも一方向に延びる繊維により強化された樹脂からなる母材における欠陥を削り取り、削除穴を形成する欠陥削除工程と、前記削除穴の周囲の前記母材を削り前記削除穴の開口部を広げ、かつ、前記繊維の延びる方向に基づいて前記開口部の拡大幅を変える拡大工程と、前記母材と同じ前記樹脂を含む補修部により前記削除穴を埋め、前記補修部の樹脂を硬化させる硬化工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、母材における繊維の延びる方向に基づいて開口部の拡大幅を変えることにより、開口部の拡大幅を均一にする場合と比較して、母材の削除範囲を少なくするとともに、複合材構造物の強度回復を図ることができる。
【０００９】
例えば、母材における繊維が延びる方向については母材の剛性が他の方向と比較して高いため、開口部の拡大幅を広くすることで、母材と補修部との間で応力が伝達される接触面を広くする。このようにすることで、修理後の複合材構造物の強度回復を確保できる。
【００１０】
一方、それ以外の方向、つまり、繊維が延びる方向とは交差する方向については母材の剛性が、繊維が延びる方向に係る剛性より低いため、開口部の拡大幅を狭くすることで、母材つまり複合材構造物の削除範囲を少なくできる。この場合、母材の当該方向の剛性は相対的に低いため、母材と補修部との間で応力が伝達される接触面を狭くしても、母材と修理部の界面で破壊が発生することなく応力が伝達される。
【００１１】
上記発明においては、 前記母材において最も強い外力を支持する繊維が延びる方向に沿う前記拡大幅が、その他の方向に沿う前記拡大幅よりも広いことが望ましい。
【００１２】
本発明によれば、最も強い外力を支持する繊維が延びる方向に沿って、削除穴を拡大させる拡大幅を最も広くすることで、母材と補修部との間で応力が伝達される接触面を確実に広くすることができる。そのため、修理後の複合材構造物の強度回復をより確実に確保できる。
一方、その他の方向に沿って削除穴を拡大させる拡大幅については、上述の繊維が延びる方向に沿う拡大幅よりも狭くすることで、母材の削除範囲を少なくできる。
【００１３】
上記発明においては、前記拡大工程において、前記削除穴の周囲の前記母材は、前記削除穴における前記開口部に近づくにつれて、前記開口部の面積が徐々に広くなるテーパ状に削られることが望ましい。
【００１４】
本発明によれば、削除穴における底面から開口部までの間の母材をテーパ状に削ることにより、母材と補修部との間における応力の集中が防止され、修理後の複合材構造物の強度回復をより確実に確保できる。
【００１５】
上記発明においては、前記母材には、それぞれ異なる方向に延びる前記繊維を含む樹脂からなる複数の樹脂層が積層され、前記テーパにおけるテーパ比を、前記複数の樹脂層に含まれる前記繊維の延びる方向に基づいて変えることが望ましい。
【００１６】
本発明によれば、各樹脂層に含まれる繊維の延びる方向に基づいて、テーパの比を変えるため、異なる方向に延びる繊維を含む複数の樹脂層を積層させた母材、つまり複合材構造物であっても、修理後の複合材構造物の強度回復を確実に確保できる。さらに、複合材構造物の削除範囲を少なくできる。
【００１７】
上記発明においては、前記拡大工程において、前記底面および前記開口部の近傍領域では、前記底面および前記開口部の中間領域よりテーパ比が小さなテーパ状に削られることが望ましい。
【００１８】
本発明によれば、応力の集中が起こりやすい底面および開口部の近傍領域におけるテーパの比を、底面および開口部の中間領域におけるテーパのテーパ比よりも小さくすることで、底面および開口部の近傍領域における応力の集中を緩和させることができる。そのため、修理後の複合材構造物の強度回復を確実に確保できる。
【００１９】
上記発明においては、前記拡大工程において、前記削除穴の周囲の前記母材は、前記削除穴における底面から前記開口部に近づくにつれて、前記開口部の面積が段階的に広くなる段差状に削られる方法も可能である。
【００２０】
本発明によれば、削除穴における底面から開口部までの間の母材を段差状に削ることにより、母材をテーパ状に削る場合と同様に、母材と補修部との間で応力の伝達が行われ、修理によって複合材構造物の強度回復を図ることができる。
【００２１】
上記発明においては、前記複合材構造部には、それぞれ異なる方向に延びる前記繊維を含む樹脂からなる複数の樹脂層が積層され、前記拡大工程において、前記削除穴の周囲の前記母材は、前記削除穴における底面から前記開口部に近づくにつれて、前記樹脂層ごとに、前記開口部の面積が段階的に広くなる段差状に削られることが望ましい。
【００２２】
本発明によれば、積層された樹脂層ごとに段差が形成されることにより、一の樹脂層に含まれる一の方向に延びる繊維は上述の段差面に全て露出し、当該段差面には一の方向に延びる繊維のみが露出する。そのため、一の方向に延びる繊維を含む樹脂層により伝達された応力は、当該段差面において補修部に伝達されることで、修理後の複合材構造物の強度回復を確保できる。
【００２３】
上記発明においては、前記開口部が段階的に広くなる拡大段階幅のうち、前記母材において最も強い外力を支持する前記繊維を含む前記樹脂層に隣接する拡大段階幅が、その他の方向に延びる前記繊維を含む前記樹脂層に挟まれた拡大段階幅より広いことが望ましい。
【００２４】
本発明によれば、最も強い外力を支持する繊維を含む樹脂層に隣接する拡大段階幅を他の拡大段階幅より広くすることにより、当該樹脂層により伝達された応力を伝達する当該樹脂層と補修部との間の接触面の面積を広くできる。そのため、修理後の複合材構造物の強度回復をより確実に確保できる。
一方、その他の方向に延びる繊維を含む樹脂層に挟まれた拡大段階幅を、上述の最も強い外力を支持する繊維を含む樹脂層に隣接する拡大段階幅より狭くすることにより、母材の削除範囲を少なくできる。
【００２５】
上記発明においては、前記補修部には前記繊維が含まれ、前記硬化工程において、前記削除穴が、前記複合構造物における前記繊維が延びる方向と、前記補修部における前記繊維が延びる方向とが略一致するように前記補修部により埋められることが望ましい。
【００２６】
本発明によれば、母材における剛性が高い方向と、補修部における剛性が高い方向とが略一致することになり、修理後の複合材構造物の強度回復を確保しやすくなる。
具体的には、母材の繊維により伝達された応力は、隣接して配置されるとともに、略同一方向に延びる補修部の繊維に伝達されるため、修理後の複合材構造物の強度回復を確保しやすくなる。
【００２７】
上記発明においては、前記補修部には、それぞれ異なる方向に延びる前記繊維を含む樹脂からなる複数の樹脂層が、前記複合材構造部と同じ順に積層され、前記硬化工程において、前記補修部は、前記複合材構造部における前記複数の樹脂層に対して、前記開口部または前記底面側に１層だけずれて配置される方法も可能である。
【００２８】
本発明によれば、母材側の樹脂層と、補修部側の同じ方向に繊維が延びる樹脂層とは、積層方向に隣接して配置される。そのため、母材の樹脂層により伝達された応力は、積層方向に隣接する補修部側の樹脂層に伝達され、修理後の複合材構造物の強度回復を確保しやすくなる。
【００２９】
本発明の複合材構造物の修理方法は、少なくとも一方向に延びる繊維により強化された樹脂からなる母材における欠陥を削り取り、削除穴を形成する欠陥削除工程と、前記削除穴の周囲の前記母材を、前記削除穴における底面から開口部に近づくにつれて、前記開口部の面積が徐々に広くなるテーパ状であって、前記底面および前記開口部の近傍領域では、前記底面および前記開口部の中間領域よりテーパ比が小さなテーパ状に削る拡大工程と、前記母材と同じ前記樹脂を含む補修部により前記整形部を埋め、前記樹脂を硬化させる硬化工程と、を有することを特徴とする。
【００３０】
本発明によれば、応力の集中が起こりやすい底面および開口部の近傍領域におけるテーパの比を、底面および開口部の中間領域におけるテーパのテーパ比よりも小さくすることで、底面および開口部の近傍領域における応力の集中を緩和させることができる。そのため、修理後の複合材構造物の強度回復を確実に確保できる。
【００３１】
本発明の複合材構造物は、上記本発明の複合材構造物の修理方法によって修理された修理部を有することを特徴とする。
【００３２】
本発明によれば、上記本発明の複合材構造物の修理方法によって修理された修理部を有するため、修理後の複合材料の強度回復を図ることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の複合材構造物の修理方法によれば、母材における繊維の延びる方向に基づいて開口部の拡大幅を変えることにより、開口部の拡大幅を均一にする場合と比較して、母材の削除範囲を少なくするとともに、複合材構造物の強度回復を図り、複合材構造物の製品歩留まりを向上させることができるという効果を奏する。
【００３４】
本発明の複合材構造物によれば、上記本発明の複合材構造物の修理方法によって修理された修理部を有するため、修理後の複合材料の強度回復を図ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る風力発電装置の風車回転翼の修理方法ついて図１から図８を参照して説明する。
まず、本実施形態に係る風力発電装置の概略について説明する。
図１は、本実施形態に係る風力発電装置の構成を説明する模式図である。
風力発電装置１は、図１に示すように、風力発電を行うものである。風力発電装置１には、基礎Ｂ上に立設された支柱２と、支柱２の上端に設置されたナセル３と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル３に設けられたロータヘッド４と、ロータヘッド４を覆う頭部カプセル５と、ロータヘッド４の回転軸線周りに放射状に取り付けられる複数枚の風車回転翼（複合材構造物）６と、ロータヘッド４の回転により発電を行う発電設備７と、が設けられている。
【００３６】
なお、本実施形態では、３枚の風車回転翼６が設けられた例に適用して説明するが、風車回転翼６の数は３枚に限られることなく、２枚の場合や、３枚より多い場合に適用してもよく、特に限定するものではない。
【００３７】
支柱２は、図１に示すように、基礎Ｂから上方（図１の上方）に延びる柱状の構成とされ、例えば、複数のユニットを上下方向に連結した構成とされている。支柱２の最上部には、ナセル３が設けられている。支柱２が複数のユニットから構成されている場合には、最上部に設けられたユニットの上にナセル３が設置されている。
ナセル３は、図１に示すように、ロータヘッド４を回転可能に支持するとともに、内部にロータヘッド４の回転により発電を行う発電設備７が収納されている。
ロータヘッド４には、図１および図２に示すように、その回転軸線周りに放射状にして複数枚の風車回転翼６が取り付けられ、その周囲は頭部カプセル５により覆われている。
【００３８】
ロータヘッド４には、風車回転翼６の軸線回りに風車回転翼６を回転させて、風車回転翼６のピッチ角を変更するピッチ制御部（図示せず。）が設けられている。
これにより、風車回転翼６にロータヘッド４の回転軸線方向から風が当たると、風車回転翼６にロータヘッド４を回転軸線周りに回転させる力が発生し、ロータヘッド４が回転駆動される。
【００３９】
風車回転翼６は、ロータヘッド４の回転軸線を中心として放射状に配置される翼であって、ＦＲＰの板である母材６Ｍにより形成されたものである。風車回転翼６を形成する母材６Ｍとしては、繊維であるグラスファイバ、および、エポキシ樹脂を用いたものが例示できる。なお、風車回転翼６を形成するＦＲＰとしては、上述のものに限られることなく、その他の公知のＦＲＰを用いてもよく、特に限定するものではない。
【００４０】
このＦＲＰにおけるグラスファイバの繊維が延びる方向は、風車回転翼６の長手方向、つまり、ロータヘッド４の回転軸線を中心として径方向に沿って延びている。
なお、以後の説明において、上述の風車回転翼６の長手方向に沿う方向を０°と表記し、風車回転翼６の幅方向に沿う方向、つまり、ロータヘッド４の回転軸線を中心として周方向に沿う方向を９０°と表記する。一般に、ＦＲＰにおいては、使用される構造物において、最も大きな力が働く方向に沿ってグラスファイバが配置され、その方向が０°とされる場合が多い。
【００４１】
頭部カプセル５は、図１に示すように、ロータヘッド４を覆い、風車回転翼６およびロータヘッド４とともに略水平な軸線回りに回転するものである。
【００４２】
発電設備７としては、例えば、図１に示すように、ロータヘッド４の回転駆動力が伝達され発電を行う発電機と、発電機により発電された電力を所定の周波数の交流電力（例えば、５０Ｈｚや６０Ｈｚの交流電力）に変換するトランスと、が設けられているものを挙げることができる。
【００４３】
次に、上記の構成からなる風力発電装置１における発電方法についてその概略を説明する。
風力発電装置１においては、ロータヘッド４の回転軸線方向から風車回転翼６に当たった風の力が、ロータヘッド４を回転軸線周りに回転させる動力に変換される。
【００４４】
このロータヘッド４の回転は発電設備７に伝達され、発電設備７において、電力の供給対象に合わせた電力、例えば、周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電力が発電される。
ここで、少なくとも発電を行っている間は、風の力を風車回転翼に効果的に作用させるため、適宜ナセル３を水平面上で回転させることにより、ロータヘッド４は風上に向けられている。
【００４５】
次に、本発明の特徴である風力発電装置１における風車回転翼６の修理方法について説明する。
図２は、本実施形態における風車回転翼の修理方法を説明するフローチャートである。図３は、風車回転翼に発生した欠陥を説明する模式図であり、図４は、図３の風車回転翼に形成された削除穴を説明する模式図である。
【００４６】
風車回転翼６の母材６Ｍには、製造時においてエポキシ樹脂がグラスファイバに十分に含浸されず形成されたボイドが含まれていたり、風力発電装置１の運転時に、何らかの原因で亀裂が発生したりする。図３には、このようなボイドや亀裂である欠陥１１が母材６Ｍに発生した状態が示されている。
なお、欠陥１１は、図３に示すように、母材６Ｍの表面に発生する場合もあるし、内部に発生する場合もある。本実施形態においては、母材６Ｍの表面に欠陥１１が発生した場合に適用して説明する。
【００４７】
このような、欠陥１１を発見する方法としては、目視により風車回転翼６の表面を確認する方法や、超音波探傷法（いわゆるＵＴ法）による方法や、Ｘ線撮影による方法などを挙げることができる。
【００４８】
母材６Ｍに、図３に示すような欠陥１１が発見されると、欠陥１１およびその周囲の母材６Ｍを削り取り、図４に示すような削除穴１２が形成される（欠陥削除工程、Ｓ１）。
削除穴１２は、欠陥１１を含む大きさであり、母材６Ｍに欠陥１１が残らない大きさである。
なお、削除穴１２を形成する工具としては、公知の工具を用いることができ、特に限定するものではない。
【００４９】
図５は、図４の削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。図６は、図５の削除穴の形状を説明する上面視図である。図７は、図６の削除穴の構造を説明する９０°方向に沿う面で切断した断面図である。
削除穴１２が形成されると、次に、図５に示すように、削除穴１２の開口部１３が広げられる（拡大工程、Ｓ２）。
具体的には、削除穴１２の内周面が削られ、削除穴１２の中心から外側に向かって、開口部１３に近づく傾斜のテーパ面１４が形成される。図６に示すように、最初に形成された削除穴１２の開口部１３が略矩形であって、開口部１３の各辺が、０°方向または９０°方向に沿う形状の場合には、９０°方向への開口部１３の拡大幅Ｗ２よりも、０°方向への開口部１３の拡大幅Ｗ１が広い。
【００５０】
そのため、図５に示す０°方向に延びるテーパ面１４のテーパ比は、図７に示す９０°方向に延びるテーパ面１４のテーパ比よりも小さくなっている。
なお、テーパ比は、削除穴１２の底面から開口部１３までの距離を、上述の拡大幅で割った値のことである。
【００５１】
なお、母材６Ｍにおけるグラスファイバが延びる方向、つまり０°方向の判定方法としては、風車回転翼６の製造に用いられた積層要領図に基づいて判定しても良いし、削除穴１２の側面に露出したグラスファイバの向きを実際に確認して判定してもよく、特に限定するものではない。
【００５２】
図８は、図５の削除穴に補修部を埋めた状態を説明する模式図である。
削除穴１２の開口部１３が拡大されると、図８に示すように、削除穴１２に補修部１５が埋められ、補修部１５の硬化が行われる（硬化工程、Ｓ３）。
補修部１５は、母材６Ｍと同様に、繊維であるグラスファイバと、エポキシ樹脂から構成されている。削除穴１２への補修部１５の埋め込み方法としては、削除穴１２にグラスファイバを配置し、真空含浸法によりエポキシ樹脂を削除穴１２に注入する方法や、グラスファイバおよびエポキシ樹脂からなるプリプレグを削除穴１２に配置する方法などが挙げられる。
なお、母材６Ｍのグラスファイバが延びる方向と、補修部１５のグラスファイバが延びる方向とは、略同一とされる。
【００５３】
その後、削除穴１２に埋め込まれた補修部１５は、加熱されることにより硬化される。なお、補修部１５の硬化方法としては、このように熱により硬化する樹脂を用いた場合には、加熱により補修部１５が硬化されるが、紫外線が照射されることにより硬化する樹脂を用いた場合には、紫外線を照射することにより補修部１５が硬化される。
このようにして、削除穴１２および補修部１５からなる修理部１６が母材６Ｍに形成される。
【００５４】
上記の構成によれば、母材６Ｍにおけるグラスファイバの延びる方向に基づいて削除穴１２の開口部１３の拡大幅を変えることにより、開口部１３の拡大幅を均一にする場合と比較して、母材６Ｍの削除範囲を少なくするとともに、風車回転翼６の強度回復を図ることができる。
母材６Ｍにおけるグラスファイバが延びる０°方向については母材６Ｍの剛性が他の方向と比較して高いため、開口部１３の拡大幅Ｗ１を広くすることで、母材６Ｍと補修部１５との間で応力が伝達される接触面を広くする。このようにすることで、修理後の風車回転翼６の強度回復を確保できる。
【００５５】
一方、それ以外の方向、例えば、グラスファイバが延びる方向とは直交する９０°方向については母材６Ｍの剛性が、０°方向に係る剛性より低いため、開口部１３の拡大幅Ｗ２を狭くすることで、母材６Ｍつまり風車回転翼６の削除範囲を少なくできる。そのため、風車回転翼６の強度低下を防止できる。
この場合、母材６Ｍの９０°方向の剛性は０°方向の剛性と比較して低いため、母材６Ｍと補修部１５との間で応力が伝達される接触面を狭くしても、母材６Ｍと補修部１５の界面で破壊が発生することなく応力が伝達される。
【００５６】
母材６Ｍにおけるグラスファイバが延びる方向と、補修部１５におけるグラスファイバが延びる方向とを略一致させることにより、母材６Ｍにおける剛性が高い０°方向と、補修部１５における剛性が高い方向とが略一致することになり、修理後の風車回転翼６の強度回復を確保しやすくなる。
具体的には、母材６Ｍのグラスファイバにより伝達された応力は、隣接して配置されるとともに、略同一方向に延びる補修部１５のグラスファイバに伝達されるため、修理後の風車回転翼６の強度回復を確保しやすくなる。
【００５７】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図９から図１２を参照して説明する。
本実施形態の風車回転翼の修理方法の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、削除穴の開口部の拡大方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図９から図１２を用いて開口部の拡大方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
なお、本実施形態における風力発電装置１や風車回転翼６の構成は、第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００５８】
本実施形態における風車回転翼６の修理方法について説明する。
まず、風車回転翼６の母材６Ｍに欠陥１１が発見されたら、欠陥１１およびその周囲の母材６Ｍを削り取り削除穴１２を形成するまでは、第１の実施形態における修理方法と同様である（図２から図４参照）。
【００５９】
図９は、本実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。図１０は、図９の削除穴の形状を説明する上面視図である。図１１は、図１０の削除穴の構造を説明する９０°方向に沿う面で切断した断面図である。
第１の実施形態と同様に、歩材６Ｍに削除穴１２が形成されると、次に、図９に示すように、削除穴１２の開口部１３が広げられる（拡大工程、Ｓ２）。
具体的には、削除穴１２の内周面が削られ、削除穴１２の中心から外側に向かって、開口部１３に近づく段差の段差面１１４が形成される。図１０に示すように、最初に形成された削除穴１２の開口部１３が略矩形であって、開口部１３の各辺が、０°方向または９０°方向に沿う形状の場合には、９０°方向への開口部１３の拡大幅Ｗ２よりも、０°方向への開口部１３の拡大幅Ｗ１が広い。
【００６０】
そのため、図９に示す０°方向に延びる段差面１１４のステップ間隔（拡大段階幅）Ｄ１は、図１１に示す９０°方向に延びる段差面１１４のステップ間隔（拡大段階幅）Ｄ２よりも広くなっている。
【００６１】
図１２は、図１０の削除穴に補修部を埋めた状態を説明する模式図である。
その後、第１の実施形態の修理方法と同様に、図１２に示すように、削除穴１２に補修部１５が埋められ、補修部１５の硬化が行われる（硬化工程、Ｓ３）。
このようにして、第１の実施形態と同様に、削除穴１２および補修部１５からなる修理部１６が母材６Ｍに形成される。
【００６２】
上記の構成によれば、削除穴１２における底面から開口部１３までの間の母材６Ｍを段差状に削ることにより、母材６Ｍに含まれるグラスファイバと補修部１５に含まれるグラスファイバとの間隔が、母材６Ｍをテーパ状に削る場合と同様に、母材６Ｍと補修部１５との間で応力の伝達が行われ、修理によって風車回転翼６の強度回復を図ることができる。
【００６３】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図１３を参照して説明する。
本実施形態の風車回転翼の修理方法の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、削除穴の開口部の拡大方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図１３を用いて開口部の拡大方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
なお、本実施形態における風力発電装置１や風車回転翼６の構成は、第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６４】
本実施形態における風車回転翼６の修理方法について説明する。
まず、風車回転翼６の母材６Ｍに欠陥１１が発見されたら、欠陥１１およびその周囲の母材６Ｍを削り取り削除穴１２を形成するまでは、第１の実施形態における修理方法と同様である（図２から図４参照）。
【００６５】
図１３は、本実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
母材６Ｍに削除穴１２が形成されると、次に、図１３に示すように、削除穴１２の開口部１３が広げられる（拡大工程、Ｓ２）。
具体的には、削除穴１２の内周面が削られ、削除穴１２の中心から外側に向かって、開口部１３に近づく傾斜のテーパ面２１４が形成される。テーパ面２１４には、削除穴１２の開口部１３の近傍領域、および、削除穴１２の底面の近傍領域に形成された第１テーパ面２１４Ａと、中間領域に形成された第２テーパ面２１４Ｂとが形成されている。第１テーパ面２１４Ａは、第２テーパ面２１４Ｂと比較して、テーパ比が小さく形成されている。
【００６６】
なお、９０°方向への開口部１３の拡大幅Ｗ２よりも、０°方向への開口部１３の拡大幅Ｗ１が広いのは、第１の実施形態と同様である。
以後の母材６Ｍの修理方法は、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００６７】
上記の構成によれば、応力の集中が起こりやすい底面および開口部１３の近傍領域における第１テーパ面２１４Ａの比を、底面および開口部１３の中間領域における第２テーパ面２１４Ｂのテーパ比よりも小さくすることで、底面および開口部１３の近傍領域における応力の集中を緩和させることができる。そのため、修理後の風車回転翼６の強度回復を確実に確保できる。
【００６８】
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について図１４を参照して説明する。
本実施形態の風車回転翼の修理方法の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、削除穴の開口部の拡大方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図１４を用いて開口部の拡大方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
なお、本実施形態における風力発電装置１の構成は、第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６９】
本実施形態における風車回転翼３０６の修理方法について説明する。
まず、風車回転翼（複合材構造物）３０６の母材３０６Ｍに欠陥１１が発見されたら、欠陥１１およびその周囲の母材３０６Ｍを削り取り削除穴１２を形成するまでは、第１の実施形態における修理方法と同様である（図２から図４参照）。
【００７０】
図１４は、本実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
母材３０６Ｍに削除穴１２が形成されると、次に、図１４に示すように、母材３０６Ｍを構成する複数の樹脂層３０６Ａ，３０６Ｂ，３０６Ｃに応じて、テーパ比の異なるテーパ面３１４Ａ，３１４Ｂ，３１４Ｃが形成される。同時に、削除穴１２の開口部１３も広げられる（拡大工程、Ｓ２）。
樹脂層３０６Ａは、内部に含まれるグラスファイバの繊維が０°方向に延びる樹脂層であり、樹脂層３０６Ｂは、内部に含まれるグラスファイバの繊維が４５°方向に延びる樹脂層であり、樹脂層３０６Ｃは、内部に含まれるグラスファイバの繊維が９０°方向に延びる樹脂層である。これらの樹脂層の厚さとしては、０．２ｍｍから１ｍｍの範囲のいずれかの厚さを例示することができる。
【００７１】
テーパ面３１４Ａのテーパ比は、他のテーパ面３１４Ｂ，３１４Ｃのテーパ比よりも小さく、テーパ面３１４Ｃのテーパ比は、他のテーパ面３１４Ａ，３１４Ｂのテーパ比よりも大きい。テーパ面３１４Ｂのテーパ比は、テーパ面３１４Ａのテーパ比よりも大きく、テーパ面３１４Ｃのテーパ比よりも小さい。
【００７２】
テーパ面１４Ａのテーパ比としては１／５０以下、テーパ面３１４Ｂのテーパ比としては１／２０以下、テーパ面３１４Ｃのテーパ比としては１／２０より大きい値を例示することができる。なお、これら例示した値は、本実施形態で用いたグラスファイバとエポキシ樹脂から形成された母材３０６Ｍについて例示した値であり、母材３０６Ｍに用いられる材料を変更することにより変わる値であり、これらの値に限定されるものではない。
【００７３】
その後、第１の実施形態の修理方法と同様に、削除穴１２に補修部３１５が埋められ、補修部３１５の硬化が行われる（硬化工程、Ｓ３）。
補修部３１５は、母材３０６Ｍと同様に、複数の樹脂層３１５Ａ，３１５Ｂ，３１５Ｃが積層されたものである。
樹脂層３１５Ａは、内部に含まれるグラスファイバの繊維が０°方向に延びる樹脂層であり、樹脂層３１５Ｂは、内部に含まれるグラスファイバの繊維が４５°方向に延びる樹脂層であり、樹脂層３１５Ｃは、内部に含まれるグラスファイバの繊維が９０°方向に延びる樹脂層である。
【００７４】
補修部３１５の樹脂層３１５Ａは、母材３０６Ｍの樹脂層３０６Ａと同じ層に配置され、同様に樹脂層３１５Ｂ，３１５Ｃも、それぞれ樹脂層３０６Ｂ，３０６Ｃと同じ層に配置されている。
【００７５】
上記の構成によれば、各樹脂層３０６Ａ，３０６Ｂ，３０６Ｃに含まれるグラスファイバの延びる方向に基づいて、テーパ比を変えるため、異なる方向に延びるグラスファイバを含む複数の樹脂層３０６Ａ，３０６Ｂ，３０６Ｃを積層させた母材３０６Ｍ、つまり風車回転翼３０６であっても、修理後の風車回転翼３０６の強度回復を確実に確保できる。さらに、風車回転翼３０６の削除範囲を少なくできる。
【００７６】
〔第５の実施形態〕
次に、本発明の第５の実施形態について図１５を参照して説明する。
本実施形態の風車回転翼の修理方法の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、削除穴の開口部の拡大方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図１５を用いて開口部の拡大方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
なお、本実施形態における風力発電装置１の構成は、第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７７】
本実施形態における風車回転翼４０６の修理方法について説明する。
まず、風車回転翼（複合材構造物）４０６の母材４０６Ｍに欠陥１１が発見されたら、欠陥１１およびその周囲の母材４０６Ｍを削り取り削除穴１２を形成するまでは、第１の実施形態における修理方法と同様である（図２から図４参照）。
【００７８】
図１５は、本実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
母材４０６Ｍに削除穴１２が形成されると、次に、図１５に示すように、母材４０６Ｍを構成する複数の樹脂層３０６Ａ，３０６Ｂ，３０６Ｃに応じて、削除穴１２が各樹脂層３０６Ａ，３０６Ｂ，３０６Ｃに沿って段差状に広げられ、間隔の異なるステップ４１４Ａ，４１４Ｂ，４１４Ｃが形成される（拡大工程、Ｓ２）。
【００７９】
本実施形態において母材４０６Ｍには、下部に９０°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３０６Ｃが３層積層され、その上に、０°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３０６Ａが３層積層されている。さらに、４５°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３０６Ｂが樹脂層３０６Ａの上に３層積層されている。
【００８０】
ステップ４１４Ａ，４１４Ｂ，４１４Ｃにおけるステップ間隔（拡大段階幅）は、それぞれＤＡ，ＤＢ，ＤＣである。
ステップ４１４Ａは、樹脂層３０６Ａに隣接する位置に形成されたステップであり、その間隔ＤＡは、ステップ４１４Ｂ，４１４Ｃの間隔ＤＢ，ＤＣよりも広く形成されている。ステップ４１４Ｃは、樹脂層３０６Ｃに挟まれた位置に形成されたステップであり、その間隔ＤＣは、ステップ４１４Ａ，４１４Ｂの間隔ＤＡ，ＤＢより狭く形成されている。ステップ４１４Ｂは、樹脂層３０６Ｂに挟まれた位置に形成されたステップであり、その間隔ＤＢは、ステップ４１４Ａの間隔ＤＡより狭く、かつ、ステップ４１４Ｃの間隔ＤＣより広く形成されている。
【００８１】
その後、第１の実施形態の修理方法と同様に、削除穴１２に補修部４１５が埋められ、補修部４１５の硬化が行われる（硬化工程、Ｓ３）。
補修部４１５は、複数の樹脂層３１５Ａ，３１５Ｂ，３１５Ｃが、母材４０６Ｍと同じ順番に積層されたものである。
【００８２】
つまり、補修部４１５には、下部に９０°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３１５Ｃが３層積層され、その上に、０°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３１５Ａが３層積層されている。さらに、４５°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３１５Ｂが樹脂層３１５Ａの上に３層積層されている。
【００８３】
補修部４１５の樹脂層３１５Ａは、母材４０６Ｍの樹脂層３０６Ａと同じ層に配置され、同様に樹脂層３１５Ｂ，３１５Ｃも、それぞれ樹脂層３０６Ｂ，３０６Ｃと同じ層に配置されている。
【００８４】
上記の構成によれば、積層された樹脂層３０６Ａ，３０６Ｂ，３０６Ｃごとに段差が形成されることにより、例えば樹脂層３０６Ａに含まれる０°方向に延びるグラスファイバは上述の段差面に全て露出し、当該段差面には０°方向に延びるグラスファイバのみが露出する。そのため、０°方向に延びるグラスファイバを含む樹脂層３０６Ａにより伝達された応力は、当該段差面において補修部４１５に伝達されるので、修理によって風車回転翼４０６の強度回復を図ることができる。
【００８５】
最も強い外力を支持するグラスファイバを含む樹脂層３０６Ａに隣接するステップ間隔ＤＡを他のステップ間隔ＤＢ，ＤＣより広くすることにより、樹脂層３０６Ａにより伝達された応力を伝達する樹脂層３０６Ａと補修部４１５との間の接触面の面積を広くできる。そのため、修理後の風車回転翼４０６の強度回復をより確実に確保できる。
一方、その他の方向に延びるグラスファイバを含む樹脂層３０６Ｂ，３０６Ｃに挟まれたステップ間隔ＤＢ，ＤＣを、ステップ間隔ＤＡより狭くすることにより、母材４０６Ｍの削除範囲を少なくできる。
【００８６】
〔第６の実施形態〕
次に、本発明の第６の実施形態について図１６を参照して説明する。
本実施形態の風車回転翼の修理方法の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、削除穴の開口部の拡大方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図１６を用いて開口部の拡大方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
なお、本実施形態における風力発電装置１の構成は、第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００８７】
本実施形態における風車回転翼５０６の修理方法について説明する。
まず、風車回転翼（複合材構造物）５０６の母材５０６Ｍに欠陥１１が発見されたら、欠陥１１およびその周囲の母材５０６Ｍを削り取り削除穴１２を形成するまでは、第１の実施形態における修理方法と同様である（図２から図４参照）。
【００８８】
図１６は、本実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
母材５０６Ｍに削除穴１２が形成されると、次に、図１６に示すように、母材５０６Ｍを構成する複数の樹脂層３０６Ａ，３０６Ｂ，３０６Ｃに応じて、削除穴１２が各樹脂層３０６Ａ，３０６Ｂ，３０６Ｃに沿って段差状に広げられ、間隔の異なるステップ間隔（拡大段階幅）ＥＡ，ＥＢ，ＥＣが形成される（拡大工程、Ｓ２）。
【００８９】
本実施形態において母材５０６Ｍには、下部に９０°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３０６Ｃが１層積層され、その上に、４５°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３０６Ｂが樹脂層３０６Ａの上に１層積層されている。その上に、０°方向に沿って延びるグラスファイバを含む樹脂層３０６Ａが１層積層され、樹脂層３０６Ｂが樹脂層３０６Ａの上に１層積層され、一番上に樹脂層３０６Ｃが１層積層されている。
【００９０】
ステップ間隔ＥＡは、樹脂層３０６Ａの上面に形成されたステップ間隔であり、ステップ間隔ＥＢ，ＥＣよりも間隔が広く形成されている。ステップ間隔ＥＣは、樹脂層３０６Ｃの上面に形成されたステップ間隔であり、ステップ間隔ＥＡ，ＥＢよりも間隔が狭く形成されている。ステップ間隔ＥＢは、樹脂層３０６Ｂの上面に形成されたステップ間隔であり、ステップ間隔ＥＡよりも間隔が狭く、かつ、ステップ間隔ＥＣよりも間隔が広く形成されている。
【００９１】
その後、第１の実施形態の修理方法と同様に、削除穴１２に補修部５１５が埋められ、補修部５１５の硬化が行われる（硬化工程、Ｓ３）。
補修部５１５は、複数の樹脂層３１５Ａ，３１５Ｂ，３１５Ｃが、母材５０６Ｍと同じ順番に、かつ、１層分上にずれて積層されたものである。
【００９２】
補修部５１５には、母材５０６Ｍの最下層の樹脂層３０６Ｃと同じ層に樹脂層３１５Ｃが１層積層され、その上に同じく樹脂層３１５Ｃが１層積層されている。さらに、樹脂層３１５Ｃの上に樹脂層３１５Ｂ、樹脂層３１５Ａ、樹脂層３１５Ｂの順に樹脂層が積層される。
【００９３】
上記の構成によれば、例えば、母材５０６Ｍ側の樹脂層３０６Ａと、補修部５１５側の同じ方向にグラスファイバが延びる樹脂層３１５Ａとは、積層方向（図１６の上下方向）に隣接して配置される。そのため、母材５０６Ｍの樹脂層３０６Ａにより伝達された応力は、隣接する補修部５１５側の樹脂層３１５Ａに伝達され、修理後の風車回転翼５０６の強度回復を確保しやすくなる。
【００９４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、この発明を風力発電機の風車回転翼を修理する方法に適用して説明したが、この発明は風車回転翼の修理方法に限られることなく、航空機の翼の修理方法など、その他ＦＲＰなどの複合材構造物の修理方法に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る風力発電装置の構成を説明する模式図である。
【図２】本実施形態における風車回転翼の修理方法を説明するフローチャートである。
【図３】風車回転翼に発生した欠陥を説明する模式図である。
【図４】図３の風車回転翼に形成された削除穴を説明する模式図である。
【図５】図４の削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
【図６】図５の削除穴の形状を説明する上面視図である。
【図７】図６の削除穴の構造を説明する９０°方向に沿う面で切断した断面図である。
【図８】図５の削除穴に補修部を埋めた状態を説明する模式図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
【図１０】図９の削除穴の形状を説明する上面視図である。
【図１１】図１０の削除穴の構造を説明する９０°方向に沿う面で切断した断面図である。
【図１２】図１０の削除穴に補修部を埋めた状態を説明する模式図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態における削除穴の開口部を広げた状態を説明する０°方向に沿う面で切断した断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
６，３０６，４０６，５０６ 風車回転翼（複合材構造物）
６Ｍ，３０６Ｍ，４０６Ｍ，５０６Ｍ 母材
１１ 欠陥
１２ 削除穴
１３ 開口部
Ｗ１，Ｗ２ 拡大幅
１５，３１５，４１５，５１５ 補修部
１６ 修理部
Ｄ１，Ｄ２，ＤＡ，ＤＢ，ＤＣ，ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ ステップ間隔（拡大段階幅）
Ｓ１ 欠陥削除工程
Ｓ２ 拡大工程
Ｓ３ 硬化工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方向に延びる繊維により強化された樹脂からなる母材における欠陥を削り取り、削除穴を形成する欠陥削除工程と、
前記削除穴の周囲の前記母材を削り前記削除穴の開口部を広げ、かつ、前記繊維の延びる方向に基づいて前記開口部の拡大幅を変える拡大工程と、
前記母材と同じ前記樹脂を含む補修部により前記削除穴を埋め、前記補修部の樹脂を硬化させる硬化工程と、
を有することを特徴とする複合材構造物の修理方法。
【請求項２】
前記母材において最も強い外力を支持する繊維が延びる方向に沿う前記拡大幅が、その他の方向に沿う前記拡大幅よりも広いことを特徴とする請求項１記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項３】
前記拡大工程において、前記削除穴の周囲の前記母材は、前記削除穴における前記開口部に近づくにつれて、前記開口部の面積が徐々に広くなるテーパ状に削られることを特徴とする請求項１または２に記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項４】
前記母材には、それぞれ異なる方向に延びる前記繊維を含む樹脂からなる複数の樹脂層が積層され、
前記テーパにおけるテーパ比を、前記複数の樹脂層に含まれる前記繊維の延びる方向に基づいて変えることを特徴とする請求項３記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項５】
前記拡大工程において、前記底面および前記開口部の近傍領域では、前記底面および前記開口部の中間領域よりテーパ比が小さなテーパ状に削られることを特徴とする請求項３または４に記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項６】
前記拡大工程において、前記削除穴の周囲の前記母材は、前記削除穴における底面から前記開口部に近づくにつれて、前記開口部の面積が段階的に広くなる段差状に削られることを特徴とする請求項１または２に記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項７】
前記複合材構造部には、それぞれ異なる方向に延びる前記繊維を含む樹脂からなる複数の樹脂層が積層され、
前記拡大工程において、前記削除穴の周囲の前記母材は、前記削除穴における底面から前記開口部に近づくにつれて、前記樹脂層ごとに、前記開口部の面積が段階的に広くなる段差状に削られることを特徴とする請求項１または２に記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項８】
前記開口部が段階的に広くなる拡大段階幅のうち、前記母材において最も強い外力を支持する前記繊維を含む前記樹脂層に隣接する拡大段階幅が、その他の方向に延びる前記繊維を含む前記樹脂層に挟まれた拡大段階幅より広いことを特徴とする請求項７記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項９】
前記補修部には前記繊維が含まれ、
前記硬化工程において、前記削除穴が、前記複合構造物における前記繊維が延びる方向と、前記補修部における前記繊維が延びる方向とが略一致するように前記補修部により埋められることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項１０】
前記補修部には、それぞれ異なる方向に延びる前記繊維を含む樹脂からなる複数の樹脂層が、前記複合材構造部と同じ順に積層され、
前記硬化工程において、前記補修部は、前記複合材構造部における前記複数の樹脂層に対して、前記開口部または前記底面側に１層だけずれて配置されることを特徴とする請求項７または８に記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項１１】
少なくとも一方向に延びる繊維により強化された樹脂からなる母材における欠陥を削り取り、削除穴を形成する欠陥削除工程と、
前記削除穴の周囲の前記母材を、前記削除穴における底面から開口部に近づくにつれて、前記開口部の面積が徐々に広くなるテーパ状であって、前記底面および前記開口部の近傍領域では、前記底面および前記開口部の中間領域よりテーパ比が小さなテーパ状に削る拡大工程と、
前記母材と同じ前記樹脂を含む補修部により前記整形部を埋め、前記樹脂を硬化させる硬化工程と、
を有することを特徴とする複合材構造物の修理方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の複合材構造物の修理方法によって修理された修理部を有することを特徴とする複合材構造物。
【請求項１】
少なくとも一方向に延びる繊維により強化された樹脂からなる母材における欠陥を削り取り、削除穴を形成する欠陥削除工程と、
前記削除穴の周囲の前記母材を削り前記削除穴の開口部を広げ、かつ、前記繊維の延びる方向に基づいて前記開口部の拡大幅を変える拡大工程と、
前記母材と同じ前記樹脂を含む補修部により前記削除穴を埋め、前記補修部の樹脂を硬化させる硬化工程と、
を有することを特徴とする複合材構造物の修理方法。
【請求項２】
前記母材において最も強い外力を支持する繊維が延びる方向に沿う前記拡大幅が、その他の方向に沿う前記拡大幅よりも広いことを特徴とする請求項１記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項３】
前記拡大工程において、前記削除穴の周囲の前記母材は、前記削除穴における前記開口部に近づくにつれて、前記開口部の面積が徐々に広くなるテーパ状に削られることを特徴とする請求項１または２に記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項４】
前記母材には、それぞれ異なる方向に延びる前記繊維を含む樹脂からなる複数の樹脂層が積層され、
前記テーパにおけるテーパ比を、前記複数の樹脂層に含まれる前記繊維の延びる方向に基づいて変えることを特徴とする請求項３記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項５】
前記拡大工程において、前記底面および前記開口部の近傍領域では、前記底面および前記開口部の中間領域よりテーパ比が小さなテーパ状に削られることを特徴とする請求項３または４に記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項６】
前記拡大工程において、前記削除穴の周囲の前記母材は、前記削除穴における底面から前記開口部に近づくにつれて、前記開口部の面積が段階的に広くなる段差状に削られることを特徴とする請求項１または２に記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項７】
前記複合材構造部には、それぞれ異なる方向に延びる前記繊維を含む樹脂からなる複数の樹脂層が積層され、
前記拡大工程において、前記削除穴の周囲の前記母材は、前記削除穴における底面から前記開口部に近づくにつれて、前記樹脂層ごとに、前記開口部の面積が段階的に広くなる段差状に削られることを特徴とする請求項１または２に記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項８】
前記開口部が段階的に広くなる拡大段階幅のうち、前記母材において最も強い外力を支持する前記繊維を含む前記樹脂層に隣接する拡大段階幅が、その他の方向に延びる前記繊維を含む前記樹脂層に挟まれた拡大段階幅より広いことを特徴とする請求項７記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項９】
前記補修部には前記繊維が含まれ、
前記硬化工程において、前記削除穴が、前記複合構造物における前記繊維が延びる方向と、前記補修部における前記繊維が延びる方向とが略一致するように前記補修部により埋められることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項１０】
前記補修部には、それぞれ異なる方向に延びる前記繊維を含む樹脂からなる複数の樹脂層が、前記複合材構造部と同じ順に積層され、
前記硬化工程において、前記補修部は、前記複合材構造部における前記複数の樹脂層に対して、前記開口部または前記底面側に１層だけずれて配置されることを特徴とする請求項７または８に記載の複合材構造物の修理方法。
【請求項１１】
少なくとも一方向に延びる繊維により強化された樹脂からなる母材における欠陥を削り取り、削除穴を形成する欠陥削除工程と、
前記削除穴の周囲の前記母材を、前記削除穴における底面から開口部に近づくにつれて、前記開口部の面積が徐々に広くなるテーパ状であって、前記底面および前記開口部の近傍領域では、前記底面および前記開口部の中間領域よりテーパ比が小さなテーパ状に削る拡大工程と、
前記母材と同じ前記樹脂を含む補修部により前記整形部を埋め、前記樹脂を硬化させる硬化工程と、
を有することを特徴とする複合材構造物の修理方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の複合材構造物の修理方法によって修理された修理部を有することを特徴とする複合材構造物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−２８５９１７（Ｐ２００９−２８５９１７Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３９２９１（Ｐ２００８−１３９２９１）
【出願日】平成２０年５月２８日（２００８．５．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２８日（２００８．５．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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