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JPS5814934B2 - リ−フスプリング及びその製造方法 - Google Patents

リ−フスプリング及びその製造方法

Info

Publication number
JPS5814934B2
JPS5814934B2 JP53127837A JP12783778A JPS5814934B2 JP S5814934 B2 JPS5814934 B2 JP S5814934B2 JP 53127837 A JP53127837 A JP 53127837A JP 12783778 A JP12783778 A JP 12783778A JP S5814934 B2 JPS5814934 B2 JP S5814934B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
leaf spring
point
elastic modulus
load
orientation angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP53127837A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS5554737A (en
Inventor
小須田弘幸
福島幹彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Teijin Ltd
Original Assignee
Toho Beslon Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toho Beslon Co Ltd filed Critical Toho Beslon Co Ltd
Priority to JP53127837A priority Critical patent/JPS5814934B2/ja
Publication of JPS5554737A publication Critical patent/JPS5554737A/ja
Publication of JPS5814934B2 publication Critical patent/JPS5814934B2/ja
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00Springs
    • F16F1/36Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
    • F16F1/366Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers made of fibre-reinforced plastics, i.e. characterised by their special construction from such materials
    • F16F1/368Leaf springs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Springs (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は荷重負荷点より支持点に向って連続的あるいは
段階的に順次曲げ弾性率が増加した繊維強化樹脂製リー
フスプリングに関するものである。
リーフスプリング、特に自動車用は、省エネルギー的見
地より軽い繊維強化樹脂(以下FRPと略記する)製の
ものが注目されている。
リーフスプリングには、指定されたばね定数Kと、指定
された荷重に耐える強度が要求される。
従来の材料(例えばスチール)に於て、例えば自動車用
、鉄道用等では長さの異なるリーフスプリングを何枚も
重ね合わせた、重ねリーフスプリング、又は荷重負荷点
より支持点に向って、一枚のうちで順次厚さを増加させ
たリーフスプリング等が知られている。
FRP製リーフスプリングの場合、コスト及び軽量化の
見地より、重ね合わせ枚数は少ない方が良く、又、厚さ
の変化したFRP製リーフスプリングは、例えば長さの
異なったプリプレグ(樹脂含浸強化繊維)を積層するこ
とにより、成形可能であるが、積層による成形は長時間
を要する為大量生産に適さない。
本発明は、このような問題を解決し、軽量でしかも所定
のばね定数に於てより高い荷重に耐える均一な厚さのリ
ーフスプリングを提供するものである。
すなわち本発明はリーフスプリングの荷重負荷点から支
持点に向って順次曲げ弾性率(JISK−691L以下
単に弾性率と略記する)の増加したリーフスプリング及
びこのリーフスプリングをフィラメントワインド法によ
り強化繊維の配向角を変え、弾性率を順次増加させるも
のである。
このようなリーフスプリングは軽量であると共に単葉で
、しかも均一な厚さで弾性率の変化したリーフスプリン
グであり、このようなリーフスプリングを使用すること
により重ね枚数の減少と軽量化を図ることができる。
ここで支持点とは荷重を加えた場合曲げモーメントが最
大になる点を意味し、荷重負荷点とは曲げモーメントが
最低になる点である。
又強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、ア
ラミド繊維等である。
マトリックスとなる合成樹脂は、エボキシ樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が
使用され得るが、これらには限定されない。
以下本発明を更に詳しく説明する。
第1図イはリーフスプリングの平面略図、第1図口は側
面絡図を示すものである。
図中Aは支持点、B,B’は荷重負荷点を示している。
このリーフスプリング材の弾性率は荷重負荷点B, B
より支持点Aに向って順次増加することが必要である。
最も好ましいのはA,B間の任意の点Cの弾性率EX,
A点の弾性率をEAとした場合、 EX−EA−X/l (0≦X≦l),x, IJは第1図に示す長さ)とな
る如く変化させることであるが、B点X=0に於て弾性
率を零とすることは不可能な為、現実的にはB点の弾性
率EB を出来るだけ小さくし、以下A点に向って出来
るだけEx=EA・X/lの直線(点線)にそって増加
することが好ましいEB/EAは2/3以下であれば充
分に効果が認められる。
B点よりA点までの弾性率の増加は第2図a,b,c,
d実線にモデル的に示したようにB点からA点までの間
で、直線的、曲線的、又は段階的であっても良いが、途
中で減少するのは好ましくない。
従来の材料、例えばスチール等では、上記の如く弾性率
を大巾に変えることは不可能であった。
しかるにFRPに於ては、強化繊維の配向角θ(第1図
参照)をリーフスプリングの長さ方向に変化させること
により、弾性率を変えることが出来る。
例えば炭素繊維強化樹脂の場合、A点での配向角θ第1
図を0゜、B点での配向角θを±45゜とすることによ
り、A点の弾性率を14ton/mm2、B点の弾性率
を1.8ton/mm2とすることができ、この間の配
向角の変化の度合をコントロールすることにより、B点
よりA点への弾性率の増加の度合を自由に変えることが
できる。
第6図は本発明に於ける配向角の変化の度合を示すもの
の例であるが、これらに限定されるものではない。
配向角を変える成形方法の1例として、フィラメントワ
インド法がある。
第3図はフィラメントワインド法によるリーフスプリン
グの成形方法を示す1例の略図である。
第3図に於で、強化繊維1は樹脂の入った樹脂浴2にガ
イド3により導入出され、樹脂を含浸され、トラバース
ガイド4を通して、成形するリーフスプリングと同じ曲
面5を3面有するマンドレル6に巻取られる。
強化繊維の配向角は、マンドレルの表面速度とトラバー
スガイドの移動速度とによって決まるので、表面速度を
一定としてトラバースガイドの移動速度を変化させるこ
とにより、あるいは、トラバースガイドの移動速度を一
定としてマンドレルの表面速度を変化させることにより
、あるいはこの2者を変化させることにより、変えるこ
とができる。
第3図には1例として、曲面5を3面有するマンドレル
を示したが、2面あるいは4面以上のマンドレルを用い
ることもできるし、円形のマンドレルを用いることもで
きる。
このようなマンドレルに樹脂を含んだ強化繊維を巻取り
硬化後、適当な長さに切断することにより、リーフスプ
リングが得られる。
曲面5には1枚のリーフスプリングを成形することもで
きるし、巾を広くして、目的とするリーフスプリングの
複数倍の成形物とし、必要な巾に切断することにより、
1度に多くのリーフスプリングを得ることも出来る。
本発明に於て、フィラメントワインド法とは、強化繊維
のトウを何本も並べたアープ状物を巻くテープワインド
法をも含むものとする。
FRP製リーフスプリングに於で異なった繊維で強化さ
れた層、あるいは同一繊維でも配向角の異なった層等、
性質の異なった層をリーフスプリングの厚さ方向に積層
した、いわゆる多層構造のリーフスプリングは知られて
いる。
このような多層構造のリーフスプリングの場合、必ずし
も全ての層で弾性率を変化させる必要はなく、一部の層
で弾性率を変化させることによって、全体の弾性率を変
化させることによっても本発明の目的を達成することが
出来る。
以下実施例により、バネ定数0. 8 1 kg/mm
のリーフスプリングを得る場合について説明する。
実施例 1 エホキシ樹脂(日本シェル化学■エピコート827)1
00部(重量部、以下同)とメタフエニレンジアミン1
46部の混合物を用い炭素繊維含有率が60容量係とな
る如く成形した成形物の繊維配向角θ第1図と、曲げ弾
性率及び曲げ強度の関係は第4図及び第5図に示す如く
であった。
この樹脂と炭素繊維を用い、曲率半径1430mm、巾
1 0 0 0mmの3曲面からなる第3図の如きマン
ドレルを用い、フィラメントワインド法により繊維含有
率60容量%、繊維の配向角が第6図の実線になる如く
巻き取り、150℃で2時間硬化させ、巾900mm、
厚さ11.4mm、長さ1200mmの成形物を3枚得
た3、このものを巾50mmに切断し51枚のリーフス
プリングを得た。
得られたリーフスプリングの重量は1.06k9であり
、弾性率は長さ方向に、ほほ第7図の如く変化していた
このリーフスプリングの中央を保持し両端にそれぞれW
kgの荷重をかけた時のバネ定数K(=W/δ)は0.
81kg/mm、であり破断時の荷重Wは310ゆであ
った。
比較例 1 強化繊維の配向角をO度で均一とし、厚さが10,0m
mとした他は実施例1と同様にして、曲率半径1 4
3 omm、長さ1 2 0 0mm、巾50mm、厚
さ10mmのリ一フスプリングを得た。
このリーフスプリングの重さは0.93kgであり、バ
ネ定数は0.81で実施例1のリーフスプリングと同じ
であったが、破断荷重は240kgであった。
比較例 2 厚みが8.5mmの他は比較例1と同様にして、曲率半
径1430mm、長さ1200mm、巾50mm、厚さ
8.53FEWのリーフスプリングを得た。
このリーフスプリングを2枚重ねて使用した時のバネ定
数は0.81であり、破断荷重は340kgであったが
重量は2枚で1.59kgであった。
2枚重ねで使用する場合、より多くの付属品が必要とな
り、更に重量を増した。
実施例 2 配向角θを第6図の点線になる如く巻き、厚さを10.
9mmとした他は実施例1と同様にして曲率半径i 4
3 0ynxz長さ1 2 0 0I!麓、巾50m
m、厚さ10.9mmの重さ1.01kgのリーフスプ
リングを得た。
このリーフスプリングのバネ定数は0.81であり、破
断荷重は280kgであった。
実施例 3 実施例1で用いた樹脂を用応実施例1で用いた炭素繊維
を繊維含有率60容量チ、配向角が実施例1と同じにな
る如く厚さ3.3gに巻取り次に強度250kg/mm
2、弾性率U錦苅一のガラス繊維を繊維含有率60容量
%、配向角±45゜ 厚さ5.0mmとなる如く巻取り
、更に炭素繊維を繊維含有率60容量チ、配向角が実施
例1と同じになる如く厚さ3.3mmに巻取った他は実
施例1と同様にして、厚さ5mmのガラス繊維層の両側
に厚さ3.3mmの炭素繊維層があるサンドインチ構造
の、曲率半径1430mm、長さ1 2 0 0mm、
巾50g、厚さ11.6mm、重さ1.21kgのリー
フスプリングを得た。
このリーフスプリングのバネ定数は0.81kg/mm
2であり、破断荷重は300kgであった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を説明する為のリーフスプリングの略図
である。 第2図a−dは本発明のリーフスプリングの曲げ弾性率
変え方の一例を示したものである、第3図はフィラメン
トワインド法の略図である。 第4図及び第5図は、実施例及び比較例に用いた炭素繊
維強化樹脂の配向角と曲げ弾性率、曲げ強度の関係を示
したものである。 第6図は実施例における配向角の変化の度合を示したも
のである。 第7図は実施例1におけるリーフスプリングの曲げ弾性
率の変化の度合を示したものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 荷重負荷点より支持点に向って曲げ弾性率が順次増
    加してなる繊維強化樹脂製リーフスプリング。 2 荷重負荷点より支持点に向って曲げ弾性率が順次増
    加してなる繊維強化樹脂製リーフスプリングの製造にお
    いて、フィラメントワインド法により強化繊維の配向角
    を荷重負荷点より支持点に向って順次減少させて巻取る
    ことを特徴とするリーフスプリングの製造方法。
JP53127837A 1978-10-19 1978-10-19 リ−フスプリング及びその製造方法 Expired JPS5814934B2 (ja)

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JPS5554737A JPS5554737A (en) 1980-04-22
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