CN109073020A

CN109073020A - 螺旋弹簧

Info

Publication number: CN109073020A
Application number: CN201780027757.1A
Authority: CN
Inventors: 小野芳树; 许斐和彦; 佐野孝充; 今村胜; 丸市俊明
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2018-12-21
Also published as: US10808784B2; WO2017163860A1; EP3434927A4; EP3434927A1; JP6832338B2; US20190063536A1; JPWO2017163860A1

Abstract

本发明涉及的螺旋弹簧是将线材卷绕成螺旋状而成的螺旋弹簧，该螺旋弹簧包括：芯材，其能够弹性变形；以及增强纤维层，其具有卷绕在所述芯材的外周上的多个增强纤维、以及将增强纤维彼此固定的热固性树脂，其中，在增强纤维层的表层的至少一部分，螺旋弹簧的内周侧的增强纤维的含量大于外周侧的增强纤维的含量。

Description

螺旋弹簧

技术领域

本发明涉及一种将线材卷绕成螺旋状而制作的螺旋弹簧。

背景技术

以往，作为用于实现汽车的油耗改善的一种方法，致力于各种部件的轻量化。例如，现采用如下方法：作为发动机组(engine block)的材料，代替以往使用的铸铁而使用铝合金，作为发动机盖和油底壳的材料，代替以往使用的钢而使用镁合金。

近年来，基于汽车的轻量化这一观点，在研究例如将作为悬架用悬架弹簧的螺旋弹簧等弹性部件轻量化的方案。作为能够将此类弹性部件轻量化的弹性部件用线材，可举出一种具有纤维增强树脂层的弹性部件用线材，其中，该纤维增强树脂层由缠绕在芯材上的碳纤维等纤维和树脂构成(例如，参照专利文献1、2)。

专利文献1中记载有螺旋弹簧，其是将碳纤维配置成相对于素线轴心的取向为+30°～+60°或-60°～-30°的螺旋弹簧，将取向成压缩力的作用方向的纤维的量设为A，将取向成拉伸力的作用方向的纤维的量设为B时，比值A/B为1.1<A/B<4.0。

另外，专利文献2中记载有一种复合螺旋弹簧，其包括线材沿螺旋状的轴延伸而成的簧丝体，该线材具有芯部和层叠在芯部外周且浸渍有聚合物材料的多个纤维层。专利文献2所记载的复合螺旋弹簧中，多个纤维层分别围绕芯部配置在距离螺旋状的轴不同径向距离处。多个纤维层中的各纤维相对于螺旋状的轴倾斜地延伸。而且，各纤维层包含的纤维数相互不同。

专利文献1:日本特开平7-42778号公报

专利文献2:日本特表2015-526661号公报

发明内容

另外，已知在螺旋弹簧被压缩而应力作用于线材时，在与线材的长度方向正交的截面(横截面)产生的应力从螺旋弹簧的内周侧向外周侧变小。具体地，在螺旋弹簧的横截面，作用于螺旋弹簧的内周侧的应力大于作用于螺旋弹簧的外周侧的应力。

专利文献1、2公开的螺旋弹簧没有考虑如上所述的分别作用于螺旋弹簧的内周侧及外周侧的应力和线材的强度，因此存在如下问题：在因压缩而作用有应力时，虽然在应力较小的外周侧在强度上可以应对，但是在应力较大的内周侧就会产生强度不足的情况，使得作为螺旋弹簧的强度下降。另外，如果为了维持螺旋弹簧的强度而提高内周侧的强度，则外周侧的强度随着内周侧的强度的上升而过分变大，因此很难取得内周侧与外周侧的平衡。还有，为了提高强度需要增加纤维量，其结果产生线材的直径变大，使螺旋弹簧大型化的问题。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种不增加纤维量也能够提高强度的螺旋弹簧。

为了解决上述问题而达成目的，本发明涉及的螺旋弹簧，其特征在于，包括：芯材，其能够弹性变形；以及增强纤维层，其具有卷绕在上述芯材的外周上的多个增强纤维、以及将上述增强纤维彼此固定的热固性树脂，其中，在上述增强纤维层的表层的至少一部分，该螺旋弹簧的内周侧的增强纤维的含量大于外周侧的增强纤维的含量。

此外，根据上述的发明，本发明涉及的螺旋弹簧的特征在于，该螺旋弹簧是将由上述芯材与上述增强纤维层构成的线材进行卷绕而成的，在与上述芯材的中心轴正交的截面的至少内周侧区域，上述增强纤维的含量沿上述线材的周向从最内部向上述外周侧连续地变小。

此外，根据上述的发明，本发明涉及的螺旋弹簧的特征在于，在上述增强纤维层的上述内周侧的增强纤维的含量是65vol％以上且85vol％以下。

此外，根据上述的发明，本发明涉及的螺旋弹簧的特征在于，在与上述芯材的中心轴正交的截面中，将上述内周侧的区域的增强纤维的含量设为Vfi，将上述外周侧的区域的增强纤维的含量设为Vfo时，Vfo<Vfi，并且Vfi与Vfo之差Vfi-Vfo是5vol％以上且25vol％以下，其中，Vfi与Vfo的单位是vol％。

此外，根据上述的发明，本发明涉及的螺旋弹簧的特征在于，在上述增强纤维中，至少在外表面的上述增强纤维相对于上述芯材的卷绕方向是沿着拉伸载荷的方向的方向，上述拉伸载荷根据从外部作用的对该螺旋弹簧的线材施加扭转应力的载荷而作用于该线材。

此外，根据上述的发明，本发明涉及的螺旋弹簧的特征在于，在与上述芯材的中心轴正交的截面中，上述芯材的中心轴偏离上述增强纤维层的中心轴。

此外，根据上述的发明，本发明涉及的螺旋弹簧的特征在于，将该螺旋弹簧的平均直径设为D，将线材的直径设为d时，弹簧指数c＝D/d是4以上且10以下。

根据本发明，能够起到不增加纤维量也能够提高强度的效果。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式涉及的螺旋弹簧的结构的示意图。

图2是表示本发明一实施方式涉及的螺旋弹簧的主要部分的结构的示意图。

图3是表示本发明一实施方式涉及的螺旋弹簧的主要部分的结构的示意图。

图4是表示本发明一实施方式涉及的螺旋弹簧用线材的主要部分的结构的示意图。

图5是表示本发明一实施方式涉及的用于制作螺旋弹簧的弹性部件用线材的结构的平面图。

图6是用于说明本发明一实施方式涉及的弹性部件用线材的制造方法的图。

图7是用于说明本发明实施例涉及的螺旋弹簧的增强纤维含量的测量方法的图。

图8是用于说明本发明实施例涉及的实施例1的螺旋弹簧的截面的图。

具体实施方式

下面，参照附图来对用于实施本发明的方式(以下称为“实施方式”)进行说明。需要说明的是，各图是示意性的，各部分的厚度与宽度的关系、各个部分的厚度的比率等有时会与现实中的不同，各图中有时会包含相互之间的尺寸的关系或比率不同的部分。

图1是表示本发明一实施方式涉及的螺旋弹簧的结构的示意图。图2是表示本发明一实施方式涉及的螺旋弹簧的主要部分的结构的示意图。图3是表示本发明一实施方式涉及的螺旋弹簧的主要部分的结构的示意图，是以穿过螺旋弹簧的中心轴(卷绕的中心轴)且平行于该中心轴的平面为切断面的截面图。螺旋弹簧1通过将在芯材上缠绕纤维而成的线材卷成螺旋状来制作。螺旋弹簧1在规定的方向(例如，螺旋弹簧1的中心轴方向)上伸缩自如。螺旋弹簧1例如用作汽车的悬架用的悬架弹簧。

螺旋弹簧1呈螺旋状，具有：芯材10；以及纤维增强塑料(Fiber ReinforcedPlastics：FRP)层11，其是含有缠绕在芯材10上的多根纤维，并覆盖该芯材10的增强纤维层。优选地，螺旋弹簧1的刚性模量为6GPa以上，作为用作悬架弹簧时的强度，该线材的刚性模量更优选为9GPa以上。螺旋弹簧1例如是将φ10mm以上且φ40mm以下的线材卷绕而成的。另外，作为在正交于螺旋弹簧1的中心轴N₁₀的方向上的直径，该螺旋弹簧1的平均直径为φ60mm以上且φ400mm以下。另外，可以还设有覆盖FRP层11的外表面的皮膜(软管)。

芯材10能够弹性变形，且由如下线材制作而成：利用相比于铸铁等铁类材料轻的材料，例如铝、钛等金属、以铝、镁或钛为主成分的合金、或树脂材料形成的线材。在本实施方式中说明的芯材10的截面是圆形，但也可以是椭圆形或多边形。在螺旋弹簧1的平均直径为φ60mm以上且φ400mm以下时，芯材10的直径例如为φ5mm以上且φ20mm以下。

如图2、图3所示，FRP层11是通过将浸渗未固化的热固性树脂的多根增强纤维12缠绕在芯材10上并加热固化而形成的，或者通过在将多根增强纤维12缠绕在芯材10上之后，浸渗未固化的热固性树脂并加热固化而形成的。作为增强纤维12，可使用分别在碳纤维、玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维即芳纶纤维、以及玄武岩纤维(Basalt fiber)中选择出的至少一种纤维。在FRP层11中，至少一部分增强纤维彼此通过热固性树脂而相互固定。即，FRP层11含有：上述的多根增强纤维12；以及热固性树脂，用于将增强纤维12彼此固定。作为热固性树脂，可举出受热固化的树脂，例如环氧树脂。

FRP层11中的增强纤维12可以是将一根纤维缠绕在芯材10上的，也可以是将多根纤维作为一束，并将多束纤维缠绕在芯材10上的。无论采用哪一种缠绕方式，各纤维缠绕方向是均一的。此外，也可以是，将呈片(sheet)状的纤维束，以使纤维的长度方向相同的方式设于芯材10的外表面。此外，在线材的径向上缠绕有一根或多根的增强纤维。

此外，基于使螺旋弹簧1(FRP层11)的强度提高这一点，优选地，增强纤维12在从呈螺旋状地延伸的线材的一端到另一端连续。如果增强纤维12不连续，则从外部作用的载荷无法由线材整体负担，不连续部分因应力集中而容易成为线材损坏的起点。在增强纤维12从线材的一端到另一端连续时，各增强纤维12从线材的一端到另一端呈螺旋状地延伸，沿着对芯材10的环绕方向连续。

另外，增强纤维12缠绕在芯材10上的缠绕方向(增强纤维12的卷绕方向：图2中的缠绕方向Y₁)，例如缠绕成相对于线材的中心轴N₂₀成45°±10°的范围内的角度。优选地，增强纤维12的至少外表面的增强纤维12的缠绕方向Y₁，是沿着在从外部作用有载荷时作用于线材的载荷、即拉伸载荷及压缩载荷之中的拉伸载荷的方向的方向。图4是表示本发明一实施方式涉及的螺旋弹簧用线材的主要部分的结构的示意图，是用于说明在螺旋弹簧用线材上作用有扭转应力时作用于线材的表面的载荷的图。当因作为绕该线材的中心轴的载荷的、彼此相反绕向的载荷F₁、F₂而对螺旋弹簧用线材作用有扭转应力时，以螺旋弹簧用线材表面中的矩形微小区域M来看，该微小区域M中作用有图4(a)所示的剪切应力τ₁₁、τ₁₂、τ₂₁、τ₂₂。线材上作用有剪切应力τ₁₁、τ₁₂、τ₂₁、τ₂₂，换言之，即成为如图4(b)所示那样的拉伸载荷F_T和压缩载荷F_C作用于微小区域M。虽然该拉伸载荷F_T作用的方向相对于线材的长度轴(中心轴N₂₀)理论上呈45°，但考虑到线材形状上的偏差等，该角度范围是45°±10°。

本实施方式涉及的增强纤维12的缠绕方向Y₁，是沿着上述的拉伸载荷F_T的方向，优选地，全部都沿着拉伸载荷F_T缠绕。需要说明的是，虽然增强纤维12可以局部的缠绕角度不同，但优选以固定的缠绕角度缠绕在芯材10上。这里所说的“固定的缠绕角度”是包含制造上的缠绕角度的误差在内。

另外，本实施方式涉及的增强纤维12在FRP层11的与中心轴N₁₀正交的截面，螺旋弹簧1的内周侧区域的增强纤维12的含量大于外周侧区域的增强纤维12的含量。这里的内周侧是指，在FRP层11中上述截面上接近中心轴N₁₀的一侧，外周侧是指，远离中心轴N₁₀的一侧。内周侧区域及外周侧区域是指，以与螺旋弹簧1的中心轴N₁₀平行且穿过芯材10的中心的轴N₁₁、N₁₂为边界划分时的螺旋弹簧1的内周侧的区域及外周侧的区域。另外，增强纤维12的含量是指，螺旋弹簧1的表层的增强纤维12的含量。表层是指，例如，从螺旋弹簧1的表面的深度在线材直径的15％以内的范围的区域。将内周侧区域的增强纤维12的含量设为V_fi，将外周侧区域的增强纤维12的含量设为V_fo时，至少满足V_fo<V_fi。在使螺旋弹簧1成为高强度的基础上，优选地，V_fi为65vol％以上且85vol％以下，更优选为70vol％以上。另外，V_fi及V_fo这两个含量之差(V_fi-V_fo)优选为5vol％以上且25vol％以下。另外，增强纤维12的含量也根据所浸渗的热固化性树脂的量而变化。在螺旋弹簧1中，分别在内周侧区域及外周侧区域的增强纤维12的根数大致相同，可以认为上述的增强纤维12的含量取决于包含在各区域的热固性树脂的含量或气泡量。

这里，内周侧区域及外周侧区域的增强纤维12的含量，是各区域内的任意的多个点的含量的平均值(vol％)，该内周侧区域的平均值大于外周侧区域的平均值。另外，作用于线材的应力从内周侧向外周侧变小，因此可以使增强纤维12的含量从内周侧向外周侧连续地变小。

在螺旋弹簧1中，在FRP层11的增强纤维12的含量满足上述条件，并且芯材10的中心偏离FRP层11的中心。在本实施方式中，芯材10的中心配置成靠近螺旋弹簧1的内周侧。

如上所述，已知在螺旋弹簧1中，当因压缩而在线材上作用有应力时，在与线材的长度方向正交的截面(横截面)上产生的应力从内周侧到外周侧连续地变小。具体地，在螺旋弹簧的横截面上，作用于螺旋弹簧的内周侧的应力大于作用于外周侧的应力。因此，内周侧的强度对螺旋弹簧1的应力而言比外周侧的强度重要。如本实施方式那样，通过使内周侧的增强纤维12的含量大于外周侧的增强纤维12的含量，内周侧的强度得以提高，进而能提高螺旋弹簧1的对抗应力的强度。此外，这里的应力例如是扭转应力与剪切应力的合力。

以下，对螺旋弹簧1(压缩螺旋弹簧)的弹簧常数、应力的计算进行说明。螺旋弹簧1的弹簧常数k通常满足式(1)的关系。通过使用下式(1)，能够从弹簧常数k计算出刚性模量。

k＝P/δ＝Gd⁴/8nD³…(1)

其中，P为载荷(N)，δ为变形量(mm)，G为刚性模量(GPa)，d为构成螺旋弹簧1的线材的直径，n为有效圈数，D为螺旋弹簧1的平均直径。另外，如图1所示，将螺旋弹簧1的内径设为D_i，将螺旋弹簧1的外径设为D_o时，螺旋弹簧1的平均直径为D＝(D_i+D_o)/2。

另外，扭转应力τ₀满足下式(2)的关系。将作为基于弹簧指数求得的瓦尔应力校正系数(Wahl stress corection factor)的螺旋弹簧的内周侧的瓦尔应力校正系数设为κ_i，螺旋弹簧的外周侧的瓦尔应力校正系数设为κ_o，通过下式(3)、(4)能够导出最大应力τ_max和最小应力τ_min。各应力校正系数κ_i、κ_o满足下式(5)、(6)的关系。下式(3)、(4)表示如下情况：分别作用于内周侧区域与外周侧区域的应力不同，且在内周侧区域成为最大。

τ₀＝8PD/πd³…(2)

τ_max＝κ_iτ₀…(3)

τ_min＝κ_oτ₀…(4)

κ_i＝(4c-1)/(4c-4)+0.615/c…(5)

κ_o＝(4c+1)/(4c+4)-0.615/c…(6)

其中，c表示弹簧指数，c＝D/d。

最大应力τ_max相当于作用于螺旋弹簧的最内部的应力，最小应力τ_min相当于作用于螺旋弹簧的最外部的应力。另外，上述的刚性模量G通过将乘以弹簧系数k的扭转应力τ₀用应变σ除(kτ₀/σ)的方式能够求得。这里，最内部是指在FRP层11中位于螺旋弹簧1的最内周侧的部分，最外部是指在FRP层11中位于螺旋弹簧1的最外周侧的部分。

另外，对本实施方式涉及的螺旋弹簧1而言，弹簧指数c(＝D/d)优选满足4以上且15以下，更优选满足4以上且10以下。满足该条件时，剪切应力的影响比因扭转应力而产生的力矩小。另外，在弹簧指数c较小即弯曲程度较大时，内周侧区域与外周侧区域的应力差较大。本实施方式涉及的螺旋弹簧1特别是在这样的应力差较大的情况下有效。

图5是表示作为用于制作螺旋弹簧1的线材的弹性部件用线材的结构的俯视图。该图所示弹性部件用线材100(以下简称为“线材100”)呈层构造的圆柱状，具备呈圆柱状的芯材110、以及通过将增强纤维112缠绕在芯材110的外周上而制成的FRP层111，其中，该芯材110由与芯材10相同的材料制成，该增强纤维112由与增强纤维12相同的纤维制成。缠绕于芯材110的增强纤维112，可以预先浸渗有液状的热固性树脂，也可以在缠绕之后再浸渗热固性树脂。

接下来说明线材100的制造方法。首先，获得将预先浸渗有液状热固性树脂的增强纤维112缠绕在芯材110上的线材。此时，将增强纤维112缠绕于芯材110的缠绕方向Y₁₀(增强纤维112的延伸方向)，例如，假设在将线材100卷绕成螺旋状而制得的螺旋弹簧1上从外部作用有载荷的情况下，沿着上述的拉伸载荷的方向。具体地，将增强纤维112缠绕于芯材110的缠绕方向Y₁₀，在从与芯材110的长度轴(例如图5所示的轴N₁₀₀)正交的方向观察时，该缠绕方向Y₁₀(增强纤维112延伸的方向)与轴N₁₀₀所构成的角度θ在40°<θ≤50°的范围内。作为将增强纤维112缠绕于芯材110的方法，例如可举出纤维缠绕成型法(Filament Winding)。此外，在使用多根增强纤维形成为片状的增强纤维束的情况下，也可以通过片材缠绕法(Sheet Winding)来形成。

图6是用于说明本发明一实施方式涉及的弹性部件用线材的制造方法的图。在将增强纤维112缠绕于芯材110后，用板状部件200在芯材110的径向上按压该线材，以使热固性树脂向与板状部件200相反的一侧移动，从而在FRP层111中，使在相对于芯材110靠板状部件200的一侧的增强纤维112的含量变大。由此，能够获得如上所述那样的线材的径向一侧与另一侧的增强纤维112的含量不同的线材。此时，为了提高之后的操作性，也可以将在所得到的线材上覆盖热收缩软管并且使热收缩软管热收缩来得到的线材，作为用于制作螺旋弹簧1的线材。

此外，可以在板状部件200的按压线材的面上形成曲面，并用该曲面按压线材，其中该曲面具有比该线材表面的曲率半径大的曲率半径。由此，能够抑制线材相对于板状部件200的位置偏移，同时能够使板状部件200以面接触的方式按压线材。

此外，如上所述，作为将线材100用作悬架弹簧用的线材时的强度，优选地，线材100的刚性模量为9GPa以上。

通过将该热固化前的线材100卷绕成螺旋状以使纤维含量较大的区域配置在螺旋弹簧的内周侧，之后将热固性树脂加热固化，能够制造出上述螺旋弹簧1。

另外，在上述线材的制作方法中说明的是，将线材按压到板状部件200，以改变增强纤维的含量，也可以是，在制作螺旋弹簧1过程中线材的卷制(coiling)时，向芯材110按压纤维增强塑料(FRP)层111的同时进行卷绕，由此也能够获得增强纤维112的含量不同的螺旋弹簧1。例如，利用丝杠卷绕线材来制造螺旋弹簧1时，在上述的线材的制造方法中，利用在用板状部件200按压之前的、内周侧区域与外周侧区域的增强纤维112的含量大致相同的线材，并且朝向丝杠的中心方向按压该线材的同时进行卷绕，由此能够获得增强纤维112的含量不均匀的螺旋弹簧1。

在本发明的螺旋弹簧1中，本发明涉及的增强纤维12的含量的关系可以适用于螺旋弹簧1整体。另外，本发明涉及的增强纤维12的含量的关系可以限定地适用于压缩时作用有特别大的载荷处，例如螺旋弹簧1的内周侧区域。此时，增强纤维12的含量在螺旋弹簧1的内周侧区域中，从最内部向外周侧沿线材的周方向连续地变小。

根据上述本发明一实施方式，螺旋弹簧1包括芯材10，其能够弹性变形；以及FRP层11，其由卷绕在芯材10上的增强纤维12和将增强纤维彼此固定的热固性树脂形成，且覆盖芯材10的外表面，在FRP层11中，内周侧的增强纤维12的含量大于外周侧的增强纤维12的含量，因此即使不增加纤维量，也可以提高作用有相对较大的应力的内周侧的强度，进而能够提高具有耐应力性的强度。

另外，根据上述本发明的一实施方式，能够提高强度，而不增大纤维量，因此能够减少制造螺旋弹簧的费用。

实施例

下面，对本发明涉及的螺旋弹簧的实施例进行说明。此外，本发明不限于这些实施例。首先，对本实施例涉及的弹性部件用线材的结构进行说明。

实施例1

作为芯材而使用φ7mm的棒状的聚丙烯(PP)树脂材料，作为增强纤维而使用含有40vol％的混合液的碳纤维束、即丝束预浸料(tow prepreg)，该混合液包含作为热固性树脂的环氧树脂和交联剂。

作为弹性部件用线材，将丝束预浸料缠绕在芯材上。首先，将碳纤维束以使其在从正交于芯材长度轴的方向观察时与芯材长度轴构成45°的方式进行缠绕。之后，在所获得的线材上覆盖热收缩软管并使热收缩软管进行热收缩，来形成螺旋弹簧制造用线材。对该螺旋弹簧制造用线材，施加100N的张力的同时将其卷绕并固定(卷制)在作为螺旋弹簧的模具的丝杠上，之后通过加热使环氧树脂固化来获得实施例1涉及的螺旋弹簧。

实施例2

将螺旋弹簧制造用线材的卷制时的张力设为5N以下，除此之外，与实施例1同样地进行而获得实施例2的螺旋弹簧。

实施例3

将碳纤维束含有的混合液设为47vol％，并将螺旋弹簧制造用线材的卷制时的张力设为20N以下，除此之外与实施例1同样地进行而获得实施例3的螺旋弹簧。

以上说明的实施例1～3中，芯材的直径以及成型前的线材的外径是相同的。

接下来，对本实施例涉及的试验内容进行说明。

纤维体积含量

纤维体积含量是，在获得通过显微镜拍摄螺旋弹簧的线材截面而得到的图像后，对所获得的图像进行图像处理来测量的，其中放大倍数设为300倍。图像是对从表面的深度在线材直径的15％以内的范围进行拍摄的。作为具体的图像处理，根据颜色的不同来识别图像中的增强纤维和热固性树脂；计算识别出的各方的区域的面积；基于计算出的各区域的面积计算纤维体积含量。图7是用于说明本发明实施例涉及的螺旋弹簧的增强纤维含量的测量方法的图。在获得了如图7示出的芯材10与FRP层11的截面图像的情况下，在该截面图像的FRP层11的外边缘侧设定多个计算区域R1～R12，并基于各计算区域R1～R12的增强纤维含量计算平均值。在本实施例中，在图7中，将计算区域R3设为最内部，将计算区域R10设为最外部，将计算区域R1～R5设为内周侧区域的增强纤维含量的计算对象，将计算区域R8～R12设为外周侧区域的增强纤维含量的计算对象，并且计算各自平均值并将其作为内周侧区域及外周侧区域的增强纤维含量。

静态压缩试验

以50mm/min的试验速度进行压缩试验。压缩至载荷成为8650N为止，并测量此时的位移。

刚性模量

基于通过上述的压缩试验而得到的载荷-变形量曲线图的斜率(弹簧常数)，根据式(1)计算出刚性模量G。

接着，在表1中示出本实施例涉及的螺旋弹簧的纤维体积含量V_f、内周侧区域与外周侧区域的含量之差V_fi－V_fo、以及压缩试验结果(刚性模量)。其中，“纤维体积含量”表示FRP层中增强纤维的体积含量。

表1

得出以下结果：在实施例1～3中，内周侧区域的纤维含量都高于外周侧区域，且刚性模量也大于6GPa。比较实施例1和实施例2可知，含量差及刚性模量都是实施例1较大，与如实施例2那样的内周侧区域与外周侧区域的增强纤维的含量差较小的螺旋弹簧相比，实施例1的刚性模量较高，可以说强度较高。另外，比较相对于实施例2含量差较大的实施例1与实施例3。虽然实施例1与实施例3的含量差相差不多，但是对刚性模量而言，实施例1较高，可以认为实施例1作为螺旋弹簧的强度高。如上所述可知，含量差较大且纤维体积含量较高，则作为螺旋弹簧的强度较高。

另外，由于卷制时的张力，从加热固化前的线材挤出树脂。因此，固化前后的树脂量并不一定一致。实施例1的树脂挤出量比实施例2、3多，因此整体的纤维含量增大，有助于刚性模量的提高。

这里，在将上述的螺旋弹簧1用于悬架用的悬架弹簧的情况下，用来制作该螺旋弹簧1的弹性部件用线材被要求例如其刚性模量为9GPa以上。由本实施例的结果可以看出，实施例1涉及的螺旋弹簧能充分满足作为悬架用的螺旋弹簧的要求。

另外，对实施例1的螺旋弹簧的线材进行截面的观察。图8是用于说明本发明实施例涉及的实施例1的螺旋弹簧的截面图像的图。在图8中，显示为白色的部分是增强纤维，显示为黑色的部分是由热固性树脂和少量的气泡构成。将螺旋弹簧的截面的一部分截取并进行放大观察(参见图8)可知，如表2所示，在螺旋弹簧的内周侧区域，从最内部的计算区域(R23)到外周侧的计算区域(R26、R27)纤维含量沿线材的圆周方向连续地变小。

表2

计算区域	纤维含量(vol％)
		R21	74.5
R22	74.7
		R23	76.7
R24	75.9
		R25	74.3
R26	73.2
		R27	72.5

本发明可以涵盖这里未记载的各种各样的实施方式等，在不脱离由权利要求书所限定的技术思想的范围内，可以进行各种设计变更等。

如上所述，本发明涉及的螺旋弹簧，便于实现轻量化且提高强度。

符号说明

1 螺旋弹簧

10、110 芯材

11、111 纤维增强塑料(FRP)层

12、112 增强纤维

100 弹性部件用线材

Claims

1.一种螺旋弹簧，其特征在于，包括：

芯材，其能够弹性变形；以及

增强纤维层，其具有卷绕在所述芯材的外周上的多个增强纤维、以及将所述增强纤维彼此固定的热固性树脂，其中，

在所述增强纤维层的表层的至少一部分，该螺旋弹簧的内周侧的增强纤维的含量大于外周侧的增强纤维的含量。

2.根据权利要求1所述的螺旋弹簧，其特征在于，

该螺旋弹簧是将由所述芯材与所述增强纤维层构成的线材进行卷绕而成的，

在与所述芯材的中心轴正交的截面的至少内周侧区域，所述增强纤维的含量沿所述线材的周向从最内部向所述外周侧连续地变小。

3.根据权利要求1或2所述的螺旋弹簧，其特征在于，

在所述增强纤维层的所述内周侧的增强纤维的含量是65vol%以上且85vol%以下。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的螺旋弹簧，其特征在于，

在与所述芯材的中心轴正交的截面中，将所述内周侧的区域的增强纤维的含量设为V_fi，将所述外周侧的区域的增强纤维的含量设为V_fo时，

V_fo<V_fi，并且

V_fi与V_fo之差V_fi-V_fo是5vol%以上且25vol%以下，其中，V_fi与V_fo的单位是vol%。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的螺旋弹簧，其特征在于，

在所述增强纤维中，至少在外表面的所述增强纤维相对于所述芯材的卷绕方向是沿着拉伸载荷的方向的方向，所述拉伸载荷根据从外部作用的对该螺旋弹簧的线材施加扭转应力的载荷而作用于该线材。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的螺旋弹簧，其特征在于，

在与所述芯材的中心轴正交的截面中，所述芯材的中心轴偏离所述增强纤维层的中心轴。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的螺旋弹簧，其特征在于，

将该螺旋弹簧的平均直径设为D，将线材的直径设为d时，弹簧指数c=D/d是4以上且10以下。