JP2017035827A - 防振部材及び防振部材の製造方法 - Google Patents

防振部材及び防振部材の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、強度の向上を図ることができる防振部材を提供することを目的とする。
【解決手段】振動発生部及び振動受部に連結されるトルクロッド１０であって、複数本並べられた繊維状の補強部材２４の間に繊維状樹脂３８が編み込まれ繊維状樹脂３８が溶融され補強部材２４と一体となった熱可塑性の樹脂層３０の表面に被覆層３４となる熱可塑性樹脂を積層する。
【選択図】図４

Description

本発明は、振動発生部又は振動受部の少なくともいずれか一方に接続される防振部材に関する。
従来、パワーユニットと車体とを連結してパワーユニットの振動を抑える防振部材としてトルクロッドが知られており（例えば、特許文献１参照。）、このトルクロッドは、樹脂で成形されている。
このトルクロッドを樹脂成形する際には、準備工程において、金型のキャビティに補強用の炭素繊維を投入するとともに、エポキシ樹脂と高温硬化剤と低温硬化剤とを混合して充填する。そして、熱処理工程を経て樹脂製のトルクロッドを形成する。
特開２０１４−２５５１６号公報
しかしながら、このようなトルクロッドにあっては、補強用の短繊維からなる炭素繊維がトルクロッドの全域に分散している。このため、トルクロッドの強度の向上を図る上で、炭素繊維の効率的な利用が図られておらず、さらなるトルクロッドの強度アップが望まれていた。
本発明は、繊維材で効率的に強度を向上させた防振部材を提供することを目的とする。
第一の態様は、振動発生部側と振動受部側とを連結する防振部材であって、複数本並べられた繊維状の補強部材の間に繊維状の熱可塑性樹脂が編み込まれ前記熱可塑性樹脂が溶融されて前記補強部材と一体となった熱可塑性樹脂層の表面に被覆層となる熱可塑性樹脂が積層されている。
すなわち、この防振部材の中心部には、複数本の繊維状の補強部材が並べられ、各補強部材は、その間に編み込まれた繊維状の熱可塑性樹脂が溶融され固化されることによって一体化されている。これにより、短繊維の補強部材が全域に渡って分散される場合と比較して、補強部材同士の結合が強固となり、防振部材の強度を向上する上で補強部材が効率的に利用できる。
そして、各補強部材と一体化された熱可塑性樹脂層の表面には、被覆層が積層され一体化されている。ここで、複数本並べた繊維状の補強部材に被覆層となる熱可塑性樹脂を溶融含浸させ防振部材を形成すると、補強部材の表面部分のみに熱可塑性樹脂層が形成されてしまう。
しかし、本態様の防振部材では、被覆層を、溶融され各補強部材間に形成された熱可塑性樹脂層と一体化することができるため、補強部材からの被覆層の剥離を抑制することができる。
また、第二の態様は、第一の態様において、前記補強部材を環状に曲げることで、前記振動発生部に連結される第１環状部と、前記振動受部に連結される第２環状部と、前記第１環状部と前記第２環状部と連結する連結部と、が形成されている。
ここで、補強部材を環状に曲げるとは、補強部材をループさせることを言い、ループさせた補強部材の先端部と基端部とが重ねられた状態、ループさせた補強部材の先端と基端とが突き合せられた状態、及びループさせた補強部材の先端と基端とが離間した状態も含むものである。
すなわち、この防振部材には、エンジンなどの振動発生部に連結される第１環状部と、車体などの振動受部に連結される第２環状部とが設けられており、各環状部は、繊維状の補強部材が曲げられて形成されている。
このため、細かく分断された短繊維状の補強部材で環状部が形成される場合と比較して、荷重を受ける環状部の剛性を高めることができ、環状部の予期せぬ口開き等を抑制することができる。
また、第１環状部と第２環状部を連結する連結部も、第１環状部及び第２環状部と共に補強部材を曲げることによって形成されており、この連結部の引張剛性が向上する。このため、第１環状部と第２環状部とを離間する方向へ力が作用した場合、繊維状の補強部材が有する引張強度によって、これに抵抗することができる。
さらに、第三の態様は、第二の態様において、前記補強部材の端部を前記連結部で重ねた。
このように、連結部で補強部材の端部を重ねることで、端部を環状部で重ねる場合と比較して、引張力に対する抵抗を大きくすることができる。また、補強部材の端部が荷重を受けやすい環状部を避けて配置されるため、防振部材の耐久性が向上する。
そして、第四の態様は、振動発生部側と振動受部側とを連結する防振部材の製造方法であって、複数本並べられた繊維状の補強部材の間に繊維状の熱可塑性樹脂が編み込まれた複合シートを所定形状に形成し加熱して所定形状のコア部を形成するとともに、該コア部を防振部材の成形型へ入れ固化前の熱可塑性樹脂材を積層し加熱する。
すなわち、複数本並べられた繊維状の補強部材の間に繊維状の熱可塑性樹脂が編み込まれた複合シートを所定形状に形成し、この所定形状の複合シートを加熱する。すると、各補強部材は、その間に編み込まれた繊維状の熱可塑性樹脂が溶融され固化されることによって補強部材と熱可塑性樹脂が一体化されたコア部が形成される。そして、このコア部を防振部材の成形型へ入れ固化前の熱可塑性樹脂材を積層し加熱することで、補強部材で補強されるととともに表面に被覆層が積層された防振部材が形成される。
この製造された防振部材において、その中心部には、複数本の繊維状の補強部材が並べられ、各補強部材は、その間に編み込まれた繊維状の熱可塑性樹脂が溶融され固化されることによって一体化されている。これにより、短繊維の補強部材が全域に渡って分散される場合と比較して、補強部材同士の結合が強固となり、防振部材の強度を向上する上で補強部材が効率的に利用できる。
そして、各補強部材と一体化された熱可塑性樹脂層の表面には、被覆層が積層され一体化されている。ここで、複数本並べた繊維状の補強部材に被覆層となる熱可塑性樹脂を溶融含浸させ防振部材を形成すると、補強部材の表面部分のみに熱可塑性樹脂層が形成されてしまう。
しかし、この防振部材では、被覆層を、溶融され各補強部材間に形成された熱可塑性樹脂層と一体化することができるため、補強部材からの被覆層の剥離を抑制することができる。
また、第五の態様は、振動発生部に連結される第１環状部と、振動受部に連結される第２環状部と、前記第１環状部と前記第２環状部材とを連結する連結部とを有した防振部材の製造方法であって、複数本並べられた繊維状の補強部材の間に繊維状の熱可塑性樹脂が編み込まれた複合シートを曲げて所定形状に形成し加熱して前記第１環状部を構成する部分と前記第２環状部を構成する部分と前記連結部を構成する部分とを有したコア部を形成するとともに、該コア部を防振部材の成形型へ入れ固化前の熱可塑性樹脂材を積層し加熱する。
すなわち、複数本並べられた繊維状の補強部材の間に繊維状の熱可塑性樹脂が編み込まれた複合シートを曲げ加工することによって、第１環状部と、第２環状部と、第１環状部及び第２環状部を連結する連結部とを形成する。
この曲げ加工された複合シートを加熱することで、各補強部材は、その間に編み込まれた繊維状の熱可塑性樹脂が溶融され固化されることによって補強部材と熱可塑性樹脂が一体化されたコア部が形成される。そして、このコア部を防振部材の成形型へ入れ固化前の熱可塑性樹脂材を積層し加熱することで、補強部材で補強された防振部材が形成される。
また、製造される防振部材において、振動発生部に連結される第１環状部と振動受部に連結される第２環状部とは、複合シートが曲げられて形成されている。このため、細かく分断された短繊維状の補強部材で環状部が形成される場合と比較して、荷重を受ける環状部の剛性を高めることができ、環状部の予期せぬ口開き等を抑制することができる。
また、第１環状部と第２環状部を連結する連結部も、第１環状部及び第２環状部と共に複合シートを曲げることによって形成されており、複合シートを構成した繊維状の補強部材によって連結部の引張剛性が向上する。このため、第１環状部と第２環状部とを離間する方向へ力が作用した場合、繊維状の補強部材が有する引張強度によって、これに抵抗することができる。
また、第六の態様は、第五の態様において、前記複合シートの端部を、前記連結部を構成する部分で重ねて前記コア部を形成した。
このように、連結部で複合シートの端部を重ねることで、環状部で重ねる場合と比較して、製造される防振部材において、引張力に対する抵抗を大きくすることができる。また、補強部材の端部が荷重を受けやすい環状部を避けて配置されるため、製造される防振部材の耐久性が向上する。
本発明は上記構成としたので、繊維材で効率的に防振部材の強度の向上を図ることができる。
本実施形態に係るトルクロッドを示す平面図である。 同実施形態のトルクロッドを示す水平断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面に相当する模式図である。 同実施形態のトルクロッドの製造工程を示す説明図で、（Ａ）はトルクロッドのコア部を金型で形成する様子を示す図、（Ｂ）はプリプレグシートを曲げ加工した状態を示す図、（Ｃ）はコア部を金型に収容した状態を示す図、（Ｄ）は成形されたトルクロッドの断面を示す図である。 同実施形態のプリプレグシートを示す要部の拡大図である。
以下、本発明の一実施形態を図面に従って説明する。図１から図３は、本実施形態に係る防振部材の一例としてのトルクロッド１０を示す図である。このトルクロッド１０は、車両に設けられ、振動発生部の一例であるエンジンと振動受部の一例である車体とを連結してエンジンの振動を抑えるものである。
このトルクロッド１０のロッド本体１２は、円筒状に形成された第１環状部１４と、第１環状部１４より側方へ延出した連結部１６と、この連結部１６の先端に連設された円筒状の第２環状部１８とによって構成されている。
第１環状部１４は、第２環状部１８より小径に形成されており、当該第１環状部１４の内側には、円筒状の第１ゴムブッシュ２０が内嵌されるよう構成されている。これにより、当該トルクロッド１０は、第１ゴムブッシュ２０を介して第１環状部１４をエンジンに連結できるように構成されている。また、第２環状部１８の内側には、円筒状の第２ゴムブッシュ２２が内嵌されるように構成されており、当該トルクロッド１０は、第２ゴムブッシュ２２を介して第２環状部１８を車体に連結できるように構成されている。
連結部１６は、ロッド状に形成されており、その断面が、図３に示すように、矩形状に形成されている。この連結部１６は、図１に示したよう、端部へ向かうに従って幅寸法が広くなるように構成されており、一方の端部１６Ｘが第１環状部１４の側面１４Ｓに連設されるとともに、他方の端部１６Ｙが第２環状部１８の側面１８Ｓに連設されている。
図４は、このトルクロッド１０の製造工程を示す説明図であり、トルクロッド１０を製造する際には、図５に示すような複合シートとしてプリプレグシート３６が用いられている。
このプリプレグシート３６は、複数並設されたガラス繊維からなる糸状の補強部材２４と、熱可塑性樹脂である脂肪族ポリアミド繊維で形成された糸状の繊維状樹脂３８とが編まれて形成されており、プリプレグシート３６は、補強部材２４が経糸を形成するとともに、繊維状樹脂３８が緯糸を形成するように構成され、その厚み寸法は、２〜４ｍｍとなるように構成されている。
ここで、プリプレグとは、ガラスクロス、炭素繊維のような繊維状補強材に、硬化剤、着剤材などの添加物を混合した熱硬化性樹脂を含浸させ、加熱または乾燥して半硬化状態にした強化プラスチック成形材料を示す用語として用いることがある。しかし、本願のプリプレグシート３６では、前述したように、補強部材２４と繊維状樹脂３８とが編まれたものをいう。
ここで、本実施形態では、補強部材２４としてガラス繊維を用いる場合について説明するが、これに限定されるものではない。例えば他の補強部材２４として、アラミド繊維やパラ系アラミド繊維や炭素繊維を用いることができるが、曲げ加工が行われる本実施形態にあってはガラス繊維が適している。
各補強部材２４は、糸状のロービング材がプリプレグシート３６の長さに合わせて切断されてなり、各補強部材２４は、プリプレグシート３６の全長に渡って延在する長さに設定されている。
繊維状樹脂３８は、各補強部材２４を横断するように設けられており、隣接する補強部材２４の上部及び下部を交互に通過するように編み込まれている。この繊維状樹脂３８は、並設された補強部材２４の端にて折り返されるよう構成されており、これらを繰り返すことによってシート状の生地を構成するプリプレグシート３６が形成されている。
このトルクロッド１０を製造する際には、図５に示したように、前述したように複数の補強部材２４と繊維状樹脂３８とを編み込んでプリプレグシート３６を形成する（シート形成工程）。
そして、このプリプレグシート３６を、例えば複数積層して所定の厚みを確保した上で、図４（Ａ）に示したように、ダイスライドインジェクション用の第１の下金型４０のキャビティ４０Ａに沿って環状に曲げて配置する。
具体的には、図４（Ｂ）に示すように、プリプレグシート３６を、連結部１６の中途部から第２環状部１８へ向けて延設するとともに、第２環状部１８に沿って円環状に曲げた後、連結部１６に戻るように配置する。そして、連結部１６に戻されたプリプレグシート３６の先端部を、第１環状部１４へ向けて延在させるとともに、第１環状部１４に沿って円環状に曲げた後、連結部１６に戻し、この先端部を基端部に重ねて仮止めする。
なお仮止めの方法としては、先端部と基端部とを熱溶着してもよい。
これにより、プリプレグシート３６を構成する補強部材２４が環状に曲げられる。そして、当該トルクロッド１０の中央部には、プリプレグシート３６を構成する補強部材２４の先端部２４Ａと基端部２４Ｂとが重ね合わされたオーバーラップ部２８が形成される。
このように、円筒状の第１環状部１４を構成する第１環状部構成部１４Ａと、ロッド状の連結部１６を構成する連結部構成部１６Ａと、円筒状の第２環状部１８を構成する第２環状部構成部１８Ａとを単一のプリプレグシート３６によって形成する（シート配置工程）。ここで、単一のプリプレグシート３６とは、複数のプリプレグシート３６を補強部材２４の長さ方向に継ぎ合わせたものではないことを意味する。このため、単一のプリプレグシート３６とは、前述した一枚のプリプレグシート３６で構成する場合や、同一のプリプレグシート３６を複数積層して使用する場合も含む概念である。
この状態において、第１の下金型４０に上金型４２を合わせて両金型（第１の下金型４０、上金型４２）を閉じて、２００度以上に加熱して収容されたプリプレグシート３６の繊維状樹脂３８を溶解して固化する。これにより、図３に示したように、複数並べて配置された補強部材２４を、溶解された繊維状樹脂３８からなる樹脂層３０により一体化して、コア部３２を形成する（コア部形成工程）。
なお、図３は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面に相当する模式図であり、断面の状態の説明を容易とするために使用したものである。このため、隣接した補強部材２４の間隔や本数は実際の断面とは異なるものであり、使用するプリプレグシート３６の積層枚数や補強部材２４の編み方により変動するものである。
このとき、第１の下金型４０のキャビティ４０Ａには、第１環状部構成部１４Ａの下端部を連結部構成部１６Ａより下方へ延出させる為の第１延出凹部４０Ｂと、第２環状部構成部１８Ａを連結部構成部１６Ａより下方へ延出させる為の第２延出凹部４０Ｃとが凹設されている。このため、形成されるコア部３２では、第１環状部構成部１４Ａの下端部が連結部構成部１６Ａより下方へ延出するとともに、第２環状部構成部１８Ａの下端部が連結部構成部１６Ａより下方へ延出する。
ここで、この第１の下金型４０でプリプレグシート３６を加熱して繊維状樹脂３８を溶解した際には、溶解した繊維状樹脂３８が補強部材２４と共に第１延出凹部４０Ｂ及び第２延出凹部４０Ｃ内に充填される。これにより、成形されたコア部３２において、全域に渡って補強部材２４が樹脂層３０で一体化された第１環状部構成部１４Ａと第２環状部構成部１８Ａとを形成することができる。
次に、図４に示したように、例えば成形したコア部３２を上金型４２に支持した状態で型開きを行う。その方法としては、コア部３２の第１環状部構成部１４Ａ内側面を形成する第１コア部４２Ａ及び第２環状部構成部１８Ａ内側面を形成する第２コア部４２Ｂに設けられた図示しない小孔より負圧を供給してコア部３２を上金型４２に保持する方法が挙げられる。
この状態において、図４の（Ｃ）に示したように、第１の下金型４０をスライドしてトルクロッド１０の成形型である第２の下金型４４を上金型４２の下部に配置する。そして、第２の下金型４４に上金型４２を合わせて両金型（第２の下金型４４、上金型４２）を閉じ、上金型４２に支持されたコア部３２を第２の下金型４４内に収容する。
このとき、第２の下金型４４のキャビティ４４Ａは、第１の下金型４０のキャビティ４０Ａより大きく形成されており、収容されたコア部３２と第２の下金型４４との間には間隙４６が形成される。
この状態において、第２の下金型４４の射出孔４４Ｂから、固化前の脂肪族ポリアミド樹脂からなる熱可塑性の樹脂材を供給し、第２の下金型４４のキャビティ４４Ａ内に充填するとともに、第２の下金型４４を２００度以上に保って射出成型を行う（射出成型工程）。
すると、図３に示したように、この樹脂材とコア部３２を構成する繊維状樹脂３８で形成された樹脂層３０とが一体化される。これにより、コア部３２の外周面には、樹脂材からなる被覆層３４が積層され、補強されたロッド本体１２が形成される。ここで、積層とは、コア部３２に被覆層３４が積み重ねられて形成された状態をいう。
なお、本実施形態では脂肪族ポリアミド樹脂を用いて射出成型を行ったが、これに限定されるものではなく、コア部３２を構成する樹脂と親和性の高い同等の樹脂又は同一の樹脂で構成してもよい。また、撥水性又は防水性の高い樹脂を用いることによって、トルクロッド１０の耐水性を高めることができる。
このとき、この被覆層３４に例えばフランジを一体形成すれば、トルクロッド１０にフランジを形成することもできる。これにより、プリプレグシート３６で形成されたコア部３２に、突出した部分を一体的に形成することができる。
また、本実施の形態では、コア部３２の第１環状部構成部１４Ａ及び第２環状部構成部１８Ａの内側面を第１コア部４２Ａ及び第２コア部４２Ｂに密着してコア部３２を第２の下金型４４のキャビティ４４Ａの中心部に維持したが、これに限定されるものではない。例えば、ピンを用いてコア部３２をキャビティ４４Ａの中心部に浮かせた状態で配置しても良い。この場合、コア部３２の内外面にも樹脂材を積層することができ、コア部３２の全面に被覆層３４が積層されたロッド本体１２を形成することができる。
以上の構成にかかる本実施形態において、製造されたトルクロッド１０の中心部には、複数の繊維状の補強部材２４が並べて設けられており、各補強部材２４は、その間に編み込まれた繊維状樹脂３８が溶融され固化されることによって一体化されている。これにより、短繊維状の補強部材２４が全域に渡って分散される場合と比較して、補強部材２４同士の結合が強固となり、トルクロッド１０の強度を向上する上で補強部材２４が効率的に利用できる。
そして、各補強部材２４と一体化された樹脂層３０は、表面に積層された被覆層３４と一体化されている。ここで、複数本並べた繊維状の補強部材２４に被覆層３４となる熱可塑性樹脂を溶融含浸させトルクロッド１０を形成すると、補強部材２４の表面部分のみに熱可塑性樹脂層が形成されてしまう。
しかし、本実施形態のトルクロッド１０では、表面の被覆層３４を、各補強部材２４間に設けられた樹脂層３０と一体化することができる。このため、補強部材２４からの被覆層３４の剥離を抑制することができ、トルクロッド１０の強度の向上を図ることができる。
ここで、このトルクロッド１０には、振動発生部であるエンジンに連結される第１環状部１４と、振動受部である車体に連結される第２環状部１８とが設けられており、第１環状部１４及び第２環状部１８は、繊維状の補強部材２４が曲げられて形成されている。
このため、細かく分断された短繊維状の補強部材で第１環状部１４及び第２環状部１８が形成される場合と比較して、荷重を受ける第１環状部１４及び第２環状部１８の剛性を高めることができ、第１環状部１４及び第２環状部１８の予期せぬ口開き等を抑制することができる。
また、第１環状部１４と第２環状部１８を連結する連結部１６も、第１環状部１４及び第２環状部１８と共に補強部材２４を曲げることによって形成されており、この連結部１６の引張剛性が向上する。このため、第１環状部１４と第２環状部１８とを離間する方向へ力が作用した場合、繊維状の補強部材２４が有する引張強度によって、これに抵抗することができる。
そして、補強部材２４の先端部２４Ａ及び基端部２４Ｂは、連結部１６で重ねられており、第１環状部１４又は第２環状部１８で重ねる場合と比較して、引張力に対する抵抗を大きくすることができる。
また、補強部材２４の先端部２４Ａ及び基端部２４Ｂが荷重を受けやすい第１環状部１４及び第２環状部１８を避けて配置されるため、トルクロッド１０の耐久性を向上することができる。
そして、繊維状の補強部材２４の間に熱可塑性の繊維状樹脂３８が編み込まれた単一のプリプレグシート３６を用いることで、第１環状部１４と第２環状部１８と連結部１６とを有したトルクロッド１０を簡易に形成することができる。
なお、本実施の形態では、防振部材としてトルクロッド１０を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、エンジンマウントブラケットやサスペンションマウントブラケットのような防振部材及び防振部材の製造方法に応用してもよい。
これらのブラケットでは、プリプレグシート３６を環状に曲げることなく、形成することができる。また、プリプレグシート３６の縁部をあらかじめ屈曲することで、エンジンマウントブラケットやサスペンションマウントブラケットを断面コ字形状に形成したり、側部に補強用フランジを形成したりすることができる。
また、プリプレグシート３６を構成する補強部材２４が環状に曲げられているが、この補強部材２４を環状に曲げるとは、補強部材２４をループさせることをいう。このとき、補強部材２４が形成する第１環状部１４及び第２環状部１８は、円筒状である必要は無く、矩形の筒状であってもよい。
また、プリプレグシート３６を構成された補強部材２４を環状に曲げるとは、ループさせた補強部材２４の先端部２４Ａと基端部２４Ｂとが重ねられた状態に限定されるものではない。すなわち、環状とは、ループさせた補強部材２４の先端と基端とが突き合せられた状態や、ループさせた補強部材２４の先端と基端とが離間した状態も含むものとする。
１０…トルクロッド、１４…第１環状部、１６…連結部、１８…第２環状部、２４…補強部材、２４Ａ…先端部、２４Ｂ…基端部、２８…オーバーラップ部、３０…樹脂層、３２…コア部、３４…被覆層、３６…プリプレグシート、３８…繊維状樹脂

Claims (6)

  1. 振動発生部側と振動受部側とを連結する防振部材であって、
    複数本並べられた繊維状の補強部材の間に繊維状の熱可塑性樹脂が編み込まれ前記熱可塑性樹脂が溶融されて前記補強部材と一体となった熱可塑性樹脂層の表面に被覆層となる熱可塑性樹脂が積層された防振部材。
  2. 前記補強部材を環状に曲げることで、前記振動発生部に連結される第１環状部と、前記振動受部に連結される第２環状部と、前記第１環状部と前記第２環状部と連結する連結部と、が形成された請求項１に記載の防振部材。
  3. 前記補強部材の端部を前記連結部で重ねた請求項２に記載の防振部材。
  4. 振動発生部側と振動受部側とを連結する防振部材の製造方法であって、
    複数本並べられた繊維状の補強部材の間に繊維状の熱可塑性樹脂が編み込まれた複合シートを所定形状に形成し加熱して所定形状のコア部を形成するとともに、該コア部を防振部材の成形型へ入れ固化前の熱可塑性樹脂材を積層し加熱する、防振部材の製造方法。
  5. 振動発生部に連結される第１環状部と、振動受部に連結される第２環状部と、前記第１環状部と前記第２環状部とを連結する連結部とを有した防振部材の製造方法であって、
    複数本並べられた繊維状の補強部材の間に繊維状の熱可塑性樹脂が編み込まれた複合シートを曲げて所定形状に形成し加熱して前記第１環状部を構成する部分と前記第２環状部を構成する部分と前記連結部を構成する部分とを有したコア部を形成するとともに、該コア部を防振部材の成形型へ入れ固化前の熱可塑性樹脂材を積層し加熱する、防振部材の製造方法。
  6. 前記複合シートの端部を、前記連結部を構成する部分で重ねて前記コア部を形成した請求項５に記載の防振部材の製造方法。
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