JPH0272232A - 繊維強化樹脂製皿バネ - Google Patents
繊維強化樹脂製皿バネInfo
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- JPH0272232A JPH0272232A JP22188888A JP22188888A JPH0272232A JP H0272232 A JPH0272232 A JP H0272232A JP 22188888 A JP22188888 A JP 22188888A JP 22188888 A JP22188888 A JP 22188888A JP H0272232 A JPH0272232 A JP H0272232A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F1/00—Springs
- F16F1/36—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
- F16F1/366—Springs 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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Springs (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、繊維強化樹脂材料からなる軽量でバネ特性、
疲労強度等の良好な皿バネに関する。
疲労強度等の良好な皿バネに関する。
(従来の技術)
一般に、皿バネは荷重に対して相対的に歪が小さい低歪
高荷重であることを特徴とするバネで、その材質として
は従来より鋼製のものが用いられてきた。
高荷重であることを特徴とするバネで、その材質として
は従来より鋼製のものが用いられてきた。
近年、皿バネの使用環境が多様化するに伴い耐腐食性の
良好なステンレス鋼あるいはチタン合金からなる皿バネ
が実用化されている。しかし、軽量化のニーズに対応し
た皿バネはいまだ実用化されていないのが現状である。
良好なステンレス鋼あるいはチタン合金からなる皿バネ
が実用化されている。しかし、軽量化のニーズに対応し
た皿バネはいまだ実用化されていないのが現状である。
軽量化を目的として繊維強化樹脂材料から構成されるバ
ネとしては、特願昭63−77100号明細書に開示さ
れるようなものがある。
ネとしては、特願昭63−77100号明細書に開示さ
れるようなものがある。
(発明が解決しようとする課題)
本発明が解決しようとする課題は、軽量かつバネ特性、
疲労強度等の良好な特性をもち、低歪高荷重という特徴
を活かした繊維強化樹脂製皿バネを提供することにある
。
疲労強度等の良好な特性をもち、低歪高荷重という特徴
を活かした繊維強化樹脂製皿バネを提供することにある
。
(課題を解決するための手段)
前述した課題を達成するために、本発明の第1発明の繊
維強化樹脂製皿バネは、連続繊維を用いた繊維強化樹脂
材料からなることを特徴とする。
維強化樹脂製皿バネは、連続繊維を用いた繊維強化樹脂
材料からなることを特徴とする。
本発明の第2発明の繊維強化樹脂製皿バネは、前記連続
繊維が皿バネ本体の円周方向に配向されていることを特
徴とする。本発明の第3発明の繊維強化樹脂製皿バネは
、前記連続繊維が皿バネ本体の半径方向に配向されるこ
とを特徴とする。本発明の第4発明の繊維強化樹脂製皿
バネは、前記連続繊維が擬似等方積層されていることを
特徴とする。本発明の第5発明の繊維強化樹脂製皿バネ
は1、前記連続繊維が円周方向に配向される第1の繊維
強化樹脂層と前記連続繊維が皿バネ本体の半径方向に配
向される第2の繊維強化樹脂層とが複数層に重ね合わさ
れることを特徴とする。本発明の第6発明の繊維強化樹
脂製皿バネは、前記連続繊維が円周方向に配向される第
1の繊維強化樹脂層と前記連続繊維が擬似等方積層され
る第2の繊維強化樹脂層とが複数層に重ね合わされるこ
とを特徴とする。
繊維が皿バネ本体の円周方向に配向されていることを特
徴とする。本発明の第3発明の繊維強化樹脂製皿バネは
、前記連続繊維が皿バネ本体の半径方向に配向されるこ
とを特徴とする。本発明の第4発明の繊維強化樹脂製皿
バネは、前記連続繊維が擬似等方積層されていることを
特徴とする。本発明の第5発明の繊維強化樹脂製皿バネ
は1、前記連続繊維が円周方向に配向される第1の繊維
強化樹脂層と前記連続繊維が皿バネ本体の半径方向に配
向される第2の繊維強化樹脂層とが複数層に重ね合わさ
れることを特徴とする。本発明の第6発明の繊維強化樹
脂製皿バネは、前記連続繊維が円周方向に配向される第
1の繊維強化樹脂層と前記連続繊維が擬似等方積層され
る第2の繊維強化樹脂層とが複数層に重ね合わされるこ
とを特徴とする。
ここで、連続繊維が皿バネ本体の半径方向に配向される
というのは、その1例を図で示せば第3図、第4図のよ
うになる。また、連続繊維が擬似等方積層されているの
は、その1例を図で示せば第5図、第6図のようになる
。
というのは、その1例を図で示せば第3図、第4図のよ
うになる。また、連続繊維が擬似等方積層されているの
は、その1例を図で示せば第5図、第6図のようになる
。
連続繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊
維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維等の高強度高弾性繊維
を用いるのが望ましい。これは、繊維特性がバネ特性に
大きく影響を与えるためである。用いる繊維材の種類お
よびその構成は必要とする皿バネの特性から設定する。
維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維等の高強度高弾性繊維
を用いるのが望ましい。これは、繊維特性がバネ特性に
大きく影響を与えるためである。用いる繊維材の種類お
よびその構成は必要とする皿バネの特性から設定する。
樹脂としては、使用する皿バネの熱的ならびに機械的特
性の要求に対応して、エポキシ、不飽和ポリエステル等
の熱硬化性樹脂、ナイロン、ポリプロピレン、ポリサル
レフオン、ポリエーテルサルフオン等の各種の熱可塑性
樹脂を使用することができる。
性の要求に対応して、エポキシ、不飽和ポリエステル等
の熱硬化性樹脂、ナイロン、ポリプロピレン、ポリサル
レフオン、ポリエーテルサルフオン等の各種の熱可塑性
樹脂を使用することができる。
相対的に高いバネ定数の皿バネを作るときは、長繊維あ
るいは短繊維のうちの連続繊維により強化した樹脂材料
で皿バネを構成するのがよい。これは、複合材料中の繊
維形態として、短繊維を用いると、低いバネ定数の皿バ
ネしか得られないからである。
るいは短繊維のうちの連続繊維により強化した樹脂材料
で皿バネを構成するのがよい。これは、複合材料中の繊
維形態として、短繊維を用いると、低いバネ定数の皿バ
ネしか得られないからである。
次に特に高いバネ定数の皿バネを作るときは、連続繊維
の配向に留意し、その配向を円周方向にするのがよい。
の配向に留意し、その配向を円周方向にするのがよい。
これは、皿バネのバネ定数に関わる主応力が円周方向に
作用することに起因しているためと推定される。
作用することに起因しているためと推定される。
高歪に耐える皿バネを作るときは、一部の層の中の連続
繊維が半径方向に配列していることが望ましい。これは
、皿バネを高歪で使用すると、皿バネの肉厚方向の剪断
応力がかなり高くなることに起因しているためと推定さ
れる。この場合、該当する層内の全ての繊維が半径方向
に配列している必要はない。例えば擬似等方積層のよう
に一つの層内の繊維はすべて一方向に配列してあっても
、積層全体から見ると、半径方向に配列したものに近似
されており、これでも同じような効果がある。
繊維が半径方向に配列していることが望ましい。これは
、皿バネを高歪で使用すると、皿バネの肉厚方向の剪断
応力がかなり高くなることに起因しているためと推定さ
れる。この場合、該当する層内の全ての繊維が半径方向
に配列している必要はない。例えば擬似等方積層のよう
に一つの層内の繊維はすべて一方向に配列してあっても
、積層全体から見ると、半径方向に配列したものに近似
されており、これでも同じような効果がある。
したがって、バネ定数が高くしかも高歪に耐える皿バネ
を作る場合には、皿バネを構成する繊維強化樹脂材料中
の連続繊維の少なくとも一部を円周方向に配向し、かつ
別の層の少なくとも一部の連続繊維を半径方向に配列す
るとよい。
を作る場合には、皿バネを構成する繊維強化樹脂材料中
の連続繊維の少なくとも一部を円周方向に配向し、かつ
別の層の少なくとも一部の連続繊維を半径方向に配列す
るとよい。
(作用)
本発明の繊維強化樹脂製皿バネによれば、連続繊維を用
いていることから、その特性を活かした高強度かつ軽量
の良好なバネ特性を有する皿バネが得られる。
いていることから、その特性を活かした高強度かつ軽量
の良好なバネ特性を有する皿バネが得られる。
連続繊維を皿バネ本体の円周方向に配向すると、高いバ
ネ定数となり、高荷重低歪の皿バネが得られる。
ネ定数となり、高荷重低歪の皿バネが得られる。
連続繊維を皿バネ本体の半径方向に配向したり擬似等方
積層とすると、高歪の皿バネが得られる。
積層とすると、高歪の皿バネが得られる。
前述した第1の繊維強化樹脂層と第2の繊維強化樹脂層
とを複数層に重ね合わされた皿バネによると、バネ定数
が高くかつ高歪に耐える皿バネが得られる。
とを複数層に重ね合わされた皿バネによると、バネ定数
が高くかつ高歪に耐える皿バネが得られる。
(実施例)
本発明の実施例について説明する。
まず、各種の材料により、第1図および第2図に示すよ
うな皿バネを作製した。皿バネlのサイズは、内径d、
:3]mm、外径d、:63mm、厚さし:3.5mm
、高さh: 1.4mmに設定した。
うな皿バネを作製した。皿バネlのサイズは、内径d、
:3]mm、外径d、:63mm、厚さし:3.5mm
、高さh: 1.4mmに設定した。
皿バネに用いた材料は、炭素繊維強化樹脂(実施例1)
、ガラス繊維強化樹脂(実施例2)、短繊維入りナイロ
ン(実施例3)、鋼(比較例4)、6ナイロン(比較例
5)である。
、ガラス繊維強化樹脂(実施例2)、短繊維入りナイロ
ン(実施例3)、鋼(比較例4)、6ナイロン(比較例
5)である。
実施例1では、引張強さ360kg/mm”弾性率23
500kg/mm2の炭素繊維束に6ナイロンを被覆し
、円周状に引き並べてホットプレスにより皿バネを成形
した。炭素繊維の含有量は61重量%とした。
500kg/mm2の炭素繊維束に6ナイロンを被覆し
、円周状に引き並べてホットプレスにより皿バネを成形
した。炭素繊維の含有量は61重量%とした。
実施例2では、引張強さ250 k g / m m
”縦弾性係数7400 k g / m m ”のガラ
ス繊維束を使用し、このガラス繊維束に6ナイロンを被
覆し、これらを円周状に引き並べてホットプレスにより
成形した。ガラス繊維の含有量は70重量%とした。
”縦弾性係数7400 k g / m m ”のガラ
ス繊維束を使用し、このガラス繊維束に6ナイロンを被
覆し、これらを円周状に引き並べてホットプレスにより
成形した。ガラス繊維の含有量は70重量%とした。
実施例3では、ガラス繊維チョップ30重量%入りの6
ナイロンベレツトを用いて圧縮成形により皿バネを作製
した。
ナイロンベレツトを用いて圧縮成形により皿バネを作製
した。
比較例4では、バネ鋼より皿バネを作製した。
比較例5では、6ナイロンペレツトから圧縮成形により
皿バネを作製した。
皿バネを作製した。
燵辰五ユ
前述した実施例1.2.3および比較例4.5について
撓み試験を行った。
撓み試験を行った。
前述した実施例1.2.3および比較例4.5の皿バネ
について荷重を加え、皿バネの撓み量が1mmになると
きの荷重Pおよび皿バネの重量Wを測定した。その結果
は第1表に示す通りである。
について荷重を加え、皿バネの撓み量が1mmになると
きの荷重Pおよび皿バネの重量Wを測定した。その結果
は第1表に示す通りである。
(以下、余白)
第1表から明らかなように、実施例1.2.3では、皿
バネの重さが比較例4の鋼製の皿バネに比べて著しく軽
量化されることがわかる。また実施例1および2では、
比較例4に示した従来の鋼製のものに比べ単位重量当り
の同−撓み毒を発生させるための荷重Pがかなり高い値
をとり、鋼製のものに比べ良好なバネ特性を示している
。
バネの重さが比較例4の鋼製の皿バネに比べて著しく軽
量化されることがわかる。また実施例1および2では、
比較例4に示した従来の鋼製のものに比べ単位重量当り
の同−撓み毒を発生させるための荷重Pがかなり高い値
をとり、鋼製のものに比べ良好なバネ特性を示している
。
筬吸男ユ
次に配向試験を行なった。
前述した実施例1の炭素繊維強化樹脂で前記同様の方法
により同サイズの皿バネを作製し、この皿バネについて
、炭素繊維の配向と撓み1mmを生じさせるのに必要な
荷重との関連を試験した。
により同サイズの皿バネを作製し、この皿バネについて
、炭素繊維の配向と撓み1mmを生じさせるのに必要な
荷重との関連を試験した。
その結果は第2表に示すとおりである。
(以下、余白)
第2表において、実施例6では、皿バネ全体の円周方向
に炭素繊維を配向した。実施例7では、皿バネの−F面
層2/3を円周方向に炭素繊維を配向し、下面層1/3
を擬似等方積層とした。ここに擬似等方積層とは、炭素
繊維の配向方向のうちの基桑配同軸を0°と定めると、
炭素繊維の配向方向角をO” 、−60@、+60°、
+60゜−60” 、Ooの6層を単位として積層した
ものをいう。実施例8では、上面層1/2を円周方向に
配向し、下面層1/2を擬似等方積層とした。
に炭素繊維を配向した。実施例7では、皿バネの−F面
層2/3を円周方向に炭素繊維を配向し、下面層1/3
を擬似等方積層とした。ここに擬似等方積層とは、炭素
繊維の配向方向のうちの基桑配同軸を0°と定めると、
炭素繊維の配向方向角をO” 、−60@、+60°、
+60゜−60” 、Ooの6層を単位として積層した
ものをいう。実施例8では、上面層1/2を円周方向に
配向し、下面層1/2を擬似等方積層とした。
実施例9では、上面層1/3を円周方向に炭素維繊を配
向し、下面層2/3を擬似等方積層とした。
向し、下面層2/3を擬似等方積層とした。
実施例10では、皿バネ全体を擬似等方積層とした。
第2表に示す結果から明らかなように、皿バネの高いバ
ネ定数を得るためには炭素繊維の配向を全体が円周方向
になるように配列すればよいことが判明した。
ネ定数を得るためには炭素繊維の配向を全体が円周方向
になるように配列すればよいことが判明した。
なお、本実施例では擬似等方積層が60°間隔の例を示
したが、45°間隔、30°間隔、90°間隔等であっ
てもよい。
したが、45°間隔、30°間隔、90°間隔等であっ
てもよい。
紋臆1ユ
疲労試験を行なった6
実施例1の炭素強化繊維樹脂で同様の方法で同サイズの
皿バネを作製し、この皿バネについて荷重900Kgま
での荷重を加えた後、さらに撓み量が0〜0.75ro
mの繰り返し荷重試験を行なった。
皿バネを作製し、この皿バネについて荷重900Kgま
での荷重を加えた後、さらに撓み量が0〜0.75ro
mの繰り返し荷重試験を行なった。
試験片は、第3表に示す実施例11,12.13を用い
た。
た。
(以下、余白)
第3表に示す繰り返し荷重試験結果から明らかなように
、高荷重および繰返し荷重に耐えるためには、炭素繊維
の配向が皿バネ全体が円周方向であると、初期荷重で割
れが発生し、(実施例]1)、一部分に炭素繊維の半径
方向の配向があると、初期荷重での割れが発生せず10
’回まで割れが発生しないことがわかった。この結果か
ら炭素繊維の配向が円周方向と半径方向あるいは擬似等
方方向を組合せた皿バネについては、バネ定数が高く高
荷重に耐え疲労にも強いことが判明した。
、高荷重および繰返し荷重に耐えるためには、炭素繊維
の配向が皿バネ全体が円周方向であると、初期荷重で割
れが発生し、(実施例]1)、一部分に炭素繊維の半径
方向の配向があると、初期荷重での割れが発生せず10
’回まで割れが発生しないことがわかった。この結果か
ら炭素繊維の配向が円周方向と半径方向あるいは擬似等
方方向を組合せた皿バネについては、バネ定数が高く高
荷重に耐え疲労にも強いことが判明した。
(発明の効果)
以上説明したように、本発明の繊維強化樹脂製皿バネに
よれば、軽量かつ高荷重に耐えかつ高バネ荷重、高疲労
強度等の良好なバネ特性をもつ繊維強化樹脂製皿バネを
得ることができるという効果がある。
よれば、軽量かつ高荷重に耐えかつ高バネ荷重、高疲労
強度等の良好なバネ特性をもつ繊維強化樹脂製皿バネを
得ることができるという効果がある。
第1図は本発明の皿バネの実施例を表わす概略平面図、
第2図は第1図のII −II Ijil概略断面図、
第3図は連続繊維が半径方向に配向された状態を表わす
概略平面図、第4図は第3図のIV −IV線概略断面
図、第5図は連続繊維が擬似等方積層されている状態を
表わす概略平面図、第6図は第5図のl/’I−VT線
概略断面図である。 1 ・・・ 皿バネ、 2 ・・・ 連続繊維。
第2図は第1図のII −II Ijil概略断面図、
第3図は連続繊維が半径方向に配向された状態を表わす
概略平面図、第4図は第3図のIV −IV線概略断面
図、第5図は連続繊維が擬似等方積層されている状態を
表わす概略平面図、第6図は第5図のl/’I−VT線
概略断面図である。 1 ・・・ 皿バネ、 2 ・・・ 連続繊維。
Claims (6)
- (1)連続繊維を用いた繊維強化樹脂材料からなること
を特徴とする繊維強化樹脂製皿バネ。 - (2)前記連続繊維が皿バネ本体の円周方向に配向され
ていることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化樹脂
製皿バネ。 - (3)前記連続繊維が皿バネ本体の半径方向に配向され
ることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化樹脂製皿
バネ。 - (4)前記連続繊維が擬似等方積層されていることを特
徴とする請求項1に記載の繊維強化樹脂製皿バネ。 - (5)前記連続繊維が円周方向に配向される第1の繊維
強化樹脂層と前記連続繊維が皿バネ本体の半径方向に配
向される第2の繊維強化樹脂層とが複数層に重ね合わさ
れることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化樹脂製
皿バネ。 - (6)前記連続繊維が円周方向に配向される第1の繊維
強化樹脂層と前記連続繊維が擬似等方積層される第2の
繊維強化樹脂層とが複数層に重ね合わされることを特徴
とする請求項1に記載の繊維強化樹脂製皿バネ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22188888A JPH0272232A (ja) | 1988-09-05 | 1988-09-05 | 繊維強化樹脂製皿バネ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22188888A JPH0272232A (ja) | 1988-09-05 | 1988-09-05 | 繊維強化樹脂製皿バネ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0272232A true JPH0272232A (ja) | 1990-03-12 |
Family
ID=16773749
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22188888A Pending JPH0272232A (ja) | 1988-09-05 | 1988-09-05 | 繊維強化樹脂製皿バネ |
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JP (1) | JPH0272232A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002026486A3 (en) * | 2000-09-28 | 2002-09-06 | Lord Corp | Composite shims having a laminate structure |
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CN108506393A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-09-07 | 吉林大学 | 一种仿生复合材料碟簧零件及其制备方法 |
-
1988
- 1988-09-05 JP JP22188888A patent/JPH0272232A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002026486A3 (en) * | 2000-09-28 | 2002-09-06 | Lord Corp | Composite shims having a laminate structure |
US6803095B1 (en) | 2000-09-28 | 2004-10-12 | Lord Corporation | Composite shims having a laminate structure |
EP1839816A1 (de) * | 2006-03-28 | 2007-10-03 | HILTI Aktiengesellschaft | Handgeführtes Eintreibgerät |
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DE102010043703A1 (de) * | 2010-11-10 | 2012-05-10 | Arwed Theuer | Teller- oder Wellfeder |
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