JPH0298429A - Ｆｒｐ板材とその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野］ 本発明は、例えば車両の懸架用板ばね等に好適なＦＲＰ
板材とその製造方法に関する。

［従来の技術］ 一般に懸架用板ばねは、その長手方向中間部がアクスル
側の部材に締結され、板端部分が目玉部等を介して車体
側に連結される。このため使用時に加わる上下方向の１
”４重によって主に板ばねの上面側に引張りの応力が作
用し、下面側に圧縮の応力が生じる。ＦＲＰ　（繊維強
化プラスチック）製の板はねでは、繰返し大きな６：１
重が負６Ｉされると、板ばねの引張応力側表層部の樹脂
が繊維を保持できなくなり、繊維の一部が板ばね表面か
ら浮上ってしまうことがある。従来のＦＲＰ板材につき
本発明者らが行なった疲れ試験（３０万回繰返し）によ
ると、第１３図に示したように引張応力側の面に繊維の
一部が長手方向に沿って浮−にり、筋状に白化した部分
ａを生じることが確認された。このように−面側に引張
応力が生じるＦＲＰ板材では、引張応力側（テンション
側）の表層部に予め圧縮残留応力を付与することが有効
であると考えられる。

ＦＲＰ板ばねに残留応力を生じさせる手段として、例え
ば特公昭５９−３Ｇ１４０号公報に示される板ばねのよ
うに、湾曲した形状のＦＲＰ製芯材の湾曲凹側に圧縮応
力を生じさせる第１の外層材を積層するとともに、湾曲
凸側に引張り応力を生じさせる第２の外層材を積層する
ことが提案されている。

〔発明が解決しようとする課′ＸＵ］ 上記先行技術においては、少なくとも３枚の板材を厚み
方向に積層しなければならないため多くの成形工程と成
形用の金型を必要とする。また、使用時（荷１［負荷時
）に芯材と外層材との接着面に長手方向の剪断応力が作
用するため接着面の強度に不安があり、耐疲れ性に悪影
響がでる可能性があった。

従って本発明の目的は、簡単な後処理工程によってＦＲ
Ｐ板材の耐疲れ性を向上させることができるようなＦＲ
Ｐ板材とその製造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を果たすための本発明のＦＲＰ板材は、マトリ
ックス樹脂とこの樹脂に埋設された長手方向に沿う強化
繊維とを有し、使用時に加わる荷重により一面側が引張
応力側で他面側が圧縮応力側となるものであって、引張
応力側から圧縮応力側にわたる厚み方向全体が一体成形
されているとともに、引張応力側の表面付近に圧縮残留
応力が付与されている。

上記残留応力を生じさせるための本発明方法は、マトリ
ックス樹脂とこの樹脂に埋設された長手方向に沿う強化
繊維とを有するＦＲＰ製の板材を所定の形状に成形した
のち、この板材を撓ませる荷重を与えるとともに引張応
力側の面を上記樹脂のガラス転移温度付近またはこれ以
上の温度に加熱し、６ｊ重を加えた状態のまま冷却した
のち荷重を除くことを特徴とする。

［作用］ 上記工程によって引張応力側の面が加熱されたＦＲＰ板
材は、表層部の樹脂が軟化することにより樹脂と繊維と
が引張り方向に歪みを生じた状態となり、このまま冷却
されて樹脂が硬化する。この板材は除荷後に元の形状に
復元しようとして撓みが戻るため、引張応力側の表面付
近に圧縮の残留応力を生じる。

［実施例］ 以下に本発明の実施例について、第１図ないし第１２図
を参照して説明する。

第１図に示されたＦＲＰ板材１は、周知のＦＲＰ板ばね
と同様に熱硬化性マトリックス樹脂に多数本のガラス製
強化繊維２を埋設したものであり、これら強化繊維２は
主に板材１の長手方向に連続するように引き揃えられて
いる。このＦＲＰ板材１は、周知のフィラメントワイン
ディング法やプルフォーミング法などによって所定の湾
曲形状に一体成形される。懸架用ばねとして使われる本
実施例のＦＲＰ板材１は、主に図示上面側が引張応力側
（テンション・サイド）３となり、下面側が圧縮応力側
（コンプレッション・サイド）４となるように車両に取
付けられる。

本実施例のＦＲＰ板材１は、自由状態において下に凸と
なるような湾曲した形状に一体成形されたのちに、次に
述べるアニリング玉程を経ることによって、引張応力側
３の表面付近に圧縮の残留応力が付与される。

まず第１図に示されるように、ＦＲＰ板材１の長手方向
中央部に治具５をセットするとともに、ＦＲＰ板材１の
両端部を当て板６．７と支持部材８．９を介してベース
フレーム１０に支持させる。

板材１の両端部は、フレーム１０に対して板材１の長手
方向に相対移動可能としである。

次に、ＴＳ２図に示されるように治具５を図示上方に移
動させることにより、使用時と同じ方向に板材１を撓ま
せる。こうして引張応力側３に引張りの応力が、また圧
縮応力側４に圧縮の応力が生じる。

上記Ｑ　ｍを保持した状態のまま、第３図に示されるよ
うに加熱手段１１によって引張応力側３を加熱する。加
熱温度は、上記樹脂のガラス転移温度（ｇｌａｓｓｔｒ
ａｎｓｌｏｏｎ　ｔｏａｐｏｒａｔｕｒｏ　：　Ｔ　ｇ
温度）付近である。加熱手段１１は短時間で引張応力側
３の表層部のみを急速加熱できるものが好ましく、図示
例のような電熱ヒータに限ることはなく、熱風を吹付け
る装置とか高周波誘導加熱装置、赤外線ランプなども採
用できる。加熱手段１１によって５ないし１５分程度加
熱された板材１は、引張応力側３に引張りの応力が付与
されているために、表層部の樹脂が軟化することにより
繊維が樹脂が引張り方向に歪みを生じた状態となる。な
お、引張応力側３の加熱と同時に、圧縮応力側４を冷却
してもよい。

所定時間加熱したら加熱を止め、第４図に示されるよう
に板材１に荷重を負荷した状態を維持したままガラス転
移温度以下に冷却することによって、樹脂を硬化させ再
び繊維と一体化させる。冷却は水冷または空冷、あるい
は水冷と空冷の組合わせによって強制的に行なう。

その後、第５図に示されるように治具５による６７　ｍ
を解放し、板材１を自由状態にする。自由状態に戻され
た板材１は元の形状に復元しようとして撓みが戻るため
、引張応力側３の表面付近に圧縮の残留応力を生じる。

−例として板厚１７ＪＩ１１．板幅４０１ｕ１．長さ３
００ｚａのＦＲＰ板におイテ、加熱セット時の応力σ−
１５に９　ｆ　／　ａｎ　２とし、引張応力側を１７０
℃で１５分間加熱したのち、そのまま放冷した。残留応
力の確認は、このＦＲＰ板の引張応力側を４ｎ程度スラ
イスし、反りの６無を見ることによって行なう。本実施
例のように引張応力側に熱処理を行なって残留応力を生
じさせた場合は、スライス前に比べて大きな反りが生じ
るか、未処理品（残留応力無し）の場合は反りの増加が
見られない。

なお、第６図ないし第８図に示されるようなセット用金
型１２と保持具１３および加熱型１４を用いてもよい。

この例の場合、セット用金型１２の図示上面側に所望の
セット応力を考慮した湾曲面１５を形成しておき、第７
図のように保持具１３を用いてＦＲＰ板材１を拘束する
。この時、ＦＲＰ板材１の上面側に引張りの応力が、図
示下面側に圧縮の応力が生じる。この状態を維持したま
ま、第８図の加熱型１４を引張応力側３に所定時間均等
に接触させたのち、加熱型１４を、ｌｉｔ型させるとと
もに冷却を行なう。その後、保持具１３を外して板材１
を０由状態にする。

以にの処理工程を経ることにより、Ｆ　ＲＰ板材１の引
張応力側３に圧縮の残留応力を生じさせることができる
。この圧縮残留応力は、ＦＲＰ板材１の使用時に矢印Ｆ
方向（第７図参照）の荷電が負荷された時、引張応力側
３に生じる引張りの応力を軽減せしめ、その軽減分だけ
ＦＲＰ板材１の耐疲れ性を向上させることができるよう
になる。

圧縮残留応力が生じる原理につき第９図ないし第１１図
を参照して説明する。第９図に示された無６：１重状態
において、引張応力側３の表面付近の強化繊維２ａの長
さをり、とすると、 Ｌ、−Ｒ，θ　　　・・・（１） 中立軸付近の強化繊維２の長さおよび板材１の全長をり
。とすると ＬｏｍＲ，θ　　　・・・（２） Ｒｏ　＞Ｒ１であるから、Ｌ、＞Ｌ、である。

第１０図に示されるように引張応力側３が伸びるような
撓みを与えた状態で引張応力側３を加熱手段１１により
加熱すると、表層部の樹脂が軟化することと、樹脂と繊
維との熱膨張率の差（樹脂の熱膨張率〉繊維の熱膨張率
）により、樹脂と繊維２ａとの間に歪みが生じる。この
ため引張応力側３付近の繊維の全長Ｌｌは板材１の全長
Ｌｏよりも若干短くなる。この状態のまま冷却して樹脂
を硬化させ、６’ｒｉｆｉを除いて自由状態にすると、
第１１図に示されるように引張応力側３付近の繊維２ａ
がΔノ相当分だけ圧縮された状態で樹脂により固められ
ているため、圧縮の残留応力が生じる。

そしてこの残留応力が板材１を使用する際の引張り応力
と相殺されることになる。

なお、圧縮応力側４に上記と同様の処理を行なってもよ
い。すなわち、ＦＲＰ板材１を撓ませた状態で圧縮応力
側４を前記温度まで加熱するとともに荷車を負荷したま
ま冷却してから除荷することによって、圧縮応力側４に
引張りの残留応力を生じさせる。こうすれば、使用時に
おける圧縮応力側４の強化繊維の座屈を防ぐ上で効果が
ある。

次表１は、本発明方法によって引張応力側３に圧縮残留
応力を生成したＦＲＰ板材１の疲れ試験を行なった結果
である。表２に従来品の試験結果を示す。各表に示され
た荷重低下率とは、試験前に所定の撓みδを与えた時の
荷重Ｗ。

と、試験後に再び撓みδを与えた時の４：Ｉ重Ｗ１とを
測定し、ｔ　（Ｗｏ　　Ｗ＋　）　／Ｗｏ　ｌ　Ｘ　　
１００％で表わした値である。試験条件は、応力が４０
±３゜（Ｋ９　ｆ　／ｘｒｘ２）　、室温２繰返し数３
０万回、アニリング時のセット応力が７５／Ｃ９ｆ　／
　ｍｍ　２である。

表１（本発明品の荷重低下率） 表１，２かられかるように、本発明品ではＦ　ＲＰ板材
１に残留応力を生じけしめたことにより疲れ強さが向上
した（荷市低ド率が小さい）。

第１２図は本発明によるＦＲＰ板月１の試験後の外観を
示し、引張応力側３に繊維の浮上りはほとんど認められ
なかった。本発明品は従来品（第１３図）に見られたよ
うな白化現象を生じないため試験後の外観品質が良好で
あった。なお、従来品のようにＦＲＰ板ばねの表層部の
強化繊維の剥、１ｉｉＷ（剥離したｍ維の本数および）
；１離長さ）が多くなると、その部分の強化繊維が６：
１重負担をせず樹脂中に残った強化繊維のみで６ｆ重を
負担するようになるため、同−荷■でも撓みが大きくな
る。

なお本発明はＦＲＰ製の板ばねに限ることな（、要する
に高い耐久性が要求されるＦＲＰ板材であれば全てに適
用可能である。

〔発明の効果］ 本発明によれば、ＦＲＰ板材を成形したのちの簡単な後
処理によって耐疲れ性を大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明方法の一例を工程順に示し
た側面図、第６図ないし第８図はそれぞれセット用金型
での工程例を示す側面図、第９図は処理前のＦＲＰ板材
の側面図、第１０図は処理時のＦＲＰ板材の側面図、第
１１図は処理後のＦＲＰ板材の側面図、第１２図は処理
後のＦＲＰ板材の斜視図、第１３図は従来のＦＲＰ板材
の斜視図である。 ｌ・・・ＦＲＰ板材、２・・・強化繊維、３・・・引張
応力側、４・・・圧縮応力側、１１．１４・・・加熱手
段。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図 第 図 第 図 第 図 第１０図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マトリックス樹脂とこの樹脂に埋設された長手方
   向に沿う強化繊維とを有し、使用時に加わる荷重により
   一面側が引張応力側で他面側が圧縮応力側となるＦＲＰ
   製の板材であって、 上記引張応力側から圧縮応力側にわたる厚み方向全体が
   一体成形されているとともに、引張応力側の表面付近に
   圧縮残留応力が付与されていることを特徴とするＦＲＰ
   板材。
2. （２）マトリックス樹脂とこの樹脂に埋設された長手方
   向に沿う強化繊維とを有するＦＲＰ製の板材を所定の形
   状に成形したのち、 この板材に荷重を負荷することによりこの板材を厚み方
   向に撓ませるとともに引張応力側の表面付近を上記樹脂
   のガラス転移温度付近またはこれ以上の温度に加熱し、
   荷重を加えた状態のまま冷却したのち荷重を除くことを
   特徴とするＦＲＰ板材の製造方法。