JPH07323492A - Ｆｒｐ製コイルバネの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大がかりな製造設備を要することなく、高作
業効率で製造が容易であり、且つ量産性をもって軽量高
弾性率のＦＲＰ製コイルバネを製造する。 【構成】 炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の繊
維束に熱硬化性樹脂を含浸させた芯材１の外周に、熱硬
化性樹脂を含浸させた補強繊維素材２を目的とするコイ
ルの線径になるまで積層捲回してＦＲＰ素線３を構成す
る。ＦＲＰ素線３の外層に熱収縮チューブ４を被覆し、
予備加熱によってＦＲＰ素線３を加圧した後、分割金型
１２に捲回してコイル状に賦形すると共に加熱加圧硬化
させることによって目的のコイルバネを成形することを
特徴とするＦＲＰ製コイルバネの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＦＲＰ（繊維強化プラス
チック）製コイルバネの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、航空宇宙ステーション構想等の宇
宙関連技術の開発が盛んとなっており、航空宇宙分野に
おいて部品の軽量化が図られている中、ＦＲＰ材料は、
比強度、比弾性率が高く、航空機などへの適用が急速に
拡大しつつある。このＦＲＰ材料は、軽量であるだけで
なく、耐薬品性や耐食性の他に振動減衰性に優れた特性
を有するため、航空機や自動車の分野の他、各種産業分
野において注目されており、バネ材料としても実用化が
期待されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来この種のＦＲＰ製
コイルバネの製造技術については、ＦＲＰ素線にアルミ
ニウム管を圧延被覆し硬化後アルミニウム管を溶出除去
する方法や、合成ゴムチューブや熱収縮テープを被覆し
加熱硬化後に除去するコイルバネの製造方法などが特許
出願されている。

【０００４】しかし、これらの方法では、アルミニウム
除去にアルカリ溶液を使用することから、取扱いが困難
になる問題を有し、合成ゴムをエアーで膨張してＦＲＰ
素線を挿入する方法では手間がかかり取扱いが難しいと
いった問題を有している。更に熱収縮テープを使用する
方法では断面形状を一定にすることが困難であり、充分
なバネ特性が得られず解決しなければならない課題が多
く残っているため、実用までには至っていないのが現状
である。

【０００５】本発明は上記問題に鑑みてなされたもので
あり、ＦＲＰ製コイルバネの製造において、オートクレ
ーブ等の大がかりな製造設備を要することなく、高作業
効率で製造が容易であり、且つ量産性をもって高弾性率
のバネを製造することができる新規ＦＲＰ製コイルバネ
の製造方法を提唱することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るＦＲＰ製コ
イルバネの製造方法を、具体的に説明する。 （１） 芯材に目的とするコイルバネのコイル線径との
比が２０〜８０％になる外径を有する炭素繊維、ガラス
繊維、アラミド繊維等の繊維束に熱硬化性樹脂を含浸さ
せた繊維束、或はそれらの複合材からなる繊維束を用い
る。 （２） 上記繊維束からなる芯材の外周に、熱硬化性樹
脂を含浸させた補強繊維素材を芯材に対して±２５゜〜
±８０゜の範囲角度で上記目的コイルの線径になるまで
積層捲回してＦＲＰ素線を構成する。 （３） 上記ＦＲＰ素線の外層に熱収縮チューブを被覆
した後に予備加熱して熱収縮チューブを収縮させること
によりＦＲＰ素線を加圧し、コイルバネ線材を得る。 （４） 上記コイルバネ線材を分割金型に巻き付けると
共に、熱硬化性樹脂の硬化温度に加熱して、更に熱収縮
チューブにより加圧しながら熱硬化性樹脂を硬化させて
コイル状に賦形する。 （５） コイル状に賦形した後に分割型を分解して脱型
し、後に熱収縮チューブを除去するが、用途によっては
コイルバネの保護のために熱収縮チューブを除去しなく
てもよい。 上記工程からなることを要旨とするものである。

【０００７】尚、上記（１）（２）の工程における熱硬
化性樹脂を含浸させた繊維束には、一方向性プリプレグ
や織物状プリプレグ等の成形材料を用いるのが最も望ま
しいが、ロービングやトウ等の繊維束に樹脂を含浸させ
ながら芯材に積層捲回することもでき、組紐状に編組し
た繊維束に熱硬化性樹脂を含浸させることも可能であ
る。

【０００８】補強繊維としては、炭素繊維やガラス繊
維、アラミド繊維、炭化珪素繊維等すべてのＦＲＰ用繊
維素材を用いることができ、熱硬化性樹脂としては、エ
ポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹
脂、ビニルエステル樹脂等を用いることができる。

【０００９】また、熱収縮チューブは、架橋ポリエチレ
ン、架橋ビニリデン系樹脂、架橋ナイロン系樹脂、架橋
フッ素系樹脂、シリコン系樹脂、合成ゴム等の熱収縮チ
ューブを用いることができる。

【００１０】

【作用】上記のようなＦＲＰ製コイルバネの製造方法で
は、熱収縮チューブが、熱により一定断面の円形に収縮
する特性を利用している。したがって、加熱により熱硬
化性樹脂の硬化と同時にＦＲＰ素線を加圧して一定の円
形断面に賦形することができるため、オートクレーブ等
の大がかりな装置を必要としない。

【００１１】熱収縮チューブを除去する必要がない用途
では、熱収縮チューブを被覆したまま使用することによ
り、コイルバネの保護としても有効である。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係るＦＲＰ製コイルバネの製
造方法を実施例により更に詳しく説明する。図１は本発
明によるＦＲＰ製コイルバネの製造方法を実施する製造
実験の工程を示す流れ図である。

【００１３】（１）工程１ 炭素繊維、エポキシ樹脂の一方向性プリプレグ（１３０
゜Ｃ硬化型）を巾３０ｍｍのリボン状に裁断して直径
２．５ｍｍの丸棒を作成し、芯材１とした。

【００１４】（２）工程２ 工程１で作成した芯材１を長さ約１ｍに切断して図２に
略図で示す両駆動自動巻線機１０のチャック１１，１１
に固定する。後段の工程で芯材１の周りに捲回積層する
ため、該芯材１にはある程度の引張り力が印加されてい
なければならない。該両駆動自動巻線機１０は一方のチ
ャック１１がスライド式となっているため芯材１を取り
付けた後、容易に所望のテンションを掛けることができ
る。

【００１５】（３）工程３ 工程１と同じ一方向性プリプレグシート２を約８ｍｍ巾
のリボン状に裁断して、芯材１に対して±４５゜（捲回
角度：θ）に８層捲回積層し、ＦＲＰ素線３を形成し
た。

【００１６】（４）工程４ 工程３で作成したＦＲＰ素線３に架橋ポリエチレン製熱
収縮チューブ４（呼称サイズ５．０ｍｍ）を被覆した
後、８０゜Ｃで予備加熱して熱収縮チューブ４を収縮さ
せＦＲＰ素線３を加圧した。

【００１７】（５）工程５ 工程４で得られた被覆付ＦＲＰ素線を図４の分割金型１
２の螺旋溝に捲回し、両端を固定した。

【００１８】（６）工程６ 送風乾燥機を使用して、上記ＦＲＰ素線３を捲回した分
割金型１２を１３０゜Ｃの温度雰囲気に１２０分間放置
してＦＲＰ素線３を加熱硬化させた。

【００１９】（７）工程７ 工程６によって加熱硬化した後、自然冷却し、分割金型
１２からＦＲＰ製コイルバネを離型した。

【００２０】（８）工程８ ＦＲＰ製コイルバネを被覆している熱収縮チューブ４を
除去した。

【００２１】（９）工程９ ＦＲＰ製コイルバネの両端座巻部に湿式軽研磨を実施し
て座巻部端面をコイル軸と直交するように研磨し、座り
を改善する加工を行った。

【００２２】以上の方法によって製造したＦＲＰ製コイ
ルバネの室温２０±３゜Ｃにおける特性について説明す
る。横弾性係数は、実測荷重／撓み曲線から全撓みの７
０％、３０％間傾斜からバネ定数を計算し理論式に基づ
いて算出した。金属バネとの比較においては、バネ定
数、中心径、有効巻数を同等値として設計し、軽量率を
比較した。（表１参照）

【００２３】

【表１】

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように本発明に係るＦＲＰ製
コイルバネの製造方法によれば、熱収縮チューブを使用
することによりオートクレーブ等の大がかりな設備を使
用することなしに、均一な断面を有する大幅に軽量化さ
れたＦＲＰ製コイルバネを容易に製造することができ
る。

【００２５】また本発明に係る実施例に示したＦＲＰ製
コイルバネは、同じバネ定数の金属バネと比較すると、
重量が約１／３であり大幅に軽量化されたコイルバネを
得ることができた。このように本発明の方法によるＦＲ
Ｐ製コイルバネは、上記特徴を有するものであり、本発
明の実施によって得られる効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＦＲＰ製コイルバネの製造方法の
一実施例を示す製造工程のフローチャートである。

【図２】同コイルバネの製造方法に使用する自動巻線機
を示す正面略図である。

【図３】同コイルバネの製造に使用する被覆付ＦＲＰ素
線の正面図である。

【図４】ＦＲＰ素線を捲回するための分割型の正面図で
ある。

【符号の説明】 １ 芯材 ２ プリプレグシート ３ ＦＲＰ素線 ４ 熱収縮チューブ １０ 両駆動自動巻線機 １１ チャック １２ 分割金型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｋ 105:08 (72)発明者 後町 光夫 北海道札幌市北区北19条西11丁目１番地 北海道立工業試験場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等
   の繊維束に熱硬化性樹脂を含浸させた芯材の外周に、熱
   硬化性樹脂を含浸させた補強繊維素材を目的とするコイ
   ルの線径になるまで積層捲回してＦＲＰ素線を構成する
   前段工程と、 前記ＦＲＰ素線の外層に熱収縮チューブを被覆した後に
   予備加熱することにより加圧したＦＲＰ素線を、分割金
   型に捲回してコイル状に賦形すると共に加熱加圧硬化さ
   せた後、該熱収縮チューブを除去する後段工程によって
   目的のコイルバネを成形することを特徴とするＦＲＰ製
   コイルバネの製造方法。
2. 【請求項２】 前記前段工程において構成したＦＲＰ素
   線の外層に熱収縮チューブを被覆した後に予備加熱する
   ことにより加圧したＦＲＰ素線を、分割金型に捲回して
   コイル状に賦形すると共に加熱加圧硬化させ、該熱収縮
   チューブをＦＲＰ素線の表面に被覆形成したことを特徴
   とする請求項１記載のＦＲＰ製コイルバネの製造方法。