JPH0777231A

JPH0777231A - Ｆｒｐリーフスプリング

Info

Publication number: JPH0777231A
Application number: JP10382291A
Authority: JP
Inventors: Kaneo Hamashima; 兼男浜島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-04-08
Filing date: 1991-04-08
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】軽量かつ性能の良いＦＲＰリーフスプリング
を提供する。【構成】全体はガラス繊維ロービング５と炭素繊維ロ
ービング６とから構成され、リーフ本体部２は、曲げ中
立軸付近に配置された炭素繊維ロービング６の上下面に
ガラス繊維ロービング５が配設された状態に構成され、
支持部３は、内側にガラス繊維ロービング５が配設さ
れ、外側に炭素繊ロービング６が配設されている。【効果】全体が軽量化できる。また、リーフ本体部２
は、ガラス繊維強化プラスチックの高剛性かつ低弾性率
という特性を有し、支持部３は、炭素繊維強化プラスチ
ックの高剛性かつ高弾性率という特性を有することによ
り、リーフスプリングとしての性能を向上させることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ガラス繊維ロービン
グと炭素繊ロービングを用いて形成したＦＲＰリーフス
プリングに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両懸架用リーフスプリングとしては
は、従来から鋼板を多層に重合せたものか広範に使用さ
れて来たが、近年の軽量化の要請により、繊維強化プラ
スチック（ＦＲＰ）が注目され、一部の車両に実用化さ
れるに至っている。ところで、リーフスプリングには、
次のような特性の共立が要請される。ａ．上下方向に柔軟であり、路面からの振動を充分に吸
収すること。ｂ．横方向の剛性が高く、車両の横揺れを抑えること。ｃ．両端の支持部が高強度、高剛性であり、車体に回転
支持でしっかりと固定されていること。また、一般に、リーフスプリングとしてガラス繊維強化
プラスチックを用いた場合には、その高強度かつ弾性率
が低いという材料物性から、前記ａの特性は、従来の鋼
板のものに比して大幅に向上することが周知の事実とな
っている。このことは、特開昭６１−２４８９２９号公
報、特開昭６０−２３１０３６号公報、特開昭６０−２
２０２３３号公報に示されている。さらに、前記ｂの特
性に対しては、ガラス繊維強化プラスチックのみでは充
分な特性は得られないため、リーフ中央部（上下方向の
曲げの中立軸付近）を弾性率が高い炭素繊維強化プラス
チックで構成することにより、上下方向の柔軟性を損な
うことなく横剛性を向上させたものが提案されている
（特開昭６０−２０８６４２号方向に示されている）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記各
従来例は、前記ｃの特性に対しては、特に効果的な改良
がなされておらず、車体へ取付けるための支持部は、一
般に鋼材を用いていた。このため、軽量な繊維強化プラ
スチックを使用して形成しても、その支持部の重量の軽
量化はなされていなかった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、ガラス繊維ロービングと炭素繊維ロービ
ングとをリーフスプリングの長手方向に巻回した後、所
定形状に圧縮成形してなるＦＲＰリーフスプリングにお
いて、リーフ本体部においては、曲げの中立軸付近に配
設された炭素繊維ロービングの上下面にガラス繊維ロー
ビングが配設され、また、支持部においては、内側がガ
ラス繊維ロービングとなり、外側が炭素繊維ロービング
となるように配設されているものである。

【０００５】

【作用】本発明のＦＲＰリーフスプリングは、全体をＦ
ＲＰで構成したことにより、重量の軽量化が可能とな
る。そして、リーフ本体部は、ガラス繊維ロービングを
主体として、その中心部、即ち上下方向の曲げ中立軸付
近を炭素繊維ロービングにより補強した構成となってい
る。また、支持部は、内面をガラス繊維ロービングとし
て、その外面を炭素繊維ロービングで補強した構成とな
っている。このような構成により、リーフ本体部は、ガ
ラス繊維強化プラスチックの特性としての上下方向に充
分な柔軟性を保有しつつ、横方向には高剛性を有する。
また、支持部は、高強度かつ高剛性という炭素繊維強化
プラスチックの特性を保有することになる。これは、ガ
ラス繊維強化プラスチックの高強度かつ低弾性率という
特性、及び炭素繊維強化プラスチックの高強度かつ高弾
性率という特性を、それぞれ役割分担させたことによ
る。

【０００６】

【実施例】以下、本発明に係るＦＲＰリーフスプリング
の一実施例について、図面を用いて説明する。図１は、
本実施例のＦＲＰリーフスプリング１の斜視図である。
同図に示すように、本実施例のＦＲＰリーフスプリング
１は、中央部の幅が狭く、中央部が下方へ膨出するよう
に上下方向に湾曲した帯状に形成されたリーフ本体部２
と、このリーフ本体部２の両端に一体に形成されて図示
しない取付け軸へ取付けられてリーフ本体部２を支持す
るための支持部３とから構成されている。支持部３の中
心には、取付け軸が挿通される軸孔４が幅方向に貫通形
成されている。このような形状の支持部３は、「目玉」
と呼ばれている。

【０００７】本実施例のＦＲＰリーフスプリング１は、
ガラス繊維ロービング５と炭素繊維ロービング６巻積し
た後、リーフ本体部２と支持部３とを有する形状に圧縮
成形したものである。そして、リーフ本体部２において
は、曲げの中立軸付近に配設された炭素繊維ロービング
６の上下面にガラス繊維ロービング５が配設され、ま
た、支持部３においては、内側がガラス繊維ロービング
５となり、外側が炭素繊維ロービング６となるように配
設されている。

【０００８】次に、本実施例のＦＲＰリーフスプリング
１の製造方法の一例を図２〜図５を用いて説明する。図
２は、本実施例のＦＲＰリーフスプリング１を製造する
際に使用する治具１０の斜視図である。この治具１０
は、中央部が膨出した湾曲面を有する型９の両端にやや
太めの支持部成形用ピン７が一対突設され、これら支持
部成形用ピン７に近接して上下に２本ずつの補助ピン８
が突設されている。この治具１０に、エポキシ樹脂を含
浸させたガラス繊維ロービング５及び炭素繊維ロービン
グ６を、フィラメントワインディング成形法により交互
に巻積することにより、図１に示す形状のＦＲＰリーフ
スプリング１を形成する。使用する素材には、例えば、
ガラス繊維ロービング５として、連続繊維、繊維径１３
μｍ、フィラメント数２０００本のものを用い、炭素繊
維ロービング６として、連続繊維、繊維径７μｍ、フィ
ラメント数６０００本のものを用いる。また、含浸用合
成樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂（ビスフェノー
ルＡタイプのもの）を用いる。

【０００９】各繊維ロービングは、４０℃に温度調節し
た樹脂含浸浴槽内を通して充分にエポキシ樹脂を含浸さ
せた後、ガラス繊維ロービング５本と炭素繊維ロービン
グ４本とをそれぞれ別個に束ねた状態でスリットを通過
させ、これを治具１０に巻回する。巻付け方法として
は、図３に示すように、支持部形成用ピン７から補助ピ
ン８の外側を通るように上記ガラス繊維ロービング５を
８回巻付け、続いて支持部３ではこのガラス繊維ロービ
ング５の外側を通って補助ピン８の内側を通るように前
記炭素繊維ロービング６を４回巻付ける。この工程を１
２回、交互に繰返して図４に示すように、ガラス繊維ロ
ービング５及び炭素繊維ロービング６を帯状に並べる。

【００１０】次に、図５に示すように、型９と対称形状
で、かつ支持部成形用ピン７と補助ピン８が挿通可能な
貫通孔１３，１４が形成された型１５を、支持部成形用
ピン７と補助ピン８に挿通して両型９，１５を合せる。
そして、補助ピン８を全て抜き取ってから、圧縮加熱成
形を行うことにより、図１に示したような構成のＦＲＰ
リーフスプリング１が製造できる。

【００１１】このように、フィラメントワインディング
法を用いることにより、リーフ本体部２と支持部３とを
連続形成することができ、かつＦＲＰリーフスプリング
１全体の強度及び耐久性も高いものとすることができ
る。また、リーフ本体部２と支持部３の境界部で、ガラ
ス繊維ロービング５と炭素繊維ロービング６を交差させ
ているため、当該部位の強度が極めて高く、層間剪断等
による破壊が生じ難くなる。

【００１２】このようにして製造されたＦＲＰリーフス
プリング１は、全体に緩やかな円弧状（例えば、曲率半
径Ｒ＝１１６０ｍｍ）を有しており、各寸法は、例え
ば、全長１３００ｍｍ、両端部の板幅１００ｍｍ、同部
分の厚さ１２ｍｍ、中央部の板幅６０ｍｍ，同部分の厚
さ２０ｍｍ、端部から中央部にかけて断面積は一定であ
り、途中から（板幅／板厚）が漸減／漸増している。ま
た、リーフ本体部２では、上下方向の曲げの中立軸に沿
って炭素繊維ロービング６が配置され、その上下面にガ
ラス繊維ロービング５が配設された状態になっている。
炭素繊維ロービング６の部分の厚さは、例えば、端部近
傍で３ｍｍ、中央部で４．５ｍｍとなっている。支持部
３の寸法は、例えば、軸孔４の内径３５ｍｍ、外径５０
ｍｍ、厚さ７．５ｍｍであり、内側にガラス繊維ロービ
ング５が配設され、外側に炭素繊維ロービング６が配設
された形状となっている。この部分における炭素繊ロー
ビング６の部分の厚さは、例えば、１．５ｍｍである。
ガラス繊維ロービング５による強化部（リーフ本体部２
の部分）と炭素繊維ロービング６による強化部（支持部
３の部分）のそれぞれの繊維含有量は、例えば略５５〜
５８％の範囲である。また、上記寸法及び材質で形成さ
れた本実施例のＦＲＰリーフスプリング１の重量は、３
１００ｇ、バネ定数２．２ｋｇ／ｃｍである。

【００１３】本実施例のＦＲＰリーフスプリング１を上
記の寸法及び材質で形成した場合における特性を、ガラ
ス繊維強化プラスチックのみを用いて本実施例のＦＲＰ
リーフスプリング１と同一寸法に形成したもの（以下、
比較例という）と比較してみる。この比較例の重量は３
２３０ｇであり、同寸法の本実施例のＦＲＰリーフスプ
リング１よりも１３０ｇも重い。また、比較例のバネ定
数は２．０ｋｇ／ｃｍであり、同寸法の本実施例のＦＲ
Ｐリーフスプリング１と略同じであるが、横方向の剛性
が不充分なため、横方向の安定性が良好に得られない。
また、比較例の支持部の強度と剛性が、同寸法の本実施
例のＦＲＰリーフスプリング１に比して低く、耐久性が
低い。仮に、比較例の支持部の耐久性を、同寸法の本実
施例のＦＲＰリーフスプリング１の支持部３と同一にす
るためには、図６に示すように、比較例２１の支持部２
３の外周に、板厚２ｍｍの鋼板製の補強板２４を巻付け
てボルト２５で固定する必要がある。このように補強板
２４を取付けた場合には、さらに重量が４４８０ｇに増
加してしまう。

【００１４】以上の説明により明らかなように、本実施
例のＦＲＰリーフスプリング１は、ガラス繊維強化プラ
スチックと炭素繊維強化プラスチックの各々の良好な特
性をリーフ本体部２と支持部３とにおいて有効に発揮す
るものであり、前述したリーフスプリングとして要求さ
れる性能と耐久性を両立させ、かつ従来に無い軽量化を
達成できる。

【００１５】以下に、本実施例のＦＲＰリーフスプリン
グ１の適用例を幾つか挙げて説明する。図７は、本実施
例のＦＲＰリーフスプリング１をリヤサスペンションに
縦配置状態で装着した例である。車輪２７のアクスルハ
ウジング２６をリーフ本体部２の中央に固定し、支持部
３をシャックル２８に取付けてある。このように本実施
例のＦＲＰリーフスプリング１を適用することにより、
良好な乗心地と横方向の高い安定性に加えて、極めて高
い耐久性を実現できる。

【００１６】図８は、本実施例のＦＲＰリーフスプリン
グ１を、横配置状態でフロントサスペンションに適用し
た例である。支持部３は、前車輪３１のステアリングナ
ックル３０に取付けられている。符号２９は、アッパア
ームである。図９及び図１０は、図１に示したＦＲＰリ
ーフスプリング１を中央から２分した形状のもの（これ
を、リーフ片端とする）４１を適用した例である。図９
は、このリーフ片端４１を横配置状態でフロントサスペ
ンションに適用した例、図１０はこのリーフ片端４１を
縦配置状態でリヤサスペンションに適用した例を示すも
のである。リーフ片端４１の支持部３は、図９において
は、ステアリングナックル３０に取付けられ、図１０に
おいては、アクスルキャリア３３に取付けられている。
また、他端はブラケットの固定部材を用いて車体に固定
されている。図１０中の符号３２はショックアブソーバ
である。

【００１７】なお、前記実施例においては、ガラス繊維
強化プラスチック製の帯状部材５と炭素繊維強化プラス
チック製の帯状部材６の成形用樹脂として、エポキシ樹
脂を用いた例を示したが、この他に、不飽和ポリエステ
ル樹脂、フェノール樹脂等の各種の熱硬化樹脂、或いは
ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等
の各種の熱可塑性樹脂を用いても良い。また、ガラス繊
維及び炭素繊維に代わる他の繊維物性を有する素材を適
用することも可能である。

【００１８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のＦ
ＲＰリーフスプリングは、全体をＦＲＰで構成したこと
により、重量の軽量化が可能となる。そして、リーフ本
体部は、ガラス繊維ロービングを主体として、その中心
部、即ち上下方向の曲げ中立軸付近を炭素繊維ロービン
グにより補強した構成となっており、支持部は、逆に、
内側をガラス繊維ロービングとして、その外面を炭素繊
維ロービングで補強した構成となっていることにより、
リーフ本体部は、ガラス繊維強化プラスチックの特性と
しての上下方向に充分な柔軟性を保有しつつ、横方向に
は高剛性を有する。また、支持部は、高強度かつ高剛性
という炭素繊維強化プラスチックの特性を保有すること
になる。従って、本発明のＦＲＰリーフスプリングは、
軽量かつリーフスプリングに要求される性能を充分に発
揮することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＦＲＰリーフスプリングの一実施
例の斜視図である。

【図２】同実施例の製造方法の一例に用いる治具の斜視
図である。

【図３】同製造方法における繊維の巻回工程の正面図で
ある。

【図４】同製造方法における繊維の巻回工程の終了時の
状態を示す斜視図である。

【図５】同製造方法における加熱成形工程前の型合せ工
程の斜視図である。

【図６】図１の実施例との比較例の斜視図である。

【図７】図１の実施例をリヤサスペンションに適用した
例を示す斜視図である。

【図８】同じくフロントサスペンションに適用した例を
示す斜視図である。

【図９】本発明の他の実施例をフロントサスペンション
へ適用した例を示す斜視図である。

【図１０】同実施例をリヤサスペンションに適用した例
を示す斜視図である。

【符号の説明】

１，４１…ＦＲＰリーフスプリング２…リーフ本体
部３…支持部５…ガラス繊維ロービング６…炭素繊維ロービング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス繊維ロービングと炭素繊維ロービ
ングとをリーフスプリングの長手方向に巻回した後、所
定形状に圧縮成形してなるＦＲＰリーフスプリングにお
いて、リーフ本体部においては、曲げの中立軸付近に配設され
た炭素繊維ロービングの上下面にガラス繊維ロービング
が配設され、また、支持部においては、内側がガラス繊維ロービング
となり、外側が炭素繊維ロービングとなるように配設さ
れていることを特徴とするＦＲＰリーフスプリング。