JPS6073142A - 自動車用の単式板ばね - 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】 本発明は板はねに関するものである。本発明−二特に、
エポキシ樹脂の如き熱硬化性樹脂の中にガラス繊維補強
部材を混入してなる材料の如き繊維補強樹脂材料から製
造された板ばねに関する。

米国特許第３７≠、２ｊりｇ号明細書には、樹脂含浸ガ
ラス繊維製の板ばね部材を積層させてなる多層型の板ば
ねが開示されている。この米国特許明細書には特に、厚
みの一様なばね板の製造原料であるガラス繊維−エポキ
シ腹合体について詳細に記載されている。この複合体か
ら作られたばね板は普通の鋼製はね板の如き金属製ばね
板の約２倍の耐久強度を有する。この多層型の板ばねは
、普通の金属製板ばねの場合と実質的に同じ組立方法に
よって組立てることができる。かように、この米国特許
明細書に記載の方法に従って板ばねを作ることができる
けれども、この板ばねはその使用時に個々のばね板の運
動によって摩耗し、その結果として、個々のばね板の間
に層状の摩耗部が生じ、そのために、この板ばねは短時
間内に破壊してし１うことがある。

上記の型の板ばねの中の個々のばね板の運動に起因する
上記の問題の解消のために、７枚のばね板（ｓｉｎｇｌ
ｅ　１ｅａｆ　）からなる板ばねを作ることが試みられ
た。この型の板ばねの７例が米国特許第３９００３、！
；７号明細書に記載されている。すなわち、この米国特
許明細書に記載のばねにおいては、縦方向に配列された
一方向配向繊維（パ一方向配列繊維″ともいう）を使用
して個々の層が形成される。最も内側の層はばねの中立
軸の近くに配置される。しかして最内部の層は金型の中
で成形され、その長さは累層のうちで最も短かい。これ
らの累層では、よシ外側の層はその長さが一層長い。最
外部層は一番長く、板はねの全長に等しい。この累層か
らなる複合体に樹脂を含浸させ、金型内で成形操作を行
って単式板ばねを作る。この単式板ばねでは、その巾は
一定であるが厚みは場所毎に変化する。この構造を有す
る板はねでは、累層中の各層（ばね板）が別々に運動す
ることはなく、したがってこの個別的運動に起因する既
述の問題は起らないけれども、このばねは、その軸を横
断する方向および該軸に平行な方向において剪断強度が
低い。この欠点は、ばねの製造の際の一方向配向繊維の
使用に起因するものである。一方向配向繊維は引張強度
および圧縮強度が大きいけれども、前記の複合構造体は
剪断強度が小さい。剪断強度は、前記の熱硬化樹脂と補
強繊維表面との間の機械的結合強度および樹脂の強度に
左右されて種々変わる値である。

上記の欠点の解消のために、前記の米国特許明細書には
、板はねの完成品の外側に、補強布または補強テープか
らなる外部被覆材をらせん状に巻きつけることによって
、ばねの横方向の強度が増加できると記載され′Ｃいる
。この処理によってばねの横方向の剪断強度が増大する
が、ばねの中立軸に平行な方向の剪断強度は増加しない
。

本発明は上記の問題の解決を目的とするものであって、
すなわち本発明は、金型内で成形された複合体からなる
内側コア部を設けた単式（ｕｎｉｔａｒｙ）板ばねに関
するものである。この複合体の製造原料は、ランダム配
向繊維（たとえばガラス繊維または炭素繊維）にエポキ
シ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸してなるものである。前
記の内側コア部に外側累層を重ねて固着するが、この外
側累層は一方向配向繊維で補強された部材からなるもの
であ〜て、？−れけげねの仝搭にわたってのびているも
のである。実質的に一定の厚みを有する複数の長形外側
累層を、前もって作られ／Ｃコア部の両側に積層して、
板ばねを完成させるのが好捷しい。

上記の製法によって得られる単式板ばねは、縦方向の引
張強度および圧縮強度が大きく、かつすべての方向にお
いて充分な剪断強度を有するという大なる特長を有する
。

したがって本発明は、実質的に一定の巾と、変化する厚
みとを有する自動車用の単式板ばねにおいて、ランダム
配向繊維と樹脂とから形成された内側コア部と、この板
ばねの全長にわたってのびる外側累層部とを有し、この
外側累層部は、並置関係で配置された連続状の縦方向配
列繊維からなる複数の層と熱硬化性樹脂とから形成され
たものであることを特徴とする単式板はねに関するもの
である。

添附図面に記載の単式板ばね（以下では゛ばね″と略称
する）は、熱硬化性樹脂（好ましくはエポキシ樹脂）を
含浸した繊維補強部材からなる複合体を使用して形成さ
れたものである。他種の樹脂たとえばポリエステルまた
はビニルエステル樹脂もまた使用できる。この繊維補強
部材はガラス繊維、炭素繊維または他の任意の補強繊維
からなるものであり得るが、ガ゛ラス繊維が最も好まし
い。

添附図面に記載のばねについて述べると、これは、コア
部１０と、上側累層部／／と、下側累層部７．２とから
なる。」二側累層部／／はばねの張力負荷を受け、下側
累層部７．２は通常、圧縮条件下に保たれる。コア部１
０は前もって所定の形に成形されたものであり、こり、
は一定の巾と、一定でなく変化する厚みとを有し、すな
わちこれは、ばねの両端の方に向かってチー・ぐ−状に
なっている。

コア部１０は、熱硬化性樹脂を含浸したランダム配向繊
維から次の方法に従って形成できる。この繊維は、解放
状態の繊維（１ｏｏｓｅ　ｆｉｂｒｅｓ　）であってよ
い。この繊維を適当な樹脂と混合し、この混合物を金型
に入れ、加熱して該樹脂を硬化させるのである。別の方
法は、適当に切断された繊維からなるマット状拐料に熱
硬化性樹脂を含浸させ、次いでこれを金型中に入れ、樹
脂を硬化させることである。このように成形されたコア
部１０のガ゛ラス繊維含有量は、好ましくは３０−７０
重量％である。

コア部１０を成形した後に、その上面および下面に、一
方向配向繊維からなる複数の層を積層させる。第３図に
示されているように、層／３゜／≠、／夕および／乙の
各々は、縦方向に配列された一方向配向繊維からなる個
々の層であって、これらはコア部１０の両面」二に積層
状態で存在する。好捷しくば、一方向配向繊維からなる
各層は、相互に並行状態で積層させる。各層の長さは、
ばねの一端から他の一端に達する程度の値であるべきで
ある。しかして次の操作を行うのが好１しく、すなわち
前記繊維をばねのコア部１０の表面に置き、熱硬化性樹
脂を含浸させ、適当な金型に入れて加熱して樹脂を硬化
させる。コア部１０および一方向配向繊維を金型に入れ
たときに、この縦方向繊維に張力を加え、これによって
繊維の配向性を維持するようにして、繊維のねじれや配
置位置の変化が起らないようにずべきである。前もって
成形操作によって作られたコア部材１０上に、外側累層
部を上記の如き成形操作によって形成させることによっ
て、このばねは完成するが、このばねの末端部に適当な
付属部材や末端増刊具を固着することも勿論ＩｊＪ能で
ある。

既述の説明から明らかなように、このばねは、高度の引
張強度および圧縮強度を有する一方向性配向ガラス繊維
補強部材から形成された上側−および下側ｊ累層部を有
する。したがってこのばねは、これにかかった引張荷重
や圧縮荷重を充分に吸収し得る能力を有するのである。

ランダム配向繊維系補強部拐を含有するコ７部は、前も
って成形操作ケ行うことによって作られたものであるが
、これを使用することに」＝って、横方向および縦方向
の両方向における剪断強度の大きな構造を有するばねの
完成品が得られる。

単式板ばねの別の具体例およびその製法について、第≠
図−第７図の参照下に説明する。このばねには、その頂
部の面および底面上に、巾および厚みが一定の区域、２
０および、２／がある。区域〃および２／は一定の巾を
もつ区域であるが、このばねはチー・ぐ−状の区域も有
し、すなわち翼部３および、２≠は巾が広くな−た区域
である：この翼部には、第≠図に記載の如く、一定でな
く変化する巾および厚みを有する区域！乙と、一定の巾
を有する区域、２７とがある。翼部はばねの全長にわた
ってのびておシ、これによって切断縁が形成され、該翼
部の除去が具合よく行い得るようになっている。このば
ねが成形操作によって作られた後に翼部、、２３および
、２≠を除去するが、かくして得られたばねは、一定の
厚みを有する区域、２３と、一定でなく変化する厚みを
有する区域！乙を包含してなるものである（第４図）。

上記の方法によって作られたばねは、一定の「１」と、
一定でなく変化する厚みとを有するものである。このば
ねの外側累層部の中の繊維は縦方向に配列されている。

第７図に示されているように、断面の形状が台形（、ｋ
ｅｙｓｔｏｎｅ　）である翼部を利用することによって
、ばねの切断縁において繊維の出口角（ｅｘｉｔ　ａｎ
ｇｌｅ　）を、非常に小さい角度（α）とすることがで
きる。これとは反対に、一定の厚みを有する翼部を利用
する場合には、ばねの切断縁において、繊維の出口角は
前記の場合より一層大きい角度（β）となるであろう。

繊維の出口角を小さくすることによって、ばねの中の樹
脂の剪断破損が防止できる。樹脂の剪断破壊は、ばねの
亀裂発生事故として外部に現われる。

前記のばねは次の如き成形方法に従って作るのが好寸し
い。金属製の加熱金型を使用し、所定量の補強繊維およ
び樹脂を金型に入れ、次いで金型を閉じる。金型の閉鎖
時には、ばねの最も外側の層の中の補強繊維を張力下に
保つのがよく、これによって該繊維を、ばねの片方の末
端部から他の末端部に向かってまっすぐに、かつ平行に
保つことができる。この金型を閉じたときには、中央部
の補強繊維および樹脂は、外方に向いた力の作用下に置
かれ、そのために翼部２３および、！りが生ｒるであろ
う。頂部の区域、２０および底部の区域２／は一定の形
状の断面を有し、一方、前記の翼部は、一定でなく種々
変化する断面を有する。この翼部をのこぎりまたは他の
手段で除去した後には、このばねは一定の巾と、一定で
なく変化する厚みとを有するであろう。さらにこのばね
は、頂部および底部の表面部において最大の応力を受け
る区域に、縦方向に配列した連続状繊維を有する。

また本発明は自動車用の板ばね組立体にも関し、しかし
てこれは既述の単式板はねと末端取例部とを含有してな
り、この末端取イ」部は繊維で補強された熱硬化樹脂で
作られたものであって、この末端増刊部の片方の末端部
には、このばねを車体に固定する手段を挿入するための
開口が形成されており、この開口は゛前記取イマ１具の
張出円形区域で包囲されており、この区域は！つのデー
・に−状区域と接しており、この！つのチー・ぐ−状区
域はこのばねの末端部の厚みに等しい長さの距離をへだ
てて配置されていて、これによって、ばねの末端部に密
着型取付部が形成されるように構成したことを特徴をす
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る板ばねの７例の立面図である。 第１図は、第１図中の線！−ノに沿った部分の断面図で
ある。 第３図は、第１図に記載のばねの一部の拡大断面図であ
る。 第ゲ図は、本発明の板ばねの第２番目の具体例の平面図
である。 第５図は、第グ図に記載のばねの端面図である。 第６図は、第ｊ図記載の板ばねにおいて、翼部を除去し
た後の状態を示す立面図である・第７図は、第ψ図記載
のばねにおける補強繊維の配列方向を示す平面図である
。 １０・・・コア＋；Ｂ　；　／　／・・・」二側累層部
；／、２・・・下側累層部：／３．／１１．／３および
／乙・個々の層；、２０および、２／・・１」］および
厚みが一定である区域；、、２３および、、２／Ｉ−・
翼部；、２ｊ・・・厚みが一定である区域；ノ乙・厚み
が変化するテーパー状の区域；、２７・・・１１ノが一
定である区域。 代理人の氏名　川原１）−穂

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）　実質的に一定の巾と、変化する厚みとを有する
   自動車用の単式板ばねにおいて、 ランダム配向、繊維から形成された内側コア部と、この
   ばねの全長にわたってのびる外側累層部とを有し、この
   外側累層部は、並置関係で配置された連続状の縦方向配
   列繊維からなる複数の層と熱硬化性樹脂とから形成され
   たものでちることを特徴とする自動車用の単式板はね。
2. （２）　前記の熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である特許
   請求の範囲第１項に記載の板はね。
3. （３）　前記の補強繊維が炭素繊維でちる特許請求の範
   囲第１項に記載の板はね。
4. （４）前記の補強繊維が力゛ラス繊維である特許請求の
   範囲第１項に記載の板ばね。
5. （５）　前記のコア部が一定の１１」と、変化する厚み
   とを有し、外側累層部が一定の［１］と一定の厚みとか
   ７項に記載の板ばね。
6. （６）特許請求の範囲第１項−第５項のいずれか７項に
   記載の板ばねと、末端取付部とを有し、この末端取付部
   は繊維補強−熱硬化性樹脂から形成され、この末端取付
   部の一端には、この板ばねを車体に固定するだめの固定
   手段を挿入するだめの開口を設け、この開口は、この取
   イマ１部の張出円形区域によって包囲されておシ、この
   円形１区域はλつのテーパー状区域と接続されており、
   これらの２″）のチー・ぐ−状区域は、この板ばねの末
   端部の厚みに等しい長さの距離をへだてて存在し、これ
   によって、前記のばねの末端部に密着型取４７１部を形
   成したことを特徴とする自動車用の板ばね組立体０