JPS61211540A - コイルばね及びその製造方法 - 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】 〔技術分野〕 本発明は、コイルばねに係り、さらに詳しくははねワイ
ヤの縦軸に対して約４５°の角度で延びる強化繊維を埋
め込んだ硬化可能なプラスチック製のはねワイヤを有す
るコイルばねに関するものである。

さらに本発明は硬化可能な樹脂とその中に埋め込んだ強
化繊維とを巻いてコイルばねにし、その後に樹脂を硬化
させたコイルはねを製造する方法に関するものである。

以下余白 〔従来技術〕 コイルはねはしばしば使用される機械要素であって、２
つの部材間で一方の部材が移動しあるいは摩耗するとき
に両部材間の摩擦結合を維持するものである。一方の部
材の移動がばねの同方向への移動をもたらし、それによ
って特に高周波の振動の場合あるいは振幅の大きい振動
の場合には大きい慣性力が生じる。この慣性力を小さく
保つために、コイルばねの質量はできるだけ小さくなけ
ればならない。

したがって繊維複合材料、特に炭素繊維強化プラスチッ
クからなるコイルばねを製造する試みがなされた。とい
うのは、この材料を用いると７０チまでの質量削減が可
能であるからである。この種のばねは、ばねワイヤの縦
軸に対して４５°の角度で層状に巻かれた粗紡炭素繊維
から構成されている。このような構造の場合には大きな
機械的応力と熱応力が生じ、それによってばねが破損し
あるいはクリープすることがある（米国特許公報４２６
０１４３）。

〔発明の課題〕

本発明の課題は、繊維複合材料、特に炭素繊維強化の炭
素からなシ、技術分野に基づ〈従来公知のコイルばねに
比較して改良された強さ特性を有する冒頭に述べた技術
分野に基づくコイルばねを提供することである。

〔課題を解決する手段〕

この課題は、冒頭に述べた種類のコイルばねの場合に、
本発明によれば、繊維を織物として用い、この織物をば
ねワイヤの囲、ＤＫ螺旋状に巻き付けることによって解
決され、この場合に緯糸と経糸は巻き軸に対して約±４
５°の角度を形成する。

この種のばねワイヤに、コイルばねが圧縮されあるいは
膨張したときに生じるねじシ応力が加わった場合に１螺
旋状に巻かれた織物層が半径方向の力を吸収する、とい
うことが明らかになった。

成る好ましい実施例の場合には、織物は矩形状に裁断さ
れていて、この場合に裁断縁は緯糸と経糸に対して約±
４５°の角度を形成している。さらにこの織物は、ばね
ワイヤの全長にわたって延びている。

他の実施例の場合には、織物は細片状Ｖｃ２断されてい
て、この場合には裁断縁は緯糸と経糸に対して平行ない
しは垂直に述びている。この細片は、はねワイヤの縦軸
に対して約４５°の角度で巻き付けられている。

織物の内側の端部が、ばねワイヤの全長にわたって延び
ている糸状あるいは棒状の２本の保持部材の間に挟持さ
れていて、この保持部材の囲りに次の織物層が巻き付け
られていると、有利である。

〔本発明の他の課題〕

本発明の課題はさらに、この種のコイルばねを製造する
簡単な方法を提供することである。

〔他の課題を解決する手段〕

この課題は、冒頭で述べた種類の方法の場合に、本発明
によれば次のように、すなわち巻いてコイルはねにする
前にばねワイヤを形成するために、硬化可能な樹脂を含
浸させた強化繊維からなる織物を２本の糸状あるいは棒
状の保持部材の間に、これら保持部材と緯糸及び経糸と
が約±４５°の角度をなすように挾持させること、及び
これら保持部材が保持部材の間にあってかつ保持部材に
平行に延びている巻き軸の囲りに一緒に巻き付けられる
ので、織物が巻芯に巻き付けられるようにこの保持部材
上に巻き付けられること、によって解決される。保持部
材としては、好ましくは強化繊維を使用することができ
、この強化繊維をばねワイヤ内に残留させる。

他の実施例の場合には、保持部材はばねワイヤを形成し
た後にこのばねワイヤの縦軸に対して平行にとのばねワ
イヤから抜き出すことができる。

ばねに成形する前に、ばねワイヤの上に収縮ホースをか
ぶせると有利であって、それによってまだ硬化していな
いぼねワイヤの形を固定することができる。

収縮ホースをばねワイヤの上にかぶせ、硬化可能なグラ
スチックがゲル状のときに加熱することによってこの収
縮ホースを収縮させると特に有利である。全ての側面に
接している収縮ホースが余分な樹脂をばねワイヤから押
し出し、ゲル化するときに材料が収縮してき裂が生じる
ことを防止する。

余分な空気をまだ硬化していないばねワイヤから効果的
に追い出すために、ばねワイヤに沿って収縮ホースを前
進的に加熱して収縮させると有利である。

このコイルばねは、好ましくは硬化後に焼戻しされる。

コイルばねの硬化後に、熱分解あるいは化学分解または
溶解によってホースを除去することも可能であってミこ
の場合にコイルばねの焼戻しの温度で熱分解される収縮
ホースを使用すると、特に有利である。

〔実施例〕

次に、図面に関連して、本発明の好ましい実施例を用い
て本発明の詳細な説明する。

第１図に示すコイルはねは、たとえばディーゼルエンジ
ン用の弁ばねとして使用できるものであって、ねじ状に
巻かれたばねワイヤ１を有し、このはねワイヤの両端に
はそれぞれ巻き止まり２ないし３が形成されている。ば
ねワイヤ１は繊維で強化された硬化可能なプラスチック
からな）、第３図及び第４図を用いて説明する方法で形
成される０ 第３図に示す実施例の場合には、たとえば炭素繊維など
の強化繊維の織物細片４の一端５が糸状の２本の保持部
材６，７の間に挟まれている。この保持部材６，７はエ
ンドレス繊維からなるホース８によって形成されており
、このホースは互いに成る距離をお込で配置された２本
の保持ビン９゜１０を介して張られているので、このホ
ースの両半分は互いに平行であって、かつ互いにわずか
な距離を保って両保持ピン９，１０の間に延びている。

これら保持ピンはそれぞれ＠１１ないし１２に支持され
ておシ、これらの軸は両保持ピン９゜１０を結ぶ線の延
長上に延びておシ、かつ矢印Ａ方向に同期して回転可能
であるので、保持ビン９゜１０及びこの上に張られてい
るホース８は、両保持部材６，７の間にあってこれらに
対して平行に延びる巻き軸を中心に回転可能である。

繊物細片４は、緯糸と経糸の方向が細片の外側細部に対
して平行ないしは垂直になるように裁断されている。織
物細片４の一端５が短保持部材６と７の間に挿入されて
、その平面が巻き軸に対して４５°ねじられるので、し
たがって軸１１と１２及びこれらに固定されている保持
ピン９と１０が回転すると、織物細片４は巻芯として作
用する保持部材６と７に４５°の角度で巻き付けられる
。

第４図の実施例の場合には、矩形状に裁断され、その経
糸と緯糸が裁断縁に対して±４５°の角度で延びている
織物片１３の一端が保持部材６と７の間に挿入され、こ
の場合に織物片の裁断縁は巻き軸に対して平行ないし垂
直に延びている。この際に織物片は製造すべきはねワイ
ヤの全長にわたって延びている。この場合には軸１１と
１２が回転すると、矩形状の織物片１３は巻芯として作
用する保持部材６及び７に巻き付けられる。

両方の実施例において、織物片には巻き付は以前に硬化
可能な樹脂が含浸されているので、巻付けた後に織物の
隣接する層は、織物から浸み出す硬化可能な樹脂を介し
て互いに結合される。

織物細片４ないし織物片１３を巻付けた後に、このよう
Ｋして得られたばねワイヤ１が収縮ホース１４中に引き
込まれる。このことはたとえば、ホース８に通した刺網
をこの種の収縮ホース１４に挿入することによって行う
ことができる。このようにして、樹脂を含浸させた織物
を巻き付けたホース８が収縮ホース１４中に引き込まれ
る。この収縮ホースを使用することＫよって、樹脂を含
浸させて巻き上げた織物からなる構成ユニットを、まだ
樹脂が硬化していなくても取り扱うことができるように
なる。本来の硬化の前に、収縮ホース１４は加熱によっ
て、好ましくはホースに沿って進むように１あるいはホ
ースの中央から両端へ向かって進むようｒＣ収縮される
ので、収縮ホース内に配置されているまだ硬化していな
いばねワイヤが圧縮される。このときに封入されていた
空気及び余分の樹脂が追い出され、この過程は収縮ホー
スの加熱を前進的に行うことによって促進される。

収縮ホース内に封入され、まだ硬化していないばねワイ
ヤは、次に型に巻かれ、所望の型にされる。好ましくは
この型には巻くのにふされしい断面半円形成の周面溝が
設けられているので、ばねワイヤは巻芯に接する領域に
おいても平たくならず、円弧状の断面を有する。しかし
また、内側がわずかに平らになっても支障のない場合に
は、ばねワイヤを円筒状の巻芯に巻き付けることも可能
である。

巻芯に巻き付けた後に、温度が高くなるとコイルばねが
硬化され、この場合に収縮ホースは材料の収縮によって
硬化き裂が生じないようにゲル相で固められる。

コイルばねが硬化した後に、芯が取シ除かれる。

このことは、多数の部分から組み立てである芯を、その
個々の部分を内側に向かってコイルばねから取り外すこ
とができるように分解することによって行うことができ
る。

硬化して芯から取り外されたコイルばねは、次にコイル
ばねを再硬化しその耐熱性を向上させるために焼き戻し
される。

この最後の熱処理は、収縮ホースを熱分解し、あるいは
溶かすことによって取り除くために利用することもでき
る。

螺旋形の構造及び織物形状に配置された補強繊維を使用
することによって、生じるせん断力が繊維から半径方向
へ形状結合によって伝達可能となることも明らかになっ
ている。織物の整合方向が同種であるので、マトリクス
からは隣接する織物層間にわずかな熱膨張しか伝達され
ない。

硬化可能なプラスチック材料としては、たとえばエポキ
シ樹脂を使用することができ、特にトリグリシジル番イ
ソシアヌル酸塩（ＴＧＩＣ）及びメチルナディック無水
酸（ＭＮＳＡ）の使用が有利である。

繊維材料としては、プラスチック・繊維複合材料に通常
使用する繊維が使用でき、特に炭素繊維あるいはガラス
繊維が使用できる。しかしコイルばねは炭素繊維で強化
した炭素からも製造することができる。

収縮ホースは、たとえばポリオレフィンから形成しても
よい。

通常は余分の樹脂が含浸される。この余分の樹脂は収縮
ホースを通して排出することができるので、繊維の体積
割合が約５０％に達するまでこの方法で繊維含量の増大
が行われる。収縮ホースはたとえば初めの内径を９．５
ｆｌにすることができ、これは１１０’Ｃに加熱すると
約５．５ｆｌの値に減少する。この場合に同時にばねワ
イヤに円形の断面を持たせることができる。収縮ホース
を加熱するときに、繊維複合ばねワイヤも加熱され、こ
のとき樹脂の粘性が減少する。それによって余分の樹脂
がその中に含まれている余分の空気と共に特に効果的に
収縮ホースから流出することができる。

樹脂の硬化は、たとえばばねワイヤをまず２時間の間１
５０°ＣＫ熱し、それから１６時間の間２２０’Ｃに加
熱することＫよって行うことができる０ 次忙焼き戻しを行うときに、コイルばねをたとえば６時
間にわたって２６０°Ｃに加熱することができる。

ホース８は、たとえばアラミド繊維から製造することが
できる。この場合にホースをばねワイヤ内に残しておく
と有利である。

原則的には、たとえば２本の平行なワイヤからなる他の
保持部材を使用することも可能であるが、そのときには
これらのワイヤは好ましくはばねワイヤを巻いてコイル
ばねにする前にばねワイヤから抜き出される。収縮ホー
スによって、保持部材を抜き出した後もばねワイヤのコ
ンパクトな構造が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は挿入織物を用いて繊維強化プラスチック製のコ
イルばねの側面図、第２図はホースで包囲されたばねワ
イヤの横断面図、第３図は細片状の挿入織物を巻くため
の第１の装置の斜視図、第４図は矩形状に裁断され、ば
ねワイヤの全長にわたって延びている挿入織物を巻くた
めの装置の、第３図と同様の斜視図である。 】・・・ばねワイヤ、　　　　２，３・・・巻き止まシ
、４・・・織物細片、　　　　　５°°°端部・６．７
・・・糸状の保持部材、８・・・ホース、９．１０・・
・保持ビン、　　１１．１２・・・軸、１３・・・織物
片、　　　　　１４・・・収縮ホース。 以下余白

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ばねワイヤの縦軸に対して約±４５°の角度で延び
   る強化繊維が埋め込まれた硬化可能なプラスチックから
   なるばねワイヤを備えたコイルばねにおいて、繊維がば
   ねワイヤ（１）の縦軸の囲りに螺旋状に巻き付けられた
   織物（４、１３）として存在し、この場合に緯糸と経糸
   が巻軸に対して約４５°の角度を形成することを特徴と
   するコイルばね。 ２、織物（１３）が矩形状に裁断されていて、この場合
   に裁断縁が緯及び経糸に対して約±４５°の角度を形成
   すること、及び織物（１３）がばねワイヤの全長にわた
   って延びていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載のコイルばね。 ３、織物（４）が細片状に裁断されていて、この場合に
   裁断縁が緯及び経糸に対して平行ないしは垂直に延びて
   いること、及びこの細片（４）がばねワイヤ（１）の縦
   軸に対して約４５°の角度で巻き付けられていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のコイルばね。 ４、織物（４、１３）の内側の端部（５）が、ばねワイ
   ヤ（１）の全長にわたって延びている２本の糸状あるい
   は棒状の保持部材（６、７）の間に挟持されており、こ
   れら保持部材の囲りに織物（４、１３）の次の層が巻き
   付けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   〜第３項のいずれかに記載のコイルばね。 ５、硬化可能な樹脂とその中に埋め込まれた強化繊維と
   からなるばねワイヤを巻いてコイルばねにし、その後に
   樹脂を硬化させる、特許請求の範囲第１項〜第４項に基
   づくコイルばねの製造方法において、巻いてコイルばね
   にする前にばねワイヤを製造するために、硬化可能な樹
   脂を含浸させた強化繊維からなる織物を、２本の糸状あ
   るいは棒状の保持部材の間に、これら保持部材と緯糸及
   び経糸とが約４５°の角度を形成するように挟み込むこ
   と、及び保持部材の間でこれら保持部材に対して平行に
   延びる巻軸の囲りに保持部材を一緒に巻くので、織物が
   巻芯に巻かれるように保持部材に巻き付けられることを
   特徴とするコイルばねの製造方法。 ６、保持部材として２本の強化繊維を使用し、これをば
   ねワイヤ内に残留させることを特徴とする特許請求の範
   囲第５項に記載の方法。 ７、ばねワイヤの製造後に、保持部材をばねワイヤの縦
   軸に対して平行にこのばねワイヤから抜き出すことを特
   徴とする特許請求の範囲第５項に記載の方法。 ８、ばねを巻く前に、ばねワイヤの上にホースをかぶせ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項〜第７項のい
   ずれかに記載の方法。 ９、ばねワイヤに収縮ホースをかぶせて、硬化可能なプ
   ラスチックがゲル化したときに加熱によりこの収縮ホー
   スを収縮させることを特徴とする特許請求の範囲第８項
   に記載の方法。 １０、収縮ホースをばねワイヤに沿って前進するように
   加熱して収縮させることを特徴とする特許請求の範囲第
   ９項に記載の方法。 １１、硬化後にコイルばねを焼き戻すことを特徴とする
   特許請求の範囲第５項〜第１０項のいずれかに記載の方
   法。 １２、コイルばねの硬化後に、熱によるあるいは化学的
   分解または溶解によってホースを除去することを特徴と
   する特許請求の範囲第８項〜第１１項のいずれかに記載
   の方法。