JP2003300256A - Frpスプリングおよびその製造方法 - Google Patents
Frpスプリングおよびその製造方法Info
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Abstract
てなる繊維強化プラスチック製コイルスプリング及びそ
の製造方法を提供すること。 【解決手段】軸線に対する組角度が±θ°の組糸と、軸
線に対する角度が0°の中央糸とを選択的に組み合わせ
て組物層を組織し、前記組物層を複数層積層して組紐組
織体とするFRP組織体の製造方法であって、予め樹脂
が含浸された強化繊維をブレイダー装置BRにセット
し、ブレイディングによって組紐組織体10を製織する
ブレイディング工程11と、組紐組織体を製織しながら
組紐組織体のまわりに連続的に熱収縮テープ13を巻き
付けるラッピング工程12と、ラッピングされた組紐組
織体14を螺旋状に巻き、硬化してコイル状スプリング
組織体に成形するコイル成形工程15とからなるFRP
製スプリングの製造方法。
Description
を用いてブレイディング処理してなる繊維強化プラスチ
ック(fiber reinforced plastics :以下、 FRPとい
う)製の組織体であって、特に、FRPスプリングであ
り、且つ、当該FRPスプリングの製造方法に関するも
のである。
維、炭素繊維などの繊維素材を種々のプラスチックのマ
トリックスでかためて成形した複合材料であり、軽量
で、強度が高く、且つ弾性率が高いという特性を有して
いる。さらに、このFRP材料は、疲労強度が高く、振
動減衰性にすぐれており、電気絶縁性が高いという特性
を有している。さらにまた、このFRP材料は、耐薬品
性,耐食性がよいなどのさまざまな特性を有するもので
ある。この特性を生かして,航空宇宙、車輌、化学薬
品、その他一般産業分野などに利用される可能性は多大
であり、それらのためのFRP組成物構造材として極め
て有効な素材であるものといえる。
P材料によって、機械構造部材であるコイル状のスプリ
ング(coiled helical springs)を成形しようとするも
のである。この発明において、前記コイル状のスプリン
グは、圧縮コイルバネ(compression coiled spring
s)、引張りコイルバネ(extension coiled spring
s)、ねじりコイルバネ(torsion coiled springs)を
含むものであり、さらに、形態的には、円筒型、円錐
型、あるいは、渦巻き型などの異なる形態でなるものを
含むものである。
コンチューブなどの方法により成形されている。これ
は、成形硬化時に樹脂のフローなどの問題で、Vf(樹
脂含有率)があがらないという問題点が指摘されてい
る。
は、ブレイダー装置を用いてブレイディング処理してな
るFRPスプリングの製造にあたって、ブレイディング
過程における組糸の組角度を変化させることによって、
異なるバネ定数のコイルスプリングを設計可能になした
FRPスプリングの製造方法、並びにその製造方法によ
って得られるFRPスプリングを提供しようとするもの
である。
的を達成するにあたって、具体的には、軸線に対する組
角度が±θ°の組糸と、軸線に対する角度が0°の中央
糸とを選択的に組み合わせて組物層を組織し、前記組物
層を複数層積層して組紐組織体とするFRP組織体の製
造方法であって、予め樹脂が含浸された強化繊維をブレ
イダー装置にセットし、ブレイディングによって組紐組
織体を製織するブレイディング工程と、前記組紐組織体
を製織しながら前記組紐組織体のまわりに連続的に熱収
縮テープを巻き付けるラッピング工程と、ラッピングさ
れた組紐組織体を螺旋状に巻き、硬化してコイル状スプ
リング組織体に成形するコイル成形工程とからなるFR
Pスプリングの製造方法を構成するものである。
ング工程において、前記組糸の組角度±θ°を変えて、
異なる組角度に応じた異なるバネ定数のFRPスプリン
グを製造するFRPスプリングの製造方法を構成するも
のである。
工程中、前記組糸の組角度±θ°を変更しながら組紐組
織体を製織し、当該組紐組織体によって当該スプリング
の巻き長さ方向に異なるバネ定数の部分を一体連続的に
形成してなるFRPスプリングの製造方法を構成するも
のである。
角度が±θ°の組糸と、軸線に対する角度が0°の中央
糸とを選択的に組み合わせて組物層を組織し、前記組物
層を複数層積層して組紐組織体とし、前記組紐組織体を
螺旋状に巻き成形してなるFRPスプリングであって、
前記FRPスプリングのバネ定数を規定する要因が、前
記組糸の組角度±θ°の値に応じたものからなるFRP
スプリングを構成するものである。
度±θ°の値に応じて、当該スプリングの巻き長さ方向
に異なるバネ定数の部分を一体連続的に有するものから
なるFRPスプリングを構成するものである。
リングの巻き径が、当該スプリングの巻き長さ方向一端
から他端にわたって同一径のものであるFRPスプリン
グを構成するものである。
リングの巻き径が、当該スプリングの巻き長さ方向一端
から他端にわたって異なる径部分を有するものからなる
FRPスプリングを構成するものである。
グを構成するFRP線材の線径が、当該スプリングの巻
き長さ方向一端から他端にわたって異なる径部分を有す
るものからなるFRPスプリングを構成するものでもあ
る。
リングのための組紐組織体が、中実組紐組織体でなるF
RPスプリングを構成するものである。
リングのための組紐組織体が、中空組紐組織体でなるF
RPスプリングを構成するものである。
リング及びその製造方法について、図面に示す具体的な
実施例にもとづいて詳細に説明する。図1は、この発明
になるFRPスプリングを製造するための製造方法に関
して、これに適合する具体的装置例を示す概略的な側面
図であり、図2は、この発明になるFRPスプリングの
具体的な態様を示すものであって、図2Aは、当該FR
Pスプリングの基本構成を示す概略的な側面図、図2B
および図2Cは、図2AにおけるX−X線に沿った断面
図であり、中実組紐組織体10Aの例と、中空組紐組織
体10Bの例とを示す断面図である。一方、図2D、図
2Eおよび図2Fは、当該コイルスプリングの巻径の異
なる態様を示す概略図である。
て製織される組紐組織体の基本的構成を示す概略的な斜
視図である。また、図4は、この発明になるFRPスプ
リングのための組紐組織体を製織するための多連式ブレ
イダー装置の基本構成の一例を示す概略的な側断面図で
ある。
装置の一構成例について説明する。図4において、多連
式ブレイダー装置は、マンドレル自動供給装置(図示せ
ず)と、縦型の複数のブレイダーユニットBRと、ラッ
ピング装置RAと、振れ防止具Osと、プリフォーム自
動取出し装置Puとを、図中右側から順番に直列に配置
してある。
すように、マンドレルMのまわりに組紐組織層2を形成
するための組糸Y(4、4)および中央糸y(5)を繰
り出すものである。この発明において、FRPスプリン
グのための線材が、中空組紐組織体10Bでなる場合に
は、前記マンドレルMが用いられ、FRPスプリングの
ための線材が、中実組紐組織体10Aでなる場合には、
前記マンドレルMは不要である。
ルMが通過する中心孔21aを有し且つ中心孔21aの
外側に形成した波形の環状軌道(図示せず)の2条を有
する垂直な軌道面21と、これら環状軌道に案内されて
相互に逆方向へ走行する2群の多数のボビンキャリアー
22と、軌道面21から立設したボビンスタンドと、軌
道面21の環状軌道に囲まれた中心から立設した複数本
の中央糸供給用の筒体23とを備えている。
Mの表面で組角度±θ°で斜め交差する組糸Y、Y
(4、4)を繰り出すものであり、組糸Yを巻いた組糸
用ボビンBがセットされる。前記ボビンスタンドは、マ
ンドレルMの表面にマンドレルの長手方向に沿わせて中
央糸y(5)を繰り出すためのものであり、中央糸yを
巻いた中央糸用ボビンbがセットされる。前記組糸Y並
びに中央糸yは、熱硬化性の樹脂を予め含浸した強化繊
維が用いられる。
(図示せず)で一定速度でおくられながら、表面に複数
本の組糸Y、Yが交差するように巻き付けられ、これに
中央糸yが組み合わされ組紐組織層2が形成される。
(図4中、左端)のブレイダーユニットBRの次に縦向
きに配置されるものであり、マンドレルMが通過する中
心孔24aを有する大ギヤー24と、この大ギヤー24
を回転自在に支持する複数個の支持ギヤー25と、前記
大ギヤー24を強制回転させるためのギヤー付きモータ
ー26と、前記大ギヤー24に取付けたテープ巻出具1
8とを備えている。前記テープ巻出具18は、テープ1
3を巻いたテープリール17が交換可能に装着される。
前記テープ13は、熱収縮性のテープが用いられ、テー
プリール17から繰り出され、ガイドローラおよびテン
ションローラで案内されマンドレルMの組紐組織体10
の表面に巻き付けられ、硬化前の組紐組織体10を締め
つけ、且つ、保護する。
0の表面に巻き付けるテープ13の張力を調節するため
に、テンション調節手段(図示せず)を備えている。テ
ンション調節手段は、マンドレルMの外径や送り速度あ
るいはテープ13の厚みや巻き付け速度などの条件が異
なる場合でも、適切なテープ張力を維持して、過張力に
よるテープ切れを極力少なくすることができる。
Aの次に配置されるものであり、相互に接近する方向へ
押圧された振れ防止ローラ27、27の二組を備えてい
る。この振れ防止具Osは、各組のローラ27、27で
マンドレルMの蛇行を防止するものである。前記プリフ
ォーム自動取出し装置Puは、振れ防止具Osを出たマ
ンドレルMの先端を把持しつつ、マンドレルMを前方へ
引き出すためのチャック28を備えている。
的構造について、図3に示す基本的な構成例にもとづい
て詳細に説明する。図3に示す基本組織体1は、この発
明の基本構成を特徴付けるべく、円筒状(パイプ状)組
成体を、1層の組物層2に組成した概略図であって、本
来は、当該組物層を複数層積層状に組織して組紐組織体
10を組成するものである。
軸線に対する組角度が±θ°の組糸4、4と、軸線に対
する角度が0°の中央糸5によって組織されるものであ
る。これらの組糸4、4と中央糸5とは、マンドレルm
(中実体の場合はマンドレルを用いない)のまわりに選
択的に組み合わされ、マンドレルmに沿って組紐組織体
10として製織される。
法は、予め樹脂が含浸された強化繊維をブレイダー装置
BRにセットし、ブレイディングによって組紐組織体1
0を製織するブレイディング工程11と、前記組紐組織
体10を製織しながら前記組紐組織体10のまわりに連
続的に熱収縮テープ13を巻き付けるラッピング工程1
2と、ラッピングされた組紐組織体14を螺旋状に巻き
付け、硬化してコイル状スプリング組織体CSに成形す
るコイル成形工程15とを含むものからなっている。
程11においては、ガラス、カーボン、有機繊維を利用
して、予め樹脂(熱硬化性樹脂)が含浸された強化繊維
をブレイダー装置BRにセットし、ブレイディングによ
って組紐組織体10を製織する。この発明では、組糸4
、4の組角度±θ°を変えることによって、例えば、
組角度10°の組紐組織体10によって成形されるコイ
ルバネと、組角度45°の組紐組織体10によって成形
されるコイルバネとを比較した場合、コイル素線自体の
せん断弾性係数Gが変化することにより、同じ線径r、
同じ捲き径R、同じ捲き数、同じ捲きピッチにしても、
仕上がりにおけるコイルスプリングCSのバネ定数(バ
ネ特性)を変えることができる。換言すれば、組糸4 、
4の組角度±θ°だけを変化させることによって、異な
るバネ定数のコイルスプリングCSを設計することがで
きる。
用して、ブレイディング工程中、前記組糸4 、4の組角
度±θ°を変更しながら組紐組織体10を製織し、当該
組紐組織体10によって当該スプリングの巻き長さ方向
に異なるバネ定数の部分を一体連続的に有する非線形バ
ネを製造することができる。このような非線形バネを金
属製バネとして形成する場合には、不等ピッチコイルバ
ネとするか、あるいは、当該スプリングの巻き長さ方向
に異なる捲き径Rにするかの手段によって形成される。
しかしながら、この作製は極めて困難であり、且つ、不
等ピッチコイルバネの場合は、ピッチを変化させて作製
するため、バネ自体の自由長が長くなるという難点を有
している。
紐組織体10を製織しながら前記組紐組織体10のまわ
りに連続的に熱収縮テープ13を巻き付ける工程であ
る。このラッピング工程12では、熱収縮テープ13を
収容するリール17を前記組紐組織体10のまわりに回
転させ、該熱収縮テープ13の捲きテンション, 捲きピ
ッチを変化させて、製織された組紐組織体10をラッピ
ングする。このラッピングによって、樹脂が適度にフロ
ーして適度のVf(樹脂含有率)を得ることができ、こ
れにより, 材料自体の機械的特性があがる。また、該熱
収縮テープ13の捲きテンション, 捲きピッチを変化さ
せることによって、種々のスプリング形状、機械的特性
を作りだすことができる。
された組紐組織体14は、螺旋状溝16aを備えたコイ
ル成形ドラム16に巻き付けていく。すなわち、コイル
形状作製までの全てが、連続的に自動化でき、量産性が
良くなる。その後、コイル成形ドラム16ごと乾燥炉に
て硬化させる。硬化後、ドラムを脱走芯し、熱収縮テー
プを取り除いて、FRP製のコイルスプリングCSを得
る。
スプリングCSに関して、前記FRPスプリングのバネ
定数を規定する要因は、前記組糸の組角度±θ°の値に
応じたものであり、前記組糸の組角度±θ°の値に応じ
て、当該スプリングの巻き長さ方向に異なるバネ定数の
部分を一体連続的に有するコイルスプリングCSをも製
作することができる。さらに、この発明は、当該FRP
スプリングの巻き径が、当該スプリングの巻き長さ方向
一端から他端にわたって同一径Rのものであてもよいし
(図2D参照)、当該スプリングの巻き長さ方向一端か
ら他端にわたって段階的に異なる径部分R1 、R2 を有
するものであってもよいし(図2E参照)あるいは、一
端の径R3 から他端の径R4 間において連続的に径変化
するものであってもよい(図2F参照)。さらにまた、
この発明になるコイルスプリングCSのための組紐組織
体10は、図2Bに示すような中実組紐組織体10Aに
よって構成することもでき、あるいは、図2Cに示すよ
うな中空組紐組織体10Bによって構成することもでき
る。
リング及びその製造方法によれば、ブレイダー装置によ
るブレイディング工程において、軸線に対する組角度が
±θ°の組糸と、軸線に対する角度が0°の中央糸とに
よって、組紐組織体10を製織しながら、ラッピング工
程において、熱収縮テープ13をラッピング処理し、こ
のラッピングされた組紐組織体14を螺旋状に巻き上
げ、これを硬化してFRP製コイルスプリングCSとす
る一連の製造過程において、組糸の組角度±θ°を変え
ることによって、他の要素(素線の径r、捲き径R, 捲
き数、捲きピッチ等)を変えることなく、異なったバネ
定数のコイルスプリングを供すること、さらには、ブレ
イディング工程中、組糸の組角度±θ°を変更しながら
組紐組織体10を製織することによって、スプリングの
巻き長さ方向に異なるバネ定数の部分を一体連続的にも
った、所謂、非線形バネを容易に製造できること等の点
において極めて有効に作用する。
より得られるFRP組織体を素線とするコイルスプリン
グを供するものであり、これは、軽量であり、強度並び
に弾性率、さらには、電気絶縁性が高く、耐薬品性並び
に耐蝕性に富むコイルスプリングを供し得るものであ
り、各種産業分野における機械構造部材として、その利
用性は多大であり、その点において極めて有効に作用す
るものである。
造するための製造方法に関して、これに適合する具体的
装置例を示す概略的な側面図である。
体的な態様を示すものであって、図2Aは、当該FRP
スプリングの基本構成を示す概略的な側面図、図2Bお
よび図2Cは、図2AにおけるX−X線に沿った断面図
であって、中実組紐組織体の例と、中空組紐組織体の例
とを示す断面図であり、図2D、図2Eおよび図2F
は、当該コイルスプリングの巻径の異なる態様を示す概
略図である。
紐組織体の基本的構成を示す概略的な斜視図である。
めの組紐組織体を製織するための多連式ブレイダー装置
の基本構成の一例を示す概略的な側断面図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 軸線に対する組角度が±θ°の組糸と、
軸線に対する角度が0°の中央糸とを選択的に組み合わ
せて組物層を組織し、前記組物層を複数層積層して組紐
組織体とするFRP組織体の製造方法であって、予め樹
脂が含浸された強化繊維をブレイダー装置にセットし、
ブレイディングによって組紐組織体を製織するブレイデ
ィング工程と、前記組紐組織体を製織しながら前記組紐
組織体のまわりに連続的に熱収縮テープを巻き付けるラ
ッピング工程と、ラッピングされた組紐組織体を螺旋状
に巻き、硬化してコイル状スプリング組織体に成形する
コイル成形工程とからなることを特徴とするFRPスプ
リングの製造方法。 - 【請求項2】 前記ブレイディング工程において、前記
組糸の組角度±θ°を変えて、異なる組角度に応じた異
なるバネ定数のFRPスプリングを製造することを特徴
とする請求項1に記載のFRPスプリングの製造方法。 - 【請求項3】 前記ブレイディング工程中、前記組糸の
組角度±θ°を変更しながら組紐組織体を製織し、当該
組紐組織体によって当該スプリングの巻き長さ方向に異
なるバネ定数の部分を一体連続的に形成してなることを
特徴とする請求項1に記載のFRPスプリングの製造方
法。 - 【請求項4】 軸線に対する組角度が±θ°の組糸と、
軸線に対する角度が0°の中央糸とを選択的に組み合わ
せて組物層を組織し、前記組物層を複数層積層して組紐
組織体とし、組紐組織体を螺旋状に巻き成形してなるF
RPスプリングであって、前記FRPスプリングのバネ
定数を規定する要因が、前記組糸の組角度±θ°の値に
応じたものからなることを特徴とするFRPスプリン
グ。 - 【請求項5】 前記組糸の組角度±θ°の値に応じて、
当該スプリングの巻き長さ方向に異なるバネ定数の部分
を一体連続的に有するものからなることを特徴とする請
求項4に記載のFRPスプリング。 - 【請求項6】 前記FRPスプリングの巻き径が、当該
スプリングの巻き長さ方向一端から他端にわたって同一
径のものであることを特徴とする請求項4又は請求項5
に記載のFRPスプリング。 - 【請求項7】 前記FRPスプリングの巻き径が、当該
スプリングの巻き長さ方向一端から他端にわたって異な
る径部分を有するものからなることを特徴とする請求項
4又は請求項5に記載のFRPスプリング。 - 【請求項8】 前記FRPスプリングを構成するFRP
線材の線径が、当該スプリングの巻き長さ方向一端から
他端にわたって異なる径部分を有するものからなること
を特徴とする請求項4〜請求項7のいずれかに記載のF
RPスプリング。 - 【請求項9】 前記FRPスプリングのための組紐組織
体が、中実組紐組織体でなることを特徴とする請求項4
〜請求項8のいずれかに記載のFRPスプリング。 - 【請求項10】 前記FRPスプリングのための組紐組
織体が、中空組紐組織体でなることを特徴とする請求項
4〜請求項8のいずれかに記載のFRPスプリング。
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