JP2013086798A - 繊維強化合成樹脂複合構造におけるスタビライザ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術の欠点を解消するとともに、一体構造でかつ繊維の途切れをなくした、陸上車及び鉄道車両への適用のための、繊維強化合成樹脂材料から成るスタビライザを提供すること。
【解決手段】断面形状、壁面厚さ並びに軸方向及び径方向の繊維経過を、利用できる空間及び予想される負荷に基づく要求を満たすよう変化させ、前記繊維経過を、負荷に応じて軸方向及び径方向へ調整し、主にねじり負荷を受ける中央部１を長手軸に対して＋／−３５°と＋／−５５°の間の角度に配向された繊維によって強化するとともに、主に曲げ負荷を受ける端部材２を長手軸に対して＋／−２０°と＋／−４０°の間の角度に配向された繊維によって強化し、移行領域３において、長手軸に対するこれら繊維延在方向角度の間に移行部を配置した。
【選択図】図２

Description

本発明は、繊維強化合成樹脂複合構造におけるスタビライザ及びその製造方法に関するものである。

スタビライザは、車両の構造において、揺れを防止するために、特にカーブ走行時に車輪に対する弾性運動の接続の機能を果たすものである。このスタビライザは１つのアクスルにおける互いに対向する車輪懸架部間を接続するものであり、その中央部は車両のボディあるいはボディ底部において回転可能に取り付けられている。車輪懸架部の取付は、多くの場合、ゴム要素によって、中央部から湾曲されたレバー状の端部材においてなされる。

例えばカーブ走行時又は路面の凹凸において１つのアクスルにおける両輪のうちいずれかのみが偏向されると、スタビライザは、他方の車輪も持ち上げられるように回動する。カーブ又は路面凹凸により強く負荷された車輪が再び復帰すると、その反対側の車輪も降下する。また、更に必要な力の伝達は、スタビライザの中央部のねじり及び湾曲された端部材の曲げ及びねじりによりなされる。さらに、スタビライザは、片方のみの偏向が生じた場合に車両の揺れを防ぐために、ダンパ機能を有している。

スタビライザが更に車輪又はアクスルの案内に利用される場合には、このスタビライザは、ガイドスタビライザ又はアンチロールバーとも呼ばれる。

スタビライザには極端な機械的な負荷が作用し得るため、これまでは金属の構造から成るものが主であった。多くの場合一部材から成るばね鋼で加工されたこのようなスタビライザの製造に際しては、まず、鋼製のロッド又は鋼管が所望の幾何形状へ冷間加工又は熱間加工において変形される。更なる加工工程においては、例えばスタビライザをボディ底部へ固定するため、及び車輪懸架具への取付のために、負荷作用要素がスタビライザブランクへ取り付けられるか、又はスタビライザブランクから加工されるようになっている。同様に、組み立てられた形式におけるスタビライザの製造も知られており、上記中央部及び端部材は、別々に製造されるとともに、接着、接合、係合、嵌合又は摩擦によって接続される。

金属製のスタビライザは、非常に質量が大きく、特に管状に形成されている場合には破損しやすい。そのため、過去には、すでに繊維強化合成樹脂から成るスタビライザ構造が提案されている。

特許文献１にはスタビライザを備えた原動機付き車両のための懸架部が記載されており、このスタビライザは、部分的に繊維強化複合材料で構成されている。スタビライザの湾曲された両端部は、金属で形成されているとともに、力負荷作用要素の取付のためのベアリングアイのようにすでにスタビライザ型の湾曲時に該スタビライザ型に統合されている。また、スタビライザは、成形されかつ硬化された繊維複合織物チューブへ他の織物チューブが貼り付けるか、又は繊維が巻きつけられる。実質的な繊維構造がスタビライザの変形後に生じるとともに、これにより、より安定的な繊維複合構造を得ることが可能な例えば編み込んだり、又は曲げたりといった複雑な繊維組込技術の使用ができないため、製造プロセスが非常に複雑となってしまう。そのため、スタビライザは、互いに組み込まれた複数の繊維チューブで構成されているとともに、不連続に湾曲されている。そのため、繊維の延在の不都合な不連続性が生じ、この不連続性は、最適な力の負荷及び解放を妨げるものとなっている。

特許文献２には、繊維強化合成樹脂で構成された複数のスタビライザを１つの加工工程において製造する方法が記載されている。ここで、合成樹脂を浸透させた繊維材料が本体部の周りに巻き付けられる。このとき、この成形型の本体部が所望のスタビライザに一致する。ここで、本体部の湾曲された幾何形状及び繊維の巻付けにより、特に湾曲部において厚さが薄くなる部分及び不都合な繊維の延在が生じてしまう。また、この本体部の周りには、つづいて、成形型が設置されるとともに加熱される。同時に、成形型内に配置されたチューブが加圧され、加熱された成形型が内部へ押圧される。この熱によって、合成樹脂及び繊維は、結着した複合材を形成するとともに、複数のスタビライザを所望の形状に固定化することになる。なお、この複数のスタビライザは、硬化後あるいは冷却後に個々のスタビライザに分離することが可能である。形成された複合体が最後に複数のスタビライザに分離されるため、負荷作用要素あるいは取付要素の取付が後になって初めてなされるという不都合が生じてしまう。

独国特許出願公開第３６１２７７７号明細書 特開昭５７−０２２０１７号公報

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従来技術の欠点を解消するとともに、一体構造でかつ繊維の途切れ（Faserunterbrechung）をなくした、陸上車（Landfahrzeug）及び鉄道車両への適用のための、繊維強化合成樹脂材料から成るスタビライザを提供することにある。このスタビライザは、できる限り少ない質量でできる限り高い剛性及び強度並びに負荷に応じつつ改善された減衰特性を有しているのが望ましい。さらに、本発明の目的は、このようなスタビライザの簡易かつ安価な製造方法を提供することでもある。

本発明によれば、上記目的は、請求項１の特徴を有するスタビライザ及び請求項７に基づくその製造方法により達成される。また、好ましい実施形態は従属請求項に示されている。

本発明によるスタビライザは、特に熱硬化性又は熱可塑性のマトリクス材料（Matrixwerkstoff）に混合されるグラスファイバ、アラミド繊維又は炭素繊維などの繊維複合材料で構成されている。より良好な力の負荷を保証するため、及び破損の危険性を最小化するために、スタビライザは一体的かつ繊維の途切れなく構成されている。また、このスタビライザの応用に合わせて、該スタビライザは主に直線的な中央部に分割されており、該中央部の正確な形状は、その設置すべき車両に応じて決定される。この中央部においては、その両側に、車輪懸架部への取付のための要素を有する湾曲された端部材が配置されている。さらに、本発明によるスタビライザには、該スタビライザを車両へ結合するための負荷作用要素が設けられている。ここで、本発明における「負荷作用要素」は、スタビライザ及び車輪懸架部の結合のための全ての要素を備えているものである。負荷作用要素としては、スタビライザを車両あるいはボディへ接続又は結合する機能を果たす全ての従来の要素を指している。

ここで、スタビライザの幾何形状、特に断面幾何形状は、全長にわたって、予想される負荷及び利用可能な空間に合わせて設定されている。さらに、複合材料の壁面厚さ変化並びに軸方向及び径方向への繊維の延在（Faserverlauf）も、予想されるスタビライザの負荷に合わせて設定されている。本発明において「径方向」とは、断面法線全体の方向をいう。

ここで、断面幾何形状の予想される負荷に合わせた設定は、特に負荷を受けた際に生じる材料における応力に合わせた設定を含むものである。また、本発明において、断面幾何形状には、例えば円形、だ円形、四角形などの断面形状や、例えば直径あるいは径方向への拡がりなどの断面寸法が含まれる。

スタビライザの様々な部分の様々な負荷に応じて、特に中央部と湾曲された端部材自体の間の断面形状が異なる。主にねじり負荷を受ける中央部は十分に円形の断面形状を有しているのが好ましく、一方、主に曲げ負荷を受ける端部材はだ円形その他の断面形状を有しているのが好ましい。

中央部のほぼ円形の断面形状においては、予想されるねじり負荷へ合わせたスタビライザの設定は、基本的に直径、壁面厚さ及び繊維延在方向の適合によりなされている。ここで、壁面厚さも、スタビライザの外周に沿って変化し得る。さらに、スタビライザの直径及び壁面厚さの適合は、好ましくは負荷作用要素の取付箇所においてなされる。

また、湾曲された端部材においては、予想される曲げ負荷へ合わせたスタビライザの断面幾何形状の設定は、断面形状、壁面厚さ及び繊維延在方向の適合によりなされる。これにより、スタビライザの応答が、予想される所定の曲げ負荷及びその減衰特性へ合わせて調整される。このとき、湾曲された端部材は、例えばだ円形の断面、ほぼ四角形の断面などの、好ましくは円形ではない、予想される力作用方向に平行な長半径を有する断面を備えている。

特別な曲げ領域の形成は、その可塑的な変形により、スタビライザに作用する曲げ負荷に合わせて相殺されるようにするのが好ましい。ここで、例えば壁面厚さの減少による断面形状の適合により、曲げ負荷を受ける領域において延性が大きく高まる。この曲げ負荷をうける領域近傍における壁面厚さ変化の適当な調整により、寿命の長いスタビライザを構成することが可能である。なお、このスタビライザの曲げ負荷に対する応答は、適当に調整することも可能である。

スタビライザの湾曲された端部材と中央部の間における湾曲された移行領域は、曲げ負荷とねじり負荷を組み合わせた負荷にさらされる。このような負荷及びこれによるせん断力へ合わせた断面幾何形状の適合は、主に壁面厚さ及び断面形状の適合によりなされる。

本発明によるスタビライザの断面形状は、利用可能な空間及び予想される負荷を考慮する他に、他の機能の観点に合わせて設定される。車輪懸架部の湾曲された端部材への取付のための要素は、好ましくは特別な、その機能に合わせて設定された断面形状を有している。これら要素が、Ｕ字状のスタビライザにおいて平坦部及び横方向孔の形状に形成され、Ｃ字状のスタビライザにおいてはピン状に形成されているのが特に好ましい。

さらに、スタビライザの断面幾何形状の負荷作用要素の取付のための箇所あるいは金属製の軸受要素の取付のための箇所への適合は、これらの箇所において予想される負荷を考慮してなされる。このような適合は、特にスタビライザの壁面厚さの適合により行われる。

スタビライザの好ましい実施形態においては、力作用点、特に負荷作用要素によるスタビライザの車両への固定がなされる点において断面狭窄部が設定されている。このようなスタビライザの外径における段差部により、負荷作用要素も接着剤の使用をすることなく確実にその位置に保持されることが可能である。

本発明によるスタビライザの予想される負荷へ合わせた設定は、更に繊維複合材料における繊維延在方向の調整によりなされるのが好ましい。一方、編み技術又は巻付け技術による繊維の埋込は、その適当な軸方向及び径方向への配向によりなされている。

特に中央部であるスタビライザにおける主にねじり負荷を受ける領域は、繊維混合物の長手軸に対して＋／−３５°と＋／−５５°の間、好ましくは＋／−４０°と＋／−５０°の間、特に好ましくは＋／−４５°の角度に配向された繊維によって強化されている。

さらに、特に湾曲された端部材であるスタビライザにおける主に曲げ負荷をうける領域は、繊維混合物の長手軸に対して＋／−２０°と＋／−４０°の間、好ましくは＋／−２５°と＋／−３５°の間、特に好ましくは＋／−３０°の角度に配向された繊維によって強化されている。

スタビライザの湾曲領域、特に中央部と端部材の間の移行領域は、せん断力も解放できるよう負荷に合わせた繊維延在方向を有している。この際、隣接する曲げ負荷又はねじり負荷を受ける範囲の繊維延在方向の間に移行部が配置されている。さらに、曲げ負荷及びねじり負荷の組合せが作用する領域は、負荷作用方向へ延在する多層の積層構造を備えている。なお、各混合物の繊維延在方向は互いに異なっている。

編み技術又は巻付け技術による繊維混合物の間では、その延在方向のみならず得られた織物の厚さが適当に設定される。したがって、スタビライザ特に所定の負荷領域における壁面厚さは、予想される負荷に合わせて設定されている。このとき、負荷の種類に応じて、強化又は弱化された繊維混合物によって壁面厚さが大きくなるよう、又は小さくなるよう調整される。

平坦化工程時あるいは巻付け工程時における適当な繊維混合物による壁面厚さの適合に加えて、織物状の混合物を所定の負荷領域へ組み込むのが望ましい。織物状の混合物が繊維複合材料における繊維延在方向に依存しないことにより、負荷に応じたスタビライザへの力の作用も可能である。

また、好ましい実施形態においても、繊維あるいはその繊維数のスタビライザにおける予想される負荷に対する適合がなされる。したがって、例えば３ｋ、６ｋ、１２ｋ又は２４ｋなどの異なる繊維数を有する繊維を用いることが可能である。なお、各部材における異なる強度の利用も考えられる。

ここで、壁面厚さの適合は、好ましくはスタビライザの曲げ領域と、事後において負荷作用要素がスタビライザに結合される位置とにおいて行われる。

他の好ましい実施形態においてはスタビライザが負荷作用要素及び／又は取付要素を備えており、この負荷作用要素及び／又は取付要素は、全体あるいは部分的に繊維複合材料により構成されつつ繊維の途切れがないようスタビライザに取り付けられている。この負荷作用要素は、繊維混合物においてすでに例えば特別に形成されたコアによって形成されるとともに、スタビライザのその他の部分への固定結合部を形成している。負荷作用要素あるいは取付要素によるスタビライザのボディあるいは車輪懸架部への固定のために、繊維複合材料で形成された要素は、例えば螺着のために内部に位置するねじなどの固定手段を備えている。この固定手段は、例えば独立した部材として繊維複合材料に例えば編み込んだり、接着若しくは接合及び／又は係合若しくは嵌合されている。

繊維複合材料から成りつつ繊維の途切れがなくスタビライザに取り付けられた、車輪懸架部への取付要素は、Ｕ字状のスタビライザにおいては好ましくは平坦化され、かつ、ボルト孔を備えた端部であり、Ｃ字状のスタビライザにおいてはピンとして形成されている。

さらに、スタビライザが接着若しくは接合及び／又は係合若しくは嵌合された負荷作用要素あるいは取付要素を備えているのが好ましい。スタビライザとボディあるいは車輪懸架部の固定結合を形成するために、例えば編み込んだり巻き付けたりして、金属製の軸受要素が接着若しくは接合及び／又は係合若しくは嵌合されているのが好ましい。

車輪懸架部への取付部が独立した部材として形成されている場合には、この部材は、例えば編み込みによりスタビライザの複合材料に組み込まれているか、又は両側において湾曲された端部材においてこの部材の接着若しくは接合及び／又は係合若しくは嵌合のための切断箇所を備えているのが好ましい。例えば金属製の軸受箇所であるこの切断箇所は、ここでも例えば編み込んだり巻き付けたりして、スタビライザの結合部に接着若しくは接合及び／又は係合若しくは嵌合されている。

負荷作用要素が例えば固定具である独立した部材として形成されていれば、この例えば断面狭窄部により部材のスタビライザへの接着又は接合をするのが好ましい。このような断面狭窄部は、固定具として形成された負荷作用要素の例においては、スタビライザの側方での脱落を防ぐ軸方向の確実な固定に寄与するものとなっている。

本発明によるスタビライザの製造は、好ましくは直線状で弾性を有するコアに繊維を組み込むことにって開始される。このとき、本発明によれば、一般に知られた編込み工程又は巻付け工程が使用される。また、好ましい実施形態においては、コアの送りは、複数の繊維ガイド突起部を含んで構成された装置によってなされる。これにより、少なくとも１つの繊維が回転するコアに組み込まれる。また、コアの送り及び回転速度により、繊維の組込角度が正確に設定される。

方法の好ましい実施形態においては輪郭を有するコアが使用され、コアの特別な輪郭に依存してスタビライザの断面幾何形状の第１の適合がなされる。例えば、事後の負荷作用要素の取付のために断面狭窄部がコアにすでに設けられているか、又は中央部及び端部座の異なる断面形状がすでに組み込まれている。

編込み技術あるいは巻付け技術により繊維をコアに組み付けて形成されたプレフォームは、次にコアと共に湾曲した幾何形状へ変形される。このとき、特に両端部材は、スタビライザの中央部によって湾曲されるとともにその幾何形状全体が決定される。

一回目の変形後、湾曲されたプレフォームはその幾何形状に対応したＲＴＭ工具（金型）（RTM-Werkzeug）としても知られた変形工具（金型）又は原型工具（金型）へ導入され、この変形工具又は原型工具においてスタビライザの最終的な輪郭形成がなされる。このとき、繊維を有するマトリクス材料の湿潤がなされる。例えば空気、油、水などの圧力媒体のチューブ状のコアへの導入により、マトリクス材料と共に湿潤された繊維混合物がその最終輪郭へプレスされる。

方法の好ましい実施形態においては、チューブ状のプレフォームが例えば発泡材料などの膨張性のコア材料によって充填されているため、圧力が作用されるようになっている。このプレフォームは、つづいて、失われたコアとして構造中に残留するか、又は浸透過程において再び除去される。

スタビライザを変形工具から取り出した後、装置の修理及び除去の場合を除いて、スタビライザの製造は完了する。

スタビライザの製造において、マトリクス材料の繊維による湿潤の条件は、使用するマトリクス材料の種類に依存している。また、熱可塑性のマトリクス材料を使用する場合には、このマトリクス材料は、すでに繊維という形態で編込み工程あるいは巻付け工程において繊維混合物に統合されている。繊維をマトリクス材料と共に繊維複合材料へと結合するために、閉鎖された型におけるスタビライザの成型時において適当な温度に調整される。これにより、熱可塑性のマトリクス材料が流体状となり、繊維混合物へ浸透することになる。また、これに続く閉鎖された型の冷却時には、マトリクス材料が硬化するとともに、繊維と結合して繊維複合材料が形成される。

熱可塑性又は熱硬化性のマトリクス材料を使用する場合には、このマトリクス材料は、流体状で繊維へ供給される。さらに、閉鎖された変形工具内においては、樹脂反応（Reaktionsharz）のための適当な導入開口部が設けられている。また、マトリクス材料の供給は、コアへの圧力印加と同時になされる。さらに、マトリクス材料の粘性が十分に低下するとともに繊維混合物へ浸透するよう、原型工具あるいは変形工具が適当に加熱されるようになっている。マトリクス材料の冷却及び硬化時には、このマトリクス材料が繊維と結合され、最終的に繊維複合材料となる。

具体的に使用されるマトリクス材料及び具体的な繊維混合過程は、適用領域に応じて変更することが可能である。

輪郭を有するコアの好ましい使用においては、断面の適合は繊維混合過程においてすでになされる。段差を有する断面形状変化を備えたコアによってスタビライザを製造することも可能であり、このスタビライザは、すでに事後の負荷作用要素の取付のための断面狭窄部を備えている。車輪懸架部への取付のための平坦か又はピン状の編込みあるいは巻付けは、適当に形成されたコアにおいて同様にすでに繊維混合過程において達成可能である。

取付要素あるいは負荷作用要素が独立して部材として形成される場合、繊維混合過程においてすでに、これら要素をスタビライザへ接着若しくは接合及び／又は係合若しくは嵌合するための切断箇所を組み込むことが可能である。さらに、スタビライザへ後から負荷作用要素あるいは取付要素を取り付けるために、例えばブッシュ又は金属製の軸受胴を繊維混合過程においてスタビライザへ組み込むことが可能である。

負荷作用要素、車輪懸架部への取付要素又は独立した部材の取付のための切断箇所の形成は、プレフォームの繊維混合過程と閉鎖された原型工具又は変形工具における最終的な輪郭形成の間の変形プロセスにおいて行ってもよい。コアの変形時には、このコア上にあるプレフォームも変形することになる。コアの変形がコア材料の圧縮又は押しのけなくなされている限り、繊維の位置は維持される。そのため、適当な工具によって、事前に円形にされた断面を有するコアからの平坦な端部材を形成することは特に好ましい。

閉鎖された原型工具又は変形工具における最終的な輪郭形成においては、スタビライザの断面形状の最終的な形成がなされる。さらに、原型工具又は変形工具に取り付けられた独立した部材は、原型プロセス又は変形プロセス、特にマトリクス材料の硬化時において、繊維複合材料へ接着若しくは接合及び／又は係合若しくは嵌合により統合される。したがって、スタビライザの最終的な輪郭形成時に、独立した負荷作用要素あるいは取付要素の接着若しくは接合及び／又は係合若しくは嵌合による繊維複合材料への統合をするのが特に好ましい。

例えば、スタビライザ及び特に断面狭窄部におけるスタビライザを含む負荷作用要素の接着若しくは接合及び／又は係合若しくは嵌合を、閉鎖された原型工具又は変形工具における最終的な輪郭形成時に行うことが可能である。さらに、負荷作用要素も同様に、膨張性のコア材料の圧力下において膨張したプレフォームが内部から負荷作用要素へ接触するとともにマトリクス材料の供給により負荷作用要素に接着又は接合されるよう、原型工具又は変形工具へ導入される。

変形プロセスにおいても、またプレフォームあるいはスタビライザの最終的な輪郭形成時においても、従来のコアの周りで混合された繊維混合物と異なり、繊維の延在方向の転換がなされる。したがって、本発明による方法における一実施形態が好ましく、これにおいては、繊維混合物は、負荷に応じて設定された所望の繊維延在方向が変形過程全体の後に初めて生じるよう混合される。

このことは、プレフォームの初めの変形過程中に湾曲される領域についても同様である。湾曲時に生じるスタビライザの一方側での圧縮ひずみ及びこれと同時に生じる他方の引張ひずみは、繊維混合過程における適当な繊維混合物により、全ての変形プロセスの最後において両側がほぼ理想的な繊維延在方向を有するよう逆に作用するようになっている。

さらに、本発明の対象は、繊維複合構造における本発明によるスタビライザのアンチロールバーとしての適用でもある。

アンチロールバーは、アクスルのガイド及び車両の揺れ安定化の機能を有する部材であり、ハンドルバー及びスタビライザを一体化した機能を有している。アンチロールバーを使用することにより、ジャッキ、振り子支持部及び軸受を設ける必要がなくなる。また、本発明によるアンチロールバーにより、質量が低減されるとともに、これに伴い燃料消費率（燃費）も低減されることになる。

また、本発明の対象は、本発明によるスタビライザのシャーシに後続配置されたサスペンション段の使用でもある。生じる揺れ角の低減のための車室の懸架においての使用が特に好ましい。ここで、いわゆるこのようなキャビンスタビライザ又は車室スタビライザの断面は、予想される負荷に合わせて設定されている。

さらに、本発明による繊維複合材料におけるスタビライザの使用は、鉄道車両のシャーシにおいて好ましい。この場合も、スタビライザにより、特にカーブ走行時、横風を受ける場合又はレール高さの違いがある場合の揺れ角の低減が図られるようになっている。

本発明によれば、従来技術の欠点を解消するとともに、一体構造でかつ繊維の途切れをなくした、陸上車及び鉄道車両への適用のための、繊維強化合成樹脂材料から成るスタビライザを提供することが可能である。

繊維強化合成樹脂から成るＣ字状のスタビライザの側面図である。 繊維強化合成樹脂から成るＣ字状のスタビライザの平面図である。 図１におけるＡ−Ａ線に沿ったＣ字状のスタビライザの断面図である。 図２における各切断面におけるＣ字状のスタビライザの各断面形状を示す図である。 車輪懸架部への取付部材の側面図及び断面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１にはＣ字状のスタビライザの側面図が繊維強化合成樹脂から成る複合構造において示されており、このスタビライザの中央部１は、主に当該中央部１に負荷されるねじり負荷に合わせて設定された断面幾何形状を備えている。さらに、この中央部１は、９０ｍｍの直径と、負荷される負荷に合わせて設定された７ｍｍの厚さとを有している。主にねじり負荷が与えられるスタビライザの中央部１にはその両側で湾曲した移行領域３が接続されており、それぞれ、中央部１の湾曲した移行領域３への移行部の手前において、中央部１が断面狭窄部６を備えている。これら中央部１と断面狭窄部６の間には移行部が配置されており、ここでは、スタビライザの直径が一定の割合で小さくなるようになっている。断面狭窄部６は、例えばスタビライザを車両に固定するための懸架要素である負荷作用要素の事後の取付部として機能するものである。また、中央部１は、断面狭窄部６の両箇所において、特に負荷作用要素によって負荷される力の負荷に合わせた断面形状を有している。断面狭窄部６の両箇所において中央部１が特に大きな１２ｍｍの壁面厚さを有しており、スタビライザの湾曲された移行領域３は、同様に負荷に合わせた断面幾何形状を有している。中央部１と異なり、湾曲された移行領域３は均一かつ回転対称な断面形状を有していない。さらに、湾曲された移行領域３の繊維延在方向は、中央部１の繊維延在方向であるスタビライザの長手軸に対して４５°とは異なっている。

図２にはＣ字状のスタビライザの平面図が繊維強化合成樹脂から成る複合構造において示されており、この平面図においては、更にスタビライザの湾曲した端部材２と、スタビライザの両端部に位置する車輪懸架部４への取付要素とが示されている。さらに、Ｃ字状のスタビライザにおいては、特に更に湾曲された端部材２と車輪懸架部４への取付部材の間の、全部で４つの湾曲した移行領域３が設けられている。また、図示したスタビライザは、中央部１の両外端部に、その湾曲した移行領域３の手前で、断面狭窄部を備えている。断面狭窄部６において、中央部１はその特別な断面幾何形状（Ｂ−Ｂ線断面を示す図４参照）に対して、断面の直径が６０ｍｍとされた小径部と、厚さを大きくした１２ｍｍの壁面厚さとを有している（Ｃ−Ｃ線断面を示す図４参照）。これにより、スタビライザを、事後に断面狭窄部６の両箇所に取り付けられる負荷作用要素による高められた力あるいは負荷へ対応させることになる。主に曲げ負荷が作用する湾曲された端部材２において、スタビライザは、曲げ負荷に対して合わせて設定されつつ特に回転対称でない断面形状を有している。壁面厚さ７ｍｍ、短半径３１ｍｍ、長半径５７．５ｍｍの湾曲した端部材２のだ円状の断面形状は、曲げ負荷の方向へ平行であり断面を形成するだ円の長半径に基づき曲げ負荷に合わせて設定されている（Ｄ−Ｄ線断面を示す図４参照）。なお、湾曲された端部材２の繊維強化合成樹脂複合材における繊維延在方向は、スタビライザの長手軸に対して３０°となっている。また、スタビライザの両端部には車輪懸架部４への取付要素が配置されており、これら取付要素は、平坦部及び横方向穴の形状でボルト孔５に結合されている。車両懸架部４への取付要素の端面形状（Ｅ−Ｅ線断面を示す図４参照）は、特に螺着によるボルトのボルト孔５への固定であるこの機能に合わせて設定されている。さらに、各断面形状はそれぞれ互いに平行な側面を備えている。また、車輪懸架部４への取付要素におけるスタビライザの壁面厚さ並びに幅狭側での拡がり及び該幅狭側に対して垂直な側面での拡がりは、それぞれ７ｍｍ並びに６０ｍｍ及び１００ｍｍとなっている。

図３にはＣ字状のスタビライザのＡ−Ａ線（図１）に沿った断面図が繊維強化合成樹脂から成る複合構造において示されており、この断面図には、本発明によるスタビライザの変化し、負荷に合わせて設定された壁面厚さの変化が示されている。スタビライザの中央部における壁面厚さは７ｍｍであり、断面狭窄部６における壁面厚さは１２ｍｍとなっている。また、中央部１の断面狭窄部６への移行部においては、一定の割り合いで大きくなる壁面厚さと同時に、スタビライザの直径が一定の割合で９０ｍｍから６０ｍｍへと減少する。断面狭窄部６と湾曲された端部材２の間の湾曲された移行領域３においては、湾曲された端部材２へ向けて壁面厚さが１２ｍｍから７ｍｍへと減少する。スタビライザの直径は、断面狭窄部６と湾曲された端部材２の間の湾曲された移行領域３において、円形状（Ｃ−Ｃ線断面を示す図４参照）からだ円状（Ｄ−Ｄ線断面を示す図４参照）の断面形状への移行に基づき、変化するようになっている。一方、湾曲された端部材２と車輪懸架部４への取付要素の間における湾曲された移行領域３においては、スタビライザの壁面厚さは一定であり、したがって、車輪懸架部４への取付要素において７ｍｍの壁面厚さとなっている。同時に、移行部は、だ円状の断面形状（Ｄ−Ｄ線断面を示す図４参照）から角が丸められたほぼ四角形の断面形状（Ｅ−Ｅ線断面を示す図４参照）となっている。

図４には図１に示す切断線Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄ及びＥ−Ｅにおけるスタビライザの断面が示されており、切断線Ｂ−Ｂは、壁面厚さ７ｍｍ、外径９０ｍｍを有する円形の断面形状を備えた中央部１においてスタビライザを切断する線となっている。切断線Ｃ−Ｃは、壁面厚さ１２ｍｍ、外径６０ｍｍを有する円形の断面形状を備えた断面狭窄部６においてスタビライザを切断する線となっている。切断線Ｄ−Ｄは、壁面厚さ７ｍｍ、短半径３１ｍｍ、長半径５７．５ｍｍを有するだ円形の断面形状を備えた、湾曲された端部材においてスタビライザを切断する線となっている。切断線Ｅ−Ｅは、丸められた角を有し、壁面厚さ７ｍｍと、互いに対をなしつつ互いに平行な、長さ１００ｍｍと６０ｍｍの側面とを有するほぼ四角形の断面形状を備えた、車輪懸架部４への取付部材においてスタビライザを切断する線となっている。

図５には、車輪懸架部４への取付部材を備えたＣ字状のスタビライザにおける湾曲された端部材２の側面図と、側面図に記載された切断線Ａ−Ａに沿った切断箇所とが示されている。車輪懸架部４への取付部は、Ｃ字状のスタビライザにおいて、好ましくはピン状に形成されている。このとき、ピンを、繊維を途切れさせることなく繊維複合材料自身又は独立した部材として形成することが可能である。この図５においては、独立したピン状の車輪懸架部４への取付要素が側面図及び断面図において示されている。このとき、本発明によるスタビライザの湾曲された端部材２は、外径６０ｍｍ、壁面厚さ７ｍｍを有する円形の断面形状を備えている。湾曲された端部材２の両端部においては、係合あるいは嵌合による車輪懸架部４への独立した取付要素の取付のための接合箇所がボルト孔５の形状で設けられている。また、湾曲された端部材２の両端には、当該スリーブ７に位置する開口部がボルト孔５と完全に等しく湾曲された端部材２に位置するよう、スリーブ７が押し込まれている。このとき、スリーブ７は、湾曲された端部材２を完全に包囲することが可能である。すなわち、スリーブ７自身が、内径６０ｍｍの円形の断面形状を有することが可能である。また、スリーブ７にはピン８が統合されており、このピン８は、車輪懸架部４への実際の取付部として機能する。ここで、このピン８は、係合若しくは嵌合及び／又は接着若しくは接合によってスリーブ７に統合されている。車輪懸架部４への、スリーブ７及びピン８で構成されつつ独立した取付部材を固定するために、スリーブ７が湾曲された端部材２と接着又は接合されるよう、ボルト９がスリーブ７の開口部及びボルト孔５を通って案内され、かつ、固定される。

１ 中央部
２ 端部材
３ 移行領域
４ 車輪懸架部
５ ボルト孔
６ 断面狭窄部
７ スリーブ
８ ピン
９ ボルト

Claims (10)

1. 断面形状、壁面厚さ並びに軸方向及び径方向の繊維経過を、利用できる空間及び予想される負荷に基づく要求を満たすよう変化させ、前記繊維経過を、負荷に応じて軸方向及び径方向へ調整し、主にねじり負荷を受ける中央部（１）を長手軸に対して＋／−３５°と＋／−５５°の間の角度に配向された繊維によって強化するとともに、主に曲げ負荷を受ける端部材（２）を長手軸に対して＋／−２０°と＋／−４０°の間の角度に配向された繊維によって強化し、移行領域（３）において、長手軸に対するこれら繊維延在方向角度の間に移行部を配置したことを特徴とする、繊維の途切れがない一体構造を有する、繊維強化複合構造におけるスタビライザ又はアンチロールバー。
2. 主にねじり負荷を受ける当該スタビライザの前記中央部（１）を、軸方向に変化しつつ負荷と負荷作用要素の位置に合わせて設定された直径及び壁面厚さを有するよう構成し、主に曲げ負荷を受ける当該スタビライザの前記端部材（２）を、曲げ負荷と、車輪懸架部（４）の取付部とに合わせて設定された断面形状及び壁面厚さを有するよう設定するとともに、前記移行領域を、ねじり負荷と曲げ負荷の組合せに合わせて設定された断面形状及び壁面厚さを有するよう設定したことを特徴とする請求項１記載のスタビライザ又はアンチロールバー。
3. 壁面厚さを所定の負荷範囲、曲げ範囲及び負荷作用要素の少なくともいずれかへ合わせて設定するために、繊維製の混合物を混合し、及び／又は繊維混合物を強化若しくは弱化するよう構成したことを特徴とする請求項１又は２記載のスタビライザ又はアンチロールバー。
4. 前記負荷作用要素及び／又は前記車輪懸架部（４）への取付要素を、複合材料で形成するとともに、繊維の途切れなく形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスタビライザ又はアンチロールバー。
5. 前記負荷作用要素及び／又は前記車輪懸架部（４）への取付要素を、金属製の軸受要素及び／又はブッシュ用材料の形態で、繊維強化複合材料へ接着若しくは接合及び／又は係合若しくは嵌合により取り付けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスタビライザ又はアンチロールバー。
6. ａ）直線状で弾性を有しかつ連続したコアへの繊維の混合によりプレフォームを形成するステップと、
   ｂ）該プレフォームを前記コアと共に湾曲した幾何形状へ変形させるステップと、
   ｃ）前記幾何形状に合わせて形成され、かつ、閉鎖された原型工具又は変形工具を挿入するステップと、
   ｄ）前記原型工具又は変形工具において、積層部を形成するために繊維をマトリクス材料に繊維を結合するステップと、
   ｅ）該積層部を膨張性材料の前記コアへの充填によりその端縁部へ圧縮するステップと、
   ｆ）最後に前記原型工具又は変形工具から取り出すステップと
   を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスタビライザ又はアンチロールバーの製造方法。
7. 流体状態における熱硬化性の前記マトリクス材料を閉鎖された前記変形工具における浸潤プロセスにより前記繊維へ供給するか、又は繊維状の固体である熱可塑性の前記マトリクス材料を繊維混合過程において繊維へ統合させることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 前記ステップａ）でのプレフォーム又はステップｅ）での積層として、前記負荷作用要素及び前記車輪懸架部（４）への取付要素並びに独立した前記負荷作用要素及び前記車輪懸架部（４）の懸架部のための接合箇所の少なくともいずれかを変形させるとともに、前記金属製の軸受及び／又は背面軸受を前記繊維強化複合材料へ接着若しくは接合及び／又は係合若しくは嵌合により統合したことを特徴とする請求項６又は７記載の製造方法。
9. エンドレスプロセスにおける前記ステップａ）によるコアへの繊維の混合を、変形工程の最後において初めて所望の繊維延在方向となるよう行うことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の製造方法。
10. 鉄道車両の車室の懸架及び車台における請求項１〜５のいずれかに記載のスタビライザの適用。

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