JPH06235435A - 端部に目玉部を有する部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の主要な目的は、部材本体の端部に射出
成形によって設けられる目玉部の強度を向上させること
にある。 【構成】ＦＲＰ製の板ばね本体１１の端部２５に目玉部
１２が設けられている。目玉部１２は射出成形によって
板ばね本体１１の端部２５を包み込む形状に成形されて
いる。この目玉部１２は、マトリックス樹脂としてのナ
イロンに多数のガラス短繊維３９をランダムに混入した
繊維強化プラスチックからなり、板ばね本体１１の端部
２５を全周にわたって被う基部３０と、この基部３０と
一体に成形されかつ目玉部１２の幅方向に沿う目玉内周
面３４を有する端末筒状部３２とを具備しており、ガラ
ス短繊維３９の含有率を３０〜６０wt％、より好ましく
は、３５〜５０wt％の範囲としてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばＦＲＰ板ばねな
どのように部材本体の端部に目玉部を備えた部材に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】車両の懸架装置に使われる板ばね装置に
おいて、軽量化を図るために繊維強化プラスチック（Ｆ
ＲＰ）製の板ばねの使用が望まれている。懸架用の板ば
ねは、帯状の板ばね本体の端部に、車体側の部材などに
連結するための目玉部が設けられるが、ＦＲＰ製の板ば
ねは、フィラメントワインディング法などによって一方
向強化繊維の張力をほぼ一定にした状態で成形されるた
め、板ばね本体の端部に曲率半径の小さな目玉部を一体
に巻回成形することに困難を伴う。このため通常は、板
ばね本体とは別に作られた目玉部品をボルトや座金等の
締結用部品によって、板ばね本体に固定することが行わ
れる。

【０００３】ところが目玉部品をボルト等の締結用部品
によって固定するためには、板ばね本体にボルト等を挿
通する孔を開設しかつナット等によって締付けなければ
ならない。このため、目玉部品を完全に固定しておくこ
とに困難を伴う場合がある。また、板ばね本体にあけら
れた孔を起点として割れが生じることがあるなどの問題
がある。

【０００４】そこで本発明者らは、板ばね本体の端部に
目玉部を射出成形によって成形することを考えた。この
場合に使われる目玉部成形用の金型は、板ばね本体の端
部が挿入されるアウトサート用開口部と目玉部成形用の
キャビティとを有しており、アウトサート用開口部に板
ばね本体の端部を挿入した状態で目玉部が射出成形され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように射出成形
によって目玉部を成形した場合、破壊試験を実施した時
に目玉部の強度が不足することがあった。例えば、目玉
部に大きな引張りの荷重が負荷された時に、目玉部の一
部、特に板ばね本体の端面が埋設されている付近が破壊
の起点になることがある。この破壊に対する強度は、本
発明者らの研究によると、短繊維で強化されたＦＲＰ製
の目玉部の場合に、短繊維の含有量に大きく左右される
ことが判った。従って本発明の目的は、部材本体の端部
に目玉部が射出成形されるものにおいて、強度の高い目
玉部を有する部材を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を果たすため
に開発された本発明の目玉部を有する部材は、繊維強化
プラスチックあるいは金属またはセラミックスからなる
細長い形状の部材本体と、射出成形によって上記部材本
体の端部を包み込む形状に成形される目玉部とを有し、
この目玉部は、上記部材本体の端部を全周にわたって被
う基部と、この基部と一体に成形されかつ目玉部の幅方
向に沿う目玉内周面にカラーが設けられる端末筒状部と
を具備し、かつ上記目玉部は多数の短繊維をマトリック
ス樹脂中にランダムに混入した繊維強化プラスチックか
らなり、しかも短繊維の含有量を３０〜６０wt％の範囲
としたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】部材本体と目玉部には上下方向の荷重や前後方
向（部材本体の長手方向）の引張りあるいは圧縮の荷
重、そしてねじりの荷重が負荷される。本発明では、後
述する理由により、目玉部に含有される短繊維の量を３
０〜６０wt％の範囲としたことによって目玉部が破壊す
ることを効果的に防止できるようになり、特に引張りの
荷重に対して、部材本体の端面が埋設されている付近な
どが破壊の起点になることが防止され、射出成形によっ
て部材本体の端に成形される目玉部の強度が向上する。

【０００８】

【実施例】以下に本発明の一実施例について、図１ない
し図１０を参照して説明する。図４に示される車両懸架
用の板ばね装置１０は、部材本体の一例としての帯状の
ＦＲＰ製板ばね本体１１と、この板ばね本体１１の両端
部に設けられた一対の目玉部１２を備えている。板ばね
本体１１の長手方向中間部にアクスル支持部材１３が設
けられており、このアクスル支持部材１３によって車輪
１４が支持されている。

【０００９】図４において左側に位置する一方の目玉部
１２は、車体側のブラケット２０に連結され、車両の走
行中などに前後方向や上下方向あるいはねじれの荷重が
作用する。図４の右側に位置する他方の目玉部１２は、
シャックル等の支持部材２１を介して車体側のブラケッ
ト２２に支持される。上記支持部材２１は、板ばね本体
１１が上下方向に撓む際のスパン変化に伴って前後方向
に揺動する。

【００１０】板ばね本体１１の一例は、マトリックスと
してのエポキシ樹脂を、板ばね本体１１の長手方向に引
き揃えられた多数の一方向連続ガラス繊維２４（図１に
一部のみ模式的に示す）によって強化したものであり、
図示例の板ばね本体１１は、長手方向中間部が下に凸と
なるように湾曲した形状に成形されている。

【００１１】板ばね本体１１の製造方法の一例として、
周知のフィラメントワインディング法を適用することが
できるが、プルフォーミング法や、その他の製造方法が
採用されてもよい。フィラメントワインディング法によ
って板ばね本体１１を製造する場合、硬化前のマトリッ
クス樹脂を収容した樹脂含浸槽にガラスロービングを通
すとともに、回転する金型に樹脂含浸ガラスロービング
を所定の厚みとなるまで巻付ける。そして硬化炉におい
て所定時間加熱したのち脱型することにより、所定形状
の板ばね本体１１が成形される。

【００１２】なお、板ばね本体１１に用いられる強化繊
維は、ガラス繊維の代りに炭素繊維等の無機繊維や、ア
ラミッド繊維などの有機繊維、あるいは金属繊維が使わ
れてもよい。マトリックス樹脂は、エポキシの代りに、
不飽和ポリエステルやフェノール樹脂等が使われてもよ
く、要するに熱硬化性樹脂であればよい。

【００１３】目玉部１２は図１，２，３に示されるよう
な形状に成形されている。この目玉部１２は、短繊維で
強化された樹脂の射出成形品であり、板ばね本体１１の
端部２５の全周を包み込む形状の基部３０と、板ばね本
体１１の端面３１の外側に位置する円筒状の端末筒状部
３２とが一体に成形されている。

【００１４】端末筒状部３２の外径Ｄは基部３０の厚さ
Ｔよりも大きい。端末筒状部３２の肉厚ｔ（基部３０に
連なる箇所を除く部位の肉厚ｔ）は、この筒状部３２の
周方向にほぼ一定である。そして基部３０の上下両面と
端末筒状部３２の外周部をつなぐようにして補強用のリ
ブ３３が一体に成形されている。

【００１５】端末筒状部３２には、この筒状部３２の軸
線方向に沿う目玉内周面３４が形成されており、この目
玉内周面３４に金属製のカラー３５が設けられている。
このカラー３５の軸線方向に沿う貫通孔３６には、前述
したブラケット２０やシャックル等の支持部材２１に連
結するためのピンあるいはブッシュ等の軸部材３７が挿
入されるようになっている。

【００１６】目玉部１２は、ナイロン66（ポリヘキサメ
チレンアジポアミド）などのような熱可塑性樹脂からな
るマトリックスに、強化繊維として多数のガラス短繊維
３９（図１に一部のみ模式的に示す）を、目玉部１２の
全体に均一にかつ方向性をもたないようにランダムに混
入したものであり、後述する理由により、ガラス含有率
を３０wt％〜６０wt％の範囲としてある。ガラス短繊維
３９の繊維径の一例は２０μｍ、繊維長の一例は２００
μｍである。

【００１７】なお、目玉部１２に使われる短繊維は、ガ
ラス以外に、炭素繊維あるいはセラミックス繊維、また
は有機繊維であってもよい。目玉部１２に使われるマト
リックス樹脂としては、軽量でかつ耐腐食性に優れたも
のが適しているが、射出成形可能なものであればよいか
ら、ナイロン66に限らず適宜の熱可塑性樹脂を使用する
ことができる。

【００１８】図２に示されるように、目玉部１２の基部
３０の幅Ｂ1 よりも端末筒状部３２の幅Ｂ2 が狭くなる
ように、目玉部１２の両側にテーパ状の部分４０が設け
られている。また板ばね本体１１の端部２５も、上記テ
ーパ状部分４０に対応して、端面３１側の板幅が狭くな
るようなテーパ面４１が形成されている。こうすること
により端末筒状部３２の幅Ｂ2 が板ばね本体１１の幅Ｂ
3 と同等となるため、ブラケット２０やシャックル等の
支持部材２１が従来のままであっても問題なく取付ける
ことができる。なお、基部３０の幅Ｂ1 と端末筒状部３
２の幅Ｂ2 が同等でよい場合には、板ばね本体１１の端
部２５もストレートな形状のままでよいから、テーパ面
４１を設ける必要がない。

【００１９】目玉部１２の基部３０の縁、すなわち目玉
部基端縁４５に、その全周にわたって連続するシール材
５０が設けられている。このシール材５０は、目玉部１
２を射出成形する際の溶融樹脂に触れても劣化しない程
度の耐熱性を有するＯリング等の弾性体からなり、例え
ば、ニトリルゴム、ポリふっ化エチレン、ポリプロピレ
ン、シリコンゴム等が適している。このシール材５０
は、板ばね本体１１の表面と目玉部基端縁４５の双方に
密接しており、シール材５０の背面側が目玉部基端縁４
５に接着した状態となっている。

【００２０】上記目玉部１２は、図５，６，７に示すよ
うな射出成形用の一対の金型５５，５６を用いて成形さ
れる。一方の金型５５は固定側、他方の金型５６は移動
側であり、これらの金型５５，５６は、図示しない型締
装置によって、図５中の矢印方向から加圧されて型締め
される。

【００２１】図６に示されるように、固定側の金型５５
に設けられている固定側取付板６０に樹脂注入口６１が
設けられており、この樹脂注入口６１に射出成形機（図
示せず）のノズルが接合されるようになっている。

【００２２】金型５５，５６は、板ばね本体１１の端部
２５が挿入されるアウトサート用開口部６５を有してい
るとともに、目玉部成形用のキャビティ６６を有してい
る。また、図７等に示されるように、金型５５にはキャ
ビティ６６に連通するゲート７０や溶融樹脂流通部７
１、スプール７２などが設けられている。

【００２３】移動側の金型５６にピン８０が突設されて
いる。このピン８０には、前述したカラー３５が挿着さ
れるようになっている。ピン８０の先端面には円錐台状
の凸部８１が設けられている。この凸部８１は、固定側
の金型５５に設けられたテーパ状の凹部８２と対向し、
金型５５，５６が閉じた時に凸部８１と凹部８２が互い
に嵌合することにより、金型５５に対するピン８０のセ
ンタ出しが正確になされるようになっている。

【００２４】前記シール材５０は、アウトサート用開口
部６５の内周面側に位置するシール材収容部８５に収容
される。図８に示されるように、シール材５０の厚み
（高さＨ）は、シール材収容部８５の高さｈと同等以上
としている。すなわち、シール材５０の厚みＨは、シー
ル材５０を取り除いた時の目玉部基端縁４５の先端成形
高さとほぼ同じとなる。こうすることにより、射出成形
時に溶融樹脂がシール材収容部８５に達した時に溶融樹
脂がシール材５０の外側に回り込むことが防止され、シ
ール材５０がキャビティ６６側に移動してしまう不具合
が回避される。

【００２５】次に、上記金型５５，５６を使って目玉部
１２を製造する方法について説明する。なお、板ばね本
体１１は予め板ばね製造工程において所定形状に成形し
ておく。そして板ばね本体１１の端部２５にシール材５
０を取付けておく。また、板ばね本体１１の端部２５の
全面に熱硬化形接着剤（例えばエポキシ系，ポリウレタ
ン系，ポリエステル系，ポリイミド系などの接着剤）を
塗布しておく。この接着剤は、目玉部１２を射出成形す
る際の熱によって硬化し、目玉部１２と板ばね本体１１
とを互いに強固に接着することができる。

【００２６】金型５５，５６のアウトサート用開口部６
５に板ばね本体１１の端部２５を配置し、シール材５０
をアウトサート用開口部６５のシール材収容部８５に位
置させる。こうすることにより、型締め時に、板ばね本
体１１の表面とアウトサート用開口部６５の内周面との
間が全周にわたってシール材５０によってシールされ
る。従って、ＦＲＰ製の板ばね本体１１のように寸法公
差が比較的大きなアウトサートであっても、シール材５
０を設けたことによって、板ばね本体１１とアウトサー
ト用開口部６５との間に隙間があくことが回避される。

【００２７】この状態で金型５５，５６を閉じて、型締
装置によって締付けると、予めピン８０に取付けておい
たカラー３５の両端面９０，９１が金型５５，５６の内
面に密接する。この状態で、射出成形機によって、可塑
化された目玉部成形用の樹脂をスプール７２およびゲー
ト７０などを経てキャビティ６６内に射出する。

【００２８】キャビティ６６内に存在していた空気は、
溶融樹脂の射出に伴って金型５５，５６間の隙間（２０
〜３０μｍ程度）から外部に排出される。この程度の僅
かなガス抜き隙間では溶融樹脂が通り抜けることができ
ないから、キャビティ６６内には目玉部成形用の溶融樹
脂が隙間なく充填され、所定の射出保持圧が印加され
る。そしてシール材５０のところに達した溶融樹脂は、
シール材５０によって外部に漏れることが阻止されるた
め、所定の射出保持圧が維持される。

【００２９】上述したように、本実施例の目玉部１２は
射出成形によって板ばね本体１１の端部２５に成形され
かつ接着剤によって板ばね本体１１と目玉部１２とが強
固に一体化させられているので、締結用のボルトやクラ
ンプ部品等を用いなくても、板ばね本体１１と目玉部１
２を互いに確実に固定しておくことができる。

【００３０】また、射出成形によって金属製カラー３５
が目玉部１２に埋設されるため、カラー３５を目玉部の
孔に圧入する場合に比べて、割れや残留歪みの発生等の
不具合を回避できる。このカラー３５は、目玉部１２の
樹脂が射出成形されたのちにある程度収縮することによ
って、カラー３５の全周が強固に目玉内周面３４に密着
するため、抜けに対する強度がきわめて高いものとな
る。

【００３１】目玉内周面３４から板ばね本体１１の端面
３１までの最短距離Ｌ（図１参照）と端末筒状部３２の
肉厚ｔとの関係は、次の理由により、０．５ｔ≦Ｌ≦２
ｔの範囲に設定されている。

【００３２】図９に示されるように、本発明者らの行っ
た研究によると、板ばね装置１０の目玉部１２に上下方
向の荷重を負荷した場合に、肉厚ｔが６mmの時には板ば
ね端面３１から目玉内周面３４までの距離Ｌが６mm前後
で破壊荷重が最大となり、ｔ＝８mmではＬ＝７〜８mm前
後で破壊荷重が最大となり、更にｔ＝１０mmの場合に
は、Ｌ＝１０mm前後で破壊荷重が最大となっている。

【００３３】この実施例の目玉部１２の材質は、マトリ
ックス樹脂としてのナイロン66に、多数のガラス短繊維
をランダムに混ぜたものであり、ガラス含有率は４５wt
％である。板ばね本体１１の幅Ｂ3 と目玉部１２の端末
筒状部３２の幅Ｂ2 はいずれも７０mmである。基部３０
の幅Ｂ1 は、ｔ＝６mmでは約８２mm、ｔ＝８mmでは約８
６mm、ｔ＝１０mmでは約９０mmである。

【００３４】図９において、肉厚ｔが６mmの場合には、
目玉部１２に負荷される設計上の最大荷重は４００kgｆ
であり、肉厚ｔが８mmの場合には最大荷重が４７０kgｆ
前後である。肉厚ｔが１０mmの場合、最大荷重は５４０
kgｆである。これらの最大荷重に耐えるようにするに
は、図９により、ｔとＬとの関係を０．５ｔ≦Ｌ≦２ｔ
の範囲にすればよいことになる。

【００３５】Ｌが０．５ｔよりも小さくなると、目玉部
１２の強度が極端に落ち、端面３１が埋設されている箇
所付近に亀裂が生じることがある。その原因は、射出成
形時に金型５５，５６内に導入された溶融樹脂が板ばね
端面３１と目玉内周面３４との間に十分に回り込めなか
ったり、その部位に射出保持圧が十分に加わらないため
と考えらえる。また、Ｌが２ｔを越えた場合も強度の低
下が著しく、端面３１と目玉内周面３４との間などが折
損の起点となることがある。その原因は、端面３１と目
玉内周面３４との間が広がり過ぎることによって、この
部位の曲げや剪断に対する強度が落ちるためと考えられ
る。

【００３６】リブ３３の幅Ｗについては、肉厚ｔとの関
係で、０．５ｔ≦Ｗ≦１．０ｔの範囲が望ましく、特に
Ｗ＝０．８ｔ付近とすることでリブ３３による目玉部１
２の補強効果を最大限に発揮することができた。リブ３
３の数は、金型５５，５６の型割り方向などの関係か
ら、目玉部１２の上下両面の幅方向中央部に各１本ずつ
設けるのが型費等の面で最も実用的であるが、金型構造
によっては目玉部１２の上下両面に各２本以上のリブを
設けることも可能である。

【００３７】また、引張りに対する強度に関しては、図
１０に示されるように、目玉部１２に引張りの荷重を負
荷した場合に、繊維含有率が３０〜６０wt％の範囲の時
に引張破壊荷重の限界値の４５００kgｆ以上を達成する
ことができる。特に、繊維含有率が３５〜５０wt％の範
囲の時に、上記限界値に２０％の安全率を見込んだ目標
値（５４００kgｆ）を満足できることが確認された。こ
の実施例の目玉部１２の肉厚ｔは６mmであるが、それ以
外の肉厚の場合にも同様の傾向が認められ、繊維の種類
が変っても同様の傾向が認められた。

【００３８】目玉部１２の繊維含有率が６０wt％を越え
ると、目玉部１２の強度が大幅に落ち、端面３１が埋設
されている箇所付近が破壊の起点になることがある。こ
のような破壊を生じる原因は、繊維の量が多過ぎること
によって射出成形時の溶融樹脂の流動性が悪くなり、許
容限度を越えるボイドが発生したり、いわゆるウエルド
ラインと称される樹脂の欠陥部分が生じやすくなるため
と考えられる。

【００３９】また、繊維含有率が３０wt％未満でも強度
が極端に低くなるが、その原因は、短繊維３９の含有量
が少な過ぎて短繊維３９による補強効果が実質的に発揮
されないためと考えらえる。従って本発明では繊維含有
量を３０〜６０wt％に限定するものとし、より好ましく
は、十分な安全率を見込んだ目標値を達成可能な繊維含
有率３５〜５０wt％を推奨する。

【００４０】なお本発明は、板ばねに限ることなく、例
えば車両のサスペンション機構部に用いられるテンショ
ンロッドや、ラテラルロッドなど、要するに曲げや引張
り・圧縮等の荷重を受ける部材であって、細長い形状の
部材本体の端部に目玉部に相当する端末部品を有するも
のであれば同様に適用できる。また、部材本体の材質は
ＦＲＰに限ることなく、金属あるいはセラミックスであ
っても同様に適用できる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、部材本体の端部に射出
成形によって目玉部が成形されるものにおいて、目玉部
の一部に強度的な弱点が生じることを防止でき、目玉部
の強度を高める上で大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す板ばね装置の目玉部の
側面図。

【図２】図１に示された板ばね装置の目玉部の平面図。

【図３】図１に示された板ばね装置の目玉部の斜視図。

【図４】図１に示された板ばね装置を車両に取付けた状
態の側面図。

【図５】図１に示された板ばね装置の目玉部を成形する
ために用いる金型を一部断面で示す平面図。

【図６】図５に示された金型が閉じた状態を一部断面で
示す平面図。

【図７】図６中のVII-VII 線に沿う断面図。

【図８】図７に示された金型の一部と板ばね装置の一部
を示す断面図。

【図９】板ばね本体の端面から目玉内周面までの距離と
上下方向破壊荷重との関係を示す図。

【図１０】目玉部の繊維含有率と引張破壊荷重との関係
を示す図。

【符号の説明】

１０…板ばね装置、１１…板ばね本体（部材本体）、１
２…目玉部、２５…板ばね本体の端部、３０…目玉部の
基部、３２…端末筒状部、３４…目玉内周面、３５…カ
ラー、３９…短繊維。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繊維強化プラスチックあるいは金属または
   セラミックスからなる細長い形状の部材本体と、射出成
   形によって上記部材本体の端部を包み込む形状に成形さ
   れる目玉部とを有し、この目玉部は、上記部材本体の端
   部を全周にわたって被う基部と、この基部と一体に成形
   されかつ目玉部の幅方向に沿う目玉内周面にカラーが設
   けられる端末筒状部とを具備し、かつ上記目玉部は多数
   の短繊維をマトリックス樹脂中にランダムに混入した繊
   維強化プラスチックからなり、しかも上記短繊維の含有
   量を３０〜６０wt％の範囲としたことを特徴とする端部
   に目玉部を有する部材。