JPS5814935B2 - リ−フスプリングの製造方法 - Google Patents
リ−フスプリングの製造方法Info
- Publication number
- JPS5814935B2 JPS5814935B2 JP53130104A JP13010478A JPS5814935B2 JP S5814935 B2 JPS5814935 B2 JP S5814935B2 JP 53130104 A JP53130104 A JP 53130104A JP 13010478 A JP13010478 A JP 13010478A JP S5814935 B2 JPS5814935 B2 JP S5814935B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- leaf spring
- cfrp
- gfrp
- glass fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
- B29C53/56—Winding and joining, e.g. winding spirally
- B29C53/564—Winding and joining, e.g. winding spirally for making non-tubular articles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F1/00—Springs
- F16F1/36—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
- F16F1/366—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers made of fibre-reinforced plastics, i.e. characterised by their special construction from such materials
- F16F1/368—Leaf springs
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
- B29L2031/00—Other particular articles
- B29L2031/774—Springs
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Springs (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はスチールの機械特性に劣らず、しかも耐衝撃性
、耐疲労性、安全性に優れた軽量化に有効な繊維強化複
合材料よりなるリーフスプリングの製造方法に関するも
のである。
、耐疲労性、安全性に優れた軽量化に有効な繊維強化複
合材料よりなるリーフスプリングの製造方法に関するも
のである。
更に詳しくはリーフスプリングの形状に対応した少なく
とも一つ以上の弧を有するマンドレルに熱硬化性樹脂を
含浸させたガラス繊維、炭素繊維の糸条又は帯状物を、
中立軸を対称軸として厚さ方向に対称に最外層がガラス
繊維強化樹脂(以下GFRPと記す)、内層が炭素繊維
強化樹脂(以下CFRPと記す)、中立軸を含む中心層
がガラス繊維強化樹脂の構造からなる如く、それぞれフ
ィラメントワインデイング又は巻回積層したのち、硬化
せしめた成形物を各リーフスプリング単位に切断して多
数のリーフスプリングを得るようにしたことを特徴とす
るリーフスプリングの製造方法に関するものである。
とも一つ以上の弧を有するマンドレルに熱硬化性樹脂を
含浸させたガラス繊維、炭素繊維の糸条又は帯状物を、
中立軸を対称軸として厚さ方向に対称に最外層がガラス
繊維強化樹脂(以下GFRPと記す)、内層が炭素繊維
強化樹脂(以下CFRPと記す)、中立軸を含む中心層
がガラス繊維強化樹脂の構造からなる如く、それぞれフ
ィラメントワインデイング又は巻回積層したのち、硬化
せしめた成形物を各リーフスプリング単位に切断して多
数のリーフスプリングを得るようにしたことを特徴とす
るリーフスプリングの製造方法に関するものである。
本発明により得られたリーフスプリングの構造は式
(E1, E2, E3ほ第2図に示す第1層、第2層
、第3層を形成するGFRP,CFRPの弾性率、t1
,t2,t3は第2図に示す0−σ(中立軸)からの厚
さ)を満足する自動車用リーフスプリングが望ましい。
、第3層を形成するGFRP,CFRPの弾性率、t1
,t2,t3は第2図に示す0−σ(中立軸)からの厚
さ)を満足する自動車用リーフスプリングが望ましい。
省資源、省エネルギーは世界的な課題となっている。
と《に自動車の燃料消費効率の改善が今日的問題となり
、その二つの方策として自動車の軽量化が進められてい
る。
、その二つの方策として自動車の軽量化が進められてい
る。
軽量化のために各種部材をより軽量な材料、例えば軽合
金、プラスチック、繊維強化複合材料等が検討され機械
的強度が要求されない構成部材はこれらが代替使用され
ている。
金、プラスチック、繊維強化複合材料等が検討され機械
的強度が要求されない構成部材はこれらが代替使用され
ている。
しかしながら自動車の重要なボデイ、ドライブシャフト
、リーフスプリング等の主要な構造材料には強度、弾性
率、耐疲労性、耐衝撃性等の点で充分信頼しうる材料が
ないため、現在も尚金属材料を主体に使用されており、
したがって自動車の効果的な軽量化には多くの問題が残
されている。
、リーフスプリング等の主要な構造材料には強度、弾性
率、耐疲労性、耐衝撃性等の点で充分信頼しうる材料が
ないため、現在も尚金属材料を主体に使用されており、
したがって自動車の効果的な軽量化には多くの問題が残
されている。
本発明の目的はスチール製リーフスプリングと比べ耐疲
労性、耐衝撃性、耐摩擦性等の機械特性が優れ、安全性
の高い、より軽量化された繊維強化複合材料よりなるリ
ーフスプリングの製造方法を提供するものである。
労性、耐衝撃性、耐摩擦性等の機械特性が優れ、安全性
の高い、より軽量化された繊維強化複合材料よりなるリ
ーフスプリングの製造方法を提供するものである。
本発明により得られたリーフスプリングを使用すること
により軽量化が実現できるとともに燃費節減に大きく寄
与することができる。
により軽量化が実現できるとともに燃費節減に大きく寄
与することができる。
スチールと異なって錆、腐蝕による材料寿命の低下、金
属の疲労およびこれにともなう事故の発生等がない点も
繊維強化複合材料からなるリーフスプリングの特徴の一
つである。
属の疲労およびこれにともなう事故の発生等がない点も
繊維強化複合材料からなるリーフスプリングの特徴の一
つである。
リーフスプリングの軽量化、機械特性の点に関して炭素
繊維強化樹脂およびガラス繊維強化樹脂複合材料が使用
されることが報告されている。
繊維強化樹脂およびガラス繊維強化樹脂複合材料が使用
されることが報告されている。
しかしこれらCFRP,GFRPを単独使用することは
根本的な問題がある。
根本的な問題がある。
すなわちCFRPは耐衝撃性が劣り、GFRPは耐疲労
性が劣る欠点があるため単独ではリーフスプリング構造
材料に要求される諸性能、適性に欠ける。
性が劣る欠点があるため単独ではリーフスプリング構造
材料に要求される諸性能、適性に欠ける。
CFRPよりなる層とGFRPよりなる層を一体成形し
たハイブリット構造のリーフスプリング、とくに中心に
GFRP層を、外層にCFRP層を有するリーフスプリ
ングは公知である。
たハイブリット構造のリーフスプリング、とくに中心に
GFRP層を、外層にCFRP層を有するリーフスプリ
ングは公知である。
これは曲げ剛性が高くしかもCFRPの伸度が小さいた
め吸収エネルギーが小さく又CFRPの衝撃強度が小さ
いことなどから走行中に小石、金属片等の異物が当った
場合破壊を起し事故につながる危険がある。
め吸収エネルギーが小さく又CFRPの衝撃強度が小さ
いことなどから走行中に小石、金属片等の異物が当った
場合破壊を起し事故につながる危険がある。
更に外層にGFRP層、内層にCFRP層を有するリー
フスプリングも公知である。
フスプリングも公知である。
しかし高価なCFRPを応力のほとんどかからない中心
層に用いることは無意味であり、一万GFRPの疲労強
度が強いためにGFRP層とCFRP層の厚さの比によ
っては耐久性に劣る等の問題があった。
層に用いることは無意味であり、一万GFRPの疲労強
度が強いためにGFRP層とCFRP層の厚さの比によ
っては耐久性に劣る等の問題があった。
従来の繊維強化複合材科によるリーフスプリングの製造
はハンドレイアツプ法等いわゆる積層によるものがほと
んどあり、この方法では数量に制限があるうえに成形時
間が長いためコストアップになる。
はハンドレイアツプ法等いわゆる積層によるものがほと
んどあり、この方法では数量に制限があるうえに成形時
間が長いためコストアップになる。
更に品質が一定せずしいては事故につながる等の問題が
あった。
あった。
本発明者はこれら従来のスチールの機械特性に劣らず、
しかも耐衝撃性、耐疲労性、安全性に優れた軽量化に有
効な繊維強化樹脂複合材料よりなるリーフスプリングの
製造に関し疲意研究を重ねた結果本発明に到達したもの
である。
しかも耐衝撃性、耐疲労性、安全性に優れた軽量化に有
効な繊維強化樹脂複合材料よりなるリーフスプリングの
製造に関し疲意研究を重ねた結果本発明に到達したもの
である。
すなわち本発明は熱硬化性樹脂を含浸したガラス繊維、
炭素繊維は糸条又は帯状物を、リーフスプリングの形状
に対応した複数の弧からなるマンドレルに中立軸を対称
軸として厚さ方向に対称に最外層がGFRP層、内層が
CFRP層、中立軸を含む中心層がGFRP層の積層構
造になる如くフィラメントワインデイング又は巻回積層
した後、硬化させ、しかる後該成形物をマンドレルより
抜取り、所定の寸法に切断して多数のリーフスプリング
を同時に製造するものである。
炭素繊維は糸条又は帯状物を、リーフスプリングの形状
に対応した複数の弧からなるマンドレルに中立軸を対称
軸として厚さ方向に対称に最外層がGFRP層、内層が
CFRP層、中立軸を含む中心層がGFRP層の積層構
造になる如くフィラメントワインデイング又は巻回積層
した後、硬化させ、しかる後該成形物をマンドレルより
抜取り、所定の寸法に切断して多数のリーフスプリング
を同時に製造するものである。
本発明により得られたリーフスプリングの断面構造を概
念図で示したものが第2図である。
念図で示したものが第2図である。
4,6はGFRP層、5はCFRP層を示す。
本発明において6の最外層にCFRPより耐衝撃性の優
れたGFRPを用いることにより耐衝撃性を向上させる
。
れたGFRPを用いることにより耐衝撃性を向上させる
。
5の内層(中間層)は高弾性率、耐疲労特性、振動減衰
性の優れたCFRPを使用することによりリーフスプリ
ングに要求される強度特性をカバーする。
性の優れたCFRPを使用することによりリーフスプリ
ングに要求される強度特性をカバーする。
4の中心層は応力分布から強度的にはそれ程強いものは
要求されず安価なガラス繊維からなるGFRPを使用積
層することにより機械特性に優れしかも安全性の高い軽
量化されたリーフスプリングが製造される。
要求されず安価なガラス繊維からなるGFRPを使用積
層することにより機械特性に優れしかも安全性の高い軽
量化されたリーフスプリングが製造される。
本発明によって得られるリーフスプリングの各層の厚さ
の割合については第2図における第1層、第2層、第3
層の各層の材料の曲げ弾性率(JISK一6911)を
それぞれE1, E2, E3 として厚みをtl
, t2 , t3 とすれば及びt3−t2Th0.
5調 を満足するものが好ましいことを見出した。
の割合については第2図における第1層、第2層、第3
層の各層の材料の曲げ弾性率(JISK一6911)を
それぞれE1, E2, E3 として厚みをtl
, t2 , t3 とすれば及びt3−t2Th0.
5調 を満足するものが好ましいことを見出した。
例えめ耐用年数が充分でなくなる。
又小石、金属片等異物の衝突よりCFRP層を守るため
には最外層のGFRP層の厚みt3−t2は0.5叫以
上であることが好ましい。
には最外層のGFRP層の厚みt3−t2は0.5叫以
上であることが好ましい。
t1 は0.5t2以下であることが好ましい。
t1 ≦0.5t2 であれば曲げ剛性、最大荷重に
はほとんど影響を与えることなく高価なCFRP層を少
なくすることができる。
はほとんど影響を与えることなく高価なCFRP層を少
なくすることができる。
t1)0.5 t2 の場合は最大荷重の低下が無視で
きなくなる。
きなくなる。
以上の如<tl z t2 s t3 を選ぶこと
により軽量で耐衝撃性、耐疲労性に優れ安全性の高い経
済的なリーフスプリングを得ることができる。
により軽量で耐衝撃性、耐疲労性に優れ安全性の高い経
済的なリーフスプリングを得ることができる。
更に本発明によるリーフスプリングにおいては層間剪断
強度S1 とくに繰返し荷重後の疲労層間剪断応力SF
が小さいGFRP層を中心層に使用するので疲労あるい
は予想外の大荷重が加わった場合においてもリーフスプ
リング全体が破断する前に中心のGFRPとCFRPの
間において層間剥離が起るように製作することが可能で
あり、これにより安全性を持たせることができる。
強度S1 とくに繰返し荷重後の疲労層間剪断応力SF
が小さいGFRP層を中心層に使用するので疲労あるい
は予想外の大荷重が加わった場合においてもリーフスプ
リング全体が破断する前に中心のGFRPとCFRPの
間において層間剥離が起るように製作することが可能で
あり、これにより安全性を持たせることができる。
本発明のGFRP,CFRPを構成する樹脂は熱硬化性
樹脂が使用可能である。
樹脂が使用可能である。
熱硬化性樹脂としては例えばエポキシ樹脂、不飽和ポリ
エステル樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、フラン
樹脂、メラミン樹脂等である。
エステル樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、フラン
樹脂、メラミン樹脂等である。
強化繊維の使用形態はフィラメントヤーン、スパンヤー
ン、ストランド等の糸条であり、これに熱硬化性樹脂を
含浸せしめ巻角度を変えてフィラメントワインデイング
をする。
ン、ストランド等の糸条であり、これに熱硬化性樹脂を
含浸せしめ巻角度を変えてフィラメントワインデイング
をする。
この場合糸条のプリプレグを用いてもよい。
また、繊維を一方向に均一配列せしめたテープ又はシー
トあるいはフエルト、不織布、編物、織物等の帯状物に
樹脂を含浸させて巻回積層をする。
トあるいはフエルト、不織布、編物、織物等の帯状物に
樹脂を含浸させて巻回積層をする。
この場合これらの帯状物のプリプレグを用いてもよい。
フィラメントワインディング又は巻回積層したのち、硬
化せしめた成形物を切断してリーフスプリングにするこ
とができる。
化せしめた成形物を切断してリーフスプリングにするこ
とができる。
本発明においてリーフスプリングの形状に対応した弧と
は円、楕円、双曲線、放物線、等の一部その他多次元関
数によって形成される曲線の一部を意味する。
は円、楕円、双曲線、放物線、等の一部その他多次元関
数によって形成される曲線の一部を意味する。
以下実施例により本発明を説明するが本発明はこれら実
施例に限定されるものではない。
施例に限定されるものではない。
実施列 1
第1図に示す如き3個の同一円弧を有する長さ1400
mmのマンドレルにビスフェノール型、エポキシ樹脂を
含浸させたガラス繊維、炭素繊維を中立軸を対称軸とし
て厚さ方向に対称になるよう、まずはじめにガラス繊維
をマンドレル軸に対し第1図のθが±45°で3問の厚
さでフィラメントワインデイングし、次に炭素繊維を2
mmになるよう第1図のθが0°となる如くフィラメン
トワインデイングし、更にその上に中心層になるガラス
繊維を3mmにフィラメントワインデイングする。
mmのマンドレルにビスフェノール型、エポキシ樹脂を
含浸させたガラス繊維、炭素繊維を中立軸を対称軸とし
て厚さ方向に対称になるよう、まずはじめにガラス繊維
をマンドレル軸に対し第1図のθが±45°で3問の厚
さでフィラメントワインデイングし、次に炭素繊維を2
mmになるよう第1図のθが0°となる如くフィラメン
トワインデイングし、更にその上に中心層になるガラス
繊維を3mmにフィラメントワインデイングする。
この中立軸を含む中心層が対称になる如《炭素繊維を2
mmの厚さにフィラメントワインデイングし、最後に最
外層にガラス繊維を±45°で3mmにフィラメントワ
インテイングしたものを150℃で30分7kg/cm
2の圧力で硬化せしめた。
mmの厚さにフィラメントワインデイングし、最後に最
外層にガラス繊維を±45°で3mmにフィラメントワ
インテイングしたものを150℃で30分7kg/cm
2の圧力で硬化せしめた。
次にこの成形物をマンドレルから抜取り、該成形物を巾
70調に輪切し、これを更に3個に弧端部分を切断し1
個のマンドレルから60個のリー7スプリングを製造し
た。
70調に輪切し、これを更に3個に弧端部分を切断し1
個のマンドレルから60個のリー7スプリングを製造し
た。
このリーフスプリングのうちからランダムに3個抜取り
、各種性能を測定した結果を第1表に示す。
、各種性能を測定した結果を第1表に示す。
表から明らかな如くスチール製リーフスプリングと比べ
剛性率は殆んど同じ値を示す。
剛性率は殆んど同じ値を示す。
重さは本発明による繊維強化複合材料からなるリーフス
プリングがスチール製に比べ約173の重量であり著し
く軽量化することができた。
プリングがスチール製に比べ約173の重量であり著し
く軽量化することができた。
実施例 2
実施例1と同じマンドレルを使用し、Q−1112タイ
プエポキシ樹脂(東邦ベスロン社製)を含浸したガラス
クロススプリプレグおよび1方向炭素繊維プリプレグを
第2図の第1層、第3層がガラスクロスプリプレグ、第
2層が1万向炭素繊維プリプレグとなり、各層の厚みt
1, t2 , t3 が第2表となる如く巻回積層し
150℃、7kg/cm2の圧力で1時間加圧すること
により圧縮成形し巾50mm長さ1 2 0 0WIn
,曲率半径1100mでA1,2に示す厚みを有する2
種のリーフスプリングを得た。
プエポキシ樹脂(東邦ベスロン社製)を含浸したガラス
クロススプリプレグおよび1方向炭素繊維プリプレグを
第2図の第1層、第3層がガラスクロスプリプレグ、第
2層が1万向炭素繊維プリプレグとなり、各層の厚みt
1, t2 , t3 が第2表となる如く巻回積層し
150℃、7kg/cm2の圧力で1時間加圧すること
により圧縮成形し巾50mm長さ1 2 0 0WIn
,曲率半径1100mでA1,2に示す厚みを有する2
種のリーフスプリングを得た。
第2表に示す如《これらのリーフスプリングの両端を支
持し中央に荷重をかけた時の破断荷重Wk誌2の方が優
れていたが、106回繰返し荷重の疲労破断荷重は魔1
の方が優れていた。
持し中央に荷重をかけた時の破断荷重Wk誌2の方が優
れていたが、106回繰返し荷重の疲労破断荷重は魔1
の方が優れていた。
同ガラスクロスプリプレグ、1方向炭素繊維プリプレグ
を別々に上記条件で成形した時の曲げ弾性率はそれぞれ
2.3 ton/mj( : Et =Es )、1
4 ton/ya( : E2 )であった。
を別々に上記条件で成形した時の曲げ弾性率はそれぞれ
2.3 ton/mj( : Et =Es )、1
4 ton/ya( : E2 )であった。
第1図は本発明で使用するマンドレルの一例を示したも
のである。 第2図は本発明によるリーフスプリングの断面構造を示
す概念図。 1:マンドレル、2弧、3:フィラメント、4:第1層
(中心層)、5:第2層(内層)、6:第3層(最外層
)。
のである。 第2図は本発明によるリーフスプリングの断面構造を示
す概念図。 1:マンドレル、2弧、3:フィラメント、4:第1層
(中心層)、5:第2層(内層)、6:第3層(最外層
)。
Claims (1)
- 1 リーフスプリングの形状に対応して複数の弧を有す
るマンドレルに熱硬化性樹脂を含浸せしめたガラス繊維
、炭素繊維の糸条又は帯状物を中立軸を対称軸として厚
さ方向に対称に最外層がガラス繊維、内層が炭素繊維、
中立軸を含む中心層がガラス繊維の構造からなる如《、
それぞれフィラメントワインデイング又は巻回積層した
のち、硬化せしめた成形物を各リーフスプリング単位に
切断することを特徴とするリーフスプリングの製造方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53130104A JPS5814935B2 (ja) | 1978-10-24 | 1978-10-24 | リ−フスプリングの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53130104A JPS5814935B2 (ja) | 1978-10-24 | 1978-10-24 | リ−フスプリングの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5557737A JPS5557737A (en) | 1980-04-28 |
| JPS5814935B2 true JPS5814935B2 (ja) | 1983-03-23 |
Family
ID=15026035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53130104A Expired JPS5814935B2 (ja) | 1978-10-24 | 1978-10-24 | リ−フスプリングの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5814935B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55126424A (en) * | 1979-03-23 | 1980-09-30 | Nissan Motor Co Ltd | Preparation of fiber reinforced resin leaf spring |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5425986A (en) * | 1977-07-29 | 1979-02-27 | Toray Ind Inc | Leaf spring of fiber reinforced plastic |
-
1978
- 1978-10-24 JP JP53130104A patent/JPS5814935B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5557737A (en) | 1980-04-28 |
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