JPS59501832A - プラスチツク板ばね及びその製造方法 - Google Patents
プラスチツク板ばね及びその製造方法Info
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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】
プラスチック板ばね及びその製造方法
技術分野
本発明は、少々くとも主要弾力性区域において、繊維補強した硬質プラスチック
から成り、その中でガラス繊維、炭素繊維又はその他の適当外繊維から成ること
ができる高強度補強繊維は、少なくとも大体において、ばね荷重下に生じる繊維
材料の最大の伸び又は圧縮の方向にのびており、且つ自動車の製造において一般
的な鋼製の板ばねの代りに使用するために特に適する板ばねに関する。
背景技術
プラスチックばねは既にかなり以前から公知であるが、自動車工業においては未
だ受け入られてはいない。たとえば、米国特許第3,900.357号は、不織
ガラス繊維材料の薄いシートと硬化可能なエポキシ樹脂マトリックスから成るガ
ラス繊維−樹脂ばねの製造方法を記している。
ストリップ状の箔を型中で多数の層に積み重ね、次いでそれを圧力下に加熱して
マ) IJンクス樹脂を硬化させることによって、仕上った板ばねを形成させる
。箔層な厚さが約0.25m+x(0,01インチ)しかないために、19.1
龍(3/ 4インチ)の厚さを有するばねを得るためにハロ7層の箔が必要で
あり且つこのようなばねに対して要する硬化時間は45分の程度である。このよ
うな多数の箔層の挿入は経済的にはあまりにも □多くの労力を必要とすると共
に、長い硬化時間もまた費用がか力)り過ぎる。
発明の開示
本発明の第一の目的は、それ自体は公知であるような、少なくとも主要な弾力性
区域において、少なくとも大体において、ばね荷重下に生じる繊維材料の最大伸
び又は黒縞の方向にのびる、ガラス繊維、炭素繊維又はその他の適当な繊維とす
ることかできる高強度補強繊維を含有する、繊維補強硬質プラスチックから成っ
ているが、しかし本発明に従って、公知のプラスチック板ばねにおいて可能であ
ったものよりも多量の補強繊維を含有することができる、新規プラスチック板ば
ねである。
本発明の第二の目的は、比較的僅かな労働力と短かい製造時間を要するのみのプ
ラスチック板ばねの製造のための改良方法を提供することにある。
本発明の対象である新規プラスチック板ばねは、繊維補強した硬化硬質プラスチ
ックから成るこれらの弾力性部分が、少なくとも部分的に、結合剤層を通じて相
互に結合させて板ばねの構成に働ら〈1以上の複合部品又は区域、あるいは板ば
ね自体を形成せしめた、少なくとも0.5111111の厚さを有することが有
利であるが、少なくとも0.8 mmの厚さであることが好適な、硬化した繊維
補強プラスチック積層物から成っていることを特徴としている。縦方向に異なる
厚さを有する板ばねけ、異なる長さの積層物が互に結合させである、弾力性複合
部品又は区域によって形成せしめるか、あるいはこのようなものを含有している
ことが好ましい。
本発明の有利な実施形態においてに、板ばねは少なくとも1の弾力性複合部品又
は区域から成っており、その中で積層物の比較的大きな部分がもっばら板ばねの
長さの方向すこのび且つ場合eζよってはプレストレスが加えである補強繊維を
有している。
不発明の別の有利な実施形態に2いては、板ばねに少なくともlの弾力性複合部
品又は区域から成って2す、その中で積層物の比収的僅力)な部分が補強繊a=
有し、その軸は板はねの長さの万[町について5〜90゜の角度、さらに特に約
90°の角度を包含している。
本発明のさらに他の有利な実施形態Vこおいては、板ばねは夛μ弾力性材料の中
心層の両側に対して結合剤層によって結合させた2弾力性区域を有している。こ
の場合に中心層は少なくとも部分的にエラストマー的なプラスチツクから成り且
つ/又は繊維材料75≦中)0層の材料中((包埋させであることが好ましい。
不発明の別の有利な実施形態においては、板ばねの結合斉j層は硬質の結合剤を
含有し且つ/又は結合剤層中に繊維材料−7)E包埋させである。その場合に硬
質の結合剤に複合部品を形成させるため又は板ばねを形成させるために相互に結
合づせた硬化した積層物のマ)9ツクス樹)1旨と同じ主成分に基づく硬化した
硬質又は熱硬化性接N沖jであること力;好都合である。
不発明のプラスチツク板ばね目的物の製造のだめの新規方法は、繊維補強した硬
質グラスチック積層物ストリップの連続プロセスによる製造のために、先ず繊維
質の支持材料中に硬化しうる樹脂混合物を含浸させることによってロープを形成
させ、そのロープを硬化によってIJ &ノ状の積層物に変換さく、それを場合
によっては研磨し且つストリフプの長さに切断し、複数のこれらの積層物ストリ
ップを硬質結合剤によって又は、場合によっては繊維質支持材料と硬質結合剤を
含有する接着剤シートの挿入によって被覆したのちに、結合剤の活性化と硬化に
より型中で相互に対して且つ用意してもよい板はねの任意の付加的な成分に対し
て結合させることによって、板ばねの構成のために用いられる弾力性複合部品を
形成ぢせ又は板ばねあるいは板ばね輪郭体(profile body )を形
成させることを特徴とする。その際、結合剤の活性化と硬化は高温好ましくは1
00℃以上の製置で達成される。
本発明の有利な実施形態においては、結合剤の活性化と硬化のための加熱に、電
磁的な高周波の湯中で行なわれる。
不発明の更に他の有利々実施形態においては、弾力性複合部品又は板はねあるい
は板ばね輪郭体を結合剤の部分的な硬化後に型から取抄出し、次いで始めて高い
製置で完全に硬化させる。
本発明の他の有利な実施形態においては、板ばねの製造のための方法は、先ず、
複数の繊維補強硬質プラス千ンク槓層物を相互に結合することによって基本的な
ばね複合部品を形成場せ、そこで少なくとも複合部品の積層物の一部に対しては
、それらの長さを低下させて階段的な表面を形成させ、これらの階段を機械的々
加工処理、好ましくは研磨にょうて除去して基硫ばね複合部品の弓形の滑らかな
表面を形成させ、且つこの弓形の滑らかな一表面上に又は、積み重ねた配置中の
弓形平滑表面上に、付加的な弾力性複合区域を形成する幾つかの繊維補強、硬化
硬質プラス千ンク積層物を接着させる。
本発明の方法の最後の有利力実施形態においては、製造する板ばね輪郭体を、の
こぎゆで切ることによって、単一の板ばねに分ける。
図面の簡単な説明
図面はそれぞれ概念的に倒立面図と断面図を示す。
第1図は弾力性複合部品の製造のために積み重ねた積層構造物である。
第2図は圧縮する材料として挿入した第1図による積層構造物を伴なう、高周波
コンデンサー電場加熱によるプレスである。
第3図は製造すべき板ばねのだめの半製品として積層構造物力1ら製造した弾力
性複合部品である。
第4図は第3図による弾力性複合部品の使用によって製造した仕上刃スリ板ばね
輪郭体である。
第5図、′i製造した板ばねの下端に取ゆ付けるべきばねの目である。
第6図はゴム弾性中心層を有する板ばねである。
第1〜4図及び第6図において、積層構造物、弾力性複合部品、板ばね屋根ばね
輪郭体の厚さは、理解を助けるために誇張して示しである。
第1図に、全体として取り扱うことができ且つ表面4で階段となっている積層構
造物5を形成させるために、粗紡糸タイプ又は織物タイプのガラス繊維補強材を
有する連続的に製造した継目無しのガラス繊維エポキシ樹脂積層物から適当々長
さに切断したのち、分離層2を備えた平らな支持体3上に積み重ねだ、多数の硬
化積層物ス) IJランプを示している。
この積層構造物5の弾力性複合部品の製造のためには、高周波コンデンサー界磁
電極として高周波発生器IOに接続している導電性被覆9を有する型半分7及び
8から成る圧縮型を用いて、高周波加熱装置(第2図参照)を備えたプレス6が
用いられる。
第2図は閉じる前のプレス6を示しているが、この図によって、それぞれ分離箔
2によって覆われた軟質弾性材料の2枚の圧力補償マット12の間で下方の型半
分7上に置いた積層構造物5が示される。
第3図は、プレス6中の加熱圧縮及びその後の弓形の外形を有する滑らかな表面
14を与えるための階段付き表面に対する研磨によって積層構造物5から製造し
た、弾力性複合部品15を示している。
第4図は、弾力性複合部品15から、それを第二の弾力性複合体区域17と結合
することによって製造した板ばね輪郭体16を示す。
第5図は、ばねの目によって本発明の板ばねの両端18において力の導入を実現
するための好適実施形態を示す。ばねの末端18を、ばねの目21の延長部20
のみぞ穴19中で、ばね末端18中の相当する穴を通ね抜けるねじ22及び接着
によって固定する。
第6図は、非弾力性材料から成る中心層24を有する板ばね23を示しているが
、この中心層24は弾力性複合区域25を構成する積層構造物に対して上面及び
下面で結合している。
本発明を遂行するだめの方式
以下に記す板ばねの製造のだめに、ガラス繊維補強したエポキシ樹脂積層物を用
いるが、これば公知のようにして、ガラス繊維粗紡糸又はガラス繊維織物のリボ
ンに樹脂硬化剤混合物を含浸し、かくして生じた湿ったロープを較正し、次いで
そのロープを加熱硬化させることによって継目無しのり?ン形状の積層物を形成
させることにより、連続的なプロセスで製造することが好都合である。このプロ
セスにおいてtri、ガラス繊維粗紡糸又はガラス藏維織物は較正装置から引き
出したのちに引張応力下にあるという事実によって、完全に硬化した積層物中で
その縦方向にのびる補強繊維の機械的なブレストレスが達成てれる。使用する樹
脂硬化剤混合物は、たとえばビスフェノールAと脂環族ジアミン硬化剤に基づく
エポキシ樹脂から成っている。積層物の樹脂含量は約25重量襲(固体物質)で
あり、これは約414の体積百分率に相当する。結合性を向上させるために、生
じた積層物の両側を研磨する。
下記の本発明の板ばねに対してd、1.0mの厚さのガラス繊維粗紡糸タイプの
積層物及び0.4 mの厚さのガラス繊維織物タイプの積層物を用いるが、後者
は製造すべき板ばねの十分な横方向の強度を与えるために役立つ。
第1〜4図を参照して本発明による板ばねの製造のだめの有利な実施形態を以下
に記すが、これは異なる長さの硬化した積層物ストリップから成っている。
製造実施例中で説明すべき、使用する粗紡糸タイプ積層物及び織物タイプ積層物
は、それぞれ195mtの幅を有し、ロール上に巻いた継目無しの積層物として
製造することができ、且つ必要な積層物ストリップを、後に板ばねの製造におい
て使用する順序でロールから引き出して、必要な異なる長さに切断したものであ
る。
次いで、これらの積層物ストリップを順次に接着剤塗布機中に送り、それによっ
て両面上に801/rr?(固体物質)の結合剤の塗布を施こす。
結合剤は積層物の製造において用いるものと同一の組成の樹脂硬化剤混合物であ
る。
分離層2を備えた平らな支持体3上において積層構造物(第1図)を6裏造する
ために該積層物ス) l)ンプを積み重ねるが、その際ここに記す実施例に対し
ては1550mの長さの4個の粗紡糸タイプのストリップ、1個の織物タイプの
ストリップ及び4個の追加の粗紡糸タイプのストリップを順次上方に重ね、次い
で1200π冨がら200m5+まで長さが低下する19本の積層物ストリップ
を重ねるが、後者においては1個の織物ようにして積み重ねた積層物ストリング
は、全体として取り扱かうことができ且つ表面f41で階段状となっている、積
層構造物を形成する。
圧縮作業のだめの準備として、下方の型半分7の凹のプレス表面11を軟質弾性
材料の圧力補償マント12及びそれと接触する分離箔2によって被覆する。その
上に積層構造物5を、その階段状の表面を下にして置く。硬化した積層物ス)
IJラングの高い可撓性のために、積層構造物5は全体的に変形を生じて分離箔
2に密着する。次いで積層構造物5の平滑な表面を別の1枚の分離箔2によって
、次いでもう一つの圧力補償マツ)13で被覆する。第2図は製造工程のこの局
面を示す。
次いで、加熱圧縮作業のために上方の型半分8を下げることによって型を閉じ、
圧縮すべき材料に対して約4on/diの圧縮圧力を加え、且つ27A2MHz
の周波数で操作する高周波発電機IOに入力する。電磁的な高周波の場において
、硬化積層物ストリンフ″1と結合剤層は何れも散逸する高周波エネルギーを吸
収し、それによって積層構造物は迅速且つ均一に加熱される。加圧した材料が1
40°の温度に達したのち、高周波エネルギーの供給を停止するか又は残りの加
圧時間の間にこの温度が事実上保持される程度に調節する。この場合の重要な利
点は、加圧される材料の樹脂全体の中で、未硬化、すなわち、なお反応性のある
樹脂の割合は結合剤に限られ、比較的価かな割合にすぎないために、現実に発熱
的な硬化反応によって生じるおそれのある、制御が困難な局部的々温度上昇を心
配する必要がなくなるということである。
圧縮作業の間に、積層構造物5の接合点中の結合剤[140℃の加圧温度におい
て比較的流動性となり、そのために加える圧縮力の作用下に接合点の内側に存在
する含有空気をも除く。接合点を完全且つ均一に満す結合剤はその後に急速に硬
化し、それによって積層構造物5は弾力のある複合部品に変換する。この実施例
では5分である加圧時間の終りに、型を開き、なお熱い間に複合部品を取り出し
、放冷したのち、異なる長さの積層物によって生じた階段状の表面を研磨するこ
とによって、弓形の外形を有する平滑な表面14を生成させる。かくて複合部品
15は、はぼ第3図に示すよう力形態を有している。
このようにして製造した弾性の複合部品15を、第二の工程段階において板ばね
輪郭体へと加工するために、研磨によって平滑にしであるその凸表面14上に数
層の積み重ね積層物ストリップ1を結合させる。そのためには、第一の積層構造
物5の製造におけると同様に、両面に802/−(固体物質)の結合剤が塗布し
である、195e+の幅と15606鰭の長さを有する4枚の粗紡糸タイプ積層
ストリップ、1層の織物積層ストリップ及び4層の追加の粗紡糸積層ストリップ
を分離層2を備えた平らな支持体3上で相互に重ねて、第二の積層構造物を製造
する。
次いで、第二の積層構造物を、第2図に関して説明したものと同様にして、高周
波エネルが一加熱プレスの下方の型半分の、圧力補償マットと分離箔で被覆した
凹表面上に挿入する。その凸表面14に対して同じ〈結合剤が被覆しである複合
部品15を、次いで、この表面14を下にして、プレス中に既に導入しである第
二の積層構造物上に、表面14を積層構造物上にきちんと当てるようにして置く
。分離箔及び別の圧力補償マントを上に重ねたのち、型を閉じ、圧縮させる材料
を5分の加圧時間の間4oN/cdの圧力において140℃に高周波加熱するこ
とによって、個々の圧縮材料成分を結合させて板ばね輪郭体とする。
次いで型を開き、弾力性の複合部品15と第二の弾力性複合区域17から成って
いる第4図に示す仕上がり板ばね輪郭体16を熱い間に取り出す。冷却後、板ば
ね輪郭体を、のこぎりによる切断によって、それぞれ60mの幅を有する、直ち
に使用に供することができる三つの同一の板ばねに分ける。
この板ばねは中心で34間の厚さと両宋端で17+oaの厚さを有している。板
ばねの中心の板ばね末端からの高さhij130+mである。これば6ON/v
tのばね常数を有し且つ中心における2001Imの最大たわみの定格が与えら
れる。耐久性荷重交互試験において、この板ばねは類似の鋼製の板ばねが比較試
験で欠陥が出る荷重サイクル数の2倍を超えるサイクル数に耐える。
2段階製造方法によって製造した上記の板ばねは、ばねに荷重を加えるときに増
大した応力下にある上下の面の縁の区域が、ガラス繊維補強材の連続繊維を伴な
って金板ばね長さにわたってのびる積層ストリップによって形成されているとい
う有利性を有している。
上記の方法において高周波加熱プレス中における圧縮時間を短かくすることを所
望する場合には、上記の方法の変更方法として、弾力性複合部品又は板ばね輪郭
体を、結合剤の部分的な硬化後に型から取り出し、その後に始めて高い温度で完
全に炉中で硬化させることもできる。
板ばねの製造のためのもう一つの変更方法においては、接着剤塗布機によって結
合剤を施′こす代妙に、結合すべき隣接する2成分の間に加熱すると活性化する
接着材シートを挿入するが、これはエポキシ硬化剤混合物を含浸し且つ乾燥した
ガラス繊維織物であることが好都合である(ガラス繊維プリプレダ)。次いで加
圧材料の高周波コンデンサー電場加熱を有するプレス中で好1しくは第2図に関
して説明したと同様にして結合を達成する。しかしながら、接合点における結合
剤の自由流動の抑制のだめに、結合のために必要々温度は一般に、このような接
着剤を用いる場合には、たとえば、接着剤塗布機を用いて積層物ストリップに塗
布した結合剤層の使用におけるよりも高い。このような接着繊維織物を含有する
接着剤シートを用いる場合には、一般に結合剤中の福ラス繊維織物補強剤接合部
が既にばね本体に充分な横方向の引張強さを与えるから、多くの場合にばね本体
はもっばら粗紡糸タイプのガラス繊維積層物ストリンプから成っていてもよい。
ばね末端における刀の導入は、ここに記した本発明の板ばねにおいては、第5図
の記述と関連して既に記したように、ばねの目によって生じる。
本発明による板ばねにおいてに、主としてばねの上方及び下方の縁の区域中に配
置した積層物のみが、達成しうるばね力に貢献する。そのほか、結合剤接合部に
よって吸収されるべき剪断応力は、常にばね断面の中心において最大である。こ
れらの事実は、板ばねの中心に非弾力性材料の中心層24を配置した本発明によ
る板はね23(第6図)のいっそう有利な設計において考慮されるが、との非弾
力性材料の中心層は、その上面と下面において、弾力性複合区域25を形成する
積層物・ぐンクに対して結合している。繊維補強したエラストマー状又は熱可塑
性のプラスチックから成ることが有利な中心層24は通常は別の工程で製造し、
両面を結合剤で被覆し、次いでその上面及び下面に接融させて同じ長さの幾つか
の積層物ストリップから成る積層構造物を結合させ、第2図に関して説明したと
同様にして、加熱プレス中で接合することによって板ばね23又は板ばね輪郭体
を形成させる。ここで注意すべきことは、両端においてくさび状として終ってい
る中心層24が板ばね23の末端ま9でのびていてはならないということである
。中心層材料のゴム弾性的な変形性のために、荷重下の板ばね23の変形に際し
て、中心層24中に認めうるほどの剪断応力を蓄積することはできない。
工業的応用性
本発明による板ばねは公知の鋼製の板はねと同様にして自動車の製造において用
いることができる。通常の鋼製板ばねと比較して該プラスチック板ばねが有利な
点は、特にその重量が小さいこと及びそれが耐腐食性であるという事実から成っ
ている。
ニ&n
国際調査報告
Claims (1)
- 1.少なくとも不質的に繊維補強した硬化硬質プラスチックの弾力性区域から成 り、ガラス繊維、炭素繊維又はその他の適当な繊維から成るものとすることがで きるその中の高強度補強繊維が、少なくとも大体において、ばね荷重下に生じる ばね材料の最大の伸び又は圧縮の方向にのびている板ばねにおいて、繊維補強し た硬化硬質プラスチックから成ると25)を形成させるために結合剤層によって 相互に結合せしめる硬化した繊維精強プラスチック積層物(1)から成ることを 特徴とする、該板ばね。 2 弾力性複合部品(15)又は区域T17.25)へと結合せしめるプラスチ ック積層物の少なくとも大部分は、それぞれ別個に、少なくとも0.5uの厚さ 、好ましくは少なくとも0.8fiの厚さを有することを特徴とする請求の範囲 第1項記載の板ばね。 3、弾力性複合部品(15)又は区域f17,25)によって形成され、めるい はかかるものを含有し、その中で異なる長さの積層物f1)が相互に結合させで あることを特徴とする、長さの方向で異なる厚さを有する請求の範囲第1項又は 第2項記載の板ばね。 4、少なくともlの弾力性複合部品(r5)又は区域(17,25)から成り、 その中で積層物(1)の比較的大きな部分がもっばら板ばねの縦方向にのび且つ 場合によって?′iプレストレスが施こしである補強繊維を肩することを特徴と する請求の範囲第1〜3項のいずれかに記載の板ばね。 5、少なくとも1の弾力性複合部品(15)又は区域+17.25)から成り、 その中で積層物の比較的僅かな部分が補癲繊維を有し、その軸は板ばねの長さの 方向と共に5〜90°、さらに特に約90°の角度を成すことを特徴とする請求 の範囲第1〜4項のいずれかに記載の板ばね。 6 中心層(24)の両反対面上で結合−剤層によって中心層の両面に結合して いる弾力性の複合区域(25)を有することを特徴とする請求の範囲第1〜5項 のいずれかに記載の板ばね。 7、中心層(24)は少なくとも部分的にエラストマ1的なプラスチックから成 ることを特徴とする請求の範囲第6項記載の板ばね。 & 繊維材料が中心層(24)の材料中に埋め込まれている、請求の範囲第6又 は7項記載の板ばね。 9、硬質結合剤を含有する結合剤層を特徴とする請求の範囲第1〜8項のいずれ かに記載の板はね。 lO1繊維材料が埋め込んである結合剤層を特徴とする請求の範囲第1〜9項の いずれかに記載の板ばね。 11、硬化した硬質又は熱硬化性結合剤は複合部品(15)を形成させるか又は 板ばねを形成させるために相互に結合させた硬化積層物(1)のマトリックス樹 脂と同じ主成分に基づく接着剤であることを特徴とする請求の範囲第9又[10 項記載の板ばね。 12 連続工程における繊維補強したプラスチック積層物ストリップft)の製 造のために先ず繊維支持材料に硬化しうる樹脂混合物を含浸することによってロ ープを形成せしめ、そのロープを硬化によってリボン状の積層物に変化させ、そ れを場合によっては研磨し且つストリップfl)の長さに切断し、いくつかのこ れらの積層物ストリップ(1)を、硬質結合剤による被覆又は、場合によっては 繊維質支持材料及び硬質結合剤を含有する、接着剤シートの挿入による被覆後に 、型(7,8)中で相互に対し且つ用意してもよい何らかの付加的な板ばねの成 分に対して、結合剤の活性化及び硬化によって結合させて板ばねの構成のために 役立つ弾力性の複合部品(15)又は板ばねもしくは板ばね輪郭体を形成せしめ ることを特徴とする請求の範囲第1〜11項のいずれかに記載の板ばねのi珠力 線。 13、結合剤の活性化及び硬化は高い温度、好ましくは100℃を越える温度で 行なわれる、請求の範囲第12項記載の方法。 14、結合剤の活性化及び硬化のための加熱は電磁的な高周波の湯中で達成され る、請求の範囲第13項記載の方法。 15、弾力性の複合部品(15)又は板ばねもしくは板ばね輪郭体を結合剤の部 分的硬化後に型から取り出して、次いで高い温度で完全に硬化させることを特徴 とする請求の範囲第12〜14項のいずれかに記載の方法。 16 先ず、いくつかの繊維補強したプラスチック積層物を結合することによっ て基礎ばね複合部品を形成せしめ、その中で複合部品の積層物(1)の少なくと も一部に対してそれらの長さを減少させることによって階段的な表面−(4)を 形成させ、これらの階段を機械的加工によって除去して基礎的なばね複合部品( 15)の弓形の平滑な表面(14)を形成させ、好ましくは研磨し、且つこの弓 形の平滑な表面(14)上に付加的な弾力性の複合区域(17)を形成する1層 又は、積み重ねた配置にある、いくつかの繊維補強した硬化硬質プラスチック積 層物(1)を接着させることを特徴とする請求の範囲第12〜15項のいずれか に記載の方法。 17、板ばね輪郭体(16)をのこぎりによる切断によって単一の板ばねに分け ることを特徴とする請求の範囲第12〜16項のいずれかに記載の方法。
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