螺旋弹簧制造技术

本发明专利技术涉及的螺旋弹簧是将线材卷绕成螺旋状而成的螺旋弹簧，该螺旋弹簧包括：芯材，其能够弹性变形；以及增强纤维层，其具有卷绕在所述芯材的外周上的多个增强纤维、以及将增强纤维彼此固定的热固性树脂，其中，在增强纤维层的表层的至少一部分，螺旋弹簧的内周侧的增强纤维的含量大于外周侧的增强纤维的含量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】螺旋弹簧
本专利技术涉及一种将线材卷绕成螺旋状而制作的螺旋弹簧。
技术介绍
以往，作为用于实现汽车的油耗改善的一种方法，致力于各种部件的轻量化。例如，现采用如下方法：作为发动机组(engineblock)的材料，代替以往使用的铸铁而使用铝合金，作为发动机盖和油底壳的材料，代替以往使用的钢而使用镁合金。近年来，基于汽车的轻量化这一观点，在研究例如将作为悬架用悬架弹簧的螺旋弹簧等弹性部件轻量化的方案。作为能够将此类弹性部件轻量化的弹性部件用线材，可举出一种具有纤维增强树脂层的弹性部件用线材，其中，该纤维增强树脂层由缠绕在芯材上的碳纤维等纤维和树脂构成(例如，参照专利文献1、2)。专利文献1中记载有螺旋弹簧，其是将碳纤维配置成相对于素线轴心的取向为+30°～+60°或-60°～-30°的螺旋弹簧，将取向成压缩力的作用方向的纤维的量设为A，将取向成拉伸力的作用方向的纤维的量设为B时，比值A/B为1.1<A/B<4.0。另外，专利文献2中记载有一种复合螺旋弹簧，其包括线材沿螺旋状的轴延伸而成的簧丝体，该线材具有芯部和层叠在芯部外周且浸渍有聚合物材料的多个纤维层。专利文献2所记载的复合螺旋弹簧中，多个纤维层分别围绕芯部配置在距离螺旋状的轴不同径向距离处。多个纤维层中的各纤维相对于螺旋状的轴倾斜地延伸。而且，各纤维层包含的纤维数相互不同。专利文献1:日本特开平7-42778号公报专利文献2:日本特表2015-526661号公报
技术实现思路
另外，已知在螺旋弹簧被压缩而应力作用于线材时，在与线材的长度方向正交的截面(横截面)产生的应力从螺旋弹簧的内周侧向外周侧变小。具体地，在螺旋弹簧的横截面，作用于螺旋弹簧的内周侧的应力大于作用于螺旋弹簧的外周侧的应力。专利文献1、2公开的螺旋弹簧没有考虑如上所述的分别作用于螺旋弹簧的内周侧及外周侧的应力和线材的强度，因此存在如下问题：在因压缩而作用有应力时，虽然在应力较小的外周侧在强度上可以应对，但是在应力较大的内周侧就会产生强度不足的情况，使得作为螺旋弹簧的强度下降。另外，如果为了维持螺旋弹簧的强度而提高内周侧的强度，则外周侧的强度随着内周侧的强度的上升而过分变大，因此很难取得内周侧与外周侧的平衡。还有，为了提高强度需要增加纤维量，其结果产生线材的直径变大，使螺旋弹簧大型化的问题。本专利技术是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种不增加纤维量也能够提高强度的螺旋弹簧。为了解决上述问题而达成目的，本专利技术涉及的螺旋弹簧，其特征在于，包括：芯材，其能够弹性变形；以及增强纤维层，其具有卷绕在上述芯材的外周上的多个增强纤维、以及将上述增强纤维彼此固定的热固性树脂，其中，在上述增强纤维层的表层的至少一部分，该螺旋弹簧的内周侧的增强纤维的含量大于外周侧的增强纤维的含量。此外，根据上述的专利技术，本专利技术涉及的螺旋弹簧的特征在于，该螺旋弹簧是将由上述芯材与上述增强纤维层构成的线材进行卷绕而成的，在与上述芯材的中心轴正交的截面的至少内周侧区域，上述增强纤维的含量沿上述线材的周向从最内部向上述外周侧连续地变小。此外，根据上述的专利技术，本专利技术涉及的螺旋弹簧的特征在于，在上述增强纤维层的上述内周侧的增强纤维的含量是65vol％以上且85vol％以下。此外，根据上述的专利技术，本专利技术涉及的螺旋弹簧的特征在于，在与上述芯材的中心轴正交的截面中，将上述内周侧的区域的增强纤维的含量设为Vfi，将上述外周侧的区域的增强纤维的含量设为Vfo时，Vfo<Vfi，并且Vfi与Vfo之差Vfi-Vfo是5vol％以上且25vol％以下，其中，Vfi与Vfo的单位是vol％。此外，根据上述的专利技术，本专利技术涉及的螺旋弹簧的特征在于，在上述增强纤维中，至少在外表面的上述增强纤维相对于上述芯材的卷绕方向是沿着拉伸载荷的方向的方向，上述拉伸载荷根据从外部作用的对该螺旋弹簧的线材施加扭转应力的载荷而作用于该线材。此外，根据上述的专利技术，本专利技术涉及的螺旋弹簧的特征在于，在与上述芯材的中心轴正交的截面中，上述芯材的中心轴偏离上述增强纤维层的中心轴。此外，根据上述的专利技术，本专利技术涉及的螺旋弹簧的特征在于，将该螺旋弹簧的平均直径设为D，将线材的直径设为d时，弹簧指数c＝D/d是4以上且10以下。根据本专利技术，能够起到不增加纤维量也能够提高强度的效果。附图说明图1是表示本专利技术一实施方式涉及的螺旋弹簧的结构的示意图。图2是表示本专利技术一实施方式涉及的螺旋弹簧的主要部分的结构的示意图。图3是表示本专利技术一实施方式涉及的螺旋弹簧的主要部分的结构的示意图。图4是表示本专利技术一实施方式涉及的螺旋弹簧用线材的主要部分的结构的示意图。图5是表示本专利技术一实施方式涉及的用于制作螺旋弹簧的弹性部件用线材的结构的平面图。图6是用于说明本专利技术一实施方式涉及的弹性部件用线材的制造方法的图。图7是用于说明本专利技术实施例涉及的螺旋弹簧的增强纤维含量的测量方法的图。图8是用于说明本专利技术实施例涉及的实施例1的螺旋弹簧的截面的图。具体实施方式下面，参照附图来对用于实施本专利技术的方式(以下称为“实施方式”)进行说明。需要说明的是，各图是示意性的，各部分的厚度与宽度的关系、各个部分的厚度的比率等有时会与现实中的不同，各图中有时会包含相互之间的尺寸的关系或比率不同的部分。图1是表示本专利技术一实施方式涉及的螺旋弹簧的结构的示意图。图2是表示本专利技术一实施方式涉及的螺旋弹簧的主要部分的结构的示意图。图3是表示本专利技术一实施方式涉及的螺旋弹簧的主要部分的结构的示意图，是以穿过螺旋弹簧的中心轴(卷绕的中心轴)且平行于该中心轴的平面为切断面的截面图。螺旋弹簧1通过将在芯材上缠绕纤维而成的线材卷成螺旋状来制作。螺旋弹簧1在规定的方向(例如，螺旋弹簧1的中心轴方向)上伸缩自如。螺旋弹簧1例如用作汽车的悬架用的悬架弹簧。螺旋弹簧1呈螺旋状，具有：芯材10；以及纤维增强塑料(FiberReinforcedPlastics：FRP)层11，其是含有缠绕在芯材10上的多根纤维，并覆盖该芯材10的增强纤维层。优选地，螺旋弹簧1的刚性模量为6GPa以上，作为用作悬架弹簧时的强度，该线材的刚性模量更优选为9GPa以上。螺旋弹簧1例如是将φ10mm以上且φ40mm以下的线材卷绕而成的。另外，作为在正交于螺旋弹簧1的中心轴N10的方向上的直径，该螺旋弹簧1的平均直径为φ60mm以上且φ400mm以下。另外，可以还设有覆盖FRP层11的外表面的皮膜(软管)。芯材10能够弹性变形，且由如下线材制作而成：利用相比于铸铁等铁类材料轻的材料，例如铝、钛等金属、以铝、镁或钛为主成分的合金、或树脂材料形成的线材。在本实施方式中说明的芯材10的截面是圆形，但也可以是椭圆形或多边形。在螺旋弹簧1的平均直径为φ60mm以上且φ400mm以下时，芯材10的直径例如为φ5mm以上且φ20mm以下。如图2、图3所示，FRP层11是通过将浸渗未固化的热固性树脂的多根增强纤维12缠绕在芯材10上并加热固化而形成的，或者通过在将多根增强纤维12缠绕在芯材10上之后，浸渗未固化的热固性树脂并加热固化而形成的。作为增强纤维12，可使用分别在碳纤维、玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维即芳纶纤维、以及玄武岩纤维(Basaltfiber)中选择出的至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺旋弹簧，其特征在于，包括：芯材，其能够弹性变形；以及增强纤维层，其具有卷绕在所述芯材的外周上的多个增强纤维、以及将所述增强纤维彼此固定的热固性树脂，其中，在所述增强纤维层的表层的至少一部分，该螺旋弹簧的内周侧的增强纤维的含量大于外周侧的增强纤维的含量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.23 JP 2016-0590681.一种螺旋弹簧，其特征在于，包括：芯材，其能够弹性变形；以及增强纤维层，其具有卷绕在所述芯材的外周上的多个增强纤维、以及将所述增强纤维彼此固定的热固性树脂，其中，在所述增强纤维层的表层的至少一部分，该螺旋弹簧的内周侧的增强纤维的含量大于外周侧的增强纤维的含量。2.根据权利要求1所述的螺旋弹簧，其特征在于，该螺旋弹簧是将由所述芯材与所述增强纤维层构成的线材进行卷绕而成的，在与所述芯材的中心轴正交的截面的至少内周侧区域，所述增强纤维的含量沿所述线材的周向从最内部向所述外周侧连续地变小。3.根据权利要求1或2所述的螺旋弹簧，其特征在于，在所述增强纤维层的所述内周侧的增强纤维的含量是65vol%以上且85vol%以下。4.根据权利要求1至3中任一项所述的螺旋弹簧，其特征在于，在与...

【专利技术属性】
技术研发人员：小野芳树，许斐和彦，佐野孝充，今村胜，丸市俊明，
申请(专利权)人：日本发条株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP