纤维强化塑料制弹簧制造技术

本发明专利技术提供一种能够防止压缩应力引起的破坏的纤维强化塑料制弹簧。FRP弹簧(1)具有将拉伸弹性模量不同的多个纤维层叠的层叠构造(在3层构造的情况下为符号(20)，在5层构造的情况下为符号(30))。FRP弹簧(1)的上表面为被施加脉动的弯曲载荷的表面，层叠构造(20、30)的相对于中性轴(S)的上侧区域为产生压缩应力的压缩应力区域，相对于中性轴(S)的下侧区域为产生拉伸应力的拉伸应力区域。层叠构造(20、30)的拉伸弹性模量分布相对于中性轴(S)不对称。该情况下，优选设定成作为压缩应力产生区域的表层部的层(23、35)的拉伸弹性模量为最小，且作为拉伸应力产生区域的表层部的层(21、31)的拉伸弹性模量比作为中性轴部的层(22、33)的拉伸弹性模量更小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及被施加脉动的弯曲载荷的纤维强化塑料制弹簧，尤其涉及防止压缩应力引起的破坏的技术。
技术介绍
例如，在汽车领域中，使用承受弯曲载荷的脉动的弹簧(盘簧、发条、板簧等)，对于这些弹簧，要求轻量化和省空间化。例如，为了轻量化，提议使用纤维强化塑料制弹簧(以下，称为FRP弹簧)来代替金属制弹簧。例如，专利文献I的技术公开了作为FRP弹簧的FRP渐缩式片簧(FRP taper leafspring)，在该技术中，通过使玻璃纤维或碳纤维浸溃于长度不同的多个片材中并使这些片材重叠，从而制造渐缩式片簧。另外，专利文献2的技术公开了作为FRP弹簧的FRP片簧(FRP leaf spring),在该技术中,提议通过由碳纤维构成簧片中央部并由玻璃纤维构成簧片表面部，从而制造具有柔软性的FRP片簧。专利文献 专利文献I :日本特公平3-81022号公报； 专利文献2 :日本特开平7-77231号公报。
技术实现思路
专利技术要解决的问题 然而，如图4所示，在将脉动的弯曲载荷P施加于由支撑部52支撑的板簧51的情况下，在载荷承受侧的上表面，产生压缩应力，在与载荷承受侧相反的一侧的下表面，产生拉伸应力。此外，符号S为位于板簧51的厚度方向的中心的中性轴。在使用金属制板簧作为弹簧51的情况下，很有可能以拉伸应力侧表面为起点而产生疲劳破坏，在使用FRP板簧作为弹簧51的情况下，很有可能从压缩应力侧表面产生破坏。例如，如图5所示，在将脉动的弯曲载荷(图的箭头方向的载荷)施加至作为FRP板簧的单层构造的碳纤维强化塑料制弹簧(CFRP弹簧)的情况下，很有可能在压缩应力侧表面产生断裂。因此，能够利用的弹簧的能量密度实质上变小。然而，在FRP弹簧中，还没有开发出有效地防止来自压缩应力侧表面的破坏的技术。例如，在专利文献I的技术中，重叠的多个片材使用了相同的纤维，没有公开防止来自压缩应力侧表面的破坏的技术。另外，在专利文献2的技术中，公开了具有柔软性的板簧，但是没有着眼于纤维的压缩特性。另外，由玻璃纤维构成簧片表面部，将拉伸强度比碳纤维更低的玻璃纤维配置于应力高的簧片表面部是低效的。所以，本专利技术目的是提供一种能够防止压缩应力引起的破坏的纤维强化塑料制弹簧。用于解决问题的方案本专利技术的纤维强化塑料制弹簧(以下，称为FRP弹簧)为被施加脉动的弯曲载荷的纤维强化塑料制弹簧，其特征在于，具有将拉伸弹性模量不同的多个纤维层叠的层叠构造，层叠构造的拉伸弹性模量分布相对于中性轴不对称。本专利技术中的拉伸弹性模量为利用通过拉伸试验而获得的拉伸应力-形变曲线中的最初的直线部分(通过原点的直线部分，或者曲线的原点处的切线)并根据其次的关系式获得的值(参考文献=FRP设计便览，(社)日本强化塑料协会，1979年)。Em =Δ O / Δ ε 此外，EmS拉伸弹性模量(单位N/mm2)，Λ σ为基于直线状的2点间的平均原剖面积的应力差(单位N/mm2), Δ ε为上述2点间的形变的差。在本专利技术的FRP弹簧中，层叠构造的拉伸弹性模量分布设定成相对于中性轴不对称，因而与中性轴平行的两侧的表层部之中的一侧的表层部的拉伸弹性模量比另一侧的表 层部的拉伸弹性模量更小。在此，如果将拉伸弹性模量小的表层部侧配置于当施加脉动的弯曲载荷时产生压缩应力的表面侧，则由于该表层部侧的纤维的拉伸弹性模量小，该表层部侧的纤维容易弯曲，因而压曲引起的折损等的破坏难以产生于压缩应力侧表面。所以，能够提高弹簧整体的破坏应力，因而与由弹簧钢等的金属材料构成的弹簧、单层构造的FRP弹簧以及具有相对于中性轴对称的拉伸弹性模量分布的FRP弹簧相比，能够增大可利用的能量密度。本专利技术的FRP弹簧能够使用各种的构成。例如，对于不对称的拉伸弹性模量分布，能够设定成压缩应力产生区域的表层部的拉伸弹性模量为最小，且拉伸应力产生区域的表层部的拉伸弹性模量比中性轴部的拉伸弹性模量更小。在该方式中，与承受脉动的弯曲载荷时的位于FRP弹簧的应力分布相对应而层叠拉伸弹性模量相互不同的纤维，因而能够进一步提高弹簧整体的破坏应力，结果，能够进一步增大可利用的能量密度。另外，例如，在拉伸弹性模量分布中，能够使用这样的方式拉伸弹性模量以从中性轴向着表面阶段性地变小的方式变化。在该方式中，拉伸弹性模量能够有效地与承受脉动的弯曲载荷时的位于FRP弹黃的应力分布相对应，因而能够进一步提闻弹黃整体的破坏应力，结果，能够进一步增大可利用的能量密度。专利技术效果 依照本专利技术的FRP弹簧，弹簧整体的破坏应力变高，因而与由弹簧钢等的金属材料构成的弹簧、单层的FRP弹簧以及具有相对于中性轴对称的拉伸弹性模量分布的FRP弹簧相t匕，能够增大可利用的能量密度。附图说明图I表示了本专利技术的一实施方式所涉及的纤维强化塑料制弹簧的构成，图I (A)为立体图，图I(B)为侧面图。图2表示了纤维强化塑料制弹簧的层叠构造的一部分的构成，图2 (A)为3层构造的侧剖面图，图2(B)为5层构造的侧剖面图。图3为表示在本专利技术的一实施方式所涉及的纤维强化塑料制弹簧的制造方法中使用的装置的一部分的概要构成的图。图4为用于说明当承受脉动的弯曲载荷时位于纤维强化塑料制弹簧的应力分布的图。图5为表示承受脉动的弯曲载荷时的单层构造的CFRP弹簧的破坏状态的照片。符号说明 I =FRP弹簧(纤维强化塑料制弹簧); 20,30 :层叠构造； 21、31 :第I层(拉伸应力产生区域的表层部)； 22:第2层(中性轴部)； 33 :第3层(中性轴部)； 23:第3层(压缩应力产生区域的表层部)； 35 :第5层(压缩应力产生区域的表层部)； S :中性轴。具体实施例方式(I)实施方式的构成 以下，参照附图，说明本专利技术的实施方式。图I表示了本专利技术的一实施方式所涉及的纤维强化塑料制弹簧I (以下，称为FRP弹簧I)的构成，图I㈧为立体图，图I⑶为侧面图。图2(A)、(B)表示了 FRP弹簧I的层叠构造的一部分的构成，图2(A)为3层构造的侧剖面图，图2(B)为5层构造的侧剖面图。图2中的符号S为位于FRP弹簧I的厚度方向的中心的中性轴。在图I、2中，FRP弹簧I的上表面为被施加脉动的弯曲载荷(图4的符号P)的表面，层叠构造的相对于中性轴S的上侧区域为产生压缩应力的压缩应力区域，相对于中性轴S的下侧区域为产生拉伸应力的拉伸应力区域。FRP弹簧I为例如具有簧片(leaf)部11和簧孔部12的板簧。FRP弹簧I具有将拉伸弹性模量不同的多个纤维层叠的层叠构造。层叠构造的拉伸弹性模量分布，相对于中性轴S不对称,例如,优选压缩应力产生区域的表层部的拉伸弹性模量为最小,拉伸应力产生区域的表层部的拉伸弹性模量比中性轴部的拉伸弹性模量更小。例如，图2㈧所示的层叠构造20为拉伸弹性模量相互不同的第I层21、第2层22以及第3层23依次层叠的3层构造。第I层21为拉伸应力产生区域的表层部，其拉伸弹性模量比第2层22的拉伸弹性模量更小。第2层22为中性轴S所位于的中性轴部。第3层23为压缩应力产生区域的表层部，其拉伸弹性模量在层叠构造20的各层之中为最小。作为拉伸弹性模量的具体示例，能够将第I层21的拉伸弹性模量设定为250GPa，将第2层22的拉伸弹性模量设定为395GPa，将第3层2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：重松良平，中园美保，
申请(专利权)人：日本发条株式会社，
类型：
国别省市：