(57)【要約】【課題】軽量化しつつ、強度を向上することができるコイルばね用線材およびコイルばねを提供すること。【解決手段】本発明に係るコイルばね用線材は、コイルばねを作製するためのコイルばね用線材であって、長尺の部材を用いて形成された螺旋状をなす芯材と、芯材に巻回してなる強化繊維を有し、芯材の外表面を覆うＦＲＰ層と、を備え、芯材および強化繊維は、巻回する方向が、当該コイルばね用線材の中心軸に対して互いに反対方向である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルばねを作製するためのコイルばね用線材であって、
長尺の部材を用いて形成された螺旋状をなす芯材と、
前記芯材に巻回してなる強化繊維を有し、前記芯材の外表面を覆うＦＲＰ層と、
を備え、
前記芯材および前記強化繊維は、巻回する方向が、当該コイルばね用線材の中心軸に対して互いに反対方向である
ことを特徴とするコイルばね用線材。
【請求項２】
前記強化繊維は、少なくとも外表面の前記強化繊維の前記芯材に対して巻回する方向が、外部から加わる荷重であって当該弾性部材用線材にねじり応力を加える荷重に応じて当該コイルばね用線材に印加される引張り荷重の方向に沿った方向である
ことを特徴とする請求項１に記載のコイルばね用線材。
【請求項３】
前記芯材は、巻回の中心軸と巻回方向とのなす角度が一定である
ことを特徴とする請求項１または２に記載のコイルばね用線材。
【請求項４】
前記芯材は、帯状の部材を螺旋状に巻回してなり、
長手方向に沿って形成される間隔が、前記帯状の部材の幅より小さい
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のコイルばね用線材。
【請求項５】
前記芯材は、鉄鋼材、またはアルミニウム、マグネシウムもしくはチタンを主成分とする合金、またはＦＲＰを用いて形成されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のコイルばね用線材。
【請求項６】
前記長尺の部材を用いて形成された芯材は、芯材の長手方向からみた外周のなす形状が矩形、円、楕円状または多角形状をなす
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のコイルばね用線材。
【請求項７】
前記長尺の部材は、長手方向と直交する断面が矩形、円、楕円状または多角形状をなす
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のコイルばね用線材。
【請求項８】
樹脂を主成分とし、前記芯材の内部に設けられてなる充填材を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のコイルばね用線材。
【請求項９】
絶縁性材料を用いて形成され、前記芯材と前記強化繊維との間に設けられた電蝕防止部
を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のコイルばね用線材。
【請求項１０】
前記ＦＲＰ層は、前記強化繊維同士を固定する熱硬化性樹脂を含み、
前記芯材は、外表面に前記熱硬化性樹脂との接着性を向上させる表面処理が施されている
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のコイルばね用線材。
【請求項１１】
前記強化繊維は、前記芯材に対する周回方向に沿って連続している
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載のコイルばね用線材。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一つに記載のコイルばね用線材を巻回してなることを特徴とするコイルばね。
【請求項１３】
圧縮コイルばねであることを特徴とする請求項１２に記載のコイルばね。
【請求項１４】
自動車用の懸架ばねであることを特徴とする請求項１２に記載のコイルばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルばね用線材およびこのコイルばね用線材を用いたコイルばねに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の燃費向上を実現するための一つの方策として、各種部品の軽量化が追求されている。例えば、エンジンブロックの材料として、鋳鉄の代わりにアルミニウム合金が使われ、エンジンカバーやオイルパンの材料として、鋼の代わりにマグネシウム合金が使われるとともに、フレームやボディの材料として、ＣＦＲＰ（Carbon  Fiber  Reinforced  Plastics）の採用が始まりつつある。
【０００３】
近年、自動車の軽量化という観点から、例えばサスペンション用の懸架ばねなどのコイルばねを軽量化することが検討されている。コイルばねなどの弾性部材を軽量化することが可能な弾性部材用線材として、中空の線材や、比重の軽いチタン線材、前述の線材と比して軽量効果が高い炭素繊維などの強化繊維を用いて形成されている繊維強化プラスチックを用いた弾性部材用線材が挙げられる（例えば、特許文献１〜４を参照）。
【０００４】
特許文献１には、可撓性を有する芯線と、芯線の軸方向に対する角度が１５°〜８０°、または−８０°〜−１５°となるように巻回されてなる補強繊維層と、芯線と補強繊維層とを結合する熱硬化性樹脂マトリックスからなる弾性部材用線材を用いたコイルばねが記載されている。しかしながら、特許文献１が開示する弾性部材用線材は、芯材に中実の金属を用いているため、軽量化率は小さかった。
【０００５】
これに対し、ねじり応力に対する強度を向上させる技術として、特許文献２には、芯材の軸心方向に対して所定の角度で繊維を芯材に巻き付けた弾性部材用線材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−２８０２９号公報
【特許文献２】特開２００６−２２６３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２が開示する弾性部材用線材は、小さなコイルばねについて実施例が記載されているが、例えば、自動車用の懸架ばねなどに用いるには大きな耐荷重に対応できる線材径もコイル寸法も大きなコイルばねが必要となり、コイルばねが圧縮されて加わるねじり荷重によっておこる線材の縮径による破壊については考慮されておらず、芯材の材質によっては縮径し強度も剛性率も低いものとなって使用できる特性を有するものとはならなかった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、軽量化しつつ、強度を向上することができるコイルばね用線材およびコイルばねを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るコイルばね用線材は、コイルばねを作製するためのコイルばね用線材であって、長尺の部材を用いて形成された螺旋状をなす芯材と、前記芯材に巻回してなる強化繊維を有し、前記芯材の外表面を覆うＦＲＰ層と、を備え、前記芯材および前記強化繊維は、巻回する方向が、当該コイルばね用線材の中心軸に対して互いに反対方向であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るコイルばね用線材は、上記の発明において、前記強化繊維は、少なくとも外表面の前記強化繊維の前記芯材に対して巻回する方向が、外部から加わる荷重であって当該弾性部材用線材にねじり応力を加える荷重に応じて当該コイルばね用線材に印加される引張り荷重の方向に沿った方向であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るコイルばね用線材は、上記の発明において、前記芯材は、巻回の中心軸と巻回方向とのなす角度が一定であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るコイルばね用線材は、上記の発明において、前記芯材は、長尺の帯状の部材を螺旋状に巻回してなり、長手方向に沿って形成される間隔が、前記帯状の部材の幅より小さいことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るコイルばね用線材は、上記の発明において、前記芯材は、鉄鋼材、またはアルミニウム、マグネシウムもしくはチタンを主成分とする合金、またはＦＲＰを用いて形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るコイルばね用線材は、上記の発明において、前記長尺の部材を用いて形成された芯材は、該芯材の長手方向からみた外周のなす形状が矩形、円、楕円状または多角形状をなすことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るコイルばね用線材は、上記の発明において、前記長尺の部材は、長手方向と直交する断面が矩形、円、楕円状または多角形状をなすことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るコイルばね用線材は、上記の発明において、樹脂を主成分とし、前記芯材の内部に設けられてなる充填材を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るコイルばね用線材は、上記の発明において、前記芯材と前記強化繊維との間に設けられた電蝕防止部を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るコイルばね用線材は、上記の発明において、前記ＦＲＰ層は、前記強化繊維同士を固定する熱硬化性樹脂を含み、前記芯材は、外表面に前記熱硬化性樹脂との接着性を向上させる表面処理が施されていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係るコイルばね用線材は、上記の発明において、前記強化繊維は、前記芯材に対する周回方向に沿って連続していることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係るコイルばねは、上記の発明に係るコイルばね用線材を巻回してなることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係るコイルばねは、上記の発明において、圧縮コイルばねであることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係るコイルばねは、上記の発明において、自動車用の懸架ばねであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、コイルばね用線材を用いて作製したコイルばねにおいて、軽量化しつつ、強度を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係るコイルばねの構成を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態に係るコイルばねの要部の構成を説明する模式図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態に係るコイルばねの要部の構成を説明する模式図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態に係るコイルばねの要部の構成を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態に係るコイルばね用線材の構成を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の一実施の形態に係るコイルばね用線材の製造方法を説明する図である。
【図７】図７は、本発明の一実施の形態に係るコイルばね用線材の製造方法を説明する図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態の変形例に係るコイルばねの構成を示す模式図である。
【図９】図９は、本発明の実施例に係る気孔率について説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。なお、図面は模式的なものであって、各部分の厚みと幅との関係、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合があり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる場合がある。
【００２６】
図１は、本発明の一実施の形態に係るコイルばねの構成を示す模式図である。図２は、本発明の一実施の形態に係るコイルばねの要部の構成を示す模式図である。図３は、本発明の一実施の形態に係るコイルばねの要部の構成を示す模式図であって、線材の中心軸方向からみた平面図である。コイルばね１は、芯材に繊維を巻き付けてなる線材を螺旋状に巻くことによって作製される。コイルばね１は、所定の方向（例えば、巻回する方向）に圧縮されるものである。コイルばね１は、例えば、自動車のサスペンション用の懸架ばねとして用いられる。
【００２７】
コイルばね１は、金属、合金または繊維強化プラスチック（Fiber  Reinforced  Plastics：ＦＲＰ）を用いて形成された芯材１０と、芯材１０に巻き付けられる複数の強化繊維１２を含み、該芯材１０を覆うＦＲＰ層１１とを有し、螺旋状をなす。コイルばね１は、懸架ばねとして用いる場合の強度として、その線材の剛性率が１０ＧＰａ以上であり、静的ねじり強度が５００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００２８】
芯材１０は、長尺の帯状部材を螺旋状に巻回してなるスパイラルチューブである。芯材１０は、例えば、アルミニウム、マグネシウムまたはチタンを主成分とする合金などの軽量な合金、ＦＲＰで形成される。より具体的に、例えば、アルミニウム合金としては、２０００系、５０００系、６０００系、７０００系のアルミニウム合金がある。ＦＲＰに用いられる強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維であるアラミド繊維、および玄武岩繊維であるバサルト繊維から選択される少なくとも一つの繊維が用いられ、芯材としての強度を付与する点で炭素繊維およびガラス繊維であることが好ましい。また、スパイラルチューブは中実芯よりも軽量であるため、鉄鋼材や、硬鋼線のように重量の大きな金属も使用できる。本実施の形態では、芯材１０を構成する帯状部材の断面（延伸方向と直交する断面）が矩形（長方形）をなすものとして説明するが、円をなすものや、楕円状、多角形状（正方形を含む）をなすものであってもよい。換言すれば、長尺の帯状部材は、長手方向と直交する断面が矩形（長方形）をなすものとして説明するが、円をなすものや、楕円状、多角形状（正方形を含む）をなすものであってもよい。芯材１０の形状については後述する。
【００２９】
芯材１０が鉄鋼材や、硬鋼線、アルミニウム、マグネシウムまたはチタンを主成分とする合金などの軽量な合金を用いて形成されている場合、芯材１０は、中心軸Ｎ１と直交する方向からみて、スパイラルチューブの巻回角度が中心軸Ｎ１に対して上向きでは２０°〜８５°、または下向きでは−８５°〜−２０°の範囲のいずれかの角度となるように巻回されている。また、例えば、芯材１０がＦＲＰを用いて形成されている場合、芯材１０は、スパイラルチューブの巻回角度が中心軸Ｎ１に対して上向きでは４５°〜８０°、または下向きでは−８０°〜−４５°の範囲のいずれかの角度となるように巻回されている。芯材１０は、巻回の中心軸Ｎ１方向からみて外周のなす形状が円をなすものとして説明するが、矩形、楕円状または多角形状をなすものであってもよい。
【００３０】
なお、芯材１０は、部分的に中心軸Ｎ１に対する巻回方向の角度が異なっていてもよいが、一定の角度で巻回されることが好ましい。ここでいう「一定の角度」とは、製造上における巻付け角度の誤差を含んでいる。
【００３１】
また、芯材１０は、内部において、防錆処理が施されていてもよい。具体的には、芯材１０の内部側に防錆剤を塗布することにより防錆処理が施される。また、芯材１０は、外周が、絶縁材料からなる樹脂またはＦＲＰからなる被覆層を有していてもよい。
【００３２】
また、芯材１０は、内部に樹脂製の芯が設けられていてもよいし、内部に樹脂が充填されていてもよいし、両端の開口を塞ぐ蓋が設けられていてもよい。これにより、芯材１０の内部への異物の進入を防止することができる。
【００３３】
本実施の形態に係るコイルばね１は、図３に示すように、芯材１０の外周のなす径（外径）をＲ1、ＦＲＰ層１１の外周のなす径、すなわちコイルばね用線材１の外径をＲ2としたとき、Ｒ1／Ｒ2が、０＜Ｒ1／Ｒ2＜０．８を満たすことが、コイルばね１を軽量化と強度を向上させる点で好ましい。
【００３４】
ＦＲＰ層１１は、複数の強化繊維１２を芯材１０に巻き付けることによって形成された層をなす。強化繊維１２としては、炭素繊維、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維であるアラミド繊維、および玄武岩繊維であるバサルト繊維から選択される少なくとも一つの繊維が用いられる。
【００３５】
ＦＲＰ層１１において、少なくとも一部の強化繊維１２（隣り合う強化繊維）同士は、熱硬化性樹脂により互いに固着されている。すなわち、ＦＲＰ層１１は、上述した複数の強化繊維１２と、該強化繊維１２同士を固定する熱硬化性樹脂とを含んでいる。熱硬化性樹脂としては、芯材１０および強化繊維１２の融点より低い温度の熱により硬化する樹脂、例えばエポキシ樹脂が挙げられる。なお、熱硬化性樹脂に代えて、熱可塑性樹脂を用いてもよい。
【００３６】
ＦＲＰ層１１における強化繊維１２は、繊維を一本ずつ芯材１０に巻き付けるものであってもよいし、複数の繊維を束にして、複数束を芯材１０に巻き付けるものであってもよい。いずれの巻き付けにおいても、各繊維の巻付け方向は揃っている。また、シート状をなす繊維束を、繊維の長手方向を揃えて芯材１０の外表面に設けるようにしてもよい。また、線材の径方向には、一本または複数本の強化繊維が巻き付けられている。
【００３７】
また、強化繊維１２が、螺旋状に延びる線材の一端から他端にかけて連続していることが、コイルばね１（ＦＲＰ層１１）の強度を向上させる点で好ましい。強化繊維１２が不連続の場合、外部から加わる荷重を線材全体で負担できず、不連続部分に応力が集中して線材の破壊の起点となりやすい。強化繊維１２が線材の一端から他端にかけて連続する場合、各強化繊維１２が、線材の一端から他端にかけて螺旋状に延び、芯材１０に対する周回方向に沿って連続していることになる。なお、芯材１０を構成する材料として強化繊維を用いる場合も同様に、線材の一端から他端にかけて連続していることが好ましい。
【００３８】
また、強化繊維１２が芯材１０に巻き付けられた巻付け方向（強化繊維１２が巻回する方向：図２の巻付け方向Ｙ１）は、例えば、芯材１０の巻回角度が２０°〜８５°の範囲の角度である場合、強化繊維１２の巻付け方向が、−９０°〜０°の範囲のいずれかの角度、望ましくは−４５°近傍となるように巻き付けられている。これに対し、芯材１０の角度が−８５°〜−２０°の範囲の角度である場合、強化繊維１２の巻付け方向が、０°〜９０°の範囲のいずれかの角度、望ましくは＋４５°近傍となるように巻き付けられている。
【００３９】
強化繊維１２は、少なくとも外表面の強化繊維１２の巻付け方向Ｙ１が、外部から荷重が加わった際に、線材に加わる荷重である引張り荷重および圧縮荷重のうち、引張り荷重の方向に沿った方向であることが好ましい。図４は、本発明の一実施の形態に係るコイルばね用線材の要部の構成を示す模式図であって、コイルばね用線材１にねじり応力が加わった際に、線材の表面に加わる荷重を説明する図である。コイルばね用線材１に対し、該コイルばね用線材１の中心軸のまわりの荷重であって、互いに反対まわりの荷重Ｆ1，Ｆ2によるねじり応力が加わった場合、コイルばね用線材１の表面における矩形の微細領域Ｍでみると、該微細領域Ｍには、図４の（ａ）に示すせん断応力τ11，τ12，τ21，τ22が加わる。線材にせん断応力τ11，τ12，τ21，τ22が加わることは、換言すれば、図４の（ｂ）に示すような引張り荷重ＦTと、圧縮荷重ＦCとが微細領域Ｍに加わることになる。コイルばね１は、圧縮によりねじりの方向が一方向である片振り応力が加わるものであり、引張り荷重ＦTは、一方向のみとなる。これに対し、トーションバーなどの両振り応力が加わるものは、荷重Ｆ1，Ｆ2とは逆回りのねじり応力も加わるため、引張り荷重ＦTと、引張り荷重ＦTと直交する引張り荷重の二方向の引張り荷重が加わることとなる。
【００４０】
本実施の形態に係るコイルばね１は、芯材１０の巻回方向が引張り荷重と反対方向に沿って巻回され、強化繊維１２の巻回方向が引張り荷重の方向に沿って巻回されていることが好ましい。強化繊維１２は、すべてが所定の方向に沿って（所定の巻回角度となるように）巻き付けられている。なお、強化繊維１２は、部分的に巻付け角度が異なっていてもよいが、一定の巻付け角度で芯材１０に巻き付けられることが好ましい。ここでいう「一定の巻付け角度」とは、製造上における巻付け角度の誤差を含んでいる。
【００４１】
また、コイルばね１は、線材の疲労強度を向上してサスペンションなどに用いるコイルばねの強度を確保するという観点で、その線材の剛性率が１０ＧＰａ以上５０ＧＰａ以下、および／または静的ねじり強度が５００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００４２】
本実施の形態に係るコイルばね１は、芯材１０および強化繊維１２において、巻回する方向が、コイルばね１の中心軸Ｎ１に対して互いに反対方向である、例えば一方が＋４５°であれば他方が−４５°となるように、互いに交差している。芯材１０および強化繊維１２が互いに交差することで、強化繊維１２の巻付け方向Ｙ１が、引張り荷重の方向に沿った方向である場合、強化繊維１２に引張り荷重ＦTが加わった場合、上述したようにＦＲＰ層１１は縮径する方向の荷重が加わることとなるが、芯材１０は巻回方向が強化繊維１２と逆であるため、芯材１０が拡径する方向に変形しようとする。これにより、ＦＲＰ層１１の縮径を抑制することができる。
【００４３】
図５は、コイルばね１を作製するための線材であるコイルばね用線材の構成を示す断面図である。同図に示すコイルばね用線材１００（以下、単に「線材１００」という）は、芯材１０と同じ材料からなり、帯状の部材を巻回してなるスパイラルチューブである円柱状の芯材１１０と、強化繊維１２と同じ繊維からなる強化繊維１１２を芯材１１０の外周に巻き付けてなるＦＲＰ層１１１とを備えた２層構造の円柱状をなす。芯材１１０に巻き付ける強化繊維１１２は、予め液状の熱硬化性樹脂を含浸していてもよいし、各々巻き付けた後に熱硬化性樹脂を含浸してもよい。強化繊維１１２の巻回方向Ｙ１０（巻回角度θ）は、上述した巻付け方向Ｙ１と同じである。
【００４４】
続いて、本実施の形態に係る線材１００の製造方法について、図６および図７を参照して説明する。図６および図７は、本発明の一実施の形態に係るコイルばね用線材の製造方法を説明する図である。
【００４５】
まず、芯材１１０について説明する。図６に示すように、芯材１１０は、帯状の部材を巻回してなるスパイラルチューブである。芯材１１０は、長手方向（巻回の中心軸方向）に沿って形成される間隔が、ゼロ（密に巻回されたもの）か、帯状の部材の幅より小さい。帯状部材同士の間隔は、芯材１０の強度を向上させるという観点で、帯状の部材の幅より小さいことが好ましい。
【００４６】
また、芯材１１０には、外表面が熱硬化性樹脂との接着性を向上させるための表面処理が施されていることが、芯材１１０とＦＲＰ層１１１との接着性を向上させる点で好ましい。この表面処理としては、薬品やブラストなどの物理的な方法による表面処理、プライマーやカップリング剤などによる表面被覆処理、プラズマや紫外線などによる浄化、活性化処理などが挙げられる。
【００４７】
また、芯材１１０には、残留応力を付与する処理が施されていることが、芯材１１０の強度を向上させる点で好ましい。この残留応力を付与する処理としては、ショットピーニング処理など、材料特性を変化させる処理としては、焼き入れ処理、焼き戻し処理、などが挙げられる。
【００４８】
その後、予め液状の熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維１１２を芯材１１０に巻き付ける（図７参照）。この際、中心軸Ｎ１０に対する芯材１１０の巻回方向Ｙ２１と、強化繊維１１２の巻回方向Ｙ２２とは、互いに異なっており、中心軸Ｎ１０に対して互いに反対方向となっている。巻回方向Ｙ２１は、上述した巻回方向Ｙ１０と同じである。
【００４９】
強化繊維１１２を巻回後、この線材を、強化繊維１１２の熱硬化性樹脂が硬化する温度以上であって、芯材１１０および強化繊維１１２の融点より低い温度で加熱する。加熱により熱硬化性樹脂が硬化することによって、隣り合う強化繊維１１２同士が固着される。
【００５０】
上述した処理によって、スパイラルチューブである芯材１１０と、複数の強化繊維１１２、および該強化繊維１１２同士を固着する熱硬化性樹脂とを含むＦＲＰ層１１１と、が形成され、図５に示す線材１００を得ることができる。
【００５１】
また、芯材１１０が螺旋状をなす中空の部材であるため、ＦＲＰ層に取り込まれた気泡を線材の内側からも除去することが可能であり、線材の気孔率を低減して、強度低下を引き起こす気泡の残存を少なくすることができる。
【００５２】
なお、強化繊維１１２を芯材１１０に巻き付ける方法として、例えば、フィラメントワインディング法（Filament  Winding）が挙げられる。なお、複数の繊維がシート状をなしている繊維束を用いる場合は、シートワインディング法（Sheet  Winding）により形成することも可能といえる。
【００５３】
この線材１００をコイル形状に巻回することによって、上述したコイルばね１を作製することができる。この線材１００は、上述したコイルばね１のほか、片振りの荷重（上述した引張り荷重）が加わる弾性部材として使用することも可能である。
【００５４】
以上説明した本発明の一実施の形態によれば、芯材１０とＦＲＰ層１１を備えたコイルばね用線材１において、芯材１０が、帯状の部材を巻回してなるスパイラルチューブであり、強化繊維１２が、芯材１０と交差するように巻回されるようにしたので、中空とすることで軽量化しつつ、強化繊維１２の巻回方向とは反対方向に巻回されてなる芯材１０により線材１の縮径によるＦＲＰ層１１の剪断破壊に対する強度を向上することができる。また、本実施の形態によれば、芯材１０を、帯状部材を巻回してなるスパイラルチューブとしたので、中実の棒材や、パイプと比して容易に屈曲させられるためにコイルばね用線材１の成形性を向上させることができる。一方、中実金属芯であると、曲げにくいため成形しにくく、いったん塑性変形するとへたったままになってしまい、中空でも同様に、成形時に折れ曲がり、成形不良となってしまう。
【００５５】
（実施の形態の変形例）
なお、ＦＲＰ層１１を形成する強化繊維１２がその一部でも導電性の繊維を含み、芯材１０が金属製である場合、芯材１０とＦＲＰ層１１との間に、絶縁性材料、例えば絶縁性のガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）層や、芯材１０の表面に形成した絶縁性の酸化被膜からなる電蝕防止層（電蝕防止部）を設けてもよい。図８は、本実施の形態の変形例に係るコイルばねの構成を示す模式図である。図８に示すコイルばね１ａは、芯材１０とＦＲＰ層１１との間に、絶縁性材料からなる電蝕防止層１３が設けられている。電蝕防止層１３は、例えば、絶縁性のＧＦＲＰ層、アルマイト層などの絶縁性の酸化被膜で形成される。電蝕防止層１３の厚さ（芯材１０の径方向の厚さ）は絶縁性が確保できればよく、例えばＧＦＲＰ層では０．１ｍｍ程度でも十分効果が得られる。電蝕防止層１３の形成により、芯材１０の電蝕による劣化を防止することができる。さらに、電蝕防止層１３の形成により防錆効果を得ることができる。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明に係るコイルばね用線材の実施例について説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。まず、本実施例に係る試験内容について説明する。
【００５７】
（ねじり強度試験）
ひずみゲージを貼付し、線材の中心軸のまわりの回転速度を０．３°／秒としてねじり試験を行った。本ねじり試験により、コイルばね用線材（炭素繊維）の静的ねじり強度を求めた。
【００５８】
（剛性率）
上述したねじり試験により得られた応力−ひずみ線図の傾きをもとに、剛性率を算出した。
【００５９】
（気孔率）
拡大鏡を用いてコイルばね用線材の断面を撮影し、ＦＲＰ層の気孔率を測定した。図９は、本発明の実施例に係る気孔率について説明する模式図である。図９に示すように、内側気孔率として領域Ｒ3の気孔率を測定し、外側気孔率として領域Ｒ4の気孔率を測定した。
【００６０】
（コイリング性）
コイリング（巻回）のし易さ、断面形状および巻径の安定性を以下のように評価した。
◎：容易にコイリングでき、かつ樹脂硬化／脱型後の線材断面形状が一定
○：コイリング時に若干抵抗があり、かつ樹脂硬化／脱型後の線材断面形状が一定
△：コイリング時に抵抗があり、かつ樹脂硬化／脱型後の線材断面形状が一定
×：コイリング時に抵抗があり、かつ樹脂硬化／脱型後の線材断面形状が変形または拡大
【００６１】
（圧縮後のへたり評価）
線材同士が密着するまで圧縮し、開放時に元の高さまで戻るかを確認することでへたり評価を行った。
【００６２】
続いて、本実施例に係るコイルばね用線材の製造方法および構成について説明する。
【００６３】
（実施例１）
マンドレルとして、厚さが１ｍｍの硬鋼線を、長手方向に沿って巻いて外径φ７ｍｍのスパイラルチューブを作製した。この硬鋼線は、φ３ｍｍの硬鋼線材を圧延して厚さを１ｍｍとしたものを用いた。この際、スパイラルチューブの巻回の中心軸と巻回方向とのなす角度は約−７０°とした。これを長さ３０００ｍｍに切断し実施例１の芯材とした。
【００６４】
次に、この芯材に対しＦＲＰ層を形成した。具体的には、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂と、架橋剤との混合液を含浸させた炭素繊維の繊維束を、繊維束の延伸方向が芯材の長手方向に対して＋４５°をなす状態を維持しながら、芯材の一方の端部から他方の端部まで隙間なく巻き付けていき、線材の外径が均一な約φ１８ｍｍの未硬化の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）線材を成形した。次にφ１８ｍｍのコイルばね用線材を螺旋状に溝がほられた型に巻回してコイルばねを成形した。また、これとは別に、特性測定用線材として外径約φ１４ｍｍの未硬化のＣＦＲＰ線材を成形した。その後、オーブンで線材に引張り荷重≒５００グラムを加えながら１００°で加熱した後１５０°で加熱硬化させた。これにより本実施例１のコイルばねと特性測定用のコイルばね用線材を得た。表１に、実施例１に係るコイルばねとコイルばね用線材の構成および試験結果を示す。なお、ねじり強度試験、剛性率、気孔率は、φ１４ｍｍの特性測定用のコイルばね用線材を用いて測定を行った。
【表１】
2017082967.tif 000003
【００６５】
（実施例２）
スパイラルチューブの巻回の中心軸と巻回方向とのなす角度を約−５０°とした以外は実施例１と同様にして実施例２のコイルばね用線材を得た。表１に、実施例２に係るコイルばね用線材の構成および試験結果を示す。
【００６６】
（実施例３）
ＦＲＰ層の熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂に代えて熱可塑性樹脂であるポリプロピレン樹脂とし、コイルばね用線材を螺旋状に溝がほられた型に巻回してコイルばねを成形する際にコイルばね用線材は予め樹脂が軟化する温度を一定の温度（約１５０℃）にして加熱した以外は実施例１と同様にして実施例３のコイルばね用線材を得た。表１に、実施例３に係るコイルばね用線材の構成および試験結果を示す。
【００６７】
（実施例４）
ＦＲＰ層の熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂に代えて熱可塑性樹脂であるポリプロピレン樹脂とし、コイルばね用線材を螺旋状に溝がほられた型に巻回してコイルばねを成形する際にコイルばね用線材は予め樹脂が軟化する温度を一定の温度（約１５０℃）にして加熱した以外は実施例２と同様にして実施例４のコイルばね用線材を得た。表１に、実施例４に係るコイルばね用線材の構成および試験結果を示す。
【００６８】
（実施例５）
フィラメントワインディング機に取り付けるマンドレルとして、厚さが１ｍｍの炭素強化繊維プラスチック（ＣＦＲＰ）を、長手方向に沿って巻いてなる外径φ７ｍｍのスパイラルチューブを作製し、長さ３０００ｍｍに切断して芯材とした以外は実施例１と同様にして実施例５のコイルばね用線材を得た。この際、スパイラルチューブの巻回の中心軸と巻回方向とのなす角度は約−６０°とした。表１に、実施例５に係るコイルばね用線材の構成および試験結果を示す。
【００６９】
（実施例６）
実施例５で作製したコイルばね用線材に対し、内部に異物侵入防止用にポリプロピレン（ＰＰ）製の樹脂芯を挿入して実施例６のコイルばね用線材を得た。表１に、実施例６に係るコイルばね用線材の構成および試験結果を示す。
【００７０】
（比較例１）
マンドレルとして外径φ７ｍｍの５０００系アルミニウム材料製の丸棒を芯材として用いた。その他の条件は、実施例１と同様にして、比較例１のコイルばね用線材を得た。表１に、比較例１に係るコイルばね用線材の構成および特性を示す。
【００７１】
（比較例２）
マンドレルとして外径φ７ｍｍの純アルミニウム材料製の丸棒を芯材として用いた。その他の条件は、実施例１と同様にして、比較例２のコイルばね用線材を得た。表１に、比較例２に係るコイルばね用線材の構成および特性を示す。
【００７２】
（比較例３）
マンドレルとして外径φ７ｍｍの５０００系アルミニウム材料製の丸棒を芯材として用いた。その他の条件は、実施例３と同様にして、比較例３のコイルばね用線材を得た。表１に、比較例３に係るコイルばね用線材の構成および特性を示す。
【００７３】
（比較例４）
マンドレルとして外径φ７ｍｍの純アルミニウム製の丸棒を芯材として用いた。その他の条件は、実施例４と同様にして、比較例４のコイルばね用線材を得た。表１に、比較例４に係るコイルばね用線材の構成および特性を示す。
【００７４】
（比較例５）
マンドレルとして外径φ７ｍｍ、厚さ１ｍｍの筒状の純アルミニウム製のパイプを芯材として用いた。その他の条件は、実施例１と同様にして、比較例５のコイルばね用線材を得た。表１に、比較例５に係るコイルばね用線材の構成および特性を示す。
【００７５】
（比較例６）
マンドレルとして外径φ７ｍｍのポリプロピレン（ＰＰ）製の丸棒を芯材として用いた。その他の条件は、実施例１と同様にして、比較例６のコイルばね用線材を得た。表１に、比較例６に係るコイルばね用線材の構成および特性を示す。
【００７６】
（比較例７）
マンドレルとして外径φ７ｍｍ、厚さ１ｍｍの筒状のポリプロピレン（ＰＰ）製のパイプを芯材として用いた。その他の条件は、実施例１と同様にして、比較例７のコイルばね用線材を得た。表１に、比較例７に係るコイルばね用線材の構成および特性を示す。
【００７７】
次に、本実施例に係るコイルばね用線材の特性について説明する。実施例１〜４に係るコイルばね用線材は、アルミニウム材料からなる丸棒を芯材としたもの（比較例１〜４）と比して、ねじり強度および剛性率がそれぞれほぼ同等であり、線材として高強度であるといえる。また、コイリング性は良好で容易に巻回が可能で、アルミニウム製の丸棒を用いた比較例１〜４の線材は変形しにくく巻回が困難であった。一方、ＰＰ丸棒を芯材とした比較例６のコイリング性は良好であるが線材の剛性率及びねじり強度は低い値を示した。また、パイプ状の芯を用いたもの（比較例５，７）はコイリング時に線材が折れ曲がり整形不良となった。さらに、実施例１〜６の気孔率は、内側気孔率、外側気孔率ともに比較例１〜４，６よりも低く、スパイラルチューブを芯材として用いることで、気泡の残存を低減することができた。
【００７８】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。
【００７９】
以上のように、本発明に係るコイルばね用線材およびコイルばねは、軽量化しつつ、強度を向上するのに好適である。
【符号の説明】
【００８０】
１  コイルばね用線材
１０  芯材
１１  繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）層
１２  強化繊維
１３  電蝕防止層
【図１】
2017082967.tif 000004
【図２】
2017082967.tif 000005
【図３】
2017082967.tif 000006
【図４】
2017082967.tif 000007
【図５】
2017082967.tif 000008
【図６】
2017082967.tif 000009
【図７】
2017082967.tif 000010
【図８】
2017082967.tif 000011
【図９】
2017082967.tif 000012