(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレイダー装置を用いてブレイディング処理してなるＦＲＰブレイディング組織体であって、前記ＦＲＰブレイディング組織体は、軸線に対する組角度が±θ°で互いに交絡する組糸と、軸線に対する角度が０°の中央糸とを組み合わせ、前記ブレイディング期間中、前記組糸の組角度±θ°の値を変化させながら組織したものからなり、前記ＦＲＰブレイディング組織体を螺旋状に巻き成形して、前記組糸の組角度±θ°の値の変化に応じて、その巻き長さ方向に異なるバネ定数の部分を一体連続的に有するものからなることを特徴とするＦＲＰスプリング。
【請求項２】
前記ＦＲＰスプリングの巻き径が、当該スプリングの巻き長さ方向一端から他端にわたって同一径のものであることを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰスプリング。
【請求項３】
前記ＦＲＰスプリングの巻き径が、当該スプリングの巻き長さ方向一端から他端にわたって異なる径部分を有するものからなることを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰスプリング。
【請求項４】
前記ＦＲＰスプリングを構成するＦＲＰ線材の線径が、当該スプリングの巻き長さ方向一端から他端にわたって異なる径部分を有するものからなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のＦＲＰスプリング。
【請求項５】
前記ＦＲＰスプリングのためのＦＲＰブレイディング組織体が、中実状組織体でなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のＦＲＰスプリング。
【請求項６】
前記ＦＲＰスプリングのためのＦＲＰブレイディング組織体が、中空状組織体でなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のＦＲＰスプリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ブレイダー装置を用いてブレイディング処理することによって得られる繊維強化プラスチック(fiber reinforced plastics :以下、 ＦＲＰという）製のＦＲＰスプリングに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ＦＲＰ材料は、ガラス繊維、炭素繊維などの繊維素材を種々のプラスチックのマトリックスでかためて成形した複合材料であり、軽量で、強度が高く、且つ弾性率が高いという特性を有している。さらに、このＦＲＰ材料は、疲労強度が高く、振動減衰性にすぐれており、電気絶縁性が高いという特性を有している。さらにまた、このＦＲＰ材料は、耐薬品性，耐食性がよいなどのさまざまな特性を有するものである。この特性を生かして，航空宇宙、車輌、化学薬品、その他一般産業分野などに利用される可能性は多大であり、それらのためのＦＲＰ組成物構造材として極めて有効な素材であるものといえる。
【０００３】
この発明は、上記する諸特性を有するＦＲＰ材料によって、機械構造部材であるコイル状のスプリング（coiled helical springs）を成形しようとするものである。この発明において、前記コイル状のスプリングは、圧縮コイルバネ（compression coiled springs）、引張りコイルバネ（extension coiled springs）、 ねじりコイルバネ（torsion coiled springs）を含むものであり、さらに、形態的には、円筒型、円錐型、あるいは、渦巻き型などの異なる形態でなるものを含むものである。
【０００４】
従来、樹脂製のコイルスプリングは、シリコンチューブなどの方法により成形されている。これは、成形硬化時に樹脂のフローなどの問題で、Ｖｆ（樹脂含有率）があがらないという問題点が指摘されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明では、ブレイダー装置を用いてブレイディング処理してなるＦＲＰスプリングの製造にあたって、ブレイディング過程における組糸の組角度を変化させることによって、異なるバネ定数のコイルスプリングを設計可能になしたＦＲＰスプリングを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記する目的を達成するにあたって、具体的には、ブレイダー装置を用いてブレイディング処理してなるＦＲＰブレイディング組織体であって、前記ＦＲＰブレイディング組織体は、軸線に対する組角度が±θ°で互いに交絡する組糸と、軸線に対する角度が０°の中央糸とを組み合わせ、前記ブレイディング期間中、前記組糸の組角度±θ°の値を変化させながら組織したものからなり、前記ＦＲＰブレイディング組織体を螺旋状に巻き成形して、前記組糸の組角度±θ°の値の変化に応じて、その巻き長さ方向に異なるバネ定数の部分を一体連続的に有するものからなることを特徴とするＦＲＰスプリングを構成するものである。
【０００７】
さらにまた、この発明において請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＦＲＰスプリングであって、当該ＦＲＰスプリングの巻き径が、当該スプリングの巻き長さ方向一端から他端にわたって同一径のものであることを特徴とするものである。
【０００８】
さらにまた、この発明において請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のＦＲＰスプリングであって、当該ＦＲＰスプリングの巻き径が、当該スプリングの巻き長さ方向一端から他端にわたって異なる径部分を有するものからなることを特徴とするものである。
【０００９】
さらにまた、この発明において請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のＦＲＰスプリングであって、当該ＦＲＰスプリングを構成するＦＲＰ線材の線径が、当該スプリングの巻き長さ方向一端から他端にわたって異なる径部分を有するものからなることを特徴とするものである。
【００１０】
さらにまた、この発明において請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のＦＲＰスプリングであって、前記ＦＲＰスプリングのためのＦＲＰブレイディング組織体が、中実状組織体でなることを特徴とするものである。
【００１１】
さらにまた、この発明において請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のＦＲＰスプリングであって、前記ＦＲＰスプリングのためのＦＲＰブレイディング組織体が、中空状組織体でなることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明になるＦＲＰスプリングについて、図面に示す具体的な実施例にもとづいて詳細に説明する。図１は、この発明になるＦＲＰスプリングを製造するための具体的な装置例を示す概略的な側面図であり、図２は、この発明になるＦＲＰスプリングの具体的な実施態様例を示すものであって、図２Ａは、当該ＦＲＰスプリングの基本構成を示す概略的な側面図、図２Ｂおよび図２Ｃは、図２ＡにおけるＸ−Ｘ線に沿って断面にして示すものであり、中実組紐組織体１０Ａの例と、中空組紐組織体１０Ｂの例とを示す断面図である。一方、図２Ｄ、図２Ｅおよび図２Ｆは、当該コイルスプリングの巻径の異なる態様を示す概略図である。
【００１３】
一方また、図３は、ブレイダー装置によって製織される組紐組織体の基本的構成を示す概略的な斜視図である。また、図４は、この発明になるＦＲＰスプリングのための組紐組織体を製織するための多連式ブレイダー装置の基本構成の一例を示す概略的な側断面図である。
【００１４】
まず、図４に基づいて、多連式ブレイダー装置の一構成例について説明する。図４において、多連式ブレイダー装置は、マンドレル自動供給装置（図示せず）と、縦型の複数のブレイダーユニットＢＲと、ラッピング装置ＲＡと、振れ防止具Ｏｓと、プリフォーム自動取出し装置Ｐｕとを、図中右側から順番に直列に配置してある。
【００１５】
前記ブレイダーユニットＢＲは、図４に示すように、マンドレルＭのまわりに組紐組織層２を形成するための組糸Ｙ（４、４）および中央糸ｙ（５）を繰り出すものである。この発明において、ＦＲＰスプリングのための線材が、中空組紐組織体１０Ｂでなる場合には、前記マンドレルＭが用いられ、ＦＲＰスプリングのための線材が、中実組紐組織体１０Ａでなる場合には、前記マンドレルＭは不要である。
【００１６】
前記ブレイダーユニットＢＲは、マンドレルＭが通過する中心孔２１ａを有し且つ中心孔２１ａの外側に形成した波形の環状軌道（図示せず）の２条を有する垂直な軌道面２１と、これら環状軌道に案内されて相互に逆方向へ走行する２群の多数のボビンキャリアー２２と、軌道面２１から立設したボビンスタンドと、軌道面２１の環状軌道に囲まれた中心から立設した複数本の中央糸供給用の筒体２３とを備えている。
【００１７】
前記ボビンキャリアー２２は、マンドレルＭの表面で組角度±θ°で斜めに交差する組糸Ｙ、Ｙ（４、４）を繰り出すためのものであり、組糸Ｙを巻いた組糸用ボビンＢがセットされる。前記ボビンスタンドは、マンドレルＭの表面にマンドレルの長手方向に沿わせて中央糸ｙ（５）を繰り出すためのものであり、中央糸ｙを巻いた中央糸用ボビンｂがセットされる。前記組糸Ｙ並びに中央糸ｙは、熱硬化性の樹脂を予め含浸した強化繊維が用いられる。
【００１８】
マンドレルＭは、図４中、右側のチャック（図示せず）で一定速度でおくられながら、表面に複数本の組糸Ｙ、Ｙが交差するように巻き付けられ、これに中央糸ｙが組み合わされ組紐組織層２が形成される。
【００１９】
一方、前記ラッピング装置ＲＡは、後端（図４中、左端）のブレイダーユニットＢＲの次に縦向きに配置されるものであり、マンドレルＭが通過する中心孔２４ａを有する大ギヤー２４と、この大ギヤー２４を回転自在に支持する複数個の支持ギヤー２５と、前記大ギヤー２４を強制回転させるためのギヤー付きモーター２６と、前記大ギヤー２４に取付けたテープ巻出具１８とを備えている。前記テープ巻出具１８は、テープ１３を巻いたテープリール１７が交換可能に装着される。前記テープ１３は、熱収縮性のテープが用いられ、テープリール１７から繰り出され、ガイドローラおよびテンションローラで案内されマンドレルＭの組紐組織体１０の表面に巻き付けられ、硬化前の組紐組織体１０を締めつけ、且つ、保護する。
【００２０】
前記ラッピング装置ＲＡは、組紐組織体１０の表面に巻き付けるテープ１３の張力を調節するために、テンション調節手段（図示せず）を備えている。テンション調節手段は、マンドレルＭの外径や送り速度あるいはテープ１３の厚みや巻き付け速度などの条件が異なる場合でも、適切なテープ張力を維持して、過張力によるテープ切れを極力少なくすることができる。
【００２１】
前記振れ防止具Ｏｓは、ラッピング装置ＲＡの次に配置されるものであり、相互に接近する方向へ押圧された振れ防止ローラ２７、２７の二組を備えている。この振れ防止具Ｏｓは、各組のローラ２７、２７でマンドレルＭの蛇行を防止するものである。前記プリフォーム自動取出し装置Ｐｕは、振れ防止具Ｏｓを出たマンドレルＭの先端を把持しつつ、マンドレルＭを前方へ引き出すためのチャック２８を備えている。
【００２２】
次いで、この発明になる組紐組織体の基本的構造について、図３に示す基本的な構成例にもとづいて詳細に説明する。図３に示す基本組織体１は、この発明の基本構成を特徴付けるべく、円筒状（パイプ状）組成体を、１層の組物層２に組成した概略図であって、本来は、当該組物層を複数層積層状に組織して組紐組織体１０を組成するものである。
【００２３】
図３に示す例において、前記組物層２は、軸線に対する組角度が±θ°の組糸４、４と、軸線に対する角度が０°の中央糸５によって組織されるものである。これらの組糸４、４と中央糸５とは、マンドレルｍ（中実体の場合はマンドレルを用いない）のまわりに選択的に組み合わされ、マンドレルｍに沿って組紐組織体１０として製織される。
【００２４】
この発明になるＦＲＰスプリングを製造するには、予め樹脂が含浸された強化繊維をブレイダー装置ＢＲにセットし、ブレイディングによって組紐組織体１０を製織するブレイディング工程１１と、前記組紐組織体１０を製織しながら前記組紐組織体１０のまわりに連続的に熱収縮テープ１３を巻き付けるラッピング工程１２と、ラッピングされた組紐組織体１４を螺旋状に巻き付け、硬化してコイル状スプリング組織体ＣＳに成形するコイル成形工程１５とを含むものからなっている。
【００２５】
この発明によれば、前記ブレイディング工程１１においては、ガラス、カーボン、有機繊維を利用して、予め樹脂（熱硬化性樹脂）が含浸された強化繊維をブレイダー装置ＢＲにセットし、ブレイディングによって組紐組織体１０を製織する。さらに、本発明では、組糸４ 、４の組角度±θ°を変えることによって、例えば、組角度１０°の組紐組織体１０によって成形されるコイルバネと、組角度４５°の組紐組織体１０によって成形されるコイルバネとを比較した場合、コイル素線自体のせん断弾性係数Ｇが変化することにより、同じ線径ｒ、同じ捲き径Ｒ、同じ捲き数、同じ捲きピッチにしても、仕上がりにおけるコイルスプリングＣＳのバネ定数（バネ特性）を変えることができる。換言すれば、組糸４ 、４の組角度±θ°だけを変化させることによって、異なるバネ定数のコイルスプリングＣＳを設計することができる。
【００２６】
さらに、この発明では、上記する原理を利用してブレイディング工程中、前記組糸４、４の組角度±θ°を変更しながら組紐組織体１０を製織し、当該組紐組織体１０によって当該スプリングの巻き長さ方向に異なるバネ定数の部分を一体連続的に有する非線形バネを製造することができる。このような非線形バネを金属製バネとして形成する場合には、不等ピッチコイルバネとするか、あるいは、当該スプリングの巻き長さ方向に異なる捲き径Ｒにするかの手段によって形成される。しかしながら、この作製は極めて困難であり、且つ、不等ピッチコイルバネの場合は、ピッチを変化させて作製するため、バネ自体の自由長が長くなるという難点を有している。
【００２７】
一方、前記ラッピング工程１２は、前記組紐組織体１０を製織しながら前記組紐組織体１０のまわりに連続的に熱収縮テープ１３を巻き付ける工程である。このラッピング工程１２では、熱収縮テープ１３を収容するリール１７を前記組紐組織体１０のまわりに回転させ、該熱収縮テープ１３の捲きテンション, 捲きピッチを変化させて、製織された組紐組織体１０をラッピングする。このラッピングによって、樹脂が適度にフローして適度のＶｆ（樹脂含有率）を得ることができ、これにより, 材料自体の機械的特性があがる。また、該熱収縮テープ１３の捲きテンション, 捲きピッチを変化させることによって、種々のスプリング形状、機械的特性を作りだすことができる。
【００２８】
上記ラッピング工程１２の後、ラッピングされた組紐組織体１４は、螺旋状溝１６ａを備えたコイル成形ドラム１６に巻き付けていく。すなわち、コイル形状作製までの全てが、連続的に自動化でき、量産性が良くなる。その後、コイル成形ドラム１６ごと乾燥炉にて硬化させる。硬化後、ドラムを脱走芯し、熱収縮テープを取り除いて、ＦＲＰ製のコイルスプリングＣＳを得る。
【００２９】
この発明において、前記ＦＲＰ製のコイルスプリングＣＳに関して、前記ＦＲＰスプリングのバネ定数を規定する要因は、前記組糸の組角度±θ°の値に応じたものであり、前記組糸の組角度±θ°の値に応じて、当該スプリングの巻き長さ方向に異なるバネ定数の部分を一体連続的に有するコイルスプリングＣＳをも製作することができる。さらに、この発明は、当該ＦＲＰスプリングの巻き径が、当該スプリングの巻き長さ方向一端から他端にわたって同一径Ｒのものであてもよいし (図２Ｄ参照）、当該スプリングの巻き長さ方向一端から他端にわたって段階的に異なる径部分Ｒ１ 、Ｒ２ を有するものであってもよいし（図２Ｅ参照）あるいは、一端の径Ｒ３から他端の径Ｒ４間において連続的に径変化するものであってもよい（図２Ｆ参照）。さらにまた、この発明になるコイルスプリングＣＳのための組紐組織体１０は、図２Ｂに示すような中実組紐組織体１０Ａによって構成することもでき、あるいは、図２Ｃに示すような中空組紐組織体１０Ｂによって構成することもできる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の構成になるこの発明のＦＲＰスプリングによれば、ブレイダー装置によるブレイディング工程において、軸線に対する組角度が±θ°の組糸と、軸線に対する角度が０°の中央糸とによって、組紐組織体１０を製織しながら、ラッピング工程において、熱収縮テープ１３をラッピング処理し、このラッピングされた組紐組織体１４を螺旋状に巻き上げ、これを硬化してＦＲＰ製コイルスプリングＣＳとする一連の製造過程において、組糸の組角度±θ°を変えることによって、他の要素（素線の径ｒ、捲き径Ｒ, 捲き数、捲きピッチ等）を変えることなく、異なったバネ定数のコイルスプリングを供すること、さらには、ブレイディング工程中、組糸の組角度±θ°を変更しながら組紐組織体１０を製織することによって、スプリングの巻き長さ方向に異なるバネ定数の部分を一体連続的にもった、所謂、非線形バネとして供することができる点において極めて有効に作用するものといえる。
【００３１】
さらに、この発明では、ブレイディングにより得られるＦＲＰ組織体を素線とするコイルスプリングを供するものであり、これは、軽量であり、強度並びに弾性率、さらには、電気絶縁性が高く、耐薬品性並びに耐蝕性に富むコイルスプリングを供し得るものであり、各種産業分野における機械構造部材として、その利用性は多大であり、その点において極めて有効に作用するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、この発明になるＦＲＰスプリングを製造するための具体的装置例を示す概略的な側面図である。
【図２】  図２は、この発明になるＦＲＰスプリングの具体的な態様を示すものであり、図２Ａは、当該ＦＲＰスプリングの基本構成を示す概略的な側面図、図２Ｂおよび図２Ｃは、図２ＡにおけるＸ−Ｘ線に沿った断面図であって、中実組紐組織体の例と、中空組紐組織体の例とを示す断面図であり、図２Ｄ、図２Ｅおよび図２Ｆは、当該コイルスプリングの巻径の異なる態様を示す概略図である。
【図３】  図３は、ブレイダー装置によって製織される組紐組織体の基本的構成を示す概略的な斜視図である。
【図４】  図４は、この発明になるＦＲＰスプリングのための組紐組織体を製織するための多連式ブレイダー装置の基本構成の一例を示す概略的な側断面図である。
【符号の説明】
１  基本組織体
２  組物層
４、４  軸線に対する組角度が±θ°の組糸
５  軸線に対する角度が０°の中央糸
１０  組紐組織体
１０Ａ  中実組紐組織体
１０Ｂ  中空組紐組織体
１１  ブレイディング工程
１２  ラッピング工程
１３  熱収縮テープ
１４  ラッピングした組紐組織体
１５  コイル成形工程
１６  コイル成形ドラム
ＢＲ  ブレイダーユニット
ＲＡ  ラッピング装置
Ｙ  組糸
ｙ  中央糸
Ｂ  組糸用ボビン
ｂ  中央糸用ボビン
ＣＳ  コイルスプリング
【図１】
0003760994.tif 000002
【図２】
0003760994.tif 000003
【図３】
0003760994.tif 000004
【図４】
0003760994.tif 000005