JPH01215533A - Ｆｒｐ製アーム部材 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は例えば自動車等車両のサスペンションアーム等
定まわり部品として好適なＦＲＰ製アーム部材に関し、
特に、その疲労寿命を増大させるための構造の改良に関
する。

（従来の技術） 近年、自動車等車両の構成部品は、軽量化の要請に伴い
、金属製ものからＦＲＰ　（繊維強化プラスチック）製
のものへと変わりつつある。このことは、サスペンショ
ンアーム等定まわり部品と用いられるアーム部材につい
ても同様であるが、この種のアーム部材はその長手方向
に圧縮及び引張の繰返し荷重を受けるので、この種のア
ーム部材なＦＲＰで形成する場合には、圧縮及び引張の
繰返し荷重に対する静的機械的強度及び疲労強度に優れ
た構造にする必要がある。

特開昭５６−１０１４１５号公報にはサスペンションア
ーム等定まわり部品として用いられるＦＲＰ製のアーム
部材が開示されている。この従来のＦＲＰ製アーム部材
は、第６図に示すように、耐圧縮性に優れたＦＲＰ製の
アーム本体１の長手圧縮製に優れたＦＲＰ繊維のアーム
本体Ｉの長手方向両端にそれぞれ取付用円孔２ａを有す
る端部材２を組み付けた状態でアーム本体１及び端部材
２の周囲にＦ　ＲＰｇＪの耐引張用外被層３を形成した
構成となっており、耐引張用外被層３は１例えばエポキ
シ樹脂等の熱硬化性樹脂をコートした炭素繊維等のフィ
ラメントをアーム本体ｌの長手方向に巻き付けて加熱硬
化させることにより、アーム本体１の両側面及び端部材
２の外側面に強固に固着形成されている。このような構
成により、軽量化と、アーム本体Ｉによる耐圧縮性の向
上と、耐引張用外被層３による耐久性の向上とが図られ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来のＦ　ＲＰ製アーム部材に対長手方向に引
張荷重が加わると、円孔２ａの真横付近からアーム部材
の端部までの領域内には長手方向の引張力Ｆが加わると
ともに円孔２ａは楕円変形させるような曲げ干−メント
Ｍが加わる。したがって、円孔２ａの真横付近では引張
応力の他に曲げモーメントにより曲げ応力が生じること
なる。

その場合１曲げ応力は円孔２ａの内面側で引張ひずみを
生じさせ、且つ、耐引張用外被層３の外側面側で圧縮ひ
ずみを生じさせるような分布となる。円孔２ａの真横付
近ではこのような曲げ応力分布に対し引張力による引張
応力が加算されるので、曲げ応力と引張応力とを加算し
た応力０の分布は第７図に示すような分布になる。すな
わち端部材２内及び耐引張用外被層３の内側面側では引
張応力が生じ、耐引張用外被層３の外側面側では圧縮応
力が生じる。

このように、従来のＦＲＰ製アーム部材においては、２
つの端部材２間に引張荷重が加わったときに、円孔２ａ
の真横付近では耐引張用外被層３の内部に引張応力と圧
縮応力とが生じるため、円孔２ａの真横付近の耐引張用
外被３内からの疲労破壊が起こりやすくなっており、疲
労寿命が低下する原因となっていた。

したがって、本発明の課題は、耐引張用外被層内に生じ
る応力を緩和させることにより、ＦＲＰ製アーム部材の
疲労寿命を増大させることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記課題を解決するために、本発明はＦＲＰ製のアーム
本体の長手方向両端にそれぞれ取付用田孔有する端部材
を組み付け、アーム本体の両側面及び端部材の外側面の
周囲にＦＲＰ製の耐引張用外被層を形成したＦＲＰ製ア
ーム部材において、少なくとも円孔の真横付近の領域に
おける耐引張用外被層を、内装と、該内層の補強繊維よ
りも線膨張係数の大きい補強繊維を有する外層とにより
形成した構成としである。

耐引張用外被層の内層の補強繊維としては引張荷重的線
膨張係数が小さい炭素繊維やアラミド繊維等を用いるこ
とができ、耐引張用外被層の外層の補強繊維としては比
較的繊維膨張係数が大きいガラス繊維やナイロン繊維等
を用いることができる。

以上の構成において、上記ＦＲＰ製アーム部材にあって
は、少な（とも円孔の真横付近の領域におけるＦＲＰ製
の耐引張用外被層が内層と該内層の補強繊維よりも繊維
膨張の大きい補強繊維を有する外層とにより形成される
ので、耐引張の内層及び外層を加熱硬化させたときに、
両者の繊維膨張係数の差により、耐引張用外被層の内層
側には圧縮残留ひずみを生じることになる。他方、耐引
張応性被層の外層側には引張残留ひずみが生じることに
なる。そして、これらの残留ひずみにより、２つの端部
部材に引張荷重が加わったときに円孔の真横付近の耐引
張用外被層も内側面側に生じる引張応力及び耐引張用外
被層の外側面側に生じる圧縮応力を緩・和することが可
能となる。この結果、ＦＲＰ製アーム部材の疲労強度が
高まり、疲労寿命が増大することとなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明す
る。

第１図ないし第４図は本発明を自動車用サスペンション
アームに適用した場合の第１実施例を示し・たものであ
る。これらの図を参照すると、サスペンションアームと
して用いられるＦＲＰ製アーム部材１０は耐圧縮性に優
れたＦＲＰ性のアーム本体１１と、アーム本体１１の両
端にそれぞれ組み付けられる２つの端部材１２と、アー
ム本体ｌ１の両側面及び２つの端部材１２の外側を包囲
するようにアーム本体１１及び端部材１２の周囲に形成
されたＦＲＰ性の耐引張用外被層１３とを備えている。

上記アーム本体１１は、第２図に示すように。

ここでは、角バイブ状に形成されており、その長手方向
両端は平坦面とされている。また、端部材１２はアーム
本体１１の端面に当接される平坦な端面１２ａを有して
おり、その端面１２ａにはアーム本体１１の端部の開口
に嵌合する嵌合部１２ｂが形成されている。そして、端
部材１２にはそれぞれ取付用円孔１２ｃが形成されてお
り、２つの端部材１２の円孔１２ｃによってアーム部材
１０が車体側とホイール側とに連結されるようになって
いる。ここでは、アーム部材１０の長平方向における端
部材１２の先端から円孔１２ｃの真横付近までの端部材
１２の外側面は円孔１２ｃと同軸の半円筒面となってお
り１円孔１２ｃの真横付近から端部材１２の端面１２ａ
までの外側面がｔ坦面となっている。端部材１２は例え
ばガラス短繊維で補強したナイロン等の熱硬化性樹脂で
作ることができる。

端部材用外被層１３は全周にわたって内層１３ａと外層
１ｂとからなっている１、内層１３ａは、例えば炭素繊
維やアラミド繊維等のような比較的線膨張係数の小さい
補強繊維とエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂とで形成され
ており、外層１３ｂは例えばガラス繊維やナイロン繊維
等のような比較的線膨張係数の大きい補強繊維とエポキ
シ樹脂等の熱硬化性樹脂とで形成されている。

耐引張用外被層１３の内層Ｉ　Ｊ　ａは例えばフィラメ
ントワインディング法により補強繊維がアーム本体１１
の長平方向に配向するようにアーム本体１１と端部材１
２との組立体の周囲に形成され、次いで、外層１３ｂが
同様の方法で内層１３ａの周囲に形成される。

その後、内層１３及び外層１３ｂを硬化させるために、
同装置３ａ及び外被層１３ｂを同時に例えば１２０〜１
３０°Ｃの温度に加熱し、その後室温まで冷却する。こ
のとき、内層１３ａ及び外層１３ｂの補強繊維の線膨張
係数の相違により、内層１３ａには圧縮残留ひずみが生
じ、外層１３ｂには引張残留ひずみが生じる。例えば、
内層１３ａの補強繊維を炭素繊維とし、外層１３ｂの補
強繊維をガラス繊維とした場合には、炭素繊維のひずみ
社が約−１〜−２ＸＩＯ−’であり、ガラス繊維のひず
み暇が約１２Ｘ１０−’であるため、内層１３ａ及び外
層１３ｂの硬化によって、同装置３ａには約１３００〜
１４００Ｘ　１０−’の残留圧縮ひずみを生じさせるこ
とができ、外層１３ｂには同量の残留ひずみを生じさせ
ることができる。

これらの残留ひずみにより、２つの端部材１２間にひず
み荷重が加わったときに円孔１２ｃの真横付近の耐引張
用外被層１３の内層１３ａに生じる引張応力及び外層１
３ｂに生じる圧縮応力を緩和させることができるので、
Ｆ　ＲＰ外シートアーム部材の疲労強度が高まり、疲労
寿命が増大することとなる。

以上、一実施例につき説明したが、本発明は上記実施例
の態様にのみ限定されるものではない。

例えば、耐引張用外被層１３の同装置、　３　ａ及び外
層１３ｂは補強繊維のプリプレグシーをアーム本体１１
と端部材１２との組立体の周囲に巻回させることにより
形成してもよい。また、引張荷重による円孔１２ｃの楕
円変形に起因した耐引張用外被層１３の応力集中は円孔
１２ｃの真横付近で起こるので、耐引張用外被層１３の
内Ｍｌ　３　ａを炭素繊維やアラミド繊維等の補強繊維
のプリプレグシート片により形成して円孔１２ｃの真横
付近の端部材１２の外側面上にのみ局部的に形成し、そ
の周囲に耐引張用外被層１３の外層を全周に渡って形成
するようにしてもよい。

更に、第５図に示すように、アーム本体１１の両側面と
耐引張用外被層１３の内面との間や端部材１２の少なく
とも円孔１２ｃの真横付近の外側面と耐引張用外被層１
３の内面との間にはそれぞれ弾性ないし粘弾性に富む弾
性樹脂層１４．１５を形成してもよい。なお、第５図に
示す実施例における耐引張用外被層１３は−Ｌ記図示実
施例と同様の構成をａする内層１３ａ及び外層＋３ｂか
らなっている。

弾性樹脂層１４．１５としては弾性に富むポリエチレン
、ポリプロピレン、ポリウレタン等又は粘弾性に富むエ
ポキシ樹脂等のシートを用いることができる。或いは、
耐引張用外被層１３を形成するｄ５ｊに、弾性ないし粘
弾性に富む液状の樹脂をアーム本体ｌ及び耐引張１２の
外面に塗布しておくことにより、弾性樹脂層１４．１５
を形成することができる。端部材１２の外側面と耐引張
用外被層１３との間の弾性樹脂層１５は図示するように
端部材１２の外側面全体にわたり形成してもよいが、円
孔１２ｃのへ横付近の領域に局所的に形成してもよい。

アーム本体１１の両側面と耐引張用外被層１３の内面と
の間に弾性ないし粘弾性を有する弾性樹脂層１を介在さ
せた場合には、アーム本体１１と耐引張用外被層１３と
の間でその樹脂層Ｉ４が振動を吸収することになるので
、アーム部材ＩＯの振動減衰能力が向上する。また、ア
ーム本体Ｉｔと耐引張用外被層１３との間の層間剥離を
防ＩＦすることができる。

一方、端部材１２の外側面と耐引張用外被層１３の内面
との間に弾性ないし粘弾性を有する弾性樹脂層１５を介
在させた場合には、その弾性樹脂層１５が端部材１２と
耐引張用外被層１３との間でひずみを吸収することがで
きるので、アーム部材ＩＯに加わる引張荷重による曲げ
モーメントは強さが春分された状態で端部材１２と耐引
張用外被層１３との別々に作用することとなる。したが
って、円孔１２ｃの真横付近では、端部材１２内と耐引
張用外被層１３内とに、夫々、曲げ応力が分散されて生
じることとなるので、端部材１２及び耐引張用外被層Ｉ
４の内部に生じる応力を緩和させることができる。した
がって、アーム部材の疲労寿命を一層増大させることが
できる。

第５図に示すように、本発明における端部材１２は、円
筒管状に形成されていてもよい。この場合、アーム本体
１１の両端面を半円筒面状に形成して端部材１２を嵌合
させることができる。また、アーム本体１１はＩ形の断
面形状を有するものであってもよい。

更に、本発明によるＦＲＰ製アーム部材はサスペンショ
ンアーム以外の自動車用車両部品にも適用することがで
きる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、少な
くとも円孔の真横付近の領域におけるＩ：′ＲＰ′！Ｉ
Ｊの耐引張用外被層が内装と該内装の補強繊維よりも線
膨張係数の大きい補強繊維を有する外層とにより形成さ
れるので、耐引張用外被層の内装及び外層を加熱硬化さ
せたときに、両者の線膨張係の差により、耐引張用外被
層の内装側には圧縮残留ひずみを生じさせることができ
、また、耐引張用外被層の外層側には引張残留ひずみを
生じさせることができる。したがって、これらの残留ひ
ずみにより、２つの端部材間に引張荷重が加わったとき
に円孔の真横付近の耐引張用外被層の内側面側に生じる
引張応力及び耐引張用外被層の外側面に生じる圧縮応力
を緩和させることができるので、ＦＲＰ製アーム部材の
疲労強度を高めてその疲労寿命を増大させることができ
ることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すＦＲＰ製アーム部材の
正面図。 第２図は第１図に示すアーム部材の製造途中の分解斜視
図。 第３図は第１図に示すアーム部材の斜視図。 第４図は第１図に示すアーム部材の第１図中＋Ｖ−ＩＶ
線に沿った断面図。 第５図は本発明の耐引張の実施例を示すＦＲＰ製アーム
部材の正面図。 第６図は従来のＦ　ＲＰ製アーム部材の構造を示す斜視
図。 第７図は第６図に示すアーム部材の曲げ応力発生状態を
示す正面図。 １０　：　ＦＲＰ製アーム部材 １１：アーム本体 １２　：　Ｑ部材 １００二円孔 １３二耐引張用外被層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＦＲＰ製のアーム本体の長手方向両端にそれぞれ
   取付用円孔を有する端部材を組み付け、アーム本体の両
   側面及び端部材の外側面の周囲にＦＲＰ製の耐引張用外
   被層を形成したＦＲＰ製のアーム部材において、 少なくとも円孔の真横付近の領域における耐引張用外被
   層を、内装と、該内装の補強繊維よりも線膨張係数の大
   きい補強繊維を有する外層とにより形成した、 ことを特徴とするＦＲＰ製アーム部材。