JP2871451B2

JP2871451B2 - 自転車用車輪及び該車輪を用いた自転車

Info

Publication number: JP2871451B2
Application number: JP6066703A
Authority: JP
Inventors: 景雨木村
Original assignee: OO JII KEE GIKEN KK
Current assignee: OO JII KEE GIKEN KK
Priority date: 1993-04-12
Filing date: 1994-03-09
Publication date: 1999-03-17
Anticipated expiration: 2014-03-17
Also published as: JPH06344701A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化プラスチック
で形成した自転車用車輪及び該車輪を備えた自転車に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自転車（原動機付自転車を含む）
のファッション化に伴い、ハブ体、スポーク部及びリム
部とを一体に有する車輪本体をはじめとする種々の車輪
用構成部材を、硬質プラスチックで成形してなる自転車
が注目をあびている。硬質プラスチックとしては、耐摩
耗性、強度等の機械的特性に優れたポリアミド等の熱可
塑性樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂に、さらに
強度向上のために、強化材としてガラス繊維を配合添加
したガラス繊維強化プラスチックが用いられている。

【０００３】一方、このような車輪を備えた自転車のブ
レーキシュとしては、一般に、リム部周壁との摩擦を利
用をした従来公知のゴムブレーキシュが用いられてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の環境問
題から不要になった車輪の廃棄が問題となる。硬質プラ
スチックで形成された車輪用構成部材の廃棄は、廃プラ
スチックとして一般に焼却により処理され、焼却処理は
ロストル（火格子）のような焼却設備にて８５０℃程度
の高温で焼却することにより行われる。かかる焼却処理
において、繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂は
燃焼してしまうが、強化材たるガラス繊維の融点は一般
に８００℃程度であるため溶融する。溶融したガラス繊
維が、燃焼用空気の供給路等にこびりつくと燃焼作業に
支障をきたす。また、ロストル内にこびりついた溶融ガ
ラスの後処理は大変である。

【０００５】さらに、強化材として添加されたガラス繊
維が、微視的にはリム部周壁から露出しているため、ゴ
ム製ブレーキシューとの摩耗が、従来の金属製車輪の場
合と比べて大きくなるという問題がある。本発明はこの
ような技術的背景に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、車輪として必要な剛性、強度を低下
させることなく、廃棄物処理を容易にする自転車用車
輪、さらには従来のゴム製ブレーキシューとの組合せに
おいてもブレーキシューの摩耗が抑制された自転車を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の自転車用車輪
は、車輪用構成部材が、合成樹脂中に、強化材としてチ
タン酸カリウムウイスカを１５〜４０重量％含有する繊
維強化プラスチックで形成されていることを特徴とす
る。本発明の自転車用車輪は、少なくともリム部が、合
成樹脂中に、強化材としてチタン酸カリウムウイスカを
１５〜４０重量％含有する繊維強化プラスチックで形成
されていることを特徴とする。

【０００７】本発明の自転車は、少なくともリム部が合
成樹脂中に強化材としてチタン酸カリウムウイスカを１
５〜４０重量％含有する繊維強化プラスチックで形成さ
れている自転車用車輪及び、該自転車用車輪との摩擦に
より制動するゴム製ブレーキシューを備えたことを特徴
とする。

【０００８】

【作用】本発明の自転車用車輪を構成する繊維強化プラ
スチックは、強化材としてチタン酸カリウムウイスカが
用いられている。チタン酸カリウムウイスカは、ウイス
カとして高強度でガラス繊維と同程度以上の強度を付与
することができる。また、繊維強化プラスチック製の車
輪用構成部材を焼却処分する際、チタン酸カリウムウイ
スカは高融点材料であるため、溶融することなく、粉末
状態として残る。よって、ガラス繊維のようにロストル
内にこびりついて、焼却作業に支障をきたしたり、ロス
トルを破損したりすることはない。

【０００９】また、車輪用構成部材のうち少なくともリ
ム部に、強化材としてチタン酸カリウムウイスカを用い
た合成樹脂で作製した本発明の車輪は、チタン酸カリウ
ムウイスカがガラス繊維に比べて微細であることから、
リム部周壁表面はガラス繊維を用いた合成樹脂製車輪よ
りも平滑である。従って、本発明の自転車は、ゴム製ブ
レーキシューの摩耗が、強化材としてガラス繊維を用い
た合成樹脂製車輪よりも抑制され、ブレーキの長寿命化
を図ることができる。

【００１０】

【実施例】本発明の車両用車輪は、スポーク、リム等の
車輪用構成部材の少なくとも一部分が、マトリックス樹
脂たる合成樹脂に、強化材としてチタン酸カリウムウイ
スカを１５〜４０重量％含有する繊維強化プラスチック
で構成されたものである。まず、本発明に用いられる繊
維強化プラスチックについて説明する。

【００１１】強化材として用いられるチタン酸カリウム
ウイスカは、Ｋ₂Ｏ・８ＴｉＯ₂又はＫ₂Ｏ・６ＴｉＯ
₂の化学組成を有し、そのサイズは、平均繊維長が１０
〜２０μｍ、平均繊維径が０．３〜０．５μｍ程度の極
めて微細なものである。従来より強化材として用いられ
ているガラス繊維は、一般に、繊維長が３００〜４００
μｍ、平均繊維径が９〜１３μｍ程度であることから、
本発明で用いるウイスカは随分小さいものであることが
わかる。しかし、完全結晶であるというウイスカの特
性、さらにその微細さ故に混練、成形工程においてほと
んど繊維破損されずに済むことから、ガラス繊維と同程
度の強度及び剛性を付与することができる。

【００１２】このようなチタン酸カリウムウイスカの繊
維強化プラスチック中の含有率は、マトリックス樹脂の
種類にもよるが、一般には１５〜４０重量％程度であ
る。１５重量％未満では、ウイスカ添加の効果が十分で
はなく、４０重量％を越えると成形が困難になるからで
ある。チタン酸カリウムウイスカの融点は１３００〜１
３５０℃程度と高いため、焼却処理において溶融するこ
とがない。よって、チタン酸カリウムウイスカを含有す
る強化プラスチックを焼却処分しても、焼却作業に支障
を及ぼしたり、焼却設備を傷めることもない。また、焼
却によりマトリックス樹脂は気化してしまうので、ウイ
スカのみが残る。このウイスカは再びリサイクル使用す
ることも可能であり、廃棄物として問題になることはほ
とんどない。

【００１３】マトリックス樹脂に用いられる合成樹脂と
しては、その種類は特に限定されず、一般に繊維強化プ
ラスチックに用いられる熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂
を用いることができる。例えば、ポリアミド、ポリイミ
ド等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等
の熱硬化性樹脂、並びにこれらのポリマーブレンド等が
挙げられる。これらのうち、特にポリアミド系樹脂及び
耐衝撃性ポリアミドの混合物が好ましく用いられる。

【００１４】好ましいマトリックス樹脂であるポリアミ
ド系樹脂及び耐衝撃性ポリアミドの混合物に用いられる
ポリアミド系樹脂の種類は特に限定されず、ナイロン
６、ナイロン６、６等の一般的なポリアミドが用いられ
る。混合物におけるポリアミド系樹脂の好ましい含有率
は、５０〜８５重量％程度である。ポリアミド系樹脂と
混合して用いられる上記耐衝撃性ポリアミドは、ポリア
ミドにブタジエン共重合体等のゴム系ポリマーをブレン
ド又は共重合して、エラストマー性を付与したものであ
る。耐衝撃性ポリアミドを配合すると、強度向上のため
に配合された強化材により車輪構成部材が硬くなりすぎ
るのを防止できる。ポリアミド系樹脂及び耐衝撃性ポリ
アミドで構成した車輪本体は、衝撃や曲げを受けても復
元できる。

【００１５】耐衝撃性ポリアミドの種類は、耐衝撃性ポ
リアミド中に含まれるゴム系ポリマーの含有率により異
なるが、一般に曲げ弾性率５０００〜９０００ｋｇ／ｃ
ｍ²程度で、アイゾット衝撃強度７０ｋｇ・ｃｍ／ｃｍ
以上のものが好ましく用いられる。このような耐衝撃性
ポリアミドは、ポリアミド系樹脂との混合物中の含有率
が１〜２５重量％となる範囲内で用いることが好まし
い。

【００１６】ポリアミド系樹脂及び耐衝撃性ポリアミド
の混合物をはじめとする適当なマトリックス樹脂に、チ
タン酸カリウムウイスカを所定量配合して繊維強化プラ
スチック組成物を調製し、これを射出成形など、マトリ
ックス樹脂の種類に応じた成形手段により成形する。マ
トリックス樹脂としてポリアミド系樹脂及び耐衝撃性ポ
リアミドの混合物を用いる場合には、ポリアミド系樹
脂、耐衝撃性ポリアミド、及びチタン酸カリウムウイス
カの各含有率が上記範囲となるように各々を配合、混練
して樹脂組成物を調製してもよいし、チタン酸カリウム
ウイスカの含有率が高いポリアミドペレットと、耐衝撃
性ポリアミド及びポリアミドとを混合して、最終的に所
望の含有率となるように調製してもよい。また、必要に
応じて、着色材を加えてもよい。

【００１７】強化材としてチタン酸カリウムウイスカを
用いた強化プラスチックで形成される車輪は、従来のガ
ラス繊維強化材を用いた車輪以上の強度を有している。
更に、強化材として用いられるウイスカが微細であるこ
とから、製品として従来よりも光沢に優れたものが得ら
れる。さらに、本発明の車輪を廃棄処分する場合、焼却
処理において、マトリックス樹脂は気化してしまい、ウ
イスカはその融点の高さから溶融することなくロストル
内に残存する。但し、残存するウイスカは極めて微細な
粉末状で、焼却処分しようとする材料をのせる格子棒の
間隙から落下してしまうので、燃焼用ガスの供給路を閉
塞したりすることもない。よって、残存ウイスカが焼却
作業に支障を来すこともない。また、粉末状であること
から、焼却後のロストルの清掃も容易である。従って、
不要になった車輪の廃棄物としての処理が従来より簡便
になり、廃プラスチックの問題に対応することができ
る。

【００１８】次に、本発明の自転車用車輪の一実施例と
して、マトリックス樹脂が６−ナイロンで、チタン酸カ
リウムウイスカを２０重量％含有した樹脂組成物を用い
て射出成形により、リム部、ハブ部、及びスポーク部を
一体的に形成した自転車用車輪について説明する。図１
は、作製した自転車用車輪の一部分を示している。この
自転車用車輪のリム部周壁１、ゲート部２の裏側３、及
びハブ部周壁４の表面状態を観察した。図２（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）は、それぞれリム部周壁１、ゲート部裏
側３、及び及びハブ部周壁４の表面状態の顕微鏡写真
（倍率は１００倍）である。一方、従来例として、強化
材としてガラス繊維を用いていること以外は上記実施例
と同様にして自転車用車輪を作製し、リム部、ゲート部
裏側、及びハブ部の表面状態を観察した。図３（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ従来例のリム部、ゲート部
裏側、及びハブ部の表面状態の顕微鏡写真（倍率は１０
０倍）である。

【００１９】図２及び図３からわかるように、本実施例
の車輪の方が、いずれの箇所においても表面が平滑であ
る。さらに、実施例及び従来例の車輪のリム部周壁１の
表面粗度を、粗さ解析装置付粗さ測定器ＳＥ−３ＦＫを
用いて測定した。結果を図４に示す。図４（ａ）はチタ
ン酸カリウムウイスカを用いた場合の測定結果であり、
図４（ｂ）はガラス繊維を用いた場合の測定結果であ
る。図４からわかるように、表面に露出している強化材
の一部で表面粗さの原因となる突起５が、チタン酸カリ
ウムウイスカの方が小さく且つ少ない。

【００２０】次に、このチタン酸カリウムウイスカ入り
の車輪及びガラス繊維入りの車輪を、それぞれＪＩＳ
Ａ硬度７５°のニトリルゴム製ブレーキシューを、図５
に示すようにリム周壁と摩擦させて、下記の条件でブレ
ーキシューの摩耗試験を行った。図５中、６はリム周壁
で、７はブレーキシューである。ブレーキ操作力２４．１ｋｇｆ（３．０ｋｇ／
ｃｍ²）車輪回転速度２０ｋｍ車輪を１千回〜１万回回転させたときの一対のブレーキ
シュー７，７の摩耗量（ｇ）を測定した。測定結果を表
１に示す。表１中のカッコ内の数値は累積値である。累
積摩耗量を図６に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】これらの測定結果からわかるように、回転
数の多少に拘らず本実施例の車輪を用いた方がブレーキ
シューの摩耗が少なかった。このため、１万回回転後の
摩耗率は、本実施例の車輪を用いた場合には１０．０％
であるのに対し、従来のガラス繊維入り車輪を用いた場
合は２０．５％と、２倍以上であった。次に、本実施例
の車輪及び従来例の車輪について、制動性を比較した。
制動試験は下記条件下で行い、ブレーキシュー７をリム
周壁６におしあてた時、すなわちブレーキをかけたとき
から停止するまでの距離（制動距離；ｃｍ）を測定し
た。測定結果を表２及び図７に示す。

【００２３】ブレーキ操作力１５．０ｋｇｆ
（２．５ｋｇ／ｃｍ²）車輪回転速度２０ｋｍ

【００２４】

【表２】

【００２５】表２及び図７からわかるように、本実施例
の車輪の方が従来例の車輪を用いた場合に比して制動性
が劣っていたが、平均としては２８．６ｃｍ（約１０
％）程度であり、実用上の問題は少ない上に、この程度
の差であれば、シューのゴム組成を粘着性の高いものに
変更することにより、従来例と同程度とすることが可能
である。

【００２６】従って、本発明の自転車は、本発明の車輪
を用いているので、廃棄処理の観点から便利である上
に、しかも従来公知のゴム製ブレーキシューと組み合わ
せてもブレーキシューの摩耗に関する問題がほとんどな
い。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明の車両用車輪にお
いて、繊維強化プラスチックで形成された車輪用構成部
材には、繊維強化プラスチックの強化材として、高融点
のチタン酸カリウムウイスカが用いられている。よっ
て、繊維強化プラスチックで形成される車輪用構成部材
を焼却処分する場合、強化材が溶融してロストルにこび
りついたり、焼却作業に支障をきたすことはない。従っ
て、本発明の車両用車輪は、構成部材がガラス繊維を強
化材として含有する従来の強化プラスチックで形成され
た車両用車輪と同等の強度を有し、且つ、廃棄処分が容
易で、環境上好ましい。

【００２８】特に、リム部がチタン酸カリウムウイスカ
を用いた繊維強化ブラスチックで作製された自転車用車
輪は、ゴム製ブレーキシューの摩耗を抑制し、ブレーキ
の長寿命化を図ることができる。従って、リム部がチタ
ン酸カリウムウイスカを用いた繊維強化ブラスチックで
作製された自転車用車輪を、ゴム製ブレーキシューと組
み合わせて備えられた本発明の自転車は、ファッション
化の要求に応えることができる上に、ゴム製ブレーキシ
ューの摩耗に関する問題が解決され、ひいては自転車の
安全性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の自転車用車輪の一部を示す図であ
る。

【図２】本実施例の自転車用車輪を構成している合成樹
脂繊維の形状を示した顕微鏡写真である。

【図３】従来例の自転車用車輪を構成している合成樹脂
繊維の形状を示した顕微鏡写真である。

【図４】本実施例（ａ）及び従来例（ｂ）の自転車用車
輪のリム部周壁の表面粗さの測定結果を示す図である。

【図５】自転車用車輪のブレーキ部分を説明するための
図である。

【図６】本実施例及び従来例の自転車用車輪の摩耗試験
の結果を示すグラフである。

【図７】本実施例及び従来例の自転車用車輪の制動試験
の結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１リム部周壁６リム部周壁７ブレーキシュー

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車輪用構成部材が、合成樹脂中に強化材
としてチタン酸カリウムウイスカを１５〜４０重量％含
有する繊維強化プラスチックで形成されていることを特
徴とする自転車用車輪。
【請求項２】前記車輪用構成部材には、少なくともリ
ム部が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の
自転車用車輪。
【請求項３】請求項２に記載の自転車用車輪及び、該
自転車用車輪のリム部周壁との摩擦により制動するゴム
製ブレーキシューを備えたことを特徴とする自転車。