JP3116363B2

JP3116363B2 - 樹脂ホイール

Info

Publication number: JP3116363B2
Application number: JP02237790A
Authority: JP
Inventors: 陽一西室; 春雄小山; 邦郎町田; 美英深堀
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1990-09-07
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 2000-12-11
Anticipated expiration: 2015-12-11
Also published as: FR2666544B1; JPH04118301A; FR2666544A1; DE4129733A1

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は樹脂ホイールに係り、特に衝撃強度，曲げ強
度，剛性，耐熱性，耐疲労性，耐クリープ性等の機械的
特性に優れ、軽量で量産性も良好な樹脂ホイールに関す
る。

［従来の技術］従来、ホイールのうち、例えば自動車用ホイールは、
一般にスチール又は軽合金（アルミ合金，マグネシウム
合金）で製造されている。

スチール製ホイールは、プレス又はロール成形により
製造されているが、成形寸法のバラツキが多く、特にリ
ムのビードシート部の真円部に狂いが生じ易いという欠
点があり、また、重量が重いため重量の点でも自動車部
品の軽量化の面で好ましいものではない。

これに対し、軽合金製ホイールは成形寸法が安定して
おり、重量の点でもスチール製ホイールの1/3と大幅に
軽量化がなされているものの、スチール製ホイールに比
し材料コストが３〜５倍と非常に高価なものであるとい
う欠点がある。

ところで、近年重視されている省エネルギーの観点か
ら、自動車部品の軽量化は極めて重要な要件となるが、
とりわけ、ホイールのようなバネ下部材は、燃費の改
善，機動性の向上の点から、より一層の軽量化が望まれ
ている。

このような背景のもとに、最近になって、軽量性，成
形安定性を満足し、かつ低コストなものとして、樹脂製
ホイールが提案された。樹脂製ホイールは、樹脂に短繊
維又は長繊維の強化繊維を混合したFRPを主材料として
成形されたもので、金属製ホイールに比し軽量で成形寸
法の安定性に優れる上に、生産性も良好で製品のコスト
ダウンが図れ、しかも彩色等のデザイン性の面において
も極めて優れるものと期待がよせられる。

このような樹脂製ホイールに要求される特性として
は、破壊防止の面から、衝撃強度が高いこと。

ホイールからのタイヤの脱離防止の面から、クリー
プが小さいこと。

ブレーキドラムの熱に対して耐熱性に優れること。

ユニフォーミティに優れること。即ち、ホイールは
自動車にとって重要な部品の一つであるため、成形品に
不均一部や欠陥部があるものは、ホイールとして使用す
ることはできない。

量産化が可能であること。

ところで、一般にホイールは、第４図（上半分の断面
図）に示す如く、リム部１、ハブボルト孔３が形成され
たディスク部２等で構成されるが、市販のアルミホイー
ルを構造面から分類すると、リム部１とディスク部２が
一体に成形される１ピースホイールと、リム部１とディ
スク部２が各々独立に成形された後両者を金属ボルトで
接合して一体化された２ピースホイールとに大別され
る。２ピースホイールは１ピースホイールに比べると、
リム部１の構成を同一にしたままディスク部２のデザイ
ンを変えることによって、各種のバラエティのある組み
合せのホイールを提供することが可能であるという大き
な長所を有する。反面、リム部１とディスク部２を接合
するために両者に重なり合う部分を設ける必要があり、
更にその部分を金属ボルトで接合するため、１ピースホ
イールよりも重量が増加するという短所を有する。

これに対して、樹脂製ホイールは当然その軽量性を大
きなセールスポイントとするため、できるだけ重量増加
につながる構成が避けられる。このため、従来の樹脂製
ホイールは射出成形によるものでも圧縮成形によるもの
でも、１ピースホイールとすることを前提として開発さ
れているのが現状である。

［発明が解決しようとする課題］従来の樹脂製ホイールの成形法のうち、圧縮成形によ
り製造されたホイールは、成形時の繊維損傷が比較的軽
微であるため、剛性，強度等の点で優れる。しかも、用
いる樹脂も熱硬化樹脂が主体であるため、耐熱性，耐ク
リープ性も良好である。しかしながら、複雑形状物（例
えば、肉厚変化が著しいもの）を成形には不向きであ
り、また成形サイクルも長いことから生産性が悪いとい
う欠点がある。

これに対し、射出成形法は極めて生産性が高く、生産
コストの点で優れているが、一般に射出成形品は圧縮成
形品に比べ強度が1/3〜1/5と低いという欠点がある。こ
れは、樹脂の混練りや流動時における繊維の破損，流動
によって生じる繊維及び分子の配向，樹脂合流点でのウ
ェルドラインの発生などにより、成形品を構成する材料
の物性が不均一化ないし劣化され、強度が低下すること
に起因する。特にホイールの場合、ディスク部にデザイ
ン的にも、また、回転時の空冷効果を増すためにも多く
の飾り穴を設けるため、更に、自動車本体のドラムを接
合するためのボルト孔などがあるため、ウェルドライン
が多発する形状となっている。このため、現在までのと
ころ、射出成形による樹脂製ホイールが完成され、市販
された事実はない。

本発明は、上記従来の問題点を、嵌合法を改良するこ
とにより解決し、曲げ強度，剛性，衝撃強度，耐熱性，
耐疲労性，耐クリープ性等の機械的特性に優れ、低コス
トで大量生産が可能な樹脂ホイール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］本発明の樹脂ホイールは、２以上の分割成形体が一体
化されてなる樹脂ホイールであって、各分割成形体は、
各々独立に成形された後、ねじ込みによって嵌合一体化
されてなることを特徴とする。

なお、本発明において、「ねじ込み」とは独立した２
つの部分を互いに逆方向にある角度回転させることによ
って、互いの凹部と凸部とを嵌合させる方法であり、例
えばボルトナットの関係はその一例である。

［作用］このようなねじ込みにより嵌合された本発明の樹脂ホ
イールは、２以上の分割成形体よりなる、いわゆる２ピ
ースホイール或いはそれ以上に分割されたものであるに
もかかわらず重量増加が大幅に低減され、かつ強度的に
も１ピースホイールに劣らないものとなっており、その
上２ピースホイールの長所である低コスト化及びバラエ
ティ性の向上という特徴を十分に備えたものとなってい
る。

［実施例］以下に図面を参照して本発明の実施例について詳細に
説明する。

第１図、第２図及び第３図は、本発明の樹脂ホイール
の一実施例を示す断面図である。なお、第１図ないし第
３図はいずれも樹脂ホイールの上半分の断面図であり、
第１図ないし第３図の各図及び第３図以降に示す図にお
いて、いずれも１はリム部、２はディスク部、３はハブ
ボルト孔を示す。

本発明の樹脂ホイールにおいて、樹脂ホイールを構成
する分割成形体の個数や分割位置等には制限はなく、第
１図に示す如く、リム部１で分割された分割成形体11A
及び11Bよりなるいわゆる２ピースホイールの樹脂ホイ
ール11、第２図に示す如く、ディスク部で分割された分
割成形体12A,12B,12C及び12Dよりなる樹脂ホイール12、
第３図に示す如く、リム部１及びディスク部２で分割さ
れた分割成形体13A,13B,13C,13D及び13Eよりなる樹脂ホ
イール13等が挙げられる。なお、第１図ないし第３図に
おいて、各分割成形体はいずれも各々独立に成形された
ものであって、図中、ａ〜ｈは分割成形体同志のねじ込
みによる嵌合部を示す。

本発明における各分割成形体の嵌合方法について、第
２図に示す樹脂ホイール12のｂの嵌合部を例示して、第
５図及び第６図を参照して説明する。第５図及び第６図
は分割成形体の嵌合部を示す樹脂ホイールの部分正面図
（第２図の樹脂ホイール12を図において左側から見た
図）であり、それぞれ（ａ）はリム部１を（ｂ）は
（ａ）のリム部１に対応するディスク部を示す。なお、
第５図及び第６図において、嵌合部c,dは図示を省略し
た。図示の如く、嵌合部は断続的（第５図）であって
も、連続的（第６図）であっても良く、いずれの場合も
両分割成形体12A,12Bを樹脂ホイールの回転軸を中心と
して、互いに逆方向R₁,R₂に回転されることにより嵌合
が完成するように構成されている。

次に、嵌合部の形状について、説明する。嵌合部はね
じ込みにより強固に嵌合し得るように、即ち、第７図
（ａ）（嵌合部の断面の斜視図）及び同図（ｂ）（第７
図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図）において、両分割成
形体14A,14Bがかみ合って、互いに逆方向R₁,R₂に回転す
ることによりねじ込み可能なように、一般には両分割成
形体14A,14Bの嵌合面に雌雄一対のねじ切りを設ける。
この嵌合部のねじ切りは、第８図（ａ），（ｂ）及び
（ｃ）に示す如く、多段に設けることができ、このよう
な多段に設けたねじ切りによれば、両分割成形体14A及
び14Bをより一層効果的かつ強固に嵌合することができ
る。

本発明の樹脂ホイールにおいて、嵌合部のゆるみ止め
防止，はずれ防止及び強度向上のために、次のような方
法は極めて有効である。例えば、ゆるみ防止形状として
は、第９図（ａ）（断面斜視図）及び同図（ｂ）（第９
図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図）に示す如く、嵌合部
のねじ切りの方向と直交方向（分割成形体14A,14Bの回
転方向R₁,R₂と同方向）に別途非対称のねじ山15a,15bを
切り込むことによって、ねじ込み方向（R₁,R₂）には進
行方向であるが、逆方向のゆるみ方向にはもどらないよ
うにすることができる。

また、第10図に示す如く、多段式嵌合部をボルト16又
はリベット等で結合する方法も有効である。

更に、嵌合部のはずれ防止、即ち、第11図（ａ）に示
す相反する引張力F₁,F₂によって、嵌合部がはずれて両
分割成形体14A,14Bがはずれるのを防止するためには、
第11図（ｂ）〜（ｆ）に示すような嵌合部のねじ切り形
状の改良が有効である。

ただし、以上述べたゆるみ防止及びはずれ防止形状は
単なる一例であり、この目的に沿うものであれば、本発
明の要旨を超えない限り、どのような形状であっても良
い。

更に、本発明の樹脂ホイールにおいては、第７図〜第
11図で示した嵌合部の両分割成形体14A,14Bの互いに嵌
合する凹凸面間、或いは、多段式嵌合部の各段の間の両
分割成形体14A,14Bの当接面間の隙間に、接着剤を介在
させて両分割成形体14A,14Bを接合すること、或いは、
これらの部分を熱融着により接着することは、ゆるみ防
止、はずれ防止はもちろんのこと嵌合部の強度向上のた
めにも極めて有効である。

本発明の樹脂ホイールの各分割成形体の成形材料とし
て用いる合成樹脂としては、いずれの合成樹脂であって
も良く、各種の熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂等が挙げ
られる。

具体的には、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹
脂，エポキシ樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，ビニルエ
ステル樹脂，ポリウレタン樹脂，フタル酸ジアリル酸，
アルキド樹脂，ユリア樹脂，メラミン樹脂あるいはこれ
らの変性物等を用いることができる。これらのうち、不
飽和ポリエステル樹脂，ビニルエステル樹脂，フェノー
ル樹脂，エポキシ樹脂等が好ましく、とりわけ、ビニル
エステル樹脂，不飽和ポリエステル樹脂が望ましい。こ
れらの熱硬化性樹脂は１種を単独で用いても２種以上の
混合物として用いても良い。

また、熱可塑性樹脂としては、各種ポリアミド樹脂，
具体的には、ナイロン6,6・6,4・6,6・10,10,11,12等、
ポリブチレンテレフタレート（PBT），ポリフェニレン
スルフィド（PPS），アセタール樹脂（POM），ポリカー
ボネート（PC），ポリエチレンテレフタレート（PE
T），ポリプロピレン（PP），ポリエーテルスルホン（P
ES），ポリスルホン（PSF），ポリエーテルエーテルケ
トン（PEEK），ポリフェニレンオキサイド（PPO），ポ
リアミドイミド（PAI），ポリイミド（PI），ポリエス
テル，各種液晶ポリマー等を用いることができる。これ
らのうち、各種ポリアミド樹脂,PBT,PPS,POM,PC,PES,P
I,PAI,PEEK,ポリエステル，各種液晶ポリマー等が好ま
しい。これらの熱可塑性樹脂は１種を単独で用いても２
種以上の混合物として用いても良い。

これらの合成樹脂には、耐候性，耐熱性，耐摩耗性，
流動性，熱膨張性，難燃性，耐薬品性などを改良する目
的で各種の充填剤，老化防止剤，架橋剤，オイル，可塑
剤，オリゴマー，ニラストマーなどの必要量を嵌合する
ことも可能である。

本発明において、上記合成樹脂に配合する補強繊維と
しては、ガラス，カーボン，グラファイト，アラミド，
ポリエチレン，セラミック（SiC,Al₂O₃など），金属
（ボロン，ステンレスなど）等の繊維が挙げられる。こ
のような補強繊維の直径は、あまりに小さいと十分な補
強効果が得られず、逆にあまりに大きいと射出圧縮成形
が困難となり、成形性が悪くなる。このため、補強繊維
の直径は0.1〜100μｍ、特に0.5〜50μｍの範囲とする
のが好ましい。

このような補強繊維の配合量が少な過ぎると十分な補
強効果が得られず、逆に多過ぎるとマトリックス樹脂が
不足して成形性が悪くなる。このため、補強繊維の配合
量は成形材料に対する配合割合で５〜70体積％とするの
が好ましく、特に10〜60体積％とするのが好ましい。

本発明において、特に好ましい成形材料としては、連
続繊維と熱可塑性樹脂を用い、これを引抜き成形法で成
形した直径は2.5〜3mmの棒状体を例えば10mm長に切断し
た粒状体が挙げられる。この場合、上述の如く、含有さ
れる補強繊維長さは切断長さで任意に調整できる。ま
た、引抜き成形で成形されるため長繊維にもかかわらず
繊維間への樹脂含浸性は十分である。また、この種の長
繊維強化樹脂は、上述の如く、通常の短繊維強化樹脂に
比べ機械物性は著しく向上するにもかかわらず、成形
性，加工性は損なわれることは殆どなく、同程度の成形
性，加工性を得ることができる。なお、これらの長繊維
補強物の加工性などを改良するために、通常の短繊維補
強樹脂を混合して使用することは極めて有効である。こ
の場合、短繊維補強樹脂の混合率は重量で全体の70％以
下、望ましくは60％以下が好ましい。

本発明において、このような成形材料を用いて、各分
割成形体を成形する方法としては、圧縮成形法，射出成
形法又は射出圧縮成形法のいずれを用いても良い。ただ
し、射出成形時に発生するウェルドラインを２ピース化
（或いはそれ以上の分割化）することによってさけるこ
とが可能であることを考慮すると、本発明は射出成形又
は射出圧縮成形によって成形する場合において、特に大
きな効力を発揮すると言える。もちろん、分割して成形
される樹脂ホイールの各分割成形体は、各々上記３成形
法のどれか単独の方法で成形されても、異った複数の成
形法を組合せて成形されてもよい。

なお、本発明で述べる射出圧縮成形法とは、前もって
金型を少し開いておくか、もしくは、弱い型締力で金型
を閉じておき、そこへ材料を射出して後型締力を増加さ
せて圧縮成形する方法である。特に、本発明で述べる射
出圧縮成形法としては、溶融した樹脂を射出シリンダー
又は押出機でプレス間に設置された上下の金型内に注入
し、樹脂の供給が終了する前又は終了した後金型は型閉
めされる成形方法が好適である。

ところで、近年、社会環境的な要請から省エネルギー
がさけばれ、前述の如く、自動車部材にも軽量化が望ま
れている。特に、バネ下部材はその効果が大きく、また
機動性の点からも軽量化が要求されている。

このようなことから、ホイールには、更に強度向上の
ための補強構造や、軽量化構造を組合せることが好まし
い。これらの構造を導入する部位はホイール全体でも、
リム部のみ、ディスク部のみでも良く、その他必要な部
位に適宜用いることができる。

補強構造としては、例えば第12図に示す如く、ある種
の補強層、具体的には補強繊維の配合量を増した層、又
は補強部材等を、ホイール本体17の中間層18として、あ
るいは表面層19として導入した構造等を採用することが
できる。（なお、第12図において、各分割成形体の境界
線は図示を省略した。）この場合、補強層に用いる材料としては、ガラス，カ
ーボン，グラファイト，アラミド，セラミック（SiC,Al
₂O₃など），金属（ボロン，ステンレスなど）などが挙
げられ、それらの形態としては、ロービングなどの一方
向長繊維，クロス，編組，より線，網，及びこれらを配
列して樹脂で固めた線状又は板状物（FRP），三次元織
物などが最適である。

ホイール内に補強層を充填配置する場合には、所定形
状の充填物を予め成形し、これを金型の所定位置に設置
して射出成形するインサート成形が有利である。

ところで、通常、ホイールはハブボルトを介して、ブ
レーキドラム又はブレーキディスクに隣接する円板に取
付けられる。そのためハブボルト穴周辺はブレーキ発熱
の影響を直接受けることになり、長期の使用中には樹脂
の軟化、クリープに伴い、応力緩和が発生し、ハブナッ
トの緩みが生じてくる。この問題を解決するために、例
えば第13図（ａ）（ハブ部近傍の断面図）、（ｂ）（第
13図（ａ）のＢ部の拡大図）及び（ｃ）（第13図（ｂ）
のＣ−Ｃ線に沿う断面図）に示す如く、樹脂ホイール10
のハブボルト21の穴22部に高剛性，高強度，耐熱性を兼
ね備えた部材20を嵌合しハブナット22の締め付け力はこ
の嵌合物を介してブレーキドラム24に伝達される構造と
するのが好ましい。（図中、25はタイヤである。）この
場合、嵌合する部材20の材料としては、金属，耐熱性プ
ラスチック，及びそれらのFRP,炭素繊維強化炭素コンポ
ジット，セラミックなどが最適である。

また、ブレーキドラムからの熱を遮断するためにディ
スク部及びリム部のブレーキドラム側の面に断面材をイ
ンサート成形する方法が考えられる。この場合、このよ
うな改良を加える箇所は、例えば第14図に示すように、
ディスク部２の一部の面31又はディスク部２の全面31及
び32、更にリム部１の一部の面又は全面33であっても、
ブレーキドラム側全面（即ち、面31,32及び33）であっ
てもかまわない。用いる断熱材としては、耐熱性プラス
チック、セラミックス又は無機材料やその補強物からな
る板状体、アスベスト等で構成されるスレート板などが
挙げられるが、断熱性と強度を備えたものであればいず
れも使用可能である。

本発明の樹脂ホイールの場合、別の機能を持ったデバ
イスをホイール中に埋め込んで一体成形することができ
るという利点もある。例えば、タイヤのパンク警報装置
等の異常警報装置をホイール中に埋め込んで一体成形す
ることにより、ホイールとタイヤとで一体としての安全
な自動車足回り部品が提供される。また、ホイールのリ
ム部にリムを立てるなどのフェールセーフ機構をホイー
ルと一体成形することも容易である。

［発明の効果］以上詳述した通り、本発明の樹脂ホイールは、軽量で強度、特に曲げ強度，耐衝撃強度，剛性，耐
熱性，耐疲労性，耐クリープ性等の特性に優れる。

ユニフォーミティに優れ、製品品質のバラツキも殆
どない。

量産性に優れ、製品のコストダウンが図れる。

樹脂ホイールを２ピース化或いはそれ以上に分割し
たため、製品のバラエティ性の向上が達成される。

等の効果を有する、著しく優れた軽量化構造、及び補強
構造の樹脂ホイールである。本発明によれば、極めて実
用性の高い樹脂ホイールが提供される。

このような本発明の樹脂ホイールは乗用車、バス、ト
ラック等の狭義の自動車用ホイールとしてはもちろん、
鉄道車輛、地下鉄用車輛、リニアモーターカー車輛、航
空機、自動二輪、自転車、ゴルフや遊園地用などのレジ
ャー用ゴーカートなどの広義の自動車用ホイールとして
も適している。

【図面の簡単な説明】第１図、第２図及び第３図は本発明の樹脂ホイールの一
実施例を示す断面図、第４図は樹脂ホイールの断面図、
第５図及び第６図は第２図に示す樹脂ホイールの嵌合部
を説明する正面図、第７図（ａ）は嵌合部の実施例を示
す断面斜視図、第７図（ｂ）は第７図（ａ）のＢ−Ｂ線
に沿う断面図、第８図は嵌合部の他の実施例を示す断面
図、第９図（ａ）は嵌合部の別の実施例を示す断面斜視
図、第９図（ｂ）は第９図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面
図、第10図は嵌合部の異なる実施例を示す断面図、第11
図は嵌合部のねじ切り形状の例を示す拡大断面図、第12
図は本発明の樹脂ホイールの別の実施例を示す断面図、
第13図（ａ）は本発明の樹脂ホイールの更に別の実施例
を示すハブ部近傍の断面図、第13図（ｂ）は第13図
（ａ）のＢ部の拡大図、第13図（ｃ）は第13図（ｂ）の
Ｃ−Ｃ線に沿う断面図、第14図は本発明の樹脂ホイール
の異なる実施例を示す断面図である。１……リム部、２……ディスク部、３……ハブボルト孔、 10,11,12,13……樹脂ホイール、 11A,11B,12A,12B,12C,12D,13A,13B,13C,13D,13E,14A,14
B……分割成形体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−215601（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−38434（ＪＰ，Ａ) 実開平２−65603（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−61202（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60B 3/00 - 7/06 B60B 21/00 - 27/06 B29C 65/56 B29L 31:30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】２以上の分割成形体が一体化されてなる樹
脂ホイールであって、各分割成形体は、各々独立に成形
された後、ねじ込みによって嵌合一体化されてなること
を特徴とする樹脂ホイール。