JP3197117U - 炭素繊維ホイール - Google Patents

Abstract

【課題】構造上の強靭性を高め、気泡の発生を抑制し、かつ製造工程を簡易化し、製造時間を短縮する炭素繊維ホイールを提供する。【解決手段】糸条状の少なくとも一束以上のドライ炭素繊維糸を巻き付けて複数層形成し、環状を呈し、断面がほぼＵ字状を呈し、内部には取付け溝２２を形成するとともに、外面の該取付け溝の開口面である開口部を形成してなるリム部一次成形体３１と、耐熱特性を有し、かつ質量の軽い材質によってなり、環状を呈し、かつ断面は外側が大きく内側が小さい台形を呈して、外側の面に該リム部一次成形体３１を貼接してなる下支持部材４０と、耐熱特性を有し、硬質の材質によってなり、環状を呈し、かつ断面が逆三角形状を呈し、外側が該下支持部材の内側面に貼接してなる補強部材５０と、糸条状のドライ炭素繊維糸を複数層巻き付けて、環状を呈し、上部が該リム部一次成形体の外側面を被覆して、下部が該下支持部材４０と該補強部材５０との外側面を被覆してホイール枠４１を形成する外枠３３と、を具えてなる。【選択図】図３

Description

この考案は、ホイールに関し、特に炭素繊維によってなり、好ましい強度を具えるホイールに関する。

図１、２に開示するように、従来の炭素繊維ホイールは、補強部１３の外側を覆い、かつ断面がＵ字状か、もしくは逆三角形状を呈するホイール部１０と、ホイール部１０の外面に貼接し、かつ断面がＨ字状を呈するリム部１１と、によってなる。

ホイール部１０とリム部１１とは、予め成長させた複数のシート状の炭素繊維布１２を、例えば台湾特許公告Ｉ４３４７７１号に開示する金型とエアバッグ１４とにそれぞれ一枚一枚交錯させて貼接し、熱圧着を施して成型し、加工を完成させる。

然しながら、炭素繊維布１２を貼接してホイール部１０とリム部１１とを成型する場合、それぞれの側面には、いずれも少なくとも６枚から８枚の炭素繊維布１２を交錯させて貼接しなければならず、かつ炭素繊維１２を貼接する作業は手作業で行わなければならず、機械で代行することはできない。よって、一つのホイール部１０、もしくはリム部１１を完成させるためには、手作業による炭素繊維布１２の貼接は、少なくとも３６回繰り返さなければならない。このため、作業に極めて大きな時間と手間とを要する。このことは製造コストの大幅な増加に繋がる。

しかも、炭素繊維布１２は、１枚毎に繊維方向が異なり、連続性がない。全体的な構造からみれば、複数の炭素繊維布１２の一端の重なり合う部分において応力が容易に発生し、連続して接続しなくなるという状況が発生する。このため、全体的な強度が大幅に低下する。特に、炭素繊維１２の重なり合う部分において、比較的大きな隙間が発生しやすくなる。係る隙間は数多く発生し、かつ不均一である。したがって、熱圧着して成型した場合、数多くの、かつ比較的大きな気泡が表面に発生する。これは加工失敗の率を大幅に高める要因となる。

また、ホイール部１０とリム部１１とを、それぞれ個別に製造し、両者を貼接する方式は、製造工程が煩雑になるのみならず、非一体成型の構造であるが故に、全体的な構造上の強度は大幅に減衰する。

また、従来の炭素繊維ホイールのホイール部とリム部との製造方法として、例えば台湾特許公告Ｉ３８２９２６号に開示される製造方法は、２つのシャトルを利用して、ある程度の幅を具え、かつ樹脂を塗布した炭素繊維のテープを環状の芯に巻き付けて金型内に設置し、加熱、加圧などの成型の工程を行い成型する。

然しながら、炭素繊維のテープはある程度の幅を有するため、環状の芯に巻き付けて成型を行うことは、皺が容易に発生し、かつ多数で不均一の気泡が発生しやすい。このため、応力の集中が容易に発生し、製品の歩留まりが低下する。

台湾特許公告Ｉ４３４７７１号公報 台湾特許公告Ｉ３８２９２６号公報

この考案は、構造上の強靭性を高めるとともに、製造工程において気泡の発生を抑制し、かつ製造工程を簡易化し、製造時間を短縮することのでき炭素繊維ホイールを提供することを課題とする。

そこで、本考案者は、糸条状の少なくとも一束以上のドライ炭素繊維糸を巻き付けて複数層形成し、かつ成形の工程を経てなり、環状を呈し、断面がほぼＵ字状を呈し、内部には取付け溝を形成するとともに、外面の該取付け溝の開口面である開口部を形成してなるリム部一次成形体と、
耐熱特性を有し、かつ質量の軽い材質によってなり、環状を呈し、かつ断面は外側が大きく内側が小さい台形を呈して、外側の面に該リム部一次成形体を貼接してなる下支持部材と、
耐熱特性を有し、硬質の材質によってなり、環状を呈し、かつ断面が逆三角形状を呈し、外側が該下支持部材の内側面に貼接してなる補強部材と、
糸条状のドライ炭素繊維糸を複数層巻き付けて、かつ成形の工程を経てなり、環状を呈し、上部が該リム部一次成形体の外側面を被覆して、下部が該下支持部材と該補強部材との外側面を被覆してホイール枠を形成する外枠と、を具えてなる炭素繊維ホイールによってなる素繊維ホイールによって課題を解決でできる点に着眼し、係る知見に基づいて本考案を完成させた。

以下この考案について説明する、請求項１に記載する炭素繊維ホイールは、糸条状の少なくとも一束以上のドライ炭素繊維糸を巻き付けて複数層形成し、かつ成形の工程を経てなり、環状を呈し、断面がほぼＵ字状を呈し、内部には取付け溝を形成するとともに、外面の該取付け溝の開口面である開口部を形成してなるリム部一次成形体と、
耐熱特性を有し、かつ質量の軽い材質によってなり、環状を呈し、かつ断面は外側が大きく内側が小さい台形を呈して、外側の面に該リム部一次成形体を貼接してなる下支持部材と、
耐熱特性を有し、硬質の材質によってなり、環状を呈し、かつ断面が逆三角形状を呈し、外側が該下支持部材の内側面に貼接してなる補強部材と、
糸条状のドライ炭素繊維糸を複数層巻き付けて、かつ成形の工程を経てなり、環状を呈し、上部が該リム部一次成形体の外側面を被覆して、下部が該下支持部材と該補強部材との外側面を被覆してホイール枠を形成する外枠と、を具えてなる。

請求項２に記載する炭素繊維ホイールは、請求項１における該ドライ炭素繊維糸がリム部一次成形体と該外枠とに巻き付けて成形するためのものであり、かつ複数の細いドライ炭素繊維糸を束ねてなる。

請求項３に記載する炭素繊維ホイールは、請求項１における補強部材が炭素繊維複合材料であって、該下支持部材が複合樹脂発泡体材である。

請求項４に記載する炭素繊維ホイールは、請求項１における補強部材の内側の角が円弧状のリードアングルを形成する。

請求項５に記載する炭素繊維ホイールは、請求項１におけるリム部一次成形体と該外枠との該成形の工程が、空気を抽出して真空にし、樹脂を注入して加熱するなどを含む。

請求項６に記載する炭素繊維ホイールは、請求項１における開口部の幅が、該取付け溝の幅より狭い。

従来の炭素繊維ホイールの製造工程を示した説明図である。 従来の炭素繊維ホイールの貼接方式を示した説明図である。 この考案による炭素繊維ホイールの断面図である。 この考案におけるリム部一次成形体の製造工程を示した説明図である。 この考案による炭素繊維ホイールの製造工程を示した他の説明図である。 この考案による炭素繊維ホイールの製造工程を示した別の説明図である。 この考案による炭素繊維ホイールの製造工程を示した断面図である。

この考案は、構造上の強靭性を高めるとともに、製造工程において気泡の発生を抑制し、かつ製造工程を簡易化し、製造時間を短縮することのでき炭素繊維ホイールを提供するものであって、糸条状の少なくとも一束以上のドライ炭素繊維糸を巻き付けて複数層形成し、かつ成形の工程を経てなり、環状を呈し、断面がほぼＵ字状を呈し、内部には取付け溝を形成するとともに、外面の該取付け溝の開口面である開口部を形成してなるリム部一次成形体と、
耐熱特性を有し、かつ質量の軽い材質によってなり、環状を呈し、かつ断面は外側が大きく内側が小さい台形を呈して、外側の面に該リム部一次成形体を貼接してなる下支持部材と、
耐熱特性を有し、硬質の材質によってなり、環状を呈し、かつ断面が逆三角形状を呈し、外側が該下支持部材の内側面に貼接してなる補強部材と、
糸条状のドライ炭素繊維糸を複数層巻き付けて、かつ成形の工程を経てなり、環状を呈し、上部が該リム部一次成形体の外側面を被覆して、下部が該下支持部材と該補強部材との外側面を被覆してホイール枠を形成する外枠と、を具えてなる炭素繊維ホイールによってなる。係る炭素繊維ホイールの構造と特徴とを説明するために、具体的な実施例を挙げ、図面を参照にして以下に詳述する。

図３に開示するように、この考案による炭素繊維ホイールは、リム部一次成形体３１と、下支持部材４０と、補強部材５０と、外枠３３とを含んでなる。

リム部一次成形体３１は、ドライ炭素繊維糸３０を複数層巻き付けて金型に設置し、空気を抽出して真空にし、樹脂を注入して加熱、成形などの工程を経てなり、環状を呈し、且つ断面がほぼＵ字状を呈する。内部には取付け溝２２を形成し、外面には該取付け溝２２の開口面であって幅がやや狭くなった開口部２３を形成する。ドライ炭素繊維糸３０は複数の細いドライ炭素繊維糸を束ねて形成する。

下支持部材４０は、耐熱特性を有し、かつ質量の軽い材質（例えば複合樹脂発泡体材など）によってなり、環状を呈し、かつ断面は外側が大きく内側が小さい台形を呈して、外側の面にリム部一次成形体３１を貼接する。

補強部材５０は、耐熱特性を有し、硬質の材質（例えば炭素繊維複合材料など）によってなり、環状を呈し、かつ断面が逆三角形状を呈する。外側は下支持部材４０の内側面に貼接し、三角形の内側の角は円弧状のリードアングルを形成する。

外枠３３はドライ炭素繊維糸３２を複数層巻き付けて金型に設置し、空気を抽出して真空にし、樹脂を注入して加熱、成形などの工程を経てなり、環状を呈し、且つ上部がリム部一次成形体３１の外側面を被覆し、下部が下支持部材４０と補強部材５０との外側面を被覆してホイール枠４１を形成する。ドライ炭素繊維糸３２は複数の細いドライ炭素繊維糸を束ねて形成する。

図４から図７に開示するように、この考案による炭素繊維ホイールの製造方法は、先ず上支持部材２０を製造する。上支持部材２０は耐熱特性を有し、硬質の材質（例えば炭素繊維素複合材料など）によってなり、環状を呈し、かつ断面がホイールのリム部固定座２１の内側の取付け溝２２と同様の形状を呈する。

次いで、少なくとも一束以上のドライ炭素繊維糸３０を連続的、かつ一定の角度で傾斜させてドライ炭素繊維糸３０を巻き付ける。よって、上支持部材２０上には、上支持部材２０を被覆するように適宜な厚さのドライ炭素繊維糸３０が複数層巻き付けられてリム部一次成形体３１が形成される。ドライ炭素繊維糸３０は複数の細いドライ炭素繊維糸を束ねて形成する。また、リム部一次成形体３１を構成する各層のドライ炭素繊維糸３０を巻き付ける角度は、それぞれ異なる。

次いで、下支持部材４０をリム部一次成形体３１の内側に設置する。下支持部材４０は耐熱特性を有し、かつ質量の軽い材質（例えば複合樹脂発泡体材など）によってなり、環状を呈し、かつ断面がホイールのホイール枠４１内の溝部４２と同様の形状を呈し、外側が大きく内側が小さい台形をほぼ呈する。しかも、外側面はリム部一次成形体３１の内側面に貼接する。

次いで、補強部材５０を下支持部材４０の内補強部側に設置する。補強部材５０は耐熱特性を有し、かつ質量の軽い材質（例えば複合樹脂発泡体材など）によってなり、環状を呈し、かつ断面が逆三角形を呈する。外側面は下支持部材４０の内側面に貼接し、三角形の内側の角は円弧状のリードアングルを形成する。

次いで、リム部一次成形体３１と、下支持部材４０と、補強部材５０とに、少なくとも１以上の糸条状を呈するドライ炭素繊維糸３２を連続的に巻き付ける。即ち、リム部一次成形体３１と、下支持部材４０と、補強部材５０との外周面に沿って連続的に、かつ一定の角度の傾斜を形成するように、少なくとも一束以上のドライ炭素繊維糸３２を巻き付ける。よって、リム部一次成形体３１と、下支持部材４０と、補強部材５０とを被覆し、かつ適宜な厚さを有するドライ炭素繊維糸３２の層が複数層形成され、かつ取付け溝２２及び開口部２３を形成していないリム部固定座２１と、ホイール枠３１の外枠３３とを一体に連結する。ドライ炭素繊維糸３２は複数の細いドライ炭素繊維糸を束ねて形成する。また、外枠３３を構成する各層のドライ炭素繊維糸３２を巻き付ける角度は、それぞれ異なる。

次に、ドライ炭素繊維糸３２を巻き付けたリム部一次成形体３１と、下支持部材４０と補強部材５０とに成形の工程を行う。即ちドライ炭素繊維糸３２を巻き付けたリム部一次成形体３１と、下支持部材４０と補強部材５０とを金型に設置し、空気を抽出して真空にし、樹脂を注入して加熱するなどの成形の工程を行う。

成形後のホイールの外周面には開口部２３を形成し、上支持部材２０を取り出す。開口部２３から上支持部材２０を取出すと、リム部固定座２１内に取付け溝２２が形成され、炭素繊維ホイールの製造が完成する。

この考案による炭素繊維ホイールの製造方法及び構造は、ホイールのリム部一次成形体３１と外枠３３とが、いずれも糸条状を呈する少なくとも一束以上のドライ炭素繊維糸３０、３２を連続して巻き付け、かつ複数層形成し、成形の工程を行ってなる。このため、機械によってドライ炭素繊維糸３０、３２を巻き付ける作業を行うことができ、手作業による手間と時間を節減して生産性を高め、製造コストを低減させることができる。特にドライ炭素繊維糸３０、３２を連続的に巻き付けて形成するリム部一次成形体３１と外枠３３によって構成されるホイールは、応力によって連続性が途切れる事態の発生を避けることができる。したがって、全体的な強度が高まる。

更に、ドライ炭素繊維糸３０、３２を連続的に巻き付けることによって、ドライ炭素繊維糸３０、３２の間が緊密な構造となる。このため発生する隙間は小さいものとなり、発生する數も少なくなる。これを金型に設置し、空気を抽出して真空にし、樹脂を注入して加熱するなどの成形の工程を行うと、気泡の発生を減少させることができ、製品の歩留まりを大幅に高めることができる。

別途、外枠３３は、リム部一次成形体３１と、下支持部材４０と補強部材５０との外面を被覆し一体に形成するため、全体的に構造上の強靭性が高まり、従来呉の技術に盛られるようにエアバッグを利用して成形の補助とする必要がない。即ち、エアバッグに空気を注入、抽出し、かつ溝を形成して取り出すなどの製造工程を減らすことができる。このため製造工程を簡易化し、かつ製造の速度を速めることができる。

１０ ホイール部
１１ リム部
１２ 炭素繊維布
１３ 補強部
１４ エアバッグ
２０ 上支持部材
２１ リム部固定座
２２ 取付け溝
２３ 開口部
３０ ドライ炭素繊維糸
３１ リム部一次成形体
３２ ドライ炭素繊維糸
３３ 外枠
４０ 下支持部材
４１ ホイール枠
４２ 溝部
５０ 補強部材

Claims (6)

1. 糸条状の少なくとも一束以上のドライ炭素繊維糸を巻き付けて複数層形成し、かつ成形の工程を経てなり、環状を呈し、断面がほぼＵ字状を呈し、内部には取付け溝を形成するとともに、外面の該取付け溝の開口面である開口部を形成してなるリム部一次成形体と、
   耐熱特性を有し、かつ質量の軽い材質によってなり、環状を呈し、かつ断面は外側が大きく内側が小さい台形を呈して、外側の面に該リム部一次成形体を貼接してなる下支持部材と、
   耐熱特性を有し、硬質の材質によってなり、環状を呈し、かつ断面が逆三角形状を呈し、外側が該下支持部材の内側面に貼接してなる補強部材と、
   糸条状のドライ炭素繊維糸を複数層巻き付けて、かつ成形の工程を経てなり、環状を呈し、上部が該リム部一次成形体の外側面を被覆して、下部が該下支持部材と該補強部材との外側面を被覆してホイール枠を形成する外枠と、を具えてなることを特徴とする炭素繊維ホイール。
2. 前記リム部一次成形体と、該外枠とに巻き付けて成形する該ドライ炭素繊維糸が、複数の細いドライ炭素繊維糸を束ねてなることを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維ホイール。
3. 前記補強部材が炭素繊維複合材料であって、該下支持部材が複合樹脂発泡体材であることを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維ホイール。
4. 前記補強部材の内側の角が円弧状のリードアングルを形成することを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維ホイール。
5. 前記リム部一次成形体と、該外枠との該成形の工程が、空気を抽出して真空にし、樹脂を注入して加熱するなどを含むことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維ホイール。
6. 前記開口部の幅が、該取付け溝の幅より狭いことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維ホイール。

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