JP4252492B2 - 弾性導電車輪及びその製造法 - Google Patents

Description

本発明は、弾性導電車輪及びその製造法に係り、特に、１０⁴ Ω以下の抵抗値を有する導電性に優れた弾性導電車輪と、そのような弾性導電車輪を有利に製造する方法に関するものである。

近年、高度な電子化社会の到来により、物づくりは、温度や湿度の管理、異物の混入防止や付着防止等、様々な観点から、クリーンルーム化された環境において行われるようになってきている。そして、そのような環境下においては、静電気が発生し易く、この静電気によって、各種の問題が発生する恐れがあり、各種物品の輸送に不可欠なキャスター（車輪）に対しても、帯電防止性能乃至は導電性能の向上、特に後者の導電性能の向上が、強く求められている。

そこで、キャスターに帯電防止性能を付与すべく、従来より、キャスターを与えるタイヤ部材として、その構成材料に、カーボンブラックや、金属粉末、金属繊維等の導電材を単独乃至は組み合わせて配合した、導電性の弾性材料を用いて形成されてなるものが、採用されてきている。

しかしながら、上述せる如き導電材のうち、最も一般的に用いられているカーボンブラックを配合したものにあっては、カーボンブラックによりタイヤ部材の色が黒色に限定されてしまい、望みの色を付与することが出来ず、デザイン性に劣るといった欠点があることに加えて、ブレーキや横滑り等により、路面や床等の設置面に、タイヤの黒い跡が生じて、設置面が汚染されるといった問題がある。

また、金属粉末や金属繊維を配合したものにあっては、それら金属粉末や金属繊維自体の固有抵抗値がカーボンブラックよりも遥かに小さいため、目的とする導電性が有利に付与されることとなるのであるが、導電性能は、配合する導電材の容積に応じて増減するところから、比重の大きな金属粉末や金属繊維を使用する場合には、大きな容積比率を確保しようとすると、多量（重量）の導電材を添加しなければならず、このため、所望とする導電性を実現し得たとしても、重量ばかりが嵩んで、弾性材料が硬くなり過ぎたり、タイヤ表面がざらつく等、タイヤ部材の特性が悪化せしめられる恐れがあった。加えて、金属粉末や金属繊維が高配合された弾性材料からなるタイヤ部材を使用すると、タイヤ部材の表面が磨耗することによって、金属粉が空気中に飛散し、クリーンルームでは使用できないといった問題もあった。

さらに、従来の導電性とされたタイヤ部材にあっては、未使用時には充分な導電性を有していても、荷重負荷が掛かった状態で使用されることにより、タイヤ部材を与える弾性材料が繰り返し揉まれ、これによって、導電性が極端に低下する傾向があったのである。なお、そのような導電性低下のメカニズムについては、未だ充分に明らかにされてはいないものの、本発明者等は、使用時に弾性材料が揉まれることによって、かかる弾性材料中において、導電接触されていた導電材が分断せしめられて、抵抗が上昇するものと推察している。

また、上述せる如き導電材の他にも、カーボンファイバー（炭素繊維）や有機導電繊維（例えば、樹脂繊維表面に硫化銅を化学結合させたもの）等を例示することが出来るのであるが、前者のカーボンファイバーは、ニッケルや鉄、アルミニウム、銅等の金属類と比べて、固有抵抗値が低く、所望とする導電性を実現することが困難である一方、後者の有機導電繊維にあっては、比重が小さいものの、導電性において今一つ充分ではないことに加えて、弾性材料を与える樹脂やゴム等への混練性が悪く、従って、弾性材料中に均一に分散され得ず、導電性を有効に付与することが困難であるといった問題を内在するものであった。

一方、キャスター（車輪）を構成するタイヤ部材は、一般に、ホイール部材を介して、軸部材乃至は軸受け部材に一体的に連結されるものであるが、かかるホイール部材においても、優れた導電性が確保される必要があり、更には、軽量で、タイヤ部材との接着性が良好であるものが、望まれている。

なお、本発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
特開平８−８３５１２号公報 特開平１１−２２２００３号公報

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、優れた導電性を実現すると共に、長期の使用においても良好な導電性が保持され得る弾性導電車輪と、そのような弾性導電車輪を有利に製造する方法を提供することにある。

そして、本発明者等は、そのような課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、金属繊維が配合された樹脂材料にて形成されたホイール部材に対して、金属メッキの施された炭素繊維が配合された弾性材料にて形成されたタイヤ部材を組み合わせて、車輪を構成すると、長期の使用後においても、車輪の抵抗値が著しく低減せしめられ得ることを、見出した。さらに、ホイール部材を与える樹脂材料とタイヤ部材を与える弾性材料として、それぞれ、ナイロン樹脂材料と熱可塑性ポリウレタンエラストマー材料を採用すると共に、タイヤ部材を成形した後に、ホイール部材をインサート成形することにより、導電性に優れた車輪を、極めて有利に製造することが出来ることをも、見出したのである。

従って、本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであって、その第一の態様とするところは、（Ａ）繊維径：１〜２０μｍ、繊維長：０．１〜２０ｍｍの金属繊維が２５〜７５重量％の割合で混入されたナイロン樹脂材料を用いて、所定の軸部材若しくはそれを支持する軸受け部材の周りに一体的に形成された導電ホイール部材と、（Ｂ）繊維径：１〜２０μｍ、繊維長：０．５〜２０ｍｍの、金属メッキされた炭素繊維が、２０〜６０重量％の割合において混入された熱可塑性ポリウレタンエラストマー材料からなる弾性材料を用いて、該導電ホイール部材の外周部に一体的に形成された導電タイヤ部材とを、含み、且つ該導電ホイール部材の外周面と該導電タイヤ部材の内周面とが、接着剤層を介することなく、一体的に連結されていることを特徴とする弾性導電車輪にある。

また、本発明は、上述せる如き弾性導電車輪の製造方法も、また、その対象とするものであって、（ａ）繊維径：１〜２０μｍ、繊維長：０．５〜２０ｍｍの、金属メッキされた炭素繊維が、２０〜６０重量％の割合において混入された熱可塑性ポリウレタンエラストマー材料を用いて、目的とする車輪のタイヤ部材を与える円環状の導電性弾性体を準備する工程と、（ｂ）該導電性弾性体と前記車輪の軸部材若しくはそれを支持する軸受け部材とを成形キャビティ内に同心的にセットした状態において、該導電性弾性体と該軸部材若しくは軸受け部材との間の空間内に、繊維径：１〜２０μｍ、繊維長：０．１〜２０ｍｍの金属繊維が２５〜７５重量％の割合で混入されたナイロン樹脂材料の加熱・可塑化物を供給して、該導電性弾性体と該軸部材若しくは軸受け部材とを一体的に連結してなる導電ホイール部材を一体成形する工程とを、含むことを特徴とする弾性導電車輪の製造法を、その態様としている。

このように、本発明に従う弾性導電車輪にあっては、導電性の軸部材若しくはそれを支持する軸受け部材の周りに導電ホイール部材が一体的に設けられ、更に、かかる導電ホイール部材の外周に導電タイヤ部材が一体的に形成された構造とされており、そこでは、導電タイヤ部材を与える弾性材料中に、導電材として、金属メッキされた炭素繊維が含有せしめられているところから、従来の金属繊維の配合量（重量基準）よりも少ない配合量で、タイヤ部材の電気抵抗値を効果的に低減せしめることが出来、これにて、導電性が高度に確保され得るようになっているのである。加えて、この金属メッキされた炭素繊維は、その配合量（重量基準）を、従来の金属繊維の配合量よりも少なくすることが出来るところから、同程度の抵抗値乃至は導電性であっても、導電材の添加による弾性材料の硬化等、タイヤ部材の特性の悪化も有利に抑制乃至は防止することが出来る利点を有している。

しかも、そのような金属メッキされた炭素繊維は、金属繊維に比べて、機械的強度に優れていることに加えて、耐摩耗性が良好であるところから、タイヤ部材の耐摩耗性が効果的に向上せしめられると共に、使用によって荷重が繰り返し負荷されて、タイヤ部材が弾性変形させられても、従来の導電車輪に比して、導電性の低下が極めて有利に抑制され、より一層長期に亘って、導電性を維持することが出来るという格別の特徴を有しているのである。

また、本発明においては、上記したタイヤ部材の内側に一体的に固着されるホイール部材として、金属繊維が含有せしめられた樹脂材料からなるものが採用されているところから、配合材である金属繊維によって、ホイール部材に良好なる導電性が付与され得ると共に、主材である樹脂材料によって、導電タイヤ部材を与える弾性材料との固着乃至は接合が、極めて効果的に実現され得るようになっているのである。これにより、導電ホイール部材と導電タイヤ部材との界面で導電性が低減せしめられるようなことが有利に防止され得ることとなり、以て、本発明に従う弾性導電車輪の導電性が、更に高度に維持され得るのである。

一方、本発明に従う弾性導電車輪の製造方法によれば、タイヤ部材を形成するための弾性材料として、金属メッキされた炭素繊維が混入された熱可塑性ポリウレタン材料が採用されると共に、導電ホイール部材を形成するための樹脂材料として、金属繊維の混入されたナイロン樹脂材料が採用され、更に、所定の手順にて製造されているところから、接着剤を用いなくても、導電ホイール部材を導電性弾性体（導電タイヤ部材）と軸部材若しくはそれを支持する軸受け部材に強固に接合して、上述せる如き導電性に優れた弾性導電車輪を極めて有利に製造することが出来るようになっている。

すなわち、導電ホイール部材の成形に先立って、熱可塑性ポリウレタンエラストマー材料からなる円環状の導電性弾性体を作製し、かかる導電性弾性体を、軸部材若しくは軸受け部材と共に、成形型の成形キャビティ内にセットした後において、可塑化されたナイロン樹脂材料を成形キャビティ内に導入するようにしているところから、軸部材若しくは軸受け部材に対して、成形された導電ホイール部材が固着されることとなる一方、可塑化されたナイロン樹脂材料と導電性弾性体との接触面においては、かかるナイロン樹脂材料の熱によって、導電性弾性体を構成する熱可塑性ポリウレタンエラストマー材料が軟化、溶融して、それらが強固に融着乃至は溶着せしめられ得るのである。

このように、接着剤を使用することなく、成形された導電ホイール部材に、軸受け部材と導電タイヤ部材とが一体的に連結されるところから、接着剤による導電性の阻害も何等惹起されることなく、本発明に従う製造手法にて形成された弾性導電車輪には、優れた導電性が極めて高度に確保されることとなるのである。

また、本発明に従う製造方法によれば、導電ホイール部材の成形時に、導電性弾性体と軸受け部材との接合も実現されるところから、製造工程の簡略化も有利に達成されるといった利点も享受されることとなる。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。

先ず、図１及び図２には、本発明に従う弾性導電車輪である導電キャスター１０の一具体例が、それぞれ、半断面形態及び断面形態において示されている。そこにおいて、１２は、軸受け部材（ベアリング）であって、内輪と外輪とそれらの間に介装された鋼球とを備えた、従来から公知の玉軸受けと同様な構造を有すると共に、内外輪間が電気的に導電性となるように構成されており、そして、その内輪に対して、図示しない車輪の軸部材が嵌挿されて、かかる軸部材を支持し得るようになっている。また、かかる軸受け部材１２の外周には、剛性及び導電性を有する材料からなる、軸方向の長さが径方向に変化する横断面が工字状の、全体として広幅の円環形状を呈する導電ホイール部材１６が、一体的に設けられている。更に、かかる導電ホール部材１６の外周には、弾性及び導電性を有する材料からなる、所定の厚さと幅の、円環状の導電タイヤ部材１４が、一体的に設けられている。このように、本実施形態の導電キャスター１０は、軸受け部材１２、導電ホイール部材１６及び導電タイヤ部材１４を有して、構成されているのである。また、それら導電タイヤ部材１４と導電ホイール部材１６とが軸周りに一体的に回転しても、その回転運動は、軸受け部材１２の存在によって、かかる軸受け部材１２の内輪に装着される軸部材には伝達されないように構成されている。

そして、本実施形態に係る導電キャスター１０にあっては、その最外周に形成される導電タイヤ部材１４及び、その導電タイヤ部材１４の内側で、それに接して形成される導電ホイール部材１６が、それぞれ、所定の導電性材料にて形成されているのであり、本発明では、そこに、大きな特徴を有しているのである。

具体的には、先ず、導電タイヤ部材１４を与える導電性材料として、金属メッキされた炭素繊維が均一に混入せしめられた弾性材料が、採用されるのである。ここで、金属メッキされた炭素繊維としては、炭素繊維の表面に、例えば、ニッケルや鉄、アルミニウム、銅等の導電性に優れた金属を、メッキしてなる公知のものを挙げることが出来る。そして、このような金属メッキされた炭素繊維にあっては、従来の金属繊維と比べて比重が顕著に小さいところから、同一重量でも、より多くの容量において添加することが出来ると共に、炭素繊維が有する優れた機械的特性と金属が有する電気特性とを兼ね備えており、これを導電材として採用することによって、優れた導電性がタイヤ部材１４に付与されると共に、荷重が負荷された状態で使用されることによってタイヤ部材１４内部の材料が繰り返し揉まれても、導電性の著しい低下が惹起されず、優れた導電性が長期に亘って維持されることとなるのである。更には、タイヤ部材１４の耐摩耗性も有利に向上せしめられるようになる。また、この金属メッキされた炭素繊維は、カーボンブラックのように路面や床面に黒色のタイヤ跡を付けるものではないと共に、金属粉末のように摩耗によって金属粉を飛散せしめるものでもない特徴を有している。

なお、かかる金属メッキが施された炭素繊維としては、本発明にあっては、特に、短繊維形態のもの、具体的には、繊維径：１〜２０μｍ、好ましくは５〜１５μｍ、繊維長：０．５〜２０ｍｍ、好ましくは５〜１０ｍｍ程度のものが、採用されることとなる。かかる炭素繊維の繊維径や繊維長が、上述せる範囲から外れる場合には、金属をメッキすることが困難となったり、弾性材料中に均一に混入せしめることが困難となったりする等の恐れがある。また、この金属メッキの施された炭素繊維は、その体積抵抗率が、炭素繊維の体積抵抗率に比して、極めて小さな値となっている。そして、このような金属メッキされた炭素繊維の中でも、特に、ニッケルでメッキされた炭素繊維が、好適に用いられることとなる。

ここで、上記した金属メッキされた炭素繊維が添加せしめられる弾性材料としては、導電キャスター１０に要求される静音性や軽走行性、防振性等の特性を満たすために、タイヤ部材１４に必要とされる弾性特性を実現し得るものであれば、ゴム材料やエラストマー材料等、従来から公知の各種の弾性材料が何れも採用され、それらのうちの少なくとも一種が単独で、或いは二種以上が組み合わされて用いられるのであるが、本発明においては、それらの中でも、特に、熱可塑性ポリウレタンエラストマー材料が、好適に用いられることとなる。何故なら、熱可塑性ポリウレタンエラストマー材料は、弾性特性が良好であり、衝撃に対する緩衝性を有利に実現すると共に、機械的強度や耐摩耗性も良好であることに加えて、後述する導電ホイール部材１６を与える樹脂材料との接合性にも優れているからである。

また、金属メッキされた炭素繊維の弾性材料への配合量は、弾性材料に金属メッキされた炭素繊維を合わせた合計量の２０〜６０重量％、好ましくは、３０〜４５重量％となる割合が、採用される。なぜならば、かかる配合量が上記範囲よりも少ない場合には、導電タイヤ部材１４に対して帯電防止性を付与することは出来ても、キャスター１０の抵抗値を１０⁴ Ω以下にすることが困難となり、このため、目的とする導電性能を実現することが出来なくなる恐れがあるからであり、また、上記範囲よりも多い場合には、主材である弾性材料の本来の特性が充分に発揮され得なくなると共に、導電タイヤ部材１４の成形加工が困難となる傾向があるからである。

さらた、導電タイヤ部材１４を与える弾性材料には、必要に応じて、所望の色に着色するための着色剤や紫外線吸収剤等、従来よりキャスターのタイヤ部材を与える材料に添加されている公知の各種の添加剤が、適量において、適宜に添加、配合せしめられても、何等差支えない。

一方、上記導電タイヤ部材１４の内周面に一体的に形成される導電ホイール部材１６を与える導電性材料としては、金属繊維が均一に混入せしめられた樹脂材料が採用される。このように、導電ホイール部材１６が、樹脂製とされることによって、金属製のホール部材を採用する場合に比して、導電キャスター１０の軽量化を効果的に実現することが出来ると共に、弾性材料からなる導電タイヤ部材１４との接合性も著しく高められるようになる。更に、金属繊維が配合されることによって、導電ホイール部材１６に対して、優れた導電性と剛性が付与されるようになる。

なお、この導電ホイール部材１６に導電性を付与する金属繊維としては、従来から公知の各種の金属繊維が用いられ、特に限定されるものではないものの、ニッケルや鉄、アルミニウム、銅等の導電性に優れた金属からなるものが、有利に採用されることとなる。そして、そのような金属繊維の繊維径としては、１〜２０μｍ、好ましくは５〜１５μｍであるものが採用される一方、その繊維長としては、０．１〜２０ｍｍ、好ましくは０．２〜１０ｍｍ程度のものが採用される。

また、かかる金属繊維が添加、混入せしめられる樹脂材料としては、前記導電タイヤ部材１４を支持することの可能な剛性を有する、硬質の材料であれば、特に制限されることなく、従来から公知の樹脂材料が適宜に選択されて用いられることとなる。そして、本発明においては、特に、ナイロン６等のナイロン樹脂材料が、好適に採用されるのである。何故なら、かかるナイロン樹脂材料は、導電性ホイール部材１６としての有効な剛性と強度を付与し得るものであると共に、前述せる如き導電タイヤ部材１４を与える弾性材料、特に、熱可塑性ポリウレタンエラストマー材料との一体的な接合性に優れているからである。

さらに、この樹脂材料へ混入せしめる金属繊維の添加量は、それら樹脂材料と金属繊維とを合わせた合計量の２５〜７５重量％、好ましくは、４５〜６０重量％となる割合が、採用される。この金属繊維の配合量が少なすぎる場合には、目的とする導電性能を実現することが出来なくなる恐れがあるからであり、また、多すぎる場合には、主材である樹脂材料の本来の特性が充分に発揮され得なくなると共に、導電ホイール部材１６の成形加工が困難となる。

なお、かかる導電ホイール部材を与える樹脂材料には、必要に応じて、所望の色に着色するための着色剤等、従来より樹脂製ホイール部材を与える材料に添加されている公知の各種の添加剤が、適量において、適宜に添加、含有せしめられても良い。

そして、上述せる如き樹脂材料を用いて、導電ホイール部材１６が、導電タイヤ部材１４と軸受け部材１２との間に一体的に形成されるのであるが、その導電ホイール部材１６の径方向の厚みは、一般に、導電キャスター１０や導電タイヤ部材１４の大きさ等に応じて適宜に設定され、一般に、導電キャスター１０の直径の２０〜８０％程度とされる一方、軸方向の幅は、図２に示される如く、接合される導電タイヤ部材１４や軸受け部材１２の幅等に応じて、適宜に設定される。

ところで、上述せる如き導電性弾性材料や導電性樹脂材料を用いて、図１及び図２に示される如き本発明に従う弾性導電車輪である導電キャスター１０を製造するに際しては、注型成形法や射出成形法等の公知の成形手法を採用して、導電タイヤ部材（１４）や導電ホイール部材（１６）がそれぞれ成形されることとなるのであるが、特に、弾性材料及び樹脂材料として、それぞれ、熱可塑性ポリウレタンエラストマー材料及びナイロン樹脂材料を用いて、本発明に従う弾性導電車輪たる導電キャスター１０を製造する場合には、図３〜図７にも示されるように、以下の如き手順で製造されることが、望ましい。

すなわち、先ず、金属製の軸受け部材１２とタイヤ部材１４を与える円環状の導電性弾性体１８とが準備されることとなる。ここにおいて、前者の軸受け部材１２は、各種の寸法及び形状の軸受け部材が商業的に入手可能であるところから、そのような市販品の中から、所望とする寸法・形状のものが適宜に選択されて用いられる。なお、本実施形態においては、導電性弾性体１８の幅よりも幅の小さな軸受け部材１２が採用される。一方、後者の円環状の導電性弾性体は、例えば、前述せる如き金属メッキされた炭素繊維が均一に混入された熱可塑性ポリウレタンエラストマー材料を、加熱、可塑化し、そして、その可塑化された流動性のある材料を、射出成形法や注型成形法にて、所定高さの円筒形状を呈する成形キャビティ内に充填し、硬化せしめることにより、製造される。

そして、かくの如くして準備された軸受け部材１２と導電性弾性体１８は、図３〜図５に示されるように、所定の成形装置の、固定型２０と可動型２２とを型合せすることによって形成される成形キャビティ２４内に、同心的にセットされることとなる。より具体的に、本実施形態においては、固定型２０の成形面２６の中央部に、内方（可動型側）に所定高さにおいて突出し、且つ軸受け部材１２の内孔の径と略同様な大きさの径を有する円柱状突出部２８が設けられており、かかる円柱状突出部２８が軸受け部材１２の内孔１３内に配置されるように、軸受け部材１２が円柱状突出部２８に外嵌せしめられる一方、固定型２０の成形面２６の外周部には、導電性弾性体１８の直径と略同様な大きさの外径を有する円環状溝部３０が形成されており、この円環状溝部３０に、上記導電性弾性体１８が嵌め込まれる。これにより、図４に示されるように、軸受け部材１２とタイヤ部材１４とが、固定型２０の成形面２６上に同心的に配置されるようになっている。

その後、固定型２０の成形面２６に軸受け部材１２とタイヤ部材１４とを保持した状態で、かかる固定型２０の成形面２６に向かって、可動型２２を接近移動させて、該固定型２０と可動型２２とを型合せすることにより、図５に示されるように、それら固定型２０の成形面２６と可動型２２の成形面３２との間で成形キャビティ２４が形成されると共に、かかる成形キャビティ２４内に、軸受け部材１２とタイヤ部材１４が、同心的にセットされる。また、軸受け部材１２とタイヤ部材１４が成形キャビティ２４にセットされることにより、成形キャビティ２４内には、図５に示されるように、径方向内方側の端部の幅が径方向外方側の端部の幅より小さく且つ軸受け部材１２の幅よりも大きくされた、断面工字形状の空間が円環状に形成されることとなる。なお、可動型２２の成形面３２には円環状突出部が形成されていないものの、固定型２０の成形面２６と同様に、外周部及び径方向中間部に、それぞれ、大きさの異なるの円環状溝部が形成されている。

次いで、図６に示されるように、前述せる如き金属繊維の混入されたナイロン樹脂材料３４を可塑化して、固定型に設けた供給路３５を通じて、成形キャビティ２４内の導電性弾性体１８と軸受け部材１２との間の断面工字状の空間に供給することにより、充填する。この際、成形キャビティ２４内には、２００〜２６０℃程度に加熱されて、可塑化せしめられた樹脂材料３４が導入されることとなる。そして、この樹脂材料３４の熱によって、導電性弾性体１８の内面（界面）３６が軟化、溶融される。

その後、成形キャビティ２４内の、導電性弾性体１８と軸受け部材１２との間の空間に充填された樹脂材料３４を冷却固化して、硬化せしめる（図７参照）。これにより、導電性弾性体１８と軸受け部材１２との間に、目的する導電ホイール部材１６が成形されると共に、かかる導電ホール部材１６の内周には、軸受け部材１２が一体的に連結される一方、その外周には、導電性弾性体１８が強固に溶着乃至は溶着される。そして、引き続いて、可動型２２を固定型２０から離隔させて、型開きを行い、一体成形品を成形型から離型させることにより、取り出すのである。そして、この一体成形品に対して、必要な仕上げ加工が施されることにより、目的とする導電キャスター１０が、完成されることとなる。

このようにして製造される導電キャスター１０にあっては、絶縁性の材料からなる接着剤を何等用いることなく、導電性を有するホイール部材１６を、導電性を有する軸受け部材１２とタイヤ部材１４に固定的に連結しているところから、換言すれば、導電ホイール部材１６と軸受け部材１２との界面及び導電ホイール部材１６と導電タイヤ部材１４との界面に、それぞれ、絶縁膜が形成されるようなことがないところから、それらの界面で、導電性が阻害されるようなことが、極めて有利に防止される。

また、導電タイヤ部材１４（導電性弾性体１８）は、金属メッキされた炭素繊維が混入された熱可塑性ポリウレタンエラストマー材料にて形成されているところから、前述せるように、優れた導電性が付与されると共に、使用による導電性の低下も有利に抑制され得るようになっている。更に、導電ホイール部材にあっても、金属繊維の混入されたナイロン樹脂材料で形成されているところから、前述せるように、優れた導電性が付与されると共に、金属製のホイール部材を採用する場合に比して導電キャスター１０の軽量化を効果的に実現することが出来る。

さらに、導電タイヤ部材１４（導電性弾性体１８）と導電ホイール部材１６との界面は、長期に亘る使用によって剥離され易い部分であるが、本実施形態においては、導電ホイール部材１６の成形時に導電タイヤ部材１４を与える弾性材料が溶融して、それら導電タイヤ部材１４と導電ホイール部材１６が強固に溶着されるようになっていることから、接合強度が高く、導電キャスター１０の耐久性も有利に高められるのである。

そして、上述せる如き導電キャスター１０は、その内孔１３内に軸部材が取り付けられて、使用されることとなるのである。特に、本実施形態の導電キャスター１０は、導電性に優れており、抵抗値が１０⁴ Ω以下とされ得るところから、そのような導電キャスター１０が装着された台車等の車両にあっては、クリーンルーム等の静電気が発生し易い環境下において、有利に使用され得るのである。

なお、本実施形態に係る導電キャスター１０には、意匠性を高めるべく、図８〜図１０に示されるように、ホイールキャップ部材３８，３８を、導電キャスター１０の軸方向両側から装着することも可能である。かかるホイールキャップ部材３８は、円環状の蓋部４０と、かかる蓋部４０の内孔内に固定的に嵌着される略円筒状の管状部４２とから構成されており、かかる管状部４２の一方の端部が、軸受け部材１２の内孔１３内に挿嵌されて固定的に取り付けられることによって、導電ホイール部材１６の表面に形成された円環状の溝部１７及び軸受け部材１２が、蓋部４０で覆われて、目隠しされるようになっている。また、導電キャスター１０に装着されたホイールキャップ部材３８，３８は、軸受け部材１２の内面１３のみに接するように取り付けられるところから、導電キャスター１０が路面や床面を転動して、導電タイヤ部材１４と導電ホイール部材１６が回転しても、その回転運動が伝達されないようになっている。

また、上述せる如き構造のホイールキャップ部材３８，３８を装着した場合には、軸部材が、軸受け部材１２の内孔１３内に配置されたホイールキャップ部材３８，３８の管状部４２の内孔内に取り付けられることとなる。このため、この場合においては、台車等に帯電した静電気が、軸部材から、ホイールキャップ部材３８，３８の管状部４２，４２を通じて、軸受け部材１２の方に流れるように、ホイールキャップ部材３８，３８の管状部４２，４２も、金属材料や導電ホイール部材１６と同様な導電性樹脂材料等、導電性を有する材料にて形成される必要があることは、勿論、言うまでもないところである。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述してきたが、それは文字通りの例示であって、本発明は、そのような実施形態の記載によって、何等、限定的に解釈されるものでないことが、理解されるべきである。

例えば、上記実施形態においては、導電ホイール部材１６の内側に、軸部材を支持する軸受け部材１２が設けられていたが、そのような軸受け部材の材質や形状等は、要求特性に応じて適宜に決定されるものであり、何等、限定されるものでない。具体的には、上例では、軸受け部材１２として、金属製の玉軸受けが採用されていたが、導電性を有する材質からなり、且つ軸受け部材１２の外周に固着される導電ホイール部材１６の回転運動を軸受け部材１２の内方に取り付けられる軸部材に伝えない構造のものであれば何等差支えなく、例えば、コロ軸受けを採用することも可能である。

さらに、上記の軸受け部材１２は、本発明において、必ずしも必要とされるものではなく、導電ホイール部材１６の内側に、軸部材を、直に固着せしめるようにしても良い。このような軸部材と導電ホイール部材と導電タイヤ部材が、順次、径方向外方に向かって一体的に連結された構造の導電キャスターを製造する場合には、上記軸受け部材１２に代えて、軸部材が、成形キャビティ内にセットされることとなる。また、かかる導電キャスターは、軸部材がホイール部材に一体的に固着され、キャスター全体が一体的に回転せしめられる構成とされるところから、このような導電キャスターを台車等へ取り付ける際には、適当な軸受け部材が介装されることとなる。

その他、一々列挙はしないが、本発明が、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもないところである。

以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。

先ず、下記表１に示される各種配合割合となるように、常法に従って、タイヤ部材の原料を混合し、この原料を、射出成形機内で２２０℃に加熱して、射出成形を行うことにより、外径：１００ｍｍ、幅：２７ｍｍ、厚さ：１０ｍｍの円環状（円筒状）の、実施例１及び比較例１〜３に係る導電性弾性体（１８）を作製した。なお、弾性材料としては、熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ＢＡＳＦ社製エラストランＣ６０Ａ）を用いる一方、導電材としては、実施例１では、繊維径：８μｍ、繊維長：６ｍｍ、比重：１．８０であるニッケルメッキされた炭素繊維（表１中、Ｎｉ／ＣＦと略記する。）を、比較例１では、繊維径：１０μｍ、繊維長：０．３ｍｍ、比重：７．９３であるＳＵＳ繊維を、比較例２では、繊維径：１０μｍ、繊維長：５ｍｍ、比重：７．９３であるＳＵＳ繊維を、更に、比較例３では、表面の比抵抗値：１０^-4〜１０^-1Ω・ｃｍ、繊維長：５〜１０ｍｍ、比重：１．１８である、アクリル系繊維表面に硫化銅を化学結合させた有機導電繊維を、それぞれ用いた。また、添加剤として、灰色顔料（大日精化株式会社製レザミンＣＰ７１３８）を用いた。

次いで、上記で得られた実施例１及び比較例１〜３に係る導電性弾性体（１８）と、外径：２５ｍｍ、内径：１０ｍｍの玉軸受け部材（１２）とを、上述せる如き成形金型の成形キャビティ（２４）に同心的にセットした後、導電性弾性体（１８）と玉軸受け部材（１２）との間の空間に、導電材としてのＳＵＳ繊維（繊維径：１０μｍ、繊維長：０．３ｍｍ）が、下記表１に示される割合において混入された樹脂材料（ナイロン６）を、射出温度：２３０℃で射出、充填することにより、実施例１及び比較例１〜３に係るキャスター（１０）を作製した。

そして、上記で得られた実施例１及び比較例１〜３に係るキャスター（１０）を用いて、以下の如き車輪特性試験を行った。先ず、未使用のキャスターの抵抗値を常法に従って測定した後、それぞれのキャスターに対して１５０ｋｇ／輪の荷重を負荷して、鉄鋼板路面上を、０．８ｋｍ／時間の速度で、４０００ｍ走行させた。

走行後、キャスターの抵抗値を測定すると共に、キャスターの外観を目視で観察して、以下の評価基準で、車輪の特性を評価すると共に、得られた結果を、下記表２に併せて示した。
−評価基準−
［摩耗性］◎：走行跡が付く程度。○：薄皮が削れる程度。△：薄皮が削れ内部まで磨耗又は表面が荒れた状態。
［走行性］○：鉄鋼板路面上で滑らかに回転する。×：鉄鋼板路面上で滑らかに回転しない。
［導電性］◎：抵抗値が５Ω以下、○：抵抗値が５Ω超１０⁴ Ω以下、×：抵抗値が１０⁴ Ω超

上記表２の結果から明らかなように、実施例１に係る弾性導電車輪（キャスター）にあっては、耐摩耗性、走行性及び導電性が何れも良好であることが、分かる。特に、実施例１に係るキャスターは、走行後においても、抵抗値が１０⁴ Ω以下とされており、導電性が高度に確保されていることが、認められる。

これに対して、比較例１及び比較例２に係るキャスターには、導電材として、長さの異なるＳＵＳ繊維が混入せしめられているのであるが、導電性を充分に実現することが出来ず、また、摩耗性も良好ではないことが、分かる。更に、比較例３に係るキャスターにあっては、導電材として、有機導電繊維が混合せしめられているのであるが、かかる有機導電繊維が、弾性材料中に均一に混入され得ないことに起因して、充分な導電性が付与されないことが、分かる。

本発明に従う弾性導電車輪である導電キャスターの一例を示す部分断面説明図である。 図１におけるII−II断面説明図である。 本発明手法に従って図１の導電キャスターを製造する一工程例を示す断面説明図であって、導電性弾性体と軸受け部材を、一方の成形型にセットする状態を示している。 本発明手法に従って導電キャスターを製造する図３に続く工程を示す断面説明図であって、二つの成形型を型合せする状態を示している。 本発明手法に従って導電キャスターを製造する図４に続く工程を示す断面説明図であって、成形キャビティ内に導電性弾性体と軸受け部材とが同心的にセットされた状態を示している。 本発明手法に従って導電キャスターを製造する図５に続く工程を示す断面説明図であって、導電性弾性体と軸受け部材との間の空間に、金属繊維の混入されたナイロン樹脂材料を充填した状態を示している。 本発明手法に従って導電キャスターを製造する図６に続く工程を示す断面説明図であって、導電性弾性体と軸受け部材との間の空間に充填されたナイロン樹脂材料が硬化した状態を示している。 図２に示される導電キャスターに、ホイールキャップ部材を取り付ける工程を示す断面説明図である。 図２に示される導電キャスターに、ホイールキャップ部材が装着された状態を示す断面説明図である。 図９における左側面図である。

符号の説明

１０ キャスター １２ 軸受け部材
１３ 内孔 １４ タイヤ部材
１６ 導電ホイール部材 １８ 導電性弾性体
２０ 固定型 ２２ 可動型
２４ 成形キャビティ ３４ 樹脂材料
３８ ホイールキャップ部材

Claims (2)

1. 繊維径：１〜２０μｍ、繊維長：０．１〜２０ｍｍの金属繊維が２５〜７５重量％の割合で混入されたナイロン樹脂材料を用いて、所定の軸部材若しくはそれを支持する軸受け部材の周りに一体的に形成された導電ホイール部材と、
   繊維径：１〜２０μｍ、繊維長：０．５〜２０ｍｍの、金属メッキされた炭素繊維が、２０〜６０重量％の割合において混入された熱可塑性ポリウレタンエラストマー材料からなる弾性材料を用いて、該導電ホイール部材の外周部に一体的に形成された導電タイヤ部材とを、
   含み、且つ該導電ホイール部材の外周面と該導電タイヤ部材の内周面とが、接着剤層を介することなく、一体的に連結されていることを特徴とする弾性導電車輪。
2. 繊維径：１〜２０μｍ、繊維長：０．５〜２０ｍｍの、金属メッキされた炭素繊維が、２０〜６０重量％の割合において混入された熱可塑性ポリウレタンエラストマー材料を用いて、目的とする車輪のタイヤ部材を与える円環状の導電性弾性体を準備する工程と、
   該導電性弾性体と前記車輪の軸部材若しくはそれを支持する軸受け部材とを成形キャビティ内に同心的にセットした状態において、該導電性弾性体と該軸部材若しくは軸受け部材との間の空間内に、繊維径：１〜２０μｍ、繊維長：０．１〜２０ｍｍの金属繊維が２５〜７５重量％の割合で混入されたナイロン樹脂材料の加熱・可塑化物を供給して、該導電性弾性体と該軸部材若しくは軸受け部材とを一体的に連結してなる導電ホイール部材を一体成形する工程とを、
   含むことを特徴とする請求項１記載の弾性導電車輪の製造法。

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