JPH0223361B2 - - Google Patents

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JPH0223361B2
JPH0223361B2 JP55021049A JP2104980A JPH0223361B2 JP H0223361 B2 JPH0223361 B2 JP H0223361B2 JP 55021049 A JP55021049 A JP 55021049A JP 2104980 A JP2104980 A JP 2104980A JP H0223361 B2 JPH0223361 B2 JP H0223361B2
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JP
Japan
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rim
wheel
mold
fibers
hoop
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP55021049A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS55133949A (en
Inventor
Andoryuu Uorufueru Jeimuzu
Uiruson Sumisu Richaado
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Motor Wheel Corp
Original Assignee
Motor Wheel Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Motor Wheel Corp filed Critical Motor Wheel Corp
Publication of JPS55133949A publication Critical patent/JPS55133949A/en
Publication of JPH0223361B2 publication Critical patent/JPH0223361B2/ja
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  • Laminated Bodies (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明は自動車ホイールおよびその製造方
法、および特に繊維強化複合ホイールの製造方法
およびその製造物に関する。 ここで用いられるように、「複合ホイール」お
よび「繊維強化複合ホイール」は、繊維強化プラ
スチツク樹脂のホイール構造を言う。 この発明の目的は、通常のスチールホイールと
同様の強度と耐久性を有するが、重量が軽く製造
が経済的に行なえる自動車ホイールを提供するこ
とである。 この発明の別の目的は、補強繊維がホイールリ
ムおよびデイスク部に配置され、かつ選択的に配
向されて耐久性および強度を増大し、および/ま
たは従来の強化プラスチツク製ホイールの製造技
術より経済的に実施できる、繊維強化複合ホイー
ルの製造方法を提供することである。この発明の
さらに別の目的は、前述の方法を実施するホイー
ルの製造装置を提供することである。この発明の
さらに別の目的は、前述の方法で製造された繊維
強化複合ホイールを提供することである。 この発明のさらに別の目的は、特にリムフラン
ジや、ホイールデイスク周囲のボルト孔及びハン
ドホール(作業口)の如き不連続部において、成
形作業中に樹脂の流動跡や結合跡が形成されるの
を最少にする、繊維強化複合ホイールの成形方法
を提供することである。 この発明およびその付加的な目的は、特徴およ
び利点は特許請求の範囲、図面および以下の説明
から理解できるであろう。 この発明はホイールリムおよびデイスク部が、
シート・モールデイング・コンパウンドからなる
それぞれ別の成形装填物(チヤージ)から形成さ
れている、繊維強化樹脂成形ホイールおよび製造
方法を企図している。別々に形成された装填物
が、繊維で補強された本質的に均質の樹歯からな
る、一体複合リムおよびデイスク構造物に成形さ
れる。デイスク装填物は予じめ切断されたシート
部片を積層したものからなることが好ましい。デ
イスク装填物および最終デイスクホイール部の補
強繊維は、ホイールの軸心に対して直角をなす平
面において見た場合に無秩序(ランダム)に方向
付けられている。このような平面は、素材である
シート・モールデイング・コンパウンドにおける
補強繊維の層に対応するものである。 リム装填物は好ましくは一種またはそれ以上の
長さの予じめ切断されたシート・モールデイン
グ・コンパウンドであつて、少なくとも一層の螺
旋または輪体(フープ)を形成するためコイル巻
きされたものからなる。リム装填輪体におけるシ
ート層はここでは螺旋プライと呼ぶことにする。
好ましくは、リム装填輪体および最終リムホイー
ル部の補強繊維は少なくとも、実質的にリム周縁
に無秩序に配向された第1繊維と、ホイール軸心
および周縁に関して、一方向またはそれ以上の選
択された方向にある第2方向性繊維を包含してい
る。ここに説明する種々の実施例において、方向
性繊維はホイール軸に関して連心方向に平行また
は円周方向に配向されている。別の実施例におい
ては、方向性繊維はホイールリムを横切るX字パ
ターンを形成する、二重螺旋状に配置されてい
る。 この発明の背景として、この発明の実施に利用
されるある型式のシート・モールデイング・コン
パウンドであつて繊維強化プラスチツクよりなる
ものを準備するためのラインが第1図に示してあ
る。熱硬化性樹脂ペースト10がドクターブレー
ド12即ちペーストの量を調節するための装置
(ドクターナイフと呼ばれる。)により、ポリエチ
レンフイルムからなる連続シート14上へ、これ
が無端ベルトコンベア16上を牽引される時に、
計量供給される。ペースト10は不飽和ポリエス
テル、ビニルエステルまたはエポキシ樹脂、増粘
剤(thickener)、たとえば第二族金属の酸化物ま
たは水酸化物、触媒、たとえば有機過酸化物また
は硬化剤、不活性充填材、たとえばCaCO3また
は粘土、および離型剤、たとえばステアリン酸亜
鉛を包含している。第1段階18において、連続繊
維フイラメントまたはストランド20がローラ2
2上へ引出され、多重ナイフ型ロールアーバ(軸
体)23よりチヨツプされて不連続繊維24が形
成され、これは重力によりペースト層層25上
へ、本質的に樹脂層表面上に実質的に無秩序に落
下する。処理段階18において得られる繊維方向の
無秩序性は、平面図に26で概略的に示してあ
る。好ましくは、ストランド20は繊維ボールま
たはロール(図示しない)の内側から引出され
て、チヨツプされた不連続繊維24が樹脂層内で
無秩序にねじれるようにする。このようにして用
いられる補強繊維としてはガラス繊維の中でも、
特にE−ガラス(ガラス長繊維の全生産量の99%
近くを占める、電気製品用に開発された無アルカ
リガラス繊維の名称)及びS−ガラス(高強度、
高弾性ガラス繊維の名称)が好ましい。 第2処理段階28において、連続繊維フイラメン
ト30がコンベア18の走行方向に平行におい
て、無秩序な不連続繊維上に等間隔に一方向に平
行に、樹脂層25上に載置される。段階28におけ
る繊維パターンは平面図に32で示してある。シ
ート・モールデイング・コンパウンド内での連続
繊維30のねじれを防止するため、繊維ストラン
ドはロール34の外側から引出される。ペースト
10と同一のペースト36の第2層35が、ドク
ターブレード・ダム38により第2ポリエチレン
フイルム40上へ計量され、ローラ42により走
行フイルム層25上へ送られて、プラスチツク樹
脂シート材料層25,35間の本質的に中央に、
連続繊維ストランド30と不連続繊維24が配置
されたサンドイツチ体が形成される。第3処理段
階44において、アーバ48に保持された半径方向
に突出するブレード46が上部フイルム層35を
貫通して、連続ストランド30を切断して、平面
図に50で示すように不連続で平行で、実質的に
一方向の繊維パターンを形成する。ブレード46
はアーバ48の表面周囲に、個々のストランド3
0を選択された間隔で貫通して、所望の選択長を
有すると共に千鳥状に配置された、不連続で平行
な実質的に一方向の繊維ストランド52を形成す
るように、配置されている。サンドイツチ状シー
トはそれからローラ54により締められて、連続
サンドイツチシート材料からなる成形用原料のロ
ール56にロール巻きされる。樹脂原料は5000〜
60000Pa−secの成形粘度に成熟(maturation)
により粘稠化されなければならない。第1図にお
いては方向性繊維は30,52において無秩序な
不連続繊維24より厚肉に示しているが、これは
対比のためだけであり、現実の実施に於ては通常
繊維は同一タイプで同一の厚さを有している。 別の好ましい処理方法として、フイルム層35
を貫通しストランド30を切断する工程を、連続
サンドイツチシート材料のロール56の形成後に
行なうことができる。この場合、アーバ48は第
1図に示す処理装置には設けられず、別の機械
(図示しない)に配置される。成形原料が粘稠化
または熟成してから、すなわちポリエステル樹脂
および第2族金属酸化物または水酸化物が、ヒド
ロキシル−カルボキシル・イオン反応を起こし、
この反応がペースト層35が前述の粘度5000〜
60000Pa−secに到達するべく進行するに十分な
時間が経過してから、成形原料はフイルム40を
貫通しストランド30を切断すべく、アーバの下
側へ供給される。サンドイツチ状シート材料から
なる成形原料がこの高粘度状態において貫通およ
びストランド30の切断が行なわれることによ
り、フイルム40を介して樹脂が絞られまたは移
動される量が少なくなる。 明らかなように第1図に概略的に示す処理工程
は、多層方向性−無秩序性配向(50に示す)で
はなく、たとえば繊維が無秩序に配向するか、連
続繊維配向のみの状態のシート状成形原料を形成
する場合に適用することができる。たとえば、処
理工程28,44はロール巻きシート原料が、26に
示す形態で無秩序のチヨツプ繊維24のみを包含
するように、作動を停止させることができる。同
様に、処理工程18、44は最終ロール巻き原料が、
32で示す形態で連続平行ストランド30のみを
包含するように、作動を停止させることができ
る。場合によつてはのこぎり歯状のローラ表面に
より繊維ストランドが再配向またはねじれを起こ
すのを防止するため、締つけローラ54を無端ベ
ルト等でカバーすることが有用である。ホイール
の製造にあたつては、26で示すような無秩序な
繊維形態、および50で示すような無秩序−方向
性形態のものが特に有用である。好ましくはない
が、本発明においてはまた、32で示すように無
秩序繊維と連続繊維からなる形態もホイール製造
に利用することができる。 後述のタイプのシート・モールデイング・コン
パウンドの製造に関する議論にあたつて、米国特
許第4167130号明細書;「SMCおよびリム:補強
呼出し」、オートモーテイブ・エンジニアリング、
86巻、3号、1978年3月、P27〜33;「構造
SMC:材料、処理および性能レビユー」、オーエ
ンズ、コーニング・フアイバーグラス・コーポレ
ーシヨン、Pub.5−TM−8364、1978等が参照さ
れる。ここでは好ましいE−ガラスおよびS−ガ
ラスを包含するガラス繊維補強材は、「ガラス繊
維補強材の評価」、プラスチツク・コンパウンデ
イング、7月/8月、1978、P14−25において議
論されている。粘稠化または熟成処理において
は、デイスク等による、「SMCのためのマグネシ
ウム酸化物および水酸化物」、モダーン・プラス
チツクス、11月、1974、P94〜98;およびラオー
ン等による、「不飽和ポリエステル樹脂プリプレ
グの急速熟成」、クンストストツフエから翻訳さ
れたジヤーマン・プラスチツクス、65巻、10月、
1975、P.678〜680に十分に議論されている。 この発明により繊維強化複合ホイールを成形す
る方法が第2〜4図に示されている。先ず第2図
において、繊維強化プラスチツク樹脂成形原料の
連続ストリツプは、先ず多スパイラル層またはプ
ライのリム成形装填輪体60を形成するため、コ
イル巻きされる。シート状成形原料はローラ56
(第1図)から切断され、コイル巻きされる。こ
の場合、ポリエチレンフイルム14及び40は取
り除される。また、シート状原料は第18図に関
連して説明する方法で製造される場合は、第18
図のロール206から切断される。 従つてリム部分は、成形されるホイールの半径
方向に見て明瞭な周方向に配置された層、即ち半
径方向に積み重ねられた周方向の層からなり、各
層はホイールの軸心に関して所定方向に配向され
た繊維と、無秩序に配置された繊維とを含むこと
になる。 第2図に60で示す特別のリム装填物の実施例
は、連続長のストリツプ原料からコイル巻きさ
れ、重なり端部61を有する三スパイラルプライ
からなつている。実際の場合、シート・モールデ
イング・コンパウンドは連続長のストリツプ原料
から輪体60を形成するのに十分な長さで、常に
商業的に入手できるわけではない。そのような場
合、短かいシート長の端部を「継ぎ合わせる」こ
とが必要になる。所望長のシートストリツプがホ
イールの高容量製造に対して入手できることが予
期される。ここに議論されるいくつかの実施例は
異なるタイプ、すなわち異なる繊維配向を有し、
多数の長さのストリツプ原料を必要とするシー
ト・モールデイング・コンパウンドを包含してい
る。いずれの場合も、必要なスパイラルプライ数
は必要なシート・モールデイング・コンパウンド
の異なるタイプ数、および各シートの肉厚に依り
決められる。第2図の輪体60は例示のためだけ
のものである。 輪体60は回転自在なマンドレル(図示しな
い)の周囲に、ホイールリムの最終の所望中央径
にほぼ等しい径になるまでコイル巻きすることに
より形成される。ホイールリムがリム両端の一方
または両方にビード保持フランジを備えるタイプ
の場合は、輪体をホイール型内に載置する前に、
軸心方向輪体端部を外方へ張開げることが有用で
ある。したがつて、輪体60は第1プリフオーム
(予備成形体)69を形成すべく、輪体端部68
に少しの外向き張開部を形成すべく回転自在なロ
ール従動体66と共働する外面64を備えた、回
転自在なダイ62上に載置されることが好まし
い。張開されたリム装填輪体プリフオーム69は
それから、二つの半径方向外方に開かれたリム型
半体72,74間に、引開下端部68が下部デイ
スク型半体84の上面に載置されるように置かれ
る。型半体72,74は押圧ロツド73,75に
より流体シリンダ77,79(第3図)へ連結さ
れると共に、案内路76,78上を内方へ摺動自
在になつている。シリンダ77,79は適当な流
体圧制御装置85へ連結され作動されている。型
半体72,74の半径方向内面または成形面8
1,83はそれぞれ、リム外面に適当なタイヤビ
ード座、ビード保持フランジ、およびリム凹所
(well)を形成するような輪郭を備えることが好
ましい。張開げられた装填輪体プリフオーム69
が、リム型半体72,74間でデイスク型体84
上に載置されてから、リム型半体は閉じられ、プ
リフオーム69は半径方向に対し圧縮されて捕持
される。連続製造工程において、型半体72,7
4は132℃(約270〓)〜160℃(約320〓)の高温
状態に維持される。 第3図において、フイルム14,40をひきは
がした後でロール原料56と同様の原料ロールか
ら適当に切断された、繊維強化(プラスチツク)
シート・モールデイング・コンパウンドの複数の
平らなシート部片は一枚ずつ重ねられてデイスク
装填部片80が形成される。デイスク装填部片8
0を形成するのに利用される好ましい原料ロール
は、連続繊維30が省略され且つ連続繊維30を
アーバ48により貫通切断する工程が省略される
ことを除いて第1図に関連して説明したのと同様
に形成される。このデイスク装填部片はそれら型
内で、リム型装填物69内に同軸心に下部デイス
ク型体84の成形面82上に載置される。従つて
デイスク装填部片80は、成形されるホイールの
軸心方向に見て明瞭な複数の層、即ち軸心方向に
積み重ねられた複数の層からなり、各層には不連
続繊維24の如き補強繊維がホイールの軸心に対
して無秩序に配向されて配置されることになる。
第3図に示すように、デイスク装填部材80は型
内に、型から上方に延びると共に上部デイスク型
体94のキヤビテイー100と共働して、後述の
ようにデイスク・ハンドホール用ポケツトを形成
するためのホーン90により支持される。好まし
くは、デイスク装填部片80はそれぞれ実質的に
四角形で、部片の隅部を円花飾り模様(ローゼツ
ト模様)状に円周方向に千鳥状に配置して、デイ
スク型の面82が最大に覆われるように積み重ね
られる。この特別の形態により、材料の流れと、
それによる最終デイスクにおける結合線の跡が最
少になる。型部片84,94および120(型部
片72,74に加えて)は、成形過程または作動
サイクル中およびその間、前述の132℃(約270
〓)〜160℃(約320〓)の範囲の高温状態に継続
的に維持される。 最終ホイールが、デイスクの主要部から軸心方
向に延びるハブを含むタイプの場合は、多数の小
さい四角形のハブ装填シート部片86が、型面に
形成されたキヤビテイー88の上方で、デイスク
装填部片80と型面82の間に配置される。キヤ
ビテイー88は上部デイスク型体94の対向面9
9に取付けられたホーン98と共働して、ホイー
ルデイスクにハブポケツトを形成する。部片86
は、デイスク型体を閉じた場合にキヤビテイー8
8内に捕えられてしまう空気を排除するのを助け
る。デイスク型体84,94の外向きの半径面1
01,103はそれぞれ、面81,83と共働し
て型キヤビテイ形状に、総体的に一様な肉厚のリ
ム凹所、フランジおよびビード座リム部を画定す
る。第3図のデイスク装填部片80,86とリム
装填物69のプライ数は、所望のホイール肉厚と
シート原料密度に依り決められる。前述のよう
に、デイスク装填部片80を型面を実質的に覆
い、したがつてほぼ最終デイスク形状にして、引
続く圧縮成形時に材料流動を減少させるようなパ
ターンで、デイスク装填部片80を載置すること
が望ましい。任意の特定の密度のシート・モール
デイング・コンパウンドと、所望のホイール寸法
が与えられた場合、プライ数等を型容積内を最少
のオーバーフロー状態で満たすように決定するこ
とは当業者により容易に行なえる。他の形状デイ
スクを形成する場合には、ここで好ましいローゼ
ツト状積重ね体以外のもの、たとえば四スポーク
型デイスクを形成するために四角形装填物を利用
することも企図される。 第3,4図において、圧縮成形作業における次
の工程としては、下部デイスク型体84がその下
部停止部92上の休止位置から上方へ、そして上
部デイスク型体94が同時に下方へ、流体制御装
置85により、デイスク型体が軸心方向に対応
し、かつ閉鎖されたリム型72,74内の初期成
形位置であつて、かつ第4図に示す完全閉鎖およ
び最終成形位置に、非常に近接した位置に到達す
るまで移動される。好ましくは型体84,94の
運動は、型体が相互に移動し、実質的に同時に最
終位置(第4図)に到達するように制御される。
上部型体94は型装填物を位置させることができ
るように、型体72,74および84から離れた
位置に最初は位置されなければならないから、上
部型体の移動は良好に制御されなければならな
い。型体84は包囲スリーブ120により案内さ
れ、スリーブ120にはデイスク型体の上方移動
を限定するための、型体84に設けられたリツプ
126と共働する軸心方向停止肩部122が設け
られており、また型体84はロツド124により
適当な流体圧シリンダ(図示しない)に連結され
ている。上部型体94の半径方向外端から軸心方
向に突出するスリーブスカート96は、型体94
が下降される時リム型体72,74を捕持し、リ
ム型体をクランプすると同時に、デイスク型体9
4を所定位置へ案内する。 上部型面99上のホーン98は最初、下部型体
84の対向キヤビテイー88内にハブ装填物86
を形成する。同時にホーン90は最初に、上部型
面の対応凹所100内にデイスク装填部片80を
形成して、最初に円形に列をなすポケツト102
(第4〜7図)を成形するようになつており、ポ
ケツト102はホイールデイスク104から片寄
つていると共に、各ポケツトの周囲の狭い円周方
向の連続ブリツジ部106により一体結合されて
いる。閉鎖された型はそれから、132℃〜160℃の
高温状態で、5分のオーダーで150psi(10.3メガ
パスカル)のオーダーの高圧を受けて、圧縮成形
により分散された繊維により補強された本質的に
均質な樹脂製の一体リムおよびデイスク構造体が
形成される。それから型体は前述の順序と逆の工
程で開かれ、成形ホイール116(第5〜7図)
が仕上げのために取出される。 この場合、これまで説明した成形方法の特別の
利点は、前述のように開放フランジ68を形成す
べく、リム装填物の端部を張開させる工程と組合
わせた、可動の下部デイスク型体を設けたことに
在るものと考えられる。第2〜4図から明らかな
ように、フランジを形成されたリム装填物69が
型内に位置された時の、下部デイスク型体84が
少し引込められた位置により、最終的に外側リム
フランジ122(第6図)となるリム装填物の下
部フランジ部は、リム型体72,74が閉鎖され
た時、リム型体のフランジ成形面に近接して位置
決めされ得る。これは、デイスク型体が閉鎖され
た時成形材料がフランジ領域に「圧入」されるこ
とはない、ということを意味する。これにより、
型体84が固定されている場合より、補強繊維は
より一様にフランジに分配される。これは特に、
第13−17図において議論されるようにホイー
ルリムに対して横方向の繊維が利用される場合は
重要である。ホイール製造型においては、二つの
型体より多くの型体を備えたリム型も、この発明
の範囲内で利用できる。 成形されたホイール116は、一体ビード保持
フランジ122,123と、ビード座126,1
27によりフランジ122に接続された中央凹所
124(第6図)を備えたリム部120を包含す
る。第6図に示すように、凹所124はリム中央
線に関して片寄り、あるいは非対称になつてお
り、すなわち凹所124は内側フランジ123よ
り外側フランジ122に近く(「外側」および
「内側」は自動車に取付けられた最終ホイールの
好ましい向きに対して言われる)配置される。総
体的に130で示すホイール116のデイスク部
は凹部124の下外端においてリム部120に接
続されている。第5,6図に示すようなデイスク
130の外面は、前述のポケツト102と交互に
対称の列で5個円周方向に隔置された半径リブ1
32を包含している。各リブ132は凹所124
に隣接する位置から幅広に延び、中央に外向きカ
ツプ状ハブ殻体134に張開している。リブ13
2はホイールを補強するだけでなく、装飾スポー
ク形状を与えている。殻体134の外面は各ポケ
ツト102の中央と半径方向に整合する軸心方向
に延びるチヤンネル138を包含する。 リブ132は中空であり、すなわち第7図に示
すようにポケツト136は各リブ132内へホイ
ールデイスクの内面において延びている。各リブ
ポケツト136に一対の補強リブ140(第7
図)がまたがつており、リブ140は凹所124
の基部へ張開げられている。同様に、各ハンドホ
ール110は第7図に示すように、連続補強たな
状部またはビード141により包囲されている。
各たな状部141の半径外方部は、ポケツト14
4によりリム凹所124から分離されている(第
6,7図)。リブ132と開口110の間で、デ
イスク部130は殻体134に隣接する厚肉領域
146(第6図)から幅狭にテーパを有してい
る。 仕上げ作業において、ビード保持フランジ12
2,123の端部からバリが除去される。各ポケ
ツト102の底端および側端が、第6図の破線1
08に沿つて、たな状部141と同一平面になる
ように除去され、ホイールデイスクに円形状の列
をなす開口またはハンドホール110(第8−1
0図)を形成して、リブ132と共働して全体と
してホイールにスポーク形態を与えている。ハブ
中央孔114は殻体134の基部に開孔される。
円形に列をなす取付け孔112が、ホイールのパ
イロツト面113(第6,9図)と同軸心に、ホ
イールデイスク130の厚肉部146にドリル、
または他の手段で形成され、ボルト孔112はハ
ブ殻体外面の各チヤンネル138と、半径方向に
整合して外方に隔置されている。開口150が膨
張弁のためにリム120にドリル加工される。ポ
ケツト102の除去およびボルト孔112のドリ
ル加工等の、仕上げ作業が成形ホイールに必要で
あるが、前述の無孔デイスクの成形により、成形
品に結合線が形成される傾向が減少し、作業を通
じて仕上げされたホイール114の強度と耐久性
が増大される。成形され、かつ仕上げられたホイ
ールは、それぞれ116(第5〜7図)および1
17(第8−10図)に示されている。 これまでに説明したこの発明により、かつ第1
図のシート・モールデイング・コンパウンドを利
用してホイールを製造するにあたり、ガラス繊
維/樹脂重量比が約45%〜約75%のものがテスト
され、繊維/樹脂重量比が50/50のものが好まし
い。30%より低い繊維/樹脂比では、自動車ホイ
ールの製造のためには繊維補強材が少な過ぎ、ま
た75%を越える比率ではガラス繊維の「ぬれの限
界」を越え、したがつて成形性が減少し、樹脂と
ガラスの粘着性が悪くなる。前述のようにペース
トは少量の触媒等を包含し、約50%の樹脂と約50
%の充填材からなつている。この発明の一実施例
によりホイールを製造する場合、デイスク装填物
およびリム装填物に対してそれぞれ、無秩序パタ
ーン25(第1図)と配向/無秩序パターン50
が特に有用である。必要というわけではないが好
ましくは、リム装填物は、各装填物プライにおい
て配向繊維が無秩序繊維層の半径方向内方に存す
るようにコイル巻きされる。無秩序繊維24は
1.25cm〜10cmの長さを有し、すべての繊維は同一
長さを有し、かつ5cmが好ましい、配向繊維52
は5cm〜30cmの長さで、20cmの長さが好ましい。
繊維/重量比として繊維長さの有用な範囲は、強
度および成形性により決定される。好ましい50%
のガラス繊維重量比を利用することにより、5/
45〜45/5の範囲の配向/無秩序繊維重量比が企
図され、20/30〜30/20の範囲が好ましい。 この発明により製造された一つのホイールにお
いて、デイスク装填物は多プライの50重量%の無
秩序繊維からなり、無秩序繊維24は約2.5cmの
長さを有し、本質的に型軸心に直角の平面に向い
ている。リム装填物は50重量%の繊維を含む、配
向/無秩序シート・モールデイング・コンパウン
ドのフープからなつている、リム装填フープは、
配向繊維52が各プライにおいて無秩序繊維24
の半径方向内方に配置されると共に、円周方向に
向くようにコイル巻きされる。したがつて無秩序
繊維24は本質的に、型軸心の回りに回転する渦
線方向に配置される。配向繊維52は20cmの長さ
を有し、無秩序繊維24は5cmの長さを有し、配
向/無秩序繊維重量比は30/20である。 この発明におけるホイールの前述の例の、デイ
スクおよびリム装填物に関する材料明細(テスト
結果に対する表の構造B3参照)において、
「SMC」はシート・モールデイング・コンパウン
ドの商取引きでの表示である。利用される特定の
コンパウンドは、オーエンズ・コーニング・フア
イバーグラス社で製造される。Dは第1図に52
で示すタイプの配向繊維を表わし、Rは無秩序繊
維24を表わす。したがつて、SMC−R50は50
重量%の無秩序繊維を包含するシート・モールデ
イング・コンパウンドを意味している。(前述の
オートモーテイブ・エンジニアリングを参照)
The present invention relates to an automobile wheel and a method for manufacturing the same, and in particular to a method for manufacturing a fiber-reinforced composite wheel and a product thereof. As used herein, "composite wheel" and "fiber-reinforced composite wheel" refer to a wheel construction of fiber-reinforced plastic resin. The object of the invention is to provide an automobile wheel that has the same strength and durability as a regular steel wheel, but is lighter in weight and economical to manufacture. It is another object of the present invention that reinforcing fibers are placed in the wheel rim and disc portions and selectively oriented to increase durability and strength and/or to provide a structure that is more economical than conventional reinforced plastic wheel manufacturing techniques. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fiber-reinforced composite wheel, which can be carried out in the following manner. Yet another object of the invention is to provide a wheel manufacturing device implementing the method described above. Yet another object of the invention is to provide a fiber reinforced composite wheel manufactured by the method described above. Still another object of the present invention is to prevent the formation of resin flow marks and bonding marks during the molding operation, particularly at discontinuous parts such as rim flanges, bolt holes and hand holes around the wheel disc. An object of the present invention is to provide a method for molding a fiber-reinforced composite wheel that minimizes. The invention and its additional objects, features and advantages will be apparent from the claims, the drawings and the following description. In this invention, the wheel rim and disc part are
A fiber reinforced resin molded wheel and method of manufacture is contemplated that is formed from separate mold charges of sheet molding compound. Separately formed charges are formed into a unitary composite rim and disk structure consisting of essentially homogeneous dentures reinforced with fibers. Preferably, the disk load consists of a stack of pre-cut sheet sections. The reinforcing fibers of the disk charge and final disk wheel section are randomly oriented when viewed in a plane perpendicular to the axis of the wheel. These planes correspond to the layers of reinforcing fibers in the sheet molding compound material. The rim charge is preferably one or more lengths of pre-cut sheet molding compound which are coiled to form at least one helix or hoop. Become. The sheet layer in the rim loading wheel will be referred to herein as a helical ply.
Preferably, the reinforcing fibers of the rim loading wheel body and the final rim wheel section include at least first fibers oriented substantially randomly around the rim periphery and selected fibers in one or more directions with respect to the wheel axis and periphery. A second directional fiber is included in the direction. In various embodiments described herein, the directional fibers are oriented coaxially parallel or circumferentially with respect to the wheel axis. In another embodiment, the directional fibers are arranged in a double helix forming an X-pattern across the wheel rim. By way of background to this invention, a line for preparing one type of sheet molding compound of fiber reinforced plastic utilized in the practice of this invention is shown in FIG. When the thermosetting resin paste 10 is pulled onto a continuous sheet 14 made of polyethylene film by a doctor blade 12, that is, a device for adjusting the amount of paste (called a doctor knife), on an endless belt conveyor 16. ,
Supplied in metered quantities. The paste 10 comprises an unsaturated polyester, vinyl ester or epoxy resin, thickeners such as oxides or hydroxides of Group II metals, catalysts such as organic peroxides or hardeners, inert fillers such as CaCO 3 or clay, and mold release agents such as zinc stearate are included. In a first stage 18, a continuous fiber filament or strand 20 is transferred to a roller 2.
2 and chopped by a multi-knife roll arbor (shaft) 23 to form discontinuous fibers 24, which are transferred by gravity onto the paste layer 25, essentially in a substantially disordered manner on the surface of the resin layer. to fall. The fiber orientation disorder obtained in processing step 18 is shown schematically at 26 in the plan view. Preferably, the strands 20 are drawn from inside a fiber ball or roll (not shown) so that the chopped discontinuous fibers 24 are randomly twisted within the resin layer. Among the glass fibers used as reinforcing fibers in this way,
Especially E-glass (99% of the total production of long glass fibers)
(name of alkali-free glass fiber developed for electrical products) and S-glass (high strength,
(name of high modulus glass fiber) is preferred. In a second processing step 28, continuous fiber filaments 30 are placed on the resin layer 25, parallel to the running direction of the conveyor 18, evenly spaced and parallel to one direction on the disordered discontinuous fibers. The fiber pattern at stage 28 is shown at 32 in plan view. To prevent twisting of the continuous fibers 30 within the sheet molding compound, the fiber strands are drawn from the outside of the roll 34. A second layer 35 of paste 36 identical to paste 10 is metered onto a second polyethylene film 40 by doctor blade dam 38 and conveyed by rollers 42 onto running film layer 25 to form plastic resin sheet material layer 25, essentially in the middle between 35,
A sandwich body is formed in which continuous fiber strands 30 and discontinuous fibers 24 are arranged. In a third processing stage 44, a radially projecting blade 46 held in an arbor 48 penetrates the upper film layer 35 and cuts the continuous strands 30 in discontinuous and parallel strands as shown at 50 in plan view. to form a substantially unidirectional fiber pattern. blade 46
The individual strands 3 are arranged around the surface of the arbor 48.
0 at selected intervals to form discontinuous, parallel, substantially unidirectional fiber strands 52 having a desired selected length and staggered arrangement. The sandwiched sheet is then clamped by rollers 54 and rolled onto a roll 56 of forming stock comprised of continuous sandwiched sheet material. Resin raw materials are 5000~
Maturation to molding viscosity of 60000Pa-sec
It must be made viscous. In FIG. 1, the directional fibers are shown thicker than the disordered discontinuous fibers 24 at 30, 52, but this is for contrast only; in actual practice, the fibers are usually of the same type. have the same thickness. As another preferred processing method, the film layer 35
The step of cutting the strands 30 through can be performed after the roll 56 of continuous sandwich sheet material is formed. In this case, the arbor 48 is not provided in the processing apparatus shown in FIG. 1, but is located in another machine (not shown). After the molding raw material becomes viscous or matures, that is, the polyester resin and the Group 2 metal oxide or hydroxide undergo a hydroxyl-carboxyl ion reaction,
This reaction causes the paste layer 35 to have a viscosity of 5,000 to 5,000.
After sufficient time has elapsed to proceed to reach 60,000 Pa-sec, the forming stock is fed to the underside of the arbor to penetrate the film 40 and cut the strands 30. The penetration and cutting of the strands 30 in this high viscosity state of the molding material consisting of the sandwiched sheet material reduces the amount of resin squeezed or transferred through the film 40. As will be apparent, the processing steps schematically shown in Figure 1 do not result in multi-layer directional-disorder orientation (as shown at 50), but rather in sheet forming, e.g. with randomly oriented fibers or with only continuous fiber orientation. It can be applied when forming raw materials. For example, processing steps 28 and 44 may be deactivated so that the rolled sheet stock contains only disordered chop fibers 24 in the form shown at 26. Similarly, in processing steps 18 and 44, the final rolled raw material is
The actuation can be deactivated to include only continuous parallel strands 30 in the configuration shown at 32. In order to prevent the fiber strands from reorienting or twisting due to the possibly serrated roller surface, it is useful to cover the tightening roller 54 with an endless belt or the like. Disorganized fiber forms, as shown at 26, and disordered-oriented forms, as shown at 50, are particularly useful in wheel manufacturing. Although not preferred, the present invention may also utilize a configuration consisting of disordered fibers and continuous fibers, as shown at 32, for wheel production. For a discussion of the manufacture of sheet molding compounds of the type described below, see U.S. Pat.
Volume 86, No. 3, March 1978, P27-33; “Structure
SMC: Materials, Processing and Performance Review,'' Owens, Corning Fiberglass Corporation, Pub. 5-TM-8364, 1978, etc. Glass fiber reinforcements, including E-glass and S-glass, which are preferred herein, are discussed in "Evaluation of Glass Fiber Reinforcements", Plastic Compounding, July/August 1978, P14-25. In the thickening or ripening process, Disk et al., "Magnesium Oxide and Hydroxide for SMC," Modern Plastics, November 1974, P94-98; and Raohn et al., "Unsaturated Polyester "Rapid Aging of Resin Prepregs", German Plastics, translated from Kunststuffe, Volume 65, October,
1975, pp. 678-680. A method of forming a fiber-reinforced composite wheel according to the present invention is illustrated in FIGS. 2-4. Referring first to FIG. 2, a continuous strip of fiber-reinforced plastic resin molding stock is first coiled to form a multi-spiral layer or ply rim-forming charge wheel 60. The sheet-form forming raw material is processed by the roller 56.
(FIG. 1) and then coiled. In this case, polyethylene films 14 and 40 are removed. In addition, when the sheet-like raw material is manufactured by the method described in relation to FIG.
Cut from the roll 206 shown. The rim part therefore consists of distinct circumferentially arranged layers in the radial direction of the wheel to be molded, i.e. radially stacked circumferential layers, each layer extending in a given direction with respect to the axis of the wheel. It will contain oriented fibers and randomly arranged fibers. The particular rim charge embodiment shown at 60 in FIG. 2 consists of three spiral plies coiled from a continuous length of raw material and having overlapping ends 61. In practice, sheet molding compound is not always commercially available in sufficient length to form hoop 60 from a continuous length of strip stock. In such cases, it may be necessary to "splice" the ends of the short sheet lengths. It is anticipated that sheet strips of desired lengths will be available for high volume manufacturing of wheels. Some of the embodiments discussed herein have different types, i.e. different fiber orientations,
Includes sheet molding compounds that require multiple lengths of strip stock. In either case, the number of spiral plies required will depend on the number of different types of sheet molding compound required and the wall thickness of each sheet. Wheel 60 in FIG. 2 is for illustrative purposes only. Wheel 60 is formed by winding a coil around a rotatable mandrel (not shown) to a diameter approximately equal to the final desired center diameter of the wheel rim. If the wheel rim is of the type with a bead retaining flange on one or both ends of the rim, before placing the wheel in the wheel mold,
It is useful to stretch the axial wheel ends outwards. Therefore, the wheel body 60 is formed at the wheel end portion 68 to form a first preform 69.
It is preferably mounted on a rotatable die 62 with an outer surface 64 that cooperates with a rotatable roll follower 66 to form a slight outward flare. The expanded rim-loading wheel preform 69 is then placed between the two radially outwardly opened rim-shaped halves 72, 74, with the expanded lower end 68 resting on the upper surface of the lower disk-shaped half 84. placed so that it is The mold halves 72, 74 are connected to fluid cylinders 77, 79 (FIG. 3) by push rods 73, 75 and are slidable inwardly on guideways 76, 78. Cylinders 77, 79 are connected to and operated by appropriate hydraulic control devices 85. Radial inner surface or molding surface 8 of mold halves 72, 74
1 and 83 are each preferably contoured to form a suitable tire bead seat, bead retention flange, and rim well on the outer surface of the rim. Stretched loading wheel preform 69
However, the disk type body 84 is formed between the rim type halves 72 and 74.
Once placed on top, the rim halves are closed and the preform 69 is radially compressed and captured. In the continuous manufacturing process, the mold halves 72, 7
4 is maintained at a high temperature of 132°C (approximately 270°C) to 160°C (approximately 320°C). In FIG. 3, a fiber-reinforced (plastic) suitably cut from a roll of raw material similar to roll stock 56 after peeling off films 14, 40.
A plurality of flat sheet sections of sheet molding compound are stacked one on top of the other to form disk loading section 80. Disc loading piece 8
The preferred raw material roll utilized to form the 0 is as described in connection with FIG. 1, except that the continuous fibers 30 are omitted and the step of cutting the continuous fibers 30 through by the arbor 48 is omitted. is formed similarly. The disc loading pieces are placed in the molds coaxially within the rim-shaped loading 69 on the molding surface 82 of the lower disc mold 84. The disk loading piece 80 therefore consists of distinct layers, axially stacked, in the axial direction of the wheel being molded, each layer having reinforcements such as discontinuous fibers 24. The fibers will be randomly oriented and arranged with respect to the axis of the wheel.
As shown in FIG. 3, a disk loading member 80 extends into the mold and upwardly from the mold and cooperates with a cavity 100 in the upper disk mold body 94 to form a disk hand hole pocket as described below. It is supported by a horn 90 for use. Preferably, each disk loading section 80 is substantially square, with the corners of the sections staggered circumferentially in a rosette pattern so that the disk-shaped surface 82 is at its maximum. are stacked so that they are covered. This special configuration allows material flow and
The resulting bond line traces on the final disk are minimized. Mold pieces 84, 94, and 120 (in addition to mold pieces 72, 74) are heated to the aforementioned 132° C. (approximately 270° C.) during and during the molding process or operating cycle.
It is continuously maintained at a high temperature in the range of 〓) to 160℃ (approximately 320℃). If the final wheel is of the type that includes a hub extending axially from the main portion of the disk, a number of small square hub-loading seat pieces 86 are inserted into the disk loading section above a cavity 88 formed in the mold surface. It is located between the piece 80 and the mold surface 82. The cavity 88 is located on the opposing surface 9 of the upper disk type body 94.
In cooperation with the horn 98 attached to 9, a hub pocket is formed in the wheel disc. Piece 86
is the cavity 8 when the disc type body is closed.
Helps eliminate air that would otherwise be trapped within the 8. Outward radial surface 1 of disk-shaped body 84, 94
01 and 103 respectively cooperate with surfaces 81 and 83 to define a rim recess, flange and bead seat rim portion of generally uniform wall thickness in the mold cavity shape. The number of plies of disk loading pieces 80, 86 and rim loading 69 of FIG. 3 is determined by the desired wheel wall thickness and sheet stock density. As previously discussed, the disk loading pieces 80 are placed in a pattern that substantially covers the mold surface, thus providing approximately the final disk shape and reducing material flow during subsequent compression molding. It is desirable to place the Given any particular density of sheet molding compound and desired wheel dimensions, one skilled in the art can readily determine the number of plies, etc. to fill the mold volume with a minimum of overflow conditions. Ru. It is also contemplated that square charges may be utilized to form other shaped disks other than the rosette-like stacks preferred herein, such as four-spoke disks. 3 and 4, the next step in the compression molding operation is to move the lower disc mold 84 upwardly from its resting position on its lower stop 92 and simultaneously move the upper disc mold 94 downwardly into the fluid control system. 85, the disk mold body corresponds axially and is in the initial molding position within the closed rim molds 72, 74, and very close to the fully closed and final molding position shown in FIG. is moved until the position is reached. Preferably, the movement of mold bodies 84, 94 is controlled such that the mold bodies move relative to each other and reach their final positions (FIG. 4) substantially simultaneously.
The movement of the upper mold body must be well controlled, since the upper mold body 94 must initially be positioned at a distance from the mold bodies 72, 74 and 84 so that the mold charge can be positioned. It won't happen. The mold body 84 is guided by an enclosing sleeve 120, which is provided with an axial stop shoulder 122 that cooperates with a lip 126 on the mold body 84 to limit upward movement of the disk mold body. The mold body 84 is also connected by rod 124 to a suitable hydraulic cylinder (not shown). A sleeve skirt 96 axially protrudes from the radially outer end of the upper mold body 94 .
When lowered, it catches the rim-shaped bodies 72, 74 and clamps the rim-shaped bodies, and at the same time, the disk-shaped body 9
4 to a predetermined position. The horn 98 on the upper mold surface 99 initially loads the hub charge 86 into the opposing cavity 88 of the lower mold body 84.
form. At the same time, the horn 90 first forms a disk loading piece 80 in a corresponding recess 100 in the upper mold surface, first forming a circular row of pockets 102.
(FIGS. 4-7), the pockets 102 are offset from the wheel disc 104 and are joined together by a narrow circumferential continuous bridge 106 around each pocket. The closed mold is then subjected to high pressures on the order of 150 psi (10.3 megapascals) for on the order of 5 minutes at elevated temperatures of 132°C to 160°C to form an essentially compressed fiber-reinforced material reinforced by compression molded dispersed fibers. A homogeneous resin integral rim and disk structure is formed. The mold body is then opened in the reverse order to that described above and the mold wheel 116 (FIGS. 5-7)
is taken out for finishing. In this case, a particular advantage of the forming method hitherto described is the use of a movable lower disc mold in combination with the step of stretching out the ends of the rim charge to form the open flange 68 as described above. This is thought to be due to the fact that it was established. 2-4, the slightly retracted position of the lower disk mold body 84 when the flanged rim charge 69 is placed in the mold results in the final outer rim flange The lower flange portion of the rim charge, designated 122 (FIG. 6), may be positioned proximate the flanging surface of the rim molds when the rim molds 72, 74 are closed. This means that no molding material is "pressed" into the flange area when the disc mold is closed. This results in
The reinforcing fibers are more evenly distributed on the flange than if the mold body 84 were fixed. This is especially
This is important when fibers transverse to the wheel rim are utilized, as discussed in Figures 13-17. In wheel manufacturing molds, rim molds with more than two mold bodies can also be utilized within the scope of this invention. The molded wheel 116 includes integral bead retaining flanges 122, 123 and bead seats 126, 1.
It includes a rim portion 120 with a central recess 124 (FIG. 6) connected to a flange 122 by 27. As shown in FIG. 6, the recess 124 is offset or asymmetrical with respect to the rim centerline, i.e., the recess 124 is closer to the outer flange 122 than the inner flange 123 ("outer" and "inner" are (mentioned relative to the preferred orientation of the final wheel mounted on the wheel). A disc portion of wheel 116, indicated generally at 130, is connected to rim portion 120 at the lower outer end of recess 124. The outer surface of the disk 130, as shown in FIGS. 5 and 6, includes five circumferentially spaced radial ribs 1 in symmetrical rows alternating with the aforementioned pockets 102.
It includes 32. Each rib 132 has a recess 124
The hub shell 134 extends widely from a position adjacent to the hub shell 134 and flares out into an outwardly cup-shaped hub shell 134 at the center. Rib 13
2 not only reinforces the wheel, but also gives it a decorative spoke shape. The outer surface of shell 134 includes an axially extending channel 138 that is radially aligned with the center of each pocket 102. The ribs 132 are hollow, ie, a pocket 136 extends into each rib 132 on the inner surface of the wheel disc, as shown in FIG. Each rib pocket 136 has a pair of reinforcing ribs 140 (seventh
) straddles the rib 140 and the recess 124.
It is stretched out to the base of. Similarly, each hand hole 110 is surrounded by a continuous reinforcing trellis or bead 141, as shown in FIG.
The radially outer portion of each trough-shaped portion 141 is connected to the pocket 14.
4 (FIGS. 6 and 7) from the rim recess 124. Between the rib 132 and the opening 110, the disk portion 130 narrowly tapers from a thickened region 146 (FIG. 6) adjacent the shell 134. During finishing operations, the bead retaining flange 12
The burr is removed from the end of 2,123. The bottom and side edges of each pocket 102 are aligned with the dashed line 1 in FIG.
08, a circular row of openings or hand holes 110 (8-1
0), which cooperate with the ribs 132 to give the wheel as a whole a spoked configuration. Hub central hole 114 is drilled at the base of shell 134 .
A circular row of mounting holes 112 are drilled into the thickened portion 146 of the wheel disc 130, coaxially with the pilot surface 113 of the wheel (FIGS. 6 and 9).
or formed by other means, the bolt holes 112 are spaced outwardly in radial alignment with each channel 138 in the hub shell outer surface. An opening 150 is drilled into the rim 120 for the expansion valve. Although finishing operations are required on the forming wheel, such as removing the pockets 102 and drilling the bolt holes 112, forming the solid disc described above reduces the tendency for bond lines to form in the molded part, and The strength and durability of the finished wheel 114 is increased. The molded and finished wheels are 116 (Figs. 5-7) and 1, respectively.
17 (Figures 8-10). According to the invention described above, and the first
When manufacturing wheels using the sheet molding compound shown in the figure, glass fiber/resin weight ratios of approximately 45% to approximately 75% were tested, and fiber/resin weight ratios of 50/50 were tested. preferable. At fiber/resin ratios lower than 30%, there is too little fiber reinforcement for the manufacture of automobile wheels, and at ratios above 75% the "wetting limit" of the glass fibers is exceeded, thus reducing formability. However, the adhesion between resin and glass deteriorates. As mentioned above, the paste contains a small amount of catalyst, etc., and contains about 50% resin and about 50%
% filler. When manufacturing wheels in accordance with one embodiment of the present invention, a disordered pattern 25 (FIG. 1) and an oriented/disordered pattern 50 for disk loadings and rim loadings, respectively.
is particularly useful. Preferably, but not necessarily, the rim charge is coiled such that the oriented fibers are radially inward of the disordered fiber layer in each charge ply. The disordered fiber 24 is
Oriented fibers 52 having a length between 1.25 cm and 10 cm, with all fibers having the same length and preferably 5 cm.
The length is between 5cm and 30cm, preferably 20cm.
The useful range of fiber length as a fiber/weight ratio is determined by strength and formability. preferred 50%
By utilizing the glass fiber weight ratio of 5/
Oriented/disordered fiber weight ratios ranging from 45 to 45/5 are contemplated, with a range from 20/30 to 30/20 being preferred. In one wheel made in accordance with this invention, the disk charge consists of multiple plies of 50% by weight disordered fibers, the disordered fibers 24 having a length of about 2.5 cm and essentially perpendicular to the mold axis. facing a flat surface. The rim loading consists of a hoop of oriented/disordered sheet molding compound containing 50% fiber by weight, the rim loading hoop comprising:
Oriented fibers 52 in each ply include disordered fibers 24
The coil is arranged radially inward and wound in a coil so as to face in the circumferential direction. The disordered fibers 24 are therefore essentially arranged in a spiral direction rotating about the mold axis. The oriented fibers 52 have a length of 20 cm, the disordered fibers 24 have a length of 5 cm, and the oriented/disordered fiber weight ratio is 30/20. In the material specification for the disc and rim loading of the aforementioned example of a wheel according to the invention (see structure B3 of the table for test results):
"SMC" is the commercial designation for sheet molding compound. The particular compound utilized is manufactured by Owens Corning Fiberglass Company. D is 52 in Figure 1
represents an oriented fiber of the type shown, and R represents a disordered fiber 24. Therefore, SMC−R50 is 50
means a sheet molding compound containing % by weight of disordered fibers. (See Automotive Engineering above)

【表】【table】

【表】【table】

【表】 ペースト組成とペースト粘度(SMC−R50に
対するものと同一) 中型車用ホイールに対して、多数の異なる構造
のホイールが製造され、かつ以下の1978オリジナ
ル装置疲労テスト仕様にしたがつてテストされ
た: 表 動的コーナリング疲労 デイスク疲労B10−30000サイクル20000サイクル
以下では破損なし 曲げモーメント2263N・m SEA J328aは18000サイクルを要する 動的半径方向疲労 リム疲労B10−1000000サイクル 80000サイクル以下では破損なし 半径荷重 12910N テストタイヤ圧力448K Pa SAE J328aは400000サイクルを要す テストされたすべてのホイール(Dホイールの
構造を除く)は、前述のようにデイスク装填パタ
ーンにSMC−R50材料を包含し、仕上げられた
すべてのホイールは第8−10図に117に示す
ものと同一である。種々のリム(ベルト)構造が
第11〜17図に概略的に示されており、かつ以
下の表はベルト構造とテスト結果とを比較してい
る:
[Table] Paste composition and paste viscosity (same as for SMC-R50) For medium-duty vehicle wheels, a number of different wheel constructions have been manufactured and tested according to the following 1978 original equipment fatigue test specifications: Table: Dynamic Cornering Fatigue Disc Fatigue B 10 -30000 cycles No failure below 20000 cycles Bending moment 2263N・m SEA J328a requires 18000 cycles Dynamic Radial Fatigue Rim Fatigue B 10 -1000000 cycles No failure below 80000 cycles Radial load 12910N Test tire pressure 448K Pa SAE J328a requires 400000 cycles All wheels tested (except the D wheel construction) included SMC-R50 material in the disc loading pattern and were finished as described above. All wheels are identical to those shown at 117 in Figures 8-10. Various rim (belt) constructions are shown schematically in Figures 11-17 and the following table compares belt constructions and test results:

【表】 第11〜17図はこの発明による種々のベルト
構造における、シート・モールデイング・コンパ
ウンドの敷設状態を概略的に示している。 第11〜17図の各々において、原料はタイヤ
側部またはリム装填物の半径方向外方から見た状
態である。ビードからビードへの方向は第11図
においては垂直方向で、水平方向寸法は図示を容
易にするために破断されている。第11図は表
中の構造Aを示しており、ベルトは先に第1図に
おいて議論されたように製造された、50重量%の
無秩序ガラスロービング(たとえば、SMC−
R50)を含む、三スパイラルプライのシート・モ
ールデイング・コンパウンドからなつている。構
造Aについてのテスト結果は良好であるが、この
ベルト材料の選択により、ホイールからホイール
への均一性は所望のものより小さくなる。 第12図は前に詳細に説明した構造を示し、表
の例示構造B1,B2,B3およびB4において、異
なるガラス組成および長さに対するテスト結果を
示している。第1図により製造された種々のタイ
プのシート・モールデイング・コンパウンドにお
いて、無秩序および配向繊維が前述のように、
別々の工程において本質的に別の層に堆積され
る。第12図は各プライの無秩序繊維がリム装填
物軸心に関して、同プライ内の配向繊維の半径方
向外方に配置される、好ましい配向状態を示して
いる。材料の肉厚と密度に依り3〜6プライが必
要である。配向繊維はホイールリムの円周方向に
向いている。表から明らかなように、構造B3
は良好なテスト結果をもたらしている。 第13図は、連続的ならせん状となるように巻
かれたシートからなるベルト構造を示している。
これは前述の如くにして円周方向に配向された繊
維を含んでいる。またこのベルト構造は、シート
がらせん状に巻かれた場合に各プライの間に配置
されて軸方向に向けて揃えられる繊維を備えた
別々の装填部片を含んでいる。ベルト構造Cを示
している。この装填物はシート・モールデイン
グ・コンパウンドの第1連続ストリツプから個々
の部片を切断し、それから第2ストリツプ上にこ
れがスパイラル状に巻回される前に、前記部片を
側部に並べて載置することにより製造される。連
続スパイラルプライ中の配向繊維はストリツプの
長手方向、したがつて装填物軸心の本質的に円周
方向に向いている。しかし、上記装填部片におけ
る繊維は軸心方向に向いている。すなわちシート
における繊維の配向方向に対して90゜をなしてい
るのであり、それゆえこのベルト構造において補
強繊維は、リム及びホイールの円周方向及び軸心
方向に配向した格子状のパターンをなすことにな
る。負荷状態で製造されテストされたリム装填物
から成形されたホイールは、リムの破損までに
8.7M(百分)サイクル運転された(表の構造
C)。この点において、表に構造AおよびB2
Gとして例示された実際にテストされたすべての
ホイールは、第5〜10図に関連して既に説明さ
れ、かつSMC−R50のローゼツトパターンの積
重ね体(第3図)から成形されたデイスクを包含
する(構造Dのホイールは除く)。したがつて、
デイスク性能は全体的に構造AおよびB3と一致
すると信じられ、テストされなかつた(構造Dの
ホイールを除く)。 連続する配向繊維をリム装填物に使用すること
も企図される。しかし、不連続な配向繊維は円周
方向に連続したリム装填物の繊維より好ましく、
それはここに説明する処理方法においては成形性
が良好であり、すなわち成形作業中フープブラン
ク60の円周方向に、補強繊維が分離できるから
である。このような分離は、好ましい方法におい
てはリム装填物が最終リム径より小さく形成さ
れ、フープブランク60が型62−66および型
74内で膨張される時、円周方向に伸張されなけ
ればならないことから、起こらなければならず、
それに付随して繊維の分離が増大する。 別の修正例として、リム装填フープ60(第2
図)に対する三層スパイラル巻回が、円周方向に
千鳥状に配置された重なり接合部を備えた、三つ
の別の同心フープに置換されることが企図され
る。また、リム装填物は、プラスチツクス・ワー
ルド誌1977年7月号の「最良のSMC及びBMC−
その他」という記事に記載されたタイプの、厚肉
成形組成物(TMC)を一回コイル巻きしたもの
から構成できる。同様に、ローゼツト型装填物パ
ターン80(第3図)は、U.S.スチールの商標で
あるTMCの一つのシート部片に置換され得る。
このような修正は、すべての方向すなわちホイー
ル軸心に直角な平面内だけでない、無秩序(R)
繊維をもたらすTMC−Rを利用する場合に、潜
在的な利点を有する。したがつて、SMCがこれ
まで説した実施例におけるこの発明のホイールを
成形するのに好ましいが、TMCを利用すること
ができ、かつ本発明においても広く利用される。 第14,15図はそれぞれ補完ベルト構造Eと
G(表)を示している。構造E(第14図)にお
いて、ホイールリムの横方向に向く配向繊維を含
む、SMC−D/Rの三つの内層がSMC−R50の
プライにより包囲されている。構造G(第15図)
において、SMC−R50は内側プライである。各
ベルト構造EとGにおいて、2.0Kgの重量の三プ
ライのD30/R20コンパウンドと、1.3Kgの重量の
一プライのR50コンパウンドが、3.3Kgの総重量
をもたらす。繊維含有量は50%で、無秩序(R)
が31.8%で、配向繊維(D)が18.2%である。両無秩
序および配向繊維に対する好ましい範囲は18〜32
重量%で、総量は約50重量%である。テスト結果
は表に示してある。 第16図は、一プライのSMC−R50と、商標
名XMCとしてピツツバーグ、PAのPPGインダ
ストリーズ、Inc.により販売されるシート・モー
ルデイング・コンパウンドの二プライからなるベ
ルト構造Dを示している。このシート・モールデ
イング・コンパウンドは第18図に概略的に示す
方法にしたがつて、個々のクリール(図示しな
い)から複数の連続繊維200を、樹脂浴202
と多数の小穴204を介して回転マンドレル20
6上へ引出すことにより製造される。小穴204
はマンドレル206の軸心に平行な方向に揺動す
るキヤリツジ208に取付けられ、繊維200は
両方向に多数の螺旋層を堆積して、本質的に二重
螺旋パターンが形成される。 チヨツパー/ガン210がキヤリツジ208に
取付けられて、一本またはそれ以上の繊維糸21
2を受容するようになつている。これらの繊維は
所定長にチヨツプ(切断)され、マンドレル20
6上へ巻回または敷設214される。マンドレル
軸心に関するキヤリツジ208とチヨツパー/ガ
ン210の運動により、チヨツプ繊維は本質的ま
たは実質的にマンドレル軸心に平行な方向で、無
秩序すなわちランダムに堆積されていく。これら
の繊維を「配向−無秩序」繊維と呼ぶことにす
る。「配向−無秩序」繊維は、表ではDRとし
て示されたものである。マンドレル206の角速
度に対するキヤリツジ208の揺動速動は、繊維
200の螺旋角度を制御するために変えられる。
第18図に関連してこれまで説明した方法に関す
る総体的な議論は、米国特許第4167429号明細書
に記載されている。 巻回214が完了すると、巻回体は軸心方向に
切断されて、マンドレル206から取はずされ
る。この発明によりホイールリム装填物を製造す
るためには、シートは216に示すようにマンド
レル軸心の方向にさらに切断されて、リム幅に相
当する所定幅のものが形成される。その結果、所
定長さの複数のストリツプ原料が得られ、その幅
は20.3cm(8in.)が好ましく、その一つを第18
図に部分的に示してある。各ストリツプはストリ
ツプの横方向に鋭角で本質的にX字パターンをな
す配向繊維222を包含し、配向−無秩序繊維2
20が本質的にストリツプの長手方向に向いてい
る。下記のものはこの発明によりホイールを製造
するのに利用されると共に、以下に議論される
XMCシート・モールデイング・コンパウンドの
材料明細である:
[Table] Figures 11 to 17 schematically show the installation of sheet molding compound in various belt structures according to the invention. In each of Figures 11-17, the stock is viewed from the side of the tire or radially outward of the rim charge. The bead-to-bead direction is vertical in FIG. 11, with horizontal dimensions broken away for ease of illustration. FIG. 11 shows Structure A in the table, where the belt is made of 50% by weight disordered glass roving (e.g., SMC-
Constructed from a three-spiral ply sheet molding compound containing R50). Although the test results for Structure A are good, this choice of belt material results in less wheel-to-wheel uniformity than desired. FIG. 12 shows the structure previously described in detail and shows test results for different glass compositions and lengths in the exemplary structures B 1 , B 2 , B 3 and B 4 of the table. In the various types of sheet molding compounds produced according to FIG.
Essentially separate layers are deposited in separate steps. FIG. 12 shows a preferred orientation in which the disordered fibers of each ply are located radially outward of the oriented fibers in that ply with respect to the rim charge axis. Three to six plies are required depending on the thickness and density of the material. The oriented fibers are oriented in the circumferential direction of the wheel rim. As is clear from the table, structure B 3
has given good test results. FIG. 13 shows a belt structure consisting of sheets wound in a continuous spiral.
It contains circumferentially oriented fibers as described above. The belt structure also includes separate loading pieces with fibers disposed between each ply and axially aligned when the sheet is helically wound. Belt structure C is shown. This charge cuts individual pieces from a first continuous strip of sheet molding compound and then places the pieces side by side before being spirally wound onto a second strip. Manufactured by placing The oriented fibers in the continuous spiral ply are oriented in the longitudinal direction of the strip and thus essentially in the circumferential direction of the charge axis. However, the fibers in the loading piece are axially oriented. In other words, the reinforcing fibers in this belt structure form a lattice-like pattern oriented in the circumferential and axial directions of the rim and wheel. become. Wheels molded from rim charges manufactured and tested under load will
It was operated for 8.7 M (hundredth) cycles (Structure C in the table). In this regard, the table shows structures A and B 2 ~
All of the wheels actually tested, illustrated as G, were previously described in connection with FIGS. (excluding wheels of structure D). Therefore,
Disk performance was believed to be consistent overall with Structures A and B 3 and was not tested (with the exception of Structure D wheels). It is also contemplated that continuous oriented fibers may be used in the rim loading. However, discontinuously oriented fibers are preferred over circumferentially continuous rim-load fibers;
This is because the processing method described here provides good moldability, that is, the reinforcing fibers can be separated in the circumferential direction of the hoop blank 60 during the molding operation. Such separation is such that in the preferred method the rim charge is formed smaller than the final rim diameter and must be stretched circumferentially when hoop blank 60 is expanded within molds 62-66 and mold 74. must occur from
There is a concomitant increase in fiber separation. Another example of a modification is the rim loading hoop 60 (second
It is envisaged that the three-layer spiral winding for Figure) is replaced by three separate concentric hoops with circumferentially staggered overlapping joints. Rim loads are also featured in the July 1977 issue of Plastics World magazine, ``Best SMC and BMC-
It can be constructed from a single coil of thick-walled molding composition (TMC) of the type described in the article ``Miscellaneous''. Similarly, the rosette-type charge pattern 80 (FIG. 3) may be replaced with a single sheet section of US Steel's trademark TMC.
Such modifications can be applied in all directions, i.e. not only in the plane perpendicular to the wheel axis
There are potential advantages when utilizing TMC-R to yield fibers. Therefore, although SMC is preferred for forming the wheels of this invention in the embodiments described so far, TMC can be utilized and is widely utilized in the present invention. Figures 14 and 15 show complementary belt structures E and G (table), respectively. In structure E (FIG. 14), three inner layers of SMC-D/R, including the laterally oriented fibers of the wheel rim, are surrounded by plies of SMC-R50. Structure G (Figure 15)
In, SMC-R50 is the inner ply. In each belt construction E and G, three plies of D30/R20 compound weighing 2.0Kg and one ply of R50 compound weighing 1.3Kg result in a total weight of 3.3Kg. Fiber content is 50%, disordered (R)
is 31.8%, and oriented fiber (D) is 18.2%. The preferred range for both disordered and oriented fibers is 18-32
In weight%, the total amount is about 50% by weight. The test results are shown in the table. FIG. 16 shows a belt construction D consisting of one ply of SMC-R50 and two plies of sheet molding compound sold by PPG Industries, Inc. of Pittsburgh, PA under the trademark XMC. The sheet molding compound is prepared by depositing a plurality of continuous fibers 200 from individual creels (not shown) into a resin bath 202 according to the method schematically shown in FIG.
and a rotating mandrel 20 through a large number of small holes 204.
6. Manufactured by drawing upwards. Small hole 204
is attached to a carriage 208 that oscillates in a direction parallel to the axis of the mandrel 206, and the fibers 200 deposit multiple helical layers in both directions to form essentially a double helix pattern. A cutter/gun 210 is attached to the carriage 208 and picks up one or more fiber threads 21.
I have come to accept 2. These fibers are chopped (cut) to a predetermined length and passed through a mandrel 20.
6 is wound or laid down 214. Movement of the carriage 208 and chopper/gun 210 about the mandrel axis causes the chop fibers to be randomly or randomly deposited in a direction essentially or substantially parallel to the mandrel axis. These fibers will be referred to as "oriented-disordered" fibers. "Oriented-disordered" fibers are designated as DR in the table. The rocking speed of the carriage 208 relative to the angular velocity of the mandrel 206 is varied to control the helical angle of the fibers 200.
A comprehensive discussion of the method previously described in connection with FIG. 18 can be found in U.S. Pat. No. 4,167,429. Once the winding 214 is complete, the winding is axially cut and removed from the mandrel 206. To produce a wheel rim charge according to the present invention, the sheet is further cut in the direction of the mandrel axis, as shown at 216, to form a predetermined width corresponding to the rim width. The result is a plurality of strips of predetermined length, preferably 20.3 cm (8 in.) wide, one of which is
Partially shown in the figure. Each strip includes oriented fibers 222 in an essentially X-shaped pattern at acute angles across the strip, with oriented-disordered fibers 222
20 is oriented essentially in the longitudinal direction of the strip. The following are utilized in manufacturing wheels according to this invention and are discussed below:
The material details of XMC sheet molding compound are:

【表】 SMC−R65の組成は、2.5cm(1in.)の無秩序繊
維を65%含有する以外、前述と同一である。 80%以上の総ガラス含有量を有すると、シー
ト・モールデイング・コンパウンドは粘稠化し、
取扱いが困難になる。55%以下のガラス含有量の
場合は、得られるホイールリムは弱い。79゜以下
の螺旋角の場合は、リムフランジの繊維端部は広
がり過ぎて、所望の強度が得られない。82゜以上
では、ホイールリムの円周強度は減少する。
80.16゜は通常の巻回−ワインデイング機において
修正する必要がなく、前述角度範囲で利用される
数値であり、実際上このために好ましい。79゜〜
82゜の範囲内での螺旋角度の臨界度は知られてい
ない。配向繊維の層数、すなわちマンドレル20
6を横切つてキヤリツジ208(第18図)が通
過する数値は、配向ストランド間のすべてのダイ
アモンド状開口を「充填」するのに十分でなけれ
ばならない。 第16図はSMC−R65の内層と、X字パター
ン/配向−無秩序シート材料(表のX/DR)
の二外層からなるベルト構造Dを示している。各
ベルトの総重量は3.2Kgで、2.48KgのXMCコンパ
ウンド(二プライの総量)と、0.72KgのR65コン
パウンドからなつている。総ガラス量は65重量%
のオーダーで、14.7%の無秩序(R)、10%の配
向−明秩序(DR)および40.3%の配向またはX
字繊維からなつている。 表から明らかなように、ベルト構造Dは、特
にスチールホイールがリムの疲労破壊なしに、通
常は800000サイクルの運転が期待されることを考
えると、非常に優れた結果をもたらす。この構造
Dの改善されたテスト結果は少なくとも一部、ホ
イールリムの横方向すなわちホイールの軸心方向
に向かう配向繊維により得られるものと考えられ
る。前述の改良された成形方法により、これら横
方向き繊維はリムフランジ内へ延び、したがつて
スチールホイールにおいては疲労破壊が多発す
る、フランジ・ビード座半径部を強化することに
なる。実際には、構造Dのホイールの最も一般的
な最終破壊形態は、前リム凹所半径部における小
クラツクからなる。この破壊形態の結果、空気が
ゆつくり漏出することになるから、実際の高速道
路での使用時には好ましい破壊形態といえる。 第17図はSMC−R65のプライ間にサンドイ
ツチされたX/DRプライからなるベルト構造F
を示す。製造されテストされたベルト構造Fを有
するホイールにおいては、総ベルト重量は3.2Kg
であり、1.92KgのR65コンパウンド(二プライの
総量)と、1.28KgのXMCコンパウンドからなつ
ている。構造Dにおけると同様に、総ガラス含有
量は65重量%であつた。構造Fにおいて、この全
体は39%の無秩序(R)、20.8%の配向および5.2
%の配向−無秩序(DR)繊維に分割される。構
造DおよびFのベルトに関してここで好ましい範
囲は、約15〜39重量%の無秩序、約4〜11重量%
の配向−無秩序、および約19〜40重量%の配向繊
維となつている。総ガラス含有量は約60〜65%が
好ましく、65%が特に好ましい。 表の構造Fから明らかなように、このベルト
形状に対する結果は構造D(第16図)に対する
ものより良くない。これは第16図の最外X/
DRプライを、第17図の全無秩序(R)プライ
に置換した結果の、横強度の損失によるものと考
えられる。現在のところ第16図の構造Dが好ま
しい。製造にあたり、別のX/DRプライが一つ
の連続長ストリツプ原料(現時点では商業的に入
手できない長さの)置換することが企図される。
このように製造されたホイールリムが、別のプラ
イが端部と端部を接合された潜在的な弱点を除去
することにより、これまでテストされたものより
強度を有することが予期される。現在は積重ねら
れたSMC−R50からなるデイスク構造が好まし
い。(テスト結果は第表のAとB3にある)。 第20〜21図はこの発明により成形されたホ
イールの別の実施例を示しており、第22−23
図はその仕上げられたホイールを示している。第
20−23図のホイールは前輪駆動自動車から特
に設計されたもので、第5−10図のホイールに
比較して、デイスクの片寄りが実質的に増大され
た特徴を有している。第5〜10図において詳細
に説明した要素と同様の第20〜23図の要素
は、対応する参照数字に添字“a”を付して示し
てある。第21図のポケツト結合ブリツジ部10
6aは、別の仕上げ作業を必要としないでポケツ
ト102をホイールデイスクから破壊できる、第
6図の106におけるものより実質的に薄肉にな
つている。 この発明の別の重要な特徴においては、成形さ
れたホイール内の配向繊維パターンを検査するた
めの、品質管理をもたらす方法が企図されてい
る。この形態は、バリウムガラスまたは鉛ガラス
のようなX線不透過材料からなる配向繊維を、生
シート原料へ巻回し、ホイール内に成形すること
により達成される。したがつて第16,17図の
実施例においては、この発明の品質管理形態は第
18図の1本またはそれ以上の繊維200とし
て、X線不透過繊維を利用することにより実施さ
れ得る。同様の修正が第1図のSMC法に容易に
実施することができる。それから、成形および/
または仕上げられたホイールがサンプルとされ、
X線で検査されて、配向繊維の敷設状態が検査さ
れる。 特許請求の範囲の項の記載において、「配向繊
維」というのは、生シート成形原料内において制
御された方向の、したがつて成形されるホイール
内で本質的に制御できる方向の繊維をいう。繊維
30,52(第1図)および222(第18図)
は前に詳細に議論された配向繊維の例である。
「無秩序繊維」とは、第1図の不連続繊維24で
示すように少なくとも一平面内で、実質的に無秩
序に向いた繊維をいう。「配向−無秩序繊維」と
は、第18図の220に示すように実質的に所定
の方向に向けられるように、シート・モールデイ
ング・コンパウンドの製造工程中に制御された無
秩序繊維をいう。すべての配向という語は別に規
定しない限り、最終ホイールの軸心に関するもの
である。
Table: The composition of SMC-R65 is the same as above except that it contains 65% 2.5 cm (1 in.) disordered fibers. Having a total glass content of 80% or more, the sheet molding compound becomes viscous and
Handling becomes difficult. For glass content below 55%, the resulting wheel rim is weak. If the helix angle is less than 79 degrees, the fiber ends of the rim flange will become too wide and the desired strength will not be achieved. Above 82°, the circumferential strength of the wheel rim decreases.
80.16[deg.] is the value that does not require modification in conventional winding machines and is utilized in the aforementioned angular range, and is preferred for this purpose in practice. 79゜~
The criticality of the helical angle within the range of 82° is unknown. Number of layers of oriented fibers, i.e. mandrel 20
6 must be sufficient to "fill" all the diamond-shaped openings between the oriented strands. Figure 16 shows the inner layer of SMC-R65 and the X-pattern/orientation-disordered sheet material (X/DR in the table)
A belt structure D consisting of two outer layers is shown. The total weight of each belt is 3.2Kg, consisting of 2.48Kg of XMC compound (total weight of two plies) and 0.72Kg of R65 compound. Total glass content is 65% by weight
on the order of 14.7% disorder (R), 10% orientation-clear order (DR) and 40.3% orientation or
It is made up of fibers. As is clear from the table, belt structure D provides very good results, especially considering that steel wheels are typically expected to operate for 800,000 cycles without fatigue failure of the rim. It is believed that the improved test results of Structure D are due, at least in part, to the oriented fibers in the lateral direction of the wheel rim, i.e. in the axial direction of the wheel. The improved forming method described above allows these transversely oriented fibers to extend into the rim flange, thus strengthening the flange bead seat radius, where fatigue failure is common in steel wheels. In fact, the most common form of final failure of wheels of construction D consists of a small crack in the front rim recess radius. As a result of this form of destruction, air slowly leaks out, so it can be said that this form of destruction is preferable when used on an actual expressway. Figure 17 shows a belt structure F consisting of X/DR plies sandwiched between SMC-R65 plies.
shows. For wheels with belt structure F manufactured and tested, the total belt weight is 3.2Kg
It consists of 1.92Kg of R65 compound (total weight of two plies) and 1.28Kg of XMC compound. As in Structure D, the total glass content was 65% by weight. In structure F, this total is 39% disorder (R), 20.8% oriented and 5.2
% orientation-disordered (DR) fibers. Preferred ranges herein for belts of structures D and F are about 15-39% disorder, about 4-11% by weight.
orientation-disorder, and approximately 19-40% by weight oriented fibers. A total glass content of about 60-65% is preferred, with 65% being particularly preferred. As is clear from structure F in the table, the results for this belt shape are not better than for structure D (FIG. 16). This is the outermost X/
This is believed to be due to the loss of lateral strength as a result of replacing the DR ply with the fully disordered (R) ply shown in FIG. Structure D of FIG. 16 is currently preferred. It is contemplated that another X/DR ply will replace one continuous length strip stock (lengths not currently commercially available) in manufacturing.
It is expected that wheel rims manufactured in this manner will be stronger than those previously tested by eliminating potential weaknesses where another ply was joined end-to-end. A disk structure consisting of stacked SMC-R50 is currently preferred. (Test results are in Table A and B 3 ). 20-21 show another embodiment of a wheel molded according to the present invention, and 22-23
The figure shows the finished wheel. The wheels of Figures 20-23 are specifically designed for front wheel drive vehicles and feature substantially increased disc offset compared to the wheels of Figures 5-10. Elements of FIGS. 20-23 that are similar to elements described in detail in FIGS. 5-10 are designated with corresponding reference numerals followed by the suffix "a." Pocket coupling bridge portion 10 in FIG. 21
6a is substantially thinner than that at 106 in FIG. 6, which allows the pocket 102 to be broken from the wheel disc without the need for additional finishing operations. In another important feature of the invention, a quality control method for inspecting oriented fiber patterns within a molded wheel is contemplated. This configuration is achieved by winding oriented fibers of radiopaque material such as barium or lead glass onto a green sheet stock and forming it into a wheel. Thus, in the embodiment of FIGS. 16 and 17, the quality control aspect of the invention may be implemented by utilizing radiopaque fibers as one or more of the fibers 200 of FIG. 18. Similar modifications can easily be made to the SMC method of FIG. Then, molding and/or
Or the finished wheel is taken as a sample,
The laid state of the oriented fibers is examined by X-ray inspection. In the claims section, "oriented fibers" refers to fibers that have a controlled orientation within the green sheet forming stock and therefore an essentially controllable orientation within the forming wheel. Fibers 30, 52 (Figure 1) and 222 (Figure 18)
is an example of oriented fibers discussed in detail previously.
"Disordered fibers" refer to fibers that are oriented substantially randomly in at least one plane, as illustrated by discontinuous fibers 24 in FIG. "Oriented-disordered fibers" refers to disordered fibers that are controlled during the sheet molding compound manufacturing process to be oriented in a substantially predetermined direction, as shown at 220 in FIG. All orientation terms, unless otherwise specified, are with respect to the final wheel axis.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の種々の実施例を実施するの
に利用される、一つのタイプの生繊維強化プラス
チツク樹脂シート・モールデイング・コンパウン
ドを形成する概略図、第2〜4図はこの発明の繊
維強化複合ホイールを形成する好ましい方法を示
す一括工程図、第5図は第2−4図の工程により
成形された一つのホイール実施例の断片的正立面
図、第6および7図はそれぞれ第5図の6−6線
および第6図の7−7線に沿う、第5図のホイー
ルの断片的側断面および後面図、第8図はこの発
明の一実施例による最終ホイールの断片的正立面
図、第9および10図はそれぞれ第8図の9−9
線および第9図の10−10線に沿う、第8図の
ホイールの断片的側断面および後面図、第11〜
17図はこの発明により繊維強化複合ホイールを
成形するための、種々の構造のリム装填物の概略
図、第18図はこの発明の種々の実施例を実施す
るのに利用する、シート・モールデイング・コン
パウンドを提供するための別の方法を示す第1図
と同様の概略図、第19図は第5〜10図のホイ
ールの修正例を示す、第7図の一部と同様の断片
的断面図、第20〜23図はそれぞれ実質的に第
5,6,8および9図に対応する、この発明によ
るホイールの別の実施例の概略図である。 24……無秩序繊維、30,52……配向繊
維、120……リム部、130……デイスク部。
FIG. 1 is a schematic diagram of forming one type of raw fiber reinforced plastic resin sheet molding compound utilized in practicing various embodiments of the present invention; FIGS. Figure 5 is a fragmentary elevational view of one wheel embodiment formed by the process of Figures 2-4; Figures 6 and 7 are respectively A fragmentary side cross-sectional and rear view of the wheel of FIG. 5 taken along lines 6-6 of FIG. 5 and 7-7 of FIG. 6; FIG. Elevated views, Figures 9 and 10 are 9-9 in Figure 8, respectively.
Fragmentary side cross-sectional and rear views of the wheel of FIG. 8 taken along lines 10--10 of FIG.
FIG. 17 is a schematic diagram of various configurations of rim charges for molding fiber-reinforced composite wheels according to the present invention, and FIG. 18 is a schematic diagram of sheet moldings utilized in carrying out various embodiments of the present invention. a schematic diagram similar to FIG. 1 showing an alternative method for providing the compound; FIG. 19 a fragmentary cross-section similar to a portion of FIG. 7 showing a modification of the wheel of FIGS. 5-10; Figures 20-23 are schematic illustrations of further embodiments of a wheel according to the invention, corresponding substantially to Figures 5, 6, 8 and 9, respectively. 24...Disordered fibers, 30, 52...Oriented fibers, 120...Rim part, 130...Disc part.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 一体のリム部及びデイスク部からなる繊維強
化複合ホイールの製造方法であつて、繊維強化プ
ラスチツク樹脂の第1シート部片をコイル巻きし
て少なくとも一コイルプライからなるリム装填フ
ープを形成し、前記リム装填フープを型内に載置
し、繊維強化プラスチツク樹脂の少なくとも一つ
の第2シート部片からなる別のデイスク装填物を
前記リム装填フープ内で前記型内に載置し、前記
リム装填フープおよびデイスク装填物を圧縮成形
して一体の繊維強化複合ホイールを形成し、前記
ホイールを前記型から取り出す工程からなること
を特徴とする方法。 2 前記リム装填フープを前記型内に載置する前
に、前記フープの軸心方向端部を張開させること
を特徴とする、特許請求の範囲第1項に記載の方
法。 3 前記型は半径方向に往復動自在な第1型体と
軸心方向に往復動自在な第2型体からなり、前記
リム装填フープを前記型内に載置する工程が、前
記リム装填フープを前記型内に載置し、前記第1
型体を閉鎖して前記リム装填フープの軸心方向端
部が前記ビード保持フランジを形成するための前
記キヤビテイー部分へ延びるようにして前記リム
装填フープを前記型内に捕持し、前記第2型体を
閉鎖して、前記ビード保持フランジを形成する材
料を前記第2型体の閉鎖により前記キヤビテイー
部分へ圧力で強制流動させるのではなく前記キヤ
ビテイー部分内に捕持する工程からなることを特
徴とする、特許請求の範囲第1項または第2項に
記載の方法。 4 前記リム装填フープが、前記フープの軸心方
向に延びる配向繊維を包含するシート・モールデ
イング・コンパウンドで形成されることを特徴と
する、特許請求の範囲第3項に記載の方法。 5 前記第2型体は複数の部分からなり、これら
の部分がそれぞれ同時に閉鎖位置に到達するよう
に移動することにより前記第2型体が閉鎖される
ことを特徴とする、特許請求の範囲第3項に記載
の方法。 6 ホイールが全体としてスポークを有する如き
外観を呈するように、円形の列をなす開口がデイ
スク部の周囲に設けられ、かつ前記各開口の位置
でポケツトが前記デイスク部と一体ではあるがそ
れから片寄つた位置に成形されるホイールを製造
する方法であつて、成形されたホイールから前記
ポケツトを除去して前記開口を形成する工程を含
むことを特徴とする、特許請求の範囲第1項から
第5項のいずれか1項に記載の方法。 7 前記デイスク部はホイールの成形時には無孔
状態にあり、前記デイスク部に前記ホイールを自
動車に取り付けるための、円形の列をなす取り付
け孔を開口させる工程を包含することを特徴とす
る、特許請求の範囲第6項に記載の方法。 8 型の軸心に関して半径方向に往復動自在なリ
ム型体と、型キヤビテイーを形成する二つのデイ
スク型体からなり、前記二つのデイスク型体は共
に、前記キヤビテイーを形成する閉鎖位置と前記
キヤビテイーから隔置された開放位置の間を同時
に軸心方向に往復動するようになつていることを
特徴とする、自動車用樹脂ホイールを成形する圧
縮成形型。 9 自動車ホイール用繊維強化複合リムの圧縮成
形方法であつて、半径方向に往復動自在な第1型
体と、軸心方向に往復動自在な第2型体からな
り、前記型体がすべて共働してビード保持フラン
ジを含むホイールリムを圧縮成形するキヤビテイ
ーを形成するようになつている型を用意し、補強
樹脂シート・モールデイング・コンパウンドのフ
ープからなるリム成形装填物を形成し、前記全型
体が開放された状態で前記リム装填フープを前記
型内に載置し、前記型体を熱および圧力下で閉鎖
し、前記型体を開放し、リムを取り出す工程から
なることを特徴とする方法。 10 前記リム装填フープを前記型内に載置する
前に、前記フープの軸心方向端部を張開させるこ
とを特徴とする、特許請求の範囲第9項に記載の
方法。 11 前記リム装填フープを前記型内に載置する
工程が、前記リム装填フープを前記型内に載置
し、前記第1型体を閉鎖して前記リム装填フープ
の軸心方向端部が前記ビード保持フランジを形成
するための前記キヤビテイー部分へ延びるように
して前記リム装填フープを前記型内に捕持し、前
記第2型体を閉鎖して、前記ビード保持フランジ
を形成する材料を前記第2型体の閉鎖により前記
キヤビテイー部分へ圧力で強制流動させるのでは
なく前記キヤビテイー部分内に捕持する工程から
なることを特徴とする、特許請求の範囲第9項ま
たは第10項に記載の方法。 12 前記リム装填フープが、前記フープの軸心
方向に延びる配向繊維を包含するシート・モール
デイング・コンパウンドで形成されることを特徴
とする、特許請求の範囲第11項に記載の方法。 13 前記第2型体は複数の部分からなり、これ
らの部分がそれぞれ同時に閉鎖位置に到達するよ
うに移動することにより前記第2型体が閉鎖され
ることを特徴とする、特許請求の範囲第11項に
記載の方法。 14 デイスク部およびリム部からなり、前記デ
イスク部における補強繊維が、軸心方向に見て明
瞭な複数の層に配置されると共に該層の各々にお
いてホイールの軸心に対して無秩序に方向付けら
れた不連続繊維を含み、前記リム部における補強
繊維がホイールの軸心に関して無秩序に方向付け
られた第1繊維と、ホイールの軸心に関して予め
選定された方向に方向付けられた第2繊維とを含
み、該第1繊維及び第2繊維は半径方向に見て明
瞭な円周方向の層のそれぞれに配置されているこ
とを特徴とする、繊維強化樹脂からなる複合ホイ
ール。 15 前記第2繊維はホイールの軸心と平行に方
向付けられた配向繊維を含むことを特徴とする、
特許請求の範囲第14項に記載の複合ホイール。 16 前記リム部はビード保持フランジを含み、
前記配向繊維は前記リム部を横切り前記フランジ
へと延びていることを特徴とする、特許請求の範
囲第15項に記載のホイール。 17 前記第2繊維がさらに、ホイールの軸心の
円周方向へと方向付けられた配向繊維を含むこと
を特徴とする、特許請求の範囲第14項または第
15項に記載のホイール。 18 前記配向補強繊維が間欠的に不連続になつ
ていることを特徴とする、特許請求の範囲第15
項から第17項のいずれか1項に記載のホイー
ル。 19 前記補強繊維が、ガラス、アラミド、黒鉛
および炭素からなるグループから選択された構造
を有することを特徴とする、特許請求の範囲第1
4項から第18項のいずれか1項に記載のホイー
ル。 20 繊維強化プラスチツク樹脂からなると共
に、リム部及びこれと一体の無孔のデイスク部か
らなり、前記デイスク部と均質な複数のポケツト
が前記デイスク部と一体になつており、前記ポケ
ツトはデイスク部から除去されて前記デイスク部
に開口を形成し、前記デイスク部と前記ホイール
が全体としてスポークを有する如き外観を呈する
ように構成されていることを特徴とする、特許請
求の範囲第14項から第19項のいずれか1項に
記載のホイール。
[Scope of Claims] 1. A method for manufacturing a fiber-reinforced composite wheel comprising an integral rim portion and a disc portion, the method comprising: coil-winding a first sheet portion of fiber-reinforced plastic resin to load a rim comprising at least one coil ply; forming a hoop, placing the rim-loading hoop in a mold, and placing another disk charge comprising at least one second sheet section of fiber-reinforced plastic resin in the mold within the rim-loading hoop; a method comprising the steps of: compression molding the rim loading hoop and disk loading to form a unitary fiber reinforced composite wheel; and removing the wheel from the mold. 2. A method according to claim 1, characterized in that before placing the rim loading hoop in the mold, the axial ends of the hoop are stretched open. 3. The mold includes a first mold body that can reciprocate in the radial direction and a second mold body that can reciprocate in the axial direction, and the step of placing the rim loading hoop in the mold includes the step of placing the rim loading hoop in the mold. is placed in the mold, and the first
capturing the rim loading hoop in the mold by closing the mold so that the axial end of the rim loading hoop extends into the cavity portion for forming the bead retaining flange; closing the mold body to trap the material forming the bead retaining flange within the cavity portion rather than forcing it to flow under pressure into the cavity portion by closing the second mold body. The method according to claim 1 or 2, wherein: 4. The method of claim 3, wherein the rim loading hoop is formed of a sheet molding compound containing oriented fibers extending in the axial direction of the hoop. 5. The second molded body is comprised of a plurality of parts, and the second molded body is closed by moving each of these parts so as to reach a closed position at the same time. The method described in Section 3. 6. A circular row of openings are provided around the disc portion so that the wheel as a whole has the appearance of having spokes, and at the location of each opening, a pocket is integral with the disc portion but offset from it. 5. A method of manufacturing a wheel that is molded in position, the method comprising the step of removing the pocket from the molded wheel to form the opening. The method according to any one of the above. 7. The disc part is in a non-porous state when the wheel is molded, and the claim includes the step of opening a circular row of mounting holes in the disc part for attaching the wheel to an automobile. The method described in item 6 of the scope of 8. Consists of a rim-shaped body that can reciprocate in the radial direction about the axis of the mold, and two disc-shaped bodies that form a mold cavity, and both of the two disc-shaped bodies are in a closed position that forms the cavity and in a closed position that forms the cavity. 1. A compression molding mold for molding a resin wheel for an automobile, characterized in that the mold is configured to simultaneously reciprocate in the axial direction between open positions spaced apart from the center. 9 A method for compression molding a fiber-reinforced composite rim for an automobile wheel, which comprises a first mold body that can reciprocate in the radial direction and a second mold body that can reciprocate in the axial direction, and the mold bodies are all common. A mold adapted to work to form a cavity for compression molding a wheel rim including a bead retaining flange is provided, a rim molding charge consisting of a hoop of reinforced resin sheet molding compound is formed, and all of the foregoing placing the rim loading hoop in the mold with the mold body open, closing the mold body under heat and pressure, opening the mold body and removing the rim. how to. 10. The method of claim 9, wherein the axial ends of the rim-loading hoop are stretched open before placing the rim-loading hoop into the mold. 11 The step of placing the rim loading hoop in the mold includes placing the rim loading hoop in the mold and closing the first mold body so that the axial end of the rim loading hoop is in the mold. capturing the rim loading hoop in the mold so as to extend into the cavity portion for forming the bead retaining flange, closing the second mold body and loading the material forming the bead retaining flange into the mold; 11. A method according to claim 9 or 10, characterized in that it comprises the step of trapping in the cavity part rather than forcing it into the cavity part by means of closure of the two molded bodies. . 12. The method of claim 11, wherein the rim loading hoop is formed of a sheet molding compound that includes oriented fibers extending in the axial direction of the hoop. 13. Claim 1, characterized in that said second mold body is composed of a plurality of parts, and said second mold body is closed by moving each of these parts so as to reach a closed position at the same time. The method described in Section 11. 14 Consisting of a disk portion and a rim portion, the reinforcing fibers in the disk portion are arranged in a plurality of distinct layers when viewed in the axial direction, and are oriented randomly with respect to the axis of the wheel in each of the layers. reinforcing fibers in the rim portion include first fibers oriented randomly with respect to the axis of the wheel and second fibers oriented in a preselected direction with respect to the axis of the wheel. A composite wheel made of fiber-reinforced resin, characterized in that the first fibers and the second fibers are arranged in radially distinct circumferential layers, respectively. 15. The second fibers include oriented fibers oriented parallel to the axis of the wheel.
A composite wheel according to claim 14. 16 the rim portion includes a bead retention flange;
16. The wheel of claim 15, wherein the oriented fibers extend across the rim and into the flange. 17. The wheel according to claim 14 or 15, wherein the second fibers further include oriented fibers oriented in a circumferential direction of the axis of the wheel. 18 Claim 15, wherein the oriented reinforcing fibers are intermittently discontinuous.
The wheel according to any one of Items 1 to 17. 19. Claim 1, characterized in that the reinforcing fibers have a structure selected from the group consisting of glass, aramid, graphite and carbon.
The wheel according to any one of Items 4 to 18. 20 It is made of fiber-reinforced plastic resin and includes a rim part and a non-porous disc part integral with the rim part, and a plurality of pockets that are homogeneous with the disc part are integrated with the disc part, and the pockets are connected from the disc part. Claims 14 to 19, characterized in that the wheel is removed to form an opening in the disk portion so that the disk portion and the wheel as a whole have an appearance as if they have spokes. The wheel according to any one of paragraphs.
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