JPH0257401A - 樹脂ホイール - Google Patents

樹脂ホイール

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JPH0257401A
JPH0257401A JP20766788A JP20766788A JPH0257401A JP H0257401 A JPH0257401 A JP H0257401A JP 20766788 A JP20766788 A JP 20766788A JP 20766788 A JP20766788 A JP 20766788A JP H0257401 A JPH0257401 A JP H0257401A
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邦郎 町田
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60BVEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B5/00Wheels, spokes, disc bodies, rims, hubs, wholly or predominantly made of non-metallic material
    • B60B5/02Wheels, spokes, disc bodies, rims, hubs, wholly or predominantly made of non-metallic material made of synthetic material

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は樹脂ホイールに係り、特に衝撃強度。
曲げ強度、剛性、耐熱性、耐疲労性、耐クリープ性等の
機械的特性の均一性(ユニフォーミティ)に優れると共
に、量産性も良好な自動車用樹脂ホイールに関する。
[従来の技術] 従来、自動車用ホイールは、一般にスチール又は軽合金
(アルミ合金、マグネシウム合金)で製造されている。
スチール製ホイールは、プレス又はロール成形により製
造されているが、成形寸法のバラツキが多く、特にリム
のビードシート部の真円度に狂いが生じ易いという欠点
があり、また、重量が重いため重量の点でも自動車部品
の軽量化の面で好ましいものではない。
これに対し、軽合金製ホイールは成形寸法が安定してお
り、重量の点でもスチール製ホイールの1/3と大幅に
軽量化がなされているものの、スチール製ホイールに比
し材料コストが3〜5倍と非常に高価なものであるとい
う欠点がある。
ところで、近年重視されている省エネルギーの観点から
、自動車部品の軽量化は極めて重要な要件となるが、と
りわけ、ホイールのようなバネ下部材は、燃費の改善1
機動性の向上の点から、より一層の軽量化が望まれてい
る。
このような背景のもとに、最近になって、軽量性、成形
安定性を満足し、かつ低コストなものとして、樹脂製ホ
イールが提案された。樹脂製ホイールは、樹脂に短繊維
又は長繊維の強化繊維を混合したFRPを主材料として
成形されたもので、金属製ホイールに比し軽量で成形寸
法の安定性に優れる上に、生産性も良好で製品のコスト
ダウンが図れ、しかも彩色等のデザイン性の面において
も極めて優れるものと期待がよせられる。
このような樹脂製ホイールに要求される特性としては、 ■ 破壊防止の面から、街宰強度が高いこと。
■ ホイールからのタイヤの脱離防止の面から、クリー
プが小さいこと。
■ ブレーキドラムの熱に対して耐熱性に優れること。
■ ユニフォ:ミディに優れること。即ち、ホイールは
自動車にとって重要な部品の一つであるため、成形品に
不均一部や欠陥部があるものは、ホイールとして使用す
ることはできない。
■ 量産化が可能であること。
等が挙げられる。
従来、樹脂製ホイールの製造法としては、圧縮成形法、
射出成形法、フィラメントワインディング法、ハンドレ
イアップ法等が提案されている。
これらのうち、圧縮成形法によるものは、汎用のFRP
製造技術をそのまま利用したものであって、不飽和ポリ
エステル、エポキシ等の熱硬化性樹脂とガラス繊維等よ
りなるFRPをプレス成形してホイールとするものであ
る(特開昭61−135801号)。射出成形法による
ものは、主として短繊維強化熱可塑樹脂を射出成形して
ホイールとするものである(特開昭60−38203号
)。フィラメントワインディング法によるものは、樹脂
を含浸したロービングをドラムに所定の方向に@きつけ
て硬化さけてホイールとするものである(特開昭55−
15339号)。ハンドレイアップ法は、補強繊維を予
めホイールに近い形状に賦形しておき、これにローラー
等で樹脂を含浸させる方法である(特開昭56−123
号)。
[発明が解決しようとする課題] 上記従来法のうち、圧縮成形により製造されたホイール
は、成形時の繊維損傷が比較的軽微であるため、剛性1
強度等の点で優れる。しかも、用いる樹脂も熱硬化樹脂
が主体であるため、耐熱性、耐クリープ性も良好である
。しかしながら、複雑形状物(例えば、肉厚変化が著し
いもの)の成形には不向きであり、また成形サイクルも
長いことから生産性が悪いという欠点がある。
これに対し、射出成形法は極めて生産性が高く、生産コ
ストの点で優れているが、一般に射出成形品は圧縮成形
品に比べ強度が1/3〜115と低いという欠点がある
。これは、樹脂の混練りや流動時における繊維の破損、
流動によって生じる繊維及び分子の配向、樹脂合流点で
のウェルドラインの発生などにより、成形品を構成する
材料の物性が不均一化ないし劣化され、強度が低下する
ことに起因する。更に、射出成形法では材料の流動性を
上げるために圧縮成形に用いる材料(BMC,SMC等
)に比べ、補強繊維長さが極めて短く、通常1mm以下
であることも製品の強度、剛性が十分に満たされない原
因となっている。
一方、フィラメントワインディング法は、長繊維を所定
の方向に配向できるため、強度、 11?1!I性の点
では優れたホイールが期待できるが、成形サイクルが極
めて長く、生産性に劣るという欠点がある。
ハンドレイアップ法は、フィラメントワインディング法
と同様に成形サイクルが長い上に、極めて労働集約的な
方法であることから、製品品質にバラツキが生じ易く、
生産性は非常に劣るという欠点がある。
本発明は、上記従来の問題点を、成形材月及び成形法を
改良することにより解決し、曲げ強度。
剛性、衝撃強度、耐熱性、耐疲労性、耐クリープ性等に
優れ、ホイール全体に亘って均質な物性を保有し、しか
も低コストで大量生産が可能な樹脂ホイールを提供する
ことを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明の樹脂ホイールは、ホイールを構成するリム、デ
ィスク、ハブの少くとも一つを繊維補強合成樹脂を用い
て射出圧縮成形してなる自動車用樹脂ホイールであって
、補強繊維の繊維長が2mm以上であることを特徴とす
る。
[作 用コ 本発明の樹脂ホイールは合成樹脂に繊維長2mm以上の
補強繊維を配合した繊維補強合成樹脂よりなるため、衝
窓強度2曲げ強度、剛性、耐熱性、耐疲労性、耐クリー
プ性等の機械的特性に著しく優れる。また、射出圧縮成
形により成形されるため、ユニフォーミティにも優れ、
量産性も著しく高い。
本発明で採用する射出圧縮成形法によれば、補強繊維の
切断を極力押え、繊維配向、ウェルドの発生を低減しか
つ成形品の場所によるばらつきを押えて、圧縮成形品に
近い強度物性を有する成形品を、射出成形法と同等の生
産性で製造することができる。射出圧縮成形法とは、前
もって金型を少し開いておくか、もしくは、弱い型締力
で金型を閉じておき、そこへ材料を射出した後型締力を
増加させて圧縮成形する方法である。このような成形法
によれば射出時の流動抵抗が減少するために繊維破断が
減少し、しかも圧縮工程においてキャビティ全体に均一
な圧力がかかるため流れ方向に圧力勾配が発生せず、圧
力方向に直角に繊維配向がおこる。そのため等方9等質
な成形品が得られ、残留応力低下に基く反りや成形収縮
が少なく、成形品の強度や剛性も向上する。
即ち、射出成形では、ゲートが冷却固化するまで保圧の
影響を受け、ゲートシール後に等比容の冷却が起こるた
め、キャビティ内圧は冷却するにつれ低くなる。そのた
め、ピケや反りが発生し易くなる。これに対し、射出圧
縮成形ではゲーI・シール後に圧縮をかけキャビティを
縮小するため、キャビティ内に高い圧力が発生し、その
後等比容冷却を行うためヒケや反り、ボイドが少く、寸
法精度の良い、高密度化された成形品が得られる。また
射出成形では、保圧時にも溶融材料の動きが残るため、
ゲート付近に配向が起こり易い。
特に、L/l(Lは成形品のゲートからの最長の距離、
tは成形品肉厚)の大きい製品はど配向が現れ易い。一
方、射出圧縮成形では、金型を開いて射出するため流動
抵抗が小さくその分圧力勾配も緩和され、Fa雄や分子
の配向も生じ難い、従って、偏肉厚の大きい製品や大型
製品でも反りの発生を抑えることができ、極めて高品質
な成形品を得ることができる。また、粘度の高い樹脂や
繊維含有量の多い樹脂材料を用いる場合1通常の射出成
形では流れ抵抗が大きく成形困難であるが、射出圧縮成
形では流路を一時的に拡張するため、この問題も解決さ
れることから、使用可能な樹脂の種類や繊維含有量の範
囲も拡大できるという利点もある。
[実施例] 以下に本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
第1図は本発明の樹脂ホイールの一実施例を示す断面図
であり、lはリム部、2はディスク部。
3はハブ部である0本発明の樹脂ホイールは、これらリ
ム部1.ディスク部2.ハブ部3の少なくとも1つの部
分を1繊維長2mm以上の補強繊維で補強された繊維補
強合成樹脂を用いて射出圧縮成形により成形してなるも
のである。
本発明で用いる合成樹脂としては、射出成形可能な樹脂
であればいずれの合成樹脂であっても良く、各種の熱硬
化性樹脂又は熱可塑性樹脂等が挙げられる。
具体的には、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、
エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステ
ル樹脂、ポリウレタン樹脂7フタル酸ジアリル樹脂1ア
ルキド樹脂、エリア樹脂、メラミン樹脂あるいはこれら
の変性物等を用いることができる。これらのうち、不飽
和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール
樹脂、エポキシ樹脂等が好ましく、とりわけ、ビニルエ
ステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂が望ましい。これ
らの熱硬化性樹脂は1種を単独で用いても2 fit以
上の混合物として用いても良い。
また、熱可塑性樹脂としては、各種ポリアミド樹脂、具
体的には、ナイロン6.6・6゜4・6,6・10,1
0.・11.12等、ポリブチレンテレフタレート(P
BT)、ポリフェニレンスルフィド(pps)、 アセ
タール樹脂(POM)、ポリカーボネート(PC)、ポ
リエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン
(pp)、ポリエーテルスルホン(PES)ポリスルホ
ン(PSF)、、ポリエーテルエーテルケトン(PEE
K)、ポリフェニレンオキサイド(ppo)、ポリアミ
ドイミド(FA I ) 、ポリイミド(pH,ポリエ
ステル、各種液晶ポリマー等を用いることができる。こ
れらのうち、各種ポリアミド樹脂、PBT、PPS、P
OMPC,PES、PI、PAI、PEEK、  ポリ
エステル、各種液晶ポリマー、等が好ましい。これらの
熱可塑性樹脂は1種を単独で用いても2F!以上の混合
物として用いても良い。
これらの合成樹脂には、耐候性、耐熱性、耐摩耗性、流
動性、熱膨張性、難燃性、耐薬品性などを改良する目的
で各種の充填剤、老化防止剤。
架橋剤、オイル、可塑剤、オリゴマー、エラストマーな
どの必要量を混合することも可能である。
本発明において、上記合成樹脂に配合する補強繊維とし
ては、ガラス、カーボン、グラファイト、アラミド、ポ
リエチレン、セラミック(S i C、A交203など
)、金属(ポロン、ステンレスなど)等の繊維が挙げら
れ、そのmm長が2mm以上のものを用いる。このよう
な補強繊維の直径は、あまりに小さいと十分な補強効果
が得られず、逆にあまりに大きいと射出圧縮成形が困難
となり、成形性が悪くなる。このため、補強N&mノ直
径は0.1〜100gm、特G、:0.5〜50gmの
範囲とするのが好ましい、また繊維長は2mm以上、特
に8〜15mmであることが好ましい。
このような補強繊維の配合量が少な過ぎると十分な補強
効果が得られず、逆に多過ぎるとマトリックス樹脂が不
足して成形性が悪くなる。このため、補強繊維の配合量
は成形材料に対する配合割合で5〜70体積%とするの
が好ましく、特に10〜60体積%とするのが好ましい
ところで、射出成形可能な熱硬化性樹脂材料は、通常、
ブリミックスと呼ばれ、マトリックス樹脂の他に充填剤
、l#型型剤前着色剤触媒を混練し、均一に分散した混
合物に更に増粘剤を混合したものを、ポリエチレンフィ
ルム上に塗布し、補強繊維に圧着含浸してシート状にし
たものである。このようなブリミックスは、室温ないし
、加温下で熟成して射出材料とする。
一方、射出成形可能な熱可塑性樹脂材料の製造方法とし
ては、例えば、ボビンから繰り出した補強繊維のロービ
ングを、低粘度の熱可塑性樹脂の溶融物中を通して引き
出し、各モノフィラメント表面を樹脂でぬらし、次いで
冷却管を通過させることによって、フィラメントを引き
抜き方向に整列、固化させる。この連続した熱可塑性樹
脂含浸ロービングを所定の長さに切断してやればその切
断長さの繊維長さの補強繊維を有する粒状材料が得られ
る(特開昭57−181852号参照)。
通常の繊維補強熱可塑樹脂に含有される繊維の繊維長は
1mm以下であり、殆どの場合、繊維長0.2〜0.5
mm程度のものを用いるため、補強効果は長1a維を用
いるものに比べはるかに劣りている。本発明の樹脂ホイ
ールでは、熱可塑性樹脂に長さ2mm以上、好ましくは
10mm以上の補強繊維を配合するため、極めて優れた
補強効果が得られる。
本発明において、好ましい成形オオ料としては、連続繊
維と熱可塑性樹脂を用い、これを引抜き成形法で成形し
た直径2.5〜3mmの棒状体を例えば10mm長に切
断した粒状体が挙げられる。
この場合、上述の如く、含有される補強繊維長さは切断
長さで任意に調整できる。また、引抜き成形で成形され
るため長繊維にもかかわらず繊維間への樹脂含浸性は十
分である。また、この種の長繊維強化樹脂は、上述の如
く、通常の短繊維強化樹脂に比べ機械物性は著しく向上
するにもかかわらず、成形性、加工性は損なわれること
は殆どなく、同程度の成形性、加工性を得ることができ
る。
本発明においては、このような射出成形材料を用い、射
出圧縮成形法によりホイールを構成するリム、ディスク
、ハブの少なくとも一つを成形する。射出圧縮成形法に
は大きく分けてマイクロモールド法、ローリンクス法、
サンドイッチブレス法、二段直圧法がある。
マイクロモールド法はキャビティーの一部又は全部を動
くようにしておき、キャビティ一部を開いて射出し、金
型に組込んだ油圧シリンダーで圧縮する方法である。こ
の方法は大咎な油圧シリンダーを取付けることが不可能
であることから、大きな圧縮力は得られないが、必要な
所を必要量だけ圧縮することができるという利点がある
。圧縮の方法には、2段型締方式によって型締力を利用
する方法と、別の動力源を利用する方法とがある。いず
れも一定型締力で型締めしておいてコアを動かすもので
あるが、この操作を適当に制御することにより、残留応
力、ヒケを共に少くすることができる。
ローリンクス法は射出時のキャビティー内圧上昇分でギ
ヤビティー容積を増大させ、その後型締力を利用して全
面的に圧縮する方法である。金型構造はパート面を少し
開いても材料が流出しないようになっており一般の圧縮
成形金型とほぼ同じである。
サンドイッチブレス法はトグルを伸ばし切らない状態で
樹脂を射出し保圧工程以後にトグルを完全に伸ばして圧
縮する方法である。
二段直圧法はまず低圧で型締し、樹脂圧でパーティング
面をやや開いた後高圧で圧縮する方法である。
本発明の樹脂ホイールを射出圧縮法で成形する場合、目
的に応じて上記いずれの方法を採用しても良いが、上記
いずれの方法においても圧縮工程ではキャビティー内に
高圧が発生し、しかも金型が摺動するため、わずかの金
型変形で寸法不良や焼付等の欠陥が発生する可能性があ
る。また、補強1!雄を含む樹脂を使用する場合は金型
の摩耗が激しい、このため、金型の構成材料には十分な
剛性と硬度が必要とされる。
更に、製品品質を向上させるために、次のような機構を
金型に付与することもできる。
■型内真空引き機構 これは予め型内の空気を排出した後、材料を射出・充填
するもので高速、充填が可能となり、型内に付着してい
る異物を排除するという効果も期待できる。この場合、
型内の真空度は10torr以下であれば十分な効果を
得ることができる。
■型内ガス抜き機構 ■の真空引き機構と類似の手法であって、射出成形材料
から放出されるガスやキャビティー内のエアを強制的に
排出することにより、成形品の焼けを防止し、特にウェ
ルド強度の改善には著しい効果がある。
■金型局部加熱機構 ウェルド強度改善には局部加熱も有効である。
ウェルド生成が予想される金型箇所にヒーター又は高周
波加熱用コイルを埋め込んでおき、局部的に高温にして
おくと、溶融したままの状態で樹脂が互いに接触1合体
するため、ウェルド部の強度低下は最小限に抑えられる
■型内打抜き機構 これは金型内に組み込まれたパンチシリンダを用いて圧
縮・冷却工程中に所定の部分を打抜くもので、滑らかな
切り口を得ることができる上に、打抜き精度の向上など
の点で有利である。特に、ホイールにおいてはハブ穴、
ボルト穴、飾り穴(風穴)、バルブ穴などを設けるため
、通常の射出成形だけではこれらの穴の周囲に必ずウェ
ルドラインが生成し、強度低下の最大要因となっている
。射出・圧縮成形法を用いればある程度のウェルド強度
低下を防げるが根本的な改善策とは言い難い。これに対
し射出圧縮成形法に加えて各種穴部に相当する部分に穴
の断面形状をした打抜き棒を備えた打抜き機構を金型に
組込んでおき、圧縮工程において、樹脂が完全に固化す
る以前の柔軟な状態にあるときを見計らフて、打抜き機
構を作動させ、所定の形状の穴を打抜くことにより、ウ
ェルドラインは完全に排除することができる。
第2図は、このような型内打抜き機構を備える成形機の
構成を示す分解斜視図である。図示の例はホイール4の
全体を射出圧縮成形するための成形機を示し、成形モー
ルド5a、5b、5c及び5dのうち、成形モールド5
dにホイール4の8穴4a、4b、4cを打抜くための
打抜き刃6a、6b、6cが取り付けられている。7は
打抜き刃の作動用の油圧シリンダーである。この油圧シ
リンダー7は、打抜縫方の数だけ設けそれぞれ作動させ
るようにしても良く、1台の油圧シリンダーにて全ての
打抜き刃を作動させるようにしても良い。
ところで、自動車用ホイールにはその使用中に様々な力
が作用する。第1図に示すリム部1にはタイヤ空気圧に
加えて車体を支えるための垂直荷重が、また溝に落ちた
り、突起物や縁域に乗り上げたりした時には衝撃力が加
わる。一方、ディスク部2には垂直荷重の他に、カーブ
を切った時に加わる曲げモーメント、また跳ねた石や岩
などによる衝撃力が作用する。このように、ホイールは
極めて苛酷な条件下で使用される。
一方、近年、社会環境的な要請から省エネルギーがさけ
ばれ、前述の如く、自動車部材にも軽量化が望まれてい
る。特に、バネ下部材はその効果が大きく、また機動性
の点からも軽量化が要求されている。
このようなことから、ホイールには、更に強度向上のた
めの補強構造や、軽量化構造を組合せることが好ましい
。これらの構造を導入する部位はホイール全体でも、リ
ム部のみ、ディスク部のみ又はハブ部のみでも良く、そ
の他必要な部位に適宜用いることができる。
補強構造としては、例えば第3図に示す如く、ある種の
補強層、具体的には補強繊維の配合量を増した層、又は
補強部材等を、ホイール本体1゜の中間層Aとして、あ
るいは表面層B又はCとして導入した構造等を採用する
ことができる。
この場合、補強層に用いる材料としては、ガラス、カー
ボン、グラファイト、アラミド、セラミック(S i 
C,Al2O5など)、金属(ボロン、ステンレスなど
)などが挙げられ、それらの形態としては、ロービング
などの一方向長繊維。
クロス、編組、より線、網、及びこれらを配列して樹脂
で固めた線状又は板状物(FRP)、三次元織物などが
最適である。
方、軽量化構造としては、第4図に示す如く、・ホイー
ル本体10の材料力学で示すところの低応力部分である
断面中央部に中空部11を形成した中空構造、又は、第
5図に示す如く、該部分に超軽量物12を充填した構造
を採用することができる。この場合、充填する超軽量物
としては、ハニカム、波形体、凹凸形体、有孔板、網状
体。
発泡体、線又は棒状体、粉粒体等の軽量な高強度体が好
ましい。
上述した補強構造及び軽量化構造はそれぞれ単独で採用
することもできるし、両者を組合せて採用することもで
きる。例えば、第4図に示す中空部の壁面を、前記補強
層で構成することもてきる。
ホイール内に補強層や超軽量物を充填配置する場合には
、所定形状の充填物を予め成形し、これを金型の所定位
置に設置して射出成形するインサート成形が有利である
ところで、通常、ホイールはハブボルトを介して、ブレ
ーキドラム又はプレー・キディスクに隣接する円板に取
付けられる。そのためハブボルト穴周辺はブレーキ発熱
の影響を直接受けることになり、長期の使用中には樹脂
の軟化、クリープに伴い、応力緩和が発生し、ハブナツ
トの緩みが生してくる。この問題を解決するために、例
えば第6図(a)(ハブ部近傍の断面図)、(b)(第
6図(a)の8部の拡大図)及び(C)(第6図(b)
−のC−C線に沿う断面図)に示す如く、ハブボルト2
1の穴22部に高剛性、高強度、耐熱性を兼ね備えた部
材20を嵌合しハブナツト22の締め付は力はこの嵌合
物を介してブレーキドラム24に伝達される構造とする
のが好ましい。
(図中、25はタイヤである。)この場合、嵌合する部
材20の材料としては、金属、耐熱性プラスチック、及
びそれらのFRP、炭素繊維強化炭素コンポジット、セ
ラミックなどが最適である。
このような部材20をホイールハブ部に嵌合、固着させ
るには、該部材20を予め別途成形し、これを金型の所
定の位置に配置した後射出成形するインサート成形が最
適である。
[発明の効果] 以上詳述した通り、本発明の樹脂製ホイールは、 ■ 軽量で強度、特に曲げ強度、耐衝撃強度。
剛性、耐熱性、耐疲労性、耐クリープ性等の特性に優れ
る。
■ 二二フ才一ミディに優れ、製品品質のバラツキも殆
どない。
■ 量産性に優れ、製品のコストダウンが図れる。
■ 軽量化構造、補強構造を容易に採用することができ
る。
等の効果を有する。本発明によれば、極めて実用性の高
い自動車用樹脂製ホイールが゛提供される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の樹脂ホイールの一実施例を示す断面図
、第2図は本発明の樹脂ホイールの製造に好適な射出圧
縮成形機の打抜き機構を説明する斜視図、第3図、第4
図及び第5図は各々本発明の他の例を示す断面図である
。第6図(a)は本発明の別の実施例を示すハブ部近傍
の断面図、第6図(b)は第6図(a)のB部の拡大図
、第6図(c)は第6図(b)のC−C線に沿う断面図
である。 1・・・リム部、     2・・・ディスク部、3・
・・ハブ部、     10・・・ホイール。 代理人  弁理士  瓜 野  剛 第3図 B 第4図 第5図 手 続 補 正 書 事件の表示 昭和63年特許願第207667号 発明の名称 樹脂ホイール 補正をする者 事件との関係  特許出願人

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ホィールを構成するリム、ディスク、ハブの少く
    とも一つを繊維補強合成樹脂を用いて射出圧縮成形して
    なる自動車用樹脂ホィールであつて、補強繊維の繊維長
    が2mm以上であることを特徴とする樹脂ホィール。
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Cited By (8)

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