JPH05124516A - 操縦ハンドルおよびその生産方法 - Google Patents

操縦ハンドルおよびその生産方法

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JPH05124516A
JPH05124516A JP4093341A JP9334192A JPH05124516A JP H05124516 A JPH05124516 A JP H05124516A JP 4093341 A JP4093341 A JP 4093341A JP 9334192 A JP9334192 A JP 9334192A JP H05124516 A JPH05124516 A JP H05124516A
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rim
press
synthetic resin
preform
steering wheel
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Helmut Kaufer
ヘルムート・コイフアー
Maximilian Grimm
マクシミリアン・グリム
Martin Kreuzer
マルチン・クロイツアー
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Original Assignee
Kolbenschmidt AG
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Abstract

(57)【要約】 【目的】静的および動的強度を充足し、充分な機能的靱
性を有しかつ比較的簡単な方法で生産できると共に、完
全にリサイクルが可能なハンドル構造体を具備した操縦
ハンドルを提供する。 【構成】射出成形により得られた合成樹脂製のハンドル
構造体１にプレス・ストレッチング加工を施し、所定の
組織を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、部分的に結晶質の熱
可塑性樹脂、好ましくはポリプロピレン、ポリエチレン
又はポリアミドの射出成形品であると共に、被衝撃時に
塑性変形可能な合成樹脂層、好ましくは完全なポリウレ
タンフォームにて外装されることもあるハンドル構造体
を備えた操縦ハンドル、好ましくは自走車両の操縦系統
に使用される操縦ハンドルおよび、この操縦ハンドルの
生産方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現今、操縦ハンドルの構造体には、その
スポークとリムとに鋼材が、またそのハブにダイカスト
アルミニウムが好んで使用され、その際上記スポークと
リムとは、溶接で結合される。なお標準的なこのハンド
ル構造体の欠点は、その重量と慣性モーメントとが比較
的大きいことにある。
【０００３】ところで後軸車輪に回転中の不平衡が存在
すると、車体に横振動が生じ、その結果として操縦ハン
ドルに縦振動が生じる。そして操縦ハンドルのこの振動
を除くには、ハンドルの質量をできる丈け小にすること
が必要である。
【０００４】また前輪駆動車および四輪駆動車では、車
両が急カーブを切ったあと、ハンドルがその通常位置に
自動的に戻され同時に車両が最大の駆動力で加速される
とき、ハンドルの回り過ぎ現象がしばしば発生する。
【０００５】そしてその際、もし上記操縦ハンドルの慣
性モーメント、すなわちはずみ車質量を減らせば、車体
の横ゆれ軸および垂直軸まわりにその結果として生じる
車体振動（ローリングとヨーイング）に影響を与えるこ
とができ、その結果、車両の走行安定性は著しく改善さ
れる。
【０００６】ところで自走車両の乗り心地と走行性能の
両者を最適にするため、操縦ハンドルに対して求められ
る特有の要求を総括すれば、この操縦ハンドルの設計に
は以下のごとき特徴のあることが明らかとなろう。
【０００７】１）、操縦ハンドルは軽量であり、その質
量は回転（揺動、フラッタ）の軸にできる丈け接近して
存在しなければならない。 ２）、操縦ハンドルの回転振動を回避しようする目標
と、この操縦ハンドルの回り過ぎを回避しようとする目
標との間の妥協の結果として、慣性モーメントの大きさ
は決定されるが、この妥協は、車両が異るごとに相違す
るであろう。
【０００８】なお所定の寸法、すなわち所定の直径を持
つ操縦ハンドルでは、この操縦ハンドルの半径に係わり
得る質量を減少させることによってのみ、慣性モーメン
トに影響を与え得ることが、慣性モーメントの計算から
示されるであろう。
【０００９】若し操縦ハンドルのハンドル構造体が、ア
ルミニウムのダイカスト製のハブと、鋼製のスポークお
よび中空リムとから成り、さらに上記リムとスポークと
の間の結合部分が、上記ハンドル構造体と一回の鋳造作
業で作られるダイカストアルミニウム製のスリーブから
成るものとすれば、上記ハンドル構造体は幾分比較的小
さい慣性モーメントを持つと共に、その重量も幾分比較
的に軽量となるであろう。しかしながらこのようなハン
ドル構造体を生産するコストは、比較的高いものとな
る。
【００１０】また若し上記ハブがダイカストアルミニウ
ム製であり、上記スポークとリムとが鍛練可能なアルミ
ニウム合金製であり、また上記リムとスポークとの間の
結合部分がダイカストアルミニウム製のスリーブである
とするなら、上記ハンドル構造体の慣性モーメントおよ
び重量をさらに軽減することが可能である。
【００１１】しかし上記リムには、このリムへの鋳造圧
力の悪い影響を補償するために、その改鋳部分にはニッ
プルをつけて補強を行わなければならない。それ故この
ようなハンドル構造体の製造に必要な加工技術は、比較
的に高い費用を伴うことになる。
【００１２】なおＥＰ−Ａ−０２９２０３８には、上記
ハブ、スポークおよび、上記リムに接するこのスポーク
の鋳造部分が一体鋳造のダイカストアルミニウムであっ
て、所望の慣性モーメントを持つように上記リムが、
鋼、アルミニウム又はアルミニウム合金から成る中実体
あるいは中空体であるごとき操縦ハンドルの設計法が開
示されている。
【００１３】熱可塑性樹脂、好ましくは比較的高分子量
のポリアミドの射出成形品であるハンドル構造体は、慣
性モーメントが非常に小さく、しかも軽量である（ＤＥ
−Ｕ−７５３１０７２）。しかしこのハンドル構造体は
未だに実用化されていない。その理由は、最重要である
強度面の要求を満たしていないからである。
【００１４】ところで上記強度面の要求に関しては、例
えば捩り試験で操縦ハンドルの靱性は、２５０Ｎｍのト
ルクを１分間かけたとき、永久ひずみが１％を超えない
という基準で決定される。
【００１５】また進行方向に働く支持力下での強度をチ
ェックするための静的な曲げ試験では、より大きな角度
をその周線で持つ操縦ハンドルの部分がこの操縦ハンド
ルの軸方向にＦ＝３８０Ｎの外力を受けるとき、真直ぐ
前進方向に作用する外力によって１．５ｍｍを超える永
久変形を生じてはならない。
【００１６】また材料の疲れ強さ試験では、ハンドル構
造体はその最弱の個所で、Ｆ＝±２００Ｎの繰返し曲げ
荷重に対し、１０5 回を超える繰返しに耐えなければな
らない。
【００１７】ＤＥ−Ａ−３６８５３７２に開示されたハ
ンドル構造体は上述の諸要求を満たし、そのハブとスポ
ークとは熱可塑性の、場合によっては繊維強化された樹
脂にて作られる。またこれらのハブとスポークとは、こ
のハンドル構造体のリムと同様に変形可能な合成樹脂層
で外装される。さらに上記リムは、所望の慣性モーメン
トが得られるように、鋼、軽合金あるいは、合成樹脂内
に埋込まれかつ巻かれた連続するガラス繊維から成る。
【００１８】所与の寸法を持つ操縦ハンドルでは、最軽
量であり得る質量を備えた操縦ハンドルの慣性モーメン
トを、車両のタイプに依存させて変えることができる。
この場合操縦ハンドルのリムは、設計上車両によって相
違するが、ハブの幾何学的形状は同一であり、またスポ
ークの幾何学的形状は、最適な重量が得られるように選
択される。
【００１９】ところで上記リムは、上記ハブおよびスポ
ークから独立して製作されなければならず、また副次的
な組立て品から成る特別な巻取付け装置を用意する必要
があるため、上述のように設計されたものは、これまで
のところ生産されなかった。なおここで「特別な巻取り
装置」とは、ガラス繊維用のボビンコア、プラスチック
浸透手段、ボビンコア付巻取り軸、加えて運転装置およ
び自動制御装置から成る。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、部
分的に結晶質の熱可塑性樹脂から成り、静的および動的
の強度要求を充足し、充分な機能的靱性を有しかつ比較
的簡単な方法で生産が可能であると共に、完全にリサイ
クルが可能で、しかも射出成形により一体的に形成され
るハンドル構成体を備えた操縦ハンドルを提供すること
にある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係る操縦ハンドルのハンドル構成体は、
プレス・ストレッチング加工による組織を有する。
【００２２】部分的に結晶質の熱可塑性樹脂、たとえば
ポリプロピレン、ポリエチレン又はポリアミドから成る
半製品は、これらが熱可塑的な状態の下でかつ所定の熱
的、機械的条件下に連続的な圧延を受けると、その物理
的、工学的属性は著しく改善される。
【００２３】上記樹脂の構成分子がプレス・ストレッチ
ングによって若し縦方向か横方向の１軸方向にあるい
は、縦横方向の２軸方向に加工されると、これらの分子
は直線に沿うかあるいは平面に沿って配向されるであろ
う。かくして上記樹脂は、著しい強化、すなわち固有強
度の改善を生じるであろう。
【００２４】上記プレス・ストレッチされた操縦ハンド
ルの際立つ特徴としては、この操縦ハンドルの問題領域
のみが、すなわちこの操縦ハンドルのリム、好ましくは
このリムの自由頂面部および、このリムと上記操縦ハン
ドルのスポークとの間並びにこのスポークと上記操縦ハ
ンドルのハブとの間の遷移部、および／又は上記ハブ
が、プレス・ストレッチされた組織を持つことである。
【００２５】上記ハンドル構造体のリムおよびスポーク
は押出し材又は棒材から成り、この押出し材又は棒材
は、その長手方向である１軸方向にプレス・ストレッチ
されていて、少くとも上記リムとスポークとの間並びに
このスポークと上記ハンドル構造体のハブとの間の遷移
領域は１軸方向にプレス・ストレッチされた合成樹脂層
にて囲繞されると共に、この合成樹脂層の構成分子は上
記リムの円周方向に直交して延びかつこの合成樹脂層は
上記押出し材又は棒材を構成する合成樹脂と同一である
のがよい。
【００２６】上記ハンドル構成体を作るために射出成形
でプリフォームが作られ、このプリフォームを構成する
合成樹脂の結晶質融点よりも低い温度でこのプリフォー
ムは加熱され、続いてプレス・ストレッチされるのがよ
い。
【００２７】若し上記ハンドル構造体の固有強度をその
限られた部分についてのみ向上させる必要がある場合に
は、上記フレフォームのプレス・ストレッチされる部分
に必要な材料を付け足すのがよい。
【００２８】本発明に係る操縦ハンドルの生産方法につ
いて更に挙げられる特徴は、上記プレス・ストレッチン
グが使用される合成樹脂の結晶質融点よりも５〜４５℃
低い温度で行われることにある。
【００２９】また上記プレス・ストレッチング量は０．
５〜５、好ましくは２．５〜３．５の範囲にあるのがよ
い。
【００３０】また上記プリフォームの射出成形、加熱お
よびプレス・ストレッチングは、適切に配されたキャビ
ティを持つ１個のかつ同一の金型内で実施することがで
きる。
【００３１】なおこれとは異り、上記プリフォームの射
出成形の第１の金型で行い、このプリフォームの上記加
熱とプレス・ストレッチングとを適切なキャビティを持
つ第２の金型で行うこともできる。この場合、上記第１
の金型から上記プリフォームを取り出すや、直ちに上記
第２の金型内でプレス・ストレッチして、上記プリフォ
ームの射出成形時における予熱を余すことなく利用する
ようにするのがよい。
【００３２】
【実施例】以下本発明の実施例につき、図１〜６を参照
しながら説明する。先づハンドル構造体１の平面図であ
る図１および、図１のＩ−Ｉ断面を示す図２において、
このハンドル構造体１のハブ４は、スポーク２を介して
リム３に接続されると共に、このリム３を含む平面の下
方に位置を占める。
【００３３】上記ハンドル構造体１のプリフォームはポ
リプロピレンの射出成形品であり、射出成形後、ゆるや
かなキャビティを持つ金型内でこのプリフォームは、リ
ム３近傍を温度Ｔ＝１６５〜１６８℃に加熱される。な
お上記金型内で、上記プリフォームである矩形断面のリ
ム３は、圧力Ｐ＝３００ｋｇ／ｃｍ2 下で時間ｔ＝３分
の間プレス・ストレッチされる。
【００３４】かくして上記ポリプロピレンの構成分子
は、上記リム３の円周方向に直交して配向される。なお
プレス・ストレッチされた上記リム３は、図２の部分詳
細図Ｘに符号５で示されるように、樋状でかつその中心
線に沿って延びるリブ６を有する。
【００３５】次に図３に示すハンドル構造体７では、前
例と同様にこの構造体のハブ１０は、スポーク８を介し
てリム９に接続されて、このリムを含む平面の下方に位
置を占める。
【００３６】ところで上記ハンドル構造体７のプリフォ
ームを作るために、適切に設計された金型内に、４本の
押出し材１１が相互に近接された状態で配置されて、上
記金型内で温度Ｔ＝１４０℃に加熱される。なおこの押
出し材１１はその形状が扇形で、またその断面は図４に
示すごとく方形であり、しかもポリプロピレンから作ら
れている。また圧延によってプレス・ストレッチされる
と、このプリフォームの構成分子は縦方向の１軸方向に
延ばされる。
【００３７】その形状が扇形である上記押出し材１１
の、図３に示すごとく互いに隣接する脚状部分は、操縦
ハンドルのスポーク８となる。続いて扇形状の上記押出
し材１１は、均質なポリプロピレンから成る層１２で、
射出成形によりその全側面を被覆され、さらにこれら押
出し材１１の脚状部分の自由端は、上記ハブ１０の射出
成形時に、このハブ１０内に埋込まれる。
【００３８】上記プリフォームは、ゆるやかなキャビテ
ィを持つ金型内でリム９およびハブ１０の近傍を温度Ｔ
＝１１０℃に加熱される。またこれらのリム９およひハ
ブ１０は、圧力ｐ＝３００ｋｇ／ｃｍ2 の下で時間ｔ＝
２分の間プレス・ストレッチされる。
【００３９】かくして上記リム９の構成素材であるポリ
プロピレン分子は、上記押出し材１１内の分子の方向に
直角な１軸方向に配向される。また上記ハブ１０の分子
は、上記合成樹脂の流れの方向に延びることになる。
【００４０】上記プレス・ストレッチされたリム６の断
面を、図３のＩＩ−ＩＩ断面を示す図５で見ると、この
断面ば非対象な樋形状又はひれ状の形状を示し、またそ
の中心線に沿って延びるリム１３を有する。なお図６に
は、このリム６が完全なポリウレタンフォームから成る
外装１４で被われた場合を示す。
【００４１】
【発明の効果】本発明は上述のような構成であるから、
従来の操縦ハンドルに較べてその重量は３０％以上軽く
なる。またこの操縦ハンドルは１種又は同種の合成樹脂
で作られるため、困難を伴うことなくリサイクルが可能
である。
【００４２】さらにこの操縦ハンドルのハンドル構造体
と、完全なポリウレタンフォームから成る外装との親和
性が少ないから、上記外装を上記ハンドル構造体からは
がして分離することは容易である。またその結果、上記
ポリウレタンフォームのリサイクルが可能である。
【００４３】次にプレス・ストレッチングを採用するこ
とによって、異なる物理的および工学的属性を持つハン
ドル構造体を作ることが可能である。この点は、エアバ
ッグを取付けた操縦ハンドル用のハンドル構造体を製造
する上で特に重要な意味を持つ。何故ならこのようなハ
ンドル構造体のリムは、機械的強度が高くなければなら
ないが、他方そのスポークは、外からのエネルギを散ら
し得るものでなければならないからである。
【００４４】さらに上記ハンドル構造体は、上記エアバ
ッグの比較的重い重量を或る程度相殺するものでなけれ
ばならないが、改善された固有の強度を持つ上記合成樹
脂製の押出し材は、一様な延びを有するために脆性破壊
を起すような傾向を有しない。
【００４５】この発明に係る操縦ハンドルのハンドル構
造体は、以下に記載する受動的安全性についての凡ての
機能的基準に合致するものである。
【００４６】○ダミーでの操縦ハンドルの衝撃破壊試験
（Ｕ．Ｓ．法第５７１，２０８号）
【００４７】○人体胴部衝撃試験（Ｕ．Ｓ．法第５７
１，２０３号およびＥＣＥ第１２号）
【００４８】○人体頭部衝撃試験（球振子、６．８ｋｇ
の低減質量、球径１６０ｍｍ）
【００４９】○捩り強さ
【００５０】○静的曲げ試験
【００５１】○動的曲げ試験
【図面の簡単な説明】
【図１】操縦ハンドルの平面図（第１実施例）
【図２】図１のＩ−Ｉ線断面図
【図３】操縦ハンドルの平面図（第２実施例）
【図４】プリフォームの断面図
【図５】図３のＩＩ−ＩＩ線位置におけるリム断面図
【図６】図５に示すリムの外装された場合の断面図
【符号の説明】
１ ハンドル構造体 ２ スポーク ３ リム ４ ハブ ７ ハンドル構造体 ８ スポーク ９ リム １０ ハブ １１ 押出し材 １２ 合成樹脂層 １４ 外装
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｌ 31:30 4Ｆ (72)発明者 マクシミリアン・グリム ドイツ連邦共和国2000ハンブルク63・フエ ルンシユトラーセ11 (72)発明者 マルチン・クロイツアー ドイツ連邦共和国8751クラインバルシユタ ツト・ベンデリヌスベーク２

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】部分的に結晶質の熱可塑性樹脂、好ましく
    はポリプロピレン、ポリエチレン又はポリアミドの射出
    成形品であると共に、被衝撃時に塑性変形可能な合成樹
    脂層、好ましくは完全なポリウレタンフォームにて外装
    されることもあるハンドル構造体を備えた操縦ハンド
    ル、好ましくは自走車両の操縦系統に使用される操縦ハ
    ンドルにおいて、 上記構造体１、７はプレス・ストレッチングにて形成さ
    れる組織を備えた操縦ハンドル。
  2. 【請求項２】上記構造体のリム３、９、好ましくはこの
    リムの自由頂面部および、このリムと上記構造体のスポ
    ーク２との間並びにこのスポークと上記構造体のハブ４
    との間の遷移部、および／又は上記ハブは、プレス・ス
    トレッチ組織である請求項１記載の操縦ハンドル。
  3. 【請求項３】上記構造体７のリム９およびスポーク８は
    押出し材又は棒材１１から成り、 この押出し材又は棒材はその長手方向である１軸方向に
    プレス・ストレッチされていて、 少くとも上記リムとスポークとの間並びにこのスポーク
    と上記ハブ１０との間の遷移領域は１軸方向にプレス・
    ストレッチされた合成樹脂層１２で囲繞されると共に、 この合成樹脂層の分子は上記リムの円周方向に直交して
    延びかつこの合成樹脂層は上記押出し材又は棒材を構成
    する合成樹脂と同一である請求項１又は２に記載の操縦
    ハンドル。
  4. 【請求項４】射出成形したプリフォームがその構成素材
    である合成樹脂の結晶質融点よりも低い温度で加熱さ
    れ、続いてプレス・ストレッチされることを特徴とする
    請求項１又は２記載の操縦ハンドルを生産する方法。
  5. 【請求項５】上記プリフォームのプレス・ストレッチさ
    れる部分に必要な材料を付け足すようにした請求項２記
    載のハンドル構造体を生産する請求項４記載の生産方
    法。
  6. 【請求項６】上記押出し材又は棒材はロールを使用する
    プレス・ストレッチングにより製造される請求項３記載
    の操縦ハンドル用ハンドル構造体を生産する請求項４又
    は５記載の方法。
  7. 【請求項７】上記プレス・ストレッチングは使用される
    合成樹脂の結晶質融点よりも５〜４５℃低い温度で行わ
    れる請求項４又は５記載の方法。
  8. 【請求項８】プレス・ストレッチング量は０．５〜５、
    好ましくは２．５〜３．５の範囲にある請求項４、５、
    ６又は７記載の方法。
  9. 【請求項９】上記プリフォームの射出成形、加熱および
    プレス・ストレッチングは１個のかつ同一の金型内で行
    われる請求項４、５、６、７又は８記載の方法。
  10. 【請求項１０】上記プリフォームの射出成形と、上記加
    熱およびプレス・ストレッチングとをそれぞれ第１の金
    型と第２の金型とで行うと共に、 好ましくは上記第１の金型から上記プリフォームを取り
    出すや、直ちに上記第２の金型内でプレス・ストレッチ
    して、上記プリフォームの射出成形時における予熱を余
    すことなく利用するようにした請求項４、５、６、７又
    は８記載の方法。
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