JPH0692101A

JPH0692101A - 樹脂ホイール

Info

Publication number: JPH0692101A
Application number: JP4243148A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Nishimuro; 陽一西室; Haruo Koyama; 春雄小山; Kunio Machida; 邦郎町田; Yoshihide Fukahori; 美英深堀
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 1994-04-05

Abstract

(57)【要約】【目的】樹脂ホイールの耐熱性、難燃性を改善する。【構成】ホイールを構成するリム、ディスク及びハブ
の少なくとも一つが繊維補強合成樹脂を用いて成形して
なる樹脂ホイールであって、その繊維補強合成樹脂表面
に耐熱性又は難燃性皮膜２１，２２，２３を設けた樹脂
ホイール。【効果】リム、ディスク及びハブの少なくとも一つが
繊維補強合成樹脂の成形体よりなるため衝撃強度、曲げ
強度、剛性、耐熱性、耐疲労性、耐クリープ性等の機械
的特性に優れ、軽量で量産性にも優れる。しかも、繊維
補強合成樹脂表面は耐熱性又は難燃性皮膜で被覆されて
いるため、耐熱性、難燃性にも著しく優れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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に優れ、軽量かつ量産性に優
れ、しかも難燃性も著しく良好な樹脂ホイールに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ホイールのうち、例えば自動車用
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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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、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。

【０００６】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、
図２に示す如く、リム部１及びボルト孔３を有するディ
スク部２等よりなるホイールを、熱硬化樹脂又は熱可塑
樹脂に短繊維又は長繊維の強化繊維を混合した繊維補強
合成樹脂を主材料として成形したものであり、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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、鉄道車両に
用いられるホイールでは、用途の特殊性から、難燃性が
要求されることが多い。特に地下鉄用車両、モノレール
などの新交通システム並びにリニアモーターカー用車両
などゴムタイヤを装着したホイールを使用した車両では
トンネル走行が多く、必然的に高度の難燃性が要求され
る。

【０００８】しかしながら、樹脂製ホイールはスチール
製又は軽合金製ホイールに比べ、難燃性の面では劣り、
特に高度の難燃性（鉄道車両用材料の燃焼性規格のＡ−
Ａ基準における“不燃性”など）が要求される場合に
は、規格を満足することができなかった。

【０００９】また、乗用車、バス、トラック等に用いら
れるホイールでも、ホイールに近接した箇所にブレーキ
システムが有ることから耐熱性が要求される。しかしな
がら、樹脂製ホイールではブレーキシステムから発生す
る熱により、剛性の低下、材料の劣化による耐久性の低
下、クリープの促進など走行上好ましくない物性の低下
が顕著に現われる。加えて、ホイールに近接した外部高
温体や燃焼体に対する耐熱性や難燃性対策も必要であ
る。

【００１０】本発明は上記従来の樹脂製ホイールの問題
点を解決し、耐熱性、難燃性が著しく改善された樹脂ホ
イールを提供することを目的とする。

【００１１】

【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、ディスク及びハブの少な
くとも一つが繊維補強合成樹脂を用いて成形してなる樹
脂ホイールであって、その繊維補強合成樹脂表面に耐熱
性又は難燃性皮膜を設けたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明の樹脂ホイールは、リム、ディスク及び
ハブの少なくとも一つが繊維補強合成樹脂の成形体より
なるため衝撃強度、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に優れ、軽量で量産性
にも優れる。

【００１３】しかも、繊維補強合成樹脂表面は耐熱性又
は難燃性皮膜で被覆されているため、耐熱性、難燃性に
も著しく優れる。そして、要求される耐熱性、難燃性の
程度により、その皮膜の厚みを変えることで要求される
要件を十分に満たすことが可能である。更に、この皮膜
により耐水性、耐候性、耐塩水性、耐油性等にも優れた
樹脂ホイールを提供することが可能とされる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。

【００１５】図１は本発明の樹脂ホイールの一実施例を
示す断面図である。

【００１６】本実施例の樹脂ホイール１は、リム部１及
びディスク部２が樹脂の一体成形品であるが、もちろん
２ピース、３ピースホイールでも良い。図１はブレーキ
ドラム側の面の全面に耐熱性又は難燃性の皮膜２１，２
２，２３を形成したものである。このような皮膜２１〜
２３を形成することにより、ディスクブレーキやブレー
キドラムからの熱を遮断し、樹脂ホイールの耐熱性、難
燃性を高めることができる。なお、この皮膜は必ずしも
繊維補強合成樹脂の成形体の全表面に形成する必要はな
く、ディスク部２の一部の面を覆う皮膜２１のみ、又
は、ディスク部の全面を覆う皮膜２１及び２２のみ、或
いはリム部１の一部の面を覆う皮膜又は全体を覆う皮膜
２３のみであっても良い。また、ホイール外部に存在す
る高温体や燃焼体に対する耐熱性、難燃性を高めるため
にホイールのアウター側に耐熱性又は難燃性の皮膜２４
を形成することもできる。

【００１７】本発明の樹脂ホイールの成形材料として用
いる合成樹脂としては、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。

【００１８】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、フタル酸ジア
リル樹脂、アルキド樹脂、ユリア樹脂、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種以上の混合物として用いても良い。

【００１９】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・１０，１０，１１，１２等、ポリブチレンテレフタ
レート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰ
Ｓ）、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（ＰＥ
Ｓ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルエーテル
ケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰ
Ｏ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（Ｐ
Ｉ）、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、ＰＢ
Ｔ、ＰＰＳ、ＰＯＭ、ＰＣ、ＰＥＳ、ＰＩ、ＰＡＩ、Ｐ
ＥＥＫ、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２種
以上の混合物として用いても良い。

【００２０】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。

【００２１】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（ＳｉＣ、Ａｌ₂
Ｏ₃など）、金属（ボロン、ステンレスなど）等の繊維
が挙げられる。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
いと成形が困難となり、成形性が悪くなる。このため、
補強繊維の直径は０．１〜１００μｍ、特に０．５〜５
０μｍの範囲とするのが好ましい。

【００２２】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。

【００２３】本発明において、特に好ましい成形材料と
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。な
お、これらの長繊維補強物の加工性などを改良するため
に、通常の短繊維補強樹脂を混合して使用することは極
めて有効である。この場合、短繊維補強樹脂の混合率は
重量で全体の７０％以下、望ましくは６０％以下が好ま
しい。

【００２４】本発明において、このような成形材料を用
いて、各分割成形体を成形する方法としては、圧縮成形
法、射出成形法又は射出圧縮成形法のいずれを用いても
良い。ただし、射出成形時に発生するウェルドラインを
２ピース化（或いはそれ以上の分割化）することによっ
て避けることが可能であることを考慮すると、本発明は
射出成形又は射出圧縮成形によって成形する場合におい
て、特に大きな効力を発揮すると言える。

【００２５】また、このような繊維補強合成樹脂表面に
耐熱性又は難燃性の皮膜を形成する方法としては、金属及び／又はセラミックスの溶射皮膜を形成す
る。或いは耐熱塗料の塗膜を形成する。などの方法を採用する
ことができる。

【００２６】上記溶射による皮膜の形成、或いは、耐熱
塗料の塗膜の形成によれば、樹脂ホイールの形状部位に
影響を受けることなく、あらゆる箇所に容易に耐熱性、
難燃性皮膜を形成することができる。

【００２７】なお、上記の方法において、皮膜を構成
する金属としては、アルミニウム、銅、ニッケル、亜
鉛、クロム等の金属又はＡｌ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｒ
−Ｎｉ等の合金が挙げられ、これらのうち、特に、軽量
性の面からはアルミニウムが好ましい。一方、セラミッ
クとしては、アルミナ、アルミナ−チタニア、チタニア
（ＴｉＯ₂ ）、酸化クロム、酸化ニッケル、ジルコニ
ア、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、ク
ロムカーバイド、チタンカーバイド、窒化ケイ素等が挙
げられ、これらのうち特に低コスト、溶射温度が低
く、樹脂へのダメージが少ない、ことからアルミナ、ア
ルミナ−チタニアが好ましい。

【００２８】なお、金属及びセラミックは、サーメット
として金属−セラミック混合皮膜を構成するものであっ
ても良い。

【００２９】溶射方式としては特に制限はなく、ガス式
溶射、プラズマ溶射、アーク溶射、レーザー溶射等の各
種の方法を採用することができる。

【００３０】このような溶射皮膜層の厚さは、その構成
材料及び要求される耐熱性、難燃性の程度によっても異
なるが、通常の場合、３０〜６００μｍ程度とするのが
好ましい。

【００３１】の方法において、耐熱塗料としてはシリ
コン樹脂等を主体とするものが挙げられ、更にこれらの
耐熱塗料に比較的大径（平均粒径１０〜２００μｍ程
度）の充填材、例えば、ガラスビーズ、ガラスバルー
ン、マイカ等の無機質充填材を１０〜８０重量％、特に
２０〜６０重量％程度混合した耐熱特殊塗料を用いるの
が好ましい。

【００３２】このような充填材を混合することにより、
塗料の厚塗りが容易となり、また、形成される塗布層の
難燃性、耐摩耗性等も向上する。

【００３３】このような耐熱（特殊）塗料の塗膜の厚さ
もその材料及び要求される特性によって異なるが、通常
の場合４０〜７００μｍ程度の厚さとするのが好まし
い。

【００３４】本発明において、溶射による金属及び／又
はセラミックの皮膜、或いは、耐熱（特殊）塗料の塗膜
は、単層構造であっても２種以上の材料を用いた複層構
造であっても良く、また、適当なアンダーコート層或い
はカバーコート層を設けることにより、一層特性を改善
したものであっても良い。具体的には次のような層構成
を採用することができる。

【００３５】アンダーコート層として高熱伝導性の
層を形成し、その上に皮膜を形成することにより、熱の
伝導による熱拡散効果で難燃性をより一層向上させると
共に、皮膜の密着性も高めることができる。この場合、
アンダーコート層を厚さ１０〜１００μｍ程度のアルミ
ナ−チタニア或いはアルミニウムの溶射皮膜とし、その
上に、厚さ２０〜５００μｍのアルミナの溶射皮膜を形
成することができる。

【００３６】アンダーコート層を低融点の溶射材料
（例えばチタニア、亜鉛等）で形成し、その上に高融点
の溶射材料（例えばジルコニア、銅等）を用いて皮膜を
形成することにより、溶射時の基体の劣化を防止するこ
とができる。

【００３７】カバーコート層として、溶射皮膜上に
耐熱塗料やシリコンワニス等を含浸させることにより、
溶射時に形成される皮膜の気泡を埋めて、耐熱性、難燃
性をより一層高めるとともに、耐候性を高め更に表面の
汚れ付着を防止することができる。即ち、溶射処理だけ
では、溶射時に形成される気泡が熱を伝え易いことか
ら、十分な耐熱性、難燃性、耐候性が得られない場合が
ある。また、汚れも付着し易い。このため、この気泡
を、耐熱塗料やエポキシ、フェノール、水ガラス、シリ
コンワニス等で含浸させることにより、このような問題
を解消することができる。

【００３８】最上表面層のカバーコート層として、
銀色又は白色などの光や熱を反射する色の層を形成する
ことにより、耐熱性、難燃性をより向上させることがで
きる。

【００３９】以下に実験例を挙げて本発明をより具体的
に説明する。

【００４０】実験例１ガラス繊維強化ナイロン６６樹脂よりなる樹脂ホイール
及びカーボン繊維強化ナイロン６６樹脂よりなる樹脂ホ
イールの表面に、それぞれ、下記−Ａ〜Ｅ及び−Ａ
〜Ｃの皮膜を形成し、得られた各樹脂ホイールについ
て、鉄道車両用材料の燃焼性判定試験を行ない、燃焼性
規格のＡ−Ａ基準において満たすことができる規格要件
を調べた。

【００４１】溶射皮膜の形成（Ｃ，Ｄ及びＥは２層
構成である。） −Ａ：アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）溶射皮膜，厚さ４００
μｍ −Ｂ：アルミニウム（Ａｌ）溶射皮膜，厚さ３００
μｍ −Ｃ：アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）溶射皮膜，厚さ３５０
μｍ（下層）及びシリコンワニス含浸 −Ｄ：アルミナ−チタニア（６０％Ａｌ₂ Ｏ₃ −４０
％ＴｉＯ₂)溶射皮膜，厚さ５０μｍ（下層）及びアルミ
ナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）溶射皮膜，厚さ３００μｍ（表面層） −Ｅ：アルミニウム（Ａｌ）溶射皮膜，厚さ５０μ
ｍ（下層）及びアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）溶射皮膜，厚さ
３００μｍ（表面層）耐熱特殊塗料の塗膜形成（Ｃは２層構成である。） −Ａ：ガラスバルーン（平均粒径６０μｍ）４０重量
％耐熱塗料（シリコンベース・黒色系）の塗膜，厚さ６０
０μｍ −Ｂ：ガラスバルーン（平均粒径６０μｍ）２０重量
％／マイカ（平均粒径１００μｍ）２０重量％耐熱塗料（シリコンベース・黒色系）の塗膜，厚さ５０
０μｍ −Ｃ：ガラスバルーン（平均粒径６０μｍ）４０重量
％／耐熱塗料（シリコンベース・黒色系）の塗膜，厚さ
５００μｍ（下層）及び銀色塗料の塗膜，厚さ３０μｍ（表面層）その結果、いずれの樹脂ホイールも燃焼性規格のＡ−Ａ
基準において「不燃性」の要件を満たすことができた。

【００４２】因みに、このような皮膜や塗膜を形成して
いないものでは、厚さを増すことにより同基準の「極難
燃性」或いは「難燃性」の要件を満たすことしかでき
ず、本発明の樹脂ホイールの耐熱性、高難燃性の効果は
極めて明瞭である。

【００４３】なお、溶射皮膜の上にシリコンワニスを含
浸させた−Ｃの場合では、シリコンワニスがアルミナ
溶射皮膜の気泡を埋めることにより、耐熱性、難燃性、
耐候性をより一層高めるとともに、表面に汚れが付着し
にくくすることができた。

【００４４】また、−Ｄ，−Ｅの如く、下層にアル
ミナ−チタニア或いはアルミニウムといった伝熱性の良
い層を薄く設けることにより、熱拡散性が良くなり、よ
り一層耐熱性、難燃性が向上すると共に、皮膜と基体と
の密着性も向上した。

【００４５】更に、最上表面に銀色塗料の塗膜を形成し
た−Ｃでは、光や熱が反射され、耐熱性、難燃性はよ
り一層向上した。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の樹脂ホイー
ルは、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に優れ、軽量で量産性に優
れるという繊維補強合成樹脂製ホイールの優れた特長を
備え、しかも、その耐熱性、難燃性が大幅に改善された
ものである。このため、本発明の樹脂ホイールは、従来
の樹脂ホイールでは耐熱性や難燃性が不足していたため
に樹脂ホイールを使用できなかった部位に、樹脂ホイー
ルの適用が可能となり、軽量、高強度の樹脂ホイールを
提供することができる。

【００４７】特に、磁気浮上式鉄道車両用のホイール
に、導電体である金属を用いた場合、磁界内で導電体が
回転することによりうず電流が発生し、それが回転抵抗
となり、着地時、車輪走行時のタイヤ摩耗を増長させる
原因の一つとなっていたが、磁気浮上式鉄道車両用ホイ
ールとして本発明の樹脂ホイールを用いることにより、
磁場内での使用においてもうず電流を発生させないよう
にすることができ、かつ、耐熱性、難燃性、軽量性、更
には耐候性などにも優れる樹脂ホイールを提供すること
ができる。

【００４８】このような本発明の樹脂ホイールは乗用
車、バス、トラック等の狭義の自動車用ホイールとして
はもちろん、鉄道車両、地下鉄用車両、リニアモーター
カー車両、航空機、自動二輪、自転車、ゴルフや遊園地
用などのレジャー用ゴーカートなどの広義の自動車用ホ
イールとしても適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の樹脂ホイールの一実施例を示す断面図
である。

【図２】従来の樹脂ホイールの断面図である。

【符号の説明】

１リム部２ディスク部３ボルト孔１０樹脂ホイール２１，２２，２３皮膜

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホイールを構成するリム、ディスク及び
ハブの少なくとも一つが繊維補強合成樹脂を用いて成形
してなる樹脂ホイールであって、その繊維補強合成樹脂
表面に耐熱性又は難燃性皮膜を設けたことを特徴とする
樹脂ホイール。