JPH07290902A

JPH07290902A - 樹脂ホイール及びその製造方法

Info

Publication number: JPH07290902A
Application number: JP6089997A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Kikuchi; 博文菊池; 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: 1994-04-27
Filing date: 1994-04-27
Publication date: 1995-11-07

Abstract

(57)【要約】【目的】軽量で生産性に優れ、しかも、所望の方向に
補強繊維を配向させ、引張強度、曲げ強度を必要な方向
に強化することのできる樹脂ホイール及びその簡便な製
造方法を提供する。【構成】繊維補強合成樹脂を用いて射出成形又は射出
圧縮成形した樹脂ホイール１０の表面に、成形時の樹脂
の流動方向に沿った凹部１２を形成する。合成樹脂とし
ては、好ましくは熱可塑性樹脂にガラス、カーボン等の
補強繊維を５〜７０体積％混合したものを用いて、好ま
しくは抽出圧５００〜１５００ｋｇ／ｃｍ ²で成形を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、樹脂ホイール及びその
製造方法に関し、詳しくは、引張強度、曲げ強度を所望
の方向に強化しうる樹脂ホイール及びその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】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アルミニウム、マグネシウ
ム等を母材とする軽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、また、重量が重いため、自動車部品の軽量化の面で
好ましくない。一方、軽合金製ホイールは成形寸法も安
定しており、重量の点でもスチール製ホイールの１／３
と軽量化がなされているが、材料コストが非常に高く、
スチール製の３〜５倍であるという欠点があった。

【０００４】近年、省エネルギーの観点から、自動車部
品の軽量化が重要視され、特に、ホイールの如きバネ下
部材は燃費の改善、機動性向上の観点から、より一層の
向上が望まれていた。

【０００５】このような要望から、最近、軽量性、成形
寸法の安定性が良好で、且つ、低コストなホイールとし
て樹脂製ホイールが提案されており、熱硬化性樹脂や、
熱可塑性樹脂に強化繊維（補強繊維）を混合した繊維補
強樹脂を主材料として成形され、例えば、熱硬化性樹脂
を圧縮成形したものや、熱可塑性樹脂を射出成形したも
の等が検討されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱硬化
性樹脂を圧縮成形したホイールは、強度や寸法安定性は
良好であるが、生産性が悪く、また、圧縮成形によるた
め複雑な形状を有するものを製造することは困難であっ
た。また、成形時には樹脂の流動がなく、繊維の配向が
ランダムであった。一方、熱可塑性樹脂を射出成形した
ものは、生産性が高く、複雑な形状に対応できるもの
の、強度は熱硬化性樹脂に比較して１／３〜１／５と低
く、樹脂中に含まれる補強繊維の大部分が樹脂の流動方
向に係わらずランダムに配向するため、必要とする方向
に強度を向上させることが困難であった。

【０００７】このため、軽量で生産性に優れ、しかも、
所望の方向に引張強度、曲げ強度を向上させることので
きる樹脂ホイール及びその簡便な製造方法が望まれてい
た。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、繊維補強
合成樹脂を用いて射出成形又は射出圧縮成形した樹脂ホ
イールの少なくとも１面に、成形時の樹脂の流動方向に
沿った凹部及び／又は凸部を形成することにより上記問
題点を解決する樹脂ホイールが得られることを見出し、
本発明を完成した。

【０００９】また、さらに、繊維補強合成樹脂を射出成
形又は射出圧縮成形した樹脂ホイールの製造方法におい
て、成形用金型の少なくとも１面に樹脂注入時の樹脂の
流動方向に沿った凹部及び／又は凸部を形成し、該成形
用金型に、繊維補強合成樹脂を射出圧５００〜１５００
ｋｇ／ｃｍ²で注入し、注入した繊維補強合成樹脂の冷
却硬化後、成形用金型を除去することによって、軽量で
強度が高い樹脂ホイールを簡便に製造しうることを見出
した。

【００１０】

【作用】一般に、合成樹脂は成形用金型中を図４に示す
モデル図の如く流れる。即ち、樹脂の流動先端からわき
出した補強繊維１８を含む溶融樹脂は上下に分かれ、わ
き出し樹脂の表面上を金型２０壁面に向かって移動して
いく。壁面に近づくにつれ剪断力は大きくなり、繊維１
８は樹脂の流動方向に配向し、金型２０に接すると直ち
に冷却され、硬化する。この部分はスキン層１４と呼ば
れ、極めて繊維配向の強い領域となる。一方、樹脂の流
れの中央部には剪断力が殆ど働かないため、繊維はラン
ダムのまま硬化する。これをコア層１６と呼ぶ。樹脂ホ
イール成形時にも、上記と同じ現象がおこり、繊維配向
の強いスキン層１４と、繊維がランダム配向のコア層１
６とが形成される。樹脂ホイールの少なくとも１面に成
形時の樹脂の流動方向に沿った凹部及び／又は凸部を形
成することにより、成形用金型中に射出される樹脂と金
型との接触面積が増加し、該金型の界面において剪断力
が強く、樹脂の硬化が迅速に行われる部分が増すため、
凹部１２を形成したもの（図５（ａ）参照）は、樹脂の
流動方向に補強繊維が配向したスキン層１４が凹部を形
成していないもの（図５（ｂ）参照）に比較して厚くな
り、樹脂の流動方向に強度が向上された樹脂ホイールを
得ることができる。

【００１１】また、繊維補強合成樹脂を射出成形又は射
出圧縮成形した樹脂ホイールの製造方法において、成形
用金型の少なくとも１面に樹脂注入時の樹脂の流動方向
に沿った凹部及び／又は凸部を形成することにより、成
形用金型と樹脂との接触面積が増加し、さらに、繊維補
強合成樹脂の射出圧を５００〜１５００ｋｇ／ｃｍ²と
することにより、通常の樹脂に比較して流動性の低い繊
維補強合成樹脂を良好に成形用金型中に注入することが
でき、これらにより、簡単に、補強繊維の配向を制御し
て、所望の方向に強度が強化された樹脂ホイールを簡単
なプロセスで製造することができる。

【００１２】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に
説明する。

【００１３】本発明に用いられる樹脂ホイール１０は図
１（ａ）に示す如き１ピースホイールであっても、図１
（ｂ）に示す如き２ピースホイールであってもよい。こ
れらは、ディスク部の中央から繊維補強樹脂を注入する
ことにより成形されたものであり、ディスク部表面の中
央から周囲へ放射状の凹部１２が施されている。１ピー
スホイールにおいてはウェルドラインの発生を防止する
ために通常飾り孔を開けない形状のものを用いるため、
中心から周囲へ向かう放射状の凹部１２を施すことは装
飾性の観点からも好ましい。２ピースホイールにおいて
は、ディスク部、リム部等の各部分を一体化するため、
１ピースホイールに比較してボルト重量が増加するもの
の、凹部１２を施すことによって、凹部１２を施さない
ものに比較してホイール重量の軽量化を計ることができ
る。

【００１４】図２（ａ）は、本発明の凹凸が形成された
１ピースホイールの例を示す断面図である。図中、形成
された凹部１２が破線で示されるている。また、図２
（ｂ）には、図２（ａ）のＡ−Ａ線における端面図が、
図２（ｃ）には、Ｂ−Ｂ線における端面図がそれぞれ示
されている。図２に示された樹脂ホイールにおいては、
凹部１２は、リム部、ディスク部ともにホイールの裏面
側に形成されており、外観に影響しないようになってい
る。図３は、本発明の凹凸が形成された１ピースホイー
ルの別の例を示す断面図であり、破線で示される凹部１
２はリム部ではタイヤと接する側に、ディスク部では外
側に形成されており、これら凹部１２の形成位置によ
り、強度の向上のみならず、ディスク部を好ましいデザ
インとすることもできる。

【００１５】凹部及び／又は凸部が形成される面及び位
置は、強度の向上の必要に応じて任意に選択することが
できる。例えば、円周方向の強度が向上が必要な場合、
ディスク部に放射状の溝を形成することによって、所望
の強度向上が達成されるが、凹部及び／又は凸部が形成
される面は、ディスク部の表面（外側）であっても、裏
面（内側）であっても、また、全体の強度を損なわない
配置であれば、両面に形成されてもよい。また、必要に
応じて、ディスク部のみ、リム部のみ、その双方に形成
されてもよい。

【００１６】樹脂ホイールに形成される凹部及び／又は
凸部は先端から後端まで同じ深さで合ってもよいが、図
２及び図３の凹部１２の例に示されるように先端と後端
とがなめらかにつながって形成されることが、ウェルド
を防止する観点から好ましい。また、凹部に横方向の応
力集中が起こることを防止するため、凹部横断面におい
て、底部断面は曲線をなすことが好ましい。すなわち、
凹部はその横断面、図６（ａ）及び縦断面、図６（ｂ）
に示す具体例のように、滑らかな舟形状の溝をなすこと
が成形品の品質上好ましい。

【００１７】凹部１２の大きさについては、凹部深さは
形成されるスキン層１４の厚み以上、即ち、通常の条件
で形成されるスキン層１４の厚みである約２ｍｍ以上で
あり、ホイール肉厚の１／２〜２／３以下であることが
横方向の強度バランスの観点から好ましい。また、ホイ
ール表面における凸部幅は４〜３０ｍｍ程度が好まし
く、４ｍｍ以下であると、繊維の破断が起こる虞があ
り、また、１０ｍｍ以上であると繊維の配向効果が少な
くなり、いずれも好ましくない。凹部幅は強度低下の観
点からは特に制限はなく、軽量化及び意匠的観点から任
意に選択することができるが、前記凸部幅と同様の観点
から、２〜３０ｍｍ程度が好ましい。また、凹部厚さ／
凸部厚さの比率は、０．５〜２．０程度であることが好
ましい。

【００１８】また、ホイール肉厚は通常、平均１０ｍｍ
程度であるが、ホイール全体の強度を考慮すれば、凹凸
を形成する部分はホイール肉厚が５ｍｍ以上あることが
好ましい。

【００１９】本発明の樹脂ホイールを構成する熱可塑性
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、ナイロン６・６、ナイロン４・６、ナイロン６
・１０、ナイロン１０、ナイロン１１、ナイロン１２、
芳香族ポリアミド等、また、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（ＰＰＳ）、
アセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（Ｐ
Ｃ）、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
（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、
ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、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、ＰＰ
Ｓ、ＰＯＭ、ＰＣ、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、２種以上の混
合物として用いてもよい。

【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、耐薬品性等を改
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、エラストマー等の必要量を
混合して用いてもよい。

【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等）、金属（ボロン、ステンレス等）等の繊維が挙
げられる。このうち、特にカーボンとガラスが有効であ
る。補強繊維の直径は０．１〜１００μｍ、特に０．５
〜５０μｍとするのが好ましく、ホイール強度の点から
更に５〜２０μｍであることが好ましい。０．１μｍ未
満では充分な補強効果が得られず、１００μｍを超える
と射出成形又は射出圧縮成形が困難となり、成形性が悪
化するため、いずれも好ましくない。

【００２２】このような補強繊維の配合量は成形材料に
対して５〜７０体積％とするのが好ましい。配合量が５
体積％未満では充分な補強効果が得られず、７０体積％
を超えるとマトリックス樹脂が不足して成形性が悪化す
るため好ましくない。配合量は、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
合前記の如く含有される補強繊維の長さは切断長さによ
って任意に調整できる。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量は充
分である。さらに、かくして得られた長繊維補強樹脂
は、通常の短繊維補強樹脂に比較して機械物性は著しく
向上するが、成形性、加工性が損なわれることは殆どな
く、短繊維補強樹脂と同程度の成形性、加工性を得るこ
とができる。なお、該長繊維補強樹脂の加工性等をさら
に改良するため、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
合率は樹脂全体の７０重量％以下、さらに、６０重量％
以下であることが好ましい。ここで、短繊維とは、一般
に繊維の長さが約０．２〜０．５ｍｍ程度のものを指
し、長繊維とは繊維の長さが約２〜１０ｍｍ程度のもの
を指す。

【００２４】本発明の樹脂ホイールに用いられる繊維補
強合成樹脂としては、繊維の配向効果の観点から長繊維
含有率の高いものが好ましく、補強繊維中、長繊維の比
率が５０〜１００重量％程度であることが好ましい。

【００２５】本発明の樹脂ホイールの場合、別の機能を
持ったデバイスをホイール中に埋め込んで一体成形する
ことができるという利点を有する。例えば、タイヤのパ
ンク警報装置等の異常警報装置をホイール中に埋め込ん
で一体成形することにより、ホイールとタイヤとで一体
としての安全な自動車足回り部品が提供される。また、
ホイールのリム部にリブを立てる等のフェールセーフ機
構をホイールと一体成形することも容易である。

【００２６】本発明の樹脂ホイールは、前記の如き繊維
補強熱可塑性樹脂を射出成形法又は射出圧縮成形法によ
り成形することにより、容易に製造される。

【００２７】なお、本発明の樹脂ホイールに飾り穴を必
要とする場合には、成形後に、例えば、切削加工等の後
加工によって飾り穴を設けることができる。このような
プロセスを経ることにより、ウェルドによる強度低下を
防止することが可能となる。

【００２８】さらに、本発明の樹脂ホイールには、さま
ざまな装飾を施すことができる。装飾の具体例として
は、例えば、原料樹脂に着色料又は着色樹脂を混合する
ことにより着色すること、金型キャビティー内へ本発明
の効果を損なわない範囲で、若しくは本発明の構成であ
る凹凸を生かして彫刻や凹凸模様を施すこと、成形時に
インモールド法で装飾を施すこと、成型後に、例えば、
スクリーン印刷、オフセット印刷、パッド印刷、含浸印
刷、ホットスタンプ、氷圧転写、真空プレス、転写、真
空プレスラミネート等によって、意匠を印刷又は転写す
ること、成型品に、例えば、電気メッキ、真空蒸着、ス
パッタリング、イオンメッキ等で金属被膜を施すこと、
その他、セラミック溶射、金属溶射等を行うことが挙げ
られる。

【００２９】次に本発明の樹脂ホイールの好適な製造方
法について説明する。本発明の樹脂ホイールが、射出成
形法又は射出圧縮成形法により成形することにより、容
易に製造されることは前述の通りであるが、本発明の樹
脂ホイールに用いられる如き繊維補強樹脂は、補強繊維
を含んでいるため通常の樹脂に比較して成形が困難であ
る。このため、本発明の樹脂ホイールを製造する際、繊
維が配向した層を厚くして、所望の方向に強度を向上さ
せるために以下の方法で製造することが好ましい。

【００３０】なお、本発明で射出圧縮成形法とは、前も
って金型を少し開いておくか、若しくは、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を指す。特に、本発明で述べ
る射出圧縮成形法としては、溶融した樹脂を射出シリン
ダー又は押出機でプレス間に設置された上下の金型内に
注入し、樹脂の供給が終了する前又は終了した後に金型
が型締めされる成形方法が好適に用いられる。

【００３１】本発明の樹脂ホイールの製造方法において
は、まず、成形用金型の少なくとも１面に樹脂注入時の
樹脂の流動方向に沿った凹部及び／又は凸部を形成す
る。これは、例えば、繊維を配向させる方向を長辺とす
る細長い長方形の凹部を、好ましくは凹部の各端部がな
めらかに接合面と連続するように形成することにより達
成される。凹部は強度を向上させたい部分に１本又は複
数本ならべて形成される。該凹部は必ずしも連続して形
成されなくてもよい。凹部及び／又は凸部の大きさは、
前述の樹脂ホイールにおける凹部凸部のサイズと同様で
ある。射出圧縮成形法を用いる場合は、金型は前もって
少し開いておくか、弱い型締力で閉じておく。

【００３２】次に、該成形用金型に、繊維補強合成樹脂
を射出圧５００〜１５００ｋｇ／ｃｍ²で注入する。金
型の射出口は、所望の繊維の配向が得られるように、施
された凹凸の形状及び凹凸部における樹脂の流動方向を
考慮して決定する。射出圧は５００〜１５００ｋｇ／ｃ
ｍ²であることが必要であり、この範囲外であると樹脂
の流動性と硬化速度のバランスが悪化し、好ましい繊維
の配向層即ちスキン層を形成し難い。射出圧縮成形法を
用いる場合は、ここで金型を閉じるか、型締力を増加さ
せることが好ましい。

【００３３】その後、注入した繊維補強合成樹脂が冷却
硬化した後、成形用金型を除去して樹脂ホイールを得る
ものである。得られた樹脂ホイールは前述の如く装飾を
施すため予め着色した樹脂を用いたり、成形後に後加工
に付すこともできる。

【００３４】（実施例１）凹凸を形成した繊維補強合成
樹脂平板を作成し、強度を測定した。

【００３５】繊維補強合成樹脂としてナイロン６・６に
ガラス長繊維（直径２０μｍ：長さ２〜１０ｍｍ）を３
０体積％配合したものを用い、厚さ９ｍｍの平板に深さ
５ｍｍ、幅２ｍｍの凹部を５ｍｍ間隔で形成した金型の
凹部の片端側から樹脂を射出圧１２００ｋｇ／ｃｍ²で
注入し、硬化させて凹凸を形成した平板を作成し、本発
明品とした。また、同様にして、厚さ９ｍｍの凹凸が形
成されていない平板を作成し比較品とした。

【００３６】本発明品及び比較品について、引張強度及
び曲げ強度を測定した。強度の測定は、凹凸部に沿った
方向に、ＪＩＳＫ７０５４及びＫ７０５５記載のＡ法
に準じて行った。結果を下記表１に示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１に明らかな如く、本発明の凹凸を形成
した平板は、凹部が形成されたため比較品よりも注入さ
れた樹脂量が少ないにも係わらず、引張強度、曲げ強度
とも比較品よりも強化されていた。

【００３９】

【発明の効果】本発明の樹脂ホイールは前記構成とした
ので、引張強度及び曲げ強度を所望の方向に強化しうる
という優れた効果を示した。また、本発明の製造方法に
よれば、前記所望の方向に強度を強化した樹脂ホイール
が簡単に製造できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の１ピース樹脂ホイールを示す
斜視図、（ｂ）は本発明の２ピース樹脂ホイールを示す
斜視図である。

【図２】（ａ）はホイール裏面に凹部が形成された１ピ
ースホイールの例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ線における端面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線
における端面図である。

【図３】ホイール表面に凹部が形成された１ピースホイ
ールの例を示す断面図である。

【図４】金型中の繊維補強合成樹脂の流動状態を示すモ
デル図である。

【図５】（ａ）は本発明の凹部を形成した樹脂ホイール
の樹脂中の補強繊維の配向状態を示す断面図であり、
（ｂ）は凹部を形成していない樹脂ホイールの補強繊維
の配向状態を示す断面図である。

【図６】（ａ）は本発明の樹脂ホイールに形成された凹
部の例を示す、凹部に直交方向の断面図であり、（ｂ）
は凹部に沿った方向の断面図である。

【符号の説明】

１０樹脂ホイール１２形成された凹部１４スキン層（補強繊維配向層）１６コア層（補強繊維ランダム層）１８補強繊維

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維補強合成樹脂を用いて射出成形又は
射出圧縮成形した樹脂ホイールの少なくとも１面に、成
形時の樹脂の流動方向に沿った凹部及び／又は凸部を形
成したことを特徴とする樹脂ホイール。
【請求項２】繊維補強合成樹脂を射出成形又は射出圧
縮成形した樹脂ホイールの製造方法において、成形用金型の少なくとも１面に樹脂注入時の樹脂の流動
方向に沿った凹部及び／又は凸部を形成し、該成形用金型に、繊維補強合成樹脂を射出圧５００〜１
５００ｋｇ／ｃｍ²で注入し、注入した繊維補強合成樹脂の冷却後、成形用金型を除去
する、樹脂ホイールの製造方法。