JPH09123703A

JPH09123703A - 車輪

Info

Publication number: JPH09123703A
Application number: JP8233370A
Authority: JP
Inventors: Keiu Kimura; 景雨木村
Original assignee: O G K GIKEN KK; OGK Co Ltd
Current assignee: O G K GIKEN KK; OGK Co Ltd
Priority date: 1993-04-12
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 1997-05-13

Abstract

(57)【要約】【課題】焼却して廃棄処理するのが容易で、ブレーキ
シュの摩耗も少ない車輪を提供する。【解決手段】合成樹脂中に、強化材としてチタン酸カ
リウムウィスカを含有した車輪である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化プラスチ
ックで形成した車輪に係り、より具体的には、自転車
（原動機付自転車を含む）のスポーク形、ディスク形車
輪に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自転車（原動機付自転車を含む）
のファッション化に伴い、ハブ体、スポーク部及びリム
部とを一体に有する車輪本体をはじめとする種々の車輪
用構成部材を、硬質プラスチックで成形してなる自転車
が注目をあびている。硬質プラスチックとしては、耐摩
耗性、強度等の機械的特性に優れたポリアミド等の熱可
塑性樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂に、さらに
強度向上のために、強化材としてガラス繊維を配合添加
したガラス繊維強化プラスチックが用いられている。

【０００３】一方、このような車輪を備えた自転車のブ
レーキとしては、一般に、リム部周壁との摩擦を利用を
した従来公知のゴムブレーキが用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の環境問
題から不要になった車輪の廃棄が問題となる。硬質プラ
スチックで形成された車輪（ハブ部、スポーク部、リム
部を一体にしたもの、これら構成部材を組立てたものを
含む）の廃棄は、廃プラスチックとして一般に焼却によ
り処理され、焼却処理はロストル（火格子）のような焼
却設備にて８５０℃程度の高温で焼却することにより行
われる。かかる焼却処理において、繊維強化プラスチッ
クのマトリックス樹脂は燃焼してしまうが、強化材たる
ガラス繊維の融点は一般に８００℃程度であるため溶融
する。溶融したガラス繊維が、燃焼用空気の供給路等に
こびりつくと燃焼作業に支障をきたす。また、ロストル
内にこびりついた溶融ガラスの後処理は大変である。

【０００５】さらに、強化材として添加されたガラス繊
維は、一般に平均繊維長が３００〜４００μｍで平均繊
維径が９〜１３μｍであることから、微視的にはリム部
周壁から露出していることがあり、このため、ゴム製ブ
レーキシューとの摩耗が、従来の金属製車輪の場合と比
べて大きくなるという問題がある。本発明はこのような
技術的背景に鑑みてなされたものであり、その目的とす
るところは、車輪として必要な剛性、強度を低下させる
ことなく、廃棄物処理を容易にする車輪、さらには従来
のゴム製ブレーキシューとの組合せにおいてもブレーキ
シューの摩耗が抑制され得る車輪を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る車輪は、マ
トリックス樹脂たる合成樹脂中に、強化材としてチタン
酸カリウムウィスカを含有していることを特徴とするも
のであり、また、前記チタン酸カリウムウィスカは、平
均繊維長が１０〜２０μｍで、平均繊維径が０．３〜
０．５μｍであることを特徴とするものである。

【０００７】このような構成とされた本発明に係る車輪
は、合成樹脂中に、強化材としてチタン酸カリウムウイ
スカが用いられている。チタン酸カリウムウイスカは、
ウイスカとして高強度、高弾性、高アスペット比であっ
て、ガラス繊維と同程度以上の強度を付与することがで
きる。また、繊維強化プラスチック製の車輪を焼却処分
する際、チタン酸カリウムウイスカは高融点材料である
ため、溶融することなく、粉末状態として残る。よっ
て、ガラス繊維のようにロストル内にこびりついて、焼
却作業に支障をきたしたり、ロストルを破損したりする
ことはない。

【０００８】また、車輪のうち少なくともリム部に、強
化材としてチタン酸カリウムウイスカを用いた合成樹脂
で作製した本発明の車輪は、チタン酸カリウムウイスカ
の平均繊維長が１０〜２０μｍで、平均繊維径が０．３
〜０．５μｍであって、ガラス繊維に比べて微細である
ことから、リム部周壁表面はガラス繊維を用いた合成樹
脂製車輪よりも平滑である。従って、本発明の車輪は、
ゴム製ブレーキシューの摩耗が、強化材としてガラス繊
維を用いた合成樹脂製車輪よりも抑制され、ブレーキの
長寿命化を図ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の車両用車輪は、スポー
ク、リム等の車輪用構成部材の少なくとも一部分が、マ
トリックス樹脂たる合成樹脂に、強化材としてチタン酸
カリウムウイスカを含有する繊維強化プラスチックで構
成されたものである。まず、本発明に用いられる繊維強
化プラスチックについて説明する。

【００１０】強化材として用いられるチタン酸カリウム
ウイスカは、Ｋ₂Ｏ・８ＴｉＯ₂又はＫ₂Ｏ・６ＴｉＯ
₂の化学組成を有し、そのサイズは、平均繊維長が１０
〜２０μｍ、平均繊維径が０．３〜０．５μｍ程度の極
めて微細なものである。従来より強化材として用いられ
ているガラス繊維は、一般に、繊維長が３００〜４００
μｍ、平均繊維径が９〜１３μｍ程度であることから、
本発明で用いるウイスカは随分小さいものであることが
わかる。しかし、完全結晶であるというウイスカの特
性、さらにその微細さ故に混練、成形工程においてほと
んど繊維破損されずに済むことから、ガラス繊維と同程
度の強度及び剛性を付与することができる。

【００１１】このようなチタン酸カリウムウイスカの繊
維強化プラスチック中の含有率は、マトリックス樹脂の
種類にもよるが、一般には１５〜４０重量％程度であ
る。１５重量％未満では、ウイスカ添加の効果が十分で
はなく、４０重量％を越えると成形が困難になるからで
ある。チタン酸カリウムウイスカの融点は１３００〜１
３５０℃程度と高いため、焼却処理において溶融するこ
とがない。よって、チタン酸カリウムウイスカを含有す
る強化プラスチックを焼却処分しても、焼却作業に支障
を及ぼしたり、焼却設備を傷めることもない。また、焼
却によりマトリックス樹脂は気化してしまうので、ウイ
スカのみが残る。このウイスカは再びリサイクル使用す
ることも可能であり、廃棄物として問題になることはほ
とんどない。

【００１２】マトリックス樹脂に用いられる合成樹脂と
しては、その種類は特に限定されず、一般に繊維強化プ
ラスチックに用いられる熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂
を用いることができる。例えば、ポリアミド、ポリイミ
ド等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等
の熱硬化性樹脂、並びにこれらのポリマーブレンド等が
挙げられる。これらのうち、特にポリアミド系樹脂及び
耐衝撃性ポリアミドの混合物が好ましく用いられる。

【００１３】好ましいマトリックス樹脂であるポリアミ
ド系樹脂及び耐衝撃性ポリアミドの混合物に用いられる
ポリアミド系樹脂の種類は特に限定されず、ナイロン
６、ナイロン６、６等の一般的なポリアミドが用いられ
る。混合物におけるポリアミド系樹脂の好ましい含有率
は、５０〜８５重量％程度である。ポリアミド系樹脂と
混合して用いられる上記耐衝撃性ポリアミドは、ポリア
ミドにブタジエン共重合体等のゴム系ポリマーをブレン
ド又は共重合して、エラストマー性を付与したものであ
る。耐衝撃性ポリアミドを配合すると、強度向上のため
に配合された強化材により車輪構成部材が硬くなりすぎ
るのを防止できる。ポリアミド系樹脂及び耐衝撃性ポリ
アミドで構成した車輪本体は、衝撃や曲げを受けても復
元できる。

【００１４】耐衝撃性ポリアミドの種類は、耐衝撃性ポ
リアミド中に含まれるゴム系ポリマーの含有率により異
なるが、一般に曲げ弾性率５０００〜９０００ｋｇ／ｃ
ｍ²程度で、アイゾット衝撃強度７０ｋｇ・ｃｍ／ｃｍ
以上のものが好ましく用いられる。このような耐衝撃性
ポリアミドは、ポリアミド系樹脂との混合物中の含有率
が１〜２５重量％となる範囲内で用いることが好まし
い。

【００１５】ポリアミド系樹脂及び耐衝撃性ポリアミド
の混合物をはじめとする適当なマトリックス樹脂に、チ
タン酸カリウムウイスカを所定量配合して繊維強化プラ
スチック組成物を調製し、これを射出成形など、マトリ
ックス樹脂の種類に応じた成形手段により成形する。マ
トリックス樹脂としてポリアミド系樹脂及び耐衝撃性ポ
リアミドの混合物を用いる場合には、ポリアミド系樹
脂、耐衝撃性ポリアミド、及びチタン酸カリウムウイス
カの各含有率が上記範囲となるように各々を配合、混練
して樹脂組成物を調製してもよいし、チタン酸カリウム
ウイスカの含有率が高いポリアミドペレットと、耐衝撃
性ポリアミド及びポリアミドとを混合して、最終的に所
望の含有率となるように調製してもよい。また、必要に
応じて、着色材を加えてもよい。

【００１６】強化材としてチタン酸カリウムウイスカを
用いた強化プラスチックで形成される車輪は、従来のガ
ラス繊維強化材を用いた車輪以上の強度を有している。
更に、強化材として用いられるウイスカが微細であるこ
とから、製品として従来よりも光沢に優れたものが得ら
れる。さらに、本発明の車輪を廃棄処分する場合、焼却
処理において、マトリックス樹脂は気化してしまい、ウ
イスカはその融点の高さから溶融することなくロストル
内に残存する。但し、残存するウイスカは極めて微細な
粉末状で、焼却処分しようとする材料をのせる格子棒の
間隙から落下してしまうので、燃焼用ガスの供給路を閉
塞したりすることもない。よって、残存ウイスカが焼却
作業に支障を来すこともない。また、粉末状であること
から、焼却後のロストルの清掃も容易である。従って、
不要になった車輪の廃棄物としての処理が従来より簡便
になり、廃プラスチックの問題に対応することができ
る。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の自転車用車輪の一実施例とし
て、マトリックス樹脂が６−ナイロンで、平均繊維長１
０〜２０μｍであるチタン酸カリウムウイスカを２０重
量％含有した樹脂組成物を用いて射出成形により、リム
部、ハブ部、及びスポーク部を一体的に形成した１２型
２６０寸の自転車用車輪について説明する。

【００１８】図１は、作製した自転車用車輪の一部分を
示している。この自転車用車輪のリム部周壁１、ゲート
部２の裏側３、及びハブ部周壁４の表面状態を観察し
た。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれリム部周
壁１、ゲート部裏側３、及び及びハブ部周壁４の表面状
態の顕微鏡写真（倍率は１００倍）である。一方、従来
例として、強化材としてガラス繊維を用いていること以
外は上記実施例と同様にして自転車用車輪を作製し、リ
ム部、ゲート部裏側、及びハブ部の表面状態を観察し
た。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ従来例の
リム部、ゲート部裏側、及びハブ部の表面状態の顕微鏡
写真（倍率は１００倍）である。

【００１９】図２及び図３からわかるように、本実施例
の車輪の方が、いずれの箇所においても表面が平滑であ
る。さらに、実施例及び従来例の車輪のリム部周壁１の
表面粗度を、粗さ解析装置付粗さ測定器ＳＥ−３ＦＫを
用いて測定した。結果を図４に示す。図４（ａ）はチタ
ン酸カリウムウイスカを用いた場合の測定結果であり、
図４（ｂ）はガラス繊維を用いた場合の測定結果であ
る。図４からわかるように、表面に露出している強化材
の一部で表面粗さの原因となる突起５が、チタン酸カリ
ウムウイスカの方が小さく且つ少ない。

【００２０】次に、このチタン酸カリウムウイスカ入り
の車輪及びガラス繊維入りの車輪を、それぞれＪＩＳ
Ａ硬度７５°のニトリルゴム製ブレーキシューを、図５
に示すようにリム周壁と摩擦させて、下記の条件でブレ
ーキシューの摩耗試験を行った。図５中、６はリム周壁
で、７はブレーキシューである。ブレーキ操作力２４．１ｋｇｆ（３．０ｋｇ／ｃｍ²）車輪回転速度２０ｋｍ車輪を１千回〜１万回回転させたときの一対のブレーキ
シュー７，７の摩耗量（ｇ）を測定した。測定結果を表
１に示す。表１中のカッコ内の数値は累積値である。累
積摩耗量を図６に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】これらの測定結果からわかるように、回転
数の多少に拘らず本実施例の車輪を用いた方がブレーキ
シューの摩耗が少なかった。このため、１万回回転後の
摩耗率は、本実施例の車輪を用いた場合には１０．０％
であるのに対し、従来のガラス繊維入り車輪を用いた場
合は２０．５％と、２倍以上であった。次に、本実施例
の車輪及び従来例の車輪について、制動性を比較した。
制動試験は下記条件下で行い、ブレーキシュー７をリム
周壁６におしあてた時、すなわちブレーキをかけたとき
から停止するまでの距離（制動距離；ｃｍ）を測定し
た。測定結果を表２及び図７に示す。

【００２３】ブレーキ操作力１５．０ｋｇｆ（２．５ｋｇ／ｃｍ²）車輪回転速度２０ｋｍ

【００２４】

【表２】

【００２５】表２及び図７からわかるように、本実施例
の車輪の方が従来例の車輪を用いた場合に比して制動性
が劣っていたが、平均としては２８．６ｃｍ（約１０
％）程度であり、実用上の問題は少ない上に、この程度
の差であれば、シューのゴム組成を粘着性の高いものに
変更することにより、従来例と同程度とすることが可能
である。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、繊維強化プラスチックで
形成された本発明に係る車輪は、繊維強化プラスチック
の強化材として、高融点のチタン酸カリウムウイスカが
用いられている。よって、繊維強化プラスチックで形成
される車輪を焼却処分する場合、強化材が溶融してロス
トルにこびりついたり、焼却作業に支障をきたすことは
ない。従って、本発明の車輪は、構成部材がガラス繊維
を強化材として含有する従来の強化プラスチックで形成
された車輪と同等の強度を有し、且つ、廃棄処分が容易
で、環境上好ましい。

【００２７】特に、平均繊維長が１０〜２０μｍで平均
繊維径が０．３〜０．５μｍのチタン酸カリウムウイス
カを用いた繊維強化プラスチックで作製された車輪は、
ゴム製ブレーキシューの摩耗を抑制し、ブレーキの長寿
命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の自転車用車輪の一部を示す図であ
る。

【図２】本実施例の自転車用車輪を構成している合成樹
脂繊維の形状を示した顕微鏡写真である。

【図３】従来例の自転車用車輪を構成している合成樹脂
繊維の形状を示した顕微鏡写真である。

【図４】本実施例（ａ）及び従来例（ｂ）の自転車用車
輪のリム部周壁の表面粗さの測定結果を示す図である。

【図５】自転車用車輪のブレーキ部分を説明するための
図である。

【図６】本実施例及び従来例の自転車用車輪の摩耗試験
の結果を示すグラフである。

【図７】本実施例及び従来例の自転車用車輪の制動試験
の結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１リム部周壁６リム部周壁７ブレーキシュー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリックス樹脂たる合成樹脂中に、強
化材としてチタン酸カリウムウィスカを含有しているこ
とを特徴とする車輪。
【請求項２】チタン酸カリウムウィスカは、平均繊維
長が１０〜２０μｍで、平均繊維径が０．３〜０．５μ
ｍであることを特徴とする請求項１記載の車輪。