JPH11115424A - 浮上式車両用樹脂ホイール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 浮上式車両用樹脂ホイールの改良に伴い、ホ
イールに装着されるバルブの外周に嵌合されてバルブ孔
とバルブとの間を封止するためのＯリングを適正に選定
して過酷な使用環境にもタイヤ内圧を適正に維持して長
期間耐え得る浮上式車両用樹脂ホイールを提供すること
を目的とする。 【解決手段】 ホイールのバルブ孔３に気体注入用タイ
ヤバルブ５が装着され、それぞれ独立に成形された後、
接合一体化された２以上の分割成形体１Ａ、１Ｂよりな
るリニアモーターカー等の浮上式車両用樹脂ホイールに
おいて、ホイールを繊維補強樹脂材料によって構成する
とともに、該ホイールにおける前記バルブ孔３の内周部
と前記バルブ５の外周部との間を封止するために、これ
らバルブ孔３とバルブ５との間にシリコンゴムからなる
Ｏリング７を設置したことを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車輪に空気式タイ
ヤを装着する乗物、特に、高強度、軽量化が要求される
リニアモーターカー等の磁気浮上式鉄道車両に使用され
る浮上式車両用樹脂ホイールに適し、ホイールのリム部
のバルブ孔に装着される気体注入用タイヤバルブに装着
されるＯリングの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】２１世紀の世界をリードする日本の先端
技術の一つとして、リニアモーターカー等の磁気浮上式
車両が注目を浴びている。このような浮上式車両の完成
は、５００Ｋｍ／ｈｒに達する高速性はもとより、低騒
音、低公害輸送システムの実現のため、あるいは大都市
への過度の人口集中を分散させるためにも、日本のみな
らず、世界交通の不可欠の命題となっていると言っても
過言ではない。浮上式車両は高速走行中においては浮上
して走行するものの、停止時、低速走行時および異常発
生時にあっては着地しての走行となる。そのために、こ
れらの浮上式車両に開発にとって、車輪にかかる荷重が
大となるゴムタイヤおよびそれを支持するホイールの開
発は重要、不可欠である。

【０００３】ところで、このような浮上式輸送システム
にとって、高速走行を実現する上で自らの重量を軽減す
ることはきわめて重要な技術的要請であり、浮上式輸送
システムを形成するすべての構成要素に軽量化が要求さ
れている。特に、ゴムタイヤを支持するホイールの重量
増は車両重量増につながるだけでなく、回転抵抗を増大
させてタイヤの磨耗を促進させることにもなる。

【０００４】一般に、ホイールは、ゴムタイヤ等が装着
される筒状外周部のリム部と、これに直交するディスク
部とから構成され、該ディスク部にはハブボルト孔が穿
設されて車軸のハブボルトに取り付けられるか、あるい
は軸受けによって車軸に遊転輪として軸支される。通常
市販されている軽量のアルミホイール等をその構造面か
ら分類すると、リム部およびディスク部を含め全体を同
時に一体成形する１ピースホイールと、リム部あるいは
ディスク部の一部あるいは全部をそれぞれ独立にて分割
成形した後に、これらの分割部分を金属ボルト等にて接
合して一体化する２ピースホイールとに大別される。２
ピースホイールは１ピースホイールに較べると、デザイ
ンの多様性、互換性による多種の組合せホイールの提供
等が可能であるという長所を有する反面、分割された各
部分を接合するため、１ピースホイールよりも重量が増
加する短所を有していた。

【０００５】軽量化のため、浮上式車両には最小限の車
輪しか取り付けられておらず、一本の車輪にかかる荷重
は大きい。したがって、タイヤ内圧を非常に高く保つこ
とのできるビード剛性の高いタイヤが装着される。この
ため、浮上式車両のホイールには通常、剛性の高いビー
ドを有するタイヤであっても装着が容易な２ピースホイ
ールが採用される。したがって、上述したように分割さ
れたホイール各部の接合部を従来のようにタイボルト
（締結ボルト）のみにて締結しようとすると、タイボル
ト１個当りの締付け荷重が大きくなり、ボルト自身の耐
力およびボルトの孔周りの局部応力を支えるホイール素
材の強度が問題となった。このため、タイボルトの数を
多くするとともに、ボルトの孔周りの肉厚を増大させる
等の強化対策を採り、ホイールとしての必要強度を満た
す方法が採用されているが、そのためにホイールの重量
増を招いていた。

【０００６】また、浮上式車両ホイールの材質は、一般
にマグネシウム合金あるいはアルミ合金が採用されてい
るが、浮上式車両において、足回りであるホイール等
は、強磁界を発生する超電導磁石近傍に設置されてお
り、ホイール自身も強磁界内で高速回転をすることとな
る。このため、磁界内でアルミのような導電体を回転さ
せると、うず電流が発生して回転抵抗を生ずることにな
り、着地時の車輪走行時のヤイヤ磨耗を増長させる要因
となっていた。このようなことから、先に、本件出願人
は、浮上式車両用ホイールとして、繊維補強樹脂材料を
用いて製造し、かつ分割ホイールの接合部に工夫を加え
ることにより、高強度かつ軽量で、強磁界内での使用に
よってもうず電流抵抗を発生させることのない、２ピー
ス構造のホイールを提案した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
車両用金属ホイールに用いられる気体注入用タイヤバル
ブの外周側Ｏリングの材質として多用されているものと
しては、ＮＢＲ（アクリロニトリル・ブタジエンゴム）
を主流として、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・
プロピレンゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴムあるい
はブチルゴム等が使用されている。しかしながら、この
ような在来の材質のＯリングでは、使用環境の厳しい浮
上式車両に使用した場合、オゾンクラック等の耐候性能
に劣り、早期に劣化しがちであった。そのような観点か
ら、浮上式車両におけるホイールの改良に伴って、ホイ
ールにおける前記バルブ孔の内周部と前記バルブの外周
部との間を封止するために、これらバルブ孔とバルブと
の間に圧入配置されているＯリングについての性能の向
上が求められている。

【０００８】そこで本発明では、以上述べてきたような
浮上式車両におけるホイール装置をさらに改良して、浮
上式車両用樹脂ホイールの改良に伴い、ホイールに装着
されるバルブの外周に嵌合されてバルブ孔とバルブとの
間を封止するためのＯリングを適正に選定して過酷な使
用環境にもタイヤ内圧を適正に維持して長期間耐え得る
浮上式車両用樹脂ホイールを提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため本発明では、ホ
イールのバルブ孔に気体注入用タイヤバルブが装着さ
れ、それぞれ独立に成形された後、接合一体化された２
以上の分割成形体よりなるリニアモーターカー等の浮上
式車両用樹脂ホイールにおいて、ホイールを繊維補強樹
脂材料によって構成するとともに、該ホイールにおける
前記バルブ孔の内周部と前記バルブの外周部との間を封
止するために、これらバルブ孔とバルブとの間にシリコ
ンゴムからなるＯリングを設置したことを特徴とするも
ので、これを課題解決のための手段とするものである。

【００１０】

【実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に基づい
て説明する。図１は、本発明の浮上式車両用樹脂ホイー
ルの１実施の形態を示す図で、図１（Ａ）はホイールの
下半分の全体図、図１（Ｂ）はバルブ孔近傍の拡大図、
図１（Ｃ）はバルブが装着されたバルブ孔近傍の拡大図
である。本発明の浮上式車両樹脂ホイールは、リム部１
が分割されて樹脂ホイールを構成しており、図示の例で
は、ディスク部２を含めてリム部１において軸方向に２
分割された分割成形体１Ａおよび１Ｂからなり、各分割
成形体１Ａ、１Ｂの各リム部１へのタイヤビード（図示
省略）の嵌入の後、各分割成形体１Ａ、１Ｂはタイボル
ト等によって接合部ａを形成して一体化されるものであ
る。なお、図示の例では、ディスク部２は車軸９に向か
って２又状に分岐してそれぞれが車軸９に軸受けによっ
て軸支されて、遊転輪を構成しているが、車軸ハブのハ
ブボルトに取り付けられるハブ孔が穿設された１枚のデ
ィスクを有する通常のホイール型式を構成するものでも
よい。その場合には、図示はしないが、ディスクをそれ
た左右いずれかの側のリム部において一体化される。以
上のように、ホイールの素材として比重の小さな繊維補
強樹脂を採用して、該繊維と樹脂の組合せ、配合等の工
夫により強度、剛性を向上させたために、ホイールの強
度を損なうことなく軽量化が実現できることとなった。

【００１１】図１（Ｂ）に示すように、ディスク部２の
適所にはバルブ孔３が穿設され、その内周部にはバルブ
螺合用の螺子部６が刻設されている。そして、図１
（Ｃ）に示すように、前記バルブ孔３の螺子部６には、
高圧の空気圧に耐え得る気体注入用タイヤバルブ５の外
周に刻設された螺子部が螺合されて装着される。その
際、気体注入用タイヤバルブ５の外周の環状の溝には、
特に耐候性に優れた特性を示すシリコンゴムよりなるＯ
リング７が嵌合されており、ホイールにおける前記バル
ブ孔３の内周部と前記バルブ５の外周部との間を強固に
封止することができる。なお、車両用ホイールに装着さ
れるバルブの装着方式としては、通常多用されているク
ランプインタイプとせずに、本実施の形態の例のよう
に、バルブをディスク部のバルブ孔に外側から螺合装着
する。

【００１２】一方、樹脂ホイールを構成する各分割成形
体１Ａ、１Ｂには、各種の熱硬化性樹脂または熱可塑性
樹脂が採用される。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よい。

【００１３】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、同６・６、同４・
６、同６・１０、同１０、同１１、同１２等、ポリエチ
レンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンスルフ
ァイド（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（Ｐ
ＥＴ）、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、ＰＰＳ、ＰＯＭ、ＰＣ、ＰＥＳ、ＰＩ、ＰＡ
Ｉ、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。

【００１４】さらに、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）の繊維が挙げられ
る。これらの補強繊維の直径は、あまり小さいと充分な
補強効果が得られず、逆にあまり大きいと、射出圧縮成
形が困難となり、成形性が悪くなる。このため、補強繊
維の直径は０．１〜１００μｍ、特に０．５〜５０μｍ
の範囲が好ましい。また、これらの補強繊維の配合量が
少なすぎると充分な補強効果が得られず、逆に多すぎる
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％とするのが望ましい。

【００１５】図２は、バルブの外周部に設置嵌合される
Ｏリングについて、該Ｏリング単体を径の異なる単純な
金属棒に挿入嵌合して、オゾン濃度５０ｐｐｈｍ、温度
条件４０°Ｃの条件下にて耐オゾン性能を試験した結果
を示すものである。これによると、従来の気体注入用タ
イヤバルブに主として使用されているＮＢＲについて
は、通常のバルブ径に相当する６ｍｍ径のシャフトに挿
入嵌合した場合には９６時間後であっても、何ら異常は
見られなかったが、Ｏリングに変形が生じるやや大きめ
のバルブ径に相当する９ｍｍ径の金属棒に挿入嵌合した
場合には２４時間後からオゾンクラックが発生してい
た。これに対して、シリコンゴムについては、通常のバ
ルブ径に相当する６ｍｍ径の金属棒に挿入嵌合した場合
は勿論、Ｏリングとして変形が生じる９ｍｍ径のシャフ
トに挿入嵌合した場合であっても、９６時間の経過後に
も何ら異常は見いだせなかった。

【００１６】図３は、図２と同一の環境条件でバルブの
外周部に設置嵌合されるＯリングについて、実際の使用
形態に近いバルブ製品に組み付けて空気圧をかけ、外観
および気密性の確認試験を行ったものである。外観につ
いての確認試験では、前記図２における試験結果と同様
に、従来のＮＢＲ製のＯリングでは、２４時間経過後に
異常が見られたが、シリコンゴム製のＯリングでは４８
時間経過後にも何らの異常は見られなかった。なお、製
品の気密性については、いずれの場合も異常は見られ
ず、特に問題はないようであるが、外観状態に異常が見
られたＮＢＲ製のＯリングについては、さらなる長期間
の使用によっては、亀裂が成長して気密性に影響を及ぼ
す虞れがないとは言えない。また、図４は、Ｏリングに
採用される現行ＮＢＲとシリコンゴムとのゴム特性を比
較したものである。これによれば、シリコンゴムにおい
て、耐油性、耐熱性、耐永久歪み性等について幅広く優
れた特性を有することが理解される。

【００１７】以上、本発明の実施の形態について詳述し
たが、本発明の趣旨の範囲内で、ホイールの材質、バル
ブの材質、Ｏリングのシリコンゴムとしての成分構成、
２ピースホイールとしての型式、その分割接合部の形状
（螺子部による螺合、嵌合による接合等）、気体注入用
タイヤバルブの型式、Ｏリングのバルブへの設置位置お
よびその嵌合形態、バルブのホイール（リム部あるいは
ディスク部その他）への装着形態等については適宜採用
できる。

【００１８】

【発明の効果】以上、詳細に述べたように、本発明によ
れば、ホイールのバルブ孔に気体注入用タイヤバルブが
装着され、それぞれ独立に成形された後、接合一体化さ
れた２以上の分割成形体よりなるリニアモーターカー等
の浮上式車両用樹脂ホイールにおいて、ホイールを繊維
補強樹脂材料によって構成するとともに、該ホイールに
おける前記バルブ孔の内周部と前記バルブの外周部との
間を封止するために、これらバルブ孔とバルブとの間に
シリコンゴムからなるＯリングを設置したことによっ
て、強度、剛性を向上させ、かつ軽量で長期間にわたり
気密性に優れた樹脂ホイールを提供することが可能にな
った。

【００１９】また、上述のようなホイールの軽量化と高
強度化に見合って、浮上式車両のタイヤの内圧を非常に
高く保つための気体注入用タイヤバルブを採用した場合
でも、気体注入用タイヤバルブが装着されるホイールに
おけるバルブ孔との間に配置されるＯリング等の封止装
置の気密性および耐久性についても、シリコンゴムの採
用によって、バルブに圧入嵌合されて使用されても耐候
性に何らの劣化を招くことなく、充分に対応でき、シリ
コンゴムの耐油性、耐熱性、耐永久歪み性等の良好な特
性も加わって、過酷な使用環境にもタイヤ内圧を適正に
維持して長期間耐え得る浮上式車両用樹脂ホイールが提
供されることとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の浮上式車両用樹脂ホイールの１実施の
形態を示す図で、図１（Ａ）はホイールの下半分の全体
図、図１（Ｂ）はバルブ孔近傍の拡大図、図１（Ｃ）は
バルブが装着されたバルブ孔近傍の拡大図である。

【図２】Ｏリング単体を径の異なる金属棒に挿入嵌合し
て耐オゾン性能を試験した結果を示すものである。

【図３】Ｏリングについて、実際の使用形態に近いバル
ブ製品に組み付けて、図２と同一の環境条件で外観およ
び気密性の確認試験を行った結果を示すものである。

【図４】Ｏリングに採用される現行ＮＢＲとシリコンゴ
ムとのゴム特性を比較したものである。

【符号の説明】

１ リム部 １Ａ 分割成形体 １Ｂ 分割成形体 ２ ディスク部 ３ バルブ孔 ４ 軸受 ５ バルブ ６ 螺子部 ７ Ｏリング ８ 螺子部 ９ 車軸 １０ 気体導入孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホイールのバルブ孔に気体注入用タイヤ
   バルブが装着され、それぞれ独立に成形された後、接合
   一体化された２以上の分割成形体よりなるリニアモータ
   ーカー等の浮上式車両用樹脂ホイールにおいて、ホイー
   ルを繊維補強樹脂材料によって構成するとともに、該ホ
   イールにおける前記バルブ孔の内周部と前記バルブの外
   周部との間を封止するために、これらバルブ孔とバルブ
   との間にシリコンゴムからなるＯリングを設置したこと
   を特徴とする浮上式車両用樹脂ホイール。