WO2022185387A1 - 車両用ホイール、および、車両用ホイールの製造方法 - Google Patents

車両用ホイール、および、車両用ホイールの製造方法 Download PDF

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典之 深谷
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中央精機株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B5/00—Wheels, spokes, disc bodies, rims, hubs, wholly or predominantly made of non-metallic material
    • B60B5/02—Wheels, spokes, disc bodies, rims, hubs, wholly or predominantly made of non-metallic material made of synthetic material

Definitions

  • the technology disclosed in this specification relates to vehicle wheels.
  • Vehicle wheels molded from fiber-reinforced resin have been conventionally known (see Patent Document 1 below).
  • a fiber-reinforced resin vehicle wheel is made by laminating a plurality of sheet-like fiber-reinforced resin materials in a molding die and applying heat and pressure to flow the fiber-reinforced resin material, thereby forming a plurality of fiber-reinforced resins. The materials are united to form a vehicle wheel.
  • sheet-like fiber-reinforced resin materials having two different sizes are alternately laminated, and then heated and pressurized to form a fiber-reinforced resin vehicle wheel.
  • this molding method since the fiber directions of the fiber-reinforced resin are different from each other, the strength of the vehicle wheel can be further improved.
  • the fiber direction contributes to the strength of the vehicle wheel.
  • the inventor of the present invention has newly discovered a technique for improving the strength of the outer surface portion compared to conventional vehicle wheels made of fiber-reinforced resin.
  • This specification discloses a technology capable of solving at least part of the above-described problems.
  • a vehicle wheel disclosed in the present specification is a fiber-reinforced resin vehicle wheel comprising a substantially cylindrical wheel rim and a wheel disc provided on the inner peripheral side of the wheel rim. an outer surface layer formed of a first fiber-reinforced resin containing reinforcing fibers oriented so that a plurality of fiber bundles are regularly superimposed in different directions and a thermoplastic resin on the outer surface of the wheel disc; and a body portion, which is a portion other than the outer surface layer of the vehicle wheel, is formed of a second fiber-reinforced resin containing reinforcing fibers in which a plurality of fiber bundles are irregularly configured and a thermoplastic resin. ing.
  • the body portion is made of the second fiber-reinforced resin, and the second fiber-reinforced resin includes reinforcing fibers in which a plurality of fiber bundles are irregularly arranged and a thermoplastic resin. I'm in.
  • the outer surface layer is formed of a first fiber reinforced resin, and the first fiber reinforced resin is a thermoplastic resin and reinforcing fibers oriented so that a plurality of fiber bundles are regularly superimposed in different directions. and is relatively strong. As a result, it is possible to improve the strength of the outer surface portion of the vehicle wheel.
  • the outer surface layer may be present on a side visible from the outside of the vehicle when the vehicle wheel is attached to the vehicle. According to the present vehicle wheel, it is possible to improve the strength of the outer surface layer that is visible from the outside of the vehicle.
  • the method for manufacturing a fiber-reinforced resin vehicle wheel according to (1) or (2) above includes reinforcing fibers oriented such that a plurality of fiber bundles are regularly superimposed in different directions, and a thermoplastic resin.
  • a preheated second resin material containing reinforcing fibers and a thermoplastic resin is placed between the body and another mold, and the outer surface molded body and the laminated second resin material are placed as described above. and a second molding step of molding the vehicle wheel by applying heat and pressure in a second mold.
  • this vehicle wheel manufacturing method it is possible to manufacture a vehicle wheel having an outer surface portion with high strength.
  • the outer surface molding may be configured such that the shape of the outer surface of the wheel disc is seamlessly formed from a single first resin material. According to the vehicle wheel manufacturing method of the present invention, it is possible to form an outer surface portion having a higher strength.
  • the second molding step includes forming the inner surface of a mold corresponding to a lower mold for forming the wheel disc among the mold having the plurality of molds.
  • a configuration may be adopted in which the outer surface molded body is placed and the second resin material is arranged between the outer surface molded body and another mold. According to the vehicle wheel manufacturing method, by placing the outer surface molding on the lower mold, the vehicle wheel can be easily manufactured and the design can be improved.
  • the technology disclosed in this specification can be implemented in various forms, for example, in the form of a vehicle wheel, a manufacturing method thereof, and the like.
  • FIG. 1 is an XZ plan view schematically showing an external configuration of a vehicle wheel 100 according to this embodiment
  • FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing an XY side configuration of the vehicle wheel 100
  • FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing an XZ plane configuration of part of the vehicle wheel 100
  • FIG. 4 is an explanatory view schematically showing a cross-sectional configuration of the vehicle wheel 100 taken along line IV-IV in FIG. 3
  • 4 is a flow chart showing a manufacturing process of the vehicle wheel 100.
  • FIG. FIG. 4 is an explanatory view schematically showing an XZ plane configuration of an outer surface molded body 30P
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a part of the manufacturing process of the vehicle wheel 100;
  • FIG. 1 is an XZ plan view schematically showing the external configuration of a vehicle wheel (hereinafter simply referred to as "wheel") 100 according to this embodiment.
  • FIG. 1 shows mutually orthogonal XYZ axes for specifying directions.
  • the Y-axis direction is the direction parallel to the axis of rotation of the wheel 100, hereinafter referred to as the "wheel axis direction", although the wheel 100 is actually oriented in such a direction. may be oriented differently.
  • FIG. 2 and subsequent figures are the same applies to FIG. 2 and subsequent figures.
  • a wheel 100 includes a substantially cylindrical wheel rim 10 and a wheel disc 20 arranged on the inner peripheral side of the wheel rim 10 .
  • the wheel 100 of this embodiment is a so-called one-piece type wheel in which the wheel rim 10 and the wheel disc 20 are integrally molded.
  • one side of the wheel 100 in the wheel axial direction (positive Y-axis direction) is referred to as the "outer side”
  • the other side in the wheel axial direction negative Y-axis direction
  • the outer side of the wheel 100 faces away from the vehicle body, and the inner side of the wheel 100 faces the vehicle body.
  • the surface on the outer side of the wheel 100 is the design surface.
  • the outer side is an example of the side that can be visually recognized from the outside of the vehicle when the vehicle wheel is attached to the vehicle.
  • the wheel rim 10 has a substantially annular shape when viewed in the wheel axial direction (Y-axis direction).
  • the wheel disc 20 is arranged at a position closer to the outer side of the wheel rim 10 .
  • the wheel disc 20 includes a hub mounting portion 220 and a plurality of (ten in this embodiment) spoke portions 210 .
  • the hub mounting portion 220 has a substantially disc shape and is positioned substantially in the center of the wheel disc 20 when viewed in the wheel axial direction.
  • a hub hole 222 to which a hub (not shown) of the vehicle body is connected is formed substantially at the center of the hub attachment portion 220 .
  • a plurality of bolt holes 224 are formed around the hub hole 222 for fixing the wheel 100 to the hub of the vehicle body.
  • a plurality of spoke portions 210 are radially arranged between the wheel rim 10 and the hub attachment portion 220 .
  • FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the XY side configuration of part of the wheel 100. As shown in FIG. FIG. 2 shows the outer peripheral surface of the wheel rim 10 (well portion) of the wheel 100 .
  • FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing the XZ plane configuration of part of the wheel 100. As shown in FIG. FIG. 3 shows an enlarged view of a portion of the outer surface of the wheel disc 20 on the outer side.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing the cross-sectional configuration of the wheel 100 at the position IV-IV in FIG. FIG. 4 shows a cross-sectional configuration of the spoke portion 210, and the cross section is a plane cut substantially perpendicular to the direction in which the spoke portion 210 extends.
  • the wheel 100 includes an outer surface layer 30 and a body portion 40.
  • the outer surface layer 30 is a portion of the wheel 100 that constitutes the outer surface (so-called design surface).
  • the thickness of the outer surface layer 30 (the thickness from the outermost surface of the wheel 100) is 0.5 mm or less, and may be 0.3 mm or less. Moreover, the thickness of the outer surface layer 30 is preferably 0.2 mm or more.
  • the body portion 40 is a portion of the wheel 100 adjacent to the outer surface layer 30 and on the inner side of the outer surface layer 30 . In this embodiment, the body portion 40 is the portion of the wheel 100 other than the outer surface layer 30 . As shown in FIG.
  • the outer surface layer 30 continuously covers not only the outer surface of the body portion 40 (spoke portions 210) but also the side surfaces of the body portion 40 (spoke portions 210). As a result, the strength of the main body portion 40 (spoke portion 210) is further improved, and the design is enhanced.
  • the outer surface of the outer surface layer 30 is substantially flush with the exposed side surface of the main body portion 40 (spoke portion 210). In addition, since it is sufficient that the side surfaces of the body portion 40 (spoke portions 210) are substantially flush with each other, the outer surface layer 30 may cover the entire side surface of the body portion 40 (spoke portions 210). good.
  • the body portion 40 is made of irregular fiber reinforced resin.
  • the random fiber reinforced resin is composed of reinforcing fibers 42 and a thermoplastic resin (eg, polypropylene, polyamide resin).
  • the irregular fiber reinforced resin has a structure in which fiber bundles of a plurality of reinforcing fibers 42 are arranged irregularly.
  • FIG. 2 exemplifies an irregular fiber reinforced fiber having a random structure in which fiber bundles of a plurality of reinforcing fibers 42 are arranged irregularly. (the outer peripheral surface of the well portion of the wheel disk 20 and the peripheral edge portion of the wheel disc 20).
  • the reinforcing fibers 42 constituting the irregular fiber-reinforced resin are, for example, carbon fibers or glass fibers.
  • the irregular fiber reinforced resin is an example of the second fiber reinforced resin in the claims.
  • the outer surface layer 30 is made of regular fiber reinforced resin.
  • the regular fiber-reinforced resin includes regular reinforcing fibers and a thermoplastic resin.
  • the thermoplastic resin constituting the regular fiber-reinforced resin may be the same material as the thermoplastic resin constituting the irregular fiber-reinforced resin in the main body portion 40, or may be a different material.
  • Regular reinforcing fibers have a structure in which multiple fiber bundles are oriented so that they overlap in different directions with regularity.
  • FIG. 2 illustrates regular reinforcing fibers having a mesh-like structure in which a plurality of fiber bundles 32 and 34 are woven so as to cross each other, and this mesh-like structure is exposed on the surface of the outer surface layer 30. is doing. More specifically, the regular reinforcing fibers consist of a plurality of fiber bundles 32 oriented in a first direction and a plurality of fiber bundles oriented in a second direction crossing (substantially perpendicular to) the first direction. 34.
  • the fiber bundles 32 are arranged alternately on the front side and the back side of the fiber bundles 34 by a predetermined number while intersecting the plurality of fiber bundles 34 .
  • the fiber bundles 34 are arranged alternately on the front side and the back side of the fiber bundles 32 by a predetermined number while intersecting the plurality of fiber bundles 32 .
  • the reinforcing fibers that make up the regular fiber-reinforced resin are, for example, carbon fibers and glass fibers, and may be the same material as or different from the reinforcing fibers that make up the irregular fiber-reinforced resin in the main body portion 40 .
  • the regular fiber-reinforced resin is an example of the first fiber-reinforced resin in the claims.
  • FIG. 5 is a flow chart showing the manufacturing process of the wheel 100
  • FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing the XZ plane configuration of an outer surface molded body 30P described later
  • FIG. 7 shows the manufacturing process of the wheel 100. It is explanatory drawing which shows a part.
  • the outer surface molded body 30P shown in FIG. 6 is molded (S110).
  • the outer surface molded body 30P is a molded body that has the shape of the outer surface of the wheel disc 20 and constitutes the outer surface layer 30, made of regular fiber-reinforced resin.
  • FIG. 6 shows the outer side surface of the outer surface molding 30P.
  • a sheet-like first prepreg (not shown) is prepared.
  • the first prepreg is a sheet material made of regular fiber-reinforced resin (for example, a thermoplastic resin sheet having a mesh-like structure in which a plurality of fiber bundles 32 and 34 are woven so as to cross each other).
  • the first prepreg is an example of the first resin material in the claims.
  • a mold (not shown) is heated to a predetermined first temperature (for example, 165° C. or higher and 185° C. or lower), the first prepreg is placed in the lower mold of the mold, and the upper mold and the lower mold are It is sandwiched between molds for a predetermined time. This softens the first prepreg.
  • the first prepreg is sandwiched between an upper mold and a lower mold and a predetermined first pressure (for example, 1 t or more and 100 t or less) is applied, and at the same time cooling of the mold is started. Then, when the temperature of the mold reaches a second temperature lower than the first temperature (for example, 60° C. or more and 80° C.
  • the molded outer surface molding 30P is removed from the mold.
  • the number of first prepregs placed in the mold may be one, two, or three or more.
  • the thickness of the outer surface molding 30P is, for example, 0.2 mm or more and 0.5 mm or less.
  • the step of S110 is an example of a first molding step in the claims.
  • the mold 200 having a plurality of molds is heated to a predetermined third temperature (for example, 150° C. or higher and 170° C. or lower), and the outer surface is molded on the inner surface of at least one mold of the mold 200.
  • Place the body 30P (S120).
  • a mold 200 is shown in FIG. 7 and has an upper mold 202 , a lower mold 204 and a horizontal mold 206 .
  • the outer surface molded body 30P is placed so that the outer side surface of the outer surface molded body 30P faces the inner surface (upper surface) of the lower mold 204.
  • the horizontal mold 206 may be placed at a closed position or at an open position. Further, the outer surface molded body 30P may be placed at room temperature.
  • a plurality of resin materials made of fiber-reinforced resin containing reinforcing fibers and thermoplastic resin arranged irregularly are heated to a predetermined fourth temperature (for example, 190° C. or higher and 210° C. or lower), It is placed between the outer surface molding 30P and the other molds 202, 206 (S130).
  • a predetermined fourth temperature for example, 190° C. or higher and 210° C. or lower
  • sheet-like second prepregs 43 and 44 are prepared.
  • the second prepregs 43 and 44 are sheet materials formed of an irregular fiber-reinforced resin (for example, a structure in which a plurality of reinforcing fibers are irregularly arranged, or a structure in which a plurality of reinforcing fiber bundles are irregularly arranged). It is a thermoplastic resin sheet having a structure).
  • the second prepregs 43 and 44 are an example of the second resin material in the claims.
  • a plurality of second prepregs 43 are laminated on the outer surface molding 30P.
  • a plurality of second prepregs 44 are placed on the inner peripheral surface of the horizontal mold 206 while being stacked.
  • Each of the second prepregs 43 and 44 is made of a plurality of resin materials made of a fiber-reinforced resin containing a plurality of reinforcing fibers oriented in a predetermined direction and a thermoplastic resin. may be laminated so as to be
  • the upper mold 202 and the horizontal mold 206 are closed to apply a predetermined second pressure (for example, 1150 t or more and 1250 t or less) to the outer surface molded body 30P and the second prepregs 43 and 44, and at the same time, the mold Start cooling 200.
  • a predetermined second pressure for example, 1150 t or more and 1250 t or less
  • the mold Start cooling 200 when the temperature of the mold 200 reaches a fifth temperature lower than the third temperature (for example, 70° C. or more and 90° C. or less), the wheel 100 is removed from the mold 200 (S140). That is, the second prepregs 43 and 44 are softened by being preheated, and are heated and pressurized by the molding die 200 so that the irregular fiber reinforced resin is formed into the outer surface molding 30P and the other molding die 202. , 206 .
  • the outer surface molded body 30P the flowing irregular fiber reinforced resin and the regular fiber reinforced resin of the outer surface molded body 30P are intertwined with each other while almost retaining its shape.
  • the temperature of the mold 200 reaches the fifth temperature
  • the outer surface molded body 30P is cured to form the outer surface layer 30, and the second prepregs 43 and 44 are cured to form the main body portion 40. be done.
  • the wheel 100 is formed by integrally molding the outer surface layer 30 and the body portion 40 .
  • the compact formed by heating and pressing may be subjected to a predetermined post-treatment (chamfering, coating, etc.).
  • the steps S120 to S140 are an example of the second molding step in the claims.
  • the outer surface layer 30 is made of regular fiber-reinforced resin.
  • the regular fiber reinforced resin contains reinforcing fibers and a thermoplastic resin oriented so that a plurality of fiber bundles 32 and 34 are superimposed with regularity in different directions (see FIG. 3).
  • the main body portion 40 is made of an irregular fiber-reinforced resin, and the irregular fiber-reinforced resin includes reinforcing fibers 42 in which a plurality of fiber bundles are irregularly configured and a thermoplastic resin (Fig. 2).
  • the irregular fiber reinforced resin has a random structure in which fiber bundles of a plurality of reinforcing fibers 42 are arranged irregularly. For this reason, the irregular fiber reinforced resin has the same degree of strength in any direction and has a high degree of freedom of relative movement between the reinforcing fibers 42. As a result, it has relatively high moldability and high dimensional accuracy.
  • the body portion 40 (especially the wheel rim 10) can be molded.
  • the random fiber reinforced resin has a high degree of freedom of relative movement (deformation) between the reinforcing fibers 42, so there is a limit to improvement in strength.
  • the regular fiber reinforced resin has a structure in which a plurality of fiber bundles 32 and 34 are oriented so as to be superimposed with regularity in different directions. Therefore, since the regular fiber reinforced resin has a low degree of freedom of relative movement (deformation) between the fiber bundles 32 and 34, it has low moldability but high strength compared to the irregular fiber reinforced resin. As a result, it is possible to improve the strength of the outer surface layer 30 (outer surface portion) while ensuring the dimensional accuracy of the main body portion 40 of the wheel 100 .
  • the outer surface layer 30 exists on the outer side of the wheel 100 .
  • the design of the wheel 100 can be improved.
  • the outer surface layer 30 with relatively high strength is molded with the regular fiber reinforced resin with relatively high strength, and the irregular fiber reinforced resin with relatively high moldability is used to form the outer surface layer 30 with high strength.
  • the body portion 40 can be molded with high dimensional accuracy. Further, by placing the outer surface molding 30P on the lower mold 204 of the mold 200 (see FIG. 7), the wheel 100 can be easily manufactured and the design can be improved.
  • the outer surface molded body 30P is made of a single first prepreg so that the shape of the outer surface of the wheel disc 20 is seamlessly formed. This makes it possible to form an outer surface portion with even higher strength.
  • the wheel 100 is a one-piece wheel.
  • the wheel rim 10 and the wheel disc 20 are separate bodies, and may be a so-called two-piece wheel.
  • the wheel 100 having the spoke portion 210 is illustrated as the vehicle wheel, but the wheel is not limited to this and may be a wheel that does not have a spoke portion.
  • both the outer side and inner side surface portions of the wheel 100, or only the inner side surface portion may be formed of regular fiber reinforced resin.
  • each member in the above embodiment is merely examples, and each member may be made of another material.
  • the manufacturing method of the wheel 100 in the above embodiment is merely an example, and various modifications are possible.
  • Wheel rim 20 Wheel disc 30: Outer surface layer 30P: Outer surface molding 32, 34: Fiber bundle 42: Reinforcing fiber 40: Main body portion 43, 44: Second prepreg 100: Wheel 200: Mold 202: Upper die 204: Lower die 206: Horizontal die 210: Spoke portion 220: Hub mounting portion 222: Hub hole 224: Bolt hole

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Abstract

車両用ホイールにおける外表面部分の強度の向上を図る。 車両用ホイールは、略円筒状のホイールリムと、ホイールリムの内周側に設けられるホイールディスクと、を備える繊維強化樹脂製の車両用ホイールである。ホイールディスクの外表面には、複数の繊維束が異なる向きに規則性をもって重畳するように配向された強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む第１の繊維強化樹脂により形成された外表面層を備える。車両用ホイールの外表面層以外の部分である本体部分は、複数の繊維束が不規則に構成された強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む第２の繊維強化樹脂により形成されている。

Description

車両用ホイール、および、車両用ホイールの製造方法
　本明細書に開示される技術は、車両用ホイールに関する。
　従来から、繊維強化樹脂により成形された車両用ホイールが知られている（下記特許文献１参照）。このような繊維強化樹脂製の車両用ホイールは、成形型にシート状の繊維強化樹脂材料を複数枚積層し、加熱・加圧を行うことで繊維強化樹脂材料が流動し、複数の繊維強化樹脂材料が一体化して車両用ホイールが成形される。
　さらに、この車両用ホイールでは、２種類の大きさを有するシート状の繊維強化樹脂材料を、交互に積層した後、加熱・加圧を行って繊維強化樹脂製の車両用ホイールが成形されている。この成形方法によれば、繊維強化樹脂の繊維方向が互いに異なる複数の向きになるので、車両用ホイールの強度をより向上することができる。
特開平４－３１１０２号公報
　繊維強化樹脂製の車両用ホイールは、繊維方向が車両用ホイールの強度に寄与している。
本発明者は、鋭意検討した結果、従来の繊維強化樹脂製の車両用ホイールに比べて外表面部分の強度を向上させる技術を新たに見出した。
　本明細書では、上述した課題の少なくとも一部を解決することが可能な技術を開示する。
　本明細書に開示される技術は、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本明細書に開示される車両用ホイールは、略円筒状のホイールリムと、前記ホイールリムの内周側に設けられるホイールディスクと、を備える繊維強化樹脂製の車両用ホイールであって、前記ホイールディスクの外表面には、複数の繊維束が異なる向きに規則性をもって重畳するように配向された強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む第１の繊維強化樹脂により形成された外表面層を備え、前記車両用ホイールの前記外表面層以外の部分である本体部分は、複数の繊維束が不規則に構成された強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む第２の繊維強化樹脂により形成されている。
　本車両用ホイールでは、本体部分は、第２の繊維強化樹脂により形成されており、第２の繊維強化樹脂は、複数の繊維束が不規則に構成された強化繊維と熱可塑性樹脂とを含んでいる。外表面層は、第１の繊維強化樹脂により形成されており、第１の繊維強化樹脂は、複数の繊維束が異なる向きに規則性をもって重畳するように配向された強化繊維と熱可塑性樹脂とを含んでおり、相対的に強度が高い。これにより、車両用ホイールにおける外表面部分の強度の向上を図ることができる。
（２）上記車両用ホイールにおいて、前記外表面層は、前記車両用ホイールを車両に取り付けた際に車両外側から視認できる側に存在する構成としてもよい。本車両用ホイールによれば、特に車両外側から視認できる側の外表面層の強度の向上を図ることができる。
（３）上記（１）または（２）の繊維強化樹脂製の車両用ホイールの製造方法は、複数の繊維束が異なる向きに規則性をもって重畳するように配向された強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む第１の樹脂素材を、第１の成形型内に配置し、前記第１の樹脂素材を前記第１の成形型内で加熱・加圧することにより、前記ホイールディスクの外表面の形状を呈する外表面成形体を成形する第１の成形工程と、複数の金型を有する第２の成形型の内、少なくとも１つの金型の内面に前記外表面成形体を配置し、前記外表面成形体とその他の金型との間に、予め加熱した、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む第２の樹脂素材を配置し、前記外表面成形体および積層された前記第２の樹脂素材を前記第２の成形型内で加熱・加圧することにより、前記車両用ホイールを成形する第２の成形工程と、を含む。本車両用ホイールの製造方法によれば、強度の高い外表面部分を備える車両用ホイールを製造することができる。
（４）上記車両用ホイールの製造方法において、前記外表面成形体は、単数の前記第１の樹脂素材により、前記ホイールディスクの前記外表面の形状が継ぎ目なく形成されている構成としてもよい。本車両用ホイールの製造方法によれば、さらに強度の高い外表面部分を成形することができる。
（５）上記車両用ホイールの製造方法において、前記第２の成形工程は、前記複数の金型を有する前記成形型の内、前記ホイールディスクを形成する下型に相当する金型の内面に前記外表面成形体を載置して、前記外表面成形体とその他の金型との間に、前記第２の樹脂素材を配置する構成としてもよい。本車両用ホイールの製造方法によれば、下型に外表面成形体を載置することで、本車両用ホイールを作りやすく、且つ意匠の向上を図ることができる。
　なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、車両用ホイール、その製造方法等の形態で実現することが可能である。
本実施形態における車両用ホイール１００の外観構成を概略的に示すＸＺ平面図である。 車両用ホイール１００のＸＹ側面構成を概略的に示す説明図である。 車両用ホイール１００の一部のＸＺ平面構成を概略的に示す説明図である。 図３のＩＶ－ＩＶの位置における車両用ホイール１００の断面構成を概略的に示す説明図である。 車両用ホイール１００の製造工程を示すフローチャートである。 外表面成形体３０ＰのＸＺ平面構成を概略的に示す説明図である。 車両用ホイール１００の製造工程の一部を示す説明図である。
Ａ．実施形態：
Ａ－１．車両用ホイール１００の構成：
　図１は、本実施形態における車両用ホイール（以下、単に「ホイール」という）１００の外観構成を概略的に示すＸＺ平面図である。図１には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｙ軸方向は、ホイール１００の回転軸に平行な方向であるとし、以下、「ホイール軸方向」というものとするが、ホイール１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで配置されてもよい。図２以降についても同様である。
（ホイール１００の構成）
　ホイール１００は、繊維強化樹脂により形成されている。ホイール１００を構成する繊維強化樹脂の詳細については後述する。ホイール１００は、略円筒状のホイールリム１０と、該ホイールリム１０の内周側に配置されたホイールディスク２０と、を備える。本実施形態のホイール１００は、ホイールリム１０とホイールディスク２０とが一体成形された、いわゆる１ピースタイプのホイールである。以下、ホイール１００に対してホイール軸方向の一方側（Ｙ軸正方向側）を「アウター側」といい、ホイール軸方向の他方側（Ｙ軸負方向側）を「インナー側」という。ホイール１００が車両本体（図示しない）に装着された場合、ホイール１００のアウター側は、車両本体とは反対側に向けられ、ホイール１００のインナー側は、車両本体側に向けられる。ホイール１００のアウター側の面が意匠面とされる。なお、アウター側は、特許請求の範囲における、車両用ホイールを車両に取り付けた際に車両外側から視認できる側の一例である。
　図１に示すように、ホイールリム１０は、ホイール軸方向（Ｙ軸方向）視で略円環状である。ホイールディスク２０は、ホイールリム１０におけるアウター寄りの位置に配置されている。ホイールディスク２０は、ハブ取付部２２０と、複数（本実施形態では１０本）のスポーク部２１０とを含む。ハブ取付部２２０は、略円盤状であり、ホイール軸方向視でホイールディスク２０の略中央に位置している。ハブ取付部２２０の略中心には、車両本体のハブ（図示しない）が連結されるハブ孔２２２が形成されている。また、ハブ孔２２２の周囲には、ホイール１００を車両本体のハブに固定するための複数のボルト孔２２４が形成されている。複数のスポーク部２１０は、ホイールリム１０とハブ取付部２２０との間に放射状に配置されている。
（ホイール１００を構成する繊維強化樹脂）
　図２は、ホイール１００の一部のＸＹ側面構成を概略的に示す説明図である。図２には、ホイール１００のホイールリム１０（ウェル部）の外周面が示されている。図３は、ホイール１００の一部のＸＺ平面構成を概略的に示す説明図である。図３には、ホイールディスク２０のアウター側の外表面の一部が拡大して示されている。図４は、図３のＩＶ－ＩＶの位置におけるホイール１００の断面構成を概略的に示す説明図である。図４には、スポーク部２１０の断面構成が示されており、その断面は、スポーク部２１０が伸びる方向に対して略垂直に切断した面である。
　図２に示すように、ホイール１００は、外表面層３０と本体部分４０とを備えている。外表面層３０は、ホイール１００のうち、アウター側の表面（いわゆる意匠面）を構成する部分である。外表面層３０の厚さ（ホイール１００のアウター側の最表面からの厚さ）は、０．５ｍｍ以下であり、０．３ｍｍ以下でもよい。また、外表面層３０の厚さは、０．２ｍｍ以上であることが好ましい。本体部分４０は、ホイール１００のうち、外表面層３０に隣接し、かつ、該外表面層３０よりもインナー側の部分である。本実施形態では、本体部分４０は、ホイール１００のうち、外表面層３０以外の部分である。図４に示すように、外表面層３０は、本体部分４０（スポーク部２１０）のアウター側の表面に加えて、本体部分４０（スポーク部２１０）の側面まで連続的に覆っている。これにより、本体部分４０（スポーク部２１０）の強度がより向上し、意匠性が高くなっている。なお、外表面層３０の外表面は、本体部分４０（スポーク部２１０）の露出する側面と略面一になっている。また、本体部分４０（スポーク部２１０）の側面が略面一になるように形成されていればよいので、外表面層３０は、本体部分４０（スポーク部２１０)の側面全体を覆っていてもよい。
　本体部分４０は、不規則性繊維強化樹脂により形成されている。不規則性繊維強化樹脂は、強化繊維４２と熱可塑性樹脂（例えばポリプロピレン、ポリアミド樹脂）とを含んで構成されている。不規則性繊維強化樹脂は、複数の強化繊維４２の繊維束が不規則に配置された構造を有する。図２には、複数の強化繊維４２の繊維束が不規則に配置されたランダム構造を有する不規則性繊維強化繊維が例示されており、このランダム構造がホイール１００の外周面（例えばホイールリム１０のウェル部の外周面やホイールディスク２０の周縁部）に露出している。不規則性繊維強化樹脂を構成する強化繊維４２は、例えば炭素繊維やガラス繊維である。図２では、伸びる方向や大きさが互いに異なる複数の強化繊維４２がばらついて配置された構造がホイール１００の外周面に露出している。また、強化繊維４２の長さは、後述する繊維束３２，３４の長さよりも短い。不規則性繊維強化樹脂は、特許請求の範囲における第２の繊維強化樹脂の一例である。
　外表面層３０は、規則性繊維強化樹脂により形成されている。規則性繊維強化樹脂は、規則性強化繊維と熱可塑性樹脂とを含んで構成されている。なお、規則性繊維強化樹脂を構成する熱可塑性樹脂は、本体部分４０における不規則性繊維強化樹脂を構成する熱可塑性樹脂と同一材料でもよいし、異なる材料でもよい。
　規則性強化繊維は、複数の繊維束が異なる向きに規則性をもって重畳するように配向された構造を有している。図２では、複数の繊維束３２，３４が互いに交差するように編み込まれたメッシュ状の構造を有する規則性強化繊維が例示されており、このメッシュ状の構造が外表面層３０の表面に露出している。より具体的には、規則性強化繊維は、第１の方向に配向する複数本の繊維束３２と、第１の方向に交差（略直交）する第２の方向に配向する複数本の繊維束３４とを含んでいる。各繊維束３２は、複数本の繊維束３４に交差しつつ、所定本ずつ、繊維束３４の表側と裏側とに交互に位置するように配置されている。また、各繊維束３４は、複数本の繊維束３２に交差しつつ、所定本ずつ、繊維束３２の表側と裏側とに交互に位置するように配置されている。規則性繊維強化樹脂を構成する強化繊維は、例えば炭素繊維やガラス繊維であり、本体部分４０における不規則性繊維強化樹脂を構成する強化繊維と同一材料でもよいし、異なる材料でもよい。規則性繊維強化樹脂は、特許請求の範囲における第１の繊維強化樹脂の一例である。
　Ａ－２．ホイール１００の製造：
　上述したホイール１００の製造方法について説明する。図５は、ホイール１００の製造工程を示すフローチャートであり、図６は、後述の外表面成形体３０ＰのＸＺ平面構成を概略的に示す説明図であり、図７は、ホイール１００の製造工程の一部を示す説明図である。
　まずは、図６に示す外表面成形体３０Ｐを成形する（Ｓ１１０）。外表面成形体３０Ｐは、規則性繊維強化樹脂により、ホイールディスク２０の外表面の形状を呈するとともに外表面層３０を構成する成形体である。図６には、外表面成形体３０Ｐの内、アウター側の表面が示されている。具体的には、シート状の第１のプリプレグ（図示しない）を準備する。第１のプリプレグは、規則性繊維強化樹脂により形成されたシート材（例えば複数の繊維束３２，３４が互いに交差するように編み込まれたメッシュ状の構造を有する熱可塑性樹脂シート）である。第１のプリプレグは、特許請求の範囲における第１の樹脂素材の一例である。
　次に、成形型（図示しない）を所定の第１の温度（例えば１６５℃以上、１８５℃以下）に昇温させ、その成形型の下型に第１のプリプレグを配置し、上型と下型とで所定時間挟む。これにより、第１のプリプレグが軟化する。次に、第１のプリプレグを上型と下型とで挟み込んで所定の第１の圧力（例えば１ｔ以上、１００ｔ以下）を付与すると同時に、成形型の冷却を開始する。そして、成形型の温度が、上記第１の温度より低い第２の温度（例えば６０℃以上、８０℃以下）に達したら、成形された外表面成形体３０Ｐを成形型から取り出す。なお、必要な強度に応じて、成形型内に配置する第１のプリプレグの枚数を１枚としてもよいし、２枚としてもよいし、３枚以上としてもよい。外表面成形体３０Ｐの厚さは、例えば０．２ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下である。Ｓ１１０の工程は、特許請求の範囲における第１の成形工程の一例である。
　次に、複数の金型を有する成形型２００を所定の第３の温度（例えば１５０℃以上、１７０℃以下）に昇温させ、その成形型２００の少なくとも１つの金型の内面に外表面成形体３０Ｐを配置する（Ｓ１２０）。図７には、成形型２００が示されており、成形型２００は、上型２０２と、下型２０４と、横型２０６とを有している。次に、図７（Ａ）に示すように、外表面成形体３０Ｐのアウター側の表面が下型２０４の内面（上面）に対向するように外表面成形体３０Ｐを載置する。なお、外表面成形体３０Ｐを載置する際、横型２０６は閉じた位置に配置されていてもよいし、開いた位置に配置されていてもよい。また、外表面成形体３０Ｐは常温の状態で載置されてもよい。
　次に、不規則に配置された強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂からなる複数の樹脂素材を、所定の第４の温度（例えば、１９０℃以上、２１０℃以下）に加熱し、外表面成形体３０Ｐと他の金型２０２，２０６との間に配置する（Ｓ１３０）。具体的には、シート状の第２のプリプレグ４３，４４を準備する。第２のプリプレグ４３，４４は、不規則性繊維強化樹脂により形成されたシート材（例えば、複数の強化繊維が不規則に構成された構造や、複数の強化繊維の束が不規則に構成された構造を有する熱可塑性樹脂シート）である。第２のプリプレグ４３，４４は、特許請求の範囲における第２の樹脂素材の一例である。
　図７（Ａ）に示すように、複数枚の第２のプリプレグ４３を、外表面成形体３０Ｐ上に積層する。複数枚の第２のプリプレグ４４を重ねつつ横型２０６の内周面上に配置する。なお、各第２のプリプレグ４３，４４は、所定方向に配向された複数の強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化樹脂からなる複数の樹脂素材を、各々の強化繊維の繊維束が不規則になるよう積層した構成でもよい。
　続いて、上型２０２および横型２０６を閉じて、外表面成形体３０Ｐと第２のプリプレグ４３，４４とに所定の第２の圧力（例えば１１５０ｔ以上、１２５０ｔ以下）を付与し、それと同時に成形型２００の冷却を開始する。その後、成形型２００の温度が、上記第３の温度より低い第５の温度（例えば７０℃以上、９０℃以下）に達したら、ホイール１００を成形型２００から取り出す（Ｓ１４０）。すなわち、第２のプリプレグ４３、４４は、予熱されることで軟化し、成形型２００により加熱・加圧されることで、不規則性繊維強化樹脂が外表面成形体３０Ｐと他の金型２０２、２０６との間で流動する。一方、外表面成形体３０Ｐは、形状を殆ど保持した状態で、流動する不規則性繊維強化樹脂と外表面成形体３０Ｐの規則性繊維強化樹脂とが絡み合う。そして、成形型２００の温度が第５の温度に達することで、外表面成形体３０Ｐが硬化して外表面層３０が形成され、第２のプリプレグ４３，４４が硬化して本体部分４０が形成される。また、外表面層３０と本体部分４０とが一体成型されることによってホイール１００が形成される。なお、Ｓ１４０の工程において、加熱・加圧により形成された成形体に対して、所定の後処理（面取り加工やコーティング加工など）を施してもよい。Ｓ１２０～Ｓ１４０の工程は、特許請求の範囲における第２の成形工程の一例である。
　Ａ－３．本実施形態の効果：
　以上説明したように、本実施形態のホイール１００では、外表面層３０は、規則性繊維強化樹脂により形成されている。規則性繊維強化樹脂は、複数の繊維束３２，３４が異なる向きに規則性をもって重畳するように配向された強化繊維と熱可塑性樹脂とを含んでいる（図３参照）。本体部分４０は、不規則性繊維強化樹脂により形成されており、不規則性繊維強化樹脂は、複数の繊維束が不規則に構成された強化繊維４２と熱可塑性樹脂とを含んでいる（図２参照）。
　ここで、不規則性繊維強化樹脂は、複数の強化繊維４２の繊維束が不規則に配置されたランダム構造を有する。このため、不規則性繊維強化樹脂は、どの方向にも同程度の強度を有するとともに強化繊維４２同士の相対移動の自由度が高く、その結果、相対的に成形性が高く、高い寸法精度で本体部分４０（特にホイールリム１０）を成形することができる。ただし、不規則性繊維強化樹脂は、強化繊維４２同士の相対移動（変形）の自由度が高い分だけ、強度の向上には限界がある。一方、規則性繊維強化樹脂は、複数の繊維束３２，３４が異なる向きに規則性をもって重畳するように配向した構造を有する。このため、規則性繊維強化樹脂は、繊維束３２，３４同士の相対移動（変形）の自由度が低いため、不規則性繊維強化樹脂に比べて、成形性は低いが、強度が高い。これにより、ホイール１００の本体部分４０の寸法精度を確保しつつ、外表面層３０（外表面部分）の強度の向上を図ることができる。
　上記実施形態では、外表面層３０は、ホイール１００のアウター側に存在する。これにより、高い応力がかかると亀裂の起点となりやすいホイール１００のアウター側に位置する外表面層の強度の向上を図ることができる。また、ホイール１００におけるアウター側の表面に、メッシュ状に配向する繊維模様を露出させることにより、ホイール１００の意匠性を向上させることができる。
　上記実施形態における図５に示す製造方法により、相対的に強度の高い規則性繊維強化樹脂によって強度の高い外表面層３０を成形しつつ、相対的に成形性の高い不規則性繊維強化樹脂によって高い寸法精度で本体部分４０を成形することができる。また、成形型２００の下型２０４に外表面成形体３０Ｐを載置することで（図７参照）、ホイール１００を作りやすく、且つ意匠の向上を図ることができる。また、外表面成形体３０Ｐは、単数の第１のプリプレグにより、ホイールディスク２０の外表面の形状が継ぎ目なく形成されている。これにより、さらに強度の高い外表面部分を成形することができる。
Ｂ．変形例：
　本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
　上記実施形態では、ホイール１００は、１ピースタイプのホイールであるとしたが、これに限らず、ホイールリム１０とホイールディスク２０とが別体である、いわゆる２ピースタイプのホイールであるとしてもよい。また、上記実施形態では、車両用ホイールとして、スポーク部２１０を備えるホイール１００を例示したが、これに限らず、スポーク部を備えないホイールでもよい。
　上記実施形態において、ホイール１００のアウター側とインナー側の両方の表面部分、あるいは、インナー側のみの表面部分を規則性繊維強化樹脂により形成してもよい。
　上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。
　上記実施形態におけるホイール１００の製造方法はあくまで一例であり、種々変形可能である。
１０：ホイールリム　２０：ホイールディスク　３０：外表面層　３０Ｐ：外表面成形体　３２，３４：繊維束　４２：強化繊維　４０：本体部分　４３，４４：第２のプリプレグ　１００：ホイール　２００：成形型　２０２：上型　２０４：下型　２０６：横型　２１０：スポーク部　２２０：ハブ取付部　２２２：ハブ孔　２２４：ボルト孔

Claims (5)

  1. 　略円筒状のホイールリムと、前記ホイールリムの内周側に設けられるホイールディスクと、を備える繊維強化樹脂製の車両用ホイールであって、
    　前記ホイールディスクの外表面には、複数の繊維束が異なる向きに規則性をもって重畳するように配向された強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む第１の繊維強化樹脂により形成された外表面層を備え、
    　前記車両用ホイールの前記外表面層以外の部分である本体部分は、複数の繊維束が不規則に構成された強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む第２の繊維強化樹脂により形成されている、
    　車両用ホイール。
  2. 　請求項１に記載の車両用ホイールであって、
    　前記外表面層は、前記車両用ホイールを車両に取り付けた際に車両外側から視認できる側に存在する、
    　車両用ホイール。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の繊維強化樹脂製の車両用ホイールの製造方法であって、
    　複数の繊維束が異なる向きに規則性をもって重畳するように配向された強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む第１の樹脂素材を、第１の成形型内に配置し、前記第１の樹脂素材を前記第１の成形型内で加熱・加圧することにより、前記ホイールディスクの外表面の形状を呈する外表面成形体を成形する第１の成形工程と、
    　複数の金型を有する第２の成形型の内、少なくとも１つの金型の内面に前記外表面成形体を配置し、前記外表面成形体とその他の金型との間に、予め加熱した、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む第２の樹脂素材を配置し、前記外表面成形体および積層された前記第２の樹脂素材を前記第２の成形型内で加熱・加圧することにより、前記車両用ホイールを成形する第２の成形工程と、
    　を含む、車両用ホイールの製造方法。
  4. 　請求項３に記載の車両用ホイールの製造方法であって、
    　前記外表面成形体は、単数の前記第１の樹脂素材により、前記ホイールディスクの前記外表面の形状が継ぎ目なく形成されている、
    　車両用ホイールの製造方法。
  5. 　請求項３または請求項４に記載の車両用ホイールの製造方法であって、
    　前記第２の成形工程は、前記第２の成形型の内、前記ホイールディスクを形成する下型に相当する金型の内面に前記外表面成形体を載置して、前記外表面成形体とその他の金型との間に、前記第２の樹脂素材を配置する、
    　車両用ホイールの製造方法。
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