JPH04254201A

JPH04254201A - 樹脂ホイール

Info

Publication number: JPH04254201A
Application number: JP3013325A
Authority: JP
Inventors: Haruo Koyama; 小山　春雄; Yoichi Nishimuro; 陽一西室; Kunio Machida; 邦郎町田; Yoshihide Fukahori; 深堀　美英
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1991-02-04
Filing date: 1991-02-04
Publication date: 1992-09-09
Anticipated expiration: 2015-08-28
Also published as: DE4202287A1; JP3082254B2; FR2672252B1; FR2672252A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、軽量で量産性も良好な
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、
熱硬化樹脂に短繊維又は長繊維の強化繊維を混合したＦ
ＲＰを主材料として成形されたもので、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】このような樹脂製ホイールに要求される特
性としては、■　　破壊防止の面から、衝撃強度が高い
こと。■　　ホイールからのタイヤの脱離防止の面から
、クリープが小さいこと。■　　ブレーキドラムの熱に
対して耐熱性に優れること。■　　ユニフォーミティに
優れること。即ち、ホイールは自動車にとって重要な部
品の一つであるため、成形品に不均一部や欠陥部がある
ものは、ホイールとして使用することはできない。■　
　量産化が可能であること。が挙げられる。

【０００８】ところで、一般にホイールは、第６図（上
半分の断面図）及び第７図（斜視図）に示す如く、リム
部１及びディスク部２等で構成され、ディスク部２には
、車軸孔３、ハブボルト孔４及び飾り穴５が設けられて
いる。しかして、市販のアルミホイールを構造面から分
類すると、リム部１とディスク部２が一体に成形される
ワンピースホイールと、リム部１とディスク部２が各々
独立に成形された後両者を金属ボルトで接合して一体化
されたツーピースホイールとに大別される。ツーピース
ホイールはワンピースホイールに比べると、リム部１の
構成を同一にしたままディスク部２のデザインを変える
ことによって、各種のバラエティのある組み合せのホイ
ールを提供することが可能であるという大きな長所を有
する。反面、リム部１とディスク部２を接合するために
両者に重なり合う部分を設ける必要があり、更にその部
分を金属ボルトで接合するため、ワンピースホイールよ
りも重量が増加するという短所を有する。

【０００９】これに対して、樹脂製ホイールは当然その
軽量性を大きなセールスポイントとするため、できるだ
け重量増加につながる構成が避けられる。このため、従
来の市販の樹脂製ホイールは熱硬化樹脂を圧縮成形する
ことにより、ワンピースホイールとすることを前提とし
て開発されているのが現状である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の樹脂製ホイール
の成形法のうち、圧縮成形により製造されたホイールは
、成形時の繊維損傷が比較的軽微であるため、剛性，強
度等の点で優れる。しかも、用いる樹脂も熱硬化樹脂が
主体であるため、耐熱性，耐クリープ性も良好である。しかしながら、複雑形状物（例えば、肉厚変化が著しい
もの）の成形には不向きであり、また成形サイクルも長
いことから生産性が悪いという欠点がある。

【００１１】これに対し、射出成形法は極めて生産性が
高く、生産コストの点で優れているが、一般に射出成形
品は圧縮成形品に比べ強度が１／３〜１／５と低いとい
う欠点がある。これは、樹脂の混練りや流動時における
繊維の破損，流動によって生じる繊維及び分子の配向，
特に、製品に穴などが存在する場合、樹脂合流点でのウ
ェルドラインの発生により、成形品を構成する材料の物
性が不均一化ないし劣化され、強度が低下することに起
因する。特にホイールの場合、第７図に示す如く、ディ
スク部２にデザイン的にも、また、回転時の空冷効果を
増すためにも多くの飾り穴５を設けるため、更に、自動
車本体のブレーキドラムに締結するためのボルト孔４な
どがあるため、ウェルドラインが多発する形状となって
いる。このため、現在までのところ、熱可塑樹脂を用い
た射出成形による樹脂製ホイールが完成され、市販され
た事実はない。

【００１２】本発明は、ディスク部の飾り穴をなくすこ
とにより上記従来の問題点を解決し、曲げ強度，剛性，
衝撃強度，耐熱性，耐疲労性，耐クリープ性等の機械的
特性に優れ、低コストで大量生産が可能な樹脂ホイール
を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の樹脂ホイール
は、リム部とディスク部とが一体に成形されてなるワン
ピースホイールにおいて、ディスク部の車軸孔とリム部
との間が盲板状の無孔となっており、かつ、繊維補強熱
可塑樹脂の射出成形又は射出圧縮成形により得られるこ
とを特徴とする。

【００１４】請求項２の樹脂ホイールは、リム部とディ
スク部とが一体に成形されてなるワンピースホイールに
おいて、ディスク部の車軸孔とリム部との間にボルト孔
のみが形成され、その他の部分は盲板状の無孔となって
おり、かつ、繊維補強熱可塑樹脂の射出成形又は射出圧
縮成形により得られることを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明の樹脂ホイールは、繊維補強熱可塑樹脂
を用い、射出成形又は射出圧縮成形法によって得られる
一体成形品であり、成形時のウエルド発生による強度低
下を避けるために、ディスク部に飾り穴を設けない構成
とされたものである。このような、飾り穴のない本発明
の樹脂ホイールは、繊維補強熱可塑樹脂を用いた射出成
形又は射出圧縮成形品であるにもかかわらず、強度的に
優れており、その上、繊維補強熱可塑樹脂の一体成形品
の長所である低コスト性、リサイクル性及び軽量性、量
産性を備えたものとなっている。

【００１６】

【実施例】以下に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。第１図〜第５図は本発明の一実施例
を示す断面図である。本発明の樹脂ホイールは、ディス
ク部の車軸孔とリム部との間が盲板状の無孔、或いは、
ディスク部の車軸孔とリム部との間にボルト孔のみが形
成され、その他の部分は盲板状の無孔となっているもの
である。即ち、本発明の樹脂ホイールは、飾り穴のない
ものである。

【００１７】このような本発明の樹脂ホイールでは、飾
り穴がないため、回転軸の空冷効果が低下することが考
えられる。そこで本発明の樹脂ホイールでは、次のよう
な工夫をすることによりこの点の改良を図ることが好ま
しい。

【００１８】例えば、通常、ホイールはハブボルトを介
して、ブレーキドラム又はブレーキディスクに隣接する
円板に取付けられる。そのためハブボルト穴周辺はブレ
ーキ発熱の影響を直接受けることになり、長期の使用中
には樹脂の軟化、クリープに伴い、応力緩和が発生し、
ハブナットの緩みが生じてくる。この問題を解決するた
めに、例えば第１図（ハブ部近傍の断面図）、第２図（
第１図の■部の拡大図）及び第３図（第２図の■−■線
に沿う断面図）に示す如く、樹脂ホイール１０のハブボ
ルト２１の穴２２部に高剛性，高強度，耐熱性を兼ね備
えた部材２０を嵌合しハブナット２２の締め付け力はこ
の嵌合物を介してブレーキドラム２４に伝達される構造
とするのが好ましい。（図中、２５はタイヤである。）
この場合、嵌合する部材２０の材料としては、金属，耐
熱性プラスチック，及びそれらのＦＲＰ，炭素繊維強化
炭素コンポジット，セラミックなどが最適である。

【００１９】また、ブレーキドラムからの熱を遮断する
ためにディスク部及びリム部のブレーキドラム側の面に
断熱材をインサート成形する方法が考えられる。この場
合、このような改良を加える箇所は、例えば第４図に示
すように、ディスク部２の一部の面３１又はディスク部
２の全面３１及び３２、更にリム部１の一部の面又は全
面３３であっても、ブレーキドラム側全面（即ち、面３
１，３２及び３３）であってもかまわない。用いる断熱
材としては、耐熱性プラスチック、セラミックス又は無
機材料やその補強物からなる板状体、アスベスト等で構
成されるスレート板などが挙げられるが、断熱性と強度
を備えたものであればいずれも使用可能である。

【００２０】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。このうち特にカーボンとガラスが有効
である。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の範囲とするのが好ましい。

【００２１】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。

【００２２】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
。

【００２３】本発明の樹脂ホイールは、このような繊維
補強熱可塑樹脂を射出成形法又は射出圧縮法により一体
成形することにより、容易に製造される。

【００２４】なお、本発明で述べる射出圧縮成形法とは
、前もって金型を少し開いておくか、もしくは、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である。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
金型は型閉めされる成形方法が好適である。

【００２５】ところで、近年、社会環境的な要請から省
エネルギーがさけばれ、前述の如く、自動車部材にも軽
量化が望まれている。特に、バネ下部材はその効果が大
きく、また機動性の点からも軽量化が要求されている。

【００２６】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６，６・６，４・６，６・１０，１０，１１，１２
芳香族ポリアミド等、ポリブチレンテレフタレート（Ｐ
ＢＴ），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（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（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，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
ても良い。

【００２７】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，ニラストマーなどの必要量
を混合することも可能である。

【００２８】このようなことから、ホイールには、更に
強度向上のための補強構造や、軽量化構造を組合せるこ
とが好ましい。これらの構造を導入する部位はホイール
全体でも、リム部のみ、ディスク部のみでも良く、その
他必要な部位に適宜用いることができる。

【００２９】補強構造としては、例えば第５図に示す如
く、ある種の補強層、具体的には補強繊維の配合量を増
した層、又は補強部材等を、ホイール本体１７の中間層
１８として、あるいは表面層１９として導入した構造等
を採用することができる。（なお、第５図において、各
分割成形体の境界線は図示を省略した。）この場合、補
強層に用いる材料としては、ガラス，カーボン，グラフ
ァイト，アラミド，セラミック（ＳｉＣ，Ａｌ２　Ｏ３
　など），金属（ボロン，ステンレスなど）などが挙げ
られ、それらの形態としては、ロービングなどの一方向
長繊維，クロス，編組，より線，網，及びこれらを配列
して樹脂で固めた線状又は板状物（ＦＲＰ），三次元織
物などが最適である。ホイール内に補強層を充填配置す
る場合には、所定形状の充填物を予め成形し、これを金
型の所定位置に設置して射出成形するインサート成形が
有利である。

【００３０】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もある。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など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。

【００３１】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、例えば切削加工などの後
加工によって飾り穴を設けることができる。こうするこ
とによってウエルドによる強度低下を避けることが可能
である。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の樹脂ホイー
ルは、■　　軽量で強度、特に曲げ強度，耐衝撃強度，
剛性，耐熱性，耐疲労性，耐クリープ性等の特性に優れ
る。■　　ユニフォーミティに優れ、製品品質のバラツ
キも殆どない。■　　量産性に優れ、製品のコストダウ
ンが図れる。等の効果を有する、著しく優れた軽量化構
造及び補強構造の樹脂ホイールである。本発明によれば
、極めて実用性の高い樹脂ホイールが提供される。

【００３３】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、鉄道車輛、地下鉄用車輛、リニアモーターカ
ー車輛、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】第１図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。

【図２】第２図は第１図■部の拡大図である。

【図３】第３図は第２図の■−■線に沿う断面図である
。

【図４】第４図は本発明の樹脂ホイールの他の実施例を
示す断面図である。

【図５】第５図は本発明の樹脂ホイールの別の実施例を
示す断面図である。

【図６】第６図は従来の樹脂ホイールの断面図である。

【図７】第７図は従来の樹脂ホイールの斜視図である。

【符号の説明】

１　　リム部２　　ディスク部３　　車軸孔４　　ボルト孔１０　　樹脂ホイール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　リム部とディスク部とが一体に成形さ
れてなるワンピースホイールにおいて、ディスク部の車
軸孔とリム部との間が盲板状の無孔となっており、かつ
、繊維補強熱可塑樹脂の射出成形又は射出圧縮成形によ
り得られることを特徴とする樹脂ホイール。
【請求項２】　　リム部とディスク部とが一体に成形さ
れてなるワンピースホイールにおいて、ディスク部の車
軸孔とリム部との間にボルト孔のみが形成され、その他
の部分は盲板状の無孔となっており、かつ、繊維補強熱
可塑樹脂の射出成形又は射出圧縮成形により得られるこ
とを特徴とする樹脂ホイール。