JPH06206548A - 自動車用ステアリングホイール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 繊維強化熱硬化性樹脂プリプレグにて、リム
部、スポーク部及びボスプレート部からなるステアリン
グホイールが一体成形された、製造が容易で、且つ軽量
で、負荷にも十分耐える強度を持つ、自動車用ステアリ
ングホイール及びその製造方法を提供すること。 【構成】 リム部１１、スポーク部１２及びボスプレー
ト部１３からなるステアリングホイールの中空部となる
べき部分の形状と同じ形状の芯金を低融点合金にて製造
する。この芯金の外周部に繊維強化熱硬化性樹脂プリプ
レグを積層するとともに、該積層間及び／又は芯金の表
面に発泡性樹脂基材を積層してそれぞれ１層又は複数層
からなる積層体とする。得られた積層体を金型で加熱加
圧成形し、次いで低融点合金の芯金を加熱溶融して、成
形体から排出して成形体を中空形状とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軽量で耐衝撃特性に優
れた繊維強化熱硬化性樹脂プリプレグにて一体中空成形
された自動車用ステアリングホイール及びその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車用部品の軽量化は、燃費の
向上につながる重要な課題であり、自動車用ステアリン
グホイールについても軽量化が検討されている。従来、
自動車用ステアリングホイールは、芯金として炭素鋼や
アルミニウム合金を使用し、その表層にウレタン等の発
泡フォーム材を配設し、最外層を合成樹脂で構成してい
た。しかし、このようにして構成されるステアリングホ
イールは、重量が重いという問題点がある。

【０００３】また、ステアリングホイール内にエアーバ
ックシステム等を搭載する場合において、ステアリング
ホイール部にかかる重量は増加し、そのためにステアリ
ングシャフトが振れる問題がある。これらの問題の解決
のためにステアリングホイール自体の軽量化は必要不可
欠の条件となる。従来、ステアリングホイールの軽量化
を進めるにあたり、芯金に軽量合金材料であるマグネシ
ウム合金を使用してステアリングホイールを製造する方
法（特開昭５９−１６０６６６号公報）、芯金をより薄
くして炭素繊維等の強化繊維にて補強してステアリング
ホイールを製造する方法（特開昭６０−１８９４２６号
公報）、芯金を発泡フォーム等のプラスチックあるいは
ゴム等の軽量保形材からなる芯材としてその周囲に炭素
繊維等の強化繊維を配設してステアリングホイールとす
る方法（特開昭５９−１２０５６８号公報）、及び芯金
に炭素鋼又はアルミニウム合金製の中空パイプを使用し
てステアリングホイールを製造する方法（特開昭６０−
７８８６５号公報）等が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
自動車用ステアリングホイールでは、芯金の一部を金属
で製作するか又は全部を金属で製作している場合には、
どうしても、軽量化が不十分であり、また補強部に使用
している強化繊維も十分に補強効果及び軽量効果が発揮
されていないという問題があった。また、芯金を発泡フ
ォーム等のプラスチックあるいはゴム等の軽量保形材か
らなる芯材として、その周囲に炭素繊維等の強化繊維を
配設してステアリングホイールとする方法（特開昭５９
−１２０５６８号公報）では、リム部とスポーク部とを
別々に形成し、結合部材を介して一体にしており、その
製造方法が煩雑であった。

【０００５】そこで本発明は、軽量で且つ負荷にも十分
耐える強度を持ち、しかも製造が容易で、リム部、スポ
ーク部及びボスプレート部を一体成形したステアリング
ホイール及びその製造方法を提供することを目的とす
る。さらに本発明の目的は、ボス金具も一体成形したス
テアリングホイール及びその製造方法を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために、本発明は、繊維強化熱硬化性樹脂プリプレグ
にて、リム部、スポーク部及びボスプレート部からなる
ステアリングホイールが一体中空成形されていることを
特徴とする自動車用ステアリングホイールとするもので
ある。

【０００７】また、本発明は、リム部、スポーク部及び
ボスプレート部からなるステアリングホイールの中空部
となるべき部分の形状と同じ形状の芯金を低融点合金に
て製造し、製造された芯金の外周部に、繊維強化熱硬化
性樹脂プリプレグを積層するとともに該積層間及び／又
は芯金の表面に発泡性樹脂基材を積層してそれぞれ１層
又は複数層からなる積層体とし、得られた積層体を金型
にて加熱加圧成形して硬化と同時に発泡を行ない、芯金
を加熱溶融し、成形体から低融点合金を排出して成形体
を中空形状とすることを特徴とする自動車用ステアリン
グホイールの製造方法とするものである。

【０００８】本発明の自動車用ステアリングホイールを
図面によって説明する。図１は、繊維強化熱硬化性樹脂
プリプレグを用いて製造された本発明の自動車用ステア
リングホイールの一例を示す平面図である。図１におい
て、１０はステアリングホイール本体、１１はリム部、
１２はスポーク部、１３はボスプレート部、１４はボス
金具である。この自動車用ステアリングホイールは、リ
ム部１１、スポーク部１２及びボスプレート部１３が繊
維強化熱硬化性樹脂プリプレグにて一体中空成形されて
いて、ボスプレート部１３に、ボス金具１４が成形時に
一体成形されている。

【０００９】図２は、図１におけるＡ−Ａ′断面の一部
拡大図であり、１５は繊維強化熱硬化性樹脂複合材料を
示し、繊維強化熱硬化性樹脂プリプレグを用いて製造さ
れている。１６は発泡樹脂を示しており、発泡性樹脂基
材を用いて製造されている。この繊維強化熱硬化性樹脂
複合材料１５と発泡樹脂１６は、要求されるステアリン
グホイールの強度に応じて、それぞれ一層又は複数層に
任意に積層されて成形されている。

【００１０】図３は、図１におけるＢ−Ｂ′断面図であ
る。図４は、本発明の自動車用ステアリングホイールを
成形金型で加熱加圧成形する際の、積層体を成形金型に
セットした時のＢ−Ｂ′断面図である。３０は最終的に
中空部となる部分に充填されている低融点合金からなる
芯金、４０は雄金型及び雌金型よりなる成形金型であ
る。

【００１１】次に本発明の自動車用ステアリングホイー
ルの製造方法を説明する。低融点合金を溶融し、ステア
リングホイールの形状をした鋳型に流し込んで、芯金３
０を製造する。その鋳型には、金型、砂型等が用いられ
る。また、芯金３０の成形方法としてダイキャスト法に
よる方法も用いることができる。そして、該芯金３０を
製造する金型は、製造されるステアリングホイールの肉
厚分だけ小さく作られる。

【００１２】次に、得られた芯金３０上に繊維強化熱硬
化性樹脂プリプレグを被覆し、その上に発泡樹脂１６と
するための発泡性樹脂基材を積層する、さらにその上に
繊維強化熱硬化性樹脂複合材料１５を形成するための繊
維強化熱硬化性樹脂プリプレグを積層する。また、芯金
３０上に直接、発泡性樹脂基材を被覆することもでき
る。これらの繊維強化熱硬化性樹脂プリプレグ及び発泡
性樹脂基材は、求められるステアリングホイールの強度
に応じて、１層又は複数層積層する。この積層された芯
金３０を含む積層体を、図４に示した成形金型４０にセ
ットして加熱加圧成形して、前記積層体を発泡させる。

【００１３】このようにして製造された自動車用ステア
リングホイール本体１０は、リム部１１、スポーク部１
２及びボスプレート部１３が繊維強化熱硬化性樹脂プリ
プレグにて一体中空成形されており、また、ボスプレー
ト部１３にボス金具１４が一体成形されている。前記ス
テアリングホイール本体１０の剛性部分である繊維強化
熱硬化性樹脂複合材料１５を製造するための強化繊維熱
硬化性樹脂プリプレグに用いられる強化繊維には、炭素
繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、セラ
ミックス繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、高分子量ポ
リエチレン繊維、高強力ポリアリレート繊維、ポリアミ
ド繊維等が用いられる。その強化繊維の使用形態は一方
向引揃えタイプ、平織物、朱子織物、編物、組紐、スト
ランドであり繊維はフィラメントを使用したものが好ま
しい。また、繊維強化熱硬化性樹脂プリプレグを構成す
る強化樹脂には、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹
脂等の熱硬化性樹脂が用いられる。

【００１４】本発明で用いられる繊維強化熱硬化性樹脂
プリプレグには、通常、強化繊維である一方向引揃えタ
イプ、平織物、朱子織物、編物、組紐、ストランドの形
態のプリプレグを１種又は２種以上使用して成形するこ
とができる。前記強化繊維に対する熱硬化性樹脂量は、
成形前の段階で、通常、樹脂を２０〜９０重量％含むも
のが好ましい。特に好ましくは、３０〜５０重量％であ
る。その理由は、３０重量％未満の場合は、強化繊維内
への樹脂の未含浸部分が多くなり成形後製品表面の仕上
がりが悪くなり、５０重量％超の場合は、繊維強化熱硬
化性樹脂プリプレグの取り扱い性が悪くなり、成形時に
必要以上の樹脂をフローさせなければならないからであ
る。

【００１５】また、成形後の強化繊維量は、１０〜８０
体積％含むものが好ましい。特に好ましくは４０〜６０
体積％である。その理由は、４０体積％未満の場合は、
強化繊維の特性を十分に発揮できず、６０体積％超の場
合は、強化繊維間の樹脂が少なくなり強化繊維相互が干
渉するため物性が低下するからである。本発明において
発泡性樹脂基材は、繊維強化熱硬化性樹脂プリプレグの
積層間及び／又は芯金の表面に配設せしめることによ
り、加圧成形時、発泡性樹脂基材が発泡し、金型面及び
芯金面に強化樹脂とともに均一且つ容易に間隙なく膨着
することができる。もし、発泡性樹脂基材を使用せず、
繊維強化熱硬化性樹脂プリプレグのみの場合は金型間及
び芯金面に均一に樹脂がフローせず間隙が生ずるという
不都合がある。

【００１６】これらの発泡性樹脂基材は、エポキシ樹
脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、
珪素樹脂等の熱硬化性樹脂にあらかじめ発泡剤が添加さ
れているもの、あるいは発泡性樹脂基材を調製する際に
添加して使用することができる。芯金３０は、最終的に
溶融されて除去され、芯金３０が存在していた部分は中
空部が形成されるので、その材料には、ステアリングホ
イールを構成する熱硬化性樹脂の熱硬化温度よりも高
く、その樹脂の耐熱温度以下の融点を有する低融点合
金、例えば、マグネシウム、亜鉛、鉛、錫、アルミニウ
ム、ビスマス、アンチモン等の２種類以上の金属からな
る低融点合金が使用される。

【００１７】

【実施例】

〔実施例１〕錫とビスマスからなる融点１４０℃の低融
点合金を溶融後、予めステアリングホイールの肉厚分だ
け小さく製作された鋳型内に流し込み、ステアリングホ
イールの芯金を形成するための低融点合金で鋳造された
鋳造芯金を製作した。

【００１８】この芯金上にビスフェノール系エポキシ樹
脂を含浸させた炭素繊維束（東邦レ−ヨン（株）製ベス
ファイト（登録商標）７μｍ×３０００本）を一方向に
引揃えてなる繊維強化熱硬化性樹脂プリプレグ及び同炭
素繊維からなる平織物プリプレグをそれぞれ積層した。
積層に際し、層間に発泡性樹脂基材として発泡性エポキ
シ樹脂シートを介在させた。

【００１９】得られた芯金を含む積層体をステアリング
ホイールの成形金型に配置したのち、成形金型を１３０
℃×２時間加熱・加圧し、繊維強化熱硬化性樹脂プリプ
レグの硬化と発泡性エポキシ樹脂シートの発泡を行っ
た。成形後、成形物を成形金型より取り出し、予め１４
２℃程度に加熱されたオイルバス内に投入し、芯金を形
成している低融点合金を溶出させた。

【００２０】得られたステアリングホイールは、リム
部、スポーク部、ボスプレート部及びボス金具が一体中
空成形されており、重量が５００ｇの軽量で、且つ外観
も良好であった。 〔実施例２〕錫、ビスマス、アンチモンからなる融点１
５０℃の低融点合金を溶融したのち、予めステアリング
ホイールの肉厚分小さく作製された鋳型内に流し込み、
低融点合金製の鋳造芯金を作製した。

【００２１】この芯金上にビニルエステル樹脂を含浸さ
せた炭素繊維束（東邦レーヨン（株）製ベスファイト
（登録商標）７μｍ×３０００本）を一方向に引揃えて
なるプリプレグ及び同炭素繊維からなる平織物プリプレ
グをそれぞれ積層した。積層に際し、層間に発泡性樹脂
基材として発泡性エポキシ樹脂シートを介在させた。得
られた積層体をステアリングホイールの成形金型に配置
したのち、成形金型を１４０℃×３０分加熱・加圧し、
熱硬化性樹脂プリプレグの硬化と発泡エポキシ樹脂シー
トの発泡を行った。

【００２２】成形後、成形物を金型より取り出し、予め
１５２℃程度に加熱されたオイルバス内に投入し、低融
点合金を溶出させた。得られた繊維強化熱硬化性樹脂製
自動車用ステアリングホイールは、リム部、スポーク
部、ボスプレート部及びボス金具が一体成形された、重
量５０５ｇの計量で且つ外観も良好であった。

【００２３】〔実施例３〕ビスマスとアンチモンからな
る融点１２４℃の低融点合金を溶融したのち、予めステ
アリングホイールの肉厚分小さく作製された鋳型内に流
し込み、低融点合金製の鋳造芯金を作製した。この芯金
上にビニルエステル樹脂を含浸させた炭素繊維束（東邦
レーヨン（株）製ベスファイト（登録商標）７μｍ×３
０００本）を一方向に引揃えてなるプリプレグ及び同炭
素繊維からなる平織物プリプレグをそれぞれ積層した。
積層に際し、層間に発泡性樹脂基材として発泡性エポキ
シ樹脂シートを介在させた。

【００２４】得られた積層体をステアリングホイールの
成形金型に配置したのち、成形金型を１１０℃×２時間
加熱・加圧し、熱硬化性樹脂プリプレグの硬化と発泡エ
ポキシ樹脂シートの発泡を行った。成形後、成形物を金
型より取り出し、予め１３０℃程度に加熱されたオイル
バス内に投入し、低融点合金を溶出させた。

【００２５】得られた繊維強化熱硬化性樹脂製自動車用
ステアリングホイールは、リム部、スポーク部、ボスプ
レート部及びボス金具が一体成形された、重量５１０ｇ
の計量で且つ外観も良好であった。 〔比較例〕鋳造により製作された鉄製の芯金に、ボス金
具を溶接により接合した。この芯金をステアリングホイ
ール成形金型に配置した。なお成形金型の型面には、予
め、成形後にステアリングホイールの表皮となるゴムを
配置した。次いで、型締め後、樹脂注入機により、発泡
ポリウレタン樹脂を芯金とゴムの空間部に注入し、発泡
成形した。

【００２６】得られたステアリングホイールは、鉄製の
芯金を有する中実で、重量が２ｋｇであった。

【００２７】

【発明の効果】本発明の自動車用ステアリングホイール
は、繊維強化複合材料からなるリム部、スポーク部、ボ
スプレート部及びボス金具が一体中空成形されて製作さ
れており、ステアリングホイール内部を中空とし、ま
た、金属製の芯金は使用していないため、軽量で且つ強
度が高い。

【００２８】また、ステアリングホイールのリム部、ス
ポーク部、ボスプレート部及びボス金具の接合部は、繊
維強化複合材料を長繊維の状態で連続的に配設している
ため、軽量で且つ負荷に十分耐え得る強度を有してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】繊維強化熱硬化性樹脂プリプレグを用いて製造
された本発明の自動車用ステアリングホイールの一例を
示す平面図。

【図２】図１中のＡ−Ａ′断面の一部拡大図。

【図３】図１中のＢ−Ｂ′断面図。

【図４】硬化前の積層体を成形金型にセットした時のＢ
−Ｂ′の断面図。

【符号の説明】 １０ ステアリングホイール本体 １１ リム部 １２ スポーク部 １３ ボスプレート部 １４ ボス金具 １５ 繊維強化熱硬化性樹脂複合材料 １６ 発泡樹脂 ２０ 中空部 ３０ 芯金 ４０ 成形金型

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維強化熱硬化性樹脂プリプレグにて、
   リム部、スポーク部及びボスプレート部からなるステア
   リングホイールが一体中空成形されていることを特徴と
   する自動車用ステアリングホイール。
2. 【請求項２】 （１）リム部、スポーク部及びボスプレ
   ート部からなるステアリングホイールの中空部となるべ
   き部分の形状と同じ形状の芯金を低融点合金にて製造
   し、 （２）製造された芯金の外周部に、繊維強化熱硬化性樹
   脂プリプレグを積層するとともに該積層間及び／又は芯
   金の表面に発泡性樹脂基材を積層してそれぞれ１層又は
   複数層からなる積層体とし、 （３）得られた積層体を金型にて加熱加圧成形して硬化
   と同時に発泡を行ない、 （４）芯金を加熱溶融し、成形体から低融点合金を排出
   して成形体を中空形状とすることを特徴とする自動車用
   ステアリングホイールの製造方法。
3. 【請求項３】 積層体を加熱加圧成形してボスプレート
   部に、ボス金具を一体成形することを特徴とする請求項
   ２記載の自動車用ステアリングホイールの製造方法。
4. 【請求項４】 低融点合金が、マグネシウム、亜鉛、
   鉛、錫、アルミニウム、ビスマス、アンチモンから選ば
   れた２種類以上の金属である請求項２記載の自動車用ス
   テアリングホイールの製造方法。
5. 【請求項５】 強化繊維が炭素繊維、ガラス繊維、アラ
   ミド繊維、アルミナ繊維、セラミックス繊維、炭化珪素
   繊維、ボロン繊維、高分子量ポリエチレン繊維、高強力
   ポリアクリレート繊維、ポリアミド繊維等である請求項
   ２記載の自動車用ステアリングホイールの製造方法。
6. 【請求項６】 強化樹脂がエポキシ樹脂、不飽和ポリエ
   ステル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリウ
   レタン樹脂等の熱硬化性樹脂である請求項２記載の自動
   車用ステアリングホイールの製造方法。
7. 【請求項７】 発泡性樹脂基材がエポキシ樹脂、ポリウ
   レタン樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、珪素樹脂か
   ら選ばれた１種又は２種以上の熱硬化性樹脂である請求
   項２記載の自動車用ステアリングホイールの製造方法。
8. 【請求項８】 繊維強化熱硬化性樹脂プリプレグが一方
   向プリプレグ、織物プリプレグ、織物プリプレグ、編物
   プリプレグ、ストランドプリプレグ、組紐プリプレグで
   ある請求項２記載の自動車用ステアリングホイールの製
   造方法。