JP2001234067A

JP2001234067A - 樹脂ホイール用繊維強化熱可塑性樹脂組成物及び樹脂ホイール

Info

Publication number: JP2001234067A
Application number: JP2000047934A
Authority: JP
Inventors: Yoneji Kobayashi; 米次小林; Takeshi Oba; 丈司大場; Kunio Machida; 邦郎町田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2001-08-28

Abstract

(57)【要約】【課題】強度、剛性及び靭性に優れ、これらが高度に
バランスした浮上式車両用２ピース樹脂ホイールを提供
する。【解決手段】ガラス繊維、炭素繊維及び改質剤を含む樹
脂ホイール用繊維強化熱可塑性樹脂組成物。熱可塑性樹
脂はポリアミド樹脂であり、ガラス繊維の含有量が５〜
２０重量％、炭素繊維の含有量が２０〜３５重量％、改
質剤の含有量が１〜５重量％。この繊維強化熱可塑性樹
脂組成物を成形してなる樹脂ホイール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は樹脂ホイール用繊維
強化熱可塑性樹脂組成物と、この繊維強化熱可塑性樹脂
組成物よりなる樹脂ホイールに係り、特に、磁気浮上式
鉄道車両（以下「浮上式車両」と称す。）用２ピースホ
イールの射出成形（又は射出圧縮成形）材料として好適
な、強度、剛性及び靭性のバランスに優れた樹脂ホイー
ルを良好な成形性のもとに成形し得る樹脂ホイール用繊
維強化熱可塑性樹脂組成物と、この繊維強化熱可塑性樹
脂組成物を成形してなる樹脂ホイールに関する。

【０００２】

【従来の技術】２１世紀の日本をリードする先端技術の
一つとして、浮上式車両が国民的注目を浴びている。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
に、また大都市への過度の人口集中を分散させるために
も明日の日本にとって不可欠の命題と言えよう。

【０００３】浮上式車両は高速走行中は浮上して走行す
るものの、停止時、低速走行時及び異常発生時は着地し
て走行するため、浮上式車両の開発には、ゴムタイヤと
それを支持するホイールの開発が求められている。

【０００４】ところで、このような浮上式鉄道輸送シス
テムにとって、自らの重量を軽くするということは高速
走行をする上で極めて重要な技術的要請であり、このシ
ステムを形成するすべての構成要素に軽量化が義務づけ
られている。特に、ホイールの場合、その重量増は車両
重量増につながるだけでなく、車輪の回転抵抗を増加さ
せるためタイヤの摩耗増につながる。また、ホイールの
ようなバネ下部材の重量増は乗心地の悪化にもつながる
ため、軽量化が強く要求されている。

【０００５】一般に、ホイールは、リム部と、ハブボル
ト孔が形成されたディスク部等で構成されるが、市販の
アルミホイールを構造面から分類すると、リム部、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、リム部又はディスク部の一部又は全体を各々独立
に成形した後分割部分を金属ボルトなどで接合して一体
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ピースホイールに比べると、デザインの多様
性、部分的取替え可能であることから各種のバラエティ
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。

【０００６】従来、浮上式車両用ホイールでは、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
イヤを装着するため、一般に２ピースホイールが用いら
れている。

【０００７】そして、その材質としては、マグネシウム
合金やアルミ合金が用いられているが、浮上式車両で
は、車輪は超電導磁石という強磁界を発生する磁石付近
に設置されているため、ホイールも強磁界内で回転する
こととなる。しかし、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を生じるため回転抵抗となり、着
地時、車輪走行時のタイヤ摩耗を増長させる原因の一つ
となっている。

【０００８】このようなタイヤ磨耗の軽減や、前述のホ
イールの軽量化のために、近年、樹脂製のホイールが提
案され、特開平４−２５４２０１号公報には、繊維強化
熱可塑性樹脂組成物の射出成形又は射出圧縮成形により
得られる樹脂ホイールが記載されている。また、特開平
５−１６６０１号公報にはねじ込みにより嵌合一体化さ
れた２ピース樹脂ホイールが記載されている。

【０００９】このうち、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の
射出成形又は射出圧縮成形品では、生産性に優れるとい
う利点がある。

【００１０】ところで、樹脂ホイールに限らず、車両用
ホイールにあっては、剛性、強度（引張強度）及び靭性
（破壊靭性）が良好で、これらが高度にバランスしてい
ることが要求される。即ち、剛性は、ビードの開きに対
してビードを保持するために、また、ディスク部の形状
を保持し、特に２ピースホイールの場合、締結部の形状
保持のために重要な特性である。また、引張強度はホイ
ール自体の強度向上のために重要な項目であり、また、
破壊靭性は、ホイール強度、耐久性の向上のために重要
な特性である。

【００１１】特に、浮上式車両用２ピースホイールにあ
っては、これらの特性が高度にバランスしていることが
要求される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】樹脂ホイールは、軽量
で前述のうず電流によるタイヤ磨耗の問題もないことか
ら、車両用ホイール、特に浮上式車両用ホイールとして
有効であるが、従来においては、剛性、靭性、強度がい
ずれも良好な樹脂ホイールを実現し得ないという不具合
があった。

【００１３】即ち、樹脂ホイールの成形材料の繊維強化
熱可塑性樹脂組成物の補強繊維としては、一般にガラス
繊維や炭素繊維が用いられているが、ガラス繊維強化熱
可塑性樹脂では剛性が不足し、炭素繊維強化熱可塑性樹
脂では剛性は高いものの、破壊靭性が不足するという欠
点があった。

【００１４】このような問題を改善するために、金型設
計を変更してホイールの構造自体を改良することも考え
られるが、金型設計の変更には当該成形設備の仕様や構
成上の制約を受け、変更のためのコストも嵩むという欠
点がある。

【００１５】本発明は上記従来の問題点を解決し、浮上
式車両用２ピースホイールの射出成形（又は射出圧縮材
料）として好適な、強度、剛性及び靭性に優れ、これら
が高度にバランスした樹脂ホイールを良好な成形性のも
とに成形し得る樹脂ホイール用繊維強化熱可塑性樹脂組
成物と、この繊維強化熱可塑性樹脂組成物を成形してな
る樹脂ホイールを提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の樹脂ホイール用
繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、ガラス繊維、炭素繊維
及び改質剤を含む樹脂ホイール用繊維強化熱可塑性樹脂
組成物であって、該熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂であ
り、該組成物中のガラス繊維の含有量が５〜２０重量
％、炭素繊維の含有量が２０〜３５重量％、改質剤の含
有量が１〜５重量％であることを特徴とする。

【００１７】ポリアミド樹脂にガラス繊維と炭素繊維と
改質剤とを所定割合で配合した繊維強化熱可塑性樹脂組
成物であれば、成形性を損なうことなく、高強度、高剛
性、高靭性で、これらが良好にバランスした樹脂ホイー
ルを実現することができる。

【００１８】本発明において、改質剤としては、オレフ
ィン系グラフト共重合体、特に、ポリオレフィンにビニ
ル系ポリマーをグラフト重合させてなるグラフト共重合
体を用いることができる。

【００１９】また、繊維強化熱可塑性樹脂組成物中のガ
ラス繊維と炭素繊維の合計の含有量は４０〜４３重量％
であることが好ましく、ガラス繊維と炭素繊維との含有
割合はガラス繊維：炭素繊維＝１：１．５〜３．５（重
量比）であることが好ましい。

【００２０】本発明の樹脂ホイールは、このような樹脂
ホイール用繊維強化熱可塑性樹脂組成物で構成されたも
のであり、特に射出成形又は射出圧縮成形により成形さ
れた浮上式車両用２ピース樹脂ホイールに好適である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。

【００２２】まず、本発明の樹脂ホイール用繊維強化熱
可塑性樹脂組成物について説明する。

【００２３】本発明の樹脂ホイール用繊維強化熱可塑性
樹脂組成物は、ガラス繊維５〜２０重量％、炭素繊維２
０〜３５重量％、改質剤１〜５重量％を含むポリアミド
樹脂組成物である。

【００２４】本発明において、ポリアミド樹脂として
は、ナイロン６，６・６，４・６，６・１０，１０，１
１，１２、芳香族ポリアミド等の１種又は２種以上を用
いることができる。

【００２５】また、補強繊維としてのガラス繊維及び炭
素繊維の直径は、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。

【００２６】改質剤としては、繊維強化熱可塑性樹脂組
成物の剛性、強度、成形性等を改善し得るものであれば
良く、各種の熱可塑性樹脂用改質剤を用いることができ
るが、例えば、本発明において、改質剤としては、オレ
フィン系グラフト共重合体、特に、ポリオレフィンにビ
ニル系ポリマーをグラフト重合させてなるグラフト共重
合体等を用いることができる。

【００２７】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物にお
いて、組成物中のガラス繊維の含有量が５重量％未満で
は得られる樹脂ホイールの強度が不足し、２０重量％を
超えると剛性が不足すると共に成形性が低下する。ま
た、組成物中の炭素繊維の含有量が２０重量％未満では
得られる樹脂ホイールの剛性が不足し、３５重量％を超
えると靭性が不足すると共に成形性が低下する。また、
組成物中の改質剤の含有量が１重量％未満では得られる
樹脂ホイールの靭性が不足し、５重量％を超えると強度
が不足する。

【００２８】従って、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組
成物中では、ガラス繊維５〜２０重量％、好ましくは１
０〜１７重量％、炭素繊維２０〜３５重量％、好ましく
は２５〜３０重量％、改質剤１〜５重量％、好ましくは
１．５〜２．５重量％とする。

【００２９】特に、強度、剛性、靭性及びそのバランス
の面から、繊維強化熱可塑性樹脂組成物中のガラス繊維
と炭素繊維の合計の含有量は４０〜４３重量％、好まし
くは４２〜４３重量％である。ガラス繊維と炭素繊維と
の含有割合はガラス繊維：炭素繊維＝１：１．５〜３．
５（重量比）好ましくは１：１．５〜２．５（重量比）
である。

【００３０】なお、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成
物には、耐候性、耐熱性、耐磨耗性、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、エラストマーなどの必要量を混合しても良い。

【００３１】本発明の樹脂ホイールは、このような本発
明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物を成形してなるもので
ある。

【００３２】この成形方法としては、射出成形法又は射
出圧縮成形法のいずれを用いても良い。ただし、２ピー
ス樹脂ホイールの場合にあっては、射出成形時に発生す
るウェルドラインを２ピース化（或いはそれ以上の分割
化）することによって避けることが可能であることを考
慮すると、本発明は射出成形又は射出圧縮成形によって
成形する場合において、特に大きな効力を発揮すると言
える。もちろん、分割して成形される樹脂ホイールの各
分割成形体は、各々上記３成形法のどれか単独の方法で
成形されても、異った複数の成形法を組合せて成形され
てもよい。また、本発明の樹脂ホイールは、上記いずれ
かの成形法で成形された１ピースホイールであっても良
い。

【００３３】本発明の樹脂ホイールはまた、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、ホイール本体の中間層又は表面層として設
けた補強構造としても良い。

【００３４】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，Ａｌ_２Ｏ_３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。

【００３５】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。

【００３６】また、本発明の樹脂ホイールでは、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
しても良く、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
足回り部品としても良い。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。

【００３７】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おり、特に、浮上式車両用２ピー
スホイールとして好適である。

【００３８】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明する。

【００３９】なお、以下の実施例及び比較例で用いた成
形材料（いずれも粒状体）は次の通りである。ガラス繊
維含有ポリアミド樹脂：ユニチカ社製「マテニールＡ
６９０」５０重量％ガラス繊維強化６，６ナイロン（ガ
ラス繊維平均直径１３μｍ）炭素繊維含有ポリアミド樹
脂：東レ社製「トレカペレット３１０１Ｔ４０」４０
重量％炭素繊維強化６，６ナイロン（炭素繊維平均直径
７μｍ）改質剤：日本油脂社製「モデイパーＡ８１０
０」（エチレン−エチルアクリレート−無水マレイン酸
共重合体（エチルアクリレート含有量１２重量％、無水
マレイン酸含有量３重量％）７０重量％に、ポリスチレ
ン３０重量％をグラフト共重合させたもの）

【００４０】実施例１〜３、比較例１ガラス繊維含有ポリアミド樹脂、炭素繊維含有ポリアミ
ド樹脂及び改質剤を所定の割合で十分に均一に混合した
後、東芝機械社製射出成形機「ＩＳ６３０」にて、下記
成形条件で、図１に示す２ピースホイールの分割成形体
１０Ａ，１０Ｂを成形し、ボルト５及びナット６で結合
することにより２ピース樹脂ホイールを作成した。な
お、図１中、１はリム部、２はディスク部を示し、４は
ベアリングを示す。

【００４１】［成形条件］温度：ノズルから２７５−２７５−２７５−２７５℃ 射出圧力：Ｐ１＝１００ｋｇ／ｃｍＰ３＝８５ｋｇ／ｃｍ射出速度：７０％計量：３５０ｍｍ速度切り替え位置：５０ｍｍタイマー：ＴＭ１＝６０ｓ，ＴＭ２＝２７０ｓ金型温度設定：１４０℃ 得られた２ピースホイールについて、相対強度、耐久性
を下記方法により調べ、結果を表１に示した。

【００４２】［相対強度］１０インチリムにタイヤをリ
ム組みし、タイヤに一定速度で圧力が上昇するように水
を充填した時のリム破壊圧力を測定する。比較例１の測
定値を１００とし、相対強度１１０が設計目標値。

【００４３】［耐久性］１０インチリム（２ピースホイ
ール）について、タイヤ内圧８３０ＫＰａ、荷重１２０
０ｋｇｆ、速度９０ｋｍ／ｈで５万ｋｍ走行後のホイー
ルを目視検査し、下記基準で評価した。 △：リム部微小クラックあり、締め付け部ゆるみあり ○：リム部微小クラックなし、締め付け部ゆるみあり ◎：リム部微小クラックなし、締め付け部ゆるみなし

【００４４】

【表１】

【００４５】表１より、ガラス繊維、炭素繊維及び改質
剤を所定割合で含む本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成
物よりなる樹脂ホイールは、高強度で剛性、靭性に優れ
るため耐久性も良好であることがわかる。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、浮
上式車両用２ピースホイールとして好適な、強度、剛性
及び靭性に優れ、これらが高度にバランスした樹脂ホイ
ールが良好な成形性、生産性のもとに提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の樹脂ホイールの実施の形態を示す断面
図である。

【符号の説明】

１リム部２ディスク部４ベアリング１０Ａ，１０Ｂ分割成形体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０８Ｋ 7/14 Ｃ０８Ｊ 5/00 ＣＦＧ // Ｃ０８Ｊ 5/00 ＣＦＧ (Ｃ０８Ｌ 77/00 (Ｃ０８Ｌ 77/00 51:06） 51:06）Ｂ２９Ｋ 77:00 Ｂ２９Ｋ 77:00 Ｂ２９Ｌ 31:32 Ｂ２９Ｌ 31:32 Ｂ２９Ｃ 67/14 ＹＦターム(参考） 4F071 AA54 AA55 AA56 AB03 AB28 AD01 AE17 AF14 AH07 BA01 BB05 BC07 4F072 AA08 AB09 AB10 AB15 AB33 AD04 AD44 AD52 AE06 AE11 AK15 AL02 4F205 AA29 AB07 AB16 AB18 AB25 AH04 AH17 HA12 HA22 HA34 HA36 HA38 HB01 HC16 HC17 HF02 4J002 BN032 CL011 CL031 CL061 DA017 DL006 FA046 FA047 GN00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス繊維、炭素繊維及び改質剤を含む
樹脂ホイール用繊維強化熱可塑性樹脂組成物であって、該熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂であり、該組成物中のガラス繊維の含有量が５〜２０重量％、炭
素繊維の含有量が２０〜３５重量％、改質剤の含有量が
１〜５重量％であることを特徴とする樹脂ホイール用繊
維強化熱可塑性樹脂組成物。
【請求項２】請求項１において、該改質剤がオレフィ
ン系グラフト共重合体であることを特徴とする繊維強化
熱可塑性樹脂組成物。
【請求項３】請求項２において、該改質剤がポリオレ
フィンにビニル系ポリマーをグラフト重合させてなるグ
ラフト共重合体であることを特徴とする樹脂ホイール用
繊維強化熱可塑性樹脂組成物。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１項におい
て、該組成物中のガラス繊維と炭素繊維の合計の含有量
が４０〜４３重量％であることを特徴とする樹脂ホイー
ル用繊維強化熱可塑性樹脂組成物。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれか１項におい
て、該組成物中のガラス繊維と炭素繊維との含有割合が
ガラス繊維：炭素繊維＝１：１．５〜３．５（重量比）
であることを特徴とする樹脂ホイール用繊維強化熱可塑
性樹脂組成物。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれか１項に記載
の樹脂ホイール用繊維強化熱可塑性樹脂組成物で構成さ
れた樹脂ホイール。
【請求項７】請求項６において、各々独立に成形され
た２以上の分割成形体が接合一体化されてなることを特
徴とする樹脂ホイール。
【請求項８】請求項７において、該分割成形体は射出
成形又は射出圧縮成形により成形されたものであること
を特徴とする樹脂ホイール。
【請求項９】請求項６ないし８のいずれか１項におい
て、浮上式車両用樹脂ホイールであることを特徴とする
樹脂ホイール。