(57)【要約】【課題】高剛性で、安全性が高く、安価なステアリングホイールおよびその製造方法を提供する。【解決手段】表面材１４と、芯材層１３と、芯金１２とを一体に成形してなるステアリングホイールであって、芯材層１３が木質薄片積層材からなるステアリングホイール１０。木質薄片積層材を、木質薄片にバインダーを含浸したプリプレグが加熱、加圧成形されたものとする。木質薄片にバインダーが含浸されたプリプレグを形成し、このプリプレグを加熱、加圧成形して、芯材層１３を形成する工程を備えたステアリングホイールの製造方法。表面材１４を予備成形した後に金型内に配し、その内側にプリプレグを配し、このプリプレグを加熱、加圧成形して、芯材層１３を表面材１４と一体に成形する工程を備えたステアリングホイールの製造方法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面材と、芯材層と、芯金とを一体に成形してなるステアリングホイールであって、
前記芯材層が木質薄片積層材からなることを特徴とするステアリングホイール。
【請求項２】
前記木質薄片積層材は、木質薄片にバインダーを含浸したプリプレグが加熱、加圧成形されたものであることを特徴とする請求項１記載のステアリングホイール。
【請求項３】
表面材と、芯材層と、芯金とを一体に成形するステアリングホイールの製造方法において、
木質薄片にバインダーが含浸されたプリプレグを形成し、該プリプレグを加熱、加圧成形して、前記芯材層を形成する工程を備えたことを特徴とするステアリングホイールの製造方法。
【請求項４】
前記表面材を予備成形した後に金型内に配し、その内側に前記プリプレグを配し、該プリプレグを加熱、加圧成形して、前記芯材層を前記表面材と一体に成形する工程を備えたことを特徴とする請求項３記載のステアリングホイールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のステアリングホイールおよびその製造方法に関し、特に、高剛性かつ安全性の高いステアリングホイールおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のステアリングホイールを示す断面図である。
このステアリングホイール１は、棒状またはパイプ状の金属からなる芯金２と、芯金２の外周を覆っている芯材層３と、表面材４とから概略構成されている。
このようなステアリングホイールとして、各構成部材の種類の異なるものが、多数考案されている。
以下に、従来のステアリングホイールを例示する。
【０００３】
従来のステアリングホイールの第１の例としては、芯材層３が木質単板からなり、表面材４が塗装などの塗膜からなるものが挙げられる。
第２の例としては、芯材層３が樹脂発泡体からなり、表面材４が裏打ち化粧材からなるものが挙げられる。また、裏打ち化粧材としては、木質単板に、和紙、化学繊維の不織布などが裏打ち材で裏打ちされたものが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３１０４０７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の例では、ステアリングホイールの直径に相当する大きさの木質単板が必要となる。このような木質単板を形成するには、この木質単板の直径よりも太さの大きい原木が必要である。近年、木質資源の不足や、森林保護の問題などから、このような原木を安定に入手することが困難であるという問題があった。
また、第２の例では、芯材層が剛性を有していないから、ステアリングホイールに衝撃が加えられると、ステアリングホイールが容易に変形し、表面材に施された塗装などからなる塗膜が割れてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、高剛性で、安全性が高く、安価なステアリングホイールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、表面材と、芯材層と、芯金とを一体に成形してなるステアリングホイールであって、前記芯材層が木質薄片積層材からなるステアリングホイールによって解決できる。
前記木質薄片積層材は、木質薄片にバインダーを含浸したプリプレグが加熱、加圧成形されたものであることが好ましい。
また、前記課題は、表面材と、芯材層と、芯金とを一体に成形するステアリングホイールの製造方法において、木質薄片にバインダーが含浸されたプリプレグを形成し、該プリプレグを加熱、加圧成形して、前記芯材層を形成する工程を備えたステアリングホイールの製造方法によって解決できる。
ステアリングホイールの製造方法が、前記表面材を予備成形した後に金型内に配し、その内側に前記プリプレグを配し、該プリプレグを加熱、加圧成形して、前記芯材層を前記表面材と一体に成形する工程を備えたことが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明のステアリングホイールの一例を示す断面図である。
このステアリングホイール１０は、芯金１２と、芯金１２の外周を覆っている芯材層１３と、表面材１４とから概略構成されている。また、ステアリングホイール１０では、分割して成形された芯材層１３、１３および分割して成形された表面材１４、１４が継ぎ合わされて、継ぎ目１５、１５が芯金１２を通る面上に位置している。
また、ステアリングホイール１０の表面には、必要に応じて着色、塗装、研磨などが施されている。
【０００９】
芯金１２は、断面形状任意で、鉄などの金属からなる棒状またはパイプ状のものである。また、芯金１２は、アルミニウムやマグネシウムなどの軽金属をダイキャスト成形したものであってもよい。
【００１０】
芯材層１３は、木質薄片にバインダーを付着させて積層し、これを加熱、加圧成形して一体に結合した木質薄片積層材で形成されている。芯材層１３は、このような構成であるから、軽量かつ高剛性である。
また、この木質薄片積層材は、木質薄片にバインダーが含浸されたシート状のプリプレグを、加熱、加圧成形したものである。
本発明で用いられるシート状のプリプレグは、木質薄片積層材の前駆体であり、その構成材料は木質薄片積層材と同一である。また、このシート状のプリプレグの厚さは、２０．０ｍｍ程度が好ましい。また、このシート状のプリプレグは可撓性を有するから、容易に任意形状に形成することができる。
【００１１】
本発明で用いられる木質薄片としては、特に限定されず、各種針葉樹、広葉樹などの薄片を用いることができる。例えば、アスペン、ラジアータパイン、ロッジポールパイン、スギ、ヒノキ、アカマツ、エゾマツ、トドマツなどの薄片が用いられる。なお、これらの木質薄片としては、小径の木、曲がった木、間伐材などの従来、廃材とされていた木材を薄片にしたものを用いることができる。したがって、森林資源を有効に活用することができる。
【００１２】
本発明で用いられる木質薄片は、厚さの絶対値が０．６ｍｍ以下、厚さの平均値が０．０１〜０．５ｍｍのものが好適に用いられるが、これに限定されるものではない。ここで、木質薄片の厚さの絶対値とは、用いる木質薄片を無作為に２００個以上抽出したときの最小と最大の厚さを意味し、厚さの平均値とは抽出したサンプル（木質薄片）の厚さを平均した値を意味するものとする。
厚さの絶対値が０．６ｍｍを超えると、これを成形して得られる木質薄片積層材の表面の平滑性が損われ、芯金１２および表面材１４と接合し難くなる。また、表面材１４の表側にも凹凸が生じ易くなる。
【００１３】
また、木質薄片の長さは、２０〜１００ｍｍの範囲が好ましい。木質薄片の長さは、成形品の形状に応じて適宜設定される。木質薄片の長さの絶対値は、目標長さ（平均値）に対して±１０ｍｍ以内が好ましい。ここで、木質薄片の長さの絶対値とは、用いる木質薄片を無作為に５０個以上抽出したときの最小と最大の長さを意味する。木質薄片の長さの平均値とは、目的とする値を意味する。
【００１４】
また、木質薄片の幅は、絶対値が５０ｍｍ以下、平均値が５〜４０ｍｍの範囲内であることが好ましい。ここで、木質薄片の幅の絶対値とは、用いる木質薄片を無作為に５０個以上抽出したときの最小と最大の幅を意味する。木質薄片の幅の平均値とは、抽出したサンプル（木質薄片）の幅を平均した値を意味するものとする。
木質薄片の幅の絶対値が５０ｍｍを超えると、木質薄片がカールしたり、折れ曲がり易く、バインダーとの混合時に折れ曲がった内側までバインダーが付着し難く、また、熱圧成形時に空気の抜けが悪く、ボイド（泡）が発生し易くなる。その結果、得られる木質薄片積層材の表面の平滑性が損われたり、木質薄片が剥離したりする。
【００１５】
また、木質薄片積層材をなす木質薄片の配列は、特に制限されるものではないが、木目方向をほぼ一方向に揃えて配列されたものであってもよく、あるいは三層構造にした場合、１層目をなす木質薄片と２層目をなす木質薄片の木目方向を直交方向に、１層目をなす木質薄片と３層目をなす木質薄片の木目方向を平行方向にしてもよい。さらに、目的とする木質薄片積層材の強度や剛性に応じて、同一方向に配列する木質薄片の割合を変更できる。または、木質薄片の木目方向をランダムにしてもよい。
【００１６】
木質薄片の結合に用いられるバインダーは、熱硬化性樹脂と粘着剤を含むものである。
ここでの熱硬化性樹脂としては、粗ＭＤＩ（ジフェニルメタンジイソシアネート未精製品）、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂などの未硬化樹脂液が用いられる。中でも、粗ＭＤＩが好ましく、これにフェノール樹脂を併用することが型離れが良好となって好ましい。
粗ＭＤＩは、木質薄片に含まれる水分と反応して発泡し、硬化が進行するもので、この発泡性に起因して、木質薄片の交差部にのみ樹脂分が付着し、木質薄片の空間部が発泡セルで押し広げられ、樹脂使用量が少なくて済み、軽量化が可能である利点がある。
【００１７】
また、粘着剤としては、クロロプレンゴムエマルジョン、天然ゴムエマルジョン、スチレンブタジエンエマルジョン、ニトリルゴムエマルジョン、アクリル酸エステル系エマルジョン、エチレン酢酸ビニル系エマルジョンなどのエマルジョンや石油系樹脂（炭素数５〜１０）などのタッキファイヤーが好適である。中でも、クロロプレンゴムエマルジョンが、初期粘着性が高く、凝集力にも優れ、後述する仮プレスによって、木質薄片を取り扱い可能な程度にまで固着させることができる点で好ましく、樹脂固形分３０〜７０重量％のノニオン型のエマルジョンを用いることが好ましい。
また、バインダーには、アニオン型エマルジョンワックスなどのワックスを添加して、耐水性を高めることが好ましい。
【００１８】
最も好適なバインダーとしては、粗ＭＤＩとフェノール樹脂とクロロプレンゴムエマルジョンとワックスからなるもので、その配合量比が固形分の質量比で、粗ＭＤＩ：フェノール樹脂：クロロプレンゴムエマルジョン：ワックス＝５〜２０：０〜５：０．５〜４：０．５〜４のものである。
粗ＭＤＩが５未満では本プレス後の芯材層１３の機械的強度が低くなり、２０を超えると離型不良となり不経済でもある。フェノール樹脂が５を超えると、プリプレグの保存期間が短くなる。クロロプレンゴムエマルジョンが０．５未満では、プリプレグの取り扱い性が悪くなり、４を超えると離型性が低下し、不経済である。
【００１９】
このバインダーは、あらかじめこれら成分が混合された１つの液状のバインダーとされるものではなく、各成分を別々に用意しておき、木質薄片に各成分を順次塗布する方法で使用される。このときの順序は、粗ＭＤＩ、フェノール樹脂、ワックス、クロロプレンゴムエマルジョンの順が好ましい。
【００２０】
次に、このような芯材層１３成形用バインダーを用いた、芯材層１３の製法およびプリプレグについて説明する。
ここで用いられる木質薄片として、あらかじめ酢酸、無水酢酸、クロル酢酸などの気化蒸気に接触させて気相中でアセチル化（アセチル化度１２〜２０％）したものを用い、得られる木質パネルの耐水性を高めるようにしてもよい。
【００２１】
この木質薄片は、十分に乾燥することが好ましく、含水率が高いと木質薄片中の水分がバインダー中の粗ＭＤＩと先に反応してしまい、後述する仮プレス中に硬化反応が進行するおそれがある。
まず、十分に乾燥された木質薄片に上述したように、バインダーの各成分を粗ＭＤＩ、フェノール樹脂、ワックス、最後にクロロプレンゴムエマルジョンの順序で塗布する。
【００２２】
バインダーの塗布は、回転ドラムの中に木質薄片を入れ、これを回転させながらバインダーの各構成成分を先の順序に従って滴下あるいはスプレー散布する方法などで行なわれる。
バインダーの塗布量は、木質薄片１００重量部に対してバインダー総量の固形分で６〜３３重量部とすることが好ましい。
【００２３】
次いで、バインダー塗布後の木質薄片を成形型内に、ある厚みで散布、集積して集積体とし、この集積体を熱圧プレスの熱板間に挿入して仮プレスする。この仮プレス条件は、粘着剤としてクロロプレンゴムエマルジョンを用いたものでは、温度４５〜８０℃、圧力３〜５ＭＰａ、時間３０秒〜５分程度とされる。この仮プレスの際の温度条件は、バインダー中の粗ＭＤＩが反応しない十分に低い温度とすることが必要であり、この点からも比較的低温で高い粘着性を発揮するクロロプレンゴムエマルジョンが好適である。
【００２４】
この仮プレスにより、木質エレメントに塗布されたバインダー中のクロロプレンゴムエマルジョンの粘着性が発現し、この粘着性によって木質エレメントが軽く固着した状態となる。この仮プレスでは、加熱温度が低いので粗ＭＤＩおよびフェノール樹脂の硬化はほとんど進行せず、仮プレス後のものは、半硬化状態となったプリプレグとなる。
【００２５】
表面材１４は、木質単板を裏打ち材で裏打ちした裏打ち化粧材、木質単板と樹脂製の薄板とを積層させた単板・樹脂複合材などで形成されている。
裏打ち化粧材としては、厚さ０．１５〜１．００ｍｍの木質単板に、和紙、化学繊維の不織布などが裏打ち材で裏打ちされたものが好ましく用いられる。このような裏打ち化粧材を用いる場合は、その裏面にプライマーを塗布することが好ましく、これにより表面材１４の裏面に積層される芯材層１３との密着性を向上することができる。プライマーとしては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂などを用いることができる。プライマーの膜厚は２０〜１００μｍ程度が好ましい。
また、補強として、芯材層１３と表面材１４との間に、未硬化の樹脂含浸紙を挿入し、熱硬化、接着してもよい。
【００２６】
本発明のステアリングホイールは、芯材層１３が、木質薄片にバインダーを付着させて積層し、これを加熱、加圧成形して一体に結合した木質薄片積層材で形成されているから、軽量かつ安価で、高剛性である。また、本発明のステアリングホイールでは、芯材層１３が、高剛性の木質薄片積層材で形成されているから、表面材を上記のような裏打ち化粧材や単板・樹脂複合材とすることができる。また、芯材層１３が、高剛性の木質薄片積層材で形成されているから、ステアリングホイールに衝撃が加えられても、ステアリングホイールが容易に変形することがないから、表面材に施された塗装などからなる塗膜が割れることがない。また、木質薄片積層材が、木質薄片にバインダーを含浸した、可撓性を有するプリプレグが加熱、加圧成形されたものであるから、芯材層１３と表面材１４との密着性が高い。
【００２７】
以下、図１ないし図４を用いて、本発明のステアリングホイールの製造方法を説明する。
まず、ステアリングホイール１０の表側となる表面材１４と裏側となる表面材１４とを、それぞれ曲面加工による予備成形をする。この予備成形によって、表面材１４をステアリングホイール１０の表面形状に近い状態に成形するが、必ずしも最終形状と一致させなくてもよい。この際、表側と裏側とで同じ金型を用いて成形してもよく、あるいは裏側用の表面材１４の予備成形は、グリップの凹凸を有する金型を用いて行なってもよい。
表面材１４の予備成形は、熱圧プレス、真空プレス、真空成形、圧縮空気圧成形などによって行なわれ、好ましくは熱圧プレスまたは真空プレスによって行なわれる。熱圧プレス条件は、１００〜１５０℃で１〜５分程度とされ、真空プレス条件は、１００〜１５０℃で１〜５分程度とされる。また、表面材１４の予備成形に先立って、公知の方法による加湿処理、アンモニアを用いたアルカリ処理などを行なうことにより、表面材１４を軟化させることができる。このような前処理を表面材１４に施すことにより、曲面加工時に表面材１４が割れるのを防止し、成形性を向上することができる。
【００２８】
次に、芯材層１３をなす木質薄片積層材の前駆体として、木質薄片にバインダーが含浸されたシート状のプリプレグ１６を製造する。
以下に、プリプレグ１６の製造方法を示す。
まず、上記の広葉樹または針葉樹の木材を、ディスクフレーカーなどを用いて、薄片とする。
次に、この木質薄片を、乾燥機を用いて乾燥し、所定の含水率、好ましくは３％以下とする。
次に、木質薄片の表面上に、木質薄片を結合するためのバインダーを付着させる。木質薄片にバインダーを付着させるには、通常、バインダーをスプレー方式で木質薄片に塗布する方法が用いられる。例えば、低速で回転する回転ドラム内に、上記のように大きさと含水率が調整された木質薄片を入れ、この回転ドラム内で木質薄片が自然落下する際に、バインダーを木質薄片にスプレー塗布する方法が好適である。
バインダーをスプレー方式で木質薄片に塗布する場合、バインダーを、あらかじめ溶剤に溶解して溶液として塗布する。なお、均一分散良好なスプレー装置を使用する場合は、溶剤での希釈は不要である。
次に、バインダーを付着させた木質薄片を、木質薄片積層材のフォーミング用枠などに散布し、積層して、木質薄片の積層体とする。
次に、この積層体を、温度４５〜８０℃、圧力３〜５ＭＰａで、１〜１０分間、加熱、加圧し、木質薄片にバインダーが含浸された状態のシート状のプリプレグ１６を得る。
【００２９】
次に、図２に示すように、このプリプレグ１６と表面材１４とを、一体化する。
まず、成形用金型２０を用意する。成形用金型２０は、開閉自在な上型２１と下型２２とからなっている。下型２２には、キャビティ２２ａが形成されており、キャビティ２２ａの内面形状がステアリングホイール１０の表側または裏側のいずれかの外面形状とほぼ等しくなるように形成されている。上型２１には、下型２２との接合面上に、キャビティ２２ａよりも小さい断面半円形状の突出部２１ａが形成されている。この突出部２１ａは、上型２１と下型２２とを閉じたときに、キャビティ２２ａの開口部の中央に位置するように形成されている。次いで、下型２２を１００〜１５０℃に加熱し、下型２２のキャビティ２２ａ内に、予備成形した表面材１４を配し、表面材１４上に短冊状に切り出したプリプレグ１６を載置する。次いで、上型２１を閉じて、金型温度を１５０〜２３０℃、圧力を１〜５ＭＰａとして、１〜１０分程度加熱、加圧成形し、所定時間経過後、図３に示すような表面材１４と芯材層１３とが一体化された成形体１７を金型から取り出す。
【００３０】
次に、成形体１７から、その成形によって生じたバリなどの余分な部分を除去する。
次に、ステアリングホイール１０の表側をなす成形体１７および裏側をなす成形体１７を突き合せて、これらの溝１７ａ、１７ａ内に芯金１２を収容し、接着剤などを介して、表側をなす成形体１７および裏側をなす成形体１７と、芯金１２とを接合、一体化し、図４に示すようなステアリングホイール用成形体を得る。
そして、このようにして得られたステアリングホイール用成形体の表面材１４、１４の継ぎ目１５、１５をサンドペーパーなどで仕上げた後、必要に応じて着色、塗装、研磨などを施して、ステアリングホイール１０を得る。
【００３１】
このように、本発明のステアリングホイールの製造方法によれば、芯材層の形成時間が短くなり、製造効率が向上する。また、木質薄片として、小径の木、曲がった木、間伐材などの従来廃材とされていた木材を薄片にしたものなどを用いているから、森林資源を有効に活用することができる上に、安価にステアリングホイールを製造することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のステアリングホイールは、表面材と、芯材層と、芯金とを一体に成形してなるステアリングホイールであって、前記芯材層が木質薄片積層材からなるから、軽量かつ安価で、高剛性である。また、芯材層が、高剛性の木質薄片積層材で形成されているから、表面材を裏打ち化粧材や単板・樹脂複合材とすることができる。ステアリングホイールに衝撃が加えられても、ステアリングホイールが容易に変形することがないから、表面材に施された塗装などからなる塗膜が割れることがない。
前記木質薄片積層材が、木質薄片にバインダーを含浸したプリプレグが加熱、加圧成形されたものであれば、芯材層と表面材との密着性が高い。
また、本発明のステアリングホイールの製造方法は、表面材と、芯材層と、芯金とを一体に成形するステアリングホイールの製造方法において、木質薄片にバインダーが含浸されたプリプレグを形成し、該プリプレグを加熱、加圧成形して、前記芯材層を形成する工程を備えているから、芯材層の形成時間が短くなり、製造効率が向上する。また、森林資源を有効に活用することができる上に、安価にステアリングホイールを製造することができる。
また、本発明のステアリングホイール製造方法が、前記表面材を予備成形した後に金型内に配し、その内側に前記プリプレグを配し、該プリプレグを加熱、加圧成形して、前記芯材層を前記表面材と一体に成形する工程を備えていれば、工程数が少なくなり、製造効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のステアリングホイールの一例を示す断面図である。
【図２】本発明のステアリングホイールの製造方法を示す概略断面図である。
【図３】本発明のステアリングホイールの製造方法を示す概略断面図である。
【図４】本発明のステアリングホイールの製造方法を示す概略断面図である。
【図５】従来のステアリングホイールを示す断面図である。
【符号の説明】
１０・・・ステアリングホイール、１２・・・芯金、１３・・・芯材層、１４・・・表面材、１５・・・継ぎ目、１６・・・プリプレグ、１７・・・成形体、２０・・・成型用金型、２１・・・上型、２１ａ・・・突出部、２２・・・下型、２２ａ・・・キャビティ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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