(57)【要約】【課題】外周幅方向が凹形状であるホイールのリムの型に対し連続繊維強化樹脂材を精度良く積層することが可能なホイールのリム製造方法を提供する。【解決手段】複数の連続繊維強化樹脂材３２を、リム成形用の型４０の外周面５０に対して、型４０の軸線Ａの方向に沿うように略並列させて敷き詰める。更に、型４０の外周面５０に敷き詰められた複数の連続繊維強化樹脂材３２からなる連続繊維強化樹脂材層３２−ｎの上に、連続繊維強化樹脂材３２を型４０の軸線Ａの方向に沿うように略並列させて貼り付けて積層する。更に、拘束材７６を、型４０の段差部７２、７４に配置される連続繊維強化樹脂材層３２−ｎに対して軸線Ａを中心にして巻回する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の連続繊維強化樹脂材を、リム成形用の型の外周面に対して、前記型の軸線方向に沿うように略並列させて敷き詰める繊維敷設工程と、
前記繊維敷設工程の後又は前記繊維敷設工程の際に、前記連続繊維強化樹脂材が前記型の径方向外側へ移動することを規制する拘束材を、前記型の段差部に配置された連続繊維強化樹脂材層に対して巻回する拘束工程と、
前記繊維敷設工程及び前記拘束工程の後に、複数の前記連続繊維強化樹脂材を、前記型に貼り付けられた前記連続繊維強化樹脂材層に対して、前記型の軸線方向に沿うように略並列させて貼り付けて積層する繊維積層工程とを有する
ことを特徴とするホイールのリム製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のホイールのリム製造方法において、
１層分以上の繊維積層工程を行った後に、連続繊維強化樹脂材が積層された積層体の縁部を、前記積層体の外周面側又は内周面側に折り返すフランジ成形工程を更に有する
ことを特徴とするホイールのリム製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、連続繊維強化樹脂材を素材としてリムを製造するホイールのリム製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の燃費向上及び車両の運動性能向上の対策としてホイールの軽量化技術の開発が進められている。その一つとして、素材に繊維強化樹脂材［以下、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）という。］、特に強化材として炭素繊維を含む炭素繊維強化樹脂材［以下、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）という。］を用いたホイールが開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、樹脂を含浸させたフィラメント状の強化繊維をマンドレルに巻きつける所謂フィラメントワインディング成形法（ＦＷ法）により、ホイールのリムを製造する方法が開示されている。特許文献１に記載の方法によれば、リム形状のマンドレルを回転させることにより、マンドレルにフィラメントを巻きつけてリムを成形する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２６１６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されるＦＷ法は強化繊維の強さを生かせる手法の一つである。一方、ガスタンク等のような全体的に凸形状の部材をＦＷ法で作成する際には複数本の連続繊維強化樹脂を軸方向に多本供給することで積層時間を短縮する技術が開発されている。しかし、ホイールのリムのような凹形状の部材に連続繊維強化樹脂材を供給する場合には、連続繊維強化樹脂をそのホイールの型に沿わせることが難しいという課題があった。
【０００６】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、外周幅方向が凹形状であるホイールのリムの型に対し連続繊維強化樹脂材を精度良く積層することが可能なホイールのリム製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ホイールのリム製造方法であって、複数の連続繊維強化樹脂材を、リム成形用の型の外周面に対して、前記型の軸線方向に沿うように略並列させて敷き詰める繊維敷設工程と、前記繊維敷設工程の後又は前記繊維敷設工程の際に、前記連続繊維強化樹脂材が前記型の径方向外側へ移動することを規制する拘束材を、前記型の段差部に配置された連続繊維強化樹脂材層に対して巻回する拘束工程と、前記繊維敷設工程及び前記拘束工程の後に、複数の前記連続繊維強化樹脂材を、前記型に貼り付けられた前記連続繊維強化樹脂材層に対して、前記型の軸線方向に沿うように略並列させて貼り付けて積層する繊維積層工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明では、複数の連続繊維強化樹脂材を、リム成形用の型の外周面に対して、型の軸線方向に沿うように略並列させて敷き詰める。更に、型の外周面に敷き詰められた複数の連続繊維強化樹脂材からなる連続繊維強化樹脂材層の上に、連続繊維強化樹脂材を軸線方向に沿うように略並列させて貼り付けて積層する。更に、拘束材を、型の段差部に配置される連続繊維強化樹脂材層に対して軸線を中心にして巻回する。このように、本発明では拘束材で連続繊維強化樹脂材層の移動を規制するため、連続繊維強化樹脂材層の移動が防止され、外周幅方向が凹形状であるホイールのリムの型に対して連続繊維強化樹脂材を精度良く積層することが可能となる。更に、本発明では連続繊維強化樹脂を多本数供給し、型の軸線方向に沿うように隙間なく略並列させて積層するため、連続繊維強化樹脂材を型の外周方向に巻回して積層するよりも、所定厚さのリム積層体を迅速に積層することが可能になり、積層時間を短縮することができる。
【０００９】
本発明においては、１層分以上の繊維積層工程を行った後に、連続繊維強化樹脂材が積層された積層体の縁部を、前記積層体の外周面側又は内周面側に折り返すフランジ成形工程を更に行うようにしてもよい。フランジ成形工程によれば、リムのフランジ部の厚みを厚くすることができ、フランジ部の強度を高くすることが可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、型の外周面に積層する連続繊維強化樹脂材層が、拘束材によって型の径方向外側へ移動することを規制するため、連続繊維強化樹脂材を凹形状を有するリムの型に追従させるとともに、型の軸線方向に沿うように略並列させて貼り付けて積層することが可能になる。このため、外周幅方向が凹形状であるホイールのリムの型に対して連続繊維強化樹脂材を精度良く積層することが可能となる。更に、所定厚さのリム積層体を迅速に積層することが可能になり、積層時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１Ａはホイールの外観を示す正面図であり、図１Ｂはホイールの外観を示す右側面図である。
【図２】図２Ａはスポーク部成形用の型の外観を示す斜視図であり、図２Ｂはリム成形用の型の外観を示す斜視図である。
【図３】図３Ａは本実施形態に係るホイールのリム製造方法の説明に供される断面図であり、図３Ｂは図３Ａのフランジ部を拡大して示す図である。
【図４】図４はガイド装置とリム成形用の型の外観を示す斜視図である。
【図５】図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃはフランジ部の製造工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るホイールのリム製造方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
［ホイール１０の構造］
最初に、図１Ａ、図１Ｂを用いてホイール１０の構造を説明する。ホイール１０は、大きくは、円筒状のリム１２と、リム１２の中心に位置するハブ１４と、リム１２とハブ１４との間に介在するスポーク部１６と、を備える。スポーク部１６は一体成形された５つのスポーク２０、２２、２４、２６、２８を有する。
【００１４】
リム１２は炭素繊維及び樹脂を含むフィラメント又はフィラメントの束が積層されて成形される。本明細書では、このフィラメント又はフィラメントの束を連続繊維強化樹脂材３２（図３Ａ参照）とする。連続繊維強化樹脂材３２は一方向強化材、一方向強化複合材料、又はＵＤ材等ともいう。複数の連続繊維強化樹脂材３２は、リム１２の形状に倣って、リム１２の軸方向（幅方向）に互いに略並行して配置される。
【００１５】
ハブ１４には、５つの金属製のインサート部材１８がボア１４ａを囲むように等間隔に配置されて埋め込まれている。各インサート部材１８は、スポーク２０、２２、２４、２６、２８の延長上に位置する。金属製のインサート部材１８によりナットの締付に対する軸力が確保される。
【００１６】
５つのスポーク２０、２２、２４、２６、２８は、リム１２と同様に炭素繊維及び樹脂を含むフィラメント又はフィラメントの束が積層されて成形される。なお、スポーク２０、２２、２４、２６、２８は、金属で成形されていてもよい。
【００１７】
［リム成形用の型４０の構造］
図２Ａ、図２Ｂを用いて、後述する実施形態で使用するリム成形用の型（マンドレル）４０について説明する。図２Ｂに示されるように、本実施形態で使用するリム成形用の型４０は、スポーク部成形用の２つの型４２Ａ、４２Ｂと２つのキャップ４６Ａ、４６Ｂとスペーサー４８とからなる。型４２Ａ、４２Ｂ、キャップ４６Ａ、４６Ｂ及びスペーサー４８は金属からなる。なお、型４０、キャップ４６Ａ、４６Ｂ、スペーサー４８は樹脂であってもよい。
【００１８】
図２Ａに示されるように、スポーク部成形用の２つの型４２Ａ、４２Ｂはスペーサー４８を介して組み合わされる。炭素繊維及び樹脂を含むフィラメント又はフィラメントの束が型４２Ａ、４２Ｂの表面４４Ａ、４４Ｂに積層されると、表面４４Ａ、４４Ｂにスポーク部１６に相当する積層体が成形される。次に、図２Ｂに示されるように、型４２Ａ、４２Ｂの表面４４Ａ、４４Ｂにキャップ４６Ａ、４６Ｂが取り付けられる。この状態で、型４２Ａの外周面とキャップ４６Ａの外周面は、リム１２の内周面の形状を呈する。同様に、型４２Ｂの外周面とキャップ４６Ｂの外周面は、リム１２の内周面の形状を呈する。型４０により２つのリム１２、１２を成形することができる。本実施形態においては２つのリム１２、１２を一度に形成しているが、１つ、又は３つ以上のリムを一度に成形することも可能である。
【００１９】
［リム１２の製造方法］
図３Ａ、図３Ｂを用いて、本実施形態に係るホイール１０のリム製造方法を説明する。図３Ａ、図３Ｂは、型４０の軸線Ａと平行する平面における断面図を示すとともに、型４０の外周面５０に対して連続繊維強化樹脂材３２を積層する状態を示している。なお、説明の便宜のために、図３Ａ、図３Ｂでは外周面５０に積層される連続繊維強化樹脂材３２の積層体３２−０が拡大して示されている。
【００２０】
本実施形態は、繊維敷設工程と１以上の周方向の拘束工程及び１以上の繊維積層工程を行うものである。この際、例えば、図４に示されるガイド装置６０を使用することが可能である。ガイド装置６０には型４０が通過可能な通過孔６０Ｈが形成されている。また、通過孔６０Ｈの内周及び外周には連続繊維強化樹脂材３２を供給するガイド孔６０Ａが設けられる。図４ではガイド孔６０Ａは１つしか記載されていないが、実際にはガイド孔６０Ａは繊維敷設工程及び繊維積層工程で型４０の外周に沿って連続繊維強化樹脂材３２を並列させて貼り付けられるように、型４０の軸線Ａを中心にして型４０の外周方向に放射状に複数（例えば１８０個）設けられる。ガイド孔６０Ａを通過する連続繊維はガイド孔上流で、テンショナー６３、フリクション要素（図示せず）を介し、それぞれのガイド孔６０Ａに対応して設置されたボビン６２から供給される。ガイド装置６０は固定されている。一方、型４０は端部シャフト６６で支持されており、軸線Ａと平行する方向（Ｄ１、Ｄ２）に相対的に移動可能である。
【００２１】
リム１２の製造前に、図２Ａに示される２つの型４２Ａ、４２Ｂを使用してスポーク部１６の積層体（図示せず）を成形する。この際、型４２Ａ、４２Ｂにはハブ１４も配置しておく。スポーク部１６の成形後、型４２Ａ、４２Ｂの表面４４Ａ、４４Ｂにキャップ４６Ａ、４６Ｂを取り付けて、リム成形用の型４０を成形する。型４０の成形後、以下の繊維敷設工程、拘束工程及び繊維積層工程を行う。
【００２２】
繊維敷設工程は、複数の連続繊維強化樹脂材３２を、リム成形用の型４０の外周面５０に対して、型４０の軸線Ａの方向に沿うように略並列させて敷き詰める工程である。最初に、ボビン６２から連続繊維強化樹脂材３２の先端を引き出し、ガイドローラ６４を通して端部シャフト６６に巻き付け、キャップ４６Ａの表面に沿わせる。連続繊維強化樹脂材３２が貼り付けられた位置Ｓが連続繊維強化樹脂材３２の起点位置となる。
【００２３】
位置Ｓに連続繊維強化樹脂材３２を貼り付けた後に、型４０をＤ２方向に移動させながら、連続繊維強化樹脂材３２を型４０の外周面５０に敷き詰めていく。このとき、複数の連続繊維強化樹脂材３２が型４０の軸線Ａの方向に沿って隙間なく略並列するように、各連続繊維強化樹脂材３２を型４０の外周面５０に案内する。型４０をＤ２方向へ移動させていき、型４０の外周面５０に対する連続繊維強化樹脂材３２の敷設箇所が型４０のキャップ４６Ｂのフランジ部５２Ｂを超えたら、繊維敷設工程が終了する。こうして、型４０の外周面５０に対して複数の連続繊維強化樹脂材３２が敷き詰められて、１層目の連続繊維強化樹脂材層３２−１が形成される。なお、連続繊維強化樹脂材層３２−１の縁部Ｅは、キャップ４６Ａ、４６Ｂの表面に貼り付けられている。
【００２４】
１回目の拘束工程は、繊維敷設工程の後又は繊維敷設工程の際に行われる工程であって、連続繊維強化樹脂材３２が型４０の径方向外側へ移動することを規制する拘束材７６を、型４０の段差部７２、７４に配置された連続繊維強化樹脂材層３２−１に対して巻回する工程である。型４０の外周面５０は複数の段差部を有する。例えば、図３Ｂに示されるように、フランジ部５２Ｂは段差部７２、７４を有する。連続繊維強化樹脂材３２の粘着力は弱いため、型４０の軸線Ａの方向に延在させた場合に、各段差部７２、７４で剥離が発生しやすい。その場合、連続繊維強化樹脂材３２は張力により型４０の径方向外側へ移動し、型４０の外周面５０との間に隙間が生ずることになる。
【００２５】
こうした隙間が発生することを防止するために、拘束工程により、各段差部７２、７４等に貼り付けられた複数の連続繊維強化樹脂材３２（連続繊維強化樹脂材層３２−１）を囲むように軸線Ａを中心として拘束材７６を巻回する。より具体的には、各段差部７２、７４の下段位置に拘束材７６を巻回する。拘束材７６は、例えば連続繊維強化樹脂材からなる。拘束材７６は、複数の連続繊維強化樹脂材３２（連続繊維強化樹脂材層３２−１）が各段差部７２、７４で型４０の径方向外側へ移動することを規制し、連続繊維強化樹脂材３２を型４０の外周面５０の形状に追従させる。
【００２６】
更に、連続繊維強化樹脂材３２の折り返し箇所、すなわち連続繊維強化樹脂材層３２−１の積層終了箇所にも拘束材７８を巻回する。拘束材７８は複数の連続繊維強化樹脂材３２（連続繊維強化樹脂材層３２−１）を折り返し位置に固定する。
【００２７】
拘束工程は、繊維敷設工程が終了した後に行うようにしてもよいし、繊維敷設工程の際に連続繊維強化樹脂材３２が段差部７２、７４を通過した直後に行うようにしてもよい。
【００２８】
１回目の繊維積層工程は、繊維敷設工程及び１回目の拘束工程の後に行われる工程であって、複数の連続繊維強化樹脂材３２を、型４０に敷き詰められた連続繊維強化樹脂材層３２−１に対して、型４０の軸線Ａの方向に沿うように略並列させて貼り付けて積層する工程である。型４０のキャップ４６Ａに敷き詰められた連続繊維強化樹脂材３２を折り返した後に、型４０をＤ１方向に移動させながら、連続繊維強化樹脂材３２を連続繊維強化樹脂材層３２−１に貼り付けて積層していく。このとき、繊維敷設工程と同様に、複数の連続繊維強化樹脂材３２が型４０の軸線Ａの方向に沿って隙間なく略並列するように、各連続繊維強化樹脂材３２を連続繊維強化樹脂材層３２−１の上に案内する。型４０をＤ１方向へ移動させていき、連続繊維強化樹脂材層３２−１に対する連続繊維強化樹脂材３２の貼付箇所が型４０のキャップ４６Ａのフランジ部５２Ａを超えたら、１回目の繊維積層工程が終了する。こうして、連続繊維強化樹脂材層３２−１に対して複数の連続繊維強化樹脂材３２が貼り付けられて、２層目の連続繊維強化樹脂材層３２−２が形成される。
【００２９】
１回目の繊維積層工程後、１回目の拘束工程と同等の２回目の拘束工程が行われる。以降、ｘ（ｘ≧２）回目の繊維積層工程及びｘ＋１回目の拘束工程が順次行われる。奇数回目の繊維積層工程と偶数回目の繊維積層工程では連続繊維強化樹脂材３２の案内方向、すなわち型４０の移動方向を反転させる。なお、ｘ回目以降の拘束工程は、ｘ−１回目の繊維積層工程の後又はｘ−１回目の繊維積層工程の際に行うことが可能である。
【００３０】
本実施形態では、全ての連続繊維強化樹脂材層３２−１、…、３２−ｎの積層が終了した後に、フランジ成形工程を行う。フランジ成形工程は、全ての繊維積層工程を行った後に、連続繊維強化樹脂材３２が積層された積層体３２−０の縁部Ｅを、積層体３２−０の外周面側又は内周面側に折り返す工程である。図３Ａ、図３Ｂに示されるように、全ての連続繊維強化樹脂材層３２−１、…、３２−ｎからなる積層体３２−０の縁部Ｅは、キャップ４６Ａ、４６Ｂの表面に貼り付けられている。連続繊維強化樹脂材３２の積層が終了した後に、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示されるように、積層体３２−０の縁部Ｅを、折り返し箇所Ｔで積層体３２−０の外周面側又は内周面側に折り返す。すると、フランジ部７０の厚みを厚くすることができ、フランジ部７０の強度を高くすることが可能になる。
【００３１】
以上の工程後に積層体３２−０が成形された型４０に外周、表面の型を更に加えて熱処理を施す。各連続繊維強化樹脂材３２が硬化した後に型４０を除くことにより、２つのリム１２及びスポーク部１６を備えたホイール１０が取り出される。ホイール１０でリム１２とハブ１４とスポーク部１６は一体成形される。
【００３２】
本実施形態によれば、型４０の外周面５０に積層する連続繊維強化樹脂材層３２−ｎが、型４０の径方向外側へ移動することを規制するため、複数の連続繊維強化樹脂材３２を凹形状を有するリム成形用の型４０に追従させるとともに、型４０の軸線Ａの方向に沿うように略並列させて貼り付けて積層することが可能になる。このため、外周幅方向が凹形状であるホイール１０のリム成形用の型４０に対して連続繊維強化樹脂材３２を精度良く積層することが可能となる。更に、所定厚さのリム積層体を迅速に積層することが可能になり、積層時間を短縮することができる。
【００３３】
［他の実施形態］
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、図３Ａ、図３Ｂに示されるように、リム成形用の型４０にスポーク部成形用の型４２Ａ、４２Ｂを流用するのではなく、リム成形のためのみの型を使用してリム１２を成形し、後からスポーク部１６を取り付けることも可能である。
【００３４】
また、型４０を移動させるのではなく、ガイド装置６０を移動させることも可能である。
【００３５】
繊維敷設工程及び繊維積層工程において、軸線Ａを中心に型４０を回転させずにＤ１方向及びＤ２方向に移動させてもよい。図４に示されるように、このとき敷設及び積層される連続繊維強化樹脂材３２Ａは軸線Ａに対して平行する。また、軸線Ａを中心にして型４０を回転させつつＤ１方向及びＤ２方向に移動させてもよい。図４に示されるように、このとき敷設及び積層される連続繊維強化樹脂材３２Ｂ、３２Ｃは軸線Ａに対して傾斜する。
【符号の説明】
【００３６】
１０…ホイール                              １２…リム
３２、３２Ａ〜３２Ｃ…連続繊維強化樹脂材    ３２−０…積層体
４０…型                                    ５０…外周面
７２、７４…段差部                          ７６、７８…拘束材
【図１】
2016150614.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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