JP3118528B2 - ステアリングホイールおよびその製造方法 - Google Patents
ステアリングホイールおよびその製造方法Info
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Description
ルおよびその製造方法に係り、とくに繊維強化合成樹脂
成形体から成るリム部と金属製のセンターボスとスポー
ク部とを有するステアリングホイールおよびその製造方
法に関する。
ングシャフトの上端部にステアリングホイールを取付
け、このステアリングホイールを運転手が回転操作する
ことによって操舵機構を作動させ、操舵輪の向きを変え
て操舵を行なうようにしている。
成する芯材を示しており、センターボス1を中心部に備
える炭素鋼やアルミニウム合金から成る芯材2を予め製
作し、この芯材2の外周側の部分に図32に示すよう
に、被覆用合成樹脂3、例えばポリウレタン樹脂、ポリ
プロピレン樹脂、軟質ポリ塩化ビニル樹脂等の合成樹脂
を被覆することによって、回転操作に適したステアリン
グホイールが得られる。このようなステアリングホイー
ルは、センターボス1の中心部に形成されている中心孔
4によってステアリングシャフトに結合されるようにな
っている。
て乗員を保護するために、ステアリングホイールのほぼ
中央部にエアバッグシステムを装着することが試みられ
ている。ところがエアバッグシステムを装着すると、ス
テアリングホイールにその重量が加わることになり、ス
テアリングホイール全体の重量が増すことになる。
公報に開示されているように、アルミニウム合金に代え
て、より軽量なマグネシウム合金を利用した芯材を用い
たステアリングホイールが提案されている。ところがこ
のようなステアリングホイールも、その軽量化効果が十
分ではない。また特開平6−206548号公報には、
低融点合金の芯金の上にプリプレグと発泡シートとを積
層し、加熱硬化して成形した後に、芯金を構成する低融
点合金を溶出させて除去するようにしたステアリングホ
イールが提案されている。このようなステアリングホイ
ールは、軽量化効果が改善されるが、製造方法が複雑に
なる難点がある。またエアバックシステムやホーン、カ
バー等の取付け穴の加工が困難になる問題がある。
たものであって、軽量であってしかも十分な強度と衝撃
吸収能力とを有し、製造が容易なステアリングホイール
を提供することを目的とする。
維強化合成樹脂製のリムと、ステアリングシャフトと結
合される結合部を有する金属製のセンターボスと、前記
リムと前記センターボスとを連結する金属製のスポーク
と、をそれぞれ具備し、前記スポークの先端部が前記繊
維強化合成樹脂製リムに強固に結合されていることを特
徴とするステアリングホイールに関するものである。
いる強化繊維は、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊
維、超高分子量ポリエチレン繊維、または高強力ポリア
リレート繊維であってよい。
たはマグネシウム合金から構成されてよい。
ンタウエイトが配置されてよい。またカウンタウエイト
は金属板、金属粉を樹脂で固めた固形物、または金属繊
維から構成されてよい。
るための製造方法に関する発明は、リム部内径に相当す
る外径を有するマンドレルに内圧をかけるチューブを被
覆する工程と、前記チューブが被覆されたマンドレル上
に強化繊維プリプレグを積層し、その後にチューブごと
マンドレルから引抜いて予備成形体を得る工程と、前記
予備成形体をステアリングホイール成形型のキャビティ
のリム部に対応する部分に曲げながら押込む工程と、前
記ステアリングホイール成形型にさらにセンターボスと
スポークとが一体に連結されて成る芯金をセットする工
程と、前記芯金のスポークの先端側の結合部を強化繊維
プリプレグによって前記予備成形体と結合する工程と、
前記ステアリングホイール成形型を型締めし、前記チュ
ーブに内圧を加えながら加熱し、ステアリングホイール
成形体を成形する工程と、をそれぞれ具備するステアリ
ングホイールの製造方法に関するものである。
内径に相当する外径を有するマンドレルに内圧をかける
チューブを被覆する工程と、前記チューブが被覆された
マンドレル上に強化繊維プリプレグを積層し、その後に
チューブごとマンドレルから引抜いて予備成形体を得る
工程と、前記予備成形体の前記チューブの中にアルコー
ル類を注入して開放端をシールする工程と、前記予備成
形体をステアリングホイール成形型のキャビティのリム
部に対応する部分に曲げながら押込む工程と、前記ステ
アリングホイール成形型にさらにセンターボスとスポー
クとが一体に連結されて成る芯金をセットする工程と、
前記芯金のスポークの先端側の結合部を強化繊維プリプ
レグによって前記予備成形体と結合する工程と、前記ス
テアリングホイール成形型を型締めして加熱し、ステア
リングホイール成形体を成形する工程と、前記ステアリ
ングホイール成形体のリムの部分に***を形成し、前記
アルコール類の沸点以上に加熱して該アルコール類を抜
く工程と、をそれぞれ具備するステアリングホイールの
製造方法に関するものである。
アリングホイールのリム部の繊維強化合成樹脂の肉厚を
減じた分の形状の成形型に軽量発泡体を注入硬化させて
コア材を得る工程と、前記コア材上に強化繊維プリプレ
グを積層してリム部予備成形体を作成する工程と、前記
予備成形体をステアリングホイール成形型のキャビティ
のリム部に対応する部分に押込む工程と、前記ステアリ
ングホイール成形型にさらにセンターボスとスポークと
が一体に連結されて成る芯金をセットする工程と、前記
芯金のスポークの先端側の結合部を強化繊維プリプレグ
によって前記予備成形体と結合する工程と、前記ステア
リングホイール成形型を型締めして加圧しながら加熱
し、ステアリングホイール成形体を成形する工程と、を
それぞれ具備するステアリングホイールの製造方法に関
するものである。
かも十分な強度と衝撃吸収能力を有し、製造が容易なス
テアリングホイールおよびその製造方法が提供される。
製リム部を構成する樹脂は、エポキシ樹脂、ビニルエス
テル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹
脂、ポリイミド樹脂、架橋ポリエステルアミド(CPレ
ジン)樹脂であってよい。またこのような成形用樹脂を
補強するために用いられる補強繊維としては、上述の如
く、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、超高分子量
ポリエチレン繊維、高強力ポリアリレート繊維等であっ
てよい。
なった芯金とリム部とを結合するに当っては、芯金を構
成する金属と、炭素繊維との接触による電食を防止する
ために、ガラス繊維等の絶縁物の織物プリプレグによっ
て芯金を保護してから炭素繊維プリプレグを使用して結
合することが望ましい。
における炭素繊維の繊維方向は、リム部の断面中心線に
対して10°〜90°の範囲内であってよく、より好ま
しくは30°〜60°の範囲内で配向することが望まし
い。これはリム部に荷重が付加された場合に、曲げ応力
とねじり応力とが作用するために、これに対応するため
である。また真直ぐな状態で炭素繊維プリプレグを巻付
けて後から曲げる必要があるために、繊維角度として0
°〜10°の範囲内で積層した場合に、予備成形体を曲
げながらステアリングホイール成形用型のキャビティに
押込む工程で、繊維の破断や座屈を起し、ステアリング
ホイールとしての強度の低下を生じさせる恐れがあるか
らである。
素繊維等の強化繊維プリプレグの硬化に必要な温度、例
えば80〜180℃の温度と圧力とに耐えられる素材で
あればよく、ナイロンチユーブ、シリコンチューブ等が
好適に使用されてよい。
入し、このアルコール類を揮発させて内圧を加えるよう
にしてもよい。この場合にチューブの中に封入されるア
ルコール類は、プリプレグの加熱硬化に必要な熱によっ
て揮発し、チューブの内圧を高め、プリプレグを成形型
に押付けて硬化させるために、ボイドのない表面状態の
良好な成形物が得られる。ここでは例えばナイロンチュ
ーブ等が使用されるとともに、その中にエチルアルコー
ルを封入してよい。
コア材として、軽量発泡体から成るコア材を用いるよう
にしてよい。すなわちステアリングホイールのリム部の
繊維強化合成樹脂の肉厚を減じた分の形状の成形体に軽
量発泡体を注入硬化させてコア材を得るようにしてよ
い。
料としては、強化繊維プリプレグの硬化に必要な温度と
圧力に耐えられる素材であればよく、耐熱硬質ウレタ
ン、塩化ビニリデン系発泡体、硬質アクリル発泡体、ポ
リメタクリルイミド硬質発泡体(ロハセル)、フェノー
ルまたはガラスのマイクロバルーンを樹脂で固めたシン
タチックフォーム等が好適に用いられてよい。
のカウンタウエイトを配置する場合には、カウンタウエ
イトが配置される位置に凹部またはくびれを有するマン
ドレルに内圧をかけるためのチューブを被覆し、その上
に強化繊維プリプレグを積層し、その外側にカウンタウ
エイトを配置した後に、さらにその外側から強化繊維プ
リプレグを定法に従って巻回積層してリム部予備成形体
を得るようにし、このように予備成形体を成形してステ
アリングホイールを製作してよい。
は、比重の大きな金属板、例えば鉛板等が使用されてよ
い。またタングステン等の金属粉末を樹脂で混練りし、
半硬化状態でシート状に成形したもの等は、炭素繊維等
の強化繊維プリプレグに使用されているものと同様の組
成の樹脂を使用することで完全に一体化することができ
る。またステンレス鋼、鉄、銅等の金属繊維の組紐や織
物をプリプレグ化したものもカウンタウエイトとして有
用である。この場合も炭素繊維プリプレグの樹脂と一体
化し、かつ金属繊維が補強繊維として働くので、強度も
高いメリットがある。
わゆる構造反応射出成形法を用いることもできる。構造
反応射出成形法による製造方法に関する発明は、リム部
内径に相当する外径を有するマンドレルに内圧をかける
チューブを被覆する工程と、前記チューブが被覆された
マンドレル上に強化繊維ブレード(組紐)を被覆し、そ
の後にチューブごとマンドレルから引抜いて予備成形体
を得る工程と、前記予備成形体をステアリングホイール
成形型のキャビティのリム部に対応する部分に曲げなが
ら押込む工程と、前記ステアリングホイール成形型にさ
らにセンターボスとスポークとが一体に連結されて成る
芯金をセットする工程と、前記芯金のスポークの先端側
の結合部を強化繊維ブレードによって前記予備成形体と
結合する工程と、前記ステアリングホイール成形型を型
締めして成形型内を真空引きし、前記チューブに内圧を
加えながら成形型内に液状樹脂を射出して硬化させ、ス
テアリングホイール成形体を成形する工程と、をそれぞ
れ具備するステアリングホイールの製造方法に関するも
のである。
法に関する発明は、リム部内径に相当する外径を有する
チューブの中にアルコール類を注入して開放端をシール
する工程と、前記チューブ上に強化繊維ブレードを被覆
して予備成形体を得る工程と、前記予備成形体をステア
リングホイール成形型のキャビティのリム部に対応する
部分に曲げながら押込む工程と、前記ステアリングホイ
ール成形型にさらにセンターボスとスポークとが一体に
連結されて成る芯金をセットする工程と、前記芯金のス
ポークの先端側の結合部を強化繊維ブレードによって前
記予備成形体と結合する工程と、前記ステアリングホイ
ール成形型を型締めして成形型内を真空引きし、成形型
内に液状樹脂を射出して硬化させ、ステアリングホイー
ル成形体を成形する工程と、前記ステアリングホイール
成形体のリムの部分に***を形成し、前記アルコール類
の沸点以上に加熱して該アルコール類を抜く工程と、を
それぞれ具備するステアリングホイールの製造方法に関
するものである。
方法に関する発明は、ステアリングホイールのリム部の
繊維強化合成樹脂の肉厚を減じた分の形状の成形型に軽
量発泡体を注入硬化させてコア材を得る工程と、前記コ
ア材上に強化繊維ブレードを積層してリム部予備成形体
を作成する工程と、前記予備成形体をステアリングホイ
ール成形型のキャビティのリム部に対応する部分に挿入
する工程と、前記ステアリングホイール成形型にさらに
センターボスとスポークとが一体に連結されて成る芯金
をセットする工程と、前記芯金のスポークの先端側の結
合部を強化繊維ブレードによって前記予備成形体と結合
する工程と、前記ステアリングホイール成形型を型締め
して成形型内を真空引きし、成形型内に液状樹脂を射出
し、ステアリングホイール成形体を成形する工程と、を
それぞれ具備するステアリングホイールの製造方法に関
するものである。
しかも十分な強度と衝撃吸収能力を有し、製造が容易な
ステアリングホイールおよびその製造方法が提供され
る。
ゆる構造反応射出成形方法であって、ステアリングホイ
ール成形型のキャビティ内に予め強化繊維ブレードが被
覆された予備成形体を配置し、型締めを行なうととも
に、キャビティの中を真空引きし、この後に真空経路を
閉止してキャビティ内に液状樹脂を射出するようにして
いる。そして内圧用チューブに印加される内圧あるいは
アルコール類の気化によって生ずる圧力で加圧しながら
液状樹脂を硬化させるようにしている。
も液状樹脂の射出後に、樹脂が硬化する間加圧状態を保
持しているために、樹脂中に存在する気泡が縮小され、
あるいは溶剤の揮発成分が再度液状樹脂中に溶解してボ
イドの発生が解消される。
合には、液状樹脂の注入側より、樹脂が硬化するまでの
間、加圧を続けるようにしている。
製リム部を構成する樹脂は、上記強化繊維プリプレグの
場合と同様に、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不
飽和ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリイミ
ド樹脂、架橋ポリエステルアミド(CPレジン)樹脂で
あってよい。またこのような成形用樹脂を補強するため
に用いられる補強繊維としては、上述の如く、炭素繊
維、ガラス繊維、アラミド繊維、超高分子量ポリエチレ
ン繊維、高強力ポリアリレート繊維等であってよい。
る。
に使用されるマンドレル11を示している。マンドレル
11は円柱状をなし、その外周部には内圧をかけるため
のナイロンチューブ12が被される。
製、ベスファイト)を一方向に引揃えたプリプレグシー
ト13を示している。このプリプレグシート13は炭素
繊維がマンドレル11の軸線方向と±45°になるよう
に切断されたプリカットシートから構成されている。こ
のような炭素繊維プリプレグ13をチューブ12が被せ
られたマンドレル11の上に定法に従って、例えばロー
リングテーブル等を用いて巻回積層する。そして積層後
に、チューブ12ごとマンドレル11から引抜いて図3
に示す直線状をなす予備成形体14を得る。
3が未硬化状態なので、容易に人手によって曲げること
が可能であり、このような予備成形体14を曲げながら
図4に示すように、ステアリングホイール成形型18の
キャビティ19のリム部と対応する部分に押込む。
れた予備成形体14のチューブ12の一方の開放端をヒ
ートシールによって封止し、もう一方の開放端を図5に
示すようにステアリングホイール成形型18に形成され
ている圧空口20を通して外部に引出す。この圧空口2
0から引出された部分を通して、内圧用チューブ12内
に内圧をかけるための圧空が供給される。
ーボス24と放射状に延びるスポーク25とから構成さ
れており、スポーク25の先端側であってリム部と交差
する部分に結合部26が設けられている。センターボス
24は構造用圧延鋼で作製され、このようなセンターボ
ス24をマグネシウム合金から成るスポーク25に鋳包
んでスポーク25と結合される。またスポーク25には
エアバックシステムや、ホーン、カバー等の取付け部2
7が鋳造時に同時に形成されている。そしてスポーク2
5に一体に設けられている先端側の結合部26はT字状
に形成され、T字の横棒は図7に示すようにリム部の断
面内に食込む位置にある。
グホイール成形型18内にセットされる。ステアリング
ホイール成形型18にはその中心部に位置決めピン31
が植設されており、この位置決めピン31がセンターボ
ス24のステアリングシャフト固定用穴に挿入され、こ
れによって芯金23が成形型18内において位置決めさ
れた状態で固定されるために、リム部と芯金23との相
対的結合位置がずれることがない。また芯金23の結合
部26は図7に示すようにリム部断面に食込む位置にあ
り、その部分において予備成形体14は断面を非円形に
押し潰されてスポーク25の結合部26と一緒にステア
リングホイール成形型18内にセットされる。
14との結合方法を示している。押し潰された予備成形
体14と結合部26のT字の横棒部分とを幅が約15m
mの炭素繊維織物プリプレグを5層に積層した結合用バ
ンド32によって共巻きすることによって、結合部26
と予備成形体14とが結合される。そしてこのときに生
ずるステアリングホイール成形型18のキャビティ19
との間の隙間には、発泡性エポキシ樹脂シート33(チ
バガイギー社製、リダックス214)を充填し、さらに
炭素繊維織物プリプレグでカバーして外形を整える。
体14とを結合した後に、ステアリングホイール成形型
18を型締めし、圧空口20を通して内圧用チューブ1
2内に4kg/cm2 の圧空をかけた状態で加熱し、炭
素繊維プリプレグを硬化させて図9に示すようなステア
リングホイールを得た。このときの成形温度は80℃×
30分+130℃×2時間であった。なお得られたステ
アリングホイールの重量は約700gであった。
リムの部分が中空の繊維強化合成樹脂で成形され、マグ
ネシウム合金製のスポーク25によってセンターボス2
4と連結されており、スポーク25とリムとが強固に固
定されているために、軽量でしかも強度が高い。またこ
のようなステアリングホイールは、衝撃荷重が付加され
た場合に、マグネシウム合金から成るスポーク25が塑
性変形することによってエネルギーを吸収するために、
耐衝撃性に優れたステアリングホイールを得ることがで
きる。
どがマグネシウム合金の芯金23にあるために、リム部
の内側にエアバックシステムを搭載しても、ステアリン
グホイールの慣性モーメントが小さく、操縦性が軽快
で、スポーティなハンドリングを得ることができる。ま
たエアバックシステム等の取付け部27は芯金23の鋳
造時に形成されているために、穴あけ加工等の後加工を
ほとんど必要としない利点がある。
2上に炭素繊維の一方向プリプレグ13を積層し、さら
に炭素繊維織物プリプレグをマンドレル11の軸線方向
に対して±45°方向に繊維が配向するように積層し、
このようにして得られた予備成形体14をアルミニウム
合金から成る芯金23と結合する。
ボス24と放射状に延びるスポーク25とから構成され
ており、スポーク25の先端部であってリム部と交差す
る部分に結合部26が一体に連設されている。センター
ボス24は構造用圧延鋼によって作成され、このような
センターボス24をアルミニウム合金から成るスポーク
25の中心部に鋳包んでスポーク25と結合するように
している。
ステムやホーン、カバー等の取付け部27が鋳造時に同
時に形成されている。またスポーク25の先端部に一体
に設けられている結合部26はT字状に形成され、結合
用プリプレグを挿通するためのスリット48が設けられ
ている。T字状の結合部26の断面形状は図13に示す
ように三日月形であって、外周部に臨む円弧状の凹みが
予備成形体14の外周側の円周面に沿う形になってい
る。
ングホイール成形型18内にセットされる。ステアリン
グホイール成形型18はその中心部に位置決めピン31
が植設されており、この位置決めピン31がセンターボ
ス24のステアリングシャフト固定用穴に挿入され、こ
れによって芯金23が成形型18内において位置決めさ
れた状態で固定される。よってリム部と芯金23との相
対的な結合位置がずれることが防止される。また芯金2
3の結合部26はT字状の横棒がリム部の断面に接する
位置にあり、予備成形体14はT字状の横棒の外周側に
接する形で結合部26と一緒にステアリングホイール成
形型18内にセットされる。
26と予備成形体14とが図12に示すようにして結合
される。結合部26に設けられたスリット48に、幅が
30mmの炭素繊維織物プリプレグを5層に積層した結
合バンド32を通し、予備成形体14と共巻きすること
によって、結合部26と予備成形体14とが結合され
る。このときにステアリングホイール成形型18のキャ
ビティ19との間にはほとんど隙間が生じないので、発
泡性樹脂シートを使用する必要はない。
との結合構造を断面によって示している。結合部26の
外側に接した予備成形体14と結合部26とが、結合部
26のスリット48を挿通する結合バンド32によって
確実に結合されていることが明確に示されている。
予備成形体14とを配するとともに、それらを結合用バ
ンド32によって結合した状態で、実施例1と同様の条
件で加熱硬化させることによってステアリングホイール
が得られる。なおこのステアリングホイールはその重量
が約750gであった。
ールは、実施例1と同様に軽量でかつ十分な機械的強度
と耐衝撃性とを有し、さらに炭素繊維織物特有の織目模
様が外表面に浮出しており、極めて商品価値の高いステ
アリングホイールが得られた。
い、その上に内圧を加えるためのナイロンチューブ12
を被せ、さらにその上に図2に示すような炭素繊維プリ
プレグ13を炭素繊維がマンドレル11の軸線方向に対
して±45°になるようにローリングテーブルを用いて
巻回積層した。そして積層後にチューブ12ごとマンド
レル11から引抜いて図3に示すような予備成形体14
を得た。
の中に10gのエチルアルコールを注入し、この内圧用
チューブ12をやや膨らませた状態で両側の開放端をそ
れぞれヒートシールし、エチルアルコールを封入した。
施例1と同様の方法によってリム部を成形するととも
に、マグネシウム合金製の芯金23と組合わせてステア
リングホイールを製作した。このようなステアリングホ
イールのリム部に直径が2mmの***を形成し、100
℃の温度で1時間乾燥し、予め内圧用チューブ12に封
入されたエチルアルコールを沸点以上に加熱させて抜い
た。このようにした得られたステアリングホイールの重
量は約700gであった。
コール類を封入しておき、プリプレグ13の加熱硬化に
必要な熱によって揮発させ、プリプレグ13が外側に積
層された内圧用チューブ12の内圧を高めるようにした
方法によると、プリプレグ13が成形型18のキャビテ
ィの内表面に押付けられた状態で硬化されるために、ボ
イドがない表面状態が良好なステアリングホイールが得
られた。
から成る芯金23を用いてステアリングホイールを成形
した。このようにして得られたステアリングホイールの
重量は約750gであった。このようなステアリングホ
イールは、上記実施例1と同様に軽量で十分な機械的強
度と耐衝撃性とを有し、しかも炭素繊維に特有の織目模
様が外表面に浮出しているために、極めて商品価値が高
いステアリングホイールが得られた。
軽量発泡体コアを用いたものである。図14は本実施例
のステアリングホイールを成形するために使用される軽
量コア40を示している。軽量コア40はリム形状か
ら、繊維強化合成樹脂層の肉厚を減じた形状に成形され
ており、さらにスポーク25の結合部26と結合される
部分には結合部26が入る凹部41が形成されている。
株式会社製硬質ウレタン原液アクトコールRI−31R
とタケネートIS−01Pとを混合撹拌して成形型内に
注入し、硬化させることによって得られる。例えば本実
施例においては、嵩比重が0.15の軽量発泡体コア4
0を用いている。このような軽量発泡体コア40に図1
5に示すように炭素繊維(東邦レーヨン株式会社製、ベ
スファイト)を一方向に引揃えたプリプレグ13をリム
の断面中心線に対してまず90°に1層を積層し、次い
で±45°に2層を積層してリム部予備成形体14を得
た。
例1と同様に成形型18によってリム部を炭素繊維強化
樹脂によって成形するとともに、マグネシウム合金から
成る芯金23と結合してステアリングホイールを得た。
このようなステアリングホイールはその重量が約800
gであった。本実施例によるステアリングホイールはリ
ム部が発泡ウレタンから成る軽量発泡体コア40と、そ
の外皮を構成する繊維強化合成樹脂によって構成され、
マグネシウム合金製のスポーク25によってセンターボ
ス24と結合された構造になっている。
ークとリム部とが強固に固定されているために、軽量で
しかも強度が高く、衝撃荷重に対してはスポークのマグ
ネシウム合金が塑性変形することによってエネルギーを
吸収し、耐衝撃性に優れたステアリングホイールを得る
ことが可能になる。
ン系発泡体(旭化成工業株式会社製、セルモアフィラ
ー)を用いて嵩比重が0.06のコア材を得た。このよ
うなコア材を用い、実施例5と同様に炭素繊維一方向プ
リプレグを積層し、実施例5と同様の条件でマグネシウ
ム合金から成る芯金23と結合し、ステアリングホイー
ルを得た。得られたステアリングホイールはその重量が
約750gであった。
したステアリングホイールに関するものである。図16
および図17はステアリングホイールを成形するために
使用するマンドレル11を示している。マンドレル11
にはカウンタウエイトが配置されるくびれ46が設けら
れており、このくびれ46の部分でマンドレル11はね
じで結合されており、2分割できるようになっている。
ようなチューブ12を被せた後に、炭素繊維(東邦レー
ヨン株式会社製、ベスファイト)を一方向に引揃えたプ
リプレグシート13を炭素繊維がマンドレル11の軸線
に対して±45°になるように切断したプリカットシー
ト13を図19に示すようにチューブ12上にパイプ成
形の定法に従ってローリングテーブル等を用いて巻回積
層した。
鉛板から成るカウンタウエイト47を配した。プリプレ
グ13が未硬化なので鉛板47を配置するとその部分の
プリプレグ13はくびれ部46内に押込まれた。そして
その上にさらに炭素繊維プリプレグ13を積層するとき
に邪魔にならない。カウンタウエイト47を配置した後
に、炭素繊維プリプレグ13をマンドレルの軸線に対し
て±45°に繊維が配向するようにカットし、マンドレ
ル11に積層した。積層後に分割可能な一対のマンドレ
ル11の内の片側を回転させて結合部のねじを緩めて分
割し、マンドレル11をプリプレグ13の積層体の中か
ら抜いて予備成形体14を得た。
実施例1と同様の方法によってリム部を成形するととも
に、マグネシウム合金から成る芯金23と組合わせるこ
とによって、図20に示すようなステアリングホイール
を製作した。
リム部の円周方向の所定の位置にカウンタウエイト47
を配置したために、エアバックシステムを搭載しても、
ステアリングホイールの重量バランスが良好で、操縦性
が軽快で、スポーティなハンドリング性を得ることがで
きるものである。このような方法によって、内部にカウ
ンタウエイト47を有するステアリングホイールを効果
的に製造することが可能になる。
めに使用されるマンドレル11を示している。マンドレ
ル11は円柱状をなし、その外周部には内圧をかけるた
めのナイロンチューブ12が被される。
ヨン株式会社製、ベスファイト HTA3K×96打
ち、外径30mm)を示している。このブレード15は
マンドレル11の上に被覆したときに、炭素繊維がマン
ドレル11の軸線方向と±45°になるように組合わさ
れたものである。このような炭素繊維ブレード15をチ
ューブ12が被せられたマンドレル11の上にさらに被
覆する。そして被覆後に、チューブ12ごとマンドレル
11から引抜いて図23に示すような直線状をなす予備
成形体14を得る。
が炭素繊維のみで構成されているために、容易に人手に
よって曲げることが可能であり、このような予備成形体
14を曲げながら実施例1で用いられたステアリングホ
イール成形型18(図4参照)のキャビティ19のリム
部と対応する部分に押込む。
れた予備成形体14のチューブ12の一方の開放端をヒ
ートシールによって封止し、もう一方の開放端を図5に
示すように、ステアリングホイール成形型18に形成さ
れている圧空口20を通して外部に引出す。この圧空口
20から引出された部分を通して、内圧用チューブ12
内に内圧をかけるための圧空が供給される。
同じものが使用に供された。すなわち図6に示すように
センターボス24と放射状に延びるスポーク25とから
構成されており、スポーク25の先端側であってリム部
と交差する部分に結合部26が設けられている。センタ
ーボス24は構造用圧延鋼で作製され、このようなセン
ターボス24をマグネシウム合金から成るスポーク25
に鋳包んでスポーク25と結合される。またスポーク2
5にはエアバックシステムや、ホーン、カバー等の取付
け部27が鋳造時に同時に形成されている。そしてスポ
ーク25に一体に設けられている先端側の結合部26は
T字状に形成され、T字の横棒は図7に示すようにリム
部の断面内に食込む位置にある。
ステアリングホイール成形型18内にセットされる。ス
テアリングホイール成形型18にはその中心部に位置決
めピン31が植設されており、この位置決めピン31が
センターボス24のステアリングシャフト固定用穴に挿
入され、これによって芯金23が成形型18内において
位置決めされた状態で固定されるために、リム部と芯金
23との相対的結合位置がずれることがない。また芯金
23の結合部26は図7に示すようにリム部断面に食込
む位置にあり、その部分において予備成形体14は断面
を非円形に押し潰されてスポーク25の結合部26と一
緒にステアリングホイール成形型18内にセットされ
る。
の結合方法は実施例1とほぼ同様であってよく、図8に
示すように、押し潰された予備成形体14と結合部26
のT字の横棒部分とを一定幅の炭素繊維ブレードから成
る結合用バンド32によって共巻きすることによって、
結合部26と予備成形体14とが結合される。なおこの
実施例においては、図8に示す発泡シート33は省略さ
れてよい。結合部26には予めガラス繊維織物で絶縁層
を形成しておくとよい。また結合用バンドを共巻きした
部分には、さらにリム部を構成する炭素繊維ブレードと
同じものを短く切って被せると、結合部を隠すことがで
き、外観を向上させることが可能になる。
体14とを結合した後に、ステアリングホイール成形型
18を型締めし、成形型18のキャビティ19内を真空
引きするとともに、圧空口20(図5参照)を通して内
圧用チューブ12内に圧空をかけた状態で液状エポキシ
樹脂(ダウケミカル製、TACTIX138/H31)
をキャビティ19内に射出硬化させて図9に示すような
形状のステアリングホイールを得た。なおこのときの内
圧用チューブ12にかかる圧力は、最初に0.5kg/
cm2 程度とし、樹脂の注入を終了してから4kg/c
m2 まで圧力を上昇させて余分な樹脂を型外に押出すと
ともに、ボイドの減少を図った。このときの成形温度は
80℃×30分であった。なお得られたステアリングホ
イールの重量は約700gであった。
成形型18を用いた成形装置の概要を示しており、この
成形装置は樹脂を供給するホッパ54を備えている。そ
してホッパ54は樹脂供給バルブ55に接続されるとと
もに、この樹脂供給バルブ55にはさらに樹脂排出バル
ブ56が接続されている。また樹脂供給バルブ55と樹
脂排出バルブ56とはともに三方弁57に接続されてい
る。三方弁57のもう1つのポートは圧空源58に接続
されるようになっている。
は樹脂圧縮ガス供給ライン59に接続されるとともに、
この樹脂圧縮ガス供給ライン59が上型50および成形
型18から成る下型をそれぞれ備えるプラテン51、5
2の入口63と接続されている(図25参照)。プラテ
ン51の出口64は排気バルブ60を介して真空ポンプ
61に接続されるようになっている。
ラテン52に保持されるとともに、このプラテン52の
上部にプラテン51が配されている。そしてプラテン5
1内に上型50が保持されている。またプラテン51に
は入口63と出口64とがそれぞれ設けられている。ま
たプラテン51、52にはそれぞれヒータ65が埋設さ
れている。またプラテン51、52の接合面にはOリン
グが配されており、このOリング66によってシールが
行なわれるようになっている。
ホイールのリムの部分を成形する場合には、炭素繊維ブ
レード13が被覆された予備成形体14を成形型18の
キャビティ19内に収納し、成形型18と上型50とを
閉じ、90°回転させて入口63が下側に、出口64が
上側になるように配置した。そして樹脂圧縮ガス供給ラ
イン59を入口63へ接続し、出口64へは排気バルブ
60を介して真空ポンプ61へ接続した。
55および樹脂排出バルブ56を閉じ、三方弁57を樹
脂側にし、排気バルブ60を開いて真空ポンプ61を作
動させ、成形型18のキャビティ19内を減圧した。次
に排気バルブ60を閉じ、供給バルブ55を開き、ホッ
パ54内の樹脂を三方弁57および供給ライン59を通
して成形型18、50内に注入した。
に切換え、内圧用チューブ12内を加圧し、加圧状態を
保持したまま樹脂を硬化させた。なおホッパ54内に残
存した樹脂は樹脂排出バルブ56を開放して排出した。
そして液状樹脂の硬化を完了した段階で、成形型18、
50を開いて成形品を得た。
リムの部分が中空の繊維強化合成樹脂で成形され、マグ
ネシウム合金製のスポーク25によってセンターボス2
4と連結されており、スポーク25とリムとが強固に固
定されているために、軽量でしかも強度が高い。またこ
のようなステアリングホイールは、衝撃荷重が付加され
た場合に、マグネシウム合金からら成るスポーク25が
塑性変形することによってエネルギーを吸収するため
に、耐衝撃性に優れたステアリングホイールを得ること
ができる。
どがマグネシウム合金の芯金23にあるために、リム部
の内側にエアバックシステムを搭載しても、ステアリン
グホイールの慣性モーメントが小さく、操縦性が軽快
で、スポーティなハンドリングを得ることができる。ま
たエアバックシステム等の取付け部27は芯金23の鋳
造時に形成されているために、穴あけ加工等の後加工を
ほとんど必要としない利点がある。
2上に炭素繊維ブレード15を被覆し、このようにして
得られた予備成形体14をアルミニウム合金から成る芯
金23と結合し、ステアリングホイール成形型18にセ
ットし、実施例8と同様の条件でエポキシ樹脂を射出さ
せてステアリングホイールを得た。ステアリングホイー
ルの重量は約750gであった。
ールは、実施例8と同様に軽量でかつ十分な機械的強度
と耐衝撃性とを有し、さらに炭素繊維ブレード特有の織
目模様が外表面に浮出しており、極めて商品価値の高い
ステアリングホイールが得られた。
径とほぼ等しい、例えば外径が28mmのチューブを用
意し、このようなチューブ12の中に10gのエチルア
ルコールを注入し、図27に示すようにこの内圧用チュ
ーブ12をやや膨らませた状態で両側の開放端をそれぞ
れヒートシールし、エチルアルコールを封入した。そし
てこのナイロンチューブ12の上に実施例8で用いたの
と同様の炭素繊維ブレード15を図28のように被せて
予備成形体14を得た。
シウム合金製の芯金23と結合し、ステアリングホイー
ル成形型18にセットし、架橋ポリエステルアミド樹脂
を射出させてステアリングホイールを成形した。このと
きの成形条件は、130℃×10分であった。このよう
なステアリングホイールのリム部に直径が2mmの***
を形成し、100℃の温度で1時間乾燥し、予め内圧用
チューブ12に封入されたエチルアルコールを沸点以上
に加熱させて抜いた。このようにした得られたステアリ
ングホイールの重量は約700gであった。
コール類を封入しておき、射出された樹脂の硬化に必要
な熱によって揮発させ、ブレード13が外側に被覆され
た内圧用チューブ12の内圧を高めるようにした方法に
よると、ブレード15が成形型18のキャビティ19の
内表面に押付けられた状態で硬化されるために、ボイド
がない表面状態が良好なステアリングホイールが得られ
た。
金から成る芯金23を用いてステアリングホイールを成
形した。このようにして得られたステアリングホイール
の重量は約750gであった。このようなステアリング
ホイールは、上記実施例8と同様に軽量で十分な機械的
強度と耐衝撃性とを有し、しかも炭素繊維ブレードに特
有の織目模様が外表面に浮出しているために、極めて商
品価値が高いステアリングホイールが得られた。
軽量発泡体コアを用いたものである。図29は本実施例
のステアリングホイールを成形するために使用される軽
量コア40を示している。軽量コア40はリム形状か
ら、繊維強化合成樹脂層の肉厚を減じた形状に成形され
ており、さらにスポーク25の結合部26と結合される
部分には結合部26が入る凹部41が形成されている。
株式会社製硬質ウレタン原液アクトコールRI−31R
とタケネートIS−01Pとを混合撹拌して成形型内に
注入し、硬化させることによって得られる。例えば本実
施例においては、嵩比重が0.15の軽量発泡体コア4
0を用いている。このような軽量発泡体コア40に図3
0に示すように炭素繊維ブレード15(東邦レーヨン株
式会社製、ベスファイト HTA3K×96本打ち、外
径30mm)をコア40の切れ目から挿入してコア40
上に被せる。このときに蛇が自分の尻尾を飲込むように
2重にコア40上に炭素繊維ブレード15を被せてリム
部予備成形体14を得た。
例10と同様に成形型18によってリム部を炭素繊維強
化樹脂によって成形すると同時に、マグネシウム合金か
ら成る芯金23と結合してステアリングホイールを得
た。このようなステアリングホイールはその重量が約8
00gであった。本実施例によるステアリングホイール
はリム部が発泡ウレタンから成る軽量発泡体コア40
と、その外皮を構成する繊維強化合成樹脂によって構成
され、マグネシウム合金製のスポーク25によってセン
ターボス24と結合された構造になっている。
ークとリム部とが強固に固定されているために、軽量で
しかも強度が高く、衝撃荷重に対してはスポークのマグ
ネシウム合金が塑性変形することによってエネルギーを
吸収し、耐衝撃性に優れたステアリングホイールを得る
ことが可能になる。
ン系発泡体(旭化成工業株式会社製、セルモアフィラ
ー)を用いて嵩比重が0.6のコア材を得た。このよう
なコア材を用い、実施例12と同様に炭素繊維ブレード
を被覆し、実施例12と同様の条件でマグネシウム合金
から成る芯金23と結合し、ステアリングホイールを得
た。得られたステアリングホイールはその重量が約75
0gであった。
形されたリム部と、金属製のセンターボスと、両者を連
結する金属製のスポークとを備えるステアリングホイー
ルに関するものである。そしてリム部を繊維強化合成樹
脂で成形することによって、大幅に軽量化されるととも
に、金属製のスポーク部によって耐衝撃性に優れたステ
アリングホイールが得られることになる。
またはコアに強化繊維プリプレグを巻回積層し、ステア
リングホイール成形型によってリム部を成形するととも
に、金属製の芯金と結合することによってステアリング
ホイールを製造するようにしたものである。従って繊維
強化合成樹脂のリム部を有し、しかも金属製のスポーク
と強固に結合されたステアリングホイールを効率的に製
造することが可能になる。
る発明によれば、内圧用チューブを装着したマンドレル
または軽量発泡体のコアに強化繊維ブレードを被覆し、
ステアリングホイール成形型によって繊維強化合成樹脂
製のリム部を成形するとともに、金属製の芯金と結合す
ることによってステアリングホイールを製造するように
したものである。従って繊維強化合成樹脂のリム部を有
し、しかも金属製のスポークと強固に結合されたステア
リングホイールをいわゆる構造反応射出成形法によっ
て、プリプレグを用いる方法よりも効率的に製造するこ
とが可能になる。
図である。
グの斜視図である。
を示す斜視図である。
を示す成形型の要部横断面図である。
る。
る。
合を示す成形型の要部横断面図である。
す縦断面図である。
泡体コアの斜視図である。
斜視図である。
の要部断面図である。
ングホイールの平面図である。
視図である。
斜視図である。
ある。
をシールした状態の斜視図である。
観斜視図である。
被覆を示す斜視図である。
である。
る。
Claims (14)
- 【請求項1】繊維強化合成樹脂製のリムと、 ステアリングシャフトと結合される結合部を有する金属
製のセンターボスと、 前記リムと前記センターボスとを連結する金属製のスポ
ークと、 をそれぞれ具備し、 前記スポークの外周側先端部にリムの円周方向に延出さ
れた結合部が連設され、 前記リムと前記結合部とが連結用バンドによって共巻き
されて連結され、しかも前記連結用バンドが前記リムと
一体化され、 前記連結用バンドによる連結位置において前記リムの外
周面が前記リムの他の部位とほぼ連続した状態で前記ス
ポークの先端部が前記繊維強化合成樹脂製リムに強固に
結合されていることを特徴とするステアリングホイー
ル。 - 【請求項2】繊維強化合成樹脂製のリムと、 ステアリングシャフトと結合される結合部を有する金属
製のセンターボスと、 前記リムと前記センターボスとを連結する金属製のスポ
ークと、 をそれぞれ具備し、 前記スポークの外周側先端部にリムの円周方向に延出さ
れた結合部が連設されるとともに、該結合部に挿通穴が
形成され、 前記結合部の挿通穴に挿通された結合用バンドが前記リ
ムに巻付けられ、しかも前記結合用バンドが前記リムと
一体化され、 前記連結用バンドによる連結位置において前記リムの外
周面が前記リムの他の部位とほぼ連続した状態で前記ス
ポークの先端部が前記繊維強化合成樹脂製リムに強固に
結合されていることを特徴とするステアリングホイー
ル。 - 【請求項3】前記リムの繊維強化合成樹脂に使用されて
いる強化繊維が、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊
維、超高分子量ポリエチレン繊維、または高強力ポリア
リレート繊維であることを特徴とする請求項1または請
求項2に記載のステアリングホイール。 - 【請求項4】前記スポークがアルミニウム合金、または
マグネシウム合金から成ることを特徴とする請求項1ま
たは請求項2に記載のステアリングホイール。 - 【請求項5】前記リムの内部に重量バランスを改善する
カウンタウエイトが配置されていることを特徴とする請
求項1または請求項2に記載のステアリングホイール。 - 【請求項6】前記カウンタウエイトが金属板、金属粉を
樹脂で固めた固形物、または金属繊維から成ることを特
徴とする請求項5に記載のステアリングホイール。 - 【請求項7】前記リムが中空であることを特徴とする請
求項1〜請求項6の何れかに記載のステアリングホイー
ル。 - 【請求項8】前記リムが軽量発泡コアの外周面上に形成
されていることを特徴とする請求項1〜請求項6の何れ
かに記載のステアリングホイール。 - 【請求項9】リム部内径に相当する外径を有するマンド
レルに内圧をかけるチューブを被覆する工程と、 前記チューブが被覆されたマンドレル上に強化繊維プリ
プレグを積層し、その後にチューブごとマンドレルから
引抜いて予備成形体を得る工程と、 前記予備成形体をステアリングホイール成形型のキャビ
ティのリム部に対応する部分に曲げながら押込む工程
と、 前記ステアリングホイール成形型にさらにセンターボス
とスポークとが一体に連結されて成る芯金をセットする
工程と、 前記芯金のスポークの外周側先端部にリムの円周方向に
延出された状態で連設された結合部を強化繊維プリプレ
グによって前記予備成形体と共巻きして結合するか、前
記結合部の挿通穴に挿通された結合用バンドを前記予備
成形体に巻付けて結合する工程と、 前記ステアリングホイール成形型を型締めし、前記チュ
ーブに内圧を加えながら加熱し、ステアリングホイール
成形体を成形する工程と、 をそれぞれ具備するステアリングホイールの製造方法。 - 【請求項10】リム部内径に相当する外径を有するマン
ドレルに内圧をかけるチューブを被覆する工程と、 前記チューブが被覆されたマンドレル上に強化繊維プリ
プレグを積層し、その後にチューブごとマンドレルから
引抜いて予備成形体を得る工程と、 前記予備成形体の前記チューブの中にアルコール類を注
入して開放端をシールする工程と、 前記予備成形体をステアリングホイール成形型のキャビ
ティのリム部に対応する部分に曲げながら押込む工程
と、 前記ステアリングホイール成形型にさらにセンターボス
とスポークとが一体に連結されて成る芯金をセットする
工程と、 前記芯金のスポークの先端側の結合部を強化繊維プリプ
レグによって前記予備成形体と結合する工程と、 前記ステアリングホイール成形型を型締めして加熱し、
ステアリングホイール成形体を成形する工程と、 前記ステアリングホイール成形体のリムの部分に***を
形成し、前記アルコール類の沸点以上に加熱して該アル
コール類を抜く工程と、 をそれぞれ具備するステアリングホイールの製造方法。 - 【請求項11】ステアリングホイールのリム部の繊維強
化合成樹脂の肉厚を減じた分の形状の成形型に軽量発泡
体を注入硬化させてコア材を得る工程と、 前記コア材上に強化繊維プリプレグを積層してリム部予
備成形体を作成する工程と、 前記予備成形体をステアリングホイール成形型のキャビ
ティのリム部に対応する部分に押込む工程と、 前記ステアリングホイール成形型にさらにセンターボス
とスポークとが一体に連結されて成る芯金をセットする
工程と、 前記芯金のスポークの外周側先端部にリムの円周方向に
延出された状態で連設された結合部を強化繊維プリプレ
グによって前記予備成形体と共巻きして結合するか、前
記結合部の挿通穴に挿通された結合用バンドを前記予備
成形体に巻付けて結合する工程と、 前記ステアリングホイール成形型を型締めして加圧しな
がら加熱し、ステアリングホイール成形体を成形する工
程と、 をそれぞれ具備するステアリングホイールの製造方法。 - 【請求項12】リム部内径に相当する外径を有するマン
ドレルに内圧をかけるチューブを被覆する工程と、 前記チューブが被覆されたマンドレル上に強化繊維ブレ
ードを被覆し、その後にチューブごとマンドレルから引
抜いて予備成形体を得る工程と、 前記予備成形体をステアリングホイール成形型のキャビ
ティのリム部に対応する部分に曲げながら押込む工程
と、 前記ステアリングホイール成形型にさらにセンターボス
とスポークとが一体に連結されて成る芯金をセットする
工程と、 前記芯金のスポークの外周側先端部にリムの円周方向に
延出された状態で連設された結合部を強化繊維ブレード
によって前記予備成形体と共巻きして結合するか、前記
結合部の挿通穴に挿通された結合用バンドを前記予備成
形体に巻付けて結合する工程と、 前記ステアリングホイール成形型を型締めして成形型内
を真空引きし、前記チューブに内圧を加えながら成形型
内に液状樹脂を射出して硬化させ、ステアリングホイー
ル成形体を成形する工程と、 をそれぞれ具備するステアリングホイールの製造方法。 - 【請求項13】リム部内径に相当する外径を有するチュ
ーブの中にアルコール類を注入して開放端をシールする
工程と、 前記チューブ上に強化繊維ブレードを被覆して予備成形
体を得る工程と、 前記予備成形体をステアリングホイール成形型のキャビ
ティのリム部に対応する部分に曲げながら押込む工程
と、 前記ステアリングホイール成形型にさらにセンターボス
とスポークとが一体に連結されて成る芯金をセットする
工程と、 前記芯金のスポークの先端側の結合部を強化繊維ブレー
ドによって前記予備成形体と結合する工程と、 前記ステアリングホイール成形型を型締めして成形型内
を真空引きし、成形型内に液状樹脂を射出して硬化さ
せ、ステアリングホイール成形体を成形する工程と、 前記ステアリングホイール成形体のリムの部分に***を
形成し、前記アルコール類の沸点以上に加熱して該アル
コール類を抜く工程と、 をそれぞれ具備するステアリングホイールの製造方法。 - 【請求項14】ステアリングホイールのリム部の繊維強
化合成樹脂の肉厚を減じた分の形状の成形型に軽量発泡
体を注入硬化させてコア材を得る工程と、 前記コア材上に強化繊維ブレードを積層してリム部予備
成形体を作成する工程と、 前記予備成形体をステアリングホイール成形型のキャビ
ティのリム部に対応する部分に挿入する工程と、 前記ステアリングホイール成形型にさらにセンターボス
とスポークとが一体に連結されて成る芯金をセットする
工程と、 前記芯金のスポークの外周側先端部にリムの円周方向に
延出された状態で連設された結合部を強化繊維ブレード
によって前記予備成形体と共巻きして結合するか、前記
結合部の挿通穴に挿通された結合用バンドを前記予備成
形体に巻付けて結合する工程と、 前記ステアリングホイール成形型を型締めして成形型内
を真空引きし、成形型内に液状樹脂を射出し、ステアリ
ングホイール成形体を成形する工程と、 をそれぞれ具備するステアリングホイールの製造方法。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08032630A JP3118528B2 (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | ステアリングホイールおよびその製造方法 |
DE69720090T DE69720090T2 (de) | 1996-01-26 | 1997-01-22 | Lenkrad und Verfahren zu seiner Herstellung |
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