JP2007161239A - 複数チューブフレーム構造を有するホイール - Google Patents
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Abstract
【課題】ホイールの剛性、強度、空気力学的特性および美的価値を改良する。
【解決手段】少なくとも2つのチューブを含む自転車用ホイール用構造体であって、ホイールは、伝統的なスポークを有するリムタイプとして、又は、付加されるスポークレッグを有するワンピースホイールとしてデザインされる。好ましくは、チューブはアパーチャ(apertures)を形成するために様々な位置で互いに分離される。
【選択図】図1
【解決手段】少なくとも2つのチューブを含む自転車用ホイール用構造体であって、ホイールは、伝統的なスポークを有するリムタイプとして、又は、付加されるスポークレッグを有するワンピースホイールとしてデザインされる。好ましくは、チューブはアパーチャ(apertures)を形成するために様々な位置で互いに分離される。
【選択図】図1
Description
本発明は、コンポジットホイール(composite wheel)および、好ましくはコンポジット自転車用ホイールに関し、前記ホイールは、特定の性能上の利点を提供するように、チューブとチューブの間のアパーチャ(apertures)すなわち「ポート(ports)」と内部強化壁を提供するように、対向面に沿って融合される複数のチューブを用いて形成される。
本発明は、リム(rim)とスポークを含むコンポジット自転車用ホイールの改良された構造に関連する。特に、デザインの基礎は、1つより多くの強化チューブを用いた構造を利用するものであり、この構造によって内部強化壁が形成されて強度と安定性が改良される。加えて、これらのチューブは、重要な箇所および向きで分離可能であり、これによりチューブとチューブの間にアパーチャやポートが形成される。これらのアパーチャやポートは、強度、剛性および空気力学的な利益を付加する2つの向かい合ったアーチ(double opposing arches)として機能する。
自転車において重量は、性能を決定付ける重大な特徴である。重量が軽ければ軽いほど、自転車は、加速がより早くなり、高速の維持がより簡単になり、上り坂を登るのがより簡単になり、操縦がより簡単になる。従って、最も軽い材料およびデザインは、これらの性能的目標に到達するために用いられる。
現代の高性能自転車デザインにもっともポピュラーな材料は、カーボンファイバー強化エポキシ樹脂(CFE(carbon fiber reinforced epoxy resin))である。なぜならば、この材料は、現実に入手可能な材料の中で最も強度対重量比が優れているからである。結果として、CFEは、優れた剛性を備えた非常に軽量の自転車用ホイールを提供可能であり、同様に美しい形状も提供可能である。CFEから成形された構造体は、スムーズで流麗な(sleek)形状を示すことが可能で、その結果空気抵抗(aerodynamic drag)を減らし、より効率的に空気中を通過することを可能にする。
自転車の効率を決定付ける主な要因は、ホイールである。ホイールは、大きな正面面積を有するので、空気抵抗に大きく寄与する。ホイールは継続的に回転し、この回転が独特の空気力学的な効果を加える。加えて、スポークは、空気抵抗をかなり付加する。さらに加えて、ホイールは、2つあり、自転車の総重量に大きな影響を与える。
自転車のホイールにとって別の重要な要素は、剛性である。ホイールは、スポークにより伝えられる半径方向(radial)の負荷にさらされる。ホイールは、硬すぎて乗り心地を損なうことなく、これらの負荷に耐える硬さを備えなければならない。ある場合において、例えばロードバイクでは、自転車は、硬いホイールを有することが好ましい。別の場合において、例えばマウンテンバイクでは、柔軟性のあるホイールを有することが好ましい。ただ1つの技術又はデザインで両方の条件を満たすことは難しい。
自転車用ホイールには、側面負荷(side loads)すなわち横切る方向の負荷(transverse loads)がある。これらは、自転車が高速でコーナーを曲がるときに、又は、ハンドルでこのトルク(torque)を打ち消す間にペダルに高い負荷が入れられることにより起こる。これらの側面負荷に抵抗する際にホイールが硬ければ硬いほど、自転車は、より敏感になり且つより早く反応し、より大きな加速と改良されたハンドリングを可能にするであろう。
自転車用ホイールの別の重要な要素は、強度である。自転車用ホイールには、多くの負荷が加えられる。高速回転から生じる遠心力がある。道路の穴や未舗装路の岩などの大きなものにぶつかることによる衝突力(impact force)がある。荒れた道を走ることによる「ロードバズ(road buzz)」による振動がある。従って、ホイールは、多くの負荷状況に耐えなければならない。
最終的に、自転車のホイールは、最も見えるコンポーネントの1つであり、自転車の質および期待される性能を表すものである。ハイテク外観を有するホイールは、
自転車の知覚される価値を非常に高める。これは、自転車のカーボンフレームが何千ドルにもなるときに非常に重要である。
自転車の知覚される価値を非常に高める。これは、自転車のカーボンフレームが何千ドルにもなるときに非常に重要である。
過去30年に渡り近代的自転車用ホイールの発展は、主に軽量と空気力学的特性(aerodynamics)に焦点が合わせられてきた。この理由により、カーボンファイバーコンポジットを取り入れた多数のデザインが行われてきた。これらのデザインは、(1)伝統的なスポークを用いるコンポジットリム、および(2)コンポジットリムとコンポジットスポークの結合という2つのタイプに分類することができる。
最初のデザインは、リム部分とスポーク部分を一緒に成形するワンピースコンポジットホイールを作ろうとした。ルイス(Lewis)に対する米国特許第4930843号(特許文献1)では、中空コンポジットリムおよび中空コンポジットスポークを有するコンポジットホイールを開示している。ルイスは、伝統的な金属ホイールと比較した重量の低減、並びに翼(airfoil)形状スポークによる空気力学的な利点を記載している。これは、非常に軽量のデザインを創作するが、単一コンポジットチューブで構成される中空スポークを有するので、ホイールは、チューブの薄い壁のために座屈しやすくなる。
ツァイ(Tsai)に対する米国特許第4995675号(特許文献2)では、フォームコア(foam core)を有するコンポジットスポークおよび中空のコンポジットリムを備えるコンポジットホイールを記載している。スポーク内のフォームコアは、座屈負荷への抵抗を増加させることができる。しかしながら、フォームコアの硬さとこれによる重量は、この負荷に抵抗するのに実質的なものでなくてはならないであろう。
さらに別のスポークコンポジットホイール(spoked composite wheel)のデザインが、アレンドンド(Arrendondo)に対する米国特許第5426275号(特許文献3)に記載されており、これには、重量と剛性の効率を達成する中空コンポジットユニット構造が記載されている。このデザインは、大断面の幅寸法を備える中空単一チューブスポークを利用するが、側壁が薄いため座屈による破損が起こりやすい。
コンポジットを用いてリム部分のみを作るいくつかのデザインがあった。ヘッド(Hed)とハウグ(Haug)に対する米国特許第5061013号(特許文献4)では、頑丈なディスクタイプのホイール(solid disc type wheel)について記載しており、このホイールでは、ホイールのリムがより大きな半径長(a greater radial dimension)を有しており従来のスポークに取り付けられる。このデザインは、頑丈なホイールを有することによる低空気抵抗(low aerodynamic drag)という長所を示しているが、横風負荷の影響を受けやすい。‘013デザインは、軽量化を達成するコンポジット材料の好ましさについて述べており、単一チューブデザインを用いている。スポークをとりつけるためには、半径方向に内側のリム表面に穴をドリルで開けなければならない。さらに、スポークを調整するツールを収容するために、対応箇所の外側リム表面により大きな穴をドリルで開けなければならない。これは、互いに極めて接近した2つのドリル穴を有しているので大きな圧力集中が発生する。
別のコンポジットホイールリムデザインがマーチン(Martin)らに対する米国特許第5249846号(特許文献5)に記載されており、ここでは、少なくとも2つの隣接するボックス状構造体(box-like structures)からなるコンポジットホイールリムについて記載されており、その構造体のそれぞれがフォームコアを備え、これらの構造体の間に共通壁を有している。このデザインの目的は、軽量化および強いホイールリムを作ることである。スポークを取り付けるのにドリルで穴を開け且つリムボックスのより厚くより強い壁にスポークを取り付けることをこのデザインは要求する。なぜなら、覆いの部分(fairing portion)は、このような負荷を支えるには弱すぎるからである。
さらに別のコンポジットホイールリム(composite wheel rim)のデザインが、サージェント(Sargent)に対する米国特許第5975645号(特許文献6)に記載されており、ここでは、リム部分に結合しているタイヤを備えたホイールと、振動や衝撃負荷を吸収するように屈曲するようにデザインされている球根状形状の側壁を内側に備えた他のボディー部分について記載されている。スポークは、リムの最も内側の部分につながっており、衝撃吸収を行うのは、側壁の柔軟性である。なぜなら、側壁は、スポークがより多くの引っ張り負荷(tensile loads)を及ぼしたときに屈曲するからである。この理由により、このデザインは、これらのゆがみのために応答性がよくない。さらに、スポークを取り付けるためにリムの内側部分に、並びに、スポークにアクセスして調整するためにリムの外側部分にドリルで穴を開けなければならない。
米国特許第4930843号
米国特許第4995675号
米国特許第5426275号
米国特許第5061013号
米国特許第5249846号
米国特許第5975645号
ホイールにコンポジット材料を用いることは、軽量化および空気力学的な利点を提供する。現在に至るまで、ホイールデザインは2つの基本的なタイプに分類され得る。それは、伝統的な薄い輪郭のスポークを用いるコンポジットリムと、コンポジットホイールである。コンポジットホイールでは、スポークは、数が少なく大断面であり且つコンポジットホイール構造体と一体化されている。
軽く、硬く、強く、弾力があり且つ空気力学的に優れていなければならないホイールリムをデザインするとき、コンポジット材料は、金属と比べて魅力的な選択肢である。本文中で記載のリムとは、ハブへの取り付け手段を必要とする外周部付近にあるホイールの一部のことを言う。これを行うのに最も一般的な手段が、伝統的な金属スポークである。スポーク材料には、他の材料があり、その材料には、高強度アルミニウムと、PBO(Poly-phenylene benzobisoxazole)などの軽量ファイバーが含まれる。
どのようなスポークであっても、リムとハブの間にスポークを取り付ける手段を設けなければならない。伝統的なリム部分に関しては、これを達成するためにリムには、ドリルで穴を2箇所開けなければならない。最初に、スポークのシャフトを収容するために、半径方向においてリムの最も内側の表面にドリルで穴を開ける。2番目に、同一半径方向に沿ったリムの外側表面に、より大きな穴をドリルで開ける。リムの外側表面には、通常タイヤが位置する。外側表面の穴によってスポークを保持するナットへの外部アクセスが提供される。これは、スポークの張りを調整するために必要である。
ドリルで穴を開けることは、構造を大きく弱めることになる。コンポジット材料の場合、穴をドリルで開けると強化ファイバーが必ず切断される。例えば、一般的な高性能自転車用ホイールには、32本のスポークがあり、これは、リム構造に32個の小さい穴と32個の大きな穴をドリルで開けることを意味する。さらに、これらの穴は、内側および外側表面にドリルで開けられる。これにより、構造が大きく弱められ破損しやすくなる。
ホイールデザインは、改良され続ける必要がある。この点において、本発明は、この必要性を実質的に実現するものである。
本発明は、コンポジットプレプレグチューブの複数チューブを用いて構成されるホイール構造体に関し、この複数チューブは、成形されてリムやスポーク部分等の自転車用ホイールの様々な部分にされる。そこでは、隣接するチューブは、成形の間に共通内部壁に沿って結合される。このようなマルチチューブデザインでリムおよび/又はスポークを形成することは、従来のものを超えて、注文どおりの剛性、更なる強度、より大きな衝撃吸収性、より大きな耐疲労性、より大きな快適性、改良された空気力学的特性、改良されたスポーク取り付け手段、および改良された美的価値(aesthetics)を提供する。
本発明は、コンポジットプレプレグチューブの複数チューブを用いて構成されるホイール構造体に関し、この複数チューブは、成形されてリムやスポーク部分等の自転車用ホイールの様々な部分にされる。そこでは、隣接するチューブは、成形の間に共通内部壁に沿って結合される。このようなマルチチューブデザインでリムおよび/又はスポークを形成することは、従来のものを超えて、注文どおりの剛性、更なる強度、より大きな衝撃吸収性、より大きな耐疲労性、より大きな快適性、改良された空気力学的特性、改良されたスポーク取り付け手段、および改良された美的価値(aesthetics)を提供する。
従来技術での現在の既知のデザインおよび形状の自転車用コンポジットホイールの既知のタイプに固有の上記の共通事項を鑑みて、本発明は、改良されたホイールシステムを提供する。
ここまで、本発明の比較的重要な特徴についてかなり広く説明してきた。本発明の詳細な説明は、以下の説明でよりよく理解されるであろう。また、従来技術に対する本発明の貢献がよりよく理解されるであろう。当然のことであるが、この後にも、本発明のさらなる特徴についての説明があり、これらの特徴は、添付クレームの主題を形成するであろう。
この点に関して、本発明の少なくとも1つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、この後の記載で言及されるか又は図面に示された構成の詳細や構成要素の配置にその適用が限定されることがないことが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態が可能であり、種々の方法で実現され、実行されることが可能である。また、ここで採用した表現及び用語は、説明の目的のためのものであり、制限的なもの(limiting)であるとみなすべきでない。
従って、当業者は、この開示に基づく概念が本発明の種々の目的を実行するための他の構造、方法及びシステムのデザインの基礎として容易に利用可能であることを理解するであろう。従って、クレームが、本発明の精神と範囲から逸脱しない範囲の均等な構成を含むものと解釈されることは、重要である。
それぞれのホイール構成部品(wheel components)を作る製造方法は、非常に類似しており、後でさらに詳細に補足されるであろう。基本的な方法は、丸められてチューブになったカーボンファイバー/エポキシのようなプレプレグ材料を用いることである。チューブは、一方向性ファイバーの複数層で形成され、これらの層は、所望の特性に基づき所定の角度に向けられる。高分子ブラダー(polymeric bladder)は、チューブ内部に挿入され、アセンブリは、金型に詰め込まれる。積層層を一体化する間、金型は、プラテンプレスで加熱され、チューブを膨張させるように空気圧が加えられる。これによって、内部圧力が生成され、チューブが膨張させられて金型キャビティが満たされる。
本発明は、簡単且つ効率的に製造され得る新規であり且つ改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、耐久性および信頼性のある新規であり且つ改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、材料と労力の両方において低コスト製造が可能な新規であり且つ改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、ホイールの様々な部分に特定の剛性と弾力性の組み合わせを提供できるホイールシステムを提供するものである。
本発明は、優れた強度および耐疲労性を有する改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、空気力学的に優れた改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、向上した振動減衰特性を有する改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、向上した衝撃吸収特性を有する改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、スポーク取り付けのためにドリルで穴を開けることを要しない改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、独特の外観と改良された美的価値(aesthetics)を有する改良されたホイールシステムを提供するものである。
最後に、本発明は、複数チューブデザインで作られる新規であり且つ改良されたホイールシステムを提供するものであり、このホイールシステムでその長さ方向のほとんどに沿って融合されたチューブは、選択される箇所で互いに分離されて2つの向かい合ったアーチ(double opposing arches)として機能するアパーチャを形成する。これによって剛性および弾力性の改良された調整手段が提供され、強度、空気力学的特性およびスポーク取り付け性を向上させる。本発明は、リムおよびスポークレッグ部分に適用される。
本発明は、耐久性および信頼性のある新規であり且つ改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、材料と労力の両方において低コスト製造が可能な新規であり且つ改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、ホイールの様々な部分に特定の剛性と弾力性の組み合わせを提供できるホイールシステムを提供するものである。
本発明は、優れた強度および耐疲労性を有する改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、空気力学的に優れた改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、向上した振動減衰特性を有する改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、向上した衝撃吸収特性を有する改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、スポーク取り付けのためにドリルで穴を開けることを要しない改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、独特の外観と改良された美的価値(aesthetics)を有する改良されたホイールシステムを提供するものである。
最後に、本発明は、複数チューブデザインで作られる新規であり且つ改良されたホイールシステムを提供するものであり、このホイールシステムでその長さ方向のほとんどに沿って融合されたチューブは、選択される箇所で互いに分離されて2つの向かい合ったアーチ(double opposing arches)として機能するアパーチャを形成する。これによって剛性および弾力性の改良された調整手段が提供され、強度、空気力学的特性およびスポーク取り付け性を向上させる。本発明は、リムおよびスポークレッグ部分に適用される。
(実施形態)
本発明、操作上の利点および使用により達成(attained)される特定の目的をよりよく理解するために、発明の好ましい実施形態が例示される添付図面と記載事項が参照されるべきである。
本発明、操作上の利点および使用により達成(attained)される特定の目的をよりよく理解するために、発明の好ましい実施形態が例示される添付図面と記載事項が参照されるべきである。
本発明は、現在の従来技術を超えて、注文どおりの(tailored)剛性、より大きな耐衝撃性、より大きな衝撃吸収性、より大きな耐疲労性、より大きな空気力学的特性、少ない振動、より大きな快適性、および改良された美的価値(aesthetics)を提供する。
本発明によるホイールシステムは、従来のコンセプトや従来技術のデザインからかけ離れており、それにより、向上した外観とともに剛性、強度、衝撃吸収、空気力学的特性を向上させながら、軽量化を維持することを目的として主に発展させられた器具(apparatus)を提供する。この利点の組み合わせは、ホイールデザインの前には決して達成されなかった。
本発明は、独特の美的外観と独特の性能上の利点を達成するように様々な位置においてアパーチャ(apertures)を形成するように配置および局所領域で分離することができる複数チューブを用いる。
複数チューブを用いるホイールデザインは、多数の利点を有する。第1に、共通壁(common wall)がチューブとチューブの間に形成され、これにより例えばリムやスポークレッグといったホイール部分の剛性および強度を高める内部構造が形成される。その結果、より薄い輪郭の構造がデザイン可能となる。加えて、コンポジット材料では一般的な座屈破損モード(buckling failure mode)に内部壁(internal wall)が抵抗する(resist)ので、より薄い壁を有する構造が使用可能となる。
伝統的なスポークを用いるリムタイプデザインと比べると、複数チューブデザインは、リムにドリル穴を開けないことが可能である。例えば、リム部分は、局所領域で互いに分離する2チューブでデザインすることが可能であり、これにより、スポーク取り付け具を支持するようにデザインされたアパーチャすなわち「ポート(ports)」を形成する。これは、伝統的なリムデザインと比べてさらに強い構造を作成する。これは、リム形状を変更する選択肢、例えば、重量においてさらに軽い、より薄い輪郭のリムを提供する。
複数チューブデザインは、様々な位置に配置され且つ様々な方向に向けられたポートを作成可能であり、これにより、独特の性能的長所が生まれる。例えば、ホイールの軸(axis)に平行な軸を有するリムおよび/又はスポークレッグは、半径方向により柔軟性のある剛性を有した構造を作ることが可能であり、これにより衝撃を吸収し且つ運転者により大きな快適性を提供する。
別の選択肢は、ホイールの軸(axis)に平行な軸を有するポートをリムに作成し、伝統的なスポーク取り付け具用の支持手段(means)を提供することである。これは、後でより詳しく説明される様々なデザインを用いて行うことができる。
ホイール軸に平行に向けられた軸を有するポートをリムおよび/又はスポークホイールに有するホイールには、空気力学的な利点もある。ポートにより横風は、ホイールを容易に通過できかつ自転車の安定に悪影響を与えない。これにより、より深いリムデザインおよび/又はより幅広いスポークレッグは、ホイールの空気抵抗をさらに減少させることができる。別の空気力学的なデザインの選択肢は、スポークレッグにあるポートをホイール回転の接線方向に一致させ、これにより空気抵抗を減少させることである。
さらなる振動減衰が望まれるのであれば、ポートは、特定の角度に向けられて形成され、且つアラミド(aramid)又は液晶ポリマーなどのファイバーを用いて構成される(constructed)ことが可能である。リム又はスポークレッグのゆがみの結果としてポートが変形したとき、もとの形状への復帰は、振動減衰を増加させるこれらの粘弾性材料により調節可能である。振動減衰を増加させる別の方法は、ポート内部にエラストマー材料(elastomeric material)を挿入することである。
ある構成体をメタルチューブで製造することは可能ではあるが、コンポジット材料で成形する方法は、その構造体への複数チューブの使用を容易にさせる。コンポジットチューブを製造する最も一般的な方法は、強化ファイバーにエポキシのような熱硬化性樹脂を含浸させたものである「プレプレグ」として知られるシート状の材料で始めることである。レジンは、熱および圧力を加えて簡単に硬化可能な「Bステージ」の液体である。
ファイバーは、ファブリックのように又は一方向に織り合わせ可能であり、カーボンやアラミドやガラス等の様々な高性能強化ファイバーからなる。プレプレグ材料は、一般に連続したロールで提供されるか、シート長がより短い断片を生じさせるドラム巻きが可能である。プレプレグは、様々な角度で切られて正確なファイバー配向を達成し、また、切断により得られるこれらのストリップは、一般に重ねて、丸めてチューブにすることが可能である「レイアップ(lay-up)」に配置することが可能である。ポリマーブラダー(A polymer bladder)は、プレプレグチューブの内部に挿入され且つ加熱の際に複数層を一体化(consolidate)する内部圧力を発生させるように用いられる。プレプレグチューブおよびポリマーブラダーからなる予備成形アセンブリは、金型キャビティー内に配置され且つ空気調整具(air fitting)がブラダーに取り付けられる。金型は、加熱されたプラテンプレス内で加圧されて閉じられ、空気圧がブラダー内部に加えられる。金型内で温度が上昇するにつれてエポキシ樹脂の粘性は減少し、ブラダーが膨張して余分な樹脂を流出させて、この結果、一体化された部品となる。
複数チューブを有するチューブ状部分を作ることは、各チューブに対する空気調整具と僅かにより多くの労働力を必要とする。例えば、2つのプレプレグチューブを用いて同じチューブ状部分を成形するとき、各チューブは、単一のチューブのサイズのほぼ半分であるべきであり、且つ各チューブは、それぞれ自身の内部ブラダー、空気調整具および空気圧供給ラインを有するべきである。金型への詰め込み方法は、非常に類似している。但し、2つのチューブは、金型に詰め込まれて、2つの空気調整具が取り付けられる。チューブとチューブの間に形成される内部壁が適切な方向に向けられるように、各チューブの位置に注意が払われるべきである。各チューブの空気圧は、各チューブおよびそれらの間に形成される壁のサイズおよび位置を保持するように同時に加えられるべきである。金型が加熱され、エポキシが流れて、チューブが膨張するとき、チューブは、互いに押圧し合い十分に一体化された(consolidated)内部壁を形成するであろう。
別の重要な考慮すべき事柄は、空気挿入手段(air insertion means)の位置である。それぞれのチューブは、膨張して複数層を一体化するために内部空気圧を必要とする。これには、いくつかの異なる方法を使用することができる。
リム部分を成形するとき、空気挿入領域は、リムの壁にある穴になるであろう。この穴は、空気タイヤのバルブ軸(valve stem)用の穴として役立ち得る。複数チューブがリムを形成するために用いられる場合、各挿入穴は、重量分布のバランスをとるためにリムの外辺部で等しく間隔を開けられる必要があるであろう。
別々のスポークレッグ部分が成形されるとき、空気挿入部は、望ましくはスポークレッグの各端にあるであろう。スポークレッグは、単一構造体として成形され、且つ空気挿入部が位置する各端部は、切り取られて開かれた端を残す。この端は、ハブ又はリムへの取り付けのためのフィッティングに結合される。
リム部分と一体化されるスポークレッグ部分が成形されるとき、リムの一部を形成するチューブは、スポークレッグの一部も形成するであろう、また、空気挿入位置は、好ましくは前述のリムの壁に配置されるであろう。
成形されたチューブ状部分の内部壁は、チューブ状部分の構造的特性を大きく向上させる。曲げ又はねじれでゆがむ間、チューブ状部分の形状は、よりよく維持され、断面の変形が排除される。軽量コンポジット自転車用ホイールでは薄い壁がどのようになるのかという見通しを得るために、多くの場合一般に手でホイール壁を単に絞ることによりいくつかの軽量コンポジット自転車用ホイールを変形させることができる。内部壁があると、チューブ状部分の完全性は、維持される。なぜなら、チューブが曲げおよびねじれにさらされたときに、より剛性と強度のある構造によって変形が最小限になるからである。
この理由のため、フォームコア(a foam core)は、複数チューブで成形される構造には必要とされない。
この理由のため、フォームコア(a foam core)は、複数チューブで成形される構造には必要とされない。
深さが浅いリムを用いた最初の例において、図1は、コンポジットリム10と、リム10に取り付けられ且つハブ14に接続されるスポーク11の側面図を示す。図1Aは、図1の線分1A−1Aでのホイールリム10の断面図を示す。ここでは、2つのチューブ2および3が並んで配置され、リム10を成形するために用いられる。共通壁4は、ホイール平面内に向けられるようにチューブとチューブの間に形成され、これにより最大面内剛性を提供し、スポークの張りに抵抗する。
図1Bは、線分2B−2Bでのスポーク取り付け領域のリム10の断面図を示す。ここでは、2つのチューブ2および3がアパーチャ5を形成するように互いに分離されている。アパーチャ5は、リム外側面6付近でより大きな直径を有し且つリム内側面7付近でより小さな直径を有する。アパーチャ内側で直径が変化する箇所は、スポークナット9を支持するショルダー8である。このデザインでは、アパーチャ5がリム構造10内に成形されるので、ファイバーが切断されることはない。ナット9は、面8で自由に回転できるので、これによりスポーク11の張り調整が容易になる。
図1Cは、別のデザインを示し、これによるとアパーチャ5は、角度「a」で成形され、これによってスポーク11がハブ14方向にまっすぐ延びることができる。これにより、ショルダー8へのナット9の圧力がさらに均等に分配可能になり、スポークナット9へのアクセスが容易になる。スポークは、反対側において、互い違いにハブに通常取り付けられるので、図1Cで示されるアパーチャ5のいずれかの側のスポークアパーチャは、反対方向に傾けられるであろう。しかしながら、スポークは、直下を含むどのような角度になっていてもよく、成形された穴およびドリルで開けられた穴はそれを収容する。
リムデザインの別の例には、図2に示す深いリムデザインがある。リム16は、空気抵抗をより小さくするために浅いリム10よりもはるかに大きな半径方向の寸法を有する。この理由のため、スポーク18は、対応する距離がスポーク12よりも短くなっている。
図2Aは、図2の線分2A−2Aでのリム16の断面図であり、リム10と同様に2つのチューブ19および20が並んで配置されている状態を示す。共通壁21は、チューブとチューブの間に形成される。
図2Bは、スポーク取り付け領域における、図2の線分2B−2Bでのリム16の断面図を示す。ここで2つのチューブ19および20は、分離してアパーチャ22を形成し、アパーチャ22は、リム外側面23付近で大きい方の直径を有し且つリム内側面27付近で小さい方の直径を有する。アパーチャ内側の直径が変化する箇所は、スポークナット9を支持するショルダー24である。前述の例のように、アパーチャ22は、リム構造16内に成形されるので、ファイバーが切断されることはない。ナット9は、面24で自由に回転できるので、スポーク18の張り調整が容易になる。
図1Cの場合のように、アパーチャ22は、角度「a」で成形され、これによってスポーク18がハブ14方向にまっすぐ延びることができる。これにより、ショルダー24へのナット9の圧力がさらに均等に配分され、スポークナット9へのアクセスが容易になる。図2A−2Bにおいて、チューブとチューブの間の共通内部壁は、リムの中央面「P」内にある。図2C−2Dは、内側と外側にそれぞれ配置される2つのチューブを用いた図2におけるリム16の別のデザインを示す。チューブ28は、外側面31付近に配置され、チューブ29は、内側面32側の方に配置される。その結果、この実施形態において、内部共通壁30は、リムの中央面に対して垂直方向に向けられる。このデザインにより、共通壁30は、ゆがみの影響をより受けやすい長い側面33および34を支持するように配置および方向調整される。
図2Dは、スポーク取り付け領域における図2Bに記載の別のデザインを示す。ここでは、外側面31においてアパーチャ35を、共通壁30においてアパーチャ37を、および内側面32においてアパーチャ38をドリルで開ける必要がある。
図2E−2Fは、図2におけるリム16のさらに別のデザインを示す。図2Eは、スポーク取り付け領域から離れた領域における図2の線分2A−2Aでのリム16の断面図を示す。この別のデザインでは、3つのチューブを用い、大きい方のチューブ39が外側面44付近に配置される。小さい方のチューブ40および41は、内側面45付近に並んで配置される。共通壁42は、大きい方のチューブ39と2つの小さい方のチューブ40および41との間に形成される。共通壁43は、小さい方のチューブ40と41の間に形成される。
図2Fは、図2の線分2B−2Bでのスポーク取り付け領域における図2Eに示されたデザインの断面図である。このデザインにおいて、2つの小さい方のチューブ40および41は、リムの内側面49付近において分離されてアパーチャ46を形成する。大きい方のチューブ39には、外側面44付近においてドリルで穴を開けてアパーチャ45を形成する。アパーチャ45は、アパーチャ46と通じている。
図2Gおよび図2Hは、図2のリム16のさらに別のデザインを示す。図2Gは、図2の線分2A−2Aでのリム16の断面図を示す。この別のデザインは、外側面44付近に並んで配置される2つのチューブ39および50と、内側面45付近に並んで配置される2つの小さい方のチューブ40および41からなる4つのチューブを用いる。共通壁51は、2つの外側チューブ39と50の間に形成される。共通壁42は、外側チューブ39と内側チューブ40の間に形成される。共通壁52は、外側チューブ50と内側チューブ41の間に形成される。共通壁43は、2つの内側チューブ40と41の間に形成される。
図2Hは、図2の線分2B−2Bでのスポーク取り付け領域における図2Gで記載されたデザインの断面図で、分かり易くするために省略して描かれたスポーク18およびナット9とともに示されている。このデザインにおいて、2つの小さい方のチューブ40および41は、分離されてアパーチャ54を内側面45付近に形成する。2つの大きい方のチューブ39および50は分離されてアパーチャ53を外側面44付近に形成する。アパーチャ53は、アパーチャ54より直径が大きく、スポーク18のナット9を支持するショルダー24を形成する。
リムデザインの別の例は、図3に示すように深いリムデザイン用のものである。このリム16aにおいて、アパーチャ55は、リム16aの中央面に対して垂直な軸を有するように形成され、横風がホイールを通過できるようになっている。この特定のデザインにおいて、アパーチャ55は、それぞれがスポーク18を支持する手段を提供するように間隔を開けられる。
図3A−3Cは、図3に示すリム16aの断面図である。図3Aは、図3の線分3A−3Aでのリム16aの断面図である。この別のデザインは、3つのチューブを用い、大きい方のチューブ39が外側面44付近に設置される。2つの小さい方のチューブ40および41は、内側面45付近に並んで配置される。共通壁42は、大きい方のチューブ39と2つの小さい方のチューブ40および41との間に形成される。共通壁43は、小さい方のチューブ40と41の間に形成される。
図3Bは、図3の線分3B−3Bでのリム16aの断面図である。半径方向外側にあるチューブ39は、2つの内側チューブ40および41と分離されてアパーチャ55を形成する。チューブ40および41は、分離されてアパーチャ46を形成し、アパーチャ46は、内側面45付近で半径方向に向けられる。アパーチャ46は、スポーク18を収容するのに十分なサイズであり且つスポークナット9用の座部(seat)および支持面を形成するのに十分に小さい。アパーチャ55は、スポーク18およびスポークナット9へのアクセスを提供するのに十分な大きさである。選択肢は、この位置には装飾的な取り付け手段を有し且つ張力調整手段をホイールのハブ付近の領域へ変更するようにスポークをデザインすることであろう。
図1Cの場合のように、アパーチャ46は、角度「a」で成形され、これによってスポーク18がハブ14方向にまっすぐ延びることができる。これにより、ショルダー24でナット9の圧力がさらに均等に分配されて、スポークナット9へのアクセスが容易になる。
図3C−3Dは、互いに内側と外側に配置される2つのチューブを用いるリム16bの別のデザインを示す。図3Cは、図3の線分3A−3Aでのリム16bの断面図である。チューブ28は、外側面31付近に配置され且つチューブ29は、内側面32の方に配置される。このデザインにより、共通壁30は、ゆがみの影響をより受けやすい長い側面33および34を支持するようにリムの中央面に対して垂直になるように配置され且つ向けられる。
図3Dは、スポーク取り付け領域における図3の線分3B−3Bでのリム16bの断面図である。チューブ28は、チューブ29と分離されてアパーチャ55を形成する。チューブ29には、ドリルで穴を開けてアパーチャ37および38を形成し、これらのアパーチャの中心線は、半径方向に向けられる。アパーチャ37および38は、スポーク18を収容し且つスポークナット9を支持するにも十分なサイズになるようデザインされる。アパーチャ55は、スポーク18およびスポークナット9へのアクセスを提供するのに十分な大きさである。選択肢は、この位置には装飾的な取り付け手段を有し且つ張力調整手段をホイールのハブ付近の領域へ変更するようにスポークをデザインすることであろう。この例では、ドリルで穴を開けることが必要ではある。しかし、アパーチャは、共通壁30やチューブ28と比較して小さな構造であるチューブ29に形成される。
図1Cのように、アパーチャ37および38は、角度「a」で成形され、これによってスポーク18がハブ14方向にまっすぐ延びることができる。これにより、ショルダー30でナット9の圧力がさらに均等に分配されて、スポークナット9へのアクセスが容易になる。
アパーチャを有する深いリムデザインの別の例は、図4に示される。図3のように、アパーチャ55は、リム16cの中央面に対して垂直な軸を有するようにリム16cに形成され、横風がホイールを通過できるようになっている。この特定のデザインにおいて、アパーチャ55は、大きすぎてスポーク18に取り付け手段を提供するには数が不十分である。別のより小さいアパーチャ57が別のスポーク18'に提供される。
図3の場合のように、この別のデザインは3つのチューブを用いる。線分4B−4Bの(アパーチャ55とアパーチャ55の間の)箇所と線分4C−4Cの(アパーチャを貫通する)箇所における断面図は、それぞれ図3Aと図3Bに同じである。図3Aおよび図3Bについて参照すると、大きい方のチューブ39は外側面44付近に配置され且つ2つの小さい方のチューブ40および41は、内側面付近に並んで配置される。穴55および57以外の位置において、共通壁42は、大きい方のチューブ39と2つの小さい方のチューブ40および41との間に形成され、共通壁43は、小さい方のチューブ40と41の間に形成される(図3Aを参照)。
図3Bの場合のように、アパーチャ55は、スポーク18およびスポークナット9へのアクセスを提供するのに十分な大きさである。選択肢は、この位置には装飾的な取り付け手段を有し且つ張力調整手段をホイールのハブ付近の領域へ変更するようにスポークをデザインすることであろう。
図4Aは、図4の線分4A−4Aでのリム16cの断面図である。この場合において、アパーチャ57は、アパーチャ55よりかなり小さく且つ主にスポーク18'を取り付けるために用いられる。チューブ39は、結合されたチューブ40および41と分離されてアパーチャ55を形成する。チューブ40および41は、分離されて内側面45付近で半径方向に向けられるアパーチャ46を形成する。アパーチャ46は、スポーク18'を収容するのにも、スポークナット9を支持するのにも十分なサイズである。アパーチャ57は、スポーク18'およびスポークナット9へのアクセスを提供するのに十分な大きさである。選択肢は、この位置には装飾的な取り付け手段を有し且つ張力調整手段をホイールのハブ付近の領域へ変更するようにスポークをデザインすることであろう。
図4B−4Cは、図4で示されるリム16cの別のデザインの断面図である。図4Bは、図4の線分4B−4Bでの断面図である。この例では、3つのチューブが半径方向に並んで配置される。チューブ58は、最も外側のチューブであり、チューブ60は、最も内側のチューブであり、チューブ59は、チューブ58と60の間に配置される。
図4Cは、スポーク取り付け領域における図4の線分4C−4Cでの断面図である。ここでチューブ58は、結合されたチューブ59および62から分離されてアパーチャ55を形成する。チューブ59および62は、ドリルで穴を開けられて頂上面付近にアパーチャ63と、共通壁62を貫通するアパーチャ64と、内側面45付近にアパーチャ65を形成する。アパーチャ63、64および65は、スポーク18を収容するのに十分な直径であり且つスポークナット9を支持するのに十分に小さい。
図4Dは、図4の位置4A−4Aでの別の実施形態の断面図である。これは、より小さいアパーチャ57付近のスポークの取り付けを示す。ここでチューブ58および59は、結合され且つアパーチャ57を形成するチューブ62と分離されている。チューブ62は、ドリルで穴を開けられて外側面67にアパーチャ65を、内側面45にアパーチャ66を形成する。アパーチャ65および66は、半径方向に向けられ且つスポーク18'を収容するのに十分な大きさでありながらナット9を支持するのに必要な小ささである。
アパーチャを有するリムデザインの別の例は、図4Eに示される。このリム16'において、アパーチャ55'は、リム16'の中央面に対して垂直な軸を有するように形成され、横風がホイールを通過できるようになっている。この特定のデザインにおいて、アパーチャ55'は、柔軟な伸張性部材(tensile member)18''がリム16'とハブ14'に取り付けられるように形成され且つ配置される。柔軟な伸張性部材18''は、スポークとして機能し、リム16'の中央にあるハブ14'を固定するように張った状態にされている。一般的な柔軟な伸張性部材18''は、好ましくはハブ14'をスタートして、アパーチャ55'を通って、リム16'の壁に沿って隣接するアパーチャ55'に進み、このアパーチャ55'を通ってそしてハブ14'に戻ってくる長さをしている。
リム16'は、アパーチャ55'の領域において図3Cに類似する断面を有するように2つのチューブで形成される。
リム16'は、アパーチャ55'の領域において図3Cに類似する断面を有するように2つのチューブで形成される。
図4Fは、図4Eの線分4F−4Fでのリム16'の断面図である。チューブ28'は、チューブ29'と分離されてアパーチャ55'を形成する。柔軟な伸張性部材18''は、アパーチャ55'を貫通している状態で示されている。アパーチャ55'を出た後、伸張性部材18''は、リム16'の側面「S」に沿って延び、その後、隣のアパーチャを通過してハブ14'に戻ってくる。図4Eに示すように、伸張性部材18''は、リムの向い合った側面に交互に支えられる。
図4Gは、図4Eの線分4G−4Gでのハブ14'の断面図である。ハブ14'は、ハブ14'に対して90°の角度のフランジ(flange)26'を有し、前記フランジ26'は、柔軟な伸張性部材18'' の端および張力調整ナット(tension adjusting nut)9'を支持するために用いられる。これは、柔軟な伸張性部材18''をハブ14'に取り付ける手段およびリム16'に対してハブ14'が中心になるように張力を調整する単純な手段を提供する。
図4Eにおいて、伸張性部材18''は、例えば、図4Gで示される態様のように、その両端がハブ14'に固定された状態でハブとリムの間に延びることが可能である。別の実施形態では、伸張性部材は、1回より多くハブに出入りして延びることが可能である。このような場合において、伸張性部材は、両端の間において、ハブの適切な支持面に沿って延びるであろう。
上記の詳細な説明は、小さい輪郭のスポークデザインを用いてハブに取り付けられるリムタイプホイールについて議論している。別のタイプのコンポジットホイールは、一体「モノコック(monocoque)」又はリムとスポークを組み込んだ一体型ホイールである。
図5は、外側リム82に達するように成形される3つのスポークレッグ80を有するコンポジットホイール70を示す。このホイールは、4つのチューブを用いて構成され且つ各スポークレッグ80およびリム82がリムの中央面に対して垂直向きの内部強化壁83を供えたダブルチューブを有するように構成される。
図5Aは、成形前の4つのチューブの配置を示す。これらのチューブは、ホイール70を組み立てるために用いられ得る。チューブ73、74および75は、スポーク80およびリム82の内側部分を組み立てるために用いられる。例えば、チューブ73は、リム82の最も内側面に配置され且つスポークレッグ80まで連続して配置される。チューブ74および75に関しても同様の配置がなされる。チューブ76は、リム82の外側面に配置され且つ円周全体に連続して配置される。
図5Bは、図5の線分5B−5Bでのリム82の断面図である。チューブ76は、外側面86付近に配置され、且つチューブ73は、内側面87付近に配置される。共通壁85は、間に形成される。
図5Cは、図5の線分5C−5Cでのリム82の断面図である。ここでチューブ76は、チューブ73と分離されてアパーチャ78を形成する。
図5Dは、図5の線分5D−5Dでのスポークレッグ80の断面図である。スポークレッグ80の断面は、チューブ73およびチューブ75が共通壁79を形成しながら並んで配置されることで空気力学的に有利な形状(aerodynamic in shape)となっている。これは、チューブの優れた配置である。なぜなら、共通壁79がスポークレッグ80の薄い壁に対する中間支持部(mid-span support)を提供するからである。
図5Eは、図5の線分5E−5Eでのスポークレッグ80の断面図である。ここでチューブ73は、チューブ75と分離されてアパーチャ71を形成する。アパーチャ71のサイズ、形状および間隔は、所望のデザインにより様々なものになり得る。
図5に記載のコンポジットホイール70は、所望により3つより多くのスポークを有し得る。各スポークレッグは、幅、厚さ、断面形状に関して異なり得る。各アパーチャは、所望のデザインおよび所望とされる機能によってサイズ、形状および数が異なり得る。
図5Fは、本発明において実施可能な3つの別のスポークレッグデザインを示す。スポークレッグ86は、2つの大きな楕円形状のアパーチャ89を有する幅広直線レッグである。スポークレッグ87は、大きな円形アパーチャ90に沿うような外形の輪郭をしたレッグである。スポークレッグ88は、大きな単一アパーチャ91に沿うような外形の輪郭をしたスポークレッグである。
図5Gは、本発明に用いるホイールデザインのいくつかの選択肢をさらに示す。スポークレッグ92は、ハブおよびリム付近が幅広になっている凹型外形をしており、異なる直径の円形アパーチャ95を有する。スポークレッグ93は、リム付近が幅広になっているテーパー形状のスポークレッグを示し、このスポーグレッグは、異なるサイズの卵型のアパーチャを有する。スポークレッグ94は、3つのチューブを用いて構成され、この3つのチューブの間に配置され且つ互い違いに配列された円形アパーチャ97を有する。
本発明の多様性(versatility)の例が、図5Hに見られる。4つのスポークレッグを有するコンポジットホイール120が示されており、各スポークレッグは、楕円形のアパーチャ122を有する。偶数のスポークレッグを有するホイールは、単一のプレプレグチューブを用いるホイールの製造を容易にする。図5Iは、ライン124を示し、ライン124は、どのようにしてこのプレプレグチューブが金型内に配置されるのかを示す。このようにプレプレグチューブを配置することにより、各スポークレッグ121がダブルチューブで形成され、および外側リム123が単一チューブで形成される。
本発明の多様性の更なる例が、図5Jに見られる。複数スポークレッグ(multiple spoke legs)80'を有するコンポジットホイール70'が示されており、各スポークレッグは、大きな楕円形の開口部又は「ポート(ports)」71'を有し、これら開口部又はポートの軸(axis)は、中央面に対して垂直に向けられる(又はどのような他の所望の角度に向けられてもよい)。各スポークレッグ80'は、寸法がより小さい。スポークレッグ80'は、どのようなサイズおよび数であっても可能であり且つポート71'は、それに伴ってサイズおよび数が変化する。
さらに別のスポークデザインが、図5Jの下の部分に見られる。スポークレッグ80''は、非常に小さい断面寸法であり且つリム70'とハブ14' 'に伝統的なスポークと同じように非剛性的に(in a non-rigid manner)取り付けられる。スポークレッグ80''は、アパーチャ71''を有し、前記アパーチャ71''は、スポークレッグ80''の寸法に比例している。スポークレッグは、異なるサイズのいくつのアパーチャを有することも可能であり、スポークレッグ80'''に示されるようにアパーチャを含まないことも可能である。
また、カーボンスポークレッグを有するアルミニウムリムを用いることも可能である。スポークレッグは1ユニットのホイール構造を作るために強固に取り付けられ得る、また、伝統的なスポークレッグのような非剛性的手段で取り付けられ得る。
成形されたスポークレッグを有する前述のデザインのすべては、いくつのアパーチャを有することも、またアパーチャを含まないことも可能である。
複数チューブデザインを利用するデザインは無限にある。剛性と弾性に関して、また、空気力学的特性および美的価値に関してホイール特性を大きく変えることは可能である。
先の例は、ホイールの平面を横切るように向けられた軸を有するアパーチャを説明したものである。また、ホイールの平面にほぼ平行にアパーチャ軸を向けることも、可能である。図6は、本発明の原理により作られるコンポジットホイール98を示し、コンポジットホイール98は、外側リム99と成形されたスポークレッグ100を有する。ホイールは、所望の性能に応じて、いくつかの異なる方法で構成可能である。
1つの別のデザインが図6Aに示されており、これは、図6の線分6A−6Aでの断面図である。ここで、タイヤを収容する外側面101およびハブ102を有するスポークレッグを見ることができる。リム部分99は、単一チューブ103を用いて構成される。スポークレッグ100は、チューブ104および105を用いて構成され、これらのチューブは分離されてアパーチャ106および107を形成する。
さらに別のデザインが図6Bに示されており、これはスポークレッグ131を有するホイール130の立面図である。各スポークレッグは、単一の大きなアパーチャ132を有する。先に言及した例のように、偶数のスポークレッグを有するホイールは、単一のプレプレグチューブを用いてホイールを製造することを容易にする。
図6Cは、ライン134を示し、このライン134は、このプレプレグチューブがどのように金型内に配置されるのかを示している。ホイールの12時の位置からスタートした第1の部分「R」は、鉛直下方に向かって上部垂直スポーク131の右手側に沿い、ハブ領域を横切って下部垂直スポーク右手側に沿いリム133に到達するまで延びる。リム円周の四分の一を反時計回りに、すなわち、6時の位置から3時の位置まで延びた後、チューブ131の第2部分「LO」は、リムの左手側に到達するまで2つの水平スポークの下側に沿って延びる。
その後、チューブは、リムの周りに9時の位置から6時の位置まで反時計回りに延びる。第3部分「L」は、その後、垂直スポーク左手側に沿って鉛直上方に向かい、(ハブ領域を横切って)リム頂上部に到達するまで延びる。そこから、チューブ134は、12時の位置から9時の位置まで反時計回りに延び、そこからチューブ部分「U」は、2つの水平スポークの上側に沿ってホイールを横切る。最終的に、チューブは、3時の位置からスタート位置(12時の位置)へ向かい、リム133を反時計周りに延びる。
このようにプレプレグチューブを配置することによって、スポークレッグ131のそれぞれにダブルチューブが形成され、外側リム133に単一チューブが形成される。チューブ部分「R」と「L」と「U」と「LO」を図示のように配置することによって、ホイールを成形するとき、スポークにアパーチャを形成するために、成形中にチューブ「R」の選択された部分をチューブ「L」から分離すること、および、チューブ「U」の選択された部分をチューブ「LO」から分離することが可能である。
図6Cは、チューブ134を1つ(a single length)用いてホイールを形成する1つの方法を示している。チューブ配置を変えることは可能であろう。例えば、チューブは、鏡像構成(mirror image configuration)により配置可能である。また、ホイールの中央面内にアパーチャを形成することが望まれるのであれば、チューブ、例えば「R」と「L」は、一方の上に他方が置かれるように配置されるであろう。また、例えば、チューブ部分「R」と「L」を並べて配置し且つチューブ部分「U」と「LO」を一方の上に他方が置かれるように配置することにより、2つのスポークが中央面内にアパーチャを有し且つ2つのスポークが中央面に対して垂直なアパーチャを有するようにホイールを形成することも可能である。
図6Dは、図6Aに類似した断面図であり、別の実施形態を示す。ここでタイヤを収容する外側面135と、ハブ102を有するスポークレッグ131が見られる。リム部分133は、単一チューブ136を用いて構成される。スポークレッグ131は、分離されてアパーチャ132を形成するチューブ137および138を用いて構成される。
図6Eは、図6Aに類似した断面図であり、さらに別のデザインを示す。ここで、アパーチャ132の湾曲に沿う外形をしたチューブ137および138を有するスポークレッグ131aが見られる。
平面内(in-plane)にアパーチャを有する成形されたスポークレッグに関する前述のデザインのすべては、いくつのアパーチャを有することも可能であり、また、アパーチャを有しないことも可能である。
横切る方向の(transverse)アパーチャのデザインと同様に、ホイール平面にほぼ平行な軸のアパーチャを有するホイールのデザインは、複数チューブデザインの使用に多くの可能性を与える。剛性と弾性に関してホイール性能を大きく変えることは可能である。また、空気力学的特性およびと美的価値に関しても同様である。
本発明の使用及び操作方法に関しては、上記の記載から明らかであろう。従って、使用及び操作方法に関して、これ以上の議論は、行わない。
上記記載に関して、本発明の部品についての最適な寸法関係やサイズ、材料、形状、形態、機能並びに操作、アセンブリ及び使用方法の変更は、当業者によって容易であり、図面に示されたり、明細書中に記載されたりしたものの全ての均等関係にあるものは、本発明の範囲に含まれることが意図されることが理解されるであろう。
従って、ここまでのものは、本発明の原理の単なる例示であるとみなされる。さらに、多くの修正及び変更は、当業者にとって容易であり、図示したり記載したりしたそのままの構造や操作に本発明が限定されることは望まれず、従って、全ての適切な修正物及び均等物は、本発明によって救済され、本発明の範囲に含まれる。
明確にするために、特許請求の範囲(claims)では、隣接するチューブの一部を互いに分離することによりフレームに形成されたアパーチャは、「ポート(ports)」と言及されるであろう。スポークを固定することに関するするポートは、「スポークポート」として言及されるであろう。ドリルで穴を開けることにより形成されるアパーチャは、「穴(holes)」として言及されるであろう。
Claims (40)
- 中央面内にあり且つ外側および内側端と一対の側壁とを有するリムを有し、前記リムは、コンポジット材料からなる少なくとも第1中空チューブおよび第2中空チューブにより形成され、前記第1および第2チューブの一部は、共通内部壁に沿って融合され且つ前記チューブの他の部分は、前記外側および内側端と側壁を形成することを特徴とするホイール。
- 前記内部壁は、前記中央面内にあることを特徴とする請求項1に記載のホイール。
- 前記チューブは、所定の位置で互いに分離されてスポークを受けとめるためのスポークポートを形成し、前記スポークポートのそれぞれは、スポークナットの支持面を形成する部分を有することを特徴とする請求項2に記載のホイール。
- 前記内部壁は、前記中央面に対して垂直に向けられていることを特徴とする請求項1に記載のホイール。
- 前記内部壁および前記内側端は、スポークを受け入れるスポーク穴を含み、前記内部壁は、スポークナットの支持面を形成し、前記外側端は、スポークナットを挿入するためのアクセス開口部を含むことを特徴とする請求項4に記載のホイール。
- 前記第1および第2チューブの半径方向外側に位置し且つ共通内部壁に沿って前記第1および第2チューブと融合される部分を有する第3コンポジットチューブをさらに含み、前記第3チューブの一部は、前記外側端および前記側壁の一部を形成することを特徴とする請求項3に記載のホイール。
- 前記外側端は、スポークナットを挿入するためのアクセス開口部を含むことを特徴とする請求項6に記載のホイール。
- 前記第3チューブは、前記スポークポートに対応する位置において前記第1および第2チューブから分離されて、前記中央面に対して垂直に向けられたポートを形成し、これにより前記スポークポートへの外部アクセスを提供することを特徴とする請求項6に記載のホイール。
- 前記スポークポートは、軸と、この軸に沿った少なくとも2つの異なる直径を有し、前記スポークポートの、大きい方の直径を有する部分は、前記外側端から延びることを特徴とする請求項3に記載のホイール。
- 前記内部壁は、前記中央面内にあり、前記ホイールは、前記第1および第2チューブの半径方向外側に配置された第3および第4チューブを含み、前記第3および第4チューブの一部は、前記中央面内にある共通壁に沿って融合され、前記第3および第4チューブは、前記共通面に対して垂直向きの共通壁に沿って前記第1および第2チューブに結合されることを特徴とする請求項1に記載のホイール。
- 前記内部壁は、前記中央面内にあり、前記ホイールは、前記第1および第2チューブの半径方向外側に配置された第3および第4チューブを含み、前記第3および第4チューブの一部は、前記中央面内にある共通壁に沿って融合され、前記第3および第4チューブは、前記共通面に対して垂直向きの共通壁に沿って前記第1および第2チューブに結合され、前記第3および第4チューブは、前記スポークポートの位置において互いに分離されてスポークナットへの外部アクセスを提供することを特徴とする請求項3に記載のホイール。
- 前記内部壁は、前記中央面内にあり、前記ホイールは前記第1および第2チューブの半径方向外側に配置された第3および第4チューブを含み、前記第3および第4チューブの一部は、前記中央面内にある共通壁に沿って融合され、前記第3および第4チューブは、前記共通面に対して垂直向きの共通壁に沿って前記第1および第2チューブに結合され、前記第3および第4チューブは、前記スポークポートの位置において前記第1および第2チューブから分離されて前記中央面に対して垂直向きのポートを形成することを特徴とする請求項3に記載のホイール。
- 前記内部壁は、前記中央面に対して垂直であり、前記チューブは、所定の位置で互いに分離されて前記中央面に対して垂直向きのポートを形成することを特徴とする請求項1に記載のホイール。
- 前記第1チューブは、複数のスポーク穴を含み、前記スポーク穴は、前記ポートが前記スポーク穴への外部アクセスを提供するように前記ポートに配置されることを特徴とする請求項13に記載のホイール。
- 前記ポートは、2つの向かい合ったアーチの形状であることを特徴とする請求項14に記載のホイール。
- リムとスポークを有するホイールであって、前記ホイールの少なくとも一部は、共通内部壁に沿って融合され且つコンポジット材料からなる少なくとも2つの中空チューブを含むことを特徴とするホイール。
- 前記少なくとも2つの中空チューブは、所定の位置で互いに分離されてポートを形成することを特徴とする請求項16に記載のホイール。
- 前記ポートは、2つのアーチ形状を有することを特徴とする請求項17に記載のホイール。
- 前記第2コンポジットチューブは、前記内部壁が前記中央面に対して垂直になるように前記第1コンポジットチューブの半径方向外側に配置され、前記ホイールは、前記第2チューブの半径方向外側に配置される第3コンポジットチューブを含み、前記第3チューブは、共通内部壁に沿って前記第2チューブと融合されることを特徴とする請求項1に記載のホイール。
- 前記第1チューブは、複数のスポーク穴を含み、前記第2チューブは、前記スポーク穴の位置で前記第1チューブと分離されて、前記中央面に対して垂直向きであり且つ前記スポーク穴への外部アクセスを提供するポートを形成することを特徴とする請求項19に記載のホイール。
- ハブ、リムおよび少なくとも1つの伸張性部材を有し、前記リムは、中央面内にあり且つ半径方向に外側および内側端と一対の側壁を有し、前記リムは、コンポジット材料からなる少なくとも第1および第2の中空チューブから形成され、これらのチューブは、前記中央面に対して垂直向きの共通内部壁に沿って融合され、前記チューブの残りの部分は、前記外側および内側端と側壁を形成し、前記第1および第2チューブは、所定の位置で互いに分離されて前記中央面に対して垂直向きのポートを形成し、前記伸張性部材は、前記ハブに固定される端を有し且つ前記ハブから前記リムへ、第1ポートを通過して第2ポートへ、第2ポートを通過して前記ハブに戻るように延びることを特徴とするホイール。
- リムおよびスポークレッグを含み、前記リムは、少なくとも1つの中空コンポジット材料チューブで形成され、前記スポークレッグは、共通内部壁に沿って融合され且つコンポジット材料からなる少なくとも2つの中空チューブによって形成され、前記リムと前記スポークレッグは、結合されて1ユニットのホイールを形成することを特徴とするホイール。
- 前記ホイールは、少なくとも3つのチューブを含み、それぞれのチューブは、第1スポークの一部を形成する第1部分と、隣接する第2スポークの一部を形成する第2部分と、前記第1および第2部分の間にあり前記リムの一部を形成する第3部分とを含むことを特徴とする請求項22に記載のホイール。
- 前記ホイールは、前記少なくとも3つのチューブの半径方向外側に配置される第4チューブを含み、前記第4チューブは、共通内部壁に沿って前記3つのチューブの第3部分と融合されることを特徴とする請求項23に記載のホイール。
- 前記リムと前記スポークレッグとは、互いに異なる断面形状を有することを特徴とする請求項22に記載のホイール。
- 前記リムは、中央面内にあり、前記内側壁は、前記中央面に対して垂直に向けられ、少なくとも1つのスポークレッグの少なくとも2つのチューブは、所定の位置で互いに分離されて前記中央面に対して垂直向きのポートを形成することを特徴とする請求項22に記載のホイール。
- 前記リムは、中央面内にあり、それぞれのスポークは、半径方向に延び、前記内側壁は、前記中央面内にあり、前記スポークを形成するチューブの一部は、互いに分離されて前記半径方向に対して垂直方向に向けられるポートを形成することを特徴とする請求項22に記載のホイール。
- リムと4つのスポークを有するホイールを形成する方法であって、
(a)内部膨張式ブラダーを含む未硬化コンポジット材料のチューブを準備して、
(b)リムを形成するための周辺部分とリムから延びる4つのスポークを形成するための内部部分を有する金型を準備し、
(c)2つのスポークの半分を形成するように前記金型を横切って延びるように前記チューブの第1長さ部分を配置し、
(d)前記チューブの第2長さ部分を、前記周辺部の第1四半分に沿って延びるように配置し、
(e)前記チューブの第3長さ部分を、前記チューブの第1長さ部分に対して垂直方向に前記金型を横切って延びるように配置し、
(f)前記チューブの第4長さ部分を、前記周辺部の第2四半分に沿って延びるように配置し、
(g)前記チューブの第5長さ部分を、前記チューブの第1長さ部分と並列に前記金型内を横切って延びるように配置し、
(h)前記チューブの第6長さ部分を、前記周辺部の第3四半分に沿って延びるように配置し、
(i)前記チューブの第7長さ部分を、前記チューブの第3長さ部分と並列に前記金型内を横切って延びるように配置し、
(j)前記チューブの第8長さ部分を、前記周辺部の第4四半分に沿って延びるように配置し、
(k)前記金型を閉じ、
(l)前記コンポジット材料を一体化および硬化するために前記金型を加熱しながら前記ブラダーに圧力を加える工程からなることを特徴とするリムと4つのスポークを有するホイールを形成する方法。 - 金属チューブで形成されるリムと複数のスポークレッグを含み、各スポークレッグは、前記リムに固定される外側端を有しており、各スポークレッグは、共通壁に沿って融合される少なくとも2つのコンポジット材料中空チューブで形成されることを特徴とするホイール。
- リムとスポークを含むホイールであって、前記スポークレッグは、共通壁に沿って融合される少なくとも2つのコンポジット材料中空チューブにより形成される第1部分と、単一チューブで形成される第2部分を含み、前記第2チューブは、前記第1部分に結合される端を有することを特徴とするホイール。
- 前記単一チューブは、中空コンポジット材料チューブであることを特徴とする請求項30に記載のホイール。
- 前記単一チューブは、金属チューブであることを特徴とする請求項30に記載のホイール。
- リムと複数のスポークを含み、前記スポークは、共通内部壁に沿って融合される少なくとも2つのコンポジット材料中空チューブで形成され、前記リムは、共通内部壁に沿って融合される少なくとも2つのコンポジット材料中空チューブで形成される第1部分と、中空の単一チューブで形成される第2部分を含むことを特徴とするホイール。
- 前記中空の単一チューブは、金属製であることを特徴とする請求項33に記載のホイール。
- 前記第1および第2チューブは、分離されてポートを形成することを特徴とする請求項11に記載のホイール。
- 前記第1および第2チューブは、これらのチューブを貫通するスポーク穴を含み、前記第2および第3チューブは、前記スポーク穴に対応する位置で互いに分離されてポートを形成することを特徴とする請求項19に記載のホイール。
- リムとスポークを含むホイールであって、前記リムは、共通内部壁に沿って融合される少なくとも2つのコンポジット材料中空チューブで形成され、前記スポークは、少なくとも1つのコンポジット材料中空チューブによりそれぞれ形成され、前記リムとスポークは、結合されて1ユニットのホイールを形成することを特徴とするホイール。
- 前記リムは、中央面内にあり、前記内部壁は、前記中央面に対して垂直向きであり、前記リムの少なくとも2つのチューブは、所定の位置で互いに分離されて前記中央面に対して垂直向きのポートを形成することを特徴とする請求項37に記載のホイール。
- 少なくとも1つのポートを形成するために成形の前に金型部材を用いて一対の隣接するチューブを分離させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項28に記載の方法。
- 前記スポークレッグは、少なくとも1つのポートを含むことを特徴とする請求項29に記載のホイール。
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