JP6421186B2 - 複合材ホイール用のセンターロック取付構造 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１３年８月３０日に出願されたオーストラリア仮特許出願第２０１３９０３３１４号の優先権を主張し、その開示は本明細書に組み込まれる。

本発明は、全体として、１つ以上の複合材ホイールをマウントに取り付けるためのセンターロック構造に関する。本発明は、特に、カーボンファイバホール用の取付構造に適用可能であり、本発明は、以下、便宜上この例示的な適用例に関して開示される。

以下の本発明に対する背景技術の考察は、本発明の理解を容易にするためのものである。なお、本考察は、言及されるいずれの資料も、本出願の優先日当時に、公開されていたり、知られていたり、あるいは技術常識の一部であったりしたことを承認または容認するものではないと理解されるべきである。

複合材構造体を他の構成要素または構造体に取り付けることは困難であることがある。カーボンファイバ部品等の複合材構造体は、一般に、繊維方向において強度および剛性が非常に高いが、繊維方向に垂直な方向においては、強度および合成がこれより低くなる。ボルト接合部連結の取付穴は、一般に、繊維方向に垂直に形成される。したがって、このような取付穴を通して形成される接合部にかかる圧縮荷重は、繊維方向ではなく繊維に対して垂直になる。この材料の、繊維に対して垂直な方向の剛性はきわめて低い。したがって、損傷を回避するために、ボルト／ワッシャのヘッドとこのヘッドが連結されるマウントとの間の締め付け圧力を低くする必要がある。締め付け圧力が高いと、予め形成された取付穴における、またはそれに隣接する複合材に損傷を与え、これにより、この取付穴の縁部またはそのすぐ近傍に剥離が生じてしまうことがある。このため、従来の取付および締結構造では剛性の高い接合の実現が困難である。

ワッシャを用いて荷重をより広い領域に分散させることができる。しかしながら、従来の平ワッシャでは、取付孔の周囲の荷重分布が不均衡になってしまう。多くの場合、荷重はボルトのヘッドに近い領域ほど高いので、取付穴の縁部近傍に望ましくない高圧縮ゾーンが形成されてしまう。

したがって、複合材構造体に特殊な締結具の組み合わせを用いることが考えられる。例えば、本願出願人によって出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ２０１２／０００５９８号には、複数のボルト接合部を有する複合材ホイールの取付構造が記載されており、この複合材ホイールは、複合材ホイールの回転軸を中心として径方向に等間隔に設けられた取付孔を有する。この取付構造は、複合材ホイールの取付孔周囲の面に対向するように構成されたベースと、締結ナットが細長い締結具部材に組み付けられた際にこの締結ナットの相補的部分と動作可能に係合するように構成された係合面を有する締結側部とを有する締結ワッシャを備える。また、この締結構造は、複合材ホイールの取付孔内に延在してマウントまたはマウントに隣接する部材に設けられた相補的形状の有するスリーブ孔内に受け止めるように構成されたスリーブも有する。

高性能車両、特にレース用途では、単一の中央取付構造が用いられることが多い。これは、一般に、センターロック取付方式と呼ばれる。国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ２０１２／０００５９８号に記載の取付構造は、この構造をセンターロック方式に適した規模に拡大すると、締め付け力をセンターロック取付孔の中心から十分に大きい接触面に効果的に分散させることができないことがあるため、センターロック取付方式に理想的に適したものではない。したがって、この構造のセンターロック形式では、依然として、複合材ホイールのセンターロック取付孔の縁部近傍に望ましくない高圧領域が生じてしまう。

国際公開第２０１３／０００００９号

したがって、上述した欠点の１以上を解決する複合材ホイール用のセンターロック取付構造の提供が望まれる。

本発明は、センターロック締結具と、センターロック締結具に締結可能なセンターロック締結ナットとを用いて、少なくとも１つの複合材ホイールをマウントに取り付けるために用いるセンターロック取付構造を提供する。

複合材ホイールは、センターロック締結具が挿通される中央取付孔と、その取付孔の周囲に環状に間隔を置いて設けられた複数の締結具孔とが設けられた中央取付領域を有する。

取付構造は、使用時においてセンターロック締結ナットと動作可能に係合する外側係合面と、使用時において複合材ホイールの中央取付領域の外側部と動作可能に係合する内側係合面とを有するフロント部材を備える。また、フロント部材には、センターロック締結具が挿通される取付孔と、この取付孔の周囲に環状に間隔を置いて設けられた複数の締結具孔とが設けられている。これらの締結具孔は、複合材ホイールの中央取付領域に設けられた締結具孔と相補的である。

また、取付構造は、使用時においてマウントに対向し、好ましくは動作可能に係合する外側係合面と、使用時において複合材ホイールの中央取付領域の内側部と動作可能に係合する内側係合面とを有するバッキング部材を備える。また、バッキング部材には、センターロック締結具が挿通される取付孔と、この取付孔の周囲に環状に間隔を置いて設けられた複数の締結具孔が設けられ、これらの締結具孔は、複合材ホイールの中央取付領域に設けられた締結具孔と相補的である。

取付構造は、フロント部材およびバッキング部材の対応する位置に設けられた孔を通って受け止められるように構成された複数の細長い締結具をさらに備える。使用時において、細長い締結具は、フロント部材およびバッキング部材を複合材ホイールの中央取付領域にわたってその周囲に締め付けて固定する。

本発明の取付構造が複合材ホイールに組み付けられると、複合材ホイールの中央取付領域は、フロント部材とバッキング部材に実質的に挟まれる。フロント部材、バッキング部材、および協動する細長い締結具は、センターロックホイールマウントの締め付け力を取付領域内の広範囲に分散させるように、より具体的には、複合材ホイールの中央取付孔の中心および縁部から分散させるように機能する。したがって、複合材ホイールがマウントに取り付けられると、センターロックの締め付け力と細長い締結具によって生じる締め付け力との組み合わせによって、フロント部材とホイールの正面の向かい合った面間の締め付け圧力を均一に分散させる。これにより、車両の動作中に、取付システム性能の損失を最小限に、または取付系の性能を損なうことなく、ホイールとマウントとの間のセンターロック構造が確実に機能するようになる。

フロント部材とバッキング部材との間の締め付け力の分散は、中央取付領域、フロント部材、およびバッキング部材の締結具孔を実質的に等間隔に設け、好ましくは、それぞれの取付孔の周囲に環状に等間隔に設けることによって最適化することができる。したがって、各細長い締結具の締め付け力は、実質的に等しい面積に作用する。

フロント部材、バッキング部材、および複合材ホイールの取付領域の間の均一な締め付け力および圧力は、使用時において、フロント部材に係合するセンターロック締結連結部、特にセンターロック締結ナットによって生じる締め付け力と細長い締結具のそれぞれの締め付け力との間のフロント部材におけるモーメントが実質的にゼロであるとき、より好ましくはゼロに等しいときに得られることが好ましい。

複合材ホイールのセンターロック孔の中心および縁部から荷重を分散させることは、部分的には、締結具孔の、取付孔（すなわち、複合材ホイールの中央取付領域の中心）からの径方向の間隔に依存している。したがって、中央取付領域、フロント部材、およびバッキング部材に設けられた締結具孔は、複合材ホイールの中央取付領域の中心から、任意の特定の設計に応じた大きさの径方向の間隔を空けて（複合材ホイールの中心と同軸に）設けられることが好ましい。多くの設計において、この径方向の間隔は、複合材ホイールの取付孔の直径と、バッキング部材が当接するマウントの寸法、好ましくは外周／外径、との間に制限されることになる。

複合材ホイールの中央取付孔は、特定のセンターロック系に適合するような寸法にされている。車両のホイールの場合、中央取付孔は、典型的には、直径が４０から１００ｍｍ、好ましくは６０から８０ｍｍである。したがって、中央取付領域、フロント部材、およびバッキング部材に設けられた締結具孔は、それぞれの取付孔の環状縁部から、任意の特定の設計に応じた大きさの径方向の間隔を空けて設けられることが好ましい。

さらに、上述したように、フロント部材に係合するセンターロック締結具構造によって生じる締め付け力とフロント部材における細長い締結具のそれぞれの締め付け力との間にゼロモーメントが得られることが好ましい。したがって、中央取付領域、フロント部材、およびバッキング部材に設けられた締結具孔が、フロント部材の内径と外径の環状中心とマウントの外径との間で、複合材ホイールの中央取付領域の中心から径方向に間隔を空けて設けられていることが好ましい。なお、締結具孔がマウントの外径に近いほど、センターロック締結具によって生じる締め付けモーメントに対抗して細長い締結具によって生じ得るモーメントが大きくなることがわかる。したがって、中央取付領域、フロント部材、およびバッキング部材のそれぞれに設けられた各締結具孔が、複合材ホイールの中央取付領域の中心から径方向に間隔を空けて、より好ましくは、マウントの外径に近接して設けられている。

取付構造の機能は、複合材ホイールに組み付けられる際に、各細長い締結具に予め荷重が与えられることにより強化することができる。各細長い締結具に予め荷重を与えることにより、組付け時にバッキング部材とフロント部材との間にプリロードが与えられる。各細長い締結具に十分なプリロードを与えることで、通常の負荷状態で緩んだり破損したりしない強度および信頼性の高い接合が提供される。

バッキング部材、複合材ホイールの中央取付領域、およびフロント部材のそれぞれの取付孔は、複合材ホイールの中央取付孔の中心を通って軸方向に延在するセンターロック締結具を締め付け軸に沿って受け止めるように構成されている。一旦、センターロック締結具が完全に対応する位置に設けられたそれぞれの取付孔に挿通されると、センターロック締結ナットは、フロント部材の中央取付孔から延出するセンターロック締結具の遠位端に締められる。締結ナットを締めると、フロント部材およびバッキング部材が、取付孔の周囲または近傍の中央取付領域における重なり部分の周囲に締め付けて固定される。したがって、センターロック締結ナット、センターロック締結具、および細長い締結具のそれぞれが協動して、中央取付領域をフロント部材とバッキング部材との間に締め付けて固定する。

フロント部材およびバッキング部材の少なくとも一方には、内側係合面から締め付け軸に対して軸方向外側にフロント部材またはバッキング部材のそれぞれの取付孔の周囲に延出するスリーブがさらに設けられている。各スリーブは、複合材ホイールの取付孔内に及ぶように構成されていることが好ましい。スリーブは、複合材ホイールの取付孔の中心から荷重を分散させるように機能する。各スリーブは、任意の構成、特に任意の断面を有する。好ましい形態においては、スリーブは、締め付け軸に対する径方向の断面が円形または多角形である。

また、フロント部材またはバッキング部材のスリーブは、バッキング部材またはフロント部材の対応する部品に協動可能に受け止められるように構成された遠位端を有していてもよい。そして、スリーブの長さは、フロント部材とバッキング部材との間に締め付けて固定される複合材の中央取付領域の厚さに合うように選択することができる。ある実施形態において、スリーブの長さは、フロント部材とバッキング部材との間に締め付けて固定される複合材の圧縮を最小限にするように、または設計圧縮を受けるように選択される。

他の実施形態において、フロント部材およびバッキング部材のそれぞれは、スリーブの部分を有し、フロント部材のスリーブは、バッキング部材のスリーブの遠位端の内側または外側に協動可能に受け止められるように構成された遠位端を有する。ある実施形態において、各スリーブは、互いにその内側またはその外側に協動可能に受け止められるように構成されている。各スリーブは、重なっている状態で自由に移動可能に構成されている。なお、ある実施形態において、フロント部材およびバッキング部材のスリーブの少なくとも一方は、フロント部材のスリーブの遠位端がバッキング部材のスリーブの遠位端の内側または外側に協動可能に受け止められる深さを制限するように構成された係止部材をさらに有していてもよい。係止部材は、任意の適切な形態であり、例えば、１つ以上の段差、フランジ、リブ、突起等である。係止部材の位置および／または１つ以上のスリーブの長さは、フロント部材とバッキング部材との間に締め付けて固定される複合材の中央取付領域の厚さに合わせて、および／または、フロント部材とバッキング部材との間に締め付けて固定される複合材の圧縮を最小限にするように、または設計圧縮を受けるように選択することができる。

フロント部材、バッキング部材、および各スリーブのそれぞれは、ビレットから鋳造、鍛造、機械加工可能な金属等の１つの材料から、一体的に形成することができる。他の実施形態において、フロント部材、バッキング部材、およびそれぞれのスリーブは、２つ以上の別々の部材から形成し、これらを接合して本発明の取付構造を形成することもできる。

各細長い締結具は、締結ナットまたは他の嵌合する凹部とともに任意の適切な嵌合締結構造を構成する。好ましい実施形態において、各細長い締結具は、ヘッドおよびこのヘッドに取り付けられた細長いボディを有するねじまたはボルト型の締結具である。細長い締結具は、フロント部材またはバッキング部材の内側に形成された、または動作可能に係合するナットまたは嵌合凹部と協動するように設計されている。細長い締結具のヘッドは、フロント部材またはバッキング部材にロックまたは他の方法で固定されている。使用時において、各細長い締結具の細長いボディは、バッキング部材、複合材ホイールの取付領域、およびフロント部材のそれぞれの締結具孔に挿通される。細長い締結具の遠位端は、バッキング部材およびフロント部材の他方と動作可能に係合する、またはその内部に形成されたナットまたは嵌合凹部内にロックまたは他の方法で固定される。

好ましい実施形態において、フロント部材の各締結具孔は、各細長い締結具の遠位端を受け止めて締め付けるように構成されている。これらの実施形態において、各細長い締結具が雄ねじ面を有していることが好ましく、フロント部材の各締結具孔がこれに相補的な雌ねじ穴を有していることが好ましい。フロント部材の各締結具孔は、止り穴であってもよく、貫通孔であってもよい。

ある実施形態において、バッキング部材の各締結具孔が、締結具孔内に各細長いボルトのヘッドを実質的に受け止めるように構成されている。バッキング部材の各締結具孔は、段差、フランジ、突起、凸部、差込等の係止構成を有していることが好ましく、ヘッドの係止面、好ましくはヘッドの基部が、締結具孔内に受け止められたときにバッキング部材の細長い締結具のヘッドを保持するために係合する。好ましい実施形態において、バッキング部材の各締結具孔は、締結具孔内に受け止められた細長い締結具のヘッドの係止面と係合してヘッドを締結具孔内に保持するように構成された段付内表面を形成する段付き孔である。

各細長い締結具のヘッドは、ボルトを回転させるための操作構成を有することが好ましい。この操作構成は、細長い締結具のヘッドまたは他の部分において、締結具孔内で細長い締結具を回転させるために用いることができる任意の構成である。ある実施形態において、この操作構成は、例えば１つ以上の溝、戻り止め、トレンチ、キャビティ、突起、リブ、差込、フランジ、凸部等の成形要素である。操作構成がキャビティまたは凹部である場合、この凹部は、例えば、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形等の任意の適切な形状をとることができる。

ある実施形態において、各細長い締結具は、ホイールマウント、好ましくは車両の駆動系と動作可能に接続されている。この動作可能な接続により、各細長い締結具が、複合材ホイールのホイールマウント／駆動系からのトルクを伝達するためのトルク伝達ピンすなわち駆動ピンとして機能することが可能であることが好ましい。ある実施形態において、各細長い締結具は、車両のホイールマウントおよび／または駆動構造に取り付けられた駆動ピン構造の一部となる。これにより、各細長い締結具を駆動ピンとして用いることができる。他の実施形態において、各細長い締結具は、例えば、協動可能に構成されたコネクタ構造等を介して、車両の駆動ピンと動作可能に係合する。

フロント部材およびバッキング部材のそれぞれの内側係合面は、これらそれぞれの部材の内側部の一部または全体を構成することができる。フロント部材およびバッキング部材のそれぞれの内側係合面は、各細長い締結具ならびにセンターロック締結具およびセンターロックナットからの圧縮力を複合材ホイールに伝達するように構成されていることが好ましい。したがって、各内側係合面は、対向する複合材ホイールの面と相補的な構成を有することができる。より好ましくは、各内側係合面は、複合材ホイールの取付孔の周囲の面と相補的な輪郭および構成を有する。例えば、複合材ホイールの取付領域の表面が略平面である場合、各内側係合面は、略平面である係合面を含むことができる。これらの面は、複合材ホイールの取付孔の周囲の面に当接するように構成することができる。

ある実施形態において、フロント部材の外側係合面は、テーパ部または面取り部を有する。テーパ部は、外側を向いた側から内側を向いた側（内側係合面を含む）に向かって大径から小径に軸方向に先細になる環状面を有することが好ましい。フロント部材の外側係合面のテーパ部は、締結ナットの係合面に設けられた相補的なテーパ部または面取り部と係合して協動するように構成されている。締結ナットがセンターロック締結具の遠位端の周囲に締められると、外側係合面のテーパ部が締結ナットの面取り部と係合する。これらの係合面のテーパ形状により、この係合の締め付け力が取付孔に対して斜めに向けられる。

フロント部材およびバッキング部材は、任意の適切な構成をとることができる。ある実施形態において、フロント部材およびバッキング部材は、環状またはリング状である。ある実施形態において、フロント部材およびバッキング部材の一方または両方は、平板を有する。

フロント部材は、センターロックナットからの締め付け力をフロント部材とバッキング部材の間に締め付けて固定された複合材ホイールの取付領域にわたって伝達するように機能する。

ある実施形態において、フロント部材は、締結ナットを受け止めるように構成されたナット凹部を有する。ナット凹部は、フロント部材を受け止め可能な任意の適切な形状および構成（締め付け軸に対する断面形状または同様のもの）をとることができる。凹部は、フロント部材と相補的な形状であることが好ましい。適切な断面形状の例としては、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形が挙げられる。ある実施形態において、凹部は、断面が円形である。ある実施形態において、ナット凹部は、フロント部材の外側係合面に対して外側に延出する外側スリーブ内に形成されている。

ある実施形態において、フロント部材は、上記ナット凹部からフロント部材の各締結具孔の位置まで延出する１つ以上の径方向補強部材、好ましくはリブ、を有することができる。これらのリブは、スリーブからの力をフロント部材のボディおよびこれを通って細長い締結具に伝達することを補助する。

なお、マウントは、これにものを取り付けるまたは固定する支持体、バッキング、台等であり得る。好ましい実施形態において、マウントは、複合材ホイールのホイールマウント（すなわち、ホイールハブ）である。マウントは、任意の適切なセンターロック構成を有することができる。典型的には、マウントは、取付面から外側に延出するセンターロック締結具を有する。ある実施形態において、マウントは、センターロック締結具の周囲に環状に間隔を置いて設けられた複数のトルク伝達部材、典型的にはピンまたはロッドをさらに有する。

ある実施形態において、複合材ホイールの取付領域およびバッキング部材には、取付領域の取付孔およびバッキング部材の取付孔の周囲に環状に間隔を置いて設けられた複数のマウント孔が設けられている。マウント孔は、マウントに接続されたトルク伝達構成を受け止めるように設けられている。好ましい実施形態において、トルク伝達構成は、環状に間隔を置いて設けられた複数の細長い部材を備え、細長い部材は好ましくはピンまたはロッドであり、より好ましくは駆動ピンまたはロッドである。マウント孔は、複合材ホイールの取付領域およびバッキング部材の協動可能な位置に設けられ、複合材ホイールおよび取付構造がマウントに嵌合される際に、ロッドを整列させて受け止める。また、フロント部材は、協動形状を有していてもよく、好ましくは、この協動形状が、取付領域およびバッキング部材のマウント孔と相補的かつ対応する位置に設けられた凹部である。

本発明の実施形態は、センターロック締結具と、センターロック締結具に締結可能なセンターロック締結ナットとをさらに備えていてもよい。使用時において、センターロック締結具および締結ナットは、細長い締結具と協動して、フロント部材およびバッキング部材を複合材ホイールの中央取付領域にわたってその周囲に締め付けて固定する。

本発明の取付構造とともに用いる複合材ホイールの構成は、取付構造を収容するように設計することができる。例えば、複合材ホイールは、複合材ホイールの中央取付領域に、フロント部材を配置可能な凹部を有していてもよい。凹部は、フロント部材を受け止め可能な任意の適切な形状をとることができる。凹部は、フロント部材と相補的な形状であることが好ましい。ある実施形態において、凹部は円形である。

本発明の取付構造を用いて締結される複合材ホイールは、圧出接続による損傷が生じ得る任意の複合材であり、例えば、カーボンファイバ複合材またはカーボン／エポキシ複合材等の繊維強化複合材であるが、これに限定されない。なお、同様の接合を用いる本発明の複合材ホイールには、カーボンファイバおよびエポキシ樹脂以外の他のタイプの複合材を用いることもできる。好ましい一適用例は、複合材ホイールをホイールマウントに取り付ける場合であり、より好ましくは、複合材ホイールは、例えばカーボン複合材ホイール等の１つ以上のファイバ複合材ホイールである。複合材ホイールは、好ましくは、自動車、トラック等の車両に取り付け可能である。

なお、本発明の取付構造によれば、上述した利点に加え、複合材ホイールに損傷を与えることなく、複合材ホイールを、締結ナットに対して非常に高い剛性でマウントに締結することができる。

以下、本発明の特定の好ましい実施形態を示す添付の図面を参照して本発明を説明する。

本発明の好ましい第１の実施形態に係る、センターロック方式のカーボンファイバホイール、およびホイールをホイールマウント（図示せず）に連結するセンターロックホイール取付構造の分解斜視図である。 図１に示すカーボンファイバホイールおよびセンターロック取付ホイール取付構造の側断面図である。 図１に示すカーボンファイバホイールおよびセンターロック取付ホイール取付構造の部分拡大分解斜視図である。 図１に示すセンターロック取付ホイール取付構造がカーボンファイバホイールに嵌合している状態の断面斜視図である。 図４に示すセンターロック取付ホイール取付構造の各部材のスリーブが重なっている状態の拡大断面斜視図である。

図１および図２は、本発明の好ましい一実施形態に係る、センターロック取付構造１０１を有するセンターロックホイール締結系１００Ａを用いて、ホイールマウント、すなわちホイールハブ（図示せず）に取り付け可能なセンターロックカーボンファイバ複合材ホイール１００を示す。

図示のセンターロックホイール締結系１００Ａは、円形ハブとしての中央のセンターロック締結マウント１０３を有し、このセンターロック締結マウント１０３は、センターロックスタッド１０３Ａを有する。センターロックスタッド１０３Ａは、その遠位端にセンターロック締結ナット１０５を受け止めて、この締結用締結具／スタッド１０３Ａに受け止められたホイールを締結用締結具／スタッド１０３Ａにロックする。センターロック締結スタッド１０３Ａは、典型的には、センターロック締結ナット１０５の雌ねじ穴１０５Ａ（図２）に対して相補的なねじ山を有する細長い雄ねじピンまたはロッドである。センターロックホイール締結系１００Ａは、多くの場合、中央の締結スタッド１０３Ａから径方向に間隔を空けて締結スタッド１０３Ａの周囲に環状に間隔を置いて設けられた複数のトルク伝達ピンまたはロッド、すなわち駆動ピンまたはロッド（図示せず）を備える。

図示の複合材ホイール１００は、一体型のカーボンファイバホイールである。適切な複合材ホイール１００の例としては、本願出願人によって開発された、一体型のボディとして形成されたカーボンファイバホイールがある。この複合材ホイール１００の全体的な製造方法は、国際公開第２０１０／０２４４９５Ａ１号に記載されており、このように参照することによりその内容は本明細書に組み込まれる。

図示の複合材ホイール１００は、次の２つの主要部を有する。Ａ）タイヤ（図示せず）が組み付けられる略円筒形の構造体を備えるリム部１０２、Ｂ）円形のハブ１０６と一連のスポーク１０８を備える前面部１０４。

スポーク１０８は、一端においてハブ１０６に連結され、他端においてリム部１０２に連結された細長いアームを有する。

ハブ１０６は、前面部１０４の中央に円形の凹部を有し、この凹部には、ホイール１００がホイールマウント１０３に組み付けられる際にホイールマウント１０３のセンターロック締結具（図示せず）が挿通される中央取付孔１１０が形成された中央取付領域１０９が形成されている。複合材ホイール１００の中央取付孔１１０は、特定のセンターロック系に適合するような寸法にされている。中央取付孔１１０は、典型的には、直径が４０から１００ｍｍ、好ましくは６０から８０ｍｍである。複合材ホイール１００、中央取付領域１０９、中央取付孔１１０は、すべて中心が同軸上であり、中心軸Ｘ−Ｘはこの中心を通って軸方向に延在している。

また、ハブ１０６は、環状に間隔を置いて形成された１０のトルク伝達孔１１２を有し、これらのトルク伝達孔１１２は、ホイールマウント１０３の周囲に固定または他の方法で間隔を空けて相補的に配置されたトルク伝達ピン／ロッド（図示せず）を受け止めるように構成されている。トルク伝達孔１１２は、好ましくは、車両用ハブの設計において許容される限り、複合材ホイールの中心軸Ｘ−Ｘから径方向に離れて設けられている。

また、ハブ１０６は、その取付孔１１０の周囲に環状に間隔を置いて設けられた１０の環状配置締結具孔１１４を有する。締結具孔１１４は、トルク伝達孔１１２よりも中心軸Ｘ−Ｘから径方向に離れた位置に配置されている。図１に最良に示されるように、締結具孔１１４は、各トルク伝達孔１１２の間に環状に配置されている。したがって、締結具孔１１４は、車両ハブの設計において許容される限り、複合材ホイール１００の中心軸Ｘ−Ｘから径方向に離れて設けられていることが好ましい。

図示の取付構造１０１は、相互に係合可能な、フロント部材１１６とバッキング部材１１８と複数（例示された実施形態では１０個）の締結ボルト１２０との組を有する。

図示のフロント部材１１６は、複合材ホイール１００に組み付けられたときに複合材ホイール１００に対して外側に向いた外側部１２２と、複合材ホイール１００に組み付けられたときに複合材ホイール１００側に向いて当接する内側部１２３とを有する環状ボディを有する。フロント部材１１６の中央には、取付孔１２１が設けられ、この取付孔１２１は、複合材ホイール１００に組み付けられたときに複合材ホイール１００の取付孔１１０の位置に揃えられ、センターロックスタッド１０３Ａを受け止めるように構成されている。

外側部１２２には、締結ナット１０５を受け止めるように構成された円形のナット凹部１２４（図１および図２）が設けられている。ナット凹部１２４は、外側スリーブ１２５の内部に形成され、図２に最良に示されるように、使用時にセンターロック締結ナット１０５と動作可能に係合する外側係合面１２６を有する。また、図２に最良に示されるように、外側係合面１２６は、締結ナット１０５の係合面１０７に形成された相補的なテーパ部または面取り部と係合して協動するように構成された環状面取り部を有する。

内側部１２３は、使用時に、複合材ホイール１００の中央取付領域１０９の外側部１２８と動作可能に係合する内側係合面となる。また、内側部１２３は、その取付孔１２１の周囲に環状に間隔を置いて形成された複数の締結具孔１３０を有する。フロント部材１１６の締結具孔１３０は、複合材ホイール１００の中央取付領域１０９の締結具孔１１４に対して相補的かつ対応する位置に形成されている。図示のフロント部材１１６の締結具孔１３０は、各締結ボルト１２０の遠位端を受け止めて締結するように構成された雌ねじ止り穴を構成する。詳細は後述するが、締結ボルト１２０は、雄ねじ面１３５を有する。フロント部材１１６の締結具孔１３０は、相補的な雌ねじ穴を有する。

また、フロント部材１１６の内側部１２３には、内側部１２３から中心軸Ｘ−Ｘに対して軸方向外側にフロント部材１１６の取付孔１２１の周囲に延出する円筒形のスリーブ１３６が設けられている。スリーブ１３６は、複合材ホイール１００の取付孔１１０内に及ぶように構成されている。例示された実施形態においては重要ではないが、他の実施形態では、スリーブ１３６は、複合材ホイール１００の取付孔１１０の中心から荷重を分散させるように機能し得る。

図１および図３に最良に示されるように、フロント部材１１６の外側部１２２および内側部１２３には、ナット凹部１２４からフロント部材１１６の外側部１２２上の締結具孔１３０のそれぞれの位置まで、および、スリーブ１３６からフロント部材１１６の内側部１２２上の締結具孔１３０のそれぞれの位置まで延出する複数の径方向補強リブ１３８，１３９が設けられている。リブ１３８，１３９は、スリーブ１３６からの力をフロント部材１１６のボディおよびこれを通って細長い締結具１２０に伝達するのを補助する。フロント部材１１６の内側部１２３のリブ１３９は、複合材ホイール１００の中央取付領域１０９およびバッキング部材１１８の各トルク伝達孔１１２，１５０に挿通されたトルク伝達ロッドの遠位端を受け止め可能な凹部をフロント部材１１６の内側部１２３に画定する。

図示のバッキング部材１１８は、使用時においてマウントと動作可能に係合する外側係合面１４２と、使用時において複合材ホイール１００の中央取付領域１０９の内側部１４５（図２）と動作可能に係合する内側係合面１４４とを有するリング状または環状の板材である。バッキング部材１１８の中央には取付孔１４６が設けられ、この取付孔１４６は、複合材ホイール１００に組み付けられたときに複合材ホイール１００の取付孔１１０に対応する位置になるように構成され、センターロック締結具１０３Ａを受け止めるように構成されている。

その取付孔１４６の周囲には、複数の締結具孔１４８が環状に間隔を置いて設けられている。また、バッキング部材１１８の締結具孔１４８は、複合材ホイール１００の中央取付領域１０９における締結具孔１１４と相補的かつ対応する位置に形成されている。バッキング部材１１８の各締結具孔１４８は、各締結ボルト１２０のヘッド１５４を受け止めるとともに実質的に収容するように構成されている。図２に最良に示すように、各締結具孔１４８の穴は段付形状とされており、締結具孔１４８内に受け止められた細長い締結具１２０のヘッド１５４と係合して、ヘッド１５４を締結具孔１４８内に保持するように構成された段付内表面１４９を形成する。

バッキング部材１１８は、その取付孔１４６の周囲に環状に間隔を置いて設けられた複数のトルク伝達孔１５０を有する。バッキング部材１１８のトルク伝達孔１５０は、複合材ホイール１００の中央取付領域１０９におけるトルク伝達孔１１２と相補的かつ対応する位置に形成されている。

また、バッキング部材１１８には、バッキング部材１１８の内側係合面１４４から中心軸Ｘ−Ｘに対して軸方向外側にバッキング部材１１８の取付孔１４６の周囲に延出する円筒形のスリーブ１５２が設けられている。スリーブ１５２は、複合材ホイール１００の取付孔１０９内に及ぶように構成されている。フロント部材１１６のスリーブ１３６と同様に、例示された実施形態においては重要ではないが、他の実施形態では、バッキング部材１１８のスリーブ１５２は、複合材ホイール１００の取付孔１１０の中心から荷重を分散させるように機能し得る。このような実施形態において、スリーブ１５２は、係合面との干渉等を利用して圧力分散を助ける。

図５に最良に示すように、フロント部材のスリーブ１３６とバッキング部材のスリーブ１５２は重なるように構成され、これにより、取付構造１０１が複合材ホイール１００に組み付けられた際に中央取付孔１１０内で連続したスリーブが形成される。フロント部材のスリーブ１３６は、バッキング部材のスリーブ１５２内に協動可能に受け止められる。スリーブ１３６，１５２は、重なっている状態で自由に移動可能に設計されている。

図示の取付構造１０１の締結ボルト１２０は、フロント部材１１６、中央取付領域１０９、およびバッキング部材１１８のそれぞれ対応する位置に設けられた締結具孔１３０，１１４，１４９を通って受け止められるように構成されたボルト型締結具を備えている。使用時において、締結ボルト１２０は、フロント部材１１６およびバッキング部材１１８を、複合材ホイール１００の中央取付領域１０９にわたってその周囲に締め付けて固定する。図示の締結ボルト１２０は、円筒形のヘッド１５４およびそのヘッド１５４に取り付けられた細長いボディ１５５を有する。図３に最良に示すように、各締結ボルト１２０のヘッド１５４は、例えば締結具孔１４８，１１４，１３０内に挿入される際に、締結ボルト１２０の回動に使用可能な六角形の凹部１５８（図３に最良に示す）を有する。細長いボディ１５５は、上述したように、雄ねじ面１３５を有する。締結ボルト１２０は、フロント部材１１６の締結具孔１３０の雌ねじと協動するように構成されている。使用時において、締結ボルト１２０の細長いボディ１５５は、バッキング部材１１８、複合材ホイール１００の取付領域１０９、およびフロント部材１１６のそれぞれの締結具孔１４８，１１４，１３０に挿通されている。締結ボルト１２０の遠位端１５６は、フロント部材１１６の締結具孔１３０内にロックまたは他の方法で固定され、これにより、フロント部材１１６およびバッキング部材１１８が互いに締め付けられて固定されている。

締結ボルト１２０には、取付構造が複合材ホイール１００に組み付けられる際に予め荷重が加えられていることが好ましく、これにより、組み付け時にバッキング部材１１８とフロント部材１１６との間にプリロードが与えられる。

取付構造１０１を複合材ホイール１００に組み付ける際、バッキング部材１１８、複合材ホイール１００の中央取付領域１０９、およびフロント部材１１６のそれぞれの取付孔１４６，１１０，１２１および締結具孔１４８，１１４，１３０は、それぞれ対応する位置に設けられ、複合材ホイール１００の中央取付領域１０９は、実質的にフロント部材１１６とバッキング部材１１９との間に挟まれる。そして、締結ボルト１２０は、それぞれ対応する位置に設けられた締結具孔１４８，１１４，１３０に挿入され、プリロード工程も含めて締められる。

複合材ホイール１００およびこれに取り付けられた取付構造１０１をホイールマウント（例えば、車両のホイールマウント）に嵌合させるために、センターロックスタッド／締結具１０３Ａの全体がそれぞれ対応する位置に設けられた取付孔１４６，１１０，１２１に挿入され、センターロック締結ナット１０５がセンターロックマウント１０３のセンターロックスタッド１０３Ａ遠位端に締められる。締結ナット１０５がセンターロックスタッド１０３Ａの遠位端の周りに締められると、外側係合面１２６の面取り部が締結ナット１０５の協動する面取り部１０７と係合する。これらの係合面のテーパ形状により、この係合の締め付け力が複合材ホイール１００の取付孔１１０に対して斜めに向けられる。締結ナット１０５を締めると、フロント部材１１６およびバッキング部材１１９が、複合材ホイール１００の取付孔１１０の周囲または近傍の中央取付領域１０９における重なり部分の周囲に締め付けて固定される。したがって、センターロック締結ナット１０５、センターロックスタッド１０３Ａおよびマウント１０３、ならびに細長い締結具１２０のそれぞれが協動して、中央取付領域１０９をフロント部材１１８とバッキング部材１１９との間に締め付けて固定する。この協動の締め付け固定は、締め付け力を中央取付領域１０９内の広い領域に、具体的には、複合材ホイール１００の取付孔１１０の中心および縁部から分散させるように機能する。

図５に最良に示すように、使用時において、フロント部材１１６に係合するセンターロック締結ナット１０５によって生じる締め付け力Ｆ_Ｃと細長い締結具１２０それぞれの締め付け力Ｆ_Ｂと間のフロント部材におけるモーメントＭが略ゼロであるとき、均一な締め付け圧力が得られることが好ましい。図５に示すように、締め付け力Ｆ_Ｂは、これら２つの力のモーメントの中心から距離Ｘ_Ｂにおいて作用し、締め付け力Ｆ_Ｃは、これら２つの力のモーメントの中心から距離Ｘ_Ｃにおいて作用する。したがって、フロント部材１１６においてゼロモーメントを得るためには、モーメントＦ_Ｂ×Ｘ_ＢがＦ_Ｃ×Ｘ_Ｃに等しくなければならない。

したがって、上述したように、バッキング部材１１８、複合材ホイール１００の中央取付領域１０９、およびフロント部材１１６のそれぞれの締結具孔１４８，１１４，１３０は、複合材ホイール１００の中央取付領域１０９の中心Ｘ−Ｘから、任意の特定の設計に応じた大きさの径方向の間隔を空けて設けられることが好ましい。多くの設計において、この径方向の間隔は、複合材ホイール１００の取付孔１１０の直径Ａと、バッキング部材１１８が当接するマウント１０３の外径Ｃとの間に制限されることになる。フロント部材１１６に係合するセンターロック締結ナット１０５によって生じる締め付け力Ｆ_Ｃ締め付け力Ｆ_Ｂと間のゼロモーメントを満たすためには、締結具孔１４８，１１４，１３０が、複合材ホイール１００の中央取付領域１０９の中心Ｘから径方向に離れてマウント１０３の外径Ｃに近接することが好ましい。図５に示すように、締結具孔１４８，１１４，１３０の中心線Ｙ−Ｙは、マウント１０３の外径Ｃから短い距離Ｄの位置に配置されている。

なお、図示しないが、例示された実施形態は、細長い締結具が車両のホイールマウントおよび／または駆動構造に取り付けられた駆動ピン構造の一部となるように変形可能である。これにより、車両系およびホイール系、特に複合材ホイールおよび車両を同時に設計した場合に、細長い締結具を駆動ピンとして使用することができる。他の実施形態において、各細長い締結具は、例えば、協動可能に構成されたコネクタ構造等を介して、車両の駆動ピンと動作可能に係合する。このような実施形態では、複合材ホイールおよびセンターロック取付構造のトルク伝達孔および締結具孔に別々の孔が必要となる。本実施形態では、１つのセットの孔のみを両方の機能として用いることができる。

なお、フロント部材１１６と、バッキング部材１１８と、締結ボルト１２０とを含む図示の取付構造１０１は、任意の適切な材料から形成可能である。この材料は、複合材ホイールの複合材よりも剛性が高いことが好ましく、圧縮係数が高いことがさらに好ましい。適切な材料の例としては、アルミニウム、鉄、チタニウム、マグネシウム、およびその合金が挙げられる。

なお、例示された実施形態は、カーボンファイバホイール１００に関するものであるが、例示された取付構造は、マウントに締結され、圧縮接続による損傷が生じ得る、任意の類似のタイプの複合材、構造体、または部品での使用に適合可能である。

本明細書に記載の本発明は、具体的に記載された内容の他、変形例および変更例が容易に可能であることは、当業者に理解される。本発明は、本発明の趣旨および範囲内のこのような変形例および変更例を含むものと理解される。

本明細書（特許請求の範囲を含む）で「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ，ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えられる（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語が使用されている場合、それらは記載された特徴、完全体、ステップ、または構成要素の存在を特定するものとして解釈されるが、１つ以上の他の特徴、完全体、ステップ、構成要素、またはこれらから成る群の存在を除外するものではない。

Claims (26)

1. センターロック締結具および該センターロック締結具に締結可能なセンターロック締結ナットを用いて、少なくとも１つの繊維強化複合材ホイールをマウントに取り付けるために用いられ、該繊維強化複合材ホイールが、前記センターロック締結具が挿通される中央取付孔と、該取付孔の周囲に環状に間隔を置いて設けられた複数の締結具孔とを有する中央取付領域を備えるセンターロック取付構造であって、
   使用時において前記センターロック締結ナットと動作可能に係合する外側係合面と、使用時において前記繊維強化複合材ホイールの前記中央取付領域の外側部と動作可能に係合する内側係合面とを有し、前記センターロック締結具が挿通される取付孔と、該取付孔の周囲に環状に間隔を置いて設けられた複数の締結具孔とを有し、各該締結具孔が前記繊維強化複合材ホイールの前記中央取付領域の各前記締結具孔に対して相補的である、フロント部材と、
   使用時において前記マウントに対向する外側係合面と、使用時において前記繊維強化複合材ホイールの前記中央取付領域の内側部と動作可能に係合する内側係合面とを有し、前記センターロック締結具が挿通される取付孔と、該取付孔の周囲に間隔を置いて設けられた複数の締結具孔とを有し、各該締結具孔が前記繊維強化複合材ホイールの前記中央取付領域の各前記締結具孔に対して相補的である、バッキング部材と、
   それぞれ対応する位置に設けられた前記フロント部材の各前記締結具孔と前記バッキング部材の各前記締結具孔とに挿通されて受け止められるように構成され、使用時において、前記フロント部材および前記バッキング部材を前記繊維強化複合材ホイールの前記中央取付領域にわたってその周囲に締め付けて固定する複数の細長い締結具とを備えるセンターロック取付構造。
2. 前記中央取付領域の各前記締結具孔、前記フロント部材の各前記締結具孔、および前記バッキング部材の各前記締結具孔が、それぞれの前記取付孔の周囲に実質的に等間隔に設けられている、請求項１に記載のセンターロック取付構造。
3. 前記センターロック取付構造が前記繊維強化複合材ホイールに組み付けられる際に、各前記細長い締結具に予め荷重が与えられている、請求項１または請求項２に記載のセンターロック取付構造。
4. 使用時において、前記フロント部材に係合するセンターロック締結ナットによって生じる締め付け力と各前記細長い締結具のそれぞれの締め付け力との間の前記フロント部材におけるモーメントが略ゼロである、請求項１から請求項３のいずれかに記載のセンターロック取付構造。
5. 前記バッキング部材と係合する前記マウントは外径を有し、
   前記中央取付領域、前記フロント部材、および前記バッキング部材のそれぞれの各前記締結具孔が、前記フロント部材の内径と外径の環状中心と前記マウントの外径との間で、前記繊維強化複合材ホイールの前記中央取付領域の中心から径方向に間隔を空けて設けられている、請求項１から請求項４のいずれかに記載のセンターロック取付構造。
6. 前記中央取付領域、前記フロント部材、および前記バッキング部材のそれぞれの各前記締結具孔が、前記繊維強化複合材ホイールの前記中央取付領域の中心から径方向に間隔を空けて、前記マウントの外径に近接して設けられている、請求項５に記載のセンターロック取付構造。
7. 前記取付孔が、前記センターロック締結具が該取付孔に挿入されたときに沿う締結軸を有し、
   前記フロント部材と前記バッキング部材の少なくとも一方が、前記フロント部材または前記バッキング部材の前記取付孔の周囲に、前記内側係合面から前記締結軸に対して軸方向外側に延出するスリーブを備え、
   該スリーブが、前記繊維強化複合材ホイールの前記取付孔内に及ぶように構成されている、請求項１から請求項６のいずれかに記載のセンターロック取付構造。
8. 前記フロント部材の前記スリーブが、前記バッキング部材の対応するスリーブに協動可能に受け止められるように構成された遠位端を有し、または前記バッキング部材のスリーブが、前記フロント部材の対応するスリーブに協動可能に受け止められるように構成された遠位端を有する、請求項７に記載のセンターロック取付構造。
9. 前記フロント部材および前記バッキング部材のそれぞれは、前記スリーブの部分を有し、
   前記フロント部材の前記スリーブは、前記バッキング部材の前記スリーブの遠位端の内側または外側に協動可能に受け止められるように構成された遠位端を有する、請求項７に記載のセンターロック取付構造。
10. 各前記スリーブは、断面が円形または多角形である、請求項７から請求項９のいずれかに記載のセンターロック取付構造。
11. 前記フロント部材の各前記締結具孔が、各前記細長い締結具の遠位端を受け止めて締結するように構成されている、請求項１から請求項１０のいずれかに記載のセンターロック取付構造。
12. 前記フロント部材の各前記締結具孔が止り穴である、請求項１から請求項１１のいずれかに記載のセンターロック取付構造。
13. 各前記細長い締結具が、ヘッドと、該ヘッドに取り付けられた細長いボディとを有し、
    前記バッキング部材の各前記締結具孔が、該締結具孔内に受け止められた前記細長い締結具のヘッドの係止面と係合して該ヘッドを前記締結具孔内に保持するように構成された段付内表面を形成する段付き孔である、請求項１から請求項１２のいずれかに記載のセンターロック取付構造。
14. 前記バッキング部材の各前記締結具孔が、該締結具孔内に各前記細長い締結具の前記ヘッドを実質的に受け止めるように構成されている、請求項１３に記載のセンターロック取付構造。
15. 各前記細長い締結具のヘッドが、前記細長い締結具を回転させるための操作構成を有する、請求項１３または請求項１４に記載のセンターロック取付構造。
16. 各前記細長い締結具が、雄ねじ面を有し、
    前記フロント部材の各締結具孔が、これに相補的な雌ねじ穴を有する、請求項１から請求項１５のいずれかに記載のセンターロック取付構造。
17. 前記フロント部材および前記バッキング部材の少なくとも一方の前記内側係合面が、前記繊維強化複合材ホイールの前記中央取付孔の周囲の面に当接するように構成された係合平面を有する、請求項１から請求項１６のいずれかに記載のセンターロック取付構造。
18. 前記フロント部材および前記バッキング部材が、リング状または環状である、請求項１から請求項１７のいずれかに記載のセンターロック取付構造。
19. 前記フロント部材が、センターロック締結ナットを受け止めるように構成されたナット凹部を有する、請求項１から請求項１８のいずれかに記載のセンターロック取付構造。
20. 前記ナット凹部が、前記フロント部材の前記外側係合面に対して外側に延出する外側スリーブ内に形成されている、請求項１９に記載のセンターロック取付構造。
21. 前記フロント部材が、前記ナット凹部から該フロント部材の各前記締結具孔の位置まで延出する径方向補強部材を有する、請求項１９または請求項２０に記載のセンターロック取付構造。
22. 前記フロント部材の前記外側係合面が、テーパ形状の係合面を有する、請求項１９から請求項２１のいずれかに記載のセンターロック取付構造。
23. 前記繊維強化複合材ホイールの前記取付領域および前記バッキング部材には、該取付領域の前記取付孔および該バッキング部材の対応する前記中央取付孔の周囲に環状に間隔を置いて設けられた複数のマウント孔が設けられている、請求項１から請求項２２のいずれかに記載のセンターロック取付構造。
24. 前記フロント部材が、前記取付領域および前記バッキング部材の前記マウント孔と相補的に配置された凹部を有する、請求項２３に記載のセンターロック取付構造。
25. センターロック締結具と、該センターロック締結具に締結可能なセンターロック締結ナットとをさらに備え、
    使用時において、該センターロック締結具および前記センターロック締結ナットが、各前記細長い締結具と協動して、前記フロント部材および前記バッキング部材を前記繊維強化複合材ホイールの前記中央取付領域にわたってその周囲に締め付けて固定する、請求項１から請求項２４のいずれかに記載のセンターロック取付構造。
26. 前記繊維強化複合材ホイールが、カーボンファイバ複合材ホイールである、請求項１から請求項２５のいずれかに記載のセンターロック取付構造。
    

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