JP2014524387A - 自動車用ホイール - Google Patents

Abstract

本発明は、タイヤを受けるためのリムテープ（７）及びリムスター（９）又はホイールディスクを備えるホイールボディ（３）を備える自動車用ホイールに関し、車両車軸上でホイールボディ（３）の固定手段（１７）を受けるための貫通孔（１３）がリムスター又はホイールディスク内に形成されている。ホイールボディ（３）は強化重合体材料から作られ、キャップ（５）に、非能動接続、能動接続又は一体接続され、キャップ（５）がリムスター（９）又はホイールディスクを覆っている。また、本発明はホイールを作るための方法にも関する。

Description

本発明は、車両車軸上でホイールボディの固定手段を受けるための貫通孔がリムスター内又はホイールディスク内に形成される、タイヤを受けるためのリムテープ及びリムスター又はホイールディスクを備えるホイールボディを備える自動車用ホイールに関する。

現在、自動車用ホイールは通常は鋼又はアルミニウムである金属材料から作られる。一般にホイールは、丸頭ねじ又は円錐頭ねじにより、自動車の、通常はブレーキドラム又はブレーキディスクであるホイールマウンティング（ｗｈｅｅｌ ｍｏｕｎｔｉｎｇ）に固定される。その結果、ホイールがマウンティングに対して押圧され、ホイールとホイールマウンティング上のホイール接触領域との間の摩擦により車両駆動部からホイールへと力が伝達される。

自動車の燃焼消費を低減してエネルギー節約するために、自動車の質量を低減することが考えられる。この目的のため、例えば、自動車の可能な限り多くの構成要素を例えばプラスチックなどの軽量の材料から作ること、及び、現在使用されている金属材料をプラスチックに置き換えることが試みられている。

既に、ＤＥ−Ｕ ２９７ ０６ ２２９から、繊維強化プラスチックから自動車用ホイールを作ることが知られている。しかし、ホイールには大きい力が伝達されることから、プラスチックのホイールではクリープが発生しやすく、それによりホイールが変形する可能性もある。さらに、ホイールボディにも大きい力が作用し、また、ホイールを設置するためのねじを誘導するための貫通孔にも大きい力が作用することから、ホイールボディが貫通孔の領域でクリープし始める危険性があり、それによりホイールボディが変形する危険性もある。このようなクリープ及びそれに伴う変形を防止するには、一般に、繊維によって強化することでも不十分である。また、繊維比率が高すぎると、クリーブを防止するという点では十分な強度をもたらすことにはなるが、リムを作るための材料が過度に脆性になり、その結果として自動車の運転中に発生する負荷に耐えられなくなる。これはリム内のクラックとして現れ、例えばそれにより破断する可能性もある。

また、ＤＥ−Ａ ４２ ２３ ２９０から、プラスチック材料から作られるホイールも知られている。ここでは、合成樹脂（ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｒｅｓｉｎ）のホイールが２つ以上の部分注型物（ｐａｒｔｉａｌ ｃａｓｔｉｎｇ）により一体に接合され、それにより単一構造のユニットが形成される。ここでは、部分注型物のうちの少なくとも１つが長繊維によって強化される熱硬化性の合成樹脂を含み、その他の部分注型物が金属及び／又は繊維強化プラスチックを含む。ここでは、部分注型物のうちの１つがリムテープであるか又はリムテープの一部分であり、別の部分注型物がリムスター又はホイールディスクであるのが一般的である。リムテープと、ホイールディスク又はリムスターとを分けることには、ホイールに作用する力が必ず接続部位のところに伝達されるという別の欠点もあり、その場合、追加の接続部により脆弱ポイントが作られ得るようになる。

また、重合体材料で作られる別のプラスチックホイールがＤＥ−Ｕ ８２ ０５ ０８２で開示されている。そこで開示される車両ホイールはリムテープ及びスポークを有し、スポークによりホイールのネーブがリムテープに接続される。ホイールネーブ、スポーク及びリムテープはプラスチック材料から作られ、互いに一体に接続される。この場合も、大きい力がホイールに伝達される場合に特に、プラスチックが変形してクリープする可能性があることが欠点となる。さらに、ホイールは、不注意な運転により縁石に接触するときに生じ得るような損傷に対する十分な保護性能を有さない。

従来技術により知られる、プラスチック材料で作られる車両ホイールの別の欠点は、一般にホイールが、必要となる安定性を得るためにホイールディスク又は複数のスポークを有することから、多様なホイールデザインを作ることが不可能となるか、又は可能であってもその範囲が非常に限定されることである。

ＤＥ−Ｕ ２９７ ０６ ２２ ＤＥ−Ａ ４２ ２３ ２９０ ＤＥ−Ｕ ８２ ０５ ０８２

したがって、本発明の目的は、十分な安定性を有しさらには多様なデザインを作ることを可能にする、タイヤを受けるためのリムテープ及びリムスター又はホイールディスクを備えるホイールボディを備える、自動車用ホイールを提供することである。

この目的は、タイヤを受けるためのリムテープ及びリムスター又はホイールディスクを備えるホイールボディを備える自動車用ホイールであって、車両車軸上でホイールボディの固定手段を受けるための貫通孔がリムスター内又はホイールディスク内に形成され、ホイールボディが強い重合体材料から作られ、且つキャップに、非能動接続、能動接続又は一体接続され、キャップがリムスター又はホイールディスクを覆っていることを特徴とするホイールによって達成される。

キャップとホイールボディとの間での非能動接続、能動接続又は一体接続により、ホイールの安定性が向上する。この場合、キャップがホイールをさらに強化するように機能する。さらに、ホイールボディとキャップとを分けて作ることにより、例えば押出プロセス、射出成形プロセス又は注型プロセスによりホイールボディを大量生産することが可能となり、それにより、各々の事例の同様に成形されるホイールボディに対して多様に設計されるキャップを適用することが可能となり、それにより、使用されるキャップに応じてホイールを多様に設計することが可能となり、加えて、ホイールボディのリブ構造をキャップで隠すことが可能となる。異なるキャップに対して同じホイールボディを使用することにより、異なるホイールボディに対して異なる金型が必要ではなくなることから、自動車用ホイールを製造することを単純化することが可能となる。ここでのキャップのデザインにより、独自のホイールのデザインが得られる。

本発明に従って設計されるホイールを示す断面図である。 ホイールを作るためのプロセスのための工程を示す図である。 ホイールを作るためのプロセスのための工程を示す図である。 ホイールを作るためのプロセスのための工程を示す図である。 ホイールを作るためのプロセスのための工程を示す図である。 ホイールを作るためのプロセスのための工程を示す図である。 ホイールを作るためのプロセスのための工程を示す図である。 ホイールを作るためのプロセスのための工程を示す図である。

一実施形態では、キャップが一方側でホイールボディに接続される。この場合、キャップはホイールボディの外側に取り付けられる。別法として、２つのキャップを用意することも可能であり、一方のキャップがホイールの外側に取り付けられ、もう一方のキャップがホイールの内側に取り付けられる。第２のキャップを使用することにより、１つのキャップのみを使用する場合と比較してホイールの安定性を向上させることができる。

キャップは、例えば、熱可塑性重合体材料、熱硬化性重合体材料又は金属から作られ得る。キャップが熱可塑性重合体材料で作られる場合、キャップが例えば溶接プロセスによってホイールボディに能動的に接続されることが特に有利である。キャップをホイールボディに溶接することに加えて、別法として、例えば接着剤接合プロセスによりキャップをホイールボディに接続することも可能である。

キャップが熱可塑性重合体材料又は熱硬化性重合体材料から作られる場合、キャップとホイールボディとを非能動的に接続することも可能である。この場合、例えば、ねじ止め又はリベット止めによってキャップをホイールボディに接続することが可能である。

キャップが金属から作られる場合、キャップは好適にはホイールボディに対して非能動的に接続される。この場合、例えばねじ止め又はリベット止めにより上述した方式で接続がなされる。キャップが金属から作られる場合、能動接続も可能である。この場合、例えば、ホイールボディ用のプラスチック材料を用いた射出成形によりキャップを封入することが可能である。

さらに、いわゆるオルガノシート、すなわち、連続繊維によって強化される熱可塑性の平坦な半仕上げの製品、又は、予め個別に含浸される熱可塑性テープもキャップ用の材料として適する。

ホイールボディ用の材料としては、熱硬化性材料又は熱可塑性材料が使用される。この材料は充填状態又は非充填状態で使用され得る。しかし、好適には充填重合体が使用される。

例えば、ホイールボディ及びキャップ用の重合体として適切なのは、天然重合体及び合成重合体あるいはその誘導体、天然樹脂及び合成樹脂及びそれらの誘導体、タンパク質、ならびに、セルロース誘導体などである。必須ではないが、これらは、例えば、空気硬化、放射硬化又は加熱硬化などにより、化学的又は物理的に硬化されてよい。

単独重合体の他に、共重合体又は重合体ブレンドが使用されてもよい。

好適な重合体は、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）；ＡＳＡ（アクリロニトリルスチレンアクリレート）；アクリル化アクリレート；アルキド樹脂；アルキレンビニルアセテート；具体的にはメチレンビニルアセテート、エチレンビニルアセテート、ブチレンビニルアセテートである、アルキレン−ビニルアセテート共重合体；アルキレン−塩化ビニル共重合体；アミノ樹脂；アルデヒド及びケトンの樹脂；具体的には、アセテート、プロピオネート、ブチレートなどの、ヒドロキシアルキルセルロース、セルロースエステル、カルボキシアルキルセルロース、硝酸セルロースである、セルロース及びセルロース誘導体；エポキシアクリレート；エポキシ樹脂；例えば、二官能又は多官能ビスフェノールＡ又はビスフェノールＦ樹脂、エポキシノボラック樹脂、臭素化エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂である、修飾エポキシ樹脂；脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエーテル、ビニルエーテル、エチレン−アクリル酸共重合体；炭化水素樹脂；ＭＡＢＳ（アクリレート単位を含有する透明ＡＢＳ）；メラミン樹脂；マレイン酸−無水物共重合体；メタ（アクリレート）；天然樹脂；松脂樹脂；セラック；石炭酸樹脂；ポリエステル；フェニルエステル樹脂などのポリエステル樹脂；ポリスルホン（ＰＳＵ）；ポリエーテルスルホン（ＰＥＳＵ）；ポリフェニレンスルホン（ＰＰＳＵ）；ポリアミド；ポリイミド；ポリアニリン；ポリピロール；ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）；ポリカーボネート（例えばＢａｙｅｒ ＡＧからのＭａｋｒｏｌｏｎ（登録商標））；ポリエステルアクリレート；ポリエーテルアクリレート；ポリエチレン；ポリエチレンチオフェン；ポリエチレンナフタレート；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）；ポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）；ポリプロピレン；ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）；ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）；ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）；ポリスチレン（ＰＳ）；四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）；ポリテトラヒドロフラン；ポリエーテル（例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール）；具体的には、溶液中で分散する、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ＰＶＣ共重合体、ＰＶｄＣ、ポリビニルアセテート及びその共重合体、任意選択で部分的に加水分解されるポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルエーテル、ポリビニルアクリレート及びメタクリレートならびにその共重合体、ポリアクリレートとポリスチレンとの共重合体である、ポリビニル化合物；ポリスチレン（強化されるか又は強化されない）；架橋されないか、又はイソシアン酸塩で架橋されるポリウレタン；ポリウレタンアクリレート；スチレンアクリロニトリル（ＳＡＮ）；スチレン−アクリル共重合体；スチレン−ブタジエンブロック共重合体（例えば、ＢＡＳＦ ＳＥからのＳｔｙｒｏｆｌｅｘ（登録商標）又はＳｔｙｒｏｌｕｘ（登録商標）、ＴＰＣからのＫ−Ｒｅｓｉｎ（商標））；例えばカゼインなどのタンパク質；ＳＩＳ；トリアジン樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂（ＢＴ）、シアナートエステル樹脂（ＣＥ）又はアリル化ポリフェニレンエーテル（ＡＰＰＥ）である。さらに、２つ以上の重合体のブレンドが使用されてもよい。

特に好適な重合体は、アクリレート、アクリレート樹脂、セルロース誘導体、メタクリレート、メタクリレート樹脂、メラミン及びアミノ樹脂、ポリアルキレン、ポリイミド、エポキシ樹脂、例えば、二官能又は多官能ビスフェノールＡ又はビスフェノールＦ樹脂、エポキシノボラック樹脂、臭素化エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂である、修飾エポキシ樹脂；脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエーテル、シアン酸エステル、ビニルエーテル、石炭酸樹脂、ポリイミド、メラミン樹脂及びアミノ樹脂、ポリウレタン、ポリエステル、ポリビニルアセタール、ポリビニルアセテート、ポリスチレン、ポリスチレン共重合体、ポリスチレンアクリレート、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、アクリロニトリル−スチレンアクリレート、ポリオキシメチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、アルキレンビニルアセテート及び塩化ビニルの共重合、ポリアミド、セルロース誘導体、さらにはその共重合体、ならびに、これらの重合体のうちの２つ以上の重合体のブレンドである。

特に好適な重合体は、例えば、ポリアミド４、ポリアミド６、ポリアミド７、ポリアミド８、ポリアミド９、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド４６、ポリアミド６６、ポリアミド６９、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド６１３、ポリアミド１２１２、ポリアミド１３１３、ポリアミド６Ｔ、ポリアミド９Ｔ、ポリアミドＭＸＤ６、ポリアミド６Ｉ、ポリアミド６−３−Ｔ、ポリアミド６／６Ｔ、ポリアミド６／６６、ポリアミド６／１２、ポリアミド６６／６／６１０、ポリアミド６Ｉ／６Ｔ、ポリアミドＰＡＣＭ１２、ポリアミド６Ｉ／６Ｔ／ＰＡＣＭ、ポリアミド１２／ＭＡＣＭＩ、ポリアミド１２／ＭＡＣＭＴ、又は、ポリアミドＰＤＡ−Ｔなどの、ポリアミドであり、さらに好適には、ポリアミド４６、ポリアミド６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド６６、ポリアミド６６／６、ポリアミド６／１０又はポリアミド６／１２であり、さらには、例えば６Ｔ／６、６Ｔ／６６、６Ｔ／６Ｉなどの、部分的な芳香族ポリアミド、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリブチレンテレフタレート、さらには、それらのブレンドである。

例えば、可塑剤、架橋剤、耐衝撃改良剤又は難燃剤などの通例の添加物が個別の重合体に混合されてよい。

重合体材料は好適には強化される。具体的には、重合体材料は繊維強化される。ここでの強化には、当業者に既知である、強化のための一般的な任意の繊維が使用されてよい。適切な繊維は、例えば、グラスファイバ、炭素繊維、アラミド繊維、ほう素繊維、玄武岩繊維、金属繊維、鉱物繊維又はチタン酸カリウム繊維である。繊維は、短繊維、長繊維又は連続繊維の形態で使用されてよい。また、繊維は重合体材料内で方向づけされても又は無作為に構成されてもよい。しかし、特に連続繊維が使用される場合、通常は方向づけされる構成となる。この場合、繊維は、例えば、個別の繊維、繊維ストランド、マット、織り込まれるか又は編み込まれる構造、あるいは、ロービングの形態で使用されてよい。繊維がロービング又は繊維マットなどの連続繊維の形態で使用される場合、繊維は通常は金型内に配置されて重合体材料によって封入される。このようにして作られるホイールボディは単層構成であっても複層構成であってもよい。複層構成の場合、各々の場合において、個別の層の繊維を同じ方向に向けることができるか、又は、個別の層の繊維を互いに−９０°から＋９０°の角度で回転することができる。

本発明の文脈では、短繊維は５ｍｍ未満のグラニュールの長さを有する平均繊維として理解される。長繊維は、５ｍｍから３０ｍｍの範囲、好適には７ｍｍから２０ｍｍの範囲の長さを有するグラニュールの繊維である。グラニュールを加工することにより長繊維は概して短くなることから、最終的な部品では、これらの繊維は、概して、０．１ｍｍ程度から使用されるグラニュールの最大寸法までの範囲であってよい長さを有する。慣例で使用されるグラニュールのサイズの場合、最大長さは最大１２ｍｍまでの範囲内にある。グラニュールがより大きい寸法を有する場合、繊維の最大長さもこの値を超えてよい。

好適には長繊維が使用される。長繊維が使用される場合、長繊維は通常は硬化前に重合体化合物に混合される。ホイールボディのメインボディは、例えば、押出、射出成形又は注型によって作られ得る。好適には、ホイールボディ全体が射出成形又は注型によって作られる。長繊維は概してホイールボディ内で無造作に構成される。ホイールボディが射出成形プロセスによって作られる場合、長繊維は、射出ノズルを通して金型内に押し込まれることになる繊維を含む重合体化合物により方向づけされ得る。重合体化合物の繊維比率は好適には３０質量％から７０質量％であり、特には４５質量％から６５質量％である。

別の実施形態では、重合体材料は短繊維と長繊維との混合物を含む。この場合、全繊維比率内での長繊維の比率は好適には５質量％から９５質量％であり、したがって短繊維の比率は９５質量％から５質量％となる。特に好適には、全繊維比率内での長繊維の比率は１５質量％から８５質量％の範囲内にあり、したがって、短繊維の比率は８５質量％から１５質量％となる。

繊維に加えて、プラスチック材料は当業者には既知である任意の別の充填材をさらに含むことができ、その場合、スティフネス及び／又は強度を向上させることができる。特には、これらも優先される方向を有さない任意の所望される粒子を含む。これらの粒子は、一般に、球形状、プレート形状又は円筒形状である。この場合の粒子の実際の形態は理想の形態から外れていてもよい。したがって、具体的には球形の粒子は実際には例えば水滴形状又は平坦形状であってもよい。

繊維とは別の使用される強化材料は、例えば、黒鉛、チョーク、滑石、及び、ナノスケール充填材である。

強化のために特に好適にはグラスファイバ又は炭素繊維が使用される。ホイールボディを作るための材料としては、グラスファイバ強化ポリアミドが特に好適である。

強化のためにポリアミドが使用される場合、いわゆるポリアミドＲＩＭプロセスによってリムを作ることが可能である。この目的のため、連続繊維が金型内に配置されて単量体溶液に含浸される。次いで、単量体溶液が硬化されて重合体が形成される。

好適な実施形態では、円周方向の犠牲リブがホイールボディ及び／又はキャップ上に形成される。この犠牲リブは実際のホイールを保護する働きをし、例えば、不注意な運転により縁石に接触するときに損傷する可能性がある。この犠牲リブは好適には、損傷した場合に容易に交換され得るように設計される。この目的のため、犠牲リブがキャップ及び／又はホイールボディに着脱自在に接続されることが特に有利である。この場合、例えば、犠牲リブをホイールボディ及び／又はキャップにねじ込む及び／又はスナップ嵌合することが可能である。ホイールと縁石とが接触する場合、犠牲リブが存在することにより、犠牲リブのみが損傷してホイール自体は無傷のままとなる。これにより、ホイール全体を交換する必要なくホイールを容易に修理することが可能となる。

別法として、犠牲リブをキャップ及び／又はホイールボディに能動的に接続することも可能である。

犠牲リブは好適には円周方向又は径方向に方向づけされるか、あるいは、交差するリブ構造もしくは分断される形態又は任意の所望される形態で実装される。

好適な実施形態では、キャップが犠牲リブを有し、この犠牲リブは、キャップの重合体材料よりも強化される重合体材料から作られる。犠牲リブがキャップの重合体材料よりも強化される重合体材料から作られることにより、犠牲リブは外部からの影響に対してキャップよりも安定することから、自動車の運転手が運転中に例えばホイールを縁石にぶつけてもすぐに損傷することはない。この代替形態として、例えば、エラストマ、熱可塑性ポリウレタン（ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ（ＴＰＵ））又は熱可塑性エラストマ（ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ（ＴＰＥ））といったような発泡体又は弾性材料などの、エネルギー吸収材料から犠牲リブを作ることも可能である。

ホイールボディは好適には射出成形プロセス又は注型プロセスによって作られる。ホイールボティを単一部品として作ることを可能するために、リムスター又はホイールディスクはアンダーカットを有さないことが好適である。リムスター又はホイールディスク上にアンダーカットが形成されることが回避されることにより、ホイールボディを作るのに単純な構成の金型を使用することが可能となる。

しかし、さらに強化を行うために、リムスター又はホイールディスクあるいはそれ以外でもリムテープにリブを持たせることも可能である。リブがホイールディスク上に設けられる場合、これらのリブは好適には径方向に延在する。リムテープ上のリブは交差するリブ構造の形態であってよい。この場合、円周方向を基準としてリブを回転させることが特に好適である。好適には、ここでのリブは、円周方向を基準として、例えば４５°といったように、３０°から６０°で回転される。

自動車の車軸にホイールを固定するための貫通孔が設けられる。ホイールボディ及び貫通孔には大きい力が作用することから、ホイールボディが貫通孔の領域でクリープし始める危険性があり、それにより変形する危険性もある。これを回避するために、好適な実施形態が、金属又はセラミックで作られてホイールボディの重合体材料に能動的に接続されるスリーブを各々が受けるための固定手段を受けるための貫通孔を提供する。ホイールボディの製造時に最初にスリーブを金型内に配置して次いでホイールボディ用の重合体材料を用いた射出成形によりスリーブを封入することにより、金属又はセラミックで作られるスリーブを能動的に接続することが実現される。

スリーブ用の金属には、例えば、アルミニウム、鉄、チタン又はマグネシウムが適切であるが、混合物又は合金の形態としてこの金属を提示することも可能である。鉄が使用される場合、鋼の形態が好適である。別法として、スリーブも鋳鉄部品として作られ得、この場合、鉄は鋳鋼の形態及びねずみ鋳鉄の形態のいずれでも使用され得る。

スリーブを作ることができる適切なセラミックは、例えば、酸化アルミニウム又は酸化シリコンベースのセラミックである。

固定手段を受けるための貫通孔で受けられるスリーブを使用することの代替形態として、ネーブの領域でリムスター又はホイールディスクに接続されるアダプタを提供することも可能であり、このアダプタは、リムスター又はホイールディスクの領域内の窪み部に係合される突起部を有する。この場合、このアダプタを用いてホイールが自動車の車軸に固定される。アダプタは車両車軸上にホイールマウンティングを備える単一部品として形成され得るか、又は、別個の部品として形成され得、その場合、アダプタはホイールを備える単一部品として形成され得、車両車軸の上のホイールマウンティングに接触する少なくとも１つの領域を有する。アダプタはスリーブ用の上述した金属と同じ金属から作られてよい。別法として、セラミックからアダプタを作ることも可能である。

力を伝達させるために、アダプタは、リムスター内又はホイールディスク内の窪み部に係合される突起部を有する。ホイール上の窪み部に係合される突起部が存在することにより、摩擦よりホイールに直接に力が伝達されることはなく、また、固定手段の領域内でのクリープによりホイールが変形することもホイールの機能を損なわせない程度に低減される。

ホイールボディ及び別個のキャップを備えるホイールの本発明による構成により、キャップに凹部を持たせることが可能となり、これらの凹部はホイールボディのリムスター上にも位置するような場所に配置される。それにより、ホイールボディのリムスターとキャップとが最適な形で一体化され、ここでは、キャップの凹部の領域内においてホイールボディの部品を可視化することなくキャップを任意の所望されるデザインにすることが可能となる。それによりホイールボディとキャップとが最適な形で一体化されることが可能になる。

ホイールを製造する方法は以下の工程を含む：
（ａ）ホイールボディを成形する工程、
（ｂ）キャップを成形する工程、
（ｃ）ホイールボディ及びキャップを接続する工程。

ホイールボディ及びキャップは、ここでは、当業者には既知である任意の所望される射出成形プロセス又は射出圧縮成形プロセスによって成形され得る。射出成形又は射出圧縮成形の代替形態として、ホイールボディ及び／又はキャップを任意の別の注型プロセスによって作ることも可能である。したがって、例えば、繊維複合体を単量体溶液で封入して硬化することが可能である。さらに、単量体溶液に含浸される繊維複合体を成形及び硬化させることも可能であり、この成形プロセスは特にキャップを作るのに適する。しかし、射出成形プロセスでキャップ及びホイールボディを成形することが特に好適である。

一方で、ホイールボディ及びキャップは、例えば、溶接、接着剤接合、リベット止め、ねじ止め又はスナップ嵌合によりホイールボディ及びキャップが作られた後で、接続され得る。別法として、最初にキャップに作り、ホイールボディを作るためにキャップを金型内に配置してキャップを封入すること、又は、ホイールボディ用の重合体材料を用いた射出成形によりキャップを封入することも可能であり、それによりホイールボディ及びキャップが接続されて一体の構成要素が形成される。

キャップをホイールボディに接続することを目的とした、接着剤接合、溶接、リベット止め、スナップ嵌合又はねじ止め、あるいは、射出成形によるキャップの封入に加えて、例えば、ループ接続又はボルト接続によりキャップをホイールボディに接続することも可能である。ループ接続の場合、例えば、ストランド又はコードによりボルト又はフランジを部分的にループにするか又は完全なループにすることにより、力が伝達される。

ホイールボディとキャップとを接続するために、ホイールボディを保持して部分的に受けるための少なくとも１つの第１の金型部分（ｍｏｌｄ ｐａｒｔ）と、キャップを保持して部分的に受けるための少なくとも１つの第２の金型部分とがそれぞれの接続領域に設けられることが特に好適であり、ここでは、少なくとも１つの第１の金型部分はホイールボディの接続領域を覆わず、少なくとも１つの第２の金型部分がキャップの接続領域を覆わず、またここでは、ホイールボディ及びキャップの互いに面する接続領域を用いて、少なくとも１つの第１の金型部分及び少なくとも１つの第２の金型部分が互いに引き寄せられ、ホイールボディ及びキャップの接続領域が互いに接触するように配置され、これらがこの過程で一体に接続され、また、接続中、ホイールボディが少なくとも１つの第１の金型部分内で保持され、キャップが少なくとも１つの第２の金型部分内で保持される。

ホイールボディ及びキャップを互いに接続するための一体接続は、好適には、接着剤接合又は溶接接続である。

接着剤接合の場合、ホイールボディの接続領域及びキャップの接続領域が互いに接触するように配置される前に、接着剤がホイールボディの接続領域及び／又はキャップの接続領域に塗布される。この場合、ホイールボディ及びキャップが互いに対して変位しなくなる程度まで接着剤が硬化するまで、キャップ及びホイールボディが保持される。

しかし、好適にはキャップ及びホイールボディは互いに溶接される。この場合、例えば、ホイールボディの接続領域及びキャップの接続領域が互いに接触するように配置される前に、ホイールボディの接続領域とキャップの接続領域との間の空間内に加熱装置を導入すること、ホイールボディの接続領域及びキャップの接続領域を初期溶融（ｉｎｃｉｐｉｅｎｔｌｙ ｍｅｌｔ）すること、接続領域が初期溶融された後で加熱装置を再度取り外すこと、及び、初期溶融された接続領域を互いに接触させるように配置することが可能となり、それにより、ホイールボディの接続領域がキャップの接続領域に溶接される。

一実施形態では、第１及び第２の金型部分の少なくとも一方のための可動搬送台が設けられ、この可動搬送台は、ホイールボディ及びキャップが成形された後でホイールボディの接続領域及びキャップの接続領域を互いに対向させるように、移動される。この場合、これらの部品のうちの少なくとも１つの部品を成形ツールから取り外す必要なく、及び／又は、その中で部品が成形されている状態の成形ツールを別の機械の中に配置する必要なく、ホイールボディ及びキャップを成形して互いに接続させることが可能となる。この場合、ホイールボディ及びキャップを受けるための第１及び第２の金型部分は、各々が、その中でホイールボディ及びキャップが成形される成形ツールの金型部分である。特に好適にはホイールボディ及びキャップ用の成形ツールは射出成形ツールであり、この場合、ホイールボディ用の第１の金型部分及びキャップ用の第２の金型部分は各々が別の金型部分によって閉じられ、それによりその内部でホイールボディ又はキャップの形状が形成される。

本発明の例示の実施形態が図に示されており、これらの例示の実施形態を以下の説明でより詳細に説明する。

図１が、自動車用の、本発明に従って設計されるホイールの断面図を示す。

自動車用ホイール１がホイールボディ３及びキャップ５を備える。

本発明によると、ホイールボディ３が重合体材料から作られる。十分に高い安定性を有するホイールボディ３を作るために、好適には重合体材料が強化される。強化のために、短繊維、長繊維又は連続繊維の形態の繊維が使用され得る。長繊維が使用されることが好適である。ホイールボディ３用の重合体材料としては、上述した熱可塑性重合体又は熱硬化性重合体が適切である。

ホイールボディ３が、タイヤを受けるためのリムテープ７、及び、リムスター９を備える。貫通孔１３がリムスター９内に作られ、この貫通孔を用いて、車両車軸上、通常はブレーキドラム上又はブレーキディスク上でホイールボディ３を固定するための固定手段を誘導することが可能となる。

好適には、貫通孔１３は各々がスリーブ１５を受ける。スリーブ１５はそれぞれの貫通孔１３の領域をさらに安定させるように機能し、それにより固定手段が挿入されるときにホイールボディ３が損傷することが回避される。スリーブは通常は金属又はセラミックから作られ、好適にはホイールボディ３を作るときに成形され、この場合、スリーブ１５はホイールボディ３に能動的に接続される。スリーブ１５に加えて、ホイール１の組立体のための接触表面を形成する挿入具１６を提供することも可能である。この場合、別個の構成要素として挿入具１６及びスリーブ１５を提供すること、又は、挿入具１６を備える単一部品としてスリーブ１５を形成することが可能である。

ホイールボディ３を車両車軸に固定するために、適切な固定手段として例えばホイールボルト１７が使用される。ホイールボルト１７により、ホイールボディ３を車両車軸に着脱自在に接続することが可能となり、この場合、例えばホイールが損傷したりする場合又はタイヤを交換する必要がある場合に、ホイールを容易に取り外すことが可能となる。

リムテープ７が、通常、外側リムウェル１９を備える。外側リムウェル１９はその外側縁部のところでリムフランジ２１によって終端する。リムフランジ２１は、引き寄せられるタイヤをホイール１上へと設置するように働く。この点に関して、タイヤの外側がリムフランジ２１に対して押圧される。

チューブレスタイヤが使用される場合、運転中に圧力が作用してタイヤが内側に変位することを回避する必要性がさらに発生する。この目的のため、外側リムウェル１９がいわゆるハンプ２３を有する。その場合、装着されるタイヤの側壁がリムテープ２１とハンプ２３との間で保持され、ハンプ２３がタイヤ壁の内側を支承する。

キャップ５は、ホイール１の安定性を向上させるもの及びデザイン要素の両方として機能する。この目的のため、キャップ５が任意の所望される形状として形成され得る。キャップ５が適切に設計される場合、自動車の空力性能を向上させるのにも使用され得る。

キャップ５は、非能動的に、能動的に又は一体にホイールボディ３に接続される。図１に示される実施形態では、キャップ５がホイールボディ３に能動的に接続される。

キャップ５がホイールボディ３に非能動的に接続される場合、例えば、ねじ接続、溝接続又はクリップ接続が適切である。図１に示されるような能動接続は、例えば、溶接又は接着剤接合によって実施され得る。この目的のため、キャップ５が接続箇所２５のところでホイールボディ３に接続される。接続を安定させるために、ここでは好適には、接続箇所２７がホイールボディ３に跨って環状に延在する。溶接接続を実現するために、例えば、ホイールボディの接続箇所２５の領域及びキャップ５の接続箇所２５の領域両方を局部的に加熱して初期溶融すること、及び、ホイールボディ３に対してキャップ５を押圧することが可能である。ここでは、加熱は、例えば摩擦を利用するか又は局所熱を適用することにより、実施され得る。

キャップ５が、例えば熱硬化性材料又は金属などの、非熱可塑性材料から作られ、したがって溶接によって接続され得ない場合、例えば、ホイールボディ３の重合体材料を用いる射出成形によりキャップ５を封入することにより能動接続を実現することも可能である。

例えばホイールが縁石に接触するときなどの損傷からホイールを保護するために、ホイール１上に犠牲リブ２７が形成されることが有利である。好適には、犠牲リブ２７はホイール１の車軸の周りに環状に配置され、また、ここで示されるようにキャップ５上に形成され得る。別法として、ホイールボディ３の例えばリムテープ７の領域内に犠牲リブ２７を形成することも可能である。

ホイール１を作るための１つの考えられるプロセスが図２から８に模式的に示される。

ホイール１を作るための装置が第１のクランプ３３を備える第１の射出成形ユニット３１を備え、これはキャップ５を作るための第１の金型半体３５に接続される。第１の金型半体３５を閉じるための第２の金型半体３７が回転プレート３９に接続される。ホイールボディ３を作るための第２の金型半体４１が、第２の金型半体３７の反対側の回転プレート３９の側に取り付けられる。ホイールボディを作るための第１の金型半体４３が第２の金型半体４１によって閉じられ得る。ホイールボディ３を作るための第１の金型半体４３が、第２の射出成形ユニット４７の一部である第２のクランプ４５に接続される。

第１の工程で、キャップ用の第１の金型半体３５及び第２の金型半体３７ならびにホイールボディ用の第１の金型半体４３及び第２の金型半体４１が閉じられる。これは図３に示される。キャップ５用の第１の金型半体３５及び第２の金型半体３７ならびにホイールボディ３用の第１の金型半体４３及び第２の金型半体４１が閉じられた後で、キャップ５及びホイールボディ３を作るための重合体材料がそれぞれ射出される。プラスチック化合物が金型半体３５、３７；４１、４３によって形成されるそれぞれの金型内で冷却されて固体化された後、金型が再び開けられる。これは図４に示される。この場合、キャップ５が第１の金型内のここでは第１の金型半体３５の凹部内に位置し、ホイールボディ３がここでは第２の金型半体４１内の第２の凹部内に位置する。これはいずれも場合も長方形で模式的に示される。

次の工程で、回転プレート３９が回転され、キャップ５及びホイールボディ３が互いに対向して位置する。これは図５に示される。

図６に示される次の工程で、加熱要素がキャップ５とホイールボディ３との間に導入される。例えば、加熱要素は高温ツールジョイント溶融溶接装置（ｈｏｔ−ｔｏｏｌ ｊｏｉｎｔ−ｍｅｌｔ ｗｅｌｄｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ）４９であってよい。溶接装置４９を使用して、キャップ５及びホイールボディ３が接続箇所２５の領域内で初期溶融される。これは、例えば中心軸を中心として回転する溶接装置４９に接触して摩擦することにより実施され得るか、あるいは、高温ガスを吹き付けること又は加熱部分に接触することによる放射加熱によって実施され得る。

接続箇所２５が初期溶融された後の次の工程で、ホイールボディ３及びキャップ５が互いに接続される。これは図７に模式的に示される。キャップ５がホイールボディ３に付着されるとすぐに図８に示されるように金型が再び開けられ、キャップ５が取り付けられている状態のホイールボディ３を含むホイールが取り外される。

最後に、回転プレート３９が再び回転され、図２に示されるように、キャップ５を作るための第１の金型半体３５及び第２の金型半体３７ならびにホイールボディを作るための第１の金型半体４３及び第２の金型半体４１が互いに対向するように位置し、次のホイールを作るために射出成形プロセスが繰り返され得る。

１ ホイール
３ ホイールボディ
５ キャップ
７ リムテープ
９ リムスター
１３ 貫通孔
１５ スリーブ
１６ 挿入具
１７ ホイールボルト
１９ 外側リムウェル
２１ リムフランジ
２３ ハンプ
２５ 接続箇所
２７ 犠牲リブ
３１ 第１の射出成形ユニット
３３ 第１のクランプ
３５ 第１の金型半体
３７ 第２の金型半体
３９ 回転プレート
４１ 第２の金型半体
４３ 第１の金型半体
４５ 第２のクランプ
４７ 第２の射出成形ユニット
４９ 高温ツールジョイント溶融溶接装置

Claims (17)

1. タイヤを受けるためのリムテープ（７）及びリムスター（９）又はホイールディスクを備えるホイールボディ（３）を備える自動車用ホイールであって、車両車軸上で前記ホイールボディ（３）の固定手段（１７）を受けるための貫通孔（１３）が前記リムスター（９）又は前記ホイールディスク内に形成され、前記ホイールボディ（３）が強化重合体材料から作られ、且つキャップ（５）に、非能動接続、能動接続又は一体接続され、前記キャップ（５）が前記リムスター（９）又は前記ホイールディスクを覆っていることを特徴とするホイール。
2. 前記キャップ（５）が、熱可塑性重合体材料、熱硬化性材料又は金属から作られる請求項１に記載のホイール。
3. 前記ホイールボディ（３）及び／又は前記キャップ（５）用の前記重合体材料が、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンスルホン、ポリスルホン、ポリプロピレン又はポリアミドから選択される請求項１又は２に記載のホイール。
4. 短繊維、長繊維又は連続繊維が前記重合体材料を強化するのに使用される請求項１から３のいずれか１項に記載のホイール。
5. 前記重合体材料を強化するための前記繊維が、グラスファイバ、炭素繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウム繊維、ほう素繊維、玄武岩繊維、鉱物繊維又は金属繊維である請求項４に記載のホイール。
6. 前記ホイールボディ（３）及び／又は前記キャップ（５）が犠牲リブを有する請求項１から５のいずれか１項に記載のホイール。
7. 前記キャップ（５）が前記犠牲リブを有し、前記犠牲リブが、前記キャップ（５）の前記重合体材料よりも強化される重合体材料、あるいは、弾性重合体材料又はエネルギー吸収重合体材料から作られる請求項６に記載のホイール。
8. 前記リムスター（９）又は前記ホイールディスクがアンダーカットを有さない請求項１から７のいずれか１項に記載のホイール。
9. 固定手段（１７）を受けるための前記貫通孔（１３）の各々が金属又はセラミックで作られるスリーブ（１５）を受け、前記ホイールボディ（３）の前記重合体材料に能動的に接続される請求項１から８のいずれか１項に記載のホイール。
10. 前記キャップ（５）が、前記ホイールボディ（３）の前記リムリング（９）上にも位置する場所に配置される凹部を有する請求項１から９のいずれか１項に記載のホイール。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載のホイールを製造するための方法であって、
    以下の工程：
    （ａ）前記ホイールボディ（３）を成形する工程、
    （ｂ）前記キャップ（５）を成形する工程、
    （ｃ）前記ホイールボディ（３）及び前記キャップ（５）を接続する工程
    を含むことを特徴とする方法。
12. 前記キャップ（５）を前記ホイールボディ（３）に対して接着剤接合するか、溶接するか、リベット止めするか、スナップ嵌合するか、又はねじ止めするか、あるいは、ループ接続又はボルト接続によって接続する請求項１１に記載の方法。
13. 前記ホイールボディ（３）及び前記キャップ（５）を接続するために、前記ホイールボディ（３）を保持して部分的に受けるための少なくとも１つの第１の金型部分及び前記キャップ（５）を保持して部分的に受けるための少なくとも１つの第２の金型部分がそれぞれの接続領域に設けられ、前記少なくとも１つの第１の金型部分が前記ホイールボディ（３）の前記接続領域を覆わず、前記少なくとも１つの第２の金型部分が前記キャップ（５）の前記接続領域を覆わず、前記ホイールボディ（３）及び前記キャップ（５）の互いに面する前記接続領域で前記少なくとも１つの第１の金型部分及び前記少なくとも１つの第２の金型部分が互いに引き寄せられ、前記ホイールボディ（３）及び前記キャップ（５）の前記接続領域が互いに接触するように配置され、且つこの過程で一体に接続され、接続中、前記ホイールボディ（３）が前記少なくとも１つの第１の金型部分内で保持され、前記キャップ（５）が前記少なくとも１つの第２の金型部分内で保持される請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記一体接続が接着剤接合又は溶接接続である請求項１３に記載の方法。
15. 前記ホイールボディ（３）及び前記キャップ（５）の前記接続領域が互いに接触するように配置される前に、前記ホイールボディ（３）の前記接続領域と前記キャップ（５）の前記接続領域との間の空間内に加熱装置が導入され、前記ホイールボディ（３）及び前記キャップ（５）の前記接続領域が初期溶融され、前記加熱装置が前記接続領域を初期溶融させた後に再度取り外され、前記初期溶融された接続領域が互いに接触するように配置され、それにより、前記ホイールボディ（３）の前記接続領域が前記キャップ（５）の前記接続領域に溶接される請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 前記第１及び第２の成形ツール部品の少なくとも一方のための可動搬送台が提供され、前記可動搬送台が、前記ホイールボディ（３）及び前記キャップ（５）が成形された後で前記ホイールボディ（３）及び前記キャップ（５）の前記接続領域を互いに対向させるように、移動される請求項１３から１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記キャップ（５）及び前記ホイールボディ（３）の各々が射出成形プロセスによって成形される請求項１１から１６のいずれか１項に記載の方法。

Images