JP2018030578A - レーストホイール及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、車両用ホイールに関する。【解決手段】 ハブ部分及びリム部分の両方を含む、一体鋳造で製造されるレーストホール。鋳造及びスポーク接合部の機械加工の後に、ハブ部分及びリム部分が分離され、ワイヤスポークが組み立てられる。【選択図】 図１

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１６年８月２３日に出願された、米国仮特許出願第６２／３７８，３０４号に対する優先権を主張する。当該米国仮特許出願の全ての内容は、参照により本明細書に取り込まれる。

本発明は、車両用ホイール（vehicle wheels）に関する。具体的には、本発明は、モーターサイクル（motorcycles）用に一般的に使用されるもののような、内側ハブ及び外側リムが複数の個別のワイヤスポーク（individual wire spokes）によって一緒に接続された別個の部材である、レーストホイール（laced wheels）に関する。各ワイヤスポークは、ホイールのツルーイング（truing）のためのテンション調整を可能にする、スポークニップル（nipple）を用いて外側リムに接続される。レーストホイールは多くの消費者にとって非常に望ましいが、従来、それらの構造は製造の選択肢を制限し、個別のワイヤスポーク接続は時間経過と共に不均一に緩む可能性がある。

一つの態様において、レーストホイールは、ハブ及び複数の個別のワイヤスポークを用いてハブに対して固定されたリムを含む。レーストホイールを製造する方法は、一時的な接続構成（temporary connecting arrangement）と一緒に（together with）、一体的に（integrally）ハブ及びリムを鋳造するステップ（casting）、ハブ及びリムにスポーク接合部（spoke interfaces）を機械加工するステップ（machining）、ハブからリムを分離するために、一時的な接続構成を除去するステップ（removing）、及びスポーク接合部において、ハブとリムとの間に複数の個別のワイヤスポークの各々を接続するステップ（connecting）、を含む。

他の態様において、ワイヤレーストホイール（wire laced wheel）のためのホイール鋳造品（wheel casting）は、スポーク穴の外周アレイ（circumferential array of spoke holes）を有するハブ部分（hub portion）、及びスポーク穴の外周アレイを有するリム部分（rim portion）、を含む。

本発明の他の態様は、詳細な説明及び添付の図面の考慮によって明らかになるであろう。

図１は、本発明の一つの態様による、レーストホイールの斜視図である。

図２は、タイヤ圧力監視センサのための取り付け機構を含む、図１のレーストホイールの一部分の詳細な斜視図である。

図３は、図２の線３‐３に沿って取得された、レーストホイールの断面図である。

図４は、一時的な接続構成を含む、図１のレーストホイールのための初期鋳造品の斜視図である。

図５は、一時的な接続構成によってマシニングセンタに結合させられた、図４の初期鋳造品を例示する。

図６は、スポーク穴と共に機械加工された、図４の初期鋳造品の斜視図である。

図７は、ハブ部分及びリム部分を分離するための一時的な接続構成の除去の後の、図６の初期鋳造品を示す斜視図である。

本発明の如何なる実施形態が詳細に説明される前に、本発明は、その適用において、以下の説明において明らかにされるか又は以下の図面において例示される、構成要素の構造及び構成の詳細に限定されないことが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態であることが可能であり、様々な方法で実践されること又は実行されることが可能である。また、本明細書において使用される表現及び用語は、説明の目的のためのものであり、限定するものと見なされるべきではないことが、理解されるべきである。

図１は、比較的半径方向内側の位置にあるハブ２４、半径方向外側の位置にあるリム２８、並びにその各々がハブ２４とリム２８との間に延び且つハブ２４及びリム２８に接続する複数のワイヤスポーク３２、で構築されるレーストホイール２０を例示する。ホイール２０は、ハブ２４及びリム２８によって共有される中心軸Ａを規定してもよい。ワイヤスポーク３２は、図示されたものを含む様々なパターンに構成されてもよく、スポーク３２の数は２０より多くてもよく、又は３０より多くてもよい。ハブ２４は、スポーク３２の各々の半径方向内側端部を固定するための取り付け場所（mounting locations）又は接合部（interfaces）（例えば、穴３８）が設けられた軸端フランジ（axial end flanges）３６を含んでもよい。スポーク３２の内側端部は、鉤状の端部であってもよい。同様に、リム２８には、スポーク３２の各々の半径方向外側端部を固定するための複数の取り付け場所又は接合部（例えば、穴４０）が設けられてもよい。スポークニップル（nipple）又はファスナ４４は、各スポーク３２の半径方向外側端部に設けられてもよい。ニップル４４は、対応する穴４０の中に半径方向内向きに、外側から、穴４０の回りに形成されたシート４６（図６）の中に延びる。ニップル４４を一方向に回すことは、対応するスポーク３２を締め、一方でニップル４４を反対方向に回すことは、対応するスポーク３２を弛める。ニップル４４は、組み立ての時及びホイール２０のツルーイングのためのメンテナンスの間にスポークテンションを調整するために使用される。ホイール２０のスポーク３２は、ハブ２４及びリム２８とは異なる材料（例えば鋼線）で構築されてもよい。

ハブ２４及びリム２８は、スポーク３２のみによって一緒に接続された、別個の部材である。しかしながら、ハブ２４及びリム２８は、一つの共通の材料（例えば、アルミニウム）から製造される。さらに、ハブ２４及びリム２８は、共通の形成プロセスで一つのモノリシックな要素（例えば、単一の鋳造品）として形成され、その後に、以下でより詳細に説明されるように、別個の要素に分割される。共通の材料から共通の形成プロセスで一緒に構築されるが、ハブ２４及びリム２８は、鋳造後に（post-casting）施され、外観の差異をもたらす、異なる仕上げを有してもよい。

図２及び図３に最もよく見られるように、リム２８は、タイヤビードに係合して保持するためのビードシート４８をそれぞれ画定する、中心軸Ａに沿った方向において軸方向に反対側の端部を含む。各ビードシート４８の軸方向の内部には、据え付けの間にタイヤビードの動きを制限するために半径方向外側に突出するハンプ（hump）５２がある。複数のハンプ５２の間には、リム２８の軸方向中心部分にウェル（well）５６が画成されている。ウェル５６は、ビードシート４８又はハンプ５２よりも半径方向に中心軸Ａに近い。スポークニップル４４のための穴４０は、ウェル５６内に設けられている。周方向に沿って、穴４０は、各隣接する穴４０が軸方向の一方又は他方に交互のパターンでずれるように、ジグザグパターンに構成されてもよい。他の実施形態において、穴４０は、ウェル５６の外側（例えば、ビードシート４８の外側のリム２８の一部分内）に形成されてもよい。各穴４０の周りに、隆起したマウンド６０が形成されており、各隣接する穴４０の間には、複数の隆起したマウンド６０を接続する隆起したリブ６４がある。隆起した形体（features）６０，６４は、リム２８の半径方向外側表面に鋳造され、周方向に非均一で、押出しプロセスを用いて達成することが不可能な形態である。隆起した形体６０，６４は、スポーク３２及びハブ２４を通してリム２８に伝えられる力荷重（例えば、制動荷重、エンジントルク荷重、動的車両荷重など）の分配を可能にする。同様に、タイヤ空気圧力監視センサ６８のための指定された取り付け部（mount）は、図２及び図３に示されるようにリム２８内に鋳造されてもよい。取り付け部は、タイヤ圧力監視センサ６８を所望の位置に維持するように、少なくとも部分的に：ポケット又は凹部７０及び任意の数の突出部又はタブ７２、のいずれかによって画成されてもよい。取り付け部を形成する形体のいくつか又は全ては、周方向に非均一で、押出しプロセスを用いて達成することが不可能な形態であってもよい。タイヤ圧力監視センサ取り付け部の場合において、（複数の）形体は、リム２８の形成の時に鋳造ダイ又は型の中で同時に形成され、センサ取り付け部は、リム上の単一の周方向位置のみに設けられる。図３に示されるように、タイヤ空気圧力監視センサ６８のための取り付け部を形成する（複数の）形体は、ホイール２０に取り付けられたタイヤを膨張させるためのバルブステム７６を受容するバルブステム開口７４の位置でリム２８の外側半径方向面表面に設けられる。参照によりその内容が本明細書に取り込まれる米国特許第９，０６７，４６５号明細書に記載されるように、いくつかの実施形態において、リムシールは、リム２８の外側半径方向面表面と内側半径方向面表面との間にエアシールを提供する（例えば、空気は、穴４０及びバルブステム開口７４を通って移動することが抑制される）ために、リム２８の外側半径方向面表面に結合させられてもよい（例えば、ウェル５６の中に結合させられる）。

ハブ２４及びリム２８は、本明細書において初期鋳造品（initial casting）２６（図４及び図６）と呼ばれる、一体（one piece）として一緒に鋳造され、初期鋳造品２６は、レーシング（lacing）のために、単一の部品であるままで、完全に形体（すなわち、内側スポーク接合部及び外側スポーク接合部（interfaces））を備えて機械加工される。初期鋳造品２６は、ハブ２４及びリム２８を接続するための、鋳造によって一体的に形成された接続構成８０を含む（図４）。接続構成８０は、ハブ２４の両方の軸端フランジ３６に接続するように半径方向内側端部で分けられ得る、多数のスポーク８２で形成されてもよい。接続構成８０は、取り付け機構（features）８８を有するブレースリング８４を含み、各取り付け機構８８は、取り付け開口９２を画成する。図示されたブレースリング８４は、半径方向でハブ２４とリム２８との間に配置され、接続構成８０に構造的剛性をもたらす。接続構成８０は、以下でより詳細に説明されるように、ハブ２４及びリム２８が一体的でモノリシックな構成要素として合体されたままで、穴４０（図６）のような、スポーク保持機構の機械加工を可能にするための、一時的な準備である。ハブ２４及びリム２８が別個の構成要素となり、最終的なワイヤスポーク３２が組み立てられて、ハブ２４及びリム２８を再びつなげることができるように、一時的な接続構成８０は、その後除去される（図７）。

初期鋳造品２６は、ハブ２４及びリム２８を含めて、ユニットとして熱処理されてもよい。初期鋳造品２６は、ハブ２４及びリム２８の最終的な仕上げ要件に従って施される（例えば、塗装又は陽極酸化）仕上げを有してもよい。初期鋳造品２６がそれぞれの穴３８，４０を備えて鋳造されないので、初期鋳造品２６の複数の部分は、ハブ２４及びリム２８上にスポーク接合部を提供するために、鋳造後に機械加工される。初期鋳造品２６の追加的な機械加工は、ビードシート４８、ハンプ５２、ハブベアリングボア、制動ローター接合部、等の機械加工を含んでもよい。いくつかの構造において、ホイール２０（又はその大半）を完成させるために実行される機械加工（すなわち、金属除去）の全ては、一時的な接続構成８０を介して互いに接続されたままで（図４）、ハブ２４及びリム２８に対して実行され、いくつかの実施形態においては、単一のマシニングセンタ９６（すなわち、多目的ＣＮＣ機械；図５）において実行される。例えば、初期鋳造品２６は、ハブ２４及びリム２８を単一のマシニングセンタ９６に固定することによって、単一のマシニングセンタ９６に対して動かなくされてもよい（例えば、初期鋳造品２６を単一のマシニングセンタ９６に対して動かなくするために、少なくとも一つの固定治具（fixture）がハブ２４に結合させられ、少なくとも一つの固定治具がリム２８に結合させられる）。一時的な接続構成８０もまた、取り付け開口９２を通してファスナ１００を挿入することによって、単一のマシニングセンタ９６に対して動かなくされる（図５）。本明細書において記述される追加的な機械加工と共に、スポーク穴３８，４０が機械加工される間、初期鋳造品２６は、単一の固定治具で単一の機械の中に維持されてもよい。ハブ２４及びリム２８の機械加工は、二つの別個の構成要素ではなく単一の構成要素（すなわち、初期鋳造品２６）に対する機械加工のプロセスに集中させられるので、機械加工の全てが単一のマシニングセンタ内で起こる場合には、公差（tolerances）は一つの構成要素内に維持され、公差はマシニングセンタの公差に制限されることができる。典型的には、レーストホイールリムは押出しアルミニウムであり、押出し品（extrusion）はローリングされ、穴が穿孔され、ローリングされたリムは溶接され、そして二次仕上げが施される。マシニングセンタ内にスポーク穴又はビード及びハンプ直径の二次的加工が典型的になく、そのため公差は、リムのローリング及び溶接並びにスポーク穴の穿孔のプロセスの品質によって決定され、これらの公差はかなり大きくなるかも知れず、それはより大きな製品のばらつきにつながる。ホイール２０のハブ２４及びリム２８を一緒に鋳造し、一体化されているままで、接合部の全てをスポークニップルに機械加工し、ビード及びハンプ直径を機械加工することによって、これらの形体の公差は、従来の押出し加工されたリムに比較してかなり小さくなり得る。ホイール２０が組み立てられたときのハブ２４及びリム２８の公差は、マシニングセンタ公差に基づき、機械加工される形体及び仮想中心線はマシニングセンタの公差に関連し、これらの公差は、リム製造の従来の方法よりも有意に厳格であってもよく、したがって製品ばらつきを有意に低減し得る。

マシニングセンタ９６の最後の操作は、ハブ２４及びリム２８が図７に示されるような二つの別個の構成要素になることができるように、一時的な接続構成８０を機械加工してハブ２４及びリム２８から取り去ることである。具体的には、ハブ２４及びリム２８が一時的な接続構成８０から機械加工されるときに、一時的な接続構成８０は、ファスナ１００によって単一のマシニングセンタ９６に対して動かなくされる。そのため、各スポーク８２がハブ２４及びリム２８から機械加工されて離れるときに、一時的な接続構成８０のスポーク８２の全ては、ブレースリング８４によって互いに結合させられたままである。ひとたび分離が完了すると、ハブ２４及び／又はリム２８は、ホイール２０のための最終的な仕上げ要件に依存して、任意的に一つ又はそれ以上の二次仕上げ操作に続いてもよい。ハブ２４及びリム２８はその後、スポーク３２及びニップル４４と組み立てられ、ホイール２０は、ハブ２４とリム２８とが同じ中心軸Ａを共有するように、ニップル４４を用いてスポークテンションを調整することによってツルーイングスタンド上で修正される（trued）。ツルーイングスタンド上で、ハブ２４とリム２８との間の軸方向のずれもまた、調整されてもよい。この組立て後の加工は、ホイール２０の半径方向及び横方向の振れ（runout）のセッティングと呼ばれ得る。そのときホイール２０は、タイヤ取り付け及びモーターサイクルなどの車両への組み付けのための準備ができた、完成した構成要素である。

ホイール２０のための製造プロセスフローは、以下の操作を含んでもよい。それらは、いくつかの構造において、列挙されるような順序で行われる：
・リム、一時的な接続構成及びハブを備えた初期鋳造品として、一体としてホイールを鋳造する
・初期鋳造品を仕様まで加熱処理する
・ハブ、リム及びスポークに、プロセス内のこの時点でホイール最終仕上げを施す選択肢（これは機械加工後に、時には望ましい、未仕上げのアルミニウム（bare aluminum）を残すことになる）
・一時的な接続構成によって、マシニングセンタに初期鋳造品を一時的に留める
・レーストホイールのために必要とされるように、完成したホイールの幾何学的形状を機械加工する
・リム及びハブを分離するために、一時的な接続構成を除去する
・ハブ及び／又はリムに、プロセス内のこの時点でホイール最終仕上げを施す選択肢（例えば、塗装又はクロムめっきされた完成品、又は陽極酸化された）
・構成要素は、最終的な組み立てのための準備ができている

レーシング（すなわち、スポーク３２の据え付け）及びホイール２０のツルーイングは、マシニングセンタを介した公差及び形体のより良い制御を有するおかげで、従来のやり方で製造されたレーストホイールよりも容易であり得る。さらに、スポークニップル４４とリム２８との間の接合部摩擦係数は、ニップル４４のためのシート４６のような、機械加工されたスポーク接合部を用いて、より一貫して制御され得る。摩擦係数のより良好な制御によって、修正されたスポークテンション（true spoke tension）はより良好に制御され得る。スポークテンションに対するより良好な制御によって、ツルーイングはより一貫したものとなり、完成したホイール２０を生み出すためのサイクル時間は有意に減少する。テンションに対するより良好な制御及びツルーイングの容易さによって、実地におけるスポーク故障は低減され、実地におけるスポークの調整の必要性は小さくされる。なぜなら、ニップル‐対−リム接合部における摩擦係数に対するより良好な制御の一つの結果としてのテンションのより良好な制御に起因して、より多くのスポークがより多くの等しい荷重を共有するからである。

押出し品としてではなく鋳造品としてレーストホイール２０のリム２８を製造することによって、これは、幅広い鋳造される形体（a wide array of cast-in features）を含めるための利用可能性を開く。鋳造される形体は、レーシングプレテンション荷重及び使用中の荷重のリムにおける歪み（strain）を分配することを助け得る。押出されたリムは、典型的に、歪みを低減するために押出し品の厚さを調整する能力を有するのみであり、そのことは、性能及び費用の問題となり得る。本明細書において開示されるように製造することは、リムの重量及びスピン慣性の最適化を可能にし、それは車両の性能を強化することができ、比較的低減された費用である。典型的に一体の鋳造ホイール仕上げに対して使用される如何なる最終仕上げの選択肢を伴う鋳造される形体であっても、完成したレーストホイール組立品のスタイル及び／又は機能を強化するために使用され得る。例えば、ホイール２０は、以下のうちの任意の二つ又はそれ以上の、対照的な複数の部分を含んでもよい：クロムめっき、機械加工された切削部、陽極酸化、鏡面クロムハイライト（mirror chrome highlighting）及び鋳放し（as-cast）クロムハイライト。

上記で説明され、図面に示された実施形態は、単なる例示としてのみ提示されており、本発明の概念及び原理に対する限定として意図されていない。そのため、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、要素並びにそれらの構成及び配置における様々な変更が可能であることが理解されるであろう。

Claims (20)

1. ハブ及び複数の個別のワイヤスポークを用いて前記ハブに固定されたリムを含む、レーストホイールを製造する方法であって、当該方法は、
   一時的な接続構成と一緒に、一体的に前記ハブ及び前記リムを鋳造するステップ、
   前記ハブ及び前記リムにスポーク接合部を機械加工するステップ、
   前記ハブから前記リムを分離するために、前記一時的な接続構成を除去するステップ、及び
   前記スポーク接合部において、前記ハブと前記リムとの間に前記複数の個別のワイヤスポークの各々を接続するステップ、
   を含む、方法。
2. 前記ハブ及び前記リムに前記スポーク接合部を機械加工するステップは、共通のマシニングセンタにおいて前記ハブ及び前記リムにそれぞれのスポーク穴を機械加工するサブステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 各ニップルシートが前記リムの一つのスポーク穴を取り囲むようにして、前記マシニングセンタにおいて前記リムの半径方向外側表面にニップルシートを機械加工するステップを更に含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記複数の個別のワイヤスポークの各々を接続するステップは、少なくとも部分的に前記ニップルシートのうちの一つの中に配置されたニップルによって、前記リムに前記複数の個別のワイヤスポークの各々を接続するサブステップを更に含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記ハブ及び前記リムに前記スポーク接合部を機械加工するステップの前に、前記一時的な接続構成によって、前記ハブ及び前記リムを共通のマシニングセンタに一時的に留めるステップを更に含む、請求項２に記載の方法。
6. 前記一時的な接続構成と一緒に、一体的に前記ハブ及び前記リムを鋳造するステップは、前記リムの半径方向外側表面内にタイヤ圧力センサを受容するように構成された凹部を鋳造するサブステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記一時的な接続構成と一緒に、一体的に前記ハブ及び前記リムを鋳造するステップは、前記リムの半径方向外側表面上に複数の隆起リブを鋳造するサブステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記リムの半径方向外側表面にニップルシートを機械加工するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記一時的な接続構成と接続されている間に、前記ハブ及び前記リムに仕上げを施すステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記一時的な接続構成の除去の後に、前記ハブ及び前記リムのうちの少なくとも一つに仕上げを施すステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
11. ワイヤレーストホイールのためのホイール鋳造品であって、
    スポーク穴の外周アレイを有するハブ部分、及び
    スポーク穴の外周アレイを有するリム部分、
    を含む、ホイール鋳造品。
12. 前記ハブ部分内の前記スポーク穴の外周アレイは、第一軸端フランジに設けられている第一アレイであり、前記ハブ部分は、スポーク穴の第二外周アレイを有する第二軸端フランジを更に含む、請求項１１に記載のホイール鋳造品。
13. 前記リム部分は、前記リム部分内の前記スポーク穴の各々の間の隆起リブを含む、請求項１１に記載のホイール鋳造品。
14. 前記リム部分の前記スポーク穴は、周方向に隣接する各スポーク穴として、各スポーク穴が反対側に向かって軸方向にずれている、ジグザグパターンに設けられている、請求項１１に記載のホイール鋳造品。
15. 前記リム部分は、バルブステム開口に隣接するリムの半径方向外側表面にタイヤ圧力監視センサ取り付け部を含む、請求項１１に記載のホイール鋳造品。
16. 前記リム部分は、各ニップルシートが前記リム部分の一つのスポーク穴を取り囲むようにして、複数のニップルシートを含み、各ニップルシートは、ワイヤスポークを前記リム部分に結合させるニップルを受容するように構成されている、請求項１１に記載のホイール鋳造品。
17. 前記ハブ部分及び前記リム部分を一緒に接続するように、前記ハブ部分及び前記リム部分と共に一体的に鋳造される、一時的な接続構成を更に含む、請求項１１に記載のホイール鋳造品。
18. マシニングセンタが前記ハブ部分及び前記リム部分上に前記スポーク穴の外周アレイを形成するために、前記ハブ部分及び前記リム部分は、前記一時的な接続構成によって前記マシニングセンタに一時的に留められる、請求項１７に記載のホイール鋳造品。
19. 前記ハブ部分及び前記リム部分は、前記ハブ部分及び前記リム部分から前記一時的な接続構成が除去される前に、施された表面仕上げを含む、請求項１７に記載のホイール鋳造品。
20. 前記ハブ部分及び前記リム部分は、前記ハブ部分及び前記リム部分から前記一時的な接続構成が除去された後に、施された表面仕上げを含む、請求項１７に記載のホイール鋳造品。

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