JP2020531347A - 複合ホイールのリム繊維アーキテクチャ - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2017年8月18日に出願されたオーストラリア仮特許出願第2017903325号から優先権を主張し、その内容はこの引用により本明細書に援用されると理解されるべきである。
本発明は一般に、複合ホイールのリム部分の繊維アーキテクチャおよびレイアップに関する。本発明は、車両および/または飛行機用の複合炭素繊維ホイールに特に利用可能であり、以下においてはその例示的な用途に関連して本発明を開示することが便利であろう。しかしながら、本発明はその用途に限定されるものではなく、多種多様なホイールのフェース部分とリム部分とを接続するために使用され得る、ということが理解されるべきである。
本発明の背景の以下の説明は、本発明の理解を容易にするよう意図されている。しかしながら、以下の説明は、言及された任意の資料が、本願の優先日の時点で公開され、公知であり、または共通の常識の一部であったという確認または承認ではない、ということが理解されるべきである。
本発明の第1の局面は、車両の複合ホイールのリム部分であって、リム部分は、複合ホイールの回転中心軸を中心として形成された成形環を備えるとともに、中心軸を中心としてリム部分の周りに周方向に延在する周方向軸を有し、前記リム部分は、フープトウ層とバイアスプライ層との交互層から形成された積層ラミネートを含む繊維レイアップを有し、
フープトウ層は、繊維がリム部分の周方向軸と実質的に整列されている細長い繊維トウを含み、フープトウ層は、環状に巻回された少なくとも1つの細長い繊維トウから形成され、
バイアスプライ層は、繊維がリム部分の周方向軸に対して+θまたは−θの角度で実質的に配向されている少なくとも1つの繊維プライを含み、θは26°〜40°である、複合ホイールのリム部分を提供する。
フープトウ層は、繊維がリム部分の周方向軸と実質的に整列されている細長い繊維トウを含み、フープトウ層は、環状に巻回された少なくとも1つの細長い繊維トウから形成され、
バイアスプライ層は、繊維がリム部分の周方向軸に対して+θまたは−θの角度で実質的に配向されている少なくとも1つの繊維プライを含み、θは26°〜40°である、複合ホイールのリム部分の繊維レイアップを提供する。
リム部分の設計された構成を提供するために成形された環状金型面を有する環状金型ツールを提供するステップと、
少なくとも1つのクローズアウトプライ層を環状金型面に施すステップと、
複合ホイールのフェース部分レイアップと複合ホイールのリムレイアップとの間の接続要素を、環状金型面に施されたクローズアウトプライ上に位置付けるステップと、
積層された多層構造を形成するために、フープトウ層とバイアスプライ層との交互層をクローズアウトプライおよび接続要素上に配置するステップと、
それにより、本発明の第1の局面に従ったリム部分繊維アーキテクチャを形成するステップ、
という一般的なプロセスステップを使用して形成され得る。
リム部分の層の各々と接触するマトリックス材料を提供するステップと、
リム部分を硬化させるステップと、
をさらに含む。
ホイールの各リム部分およびフェース部分と接触するマトリックス材料を同時に提供するステップと、
ホイールのリム部分とフェース部分とを同時硬化させるステップと、
をさらに含む。
以下に、本発明の特定の好ましい実施形態を示す添付図面の図を参照して、本発明を説明する。
最初に図1を参照すると、本発明の一実施形態に従ったリム部分102を含む複合ホイール100の斜視図が示されている。図示された複合ホイール100は、本出願人により、一体的に形成された一体型本体として開発された。複合ホイール100の製造の一般的なプロセスは、国際特許公開WO2010/024495A1に記載されており、その内容は、この引用により本明細書に援用されると理解されるべきである。なお、当該公開におけるリム部分102の形成は、本発明の構成のために、本願において提供される詳細によって取って代わられる。
A).タイヤ(図示せず)が取り付けられる環状構造を含むリム部分102、および、
B).円形ハブ106と一連のスポーク108とを含むフェース部分104、という2つの主要セクションを含む。ハブ106は、ホイールを車両のホイールマウントに固定するために使用される締結ボルト(図示せず)を受けるように構成された5つの締結開口部107を含む。スポーク108は、一端でハブ106に接続され、他端でリム部分102に接続された細長いアームを含む。締結ボルト取付接続部が図示されているが、ハブ106は、当該技術分野において公知である中央取付構成および他のホイール取付構成といった、他の締結接続部のために構成され得るということが理解されるべきである。
(1)繊維がリム部分102の周方向軸C−Cと実質的に整列されている細長い繊維トウ(図7〜12を参照)を含むフープトウ層230(図5(B)に提供された凡例では、0°のフープおよび0°のトウ束として表示);および、
(2)繊維がリム部分の周方向軸に対して+θまたは−θの角度で実質的に配向されているトウまたはファブリックの少なくとも1つのシートを含むバイアスプライ層240(図5(B)に提供された凡例では、+/−33°のNCFファブリックとして表示)。図示された実施形態では、θは33°である。しかしながら、設計考慮事項に依存して、θは26°〜40°のいずれでもよいということが理解されるべきである。
図7および図8に示すように、各フープトウ層または「フープ巻回トウ層」230は、リム金型280の内側バケット金型310の周りに巻回された、環状に巻回された細長い繊維トウ232から形成される。その細長い繊維トウ232は、内側バケット金型310の周りに、その幅に沿ってフープ状に巻回されて、各フープトウ層230の所望の厚さおよび輪郭を形成する。結果として生じる層は、細長い繊維トウ232の一連の重なり合う同心フープを含む。
Claims (28)
- 車両の複合ホイールのリム部分であって、
前記リム部分は、前記複合ホイールの回転中心軸を中心として形成された成形環を備えるとともに、前記中心軸を中心として前記リム部分の周りに周方向に延在する周方向軸を有し、
前記リム部分は、フープトウ層とバイアスプライ層との交互層から形成された積層ラミネートを含む繊維レイアップを有し、
前記フープトウ層は、繊維が前記リム部分の前記周方向軸と実質的に整列されている細長い繊維トウを含み、前記フープトウ層は、環状に巻回された少なくとも1つの細長い繊維トウから形成され、
前記バイアスプライ層は、前記繊維が前記リム部分の前記周方向軸に対して+θまたは−θの角度で実質的に配向されている少なくとも1つの繊維プライを含み、θは26°〜40°である、複合ホイールのリム部分。 - θは28°〜40°、好ましくは30°〜36°、より好ましくは約33°である、請求項1に記載の複合ホイールのリム部分。
- 前記フープトウ層は、前記リム部分における繊維の40〜60%、好ましくは約50%を含む、請求項1または2に記載の複合ホイールのリム部分。
- 前記バイアスプライ層は、前記リム部分における繊維の40〜60%、好ましくは約50%を含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の複合ホイールのリム部分。
- 前のバイアスプライ層の繊維配向の(+または−の)錯角である繊維配向角を有する層を提供するように、連続するバイアスプライ層が前記レイアップに配置される、先行する請求項のいずれか1項に記載の複合ホイールのリム部分。
- バイアスプライは、相互接続された一方向性繊維材料のシートを含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の複合ホイールのリム部分。
- 前記バイアスプライは、ステッチされた一方向性シート材料、好ましくはステッチされた一方向性トウシートを含む、請求項6に記載の複合ホイールのリム部分。
- バイアスプライは、+(26°〜40°)の繊維方向を有する層と、−(26°〜40°)の繊維方向を有する層とを含む、2層バイアスプライを含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の複合ホイールのリム部分。
- 前記リム部分は、前記リム部分の幅の対向する縁に、内側フランジおよび外側フランジという2つの環状フランジを含み、各バイアスプライは、前記ホイールの前記内側フランジから前記ホイールの前記外側フランジへの連続シートを含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の複合ホイールのリム部分。
- 各バイアスプライ層は、隣接するフープトウ層の間に挟まれる、先行する請求項のいずれか1項に記載の複合ホイールのリム部分。
- 各バイアスプライ層は、突合せ接合部なしで形成される、先行する請求項のいずれか1項に記載の複合ホイールのリム部分。
- 前記積層ラミネートは、集められたフープ巻回トウから形成された輪郭特徴をさらに含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の複合ホイールのリム部分。
- 輪郭特徴は前記リム部分の周囲に延在しており、環状に巻回された細長い繊維トウから構築される、請求項12に記載の複合ホイールのリム部分。
- 前記輪郭特徴は、少なくとも1つのビード、フランジ、リブ、またはステップを含む、請求項12または13に記載の複合ホイールのリム部分。
- 前記リム部分はドロップセンター凹部を含み、前記ドロップセンター凹部は、前記ドロップセンター凹部に隣接するセクションよりも減少した、または少ないトウを有する環状セクションを含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の複合ホイールのリム部分。
- 前記ドロップセンター凹部に位置する少なくとも1つの補強層をさらに含み、前記補強層は、前記リム部分の前記周方向軸に対して80〜100度、好ましくは前記リム部分の前記周方向軸に対して約90度配向された繊維を有する繊維プライを含む、請求項15に記載の複合ホイールのリム部分。
- 少なくとも1つのフープトウ層が、補強層の少なくとも両端上に提供される、請求項15または16に記載の複合ホイールのリム部分。
- (前記中心軸に対する)前記リム部分の径方向に延在するセクションまたは整列されたセクションは、それらに隣接するセクションよりも減少した、または少ないトウを含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の複合ホイールのリム部分。
- 前記リム部分は、前記リム部分の幅の対向する縁に、内側フランジおよび外側フランジという2つの環状フランジを含み、前記内側フランジまたは前記外側フランジのうちの少なくとも1つのレイアップは、前記リム部分の前記周方向軸に対して80〜100度、好ましくは前記リム部分の前記周方向軸に対して約90度配向された繊維を有する繊維プライを含む補強層を含む、請求項1〜8および10〜18のいずれか1項に記載の複合ホイールのリム部分。
- 前記積層ラミネートの各層における繊維密度は、50〜400g/m2、好ましくは180〜250g/m2、より好ましくは180〜220g/m2、さらにより好ましくは約200g/m2である、先行する請求項のいずれか1項に記載の複合ホイールのリム部分。
- ラミネート層構造の少なくとも一方の外側に、好ましくは前記ラミネート層構造の両側に、クローズアウトプライ層をさらに含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の複合ホイールのリム部分。
- クローズアウトプライは、ファブリックプライのシート、フープトウの層、バイアスプライ層、フープ巻回繊維ガラストウ、またはそれらの組合せを含む、請求項21に記載の複合ホイールのリム部分。
- フープトウは、予め施された結合剤、好ましくは粉末結合剤を用いて、前記レイアップに位置する、先行する請求項のいずれか1項に記載の複合ホイールのリム部分。
- 前記繊維は炭素繊維を含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の複合ホイールのリム部分。
- 前記積層ラミネートの前記繊維を包むマトリックス材料をさらに含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の複合ホイールのリム部分。
- 前記マトリックス材料は、不飽和ポリエステル、ポリウレタン、ポリビニルエステル、エポキシ、熱可塑性物質、類似の化合物、またはそれらの組合せに基づく樹脂を含む、請求項25に記載の複合ホイールのリム部分。
- 前記リム部分は、前記複合ホイールのフェース部分と一体的に形成される、先行する請求項のいずれか1項に記載の複合ホイールのリム部分。
- 請求項1〜27のいずれか1項に記載のリム部分を含む、複合ホイール。
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