JP4637951B2 - 車両ホイール - Google Patents

Description

本発明は、とくに乗用車およびモータサイクル用の車両ホイールに関するものであり、タイヤを支持する役割のホイール・リムならびにホイール・リムをホイール・ハブと接続するスポーク・ユニットまたはホイール・ディスクから構成され、その際、ホイール・リムはプラスチック製であり、スポーク・ユニットまたはホイール・ディスクは金属製である。このホイール・リムは形態拘束的および /または力拘束的あるいは材料拘束的にスポーク・ユニットまたはホイール・ディスクと接続されている。

車両ホイールは、特定の使用目的に応じて、様々に構成される。個々の車両ホイールにおける技術的バリエーションは、とりわけ、チューブレスもしくはエアホース装備の空気式タイヤを支持するホイール・リムの構造によって決定される。車両ホイールは、車両の外見的イメージを大きく左右することから、ユーザーは車両ホイールを独自にデザインすることを求めている。少ない構成部品を使ってレイアウトの多様性を可能な限り高めることができるように、車両ホイールは、モジュール方式に基づいて様々な個別部品から組み立てられる。ホイール・リムは、個別部品から組み立てることができ、このことが、技術的多様性を可能にし、バリエーションを豊富にする。また、ホイール・ハブからホイール・リムまでの接続は、様々なホイールで、やはり多様に形成されている。そのことによって、ホイールの見た目のイメージにおいても、バリエーションを広げることができる。

しかし、個別部品から構成されるホイールは、それぞれの個別部品のために重量が増えるが、このことは、ホイールでは好ましいことではない。通常は、スプリング荷重のかからない車両の質量を最小限に留めるために、ホイールやタイヤの重量を可能な限り抑える努力が払われる。

ホイール・リムにプラスチックを使用することにより、フル・メタル仕様と比べ、車両ホイールの重量は大幅に減少する。これまで、ホイール・リムとホイール・ハブとの間をつなぐ接続をプラスチック仕様にすることは避けられてきた。なぜなら、適切な安定性と温度耐性をもつプラスチックが調達できなかったからである。

そのため、例えば独国特許発明第４１２３４５９号Ｃ１（特許文献１）などの先行技術においては、ホイール・リムをプラスチックで製造し、このプラスチック製ホイール・リムに金属製のホイール・ディスクを取り付けることが提案されている。しかし、個々のホイール構成部品の接続、とくにホイール・リムとホイール・ハブとの間をつなぐ接続は簡単ではない。ホイール・ハブとホイール・リムとの間をつなぐ接続は、とりわけブレーキ時には高いトルクを受容しなければならない。同時に、この接続は、チューブレス・タイヤ用ホイール・リムの気密性を損なわないように成形されている必要がある。

そのため、独国特許発明第４１２３４５９号Ｃ１（特許文献１）においては、ホイール・ハブ側に向いているホイール・リムのリングに金属製ホイール・ディスクを取り付けることが提案されている。この印刷物に説明されているリングは、ホイール・ハブ側を向いて、ホイール・リム・ドロップ・センタ下のホイール内部の面に設置されている。ボルトが、車両側のホイール面からボアを介してこのリングの中へ挿入され、ボルトのネジ山が、対応するホイール・ディスクの雌ネジにかみ合う。この時、取り付けられるホイール・ディスクはこのリングを覆い、ハンプとホイール・リム・ドロップ・センタの間にあるエッジ上に重着している。しかし、独国特許発明第４１２３４５９号Ｃ１（特許文献１）に説明されているホイール・ディスク固定用リングは、このプラスチック製ホイール・リム製造の場合、大きな問題を引き起こす。その製造は、例えば鋳造の場合、このリングによって非常に困難なものとなる。なぜなら、一体部品のホイール・リムは、もはやフォームから取り出せないためである。この問題を解決するため、通常、複数の部分に分割されたフォームを使用する方法が用いられる。

このような方法で形成されるホイール・リム製造では、プラスチック製ホイール・リムとして複合材料を使用する場合にも、さらに問題が生じる。例えば、繊維複合材料によって製造される場合、このリングは、繊維複合材料がフォーム内部の正確な位置に配置できないという問題を引き起こす。従って、非常に高い負荷のかかるホイール・リムのちょうどこの部分は、均等な繊維強化材を有している。

このような車両ホイール・タイプにおけるもう1つの問題は、使用される取付けリムのために、車両ホイールが、化粧面と車両側の化粧の少ない面とを有することである。従って、このように成形された車両ホイールは、自動車の場合のみ適している。モータサイクル用車両ホイールの使用には、車両ホイールがホイール面の両側で、取付けボルトによる影響のない化粧面を有していることが重要である。

米国特許第４９８２９９８号（特許文献２）においては、取付けボルトが、ホイール・リムの肩状部に通され、ホイール・ディスクを貫通し、車両側の面にナットで固定されているという、複合ホイールのための構造を提案している。この実施形態は、製造面で問題のある取付けリムなしで済んでいるが、やはり自動車用のみであり、モータサイクルには適していない。
独国特許発明第４１２３４５９号 米国特許第４９８２９９８号

従って、本発明の課題は、主としてホイール・リム用の繊維強化プラスチックおよびホイール・ディスクまたはスポーク・ユニット用の金属といった、様々な材料から製造される車両ホイールを提供し、その際、先行技術の問題点がないようにすることである。

発明に基づく課題は、スポーク・ユニットまたはホイール・ディスクが、リム・ベースを貫通する少なくとも1つの接続エレメントによってホイール・リムと接続されていること、およびその接続エレメントが、スポーク・ユニットまたはホイール・ディスク内に収納されていることによって、接続エレメントが、一方ではタイヤによって、もう一方ではスポーク・ユニットまたはホイール・ディスクによって完全に隠されることにより解決される。その他の有利な発明の実施形態は、下位クレームから生じる。

リム・ベースを貫通する少なくとも1つの接続エレメントによって、スポーク・ユニットまたはホイール・ディスクをホイール・リムと接続させることにより、例えば独国特許発明第４１２３４５９号Ｃ１（特許文献１）に教示されるようなリムを回避できるという利点が生じる。従って、高い負荷のかかるホイール・リムのインナ・リング製造における問題が回避される。少なくとも1つの接続エレメントをリム・ベースに貫通させることによって、ホイール・ディスクまたはスポーク・ユニットを、形態拘束的にホイール・リム内側 へはめ込むことができ(この場合のホイール・リム内側は、ホイール・ハブ側を向いたホイール・リムの面を意味している)、少なくとも1つの接続エレメントが、ホイール・リムを貫通して、ホイール・ディスクまたはスポーク・ユニットとホイール・リムとを接続している。この場合、プラスチックの使用により、先行技術における金属製ホイール・リムの使用では不可能であったリム・ベースの確実な気密性を達成することが可能となる。金属製ホイール・リムとは反対に、プラスチック製ホイール・リムの場合には、プラスチックと接続が可能な、それによって少なくともプラスチック側の面に高い気密性を提供する材料を起用することができる。この場合、シール剤として使用される変形可能なプラスチックであれば、例えばボルトやリベットといった接続エレメントの面を確実にシールすることが同様に可能であり、それによって、このホイール・リムはチューブレス・タイヤ用のはめ合いとしても使用可能である。

さらにホイール・ディスクまたはスポーク・ユニットを、リム・ベースを通してホイール・リムと接続することは、ホイール・ハブ側の面に取付けリングを使用することにより、ホイール・リムに物理的に強い負荷のかかる一方向のテンションを回避できるという利点をもつ。なぜなら、ホイール・ディスクまたはスポーク・ユニットがホイール・リムの内側で支持しているからである。

優先的方法では、ホイール・リムが炭素繊維強化プラスチック、とりわけ炭素繊維強化エポキシ樹脂から製造される。炭素繊維強化エポキシ樹脂の使用により、金属ホイールに比べ、全車両ホイールの重量を大幅に削減し、それによってスプリング荷重のかからない車両質量も同様に大きく減少させることができる。さらに、エポキシ樹脂の使用は、エポキシ樹脂が接着可能であるため、エポキシ樹脂の表面と接着するシールの使用が可能となり、少なくとも1つの接続エレメントの使用によって高い気密性を達成することが可能である。その他に、炭素繊維強化エポキシ樹脂が、例えば同じ重量の鋼鉄より高い安定性を有していることも有利な点である。

エポキシ樹脂を強化するために繊維組織を使用する場合には、繊維を様々に配置することができる。ひとつは、繊維を接線方向にホイール・リムの回りに巻きつけることであり、それによって、ホイール・リムはとくに高いトルク強度が達成される。さらにエポキシ樹脂の繊維材料として繊維組織を使用することも可能であり、これは通常の製織工程の後に製造され、従って、接線方向のリム・ベース面に関しては、例えば、繊維の対角ポジション、垂直または平行配置あるいは様々な繊維方向の一体配置がある。繊維方向の選択に応じて、ホイール・リムは、様々な方向に様々な強度特性を有する。専門技術者は、希望の強度に応じて、エポキシ樹脂の繊維方向を選択し、繊維強化として様々な繊維方向の組み合わせを選択することもできる。

もう1つの有利な発明の形態では、バルブ孔がホイール・リム・マウス面からホイール・ハブ方向の面へ通っていることである。ホイール・リム・マウス面からホイール・ハブ側の面に通っているバルブ孔を用いることにより、バルブ孔もまたホイール内部の隠れた箇所に配置することが可能となり、バルブがホイールの見た目の印象を害することがなくなる。

発明の特殊形態においては、ホイール・リムとスポーク・ユニットまたはホイール・ディスク間の接続を支持するためにバルブ孔が準備されており、その際、この接続はタイヤ窒素ガスの貫通のため、中空構造になっている。ホイール・リムとスポーク・ユニットまたはホイール・ディスク間の接続を支持するためにバルブ孔を用いることにより、バルブ孔はスポーク・ユニットまたはホイール・ディスク内を通り、それによって、リム・ベースを貫通するもう1つの孔を省略することができる。このことは、リム・ベースの安定性を高め、エア・バルブを視覚的に隠す可能性も提供する。

利点の多い方法においては、リム・ベースを貫通している少なくとも1つの接続エレメントに、少なくとも1つのシールがホイール・リム・マウス面に装備されており、その際、シールは、紙製、ゴム製、シリコン製、ポリウレタン製またはその他のエラストマ製である。ホイール・リムをシーリングするためにシールを使用ことの他に、例えば、圧縮ボルトまたは特殊フォームのヘッドをもつボルトを使用することによって気密性を作ることも可能である。その際、接続エレメントは、密着した接続配置が得られるようにしっかりとホイール・リムと接続されている。シール材を用いる場合には、場合により強すぎるボルトの締付けやリベットが避けられ、それによりホイール・リムの気密性が問題となることはない。とくにシール・エレメントとしてエラストマを使用する場合には、硬化していない状態のエラストマをシール剤として使用することが可能で、その際、接続する場合にはエラストマが硬化して、ホイール・リムの表面と化学的に結合する。このことによって、気密性の度合いはより高くなる。

シール材と接続エレメントとの間で高い気密性を自動的に得るために、その他の材料を用いることも可能である。しかし、ホイール・リムの中へ突き出ている接続エレメントの部分をシール材自身によって接合または接着することも可能である。接合あるいは接着によって、接続エレメントを完全にシール材の中に埋め込むことができ、それによって、少なくともひとつの接続エレメントに継ぎ目のないシールが成立する。

発明の形態では、優先的に植込みボルトの形をした複数の接続エレメントがリム・ベースの周囲に分配されて配置されており、スポーク・ユニットまたはホイール・ディスクのネジ穴にねじ込まれていまる。

発明の優先的な形態においては、スポーク・ユニットまたはホイール・ディスクが形態拘束的にホイール・リムのホイール・ハブ側の面に重着しており、その際、スポーク・ユニットまたはホイール・ディスクの形態拘束面は、少なくとも1ｃｍ² またはそれ以上である。スポーク数がわずかに3~9の、スポーク数の少ないホイールにとっては、この範囲内にある数であっても、リム・ベースのホイール・ハブ側の面にあるそれぞれの個々のスポーク取付け面が大きいので、車両の荷重が均等にリム面に分配され、集中荷重を防ぐという利点がある。このことから、ハブとリムとの接続は、さらに高い安定性とさらに大きなトルク負荷容量が達成される。この場合、それぞれのスポークは、少なくともひとつの接続エレメントによって、リム・ベースと接続される。

発明に基づく車両ホイールは、テーパビードシート・リムまたはワイド・ベース・リムとして形成することができ、テーパビードシート・リムの場合は、スポーク・ユニットまたはホイール・ディスクがリム・ショルダの上にあり、ワイド・ベース・リムの場合は、スポーク・ユニットまたはホイール・ディスクがリム・ベースのホイール・ハブ側の面にある。さらに、その他のあらゆるホイール・リム仕様が考えられ、その際、スポーク・ユニットまたはホイール・ディスクは、該当する取付け面のスペースを提供する、ホイール・ハブ側のホイール・リム面に取り付けられる。

この時、ホイール・リムは、ホイール面において、または、半径方向にも分割することができる。半径方向に分割されるホイール・リムは、様々なリム幅がモジュール・システムにより組み立てられるという利点があり、スポーク・ユニットの場合には、スポークを1つのリム部分にも、あるいは両方のリム部分にも取り付けることが可能である。また、スポーク・ユニットを、半径方向に分割されたリム部分の接続エレメントとして使用することも可能である。その際、1つの接続エレメントが、リム部分を通ってスポーク・ユニットの中へ入り込み、それによって、ラジアルに分割されたリムが合わせられる。同様に、半径方向に分割されたホイール・リムの場合、リムをスポーク・ユニットまたはホイール・ディスクによって結合することもまた可能である。

以下に図を用いて、本発明をさらに詳しく説明する。

図1には、ホイール・リム2とスポーク・ユニット3からなる、発明に基づく車両ホイール1が示されている。スポーク・ユニット3の中央には、ホイール・ハブ4が取り付けられており、ここに車両軸と車両のブレーキ・ディスクが取り付けられる。スポーク・ユニット3は、接続エレメント5によってホイール・リム2と接続されており、その際、スポーク・ユニット3は、リム・ベースのホイール・ハブ側の面に比較的広い取付け面6を有している。接続エレメント5は、リム・マウス側からホイール・リム2を通り抜け、スポーク・ユニット3によって収納され、これによって、車両ホイール1が適切に使用される場合には、接続エレメント5が一方では車両ホイールのタイヤによって、もう一方ではスポーク・ユニットによって完全に周囲から隠される。

図2では、半径方向に分割された2つのリム部分11、12からなる、発明に基づいた車両ホイール10が示されている。この2つのリム部分は、中央のスポーク・ユニット13によって互いに接続されている。2つのリム部分11、12を接続しているスポーク・ユニット13は、その中央部に、ブレーキ・ディスクと車両軸を接続するためのホイール・ハブ14を有している。両方のリム部分11、12は、少なくとも2つの接続エレメント5を介して、ホイール・リムのマウス側に向いた面からリム部分11、12を通り抜けて、それぞれ接続エレメント15で接続されている。その際、中央のスポーク・ユニット13が、半径方向に分割された2つのリム部分11、12をつなぎ合わせている。この時、中央のスポーク・ユニット13は、リム部分11、12から構成されるリム・ベースのホイール・ハブ側の面に取り付けられ、それによって、リム部分11、12からなるホイール・リムへ車両荷重を伝達する。

図3には、テーパビードシート・リム22および中央のホイール・ディスク23からなる、発明に基づいた車両ホイール20が示されている。中央のホイール・ディスク23は、ホイール・ハブ24を有し、これを介して、発明に基づく車両ホイール20が、車両のブレーキ・ディスクおよび車両軸と接続される。ホイール・ディスク23は、接続エレメント25によってテーパビードシート・リム22を通って接続されており、その際、接続エレメント25は、完全にホイール・ディスク23の中に収納されている。発明に基づく車両ホイール20が適切に使用される場合には、これによって、接続エレメント25が、一方では車両タイヤにより、もう一方ではホイール・ディスク23により完全に外側周辺から隠されている。図3には、さらに、バルブ27が示されており、これはテーパビードシート・リム22のリム・ベースを貫通している。

図4には、ホイール・リム31と5つのスポーク32からなる、発明に基づいた車両ホイール30が示されている。各スポーク32は、ホイール・ハブ34でのみ互いに材料拘束的に接続されており、リム付近のスポークの周囲では、リム31による接続以外にはどこにも接続されていない。個々のスポーク32は、リム・ベースを貫通している接続エレメント33を収納する役割があり、これによって、ホイール・リム31は個々のスポーク32と接続している。ホイール・リム31を貫通し、スポーク32の中に収納されている接続エレメント33の発明に基づく配置により、接続エレメント33は視覚的に隠され、そのため外側から接続エレメントを確認することはできない。

図1~3において、様々な発明の実施形態が示されているが、これらの図は最終的に本発明を説明するものではない。これらの実施例は、多数のリム形式およびホイール・ディスクまたはスポーク・ユニットの様々な形態を代表するものとして考慮されなければならない。

発明に基づく、車両ホイールの垂直断面（スポーク・ユニット付きのホイール面に対して垂直）。 半径方向に分割されたホイール・リムをもつ、発明に基づいた車両ホイールの垂直断面。 ホイール・ディスクをもつホイール面に対して垂直に切断した場合の、発明に基づく車両ホイール。 正面からみた発明に基づく車両ホイールのスポーク構造。

符号の説明

１ 車両ホイール
２ ホイール・リム
３ スポーク・ユニット
４ ホイール・ハブ
５ 接続エレメント
６ 取付け面
１０ 車両ホイール
１１ リム部分
１２ リム部分
１３ スポーク・ユニット
１４ ホイール・ハブ
２０ 車両ホイール
２２ テーパビードシート・リム
２３ ホイール・ディスク
２４ ホイール・ハブ
２５ 接続エレメント
２７ バルブ
３０ 車両ホイール
３１ ホイール・リム
３２ スポーク
３３ 接続エレメント
３４ ホイール・ハブ

Claims (1)

1. タイヤを支持するホイール・リム（２）、ホイール・ハブ（４、１４、２４）およびホイール・リム（２）をホイール・ハブ（４、１４、２４）と接続するスポーク・ユニット（３、１３）またはホイール・ディスク（２３）から構成され、
   前記スポーク・ユニット（３、１３）またはホイール・ディスク（２３）は金属製であり、
   スポーク・ユニット（３、１３）またはホイール・ディスク（２３）が、ホイール・リム（２）を貫通している少なくとも１つの接続エレメント（５、２５）によって、ホイール・リム（２）と接続されていること、接続エレメント（５、２５）はスポーク・ユニット（３、１３）またはホイール・ディスク（２３）の中に収納されているため、接続エレメント（５、２５）が一方ではタイヤにより、もう一方ではスポーク・ユニット（３、１３）またはホイール・ディスク（２３）により、完全に隠されていることを特徴とし、
   前記ホイール・リム（２）は、炭素繊維強化エポキシ樹脂から製造されており、繊維または繊維複合材料が、ホイール・リムの回転軸方向に巻き付けた後、エポキシ樹脂が用いられ、
   少なくとも１つの接続エレメント（５、２５）が、前記ホイール・リムを貫通してスポーク・ユニット（３、１３）またはホイール・ディスク（２３）のネジ穴にねじ込まれ、前記ホイール・リム（２）の前記エポキシ樹脂の表面に接続エレメント（５、２５）をシーリングするシールが接着されることを特徴とする乗用車およびモータサイクル用の車両ホイール（１）。

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