JP5166150B2 - 自転車車輪のリム - Google Patents

Description

本発明は、内周壁と、外周壁と、前記２つの周壁をつなぐ２つの側壁と、前記外周壁の２つの側部から半径方向外側に延びるタイヤ固定用の２つの円周翼壁とで構成される自転車車輪のリムに関する。

本願出願人は最近、特にカーボン繊維ベース材料等の構造繊維ベース材料を使用する自転車車輪のリムを製造することにつき、各種研究と実験を行ってきた。この種の材料によって得られる利点は、過去の同様の構造特性に使用される金属材料に対して軽量になることにある。

カーボン繊維ベース材料を使用して一体型のリムを製造することは、少なくとも当時の利用できる技術を使用する限り、この形式の円周固定用翼壁の典型的な構造のために困難であった。通常、これらの翼壁は、周囲の外部エッジの一方が他方に向いて折り曲げられ、これによってアンダーカットが形成されるため、型成形（モールディング）する際に問題を生じていた。本発明の目的は、この技術的課題を解決することにある。

本発明は、内周壁と、外周壁と、前記２つの周壁をつなぐ２つの側壁と、タイヤを固定するため前記外周壁の２つの側部から半径方向外側へ延びる円周翼壁とからなる自転車車輪のリムであって、前記２つの円周翼壁と一体となった単一部品の構造繊維ベース材料から製造されるリムを提供することにより、上記課題を解決している。

上述した形式の自転車車輪用のリムは、
前記内周壁、前記外周壁、前記２つの周壁、前記翼壁を形成する、プラスチック材料基質と一体にされた構造繊維織物の所定数の層を型の内側部分に取り付けるステップと；
前記層の上に膨張バッグを配置するステップと；
前記膨張バッグの上に前記層の第１の所定数を折りたたむステップと；
前記折りたたまれた前記層の第１の所定数の上に少なくとも１つの中子を取り付けるステップと；
前記中子の上に前記層の第２の所定数を折りたたむステップと；
前記層を囲うように前記型の外側部分を取り付けるステップと；
前記層を前記型に押し付けるよう前記膨張バッグを膨らませるステップと；
前記プラスチック材料基質の網状組織を形成するに十分な温度まで前記型を昇温させるステップと；
前記型から前記自転車車輪のリムを取り出し、前記中子を取り外し、構造繊維材料の単一部品として形成された自転車車輪のリムを得るステップと、からなる方法により製造することができる。

前記中子は、５×１０^−５ｍｍ／℃を越える熱膨張係数を備えた材料から形成され、前記型成形工程は、前記中子の材料が膨張して前記タイヤ固定用翼壁を形成する繊維の層を前記型の壁に押し付けるに十分な温度まで昇温させることを含む。

好ましくは、前記中子を形成する材料は、９×１０^−５ｍｍ／℃を越える熱膨張係数を備え、１００℃を越える最大連続耐熱温度を備える。
また、好ましくは、前記中子を形成する材料はＰＴＦＥ（polytetrafluoroethene）、ＦＥＰ（fluorinated ethene propene）、ＰＣＴＦＥ（polychlorotrifluoroethene）、ＰＶＤＦ（polyfluorodivinylidene）、ＰＥ−ＨＤ（高密度ポリエチレン）であり得る。

ＰＴＦＥは、この材料の持つ反付着特性が構造繊維成形ボデーから中子を取り外す際に有用であるため、あるいはその良好な連続耐熱性（２６０℃）、熱伝導性（０．２５Ｗ／ｍ℃）や、１．０４５ｋｊ／ｋｇ℃に匹敵するその良好な熱容量（比熱）のため、広く好まれて使用されている。

この材料は、前記構造繊維織物が一体となったプラスチック材料が網状になる程度の比較的低い温度で大きく熱膨張する特性を示す。

プラスチック材料基質と一体となった構造繊維織物はすでに知られており、これまでにも使用されてきている。これらは例えばカーボン繊維等の構造繊維から得られる織糸で作られる。これらの織物はその後、通常は熱硬化性プラスチック材料であるプラスチック材料基質と結合される含浸工程に移される。

本発明の追加の好ましい実施の形態によれば、前記熱膨張材料による２つのリング状の中子が使用される。これらの各々は、必要であれば幾つかの区域に分割され、リムの前記外周壁を形成する層の回りに相互に間隙を設け、各中子は２つのタイヤ固定用翼壁の内の１つを支持する。

第１の実施の形態では、前記２つのリングの間に形成された前記間隙が、前記型の１つの壁により満たされる。実施の形態の第２の形態では、この間隙が、やはり熱膨張性材料で幾つかの区域に分割されて形成されたリング状の第３の中子により満たされる。前記中子を幾つかの区域に分割することは、前記２つのタイヤ固定用翼壁のアンダーカット構造があるにも拘わらず、形成工程の最後において型を分離した後、前記中子を前記部品から取り外すことを容易にさせる。第３の実施の形態では、前記中子は、外型の突出部を中心に位置決めされた単一の連続片もしくは区域からなるシリコンの覆いである。

上述したように、型の内部において、リムの内周壁、外周壁を形成する層、更にはリムの２つの側壁の層にかける必要な圧力の付与は、これらの層の間にある空間に膨張バッグを配置することにより得られる。このバッグは、型成形工程の後に部品の中に残され得る。この技術は、以前、本願出願人によってタイヤ固定用翼壁の無い形式のリムにテストされた。この技術は、前記翼壁を有する形式のリムの固定用翼壁を造るためには同様な方法で用いることはできない。このため、本願出願人は、本願発明のために更なる開発を行った。

本発明の更なる好ましい特性によれば、まず固定用翼壁を必要以上に長くしたリムに型成形することができる。この場合、型成形工程の後、この翼壁を所望寸法にするための機械加工が施される。この方法はまた、型形成工程の最後において２つの翼壁の外周エッジ部に存在し得る表面欠陥を防ぐ利点もある。この方法は、使用される型成形工程の形式には関係なく、それ自身で権利となる発明である。本発明の更なる特性は、請求項に表示される。

本発明は、非限定的な例示目的である添付図面を参照した以下の詳細説明によってより詳細に説明される。

本発明にかかる自転車車輪のリムの実施により、従来の金属材料を用いて製造されたリムに対して大幅な軽量化を図ることができる。

図６において、本発明にかかる自転車車輪のリム１の断面が図に示されている。このリムは、外周壁２と、内周壁３と、前記２つの周壁２、３をつないで前記２つの周壁２、３と共に閉鎖された円周状の空洞５０を形成する２つの側壁４、５と、外周壁２の側部から半径方向外側へ延びるタイヤを固定するための２つの円周翼壁６とから構成される。上述のように、本発明にかかる自転車車輪のリム１は、好ましくはカーボン繊維材料である構造繊維ベース材料により作られた単一部品のボデーを示す。プラスチック材料のバッグ７が、以下に示すような理由によって空洞５０の内部に配置される。

図１−３は、本発明にかかるリム１を製造する方法の内、第１の形式の型を使用する方法の３つの連続する段階を示している。このケースでは、リムを型成形する前記型は、２つの内側部分８と、外側部分９とから構成される。内側部分８は、円周状の要素で、平面８ａで両者が重なる。この内側部分８は、図３に示すように前記内周壁の外部表面と、リムの２つの側面の限界を定める円周表面１１を形成する。リムを形成するには、例えばカーボン繊維織物等の構造繊維ベース織物をプラスチック材料基質と一体にした幾つもの層１２が表面１１上に配置される。前記構造繊維は、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミッド繊維（aramidic fibres）、ボロン繊維、セラミック繊維、あるいはこれらの組み合せの中から選択することができる。配置された層１２は、図１に示すように構成される。まずはじめ、層１２は、破線で示す位置に配置された部分１２が型要素８から半径方向外側に延びるよう表面１１に配置される。次に、プラスチック材料からなる膨張バッグ１３が前記層の上に配置される。このバッグは膨張バルブ（図示せず）を備え、通路（図示せず）を介して型の外部と導通している。この膨張バッグ１３の目的は、型が閉じられて型成形される間に、繊維の層１２を型の壁面に押し付けることにある。再度図１を参照して、プラスチック材料バッグ１３を配置した後、繊維の層１２の延長部分の内の幾つかの数の層１２ａをバッグ１３を覆うように織り戻し、残りの層１２ｂは、その後円周状のタイヤ固定用翼壁６を形成するようそのままに残される。当然ながら、リムの外周壁２及び/又は翼壁６の所望厚さを得るよう、バッグ１３を覆う層１２の上に追加の層Ｃを加えても良い。さらに、追加の層Ｄが、リムの外周壁の側部を補強するために加えられても良い。

さらに図１と図７を参照して、後に取り外しが容易になるよう幾つかの区域１５（例えば３つの区域）に分割され得るそれぞれがリング状の２つの中子１４が、リムの外周壁２を形成する予定の層１２の上に配置される。この２つのリング１５は、タイヤ固定用翼壁６を形成するための層の１つの端末部１２ｂをその上に折りたたむことができるよう、外周壁２を形成すべき層１２の上に相互に離れて配置される（図２参照）。図１−３に示す実施の形態では、図２、３に示されるように（図３では前記バッグが膨張した状態で閉鎖された型を示す。）２つのリング１４の間の間隙が、型の外側部分９の円周リブ１６で満たされる。

以上に詳述したように、中子１４を形成する材料は、例えばＰＴＦＥ等の比較的高い熱膨張係数を示す材料である。このように、層１２が内部に配置されて型が閉められ、炉中において、一方ではカーボン繊維織物が含まれるプラスチック材料基質の網状化を起こさせ、他方では繊維の層１２ｂを前記型の壁面に押し付けるよう中子１４を熱膨張させるため、加熱・冷却サイクルにかけられる。前記外周壁、内周壁、リム側面を形成するために必要な圧力は、膨張バッグ１３に圧縮空気を吹き込むことによって確保される。前記工程を完了させるために必要な型の温度は、好ましくは８０℃から２００℃の範囲からなる。前記型は、好ましくはこの温度範囲に１０分から３時間、より好ましくは３０分から３時間維持される。

前記昇温と、膨張バッグ１３によって前記層１２を型８、９に押し付ける圧力の付加とは、ほぼ同時に起こるようにしても良い。
型成形工程の後、冷却段階が続き、その後型が開放されて中子１４が取り除かれる。

翼壁６を形成するため、どのような数、構造、配置の中子が使用されても良く、また非限定的な例示で提供された図面に示された中子と全く異なる形態の中子が使用されても良いことは注意すべきである。型からの取り外しのために、変形可能な材料で作られた単一の中子とすることも想定され得る（図８）。図９は更なる変形で、ここでは単一の中子１４が一体の連続片として、もしくは幾つかの分割片としてシリコンの覆いで形成されて提供されている。この覆いは変形可能で、外側の型の突出部１４０を中心に位置決めされる。このため、この単一の中子１４には、位置決め突出部１４０と係合するための外側に向いた凹部を有している。工程の終了時には、このシリコンの覆いはプライヤによって取り出される。

本発明の更なる重要な特性によれば、翼壁６を形成すべき層のエッジ部１２ｂは、所望寸法を越えた長さとなるよう調整される。この結果、型成形工程の最後に、この部分が機械加工されて翼壁６の長さが短くされ、所望の長さ及び/又は形状となるよう形成される。この方法は、型内における型成形の最終段階で、エッジ１２ｂの端末部に存在し得る表面欠陥を取り除く利点も有する。この特性は、使用される型成形工程のどのようなものであっても利用することができ、したがってこれ自身が発明を構成する。

図４、５は、第２の形式の型の開放状態と閉鎖状態とを示す。このケースでは、２つのリング状の中子１４の間にある間隙が、例えばＰＴＦＥ等のやはり高い熱膨張材料から形成された第３のリング状の中子１７で満たされる。

最後に、図１０は、本発明の原理によって得られる非対称断面をしたリムの形態を示す。このケースでは、繊維織物材料の層は、リムの内周壁、側壁、２つの翼壁を形成すべく延びる第１の層Ａと、リムの内周壁、側壁、外周壁を形成するよう配置される第２の層Ｂと、リムの外周壁、２つの翼壁を形成するよう配置される第３の層Ｃと、翼壁が分離するリムの外周壁の側部領域を満たすよう巻き付けられた第４の層と、を含んでいる。

当然ながら、ここに示す発明の実施の形態の構造、形態に対する各種変更は想定され得るものであり、これら全ては、請求の範囲に定義される本発明の特性を示す概念の範疇に含まれるものである。

本発明に係る自転車用のリムの発明は、自転車の産業分野、並びに自転車用のリムを製造、販売、使用する産業分野において広く利用することができる。

本発明にかかる自転車用のリムの型成形方法の１つの段階を示す。 図１に示す型成形方法の他の段階を示す。 図１に示す型成形方法のさらに他の段階を示す。 本発明にかかる自転車用のリムの他の型成形方法の１つの段階を示す。 図４に示す型成形方法の他の段階を示す。 図１−３、もしくは図４、５による型成形によって得られる、タイヤ固定用翼壁を所望寸法に機械加工した後の最終製品を示す。 本発明にかかる自転車リムを製造する方法の１つの段階の斜視分解図を示す。 図５の変形を示す。 図８の更なる変形を示す。 図８の更なる変形を示す。

符号の説明

１．リム、 ２．外周壁、 ３．内周壁、 ４、５．側壁、 ６．円周翼壁、 ８．型の内側部分、 ９．型の外側部分、 １１．円周表面、 １２．層、 １３．膨張バルブ、 １４．中子、 １５．リング、 １６．円周リブ、 ５０．空洞

Claims (7)

1. 内周壁（３）と、外周壁（２）と、前記２つの周壁（２、３）をつなぐ２つの側壁（４、５）と、タイヤを固定するため前記外周壁（２）の２つの側部から外方向へ延びる２つの円周翼壁（６）とからなる形式の自転車車輪のリムであって、
   前記リムが、当該リムの前記内周壁（３）、前記側壁（４、５）、２つの翼壁（６）を形成するように延びる第１の層（Ａ、１２、１２ｂ）と、前記内周壁（３）、前記側壁（４、５）、前記外周壁（２）を形成するよう設けられた第２の層（Ｂ、１２、１２ａ）とを少なくとも含む層状の構造繊維ベース材料の単一部品として作られ、前記２つの翼壁（６）の外部エッジを相互に向けて折り曲げて形成された、リムの円周方向全周に延びる連続したアンダーカット構造を備えていることを特徴とするリム。
2. 前記構造繊維が、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミッド繊維、ボロン繊維、セラミック繊維、あるいはこれらの任意の組み合せの中から選択されることを特徴とする、請求項１にかかるリム。
3. 対称の断面を有することを特徴とする、請求項１にかかるリム。
4. 非対称の断面を有することを特徴とする、請求項１にかかるリム。
5. 前記第１の層（Ａ、１２、１２ｂ）と、前記第２の層（Ｂ、１２、１２ｂ）の繊維ベース材料が織物からできていることを特徴とする、請求項１にかかるリム。
6. 前記層構造が、前記リムの外周壁と２つの翼壁を形成するよう配置された第３の層（Ｃ）をさらに含むことを特徴とする、請求項１にかかるリム。
7. 前記層構造が、前記翼壁が分離する前記リムの外周壁の側部に巻かれた第４の層（Ｄ）をさらに含むことを特徴とする、請求項１にかかるリム。

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