JP7010490B2 - 車両用ホイール - Google Patents

Description

本発明は、複合材で作られたリムと、同じ材料、または軽量合金などの異なる材料で作られたホイールセンタとを備える、車両用ホイールに関する。

車両全体の重量を軽量に保つためだけでなく、運転品質、および性能を向上させるために、車両ホイールは軽量であることが望ましい。同時に、特にホイールのリムの耐久性が十分であることを保証するための安全基準が存在する。ホイールを可能な限り軽量に作ることが設計の狙いである一方で、他方では、十分な耐久性があり、かつ強靭な機械構造を提供することが必要とされている。ホイールは一般に、空気開口と、ホイールのリムスパイダからリムウェルへ径方向に延びる、スポークとを有することを特徴としている。

材料研究が進歩したため、ホイール材料は軽金属、および複合材にさらに移行され、これは軽量であると同時に耐久性があり、高荷重に耐えることができる。軽量合金などの従来の材料だけでなく、繊維強化プラスチックを組み合わせて作られたハイブリッドホイールは、非常に良好な結果を収めている。

国際公開第２００６／０９７８５６号パンフレットが、Ｄｙｍａｇ Ｒａｃｉｎｇ ＵＫ Ｌｔｄ．を代理して２００６年９月２１日に公開され、プラスチック材料で作られたリムと、金属で作られたスポークユニットまたはホイールディスクとを備えた車両ホイールが開示されている。スポークユニットまたはホイールディスクは、リムベースを通して導入される少なくとも１つの結合要素によって、リムと結合される。

国際公開第２０１３／０４５６１８号パンフレットが、ＢＢＳ Ｊａｐａｎ、およびＷａｓｈｉ Ｋｏｓａｎ Ｃｏ．Ｌｔｄ．を代理して２０１３年４月４日に公開され、炭素繊維強化プラスチックで作られたリムと、合金で作られたホイールスパイダとを備えたホイールが開示されている。この出願によれば、ホイールスパイダは、締め付けリングによってリムに締結することができる。この出願では、締め付けリングがホイールの中心に配置され、リムウェルの一部を締め付けながらねじによってホイールスパイダに締結される、ホイールの実施形態が示されている。

国際公開第２０１４／０５８３１３号パンフレットが、Ｌｏｕｉｓ Ｈｕｉｄｅｋｏｐｅｒを代理して２０１４年４月１５日に公開され、リムおよびホイールセンタが、２つの異なる材料で作られた車両ホイールが示されている。この特許文献によれば、リムは、ガラス繊維、炭素繊維その他で強化されたポリマで作成され得る。ホイールセンタは、金属で作成されてもよい。リムは、その径方向内側に周縁部を有する。ホイールセンタおよび縁部は、結合要素を受けるのに適した開口を有する。縁部の開口、またはホイールセンタの開口は、熱膨張係数が異なる材料が加熱されたときに生じる応力を減少させることを意図して、径方向に延びた形状を有する。

Ｐｏｒｓｃｈｅ ＡＧによって１９９６年７月２３日に公開された米国特許第５５３８３２９号明細書では、ダイ工具で製造されて、後にリムウェルと結合されるホイールディスクに、いくつかの放射状の中空のスポークを有する、自動車用のリムが開示されている。ホイールは、鋳造されたホイールスパイダを有し、これは、摩擦溶接部によってリムリングと結合されたいくつかの中空のスポークを備え、中空のスポークは、リムリングに向けられた外周領域に、中子用の中子開口を有する。さらに、中空のスポークは、領域内にある各中空のスポークの対向する壁同士の間に、補強リブを備える。鋳造後、中子は抜け落ちる、または吹き出すことができる。より新しい特許出願である、１９９８年３月４日に公開された、Ｐｏｒｓｃｈｅ ＡＧによる欧州特許公開出願公開第０８２６５１８号明細書は、鋳物砂を除去するための改善された方法に関し、ここではホイールが、砂が孔を通ってホイールから離れるように、さらに振動にさらされ、流体で流される。孔は、砂を除去した後に、閉鎖体で覆うことができる。

２００１年２月４日に公開されたＰｏｒｓｃｈｅ ＡＧによる米国特許第６３２５４６２号明細書には、中空のスポークを有する、鋳造工程で製造された軽金属ホイールが含まれている。中空空間において、ホイールスポークは、金属発泡体の形態、または閉じたシェル状要素の形態の金属材料からなる、ロストコアを有する。ロストコアは、鋳造後は中空空間に残留する。コアはさらに、スポークの中空の部分と、環状の空間とを全て結合して、ホイール全体に対してワンピースで作成される。したがってロストコア技術の１つの利点は、中子技術の場合のように砂を流出させるなどの、鋳造後のコアの除去に必要とされる製造ステップがないことである。

２００４年７月６日に公開された、Ｐｏｒｓｃｈｅ ＡＧによる米国特許第６７５８５３３号明細書では、残留コアを備える、自動車用の鋳造された軽金属ホイールが開示されており、残留コアは金属材料で作られ、ホイールの少なくとも１つの中空空間に配置される。しかしながら、鋳造工程後に、コアはホイールに残留する。中空体を作ることができる材料は、セラミック材料、アルミニウム合金、または鋼合金であり、中空体の最適な安定性を得るために、発泡可能な金属で満たすことができる。さらに局所的に補強するために、金属、またはセラミックの長繊維要素をコア、または金型に配置して、封入することができる。

車両用ホイールは、特定の寸法、最低限の機械的能力、最大合計重量、特定の質量分布、耐久性、および外観を含む、要件の総合リストに合致していなければならない。このような要件は、指定された顧客だけでなく、指定された用途に対する依存度が高いので、ホイールの製造者は、通常は様々な種類のホイールを提供しなければならない。

多部品のホイール設計には、相互結合されたリムとホイールセンタとが含まれ、これによってリム、およびホイールセンタに異なる材料を使用でき、かつ最適な方法で、構成部品の材料を設計し、配置できるようになる。これは単に美的な理由で行われてもよいが、このような手法はさらに、ホイールの性能を向上させるために用いることができる。これはホイールの慣性モーメントを減少させることで達成でき、これは車両の操作に重大な影響を及ぼす。したがって、一方では、ホイールの合計質量は最小化しなければならない。他方では、回転軸から離して配置された質量は、回転軸に近接した質量よりも、より著しく慣性モーメントに寄与するという事実を考慮する必要がある。

したがって低重量かつ低慣性モーメントのホイールは、特に軽い材料で作られたリムを、より一般的な材料で作られたホイールセンタと組み合わせることによって得られる。さらに、ホイールが２つの部分からなることにより、１つの部分からなるホイールでは実現不可能なホイールセンタの特定の設計が可能になる。また、マグネシウム、アルミニウム、チタン、または鋼などの異なる金属を組み合わせることを選択してもよい。本発明の文脈において、「アルミニウム」、「マグネシウム」、および「チタン」とは、その合金をも意味していると理解されたい。

複合材を使用することで、金属のみを使用した設計と比較して、ホイールの質量、および慣性モーメントをより一層減少させ得る。このように、リム、および／またはホイールセンタに、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、玄武岩繊維、またはこれらの組み合わせなどを含む、繊維強化プラスチックが使用されてもよい。繊維強化プラスチックと、金属とで作られたこの種のホイールは、「ハイブリッドホイール」とも呼ぶことができる。第１の種類のハイブリッドホイールは、金属でできたホイールセンタを備え、リムは、繊維強化プラスチックで作られる。第２の種類は、金属でできたリムを備え、ホイールセンタは、繊維強化プラスチックで作られる。

複数の材料で作られた多くのホイールの主な欠点は、多くの材料を組み合わせることは、（例えば、合計重量、強度、または剛性に関する）機械的構造の観点からは有利であるが、材料の電気化学的適合性など、他の要件に関する欠点が生じるようになることである。例えば、炭素繊維強化プラスチックでできた構成部品と、アルミニウムでできた構成部品とを組み合わせると、電気化学的な接触腐食に対する臨界になることが多い（ある種の鋼とアルミニウムとの組み合わせなどの、他の材料の組み合わせについても同じ効果が生じる）。このような腐食現象の結果、リムとホイールセンタとの間の接合部にしみができる場合があり、これは美的な理由から望ましくない。しかしより重要なのは、このような腐食現象によって、接合部の機械的耐久性が低下し、このためにホイール全体の耐久性に悪影響があることである。

異なる材料でできた構成部品で組み立てられたホイールの別の欠点は、これら２つの間の接合部が、運転中に周期的な負荷を受けるだけでなく、非常に高い制動トルク、および駆動トルクに耐えなければならないことから生じる。このため、リムとホイールセンタとが、極めて異なる機械的材料特性で、かつ全体的に軽量に作られている場合には、ホイールセンタとリムとの間の移行領域を、負荷の伝達によって臨界応力集中を誘起することのないように設計することが、大いに求められ得る。

このことは、繊維強化プラスチックと、金属との組み合わせについて特に当てはまる。繊維を埋め込む母材が損傷すると、複合材部品の機械的な能力に重大な影響を及ぼし得る。また、繊維が露出すると、特に炭素繊維強化プラスチックと、アルミニウムとの組み合わせについては、実質的に接触腐食が促進される。したがって、ホイールセンタと、隣接するリムとの接合領域における、接触腐食、および接触力学に関連する現象は、ホイールの耐久性に重大な影響を与える。

本発明の１つの目的は、別の構成部品として作られ、かつ適切であれば異なる材料で作られた、リムと、ホイールセンタとを備える、改善したホイールを提供することである。本発明の１つの狙いは、従来技術で知られているホイールと比較して、耐久性、および性能を高め、軽量化したホイールを提供することである。

本発明によれば、ホイールは、リム、およびリムと相互結合されたホイールセンタを備える。本発明の文脈において、「ホイールセンタ」とは、通常はスポーク構造、またはホイールスパイダとして理解されたい。ホイールセンタは、ホイールハブからリムまで径方向に延びる、少なくとも１つのスポークを備える。リムは、少なくとも１つのスポーク毎に第１の接触領域を有し、少なくとも１つのスポークは、その外端に、取り付け位置でリムの第１の接触領域と位置合わせされる、第２の接触領域を有する。少なくとも１つのスポークは、内部に中空空間を含み、これによりスポークの横断面は、少なくとも１つの小室を含む小室構成（ｃｅｌｌｕｌａｒ）になり、小室はスポークの材料で取り囲まれる。適切であれば、横断面は、互いに並んだ、または隣接した、１つよりも多い小室を含んでもよい。中空空間は、通常はスポークの径方向に沿って内部で延びる。中空空間によって、スポークの横断面が原則として環状になり、スポークを形成する材料は、中空空間（小室）の周囲に配置される。

中空空間は、第２の接触領域を貫通して、その領域に口部を形成してもよく、少なくとも１つのスポークと、リムとがそこで相互作用する。口部は、開いたり閉じたりすることができる。第２の接触領域が、中空空間の口部を（周方向に）取り囲むならば、良好な結果を得ることができる。スポークとリムとの間の負荷は、直接的または間接的に、囲んでいる接触領域によって伝達される。適用の分野に応じて、中空空間の（内）壁は、保護材で被覆することができる。保護材は、材料の層にすることができる。これに代えて、またはこれに加えて、中空空間は、少なくとも部分的に、発泡体などの別の好ましい軽量材料で満たすことができる。適切であれば、中空空間はさらに、中空空間の個々の設計をスポーク毎に調整することによって、質量不平衡に対応するため、またはホイールの固有振動数を変えるために使用される。これは、中空空間に質量を追加する、かつ／または質量を除去すること、ならびに／あるいは少なくとも１つの釣り合い重りを挿入することによって達成することができる。さらに、中空空間は、ホイールセンタの被覆、または塗装などの表面処理中に、保持固定具として使用できるように設計することができる。適用の分野、および材料の組み合わせに応じて、少なくとも１つの第１の接触領域と、少なくとも１つの第２の接触領域との間に中間層が配置されて、少なくとも部分的に、少なくとも１つの第１の接触領域と、少なくとも１つの第２の接触領域とが直接接触するのを防止することができる。適切であれば、中間層は、対応するスポークにおいて、中空空間の口部をシールすることが見込まれてもよい。中間層は、好ましくは、運転中にリムと少なくとも１つのスポークとの間で負荷を伝達するための、少なくとも１つの耐荷重領域／部分を備える。中間層は、リムの輪郭に沿った三次元形状であることが好ましい。中間層は、これ自体がシールとして作用してもよく、かつ／または後述するように、少なくとも１つのシール領域を含んでもよい。変形例では、少なくとも１つのシール領域は、外部境界、および／または内部境界に沿って、中間層の周方向に沿って配置される。適用の分野に応じて、中間層は弾性材料で作成することができる。好ましい変形例では、中間層は高耐性の金属層を含む。金属層は、耐性を高めるために、高分子材料、ならびに／またはセラミック、および／もしくはガラスで被覆することができる。金属層は、プレス加工、およびフォーミングの工程によって作成することができる。金属層が、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、マグネシウムのグループの少なくとも１つの材料で作られていれば、良好な結果が得られる。中間層は、少なくとも１つの第１の接触領域と、少なくとも１つの第２の接触領域とを機械的に相互結合（接着）する接着剤を含んでもよい。

通常、少なくとも１つの結合要素は、関連する第１の接触領域、および第２の接触領域と交差して、リムとスポークとを相互結合する。好ましい変形例において、結合要素は、存在する場合は、少なくとも１つの中間層から突出する。通常、結合要素は、ねじ、ボルト、リベットからなるグループから選択される。好ましい変形例では、少なくとも１つの結合要素は、リムウェルで、ならびに／あるいはリムウェルと外側ハンプとの間の領域で、および／または外側ハンプと外側リム縁との間の領域で、リムから突出する。結合要素は、中間層の少なくとも一部に対して、本質的に直角に配置されてもよい。適用の分野に応じて、結合要素は、少なくとも部分的に、接着剤に埋め込むことができる。適切であれば、結合要素は、タイヤが取り付けられる内側（リムウェル）にある複合材の層で覆うことができる。変形例において、結合要素は、中空空間の長手方向に対して、斜めに配置される。

リム、および／またはホイールセンタは、鋼、アルミニウム、マグネシウム、チタン、ならびに炭素、アラミド、ガラス、玄武岩、鋼で作られた繊維材料を含む、繊維強化プラスチックからなるグループから選択された材料で作成することができる。材料の組み合わせに応じて、中間層は、電気絶縁材料を含んでもよい。電気絶縁材料は、ゴム、シリコーン、ガラス繊維、セラミックのグループから、少なくとも１つの材料を含むことができる。リムに配置され、リムからホイールセンタの中に延びる、少なくとも１つの挿入体があることが分かる。挿入体は、ブッシングとすることができる。ブッシングは、組立位置において、ボルト（結合要素）が位置するボアの肩部に対してボルトの頭部を支持する、フランジを備えてもよい。ブッシングは、好ましくはリムを横切って延び、スポークの中に達する。ブッシングは、駆動トルク、および／または制動トルクをホイールセンタからリムへ伝達するのに役立ち、その逆もまた可能である。ブッシングは、リムとホイールセンタとの間の電気絶縁体としての働きもし得る。

中間層が、少なくとも１つの第１の接触領域と、少なくとも１つの第２の接触領域との間の直接接触を完全に防止するならば、耐久性の高いホイールが実現されるであろう。このような中間層により、直接的な物理接触、または電気化学的接触を完全に回避することができる。これにより、接触腐食を効果的に防止することができ、かつ／または接触領域の接触圧をより均等に配分することができる。しかしながら、本発明の１つの変形例によれば、数種のホイールについては、中間層によって、少なくとも１つの第１の接触領域と、少なくとも１つの第２の接触領域の部分との間で、直接接触が可能になる場合がある。このような変形例は、実際には接触腐食を生じにくい材料の組み合わせに対して、接触領域のいくつかの部分で接触圧の配分を最適化するのに有利な場合がある。

本発明の１つの変形例によれば、中間層は、第１の接触領域、および／または第２の接触領域の、保護表面層の損傷を防止するように設計される。繊維強化プラスチックの場合、このような保護表面層は、エポキシ樹脂、または下にある繊維を保護するための仕上げ加工によって作成されてもよい。金属の場合、保護表面層は、例えば、アルミニウム、またはチタン上に存在し得る、（例えば、ポリマ材料で作られた）仕上げ層、または不動態層であってもよい。用途によって、このような不動態層が存在することが、例えば、腐食現象を防止するために、重要な場合がある。

ホイールセンタとリムとの間の、負荷伝達の最適化を補助するために、本発明の１つの変形例によれば、中間層は、少なくとも１つの耐荷重領域／部分を含んでもよい。このような耐荷重領域は、適切な負荷伝達が可能になるように設計された、少なくとも１つの中間層の特定の部分であってもよい。本発明の別の変形例では、中間層全体が、耐荷重領域の働きをする。本発明の別の変形例では、中間層のいくつかの部分が、特に負荷伝達用に設計され、他の部分は、耐荷重性に（少なくとも大幅には）寄与しない。負荷伝達を最適化するために、耐荷重領域は、例えば、接触応力をより均等に配分する特定の厚さ、および特定の材料を含んでもよい。

好ましい場合は、中間層は、接触腐食現象をさらに減少させる、または防止できるようにする、電気絶縁材料を含む。このような電気絶縁材料は、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、および低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ＰＡ）、ゴム、またはシリコーンなどの、プラスチック材料であってもよい。しかしながら、ガラス、またはセラミックなどの他の材料が使用されてもよい。

これに代えて、またはこれに加えて、中間層は、ガラス繊維などの繊維を含んでもよい。例えば、中間層は、ガラス繊維で作られた織布、またはガラス繊維で強化された複合構造を含んでもよい。ガラス繊維の使用は、良好な電気絶縁が得られ、好適であろう。

適切であれば、中間層は、少なくとも１つのシール領域を含むことができる。このようなシール領域は、（閉じた）シーリングビードであってもよい。湿気、空気、塩、ちりその他の物質が、第１の接触領域と、第２の接触領域との間の間隙空間に入るのを防止するために、中間層の境界に、または中間層の周方向に沿ってシール領域が配置されてもよい。したがって、腐食を助長する物質が、間隙空間に侵入して蓄積するのを防止することができ、局所的に腐食環境が広がるのを回避することができる。

シール領域が弾性材料を含む、または全体が弾性材料で作られていれば、良好な結果が得られるであろう。結果として、運転中に接合部が周期的に変形しても、適切なシールが確実に行われる。シール領域が、ＦＫＭ、または加硫ゴム、またはシリコーン、またはニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、またはＥＰＤＭゴム、またはこれらの組み合わせで作られていれば、特に良好な結果が得られるであろう。

本発明の変形例において、耐荷重領域と、シール領域とは同じ領域であり、したがって耐荷重領域はシール領域としても作用し、その逆もまた可能である。

いくつかの目的のために、中間層は、異なる材料で作られた複数の層を含んでもよい。このように、中間層は、プラスチック、または金属などの連続材料（ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｍａｔｅｒｉａｌ）で作られた層、ならびにガラス繊維で作られた織布などの不連続材料（ｎｏｎ－ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｍａｔｅｒｉａｌ）で作られた層を含んでもよい。このような多層の中間層を用いて、効果的な電気絶縁を、良好なシール、および接触応力のより均等な配分などと組み合わせることができる。

ホイールセンタとリムとの間の直接的な荷重伝達を可能にするために、中間層は、積層中間層であってもよく、したがって中間層の他の寸法と比較した場合に、厚さが相対的に小さい。

いくつかの目的のために、中間層は、その領域によって異なる厚さを有してもよい。したがってホイールセンタとリムとの間の応力分布、および荷重伝達は、制御される、または最適化され得る。中間層の平均厚さが、約０．２ｍｍ～２．０ｍｍであれば、良好な結果が得られるであろう。このような厚さの中間層は、多くの材料に、ホイールセンタとリムとの間の荷重伝達を低下させることなく、十分な電気絶縁、および最適な応力分布を与える。

中間層は、予備成形された三次元物体であってもよく、したがって少なくとも部分的に、少なくとも１つの第１の接触領域、および／または少なくとも１つの第２の接触領域形状に、既に予備成形されてもよい。これにより、ホイールの組立てが容易になる。中間層は、少なくとも部分的に、プレス加工、および／または深絞りの工程によって作られるならば、良好な結果が得られるであろう。このようなプレス加工、および／または深絞り工程の出発材料として、例えば、板金、またはプラスチックシートが使用されてもよい。適切であれば、中間層は、中間要素の一般表面の上方に延び、取り付け位置で中空空間の口部の中に達する、陥没を有してもよい。中間層は、外部、および／またはリムに対して、中空空間の口部をシールしてもよい。これに代えて、またはこれに加えて、中間層は、ホイールの最終組立ての前に、接触領域において中間層を覆うことができる、比較的弾性の材料で作られてもよい。このように中間層は、ホイールセンタとリムとが互いに接合される前に、少なくとも１つの第２の接触領域において、または少なくとも１つの第１の接触領域において覆われてもよい。

適切であれば、中間層は、蓄積された流体を中空空間に集めて、外部に放出できる開口を有してもよく、したがってホイールの質量が不平衡になるのを防止する。また、中空空間のリム側に配置された開口は、蓄積した粒子を遠心力で外部に出すことを可能にする。

本発明の変形例において、中間層は、接着剤を用いて、少なくとも１つの第２の接触領域に、または少なくとも１つの第１の接触領域に結合される。したがって組み立て中に、接触領域に対する中間層の位置を確実に維持することができる。前述したような陥没は、中間層を位置決めするのに役立てることができる。

適切であれば、中間層は、射出成形の工程を用いて作成される。中間層が、多成分射出成形を用いて作成されるならば、良好な結果が得られるであろう。本発明のこのような変形例は、異なる材料で作成された耐荷重領域とシール領域とを含む、中間層を製造するのに好適であろう。したがってこの種の中間層は、二成分射出成形システムを用いて作成されてもよい。このような一体型の中間層は、ホイールの組立てを容易にするのに役立つ。あるいは、シール領域は、耐荷重領域上に加硫されてもよく、その逆もまた可能である。

欧州特許第１８５８７１５号明細書に示されているものを含む、結合要素、またはねじなどが、異なる方法で配置されてもよい。オートバイ用のホイールなど、一部の特定の種類のホイールについては、結合要素は、リムウェルでリムから突出する。いくつかの他の用途の場合、結合要素は、リムウェルと外側ハンプとの間の領域でリムから突出してもよい。その他の用途の場合、結合要素は、外側ハンプと、外側リム縁との間の領域でリムから突出してもよい。しかしながら、本発明は、結合要素のこのような配置に限定されない。

ねじ、またはボルトなどの結合要素が、中間層に対して本質的に直角に位置合わせされるならば、良好な結果が得られるであろう。したがって、少なくとも１つの第１の接触領域と、少なくとも１つの第２の接触領域との間の静止摩擦を増加させることができ、ホイールセンタとリムとの間のトルク伝達を向上させることが可能になる。

これに代えて、またはこれに加えて、ホイールセンタとリムとの間の接合領域に、少なくともこの領域のシーリングを高めるために接着剤が挿入されてもよい。したがって、（現在の）結合要素と、リムと、ブッシングとの間の空間に湿気が侵入すること、および／またはタイヤ／リム容積からの圧縮ガスの漏れを減少させることができる。結合要素は、少なくとも部分的に、このような接着剤に埋め込まれてもよい。ホイールがブッシングを備え、ブッシングと結合要素とが取り付けられる前に、前記の接合領域に接着剤が挿入されるならば、良好な結果が得られるであろう。ポリウレタン接着剤を使用すれば、良好な結果を得ることができる。

リムの表面の少なくとも一部はホイールに向けられ、運転中はタイヤ内の圧縮ガスにさらされるが、これは、タイヤ／リム容積に充填されるガスに対して不浸透性のバリア層、特に、高分子物質で作られた層で被覆されてもよい。したがって、応力腐食割れ、および微細な割れを通した圧縮ガスの漏れが低減され得る。バリア層が、シリコーン材料、特に、シリコーンワニスなど、繊維強化プラスチックの母材よりも弾性（弾性率）が高い材料を含むならば、良好な結果が得られるであろう。比較的弾性の高い材料を使用することで、周期的な荷重、またはホイール温度の変化が原因で生じる、微細な割れを（またはより大きい割れであっても）確実にシールすることが可能になる。いくつかの用途のために、バリア層は、同じ、および／または異なる材料で作られた複数の層を含んでもよい。一実施形態において、バリア層は、リムに取り付けられたタイヤの摩擦を増加させる層を含む。したがって、タイヤとリムとが相対的に動くのを防止することができる。

本明細書で説明する発明は、本明細書で後述する詳細な説明、および添付の図面からより完全に理解されるが、これは添付の特許請求の範囲で述べる本発明を限定するものと考えられるべきではない。

ホイールの実施形態を前面図で概略的に示す。 図１の詳細を示す。 図１によるホイールを上面図で示す。 図３の切断線ＢＢに沿った断面図を示す。 図４による、詳細図Ｃを示す。 図１によるホイールを、隠線を含む前面図で示す。 切断線ＤＤに沿った、図６によるホイールを示す。 切断線ＥＥに沿った、図６によるホイールを示す。 ホイールの変形例を分解図で示す。 図９による、詳細図Ｆを示す。 中間要素の第１の変形例を示す。 中間要素の第２の変形例を示す。 環状カバーを有するホイールの変形例を分解図で示す。 ホイール、および環状カバーを組立図で示す。

前述した概要、ならびに後述する好ましい実施形態の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むと、より一層理解される。本発明を図示する目的で、いくつかの図面を通して同一の符号が同様の部品を表す、現在の好ましい実施形態が示されるが、本発明は、開示されている特定の方法、および手段に限定されないことは理解されよう。

図１～図９は、本発明によるホイール１の、いくつかの変形例を示す。ホイール１は、炭素繊維強化プラスチックなどの繊維強化プラスチックで作られた、リム２を備える。また、リム２は、リムウェル７を備え、これは、内側リム縁５と、外側リム縁６との間に配置され、タイヤ（図示せず）を受けるのに適している。ホイール１は、ホイールハブ１４を含む、ホイールセンタ３をさらに備え、ホイールハブ１４は、車両のホイールサスペンション（図示せず）と結合でき、リム２を支持する働きをする。示されている変形例におけるホイールセンタ３は、７つのスポーク４を備える（他の数も可能である）。ホイールセンタ３、およびリムは、さらに詳しく後述するように、ボルト２４によって結合される。

図３に見られるように、リム２は、内側リム肩部８、および外側リム肩部９、内側ハンプ１０、および外側ハンプ１１を有する。ホイールセンタ３は、ボルト２４によってリム２と相互結合され、図示されている変形例では、ボルト２４は外側ハンプ１１と、リムウェル７との間に位置し、例えば図５に見られるように、スポーク４に配置されたボア２５の中に、傾斜して延びる。ホイールセンタ３は、外側肩部９、または外側リム縁６、および外側ハンプ１１の領域で、リム２に締結される。

ホイール１は、リム２、およびリム２と相互結合されたホイールセンタ３を備える。ホイールセンタ３は、ホイールハブ１４からリム２まで径方向に延びる、少なくとも１つのスポーク４を備える。リム２は、少なくとも１つのスポーク４毎に第１の接触領域１２を有し、少なくとも１つのスポーク４は、その外端に、取り付け位置で第１の接触領域１２と位置合わせされる、第２の接触領域１３を有する。少なくとも１つのスポークは、スポーク４の径方向に延びる、中空空間１５を含む。これにより、スポーク４の横断面３４（図７）は、少なくとも１つの小室を含む小室設計（ｃｅｌｌｕｌａｒ ｄｅｓｉｇｎ）になり、小室はスポーク４の材料で取り囲まれる。適切であれば、スポークの横断面は、互いに隣接して配置された、１つよりも多い小室を含んでもよい。適用の分野に応じて、このような単一および／または複数の小室設計により、リム２とホイールハブ１４との間で生じる力が非常に良好に分配され伝達されるようになる。

例えば、図５および図９に見られるように、リム２は、その求心側（径方向内向き）に、第１の接触面１２を備え、これは、スポーク４の遠心側（径方向外向き）に配置された第２の接触面１３から離間されているが、それでも比較的近接している。第２の接触面は、少なくとも部分的に、第１の接触面１２と位置合わせされる。リム２とスポーク４と（または第１の接触面１２と、第２の接触面１３と）の間に、中間要素２１が配置される。前記の中間要素２１は、リム２の第１の接触面１２が接触する第１の（遠心）側にあり、かつスポーク４の第２の接触面１３が接触する第２の（求心）側にある。したがって中間要素２１は、第１の接触面１２と、第２の接触面１３との直接的な物理接触を防止する。

図示されている変形例において、中間要素２１は、中間層２２を含み、これは、外縁に沿って、中間層に一体的に結合されたシール２３（シール領域）に取り囲まれている。シール２３は、リム２とスポーク４との間の領域（またはホイールセンタ）に、湿気、ちり、および空気が入るのを防止する。シール２３は、シーリングビードと呼ばれてもよい。取り付けられた状態で、シール２３は、第１の接触面１２と第２の接触面１３との間で締め付けられて、十分なシール効果をもたらす。示されている実施形態において、シール２３は、加硫ゴムなどの弾性材料で作成される。例えば、運転中のホイールの回転による接合部の周期的な変形があっても、弾性材料の特性により、信頼性の高いシーリングが可能になる。シール２３は、リム２とホイールセンタ３との間の隙間（間隙空間）が広がり始める箇所に配置されてもよい。このように隙間が広がることにより、中間層２２によっても、シール２３によっても離間されない、リム２とホイールセンタ３との間の境界領域の乾燥および洗浄を良好に行うことができ、または湿気およびちりの除去を向上させることができる。

リム２とホイールセンタ３との機械的結合は、少なくとも部分的にボルト２４によって確立され、ボルト２４は、例えば、図５および図８に示すように、ホイールセンタ３のスポーク４内にある、段付きボア２５に挿入される。図示されている変形例では、各スポーク４は、２本のボルト２４で取り付けられ、２本のボルト２４は、スポーク４の中空空間１５の両側にある２つのボア２５に周方向に配置され、リムウェル７と外側ハンプ１１との間の領域で、リム２から突出する。ボア２５は、ホイールの中心軸線（回転軸）４５に対して、角度αで配向される。局所的には、ボア２５は、中間層２２の少なくとも一部に対して、本質的に直角に配置される。αが、３０度＋／－１０度の範囲内であれば、良好な結果が得られる。ボルト２４、およびボア２５は、別の数にする、または局所的な配置にすることが可能である。ボルト２４にはブッシング２０が配置され、これは段付きボア２５から、リム２のポート３２に延びる。ブッシング２０は、ボア２５の肩部２６に対してボルト２４の頭部３９を支持する、フランジ３８を備える。ブッシング２０は、リム２を横切って延び、スポーク４の中に達する。これは、駆動トルク、および／または制動トルクを、ホイールセンタ３からリム２へ伝達するのに役立つ。ブッシング２０は、ボルト（またはホイールセンタ３、およびボルト２４の電極電位）とリム２との間の接触腐食を防止する、電気絶縁体としての働きもし得る。リム２とボルト２４の頭部との間には、例えば、Ｏリング（詳細は図示せず）の形態の付加的なシールが配置されてもよく、これによりボルト２４と、リム２と、スポーク４との間の空間に湿気が入るのを防止する。また、Ｏリングは、ボルト２４の頭部と、リム２との間の接触腐食を防止する、電気絶縁要素としての働きをすることもできる。

ホイールハブ１４は、例えば、図１０に見られるような、１つまたはいくつかの凹所１８を有してもよい。少なくとも１つの凹所１８は、例えば、軽量化手段として、かつ／または通気の目的のために役立てることができる。図示されている変形例では、凹所１８は、ホイール１の内部に配置されており、外側からは見えない取り付け位置にある。

少なくとも１つの中空空間１５は、スポーク４の径方向に対して内側の端部から、外部へ延びる流路１９によって、外部と相互結合することができる。流路１９は、少なくとも１つの凹所１８と相互結合することができる。図示されている変形例では、流路１９は、中空空間１５、および凹所１８と相互結合する。流路１９は、シール要素（詳細は図示せず）によって、少なくとも部分的にシールすることができる。

（図６の切断線ＤＤに沿った）図７による断面図で概略的に見られるように、図示されている実施形態の中空空間１５は、スポーク４の長手方向に延びる、原則として円筒形の形状を有する（他の形状を適用可能）。これにより、スポーク４の横断面３４は、その径方向長さのかなりの部分にわたって環状になる。これにより、荷重を支持する材料が外側に移動され、全体的な性能が良好になる。横断面の設計、および形状は、ホイールの設計、および目的に応じて異なり得る。

適用の分野、および製造工程に応じて、中空空間は異なる設計にすることができる。中空空間の横断面形状は、中空空間の径方向の延長に沿って変化させることができる。中空空間１５は、例えば、穿孔、および／またはフライス加工、および／または研削、および／または鍛造の工程によって、外側から材料を除去して作成することができる。これに代えて、またはこれに加えて、中空空間１５は、ホイールセンタ３の作成中に、例えば、鋳造、および／または鍛造、および／または射出成形、および／または圧縮成形、および／または積層の工程を行うことによって、少なくとも部分的に組み込むことができる。

図１１、および図１２は、前述したような中間要素２１の２つの変形例を示す。これらは両方とも、運転中にリム２とホイールセンタ３との間で荷重を伝達する、中間層２２を含む。中間層２２は、異なる材料特性の使用、および異なる材料挙動の使用に関わる、すなわちリム２とホイールセンタ３とが異なる材料で作成されていることに関わる、欠点を補うことが見込まれる。中間要素２１は、少なくとも１つのシール２３を備える。シールは、図示されているように、外縁に沿って配置することができる。これに代えて、またはこれに加えて、シール２３は、少なくとも部分的に、中間層の表面に配置することができる。適切であれば、中間要素２１は、取り付け位置において中空空間１５の口部１６をシールする、連続的な設計にすることができる。あるいは、図１２に概略的に示すように、少なくとも１つの開口３３を有することができる。開口３３は、排出スロット３５が、径方向外側を向いて形成されるような形状になっている。排出スロット３５は、外部と中空空間１５とを相互結合し、その結果、中空空間１５に集められた汚染粒子は、運転中の遠心力によって排出スロット３５を通して除去される。中間要素２１は、例えば、図９に示すような、少なくとも１つの結合要素２４、および／または挿入体２０用の、少なくとも１つのポート２７を備えることができる。

ホイール１は、好ましくはリム２、およびリム２と相互結合されたホイールセンタ３を備える。ホイールセンタ３は、ホイールハブ１４からリム２まで径方向に延びる、少なくとも１つのスポーク４を備える。リム２は、少なくとも１つのスポーク４毎に第１の接触領域１２を有し、少なくとも１つのスポーク４は、その外端に、取り付け位置で第１の接触領域１２と位置合わせされる、第２の接触領域１３を有する。少なくとも１つのスポーク４は、スポーク４の径方向に延びる、少なくとも１つの中空空間１５を含む。少なくとも１つの中空空間１５は、第２の接触領域１２を貫通して、口部１６を形成してもよい。第２の接触領域１２は、少なくとも１つの中空空間の口部１６を取り囲んでもよい。スポーク４の少なくとも１つの横断面３４において、少なくとも２つの中空空間１５が、互いに隣り合って配置されてもよい。中空空間１５の壁は、保護材で被覆されてもよい。適切であれば、少なくとも１つの第１の接触領域１２と、少なくとも１つの第２の接触領域１３との間に中間要素２１が配置されて、少なくとも部分的に、少なくとも１つの第１の接触領域１２と、少なくとも１つの第２の接触領域１３とが直接接触するのを防止する。中間層２２は、中空空間１５の口部１６をシールすることができる。中間層２２は、少なくとも１つの耐荷重領域／部分を含んでもよい。これに代えて、またはこれに加えて、中間層２２は、少なくとも１つのシール領域２３を含んでもよい。少なくとも１つのシール領域２３は、中間層２２の周方向に沿って配置されてもよい。少なくとも１つのシール領域２３が弾性材料で作成されれば、良好な結果を得ることができる。中間層２２は、金属層を含んでもよい。金属層は、高分子材料、ならびに／またはセラミック、および／もしくはガラスで被覆することができる。少なくとも１つの第１の接触領域１２、および少なくとも１つの第２の接触領域１３を介して、リム２とホイールセンタ３とを相互結合する、少なくとも１つの結合要素２４を設けることができる。荷重の配分を良好にするために、結合要素２４は、存在する場合は、少なくとも１つの中間層２２から突出することが好ましい。結合要素２４は、ねじ、またはボルト、またはリベットのグループのうち、少なくとも１つの要素とすることができる。好ましい変形例では、結合要素２４は、リムウェル７で、またはリムウェル７と外側ハンプ１１との間の領域で、もしくは外側ハンプ１１と外側リム縁６との間の領域で、リム２から突出する。結合要素２４は、好ましくは中間層２２の少なくとも一部に対して、本質的に直角に配置される。結合要素２４は、少なくとも部分的に、接着剤に埋め込む、および／または材料の保護層、例えば、複合材の層によって、外側から覆うことができる。中間層２２は、少なくとも１つの第１の接触領域１２と、少なくとも１つの第２の接触領域１３とを機械的に相互結合する接着剤を含んでもよい。リム２、および／またはホイールセンタ３は、鋼、アルミニウム、マグネシウム、チタン、ならびに炭素、アラミド、ガラス、玄武岩、鋼で作られた繊維材料を含む、繊維強化プラスチックからなるグループから選択された材料で作成される。前述したように、リム２、およびホイールセンタ３は、異なる材料、または同じ材料で作ることができる。中間層２２は、ゴム、および／またはシリコーン、および／またはガラス繊維、および／またはセラミックなどの、１つまたはいくつかの電気絶縁材料を含んでもよい。

図１３、および図１４は、本明細書で前述したような、ホイールのボルト２４用の環状カバー３６を示す。環状カバー３６は、他のハイブリッドホイールに使用することができ、したがって個別の概念とみなされるべきである。図１３は、組立体の構成を概略的に示す点線を含む、分解図を示す。図１４は、完全に組み立てられたホイールを示す。図示されている変形例では、環状カバー３６は、リム２の外周全体にわたって、結合要素２４のボア２５を覆いながら、ホイールのリム２の形状に最適に適合するように配置された、第１の円筒形部分４１と、第２の円錐形部分４２とを有する、リング４０を備える。これにより、シール性が高まり、タイヤ容積のガス漏れを防止することができる。環状カバー３６の第２の円錐形部分４２の形状は、リムの外側ハンプ１１に隣接する、円錐形リム部分４３に対応し、ここに結合要素２４が配置される。ホイールと、環状カバー３６との接触部は、環状カバー３６の第１の円筒形部分４１によってさらに最大化され、環状カバー３６は少なくとも部分的に、ボルト２４が配置されるリムの表面に隣接する、略円筒形のリム部分４４に適合するように形成される。しかしながら、２つの部分４１、４２は、リム２における結合要素２４の配置、およびリム２の個別の形状に応じて、他の形状にすることも可能である。さらに、リング部分を異なる数にすることが可能である。一般に、ボアを覆っている部分４２に第２の隣接部分４１を追加するのには、環状カバー３６の全体表面をより大きくして、リム２に接着しシールするという目的がある。

適切であれば、環状カバー３６は、例えば、結合要素２４のボルト頭部３９を留めておくために、さらに凹所キャビティ３７を有することができる。凹所キャビティ３７を使用することにより、結合要素２４の突出部によって生じる、リムと環状カバー３６との間の片当たりを防止し、したがってシール品質がさらに高まる。この実施形態では、凹所キャビティ３７は、各スポークの２つのボルト頭部３９を覆う、個別のレンズ形ポケットとして形成される。あるいは、ポケットは、異なる数のボルト頭部３９を収容することができ、かつ／または１つのスポーク４から、より多くのボルト頭部３９を組み込むことができる。したがって、凹所キャビティは、他の形状にすることが可能である。また、凹所キャビティは、さらにシール材で満たすことができる。

環状カバー３６は、好ましくは複合材、および／または射出成形物で作られる。また、リム２に適合させて、スリット付きの端部で再結合させるために、凹所キャビティ３７同士の間の１つまたは複数の箇所にスリットを付けることができる。あるいは、他の解決策が可能であり、リム表面に覆いかぶせて、加熱して収縮させる収縮性材料によって、ボア２５、およびボルト頭部３９をシールすることが含まれる。

１ ホイール
２ リム
３ ホイールセンタ
４ スポーク（ホイールセンタ）
５ 内側リム縁
６ 外側リム縁
７ リムウェル
８ 内側リム肩部
９ 外側リム肩部
１０ 内側ハンプ
１１ 外側ハンプ
１２ 第１の接触領域／面（リム）
１３ 第２の接触領域／面（スポーク）
１４ ホイールハブ
１５ 中空空間
１６ 口部（中空空間）
１７ ボア（ホイールボルト）
１８ 凹所（ホイールハブ）
１９ 流路（中空空間）
２０ 挿入体（ブッシング）
２１ 中間要素
２２ 中間層
２３ （中間層の）シール
２４ 結合要素（ボルト）
２５ ボア（結合要素用）
２６ （段付きポートの）肩部
２７ （中間層の）ポート
２８ ウェッジ
２９ 凹所（ウェッジ凹所）
３０ 開口
３１ （ブッシングの）フランジ
３２ （リムの）ポート
３３ 開口（中間要素）
３４ 横断面（スポーク）
３５ 排出スロット
３６ 環状カバー
３７ 凹所キャビティ
３８ フランジ（ブッシング）
３９ 頭部（ボルト）
４０ リング（環状カバー）
４１ 第１の円筒形部分
４２ 第２の円錐形部分
４３ 円錐形リム部分４３
４４ 円筒形リム部分４３
４５ 中心軸線（回転軸）

Claims (16)

1. ａ．複合材で作られたリム（２）と、前記リム（２）と相互結合されたホイールセンタ（３）とを備える車両用のホイール（１）であって、
   ｂ．前記ホイールセンタ（３）が、ホイールハブ（１４）から前記リム（２）へ径方向に延びる複数のスポーク（４）を含み、
   ｃ．前記リム（２）が、スポーク（４）毎に第１の接触領域（１２）を含み、
   ｄ．前記スポーク（４）がそれぞれ、取り付け位置で前記第１の接触領域（１２）と位置合わせされる第２の接触領域（１３）を前記スポークの外端に含み、
   ｅ．前記スポーク（４）がそれぞれ、前記スポーク（４）の前記径方向に延びる中空空間（１５）を内部に含み、前記中空空間（１５）が、前記第２の接触領域（１３）を貫通して口部（１６）を形成しており、
   ｆ．各スポークの横断面が、前記スポークの材料によって取り囲まれた少なくとも１つの小室を含む小室構成であり、前記中空空間（１５）が、外側から材料を除去することによって形成されている、
   ホイール（１）。
2. 前記第２の接触領域（１３）が、前記少なくとも１つの中空空間（１５）の前記口部（１６）を取り囲んでいる、請求項１に記載のホイール（１）。
3. 前記スポーク（４）の少なくとも１つの横断面（３４）において、少なくとも２つの中空空間（１５）が、互いに隣り合って配置されている、請求項１または２に記載のホイール（１）。
4. 前記中空空間（１５）の壁が、保護材で被覆されている、請求項１～３のいずれか一項に記載のホイール（１）。
5. 中間層（２２）が、前記少なくとも１つの第１の接触領域（１２）と前記少なくとも１つの第２の接触領域（１３）との間に配置され、前記少なくとも１つの第１の接触領域（１２）と前記少なくとも１つの第２の接触領域（１３）との直接接触を少なくとも部分的に防止する、請求項１～４のいずれか一項に記載のホイール（１）。
6. 前記中間層（２２）が、前記中空空間（１５）の前記口部（１６）をシールしている、請求項５に記載のホイール（１）。
7. 前記中間層（２２）が、少なくとも１つの耐荷重領域／部分を含む、請求項５または６に記載のホイール（１）。
8. 前記中間層（２２）が、少なくとも１つのシール領域（２３）を含む、請求項５～７のいずれか一項に記載のホイール（１）。
9. 前記少なくとも１つのシール領域（２３）が、前記中間層（２２）の周方向に沿って配置されている、請求項８に記載のホイール（１）。
10. 前記中間層（２２）が、金属層を含む、請求項５～９のいずれか一項に記載のホイール（１）。
11. 前記金属層が、高分子材料、セラミック、およびガラスのうちの少なくとも１つで被覆されている、請求項１０に記載のホイール（１）。
12. 少なくとも１つの結合要素（２４）が、前記少なくとも１つの第１の接触領域（１２）と前記少なくとも１つの第２の接触領域（１３）とを相互結合しており、前記結合要素（２４）が、前記少なくとも１つの中間層（２２）から突出している、請求項５～１１のいずれか一項に記載のホイール（１）。
13. 前記結合要素（２４）が、リムウェル（７）で、前記リムウェル（７）と外側ハンプ（１１）との間の領域で、または前記外側ハンプ（１１）と外側リム縁（６）との間の領域で、前記リム（２）から突出している、請求項１２に記載のホイール（１）。
14. 前記中間層（２２）が、前記少なくとも１つの第１の接触領域（１２）と前記少なくとも１つの第２の接触領域（１３）とを機械的に相互結合する接着剤を含む、請求項５～１３のいずれか一項に記載のホイール（１）。
15. 前記中間層（２２）が、電気絶縁材料を含む、請求項５～１４のいずれか一項に記載のホイール（１）。
16. 前記電気絶縁材料が、ゴム、シリコーン、ガラス繊維、およびセラミックのうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載のホイール（１）。

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