(57)【要約】【課題】応力や歪みに耐え得る複合体ベースのリムを提供すること。【解決手段】複合体ベースのリム（１００）であって、複数のファイバ層（１１０〜１４０）を具備してなり、その中の少なくとも１つの層が、少なくとも１つの低弾性率ファイバと高弾性率ファイバとから形成されたファイバ相互混合層とされ、低弾性率ファイバの弾性率が、高弾性率ファイバの弾性率よりも、少なくとも３４５００ＭＰａ（５Ｍｐｓｉ）だけ小さく、各層のフープ応力に対する強度が、最内層（１１０）から最外層（１４０）に向けて、各層ごとに順次的に増大しており、少なくとも１つのファイバ相互混合層のフープ応力に対する強度が、このファイバ相互混合層の全体にわたって実質的に一様なものとされている。【選択図】図１
2014088044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合体ベースのリムであって、
複数のファイバ層を具備してなり、
これら複数のファイバ層の各々が、少なくとも低弾性率ファイバと高弾性率ファイバとから形成されたファイバ相互混合層とされ、
前記低弾性率ファイバの弾性率が、前記高弾性率ファイバの弾性率よりも、少なくとも３４５００ＭＰａ（５Ｍｐｓｉ）だけ小さく、
前記各ファイバ層のフープ応力に対する強度が、前記リムの内層から前記リムの外層に向けて、各層ごとに順次的に増大しており、
前記各ファイバ層のフープ応力に対する強度が、それぞれのファイバ層内においては、全体にわたって実質的に一様なものとされていることを特徴とするリム。
【請求項２】
請求項１記載のリムにおいて、
前記リムの前記各ファイバ層が、複数のファイバトウが相互混合されて構成されており、
それら複数のファイバトウの相互混合が、径方向において不変とされていることを特徴とするリム。
【請求項３】
請求項１記載のリムにおいて、
前記リムが、さらに、全体が前記高弾性率ファイバから形成された他の層から構成され、
前記リムが、全体が前記高弾性率ファイバから形成された前記他の層が前記リムの最外層をなすとともに、前記他の層が前記各ファイバ層よりも大きなフープ強度を有するようにして、構成されていることを特徴とするリム。
【請求項４】
請求項１記載のリムにおいて、
前記低弾性率ファイバが、５５２００ＭＰａ〜８２８００ＭＰａ（８Ｍｐｓｉ〜１２Ｍｐｓｉ）という範囲の弾性率を有し、
前記高弾性率ファイバが、１９３２００ＭＰａ〜３４５０００ＭＰａ（２８Ｍｐｓｉ〜５０Ｍｐｓｉ）という範囲の弾性率を有していることを特徴とするリム。
【請求項５】
請求項１記載のリムにおいて、
前記各ファイバ層の弾性が、前記リムの内層から前記リムの外層に向けて、各層ごとに順次的に増大しており、
前記各ファイバ層の弾性が、それぞれのファイバ層内においては、全体にわたって実質的に一様なものとされていることを特徴とするリム。
【請求項６】
請求項５記載のリムにおいて、
前記低弾性率ファイバと前記高弾性率ファイバとの双方から形成された各層が、少なくとも２０％という容積比率の前記高弾性率ファイバを含有して形成されていることを特徴とするリム。
【請求項７】
複合体ベースのリムであって、
４つのファイバ相互混合層を具備してなり、
これら複数のファイバ層の各々が、少なくとも低弾性率ファイバと高弾性率ファイバとから形成され、
前記低弾性率ファイバの弾性率が、前記高弾性率ファイバの弾性率よりも、少なくとも３４５００ＭＰａ（５Ｍｐｓｉ）だけ小さく、
前記各層のフープ応力に対する強度が、前記リムの内層から前記リムの外層に向けて、各層ごとに順次的に増大し、
前記各層のフープ応力に対する強度が、それぞれの層内においては、全体にわたって実質的に一様なものとされ、
前記各層の弾性が、前記リムの内層から前記リムの外層に向けて、各層ごとに順次的に増大し、
前記各層の弾性が、それぞれの層内においては、全体にわたって実質的に一様なものとされていることを特徴とするリム。
【請求項８】
請求項７記載のリムにおいて、
前記各層が、複数のファイバトウが相互混合されて構成されており、
それら複数のファイバトウの相互混合が、径方向において不変とされていることを特徴とするリム。
【請求項９】
請求項７記載のリムにおいて、
前記リムの第２層が、前記リムの前記第１層を囲んでおり、
前記リムの第３層が、前記リムの前記第２層を囲んでおり、
前記リムの前記第４層が、前記リムの前記第３層を囲んでおり、
前記低弾性率ファイバの容積比率が、前記リムの第１層から前記リムの前記第２層にかけて、前記リムの第２層から前記リムの前記第３層にかけて、さらに、前記リムの第３層から前記リムの前記第４層にかけて、減少しており、
前記第１層、前記第２層、前記第３層、前記第４層の各々のフープ応力に対する強度が、それぞれの層内においては、全体にわたって一様なものとされていることを特徴とするリム。
【請求項１０】
複合体ベースのリムの製造方法であって、
保持デバイスから複数のファイバトウを導出することによってファイバ相互混合層を形成し；
前記ファイバ相互混合層を、湿潤樹脂に対して当接するように、案内し；
前記ファイバ相互混合層を、形状付与シェルの周囲に巻回し；
上記３つのステップを所定回数だけ繰り返すことにより、複数のファイバ相互混合層を形成し；
その際、各ファイバ相互混合層を、低弾性率ファイバからなるトウと高弾性率ファイバとからなるトウとの双方から形成し、
前記各ファイバ相互混合層のフープ応力に対する強度を、前記リムの内層から前記リムの外層に向けて、各層ごとに順次的に増大するものとし、
前記低弾性率ファイバの弾性率を、前記高弾性率ファイバの弾性率よりも、少なくとも３４５００ＭＰａ（５Ｍｐｓｉ）だけ小さいものとし、
前記巻回および前記繰り返しに際しては、前記各ファイバ相互混合層のフープ応力に対する強度を、それぞれの層内において、その層の全体にわたって一様なものとすることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項７記載のリムにおいて、
前記リムが、さらに、少なくとも２０％という容積比率の前記高弾性率ファイバを含有して形成された他のファイバ相互混合層を具備していることを特徴とするリム。
【請求項１２】
請求項７記載のリムにおいて、
前記リムが、さらに、全体が前記高弾性率ファイバから形成された他の層を具備し、
前記リムが、全体が前記高弾性率ファイバから形成された前記他の層が前記リムの最外層をなすとともに、前記他の層が前記各ファイバ相互混合層よりも大きなフープ強度を有するようにして、構成されていることを特徴とするリム。
【請求項１３】
請求項７記載のリムにおいて、
前記リムが、さらに、０％〜２０％という容積比率の前記高弾性率ファイバを含有して形成された他の層を具備し、
前記リムが、０％〜２０％という容積比率の前記高弾性率ファイバを含有して形成された前記他の層が前記リムの最外層をなすとともに、前記他の層が前記各ファイバ相互混合層よりも小さなフープ強度を有するようにして、構成されていることを特徴とするリム。
【請求項１４】
請求項７記載のリムにおいて、
前記低弾性率ファイバが、５５２００ＭＰａ〜８２８００ＭＰａ（８Ｍｐｓｉ〜１２Ｍｐｓｉ）という範囲の弾性率を有し、
前記高弾性率ファイバが、１９３２００ＭＰａ〜３４５０００ＭＰａ（２８Ｍｐｓｉ〜５０Ｍｐｓｉ）という範囲の弾性率を有していることを特徴とするリム。
【請求項１５】
請求項１０記載の方法において、
前記各ファイバ相互混合層が、複数のファイバトウが相互混合されて構成されており、
それら複数のファイバトウの相互混合が、径方向において不変とされていることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１０記載の方法において、
上記３つのステップを繰り返すことにより、最外層を形成し；
その際、最外層を、全体が前記高弾性率ファイバから形成された層とし、その最外層を、前記各ファイバ相互混合層よりも大きなフープ強度を有するものとすることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１０記載の方法において、
前記低弾性率ファイバを、５５２００ＭＰａ〜８２８００ＭＰａ（８Ｍｐｓｉ〜１２Ｍｐｓｉ）という範囲の弾性率を有したものとし、
前記高弾性率ファイバを、１９３２００ＭＰａ〜３４５０００ＭＰａ（２８Ｍｐｓｉ〜５０Ｍｐｓｉ）という範囲の弾性率を有したものとすることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１０記載の方法において、
前記各ファイバ相互混合層の弾性を、前記リムの内層から前記リムの外層に向けて、各層ごとに順次的に増大するものとし、
前記各ファイバ相互混合層の弾性を、それぞれのファイバ層内においては、全体にわたって実質的に一様なものとすることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１０記載の方法において、
前記各ファイバ相互混合層を、少なくとも２０％という容積比率の前記高弾性率ファイバを含有して形成されたものとすることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項７記載のリムにおいて、
前記各ファイバ相互混合層が、少なくとも２０％という容積比率の前記高弾性率ファイバを含有して形成されていることを特徴とするリム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広義には、複合体ベースのリムおよびその製造方法に関するものである。より詳細には、本発明は、理想的にはフライホイールシステム内への組込に適しているような複合体ベースのリムに関するものである。というのは、このようなリムが、それらファイバ層の組成が層ごとに相違しているような複数のファイバ相互混合層を備えているからであり、また、各層の組成が、例えば径方向応力やリムに対して向けられた歪みといったようなフライホイールシステムの動作時に出くわすような寿命制限的リム条件を、従来の複合体ベースのリムと比較して、より効果的に制御し得るようにして、選択されているからである。
【背景技術】
【０００２】
フライホイールシステムは、何年にもわたって当該技術分野において公知であり、運動エネルギーを貯蔵したり回収したりする能力が優秀であることのために、工業的環境（例えば、無停電電源として）において極度に有効なものであることが既にわかっている。典型的なフライホイールは、フライホイールと、このフライホイールをを固定するためのシャフトと、シャフトを回転可能に支持するための１つまたは複数のベアリングアセンブリと、を備えている。フライホイールシステムは、さらに、保護用外側リムを備えており、この保護用外側リムは、リムとシャフトとを連結するよう機能しているハブによって支持されている。
【０００３】
動作時には、高出力型の高強度のモータが、シャフトを駆動する。シャフト自体は、回転子を非常に高速で駆動する。このことは、フライホイールシステムのリムを、急速に回転／スピンさせ、これにより、以下の式に従って、かなりの量の運動エネルギーが、生成される。
【０００４】
エネルギー＝１／２×（リム密度）×（リム容積）×（回転子の旋回半径）２×（リムの回転速度）２
【０００５】
フライホイールの出現以来、当業者は、常に、フライホイールシステムの安全動作と妥協することなく、フライホイールシステムを、上記等式に従ってできる限り多くの運動エネルギーを生成し得るように構成することを目的としてきた。この目的のために、設計者たちは、金属ベースのリムから複合体ベースのリムへと切り換えつつ、実験を開始した。
【０００６】
金属ベースのリムは、使用時に問題があることがわかった。それは、金属ベースのリムの耐力が比較的小さいことのために、回転速度の生成能力が制限されるということであり、そのため、フライホイールシステムによってかなり大きな量の運動エネルギーを生成するという能力が制限されるということである。金属ベースのリムは、大きな破損耐性を有していることがわかっているけれども、それらが実際に破損する際には、大きくかつ重い３つの破断片へと分裂する傾向がある。それら破断片は、フライホイールシステムから投げ出される。そのため、周囲の作業者には危険であって、周囲の設備にとっても同様に危険である。
【０００７】
複合体ベースのリムは、金属ベースのリムよりも軽量であるだけでなく、強度および硬度が、金属ベースのリムと同程度であるかあるいは大きい場合すらある。よって、ずっと大きな高速回転速度を得ることができ、そのため、上述したリスク／欠点をもたらすことなく、金属ベースのリムに関する利点のすべてではないにしても大部分をもたらし得ることが明らかである。
【０００８】
予想通り、ここ数年の間に、複合体ベースのリムが、フライホイールシステム産業において標準品となってきた。
【０００９】
しかしながら、より最近においては、複合体ベースのリムが、使用時に問題点を有していることが判明した。重大な問題点は、フライホイールシステムの動作時に発生する径方向応力および歪みのために、破損を受けやすいことである。
【００１０】
上述したように、複合体ベースのリムを具備したフライホイールシステムは、金属ベースのリムと比較した際には、軽量であることのためにより高速で回転できる点において、そのために、同等寸法の金属ベースリムの場合よりもより大きな貯蔵エネルギーを生成し得るという点において、主要な利点を有している。しかしながら、フライホイールシステムにおけるリム（金属ベースのリムであろうが、あるいは、複合体ベースのリムであろうが）の回転速度が増大するにつれて、リムに対して印加される望ましくない歪みやフープ応力／径方向応力も、また、次式に従って、増大する。
【００１１】
フープ応力＝（リム密度）×（リム半径）２×（リム回転速度）２
＝（フープ歪み）×（フープ弾性率）
径方向応力〜（リム密度）×（リム厚さ）２×（リム回転速度）２
【００１２】
よって、例えば、第２の式によれば、第２回転リムよりも厚さが２倍であるような第１回転リムは、第２回転リムのピーク径方向応力よりも約４倍のピーク径方向応力を有することとなる。これは、フープ強度と比較して径方向強度が比較的小さな複合体ベースのリムにとっては、応力および歪みの生成に関して深刻な増大である。
【００１３】
このため、リムの回転速度の増大化という利点を（したがって、運動エネルギーの増大化という利点を）犠牲にすることとなって望ましくないけれども、設計者によっては、複合体ベースのリムの全体長さを増大させつつ、複合体ベースのリムの全体厚さを低減することを提案している。
【００１４】
そうすることのもっともらしい理論的根拠は、リム厚さの２乗が、リム内に発生する歪みおよび径方向応力の量に比例することである。この場合、リム厚さの減少分が、リムの回転速度の増大化によって十分に補償されるべきであり、それによって、リム内に発生する歪みおよび径方向応力の量を、管理可能な範囲内に維持することができる。リムの長さ（リム容積の一要因であって、リムによって生成される運動エネルギーの量に比例する）を増大することによって、リムによる運動エネルギー量に直接的に比例する要素であるリム横断面積が低減することに基づくエネルギー減少分を補償する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開昭５４−０６５２６６号公報
【特許文献２】特開平０９−２６７４０２号公報
【特許文献３】特開平１０−３３７７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
うまくないことに、厚さを低減させかつ長さを増大させたリムを具備したフライホイールシステムは、製造という観点からだけでなく使用環境における実施および動作という観点において不当に高価であり、そのため、当業者の興味をそいでしまうものとなる。
【００１７】
したがって、フライホイールシステムにおいて使用するための複合体ベースのリムであって、リムの構成が、管理不能な径方向応力および歪みの生成のために悪影響を受けることがなく、リムのエネルギー生成能力や、リムの寿命や、リムを具備したフライホイールシステムの安全動作、に対して良好な影響をもたらすような、複合体ベースのリムが要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、複合体ベースのフライホイールシステム用のリムであって、複数のファイバ相互混合層を具備してなるリムに関するものである。また、本発明は、上記要求および他の要求を満たすそのようなリムを製造するための方法に関するものである。本発明による複合体ベースのリムについて、フライホイールをベースとしたエネルギー貯蔵システムに対する応用を例にとって主に説明するけれども、本発明によるリムは、応力や歪みが発生するとともにそのような応力や歪みを管理的に制御することが望ましいような他の環境下においても使用することができる。
【００１９】
本発明の例示としての一見地においては、複合体ベースのリムは、組成調整されかつ相互混合されたファイバをベースとした複数の層から構成される。本発明によるリムは、少なくとも２つのファイバ層を具備するべきであり、最大で１０個の層をあるいはそれ以上の層さえをも具備することができる。本発明の例示としての特別の見地においては、リムは、４つの層を具備し、それらの少なくとも２つの層は、ファイバ相互混合層とされている。
【００２０】
各層は、一般に、リムの最内層からリムの最外層にかけて順次的に増大するような強度および／または硬度と密度との比をリムが示すように、他の層とは異なるファイバどうしの組合せでもって構成されている。
【００２１】
リムの層は、強度／硬度が『小さな』ファイバ、および／または、強度／硬度が『大きな』ファイバ、を備えており、各層内に含有されている強度および／または硬度が『小さな』ファイバの容積比率は、リムの最内層からリムの最外層にかけて、漸次的に減少するものとされあるいは一定のままとされ、一方、各層内に含有されている強度および／または硬度が『大きな』ファイバの容積比率は、リムの最内層からリムの最外層にかけて、漸次的に増大するものとされあるいは一定のままとされる。
【００２２】
本発明の特別の見地においては、リムは、４つの層を具備し、強度および／または硬度が『小さな』ファイバの容積比率は、リムの第１層から、第２層にかけて、さらに第３層にかけて、さらに第４層にかけて、減少するものとされ、一方、強度および／または硬度が『大きな』ファイバの容積比率は、リムの第１層から、第２層にかけて、さらに第３層にかけて、さらに第４層にかけて、増大するものとされる。
【００２３】
リムの各層の特定の組成を選択することによって、リムの強度および硬度が調整される。より詳細には、層間にわたって径方向応力および歪みが円滑な勾配とされる。
【００２４】
層の組成を変更することにより、各層の強度および硬度が変更されるだけではなく、密度および弾性係数も変更される。密度および弾性係数の双方は、リム上における径方向応力および歪みの生成に対して影響し、ひいては、リム内における望ましくないクラックの形成に影響する。
【００２５】
また、各層の硬度および密度を円滑に変更することにより、複合体ベースのリムは、実際に、一緒に回転する複数のリングの径方向連続体となり、この場合、内側のリングは、わずかの径方向圧縮によって外側リングを付帯し望ましい。従来技術による複合体ベースのリムは、このようなタイプの径方向応力や歪みの円滑化を行うことができず、そのため、本発明による複合体ベースのリムと比較して、クラック形成に対しての耐性が小さく、かつ、破損に対しての耐性が小さい。
【００２６】
さらに、本発明によるリムにおいては、クラックが形成にくいものではあるけれども、クラックは、リムの最内層内に形成される傾向があり、また、リムの他の３つの層内へとまたそれら層を通して、伝搬されることがない。たとえクラックが伝搬しようとした場合であってさえも、そのような事象は、フライホイールシステムに不調状況および／または非平衡状況を引き起こし、そのような状況を、クラックがリムのすべての層を通して伝搬するよりも先に、検出するだけの時間が存在する。
【００２７】
したがって、本発明によるリム構成に関する上記技術は、発生する径方向応力を管理可能なレベル内に制御することによってリム内におけるクラック生成を阻止し得るような構成的原理をもたらす。さらに、そのような技術は、リムをなす各層の組成が調整されていることのために、クラック（仮に形成されたとして）を、第１層内に初期的に形成させ、そのようなクラックが、第２層や第３層へと、特に第４層へと、伝搬し得ないものとする。これにより、本発明による複合体ベースリムを組み込んでいるフライホイールシステムを、悪影響（すなわち、リムの破損）を心配することなく自信を持って高速で動作させることができる。よって、フライホイールシステムが大きな運動エネルギーを生成することを可能とし、有利である。
【００２８】
本発明は、また、例えばフィラメント巻回技術を使用した製造方法といったような、複合体ベースのリムの製造方法に関するものである。この方法の例示としての一見地においては、複数のファイバトウが、デバイス（例えば、クリール）内の１つまたは複数のラック／ホルダ内に貯蔵されてそのデバイスから導出され、所定のファイバ相互混合配置でもって互いに積層され、これにより、リムの各ファイバ層が事前形成される。
【００２９】
この事前形成された層は、１つまたは複数の物理的調節デバイス（例えば、１つまたは複数のローラおよび／または１つまたは複数の櫛）を通して案内され、その後、装置の樹脂処理領域へと案内される。樹脂処理領域においては、回転ドラムが、収容領域（例えば、樹脂バス）内に収容された湿潤樹脂に対して、連続的に浸されている。層が樹脂処理領域を通して搬送される際には、樹脂コーティングドラムが、層を前進させる向きに回転駆動され、これにより、ファイバ層の底面を樹脂によって（ドラムを使用して）コーティングする。
【００３０】
湿潤層は、その後、１つまたは複数の付加的な物理的調節デバイス（例えば、１つまたは複数のローラおよび／または１つまたは複数の櫛）を通して案内され、これにより、所定のバンド幅とされた一様なファイバ材料湿潤層が形成される。その後、層は、案内デバイス（例えば、アイレット、小穴）を通して、形状付与シェル上へと、供給される。形状付与シェルは、フライホイールシステムの複数層リムの中の１つの層を形成する。リムのすべての所望の層が巻回された後に、シェルを硬化させ、これにより、各層上の樹脂を乾燥させる。
【００３１】
本発明の他の見地や実施形態については、後述する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による複合体ベースのリムを示す斜視図である。
【図１Ａ】図１のリムを、図１におけるＡ−Ａ線に沿って示す矢視断面図である。
【図２】図１のリムに関する製造装置を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の本質や所望の目的に関する理解をより完全なものとするために、以下においては、添付図面を参照しつつ、以下の詳細な説明を参照されたい。添付図面においては、複数の図面にわたって、対応する部材には、同一符号が付されている。
【００３４】
図１および図１Ａは、本発明による複合体ベースリム（１００）の一例を示している。例えばフライホイールシステムといったような、応力および歪みが大きいような使用環境内に、このリム（１００）を組み込むことにより、フライホイールシステムを高速回転させることができ、リム内に発生する歪みおよび径方向応力の量／レベルを管理しつつすなわちこれによってリム内におけるクラック形成やクラック伝搬を最小化しつつあるいは少なくとも信頼性高く制御しつつ、高レベルの運動エネルギーを生成することができる。
【００３５】
リム（１００）は、組成調整された、相互混合されたファイバをベースとした、複数の層から構成されている。各層は、例えば図２を参照して後述するような例示としてのフィラメント巻回技術といったような技術によって、他の層上に紡績あるいは巻回されている。リム（１００）は、少なくとも２つのファイバ層を備えており、最大で１０層といったようなあるいはそれを超えるような複数の層を備えることができる。各層は、その層全体として他の層とは異なるファイバ組合せでもって構成されている。この場合、リムは、最内層から最外層に向かうにつれて、各層内の強度（strength）および／または硬度（stiffness） が順次的に大きくなるものとされている。また、リムをなす各層は、最内層から最外層に向かうにつれて、密度が順次的に小さくなるものとされている。
【００３６】
図１および図１Ａに例示したリム（１００）は、４つの層から構成されている。すなわち、最内に位置する第１層（１１０）と、第２層（１２０）と、第３層（１３０）と、最外に位置する第４層（１４０）と、から構成されている。リム（１００）の最内層（１１０）の内方空間には、ギャップ（１５０）が形成されている。このギャップ（１５０）は、最終的には、例えば、フライホイールシステムのシャフト（図示せず）およびハブ（図示せず）を収容することとなる。
【００３７】
リム（１００）が、順次的な各層において順次的に増大する強度および／または硬度を有していることにより、リム（１００）のうちの、最外に位置する第４層（１４０）は、リムの第３層（１３０）よりも、より強度が大きくおよび／または硬度が大きい。また、リムの第３層（１３０）は、リムの第２層（１２０）よりも、より強度が大きくおよび／または硬度が大きい。また、リムの第２層（１２０）は、リムの最内の第１層（１１０）よりも、より強度が大きくおよび／または硬度が大きい。
【００３８】
この目的のために、本発明の一例示としての実施形態においては、リム（１００）の最内の第１層（１１０）は、強度および／または硬度が比較的『小さな』ファイバから全体的に構成されており、リム（１００）の最外の第４層（１４０）は、比較的『大きな』強度特性および／または硬度特性を有したファイバから全体的に構成されている。
【００３９】
リム（１００）の各層（１１０，１２０，１３０，１４０）内に含有されている強度および／または硬度が『小さな』ファイバの容積比率は、リムの第１層（１１０）からリムの第４層（１４０）へと向かうにつれて、順次的に減少しているあるいは一定のままとされている。一方、リム（１００）の各層（１１０，１２０，１３０，１４０）内に含有されている強度および／または硬度が『大きな』ファイバの容積比率は、リムの第１層（１１０）からリムの第４層（１４０）へと向かうにつれて、順次的に増大している。
【００４０】
より詳細には、第２層（１２０）および第３層（１３０）の各々は、一般に、強度および／または硬度が『小さな』ファイバ材料と『大きな』ファイバ材料との双方を、少なくとも２０％という容積比率で含有している。ここで、第２層（１２０）は、強度および／または硬度が『大きな』ファイバよりも、強度および／または硬度が『小さな』ファイバを、より大きな容積比率で含有しており、第３層（１３０）は、強度および／または硬度が『小さな』ファイバよりも、強度および／または硬度が『大きな』ファイバを、より大きな容積比率で含有している。
【００４１】
本発明に関して現時点で好ましい実施形態において、複合体ベースリム（１００）の組成は、以下の表１に示されている。
【００４２】
【表１】
2014088044.tif 000003
【００４３】
本発明の代替可能な実施形態においては、リム（１００）の第１層（１１０）および第４層（１４０）が、リム（２００）の４つの層（１１０，１２０，１３０，１４０）のすべてがファイバ混合型のものとなるよう、強度および／または硬度が『大きな』ファイバ材料と『小さな』ファイバ材料との双方から構成される。
【００４４】
そのような実施形態においては、最内の第１層（１１０）内における強度および／または硬度が『大きな』ファイバの比率は、第２層（１２０）内におけるそのようなファイバの比率よりも少ないべきであり、なおかつ、最内の第１層（１１０）内における強度および／または硬度が『小さな』ファイバの比率は、第２層（１２０）内におけるそのようなファイバの比率よりも多いべきである。逆に、最外の第４層（１４０）内における強度および／または硬度が『大きな』ファイバの比率は、第３層（１３０）内におけるそのようなファイバの比率よりも多いべきであり、なおかつ、最外の第４層（１４０）内における強度および／または硬度が『小さな』ファイバの比率は、第３層（１３０）内におけるそのようなファイバの比率よりも少ないべきである。
【００４５】
そのような実施形態においては、リムの最内の第１層（１１０）と最外の第４層（１４０）との各々において、強度および／または硬度が『小さな』ファイバと『大きな』ファイバとの合計は、１００％である。ここで、リムの第１層内における強度および／または硬度が『小さな』ファイバの比率は、およそ８１％〜１００％という範囲とされ、リムの第１層内における強度および／または硬度が『大きな』ファイバの比率は、およそ１９％〜０％という範囲とされ、さらに、リムの第４層内における強度および／または硬度が『小さな』ファイバの比率は、およそ０％〜１９％という範囲とされ、リムの第４層内における強度および／または硬度が『大きな』ファイバの比率は、およそ１００％〜８１％という範囲とされる。
【００４６】
この代替可能な実施形態の変形例においては、リムの第１層（１１０）内における強度および／または硬度が『小さな』ファイバの比率は、約９０％とされ、リムの第１層内における強度および／または硬度が『大きな』ファイバの比率は、約１０％とされ、さらに、リムの第４層（１４０）内における強度および／または硬度が『小さな』ファイバの比率は、約１０％とされ、リムの第４層内における強度および／または硬度が『大きな』ファイバの比率は、約９０％とされる。
【００４７】
リム（１００）の第１層（１１０）と第２層（１２０）と第３層（１３０）との中に部分的に含有されている強度および／または硬度が『小さな』ファイバの硬度（すなわち、硬度係数）は、一般に、およそ８Ｍｓｉ〜１２Ｍｓｉという範囲とされ、現時点で好ましくはおよそ１０Ｍｓｉ〜１１Ｍｓｉという範囲とされ、現時点で最も好ましくは約１０．５Ｍｓｉとされる。強度および／または硬度が『小さな』ファイバの強度は、また、一般に、およそ３００Ｋｓｉ〜５００Ｋｓｉという範囲とされ、（現時点で）好ましくはおよそ３５０Ｋｓｉ〜４００Ｋｓｉという範囲とされ、（現時点で）最も好ましくは約３７５Ｋｓｉとされる。
【００４８】
強度および／または硬度が『小さな』ファイバを含有している複数の層（１１０，１２０，１３０）のうちの、１つの層またはいくつかの層またはすべての層は、特定タイプの１つだけの強度および／または硬度が『小さな』ファイバを備えることも、あるいは、様々なタイプの複数のそのようなファイバを備えることも、できる。しかしながら、各層内に含有される強度および／または硬度が『小さな』ファイバの各々は、一般に、上記範囲内に属するような強度特性および／または硬度特性を有している。
【００４９】
強度および／または硬度が『小さな』ファイバとしては、多数の適切なものが公知である。しかしながら、限定するものではないが、強度および／または硬度が『小さな』ファイバの現時点での例には、多数の市販業者（例えば米国オハイオ州 Teledo 所在の Owens
Corning 社）から市販されているＥ−ガラスファイバや、多数の市販業者（例えば米国ジョージア州 Marietta 所在の Baekaert Corporation 社）から市販されているスチールワイヤ、がある。
【００５０】
リム（１００）の第２層（１２０）と第３層（１３０）との中に部分的に含有されているようなまたリムの第４層（１４０）の全体を構成しているような、強度および／または硬度が『大きな』ファイバの硬度は、一般に、およそ２８Ｍｓｉ〜５０Ｍｓｉという範囲とされ、（現時点で）好ましくはおよそ２８Ｍｓｉ〜３７Ｍｓｉという範囲とされ、（現時点で）さらに好ましくはおよそ３２Ｍｓｉ〜３５Ｍｓｉという範囲とされ、最も好ましくはおよそ３３Ｍｓｉ〜約３４Ｍｓｉとされる。強度および／または硬度が『大きな』ファイバの強度は、一般に、およそ４００Ｋｓｉ〜８００Ｋｓｉという範囲とされ、（現時点で）好ましくはおよそ５００Ｋｓｉ〜８００Ｋｓｉという範囲とされ、（現時点で）最も好ましくはおよそ６００Ｋｓｉ〜７００Ｋｓｉとされる。
【００５１】
リム（１００）の複数の層（１１０，１２０，１３０，１４０）のうちの、１つの層またはいくつかの層またはすべての層は、特定タイプの１つだけの強度および／または硬度が『大きな』ファイバを備えることも、あるいは、様々なタイプの複数のそのようなファイバを備えることも、できる。しかしながら、各層内に含有される強度および／または硬度が『大きな』ファイバの各々は、一般に、上記範囲内に属するような強度特性および／または硬度特性を有している。
【００５２】
強度および／または硬度が『大きな』ファイバとしては、多数の適切なものが公知である。一般に、強度および／または硬度が『大きな』ファイバは、カーボンベースのファイバである。限定するものではないが、強度および／または硬度が『大きな』ファイバの現時点での例には、例えば米国ワシントン州 Tacoma 所在の Toray Composites, Inc. 社といったような多数の業者から市販されている T-700（商標名）カーボンファイバ、がある。
【００５３】
リム（１００）の各層（１１０，１２０，１３０，１４０）の組成は、リムの強度および硬度を調整するために選択されるだけではなく、層間にわたっての径方向応力および歪みに関して円滑な勾配を形成するように選択される。
【００５４】
より詳細には、層（１１０，１２０，１３０，１４０）の組成（すなわち、強度および／または硬度が『小さな』ファイバと『大きな』ファイバとの容積比率）を変更することにより、それら層の強度および硬度が変更されるだけでなく、密度および弾性係数も変更される。リム（１００）の各層の密度および弾性係数（modulus） は、フライホイールシステムの動作を支配する式（後述）における重要な因子であり、より詳細には、リム内における径方向応力および歪みの生成に対して直接的に影響する。
【００５５】
エネルギー＝１／２×（リム密度）×（リム容積）×（回転子の旋回半径）２×（リムの回転速度）２
フープ応力＝（リム密度）×（リム半径）２×（リム回転速度）２
＝（歪み）×（弾性係数）
径方向応力〜（リム密度）×（リム厚さ）２×（リム回転速度）２
【００５６】
リム（１００）を、上記組成を有した４つの層（１１０，１２０，１３０，１４０）を備えたものとして構成することにより、リムは、（動作時には）リムの内側層からリムの外側層に向けて、径方向応力および歪みに関して、望ましい円滑な勾配を生成することができる。
【００５７】
この『円滑な』勾配は、リム（１００）の内側層から外側層に向けての組成における差異によって引き起こされ、これに加えて、強度／硬度が『小さな』ファイバの密度が、強度／硬度が『大きな』ファイバの密度よりも大きいことによって、また、強度／硬度が『小さな』ファイバのフープ弾性率が、強度／硬度が『大きな』ファイバのフープ弾性率よりも小さいことによって、引き起こされる。したがって、強度および／または硬度が『小さな』ファイバの量が、リムの最内の第１層からリムの最外の第４層に向けて減少していることにより、なおかつ、強度および／または硬度が『大きな』ファイバの量が、リムの最内の第１層からリムの最外の第４層に向けて増大していることにより、各層の弾性率も、また、リムの最内の第１層からリムの最外の第４層に向けて増大する。加えて、各層の密度は、最内層（１１０）から最外層（１４０）に向けて減少することができる。このことは、リムの内側層が、リムの外側層を径方向に負担することを可能とし、これにより、リムのすべての層において径方向応力および歪みを低減させる。
【００５８】
各層の組成が層ごとに急激には変化していないことにより、各層の密度および弾性率は、層間にわたって急激には変化しない。このため、フープ応力と歪み勾配とが『円滑な』ものとなる。すなわち、リムのある層から次なる層へのフープ応力および歪みの増分は、急激な増分ではなく、比較的小さな段差をなす増分である。同時に、各層の径方向応力および歪みは、内層（１１０）から外層（１４０）に向けて境界を接したままである。
【００５９】
上記の式によれば、リム（１００）の１つまたは複数の層（１１０，１２０，１３０，１４０）の半径を変更することにより、リム内における径方向応力および歪みの勾配に関してのさらなる制御を得ることができる。
【００６０】
しかしながら、リム（１００）の各層（１１０，１２０，１３０，１４０）は、図１Ａに示すように、所定の変更不可能な直径／半径を有している。一般的に、ギャップ（１５０）は、約３３６．６ｍｍ（約１３．２５インチ）という直径（ＤＧ ）を有している。すなわち、約１６８．３ｍｍ（約６．６２５インチ）という半径を有している。リム（１００）の第１層（１１０）のところにおける直径（Ｄ１ ）は、約３５９．４ｍｍ（約１４．１５インチ）であり；リムの第２層（１２０）のところにおける直径（Ｄ２ ）は、約４１６．６ｍｍ（約１６．４インチ）であり；リムの第３層（１３０）のところにおける直径（Ｄ３ ）は、約４７５．０ｍｍ（約１８．７インチ）であり；リムの第４層（１４０）のところにおける直径（Ｄ４ ）は、約５３５．９ｍｍ（約２１．１インチ）である。したがって、現時点で好ましいような、第１〜第４層（１１０，１２０，１３０，１４０）のところにおけるリム（１００）の非変更半径は、それぞれ、約１７９．７ｍｍ（約７．０７５インチ）、約２０８．３ｍｍ（約８．２インチ）、約２３７．５ｍｍ（約９．３５インチ）、および、約２６８．０ｍｍ（約１０．５５インチ）である。
【００６１】
これら半径は、リム（１００）の層（１１０，１２０，１３０，１４０）の各組成をベースとして、（現時点で）好ましい。しかしながら、リム（１００）の層（１１０，１２０，１３０，１４０）のうちの、１つの層またはいくつかの層またはすべての層に関し、本発明の範囲を逸脱することなく、半径／直径を、様々な理由に基づいて（例えば、リムの層間にわたっての径方向応力および歪みに関する勾配の修正や変更を可能としたりあるいは容易としたりするために）、現時点で好ましい半径／直径よりも大きいものとしたりあるいは小さいものとしたりし得ることは、理解されるであろう。
【００６２】
従来の複合体ベースのリムは、層間にわたってのファイバ組成が一様であるようにしてファイバ製のより厚い複数の層を有していたことのために、このようなタイプの円滑な勾配を得ることができなかった。
【００６３】
例えば、従来のリムが、各々が同一材料から形成された複数の個別の層から形成されていると仮定しても、径方向応力に関しても歪みに関しても、層間にわたって差異は生じない（すなわち、勾配が生じない）。また、そうではなく、従来のフライホイールシステムリムが、互いに異なる材料からなる複数の個別の層から形成されていると仮定した場合には、各層は、特定の材料を構成材料の１００％として構成されており、この場合には、層間にわたっての径方向応力および歪みに関する差異は、かなり急激なものとなり、そのため、径方向応力および歪みに関する勾配は、急峻なものとなってしまう。
【００６４】
したがって、従来の複合体ベースのリムとは異なり、本発明によるリム（１００）は、第１層（１１０）から第４層（１４０）に向けて強度および硬度の増大化が漸次的であって、第１層から第４層に向けて径方向応力および歪みに関する境界を形成している。その結果、リム（１００）においては、以下の比較実験において示すように、従来の複合体ベースリムと比較して、破損耐性がずっと大きい。
【００６５】
［比較実験］
本発明による２つの４層型複合体ベースリムを試験し、従来技術による３つの２層型リムと比較した。従来的リムの各層は、全体的に T-700（商標名）カーボンファイバから構成され、従来的リムの２つの層は、ファイバ混合型のものではなかった。試験した５個のリムのすべては、全体寸法が同じであり（よって、２層型リムの各層の厚さは、本発明による５層型リムの径方向厚さの２．５倍となる）、試験の目的のために、同一のフライホイールシステム内に導入された。
【００６６】
試験した３つの従来的２層型リムの各々においては、１つまたは複数のクラックが形成されたことが観測された。より詳細には、クラック形成は、試験した第１の従来的２層型リムにおいては、２０．３ＫＰＭにおけるフライホイールシステム動作において１４．１７時間経過後に観測され、試験した第２の従来的２層型リムにおいては、１５ＫＰＭにおけるフライホイールシステム動作において５時間経過後に観測され、試験した第３の従来的２層型リムにおいては、１８．４ＫＰＭにおけるフライホイールシステム動作において３．２３時間経過後に観測された。よって、平均的には、クラック形成は、従来的２層型リムにおいては、１７．９ＫＰＭにおけるフライホイールシステム動作において、わずか７．４７時間経過後に観測された。
【００６７】
本発明に基づく特性を有し、かつ、試験した３つの従来的２層型リムと同じ全体寸法を有した、２つの４層型リム（１００）は、試験のために３つの従来的２層型リムを組み込んだフライホイールシステムと同じフライホイールシステム内に組み込まれた。第１の４層型リムに関しては、２３．５ＫＰＭにおけるフライホイールシステム動作において２４時間経過後においても、クラックは観測されず、第２の４層型リムに関しては、２２．５ＫＰＭにおけるフライホイールシステム動作において５００時間経過後においても、クラックは観測されなかった。
【００６８】
上記結果により、本発明による４層型リム（１００）は、同一のフライホイールシステム内に組み込んだときに従来的リムの場合と比較してフライホイールシステムをずっと大きな回転速度で動作させかつずっと長時間にわたって動作させたにしても、同一寸法の従来的複合体ベースリムよりも、安全である。さらに、本発明による４層型リム（１００）を組み込んだフライホイールシステムの動作における高速回転化と長時間化とは、試験した従来的２層型リムを組み込んだフライホイールシステムと比較して、ずっと大きな運動エネルギーを生成していることを意味している。
【００６９】
さらに、上記試験により、４層型リムが、リム内にクラックを形成することなくフライホイールシステムの安全な動作を可能としていることが示されているにしても、本発明によるリムの構成は、クラックが形成されるにしてもクラックがリムの所定層内に形成される傾向があり、また、クラックが安全設備／モニタによって検出される前にリムの破損を引き起こすことがないよう、クラックを十分には伝搬させないことである。
【００７０】
上述したように、リムの各層における強度および硬度と密度との比は、リム（１００）の第１層（１１０）からリムの第４層（１４０）にかけて増大するとともに、径方向応力および歪みは、第１層から第４層にかけて減少する。よって、本発明による４層型リムにおいてクラックが形成されにくいにしても、最も形成される可能性が高いのは、相対的に最も弱い層をなす最内の第１層である。この第１層は、能力に関連して、最も大きなフープ応力および歪みを受ける。
【００７１】
第１層内にクラックが形成されたと仮定した場合、そのクラックは、第２層内へと伝搬することがない。それは、各層が、互いに混合されたファイバを有しているからであり、また、第２層が、第１層よりも強度が大きく、そのため、第２層が、クラック発生／クラック伝搬に関して、より大きな耐性を有しているからである。また、仮に、クラックが何らかのはずみで第２層内へと伝搬したと仮定した場合、そのクラックは、より強度の大きな第３層内へと伝搬することがなく、また、それよりも強度の大きなさらなる外側の層へと伝搬することがない。リムの第４層は、クラック発生／クラック伝搬に関して、大きな耐性を有している。それは、第４層が、全体的に、１つまたは複数の強度および硬度が『大きな』ファイバから構成されているからである。
【００７２】
したがって、リムの最内の第１層におけるクラックの兆候と、リムの半径全体にわたってのそのクラックの伝搬と、の間には、かなりの遅延が存在する。この遅延は、フライホイールシステムの安全設備／モニタがクラック発生を検出してフライホイールシステムに対しての電力を停止しフライホイールシステムが安全に減速して回転を停止することを可能とし得るに十分な時間的余裕をもたらすものであって、フライホイールシステムの停止前にリムが破損することはない。
【００７３】
フライホイールシステムは、クラックの兆候を検出することができる。それは、そのような事象が、回転中のフライホイールシステムに不調状況および／または非平衡状況を引き起こし、そのような状況が、水平コントローラ（図示せず）によってあるいはフライホイールシステム内に組み込まれている他の設備によって、検出されるからである。そのような状況を検出したときには、水平コントローラは、フライホイールに対しての電力供給を中止させ、これにより、フライホイールは、次第に減速して停止する。
【００７４】
したがって、本発明による４層型リム構成は、発生する径方向応力を管理可能なレベル内に制御することによってリム内におけるクラック生成を阻止し得るような構成的原理／方法論をもたらす。さらに、そのような構成的原理／方法論は、リムをなす各層の組成が調整されていることのために、クラック（仮に形成されたとして）を、第１層内に初期的に形成させ、そのようなクラックが、第２層や第３層へと、特に第４層へと、伝搬し得ないものとする。これにより、フライホイールシステムを、最大約２２．５ＫＰＭという高速で、悪影響（すなわち、リムの破損）を心配することなく自信を持って動作させることができる。よって、フライホイールシステムが大きな運動エネルギーを生成することを可能とする。
【００７５】
図２には、本発明に基づくフィラメント巻回技術によって複合体リムを製造するための装置（２００）が示されている。この装置（２００）は、ファイバ貯蔵とファイバ導出とが組み合わされたデバイス（２１０）（例えば、クリール）を備えている。このデバイス（２１０）には、当該技術分野においては周知なように、ファイバ材料からなるユニット（例えば、スプール）を保持するための、および、１つまたは複数のスプールからファイバのトウを導出するための、少なくとも１つのホルダ／ラック（図示せず）が設けられている。
【００７６】
デバイス内に存在するラック／ホルダの数は、リムの各個別層を形成するために装置によって組み合わされることとなるトウの数よりも多く、（現時点で）好ましくは、そのよなトウの数に等しい。本発明の実施に際しては、現時点では１０個のラックが好ましい。この場合、リム（１００）の各層は、（各層が、単一タイプのファイバから構成されるか、あるいは、２つ以上のファイバの組合せから構成されるか、にかかわらず）一般に、１０個のトウを有しており、各トウは、複数のホルダの中の１つのホルダから供給することができる。しかしながら、当業者であれば、過度の実験を行う必要なく、ホルダの数を増減してもプロセスを実行し得ることにより、ホルダの数自体が重要ではないことは理解されるであろう。
【００７７】
ファイバ材料は、各ラック／ホルダから供給され、所定のトウ配置でもって先に形成された層上に積層される。これにより、リムの各層内においてトウどうしの相互混合が引き起こされる。この事前的に形成された層（２２０）は、デバイス（２１０）の導出端（２３０）から導出され、１つまたは複数の位置合わせ／張力付与デバイス（例えば、１つまたは複数のローラ（２４０）および／または１つまたは複数の櫛（２５０））を通して案内される。このような位置合わせ／張力付与デバイスは、事前形成層内においてファイバどうしを位置合わせするのに効果的であり、および／または、層の張力を制御するのに効果的であり、および／または、事前形成層に対して所定のバンド幅（すなわち厚さ）を付与するのに効果的である。
【００７８】
層（２２０）は、その後、装置（２００）の樹脂処理領域（２６０）に導入される。この領域（２６０）においては、紡績ドラム（２７０）が、収容領域（２９０）（例えば、樹脂バス）からの湿潤樹脂（２８０）に対して、連続的に浸されている。湿潤樹脂（２８０）は、フィラメント巻回に適した任意のエポキシ樹脂とすることができる、あるいは、任意の適切な熱硬化性または熱可塑性樹脂類とすることができる。（現時点で）好ましくは、樹脂は、その樹脂が硬化された際に最小でも約４Ｋｓｉという抗張力を有するものであるように、選択される。
【００７９】
層（２２０）が樹脂処理領域（２６０）を通して搬送される際には、樹脂コーティングドラム（２７０）は、層を前進させる向きに回転駆動され、これにより、ファイバ層の底面（３００）を樹脂（２８０）によってコーティングする。付加的には、樹脂処理領域（２６０）は、さらに、器具（例えば、ナイフ（３１０））を有することができ、この器具を使用することによって、層（２２０）に対してコーティングされる樹脂混合物（２８０）の厚さを制御することができる。
【００８０】
図２に図示しかつ上記において説明した技術とは異なる技術を使用することによっても、樹脂（２８０）を層（２２０）に対して導入し得ることは、理解されるであろう。限定するものではないけれども例示するならば、層（２２０）を、樹脂収容領域（２９０）内へと案内することによって、層に対して樹脂をコーティングすることができる。さらなる代替可能な技術は、当該技術分野においては周知である。
【００８１】
湿潤層（２２０）は、その後、１つまたは複数の付加的な位置合わせ／張力付与デバイス（例えば、１つまたは複数のローラ（３２０）および／または１つまたは複数の櫛（３３０））を通して案内される。このような位置合わせ／張力付与デバイスは、所定のバンド幅とされた一様なファイバ材料湿潤層を形成する。一般に、各層のバンド幅は、およそ２５．４ｍｍ〜３３．０ｍｍ（およそ１．０インチ〜１．３インチ）であり、（現時点で）好ましくは、およそ２６．７ｍｍ〜２９．２ｍｍ（およそ１．０５インチ〜１．１５インチ）である。
【００８２】
層（２２０）は、案内デバイス（３４０）（例えば、アイレット、小穴）を通して、形状付与シェル（３５０）（例えば、金属ベースのマンドレル）上へと、供給される。形状付与シェル（３５０）は、層を前進させる向きに回転駆動される。層（２２０）は、リムシェル／ベース（３５０）上に巻回され、フライホイールシステムの複数層リム（１００）の中の１つの層が形成される。
【００８３】
リム（１００）のすべての層が所定に配置された後に、シェル（３５０）を（例えばオーブンを使用して）硬化させ、これにより、各層上の樹脂（２８０）を乾燥させて、マンドレル（３５０）を外向きに拡径させる。その後、マンドレル（３５０）をオーブンから取り出して、冷却させる。冷却時には、（リムではなく）マンドレル（３５０）が、元々の寸法へ収縮する。これにより、リム（１００）をマンドレル（３５０）から容易に取り外すことができる。付加的には、当該技術分野において公知の器具（例えば、ピールプライおよび／またはブリーダクロス）を使用することによって、硬化後におけるシェル（３５０）からのリム（１００）の取外しを容易とする／促進させることができる。
【００８４】
本発明の例示としての実施形態においては、リム（１００）の各層は、１０個のファイバトウを含有しており、各層内に含有される特定のトウの選択は、各層内における所望の容積比率をベースとして、行われている。リム（１００）の第４層（１４０）が、強度および硬度が『大きな』ファイバを構成要素の１００％として構成されていることにより、この第４層は、一般に、強度および／または硬度が『大きな』１０個のファイバトウを相互混合することによって形成されている。一方、リム（１００）の第１層（１１０）は、強度および／または硬度が『小さな』ファイバを構成要素の１００％として構成されていることにより、この第１層は、一般に、強度および／または硬度が『大きな』１０個のファイバトウを相互混合することによって形成されている。
【００８５】
リム（１００）の残りの層（１２０，１３０）は、強度および／または硬度が『小さな』ファイバと強度および／または硬度が『大きな』ファイバとを備えて構成されていることにより、これらの層は、それらのタイプのファイバからなる複数のトウを、比率に応じつつ相互混合することによって形成されている。例えば、リム（１００）の第２層（１２０）は、約８０％の強度および／または硬度が『小さな』ファイバと、約２０％の強度および／または硬度が『大きな』ファイバと、を備えて構成されている。したがって、この第２層は、一般に、強度および／または硬度が『小さな』８個のトウと、強度および／または硬度が『大きな』２個のトウと、から形成されている。また、リム（１００）の第３層（１３０）は、約４０％の強度および／または硬度が『小さな』ファイバと、約６０％の強度および／または硬度が『大きな』ファイバと、を備えて構成されている。したがって、この第３層は、一般に、強度および／または硬度が『小さな』４個のトウと、強度および／または硬度が『大きな』６個のトウと、から形成されている。
【００８６】
リム（１００）の層（１２０，１３０）現時点で好ましいトウ配置順序を有している。例えば、リムの第２層（１２０）においては、強度および／または硬度の『大きな』２個のトウのうちの少なくとも一方のトウを、１０個のトウのうちの最初のトウとするかあるいは最後のトウとするかのいずれかとされていることが、現時点で好ましい。また、強度の『小さな』トウと『大きな』トウとを、層（１２０，１３０）内にわたってランダムに分散させることが好ましい。そのような分散は、（現時点では）好ましくはランダムではあるけれども、これら層（１２０，１３０）内において強度が『小さな』ファイバや『大きな』ファイバがクラスタを形成しないようにして、トウを分散させることも、また、現時点で好ましい。つまり、層（１２０，１３０）内においては、同じ強度特性のトウが隣接して大きな『ブロック』や『塊』を形成しないことが、現時点で好ましい。
【００８７】
本発明の１つまたは複数の現時点で好ましい実施形態について、特定の用語を使用して説明したけれども、そのような説明は、例示の目的のためのものに過ぎず、特許請求の精神および範囲を逸脱することなく、様々な変形や修正を加え得ることを、理解されたい。
【符号の説明】
【００８８】
１００  複合体ベースリム
１１０  第１層
１２０  第２層
１３０  第３層
１４０  第４層
２１０  保持デバイス
２４０  ローラ
２５０  櫛
２８０  湿潤樹脂
３５０  形状付与シェル
【図１】
2014088044.tif 000004
【図１Ａ】
2014088044.tif 000005
【図２】
2014088044.tif 000006