(57)【要約】  自動車用の軽量構造リムは、次第に鋼製リムに取って代わりつつある。必要な強度を得るために、リム体は厚手の壁を有するように構成され、重量がある。しかし、重量は軽減されるのが望ましい。なぜなら、接地性を維持するには、ばね下質量（ｕｎｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  ｍａｓｓｅｓ）であるリムは、できるだけ軽量でなければならないからである。従来技術により、極めてさまざまな構成や設計の軽金属リムが公知である。本発明による軽量構造リムは、極めて均整の取れた特に精巧な構造が特徴である。この構造では、必要な材料は僅かであり、しかも密な交差結合によって高い強度が保証される。スポークは二種類に分けられる。すなわち半径方向スポークと環状スポークとである。半径方向スポークは、リブの幅と奥行きに関し高いアスペクト比を有し、環状スポークと交差し重ねられているので、すべてのスポークが互いに支持し合っている。特に好ましいのは、半径方向スポークを１６個、環状スポークを６個に構成した場合である。この軽量構造リムの形状は、珪藻類アラクノイディスクスの形状に類似している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の側が車軸に固定される内側リム体（ＦＫ）と、内側リム体に結合された外側リムベース（ＦＢ）とを有する車両用軽量構造リム（ＬＦ）であって、リム体（ＦＫ）が支持スポーク構造（ＳＡ）を有する形式のものにおいて、
極めて均整の取れたスポーク構造（ＳＡ）が、幅と奥行きの高アスペクト比を有する複数のリブ状半径方向スポーク（ＲＡＳ）と、複数の同心的なリブ状環状スポーク（ＲＩＳ）とから成り、しかも、半径方向スポーク（ＲＡＳ）のうちの複数個が、リムベース（ＦＢ）からリム体（ＦＫ）の三分の一のところまで延びるに止まり、１個の環状スポーク（ＲＩＳ）のところで終わっていることを特徴とする、車両用軽量構造リム（ＬＦ）。
【請求項２】
前記環状スポーク（ＲＩＳ）のアスペクト比が半径方向スポーク（ＲＡＳ）のアスペクト比より低い値であり、しかも、環状スポーク（ＲＩＳ）の前縁がリム前側で半径方向スポーク（ＲＡＳ）の前縁と整合するか、又はほぼ整合していることを特徴とする、請求項１に記載された軽量構造リム（ＬＦ）。
【請求項３】
１６個の半径方向スポーク（ＲＡＳ）と６個の環状スポーク（ＲＩＳ）とが備えられ、しかも、半径方向スポーク（ＲＡＳ）が１個おきにリムベース（ＦＢ）から２番目の環状スポーク（ＲＩＳ）まで延びるに止まることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載された軽量構造リム（ＬＦ）。
【請求項４】
前記リムベース（ＦＢ）の側の、半径方向スポーク（ＲＡＳ）の間の部分が丸み（ＡＢ）を付けられていることを特徴とする、請求項１から請求項３までいずれか１項に記載された軽量構造リム（ＬＦ）。
【請求項５】
同心的な円板（ＫＰ）がリム体（ＦＫ）の車軸取り付け区域に設けられており、この円板のところで半径方向スポーク（ＲＡＳ）が終わっていることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された軽量構造リム（ＬＦ）。
【請求項６】
プラスチック材料製であることを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された軽量構造リム（ＬＦ）。
【請求項７】
異方性の材料特性を有する繊維強化プラスチック製であることを特徴とする、請求項６に記載された軽量構造リム（ＬＦ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の側が車軸に固定される内側リム体と内側リム体に結合された外側リムベースとを有する自動車用軽量リム、それも前記リム体が支持スポーク構造（ｅｉｎｅｎ  ｔｒａｇｅｎｄｅｎ  ｓｐｅｉｃｈｅｎａｕｆｂａｕ）を有する形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の軽量構造リムは、次第に鋼製リムに取って代わりつつあるが、これは云うまでもなく、軽量構造リムの外観が洗練されているからである。この外観は、しかし、主としてリムの構造によって規定される。必要な強度を得るために、リム体は比較的厚手に、かつ重く構成される。そのために、特にスポーツ車の場合には、厄介なことに明らかに重量が大きくなる。特に重量軽減が望まれる理由は、リムが、ばね下質量（ｕｎｇｅｆｅｄｅｒｔｅ  Ｍａｓｓｅｎ）であるため、特に接地性を維持し、凹凸のある走路でも効果的にグリップするには、出来るだけ軽量にする必要があるからである。材料特性は適切な幾何形状の選択に影響するので、軽量構造リムの材料にも特別の要求が課せられる。そのさい、リム体の区域の改良を、特にスポークの付形により達成せねばならない。また、その場合、追加要求として、ディスクブレーキを効果的に冷却可能にするために、リム体は良好な通風性を有していなければならない。
【０００３】
従来技術により、種々の構造・設計形式の軽金属リムとして構成された軽量構造リムが公知である。特に２０世紀初頭、自動車製造のデラックス部品として使用された古典的なワイヤスポーク・リムは、形状は美しいが、極めて高価であり、製造や保守に手間がかかる。これは、多数のスポークに個別に一定の引張り応力を加えねばならないからである。スポークは、通例、プレスド・スチール製リムやアルミニウム製リムの場合にも使用される。その場合、軽金属リムでも、支持スポーク構造を有するもの、すなわち実際にスポークとして構成された部材をリム体に有するものと、リム体がスポークのレリーフを有するディスクから成る非支持型スポーク構造を有するものとは、区別せねばならない。
【０００４】
例えばＤＥ  １９８  ２１  １６８  Ａ１により、実際に形成され走行荷重を吸収する５個のスポークを備えた軽金属リムが公知である。本発明は、この形式のリムを最も近い公知技術として前提にしている。個々のスポークは、総体的に広幅であるため、依然として高い重量部分を占めている。これらのスポークは、本来のスポークの特徴を有しておらず、全体的に厳密に均整のとれた印象は与えない。しかし、総じて、この公知の軽金属リムは、高い強度と安定性を有している。また、ＤＥ  ６８１  ０６  ２８９  Ｕ１により、簡単な自動車用リムの前に取り付けるための非支持型装飾リムが公知である。この装飾リムは、実際に多数のリムとして構成されているが、取り付け用具なのでリムの強度には何ら寄与していない。この装飾リムは、しかし、高級の自動車の公知支持型スポーク・リムを模したもので、外見は非常にエレガントである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の課題は、冒頭に述べた形式の支持型スポーク構造を有する軽量構造リム、それも、軽量であると同時に、高い強度を有し、加えて特に見た目に魅力的な印象を与える全体構造をも最適に兼ね備えた軽量構造リムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題の解決策として、本発明は、高い値の幅・奥行きアスペクト比を有する複数のリブ状半径方向スポークと、複数の同心的なリブ状環状スポークとから成る高度に均整の取れたスポーク構造を特徴とし、しかも、半径方向スポークの何本かは、それぞれリムベースからリム体の三分の一のところまでしか延びておらず、１つの環状リムのところで終わっている。
【０００７】
本発明による軽量構造リムは、高度に均整のとれた特に装飾的な構造で際立っており、この構造は、僅かな材料で形成できるにもかかわらず、高い交差結合度により高強度を保証している。このスポーク構造の場合、半径方向スポークと環状スポークとが区別される。しかも、スポークはリブ状に構成されているので、リムの前方から見ると、僅かな空間を占めているに過ぎず、軽量構造リムの背方に位置するブレーキ、特にディスクブレーキへの最適通風が可能である。半径方向リムは、リブの幅と奥行きとのアスペクト比が高い。リブの形状は、したがって、幅は小さいが奥行きは大であり、これにより既に高強度の態様が得られる。強度が得られる第２の態様は、半径方向スポークと環状スポークとを交差させ重複させることで、すべてのスポークが互いに支持し合うようにすることで得られる。
【０００８】
スポーク数に応じて選択されるリブの幾何形状により決定可能な網目模様によって、方眼紙状の高度に均整のとれたリム全体の印象が得られる。しかも、この印象は、半径方向スポークのすべてがリム軸まで延びているのではなく、何個かの半径方向スポークは、各々リムベースからリム体の三分の一のところまでしか延びていないことで特に高められる。これらのスポークは、共に外側の環状スポークの１つのところで終わっている。半径方向スポークを均整のとれたかたちで、例えば２個おきに配置するこの措置により、更にリム重量が軽減され、しかも、リムの強度は損なわれない。スポーク構造の外観は、その場合、隙間を増すが、不安定な印象を喚起することがない。
【０００９】
スポーク構造は、半径方向スポークと環状スポークとを同等に扱うことで完全に均整のとれたかたちに構成することができる。本発明の一実施例は、また半径方向スポークのアスペクト比より環状スポークのアスペクト比が低い値であることを特徴とし、しかも、その場合、リム前側では、環状スポーク前縁が半径方向スポーク前縁と同一平面上に、又はほぼ同一平面上に整合している。このため、特に高い半径方向強度を有するが、同時に周方向にも十分な支持がなされている隙間の多いスポーク構造が形成されている。しかも、より薄い環状スポークが、リム体の前側に配置され、半径方向スポークと整合又はほぼ整合し、後方へずらされてはいないので、見た目の全体的印象が損なわれことはない。
【００１０】
理論的かつ実際的な研究により、軽量構造リムの特に好ましい１実施例が得られたが、この実施例は、１６個の半径方向スポークと６個の環状スポークを特徴とし、しかも、半径方向スポークは、１個おきにリムベースから第２環状スポークまでしか延びていない。この場合に生じるリムの外観は、珪藻類のアラクノイディスクス（Ａｒａｃｈｎｏｉｄｉｓｃｕｓ）の外観に類似している。珪藻類は、周知のように、極めて多様な珪酸塩の骨格を発達させてきた。しかも、この類似は偶然ではなく、次の経緯に基づいている。すなわち、本発明は、出願人が技術的な軽量構造物のための設計プロトタイプを得る方法を適用して得られたもので、該方法は２００３年１１月３０日付けでＤＥ  １０３  ５６  ６８２．１として出願されたこと、更に、該方法によって、自然界に見られる極めて様々な幾何形状を、日常生活のあらゆる種類や大きさの日用品に簡単に転用し適合させ得ることである。
【００１１】
本発明による軽量構造リムのこのほかの変更態様は、リムベース側の半径方向スポークの間の丸みと、リム体の車軸固定区域の同心円板とを特徴とする。半径方向スポークは、この同心円板で終わっている。これらの変更態様は、リム強度を更に高めるのに役立ち、かつ例えば荷重負荷シミュレーション・プログラムにより確認できる。加えて、該変更態様により、見た目の全体的印象が改善され、かつ軽量構造リムの取り扱いが容易になる。半径方向スポーク間の丸みにより掃除が容易になり、同心的な円板により組み立てが容易になる。
【００１２】
本発明による軽量構造リムは、公知のリム同様、軽金属、例えばアルミニウムで製造できる。しかし、軽量構造リムを特に人間工学的に構成することによって繊維強化プラスチックの使用も可能になり、それにより自動車工業用のリム製造に全く新しい道を拓くことができる。特に、異方性の材料特性を有する繊維強化プラスチックの使用が可能になる。特別の安定性基準に従って求めた自然界の範例に依拠して設計された構造形式によって、最適の応力分配が保証され、かつ最大の強度も保証される。自然界におけるように、繊維強化材は、発生する応力の流れに沿って包埋される。この措置が、応力条件下で数値式シミュレーションを適用し、かつモデルでの視覚的な応力吸収により最適化される。プラスチックの材料特性も、応力負荷の方向に沿って異方性を有するように構成することができる。
【００１３】
例えば、支持型の半径方向スポークの方向には、特に高い強度が要求されるが、この強度は、剛性環状スポークの場合には、それほど臨界的なものではない。繊維強化材は、相応に包埋することができる。プラスチックの使用により、特に細部に至るまで多様な形状を形成可能な、簡単かつ安価な製造方法が得られる。その場合には、強度を犠牲にすることなく、更にかなりの軽量化が可能になる。適当な表面処理方法、例えばロータス効果ラック（Ｌｏｔｕｓｅｆｆｅｋｔｌａｃｋ）でコーティングすることによって、汚れの付着しない表面が得られ、ひいては比較的複雑なスポーク構造を容易に清浄化できる。他の方法、例えば電気化学的なクロムめっきにより、プラスチックを使用しても軽金属リムの印象を与えることができる。
【００１４】
請求対象の軽量構造リムの実施例を、以下で略示図につき詳細に説明する。
図１は、内側リム体ＦＫと、内側リム体に結合された外側リムベースＦＢとを有する車両用軽量構造リムＬＦを示している。この場合、軽量構造リムＬＦは、異方性材料特性を有する繊維強化プラスチック製であるのが好ましい。リムベースＦＢ上には、組み立て時にタイヤが取り付けられる。リム体ＦＫは、中心穴ＺＢを有し、この中心穴を介して一方の側が車軸にはめ込まれ、数個のホイールボルトでボルト穴ＢＯを介して締結される。リム体ＦＫは支持型スポーク構造ＳＡを有している。
【００１５】
スポーク構造ＳＡは、高度に均整が取れているのが際立ち、多数の半径方向スポークＲＡＳと環状スポークＲＩＳとから成っている。両スポークとも、長方形のリブとして構成され、比較的細いが、長くて奥行きがある。リブ状半径方向スポークＲＡＳは、特に高いアスペクト比を有している。これらのスポークは極めて細く構成され、運行時に軽量構造リムＬＦが十分な強度と安定性を維持できるだけの奥行きを有している。半径方向スポークＲＡＳの奥行きは、例えばリムベースＦＢの幅の六分の一の範囲にある。
【００１６】
半径方向スポークＲＡＳは、同心的な複数環状スポークＲＩＳと交差している。環状スポークＲＩＳは、周方向に閉じられており、互いに一定の半径方向間隔をおいて配置されている。選択した実施例では、１６個の半径方向スポークＲＡＳが６個の環状スポークＲＩＳと交差している。これにより、高い安定性を有する細かい目の格子が形成されている。環状スポークは、半径方向スポークＲＡＳよりアスペクト比が小さく、主として半径方向スポークＲＡＳの補剛に役立っている。軽量構造リムＬＦの前面から見て統一的な像が得られるように、環状スポークＲＩＳは、リムベースＦＢの前側に配置され、その前縁が半径方向スポークＲＡＳの前縁と整合するようになっている。
【００１７】
主荷重は半径方向スポークＲＡＳによって支持される。しかし、すべての半径方向スポークＲＡＳが中心穴ＺＢまで達している必要はない。リムベースＦＢの区域に最大剛度が得られれば十分であり、このため、選択した実施例では、半径方向スポークＲＡＳは、１個おきにリムベースＦＢから第２環状スポークＲＩＳまで延びているだけである。これにより、リムが付加的に極めて均整の取れた印象を与えるものとなる。この印象は、リムベースＦＢの側で半径方向スポークＲＡＳの間が丸みＡＢを有するように構成されていることで、更に助成される。更に、リム体ＦＫの車軸取り付け区域には、同心的な円板ＫＰが形成されており、半径方向スポークＲＡＳは、この円板まで達しており、格子模様が調和的に完結している。同心的な円板ＫＰは、ホイールボルトのボルト穴ＢＯを備え、軽量構造リムＬＦの、荷重を受ける車軸区域の高い安定性を保証している。
【００１８】
図２及び図３は、それぞれ、図１の軽量構造リムＬＦを、一部を除去して背方から見た部分図と、側方から見た図である。符号は、図１と同様である。図２からは、半径方向スポークＲＡＳと環状スポークＲＩＳとが、リムベースＦＢの前側にのみ配置されていることが分かる。また、半径方向スポークＲＡＳのアスペクト比が、環状スポークＲＩＳのそれよりも高い値であることも分かる。図３からは、リムベースＦＢの安定的な特徴と、環状スポークＲＩＳのリブ状の特徴とが、はっきりと看取できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一部を切り取って示すリムの前面図。
【図２】一部を切り取って示すリムの斜視背面図。
【図３】リムの斜視側面図。
【符号の説明】
【００２０】
ＡＢ  丸み
ＢＯ  ボルト穴
ＦＢ  リムベース
ＦＫ  リム体
ＫＰ  円板
ＬＦ  軽量構造リム
ＲＡＳ  半径方向スポーク
ＲＩＳ  環状スポーク
ＳＡ  スポーク構造
ＺＢ  中心穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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