(57)【要約】  本発明は、自転車に使用する車輪（１）であって、車輪（１）を自転車に取り付け可能とするハブ（４）と、タイヤ（６）を取り付け可能とするリム（２）と、ハブ（４）とリム（２）との間に延伸する複数のスポーク（３）を備え、リム（２）または１つ以上のスポークは、少なくとも一部が波形構造を有する前縁又は後縁の縁部を有している。
2014507326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車に使用する車輪であって、
前記車輪を自転車に取り付け可能にするハブと、
タイヤを取り付け可能にするリムと、
前記ハブと前記リムとの間に延伸する複数のスポークとを備え、
前記リム又は１つ以上の前記スポークは、少なくとも一部が波形構造を有する、前縁又は後縁の縁部を有することを特徴とする車輪。
【請求項２】
前記波形構造は滑らかな形状であることを特徴とする請求項１に記載の車輪。
【請求項３】
前記波形構造は、前記波形構造の山部と谷部との間の移行部に角を有さないことを特徴とする請求項２に記載の車輪。
【請求項４】
前記波形構造は、前記縁部の全長に沿って配置されており、
前記縁部は、断続的に波形であるか、継続的に波形であるかのいずれかであることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の車輪。
【請求項５】
前記リムは、波形構造を有する径方向内端を有することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の車輪。
【請求項６】
前記径方向内端は、継続的に波形であることを特徴とする請求項５に記載の車輪。
【請求項７】
前記径方向内端は、一連の交互に配置された凹部領域および凸部領域を備えており、前記凹部領域および前記凸部領域は互いに隣接していることを特徴とする請求項６に記載の車輪。
【請求項８】
前記リムの前記径方向内端に沿って少なくとも３対の山部と谷部が設けられていることを特徴とする請求項５から７の何れか一項に記載の車輪。
【請求項９】
前記径方向内端は、同じ高さを有するか、または２つ以上の異なる高さを交互にとるかする、規則的な配置の波形を有することを特徴とする請求項５から８の何れか一項に記載の車輪。
【請求項１０】
前記波形の山部と谷部との間の径方向の高さの差は、少なくとも５ｍｍであることを特徴とする請求項９に記載の車輪。
【請求項１１】
前記１つ以上のスポークは、前縁及び後縁の少なくとも一方の縁部に波形構造を有することを特徴とする請求項５から１０の何れか一項に記載の車輪。
【請求項１２】
前記リムの側面は、当該側面の丸みのある内側部分が前記径方向内端を構成するように構成されていることを特徴とする請求項５から１１の何れか一項に記載の車輪。
【請求項１３】
前記側面の断面の外形は、前記リムの前記径方向内端において、少なくとも５ｍｍの半径を有することを特徴とする請求項１２に記載の車輪。
【請求項１４】
前記１つ以上のスポークは、少なくとも一部が波形構造を有する、前縁又は後縁の縁部を有することを特徴とする請求項１から１３の何れか一項に記載の車輪。
【請求項１５】
前記１つ以上のスポークは、前記リムの環状基部に対する径方向を高さとして、２つ以上の異なる高さを交互にとる規則的な配置の波形を有することを特徴とする請求項１４に記載の車輪。
【請求項１６】
前記波形の山部と谷部との間の径方向の高さの差は、少なくとも５ｍｍであることを特徴とする請求項１５に記載の車輪。
【請求項１７】
前記１つ以上のスポークは、前端及び後端の両方を有しており、前記前縁及び前記後縁の両方の少なくとも一部が波形構造を有することを特徴とする請求項１から１６の何れか一項に記載の車輪。
【請求項１８】
前記１つ以上のスポークは、実質的に卵型あるいは楕円の断面を有することを特徴とする請求項１４から１７の何れか一項に記載の車輪。
【請求項１９】
自転車に使用される車輪であって、
前記車輪を自転車に取り付け可能にするハブと、
リムと、
前記ハブと前記リムとの間に延伸する複数のスポークとを備え、
前記リムは、環状の基部と、各前記スポークのために前記基部から突出する支持部とを有し、
少なくとも前記支持部の端部は、少なくとも車輪平面において、前記スポークが取り付けられる頂点へ向けて幅が次第に減少することを特徴とする車輪。
【請求項２０】
前記支持部は、当該支持部が前記基部よりも突出する距離を高さとして、当該支持部の底部における幅の少なくとも１０％の高さを有することを特徴とする請求項１９に記載の車輪。
【請求項２１】
前記支持部は、前記基部に対し少なくとも５ｍｍ突出していることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の車輪。
【請求項２２】
前記車輪平面における前記支持部の幅は、少なくとも前記頂点の領域において、一定の割合で減少しており、
前記車輪平面における前記支持部の形状は、少なくとも前記頂点の領域において、全体的に三角形又は台形であることを特徴とする請求項１９から２１の何れか一項に記載の車輪。
【請求項２３】
前記車輪平面における前記支持部の幅は、ある低下率で減少しており、
前記支持部は、前記車輪平面において、前記頂点の両側に凹部形状を有することを特徴とする請求項１９から２１の何れか一項に記載の車輪。
【請求項２４】
各前記スポークに対する前記支持部の幅は、当該スポークの長手軸に配置される他の平面において次第に減少しており、
前記支持部の形状は、全体的に円錐形状であることを特徴とする請求項１９から２３の何れか一項に記載の車輪。
【請求項２５】
前記支持部は、前記スポークの長手軸に垂直な平面における断面が全体的に楕円形であることを特徴とする請求項２４に記載の車輪。
【請求項２６】
前記支持部の形状は、少なくとも前記車輪平面において滑らかであることを特徴とする請求項１９から２５の何れか一項に記載の車輪。
【請求項２７】
前記支持部の幅は、少なくとも前記車輪平面において、前記基部と前記スポークが取り付けられる前記頂点の間で連続的に減少していることを特徴とする請求項１９から２６の何れか一項に記載の車輪。
【請求項２８】
前記支持部の表面と当該支持部に隣接する前記スポークの表面との間には、実質的に滑らかな移行部があることを特徴とする請求項１９から２７の何れか一項に記載の車輪。
【請求項２９】
前記支持部と前記スポークとの間には、実質的に肩部がないことを特徴とする請求項２８に記載の車輪。
【請求項３０】
前記支持部は、前記支持部の中央軸に配置された１つの前記スポークを有していることを特徴とする請求項１９から２９の何れか一項に記載の車輪。
【請求項３１】
前記支持部は、少なくとも前記車輪平面において、前記スポークの長手軸について対称であることを特徴とする請求項１９から３０の何れか一項に記載の車輪。
【請求項３２】
前記リム又は１つ以上の前記スポークは、少なくとも一部が波形形状を有する前縁又は後縁の縁部を有することを特徴とする請求項１９から３１の何れか一項に記載の車輪。
【請求項３３】
請求項１から３２の何れかに記載の車輪を少なくとも１つ有することを特徴とする自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車の車輪に関し、特に改良されたリム構造を有する自転車の車輪に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自転車の車輪のリムは、例えば金属のなどの材料を真っ直ぐに押し出して切断し、その切断した部分を輪の形状に曲げ、その端部を接着、溶接又は他の方法で結合することにより製造される。あるいは、車輪のリムは炭素繊維強化プラスチックのような複合材料から形成され得る。その様なリムは直接、輪の形状に形成されるため、上記の曲げ工程は必要とされない。上記の両方の構成において、リムはその周囲の全ての箇所において一定の深さを有する。スポークは、車輪のリムの径方向内面における様々な箇所に結合される。あるいは、自転車のリム及びスポークは複合材料から一体に形成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の自転車のリムは、使用時における空気力学の問題を抱えている。例えば、自転車のリムの従来のデザインでは、車輪を大きく引きずることなり、自転車の速度を減速している。さらに、周囲空気の移動、すなわち、自転車が移動する一般的な方向に関するゼロではない偏揺れ角での移動は、車輪にかかる横方向の合成力を引き起こす。もしこの合成力がハブの前方又は後方の位置に与えられた場合、この力は車輪の中央にモーメントを生成する。これが前輪である場合、車輪が望ましい進路から外れるように操舵されてしまうだろう。乗り手はこれに対抗するため操縦力を加えなければならない。車輪にこのような力が作用する位置は、圧力中心として知られている。特に、圧力中心は、車輪平面における垂直軸及び水平軸についてのモーメントがゼロ（即ち、偏揺れがゼロであり、かつ回転がゼロである）の箇所として規定される。偏揺れがゼロの場合には横力が事実上ゼロであるため、圧力中心は適用されない。
【０００４】
本発明は、従来技術における上述の欠点及び他の欠点の少なくとも１つを克服するか、または実質的に緩和する、新規な自転車の車輪についてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、リムの前縁及び後縁の少なくとも一方の縁部、及び、１つ以上のスポークの少なくとも一方が、波形構造であることにより、使用時に空気力学的利点を得られる。
【０００６】
よって、本発明の第１の態様によれば、自転車に使用する車輪であって、車輪を自転車に取り付け可能とするハブと、タイヤを取り付け可能とするリムと、ハブとリムとの間に延伸する複数のスポークを備え、リム及び１つ以上のスポークの少なくとも一方は、少なくとも一部が波形構造を有する、前縁及び後縁の少なくとも一方の縁部を有する車輪が提供される。
【０００７】
いくつかの態様では、リムは、少なくとも一部が波形構造を有する径方向内端を有する。
【０００８】
波形構造を有するリムを有する車輪に１５ｍ／ｓで抗力を付与したものと、波形でない従来のリムを有する車輪に同様の抗力を付与したものとを比較するために、計算流体力学（ＣＦＤ）分析を行った。１５ｍ／ｓの速度を選んだ理由は、高レベルの自転車の乗り手により達成されるレース速度に近いからである。結果は、波形のリムを有する車輪の場合、偏揺れ角の範囲において抗力が減少することが示された。
【０００９】
波形構造は滑らかな形状であってもよい。例えば、波形構造は、波形構造の山部と谷部との間の移行部に角を実質的に有さないか、角を完全に有していなくてもよい。波形構造は、縁部の全長に沿って配置されてもよく、その結果、縁部は断続的に波形であるか、最も好ましくは継続的に波形であるかのどちらかである。波形構造の山部と谷部とは、規則的な間隔か、又は不規則な間隔をおいて配置されてもよい。
【００１０】
波形構造を有する径方向内端は、好ましくは波形構造の山部と谷部との間で変化する径方向の距離を有する。径方向内端は継続的に波形であってもよい。このような構造において、径方向内端は、一連の交互に配置された凹部領域および凸部領域を備えており、凹部領域および凸部領域は互いに隣接していてもよい。本願の好ましい態様において、波形構造の各山部は、車輪平面において凸形の外形を有する。リムの径方向内端に沿って少なくとも３対の山部と谷部とが設けられていてもよく、より好ましくは１２本、最も好ましくは少なくとも２４本設けられていてもよい。
【００１１】
径方向内端は、リムの環状基部に対する径方向の高さを高さとして、同じ高さを有するか、或いは２つ以上の異なる高さを交互にとる規則的な配置の波形を有してもよい。波形の山部と谷部との間の径方向の高さの差は、好ましくは少なくとも５ｍｍ、より好ましくは少なくとも１０ｍｍ、最も好ましくは少なくとも２０ｍｍである。
【００１２】
１つ以上のスポークはまた、前縁及び後縁の少なくとも一方の縁部に波形構造を有してもよい。この波形構造は、好ましくはリムの径方向内端に関連する上述の特徴を有する。
【００１３】
他の態様において、１つ以上のスポークは、少なくとも一部が波形構造を有する前縁及び後縁の少なくとも一方の縁部を有してもよい。この構造は、リムの径方向内端の波形構造に対して、追加として、あるいは代替として使用されてもよい。
【００１４】
これらの態様において、波形構造は滑らかな形状であってもよい。例えば、波形構造は、波形構造の山部と谷部との間の移行部に角を実質的に有していないか、角を完全に有していなくてもよい。波形構造は縁部の全長に沿って配置されてもよく、その結果、縁部は断続的に波形であるか、最も好ましくは継続的に波形であるかのどちらかである。波形構造の山部と谷部とは規則的な間隔か、又は不規則な間隔で配置されてもよい。
【００１５】
１つ以上のスポークは、リムの環状基部に対する径方向を高さとして、同じ高さを有するか、或いは２つ以上の異なる高さを交互にとる規則的な配置の波形を有してもよい。波形の山と谷の間の径方向の高さの差は好ましくは少なくとも５ｍｍ、より好ましくは少なくとも１０ｍｍ、最も好ましくは少なくとも２０ｍｍである。
【００１６】
好ましくは、１つ以上のスポークは、前縁部及び後縁部の両方を含み、前縁部及び後縁部の両方の少なくとも一部は波形構造を有する。好ましい態様では、１つ以上のスポークは実質的に卵型あるいは楕円の断面を有する。
【００１７】
リムは、好ましくは、リムの径方向内端で互いに接触する複数の側面を有する。側面は、好ましくは滑らかな形状を有し、最も好ましくは全体に凸面形状をしている。特に、複数の側面は、リムの基部から側方外側に湾曲し、側方内側に湾曲し、その後リムの径方向内端で互いに接触してもよい。車輪平面におけるリムの深さの少なくとも一部、好ましくは大部分に対するリムの側端間の分離は、リムに取り付けられるタイヤの側端間の分離より大きくともよい。
【００１８】
波形構造を有するリムの径方向内端は、好ましくはリムの側端から内側に離間しており、全体がリムの側端の間の中央に、即ち実質的に中央の車輪平面に配置されていてもよい。いくつかの態様では、特に後輪において、不均一な「ディッシング」に起因してスポークによりかかる不均一な張力に対抗するために、リムの径方向内端は中央の車輪平面からずれていてもよい。径方向内端は、好ましくは車輪平面に垂直な平面において滑らかな凸状曲線を形成するように湾曲している。側面は、好ましくは当該側面の丸みのある内側部分が径方向内端を構成するように構成されている。好ましくは、リムの径方向内端における側面の断面の外形は、少なくとも５ｍｍ、最も好ましくは少なくとも１０ｍｍの半径を有する。
【００１９】
この丸みのある径方向内端の構造を含み、本発明の波形を有する車輪と有さない車輪とについて、異なる偏揺れ角において圧力中心の位置を比較するＣＦＤ分析を行った。分析によれば、０°、５°、１０°、１５°及び２０°の偏揺れ角において、波形構造のリムを有する車輪では、波形でない従来のリムを有する車輪よりも、圧力中心がハブに近くなることが明らかになった。よって、波形構造のリムを有する車輪は、従来のリムを有する車輪より、前輪の向きを変えさせるほどに大きい力を受けることがない。これは乗り手が、この力の効果に対抗するほど大きな操縦力を加える必要がないことを意味する。
【００２０】
波形構造は滑らかな形状であり、リムの径方向内端は、交互に配置され、互いに隣接している一連の凹部領域および凸部領域を備えていてもよい。ただし、リムが環状の基部と、少なくとも車輪平面において少なくとも端部が次第に幅を減少させる複数の突出部と、スポークが取り付けられる角度のある頂点とを有する構造によっても、空気力学的利点が提供されることが分かった。特に、このような構造において、リムの径方向端部は、車輪平面において、互いに隣接し角のある頂点により分離される一連の凹部領域を備えていてもよい。
【００２１】
この突出部の構造は、少なくとも突出部のいくつかが車輪のスポークの支持部として機能する時、利点を提供することが分かった。特に、各スポークの支持部は、スポークが取り付けられる場所においてリムにかかる応力を減らす。それゆえ、少なくとも突出部のいくつかは、好ましくは車輪のスポークの支持部を構成する。
【００２２】
本発明のさらなる態様によれば、自転車に使用される車輪であって、車輪を自転車に取り付け可能にするハブと、リムと、ハブとリムとの間に延伸する複数のスポークとを備え、リムは環状の基部と、各スポークのために基部から突出する支持部とを有し、少なくとも各支持部の端部は、少なくとも車輪平面において、スポークが取り付けられる頂点へ向けて幅が次第に減少している車輪が提供される。
【００２３】
各スポークの支持部は、典型的には基部から径方向内側に突出しており、その他、スポークが例えば交差するパターンのようにハブの両側で結合されている場合には、ほぼ径方向に突出してもよい。
【００２４】
本発明のこの態様による車輪は、各スポークの支持部が、スポークが取り付けられる場所においてリムにかかる応力を減少させるため、基本的に利点がある。これは従来の車輪と同じ強度を有する車輪を製造するために、少量の材料又はより軽い材料を使用することができ、よって車輪の重量を減らすことができ、また、おそらく製造コストも減らすことができることを意味する。あるいは、車輪は従来の車輪と同じ重量を有するが、重量に対して強度がより強くなるように製造することができる。
【００２５】
各スポークの支持部は、好ましくは、一定の径方向位置を有する面、即ち均一な径方向面に取り付けられるスポークに関して、リムの材料の応力の集中を減らす形状となる。各支持部は、高さ、即ち支持部が基部に対して突出する距離が、支持部の底部における幅に対して、好ましくは少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２０％、最も好ましくは少なくとも２５％である。各支持部は基部に対し少なくとも５ｍｍ、より好ましくは少なくとも１０ｍｍ、最も好ましくは少なくとも２０ｍｍ突出している。
【００２６】
車輪平面における支持部の幅は、少なくとも頂点の領域において一定の割合で減少してもよい。よって車輪平面における支持部の形状は、少なくとも頂点の領域において、全体的に三角形又は台形である。あるいは、支持部の幅は車輪平面においてある増加率で減少してもよい。特に、支持部は、車輪平面において頂点の両側で凸形状を有してもよく、即ち全体的にドーム型であってもよい。しかし、本願の好ましい態様において、支持部の幅は、車輪平面においてある減少率で減少している。特に、支持部は、車輪平面において、頂点の両側に向かって凹部形状を有してもよい。
【００２７】
各スポークの支持部は、スポークの長手軸に配置される他の平面において幅が次第に減少してもよい。よって各スポークの支持部の形状は全体的に円錐形状である。支持部は、典型的にはスポークの長手軸に配置される他の平面において、車輪平面におけるものよりも、広い幅を有すると考えられる。よって、スポークは、長手軸に垂直な平面において、全体的に楕円形である断面を有してもよい。
【００２８】
支持部の形状は、好ましくは少なくとも車輪平面において滑らかである。支持部は、少なくとも車輪平面において、基部とスポークが取り付けられる頂点との間で連続的に幅が減少していてもよい。特に、支持部の径方向内面は、好ましくは、基部とスポークが取り付けられる頂点との間の全ての位置において、スポークの長手軸に対して９０°以上の角度である。
【００２９】
各支持部の基部の幅は、リムにおけるスポークの間の分離距離にほぼ等しくてもよく、その結果、支持部は互いに隣接して配置される。あるいは、各支持部の基部の幅は、リムにおけるスポークの間の分離距離より小さくてもよく、その結果、リムの基部か他の構造の何れかが、リムの径方向内面に隣接するスポークの支持部の間に介在する。
【００３０】
リムは、以下により詳細に論じるように、空気力学的利点を提供するようになされた支持部の間に介在する補助的な構造を含んでいてもよい。このような構造は、支持部と同様の構造を有する突出部を有する。しかし、最も好ましくは、このような構造は、車輪平面において凸形状を有しており、好ましくは全体的にドーム型であり、例えばスポークの長手軸に垂直な平面の断面が全体的に楕円形状である。
【００３１】
各支持部の頂点は、好ましくは、スポークが結合されるか、または一体に形成されるかする端部表面を有する。スポークがリムと別体の要素である場合には、支持部の頂点は好ましくはスポークの端部に固定される。あるいは、スポークはリムと同じ要素の一部として形成されてもよく、よってリムと一体に形成されてもよい。
【００３２】
本願の好ましい態様において、支持部の面と隣接するスポークの面との間には、実質的に滑らかな移行部があり、その結果、例えば支持部とスポークの間に実質的に肩部が存在しない。これは、最も好ましくは、リムとスポークとを、例えば複合材料の成形により一体的に形成することにより達成される。しかし、いくつかの態様では、小さな肩部が存在してもよい。肩部はスポークから好ましくは１５ｍｍ未満であり、より好ましくは約１０ｍｍ以下であり、最も好ましくは約８ｍｍ以下である。これらの態様において、スポークと肩部との間の支持部に構成される端部表面は、支持部の底部、即ちリムの環状の基部との界面の断面積の５０％未満である。端部表面の面積は、より好ましくは支持部の底部の３０％未満であり、最も好ましくは２０％未満である。
【００３３】
スポークがリムに固定される別体の要素である場合、スポークは、好ましくは対応する支持部に適切な固定具により取り付けられる。固定具は、組立の際、スポークに張力を加えるようになされてもよい。従来の固定具は、リムの壁の開口を通って延伸し、その細長い頭部がリムの壁の径方向外側に配置され、ねじ式の結合具が、スポークが結合されるリムの壁の径方向内側に配置される。このタイプの固定具が使用される場合、支持部の頂点は、上述のとおり、固定具が取り付けられる開口を含んでいてもよい。このような構造において、支持部の面と隣接するスポークの面との間には、実質的に滑らかな移行部があり、その結果、例えば支持部とスポークとの間に実質的に肩部がないように構成することも好ましい。
【００３４】
スポークをリムに固定する他の構造では、スポークが、リムの壁内の開口を通って延伸し、かつ、リムの壁の径方向外側に配置される広がった頭部を有していてもよい。さらなる代替例は、スポークがリムに接着剤で接着されてもよい。
【００３５】
各支持部は、好ましくは、支持部の中央軸に配置されるか、概略的に配置された１つのスポークを有する。特に、スポークは、支持部の端部表面の中心から延伸してもよい。他の構造では、各支持部は２本のスポークを支持しており、２本のスポークは好ましくはそれぞれ反対側のハブに結合される。支持部は、好ましくは少なくとも車輪平面において対称であり、最も好ましくはスポークの長手軸について対称である。あるいは、支持部は、車輪平面について非対称であり、特に片側においてずれることも可能である。これは、車輪のスポークが車輪の一方の側で他方の側に比べて不均一な張力を必要とする応用において有用であり、あるいは、この構造により他の利点がもたらされる場合において有用である。
【００３６】
リムの環状の基部は、好ましくは一定の径方向の高さを有しており、このとき支持部又は他の構造が、突出するリムの最小の径方向の高さを表している。環状の基部の径方向の高さは、当該基部に対する支持部の径方向の高さよりも大きくてもよい。
【００３７】
ハブは、自転車のフレームに回転可能に取り付けられるようになされた従来の形状を有していてもよい。典型的に、ハブは、フレームに回転可能に取り付けられる車輪の両側の突出部を構成すると考えられる。例えば、ハブは、フレームの対応する開口に回転可能に収容される車輪の両側に配置された円筒状の突出部を備えていてもよい。スポークは、適切な固定構造によりハブに結合されるか、又は、ハブと一体に形成されていてもよい。通常、ハブは、スポークの固定具が配置される開口形状を有する、スポークとの結合のための結合箇所を構成する。いくつかの態様において、ハブは実質的に円筒形状を有する中央部材を有する。中央部材は、スポークが結合される隆起したフランジを有していてもよい。
【００３８】
リムは、タイヤを保持するよう構成された径方向外面を構成してもよい。径方向外面は、典型的に、全体にＵ又はＶ型の断面を有する、タイヤを収容するよう構成された外周溝を構成する。外周溝は、径方向外面の両側の端部から突出する管状の支持フランジにより構成されてもよい。リムは、金属、あるいは成形の複合材料から形成されても良い。
【００３９】
スポークは、好ましくは細長い形状であり、車輪が取り付けられことが想定される自転車の性質のために、ハブとリムとの間の適切な結合を提供するように配置される。スポークは、金属、プラスチック又は複合材料から形成されてもよく、棒形状、刃形状、又は空気力学的断面の形状を有していてもよい。
【００４０】
車輪は、典型的に３本以上のスポークを有し、例えば１２本、１６本以上といったスポークを有することが想定される。１２本以上のスポークが設けられた場合、スポークは、好ましくは一方の端部が車輪のハブに、他方の端部が支持部に取り付けられる別個の要素である。典型的に、スポークは、金属、複合材料又は他の適切な材料によって別個に形成又は成形され、接着、溶接又はリベット留めによりリム及びハブに組み合わされるか、あるいは他の複数の方法の使用又はそれらの組み合わせによりリム及びハブに連結されるかして、１つのピース構造を形成する。しかし、特に自転車がタイムトライアルレースを目的とする場合、車輪は１２本のスポークより少なくてもよく、例えば３本、４本、５本又は６本のスポークでもよい。このような構造において、スポークは、好ましくは、例えば複合材料の成形などにより、車輪のハブ及びリムと一体に形成される。
【００４１】
重量を減らすため、リムは典型的には中空であり、側壁を結合する径方向の内側壁及び外側壁と、それらの間に構成されるチャンバを有する。いくつかの態様において、リムは、ポリマー発泡体のような強化コア材料、バルサのような木材、又は他の内部が強化されたコア材料を含んでいてもよい。車輪は、好ましくはリムの径方向外面に取り付けられるタイヤを含む。タイヤは典型的に膨張式であり、収縮した際リムから取り外し可能である。本発明はレース用自転車及びレジャー用自転車を含む、幅広い種類の自転車の使用に適する。
【００４２】
本発明のさらなる態様によれば、上記の少なくとも一つの車輪を有する自転車が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態による車輪の側面図である。
【図２】図１の車輪の正面図である。
【図３】図１及び図２の車輪の斜視図である。
【図４】図１から図３の車輪のリムの断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による車輪の側面図である。
【図６】図５の車輪の正面図である。
【図７】図５及び図６の車輪の斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態による車輪の斜視図である。
【図９】本発明の第４実施形態による車輪の側面図である。
【図１０】図９の車輪の正面図である。
【図１１】図９及び図１０の車輪の斜視図である。
【図１２】ＣＦＤ分析を行った２つの従来の車輪及び２つの本発明による車輪を示す側面図である。
【図１３】図１２に示す各車輪のリムの断面形状の外形を示す図である。
【図１４】図１２及び図１３に示す車輪のＣＦＤ分析データを示す図である。
【図１５】偏揺れ角の範囲に亘る抗力に関する図１４のＣＦＤ分析データを示す図である。
【図１６】偏揺れ角の範囲に亘る圧力中心の位置に関する図１４のＣＦＤ分析データを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明の実施形態について、図面を参照してより詳細に説明する。図１は、自転車の車輪１の全体を示している。車輪１は環状のリム２、細長いスポーク３及び中央のハブ４を有する。
【００４５】
リム２は円形の輪の形状を有する。リム２は径方向内面５及び径方向外面と、側面７、８を有する。径方向内面５はリム２の内周面を構成しており、即ち径方向内面５は中央のハブ４に向かって内側に対向している。径方向外面はリム２の外周面を構成しており、即ち径方向外面は中央のハブ４から離れる方向の外側に対向している。
【００４６】
リム２の側面７、８は、図４に示すように、車輪１が位置する平面について対称である。特に、側面７、８のそれぞれは、車輪１が位置する平面に垂直な平面において湾曲しており、全体に凸面形状をしている。側面７、８は、リム２の内表面の箇所、特にリムの径方向内端において接触する。側面７、８は、リムの基部から側方外側に湾曲し、側方内側に湾曲し、その後リムの径方向内端で接触する。側面は滑らかな形状を有する。
【００４７】
実質的にＶ形状の環状溝がリム２の外周に設けられ、環状溝内にタイヤ６が収容される。
【００４８】
ハブ４は細長いシリンダ１３を備える。２つのフランジ１４がシリンダ１３に設けられ、それぞれがシリンダ１３の端部近くに位置する。各スポーク３は、フランジ１４の外方に対向する面の結合位置においてフランジ１４の一つと結合する。これらの結合位置はフランジ１４の周りで一定の間隔で離間している。その結合構造は、スポーク３に設けられた対応する結合構造に結合するのに適当な位置に設けられる。スポーク３は細長い金属の棒である。図１から図３に示された実施形態では、全部で１２本のスポークが使用される。６本のスポークが一方のフランジ１４に結合され、６本のスポークが他方のフランジ１４に、交互の配列で結合される。
【００４９】
上述の通り、フランジ１４はシリンダ１３の端部ではないが、端部近くに配置される。これはシリンダ１３の端部１５が車輪１から突出しており、車輪１を自転車のフレームに回転可能に取り付けるようになされていることを意味する。
【００５０】
リム２の内面５は複数の高位部を有する。これらは支持高位部９を含み、支持高位部９は各スポークが内面５と結合する領域に配置される。各支持高位部９はスポーク３に結合される。高位部はまた補助高位部１０を有し、補助高位部１０は支持高位部の間に配置される。支持高位部９及び補助高位部１０の両方は全体としてドーム型の構造である。支持高位部９及び補助高位部１０は、共にリム１０２の規則的な波形の内面を提供する。図１に示すように車輪１を側面から見ると、支持高位部９は補助高位部１０に対してわずかに高くなっていることが分かる。
【００５１】
本発明の第２実施形態が図５から図７に示されている。図５から図７は車輪２０１の全体を示している。図５は、リム２０２とハブ２０４とを有する自転車の車輪２０１を示す。リム２０２は、径方向内面２０５及び径方向外面２０６と、側面２０７、２０８とを有する。第１実施形態と同様に、径方向内面２０５はリム２０２の内周面を構成しており、即ち径方向内面２０５は中央のハブ２０４に対向している。径方向外面２０６はリムの外周面を構成しており、即ち径方向外面２０６はハブ２０４から離れる方向の外側に対向している。
【００５２】
第１実施形態と同様に、側面２０７、２０８は車輪２０１が位置する平面について対称である。側面２０７、２０８は車輪２０１が位置する平面に垂直な平面において湾曲しており、その結果、側面２０７、２０８はリム２０２の径方向内面２０５の環状端において互いに接触する。
【００５３】
図５から図７の例では、４本の幅のあるスポーク２１６が使用されている。スポーク２１６はリム２０２の径方向内面２０５とハブ２０４とを結合する。スポーク２１６は径方向内面２０５の長さに沿って、等間隔の配置で径方向内面２０５に結合される。
【００５４】
径方向内面２０５がスポーク２０３に結合する箇所の間である径方向内面２０５の部分には、等間隔に配置された凹部２１０が定義される。これらの凹部２１０は一連の波形を形成し、その結果、車輪を図５のように側面から見た場合、高位部２１１と凹部２１０とが連続した形状が見られる。図５に見られるように、高位部の高さは、内面の長さに沿って２つのわずかに異なる値を交互にとる。第１実施形態に関して説明したように、リム２０２の規則的な波形の内面は、空気力学的な利点を提供することが分かっている。
【００５５】
図５から図７に示されたハブ２０４は、扁平の円形ディスク、即ちディスクの厚さが周辺部より中央部で大きい円形ディスクを備える。ハブ２０４はディスクの周囲の環状端で接触する湾曲した側面を有し、ディスクに葉巻形の断面を与える。ハブ２０４はさらにハブ２０４の側面から外側に突出する中央のシャフト２１８を有する。シャフト２１８は、例えば自転車のフレーム内の対応する開口内に収容されることにより、フレームに回転可能に取り付けられるようになされる。
【００５６】
スポーク２１６は、ディスクの周囲を中心に等間隔に離れた箇所においてハブ２０４と結合される。
【００５７】
本発明の第４実施形態に係る車輪３０１の全体を図８に示している。本実施形態は、波形３１９がスポーク３１６にも設けられている点で、図５から図７に示す実施形態と異なる。特に、波形３１９は、車輪３０１の平面に位置するスポーク３１６の長い端部に形成されている。スポーク３１６の波形の表面もまた、空気力学的利点を提供することが分かっている。
【００５８】
本発明のさらに他の実施形態による車輪１０１の全体が図９から図１１に示されている。
【００５９】
リム１０２の内面は、リムの長さに沿って規則的な間隔で配置された凹部１１０を有する。凹部１１０の存在は、内面１０５が、各々が角度のある頂点を有する複数の支持高位部１１１を有することを意味する。本実施形態の支持高位部１１１の形状は、図３に示す支持高位部９、補助高位部１０の形状より急勾配になっている。
【００６０】
その様な支持高位部１１１は各凹部１１０のどちらかの側に配置される。よって支持高位部１１１は、リム１０２の内面１０５の長さに沿って規則的な間隔で離間している。図９に示すように車輪１０１を側面から見た場合、各凹部１１０は、ハブ１０４を通って２つの隣接する支持高位部１１１を二等分する線について対称である。
【００６１】
この実施形態において、リム１０２の凹部１１０は第１実施形態のものより深い。加えて、支持高位部１１１は滑らかに湾曲しておらず、角度のある頂点を有する。さらに、リムの内周の各支持高位部１１１はスポーク１０３に結合される。
【００６２】
この実施形態において、支持高位部１１１は、スポーク１０３が取り付けられる箇所において、リム１０２にかかる応力を減らすという利点を提供する。
【００６３】
各スポーク１０３は、１つのフランジ１４を一つの支持高位部１１の頂点に結合する。結合構造は各支持高位部１１の頂点に設けられる。この結合構造は、スポーク３に設けられた対応する結合構造に結合するようになされている。図９から図１１に示す例において、各支持高位部１１１は、隣接する支持高位部１１１が結合するものとは反対側のフランジ１１４に結合される。
【００６４】
使用時、フレーム及び乗り手の重量は、自転車の各車輪１０１のハブ１０４にかかる。このことは、車輪１０１に、特にスポーク１０３がリム１０３の内面１０５に結合している箇所の近くであるリム１０２の領域に、応力を与える。本発明の車輪の構造によれば、この領域にかかる応力は、その様な構造を有していない、車輪１０１の対応する領域にかかる応力よりも少ない。
【００６５】
各スポーク１０３の支持高位部１１１は、スポーク１０３が取り付けられる箇所でリム１０２にかかる応力を減らす。これは少量の材料又はより軽い材料を用いて従来の車輪と同じ強度を有する車輪を製造することを可能にし、結果として車輪の重量を減らし、また製造コストも減らすことを意味する。あるいは、従来の車輪と同じ重量で車輪を製造可能であるが、その強度がより強くなる。
【００６６】
図１２は、２つの従来の車輪と、２つの本発明による車輪との側面図を示しており、これらに対してＣＦＤ分析を行った。車輪（ａ）及び（ｄ）は、従来の、波形ではないリムを有する。車輪（ｃ）は、実質的に図１から図４に示す本発明の実施形態と同じ構造を有する。車輪（ｂ）は、実質的に図９から図１１に示す本発明の実施形態と同じ構造を有する。各リムの断面形状の外形が図１３に示される。車輪（ａ）及び（ｃ）の外形は、車輪（ｂ）及び（ｃ）に関して、径方向に延伸する大部分においてより厚さがあり、径方向の内端がより曲線形となっている。ただし、車輪（ａ）から（ｄ）のそれぞれは同じ数のスポークと同じハブ構造とを有する。さらに、車輪（ａ）から（ｄ）に存在する全てのスポークは同じ断面を有する。これは車輪間のＣＦＤ分析の結果の相違は、異なるスポーク又はハブ構造ではなく、異なるリム構造により引き起こされることを確実にする。
【００６７】
これらの車輪に対して、計算流体力学（ＣＦＤ）分析を、速度１５ｍ／ｓ、偏揺れ角０°、５°、１０°、１５°及び２０°で実施した。それぞれの偏揺れ角における各車輪の揚力、抗力、横力、トルク及び圧力中心を図１４に示す。
【００６８】
図１５は、実施された偏揺れ角の範囲に亘る抗力に関する図１４のＣＦＤ分析データを示している。車輪（ａ）及び（ｃ）は、同じ断面形状を有し、唯一の違いは車輪（ｃ）の径方向内端の波形構造である。ＣＦＤデータによれば、テストされた全ての偏揺れ角において、波形構造である車輪（ｃ）は波形でない従来の構造の車輪（ａ）より抗力が小さいことが明らかである。同様に、車輪（ｂ）及び（ｄ）は同じ断面形状を有し、唯一の違いは車輪（ｂ）の径方向内端の波形構造である。ＣＦＤデータによれば、少なくとも０°から１０°の偏揺れ角において、波形構造の車輪（ｂ）では、波形でない従来の構造の車輪（ｄ）よりも抗力が小さいことが明らかである。ＣＦＤデータによれば、また、より湾曲した波形構造である径方向内端を有する車輪（ｃ）によって、最小の抗力が達成されることが明らかである。
【００６９】
図１６は、偏揺れ角の範囲に亘る圧力中心の位置に関する図１４のＣＦＤ分析データを示している。典型的に、圧力中心がハブに近くなるほど、乗り手が経験する前輪が向きを変える力が弱くなる。これは、乗り手が、この力の効果に対抗するために、それほど大きな操縦力を加える必要がないことを意味する。ＣＦＤデータによれば、より湾曲した径方向内端を有する車輪である車輪（ａ）及び（ｃ）では、テストされた偏揺れ角の範囲に亘って、圧力中心がハブの前面に対して一貫して短い距離であることが明らかである。ＣＦＤデータによれば、これらの車輪のうち波形構造である車輪（ｃ）では、テストされた偏揺れ角の範囲に亘り、波形でない従来の構造である車輪（ａ）よりも圧力中心がハブに近いことが明らかである。
【符号の説明】
【００７０】
１、１０１、２０１、３０１・・・車輪
２、１０２、２０２        ・・・リム
３、１０３、２１６        ・・・スポーク
４、１０４、２０４        ・・・ハブ
５、１０５、２０５        ・・・径方向内面
６                        ・・・タイヤ
７、２０７                ・・・側面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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2014507326.tif 000020
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