(57)【要約】【課題】ホイールの剛性、強度、空気力学的特性および美的価値を改良する。【解決手段】少なくとも２つのチューブを含む自転車用ホイール用構造体であって、ホイールは、伝統的なスポークを有するリムタイプとして、又は、付加されるスポークレッグを有するワンピースホイールとしてデザインされる。好ましくは、チューブはアパーチャ(apertures)を形成するために様々な位置で互いに分離される。【選択図】図１
2007161239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央面内にあり且つ外側および内側端と一対の側壁とを有するリムを有し、前記リムは、コンポジット材料からなる少なくとも第１中空チューブおよび第２中空チューブにより形成され、前記第１および第２チューブの一部は、共通内部壁に沿って融合され且つ前記チューブの他の部分は、前記外側および内側端と側壁を形成することを特徴とするホイール。
【請求項２】
前記内部壁は、前記中央面内にあることを特徴とする請求項１に記載のホイール。
【請求項３】
前記チューブは、所定の位置で互いに分離されてスポークを受けとめるためのスポークポートを形成し、前記スポークポートのそれぞれは、スポークナットの支持面を形成する部分を有することを特徴とする請求項２に記載のホイール。
【請求項４】
前記内部壁は、前記中央面に対して垂直に向けられていることを特徴とする請求項１に記載のホイール。
【請求項５】
前記内部壁および前記内側端は、スポークを受け入れるスポーク穴を含み、前記内部壁は、スポークナットの支持面を形成し、前記外側端は、スポークナットを挿入するためのアクセス開口部を含むことを特徴とする請求項４に記載のホイール。
【請求項６】
前記第１および第２チューブの半径方向外側に位置し且つ共通内部壁に沿って前記第１および第２チューブと融合される部分を有する第３コンポジットチューブをさらに含み、前記第３チューブの一部は、前記外側端および前記側壁の一部を形成することを特徴とする請求項３に記載のホイール。
【請求項７】
前記外側端は、スポークナットを挿入するためのアクセス開口部を含むことを特徴とする請求項６に記載のホイール。
【請求項８】
前記第３チューブは、前記スポークポートに対応する位置において前記第１および第２チューブから分離されて、前記中央面に対して垂直に向けられたポートを形成し、これにより前記スポークポートへの外部アクセスを提供することを特徴とする請求項６に記載のホイール。
【請求項９】
前記スポークポートは、軸と、この軸に沿った少なくとも２つの異なる直径を有し、前記スポークポートの、大きい方の直径を有する部分は、前記外側端から延びることを特徴とする請求項３に記載のホイール。
【請求項１０】
前記内部壁は、前記中央面内にあり、前記ホイールは、前記第１および第２チューブの半径方向外側に配置された第３および第４チューブを含み、前記第３および第４チューブの一部は、前記中央面内にある共通壁に沿って融合され、前記第３および第４チューブは、前記共通面に対して垂直向きの共通壁に沿って前記第１および第２チューブに結合されることを特徴とする請求項１に記載のホイール。
【請求項１１】
前記内部壁は、前記中央面内にあり、前記ホイールは、前記第１および第２チューブの半径方向外側に配置された第３および第４チューブを含み、前記第３および第４チューブの一部は、前記中央面内にある共通壁に沿って融合され、前記第３および第４チューブは、前記共通面に対して垂直向きの共通壁に沿って前記第１および第２チューブに結合され、前記第３および第４チューブは、前記スポークポートの位置において互いに分離されてスポークナットへの外部アクセスを提供することを特徴とする請求項３に記載のホイール。
【請求項１２】
前記内部壁は、前記中央面内にあり、前記ホイールは前記第１および第２チューブの半径方向外側に配置された第３および第４チューブを含み、前記第３および第４チューブの一部は、前記中央面内にある共通壁に沿って融合され、前記第３および第４チューブは、前記共通面に対して垂直向きの共通壁に沿って前記第１および第２チューブに結合され、前記第３および第４チューブは、前記スポークポートの位置において前記第１および第２チューブから分離されて前記中央面に対して垂直向きのポートを形成することを特徴とする請求項３に記載のホイール。
【請求項１３】
前記内部壁は、前記中央面に対して垂直であり、前記チューブは、所定の位置で互いに分離されて前記中央面に対して垂直向きのポートを形成することを特徴とする請求項１に記載のホイール。
【請求項１４】
前記第１チューブは、複数のスポーク穴を含み、前記スポーク穴は、前記ポートが前記スポーク穴への外部アクセスを提供するように前記ポートに配置されることを特徴とする請求項１３に記載のホイール。
【請求項１５】
前記ポートは、２つの向かい合ったアーチの形状であることを特徴とする請求項１４に記載のホイール。
【請求項１６】
リムとスポークを有するホイールであって、前記ホイールの少なくとも一部は、共通内部壁に沿って融合され且つコンポジット材料からなる少なくとも２つの中空チューブを含むことを特徴とするホイール。
【請求項１７】
前記少なくとも２つの中空チューブは、所定の位置で互いに分離されてポートを形成することを特徴とする請求項１６に記載のホイール。
【請求項１８】
前記ポートは、２つのアーチ形状を有することを特徴とする請求項１７に記載のホイール。
【請求項１９】
前記第２コンポジットチューブは、前記内部壁が前記中央面に対して垂直になるように前記第１コンポジットチューブの半径方向外側に配置され、前記ホイールは、前記第２チューブの半径方向外側に配置される第３コンポジットチューブを含み、前記第３チューブは、共通内部壁に沿って前記第２チューブと融合されることを特徴とする請求項１に記載のホイール。
【請求項２０】
前記第１チューブは、複数のスポーク穴を含み、前記第２チューブは、前記スポーク穴の位置で前記第１チューブと分離されて、前記中央面に対して垂直向きであり且つ前記スポーク穴への外部アクセスを提供するポートを形成することを特徴とする請求項１９に記載のホイール。
【請求項２１】
ハブ、リムおよび少なくとも１つの伸張性部材を有し、前記リムは、中央面内にあり且つ半径方向に外側および内側端と一対の側壁を有し、前記リムは、コンポジット材料からなる少なくとも第１および第２の中空チューブから形成され、これらのチューブは、前記中央面に対して垂直向きの共通内部壁に沿って融合され、前記チューブの残りの部分は、前記外側および内側端と側壁を形成し、前記第１および第２チューブは、所定の位置で互いに分離されて前記中央面に対して垂直向きのポートを形成し、前記伸張性部材は、前記ハブに固定される端を有し且つ前記ハブから前記リムへ、第１ポートを通過して第２ポートへ、第２ポートを通過して前記ハブに戻るように延びることを特徴とするホイール。
【請求項２２】
リムおよびスポークレッグを含み、前記リムは、少なくとも１つの中空コンポジット材料チューブで形成され、前記スポークレッグは、共通内部壁に沿って融合され且つコンポジット材料からなる少なくとも２つの中空チューブによって形成され、前記リムと前記スポークレッグは、結合されて１ユニットのホイールを形成することを特徴とするホイール。
【請求項２３】
前記ホイールは、少なくとも３つのチューブを含み、それぞれのチューブは、第１スポークの一部を形成する第１部分と、隣接する第２スポークの一部を形成する第２部分と、前記第１および第２部分の間にあり前記リムの一部を形成する第３部分とを含むことを特徴とする請求項２２に記載のホイール。
【請求項２４】
前記ホイールは、前記少なくとも３つのチューブの半径方向外側に配置される第４チューブを含み、前記第４チューブは、共通内部壁に沿って前記３つのチューブの第３部分と融合されることを特徴とする請求項２３に記載のホイール。
【請求項２５】
前記リムと前記スポークレッグとは、互いに異なる断面形状を有することを特徴とする請求項２２に記載のホイール。
【請求項２６】
前記リムは、中央面内にあり、前記内側壁は、前記中央面に対して垂直に向けられ、少なくとも１つのスポークレッグの少なくとも２つのチューブは、所定の位置で互いに分離されて前記中央面に対して垂直向きのポートを形成することを特徴とする請求項２２に記載のホイール。
【請求項２７】
前記リムは、中央面内にあり、それぞれのスポークは、半径方向に延び、前記内側壁は、前記中央面内にあり、前記スポークを形成するチューブの一部は、互いに分離されて前記半径方向に対して垂直方向に向けられるポートを形成することを特徴とする請求項２２に記載のホイール。
【請求項２８】
リムと４つのスポークを有するホイールを形成する方法であって、
（ａ）内部膨張式ブラダーを含む未硬化コンポジット材料のチューブを準備して、
（ｂ）リムを形成するための周辺部分とリムから延びる４つのスポークを形成するための内部部分を有する金型を準備し、
（ｃ）２つのスポークの半分を形成するように前記金型を横切って延びるように前記チューブの第１長さ部分を配置し、
（ｄ）前記チューブの第２長さ部分を、前記周辺部の第１四半分に沿って延びるように配置し、
（ｅ）前記チューブの第３長さ部分を、前記チューブの第１長さ部分に対して垂直方向に前記金型を横切って延びるように配置し、
（ｆ）前記チューブの第４長さ部分を、前記周辺部の第２四半分に沿って延びるように配置し、
（ｇ）前記チューブの第５長さ部分を、前記チューブの第１長さ部分と並列に前記金型内を横切って延びるように配置し、
（ｈ）前記チューブの第６長さ部分を、前記周辺部の第３四半分に沿って延びるように配置し、
（ｉ）前記チューブの第７長さ部分を、前記チューブの第３長さ部分と並列に前記金型内を横切って延びるように配置し、
（ｊ）前記チューブの第８長さ部分を、前記周辺部の第４四半分に沿って延びるように配置し、
（ｋ）前記金型を閉じ、
（ｌ）前記コンポジット材料を一体化および硬化するために前記金型を加熱しながら前記ブラダーに圧力を加える工程からなることを特徴とするリムと４つのスポークを有するホイールを形成する方法。
【請求項２９】
金属チューブで形成されるリムと複数のスポークレッグを含み、各スポークレッグは、前記リムに固定される外側端を有しており、各スポークレッグは、共通壁に沿って融合される少なくとも２つのコンポジット材料中空チューブで形成されることを特徴とするホイール。
【請求項３０】
リムとスポークを含むホイールであって、前記スポークレッグは、共通壁に沿って融合される少なくとも２つのコンポジット材料中空チューブにより形成される第１部分と、単一チューブで形成される第２部分を含み、前記第２チューブは、前記第１部分に結合される端を有することを特徴とするホイール。
【請求項３１】
前記単一チューブは、中空コンポジット材料チューブであることを特徴とする請求項３０に記載のホイール。
【請求項３２】
前記単一チューブは、金属チューブであることを特徴とする請求項３０に記載のホイール。
【請求項３３】
リムと複数のスポークを含み、前記スポークは、共通内部壁に沿って融合される少なくとも２つのコンポジット材料中空チューブで形成され、前記リムは、共通内部壁に沿って融合される少なくとも２つのコンポジット材料中空チューブで形成される第１部分と、中空の単一チューブで形成される第２部分を含むことを特徴とするホイール。
【請求項３４】
前記中空の単一チューブは、金属製であることを特徴とする請求項３３に記載のホイール。
【請求項３５】
前記第１および第２チューブは、分離されてポートを形成することを特徴とする請求項１１に記載のホイール。
【請求項３６】
前記第１および第２チューブは、これらのチューブを貫通するスポーク穴を含み、前記第２および第３チューブは、前記スポーク穴に対応する位置で互いに分離されてポートを形成することを特徴とする請求項１９に記載のホイール。
【請求項３７】
リムとスポークを含むホイールであって、前記リムは、共通内部壁に沿って融合される少なくとも２つのコンポジット材料中空チューブで形成され、前記スポークは、少なくとも１つのコンポジット材料中空チューブによりそれぞれ形成され、前記リムとスポークは、結合されて１ユニットのホイールを形成することを特徴とするホイール。
【請求項３８】
前記リムは、中央面内にあり、前記内部壁は、前記中央面に対して垂直向きであり、前記リムの少なくとも２つのチューブは、所定の位置で互いに分離されて前記中央面に対して垂直向きのポートを形成することを特徴とする請求項３７に記載のホイール。
【請求項３９】
少なくとも１つのポートを形成するために成形の前に金型部材を用いて一対の隣接するチューブを分離させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項４０】
前記スポークレッグは、少なくとも１つのポートを含むことを特徴とする請求項２９に記載のホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンポジットホイール(composite wheel)および、好ましくはコンポジット自転車用ホイールに関し、前記ホイールは、特定の性能上の利点を提供するように、チューブとチューブの間のアパーチャ(apertures)すなわち「ポート(ports)」と内部強化壁を提供するように、対向面に沿って融合される複数のチューブを用いて形成される。
【０００２】
本発明は、リム(rim)とスポークを含むコンポジット自転車用ホイールの改良された構造に関連する。特に、デザインの基礎は、１つより多くの強化チューブを用いた構造を利用するものであり、この構造によって内部強化壁が形成されて強度と安定性が改良される。加えて、これらのチューブは、重要な箇所および向きで分離可能であり、これによりチューブとチューブの間にアパーチャやポートが形成される。これらのアパーチャやポートは、強度、剛性および空気力学的な利益を付加する２つの向かい合ったアーチ(double opposing arches)として機能する。
【背景技術】
【０００３】
自転車において重量は、性能を決定付ける重大な特徴である。重量が軽ければ軽いほど、自転車は、加速がより早くなり、高速の維持がより簡単になり、上り坂を登るのがより簡単になり、操縦がより簡単になる。従って、最も軽い材料およびデザインは、これらの性能的目標に到達するために用いられる。
【０００４】
現代の高性能自転車デザインにもっともポピュラーな材料は、カーボンファイバー強化エポキシ樹脂（ＣＦＥ(carbon fiber reinforced epoxy resin)）である。なぜならば、この材料は、現実に入手可能な材料の中で最も強度対重量比が優れているからである。結果として、ＣＦＥは、優れた剛性を備えた非常に軽量の自転車用ホイールを提供可能であり、同様に美しい形状も提供可能である。ＣＦＥから成形された構造体は、スムーズで流麗な(sleek)形状を示すことが可能で、その結果空気抵抗(aerodynamic drag)を減らし、より効率的に空気中を通過することを可能にする。
【０００５】
自転車の効率を決定付ける主な要因は、ホイールである。ホイールは、大きな正面面積を有するので、空気抵抗に大きく寄与する。ホイールは継続的に回転し、この回転が独特の空気力学的な効果を加える。加えて、スポークは、空気抵抗をかなり付加する。さらに加えて、ホイールは、２つあり、自転車の総重量に大きな影響を与える。
【０００６】
自転車のホイールにとって別の重要な要素は、剛性である。ホイールは、スポークにより伝えられる半径方向(radial)の負荷にさらされる。ホイールは、硬すぎて乗り心地を損なうことなく、これらの負荷に耐える硬さを備えなければならない。ある場合において、例えばロードバイクでは、自転車は、硬いホイールを有することが好ましい。別の場合において、例えばマウンテンバイクでは、柔軟性のあるホイールを有することが好ましい。ただ１つの技術又はデザインで両方の条件を満たすことは難しい。
【０００７】
自転車用ホイールには、側面負荷(side loads)すなわち横切る方向の負荷(transverse loads)がある。これらは、自転車が高速でコーナーを曲がるときに、又は、ハンドルでこのトルク(torque)を打ち消す間にペダルに高い負荷が入れられることにより起こる。これらの側面負荷に抵抗する際にホイールが硬ければ硬いほど、自転車は、より敏感になり且つより早く反応し、より大きな加速と改良されたハンドリングを可能にするであろう。
【０００８】
自転車用ホイールの別の重要な要素は、強度である。自転車用ホイールには、多くの負荷が加えられる。高速回転から生じる遠心力がある。道路の穴や未舗装路の岩などの大きなものにぶつかることによる衝突力(impact force)がある。荒れた道を走ることによる「ロードバズ(road buzz)」による振動がある。従って、ホイールは、多くの負荷状況に耐えなければならない。
【０００９】
最終的に、自転車のホイールは、最も見えるコンポーネントの１つであり、自転車の質および期待される性能を表すものである。ハイテク外観を有するホイールは、
自転車の知覚される価値を非常に高める。これは、自転車のカーボンフレームが何千ドルにもなるときに非常に重要である。
【００１０】
過去３０年に渡り近代的自転車用ホイールの発展は、主に軽量と空気力学的特性(aerodynamics)に焦点が合わせられてきた。この理由により、カーボンファイバーコンポジットを取り入れた多数のデザインが行われてきた。これらのデザインは、（１）伝統的なスポークを用いるコンポジットリム、および（２）コンポジットリムとコンポジットスポークの結合という２つのタイプに分類することができる。
【００１１】
最初のデザインは、リム部分とスポーク部分を一緒に成形するワンピースコンポジットホイールを作ろうとした。ルイス(Lewis)に対する米国特許第４９３０８４３号（特許文献１）では、中空コンポジットリムおよび中空コンポジットスポークを有するコンポジットホイールを開示している。ルイスは、伝統的な金属ホイールと比較した重量の低減、並びに翼(airfoil)形状スポークによる空気力学的な利点を記載している。これは、非常に軽量のデザインを創作するが、単一コンポジットチューブで構成される中空スポークを有するので、ホイールは、チューブの薄い壁のために座屈しやすくなる。
【００１２】
ツァイ(Tsai)に対する米国特許第４９９５６７５号（特許文献２）では、フォームコア(foam core)を有するコンポジットスポークおよび中空のコンポジットリムを備えるコンポジットホイールを記載している。スポーク内のフォームコアは、座屈負荷への抵抗を増加させることができる。しかしながら、フォームコアの硬さとこれによる重量は、この負荷に抵抗するのに実質的なものでなくてはならないであろう。
【００１３】
さらに別のスポークコンポジットホイール(spoked composite wheel)のデザインが、アレンドンド(Arrendondo)に対する米国特許第５４２６２７５号（特許文献３）に記載されており、これには、重量と剛性の効率を達成する中空コンポジットユニット構造が記載されている。このデザインは、大断面の幅寸法を備える中空単一チューブスポークを利用するが、側壁が薄いため座屈による破損が起こりやすい。
【００１４】
コンポジットを用いてリム部分のみを作るいくつかのデザインがあった。ヘッド(Hed)とハウグ(Haug)に対する米国特許第５０６１０１３号（特許文献４）では、頑丈なディスクタイプのホイール(solid disc type wheel)について記載しており、このホイールでは、ホイールのリムがより大きな半径長(a greater radial dimension)を有しており従来のスポークに取り付けられる。このデザインは、頑丈なホイールを有することによる低空気抵抗(low aerodynamic drag)という長所を示しているが、横風負荷の影響を受けやすい。‘０１３デザインは、軽量化を達成するコンポジット材料の好ましさについて述べており、単一チューブデザインを用いている。スポークをとりつけるためには、半径方向に内側のリム表面に穴をドリルで開けなければならない。さらに、スポークを調整するツールを収容するために、対応箇所の外側リム表面により大きな穴をドリルで開けなければならない。これは、互いに極めて接近した２つのドリル穴を有しているので大きな圧力集中が発生する。
【００１５】
別のコンポジットホイールリムデザインがマーチン(Martin)らに対する米国特許第５２４９８４６号（特許文献５）に記載されており、ここでは、少なくとも２つの隣接するボックス状構造体(box-like structures)からなるコンポジットホイールリムについて記載されており、その構造体のそれぞれがフォームコアを備え、これらの構造体の間に共通壁を有している。このデザインの目的は、軽量化および強いホイールリムを作ることである。スポークを取り付けるのにドリルで穴を開け且つリムボックスのより厚くより強い壁にスポークを取り付けることをこのデザインは要求する。なぜなら、覆いの部分(fairing portion)は、このような負荷を支えるには弱すぎるからである。
【００１６】
さらに別のコンポジットホイールリム(composite wheel rim)のデザインが、サージェント(Sargent)に対する米国特許第５９７５６４５号（特許文献６）に記載されており、ここでは、リム部分に結合しているタイヤを備えたホイールと、振動や衝撃負荷を吸収するように屈曲するようにデザインされている球根状形状の側壁を内側に備えた他のボディー部分について記載されている。スポークは、リムの最も内側の部分につながっており、衝撃吸収を行うのは、側壁の柔軟性である。なぜなら、側壁は、スポークがより多くの引っ張り負荷(tensile loads)を及ぼしたときに屈曲するからである。この理由により、このデザインは、これらのゆがみのために応答性がよくない。さらに、スポークを取り付けるためにリムの内側部分に、並びに、スポークにアクセスして調整するためにリムの外側部分にドリルで穴を開けなければならない。
【特許文献１】米国特許第４９３０８４３号
【特許文献２】米国特許第４９９５６７５号
【特許文献３】米国特許第５４２６２７５号
【特許文献４】米国特許第５０６１０１３号
【特許文献５】米国特許第５２４９８４６号
【特許文献６】米国特許第５９７５６４５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ホイールにコンポジット材料を用いることは、軽量化および空気力学的な利点を提供する。現在に至るまで、ホイールデザインは２つの基本的なタイプに分類され得る。それは、伝統的な薄い輪郭のスポークを用いるコンポジットリムと、コンポジットホイールである。コンポジットホイールでは、スポークは、数が少なく大断面であり且つコンポジットホイール構造体と一体化されている。
【００１８】
軽く、硬く、強く、弾力があり且つ空気力学的に優れていなければならないホイールリムをデザインするとき、コンポジット材料は、金属と比べて魅力的な選択肢である。本文中で記載のリムとは、ハブへの取り付け手段を必要とする外周部付近にあるホイールの一部のことを言う。これを行うのに最も一般的な手段が、伝統的な金属スポークである。スポーク材料には、他の材料があり、その材料には、高強度アルミニウムと、ＰＢＯ（Poly-phenylene benzobisoxazole）などの軽量ファイバーが含まれる。
【００１９】
どのようなスポークであっても、リムとハブの間にスポークを取り付ける手段を設けなければならない。伝統的なリム部分に関しては、これを達成するためにリムには、ドリルで穴を２箇所開けなければならない。最初に、スポークのシャフトを収容するために、半径方向においてリムの最も内側の表面にドリルで穴を開ける。２番目に、同一半径方向に沿ったリムの外側表面に、より大きな穴をドリルで開ける。リムの外側表面には、通常タイヤが位置する。外側表面の穴によってスポークを保持するナットへの外部アクセスが提供される。これは、スポークの張りを調整するために必要である。
【００２０】
ドリルで穴を開けることは、構造を大きく弱めることになる。コンポジット材料の場合、穴をドリルで開けると強化ファイバーが必ず切断される。例えば、一般的な高性能自転車用ホイールには、３２本のスポークがあり、これは、リム構造に３２個の小さい穴と３２個の大きな穴をドリルで開けることを意味する。さらに、これらの穴は、内側および外側表面にドリルで開けられる。これにより、構造が大きく弱められ破損しやすくなる。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００２１】
ホイールデザインは、改良され続ける必要がある。この点において、本発明は、この必要性を実質的に実現するものである。
本発明は、コンポジットプレプレグチューブの複数チューブを用いて構成されるホイール構造体に関し、この複数チューブは、成形されてリムやスポーク部分等の自転車用ホイールの様々な部分にされる。そこでは、隣接するチューブは、成形の間に共通内部壁に沿って結合される。このようなマルチチューブデザインでリムおよび／又はスポークを形成することは、従来のものを超えて、注文どおりの剛性、更なる強度、より大きな衝撃吸収性、より大きな耐疲労性、より大きな快適性、改良された空気力学的特性、改良されたスポーク取り付け手段、および改良された美的価値(aesthetics)を提供する。
【００２２】
従来技術での現在の既知のデザインおよび形状の自転車用コンポジットホイールの既知のタイプに固有の上記の共通事項を鑑みて、本発明は、改良されたホイールシステムを提供する。
【００２３】
ここまで、本発明の比較的重要な特徴についてかなり広く説明してきた。本発明の詳細な説明は、以下の説明でよりよく理解されるであろう。また、従来技術に対する本発明の貢献がよりよく理解されるであろう。当然のことであるが、この後にも、本発明のさらなる特徴についての説明があり、これらの特徴は、添付クレームの主題を形成するであろう。
【００２４】
この点に関して、本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、この後の記載で言及されるか又は図面に示された構成の詳細や構成要素の配置にその適用が限定されることがないことが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態が可能であり、種々の方法で実現され、実行されることが可能である。また、ここで採用した表現及び用語は、説明の目的のためのものであり、制限的なもの(limiting)であるとみなすべきでない。
【００２５】
従って、当業者は、この開示に基づく概念が本発明の種々の目的を実行するための他の構造、方法及びシステムのデザインの基礎として容易に利用可能であることを理解するであろう。従って、クレームが、本発明の精神と範囲から逸脱しない範囲の均等な構成を含むものと解釈されることは、重要である。
【００２６】
それぞれのホイール構成部品(wheel components)を作る製造方法は、非常に類似しており、後でさらに詳細に補足されるであろう。基本的な方法は、丸められてチューブになったカーボンファイバー／エポキシのようなプレプレグ材料を用いることである。チューブは、一方向性ファイバーの複数層で形成され、これらの層は、所望の特性に基づき所定の角度に向けられる。高分子ブラダー(polymeric bladder)は、チューブ内部に挿入され、アセンブリは、金型に詰め込まれる。積層層を一体化する間、金型は、プラテンプレスで加熱され、チューブを膨張させるように空気圧が加えられる。これによって、内部圧力が生成され、チューブが膨張させられて金型キャビティが満たされる。
【００２７】
本発明は、簡単且つ効率的に製造され得る新規であり且つ改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、耐久性および信頼性のある新規であり且つ改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、材料と労力の両方において低コスト製造が可能な新規であり且つ改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、ホイールの様々な部分に特定の剛性と弾力性の組み合わせを提供できるホイールシステムを提供するものである。
本発明は、優れた強度および耐疲労性を有する改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、空気力学的に優れた改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、向上した振動減衰特性を有する改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、向上した衝撃吸収特性を有する改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、スポーク取り付けのためにドリルで穴を開けることを要しない改良されたホイールシステムを提供するものである。
本発明は、独特の外観と改良された美的価値(aesthetics)を有する改良されたホイールシステムを提供するものである。
最後に、本発明は、複数チューブデザインで作られる新規であり且つ改良されたホイールシステムを提供するものであり、このホイールシステムでその長さ方向のほとんどに沿って融合されたチューブは、選択される箇所で互いに分離されて２つの向かい合ったアーチ(double opposing arches)として機能するアパーチャを形成する。これによって剛性および弾力性の改良された調整手段が提供され、強度、空気力学的特性およびスポーク取り付け性を向上させる。本発明は、リムおよびスポークレッグ部分に適用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（実施形態）
本発明、操作上の利点および使用により達成（attained）される特定の目的をよりよく理解するために、発明の好ましい実施形態が例示される添付図面と記載事項が参照されるべきである。
【００２９】
本発明は、現在の従来技術を超えて、注文どおりの(tailored)剛性、より大きな耐衝撃性、より大きな衝撃吸収性、より大きな耐疲労性、より大きな空気力学的特性、少ない振動、より大きな快適性、および改良された美的価値(aesthetics)を提供する。
【００３０】
本発明によるホイールシステムは、従来のコンセプトや従来技術のデザインからかけ離れており、それにより、向上した外観とともに剛性、強度、衝撃吸収、空気力学的特性を向上させながら、軽量化を維持することを目的として主に発展させられた器具(apparatus)を提供する。この利点の組み合わせは、ホイールデザインの前には決して達成されなかった。
【００３１】
本発明は、独特の美的外観と独特の性能上の利点を達成するように様々な位置においてアパーチャ(apertures)を形成するように配置および局所領域で分離することができる複数チューブを用いる。
【００３２】
複数チューブを用いるホイールデザインは、多数の利点を有する。第１に、共通壁(common wall)がチューブとチューブの間に形成され、これにより例えばリムやスポークレッグといったホイール部分の剛性および強度を高める内部構造が形成される。その結果、より薄い輪郭の構造がデザイン可能となる。加えて、コンポジット材料では一般的な座屈破損モード(buckling failure mode)に内部壁(internal wall)が抵抗する(resist)ので、より薄い壁を有する構造が使用可能となる。
【００３３】
伝統的なスポークを用いるリムタイプデザインと比べると、複数チューブデザインは、リムにドリル穴を開けないことが可能である。例えば、リム部分は、局所領域で互いに分離する２チューブでデザインすることが可能であり、これにより、スポーク取り付け具を支持するようにデザインされたアパーチャすなわち「ポート(ports)」を形成する。これは、伝統的なリムデザインと比べてさらに強い構造を作成する。これは、リム形状を変更する選択肢、例えば、重量においてさらに軽い、より薄い輪郭のリムを提供する。
【００３４】
複数チューブデザインは、様々な位置に配置され且つ様々な方向に向けられたポートを作成可能であり、これにより、独特の性能的長所が生まれる。例えば、ホイールの軸(axis)に平行な軸を有するリムおよび／又はスポークレッグは、半径方向により柔軟性のある剛性を有した構造を作ることが可能であり、これにより衝撃を吸収し且つ運転者により大きな快適性を提供する。
【００３５】
別の選択肢は、ホイールの軸(axis)に平行な軸を有するポートをリムに作成し、伝統的なスポーク取り付け具用の支持手段(means)を提供することである。これは、後でより詳しく説明される様々なデザインを用いて行うことができる。
【００３６】
ホイール軸に平行に向けられた軸を有するポートをリムおよび／又はスポークホイールに有するホイールには、空気力学的な利点もある。ポートにより横風は、ホイールを容易に通過できかつ自転車の安定に悪影響を与えない。これにより、より深いリムデザインおよび／又はより幅広いスポークレッグは、ホイールの空気抵抗をさらに減少させることができる。別の空気力学的なデザインの選択肢は、スポークレッグにあるポートをホイール回転の接線方向に一致させ、これにより空気抵抗を減少させることである。
【００３７】
さらなる振動減衰が望まれるのであれば、ポートは、特定の角度に向けられて形成され、且つアラミド(aramid)又は液晶ポリマーなどのファイバーを用いて構成される(constructed)ことが可能である。リム又はスポークレッグのゆがみの結果としてポートが変形したとき、もとの形状への復帰は、振動減衰を増加させるこれらの粘弾性材料により調節可能である。振動減衰を増加させる別の方法は、ポート内部にエラストマー材料(elastomeric material)を挿入することである。
【００３８】
ある構成体をメタルチューブで製造することは可能ではあるが、コンポジット材料で成形する方法は、その構造体への複数チューブの使用を容易にさせる。コンポジットチューブを製造する最も一般的な方法は、強化ファイバーにエポキシのような熱硬化性樹脂を含浸させたものである「プレプレグ」として知られるシート状の材料で始めることである。レジンは、熱および圧力を加えて簡単に硬化可能な「Ｂステージ」の液体である。
【００３９】
ファイバーは、ファブリックのように又は一方向に織り合わせ可能であり、カーボンやアラミドやガラス等の様々な高性能強化ファイバーからなる。プレプレグ材料は、一般に連続したロールで提供されるか、シート長がより短い断片を生じさせるドラム巻きが可能である。プレプレグは、様々な角度で切られて正確なファイバー配向を達成し、また、切断により得られるこれらのストリップは、一般に重ねて、丸めてチューブにすることが可能である「レイアップ(lay-up)」に配置することが可能である。ポリマーブラダー(A polymer bladder)は、プレプレグチューブの内部に挿入され且つ加熱の際に複数層を一体化(consolidate)する内部圧力を発生させるように用いられる。プレプレグチューブおよびポリマーブラダーからなる予備成形アセンブリは、金型キャビティー内に配置され且つ空気調整具(air fitting)がブラダーに取り付けられる。金型は、加熱されたプラテンプレス内で加圧されて閉じられ、空気圧がブラダー内部に加えられる。金型内で温度が上昇するにつれてエポキシ樹脂の粘性は減少し、ブラダーが膨張して余分な樹脂を流出させて、この結果、一体化された部品となる。
【００４０】
複数チューブを有するチューブ状部分を作ることは、各チューブに対する空気調整具と僅かにより多くの労働力を必要とする。例えば、２つのプレプレグチューブを用いて同じチューブ状部分を成形するとき、各チューブは、単一のチューブのサイズのほぼ半分であるべきであり、且つ各チューブは、それぞれ自身の内部ブラダー、空気調整具および空気圧供給ラインを有するべきである。金型への詰め込み方法は、非常に類似している。但し、２つのチューブは、金型に詰め込まれて、２つの空気調整具が取り付けられる。チューブとチューブの間に形成される内部壁が適切な方向に向けられるように、各チューブの位置に注意が払われるべきである。各チューブの空気圧は、各チューブおよびそれらの間に形成される壁のサイズおよび位置を保持するように同時に加えられるべきである。金型が加熱され、エポキシが流れて、チューブが膨張するとき、チューブは、互いに押圧し合い十分に一体化された(consolidated)内部壁を形成するであろう。
【００４１】
別の重要な考慮すべき事柄は、空気挿入手段(air insertion means)の位置である。それぞれのチューブは、膨張して複数層を一体化するために内部空気圧を必要とする。これには、いくつかの異なる方法を使用することができる。
【００４２】
リム部分を成形するとき、空気挿入領域は、リムの壁にある穴になるであろう。この穴は、空気タイヤのバルブ軸(valve stem)用の穴として役立ち得る。複数チューブがリムを形成するために用いられる場合、各挿入穴は、重量分布のバランスをとるためにリムの外辺部で等しく間隔を開けられる必要があるであろう。
【００４３】
別々のスポークレッグ部分が成形されるとき、空気挿入部は、望ましくはスポークレッグの各端にあるであろう。スポークレッグは、単一構造体として成形され、且つ空気挿入部が位置する各端部は、切り取られて開かれた端を残す。この端は、ハブ又はリムへの取り付けのためのフィッティングに結合される。
【００４４】
リム部分と一体化されるスポークレッグ部分が成形されるとき、リムの一部を形成するチューブは、スポークレッグの一部も形成するであろう、また、空気挿入位置は、好ましくは前述のリムの壁に配置されるであろう。
【００４５】
成形されたチューブ状部分の内部壁は、チューブ状部分の構造的特性を大きく向上させる。曲げ又はねじれでゆがむ間、チューブ状部分の形状は、よりよく維持され、断面の変形が排除される。軽量コンポジット自転車用ホイールでは薄い壁がどのようになるのかという見通しを得るために、多くの場合一般に手でホイール壁を単に絞ることによりいくつかの軽量コンポジット自転車用ホイールを変形させることができる。内部壁があると、チューブ状部分の完全性は、維持される。なぜなら、チューブが曲げおよびねじれにさらされたときに、より剛性と強度のある構造によって変形が最小限になるからである。
この理由のため、フォームコア(a foam core)は、複数チューブで成形される構造には必要とされない。
【００４６】
深さが浅いリムを用いた最初の例において、図１は、コンポジットリム１０と、リム１０に取り付けられ且つハブ１４に接続されるスポーク１１の側面図を示す。図１Ａは、図１の線分１Ａ−１Ａでのホイールリム１０の断面図を示す。ここでは、２つのチューブ２および３が並んで配置され、リム１０を成形するために用いられる。共通壁４は、ホイール平面内に向けられるようにチューブとチューブの間に形成され、これにより最大面内剛性を提供し、スポークの張りに抵抗する。
【００４７】
図１Ｂは、線分２Ｂ−２Ｂでのスポーク取り付け領域のリム１０の断面図を示す。ここでは、２つのチューブ２および３がアパーチャ５を形成するように互いに分離されている。アパーチャ５は、リム外側面６付近でより大きな直径を有し且つリム内側面７付近でより小さな直径を有する。アパーチャ内側で直径が変化する箇所は、スポークナット９を支持するショルダー８である。このデザインでは、アパーチャ５がリム構造１０内に成形されるので、ファイバーが切断されることはない。ナット９は、面８で自由に回転できるので、これによりスポーク１１の張り調整が容易になる。
【００４８】
図１Ｃは、別のデザインを示し、これによるとアパーチャ５は、角度「ａ」で成形され、これによってスポーク１１がハブ１４方向にまっすぐ延びることができる。これにより、ショルダー８へのナット９の圧力がさらに均等に分配可能になり、スポークナット９へのアクセスが容易になる。スポークは、反対側において、互い違いにハブに通常取り付けられるので、図１Ｃで示されるアパーチャ５のいずれかの側のスポークアパーチャは、反対方向に傾けられるであろう。しかしながら、スポークは、直下を含むどのような角度になっていてもよく、成形された穴およびドリルで開けられた穴はそれを収容する。
【００４９】
リムデザインの別の例には、図２に示す深いリムデザインがある。リム１６は、空気抵抗をより小さくするために浅いリム１０よりもはるかに大きな半径方向の寸法を有する。この理由のため、スポーク１８は、対応する距離がスポーク１２よりも短くなっている。
【００５０】
図２Ａは、図２の線分２Ａ−２Ａでのリム１６の断面図であり、リム１０と同様に２つのチューブ１９および２０が並んで配置されている状態を示す。共通壁２１は、チューブとチューブの間に形成される。
【００５１】
図２Ｂは、スポーク取り付け領域における、図２の線分２Ｂ−２Ｂでのリム１６の断面図を示す。ここで２つのチューブ１９および２０は、分離してアパーチャ２２を形成し、アパーチャ２２は、リム外側面２３付近で大きい方の直径を有し且つリム内側面２７付近で小さい方の直径を有する。アパーチャ内側の直径が変化する箇所は、スポークナット９を支持するショルダー２４である。前述の例のように、アパーチャ２２は、リム構造１６内に成形されるので、ファイバーが切断されることはない。ナット９は、面２４で自由に回転できるので、スポーク１８の張り調整が容易になる。
【００５２】
図１Ｃの場合のように、アパーチャ２２は、角度「ａ」で成形され、これによってスポーク１８がハブ１４方向にまっすぐ延びることができる。これにより、ショルダー２４へのナット９の圧力がさらに均等に配分され、スポークナット９へのアクセスが容易になる。図２Ａ−２Ｂにおいて、チューブとチューブの間の共通内部壁は、リムの中央面「Ｐ」内にある。図２Ｃ−２Ｄは、内側と外側にそれぞれ配置される２つのチューブを用いた図２におけるリム１６の別のデザインを示す。チューブ２８は、外側面３１付近に配置され、チューブ２９は、内側面３２側の方に配置される。その結果、この実施形態において、内部共通壁３０は、リムの中央面に対して垂直方向に向けられる。このデザインにより、共通壁３０は、ゆがみの影響をより受けやすい長い側面３３および３４を支持するように配置および方向調整される。
【００５３】
図２Ｄは、スポーク取り付け領域における図２Ｂに記載の別のデザインを示す。ここでは、外側面３１においてアパーチャ３５を、共通壁３０においてアパーチャ３７を、および内側面３２においてアパーチャ３８をドリルで開ける必要がある。
【００５４】
図２Ｅ−２Ｆは、図２におけるリム１６のさらに別のデザインを示す。図２Ｅは、スポーク取り付け領域から離れた領域における図２の線分２Ａ−２Ａでのリム１６の断面図を示す。この別のデザインでは、３つのチューブを用い、大きい方のチューブ３９が外側面４４付近に配置される。小さい方のチューブ４０および４１は、内側面４５付近に並んで配置される。共通壁４２は、大きい方のチューブ３９と２つの小さい方のチューブ４０および４１との間に形成される。共通壁４３は、小さい方のチューブ４０と４１の間に形成される。
【００５５】
図２Ｆは、図２の線分２Ｂ−２Ｂでのスポーク取り付け領域における図２Ｅに示されたデザインの断面図である。このデザインにおいて、２つの小さい方のチューブ４０および４１は、リムの内側面４９付近において分離されてアパーチャ４６を形成する。大きい方のチューブ３９には、外側面４４付近においてドリルで穴を開けてアパーチャ４５を形成する。アパーチャ４５は、アパーチャ４６と通じている。
【００５６】
図２Ｇおよび図２Ｈは、図２のリム１６のさらに別のデザインを示す。図２Ｇは、図２の線分２Ａ−２Ａでのリム１６の断面図を示す。この別のデザインは、外側面４４付近に並んで配置される２つのチューブ３９および５０と、内側面４５付近に並んで配置される２つの小さい方のチューブ４０および４１からなる４つのチューブを用いる。共通壁５１は、２つの外側チューブ３９と５０の間に形成される。共通壁４２は、外側チューブ３９と内側チューブ４０の間に形成される。共通壁５２は、外側チューブ５０と内側チューブ４１の間に形成される。共通壁４３は、２つの内側チューブ４０と４１の間に形成される。
【００５７】
図２Ｈは、図２の線分２Ｂ−２Ｂでのスポーク取り付け領域における図２Ｇで記載されたデザインの断面図で、分かり易くするために省略して描かれたスポーク１８およびナット９とともに示されている。このデザインにおいて、２つの小さい方のチューブ４０および４１は、分離されてアパーチャ５４を内側面４５付近に形成する。２つの大きい方のチューブ３９および５０は分離されてアパーチャ５３を外側面４４付近に形成する。アパーチャ５３は、アパーチャ５４より直径が大きく、スポーク１８のナット９を支持するショルダー２４を形成する。
【００５８】
リムデザインの別の例は、図３に示すように深いリムデザイン用のものである。このリム１６ａにおいて、アパーチャ５５は、リム１６ａの中央面に対して垂直な軸を有するように形成され、横風がホイールを通過できるようになっている。この特定のデザインにおいて、アパーチャ５５は、それぞれがスポーク１８を支持する手段を提供するように間隔を開けられる。
【００５９】
図３Ａ−３Ｃは、図３に示すリム１６ａの断面図である。図３Ａは、図３の線分３Ａ−３Ａでのリム１６ａの断面図である。この別のデザインは、３つのチューブを用い、大きい方のチューブ３９が外側面４４付近に設置される。２つの小さい方のチューブ４０および４１は、内側面４５付近に並んで配置される。共通壁４２は、大きい方のチューブ３９と２つの小さい方のチューブ４０および４１との間に形成される。共通壁４３は、小さい方のチューブ４０と４１の間に形成される。
【００６０】
図３Ｂは、図３の線分３Ｂ−３Ｂでのリム１６ａの断面図である。半径方向外側にあるチューブ３９は、２つの内側チューブ４０および４１と分離されてアパーチャ５５を形成する。チューブ４０および４１は、分離されてアパーチャ４６を形成し、アパーチャ４６は、内側面４５付近で半径方向に向けられる。アパーチャ４６は、スポーク１８を収容するのに十分なサイズであり且つスポークナット９用の座部(seat)および支持面を形成するのに十分に小さい。アパーチャ５５は、スポーク１８およびスポークナット９へのアクセスを提供するのに十分な大きさである。選択肢は、この位置には装飾的な取り付け手段を有し且つ張力調整手段をホイールのハブ付近の領域へ変更するようにスポークをデザインすることであろう。
【００６１】
図１Ｃの場合のように、アパーチャ４６は、角度「ａ」で成形され、これによってスポーク１８がハブ１４方向にまっすぐ延びることができる。これにより、ショルダー２４でナット９の圧力がさらに均等に分配されて、スポークナット９へのアクセスが容易になる。
【００６２】
図３Ｃ−３Ｄは、互いに内側と外側に配置される２つのチューブを用いるリム１６ｂの別のデザインを示す。図３Ｃは、図３の線分３Ａ−３Ａでのリム１６ｂの断面図である。チューブ２８は、外側面３１付近に配置され且つチューブ２９は、内側面３２の方に配置される。このデザインにより、共通壁３０は、ゆがみの影響をより受けやすい長い側面３３および３４を支持するようにリムの中央面に対して垂直になるように配置され且つ向けられる。
【００６３】
図３Ｄは、スポーク取り付け領域における図３の線分３Ｂ−３Ｂでのリム１６ｂの断面図である。チューブ２８は、チューブ２９と分離されてアパーチャ５５を形成する。チューブ２９には、ドリルで穴を開けてアパーチャ３７および３８を形成し、これらのアパーチャの中心線は、半径方向に向けられる。アパーチャ３７および３８は、スポーク１８を収容し且つスポークナット９を支持するにも十分なサイズになるようデザインされる。アパーチャ５５は、スポーク１８およびスポークナット９へのアクセスを提供するのに十分な大きさである。選択肢は、この位置には装飾的な取り付け手段を有し且つ張力調整手段をホイールのハブ付近の領域へ変更するようにスポークをデザインすることであろう。この例では、ドリルで穴を開けることが必要ではある。しかし、アパーチャは、共通壁３０やチューブ２８と比較して小さな構造であるチューブ２９に形成される。
【００６４】
図１Ｃのように、アパーチャ３７および３８は、角度「ａ」で成形され、これによってスポーク１８がハブ１４方向にまっすぐ延びることができる。これにより、ショルダー３０でナット９の圧力がさらに均等に分配されて、スポークナット９へのアクセスが容易になる。
【００６５】
アパーチャを有する深いリムデザインの別の例は、図４に示される。図３のように、アパーチャ５５は、リム１６ｃの中央面に対して垂直な軸を有するようにリム１６ｃに形成され、横風がホイールを通過できるようになっている。この特定のデザインにおいて、アパーチャ５５は、大きすぎてスポーク１８に取り付け手段を提供するには数が不十分である。別のより小さいアパーチャ５７が別のスポーク１８'に提供される。
【００６６】
図３の場合のように、この別のデザインは３つのチューブを用いる。線分４Ｂ−４Ｂの（アパーチャ５５とアパーチャ５５の間の）箇所と線分４Ｃ−４Ｃの（アパーチャを貫通する）箇所における断面図は、それぞれ図３Ａと図３Ｂに同じである。図３Ａおよび図３Ｂについて参照すると、大きい方のチューブ３９は外側面４４付近に配置され且つ２つの小さい方のチューブ４０および４１は、内側面付近に並んで配置される。穴５５および５７以外の位置において、共通壁４２は、大きい方のチューブ３９と２つの小さい方のチューブ４０および４１との間に形成され、共通壁４３は、小さい方のチューブ４０と４１の間に形成される（図３Ａを参照）。
【００６７】
図３Ｂの場合のように、アパーチャ５５は、スポーク１８およびスポークナット９へのアクセスを提供するのに十分な大きさである。選択肢は、この位置には装飾的な取り付け手段を有し且つ張力調整手段をホイールのハブ付近の領域へ変更するようにスポークをデザインすることであろう。
【００６８】
図４Ａは、図４の線分４Ａ−４Ａでのリム１６ｃの断面図である。この場合において、アパーチャ５７は、アパーチャ５５よりかなり小さく且つ主にスポーク１８'を取り付けるために用いられる。チューブ３９は、結合されたチューブ４０および４１と分離されてアパーチャ５５を形成する。チューブ４０および４１は、分離されて内側面４５付近で半径方向に向けられるアパーチャ４６を形成する。アパーチャ４６は、スポーク１８'を収容するのにも、スポークナット９を支持するのにも十分なサイズである。アパーチャ５７は、スポーク１８'およびスポークナット９へのアクセスを提供するのに十分な大きさである。選択肢は、この位置には装飾的な取り付け手段を有し且つ張力調整手段をホイールのハブ付近の領域へ変更するようにスポークをデザインすることであろう。
【００６９】
図４Ｂ−４Ｃは、図４で示されるリム１６ｃの別のデザインの断面図である。図４Ｂは、図４の線分４Ｂ−４Ｂでの断面図である。この例では、３つのチューブが半径方向に並んで配置される。チューブ５８は、最も外側のチューブであり、チューブ６０は、最も内側のチューブであり、チューブ５９は、チューブ５８と６０の間に配置される。
【００７０】
図４Ｃは、スポーク取り付け領域における図４の線分４Ｃ−４Ｃでの断面図である。ここでチューブ５８は、結合されたチューブ５９および６２から分離されてアパーチャ５５を形成する。チューブ５９および６２は、ドリルで穴を開けられて頂上面付近にアパーチャ６３と、共通壁６２を貫通するアパーチャ６４と、内側面４５付近にアパーチャ６５を形成する。アパーチャ６３、６４および６５は、スポーク１８を収容するのに十分な直径であり且つスポークナット９を支持するのに十分に小さい。
【００７１】
図４Ｄは、図４の位置４Ａ−４Ａでの別の実施形態の断面図である。これは、より小さいアパーチャ５７付近のスポークの取り付けを示す。ここでチューブ５８および５９は、結合され且つアパーチャ５７を形成するチューブ６２と分離されている。チューブ６２は、ドリルで穴を開けられて外側面６７にアパーチャ６５を、内側面４５にアパーチャ６６を形成する。アパーチャ６５および６６は、半径方向に向けられ且つスポーク１８'を収容するのに十分な大きさでありながらナット９を支持するのに必要な小ささである。
【００７２】
アパーチャを有するリムデザインの別の例は、図４Ｅに示される。このリム１６'において、アパーチャ５５'は、リム１６'の中央面に対して垂直な軸を有するように形成され、横風がホイールを通過できるようになっている。この特定のデザインにおいて、アパーチャ５５'は、柔軟な伸張性部材(tensile member)１８''がリム１６'とハブ１４'に取り付けられるように形成され且つ配置される。柔軟な伸張性部材１８''は、スポークとして機能し、リム１６'の中央にあるハブ１４'を固定するように張った状態にされている。一般的な柔軟な伸張性部材１８''は、好ましくはハブ１４'をスタートして、アパーチャ５５'を通って、リム１６'の壁に沿って隣接するアパーチャ５５'に進み、このアパーチャ５５'を通ってそしてハブ１４'に戻ってくる長さをしている。
リム１６'は、アパーチャ５５'の領域において図３Ｃに類似する断面を有するように２つのチューブで形成される。
【００７３】
図４Ｆは、図４Ｅの線分４Ｆ−４Ｆでのリム１６'の断面図である。チューブ２８'は、チューブ２９'と分離されてアパーチャ５５'を形成する。柔軟な伸張性部材１８''は、アパーチャ５５'を貫通している状態で示されている。アパーチャ５５'を出た後、伸張性部材１８''は、リム１６'の側面「Ｓ」に沿って延び、その後、隣のアパーチャを通過してハブ１４'に戻ってくる。図４Ｅに示すように、伸張性部材１８''は、リムの向い合った側面に交互に支えられる。
【００７４】
図４Ｇは、図４Ｅの線分４Ｇ−４Ｇでのハブ１４'の断面図である。ハブ１４'は、ハブ１４'に対して９０°の角度のフランジ(flange)２６'を有し、前記フランジ２６'は、柔軟な伸張性部材１８'' の端および張力調整ナット(tension adjusting nut)９'を支持するために用いられる。これは、柔軟な伸張性部材１８''をハブ１４'に取り付ける手段およびリム１６'に対してハブ１４'が中心になるように張力を調整する単純な手段を提供する。
【００７５】
図４Ｅにおいて、伸張性部材１８''は、例えば、図４Ｇで示される態様のように、その両端がハブ１４'に固定された状態でハブとリムの間に延びることが可能である。別の実施形態では、伸張性部材は、１回より多くハブに出入りして延びることが可能である。このような場合において、伸張性部材は、両端の間において、ハブの適切な支持面に沿って延びるであろう。
【００７６】
上記の詳細な説明は、小さい輪郭のスポークデザインを用いてハブに取り付けられるリムタイプホイールについて議論している。別のタイプのコンポジットホイールは、一体「モノコック(monocoque)」又はリムとスポークを組み込んだ一体型ホイールである。
【００７７】
図５は、外側リム８２に達するように成形される３つのスポークレッグ８０を有するコンポジットホイール７０を示す。このホイールは、４つのチューブを用いて構成され且つ各スポークレッグ８０およびリム８２がリムの中央面に対して垂直向きの内部強化壁８３を供えたダブルチューブを有するように構成される。
【００７８】
図５Ａは、成形前の４つのチューブの配置を示す。これらのチューブは、ホイール７０を組み立てるために用いられ得る。チューブ７３、７４および７５は、スポーク８０およびリム８２の内側部分を組み立てるために用いられる。例えば、チューブ７３は、リム８２の最も内側面に配置され且つスポークレッグ８０まで連続して配置される。チューブ７４および７５に関しても同様の配置がなされる。チューブ７６は、リム８２の外側面に配置され且つ円周全体に連続して配置される。
【００７９】
図５Ｂは、図５の線分５Ｂ−５Ｂでのリム８２の断面図である。チューブ７６は、外側面８６付近に配置され、且つチューブ７３は、内側面８７付近に配置される。共通壁８５は、間に形成される。
【００８０】
図５Ｃは、図５の線分５Ｃ−５Ｃでのリム８２の断面図である。ここでチューブ７６は、チューブ７３と分離されてアパーチャ７８を形成する。
【００８１】
図５Ｄは、図５の線分５Ｄ−５Ｄでのスポークレッグ８０の断面図である。スポークレッグ８０の断面は、チューブ７３およびチューブ７５が共通壁７９を形成しながら並んで配置されることで空気力学的に有利な形状(aerodynamic in shape)となっている。これは、チューブの優れた配置である。なぜなら、共通壁７９がスポークレッグ８０の薄い壁に対する中間支持部(mid-span support)を提供するからである。
【００８２】
図５Ｅは、図５の線分５Ｅ−５Ｅでのスポークレッグ８０の断面図である。ここでチューブ７３は、チューブ７５と分離されてアパーチャ７１を形成する。アパーチャ７１のサイズ、形状および間隔は、所望のデザインにより様々なものになり得る。
【００８３】
図５に記載のコンポジットホイール７０は、所望により３つより多くのスポークを有し得る。各スポークレッグは、幅、厚さ、断面形状に関して異なり得る。各アパーチャは、所望のデザインおよび所望とされる機能によってサイズ、形状および数が異なり得る。
【００８４】
図５Ｆは、本発明において実施可能な３つの別のスポークレッグデザインを示す。スポークレッグ８６は、２つの大きな楕円形状のアパーチャ８９を有する幅広直線レッグである。スポークレッグ８７は、大きな円形アパーチャ９０に沿うような外形の輪郭をしたレッグである。スポークレッグ８８は、大きな単一アパーチャ９１に沿うような外形の輪郭をしたスポークレッグである。
【００８５】
図５Ｇは、本発明に用いるホイールデザインのいくつかの選択肢をさらに示す。スポークレッグ９２は、ハブおよびリム付近が幅広になっている凹型外形をしており、異なる直径の円形アパーチャ９５を有する。スポークレッグ９３は、リム付近が幅広になっているテーパー形状のスポークレッグを示し、このスポーグレッグは、異なるサイズの卵型のアパーチャを有する。スポークレッグ９４は、３つのチューブを用いて構成され、この３つのチューブの間に配置され且つ互い違いに配列された円形アパーチャ９７を有する。
【００８６】
本発明の多様性(versatility)の例が、図５Ｈに見られる。４つのスポークレッグを有するコンポジットホイール１２０が示されており、各スポークレッグは、楕円形のアパーチャ１２２を有する。偶数のスポークレッグを有するホイールは、単一のプレプレグチューブを用いるホイールの製造を容易にする。図５Ｉは、ライン１２４を示し、ライン１２４は、どのようにしてこのプレプレグチューブが金型内に配置されるのかを示す。このようにプレプレグチューブを配置することにより、各スポークレッグ１２１がダブルチューブで形成され、および外側リム１２３が単一チューブで形成される。
【００８７】
本発明の多様性の更なる例が、図５Ｊに見られる。複数スポークレッグ(multiple spoke legs)８０'を有するコンポジットホイール７０'が示されており、各スポークレッグは、大きな楕円形の開口部又は「ポート(ports)」７１'を有し、これら開口部又はポートの軸(axis)は、中央面に対して垂直に向けられる（又はどのような他の所望の角度に向けられてもよい）。各スポークレッグ８０'は、寸法がより小さい。スポークレッグ８０'は、どのようなサイズおよび数であっても可能であり且つポート７１'は、それに伴ってサイズおよび数が変化する。
【００８８】
さらに別のスポークデザインが、図５Ｊの下の部分に見られる。スポークレッグ８０''は、非常に小さい断面寸法であり且つリム７０'とハブ１４' 'に伝統的なスポークと同じように非剛性的に(in a non-rigid manner)取り付けられる。スポークレッグ８０''は、アパーチャ７１''を有し、前記アパーチャ７１''は、スポークレッグ８０''の寸法に比例している。スポークレッグは、異なるサイズのいくつのアパーチャを有することも可能であり、スポークレッグ８０'''に示されるようにアパーチャを含まないことも可能である。
【００８９】
また、カーボンスポークレッグを有するアルミニウムリムを用いることも可能である。スポークレッグは１ユニットのホイール構造を作るために強固に取り付けられ得る、また、伝統的なスポークレッグのような非剛性的手段で取り付けられ得る。
【００９０】
成形されたスポークレッグを有する前述のデザインのすべては、いくつのアパーチャを有することも、またアパーチャを含まないことも可能である。
【００９１】
複数チューブデザインを利用するデザインは無限にある。剛性と弾性に関して、また、空気力学的特性および美的価値に関してホイール特性を大きく変えることは可能である。
【００９２】
先の例は、ホイールの平面を横切るように向けられた軸を有するアパーチャを説明したものである。また、ホイールの平面にほぼ平行にアパーチャ軸を向けることも、可能である。図６は、本発明の原理により作られるコンポジットホイール９８を示し、コンポジットホイール９８は、外側リム９９と成形されたスポークレッグ１００を有する。ホイールは、所望の性能に応じて、いくつかの異なる方法で構成可能である。
【００９３】
１つの別のデザインが図６Ａに示されており、これは、図６の線分６Ａ−６Ａでの断面図である。ここで、タイヤを収容する外側面１０１およびハブ１０２を有するスポークレッグを見ることができる。リム部分９９は、単一チューブ１０３を用いて構成される。スポークレッグ１００は、チューブ１０４および１０５を用いて構成され、これらのチューブは分離されてアパーチャ１０６および１０７を形成する。
【００９４】
さらに別のデザインが図６Ｂに示されており、これはスポークレッグ１３１を有するホイール１３０の立面図である。各スポークレッグは、単一の大きなアパーチャ１３２を有する。先に言及した例のように、偶数のスポークレッグを有するホイールは、単一のプレプレグチューブを用いてホイールを製造することを容易にする。
【００９５】
図６Ｃは、ライン１３４を示し、このライン１３４は、このプレプレグチューブがどのように金型内に配置されるのかを示している。ホイールの１２時の位置からスタートした第１の部分「Ｒ」は、鉛直下方に向かって上部垂直スポーク１３１の右手側に沿い、ハブ領域を横切って下部垂直スポーク右手側に沿いリム１３３に到達するまで延びる。リム円周の四分の一を反時計回りに、すなわち、６時の位置から３時の位置まで延びた後、チューブ１３１の第２部分「ＬＯ」は、リムの左手側に到達するまで２つの水平スポークの下側に沿って延びる。
【００９６】
その後、チューブは、リムの周りに９時の位置から６時の位置まで反時計回りに延びる。第３部分「Ｌ」は、その後、垂直スポーク左手側に沿って鉛直上方に向かい、（ハブ領域を横切って）リム頂上部に到達するまで延びる。そこから、チューブ１３４は、１２時の位置から９時の位置まで反時計回りに延び、そこからチューブ部分「Ｕ」は、２つの水平スポークの上側に沿ってホイールを横切る。最終的に、チューブは、３時の位置からスタート位置（１２時の位置）へ向かい、リム１３３を反時計周りに延びる。
【００９７】
このようにプレプレグチューブを配置することによって、スポークレッグ１３１のそれぞれにダブルチューブが形成され、外側リム１３３に単一チューブが形成される。チューブ部分「Ｒ」と「Ｌ」と「Ｕ」と「ＬＯ」を図示のように配置することによって、ホイールを成形するとき、スポークにアパーチャを形成するために、成形中にチューブ「Ｒ」の選択された部分をチューブ「Ｌ」から分離すること、および、チューブ「Ｕ」の選択された部分をチューブ「ＬＯ」から分離することが可能である。
【００９８】
図６Ｃは、チューブ１３４を１つ(a single length)用いてホイールを形成する１つの方法を示している。チューブ配置を変えることは可能であろう。例えば、チューブは、鏡像構成(mirror image configuration)により配置可能である。また、ホイールの中央面内にアパーチャを形成することが望まれるのであれば、チューブ、例えば「Ｒ」と「Ｌ」は、一方の上に他方が置かれるように配置されるであろう。また、例えば、チューブ部分「Ｒ」と「Ｌ」を並べて配置し且つチューブ部分「Ｕ」と「ＬＯ」を一方の上に他方が置かれるように配置することにより、２つのスポークが中央面内にアパーチャを有し且つ２つのスポークが中央面に対して垂直なアパーチャを有するようにホイールを形成することも可能である。
【００９９】
図６Ｄは、図６Ａに類似した断面図であり、別の実施形態を示す。ここでタイヤを収容する外側面１３５と、ハブ１０２を有するスポークレッグ１３１が見られる。リム部分１３３は、単一チューブ１３６を用いて構成される。スポークレッグ１３１は、分離されてアパーチャ１３２を形成するチューブ１３７および１３８を用いて構成される。
【０１００】
図６Ｅは、図６Ａに類似した断面図であり、さらに別のデザインを示す。ここで、アパーチャ１３２の湾曲に沿う外形をしたチューブ１３７および１３８を有するスポークレッグ１３１ａが見られる。
【０１０１】
平面内(in-plane)にアパーチャを有する成形されたスポークレッグに関する前述のデザインのすべては、いくつのアパーチャを有することも可能であり、また、アパーチャを有しないことも可能である。
【０１０２】
横切る方向の(transverse)アパーチャのデザインと同様に、ホイール平面にほぼ平行な軸のアパーチャを有するホイールのデザインは、複数チューブデザインの使用に多くの可能性を与える。剛性と弾性に関してホイール性能を大きく変えることは可能である。また、空気力学的特性およびと美的価値に関しても同様である。
【０１０３】
本発明の使用及び操作方法に関しては、上記の記載から明らかであろう。従って、使用及び操作方法に関して、これ以上の議論は、行わない。
【０１０４】
上記記載に関して、本発明の部品についての最適な寸法関係やサイズ、材料、形状、形態、機能並びに操作、アセンブリ及び使用方法の変更は、当業者によって容易であり、図面に示されたり、明細書中に記載されたりしたものの全ての均等関係にあるものは、本発明の範囲に含まれることが意図されることが理解されるであろう。
【０１０５】
従って、ここまでのものは、本発明の原理の単なる例示であるとみなされる。さらに、多くの修正及び変更は、当業者にとって容易であり、図示したり記載したりしたそのままの構造や操作に本発明が限定されることは望まれず、従って、全ての適切な修正物及び均等物は、本発明によって救済され、本発明の範囲に含まれる。
【０１０６】
明確にするために、特許請求の範囲(claims)では、隣接するチューブの一部を互いに分離することによりフレームに形成されたアパーチャは、「ポート(ports)」と言及されるであろう。スポークを固定することに関するするポートは、「スポークポート」として言及されるであろう。ドリルで穴を開けることにより形成されるアパーチャは、「穴(holes)」として言及されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の実施形態による浅い(shallow)輪郭の(profile)ホイールリムの側面立面図(side elevational view）である。
【図１Ａ】図１で示されるホイールリムの線分１Ａ−１Ａでの断面図である。
【図１Ｂ】図１で示されるホイールリムの線分１Ｂ−１Ｂでの断面図である。
【図１Ｃ】別の実施形態の図１Ｂに類似した図である。
【図２】本発明の実施形態による深い(deep)輪郭のホイールリムの側面立面図である。
【図２Ａ】図２の線分２Ａ−２Ａでのホイールリムの２チューブ構造の断面図である。
【図２Ｂ】図２の線分２Ｂ−２Ｂでのホイールリムの２チューブ構造の断面図である。
【図２Ｃ】別の２チューブ構造の図２Ａに類似した断面図である。
【図２Ｄ】別の２チューブ構造の図２Ｂに類似した断面図である。
【図２Ｅ】ホイールリムの３チューブ構造の図２Ａに類似した断面図である。
【図２Ｆ】ホイールリムの３チューブ構造の図２Ｂに類似した断面図である。
【図２Ｇ】ホイールリムの４チューブ構造の図２Ａに類似した断面図である。
【図２Ｈ】ホイールリムの４チューブ構造の図２Ｂに類似した断面図である。
【図３】本発明の別の実施形態による深い輪郭のホイールリムの側面立面図である。
【図３Ａ】線分３Ａ−３Ａでの図３に示すホイールリムの３チューブ構造の断面図である。
【図３Ｂ】線分３Ｂ−３Ｂでの図３に示すホイールリムの３チューブ構造の断面図である。
【図３Ｃ】ホイールリムの２チューブ構造の図３Ａに類似した断面図である。
【図３Ｄ】ホイールリムの２チューブ構造の図３Ｂに類似した断面図である。
【図４】本発明のさらに別の実施形態による深い輪郭のホイールリムの側面立面図である。
【図４Ａ】図４の線分４Ａ−４Ａでのホイールリムの３チューブ構造の断面図である。
【図４Ｂ】線分４Ｂ−４Ｂでのホイールリムの別の３チューブ構造の断面図である。
【図４Ｃ】線分４Ｃ−４Ｃでのホイールリムの別の３チューブ構造の断面図である。
【図４Ｄ】リムの別の実施形態の図４Ｃに類似した断面図である。
【図４Ｅ】本発明のさらに別の実施形態の側面立面図である。
【図４Ｆ】線分４Ｆ−４Ｆでの図４Ｅに示すホイールシステムの断面図である。
【図４Ｇ】線分４Ｇ−４Ｇでの図４Ｅのハブの断面図である。
【図５】本発明のスポークホイールデザイン(spoked wheel design)の実施形態の側面立面図である。
【図５Ａ】図５に示すホイールを形成するための好ましいチューブ配置の側面立面図である。
【図５Ｂ】線分５Ｂ−５Ｂでの図５に示すホイールの断面図である。
【図５Ｃ】線分５Ｃ−５Ｃでの図５に示すホイールの断面図である。
【図５Ｄ】線分５Ｄ−５Ｄでの図５に示すホイールの断面図である。
【図５Ｅ】線分５Ｅ−５Ｅでの図５に示すホイールの断面図である。
【図５Ｆ】別のスポークレッグデザインを示す側面立面図である。
【図５Ｇ】別のスポークレッグデザインを示す別の側面立面図である。
【図５Ｈ】別の４スポークレッグデザインを示す側面立面図である。
【図５Ｉ】プレプレグチューブが図５Ｈに示すホイールを構成するように配置されているところを示す側面立面図である。
【図５Ｊ】別のスポークレッグデザインを示す側面立面図である。
【図６】別のスポークホイールデザインの側面立面図である。
【図６Ａ】線分６Ａ−６Ａでの図６に示されるホイールの断面図を示す。
【図６Ｂ】さらに別のスポークホイールデザインの側面立面図である。
【図６Ｃ】プレプレグチューブが図６Ｂに示すホイールを構成するように配置されているところを示す側面立面図である。
【図６Ｄ】図６Ｂの別のホイール構造を示す断面図である。
【図６Ｅ】図６Ｂの別のホイール構造を示す断面図である。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2007161239.tif 000009
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図５Ｊ】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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