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JP2019142478A - リム用インサートおよびこれを備えた自転車用スポーク車輪 - Google Patents

リム用インサートおよびこれを備えた自転車用スポーク車輪 Download PDF

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Abstract

【課題】従来の車輪と比較して、構造強度が同等で、空気力学的挙動が優れた自転車用スポーク車輪において、スポークを取付けて張り渡すことができるインサートを提供する。【解決手段】自転車用スポーク車輪のリム10に用いられるインサート60は、リム10のスポーク取付孔18においてリム10の内側表面と当接するように構成された第1表面部分61と、長手方向軸に沿って延び、スポーク取付エレメント40が貫通するように構成された貫通孔62と、スポーク取付エレメントの拡大ヘッドと当接するように構成された第2表面部分64とを備えると共に、インサート60は、スポーク取付エレメント40が第2表面部分64と当接しているとき、スポーク取付エレメント40が長手方向軸に沿って移動することを防止するように構成された少なくとも1つの保持エレメント50を備える。【選択図】図3

Description

本発明は、自転車用スポーク車輪のリムに用いられるインサートに関する。
上記の車輪は、自転車の前輪であっても、後輪であってもよい。この自転車は、マウンテンバイク、ロードスター型自転車、または競走用自転車であってもよい。
本発明は、また、そうしたインサートを備える自転車用スポーク車輪に関する。
自転車用スポーク車輪は、リムと、ハブと、このハブおよびリムの間を延びる複数のスポークと、を備え、好ましくは、ハブおよび/またはリムにおいて、スポークのテンションを調節することができるものでなければならない。
テンションを調節できるようにするために、通常、スポークの第1端部に第1のねじ部が設けられ、ハブまたはリムにねじ孔が設けられる。このねじ孔は、ハブまたはリムに直接形成されているか、ハブもしくはリムと関連付けられたスポーク取付エレメントに形成されている。スポークの第2端部には、例えば、後述する特許文献1に記載されるように、例えばハブのフランジに係着された、またはリムにおいてバイオネットカップリングに挿入された、適切な座部に収容される(例えば、矩形もしくは円形の)第2のねじ部またはヘッドを設けることができる。
リムとしては、径方向外側のタイヤカップリングチャネルと径方向内側のスポーク取付室とを有するものが公知である。より具体的に述べると、こうしたリムは、一端部において径方向内側壁または下側ブリッジで連結または接合され、かつ中間点において径方向外側壁または上側ブリッジまたは隔壁で連結または接合された2つの側壁を備え、実質的に逆A字形状の断面を有する。側壁の径方向外側部分には、通常、タイヤのビードとカップリングし、上側ブリッジまたは隔壁と共にタイヤカップリングチャネルを形成するように構成されたエッジが設けられており、側壁の径方向内側部分は、下側ブリッジおよび上側ブリッジと共にスポーク取付室を形成する。このような型のリムは、特許文献1に記載されている。
本明細書および添付の請求の範囲において、「軸方向」及びそれに類似の用語は、車輪の回転軸と実質的に一致するまたは実質的に平行な方向を示しており、「径方向」及びそれに類似の用語は、車輪の回転軸と垂直かつ車輪の回転軸に入射する(incident)方向を示しており、「周方向」という用語は、車輪の回転軸を中心とする円周方向を示している。
「軸方向内側」および「軸方向外側」という用語は、それぞれ、車輪の中央横平面(median transversal plane)に近い位置、およびこの平面から遠位の位置を意味しており、「径方向内側」および「径方向外側」という用語は、それぞれ、車輪の回転軸に近い位置、およびこの軸から遠位の位置を意味している。
リムの下側ブリッジには、複数のスポーク取付孔が形成されている。一般的に、スポーク取付孔は、ねじ部を有する長手方向空間または形成座部(shaped seat)を有する長手方向空間が設けられたスポーク取付エレメントを収容する。スポーク取付エレメントの長手方向空間のねじ部の長手方向長さは、スポークのねじ部の長手方向長さと等しくてもよく、または、この長さよりも長くして、スポーク取付エレメントのねじ付き長手方向空間におけるスポークのねじ込み深さを変えることでスポークのテンションを調節することも可能であるようにしてもよい。
また、スポーク取付エレメントは、スポークのテンションを調節できるものであれば「ニップル(nipples)」と称され、これができないものであれば「バレル(barrels)」と称される。
単一のスポーク取付室の代わりに、1つ以上の隔壁によって、上側ブリッジと実質的に平行に、または上側ブリッジを実質的に横断する方向に延びる2つ以上のチャンバを設けることが可能である。さらに、各壁(上側ブリッジ、下側ブリッジ、側壁および隔壁)は様々な形式で形成することが可能であり、リムの断面がさらに顕著に複雑なものとなる。
リムは、(通常、セクションバーの押出形成によって)アルミニウムから、または(通常、圧縮成形によって)複合材料から形成することができる。
出願人は、複合材料製のリムに着目した。
本明細書の以降の記載および添付の請求の範囲において、「複合材料」という用語は、ポリマー材料に配合された構造繊維を含む材料を指している。この構造繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、およびこれらの組み合わせを含む群から選択されることが好ましい。ポリマー材料は、熱可塑性または熱硬化性のものとすることが可能である。
本出願人による特許文献2には、少なくとも部分的に複合材料からなるリムを製造する方法が開示されている。製造されたリムは、複合材料からなる壁と、複数の孔開きスポーク取付座部とを有し、後者は、壁に形成された孔と、孔を囲む領域に配置された構造繊維の集まりと、を有する。リムは、さらに、貫通孔を有するインサートであって、孔開き座部において複合材料に拘束(好ましくは、共成形)されたインサートを備えていてもよい。このインサートは、車輪のスポークによる牽引応力に対するリムの耐性を増大させる。また、インサートが複合材料に拘束されていることにより、複合材料に対してインサートがスライドすることによる摩耗が防止される。
本出願人による特許文献1には、上側ブリッジが、タイヤのインフレーションバルブ用の孔のみを備える(したがって、チューブレスタイヤと共に使用することにも適する)リムが開示されている。また、この文献には、自転車用スポーク車輪を製造することを目的とした方法も開示されている。この方法には、開口(上記の孔であっても、適宜形成された異なる孔であってもよい)を介してスポーク取付室にスポーク取付エレメントを挿入するステップと、スポーク取付室に沿って各スポーク取付孔までスポーク取付エレメントを案内するステップとが含まれる。スポーク取付エレメントは、スポーク取付孔においてスポーク取付室内で保持されるように適合されたヘッドと、下側ブリッジからその径方向内側方向に突出するステムとを有する。この方法には、このヘッドがリムの下側ブリッジと当接し、リム内で下側ブリッジからステムが径方向に突出する(例えば、特許文献1の図9を参照)まで、スポーク取付エレメントのステムをスポーク取付孔に挿入するステップが含まれる。
特許文献3には、リムの径方向内側壁と当接するように構成されたヘッドと、スポークの端部に形成されたねじ部にマッチして螺合するように構成されたねじ部を有するステムと、を備える自転車の車輪用のニップルが開示されている。
出願人は、上記の先行技術文献において、スポーク取付エレメントのステムは、通常、リムからその径方向内側方向に顕著に突出する大きさとなっており、リムから突出するステムの部分は、通常、スポークを取り付けてそのテンションを調節する際に適切な工具でステムを把持することができる形状となっているということに注目した。後者の構成が特に必要となるのは、リムの上側ブリッジに孔がない場合である。実際、こうした場合においては、スポークを取り付けてそのテンションを調節する際に、スポーク取付エレメントをヘッドに保持することができないので、リムに対して径方向内側の領域にこのような構成を設けることが必要である。
出願人によって現在販売されている幾つかのリムにおいて、ステムは、リムから約7mm突出している。
出願人は、リムの下側ブリッジの近傍において、より具体的に述べるとスポークがスポーク取付エレメントのステムに連結される領域において、ステムの直径とスポークの直径との間で直径が変化しているということに注目した。このような直径の変化により、回転時に乱流が発生する。
出願人は、リムの下側ブリッジ、および特にその曲率半径の大きさは、前方からの風または横風に対する車輪の空気力学的挙動(aerodynamic behavior)に多大な影響を与えるということを見出した。曲率半径が小さい(例えば、約5.5mmの)下側ブリッジを有する車輪は、前方からの風に対してより良い性能を有し、曲率半径がより大きい(例えば、約9.5mmの)下側ブリッジを有する車輪は、横風の場合により良い挙動を示す。
出願人によれば、リムの下側ブリッジのまさに近傍で発生する上記の乱流により、予測される空気力学的挙動に、顕著で予測し得ない変化が生じる。
したがって、リムの下側ブリッジにおいて車輪の空気力学的性能(aerodynamics)を向上させる必要がある。
特許文献4には、スポーク取付室内に完全に配置されるニップルを有するリムを備える車輪が開示されている。スポークをニップルに螺合させるために、リムの上側ブリッジに複数の孔が形成されている。
出願人は、特許文献4の車輪は、チューブレス式のタイヤと共に使用することに適していないということを見出した。
米国特許出願公開第2007/0158996号明細書 欧州特許出願公開第3225384号明細書 米国特許出願公開第2007/080577号明細書 米国特許第7140696号明細書
本発明の根底にある技術的な課題は、先行技術の車輪と比較して構造強度が同等でより良い空気力学的挙動を有し、かつエアチャンバが設けられたタイヤおよびチューブレス式タイヤのいずれのタイヤにも使用することができる自転車用の車輪において、スポークを取り付けて、テンションをかけることができるインサートを提供することである。
したがって、本発明は、その第1の構成において、自転車用スポーク車輪(spoked wheel)のリムに用いられるインサートであって、
− リムのスポーク取付孔において前記リムの内側表面と当接するように構成された第1表面部分と、
− 長手方向軸に沿って延び、スポーク取付エレメントが貫通するように構成された貫通孔と、
− 前記スポーク取付エレメントの拡大ヘッドと当接するように構成された第2表面部分と、を備えるインサートにおいて、
前記スポーク取付エレメントが前記第2表面部分と当接しているとき、前記スポーク取付エレメントが前記長手方向軸に沿って移動することを防止するように構成された少なくとも1つの保持エレメントを備えることを特徴とするインサートに関する。
有利なことに、前記保持エレメントを有するインサートを設けることにより、前記スポークを取り付けてテンションをかける作業の間に前記スポーク取付エレメントが径方向外側方向に沿って移動することが防止される。したがって、特許文献4に記載の車輪において対照的に行われているように、この作業の間に前記スポーク取付エレメントを定位置に保持するために、各スポーク取付孔において前記上側ブリッジに孔を形成する必要はない。
したがって、本発明のインサートは、エアチャンバが設けられたタイヤおよびチューブレスタイヤのいずれのタイヤが取り付けられる車輪においても使用することができる。
また、前記保持エレメントを設けたことにより、前記スポークを取り付けてそのテンションを調節する際に、操作者は工具で前記スポーク取付エレメントを把持する必要がない。したがって、前記リムから径方向に前記リムに対して内側に突出していないスポーク取付エレメント、または、より短いセグメントによって、特に前記スポーク取付孔における前記スポークの直径以下の長さを有するセグメントによって、前記リムから径方向に前記リムに対して内側に突出する径方向内側端部を有するスポーク取付エレメントを使用することが可能である。したがって、前記スポーク取付エレメントによる車輪の空気力学的挙動の悪化はゼロであるか、実質的にゼロである。実に、上記のセグメントが前記リムに対して内側に突出している場合であっても、このセグメントの長さは、前記スポークの寸法に対して無視できる程度である。実際、このようなセグメントは、前記スポークによって発生する乱流に対して付加的な乱流を発生させない。
有利なことに、前記インサートは、前記スポーク取付エレメントを局所的に強化および支持し、前記スポークにテンションをかけることで生じる前記リムに対する応力をより良く分散させることもできる。
本発明のインサートは、単独または組み合わせによって、以下の好適な構成を1つ以上備えていてもよい。
本発明の好適な実施形態において、前記インサートは、第1貫通孔が形成された本体と、前記本体とカップリングして、前記第1貫通孔と同軸に設けられた第2貫通孔を有する環状エレメントとを備え、前記インサートの前記貫通孔は、前記第1貫通孔および前記第2貫通孔によって形成される。
好ましくは、前記少なくとも1つの保持エレメントは、前記第2貫通孔に片持ち状に突出する前記環状エレメントの少なくとも1つの可撓部によって形成されている。
好ましくは、前記環状エレメントの前記可撓部は、ゴムで被覆されている。
好ましくは、前記環状エレメントは、金属材料製である。
好ましくは、前記環状エレメントは、実質的に扁平であり、前記本体に共成形(co-molded)されている。
代替的に、前記環状エレメントは、実質的に扁平であり、炭素繊維を含む少なくとも1つの被覆層を介して前記本体に係止されている。
好ましくは、この環状エレメントの金属材料と前記リムの前記複合材料との間にガルバニック腐食現象が生じないように、前記本体と前記環状エレメントとの間に、ガラス繊維を含む少なくとも1つの絶縁層(insulating layer)が介在している。
本発明のインサートの変形例において、前記少なくとも1つの保持エレメントは、前記インサートのアンダーカット環状表面に隣接する位置に形成された周方向座部に配置されたOリングによって形成されている。
好ましくは、前記周方向座部は、前記第1表面部分を含む前記インサートの第1部分、または前記第2表面部分を含む前記インサートの第2部分に形成されている。いずれの場合においても、前記周方向座部は、前記Oリングが径方向外側方向に移動することを防止するように構成された径方向外側のアンダーカット環状表面と、任意で、前記Oリングが径方向内側方向に移動することを防止するように構成された径方向内側のアンダーカット環状表面と、を備える。
本発明の代替的な実施形態によると、前記インサートは、前記長手方向軸と平行に延びる一対の掛止アームを備え、前記掛止アームはそれぞれ、各保持エレメントを形成する折り曲げられた自由端部を有する。
この場合、前記環状エレメントと前記本体との間のカップリングは、「スナップ」式のカップリングである。
本発明の更なる代替的な実施形態によれば、前記環状エレメントは、前記本体とカップリングするように構成された自由端部をそれぞれ有する一対の掛止アームを備える。また、この場合、前記スポーク取付エレメントは、「スナップ」式の係着によって前記インサートに係止されている。
本発明の更なる実施形態によれば、前記インサートは、第1貫通孔が形成された本体と、前記本体とカップリングされ、前記第1貫通孔と同軸に設けられた第2貫通孔を有する補助体とを備える。
好ましくは、前記インサートの前記貫通孔は、前記第1貫通孔および前記第2貫通孔によって形成される。
より好ましくは、前記少なくとも1つの保持エレメントは、前記補助体のアンダーカット環状表面に隣接する位置において前記補助体に形成された周方向座部に配置されたOリングによって形成されている。
本発明は、第2の構成において、自転車用スポーク車輪であって、
− 少なくとも部分的に複合材料からなり、複数のスポーク取付孔が設けられたリムと、
− 前記スポーク取付孔において前記リムとカップリングされた複数のスポークと、
− 各スポーク取付孔に配置されたスポーク取付エレメントと、
− 前記リムの内側表面と当接している少なくとも1つのインサートと、
を備えるスポーク車輪において、
前記少なくとも1つのインサートが、本発明の第1の構成に係るインサートであることを特徴とするスポーク車輪に関する。
このような車輪は、有利なことに、インフレーションバルブ用の孔の他に孔が設けられている上側ブリッジ、または他の孔が設けられていない上側ブリッジを有するリムを備えることができるので、エアチャンバが設けられたタイヤおよびチューブレス式タイヤのいずれのタイヤとも使用することが可能である。
好ましくは、前記スポーク取付エレメントは、前記スポーク取付孔に部分的に挿入され、前記リムから径方向に前記リムに対して内側に突出していない。
代替的に、前記スポーク取付エレメントは、前記スポーク取付孔に部分的に挿入され、前記スポーク取付孔において前記スポークの直径以下の長さを有するセグメントによって、前記リムから径方向に前記リムに対して内側に突出する径方向内側端部を有する。
上記のいずれの場合においても、上記のとおり、前記車輪の空気力学的挙動に対する効果が得られる。
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照しながら行う本発明の幾つかの好適な実施形態についての説明から、さらに明らかになる。
本発明に係る自転車用スポーク車輪の一部の斜視図である。 スポーク取付孔における図1の車輪のリムの軸方向断面を示す拡大斜視図である。 図2のリムの径方向下側の拡大斜視図である。 図2および図3のリムに使用されるインサートの拡大斜視図である。 図4のインサートの部品の斜視図である。 車輪の製造および取付けステップを順に示す、スポーク取付孔における図1の車輪の軸方向断面の斜視図である。 車輪の製造および取付けステップを順に示す、スポーク取付孔における図1の車輪の軸方向断面の斜視図である。 車輪の製造および取付けステップを順に示す、スポーク取付孔における図1の車輪の軸方向断面の斜視図である。 車輪の製造および取付けステップを順に示す、スポーク取付孔における図1の車輪の軸方向断面の斜視図である。 本発明に係る車輪に用いられる第1実施形態のスポーク取付エレメントの斜視図である。 車輪に取り付けられた状態の図7のスポーク取付エレメントの斜視図である。 スポークのテンションを調節するための第1実施形態の調整具がカップリングされた状態の図7のスポーク取付エレメントの斜視図である。 図9の切断面Sから見たときの図9に示されるスポーク取付エレメントおよび調整具の断面図である。 本発明に係る車輪に用いられる第2実施形態のスポーク取付エレメントの斜視図である。 車輪に取り付けられた状態の図11のスポーク取付エレメントの斜視図である。 スポークのテンションを調節するための第2実施形態の調整具がカップリングされた状態の図11のスポーク取付エレメントの斜視図である。 図13の切断面S1から見たときの図13に示されるスポーク取付エレメントおよび調整具の断面図である。 本発明に係る車輪に用いられる第3実施形態のスポーク取付エレメントの斜視図である。 スポークのテンションを調節するための第3実施形態の調整具が部分的にカップリングされた状態の図15のスポーク取付エレメントの斜視図である。 図16の切断面S2から見たときの図16に示されるスポーク取付エレメントおよび調整具の断面図である。 本発明に係る車輪に用いられるスポーク取付エレメントおよびインサートの5つの変形例のうちの1つの変形例の軸方向断面であって、スポーク取付孔における斜視断面図である。 本発明に係る車輪に用いられるスポーク取付エレメントおよびインサートの5つの変形例のうちの別の変形例の軸方向断面であって、スポーク取付孔における斜視断面図である。 本発明に係る車輪に用いられるスポーク取付エレメントおよびインサートの5つの変形例のうちの更に別の変形例の軸方向断面であって、スポーク取付孔における斜視断面図である。 本発明に係る車輪に用いられるスポーク取付エレメントおよびインサートの5つの変形例のうちの更に別の変形例の軸方向断面であって、スポーク取付孔における斜視断面図である。 本発明に係る車輪に用いられるスポーク取付エレメントおよびインサートの5つの変形例のうちの更に別の変形例の軸方向断面であって、スポーク取付孔における斜視断面図である。 図22のインサートの斜視図である。
まず、図1から図5において、本発明に係る自転車用スポーク車輪の第1実施形態の全体を符号100で示している。
車輪100は、リム10と、ハブ20と、ハブ20およびリム10の間を延びる複数のスポーク30とを備える。スポーク30のテンションは、スポーク取付エレメント40(図2および図3)を介してリム10において調節される。
リム10は、少なくとも部分的に複合材料から形成される。好ましくは、リム10はその全体が複合材料から形成される。
図2を参照すると、リム10は、径方向外側タイヤカップリングチャネル12と、径方向内側スポーク取付室14とを備える。
チューブレス式のタイヤ(図示せず)を取付けて、リムは使用されることが好ましい。
リム10は、内周壁または下側ブリッジ16bによって径方向内側端部において連結または接合された2つの側壁16aによって形成されている。これら2つの側壁16aは、さらに、外周壁または上側ブリッジ(または隔壁)16cによって中間地点で連結され、実質的に逆A字形状の断面を有する(図2)。
側壁16aの各径方向外側部分、すなわちフィン16dには、通常、折返し端部16eが設けられている。フィン16dは、上側ブリッジ16cと共に、タイヤカップリングチャネル12を形成している。より具体的に述べると、タイヤ(明瞭性のために図示していない)は、タイヤのビードをフィン16dに挿入することによって、タイヤカップリングチャネル12に取り付けられ、折返し端部16eは、それ自体は公知の方法でビードを保持するように作用する。
側壁16aの径方向内側部分16fは、下側ブリッジ16bおよび上側ブリッジ16cと共に、スポーク取付室14を形成している。
リム10は、タイヤ(図示せず)のインフレーションバルブを収容するための一対の孔(図示せず)を備える。このような孔は、上側ブリッジ16cおよび下側ブリッジ16bにおいて実質的に同軸に形成されている。
フィン16dは、タイヤを係着させる必要性と、ブレーキパッドの適切なスライド表面を外部に設ける必要性とにより、形状および寸法上の制約を受ける。上側ブリッジ16cは、チューブレス式タイヤの場合、タイヤとの気密シールを形成し、これによりバルブ用の孔のみを有するという制約を受ける。エアチャンバを有するタイヤについては、当然ながらそうした制約がないので、バルブ用の孔に加え、さらに孔を設けることが可能である。
一方、壁16aの前記部分16fおよび下側ブリッジ16bは、特定の形状および寸法上の制約を受けないので、円弧状の断面を有する単一の壁に変更すること、または、図示されたものよりも複雑な形状の断面を形成し、場合によっては複数のスポーク取付室14(図示せず)を形成する複数の壁に変更することが可能である。
したがって、図2および図3に示される特定の断面は、あくまでも例であり、本発明を限定することを意図したものではない。
スポーク取付室14には、複数のスポーク取付座部17(図2)が設けられており、この複数のスポーク取付座部17がそれぞれスポーク取付孔18(図1)を有する。
スポーク取付孔18は、ねじ切りが施されていない孔である。
スポーク取付座部17は、スポーク取付室14の下側ブリッジ16b内に形成された状態で図示されているが、側壁16aの部分16fの一方または両方に形成することも可能である。
スポーク取付座部17は、リム10の中央面(median plane)に沿って均一に分布していてもよい。スポーク取付座部17の数および分布は、大幅に変更することが可能である。例えば、座部17は、2つ、または3つ、または4つのグループに集めてもよく、かつ/またはリム10の中央面とは異なる複数の平面上に形成してもよい。
スポーク30は、スポーク取付孔18において、スポーク取付エレメント40を用いてリム10とカップリングされており、このスポーク取付エレメント40は各スポーク取付孔18に配置されている。
スポーク取付エレメント40は、スポーク取付孔18を通って延在するように構成されたステム42と、ステム42よりも大きく、スポーク取付室14内で保持されるように構成された拡大ヘッド44とを備える。
好ましくは、各スポーク取付孔18が実質的に円形の断面を有する。しかし、スポーク取付エレメント40のステム42を収容するように構成されている限り、異なる形状であってもよい。
スポーク30の第1端部32は、スポーク取付エレメント40に取付けされており、スポークの第2端部34は、ハブ20に取付けされている(図1)。
スポーク取付エレメント40は、スポーク30のテンションを調節することができるものであっても、できないものであってもよい。
スポーク取付エレメント40は、好ましくは、ニップル(すなわち、スポーク30のテンションを調節することが可能であるもの)であるが、バレル(すなわち、スポーク30のテンションを調節することができないもの)であってもよい。
以下は、スポーク取付エレメント40がニップルである場合についての説明である。
スポーク取付エレメント40は、スポーク30の第1端部32を異なる深さまでねじ込むことができるような長さを有するねじ付き貫通孔46aを備え、この第1端部32は、スポーク30のテンションを調節するために、ねじ付き貫通孔46aのねじ部とマッチするねじ部を有する。
スポーク取付エレメント40は、スポーク取付孔18内に部分的に挿入されており、本願において図示した特定の例において、スポーク取付孔18において測定したときスポーク30の直径以下の長さを有するセグメントによって、リム10から径方向にリム10に対して内側に突出する径方向内側端部41を備える。より具体的に述べると、この長さは、スポーク30の第1端部32の直径以下の長さである。
本発明の好適な実施形態において、この長さは、約2mm以下である。
車輪100は、スポーク取付エレメント40が径方向外側方向に沿って移動することを防止するように構成された保持エレメント50を備える。
図1から図5に示された車輪100の第1実施形態において、保持エレメント50は、スポーク取付室14内に配置されたインサート60に形成されている。インサート60は図4に図示されている。
図2に示されるように、インサート60は第1表面部分61を備え、第1表面部分61は、スポーク取付孔18においてスポーク取付室14内にあり、かつ、スポーク取付室14の内側表面14aと当接している。したがって、インサート60の取付け位置を基準とすると、第1表面部分61は、インサート60の径方向内側の表面である。
インサート60は、長手方向軸Xに沿って延びる貫通孔62を備え、この貫通孔は、スポーク取付孔18と同軸に設けられており、スポーク取付エレメント40(図2および図3)が貫通する。
図3に示されるように、インサート60は、また、スポーク取付エレメント40の拡大ヘッド44、特に、拡大ヘッド44の径方向内側の当接表面48に対する当接部として作用する第2表面部分64を備える。当接表面48の形状は、第2表面部分64の形状とマッチする。図2および図3の例において、当接表面48および第2表面部分64の形状は円錐台形である。
図1および図3に示されるように、シールエレメント90は、例えばゴムエレメントであって、スポーク取付孔18においてリム10とカップリングされている。シールエレメント90は、スポーク取付エレメント40の径方向内側端部41が挿入される貫通孔を備える。シールエレメント90の形状は、スポーク取付エレメント40の径方向内側端部41の形状とマッチする。
したがって、インサート60の取付け位置を基準とすると、第2表面部分64は、インサート60の径方向外側の表面である。
貫通孔62は、インサート60の第1表面部分61および第2表面部分64において中央に形成されていることが好ましい。
保持エレメント50は、スポーク取付エレメント40が第2表面部分64と当接しているとき、スポーク取付エレメント40が長手方向軸Xに沿って移動することを防止する。
インサート60は、上記の第1表面部分61および第2表面部分64が形成された本体65と、この本体65とカップリングされ、特に本体65と実質的にオーバラップする環状エレメント67とを備える。
貫通孔62は、本体65に形成された第1貫通孔62aと、環状エレメント67において第1貫通孔62aと同軸に形成された第2貫通孔62bとによって形成されている。
環状エレメント67は、実質的にフラットな金属板から構成されることが好ましい。
保持エレメント50は、貫通孔62に片持ち状に突出する環状エレメント67の可撓部67aによって形成される。
図5に示されるように、可撓部67aは第2貫通孔62bに面しており、第2貫通孔62bに面する舌部(tongue)67cを形成する材料の空隙(voids)67bによって可撓性を有するように形成されている。
可撓部67aは、可撓性材料(例えば、ゴム)からなるコーティング68を有する。このゴムの機能としては、成形中に環状エレメント67と本体65との間に流入してはならない成形用樹脂を保持すること、および取付けられたときにスポーク取付エレメント40との摩擦を発生させることである。
環状エレメント67は、本体65の径方向外側部分65aに共成形することが可能である。または、代替的に、環状エレメント67の上に配置された、炭素繊維を含む少なくとも1つの被覆層を介して本体65の径方向外側部分65aに係止することが可能である。
好ましくは、ガラス繊維を含む少なくとも1つの絶縁層が、本体65と環状エレメント67との間に介在している。
スポーク取付エレメント40は、保持エレメント50と当接した状態で作用するように構成された保持表面49を備える。
図3において、保持表面49は、スポーク取付エレメント40の拡大ヘッド44の周方向突起49aの径方向外側端部に形成されている。
周方向突起49aは、当接表面48に対して径方向外側位置に設けられている。
周方向突起49aの直径は、環状エレメント67の第2貫通孔62bの直径よりも大きい。
取付け操作において、スポーク取付エレメント40は、当接表面48がインサート60の表面部分64と当接するまでインサート60の貫通孔62に挿入される。挿入時、拡大ヘッド44の周方向突起49aは、周方向突起49aが可撓部67aを通過するまで、可撓部67aを折り曲げる。その後、可撓部67aは折り曲げられていない状態に戻り、保持表面49と可撓部67aとの間の当接によりスポーク取付エレメント40を保持する(図3)。
図6aから図6dを参照すると、図1から図5の車輪100を組み立てるその後のステップが示されている。
複合材料からなる車輪100は、通常、樹脂を含浸した炭素繊維の層を金型内に配置することで製造される。
インサート60は、スポーク取付孔18に配置されている。このようなインサート60は、リム10内で静止状態に保持するために、炭素繊維からなる少なくとも1つの孔開き層(perforated layer)で被覆されている。
インサート60は、特性として耐疲労性および複合材料との共成形性(co-mouldability)を有する材料から形成される。適した材料としては、熱可塑性ポリマーまたは熱硬化性ポリマーであり、繊維で補強されていてもよい。しかしながら、金属材料を用いることも可能である。特に好適な材料はポリエーテルイミドであり、SABIC社(リヤド)から商品名Ultem 2400で市販されている。
リム10の成形時に、樹脂がスポーク取付孔18およびインサート60の貫通孔62を塞ぎ、所望しない領域に浸入することを防止するために、プラグの機能を有する補助エレメント70が使用される(図6a)。補助エレメント70の使用方法は、本出願人による特許文献2に記載された方法と同様である。
補助エレメント70は、変形性と、複合材料の成形温度および成形圧に対する耐性と、複合材料に対する非付着性と、を有する材料から形成される。特に好適な材料としては、ラテックスまたは軟質のシリコンゴム[例えば、ショアA(Shore A)硬度が50のシリコン]である。
成形終了時に、補助エレメント70は、リム10の中央に面する細長い部分72から引き出されて、リム10から抜き取られる(図6b)。
その後、インフレーションバルブ用の孔を通して(または補助孔から)、スポーク取付エレメント40がリム10に挿入される。
スポーク取付エレメント40は、金属製(通常、鋼製)のねじ74を有する。ねじ74は、ねじ付き貫通孔46aに螺合され、ねじ74のヘッド76は、スポーク取付エレメント40の拡大ヘッド44の反対側においてステム42から突出している。
ねじ74が螺合されたスポーク取付エレメント40は、インフレーションバルブ用の孔を通して(または補助孔から)スポーク取付室14に挿入され、各インサート60の貫通孔62において、ねじ74のヘッド76が貫通孔62に入ってリム10から出てくるまで、(特許文献1に記載されているように)磁石で移動される。
この時点において、操作者は、スポーク取付エレメント40の拡大ヘッド44の当接表面48とインサート60の表面部分64との間の当接、およびスポーク取付エレメント40の拡大ヘッド44に形成された保持表面49とインサート60に形成された保持エレメント50との間の当接によってスポーク取付エレメント40がインサート60内(図6c)に保持されるまで、ねじ74を径方向内側に引っ張る。
その後、ねじ74は、スポーク取付エレメント40から外される。ねじ74の螺合を外す間またはスポーク30を螺合させる間に、操作者がスポーク取付エレメント40を保持しなくても、スポーク30をスポーク取付エレメント40に続けて取り付けることが可能である。
第1端部32の近傍でスポーク30が破損した場合、スポーク取付エレメント40はインサート60の貫通孔62内に留まる。交換するためには、このスポークをポンチで打って、インフレーションバルブ用の孔から取り出すだけでよい。
スポーク30のテンションを調節するために、例えば図6dに示されているように、適切な調整具80が使用される。
調整具80は細長い本体82を備え、この細長い本体82は、長手方向軸Yに沿って延び、中央の長手方向空間84と長手方向貫通スリット86とを有する。
中央の空間84は、スポーク30の端部32を収容するように構成されている。スリット86は、スポーク30の端部32を中央空間84に収容できるように構成されている。
細長い本体82は、グリップ部87と成形端部88とを備え、成形端部88は、細長い本体82の長手方向軸Yに沿って延び、スポーク取付エレメント40のステム42とカップリングするように構成されている。
成形端部88の外側の大きさは、細長い本体82の長手方向軸Yと垂直な平面上における大きさであり、グリップ部87の外側の大きさよりも小さく、かつステム42が挿入されるスポーク取付孔18の直径よりも小さい。
これにより、成形端部88をスポーク取付孔18に挿入して、ステム42を操作して回転させることが可能である。
成形端部88は、ステム42の形状とマッチする形状を有する表面を介して、スポーク取付エレメント40のステム42とカップリングされる。
図7から図10、図11から図14および図15から図17には、それぞれスポーク取付エレメント40の3つの変形例と、それらに対応する調整具80の3つの変形例とが示されている。
図7から図17において、スポーク取付エレメント40の部品および部分のうち、図2および図3のスポーク取付エレメント40の部品および部分と同様または機能が同等であるものは同じ符号で示されており、上記の関連する説明を引用する。
図7から図10のスポーク取付エレメント40のステム42は、スポーク取付エレメント40の長手方向軸Zと平行に延びる複数の長手方向リブ43を備える。本明細書に示す限定的でない例において、リブ43は4つ設けられており、そのうちの3つの周方向長さ(circumferential extension)は実質的に同一であり、4つ目のリブの周方向長さはそれよりも長い。
調整具80の成形端部88の各操作突出部(maneuvering appendages)89のための収容座部43aは、リブ43の間に形成されている。操作突出部89は、細長い本体82の長手方向軸Yと平行にグリップ部87から突出し、収容座部43aの形状と適合する形状を有する。
図示された限定的でない例において、収容座部43aおよび操作突出部89はそれぞれ4つ設けられており、実質的に同一の周方向長さを有する(図10)。
操作突出部89の長手方向長さは、例えば、約2mmから4mmの範囲内である。
操作突出部89の外側の大きさは、スポーク取付エレメント40のリブ43の外側の大きさと実質的に等しく、この大きさは、スポーク取付孔18の外側の大きさと実質的に等しい(僅かに小さい)。これにより、スポーク取付エレメント40が挿入されたときにスポーク取付孔18内の自由空間が低減される。これにより、この自由空間に塵が蓄積した場合に引き起こされる問題が抑制される。一方、操作突出部89における調整具80の直径は、上記の操作突出部89を破損または変形させる恐れがなく、確実に、スポーク取付エレメント40のリブ43にトルクを効果的に伝達することができる十分な大きさである。
対照的に、図11から図14のスポーク取付エレメント40のステム42は、図7から10のスポーク取付エレメント40のステムとは異なり、スポーク取付エレメント40の長手方向軸Zと平行に延びる外側歯状部143を備える。好ましくは、外側歯状部143はカーブ(curved)状形状を有する。本明細書に示す限定的でない例において、外側歯状部143は、6つの歯と、6つの谷部とを有する。
成形端部88は、この場合、細長い本体82の長手方向軸Yと平行に延びる歯付き内側表面189を備える。歯付き内側表面189の形状は、外側歯状部143の形状とマッチする(図14)。
歯付き内側表面189の長手方向長さは、例えば、約2mmから4mmの範囲内である。
対照的に、図15から図17のスポーク取付エレメント40のステム42は、図7から図10のスポーク取付エレメント40および図11から図14のスポーク取付エレメント40のステムとは異なり、スポーク取付エレメント40の長手方向軸Zと平行に延びる内側歯状部243を備える。好ましくは、内側歯状部243は、カーブ状形状を有する。図示された限定的でない例において、内側歯状部243は、6つの歯と、6つの谷部とを有する。
成形端部88は、細長い本体82の長手方向軸Yと平行に延びる歯付き外側表面289を備える。歯付き外側表面289の形状は、内側歯状部243の形状とマッチする(図17)。
歯付き外側表面289の長手方向長さは、例えば、約2mmから4mmの範囲内である。
図18から図23には、本発明に係る自転車用スポーク車輪100の更なる実施形態が5つ示されている。
図18から図23において、車輪100の部品および部分のうち、図1から図5の車輪100の部品および部分と同様または機能が同等であるものは同じ符号で示されており、上記の関連する説明を引用する。
図1から図5の車輪100とは異なり、図18の車輪100において、保持エレメント50は、インサート60に形成された周方向座部369に配置されたOリング350によって形成されている。
周方向座部369は、インサート60のアンダーカット環状表面369aに隣接して設けられている。特に、周方向座部369は、アンダーカット環状表面369aに対して径方向内側位置に設けられている。
周方向座部369は、貫通孔62に設けられており、第1表面部分61を含むインサート60の第1部分61aに形成されている。当接表面64の部分は、アンダーカット環状表面369aに対して径方向外側位置に設けられている。
また、Oリング350は、スポーク取付エレメント40に形成された周方向座部342に配置されている。周方向座部342は、スポーク取付エレメント40のステム42に形成されている。
図18において、保持表面49は、スポーク取付エレメント40のステム42に形成された周方向座部342に形成されている。
この実施形態を製造するためには、リム10を成形するステップにおいて、成形用樹脂が浸入しないように周方向座部342の領域が保護されていることが必要である。また、リム10の形状を確実に保持しなければならない。
このため、金型において、インサート60の貫通孔62に適切な形状の保護インサートが挿入される。成形後、保護インサートは砕いて取り除くことができる。
その後の車輪100の組み立てステップには、Oリング350をスポーク取付エレメント40に取り付けるステップと、Oリング350と共にスポーク取付エレメント40をインサート60に挿入するステップと、上記のように最終的にスポーク30を取り付けるステップとが含まれる。
スポーク取付エレメント40を交換する場合、Oリング350は周方向座部342から抜き取られ、新しいものと交換される。
図1から図5の車輪100とは異なり、図19の車輪100において、保持エレメント50は、インサート60に形成された周方向座部469に配置されたOリング450によって形成されている。
周方向座部469は、インサート60のアンダーカット環状表面469aに隣接して設けられている。特に、周方向座部469は、アンダーカット環状表面469aに対して径方向内側位置に設けられている。
周方向座部469は、貫通孔62に設けられており、表面部分64を含むインサート60の第2部分64aに形成されている。表面部分64は、周方向座部469に対して径方向内側位置に設けられている。
また、Oリング450は、スポーク取付エレメント40に形成された周方向座部444に配置されている。周方向座部444は、スポーク取付エレメント40の拡大ヘッド44に形成されている。
Oリング450の外径は、Oリング350の外径よりも大きい。
図19において、保持表面49は、スポーク取付エレメント40の拡大ヘッド44に形成された周方向座部444に形成されている。
本発明の当該実施形態のインサート60は、焼結プロセスまたは3Dプリンティングによって形成することが可能である。
図20の車輪100は、図20のインサート60が一体品ではなく、本体561と補助体564とを有するという点で、図19の車輪100とは実質的に相違している。
第1貫通孔562aは、本体561に形成されている。補助体564は、本体561の径方向外側表面561aにカップリングされており、第1貫通孔562aと同軸に設けられた第2貫通孔562bを有する。
したがって、インサート60の貫通孔62は、第1貫通孔562aと第2貫通孔562bとによって形成されている。
保持エレメント50は、補助体564のアンダーカット環状表面569aに隣接する位置において(特に、径方向内側位置において)補助体564に形成された周方向座部569に配置されたOリング450によって形成されている。
また、Oリング450は、スポーク取付エレメント40に形成された周方向座部444に配置されている。周方向座部444は、スポーク取付エレメント40の拡大ヘッド44に形成されている。
図20において、保持表面49は、スポーク取付エレメント40の拡大ヘッド44に形成された周方向座部444に形成されている。
この実施形態では、成形ステップにおいて、補助体564は、炭素繊維のシートを1つ以上重ねることによって係止することが可能である。
図21の車輪100は、図21のインサート60が、長手方向軸Xと平行に(したがって、径方向に)延びる一対のフックアーム650を備え、フックアーム650が、保持エレメント50をそれぞれ形成する折り曲げられた径方向外側の自由端部651をそれぞれ有するという点で、図19の車輪100とは、実質的に相違している。
折り曲げられた自由端部651は、実質的に扁平な径方向外側表面644においてスポーク取付エレメント40の拡大ヘッド44を保持する。
図21において、保持表面49は、スポーク取付エレメント40の拡大ヘッド44の径方向外側表面644に形成されている。
当該実施形態において、「スナップ」カップリングは、インサート60が形成される材料の弾性により実現される。
図22および図23の車輪100は、図22および図23のインサート60の環状エレメント67が、折り曲げられた径方向内側の自由端部768aをそれぞれ有する一対の掛止アーム768を備え、この径方向内側の自由端部768aは、インサート60の本体65の径方向内側表面とカップリングするように構成されているという点で、図1から図5の車輪100とは実質的に相違している。
図22および図23のインサート60の保持エレメント50は、貫通孔62に片持ち状に突出する環状エレメント67の可撓部767aによって形成されている。
図23に示されるように、可撓部767aは、貫通孔62に面する2つの対向する舌部によって形成されている。
可撓部767aは、スポーク取付エレメント40に形成された周方向座部444に配置される。周方向座部444は、スポーク取付エレメント40の拡大ヘッド44に形成されている。
図22において、保持表面49は、スポーク取付エレメント40の拡大ヘッド44に形成された周方向座部444に形成されている。
また、当該実施形態において、リム10の炭素繊維と、環状エレメント67の金属材料とが接触しないようにすることが望ましい。さらに、リム10の成形中に、成形用樹脂がスポーク取付エレメント40の通路領域と可撓部767aの下に侵入しないようにすることが望ましい。
当然ながら、当業者であれば、その時々の要件や偶発的な要件を満足するために上述した本発明に様々な変更や変形を施すことができ、いずれにせよ、これらの変更や変形の全ては添付の特許請求の範囲により定まる保護範囲内に含まれる。
特に、記載した実施形態および変形例に関連して開示された構成を任意で組み合わせることが可能である。
例えば、リムの上側ブリッジは、タイヤ/気室のインフレーションバルブ用の孔に加えて、更に孔を備えていても、備えていなくてもよい。
さらに、スポーク30からスポーク取付エレメント40の螺合が(特に、振動によって)外れないように構成されたシステムを提供することが可能である。例えば、スポーク30のねじ付き端部32のねじ部とねじ付き貫通孔46aとの間において、またはスポーク30のねじ付き端部32の上側において、接着剤を使用することが可能である。また、特にねじ付き貫通孔46a内において、例えばナイロン製の穴のあいたボール95を(図3に示されるように)挿入することが可能である。
スポーク取付エレメント40は、アルミニウム製とすることも可能である。

Claims (15)

  1. 自転車用スポーク車輪(100)のリム(10)に用いられるインサート(60)であって、
    − リム(10)のスポーク取付孔(18)において前記リム(10)の内側表面(14a)と当接するように構成された第1表面部分(61)と、
    − 長手方向軸(X)に沿って延び、スポーク取付エレメント(40)が貫通するように構成された貫通孔(62)と、
    − 前記スポーク取付エレメント(40)の拡大ヘッド(44)と当接するように構成された第2表面部分(64)と、を備えるインサート(60)において、
    前記スポーク取付エレメント(40)が前記第2表面部分(64)と当接しているとき、前記スポーク取付エレメント(40)が前記長手方向軸(X)に沿って移動することを防止するように構成された少なくとも1つの保持エレメント(50)を備えることを特徴とするインサート(60)。
  2. 請求項1に記載のインサート(60)において、第1貫通孔(62a)が形成された本体(65)と、前記本体(65)とカップリングされ、前記第1貫通孔(62a)と同軸に設けられた第2貫通孔(62b)を有する環状エレメント(67)とを備え、前記インサート(60)の前記貫通孔(62)は、前記第1貫通孔(62a)および前記第2貫通孔(62b)によって形成されており、前記少なくとも1つの保持エレメント(50)は、前記第2貫通孔(62b)に片持ち状に突出する前記環状エレメント(67)の少なくとも1つの可撓部(67a,767a)によって形成されているインサート(60)。
  3. 請求項2に記載のインサート(60)において、前記環状エレメント(67)の前記可撓部(67a)は、ゴムで被覆されているインサート(60)。
  4. 請求項2または3に記載のインサート(60)において、前記環状エレメント(67)は、金属材料製であるインサート(60)。
  5. 請求項2から4のいずれか一項に記載のインサート(60)において、前記環状エレメント(67)は、実質的に扁平であり、前記本体(65)に共成形されているインサート(60)。
  6. 請求項2から4のいずれか一項に記載のインサート(60)において、前記環状エレメント(67)は、実質的に扁平であり、炭素繊維を含む少なくとも1つの被覆層を介して前記本体(65)に係止されているインサート(60)。
  7. 請求項2から6のいずれか一項に記載のインサート(60)において、前記本体(65)と前記環状エレメント(67)との間に、ガラス繊維を含む少なくとも1つの絶縁層が介在しているインサート(60)。
  8. 請求項1に記載のインサート(60)において、前記少なくとも1つの保持エレメント(50)は、前記インサート(60)のアンダーカット環状表面(369a,469a,569a)に隣接する位置に形成された周方向座部(369,469,569)に配置されたOリング(350,450)によって形成されているインサート(60)。
  9. 請求項8に記載のインサート(60)において、前記周方向座部(369,469)は、前記第1表面部分(61)を含む前記インサート(60)の第1部分(61a)、または前記第2表面部分(64)を含む前記インサート(60)の第2部分(64a)に形成されているインサート(60)。
  10. 請求項1に記載のインサート(60)において、前記長手方向軸(X)と平行に延びる一対のフックアーム(650)を備え、前記フックアーム(650)はそれぞれ、各保持エレメント(50)を形成する折り曲げられた自由端部(651)を有するインサート(60)。
  11. 請求項2から4のいずれか一項に記載のインサート(60)において、前記環状エレメント(67)は、前記本体(65)とカップリングするように構成された自由端部(768a)をそれぞれ有する一対のフックアーム(768)を備えるインサート(60)。
  12. 請求項1に記載のインサート(60)において、第1貫通孔(562a)が形成された本体(561)と、前記本体(561)とカップリングされ、前記第1貫通孔(562a)と同軸に設けられた第2貫通孔(562b)を有する補助体(564)とを備え、前記インサート(60)の前記貫通孔(62)は、前記第1貫通孔(562a)および前記第2貫通孔(562b)によって形成されており、前記少なくとも1つの保持エレメント(50)は、前記補助体(564)のアンダーカット環状表面(569a)に隣接する位置において前記補助体(564)に形成された周方向座部(569)に配置されたOリング(450)によって形成されているインサート(60)。
  13. 自転車用スポーク車輪(100)であって、
    − 少なくとも部分的に複合材料からなり、複数のスポーク取付孔(18)が設けられたリム(10)と、
    − 前記スポーク取付孔(18)において前記リム(10)とカップリングされた複数のスポーク(30)と、
    − 各スポーク取付孔(18)に配置されたスポーク取付エレメント(40)と、
    − 前記リム(10)の内側表面(14a)と当接している少なくとも1つのインサート(60)と、を備えるスポーク車輪(100)において、
    前記少なくとも1つのインサート(60)が、請求項1から12のいずれか一項に記載のインサート(60)であることを特徴とするスポーク車輪(100)。
  14. 請求項13に記載のスポーク車輪(100)において、前記スポーク取付エレメント(40)は、前記スポーク取付孔(18)に部分的に挿入され、前記リム(10)に対して内側に、前記リム(10)から径方向に突出していないスポーク車輪(100)。
  15. 請求項13に記載のスポーク車輪(100)において、前記スポーク取付エレメント(40)は、前記スポーク取付孔(18)に部分的に挿入され、前記スポーク取付孔(18)において前記スポーク(30)の直径以下の長さを有するセグメントによって、前記リム(10)に対して内側に前記リム(10)から径方向に突出する径方向内側端部(41)を有するスポーク車輪(100)。
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