JPH08509182A - 射出成形されたプラスチックの自転車用ホイール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 その全体がプラスチックの射出成形によって形成される中空のホイール（１０）が開示される。このホイールは、ホイールハブアセンブリを受入れるための一体の中央のスリーブ（１２）と、ハブの周りに等角度で間隔を空けて対称的に配置される少なくとも３つの中空の一体のスポーク（１６）と、タイヤを受入れるための周辺チャネル（２２）を有する一体に形成される環状リム（２０）とを有する。金属のスポークを有するホイールの強度および剛さの特性と少なくとも等しい強度および剛さの特性を与えるために、ホイールの中央ハブ領域（１８）、スポーク、およびリムの側壁（２４）の厚さは均一である。

Description

【発明の詳細な説明】 射出成形されたプラスチックの自転車用ホイール 発明の背景発明の分野 本発明は成形プラスチックホイールに関し、特定的には、自転車に用いるため の一体型中空ホイールに関する。先行技術の簡単な説明 自転車および他の応用例のためのプラスチックホイールが、種々の成形技術に よって提供されている。これまで多数の特許が、射出成形によって形成されるホ イールを開示しているが、これらは中空の形態ではない。その代わりに、これら のホイールは中央のハブと外側リムとの間に延在する中空ではなく中実のリブま たはスポークを有する。このような特許の例は、米国特許番号第４，５０８，３ ９２号および第４，７９３，６５９号である。自転車に用いるのに適切な成形プ ラスチックホイールを提供しようとする別の試みは、米国特許番号第３，８６２ ，７７９号および第４，８１８，０３４号に記載されている。これらの特許では 、中空の形態のホイールが、分割された鏡像の２つの半分の部分から組立てられ 、このアセンブリが適切な締付け具またはスタッドによって保持される。この手 法では中空の形態のホイールを提供することができるが、ホイールの強さについ て妥協しており、実質的なマニュアルでの組立てを必要とする。 プラスチックの自転車用ホイールを提供する別の試みが、 米国特許第４，８４４，５５２号に開示されている。この特許は、中央のハブと 外側リムとの間の環状のダイヤフラムのアセンブリによって形成される中実の中 央部を有するスポークレスホイールを記載している。特許化されていないが、成 形プラスチックの自転車用ホイールが市場に出ており、その成功は限られたもの である。このホイールは、樹脂含浸グラファイトファイバの複数の層をゴムのマ ンドレルに施し、型内に入れ、加熱して樹脂を硬化させることによって形成され る３スポークプラスチックホイールである。その後、ゴムのマンドレルがホイー ルのハブ領域から取出され、別個のリムおよび別個のハブが二次的な接合によっ てホイールに接合される。この手順は非常に面倒であり、実質的に注文に応じて 手で製造することに依存している。これは、ホイールの品質における一貫した性 能にとって所望である精度および正確さを与えず、リムおよびハブが一体に形成 されないという要件のためにホイールの強さが低減されてしまう。 発明の目的 本発明のある目的は、自転車用ホイールとして用いるのに適切な成形プラスチ ックホイールを提供することである。 本発明の別の目的は、射出成形された中空の形態のスポークホイールを提供す ることである。 本発明のさらに別の目的は、従来の金属製スポークホイールに等しいかまたは それを上回る弾性および強さを有す る成形プラスチック自転車用ホイールを提供することである。 本発明のさらに別の目的は、射出成形の大量生産の技術を用いて製造すること が可能な中空プラスチック自転車用ホイールを提供することである。 本発明のさらに別の目的は、高い精度および正確さで成形され、均一な強さお よびバランスを有する自転車用ホイールを提供することである。 その他のおよび関連の目的は、本発明の以下の説明より明らかになるであろう 。 発明の簡単な説明 本発明は、専らプラスチックの射出成形によって形成される中空のホイールを 含む。このホイールは、ホイールハブアセンブリを受けるための一体型の中央の スリーブと、ハブの周りに等角度の間隔を空けて対称に配置される少なくとも３ つの中空の一体型スポークと、タイヤを受けるための周縁チャネルを有する、一 体に形成された環状のリムとを有する。ホイールの中央ハブ領域ならびにリムお よびスポークの側壁の厚さは均一であり、金属スポークのホイールに少なくとも 等しい強さおよび剛さの特性を与えるのに十分なものである。 図面の簡単な説明 本発明は図面を参照して説明される。 図１は、本発明の成形プラスチックホイールの側面図で ある。 図２は、図１の線２−２′に沿った断面図である。 図３は、図１の線３−３′に沿った断面図である。 図４は、図１の線４−４′に沿った断面図である。 図５は、図１の線５−５′に沿った断面図である。 図６は、図１の線６−６′に沿った断面図である。 図７は、図６の領域７−７′の拡大図である。 図８は、図６の線８−８′内の領域の拡大図である。 図９は、図１の線９−９′内の領域の拡大図である。 図１０は、本発明の成形されたホイールの縁部の図である。 図１１は、図９に示されるものに代わるハブの拡大図である。 好ましい実施例の説明 ここで図１を参照して、本発明の成形された自転車用ホイール１０は、好まし くは従来の軸受ハブアセンブリ（図示せず）を受けるための複数の軸方向の溝１ ４を有する中央のスリーブ１２を有するように示される。スリーブ１２はホイー ルの残部と一体に形成され、その残部とは、ハブ領域１８から環状のリム２０に 軸方向に外向きに延在する好ましくは３つである、複数のスポーク１６を含む。 環状のリム２０は外側周縁チャネル２２を備えて形成され、チャネル２２は従来 のタイヤを受けるための側壁２４を有する。図２、３および４の断面図から明ら かなように、スポ ーク１６は楕円形であり、好ましくは断面図において明らかなように長手の楕円 形の輪郭を有する。 ホイールは、たとえばナイロン、ポリフェニレン、硫化物、ポリエーテルイミ ド、ポリエステル、ポリウレタン等の熱可塑性樹脂、またはエポキシ樹脂等の熱 硬化性樹脂で射出成形される。樹脂は、樹脂の２０ないし約７５重量％の量で加 えられる繊維ガラス等のある長さで切られたファイバまたは好ましくはグラファ イトファイバで強化される。非常に有用なファイバは、約０．１ないし約０．７ ５インチの長さを有する。多くの応用例にとって好ましい樹脂は、約５０重量％ の濃度のグラファイトファイバで強化されたナイロンである。 図２−４と図７および８の断面図は、より明確にするために３倍に拡大されて おり、側壁の厚さは図示の目的のために厚くされている。好ましくは、スポーク １６の幅対厚さの割合は、その長さ全体にわたって、１を上回り、最も好ましく は２を上回る。ホイールの壁の厚さはホイール全体で均一であり、従来の鋼製ス ポークの自転車用ホイールに等しいか、またはそれを上回る性能を与えるのに十 分である。好ましいプラスチックでは、０．０７５ないし０．１２５インチ、好 ましくは約０．０９インチの壁の厚さで、従来の鋼製スポークの自転車用ホイー ルの性能に等しいか、またはこれを上回るのに必要な剛さ、強さ、および可撓性 を与える。 ここで図５を参照して、リム２０はまた流線形であり、この目的のため、リム もまた中空の形態であり、半楕円形の輪郭を有して、外縁チャネル２２の底壁を 形成する広いベース壁２６を有する。周縁チャネル２２は、好ましくは、同一の 広がりを有する内側に向けられた環状のリップ２８を支持する平行な側壁２４を 有し、それによって従来の自転車のタイヤを受ける従来のチャネルリムを形成す る。 スポーク１６とリム２０とは滑らかな半径を有する繋ぎ部をもって接合される 。スポークは、リムの円周の外に位置する中心部３４および３５で曲率半径を有 する前縁および後縁３０および３２を備えて形成される。この形状によって、ホ イールの空気力学的および強さの特性を最大にする。 ここで図６および７を参照して、中央のハブ領域１８の形状が明らかになる。 領域１８は、図６に断面で示され、図７に拡大図で示される。図示されるように 、中央のハブ領域１８もまた空気力学的に構成されており、楕円形で中空の外縁 部１９を備える。ハブ領域１８は、中央に位置されて一体に形成されたスリーブ １２を有し、これは好ましくは、従来の金属ハブアセンブリの割り出しを与える 図７および９に明確に示されるような軸方向のスロット１４を有する。スリーブ １２は、スポーク１６の各々の内部と通じる複数の開口１７を有する。以下に説 明するように、これらの開口によって、ホイールが成形された後に溶融した 共晶金属マンドレルを排出すること可能にする。 ホイールはまた従来のタイプのインフレーションステムを備え、この目的のた めに、環状のリム２０において少なくとも１つの貫通孔３６を有する。この貫通 孔は、図６の線８−８′内の領域の拡大図である図８に、より詳細に示される。 そこに図示されているように、貫通孔３６は、円滑に推移するように、つなぎ縁 部４０を備えて形成され、外縁チャネル２２のベース壁２６および貫通孔３６の 側壁にかけて横方向に延在する第２の貫通孔３８（中央の線３９に沿っている） に交差しており、それによってバルーンタイヤの従来のインフレーションステム の挿入または通路を与えている。 ハブ１２およびハブの周りの領域１８は、図９および１１に示される。図９に 示されるように、ハブ１２は、その表面の１つから延在する複数の部分的な軸方 向のスロット１４を有する。これらの部分的スロットは、ホイール１０の一体型 プラスチックハブ１２に嵌合する、標準的な金属ハブおよび軸受アセンブリの外 側の円筒状のケーシングに位置される軸方向のリブを受ける。図１１において、 一体型プラスチックハブ１２は複数の葉の形状（lobed-shap ed）の空洞１４ａ を有し、これらは標準的な金属ハブおよび軸受アセンブリのケーシングの外壁に 位置されるローブ（lobes）を受ける。図７に示されるように、ローブ１４ａま たはスロット１４は、ハブ１２の内壁に沿って部分的 に、好ましくはハブ１２の軸方向の長さの約１／３から約１／２だけ延在する。 ここで図１０を参照して、タイヤの環状の周縁リム２４のベース壁２６は、ホ イールの周辺において等角度で増分するように間隔を空けられる複数の長手のス ロット４２を備えて形成される。これは、重量を最小にするのに望ましく、これ らのスロット４２はホイールの剛さおよび強さを大きく低減されることなく設け られ得る。さらに、スロット４２は、以下に説明するように金属マンドレルが溶 融したときに形成される、溶融した金属のほとんどを排出することを可能にする 。 本発明のホイールは射出成形によって形成される。ホイールの中空の構造は、 予め形成されたマンドレルの周りに樹脂を射出成形することで達成される。マン ドレルは液体化が可能であるべきであり、すなわち固体の状態から液体の状態に 変わることができ、かつ固体の状態で温度および圧力の成形条件に対して安定で なくてはならない。これはまた、成形されたものに影響を与えない条件の下で固 体から液体に物理的状態が変化することが可能でなくてはならない。 １つの方法は、熱可塑性ポリマーの融点よりもわずかに低い融点を有する共晶 金属で形成されるマンドレルを用いることである。この目的のための市場で入手 可能な共晶金属は、655 Main St.,East Greenwich,RIのエレクトロバー ト社（Electrovert）から入手可能である。形成される中空のホイールが、上述 のような厚さで全体に均一な壁の厚さを有するように、マンドレルは射出成形キ ャビティの内部寸法に非常に近い公差をもって形成される。 別の方法は、成形物にとって無害の溶剤において溶解するマンドレル、たとえ ばポリビニルアルコールまたはアクリル共重合体等の水溶性ポリマーで形成され るマンドレルを用いることであり、これは射出成形の条件下で寸法的に安定させ るための鉱物の充填剤を含んでもよい。 射出成形の手順は従来通りである。ポリマーがその融点を超える温度で射出さ れ、マンドレルの周りのモールドの空洞に流れ込む。モールドの温度は従来の態 様でポリマーの固体化が得られるように制御され、これはモールドから出され、 まだ金属のマンドレルを含んでいる。射出成形のための典型的なサイクル時間は 、熱可塑性樹脂では４０ないし約７５秒であり、熱硬化性樹脂では２ないし約６ 分である。 成形されたホイールおよび共晶金属マンドレルはその後、マンドレルのために 用いられた共晶金属の融点に維持された油浴内に置かれる。油浴が金属を加熱し 、これを溶かして、溶融した金属が、ホイールの環状のリム２２の周りに配置さ れる開口４２を介して完成されたホイールから、およびハブスリーブ１２の開口 １７から排出され、その結果、非常に均一な壁の厚さ、重量および強さを有する 完全に一 体型の成形プラスチックホイールが得られる。 可溶性マンドレルでも同じ手順が取られる。成形されたホイールおよび水溶性 マンドレルは水浴内に配置され、これが中くらいの温度、たとえば華氏１００な いし２００°まで加熱され、マンドレルの溶解の速度を速めてもよい。その後ホ イールが取出され、排出され、濯がれ、乾かされて、一体型の中空ホイールとし ての完成品を得る。 重要なことには、ホイールはかなり高い程度のバランスを持って形成され、ホ イールの完全なバランスを与えるための作業をほとんど必要としない。溶融した 共晶金属は沈降した層として油浴内に蓄積し、そこから排出されてマンドレルの 製造のたびに再利用できる。 本発明が、図示されている現在好ましい実施例に関して説明された。本発明は この現在好ましい実施例の開示によって不当に制限されるものではなく、本発明 は添付の請求の範囲によって、およびその明らかな均等物によって規定されると 意図される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｂ２９Ｌ 31:30

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一体のリムの側壁と環状キャビティを囲むリムのベース壁とから形成され、 中空のスポークを有する前記中央のハブに結合される中空の環状リムと、中央の ハブとを有する自転車用の一体型中空ホイールであって、前記ホイールは、その 全体が繊維強化プラスチックの射出成形によって形成される、自転車用ホイール 。 ２．厚さに対する幅の比が単位元よりも大きく、前記ハブおよびリムと一体に形 成され、前記ハブの周りに等角度で間隔を空けて対称的に配置される少なくとも ３つの中空スポークを有する、請求項１に記載の自転車用ホイール。 ３．前記スポークは楕円形の断面を有する、請求項２に記載のホイール。 ４．厚さに対する環状の幅の比が単位元よりも大きい一体に形成される環状リム を含む、請求項２に記載の自転車用ホイール。 ５．前記中央のハブは、ホイール軸受を含むホイールハブアセンブリを受入れる ための内径を有する中央のスリーブを含む、請求項１に記載の自転車用ホイール 。 ６．ホイールハブアセンブリの割り出しリブを受入れるために、前記スリーブの 内壁に複数個の軸方向に延びるスロットを含む、請求項５に記載の自転車用ホイ ール。 ７．一体のリムの側壁と環状キャビティを囲む一体のリムのベース壁とから形成 され、中空のスポークと結合される 中空の環状リムと、中央のハブとを有する自転車用の一体型中空ホイールであっ て、前記ホイールはその全体が繊維強化プラスチックの射出成形によって形成さ れ、 ａ．ホイール軸受を含むホイールハブアセンブリを受入れるための内径を有す る中央のスリーブと、 ｂ．厚さに対する幅の比が単位元よりも大きく、前記スリーブと一体に形成さ れ、前記スリーブの周りに等角度で間隔を空けて対称的に配置される少なくとも ３つの中空のスポークと、 ｃ．厚さに対する環状の幅の比が単位元よりも大きい環状の囲いを囲む一体の リムのベース壁と、一体のリムの側壁とから形成される一体に形成される中空の 環状リムとを含み、 ｄ．前記リム、中央のスリーブ、およびスポークは合わせて１つの閉じられた 中空のチャンバを形成し、前記リムおよびスポークの側壁は、金属スポークホイ ールの強度および剛さの特性と実質的に等しい強度および剛さの特性を与えるの に十分な厚さである、自転車用ホイール。 ８．３つのスポークを含む、請求項７に記載のホイール。 ９．前記リムおよびスポークは、実質的に均一な厚さの壁を有する、請求項７に 記載のホイール。 １０．前記壁の厚さは０．０７５〜約０．１２５インチの範囲内である、請求項 ９に記載のホイール。 １１．前記スポークは楕円形の断面を有する、請求項７に 記載のホイール。 １２．前記スポークの各縁部は、前記リムの周囲の外側に中心を有する曲率半径 を持って形成される、請求項１１に記載のホイール。 １３．前記スポークの、厚さに対する幅の比の最小値は２よりも大きい、請求項 １２に記載のホイール。 １４．前記リムは、半楕円形の断面形状を有する内部環状縁部を有して形成され る、請求項７に記載のホイール。 １５．前記スポークと前記リムとの結合部は滑らかになるようにされる、請求項 １４に記載のホイール。 １６．前記リムの、厚さに対する環状の幅の比の最小値は２よりも大きい、請求 項１４に記載のホイール。 １７．前記リムは、その円筒形のベース壁に沿って複数個の間隔を空けて配置さ れる開口を有する、請求項１４に記載のホイール。 １８．一体に成形されるスリーブによって形成され、タイヤインフレーションス テムを受入れるために前記リムの前記円筒形の壁を貫通する横方向に配向される 通じる開口を有する１つの貫通孔を前記リムに含む、請求項１４に記載のホイー ル。 １９．低融点金属からなる内部コアの周りに熱可塑性樹脂を射出成形することに よって形成される、請求項１に記載のホイール。 ２０．前記プラスチックは繊維で強化される、請求項７に 記載のホイール。 ２１．前記ホイールの側壁に形成される排出ポートを含む、請求項７に記載のホ イール。 ２２．射出成形によって中空のスポークに結合される環状のリムと、中央のハブ とを有する自転車用の一体型中空ホイールの製造方法であって、 ｅ．プラスチックの成形の条件下で安定しており、かつ、前記自転車用ホイー ルに無害な条件下でその物理状態を固体から液体に変えることができる液状化可 能な固体からなる前記中空のスポーク、中央のハブおよび環状のリムの内部形状 に一致するマンドレル形状を準備するステップと、 ｆ．前記ホイールの外面のための所望の彫り込み模様を有する射出成形のキャ ビティ内に前記マンドレル形状を配置するステップと、 ｇ．前記モールドを閉じ、溶融した繊維強化プラスチックをモールドキャビテ ィに注入して、前記プラスチックがその中でゲル化し固体化するのに十分に冷め るようにするステップと、 ｈ．マンドレルを液状にする条件下にある浴に位置する前記マンドレル形状を 含む最終結果物としての成形物を取出し、前記マンドレルの材料が前記成形物か ら流れ出るようにするステップとを含む、方法。 ２３．前記自転車用ホイールは、厚さに対する幅の比が単位元よりも大きく、前 記ハブおよびリムと一体にされ、前 記ハブの周りに等角度で間隔を空けて対称的に配置される少なくとも３つの中空 のスポークで形成される、請求項２２に記載の製造方法。 ２４．前記スポークはその断面形状が楕円形になるように形成される、請求項２ ２に記載の製造方法。 ２５．前記自転車用ホイールは、厚さに対する環状の幅の比が単位元よりも大き い一体の環状リムと、円筒形のベース壁とタイヤを受入れるための互いに対向す る側壁とを有する周辺チャネルとから形成される、請求項２２に記載の製造方法 。 ２６．前記マンドレル形状は共晶金属からなり、前記浴は前記共晶金属を溶かす のに十分な温度に加熱される、請求項２２に記載の製造方法。 ２７．前記マンドレル形状は可溶性金属からなり、前記浴は前記金属のための溶 媒を含み、前記ホイールの前記プラスチックはそれに対して不溶性であり、前記 溶媒は前記マンドレル形状を溶解する、請求項２２に記載の製造方法。 ２８．前記マンドレル形状は水溶性ポリマーからなり、前記浴の前記溶媒は水で ある、請求項２２に記載の製造方法。