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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-19
(54)【発明の名称】ホイール用リム
(51)【国際特許分類】
B60B 5/02 20060101AFI20240711BHJP
B29C 70/42 20060101ALI20240711BHJP
【ＦＩ】
B60B5/02 J
B60B5/02 F
B29C70/42
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024503374
(86)(22)【出願日】2021-12-20
(85)【翻訳文提出日】2024-03-15
(86)【国際出願番号】 GB2021053371
(87)【国際公開番号】W WO2023002143
(87)【国際公開日】2023-01-26
(31)【優先権主張番号】2110639.8
(32)【優先日】2021-07-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518443993
【氏名又は名称】ダイマグ グループ リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000671
【氏名又は名称】ＩＢＣ一番町弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】ウェイクマン，エリック
(72)【発明者】
【氏名】デ ランジ，トーマス
(72)【発明者】
【氏名】ウィルソン，マイケル
【テーマコード（参考）】
4F205
【Ｆターム（参考）】
4F205AC03
4F205AD16
4F205AD17
4F205AG03
4F205AG19
4F205AH19
4F205HA08
4F205HA14
4F205HA22
4F205HA37
4F205HA45
4F205HB01
4F205HB11
4F205HC05
4F205HF05
4F205HT16
4F205HT26
(57)【要約】
本明細書では、ホイール用リムが開示され、リムは、バレルであって、バレルの対向する縁部から半径方向外側に延在する第１及び第２のフランジを有し、第１及び第２のフランジのそれぞれ軸方向内側に配置された第１のビードシート及び第２のビードシートを備えるバレルを備え、バレル、ならびに第１及び第２のフランジは、ポリマーマトリックスで結合された構造繊維の層を備え、予め形成されたインサートが、構造繊維の層間に配置され、インサートは、リムに軸方向及び／又は半径方向に加えられた荷重もしくは衝撃からエネルギーを吸収及び／又は偏向及び／又は散逸するように作用し、ならびに／あるいはホイールのフープ剛性を増加させるように作用する材料を含み、インサートは、断面で見たときに（リムの軸が断面の平面に平行である）、２つの細長い部分を有し、インサートの第１の細長い部分は第１又は第２のフランジの１つの中に延在し、インサートの第２の細長い部分は第１又は第２のビードシートの下にそれぞれ延在し、それにより、第１及び第２の部分は断面がほぼ「Ｌ」字形状を一緒に形成する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
バレルであって、前記バレルの対向する縁部から半径方向外側に延在する第１及び第２のフランジを有し、前記第１及び前記第２のフランジのそれぞれ軸方向内側に配置された第１のビードシート及び第２のビードシートを備える、バレルを備え、前記バレル、ならびに前記第１及び前記第２のフランジが、ポリマーマトリックスで結合された構造繊維の層を備え、
予め形成されたインサートが、構造繊維の層間に配置され、
前記インサートが、リムに軸方向及び／又は半径方向に加えられた荷重もしくは衝撃からエネルギーを吸収及び／又は偏向及び／又は散逸するように作用し、ならびに／あるいは前記ホイールのフープ剛性を増加させるように作用する材料を含み、前記インサートが、断面で見たときに（前記リムの軸が前記断面の平面に平行である状態で）、２つの細長い部分を有し、前記インサートの第１の細長い部分が前記第１又は前記第２のフランジの１つの中に延在し、前記インサートの第２の細長い部分が前記第１又は前記第２のビードシートの下にそれぞれ延在し、それにより、第１及び第２の部分は断面がほぼ「Ｌ」字形状を一緒に形成する、ホイール用リム。
【請求項2】
構造繊維の第１の複数の層が、前記インサートの前記第２の細長い部分の上方（すなわち、半径方向外側）に前記ビードシートを形成し、構造繊維の第２の複数の層が、前記第２の細長い部分の下方（すなわち、半径方向内側）に配置され、前記構造繊維の第１の複数の層と前記構造繊維の第２の複数の層との厚さの比が、約２：１～約１：２、任意選択的に約３：２～約２：３、任意選択的に約４：３～約３：４、任意選択的に約５：４～約４：５である、請求項１に記載のホイール用リム。
【請求項3】
構造繊維の第２の複数の層が、前記第１の複数の層の厚さと同じか又はそれより大きい厚さである、請求項２に記載のホイール用リム。
【請求項4】
前記予め形成されたインサートが、圧縮性材料、エラストマー材料、及び多孔性材料から選択される材料を含むか、又は前記圧縮性材料、前記エラストマー材料、及び前記多孔性材料から選択される材料からなる、請求項１～３のいずれか１項に記載のホイール用リム。
【請求項5】
前記多孔性材料が、射出成形発泡体材料である、請求項４に記載のホイール用リム。
【請求項6】
前記予め形成されたインサートが、前記インサートを形成する中空シェルを備えるか、又は前記中空シェルからなり、任意選択的に、前記中空シェルが剛性材料から形成され、任意選択的に、前記剛性材料が金属、プラスチック、及び圧縮成形炭素繊維から選択され、任意選択的に、前記金属がアルミニウムである、請求項１～３のいずれか１項に記載のホイール用リム。
【請求項7】
第１及び第２のフランジがそれぞれ、請求項１に定義されたインサートを含み、第１のインサートが、前記第１のフランジ内に延在するその第１の細長い部分と、前記第１のビードシートの下に延在するその第２の細長い部分とを有し、第２のインサートが、前記第２のフランジ内に延在するその第１の細長い部分と、前記第２のビードシートの下に延在するその第２の細長い部分とを有する、請求項１～６のいずれか１項に記載のホイール用リム。
【請求項8】
前記リムが、四輪車両用ホイール用であり、前記第１のフランジが、車両に取り付けられたときに外側フランジであり、前記インサートの前記第１の細長い部分が、前記第１のフランジの１つの中に延在し、前記インサートの前記第２の細長い部分が、前記第１のビードシートの下に延在する、請求項１～７のいずれか１項に記載のホイール用リム。
【請求項9】
前記インサートの前記第１の細長い部分が、前記第１のフランジの１つの中に延在し、前記インサートの前記第２の細長い部分が、前記第１のビードシートの下に延在し、第１の安全ビードが、前記第１のビードシートの軸方向内側に位置し、前記インサートが、前記第１のビードシート及び前記第１の安全ビードの外側輪郭にほぼ追従する、請求項１～８のいずれか１項に記載のホイール用リム。
【請求項10】
前記リムが、前記バレルから半径方向内側に延在し、ホイールアタッチメント、例えばスポークが取り付けられ得る第３のフランジを備え、前記第３のフランジが、前記第３のフランジの輪郭に追従し、前記第３のフランジの両側でバレルの半径方向内側に沿って延在する構造繊維のさらなる層によって形成され、それにより、任意選択で、前記第３のフランジが前記第１のフランジと前記バレルの同じ側に位置する場合に前記第１のフランジであってもよいフランジの軸方向外側縁部に沿って延在する、請求項１～９のいずれか１項に記載のホイール用リム。
【請求項11】
前記構造繊維のさらなる層が三軸布帛を含む、請求項１０に記載のホイール用リム。
【請求項12】
請求項１～１１のいずれか１項に記載のリムを備えるホイール。
【請求項13】
請求項１２に記載のホイールを備える車両。
【請求項14】
請求項１～１１のいずれか１項に記載のリムを製造する方法であって、前記構造繊維及び前記予め形成されたインサートを組み立て、前記ポリマーマトリックスによってそれらを一緒に結合して前記リムを形成することを含む、方法。
【請求項15】
前記方法が、前記インサートを前記構造繊維と組み立てる前に前記インサートを形成するために材料を成形することを含み、任意選択的に、前記成形が射出成形又は圧縮成形である、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、ホイール、特に、繊維複合材料及び／又はプラスチック材料を含むリムなどの非金属リムを有するホイールに関する。本明細書に記載のリム及びホイールは、例えば、自動車、オートバイ、自転車及び航空機などの電動車両及び非電動車両と共に使用することができる。
【背景技術】
【0002】
繊維強化プラスチックなどの複合材料から作られたホイールは、近年大きな進歩を遂げている。しかしながら、最近の設計でさえ、特定の欠点を有する場合がある。例えば、非常に高い及び／又は突然の軸方向もしくは半径方向の荷重あるいは衝撃を受けるいくつかのホイールは、ホイールの構造的完全性の喪失を受ける可能性があり、タイヤの収縮及び／又は車両の制御の喪失につながるおそれがある。これは、高速を経験する自動車及びオートバイにとって特に懸念される。さらに、リムへの構造的損傷は、単に修理されるのではなく、正確な損傷評価が困難であり、容易に交換可能な要素がないため、安全上の理由から、リム全体を交換する必要があることを意味し得る。場合によっては、損傷がリム上で検出されないことがあり、これは、ホイールが車両で使用され、その後故障する場合に安全上の問題となり得る。
【0003】
出願人は、国際公開第２０１７／０４６５５５号に記載されているように、１つ又は複数のインサートがホイールに含まれており、ホイールの一次構造要素及び他の部分に対するそれらの位置決めが重要である分野において進歩した。本公報に記載のホイールは、インサートなしのホイールと比較して、ＳＡＥＪ３２８試験において優れていることが分かった。特に効果的な実施形態は、リムの両側に２つのインサートを有するものであり、一方は直立フランジ内に延在し、他方はビードシートの下にあり、一次荷重経路はそれらの間を通過する。本発明者らは、製造の容易さが改善されたが、ＳＡＥＪ３２８試験、コーナリング疲労試験、１３度衝撃試験、内側リム衝撃試験、及び９０度リム衝撃試験などの機械的試験において少なくとも比較可能に良好に機能するこのホイールの改善を進めようとした。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第２０１７／０４６５５５号
【発明の概要】
【0005】
第１の態様では、ホイール用のリムであって、リムは、
バレルであって、バレルの対向する縁部から半径方向外側に延在する第１及び第２のフランジを有し、第１及び第２のフランジのそれぞれ軸方向内側に配置された第１のビードシート及び第２のビードシートを備える、バレルを備え、
バレル、ならびに第１及び第２のフランジは、ポリマーマトリックスで結合された構造繊維の層を備え、
予め形成されたインサートが、構造繊維の層間に配置され、インサートは、リムに軸方向及び／又は半径方向に加えられた荷重もしくは衝撃からエネルギーを吸収及び／又は偏向及び／又は散逸するように作用し、ならびに／あるいはホイールのフープ剛性を増加させるように作用する材料を含み、インサートは、断面で見たときに（リムの軸が断面の平面に平行である）、２つの細長い部分を有し、インサートの第１の細長い部分は第１又は第２のフランジの１つの中に延在し、インサートの第２の細長い部分は第１又は第２のビードシートの下にそれぞれ延在し、それにより、第１及び第２の部分は断面がほぼ「Ｌ」字形状を一緒に形成する、リムが提供される。
バレルであって、バレルの対向する縁部から半径方向外側に延在する第１及び第２のフランジを有し、第１及び第２のフランジのそれぞれ軸方向内側に配置された第１のビードシート及び第２のビードシートを備える、バレルを備え、
バレル、ならびに第１及び第２のフランジは、ポリマーマトリックスで結合された構造繊維の層を備え、
予め形成されたインサートが、構造繊維の層間に配置され、インサートは、リムに軸方向及び／又は半径方向に加えられた荷重もしくは衝撃からエネルギーを吸収及び／又は偏向及び／又は散逸するように作用し、ならびに／あるいはホイールのフープ剛性を増加させるように作用する材料を含み、インサートは、断面で見たときに（リムの軸が断面の平面に平行である）、２つの細長い部分を有し、インサートの第１の細長い部分は第１又は第２のフランジの１つの中に延在し、インサートの第２の細長い部分は第１又は第２のビードシートの下にそれぞれ延在し、それにより、第１及び第２の部分は断面がほぼ「Ｌ」字形状を一緒に形成する、リムが提供される。
【0006】
第２の態様では、第１の態様のリムを備えるホイールが提供される。
【0007】
第３の態様では、第２の態様のホイールを備える車両が提供される。
【0008】
第４の態様では、第１の態様のリムを製造するための方法が提供され、本方法は、第１の態様に記載のリムを形成するために、構造繊維及び予め形成されたインサートを組み立て、それらをポリマーマトリックスによって共に結合することを含む。
【0009】
複合ホイールの従来技術のリムの典型的な設計は、バレルの対向する縁部から半径方向外側に延在する２つのフランジを有するバレルである。バレルは、概して円筒形である。ビードシートは、通常、バレルの軸方向内側に配置される。ビードシートは、タイヤの内側リムをホイール上に取り付ける面である。フランジは、ホイール上でタイヤの横方向（すなわち、軸方向）の移動を防止する。一般に、市販の複合ホイールは、フランジ、ビードシート、及びビードシート間のバレルの部分を形成するように一体成形され、輪郭形成されたリムを有する。本発明者らは、ビードシートを介した突然の及び／又は高い荷重の伝達が、ホイールの構造的完全性の喪失の原因の１つであり得ることを見出した。本明細書に記載のリムの実施形態は、車両又は航空機における高性能状況での使用を可能にする軽量構造及び所望の特性を依然として有しながら、複合ホイールが突然の及び／又は高い軸方向及び／又は半径方向荷重による損傷を受ける傾向を低減する。それらはまた、機械的試験において同等の性能を依然として有しながら、いくつかの従来技術のリムよりも製造が容易で費用対効果が高い。また、リムの設計により、国際公開第２０１７／０４６５５５号に記載されているように、例えば、各フランジ内／各フランジの近くに２つのインサートを有するリムと比較して、リムを構築することができる方法に利点があることも分かっている。本明細書に記載のインサートを備えた新しいリムは、レイアップがより速く、手動で構築する場合、工員はより少ない訓練しか必要としない。これはまた、リムをより容易に自動化プロセスで構築することができることを意味する。また、ポリマーマトリックスを形成する樹脂は、構造繊維の層により迅速かつ一定に注入し、これにより、品質に関してリムを大量生産する際の問題が少なくなることが分かった。また、国際公開第２０１７／０４６５５５号に記載のものと比較して、タイヤ取り付け面の表面多孔性及び本明細書に記載のリムのラッカー前の著しく少ない表面仕上げ作業に関する問題が少ない。本明細書に記載の新しいリムはまた、９０度（半径方向）荷重試験において、２つのインサートを有するもの、すなわち国際公開第２０１７／０４６５５５号に記載のものよりも良好に機能することが分かっている。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1A】四輪車両のホイールに使用するための本明細書に開示されるリムの一実施形態の断面図を示す。
【図2】以下の実施例でより詳細に説明する、各フランジの中／近くに２つのインサートを有する比較リムを示す。
【図3A】半径方向から見たときに、織物の繊維の軸の１つが、軸方向に平行であり、すなわちフランジ間方向（Ａ－第１のフランジから第２のフランジ）に沿って延びる、リムに使用するための三軸布帛を概略的に示す。
【図3B】半径方向から見たときに、織物の繊維の軸が、いずれも軸方向に平行ではなく、すなわちフランジ間方向（第１のフランジから第２のフランジ）に沿って延びていない、リム、例えば外層で使用するための二軸布帛を概略的に示す。織物の各軸は、フランジ間方向（又は軸方向Ａ）に対して約４５°の角度にある。
【図4】リム（本明細書に記載されているようなものであってもよい）と、センターピースとを備えるホイールを示す。リムの内部構成要素は、明確にするためにこの図には示されていない。
【図5】試験されるドラム及びホイールを含む半径方向荷重試験用の試験機器を概略的に示す。
【図6A】ホイールの軸に垂直な機器を示す、９０度（半径方向）衝撃試験のための試験機器を概略的に示す。
【図6B】ホイールの軸に沿った機器を示す、９０度（半径方向）衝撃試験のための試験機器を概略的に示す。試験機器は、タイヤが地面に接触した状態で試験ホイールが取り付けられる角度付き固定具を備え、ドロップマスは、リムのタイヤ側に衝撃エネルギーを与えるように設定された高さから落下される。
【図7A】１３度（横方向）衝撃試験で使用するための機器を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【0011】
構造繊維及びポリマーマトリックス
バレル、ならびに第１及び第２のフランジは、ポリマーマトリックスに結合された構造繊維の層を備える。
バレル、ならびに第１及び第２のフランジは、ポリマーマトリックスに結合された構造繊維の層を備える。
【0012】
任意選択的に、構造繊維の少なくとも一部は、半径方向から見たときに、リムによって画定された軸に沿って第１のフランジからの方向に延在する。本明細書に記載されるように、繊維が特定の方向に沿って延在するか、又は特定の方向に平行である場合、繊維は、その方向から２０°以下の角度、任意選択的にその方向から１５°以下の角度、任意選択的にその方向から１０°以下の角度、任意選択的にその方向から５°以下の角度、任意選択的にその方向から３°以下の角度、任意選択的にその方向から１°以下の角度、任意選択的にその方向に正確に平行であってもよい。
【0013】
構造繊維は、炭素繊維、アラミド繊維及びガラス繊維から選択されてもよい。
【0014】
一実施形態では、構造繊維は織物を形成する。構造繊維は、織物に織られ、編まれ、縫合され、編組され、巻かれ、ステープル留めされ、又は他の方法で結合されていてもよい。一実施形態では、構造繊維は、（リムを形成するためにポリマーマトリックスによって結合される前に）他の繊維及び／又はポリマーによって結合されていてもよい。構造繊維の少なくとも一部は、例えば二軸又は三軸布帛内で互いに整列していてもよく、又は互いに対してランダムに配向されていてもよい。好ましくは、繊維の少なくとも一部は、例えば二軸又は三軸布帛内で互いに整列しており、好ましくは、繊維の少なくとも一部は、（以下により詳細に説明するように）フランジ間方向に配向されている。構造繊維は、３Ｄ（三次元）材料、例えば繊維が三次元に配向された材料、例えば３Ｄ製織プロセス又は３Ｄ編組プロセスで形成された材料で、形成されていてもよい。
【0015】
一実施形態では、構造繊維は、二軸又は三軸布帛の形態である。二軸又は三軸布帛は、織られてもよく、又は非捲縮布帛の形態であってもよい。非捲縮布帛は、２つ又は３つの異なる方向（それらがそれぞれ二軸であるか三軸であるかに応じて）に延びる構造繊維を有するものであるが、異なる方向に延びる構造繊維は一緒に織られず、代わりに織物内に異なる層を形成し、各層は第３の繊維、接着剤又は他の手段で縫合することによって一緒に結合される。二軸布帛は、本明細書では、２組の繊維を有する織物として定義することができ、各組は、互いに９０°～１４０°の角度であり得る、互いに一定の角度で配置又は配向されている。三軸布帛は、本明細書では、３組の繊維を有する織物として定義することができ、各組は他の組の１つに対して異なる配向であり、例えば、第１の組は０°、第２の組は第１の組に対して＋６０°、第３の組は第１の組に対して－６０°である。三軸布帛は、本明細書に記載されるように、３つの方向に配向された構造繊維を含んでもよく、任意選択的に、第４の方向にさらなる繊維、例えば構造繊維をさらに含んでもよく、これは他の繊維と織り込まれるか、又は他の繊維に縫い付けられてもよい。これにより、製造プロセスを支援することができる。
【0016】
一実施形態では、構造繊維の少なくとも一部は、リムによって画定された軸に実質的に平行な方向にバレルを通って延在する。
【0017】
一実施形態では、バレル、ならびに第１及び第２のフランジ内の構造繊維の層の少なくとも１つは、三軸布帛又は二軸布帛を含む。本明細書に記載の二軸布帛及び三軸布帛は、好ましくは炭素繊維から形成される。
【0018】
一実施形態では、充填構成要素は、リム内に、例えば第１のフランジ及び／もしくは第２のフランジ内に、ならびに／又は第１のビードシート及び／もしくは第２のビードシートの下に配置され、充填構成要素は、それぞれ第１のフランジ及び／又は第２のフランジ内のリムの周囲に少なくとも部分的に延びる。一実施形態では、充填構成要素は、バレル内のインサートの上方の構造繊維の層がバレル内のインサートの下方の繊維の層と交わる位置でインサートに隣接して配置され、充填構成要素は、リムの周囲に少なくとも部分的に延びる。しかしながら、本明細書に記載されるように、成形された発泡体インサート及びビードシート内の三軸繊維の使用は、この領域における樹脂の蓄積の傾向を減少させ、したがって充填構成要素の必要性を減少させた。
【0019】
一実施形態では、充填構成要素は、インサートの第１の細長い部分の端部に隣接して配置され、この端部は、リムの軸から半径方向に最も遠くに配置された端部である。
【0020】
一実施形態では、充填構成要素が第３のフランジ内に配置され、充填構成要素は、第３のフランジ内のリムの周囲を少なくとも部分的に延びる。
【0021】
一実施形態では、充填構成要素は、リムの周りを円周方向に延在する実質的に一方向の繊維材料を含む。繊維材料は、一緒に絡み合ってもよく、例えば、一緒に編組されてもよく、ロープを形成してもよい。繊維材料は、一次構造要素又は外層に使用される同じタイプの構造繊維であってもなくてもよい構造繊維を含んでもよい。充填構成要素の構造繊維は、炭素、アラミド及びガラス繊維から選択される繊維を含んでもよい。
【0022】
ポリマーマトリックスは、熱可塑性ポリマー及び熱硬化性ポリマーから選択されるポリマーを含み得る。ポリマーマトリックスは、エポキシ樹脂（ＥＰ）、ポリエステル樹脂（ＵＰ）、ビニルエステル樹脂（ＶＥ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ビスマレイミド（ＢＭＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）及びベンゾオキサジンから選択されるポリマーを含み得る。
【0023】
バランスのとれたレイアップ及び構造繊維の層
一実施形態では、構造繊維の第１の複数の層は、インサートの第２の細長い部分の上方（すなわち、半径方向外側）にビードシートを形成し、構造繊維の第２の複数の層は、第２の細長い部分の下方（すなわち、半径方向内側）に配置される。任意選択的に、構造繊維の第１の複数の層と構造繊維の第２の複数の層との厚さの比は、約２：１～約１：２、任意選択的に約３：２～約２：３、任意選択的に約４：３～約３：４、任意選択的に約５：４～約４：５である。一実施形態では、構造繊維の第２の複数の層は、第１の複数の層の厚さと同じか又はそれより大きい厚さである。
一実施形態では、構造繊維の第１の複数の層は、インサートの第２の細長い部分の上方（すなわち、半径方向外側）にビードシートを形成し、構造繊維の第２の複数の層は、第２の細長い部分の下方（すなわち、半径方向内側）に配置される。任意選択的に、構造繊維の第１の複数の層と構造繊維の第２の複数の層との厚さの比は、約２：１～約１：２、任意選択的に約３：２～約２：３、任意選択的に約４：３～約３：４、任意選択的に約５：４～約４：５である。一実施形態では、構造繊維の第２の複数の層は、第１の複数の層の厚さと同じか又はそれより大きい厚さである。
【0024】
一実施形態では、構造繊維の第１の複数の層は、インサートの第２の細長い部分の上方（すなわち、半径方向外側）にビードシートを形成し、第１の複数の層はそれぞれ、リムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を含み、構造繊維の第２の複数の層は、第２の細長い部分の下方（すなわち、半径方向内側）に配置され、第２の複数の層はそれぞれ、リムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を含む。任意選択的に、各層がリムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を有する、構造繊維の第１の複数の層と、各層がリムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を有する構造繊維の第２の複数の層との厚さの比は、約２：１～約１：２、任意選択的に約３：２～約２：３、任意選択的に約４：３～約３：４、任意選択的に約５：４～約４：５であってもよい。一実施形態では、構造繊維の第２の複数の層は、第１の複数の層の厚さと同じか又はそれより大きい厚さである。
【0025】
一実施形態では、第１のフランジ内の構造繊維の第１の複数の層は、インサートの第１の細長い部分から軸方向内側に配置され、第１のフランジ内の構造繊維の第２の複数の層は、第１のフランジの１つの中に延在するインサートの第１の細長い部分の軸方向外側に配置され、任意選択的に、構造繊維の第１の複数の層と構造繊維の第２の複数の層との厚さの比は、約２：１～約１：２、任意選択的に約３：２～約２：３、任意選択的に約４：３～約３：４、任意選択的に約５：４～約４：５である。一実施形態では、フランジ内の構造繊維の第２の複数の層は、フランジ内の第１の複数の層の厚さと同じか又はそれより大きい厚さである。
【0026】
一実施形態では、第１のフランジ内の構造繊維の第１の複数の層は、インサートの第１の細長い部分から軸方向内側に配置され、第１の複数の層は、それぞれ、リムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を含み、第１のフランジ内の構造繊維の第２の複数の層は、第１のフランジの１つの中に延在するインサートの第１の細長い部分の軸方向外側に配置され、第２の複数の層は、それぞれ、リムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を含み、任意選択的に、各層がリムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を有する、構造繊維の第１の複数の層と、各層がリムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を有する、構造繊維の第２の複数の層との厚さの比は、約２：１～約１：２、任意選択的に約３：２～約２：３、任意選択的に約４：３～約３：４、任意選択的に約５：４～約４：５である。一実施形態では、フランジ内の構造繊維の第２の複数の層は、フランジ内の第１の複数の層の厚さと同じか又はそれより大きい厚さである。
【0027】
一実施形態では、第２のフランジ内の構造繊維の第１の複数の層は、インサートの第１の細長い部分から軸方向内側に配置され、第１のフランジ内の構造繊維の第２の複数の層は、第２のフランジの１つの中に延在するインサートの第１の細長い部分の軸方向外側に配置され、任意選択的に、構造繊維の第１の複数の層と、構造繊維の第２の複数の層との厚さの比は、約２：１～約１：２、任意選択的に約３：２～約２：３、任意選択的に約４：３～約３：４、任意選択的に約５：４～約４：５である。一実施形態では、第２のフランジ内の構造繊維の第２の複数の層は、第２のフランジ内の第１の複数の層の厚さと同じ又はそれより大きい厚さである。
【0028】
一実施形態では、構造繊維の第１の複数の層は、インサートの第２の細長い部分の上方（すなわち、半径方向外側）にビードシートを形成し、第１の複数の層は、バレルに沿って第２のフランジ内に延在し（任意選択的に、これらの層の各々は、リムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を含み、及び／又は三軸布帛である）、構造繊維の第２の複数の層は、第２の細長い部分の下方（すなわち、半径方向内側）に配置され、第２の複数の層は、バレルに沿って第２のフランジ内に延在する（任意選択的に、これらの層の各々は、リムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を含み、及び／又は三軸布帛である）。任意選択的に、各層がリムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を有する、構造繊維の第１の複数の層と、各層がリムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を有する構造繊維の第２の複数の層との厚さの比は、約２：１～約１：２、任意選択的に約３：２～約２：３、任意選択的に約４：３～約３：４、任意選択的に約５：４～約４：５であってもよい。一実施形態では、構造繊維の第２の複数の層は、第１の複数の層の厚さと同じか又はそれより大きい厚さである。
【0029】
一実施形態では、第１のフランジ内の構造繊維の第１の複数の層は、第１のフランジ内のインサートの第１の細長い部分から軸方向内側に配置され、第１の複数の層は各々、バレルに沿って第２のフランジ内に延在し（任意選択的に、これらの層の各々は、リムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を含む、及び／又は三軸布帛である）、第１のフランジ内の構造繊維の第２の複数の層は、第１のフランジ内に延在するインサートの第１の細長い部分の軸方向外側に配置され、第２の複数の層は各々、バレルに沿って第２のフランジ内に延在し（任意選択的に、これらの層の各々は、リムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を含む、及び／又は三軸布帛である）、任意選択的に、各層が、リムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を有する、構造繊維の第１の複数の層と、各層が、リムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を有する、構造繊維の第２の複数の構造繊維との厚さの比は、約２：１～約１：２、任意選択的に約３：２～約２：３、任意選択的に約４：３～約３：４、任意選択的に約５：４～約４：５である。一実施形態では、フランジ内の構造繊維の第２の複数の層は、フランジ内の第１の複数の層の厚さと同じか又はそれより大きい厚さである。
【0030】
一実施形態では、構造繊維の第１の複数の層は、第２のフランジ内のインサートの第２の細長い部分の上方（すなわち、半径方向外側）にビードシートを形成し、第１の複数の層は、バレルに沿って第１のフランジ内に延在し（任意選択的に、これらの層の各々は、リムの軸方向に平行な方向に延在する構造繊維を含む、及び／又は三軸布帛である）、構造繊維の第２の複数の層は、第２のフランジ内の第２のインサートの第２の細長い部分の下方（すなわち、半径方向内側）に配置され、第２の複数の層は、バレルに沿って第１のフランジ内に延在し（任意選択的に、これらの層の各々は、リムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を含む、及び／又は三軸布帛である）。任意選択的に、各層がリムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を有する、構造繊維の第１の複数の層と、各層がリムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を有する構造繊維の第２の複数の層との厚さの比は、約２：１～約１：２、任意選択的に約３：２～約２：３、任意選択的に約４：３～約３：４、任意選択的に約５：４～約４：５であってもよい。一実施形態では、構造繊維の第２の複数の層は、第１の複数の層の厚さと同じか又はそれより大きい厚さである。
【0031】
上記の実施形態のいずれにおいても、第１のフランジ内の第１の複数の層と第２の複数の層との比は、第２のフランジ内の第１の複数の層と第２の複数の層との比と実質的に同じであってもよい。「実質的に同じ」は、それらが２０％未満、任意選択的に１０％未満、任意選択的に５％未満だけ異なることを示す。
【0032】
好ましくは、構造繊維の少なくとも１つの層、好ましくは構造繊維の少なくとも２つの層（及び好ましくは、各層は、リムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を有して）は、第１のインサートの１つの側面に少なくとも部分的に沿って、全体的にバレルに沿って、及び第２のインサート（存在する場合）の１つの側面に少なくとも部分的に沿って延在する。好ましくは、構造繊維の少なくとも１つの層、好ましくは構造繊維の少なくとも２つの層（及び好ましくは、各層は、リムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を有して）は、第１のインサートの半径方向外側面に少なくとも部分的に沿って、全体的にバレルに沿って、及び第２のインサート（存在する場合）の半径方向外側面に少なくとも部分的に沿って延在する。好ましくは、構造繊維の少なくとも１つの層、好ましくは構造繊維の少なくとも２つの層（及び好ましくは、各層は、リムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を有して）は、第１のインサートの半径方向内側面に少なくとも部分的に沿って、全体的にバレルに沿って、及び第２のインサート（存在する場合）の半径方向内側面に少なくとも部分的に沿って延在する。
【0033】
好ましくは、各層が、リムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を有し、任意選択的には三軸布帛である、構造繊維の少なくとも２つの層は、第１のインサートの１つの側面に少なくとも部分的に沿って、全体的にバレルに沿って、及び第２のインサート（存在する場合）の１つの側面に少なくとも部分的に沿って延在する。好ましくは、各層が、リムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を有し、任意選択的には三軸布帛である、構造繊維の少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つの層は、第１のインサートの半径方向外側に少なくとも部分的に沿って、全体的にバレルに沿って、及び第２のインサート（存在する場合）の半径方向外側に少なくとも部分的に沿って延在する。好ましくは、各層が、リムの軸方向に平行な方向に延びる構造繊維を有し、任意選択的には三軸布帛である、構造繊維の少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つの層は、第１のインサートの半径方向内側に少なくとも部分的に沿って、全体的にバレルに沿って、及び第２のインサート（存在する場合）の半径方向内側に少なくとも部分的に沿って延在する。
【0034】
インサート（複数可）の材料
インサートは予め形成されており、これは、インサート、構造繊維及びポリマーマトリックスが、リムを形成するために、例えば、ポリマーマトリックスの設定によって一緒に結合される前にインサートが形成されていることを示す。インサートは、リムに軸方向及び／又は半径方向に加えられた荷重又は衝撃からエネルギーを吸収及び／又は偏向及び／又は散逸するように作用し、ならびに／あるいはホイールのフープ剛性を高めるように作用する材料を含む。インサートの材料は、構造繊維の材料及び／又はポリマーマトリックスの材料と異なっていてもよい。好ましくは、インサートは、インサートの外面の実質的に全体にわたって連続的な、すなわち非多孔質の表面を有する。
インサートは予め形成されており、これは、インサート、構造繊維及びポリマーマトリックスが、リムを形成するために、例えば、ポリマーマトリックスの設定によって一緒に結合される前にインサートが形成されていることを示す。インサートは、リムに軸方向及び／又は半径方向に加えられた荷重又は衝撃からエネルギーを吸収及び／又は偏向及び／又は散逸するように作用し、ならびに／あるいはホイールのフープ剛性を高めるように作用する材料を含む。インサートの材料は、構造繊維の材料及び／又はポリマーマトリックスの材料と異なっていてもよい。好ましくは、インサートは、インサートの外面の実質的に全体にわたって連続的な、すなわち非多孔質の表面を有する。
【0035】
一実施形態では、予め形成されたインサートは、圧縮性材料、エラストマー材料、及び発泡材料から選択される材料を含むか、又はそれからなる。材料は、多孔性エラストマー材料であってもよい。材料は、多孔性圧縮性材料であってもよい。多孔性材料は、ハニカム及び発泡体から選択することができる。多孔性材料は、連続気泡材料又は独立気泡材料、例えば連続気泡発泡体又は独立気泡発泡体であってもよい。独立気泡材料がより効果的であることが分かっている。材料が多孔性材料である場合、好ましくは、材料は、孔が連続面によって閉じられるように、インサートの実質的に外面全体にわたって連続した、すなわち非多孔質の表面を有する。
【0036】
発泡材料は、限定はしないが、既存の発泡材料を所望の形状に成形するための工具を使用すること、又は所望の形状の金型内で材料を発泡させることを含む、様々な方法で所望の形状に形成することができる。材料は、圧縮成形材料であってもよい。好ましくは、発泡材料は射出成形発泡体材料である。射出成形ポリウレタンなどの射出成形発泡体を使用することは、試験において依然として良好に機能するホイールを効率的に（例えば、エネルギー、費用及び時間の考慮事項に関して）製造するのに特に有効であることが分かっている。好ましくは、発泡体は、その上に成形プロセスから形成されたスキンを有する。この文脈におけるスキンは、発泡体の多孔性部分の少なくとも一部の上に延在して閉じるインサートの材料の連続層であり、任意選択的に、成形インサートの表面積の少なくとも９０％がその上にスキンを有し、任意選択的に、成形インサートの表面積の少なくとも９５％がその上にスキンを有し、任意選択的に、成形インサートの表面積の少なくとも９９％がその上にスキンを有し、任意選択的に、成形インサートの表面積のすべてがその上にスキンを有する。これは、特に成形されたインサートが安全ビードの輪郭に従うときに、リムの特定の部分における樹脂の蓄積を回避し、機械的試験中のリムの構造的完全性を改善するために見出されており、それはまた、インサート及びリムの剛性の向上を促進する。
【0037】
インサートは、多孔性ポリマー材料、例えば、ポリマー発泡体又はポリマーハニカムであってもよい、ポリマー材料を含んでもよい。発泡体は、連続気泡又は独立気泡発泡体であってもよい。発泡体は、ポリメチルアクリルイミドなどの発泡ポリアクリルアミド、発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン、発泡塩化ビニル、発泡アクリルポリマー、発泡ポリエチレン、発泡ポリプロピレン、発泡ポリカーボネート、及びアクリロニトリル－ブタジエン－スチレン（ＡＢＳ）コポリマーなどの発泡ビニルニトリルから選択され得る発泡ポリマーを含んでもよい。一実施形態では、保護インサートは、スチレンブタジエンなどの合成ゴム、又は天然ゴムであってよいゴムなどのエラストマーポリマーを含む。エラストマーポリマーは発泡していてもいなくてもよい。
【0038】
インサートは、リムの周りに少なくとも部分的に、任意選択的に全周にわたって延在してもよい。一実施形態では、複数のインサートが、リムの周りに円周方向に延在し、一緒にリングを形成する。
【0039】
保護インサートは、ＢＳ４３７０又はＡＳＴＭ Ｄ １６２２によって測定される場合、少なくとも１０ｋｇ／ｍ３、任意選択的に少なくとも２０ｋｇ／ｍ３、任意選択的に少なくとも３０ｋｇ／ｍ３、任意選択的に少なくとも４０ｋｇ／ｍ３、任意選択的に少なくとも１００ｋｇ／ｍ３、任意選択的に少なくとも１５０ｋｇ／ｍ３、任意選択的に少なくとも２００ｋｇ／ｍ３の密度を有することができる。保護インサートは、ＢＳ４３７０又はＡＳＴＭ Ｄ １６２２によって測定される場合、５００ｋｇ／ｍ３以下、任意選択的に４００ｋｇ／ｍ３以下、任意選択的に３２０ｋｇ／ｍ３以下、任意選択的に１１０ｋｇ／ｍ３以下、任意選択的に７５ｋｇ／ｍ３以下、任意選択的に６０ｋｇ／ｍ３以下の密度を有することができる。
【0040】
保護インサートは、ＢＳ４３７０又はＡＳＴＭ Ｄ １６２２によって測定される場合、１０ｋｇ／ｍ３～５００ｋｇ／ｍ３、任意選択的に５０ｋｇ／ｍ３～５００ｋｇ／ｍ３、任意選択的に２００ｋｇ／ｍ３～５００ｋｇ／ｍ３、任意選択的に２００ｋｇ／ｍ３～４００ｋｇ／ｍ３、任意選択的に２００ｋｇ／ｍ３～４００ｋｇ／ｍ３、任意選択的に２５０ｋｇ／ｍ３～３５０ｋｇ／ｍ３の密度を有することができる。保護インサートは、発泡ポリウレタン、好ましくは射出成形発泡ポリウレタンを含むことができ、ＢＳ４３７０又はＡＳＴＭ Ｄ １６２２によって測定される場合、１０ｋｇ／ｍ３～５００ｋｇ／ｍ３、任意選択的に５０ｋｇ／ｍ３～５００ｋｇ／ｍ３、任意選択的に２００ｋｇ／ｍ３～５００ｋｇ／ｍ３、任意選択的に２００ｋｇ／ｍ３～４００ｋｇ／ｍ３、任意選択的に２００ｋｇ／ｍ３～４００ｋｇ／ｍ３、任意選択的に２５０ｋｇ／ｍ３～３５０ｋｇ／ｍ３の密度を有することができる。
【0041】
保護インサートは、ＡＳＴＭ Ｄ １６２２によって測定される場合、１０ｋｇ／ｍ３～１２０ｋｇ／ｍ３、任意選択的に２０ｋｇ／ｍ３～１２０ｋｇ／ｍ３、任意選択的に３０ｋｇ／ｍ３～１２０ｋｇ／ｍ３、任意選択的に４０ｋｇ／ｍ３～８０ｋｇ／ｍ３、任意選択的に４０ｋｇ／ｍ３～６０ｋｇ／ｍ３、任意選択的に４０ｋｇ／ｍ３～８０ｋｇ／ｍ３の密度を有することができる。保護インサートは、発泡ポリメタクリルイミドを含むことができ、ＡＳＴＭ Ｄ １６２２によって測定される場合、１０ｋｇ／ｍ３～１２０ｋｇ／ｍ３、任意選択的に２０ｋｇ／ｍ３～１２０ｋｇ／ｍ３、任意選択的に３０ｋｇ／ｍ３～１２０ｋｇ／ｍ３、任意選択的に４０ｋｇ／ｍ３～８０ｋｇ／ｍ３、任意選択的に４０ｋｇ／ｍ３～６０ｋｇ／ｍ３、任意選択的に４０ｋｇ／ｍ３～８０ｋｇ／ｍ３の密度を有することができる。
【0042】
任意選択的に３０ｋｇ／ｍ３～１２０ｋｇ／ｍ３、場合により４０ｋｇ／ｍ３～８０ｋｇ／ｍ３、場合により４０ｋｇ／ｍ３～６０ｋｇ／ｍ３、場合により４０ｋｇ／ｍ３～８０ｋｇ／ｍ３。
【0043】
発泡ポリウレタンを含んでもよく、又は発泡ポリウレタンであってもよい保護インサートは、ＢＳ４７３０に従って測定される場合、少なくとも０．１ｋＰａ、任意選択的に少なくとも０．２ＭＰａ、任意選択的に少なくとも０．３ＭＰａ、任意選択的に少なくとも０．４ＭＰａ、任意選択的に少なくとも０．５ＭＰａ、任意選択的に少なくとも０．６ＭＰａ、任意選択的に少なくとも０．７ＭＰａ、任意選択的に少なくとも０．８ＭＰａ、任意選択的に少なくとも０．９ＭＰａの圧縮強度（上昇に平行）を有することができる。発泡ポリウレタンを含んでもよく、又は発泡ポリウレタンであってもよい保護インサートは、ＡＳＴＭ Ｄ １６２１に従って測定される場合、６ＭＰａ以下、任意選択的に４ＭＰａ以下、任意選択的に３ＭＰａ以下、任意選択的に２ＭＰａ以下、任意選択的に１．５ＭＰａ以下、任意選択的に１ＭＰａ以下の圧縮強度を有することができる。発泡ポリウレタンを含んでもよく、又は発泡ポリウレタンであってもよい保護インサートは、ＡＳＴＭ Ｄ １６２１に従って測定される場合、０．１ＭＰａ～６ＭＰａ、任意選択的に１ＭＰａ～６ＭＰａ、任意選択的に２ＭＰａ～５ＭＰａ、任意選択的に３ＭＰａ～５ＭＰａ、任意選択的に３．５ＭＰａ～４．５ＭＰａの圧縮強度を有することができる。好適な発泡ポリウレタン発泡体は市販されている。
【0044】
独立気泡ポリメタアクリルイミド発泡体を含んでもよく、又は独立気泡ポリメタアクリルイミド発泡体であってもよい保護インサートは、ＡＳＴＭ Ｄ １６２１に従って測定される場合、少なくとも０．１ＭＰａ、任意選択的に少なくとも０．２ＭＰａ、任意選択的に少なくとも０．３ＭＰａ、任意選択的に少なくとも０．４ＭＰａ、任意選択的に少なくとも０．５ＭＰａ、任意選択的に少なくとも０．６ＭＰａ、任意選択的に少なくとも０．７ＭＰａ、任意選択的に少なくとも０．８ＭＰａ、任意選択的に少なくとも０．９ＭＰａの圧縮強度を有することができる。独立気泡ポリメタアクリルイミド発泡体を含んでもよく、又は独立気泡ポリメタアクリルイミド発泡体であってもよい保護インサートは、ＡＳＴＭ Ｄ １６２１に従って測定される場合、５ＭＰａ以下、任意選択的に４ＭＰａ以下、任意選択的に３ＭＰａ以下、任意選択的に２ＭＰａ以下、任意選択的に１．５ＭＰａ以下、任意選択的に１ＭＰａ以下の圧縮強度を有することができる。独立気泡ポリメタアクリルイミド発泡体を含んでもよく、又は独立気泡ポリメタアクリルイミド発泡体であってもよい保護インサートは、ＡＳＴＭ Ｄ １６２１に従って測定される場合、０．１ＭＰａ～５ＭＰａ、任意選択的に０．３ＭＰａ～４ＭＰａ、任意選択的に０．４ＭＰａ～４ＭＰａ、任意選択的に０．７ＭＰａ～３．５ＭＰａ、任意選択的に０．７ＭＰａ～２ＭＰａ、任意選択的に０．７ＭＰａ～１．５ＭＰａ、任意選択的に０．７ＭＰａ～１．３ＭＰａの圧縮強度を有することができる。充填剤材料に使用され得る発泡体の例としては、Ｒｏｈａｃｅｌｌ（登録商標）ＩＧ ａｎｄ ＩＧ－Ｆ ｆｏａｍｓなどのＲｏｈａｃｅｌｌ（登録商標）から入手可能な独立気泡ポリメタアクリルイミド発泡体が挙げられる。
【0045】
保護インサートは、発泡ポリウレタンであってもよい発泡ポリマーを含んでもよく、発泡ポリマーはその上にスキンを有してもよい。スキンは、８０～１００、任意選択的に８０～１００のショアＡ硬度を有し得る。スキンは、２０～６０、任意選択的に３０～５０のショアＤ硬度を有し得る。ショアＡ及びショアＤ硬度は、２０℃及び１０万Ｐａで測定することができる。
【0046】
保護インサートは、発泡ポリウレタンであってもよい発泡ポリマーを含んでもよく、発泡ポリマーは、独立気泡発泡ポリマーであってもよい。独立気泡発泡ポリマーは、ＡＳＴＭ ０－６２２６を使用して測定される場合、少なくとも８０％、任意選択的に少なくとも９０％、任意選択的に少なくとも９５％、任意選択的に少なくとも９８％の独立気泡含有量を有する発泡体として定義されてもよい。
【0047】
一実施形態では、予め形成されたインサートは、インサートを形成する中空シェルを含むか、又は中空シェルからなる。中空シェルは、剛性材料から形成されてもよく、すなわち、その形状を保持し、自重で変形しないように十分に剛性であってもよい。中空シェルの材料、例えば剛性材料は、金属又はプラスチックから選択することができ、任意選択的に金属はアルミニウムであってもよく、プラスチックは、熱可塑性プラスチック及び熱硬化性プラスチックから選択されてもよく、プラスチックは、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエステル（ＰＥＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、及びアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）から選択されてもよい。
【0048】
インサート（複数可）の形状／サイズ
インサートは、（リムの軸が断面の平面に対して平行である）断面で見たときに、第１及び第２の部分が断面がほぼ「Ｌ」字形状を一緒に形成するように、インサートの第１の細長い部分は、第１又は第２のフランジの一方の中に延在し、インサートの第２の細長い部分は、第１又は第２のビードシートの下にそれぞれ延在する、２つの細長い部分を有する。一実施形態では、インサートは、それぞれ、インサートの第１の細長い部分が第１のフランジの１つの中に延在し、インサートの第２の細長い部分が第１のビードシートの下に延在するように、第１のフランジ内及び第１のビードシートの下に位置する。実施形態では、インサートは、インサートの第１の細長い部分が第２のフランジ内に延在し、インサートの第２の細長い部分が第２のビードシートの下に延在するように、第２のフランジ内及び第２のビードシートの下に位置する。不活性物質の第１及び／又は第２の細長い部分は、（リムの軸が断面の平面に対して平行である）断面で見たときに、それぞれ一点に先細になっていてもよい。第１の細長い部分は、半径方向外側面の実質的に垂直な部分を有してもよく（再度断面で見た場合）、実質的に垂直な部分の下のインサートの半径方向外側面は、第２の細長い部分の遠位端に湾曲していてもよい（すなわち、リムの軸方向外面から軸方向に最も遠くに配置され、第２の細長い部分が先細になり得るインサートの部分）。
インサートは、（リムの軸が断面の平面に対して平行である）断面で見たときに、第１及び第２の部分が断面がほぼ「Ｌ」字形状を一緒に形成するように、インサートの第１の細長い部分は、第１又は第２のフランジの一方の中に延在し、インサートの第２の細長い部分は、第１又は第２のビードシートの下にそれぞれ延在する、２つの細長い部分を有する。一実施形態では、インサートは、それぞれ、インサートの第１の細長い部分が第１のフランジの１つの中に延在し、インサートの第２の細長い部分が第１のビードシートの下に延在するように、第１のフランジ内及び第１のビードシートの下に位置する。実施形態では、インサートは、インサートの第１の細長い部分が第２のフランジ内に延在し、インサートの第２の細長い部分が第２のビードシートの下に延在するように、第２のフランジ内及び第２のビードシートの下に位置する。不活性物質の第１及び／又は第２の細長い部分は、（リムの軸が断面の平面に対して平行である）断面で見たときに、それぞれ一点に先細になっていてもよい。第１の細長い部分は、半径方向外側面の実質的に垂直な部分を有してもよく（再度断面で見た場合）、実質的に垂直な部分の下のインサートの半径方向外側面は、第２の細長い部分の遠位端に湾曲していてもよい（すなわち、リムの軸方向外面から軸方向に最も遠くに配置され、第２の細長い部分が先細になり得るインサートの部分）。
【0049】
一実施形態では、本明細書で定義されるインサートを含み、第１及び第２のフランジはそれぞれ、第１のインサートは、第１のフランジ内に延在するその第１の細長い部分及び第１のビードシートの下に延在するその第２の細長い部分を有し、第２のインサートは、第２のフランジ内に延在するその第１の細長い部分及び第２のビードシートの下に延在するその第２の細長い部分を有する。
【0050】
一実施形態では、リムは、四輪車両用のホイール用であり、第１のフランジは、車両に取り付けられたときに外側フランジであり、インサートの第１の細長い部分は、第１のフランジの１つの中に延在し、インサートの第２の細長い部分は、第１のビードシートの下に延在する。
【0051】
一実施形態では、第２の細長い部分は、安全ビードを含む第１又は第２のビードシートであってもよいビードシート全体の下に延在する。
【0052】
一実施形態では、第１の細長い部分は、それが位置するフランジの、ビードシートの底部（すなわち、インサートに最も近いビードシートの構造繊維）からフランジの上部（すなわち、リムの軸から半径方向に最も遠くに位置するフランジの一部）まで半径方向に測定される、長さの少なくとも８０％、任意選択的に少なくとも９０％延在する。
【0053】
ビードシートは、典型的には、タイヤが載置され得る概して平坦な部分である。安全ビードは、典型的には、最も近いフランジから離れる方向にタイヤの横方向（すなわち、軸に沿った）移動を防止する隆起部分（すなわち、ビードシートから軸方向に延在する）である。
【0054】
一実施形態では、インサートの第１の細長い部分は、第１のフランジ内に延在し、インサートの第２の細長い部分は、第１のビードシートの下に延在し、第１の安全ビードは、第１のビードシートの軸方向内側に位置し、インサートは、第１のビードシート及び第１の安全ビードの外側輪郭にほぼ追従する。
【0055】
一実施形態では、インサートの第１の細長い部分は、第２のフランジ内に延在し、インサートの第２の細長い部分は、第２のビードシートの下に延在し、第２の安全ビードは、第２のビードシートの軸方向内側に位置し、インサートは、第２のビードシート及び第２の安全ビードの外側輪郭にほぼ追従する。
【0056】
一実施形態では、構造繊維の１つ又は複数の層は、第１又は第２のフランジの上部にわたって延在し（リムの上部は、リムの軸から半径方向に最も遠いリムの一部である）、構造繊維の１つ又は複数の層の厚さは、第１又は第２のフランジの上部にわたって延在し、インサートの第１の細長い部分の軸方向外側に位置する繊維の厚さと同じか、又は好ましくは繊維の厚さ未満である。一実施形態では、構造繊維の１つ又は複数の層は、第１又は第２のフランジの上部にわたって延在し（リムの上部は、リムの軸から半径方向に最も遠いリムの一部である）、第１又は第２のフランジの上部にわたって延在する構造繊維の１つ又は複数の層の厚さとインサートの第１の細長い部分の軸方向外側に位置する繊維の厚さの比は、１：ｎであり、ｎは、少なくとも１、任意選択的に少なくとも１．５、任意選択的に少なくとも２、任意選択的に少なくとも２．２、任意選択的に１～５、任意選択的に１．５～５、任意選択的に１．５～４、任意選択的に１．５～４である。
【0057】
第３の半径方向内側に延在するフランジ
一実施形態では、リムは、バレルから半径方向内側に（すなわち、リムの軸に向かって）延在し、ホイールアタッチメント、例えばスポークが取り付けられ得る第３のフランジを備える。任意選択的に、第３のフランジは、第３のフランジの輪郭に追従し、第３のフランジの両側でバレルの半径方向内部に沿って延在する構造繊維のさらなる層によって形成され、任意選択的に、第３のフランジが第２のフランジよりも第１のフランジに近いバレル上に位置する場合には第１のフランジであってもよく、第３のフランジが第１のフランジよりも第２のフランジに近いバレル上に位置する場合には第２のフランジであってもよいフランジの軸方向外縁に沿って延在するように形成される。任意選択的に、構造繊維のさらなる層は、三軸布帛を含む。
一実施形態では、リムは、バレルから半径方向内側に（すなわち、リムの軸に向かって）延在し、ホイールアタッチメント、例えばスポークが取り付けられ得る第３のフランジを備える。任意選択的に、第３のフランジは、第３のフランジの輪郭に追従し、第３のフランジの両側でバレルの半径方向内部に沿って延在する構造繊維のさらなる層によって形成され、任意選択的に、第３のフランジが第２のフランジよりも第１のフランジに近いバレル上に位置する場合には第１のフランジであってもよく、第３のフランジが第１のフランジよりも第２のフランジに近いバレル上に位置する場合には第２のフランジであってもよいフランジの軸方向外縁に沿って延在するように形成される。任意選択的に、構造繊維のさらなる層は、三軸布帛を含む。
【0058】
第３のフランジは、リムの周囲の途中まで、任意選択的には周囲全体にわたって延在してもよい。
【0059】
第３のフランジは、それを通って軸方向に（すなわち、リムの軸方向に平行な方向に）延在する１つ又は複数の開口部を有することができ、これにスポークを取り付けることができる。
【0060】
第３のフランジは、その中に１つ又は複数の充填構成要素を配置することができ、その各々は、リムの円周の周りに少なくとも部分的に延びる。複数の充填構成要素が存在する場合、それらはリムの軸に対して同心円状に配置されてもよい。一実施形態では、充填構成要素は、リムの周りを円周方向に延在する実質的に一方向の繊維材料を含む。繊維材料は、一緒に絡み合ってもよく、例えば、一緒に編組されてもよく、ロープを形成してもよい。繊維材料は、バレルで使用される同じタイプの構造繊維であってもよいか、又は同じでなくてもよい構造繊維、ならびに第１及び第２のフランジを含むことができる。充填構成要素の構造繊維は、炭素、アラミド及びガラス繊維から選択される繊維を含んでもよい。充填構成要素は、断面でその最長寸法がバレルから半径方向内側に延在するような、断面が細長いものであってもよい。
【0061】
一実施形態では、リムは、自動車などの四輪車両に適したホイール用であり、第１のフランジは外側フランジである。したがって、自動車などの四輪車両用のホイールも提供され、第１のフランジは外側フランジである。第３のフランジが存在する場合、第３のフランジは、（軸方向に沿って測定した場合に）第２のフランジよりも第１のフランジの近くに位置してもよい。
【0062】
一実施形態では、リムは、自動車などの四輪車両に適したホイール用であり、第１のフランジは内側フランジである。したがって、自動車などの四輪車両用のホイールも提供され、第１のフランジは内側フランジである。第３のフランジが存在する場合、第３のフランジは、（軸方向に沿って測定した場合に）第１のフランジよりも第２のフランジの近くに位置してもよい。
【0063】
一実施形態では、リムは、オートバイなどの電動車両であってもよい二輪車両に適したホイール用である。一実施形態では、リムは、自転車などの非電動車両であってもよい二輪車両に適したホイール用である。第３のフランジが存在する場合、第３のフランジは、（軸方向に沿って測定した場合に）第１のフランジと第２のフランジとの間にほぼ等距離に位置してもよい。
【0064】
一実施形態では、例えば二輪車両では、第１のフランジ及び第２のフランジは互いに同じ説明を有する。一実施形態では、例えば二輪車両では、第１のフランジ及び第２のフランジは、互いに実質的に対称なバージョンである。
【0065】
ホイール
本明細書に記載のリムを備えるホイールも提供される。ホイールは、スポークをさらに備えてもよい。スポークは、リムと一体的に形成されてもよく、リムは、モノブロック成形ホイールと呼ばれることもある。別の実施形態では、スポークは、リムと一体的に形成されず、例えば本明細書に記載の第３のフランジによって、又はインサート内に位置する締結具、例えばナット及び／又はボルトによってリムに締結されてもよく、それにより、締結具及び／又は締結具が取り付けられているスポークは、バレルの構造繊維を通って延在する。
本明細書に記載のリムを備えるホイールも提供される。ホイールは、スポークをさらに備えてもよい。スポークは、リムと一体的に形成されてもよく、リムは、モノブロック成形ホイールと呼ばれることもある。別の実施形態では、スポークは、リムと一体的に形成されず、例えば本明細書に記載の第３のフランジによって、又はインサート内に位置する締結具、例えばナット及び／又はボルトによってリムに締結されてもよく、それにより、締結具及び／又は締結具が取り付けられているスポークは、バレルの構造繊維を通って延在する。
【0066】
ホイールは、モノブロックホイール又はマルチピースハイブリッドホイールであってもよい。
【0067】
本明細書に記載のホイールを備える車両も提供される。
【0068】
リムを製造する方法
本明細書に記載のリムを製造する方法も提供され、本方法は、第１の態様に記載のホイールを形成するために、構造繊維及び予め形成されたインサートを組み立てること、及びそれらをポリマーマトリックスによって共に結合することを含む。これは、様々な構成要素、すなわち構造繊維及び予め形成されたインサート（複数可）を金型内で組み立て、次いでそれらをポリマーマトリックス内で一緒に結合することを含むことができる。布帛の形態であってもよい構造繊維の層は、重合して樹脂を形成する樹脂又は前駆体材料で予備含浸され、次いで、モノブロックホイール又はハイブリッドホイールを形成する場合、任意選択的にスポークを有するリムを形成するために金型内で硬化されてもよい。代替的な実施形態では、様々な構成要素は、金型内で組み立てられ、それらを組み立てるとき（例えば、湿式レイアップ工程又はプリプレグ工程において）又は金型を閉じた後（例えば、樹脂トランスファー成形技術中）、樹脂（又は樹脂を作製するための前駆体材料）が塗布され、ポリマーが硬化されてポリマーマトリックスを形成し、構成要素を一緒に結合する。第３のフランジを有する実施形態では、ホイールを形成するためにスポークを第３のフランジに取り付けることができる。一実施形態では、複数の開口部が第３のフランジ内に作製され、例えば、各開口部は第３のフランジを通って軸方向に延在し、第３のフランジにスポークは、例えばスポークの一部分又は各開口部を通って延在するスポークへの締結具によって取り付けられる。
本明細書に記載のリムを製造する方法も提供され、本方法は、第１の態様に記載のホイールを形成するために、構造繊維及び予め形成されたインサートを組み立てること、及びそれらをポリマーマトリックスによって共に結合することを含む。これは、様々な構成要素、すなわち構造繊維及び予め形成されたインサート（複数可）を金型内で組み立て、次いでそれらをポリマーマトリックス内で一緒に結合することを含むことができる。布帛の形態であってもよい構造繊維の層は、重合して樹脂を形成する樹脂又は前駆体材料で予備含浸され、次いで、モノブロックホイール又はハイブリッドホイールを形成する場合、任意選択的にスポークを有するリムを形成するために金型内で硬化されてもよい。代替的な実施形態では、様々な構成要素は、金型内で組み立てられ、それらを組み立てるとき（例えば、湿式レイアップ工程又はプリプレグ工程において）又は金型を閉じた後（例えば、樹脂トランスファー成形技術中）、樹脂（又は樹脂を作製するための前駆体材料）が塗布され、ポリマーが硬化されてポリマーマトリックスを形成し、構成要素を一緒に結合する。第３のフランジを有する実施形態では、ホイールを形成するためにスポークを第３のフランジに取り付けることができる。一実施形態では、複数の開口部が第３のフランジ内に作製され、例えば、各開口部は第３のフランジを通って軸方向に延在し、第３のフランジにスポークは、例えばスポークの一部分又は各開口部を通って延在するスポークへの締結具によって取り付けられる。
【0069】
一実施形態では、本方法は、インサートを構造繊維と組み立てる前に、インサートを形成するために材料を射出成形することを含む。
【0070】
ここで、本発明の非限定的な実施形態を図面を参照して説明する。以下で言及される個々の特徴は、本明細書に記載される態様又は本明細書に記載される他の任意選択の好ましい特徴のいずれかと、関連する特徴を参照することなく、個別に組み合わせることができる。
【0071】
図１Ａは、四輪車両のホイールに使用するためのリム１の一実施形態の断面図を示す。この実施形態では、リム１０１は断面で示されている。第１のフランジ１０１Ａは、リムの外側フランジ、すなわちホイールが四輪車両に取り付けられたときに最も外側になるフランジを構成する。第２のフランジ１０１Ｂは、内側フランジ、すなわちホイールが四輪車両に取り付けられたときに最も内側になるフランジを構成する。第１のフランジ１０１Ａの軸方向内側には、第１のビードシートＢ１が配置されている。第２フランジ１０１Ｂの軸方向内側には、第２のビードシートＢ２が配置されている。
【0072】
第１のフランジ１０１Ａ、バレル１０１Ｄ、及び第２のフランジ１０１Ｂを通って延在する複数の、例えば、少なくとも２つの層、任意選択的に少なくとも３つ、任意選択的に少なくとも４つの層の３軸繊維によって形成された一次構造要素１０３。一次構造要素は、使用時にリムによって支えられる半径方向及び／又は横方向荷重の大部分を支えることができる。一次構造要素は、一次構造要素中の構造繊維の第１の複数の層の厚さと構造繊維の第２の複数の層の厚さとの比が約２：１～約１：２であり、約１：１であってもよいという点で、バランスのとれたレイアップである。一次構造要素は、第１のフランジの輪郭の周りに少なくとも部分的に、バレル全体に沿って延在し、第２のフランジの輪郭の周りに少なくとも部分的に延在し、及び／又はリムの軸方向に平行に延びる少なくとも一部の構造繊維を有する織物の層を有する構成要素であると考えることができる。
【0073】
平織二軸炭素繊維材料の２層を備える外層（１０２）は、一次構造要素上に配置される。
【0074】
保護インサート１０４は、３軸構造繊維１０３の層間に配置されている。図１Ａ及び図１Ｂに見られるように、（リムの軸が断面の平面に対して平行である）断面で見たときに、インサートは２つの細長い部分を有し、それぞれ、インサートの第１の細長い部分（１０４Ａ）は第１のフランジ（この場合、外側フランジ）に延在し、インサートの第２の細長い部分（１０４Ｂ）は第１のビードシート（Ｂ１）の下に延在し、それにより、第１の部分及び第２の部分は断面がほぼ「Ｌ」字形状を一緒に形成する。インサートの第２の細長い部分は、第１のビードシートの下に延在し、第１の安全ビード（Ｂ１Ｓ）、すなわちビートシートの平坦部分に対して隆起した部分は、第１のビードシートの軸方向内側に位置し、インサートは、第１のビードシート及び第１の安全ビードの外側輪郭にほぼ追従する。安全ビードは、そうでなければ厚さの増加した炭素繊維、一方向構造繊維（例えば、編組コード）、又は製造の複雑さ、費用を追加させ、潜在的にリムに弱点を導入する量の増加した樹脂で作られる必要があるため、これはリムの以前の設計よりも有利であることが分かっている。以下の実施例に示すように、本開示によるリムは、先行する設計と比較して良好に機能するが、製造がはるかに簡単である。図に示す実施形態では、保護インサート１０４は、射出成形ポリウレタン発泡体などの適切な材料から形成された独立又は連続気泡発泡体であってよい発泡体を含む。圧縮成形発泡体も使用することができる。成形発泡体の使用は、機械加工又はフライス加工などの所望の形状への機械加工を必要とする発泡体に対する改善であることが分かった（すなわち、発泡体は所望の形状に形成されず、したがって、それらが所望の形状になるように切断又は他の方法で形成される必要がある）。成形発泡体を使用することにより、廃棄物が回避され、より複雑な形状をより経済的に作ることが可能になった。成形発泡体はまた、切断発泡体が典型的には有していない、スキンをその上に有する。これは、発泡体をより剛性にし、リムの製造中に樹脂進入から発泡体を封止するという点でいくつかの利点を有することが分かった。すなわち、インサートへの樹脂の進入は構造上の利点なしにリムに重量を加える可能性があるため、望ましくない可能性がある。これにより、特にビードシートの上部における三軸布帛の使用、及びバランスのとれたレイアップと組み合わせて、機械的試験において驚くほど良好に機能するリムが提供された。
【0075】
図１Ａ及び図１Ｂに示すリムは、第３のフランジ１０１Ｃを備える。第３のフランジは、バレルから半径方向内側に（すなわち、リムの軸に向かって）延在し、それにホイールアタッチメント、例えばスポークが取り付けられ得る。このフランジは、リムをスポークに（ホイールを形成するために）取り付け、それによって軸に取り付けるために使用することができるので、取り付けフランジと呼ぶことができる。第３のフランジは、第３のフランジの輪郭に続き、第３のフランジの両側でバレルの半径方向内側に沿って延在する構造繊維（１０６）のさらなる層によって形成され、それにより、第３のフランジは、第１のフランジの軸方向外側縁部に沿って延在する。構造繊維のさらなる層は、三軸布帛を含む。構造繊維のこの追加の層は、厳しい機械的試験（例えば、以下の実施例に記載されるもの）においてリムの構造的完全性を維持するのに重要であることが分かった。
【0076】
第３のフランジは、リムの周囲全体にわたって延在してもよい。
【0077】
第３のフランジは、軸方向に、すなわちホイールの軸の方向に貫通する複数の開口部（図示せず）を有する。開口部によってスポークをリムに取り付けることができる。
【0078】
第３のフランジは、その中に３つの充填構成要素（１０５）を配置しており、各充填構成要素は、リムの円周の周りに少なくとも部分的に延びる。充填構成要素は、リムの軸に対して同心円状に配置される。充填構成要素は、リムの周りで円周方向に延在する実質的に一方向の繊維材料を含む。繊維材料は編組されてロープを形成する。これは、本明細書ではヌードルと呼ばれ得る。繊維材料は、炭素繊維を含んでもよい。編組炭素繊維ヌードルは、例えばＣｒｉｓｔｅｘ（登録商標）から市販されている。代替で、断面が細長いインサートを含むことができ、断面で見ると、最も長い寸法で、バレルから半径方向内側に延在する。
【0079】
図１Ａでは、第１のフランジ（１０１Ａ、ここでは、外側フランジ）及び第２のフランジ（１０１Ｂ、ここでは、内側フランジ）ならびに第１及び第２のインサートは、第２のインサートがより薄い第２の細長い部分を有し、第２のビードシートの下から延びる第３のフランジがないことを除いて、互いに非常に類似する。
【0080】
炭素繊維材料（１０２、１０３及び１０６）の層及び保護インサート１０５は、ポリマーマトリックス（図には示されていないが、織物の層内及び層間に存在するポリマー）によって互いに結合される。炭素繊維層は、好ましくは、ポリマーマトリックスによって含浸された構造繊維を含み、すなわち、一次構造要素及びビードシートは繊維強化プラスチックである。保護インサートは、ポリマーマトリックスで含浸されていてもよく、又は含浸されていなくてもよく、例えば、発泡体を含む場合、これが連続気泡又は単独気泡発泡体であるか否かに応じて、ポリマーマトリックスによって他の成分に結合される。
【0081】
この実施形態では、リムは、ポリマーマトリックスによっても結合された外層１０２を備える。外層１０２は、両方のフランジ１０１Ａ、１０１Ｂの各上部外向き縁部にわたって、バレルの内側全体（すなわち、リムの軸に最も近い側面）にわたって延在し、各フランジから軸方向内向きに延在して、上部三軸布帛層と共にビードシートＢ１、Ｂ２を形成し、外層の縁部１０２Ｅはバレル１０１Ｄ上で終了する。この実施形態では、外層１０２は、二軸布帛の形態の構造繊維を含む。好ましくは、この実施形態では、外層１０２及び一次構造要素１０３は各々、構造繊維を含む複数の織物層を含み、一次構造要素は外層よりも多数の織物層を含み、一次構造要素の織物層は実質的に三軸布帛である。
【0082】
代替で、外側織物は、綾織物又は編組織物（図示せず）であってもよい。
【0083】
一次構造要素１０３では、一次構造要素の構造繊維の少なくとも一部は、半径方向Ｒから見たときに、リムによって画定された軸に実質的に平行な方向に一次構造要素を通って延在する。言い換えれば、構造繊維の少なくとも一部は、第１のフランジと第２のフランジとの間の最短経路に沿って第１のフランジから第２のフランジまでリムを通って延在する（例えば、図３Ａに概略的に示すように）。図１Ａ及び図１Ｂでは、これはページと同じ平面内にあり、第１の構造的構成要素に示されている線に沿っている。一次構造要素が二軸又は三軸布帛を含む場合、織物は、繊維の軸の１つがフランジ間方向に沿って、すなわちリムの軸方向Ａに沿って延在するように整列される。
【0084】
図３Ａは、半径方向Ｒから見たときに、一次構造要素１０３に使用するための三軸布帛を概略的に示し、織物の繊維の軸の１つは、軸方向に平行であり、すなわちフランジ間方向（第１のフランジから第２のフランジ）に沿って延びる。
【0085】
好ましくは、外層１０２は、半径方向Ｒから見たときに、リムによって画定される軸に対して実質的に平行な方向に外層を通って延在する繊維を実質的に欠いている。言い換えれば、外層は、第１のフランジと第２のフランジとの間の最短経路に沿って第１のフランジから第２のフランジまで延在する繊維を実質的に欠いている。外層が二軸布帛を含む場合、例えば、織物は、繊維の軸がフランジ間方向に沿っていないように整列される。繊維の各軸は、好ましくは、フランジ間方向と二軸布帛の繊維の２つの軸のいずれかとの間に少なくとも３０°の角度があるように整列される。例えば、外層は二軸布帛であってもよく、繊維はフランジ間方向に対して約＋／－４５°に配向される。
【0086】
一実施形態では、一次構造要素は、三軸布帛に形成された構造繊維の少なくとも一層を含み、繊維の軸の１つは、半径方向Ｒから見て、フランジ間方向に沿って、すなわちリムの軸方向Ａに沿って延在し、外層１０２は、二軸布帛に形成され、半径方向Ｒから見て、二軸布帛の繊維の軸のいずれもがフランジ間方向に沿って、すなわちリムの軸方向Ａに沿っていないように整列した構造繊維の少なくとも一層を備える。
【0087】
図３Ｂは、半径方向から見た場合に、外層に、例えばビードシートの一部として使用するための二軸布帛を概略的に示し、織物の繊維の軸はいずれも軸方向に平行ではない、すなわちフランジ間方向（第１のフランジから第２のフランジ）に沿って延びていない。織物の各軸は、フランジ間方向（又は軸方向Ａ）に対して約４５°の角度にある。
【0088】
上述のように、好ましくは、一次構造要素は三軸布帛を含み、外層は二軸布帛を含み、織物の軸は上述のように配向されてもよい。三軸布帛は、本明細書に記載されるように、３つの方向に配向された構造繊維を含んでもよく、任意選択的に、第４の方向にさらなる繊維、例えば構造繊維をさらに含んでもよく、これは他の繊維と織り込まれるか、又は他の繊維に縫い付けられてもよい。これにより、製造プロセスを支援することができる。
【0089】
実施例
リムの製造
試験プログラムは、（ｉ）本開示によるリムと、（ｉｉ）標準的なセンターピースとをそれぞれ備えるいくつかのホイールで実行された。
リムの製造
試験プログラムは、（ｉ）本開示によるリムと、（ｉｉ）標準的なセンターピースとをそれぞれ備えるいくつかのホイールで実行された。
【0090】
本開示によるリム（１０１）を試験したが、これは実質的に図１Ａ（フルリム）及び図１Ｂ（外側フランジの拡大図）に示す断面を有していた。このリムでは、外層（１０２）は平織二軸炭素繊維材料の２つの層を備え、一次構造要素（１０３）は三軸炭素繊維材料の６つの層を備え、この場合はバランスのとれたレイアップで、インサート（１０４）は射出成形ポリウレタンを含み、一方向構造繊維（１０５）は編組炭素繊維材料を含む。この場合、一次構造要素は、バレルの全体に沿って軸方向に延在し、インサートを完全に封止する繊維である。三軸布帛の６つの層は、バレル内で互いに接触しているが、インサートの両側に３つの三軸布帛の３つの層が配置されるようにインサートの周りで分割される。６つの層のうちの３つは、第１のフランジ上の１０３Ｊで縁部を有し、第１のビードシートに沿って、バレルに沿って、第２のビードシートに沿って延在し、次いで第２のフランジ上の１０３Ｊで別の縁部を有する。他の３つの層は、やはり第１のフランジ内の１０３Ｊで縁部を有するが、他の３つの層とは反対方向に延在し、したがってフランジの先端を越えて、フランジの軸方向外側縁部に沿って、軸に最も近く配置されたバレルの側面に沿って、次いで第２のフランジの軸方向外側縁部を越えて延在し、第２のフランジ内の１０３Ｊで別の縁部を有する。炭素繊維布帛を互いに結合するために使用された樹脂はエポキシ樹脂であった。一次構造要素の繊維は、繊維の軸の１つが（図３Ａに概略的に示すように）フランジ間方向Ａに沿って整列するように配向された。外層（１０３）の二軸平織の繊維は、両方の軸がフランジ間方向Ａに対して約４５度の角度になるように配向された（図３Ｂに概略的に示す）。三軸材料の２つの追加の強化テープ（１０６）を外側フランジの周りに巻き付け（二軸布帛の間に挟んで）、点１０６Ａで始まり、点１０６Ｂで終了し、それによって外側強化テープが取り付けフランジの周りに延在し（すなわち、第３のフランジ）、一方向構造繊維（１０５）が充填材として取り付けフランジに巻き付けられた（図１に示すように）。第３のフランジの周りに延在する追加の三軸布帛は、様々な機械的試験において第３のフランジが剪断するリスクを最小限に抑えるために重要であることが分かった。射出成形インサートは、その上に効果的にスキンを有し、安全ビードの輪郭に追従するインサートと共に、リムの周りを周方向に延びる一方向構造繊維の必要性を低減するので有利であることが分かった（一方向構造繊維の１つの目的は、構造的弱点をもたらす可能性がある樹脂の蓄積を回避することである）。（対照的に、以前のバージョンであるＭｋ２は、本明細書に記載のように、２つのさらなる一方向構造繊維、一方は安全ビードで、他方は平坦なビードシートからフランジの垂直部分への布帛の方向の変化で、を必要とし、これらのさらなる一方向構造繊維は、図２において「Ｕ」で示される。）
発泡ポリウレタンは、以下の特性を有していた。
発泡ポリウレタンは、以下の特性を有していた。
【0091】
密度：２９０Ｋｇｍ３（ＢＳ４７３０により測定）
独立気泡含有率：９８．９％（ＡＳＴＭ ０－６２２６により測定）
圧縮強度（上昇と平行）：３８００ｋＰａ（ＢＳ４７３０により測定）
スキン硬度、デュロメータ－ショアＡ：９６、ショアＤ：４２。
独立気泡含有率：９８．９％（ＡＳＴＭ ０－６２２６により測定）
圧縮強度（上昇と平行）：３８００ｋＰａ（ＢＳ４７３０により測定）
スキン硬度、デュロメータ－ショアＡ：９６、ショアＤ：４２。
【0092】
第２のフランジ（内側フランジ）で、一次構造要素（１０３）の三軸布帛は、第１の（外側）フランジと同様に、インサートに最も近く配置された。上述したように、これらは第２のインサートを完全に封止し、端部はインサートの先端部の軸方向内側に配置された点（１０３Ｊ）で交わる（先端部はリムの軸から半径方向に最も遠くに配置された点である）。２つのさらなるより短い三軸布帛が第２のインサートの周りに配置され、両方が１０３Ａで開始する布帛の端部を有し、次いで軸方向外側に向かってインサートの周りを延び、これらの三軸布帛の１つが１０３Ｂに端部を有し、別が１０３Ｃに有する（二軸布帛が１０２Ｅで終了するのと同じ点）。
【0093】
この実施形態における最も外側の布帛は、織二軸布帛であるが、これは、２組の糸（例えば、平織又は綾織である）からの二軸織構造又は非捲縮布帛であってよい。それは非炭素材料であってもよい。
【0094】
リム内の三軸布帛は二軸布帛に置き換えることができるが、性能は劣る。
【0095】
平織二軸炭素繊維（１０２）から始めて、乾燥炭素繊維を加熱したマンドレル上に積層することによってリムを製造し、炭素一方向編組布帛（Ｎ）を取り付けフランジに巻き付けた。次に、三軸炭素繊維布帛の六層（１０３）及び三軸炭素繊維布帛の追加の再強化テープ（１０６）を加えた。平織及び三軸炭素繊維布帛の層のうちの３つを引き戻して、インサート（１０４）及び炭素一方向構造繊維（Ｎ）を各フランジの先端部でそれらの間に配置することを可能にした。次に、平織及び三軸炭素繊維布帛の半分（すなわち、この場合、３つの層）をインサート上に巻き戻して、内側及び外側フランジを作成した。次いで、このドライレイアップを、セクションを含む外側金型に封入し、真空ポンプを使用してキャビティを真空化した。次いで、エポキシ樹脂バインダを、圧力の増大下で注入して、材料を注入及び固化させた。これをツール内に９０℃で放置して硬化させ、次いで部分的に硬化した部分を金型から取り出し、室温から１８０℃まで上昇させて３時間オーブン内で完全に硬化させ、次いで１８０℃で１時間保持した後、冷却した。硬化した構成要素を手工及び機械仕上げしてバリを除去し、取り付けフランジに穴を開けた。次いで、リムを研磨して表面をキー止めし、保護ラッカーを噴霧によって塗布し、これを室温で硬化させて完成した表面特性を達成した。
【0096】
製造の複雑さの低減は、各フランジに２つのインサートを有する基準リム（Ｍｋ２と示す）と比較して、炭素繊維リム（Ｍｋ３）を製造するための費用を低減し、半自動又は自動製造の開発を可能にする。インサート上に炭素を巻き返すプロセスは複雑さが低減され、製造信頼性が向上し、必要時間が短縮される。乾燥材料を形成するのに必要な時間の大幅な短縮（少なくとも１時間）が達成され、製造の人件費が削減される。
【0097】
すべての試験されたホイールアセンブリは、図４に示すように組み立てられた、このサイズのリムを標準として使用されるようなセンターピースを含んでいた。選択されたセンターピースは、実際の使用における炭素繊維リムの能力を決定するのに適していた。
【0098】
インサート材料は、容易に変更することができ、より低い費用の材料をリムに使用することを可能にする。試験されたリムは、インサートとして低コストのポリウレタン材料を使用したが、この材料の置換は、工具の変更又は図１に記載の断面の変更なしに容易に可能である。コスト削減よりも機械的効率が必要とされる場合、より高い性能を達成するために、材料をはるかに高密度の材料又はより構造的な材料の一方に置き換えることも可能である。この材料の置換は、高価な工具の変更を必要とせず、同じ断面を使用して達成することができ、リムの変形を製造及び試験するためのコストを削減し、断面を作成するために使用されるプロセスを維持する。
【0099】
個々のリム間でインサート内の材料間を切り替えることも可能であり、製造ラインは、工具を交換する必要なく、異なる実行リム間で製造を切り替えることができる。
【0100】
リムの試験
実行された試験は、以下の段落に記載されており、これらの試験は、図２に概略的に示される断面を有する基準リムとの比較を可能にするための従来の試験プログラムと同様であった（以下にＭｋ２設計と示す）。Ｍｋ２設計は、本出願人の以前の特許出願、国際公開第２０１７／０４６５５５号、例えば図１、図２及び図３Ａに記載されているリムを広く表しており、すなわち、三軸炭素繊維布帛によって形成された一次荷重経路が各フランジの２つのインサートの間を通過する。
実行された試験は、以下の段落に記載されており、これらの試験は、図２に概略的に示される断面を有する基準リムとの比較を可能にするための従来の試験プログラムと同様であった（以下にＭｋ２設計と示す）。Ｍｋ２設計は、本出願人の以前の特許出願、国際公開第２０１７／０４６５５５号、例えば図１、図２及び図３Ａに記載されているリムを広く表しており、すなわち、三軸炭素繊維布帛によって形成された一次荷重経路が各フランジの２つのインサートの間を通過する。
【0101】
本開示によるリム（１０１）と標準センターピース（図４に示すように、１０７）とを備えるホイールに対して半径方向荷重試験を行った。試験機器の概略図を図５に示す。試験は、図５に示すように、試験ホイールが半径方向荷重下で取り付けられる被駆動ドラムＡ１を備え、この種の試験は、通常、半径方向疲労試験と呼ばれる。この図では、被駆動ドラムはＡ１で示され、試験中のホイールはＡ２で示され、ホイールのリムは１０１で示され、ホイールのスポークは１０７で示され、半径方向荷重は矢印Ａ３で示される。タイヤの収縮点又はホイールの破損点として定義される、故障前のホイールの回転数が記録される。記載された試験は、ＳＡＥ Ｊ２５３０に従って行われた。
【0102】
半径方向試験荷重は、このサイズのホイールを使用する車両の典型的な荷重である６４０ｋｇに設定された。２．５の加速試験係数を各ホイール定格に乗算して、総印加試験荷重を計算した。試験は１１０万サイクルまで行った。ホイールは試験に合格し、目視検査でリムに損傷を示さず、初期タイヤ圧を保持した。ホイールの損傷していない状態は、より重い又はより長く続く試験に耐えることができたかを示唆しているが、結果が十分であると考えられたため、試験を終了した。
【0103】
９０度（半径方向）衝撃試験を、本開示によるリムと標準センターピースとを備えるホイールで行った。試験機器の概略図を図６Ａ（ホイールの断面図を示す）及び図６Ｂ（ホイールの軸と同じ方向からの図を示す）に示す。試験は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、リムのタイヤ側に衝撃エネルギーを付与するために、ドロップマスが設定された高さから落下される、タイヤが地面に接触する状態で試験ホイールが取り付けられる角度付き固定具を備える。この種の試験は、通常、９０度衝撃試験と呼ばれる。この図では、固定具はＢ１で示され、試験されているホイールはＡ２で示され、ホイールのリムは１０１で示され、ホイールのスポークは１０７で示され、ドロップマスはＢ２で示される。衝撃によって引き起こされる損傷の評価が行われ、タイヤは、衝撃後１分間圧力を完全に緩めないことが要求され、リムは、６ｍｍ未満の永久変形を有することが要求される。記載された試験は、フォード衝撃仕様に従って行われた。結果を以下の表Ａに示す。
【0104】
ドロップマスは、高さ１８６ｍｍ、質量５６４ｋｇに設定され、６４０ｋｇの等価静的衝撃荷重を与えた。ホイールは試験に合格し、１分間にわたって空気を保持し、リムへの典型的な損傷を示し、４ｍｍの永久変形を有した。損傷は、同様の荷重でのＭｋ２リム試験と同じ程度であった。
【0105】
本開示によるリムと、標準的なセンターピースとを備えるホイールに対して、１３度（横）衝撃試験を実施した。試験は、試験ホイールが取り付けられる角度付き固定具を備え、図７Ａ（ホイールの断面を示す）及び図７Ｂ（図７Ａから９０度で示す、すなわち図７Ａの右側から示す）に示すように、リムの側面に衝撃エネルギーを付与するためにドロップマスが設定高さから落下される。この種の試験は、通常、１３度衝撃試験と呼ばれる。この図では、固定具はＣ１で示され、試験中のホイールはＡ２で示され、ホイールのリムは１０１で示され、ホイールのスポークは１０７で示され、ドロップマスはＣ２で示される。衝撃によって引き起こされる損傷の評価が行われ、タイヤは衝撃後１分間圧力を完全に緩めないことが要求され、リムはセクションを完全に貫通する亀裂を有さないことが要求され、中心ピースはリムから分離しないことが要求され、中心ピースはいかなる亀裂も有さないことが要求される。記載された試験は、ＳＡＥ Ｊ１７５に従って行われた。
【0106】
ドロップマスは、高さ２３０ｍｍ、質量５６４ｋｇに設定され、６４０ｋｇの等価静的衝撃荷重を与えた。２つの打撃が行われ、１つは弁孔で、１つはスポークを挟んで弁孔に対して１８０度であった。ホイールは、両方の試験に合格し、１分間超の間空気を保持して、リム又はセンターピースに亀裂はなく、リムからのセンターピースの分離も示さなかった。
【0107】
本明細書に記載の炭素繊維リムの設計（Ｍｋ３）は、同様の断面の以前の炭素繊維リムの設計（Ｍｋ２）と同等の試験性能を示す。また、ホイールの疲労寿命を維持する上でも利点があることが分かった。荷重経路がビードシートの下を通って延び、バランスのとれたレイアップに分割されていることにより、これは、構造を介してタイヤからの力をより均等に分配し、ビードシートとタイヤとの間の界面における応力集中を良好に除去することが分かった。
【0108】
新しい（Ｍｋ３）リムは、それらを手動で構築する場合、Ｍｋ２リムと比較してレイアップがより速く、人間の操作者はより少ない訓練しか必要としないことが分かった。また、リムをより容易に自動化された方法で構築することができる。また、ポリマーマトリックスを形成する樹脂は、Ｍｋ２リムと比較してＭｋ３リムの構造繊維の層により迅速かつ一定して注入し、これにより、ホイールを大量生産する際の全体的な問題が少なくなり、各リムの品質が一般的に高くなることが分かった。Ｍｋ３リムはまた、Ｍｋ２リムと比較して、タイヤ取り付け面（ビードシート）の表面多孔性の問題が少なく、ラッカー前の表面仕上げ作業が著しく少なかった。
【0109】
以下の表Ａでは、Ｍｋ２及びＭｋ３リムの設計の９０度（半径方向）荷重試験の試験結果を再現する。同じサイズ、直径２１インチ及び１２．５インチのＭｋ３及びＭｋ２リムの両方について、フォード内側リム衝撃試験を行った。
【0110】
表Ａは、荷重及び結果を示す試験の概要の詳細を示す。
【0111】
【表1】
【0112】
試験は、Ｍｋ２の設計とＭｋ３の設計との間でリム性能の有意な改善を示した。静的試験荷重８５０ｋｇでは、Ｍｋ２リムは９０度（半径方向）衝撃試験に合格せず、Ｍｋ３リムはこの試験に合格し、静的試験荷重を１０００ｋｇにさらに増加させたさらなる試験に合格した。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【国際調査報告】