JP6546772B2 - 自転車用車輪のリム、それを備える自転車用車輪およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自転車用車輪のリムに関する。

本発明は、さらに、該リムを備える自転車用車輪および該リムの製造方法に関する。

周知のとおり、自転車用車輪のリムは、半径方向外側に自転車用車輪のタイヤが連結すると共に半径方向内側に自転車用車輪の複数個のスポークが取り付けられるように意図された環状のボディを備える。

典型的に、前記環状のボディは、両側の側壁と、前記複数個のスポークのヘッドを収容する孔が形成された底壁とを有する。

前記側壁には、自転車のブレーキパッドが作用するブレーキトラックが設けられている。

軽合金（典型的には、アルミニウムまたはアルミニウム系合金）で構成したリムに所望の硬度を付与する目的で、当該リムにプラズマ電解酸化法（ＰＥＯ）による表面処理を実行することが知られている。

しかし、屋外試験により、そのような処理が制動動作にとって不利益であり、制動動作を不連続および／または不規則なものにすることが判明した。（これは技術用語で“non-modulated braking（調和の取れていない制動動作）”として知られている。）詳細に述べると、このような制動動作では、最初のうちは利きが弱く、突如ブレーキがかかるようになる。

制動動作を連続的および／または規則的なものにする目的で、ブレーキトラックに、適切な向きを有する溝を形成することが知られている。

特許文献１には、ブレーキトラックに、複数の互いに同心な周方向溝を有するリムが記載されている。典型的に、これらの周方向溝は、そのリムの押出工程時に形成される。

本願の出願人は、そのような溝を押出工程時に形成するには、当該溝の形成に特化した形状を有する押出金型（extrusion matric）が必要となるので、大きな経済的負担や大幅なプロセス複雑化を招くことに気付いた。さらに、制動動作を何回も繰り返すうちに、それら複数の互いに同心な周方向溝と合致する形状をした溝がブレーキパッドに形成され、このブレーキパッド側の溝の深さがブレーキトラック側の溝の高さと同じになると、ブレーキパッドにはブレーキトラック側の溝によって擦り減らされる部分がなくなってしまい、制動効率に悪影響が起きる。

これに代えて、そのような複数の互いに同心な円周方向溝を、切屑除去機械加工（chip-removal mechanical machining）によって後から形成するとしても、一つの溝ごとに一つの工具を割り当てて複数の工具を使用する必要があったり、使用する工具を一つだけにしたとしても、リムと工具との間で、不連続な（何回かに分けた）相対的な径方向運動を実行する必要があったりする。そのため、この場合においても、過度の経済的負担や過度のプロセス複雑化が生じる。

市場には、ブレーキトラックに、リムの周方向または径方向に対して約４５°傾いた方向に沿って互いに略平行に向いた複数の溝を有する自転車用車輪が出回っている。この自転車用車輪のリムには、プラズマ電解酸化法による表面処理が施されている。このリムの場合も、その複数の溝を切屑除去機械加工によって後から形成しようとすると、リムと工具との間で、不連続な(何回かに分けた)相対的な周方向運動を実行する必要があるので、プロセス複雑化を招く。

さらに、本願の出願人は、これらの種類の溝が、制動動作時に大きな騒音を引き起こすことにも気付いた。

欧州特許第１０１８４４３号明細書

本発明の根底をなす技術的課題は、自転車用車輪のリムであって、制動動作の所望の効率及び規則性を実現しながら制動動作時の騒音を軽減することができると同時に、経済的負担および／またはプロセス複雑化を最小限に維持可能なリムを提供することである。

以上を踏まえて、本発明の第１の構成は、請求項１に記載の自転車用車輪のリムに関する。

この自転車用車輪のリムの好適な態様（preferred characteristics）は、請求項２〜１０に記載されている。

具体的に述べると、本発明は、環状のボディと、前記環状のボディの側壁に設けられ、自転車のブレーキパッドと協働するように構成されたブレーキトラックと、を備える、自転車用車輪のリムにおいて、前記ブレーキトラックが、らせん状の溝（helically shaped groove）を有することを特徴とする、リムに関する。

本願の明細書および添付の特許請求の範囲において、「らせん状の溝」とは、らせん経路に沿って途切れることなく延びる一つの溝（この場合は「単一の連続する溝」と表現され得る）と、間隔のあけられた、らせん経路に沿って互いに追随する複数の溝（または溝部分）および溝のない表面部分によって分けられて間隔があけられた複数の溝（または溝部分）と、を包括的に表した表現である。

本願の出願人が屋外試験を実施したところ、上記のような自転車用車輪のリムは、リムの周方向または径方向に対して約４５°傾いた溝をブレーキトラックに有し、同じ制動動作の効率及び規則性を有する車輪に比べて、制動動作時の騒音を大幅に軽減できることが証明された。

さらに、ブレーキトラックにらせん状の溝を設ける構成によれば、リムをその回転軸心を中心として回転させながら、単一の工具を当該リムに対して径方向に連続的に動かすただ一回（single）の切屑除去機械加工[例えばフライス加工(milling)、深い旋削加工（deep turning）など]で溝を得ることができるので、製造プロセスを大幅に簡略化（シンプル化）することができる。

本発明にかかるリムは、下記の少なくとも１つの好適な態様のうち、一つの態様のみを備えることもできるし、複数の態様を任意の組合せで備えることもできる。

本発明の好ましい実施形態において、前記らせん状の溝は、単一の連続する溝によって形成されている。
好ましくは、前記らせん状の溝は、前記ブレーキトラックにおいて、複数のコイル（複数回の巻き）を形成している。
より好ましくは、前記複数のコイルは、ほぼ一定の距離で互いに離間している。
好ましくは、前記距離は、約０．３ｍｍ〜約１．５ｍｍであり、より好ましくは約０．５ｍｍである。

本発明の好ましい一構成では、前記ブレーキトラックの平均表面粗さ（average surface roughness）が、約０．５μｍ〜約１．５μｍであり、好ましくは約１．０μｍである。

本願の明細書および添付の特許請求の範囲において「平均表面粗さ」とは、ＩＳＯ ４２８７規格に規定された径方向粗さＲａのことを指す。有利なことに、平均表面粗さの上記の数値又は数値範囲は、前記環状のボディにフライス機械加工または軽い旋削機械加工（milling or light turning mechanical machining） を施すことによって実現可能である。なお、平均表面粗さの上記の数値又は数値範囲は、前記らせん状の溝が形成されていない前記ブレーキトラックの表面に適用されることに留意されたい。このらせん状の溝は、さらに切屑除去機械加工（例えばフライス加工、深い旋削加工など）を行って形成される。

好ましくは、前記らせん状の溝の深さは、約０．０２ｍｍ以上であり、より好ましくは約０．０５ｍｍ以上である。
好ましくは、前記らせん状の溝の深さは、約０．０７ｍｍ以下であり、より好ましくは約０．０６ｍｍ以下である。

本発明にかかるリムの好ましい一構成では、前記らせん状の溝の断面が実質的な円弧の形状に形成されており、当該断面の曲率半径が約０．１５ｍｍ〜約０．２７ｍｍの範囲にあり、好ましくは約０．２１ｍｍである。有利なことに、このような溝は、略円形のヘッドが設けられた工具を用いて切屑除去機械加工を実行することにより得られる。好ましくは、前記ヘッドの曲率半径は、得ようとする溝の曲率半径に対応している。それでも、前記工具の前記ヘッドは、鋭利なエッジを有するものであってもよい。

本願の明細書および添付の特許請求の範囲において「略円形のヘッド」とは、その広がり（extension）の大部分にわたって実質的な円弧（arc of circumference）の形状をしたプロファイルを持つヘッドのことを指す。
好ましくは、前記らせん状の溝は、前記ブレーキトラックの径方向高さのほぼ全体に延びている。

本発明の好ましい一構成では、前記環状のボディが、少なくとも前記ブレーキトラックにおいて、軽合金で製造されており、好ましくはアルミニウムまたはアルミニウム系合金で製造されている。

好ましくは、前記らせん状の溝を設けた前記環状のボディに、プラズマ電解酸化法による表面処理が施される。有利なことに、このような処理により、リムに極めて高い硬度（リムに所望される特性）を付与することができる。具体例として、前記プラズマ電解酸化法による表面処理は、前記らせん状の溝を含む前記ブレーキトラック全体に実行される。

本発明の第２の構成は、請求項１１に記載の自転車用車輪に関する。具体的に述べると、本発明にかかる自転車用車輪は、前記のリムを備える。
有利なことに、本発明にかかる自転車用車輪は、本発明にかかるリムについて既述した技術的効果を奏することができる。

本発明の第３の構成は、請求項１２に記載された自転車用車輪のリムを製造する方法に関する。
この製造方法の好適な態様は、請求項１３〜１５に記載されている。

具体的に述べると、本発明は、自転車用車輪のリムを製造する方法であって、
環状のボディを用意する工程と、
前記環状のボディの側壁に、自転車のブレーキパッドと協働するように構成されたブレーキトラックを形成する工程と、
を含む、自転車用車輪のリムの製造方法において、
前記ブレーキトラックに、らせん状の溝を形成する工程、
を含むことを特徴とする、製造方法に関する。
有利なことに、このような製造方法によって、前述したリムを製造することができる。

本発明にかかる製造方法は、下記の少なくとも１つの好適な態様のうち、一つの態様のみを備えることもできるし、複数の態様を任意の組合せで備えることもできる。
好ましくは、前記らせん状の溝を、切屑除去機械加工で形成する。
より好ましくは、前記切屑除去機械加工を、略円形のヘッドを有する工具を用いて実行する。さらに好ましくは、前記ヘッドの曲率半径が約０．１５ｍｍ〜約０．２７ｍｍであり、なおいっそう好ましくは約０．２１ｍｍである。

本発明の好ましい一態様では、前記ブレーキトラックに前記らせん状の溝を形成する前記工程の後に、さらに、前記環状のボディに、プラズマ電解酸化法による表面処理を施す工程を含む。

好ましくは、前記ブレーキトラックを、前記環状のボディに対するフライス機械加工または旋削機械加工により、所定の平均表面粗さ、より好ましくは約０．５μｍ〜約１．５μｍの範囲内にある平均表面粗さ、さらに好ましくは約１．０μｍの平均表面粗さが得られるようにして形成する。

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、好適な実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになる。なお、図示の好適な実施形態は、あくまでも例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。

本発明にかかる自転車用車輪の概略斜視図である。 図１の自転車用車輪のリムを示す概略斜視図である。 図２のリムの一部を拡大して示す概略斜視図である。 図２のリムの径方向断面を拡大して示す概略断面図である。 図４の径方向断面のうち、図４において破線の長方形Ｖに囲まれた部分を拡大して示す概略断面図である。 図５の径方向断面のうち、図５において円ＶＩに囲まれた部分を拡大して示す概略断面図である。

図面には、本発明にかかる自転車用車輪のリムが示されている。リムは符号１０で表し、自転車用車輪は符号１１で表す。

リム１０は、外径部１２でタイヤ１００が連結すると共に内径部１４で複数個のスポーク１７が取り付けられるように構成された、環状のボディ１０ａを備える。この目的のために、環状のボディ１０ａの内径部１４には、スポーク１７のヘッドを取り付けるための複数の孔が形成されている。
スポーク１７は、リム１０に取り付けられる側の端部とは反対側の端部で、ハブ１９（図１）に接続される。

外径部１２と内径部１４とは、隔壁１３（図４）によって分離されている。隔壁１３は、軸方向両側の端部に、タイヤ１００のビードを支持するための表面１３ａ，１３ｂを有する。
内径部１４は、両側の側壁１４ａ，１４ｂと、スポーク１７を取り付けるための前記孔が形成された底壁１４ｃと、を有する。これらの壁１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、前記隔壁１３と共同で、リム１０の内径部１４において単一の閉じた空間（chamber）１４０（図４）を形成している。

前記側壁１４ａ，１４ｂのうちの両方に、あるいは、前記側壁１４ａ，１４ｂのうちの少なくとも一方に、自転車のブレーキパッド（図示せず）と協働するように構成されたブレーキトラック２０が形成されている。
好ましくは、リム１０は、少なくともブレーキトラック２０において、金属材料で構成されており、より好ましくは軽合金で構成されており、例えばアルミニウムまたはアルミニウム系合金で構成されている。リム１０のうち、それ以外の部分は、高分子のマトリクスに構造繊維を組み込んでなる複合材料で構成されたものであってもよい。

本発明では、ブレーキトラック２０が、らせん状の溝２２（図３および図５）を有する。図示の具体例では、溝２２を単一の連続する溝としているが、溝２２を複数の溝部で形成される溝とした場合にも、本明細書で説明する内容が同様に適用される。

らせん状の溝２２は、ブレーキトラック２０において、距離Ｐ（図６）で互いに離間した複数のコイル（複数回の巻き）２４（図３）によって形成されている。好ましくは、距離Ｐは一定であり、すなわち、前記コイル２４がどの径方向においても互いに等間隔で離間している。
好ましくは、距離Ｐは、約０．３ｍｍ〜約１．５ｍｍの範囲内にある。より好ましくは、距離Ｐは、約０．５ｍｍである。

好ましくは、ブレーキトラック２０の平均表面粗さは、約０．５μｍ〜約１．５μｍの範囲内にある。より好ましくは、その平均表面粗さは、約１．０μｍである。平均表面粗さのこれらの数値又は数値範囲は、環状のボディ１０ａに軽いフライス機械加工または旋削機械加工を施すことによって実現可能である。

好ましくは、らせん状の溝２２の深さＤ（図６）は、約０．０２ｍｍ〜約０．０７ｍｍの範囲内にある。より好ましくは、深さＤは、約０．０５ｍｍ以上〜約０．０６ｍｍ以下の範囲内にある。

特に図６を参照して説明するが、好ましくは、前記溝２２の断面が実質的な円弧
（arc of circumference）の形状に形成されている。好ましくは、この断面の曲率半径(bending radius) Ｒが約０．１５ｍｍ〜約０．２７ｍｍの範囲内にある。より好ましくは、その曲率半径Ｒが約０．２１ｍｍに等しい。このような溝２２は、略円形のヘッドが設けられた工具２６を用いて切屑除去機械加工を実行することにより得られる。好ましくは、そのヘッドの曲率半径Ｒ’は、得ようとする溝２２の曲率半径に対応する曲率半径を有している（図６において、工具２６が二つの連続的な機械加工位置にあることが示されている）。

好ましくは、らせん状の溝２２は、ブレーキトラック２０の径方向高さＨ（図４）のほぼ全体に延びている。
好ましくは、らせん状の溝２２を設けた環状のボディ１０ａに、プラズマ電解酸化法による表面処理が施される。

本発明にかかるリム１０を製造する方法は、予め形成された環状のボディ１０ａの側壁１４ａまたは側壁１４ｂに、ブレーキトラック２０を形成する工程を含む。
好ましくは、ブレーキトラック２０を、軽いフライス機械加工または旋削機械加工により形成する。これにより、前述した数値又は数値範囲の平均表面粗さを実現することができる。
予め、環状のボディ１０ａに、ショットブラスト処理工程を施すようにしてもよい。

ついで、ブレーキトラック２０に、らせん状の溝２２を切屑除去機械加工（例えばフライス加工、深い旋削加工など）で形成する。
この機械的プロセスは、前述した工具２６を用いて実行する。したがって、工具２６の曲率半径Ｒ’は約０．１５ｍｍ〜約０．２７ｍｍの範囲内に設定される。より好ましくは、工具２６の曲率半径Ｒ’は約０．２１ｍｍに設定される。

環状のボディ１０ａにらせん状の溝２２を形成する以前に、あるいは、以降に、スポーク１７を連結するための孔が形成される。
ついで、環状ボディ１０ａを洗浄した後、この環状ボディ１０ａに、プラズマ電解酸化法による表面処理が施される。

当然ながら、当業者であれば特定の要件及びその時々の要件に応えるために、これまでに説明した自転車用車輪のリム、該リムを備える自転車用車輪および該リムの製造方法に対して様々な変更や変形を施し得ると思われるが、このような変更及び変形の全ては、添付の特許請求の範囲に規定された本発明の保護範囲内に包含されることに留意されたい。
本発明の実施態様を以下に記す。
[態様１]環状のボディ（１０ａ）と、前記環状のボディ（１０ａ）の側壁（１４ａ，１４ｂ）に設けられており、自転車のブレーキパッドと協働するように構成されたブレーキトラック（２０）と、を備える、自転車用車輪のリム（１０）において、
前記ブレーキトラック（２０）が、らせん状の溝（２２）を有することを特徴とする、リム（１０）。
[態様２]態様１に記載のリム（１０）において、前記らせん状の溝（２２）が、単一の連続する溝によって形成されている、リム（１０）。
[態様３]態様１または２に記載のリム（１０）において、前記らせん状の溝（２２）が、前記ブレーキトラック（２０）において、ほぼ一定の距離（Ｐ）で離間した複数のコイル（２４）を形成している、リム（１０）。
[態様４]態様３に記載のリム（１０）において、前記距離（Ｐ）が、約０．３ｍｍ〜約１．５ｍｍの範囲内にあり、好ましくは約０．５ｍｍである、リム（１０）。
[態様５]態様１から４のいずれか一項に記載のリム（１０）において、前記ブレーキトラック（２０）の平均表面粗さが、約０．５μｍ〜約１．５μｍの範囲内にある、リム（１０）。
[態様６]態様１から５のいずれか一項に記載のリム（１０）において、前記らせん状の溝（２２）の深さが、約０．０２ｍｍ以上である、リム（１０）。
[態様７]態様１から６のいずれか一項に記載のリム（１０）において、前記らせん状の溝（２２）の断面が実質的な円弧の形状に形成されており、前記断面の曲率半径（Ｒ）が約０．１５ｍｍ〜約０．２７ｍｍの範囲内にある、リム（１０）。
[態様８]態様１から７のいずれか一項に記載のリム（１０）において、前記らせん状の溝（２２）が、前記ブレーキトラック（２０）の径方向高さ（Ｈ）のほぼ全体に延びている、リム（１０）。
[態様９]態様１から８のいずれか一項に記載のリム（１０）において、前記環状のボディ（１０ａ）が少なくとも前記ブレーキトラック（２０）において、軽合金で作製されている、リム（１０）。
[態様１０]態様９に記載のリム（１０）において、前記らせん状の溝（２２）を備える前記環状ボディ（１０ａ）に、プラズマ電解酸化・表面処理が施された、リム（１０）
[態様１１]態様１から１０のいずれか一項に記載のリム（１０）を備える, 自転車用車輪（１１）。
[態様１２]
自転車用車輪のリム（１０）を製造する方法であって、環状のボディ（１０ａ）を用意する工程と、前記環状のボディ（１０ａ）の側壁（１４ａ，１４ｂ）に、自転車のブレーキパッドと協働するように構成されたブレーキトラック（２０）を形成する工程と、を含む、自転車用車輪のリム（１０）の製造方法において、
前記ブレーキトラック（２０）に、らせん状の溝（２２）を形成する工程、 を含むことを特徴とする、製造方法。
[態様１３]態様１２に記載の製造方法において、前記らせん状の溝（２２）は、切屑除去機械加工で形成される、製造方法。
[態様１４]態様１２または１３に記載の製造方法において、前記ブレーキトラック（２０）に前記らせん状の溝（２２）を形成する前記工程の後に、さらに、
前記環状のボディ（１０ａ）に、プラズマ電解酸化・表面処理を施す工程、
を含む、製造方法。
[態様１５]態様１２から１４のいずれか一項に記載の製造方法において、前記ブレーキトラック（２０）は、前記環状のボディ（１０ａ）に対して、フライス機械加工または旋削機械加工を施して、約０．５μｍ〜約１．５μｍの範囲内にある、平均表面粗さが得られるように形成される、製造方法。

Claims (14)

1. 環状のボディ（１０ａ）と、
   前記環状のボディ（１０ａ）の側壁（１４ａ，１４ｂ）に設けられており、自転車のブレーキパッドと協働するように構成されたブレーキトラック（２０）と、
   を備える、自転車用車輪のリム（１０）において、
   前記ブレーキトラック（２０）が、単一の連続するらせん状の溝（２２）を有することを特徴とする、リム（１０）。
2. 請求項１に記載のリム（１０）において、前記らせん状の溝（２２）が、前記ブレーキトラック（２０）において、ほぼ一定の距離（Ｐ）で離間した複数のコイル（２４）を形成している、リム（１０）。
3. 請求項２に記載のリム（１０）において、前記距離（Ｐ）が、約０．３ｍｍ〜約１．５ｍｍの範囲内にある、リム（１０）。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のリム（１０）において、前記ブレーキトラック（２０）の平均表面粗さが、約０．５μｍ〜約１．５μｍの範囲内にある、リム（１０）。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のリム（１０）において、前記らせん状の溝（２２）の深さが、約０．０２ｍｍ以上である、リム（１０）。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のリム（１０）において、前記らせん状の溝（２２）の断面が実質的な円弧の形状に形成されており、前記断面の曲率半径（Ｒ）が約０．１５ｍｍ〜約０．２７ｍｍの範囲内にある、リム（１０）。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のリム（１０）において、前記らせん状の溝（２２）が、前記ブレーキトラック（２０）の径方向高さ（Ｈ）のほぼ全体に延びている、リム（１０）。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のリム（１０）において、前記環状のボディ（１０ａ）が少なくとも前記ブレーキトラック（２０）において、軽合金で作製されている、リム（１０）。
9. 請求項８に記載のリム（１０）において、前記らせん状の溝（２２）を備える前記環状ボディ（１０ａ）に、プラズマ電解酸化・表面処理が施された、リム（１０）。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のリム（１０）を備える, 自転車用車輪（１１）。
11. 自転車用車輪のリム（１０）を製造する方法であって、
    環状のボディ（１０ａ）を用意する工程と、
    前記環状のボディ（１０ａ）の側壁（１４ａ，１４ｂ）に、自転車のブレーキパッドと協働するように構成されたブレーキトラック（２０）を形成する工程と、を含む、自転車用車輪のリム（１０）の製造方法において、
    前記ブレーキトラック（２０）に、単一の連続するらせん状の溝（２２）を形成する工程、を含むことを特徴とする、製造方法。
12. 請求項１１に記載の製造方法において、前記らせん状の溝（２２）は、切屑除去機械加工で形成される、製造方法。
13. 請求項１１または１２に記載の製造方法において、前記ブレーキトラック（２０）に前記らせん状の溝（２２）を形成する前記工程の後に、さらに、
    前記環状のボディ（１０ａ）に、プラズマ電解酸化・表面処理を施す工程、
    を含む、製造方法。
14. 請求項１１から１３のいずれか一項に記載の製造方法において、前記ブレーキトラック（２０）は、前記環状のボディ（１０ａ）に対して、フライス機械加工または旋削機械加工を施して、約０．５μｍ〜約１．５μｍの範囲内にある、平均表面粗さが得られるように形成される、製造方法。

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