JPH01289783A - 自転車フレーム用繊維強化熱硬化性樹脂パイプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、◆Ｖ量で高強度の自転車フレーム用繊維強化
熱硬化性樹脂パイプに関するものである。この樹脂パイ
プは、その端部に金属エンド部材を圧入して使用され、
使用時に、金属エンドにより集中する局部負荷を軽減す
ることができる。

（従来技術及び問題点） 従来、自転小フレーム用繊維強化熱硬化性樹脂パイプに
金属エンド部材を取り付ける場合、接着剤により固定す
る方法や、冷しぼめにより固定する方法が採られている
。

このような方法で取り付けた場合、繊維強化熱硬化性樹
脂パイプは、金属エンド固定部に比較して弾性率が低い
ために、金属エンドより伝わる荷重がパイプ端部への局
所荷重となり、パイプ内径を押し拡げ破壊することがあ
る。また、冷しぼめによる固定方法を採った場合、固定
後の金属エンドの膨張により繊維強化熱硬化性樹脂パイ
プに内圧がかかり、パイプ端部が破損げることがある。

このようなパイプ端部の破損を防止づるために、パイプ
端部を補強することが行われている。

例えば■強化材繊維を１８０〜９０度に配向した層をパ
イプの最内層全面に設ける（第１図）、■パイプの端部
に肉厚の補強層を設ける（第２図）等の方法により、繊
維強化熱硬化性樹脂パイプの端部強度を向上さける。

上記■の方法は強化材繊維を１８０〜９０度に配向した
層により、パイプ端部内径の押し拡げを防止し、強度の
向上の効果は得られるが、パイプ中央部の±８０〜９０
度層は端部強度向上には不要であり、余分の層の付加に
より軽Ｍ化効果が損われる。

上記■の方法は、パイプ端部が肉厚となるため、外径が
変り補強部において段差が生じるという問題があり、さ
らに段差部においてパイプの破壊が生じやすいという問
題がある。

〔発明の目的及び構成〕

本発明は、従来技術にａ３ける前記問題点を克服した自
転車フレーム用熱硬化性樹脂パイプを提供しようとする
ものである。

本発明は下記のとおりである。

（１）パイプ端部に金属エンド部材を圧入して使用され
る肉厚の均一な自転車フレーム用繊維強化熱硬化性樹脂
パイプにおいて、本体層の内側の該端部に厚さ０．０５
〜０．３１ＩＩＩｌの熱ｐＪ塑性樹脂の補強部１層と、
２％以上の伸度を有する繊維で強化された厚さ０．５〜
１．！ｉｎ＋ｍの補強策２１Ｉｌと、高弾性繊維で強化
された厚さ　０．３〜０゜８ＩＩＩｌノ補強部３１１　
、！ｌ：　ヲ有し、補強部２層と補強部３層とは共に熱
硬化性樹脂をマトリックスとしたパイプ軸に対し±８０
〜９０度配向のＩＩＭ補強層であり、かつ各層の深さは
エンド部材の圧入深さより浅い位置で配置されているこ
とを特徴とする自転車フレーム用繊維強化熱硬化性樹脂
パイプ。

（２）自転車フレーム用繊維強化熱硬化性樹脂パイプの
強化材繊維が炭素繊維である請求項（１）記載の自転車
フレーム用繊維強化熱硬化性樹脂パイプ。

（３）熱硬化性樹脂が］ボキシ樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂又は／及
びポリイミド樹脂である請求項（１）記載の自転車フレ
ーム用繊維強化熱硬化性樹脂パイプ。

（４）補強部１層の熱可塑性樹脂が、ポリイミド、ポリ
プロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビ
ニル、ポリカーボネイト、ポリアセタール、　　　　　
　　ＡＢＳ、ポリエチレンテレツタレート、ポリブチレ
ンテレフタレート又は／及びポリフェニレンオキサイド
である請求項（１）記載の自転車フレーム用繊維強化熱
硬化性樹脂パイプ。

（５）補強部２層の伸度２％以−Ｌの強化材繊維が、高
伸度低弾性の炭素繊維、ガラス繊維又は／及びアラミド
繊維である請求項（１）記載の自転車フレーム用繊維強
化熱硬化性樹脂パイプ。

（６〉補強部３層の高弾性繊維が、低伸度高弾性の炭素
繊維、ボロン繊維又は／及びアルミナ繊維である請求項
（１〉記載の自転車フレーム用繊維強化熱硬化性樹脂パ
イプ。

本発明におりる自転車フレーム用繊維強化熱硬化性樹脂
パイプは軽量であって、パイプと金属エンドとの接合部
における強度が高く、補強部において外径に段差がない
。

本発明を図面によって説明する。

第３図は、本発明自転車フレーム用繊維強化熱硬化性樹
脂パイプの軸方向断面図を示したものである。

第４図は、本発明自転ｌｉフレーム用織繊維強化熱硬化
性樹脂パイプ金属エンド部材２を圧入した状態の端部軸
方向断面図を示したものである。

第３図及び第４図において、１は自転車フレーム用繊維
強化熱硬化性樹脂パイプ本体層、３は補強部１層で熱可
塑性樹脂層、４は補強部２層で伸度２％以上の強化材繊
維をパイプ軸に対し±８０〜９０ａで配向した１１維強
化熱硬化性樹脂層、５は補強部３層で高弾性の強化材Ｉ
ａ雑をパイプ軸に対し±８０〜９０度で配向した繊維強
化熱硬化性樹脂層を示したものである。

自転車フレーム用パイプ本体層１は、炭素繊維、硝子繊
維、芳香族ポリアミド繊維のような高弾性繊維を強化材
とした繊維強化熱硬化性樹脂であり、特に炭素ｍＨを強
化材としたちのは、１開化、高弾性の点で優れている。

この繊維強化熱硬化性樹脂パイプは、直管、曲管、テー
パー管のいずれでもよく、用途に応じ曲げ剛性、曲げ強
度、ねじり剛性、ねじり強度等を満足するよう設計され
る。

補強部１層３の熱可塑性樹脂層は、パイプ内径に対して
大きな外径をもつ金属エンドを圧入する時にパイプ内側
にかかる内圧を吸収し、パイプの破損を防ぎ、かつ金属
エンドとパイプの軸合せを容易にする効果がある。

補強部２層４のｕＡ組強化熱映化性樹脂層は、自転車使
用時の振動及び衝撃から生じるパイプと金属エンドの接
合部分にかかる局所荷重を吸収し、接合部分の破壊を防
ぐ効果がある。　　　　（以上補強部系１層と第２層は
変位することにより応力集中を防止するのに対し、補強
部３層５は、高弾九韮維を±８０〜９０Ｉｆ１に配向し
たことにより、内圧によるパイプの押し拡げを防ぎ、強
度を向上させることと、パイプ外（５寸法を保持する効
果がある。

この高弾性繊維は、引張弾性率が４ｏ、ｏｏｏｋｇｒ／
　ｍｍ’　以上のらのが好ましい。

これら補強部３〜５は、金属エンド圧入深さより浅い位
置にパイプ端より配されており、かつ外径に段差を生じ
ないよう調整しているため、パイプ軸方向の機械的特性
を損なうことがない。

（発明の効果） 本発明の自転車フレーム用繊維強化熱硬化性樹脂パイプ
は、軽量であると共に、端部補強部の接合部分の強度が
高い。しかも、端部補強部によって外径に段差を生じさ
せず、金属エンド部：実施例及び比較例〕 実施例１ 高強度タイプ炭素繊維（東邦レーヨン（株）製ベスファ
イト■〕を一方向に引き揃えたフェノールノボラックタ
イプエボキシ樹脂プリプレグ（硬化温度１３０℃）を外
径２０＋ａｍの鉄製マンドレルに軸方向に対し内層を±
４５度、外層をＯ。

の繊維角度で配向し、パイプの曲げ弾性率が９゜０００
ｋｇ　／ａｍ”の直管となるよう積層し、両端部は補強
１１４８層が配される部分の積層数を少なくした。

両端部は、最内層にポリアミド樹脂製の熱可塑性樹脂フ
ィルムを厚さ０．２ｍｓとなるようにパイプ端部より３
０１１１１１の間にｆ？＋Ｈし、その上層に伸度５．４
％のガラス繊維を一方向に引き揃えた前記と同様のエポ
キシ樹脂プリプレグを軸方向に対し９０度に厚さ　１，
２１１１となるようにパイプ端より３０ｍｍの間に積層
し、ざらに引張弾性率４０，０００ｋｇ／　ａｍ’の炭
素繊維を一方向に引揃えた前記と同様のエポキシ樹脂プ
リプレグを軸に対し９０度の繊維方向に厚さ０．５１と
なるようパイプ端より１０１１１の間に積層した。

各層の外さは成形後のものであり、パイプの肉厚は成形
後に全体が均一となるように調整した。

このプリフォームを硬化炉にて　１３０℃、１２０分間
熱処理し、冷ｎ１後マンドレルを引き唐いて、炭素繊維
強化熱硬化性樹脂パイプを得た。

下記のとおり、得られたパイプについて効果確認試験を
行った。

（イ）補強部が金属エンドの圧入深さよりも浅い位置に
配されｌいることの効果を確認するため、実施例１と同
じ内径と機械的特性をもつパイプで、端部補強をガラス
繊維強化熱硬化性樹脂だけで行ったパイプを３タイプ成
形し、Ｓ　Ｕ　Ｓ　４５Ｃ製金属エンドを圧入して物性
測定と曲げ破壊テストを行った。

それぞれのタイプは、本発明と同様に、端部補強層を金
属エンド圧入深さより浅く配したもの（比較例１、第６
同断面図）、金属エンド圧入深さと同じ深さに配したち
のく比較例２、第７同断面図）、内層全面に補強層を配
したもの、（比較例３、第１１断面図）である。　この
結果は、第１表に示すとおりである。これによれば、金
属エンドの圧入深さより浅く補強部を配した本５１明パ
イプは、破壊モーメン１〜が大きく、軽層効果も大きい
ことがわかる。

第１表 （ロ）本発明において、補強部が３層からなることの効
果を確ルΣするため、実施例１と同じ寸法と機械的特性
をもつパイプで端部補強を補強部２層と第３層だけで行
ったもの（比較例４、第８図（断面図）と、補強部１層
と第２層だけで行ったしのく比較例５、第９同断面図）
とを成形し、実施例１と共に実際に自転車として使用し
た。

その結果、比較例４は金属エンドとバイブの接種面で剥
離が起り、比較例５は、バイブ内側からかかる内圧によ
り押し拡げ破壊が起った。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の端部補強をした自転車フレー
ム用繊維強化熱硬化性樹脂パイプを示したものである。 第３図は、本発明自転車フレーム用繊維強化熱硬化性樹
脂パイプの軸方向断面図を示したちのである。 第４図は、本発明自転車フレーム用ｌ１１Ｍ強化熱硬化
性樹脂パイプに金属エンドを圧入した状態の端部軸方向
断面図を示したものである。 第５図は、実施例１の本発明自転車フレーム用繊維強化
熱硬化性樹脂パイプに金属エンドを圧入した状態の端部
軸方向断面図を示したしのである。 第６図〜第９図は、比較例として用いた自転車フレーム
用繊維強化熱硬化性樹脂パイプに金属エンドを圧入した
状態の端部軸方向断面図を示したものである。 図面における番号の説明 １：パイプ本体層、２：金属エンド（部材）、３：補強
部１層、４：補強部２層、５：補強部３層 特許出願人　　東邦レーヨン樟六会社 同　上　　　富田工業株式会社 代理人弁理士　　　土　居　三　部 系す図 第３図 第７図 第９図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）パイプ端部に金属エンド部材を圧入して使用され
   る肉厚の均一な自転車フレーム用繊維強化熱硬化性樹脂
   パイプにおいて、本体層の内側の該端部に厚さ０．０５
   〜０．３ｍｍの熱可塑性樹脂の補強第１層と、２％以上
   の伸度を有する繊維で強化された厚さ０．５〜１．５ｍ
   ｍの補強第２層と、高弾性繊維で強化された厚さ０．３
   〜０．８ｍｍの補強第３層とを有し、補強第２層と補強
   第３層とは共に熱硬化性樹脂をマトリックスとしたパイ
   プ軸に対し±８０〜９０度配向の繊維補強層であり、か
   つ各層の深さはエンド部材の圧入深さより浅い位置で配
   置されていることを特徴とする自転車フレーム用繊維強
   化熱硬化性樹脂パイプ。
2. （２）自転車フレーム用繊維強化熱硬化性樹脂パイプの
   強化材繊維が炭素繊維である請求項（１）記載の自転車
   フレーム用繊維強化熱硬化性樹脂パイプ。
3. （３）熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂、不飽和ポリエステ
   ル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂又は／及
   びポリイミド樹脂である請求項（１）記載の自転車フレ
   ーム用繊維強化熱硬化性樹脂パイプ。
4. （４）補強第１層の熱可塑性樹脂が、ポリイミド、ポリ
   プロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビ
   ニル、ポリカーボネイト、ポリアセタール、ＡＢＳ、ポ
   リ エチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート
   又は／及びポリフェニレンオキサイドである請求項（１
   ）記載の自転車フレーム用繊維強化熱硬化性樹脂パイプ
   。
5. （５）補強第２層の伸度２％以上の強化材繊維が、高伸
   度低弾性の炭素繊維、ガラス繊維又は／及びアラミド繊
   維である請求項（１）記載の自転車フレーム用繊維強化
   熱硬化性樹脂パイプ。
6. （６）補強部３層の高弾性繊維が、低伸度高弾性の炭素
   繊維、ボロン繊維又は／及びアルミナ繊維である請求項
   （１）記載の自転車フレーム用繊維強化熱硬化性樹脂パ
   イプ。