JPH03502082A - 複合自転車フレームおよびその製造方法 - Google Patents

複合自転車フレームおよびその製造方法

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JPH03502082A
JPH03502082A JP1500861A JP50086189A JPH03502082A JP H03502082 A JPH03502082 A JP H03502082A JP 1500861 A JP1500861 A JP 1500861A JP 50086189 A JP50086189 A JP 50086189A JP H03502082 A JPH03502082 A JP H03502082A
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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】 発明の名称 複合自転車フレームおよびその製造方法技術分野 本発明は、自転車フレームおよびその製造方法に関する。特に、本発明は、ファ イバおよび合成樹脂からなる複合材料から形成される略中空の自転車フレームお よびかかるフレームを成形する方法に関する。
背景技術 従来の自転車のフレームは、溶接、ろう付けによりまたはチューブを接合する他 の手段を使用することにより、チューブを一体化して組立てられるアセンブリで ある1個々のフレームチューブは、従来、機能自転車を組立てるのに使用される 他の主要構成素子または集成部品に対する、それぞれの位置によって示されてい る。即ち、ハンドルバーアセンブリと前部ホイールホークを接合する「ヘッドJ 車軸を支持する短いフレームチューブは「ヘッド」チューブと呼ばれ、シートポ ストを支持しかつペダル軸支持体(底部ブラケット)に連結されるチューブは「 シート」(”5eat”)チューブと呼ばれ、ヘッドチューブとシートチューブ の上部とを接合するチューブは「トップ」チューブと呼ばれ、ヘッドチューブか ら底部ブラケットへ下方へ延びるチューブは「ダウン」チューブと呼ばれ、後輪 の両側でシートチューブから後部車軸の端部へ下方へ延びる一対のチューブは「 ジ−トスティ」(”5eat 5tay”)と呼ばれ、後輪の両側で底部ブラケ ットをジ−トスティに後部車軸において連結する一対のチューブは「チェーンス テイJ (”chain 5tay”lと呼ばれている。
これらの各構造部品を一体化するのに必要とされる多数の連結部は、自転車に乗 るときに自転車にかかる種々の力ど組み合わされて、多くの問題を生ずる0例え ば、従来の自転車のフレームの結合部即ち連結部の1つ以上に支障がある場合に は、該連結部が修理されるまで、通常は、フレーム全体が使用するには適さない ものとなる。多くのフレームの場合、フレームを真直ぐにし、かつ、連結部を修 理するのに要する費用は、著しく高いものとなる。
更に、各チューブおよび関連する結合部材は、通常、合金金属の押出しにより、 または圧延もしくは継ぎ合せによってつくられるので、比較的重量があり、しか も、結合部はこれらのチューブを互いに溶接またはろう付けすることにより形成 される。これらの多数の構造部品を製造しかつ組立てるには、時間と費用とを要 する。
更にまた。従来の自転車フレームデユープの殆どは、通常の商業的なチューブ加 工によって製造されるので、断面形状が一般に円形である。従って、従来のフレ ームは、チューブのかかる形状と多数の連結結合部の存在とにより、空気力学的 には適当ではなかった。
発明の概要 本発明は、略連続する一体性のfunitary)壁[wall)により形成さ れる改良された略中空の自転車フレームおよびかかるフレームを複合材料から製 造する方法を提供する6本発明の方法は、比較的容易にかつ経済的な複合材料か ら自転車フレームを構成することができるとともに、大量生産技術に適合するこ とができる。
好ましくは、構造用繊維で補強した熱硬化性合成樹脂からなる複合材料が、大き い強度と軽量性とを提供するために選ばれる1本発明の自転車フレーム素子は、 軽量構造を、空気力学的抵抗を実質上低くする空気力学的形状と有利に組合わせ る。従って、本発明は、予測を越えた強度と耐久性を有するとともに、空気力学 抵抗が低い略中空の管状構造の通常ではない軽量(超軽量)の自転車フレームを 提供する。
本発明の方法に従って構成することができる自転車フレームは、オーブン型(o punlまたはクローズド型“ (closedlの前部および後部三角形部を 有するフレームと、一方がオーブン型で、一方がクローズド型の三角形部を有す るフレームを備えるように構成することができる。非三角形または中実のフレー ム形状のような別の形状と素子を有する自転車フレームもまた、本発明の方法に 従って構成することができる。このようなフレームは強力かつ軽量で、しかも容 易に構成することができるとともに大量生産技術に適合することができる1つの 一体性片として製造することができる。
各一体性フレームまたは一体性フレーム素子は、内部キャビティに内部構造素子 を必要としない略中空のフレーム構造体を製造するように複合材料から成形され る、実質上連続する一体性の壁からなる。−・体性の壁は、少なくとも1つの成 形された接合部(juncture)を備え、樹脂含浸布の少なくとも2片の対 応する縁部がオーバーラツプされ、次に一体的に成形されて、フレームまたはフ レーム素子の中空内部キャビティを形成する実質上連続した壁が得られる。かか るフレームは、従来の自転車フレームの管状部材に略対応し、いずれも構造用の 繊維と樹脂の複合材料を使用して構成されるトップチューブ部と、ダウンチュー ブ部と、シートチューブ部と、左右のチェーンステイ部と、左右のジ−トスティ 部とからなる略中空の部分を備えることができる。構造用繊維は一方向性である のが好ましく、炭素繊維、ガラス繊維、ポリエチレン繊維、複合材料を形成する のに使用することができるその他の強化繊維、またはこれらの繊維の組合わせを 含む。
トップチューブ部と、ダウンチューブ部と、シートチューブ部は、−M的には、 オーブン型前部三角形部(open front trianglel を形成 する。共通の中空接続部icommon hollow junctionlが 、ダウンチューブ部とトップチューブ部とを接合し、ヘッド軸係合素子を有する ステ″アリング支持手段を含む、共通中空接続部がシートチューブ部とトップチ ューブ部とを接合し、シートポスト係合素子を有するシート支持手段を含む。
共通中空接続部がダウンチューブ部とシートチューブ部を接合し、ベグル軸係合 素子を有するペダル支持手段を含む、右側後輪支持手段を、右側ジ−トスティ部 と右側チェーンステイ部を接合する共通接続部に設けることができ、左側後輪支 持手段を、左側ジ−トスティ部と左側チェーンステイ部を接合する共通接続部に 設けることができる。これらのステイ部とシートチューブとにより、オーブン型 後部三角形部が形成される。左右の後輪支持手段はいずれも、後輪車軸係合素子 を有する。シート部とチェーンステイ部との間の共通接続部は任意のものであり 、これらの部分は、代わりに、各ステイブに1つずつ連結される一対の脚を有す るか右の後輪のドロップアウト(dropout)によって接合するように、そ れぞれの左右の後輪車軸係合素子により接合することができる。
各支持手段はスリーブその他のインサートからなることができる。従って、前部 および後部三角形部は、協働して、ヘッド軸を支持するスリーブと、ペダルクラ ンク軸を支持するスリーブと、シートポストを支持するスリーブと、後輪アセン ブリのハブを支持する一対のドロップレットを接合することができる自転車フレ ームを形成することができる。前部および後部三角形部は、側部が開口して目視 できるようにすることができる。しかしながら、これらのオーブン型三角形部は 、従来のモノコック自転車フレームの外皮(skinlと同様の外観とすること ができる空気力学的な外皮で覆うことができる。しかしながら、本発明に従って 製−遺されるオーブンフレームを覆うかがる外皮は、モノコック外皮の応力荷重 を支持するものではない。
本発明の自転車フレームは、一体的に結合された管状フレーム部と中空接続部か らなる一体性フレーム構造であるのが最も好ましい0本明細書においては、「一 体的に結合される」じintegrally united”)なる藷は、樹脂 含浸布の第1の片が樹脂含浸布の第2の片とオーバーラツプ接触して配置され、 がっ、第1と第2の片の少なくとも一方がオーバーラツプ後に実質上硬化されて いることを意味するものである。第1と第2の層は、このようにオーバーラツプ されてから実質上硬化されるのが好ましい、オーバーラツプの程度は、少なくと も、約6.35mm (約1/4インチ)、好ましくは少なくとも約12.7m m(約1/2インチ)、より好ましくは少なくとも約25.4mm(約1インチ )である、布の各片は繊維、好ましくは実質上連続した一方向繊維の1つ以上の 層からなる。一方向繊維の多層を使用する場合には、異なる層の繊維は、異なる 向きに長平方向へ配向させることができる。
「成形結合」(”Meldedly bonded”)なる語は、未硬化の部分 または接続部が、成形工程において未硬化の接続部および部分に一体的に結合さ れることを意味する。「成形性結合」じMo1dably bonded”)な る語は、未硬化の部分または接続部が、成形工程において、硬化した接続部また は部分に一体的に結合されることを意味する。「接着結合」じadhesive ly bonded”] なる語は、未硬化の状態で被着され、次に、2つの予 め硬化した構成素子間の接合を完全にするために硬化される接着剤組成物の層に よって、硬化した部分または接続部が硬化した接続部または部分に結合されるこ とを意味する。
本明細書においては、トップチューブ部とダウンチューブ部に共通の中空の接続 部はヘッド接続部と呼ばれ、トップチューブ部とシートチューブ部の共通の中空 接続部はシート接続部と呼ばれ、シーチューブ部とダウンチューブ部に共通の中 空接続部は底部ブラケット接続部と呼ばれ、右側のチェーンとジ−トスティ部に 共通の中空接続部は右側スティ接続部と呼ばれ、左側のチェーンとジ−トスティ 部に共通の中空接続部は左側スティ接続部と呼ばれている。左右のジ−トスティ 部は、シート接続部によりトップチューブとシートチューブ部に接合され、左右 のチェーンスティ部は底部ブラケット接続部によりダウンチューブおよびシート チューブに接合される。
一体的に結合された素子だけからなる全体が一体性のフレームが最も好ましいが 、各管状部と各共通接続部とを別々につくり、その後、接着結合されたスタブジ ヨイントのような、一体結合手段以外の手段により互いに固着して組立て構造と することができる。好ましくは、少なくとも1つの管状部と少なくとも1つの中 空接続部を一緒に形成し、一体的に結合して一体性フレームアセンブリを得る。
より好ましくは、中空の共通接続部を介在させた少なくとも2つの管状部または 1つの共通する管状部を介在させた少なくとも2つの中空接続部を一緒に形成し 、一体的に結合して、一体性フレームアセンブリを得る0例えば、フレームの前 部三角形部を形成する管状部を一体的に結合して、トップチューブ部とダウンチ ューブ部との間に中空の共通接続部を、ダウンチューブ部とシートチューブ部と の間に中空の共通接続部を、トップチューブ部とシートチューブ部との間に中空 の共通接続部をそれぞれ形成することができる。同様に、自転車フレームは、シ ートチューブ部と対をなすジ−トスティ部との間に中空の共通接続部を、シート チューブ部と対をなすジ−トスティ部との間に中空の共通接続部を、チェーンス テイ部と後輪アセンブリの一方の側のジ−トスティ部との間およびチェーンステ ィ部と後輪アセンブリの他方の側のジ−トスティ部との間にそれぞれ1つずつ配 置された一対の中空共通接続部を有する一体的に結合された一体性後部三角形ア センブリを備えることができる。
上記した一体性フレームアセンブリは、成形性合成樹脂を含浸した布[fabr iclからつくるのが好ましい。
剛性樹脂は、熱活性硬化剤成分を有するエボキシクイブの樹脂であるのが好まし い、未硬化の状態にある、かかる繊維と合成樹脂材料は、「プレプレグ」(“p repreg”)と一般に呼ばれている。繊維は織られていても、織られていな くてもよく、一方向性不縁繊維であるのが好ましく、しかも多層で配置されるの が好ましい、異なる層は、異なるタイプの繊維および/または繊維組成を有して いてもよい、ある組成の繊維材料は、3分の1がガラス繊維で、3分の1がケブ ラー49 fKevlar 491繊維で、3分の1が炭素繊維とするコトカで きる。 ”Kevlar”は、所有権が発生している芳香族ポリアミド繊維につ いてのデュポン(DuPont)社の登録商標である。ポリエチレンからつくら れ、バージニア州、ビーターズバーグ(Petersburglに所在するアラ イド・シグナル[Allied Signal)のアライド・ファイバー・ディ ビジョン(Allied Fibers Division)から入手すること ができるスペクトラ繊維(Spectrafiberlも使用することができる 。
実際には、剛性、コンプライアンス、引張強さ、圧縮強さ、制振などの所望され る特定の性能特性により、広い範囲に亘る種々の繊維混合物を選択することがで きる、1つの好ましいシェル用組成物として、ガラス繊維の(スクリム(scr fml と呼ばれる)外層、が中間モジュールクイブの実質止金ての炭素繊維を 含む内層を包囲することによりフープ強度を提供するものがある。炭素繊維に、 該炭素繊維の重量に対して各1%というような、少量のほう素および/またはケ ブラー4.91altを添加することもできる。別の好ましいシェル組成物とし て、いずれも高モジユールタイプの約40%のスペクトラ繊維と約60%の炭素 繊維を含む内層と、ガラス繊維の外側スクリムとからなるものがある。これらの 組成物においては、ガラス繊維は繊維の全重量の約10%を構成する。
フレームを成形する場合、樹脂含浸布のシートから切断した1つ以上の連続する 片を各モールド片に配置することができ、全肉厚は約0.76乃至約1,52m m(約30乃至約60ミル)であるのが好ましく、約1.1.4mm(約45ミ ル)であるのが最も好ましい、各フレーム部にプレプレグ片を配置する(lay  up)場合、多片が好ましくは約6.4乃至約25.4(約1/4乃至約1イ ンチ)、より好ましくは約12.7乃至約19.0mm(約1/2乃至約3/4 インチ)の含浸繊維材料を、主たるモールド片の一方、好ましくは底部モールド 片のキャビティの縁部を越えて延びるように配置して、樹脂がまだ粘着性があっ て、実質上未硬化であるうちにモールド片を組立てるときにプレプレグ材料の片 の長手方向の縁部に隣接してオーパーラ・シブさせることにより、略同じ幅の一 体的な長平方向の連結部を形成するのに必要な過剰の材料を提供する。同様に、 管状部と中空接続部とを形成するためのそれぞれの部分のような、プレプレグ材 料の未硬化の部分は、プレプレグ材料の片の隣接する横方向の縁部を約1.3乃 至12.5cm(約1/2乃至5インチ)、好ましくは約1.9乃至7.6cm  (約374乃至3インチ)、より好ましくは約2.5乃至5.1crn (l 乃至2インチ)オーバーラツプさせることにより一体的に横方向に連結させるこ とができる。
プレプレグの2つの未硬化の細長いストリップの長手方向の縁部どうじを少なく とも約6.4mm (約174インチ)オーバーラツプさせ、かつ、かかるスト リップの横方向の端部と対応する接続部のバッチ(patch)の横方向の端部 とを少なくとも約13mm(約1/2インチ)オーバーラツプさせ、加圧下で硬 化させると、得られる接続部の一方向繊維の構造的連続性が得られる。この連続 性により、プレプレグ繊維材料のオーバーラツプ片を介して繊維間で応力荷重を 伝達させることができる十分に一体となった構造体が得られる。プレプレグの未 硬化の片のオーバーラツプした横方向の端部とあらかじめ硬化した素子との間で 応力を伝達させるために、オーバーラツプは、約10%、好ましくは約25%増 加させることにより、少なくとも約1.4cm(約0.55インチ)のオーバー ラツプ、好ましくは少なくとも約1.6cm(約0.625インチ)のオーバー ・ラップとすることができる。かかる応力の伝達は、炭素繊維などは含浸される 樹脂よりも著しく大きい(約lO乃至30倍大きい)引張応力荷重を支持するこ とができるので、特に望ましい、かくして、オーバーラツプした縁部は、硬化す ると、それぞれのモールド片の接合の橋渡しをする一体的に結合されかつ実質上 連続した成形フレーム壁を提供する。未硬化の状態では、未硬化片のオーバーラ ツプした縁部と端部はフレームシェルを自由に膨張させることができる膨張手段 となり、シェルの壁の外部領域は、樹脂の硬化工程においてモールドの壁に対し てかつモールドの凹部の中へ強固に押圧される。
モールド片の当接ラインの橋渡しをするプレプレグのオーバーラツプ縁部は、対 応する管状部または接続部の中へ硬化させることにより変形させる前に、ロッド その他の工具を、各予備成形されたシェルセクションに対して操作することによ り互いに押圧させることができる。しかしながら、これは、硬化操作全体を通じ て内部圧力をフレームシェルに連続して印加する抑圧手段により行なうのが好ま しい、かかる連続抑圧手段の1つは、自転車フレームシェルを配置し、モールド 片を互いに締付けて複合フレーム成形ユニットを形成した後に、空気で加圧され る1つ以上の適宜の形状の空気袋である。別の連続押圧手段は、発泡性樹脂組成 物である。かかる樹脂組成物は、固体、液体またはペーストの形態で得ることが できる0本発明の成形方法により得られる複合自転車フレームの性能特性の改良 は、少なくとも一部分は、プレプレグ材料の1つ以上の連続する片のそれぞれの オーバーラツプ縁部どうしの密接によるものである。この密接は、オーバーラツ プ縁部が成形工程において硬化されて成形接続部を形成するときに、オーバーラ ツプ縁部に加えられる連続圧により達成される。
トップチューブ部、ダウンチューブ部およびステイ部に一方向繊維を使用する場 合には、これらの繊維の約4分の1乃至約半分は、これらの細長い管状部の長手 方向に軸線に対して、0°乃至45°、好ましくは約20°乃至45°、より好 ましぐは約30°の角度をなして配置され、残りの繊維はこの長手方向の軸線と 略平行とされる。一方向繊維をこのように配向させることにより、曲げ応力およ びねじれ応力を担うこれらの部材の強度を高めることができる。一方向繊維は、 細長いシートチューブ部の補強に使用する場合には長平方向と平行にするのが好 ましいが、これらの繊維もまた、所望される強度特性により、この部材の長手方 向の軸線に対して、20’、30°または45゜などのような、0°乃至45° の角度で配置することができる。
比較的小径のシートまたはチェーンステイ部が所望される場合には、これらの管 状フレーム部は、中空のチューブ内部に合成樹脂の実質上剛性のあるコ、ア(c orelを設けることにより、高応力荷重に耐えるように更に補強することがで きる。このような補強作用を行なうことができる抑圧手段は、膨張性スチロフォ ームまたはポリウレタンフォームから構成することができ、後者は、耐熱性を有 するとともに、石油系薬品による分解に対して強いので、好ましい、かかる内部 補強はまた、管状ステイ部の中空内部に、非膨張性樹脂、好ましくは軽量発泡剤 からなり、粘性のあるペーストまたは固体のシートもしくはストリップの形態で 入手することができる熱膨張性接着剤組成物から形成することができるような、 固体または液体の膨張性の層またはスリーブによって包囲される硬質プラスチッ クコアを配置することにより得ることができる。この接着剤は、所定の位置で膨 張して硬化し、管状ステイ部の内面と硬質プラスチックコアの外面との間で管状 ステイ部の中空内部を実質上充填する。
ダウンチューブ、シートチューブおよびシートステ部のような、フレームの上下 方向へ延びる各管状部は、非円形空気力学横断面形状を有するのが好ましい、ト ップチューブ部、ダウンチューブ部およびジ−トスティ部の好ましい空気力学的 形状においては、これらの部分の外面は、略平行であるのが好ましい、一方、シ ートチューブ部の後面の少なくとも一部は、後輪アセンブリにより支持される後 部タイヤの周囲の曲率半径に従うのが好ましい、シートチューブ部の前線は直線 であるのが好ましい、管状チェーンスティ部の外面は、これらの部分の長平方向 の軸線と交差する面の”X”および”y”軸の双方に関して後方にテーバな付す るのが好ましい、かかるテーバと、管状スティの繊維および樹脂組成と、(所定 の位置に残される場合には)コアの樹脂組成は、チェーンスティに所望の程度の コンプライアンスを提供するように選ばれる。
本明細書において使用されている中空接続部じhollow junction ”)なる語は、2つの対応するチューブまたはスティ部の隣接する端部を接合す る一体性自転車フレームの部分を含む、接合部の少なくとも一部は、前記した支 持手段の対応する1つのスリーブの少な(とも一部を包囲することができる。接 合部壁の実質的な部分は、対応するスリーブの壁に当接し接着させるのが好まし い。
上記した成形法によれば、フレームシェルの2つの配置された半分部分のオーバ ーラツプした縁部間に2つの長平方向へ延びる連結部を有するシェルを得ること ができる。フレームシェルを製造する別の方法として、仕上げ管状部の所望の中 空容積に近いサイズと形状であるように形成された中実のマンドレルの周囲にプ レプレグの長平方向に包んだストリップの層を形成する方法がある。これには、 長平方向の折曲げ領域と対向する領域においてオーバーラツプ縁部間の長手方向 の連結部は1つだけですむ。
チェーンステイ部およびジ−トスティ部は内径が小さいので、仕上げステイの望 ましい容積に近いサイズと形状に形成された中実の発泡性コアの周囲に樹脂含浸 布の層を形成することにより、これらの非主要(minor)管状部を形成する のが望ましい、非主要部は、プレプレグのバッチを用いてモールドの外側で互い に一体化させ、これらの部分間にステイ接合部を形成することができる。あるい は、これらの部分の後端を、例えば、チェーンステイとジ−トスティの後端に取 着されるドロップアウトのように、中間の後輪支持部材によりモールドの外側で 互いに結合させることができる1次に、これらの非主要部を、前部三角形部のシ ート接続部と底部ブラケット接続部に主モールド内において連結して、シートチ ューブ部を有する一対の後部三角形部を形成することができる。
繊維および樹脂の十分な層をモールド内またはマンドレルもしくはコアの周囲に 配置することにより、約0.76mm乃至約32.mm (約30ミル乃至約1 25ミル)、好ましくは約0.89乃至約1.3mm(約35乃至約50ミル) 、より好ましくは約1.0乃至1.1mm(約40乃至45ミル)の肉厚の硬化 した前部三角形部と、約0.18乃至約2.0mm(約7乃至約80ミル)、好 ましくは約o、25乃至1.5mm(約10乃至60ミル)、より好ましくは約 0.76乃至約り、Omm (約30乃至約40ミル)、最も好ましくは約0. 94mm (約37ミル)の肉厚を有する硬化したスティとが得られる。ジ−ト スティとチェーンスティといった異なる管状部の肉厚は、それぞれの所望される 性能特性により、相違するようにすることができる0例えば、ジ−トスティは、 チェーンスティよりも薄肉にすることができ、従って、コンプライアンスが大き くなって乗り心地をよくすることができる。
好ましい金属チューブとドロップアウトは、スクリムを使用することにより、成 形の際に接続部に包み込まれる。スクリムは、インサートの周囲にしっがつと巻 かれる樹脂含浸布から構成される。半剛性チューブのラン(run)を、入口取 付は部材から出口取付は部材へ延びるように、フレームシェルのレイアップ(l ay−aplに挿入するのも好ましい、これらのチューブのランは、外径が約4 .8mm (3/16インチ)のナイロンチューブから形成するのが好ましく、 自転車のギヤ、スプロケットおよびブレーキを操作するケーブルのハウジングと して作用する。所望のインサートを全て含む完全なフレームシェルを配置してか ら、完成された自転車フレームの外径と同じサイズおよび形状の内部室を有する モールド、好ましくは3個構成のモールドを組立て、フL−−ムの加熱硬化に備 える。
】つ以上の空気袋(bladder)に対するアクセスは、自転車フレームに設 けた必要な開口1例えば、ヘッドチューブスリーブ、シートポストスリーブまた は底部ブラケットスリーブを受ける開口を介しで行なうことができる。かくして 別々の空気袋を各主要部に配置することができ、この場合、各空気袋は、対応す るスリーへブを受しつる各接続部の通路の一端から出る1例えば、トップチュー ブ部の空気袋は、ヘッドチューブスリーブ用のヘッド接続部に設けられた通路か ら出ることができ、ダウンチューブ部の空気袋は底部ブラケットスリーブ用の底 部ブラケット接続部に設けられている通路から出ることができ、シートチューブ 部の空気袋はシートポストスリーブ用に設けられた通路から出ることができる。
各スリーブをフレームの成形の際に所定の位置に固定しようとするときには、空 気袋の入口延長部を通すように配置された単一の横孔を有するスリーブインサー トを使用して行なうことができる。
この場合、空気袋がスリーブインサートの内側に沿って軸線方向ヘフLノームを 出るときに90°以上曲がらないようにするのが好ましい。
上記した構成の空気袋は満足な動作を行なうが、圧力を、不連続の空気袋が互い に当接する共通接続部において均一に印加することができないので、空気袋の数 は少なくするのが望ましい、更に、底部ブラケットスリーブもしくはその受部、 またはへラドチューブスリーブもしくはその受部から出る空気袋は、幾分面がっ た径路を通らなければならず、空気袋が膨らまされたときに破裂の原因となるつ ぶれまたはねじれを空気袋の膜が受けるのに十分な鋭角の曲げを受ける可能性が ある。従って、複合自転車フレームシェルを圧縮するのに必要な空気袋の数を少 なくし、かつ、空気袋がヘッド接続部または底部接続部において出る場合に鋭角 の形成を除去する手段を設けることができる。
最も好ましいのは、膨張式空気袋を、トップチューブ部、ダウンチューブ部およ びシートチューブ部にみられる大きい方の中空部に配置し、熱膨張性接着剤樹脂 組成物(固体またはペースト)により包囲された非膨張性硬質プラスチック内部 片から形成することができる中実の発泡性コアを、ジ−トスティ部およびチェー ンステイ部の小さい方の中空部に設ける。次に、フレームシェルをモールド内に 配置し、空気袋を膨らませて繊維と樹脂の層をモールドの壁に対して圧縮し、硬 化処理を開始して熱をモールドに加える。空気袋内の圧力および膨張性発泡コア の膨張により生ずる圧力が温度の上昇により高まると、繊維と樹脂の層が更に圧 縮される。硬化が終了すると、フレームをモールドから取出し、膨張式空気袋は 手で取出すことができ、発泡したコアは適宜の溶媒に溶解して除去することがで きる。
ファイバライト・カンパニーfFiberite Company)社から得ら れるプレプレグの場合には、フレームシェルは、約121”C(約250°F) に加熱して樹脂を硬化させるのが好ましい、空気袋内の圧力および使用される発 泡性コアの膨張による圧力が温度の上昇に伴って増加すると、繊維と樹脂はシェ ル内で更に圧縮を受ける0発泡性コアは、熱膨張性接着剤組成物からなる固体材 料の薄い柔軟なシートで包んだ剛性のある非膨張性樹脂発泡体の細長い片からな るのが好ましい、この接着剤組成物は、プレプレグの好ましい硬化温度、即ち、 約121℃(約250’ F)において発泡を行なうので好ましい、あるいは、 コネチカット州、オレンジ(Orangelに所在するサイロ・インダストリー ズ(Cyro Industries1社からロバセルfRohacelllな る商標の下で入手することができるポリメククリルイミドか6つ(られる独立気 泡構造のような熱膨張性固体樹脂発泡体の周囲に形成することができる。この樹 脂発泡体は、周囲温度で剛性があるが、約149℃乃至177℃(約300°F 乃至350°F)の範囲の温度で更に発泡することにより塑性状態に軟化して半 径方向に膨張するが、この温度は、アルミニウムドロップアウトおよび/または スリーブのようなフレーム材料の幾つかには高温過ぎる。
あるいは、各主要および非主要管状部は、適宜の形状をしたマンドレルにおいて 形成し、次にマンドレルから外し、押圧手段を充填し、モールド内に配置するこ とができる。押圧手段は、適宜の形状の空気袋または液体、ペーストもしくは固 体の発泡性樹脂コアとすることができる3次に、抑圧手段をモールド内の組立て られたシェルに対して作動させ、シェルの未硬化の素子をモールドの内側に対し て圧縮させる。あるいは、非主要管状部は、主要部と同じ態様でモールド内に配 置して圧縮することができ、あるいは主要管状部を、非主要部にとって好ましい 態様と同様にして、熱膨張性の中実コアの周囲に長手方向に包みまたは螺旋上に 巻き付けることができる。
従って、本発明の−の実施例は、フレームの1つ以上の仕上げ管状部の中空内部 に近いサイズと形状を有するマンドレルの周囲に、構造用繊維と含浸樹脂とをは じめに形成するようにした、一体性のある略中空の超軽量自転車フレームの製造 方法を提供するものである1例えば、プレプレグ材料からなる1つ以上の長いス トリップを、対応するマンドレルの周囲に長平方向へ包み(fold long itudinally)または螺旋上に巻くことができる1次に、これらの中空 部をマンドレルから取外し、押圧手段を充填し、次にm維のストリップと樹脂の 多層からなる中空のコーナーパッチを使用することtこより一体化して未硬化の フレームシェルを形成する0次に、この未硬化のフレームをモールドに配置して 、本明細書に記載のように硬化させる。
図面の簡単な説明 本発明と本発明の利点は、添付図面に関してなされている特定の実施例について の以下の説明から一層良好に理解されるものであり、図面において、第1A図は 、モールドの底部片における複合自転車フレームの右側のレイアップを示すとと もに、本発明に係る膨張性空気袋の配置の一例を示す部分断面平面図であり、 第1B図は、モールドの底部片における複合自転車フレームの右側のレイアップ を示すとともに、本発明に係る接続部のパッチの配置の一例を示す平面図であり 、 第1C図は、モールドの底部片における複合自転車フレームの右側のレイアップ を示すとともに、プレプレグ布の余分に長い強化ストリップの配置の一例を示す 平面図であり。
第2A図は、頂部および底部モールド片を所定位置に配置した自転車フレームシ ェルのダウンチューブ部にある空気袋の、空気袋の膨張とシェル内の樹脂の硬化 を行なう前の状態を示す部分横断面図であり、第2B図は、シェルの樹脂を硬化 させるために空気袋が膨張された状態にある第2図と同様の部分断面図であり、 第3図は、頂部、底部および中間後部モールド片の全てを所定位置に配置した第 1図の3−3線断面図であり、 第4図は、第1図の実施例に係る底部ブラケットスリーブを通る空気袋の空気コ ネクタを示す斜視図であり、 第5図は、第4図の5−5線部分断面図であり、第6図は、モールドの底部片に おける複合自転車フレームの右側のレイアップを示すとともに、本発明に係る、 修正した底部ブラケットスリーブの構成、修正されたヘッドチューブスリーブの 構成および対応する空気袋の配置を示す平面図であり、 第7図は、モールドの底部片における複合自転車フレームの右側のレイアップを 示すとともに、本発明に係る、別の修正されたヘッドチューブスリーブの構成と 対応する空気袋の配置を示す平面図であり、 第8図は、モールドの底部片における複合自転車フレームの右側のレイアップを 示すとともに、対応する金屑スリーブインサートに拘らず使用することができる 更に別の空気袋の構成を示す平面図であり、第9図は、第1図のフレームレイア ップのモールドとへラドチューブ接続部の部分平面図であり、第10図は、第9 図の10−10線部分正面断面図であり、 第11図は、第9図の11−11線部分正面断面図であり、 第12図は、第9図の12−12.is部分正面断面図であり、 第13図は、本発明の修正に係る別に成形されたチェーンステイ素子を示す平面 図であり、第14図は、第13図の修正されたチェーンステイ素子が連結されて いる修正されたペダル支持手段を示すとともに、チェーンおよびジ−トスティが 前部三角形部分とは別に成形されたときにチェーンおよびジ−トスティを連結す る別の手段を示す部分横断面図であり、 第15図は、シートアセンブリと前部ホークアセンブリを示す本発明のフレーム の側面図であり、第16図は、本発明のフレームのシート支持スリーブを支持す る中空接続部を示す、第15図の16−16線断面図であり。
第17図は、第15図の17−17線に沿って見た本発明のフレームの後方斜視 図であり、第18図は、本発明のフレームの第15図の18−18線断面図であ り、 第19図は、本発明のフレームのダウンチューブ部を示す第15図の1.9−1 9線断面図であり、第20図は、本発明のフレームのトップチューブ部を示す第 15図の20−20線断面図であり、第21図は、本発明のフレームのシートチ ューブ部を示す第15図の21−21 #lA断面図であり、第22図は、本発 明のフレームのトップチューブ部とダウンチューブ部との接続部を示す第15図 の22−22線断面図であり、 第23図は、本発明のフレームのシートチューブ部とダウンチューブとの接続部 を示す第15図の23−23線断面図であり。
第24図は、本発明のフレームのチェーンステイ部の一方を示す第15図の24 −24線断面図であり、 第25図は、本発明のフレームにおけるステアリングアセンブリを支持する接続 部の一部を示す第15図の25〜25線断面図であり、 第26図は、本発明のフレームのジ−トスティ部の一方を示す第15図の26− 26線断面図である。
最良の形態および他の実施例の説明 第1乃至3図について詳細に説明すると、全体が参照番号10で示され、第1即 ち下部片12と、第2即ち上部片14と、下部片12および上部片14の後部を 向いているチェーンおよびジ−トスティの内壁を形成する第3即ち中間後部片1 5(第3図)とを備えたモールドが示されている0図示を明確にするため、平面 図である第1.6.7および8図には、上部片14は図示されていない、しかし ながら、上部モールド片14のキャビティその他の部分は、下部片12の鏡像を なしている。下部モールド片12と上部モールド片14は協働して、複合自転車 フレームの前部三角形7部を成形する密閉室16を形成している。下部モールド 片12、上部モールド片14および中間後部片15は協働して、複合自転車フレ ームの後部三角形部の左右の鏡像部分を成形するための2つの密閉室(図示せず )を形成している。
上部および下部モールド片は、複合自転車フレームの各部分および接続部に対応 した部分を有している。
従って、下部モールド片12はへラドチューブ部を成形するセクション20と、 トップチューブを成形するセクション21と、シートチューブ部を成形するセク ション22と、ダウンチューブ部を成形するセクション23とを備えている。接 続部セクション25は、セクション21と23とを連結してヘッドチューブ接続 部を形成し、接続部セクション26はセクション21と22とを連結してシート チューブ接続部を形成し、接続部セクション27はセクション22と23とを連 結して底部ブラケット接続部を形成する。ヘッドチューブ部、トップチューブ部 、シートチューブ部およびダウンチューブ部は共通の相互連結接続部とともに、 自転車フレームの略中空の前部三角形部を形成する。
ヘッドチューブ接続部は、ハンドルバーアセンブリと前輪ホークを支持するヘッ ド軸(図示せず)を回転自在に受けるヘッドチューブスリーブ30を有するステ アリング支持手段を備えている。シートチューブ接続部は、シートアセンブリの ポスト(図示せず)を受けるシートポストスリーブ32を有するシート支持手段 を備えている。底部ブロック接続部は、ペダル軸を受ける底部ブラケットスリー ブを有するベグル支持手段を備えている。
下部モールド片12内に置かれる完全な自転車フレームシェルは、参照番号35 で全体量されている後部三角形素子を有しており、該素子は、後輪アセンブリを 前部三角形部へ連結する。第3図に明瞭に示すように、後部三角形素子は、底部 ブラケット接続部38の右側を右側のドロップアウト(dropout) 37 と連結する右側のチェーンステイ部36と、底部ブラケット接続部38を左側の ドロップアウト37′と連結する左側のチェーンステイ部36゛と、シートチュ ーブ接続部40を右側のドロップアウト37と連結する右側のジ−トスティ部3 9と、シートチューブ接続部40を左側のドロップアウト37°と連結する左側 のジ−トスティ部39° とを有している。
従って、底部モールド片12は、対応する右側の外側チェーンステイセクション 41と右側の外側ジ−トスティセクション42とを有している。中間の後部モー ルドセクション15は、第3図に示すように左右のシートおよびチェーンステイ モールドセクションの間に嵌装されるようにくさび状に形成され2かつ、後部三 角形フレーム素子の対応する左右のセグメントを受ける左右の離隔する成形キャ ビティの内側モールド壁を提供している。右側のセグメントは、自転車フレーム の右側のチェーンステイおよびジ−トスティ部を備え、左のセグメントは左のチ ェーンステイおよびジ−トスティ部を備えている。左右のジ−トスティは、参照 番号44と47で示す部分で一緒になり、以下で更に説明するように、シートチ ューブ接続部40内に収容される拡大上端部46を有する共通のジ−トスティ片 45を形成する。左右のチェーンステイは、57の部分で底部ブラケット接続部 38の中へ延びて収容され、アーチ58によって連結されている。
下部モールド片12の接続セクション50は、ドロップアウト37を受けるよう に右側の車軸接続部53を形成している。下部モールド片12には、成形工程の 際にドロップアウト37を所定の位置に保持するビン52を有する凹部51が設 けられている。上部モールド片14は、ドロップアウト37°を所定の位置に保 持するビン52°を備えた同様の凹部51°を有している。
チェーンステイ部36−36’ とジ−トスティ部39−39’は、底部ブラケ ット接続部38とシートチューブ接続部40に連結されると、前部三角形部のダ ウンチューブ部とともに後部三角形部を形成する後部三角形素子35を形成する 1図示の実施例においては、チェーンステイ部とジ−トスティ部は、樹脂を含浸 した布を、仕上げられたステイ部の内部と同じ形状と略同じサイズとを有する中 実の発泡性コア55の周囲に長手方向に包むか、螺旋状に巻き付けることにより 形成される。中実の発泡性コア55を加熱すると、コアは膨張して、布54の眉 を成形室の対応するセクションの内面に対して圧縮する。あるいは、ステイ部は 、中実もしくは中空の金属片、または以下に説明する成形工程において前部三角 形部内に収容することができ、あるいは下記するタイプのスタブコネクタ(5j ll) (HOnnector)接続手段によって仕上げられた前部三角形部に 後に取着される中実もしくは中空の予備硬化樹脂片から形成することができる。
ステイ部はサイズが小さいので1発泡性コアの周囲に成形するのが好ましく、コ アは自転車フレームの重量を有意に増加させることなくその部分に残すことがで きる。しかしながら1発泡性コアは除去するのが比較的困難であり、しかも前記 三角形部の重量を有意に増加すると考えられるので、樹脂を硬化させるためにモ ールドを加熱する際に、膨張式空気袋60および61を使用して、前部三角形部 と接続部の層をモールドの対応する内面に対して押圧するのが好ましい。
シートチューブスリーブ32に入る1つの長い袋を使用することが理想的ではあ るが、このルーチング(routingl法を行なう場合に必要となる2つの鋭 角ベンド(bendlの組み合わせにより、この著しく長い空気袋の各部分にし わが付いたり、つぶれたりして、破損を招いたりあるいは完全に膨らませること ができないようになる。従って、長さの短い2つ以上の空気袋を使用するのが望 ましい2通常の真直な空気袋の代わりに、自動車または自転車のタイヤのバルブ と内部チューブとの構造体と同様に、シートチューブスリーブ32を介して延び る入口延長部を有する1つの三角形状の空気袋を構成して使用することができる のはもちろんである。しかしながら、このような−片構造の空気袋は、製造する のに費用がかがり、しかもフレームのサイズが異なるごとに、異なるサイズの三 角形空気袋を使用しなければならないから、望ましいものではない、かかる空気 袋はまた、フレームが硬化してから、フレームから取除くのが大変困難である。
更に、かかる三角形の空気袋は、1つ以上のチューブ部を、以下に説明する別の 方法によってマンドレルで予備成形する場合には、使用するのが困難となる。
ここで、第4および5図について説明すると、空気袋60が、参照番号65で全 体示され、底部ブラケットスリーブ34の一対の開口68−68を通る環状のマ ンドレル67を有するコネクタアセンブリにより、給気ホース64に接続されて いる。空気袋60の導管状の入口延長部70が空気袋の開放端部71と流体連通 し、かつ、マンドレル67の内側の円筒状通路を貫通している。空気袋の延長部 70の自由端部72は、マンドレルの外側のねじ山75と係合するねじの付いた 雌型カップリング74を有するエアライン(airline)コネクタ73と、 対応してテーバが付けられたソケット77と係合する截頭円錐状締付はプラグ7 6とにより、マンドレルの他端に取着されている。
プラグ76とソケット77の対向するテーバ面を互いに押圧することにより、第 5図に示すように、空気袋の延長部70の自由端部を所定位置に固定することが できる。締付はプラグ76は、エアライン64が通常のホースクランプ(図示せ ず)により取着されるニップルγ9と、取着されたエアラインと空気袋の延長部 70の内部とを流体連通させる孔80とを備えており、延長部70は空気袋60 の開放端部71と流体連通している。
プラグ76とソケット77の対向するテーバ面間に弾性シールおよびクランプ作 用を与えるようにプラグ76のテーバ面に形成した環状溝に、O−リング82を 設けるのが好ましい、空気袋の延長部70の自由端部72は図示のように後方へ 折り返してもよく、あるいはねじ山75を越えて後方へ達しないようにソケット 77の外側縁部で切り落としてもよい、マンドレル67は、上部および各モール ド片の対応する溝と係合して、コネクタアセンブリ65を成形室および底部ブラ ケットスリーブ34に対して正しい位置に保持する環状カラー86を有している 。第2のコネクタアセンブリ65゛が、空気袋61と第2のエアライン64゜に シートポストスリーブ32の軸線方向の通路を介して接続するのに使用されてい る。
本発明の方法を実施する好ましい態様を、第1A、IBおよびICに関して説明 する。熱硬化性樹脂を含浸した一方向繊維の多層体からなる複合布材料の長い片 を、モールドの底部半分12に直接配置し、トップチューブレイアップ88、ダ ウンチューブレイアップ89およびシートチューブレイアップ90を形成する。
複合材料のパッチを得るために所定のパターンに切断した短い片を、モールド片 12の接続部セクション25.26および27に直接配置し、ヘッドチューブ接 続部レイアップ91、シートチューブ接続部レイアップ92および底部ブラ・ン ケト接続部しイア・ンブ93をそれぞれ形成する。長尺のチューブ片を、好まし くは少なくとも約3.8cm (約1.5インチ)、より好ましくは少なくとも 約5.1乃至7.6cm(約2乃至3インチ)に亘って、接合部のパッチに重ね て、各チューブ端部と対応する中空接続部との間に環状の接合部を形成する。
第1B図は、ヘッド接続部パッチ25゛、シート接続部パッチ26゛、底部ブラ ケットパッチ27゛および後部車軸パッチ50°のパターンを示す、これらのパ ッチは、対応するチューブレイアップにオーバーラツプするが、図示するように チューブレイアップの内側でも、これらのレイアップの外側であってもよい。
チューブレイアップは、パッチ内に約lO乃至13cm(4乃至5インチ)、好 ましくは対応する金属スリーブまで全てに亘って延ばすことができる。各パッチ は、大きいプレプレグ布シートから連続片として切断され、パターンは、パッチ がモールドの対応する接続部に配置されるときに、一方向布のできるだけ多くが 接続部の寸法に亘ってできるだけ最大距離連続して延びるように切断するのが好 ましい、一方向布の少な(とも1つの層の長手方向が、ヘッド接続パッチのライ ンL1、シート接続部パッチ26′のラインL2aよびL3、底部接続部パッチ 27°のラインL4およびL5並び後部車軸接続部パッチ50°のラインL6お よびL7によって示されている。対をなすラインL4−L5、L6−L7および L2−L3もまた、多層繊維のパッチにして、異なる贋の繊維が異なる向へ長手 方向に延びて、接続部の繊維の構造的連続性を高めることが望ましいことを示し ている。
繊維のこのような構造的連続性をヘッド接続部に提供するため、ヘッド接続部バ ッチ25゛に、ヘッドチューブ30の周囲全体と、トップチューブレイアップ8 8およびダウンチューブレイアップ89の端部を越えた後方に、下部モールド片 内で接続部バッチを延ばすフラップ状延長部を設けるのが好ましい、流体袋を上 記したように下部モールド片12に配置してから、延長フラップ96°で、袋6 0のヘッド接続部を通る部分を覆う、上部モールド片を所定位置に配置して、袋 60を膨張させると、延長フラップ96°は上部モールド片に対して上方へ押圧 され、同様にして、下部フレーム半分のオーバーラツプ部95−95が第2B図 に示すように上部フレーム半分に対して上方へ押圧される。
一方向複合材料の多片を配置してオーバーラツプさせ、次にオーバーラツプした 縁部を加熱加圧下で一緒に成形するこの方法によれば、実質上連続した繊維から なる自転車フレーム構造体を得ることができる。チューブ部の一方向繊維を接続 部バッチの一方向繊維に少なくと約2.5cm (1インチ)、より好ましくは 少なくとも約3.8cm (1インチ半)、最も好ましくは約5.1乃至7.6 cm (2乃至3インチ)オーバーラツプさせることにより、チューブ繊維と接 続部繊維との間に十分な結合面積と密着性が得られ、得られる複合自転車フレー ムにより支持される荷重が一方のチューブから接続部を介して、同じ共通の接続 部へ接続される他方のチューブ部へ、フレームの過剰のコンプライアンス特性あ るいは完全な破壊の原因となる有意の応力または負荷の集中を引き起こすことな く、移される。
多くの場合には必要とはされないが、これらの周辺接合部を、複合材料の別の長 尺ストリップによって補強することができる。かかる長いストリップは、接続部 レイアップの対向する側または直交する側においてチューブ部の中間または反対 側端部から各接続部レイアップ全体へ延びるように配置することができる6例え ば、第1C図に示すように、長い補強ストリップ97は底部ブラケットスリーブ 34から、ダウンチューブレイアップ89に沿ってヘッドチューブスリーブ30 の周囲へ、かつ、トップチューブレイアップ88に沿ってシートチューブ32の 周囲へ、更にシートチューブレイアップ90に沿って延びて、底部ブラケット接 続部内の底部ブラケットスリーブに隣接した位置へ戻るように設けることができ る。第1C図においては、少なくとも1つの層の一方向繊維が延びる長平方向は 、実線L8により示されており、この実施例では、ラインL8は各チューブレイ アップの長手方向の軸線と平行に延びている。かくして、プレプレグ材料からな る補強ストリップは、ダウンチューブ89に沿って長手方向へ延びる第1の脚9 7aと、トップチューブレイアップ88に沿って長手方向へ延びる第2の脚97 bと、シートチューブレイアップ90に沿って長平方向へ延びる第3の脚97c とを有している。各接続部においてベンドの周囲にストリップ97を容易に曲げ ることができるように、樹脂材料を長手方向へ多数回切断して、隣接する連続し た一方向繊維間にそれぞれ配置される複数の小さい片を形成することができる。
第1C図に示すように、ラン97aは空気袋60の下に配置され、ラン97bは 空気袋60の上に配置され、ラン97cは空気袋61の上に配置される。このよ うに配置すると、対応する空気袋が膨らまされると、ラン97aは下部モールド 片12に対して下方へ圧縮され、ラン97bとラン97cは上部モールド片14 に対して上方へ圧縮される。あるいは、補強ストリップ97は、ラン97aが空 気袋60の上にあり、ラン97bが空気袋60の下にあり、ラン97cが空気袋 61の下にあるように配置することができる。更に、ラン97cは対応する空気 袋のラン97bの位置に対して反対側にあるようにシートチューブ32の周囲の 一部を覆うように配置することができる。
補強ストリップの同様なラン(図示せず)をシー)・およびチェーンステイレイ アップとシートチェープレイアップとからなる後部三角形部の周囲に配置するこ とができる。71強ストリップのかかる長いランが実用的でない場合には、別体 をなす補強ストリップのより短いランを使用することができ、この場合には、例 えば、第1のランをトップチューブ内の中間点からヘッド接続部を介してトップ チューブ内の中間点まで延びるように形成配置し、第2のランをトップチューブ 内の中間点からシート接続部を介してシートチューブ内の中間点へ延びるように 配置し、第3のランをダウンチューブ内の中間点から底部ブラケット接続部を介 してシートチューブ内の中間点まで延びるように形成配置することができる。各 補強ストリップの各端部は、チューブと接続部との間のオーバーラツプした各接 合部を介して対応するチューブの中へ、好ましくは少なくと約3.8cm (1 インチ半)、最も好ましくは約7.6乃至約12.7cm (約3乃至約5イン チ)延びるのが好ましい。
図示していないが、対応する左側のストリップおよびバッチは、トップモールド 半分部分14に配置されて、モールド片を組合わせたときにフレームの左側を形 成する、トップチューブ部、底部チューブ部、シートチューブ部および連結接続 部用の対応する左側レイアップを提供している。モールドの上部半分部分14内 のストリップとバッチの幅は、対応する仕上げられたフレーム部の周囲の半分に ほぼ等しく、一方モールドの下部半分部分12のストリップの幅は、より広く切 断されて、成形キャビティの内外周の周囲にオーバーラツプ部95−95を許容 するようになっている。
これらのオーバーラツプ部は、モールドの3つの片が組み合わされたときに、前 部三角形素子の2つの半分部分と、前部および後部三角形部素子とを一体化させ る。
次に金属インサートを、下部モールド片12に配置して、ヘッドチューブスリー ブ30、シートポストスリーブ32および底部ブラケットスリーブ34を形成す る。配置に先立って、これらの金属インサートは、スクリムと呼ばれる複合材料 のバッチまたはストリップで覆うことができる。予め包んだ後部三角形部素子も また、底部モールド片12の所定の位置に置く、このとき、約4.8rnm ( 3/16インチ)ナイロンチューブからなるケーブルハウジングを、ダウンチュ ーブモールドセクション23の整形用成形凹部(fairingmolding  recess) 82からチェーンステイモールドセクション41の整形用成 形凹部83へ延ばす、これらの凹部は、ケーブルハウジングの端部な所定の位置 に保持するとともに、該凹部により形成される成形されたフェアリング(fea ring)にアクセス孔を提供する小さなビンを備λることができる。次に、流 体袋60と61を下部モールド片12に配置し、長い方の空気袋60の延長部7 0をエアライン64へ、コネクタ65により提供される底部ブラケット接続部通 路を介して接続し、更に短い方の空気袋61の延長部60”を、コネクタ65° により得られるシート接続部通路な介してエアライン64°に接続する。
幅広のストリップと幅広のバッチを有する下部モールド片に流体袋を配置してか ら、千−ルド片を接合する前に、各側のオーバーラツプ部95を第2A図に示す ように空気袋にかぶせる。更に、モールド片を接合する前に、ジ−トスティ部3 9と39゛のシート端部を、バッチ98のようなシート接続部のバッチのオーバ ーラツプ部により包むとどもに、チェーンスティ部36と36°の底部ブラケッ ト端部を、バッチ99のような底部ブラケットのバッチのオーバーラツプ部によ り包む、同様に、種々のスリーブを、第1図においてへ・ンドチューブスリーブ 30の上に折って示されているバッチ96によって示されるように、対応する接 続部に中へ収容する。
空気袋の挿入とオーバーラツプを行ない、かつ、スリーブとチェーンおよびジ− トスティ部との包込みを行なってから、モールド10を当接線110.111お よび112に沿って閉じ、モールド片12.14および15を互いにしっかりと 締付ける。次に、空気袋60と61を、約1乃至35 kg/cn+′(約15 乃至500psig) 、より好ましくは約7乃至14 kg/cm” I約1 00乃至200psig)の範囲の圧力に膨らませ、未硬化の繊維強化樹脂の層 をモールドの内面に対して第2B図に示すように押圧させる1次に、モールド1 oを1発泡性コアを発泡させかつ複合シェル材料の樹脂を完全に硬化させる温度 まで加熱し、この温度に製造者が教示する時間保持する。かくして、第2B図に 示すように、空気袋60と61に作用した圧力により、下部フレーム半分部分1 2のオーバーラツプ部95−95を上部フレーム半分部分に対して圧縮し、フレ ームシェルの複合材料がモールド内で硬化するときに、左右のセクション102 と103を互いに一体的に連結封着させる。
チェーンスティ部36および36゛とジ−トスティ部39および39′の周囲に 形成した複合材料の層のモールドの内面に対する圧縮は、モールドの加熱の際に 、成形性コア55の発泡により行なわれる。硬化が終了してからモールドを開き 、空気袋のコネクタ65と65゛を外して取出し、仕上げられた自転車のフレー ムをモールドから取出す、モールドからのフレームの取出しは、フレーム材料を モールドから取出す場合に遭遇するおそれのある面倒を避けるために、モールド が未だ比較的暖かい[約38乃至66℃(ioo乃至150°F)]うちに行な うのが好ましい。
空気袋60および61とコア55の取出しは任意に行なうことができ、空気袋は 、その取出しの際に対応するコネクタを介して真直ぐに引き出し1発泡コアは適 宜の溶媒に溶解させることができる。しかしながら、空気袋は著しく軽く1発泡 性コア材料の量は比較的少ないので、空気袋とコアはいずれも、一体性自転車フ レームの最終重量に有意の影響を及ぼすことなく、その位1に残しておくことが できる。更にまた、底部ブラケット接続部38の外部にある開口101は比較幻 聴れた位置にあるので、フレームの美観を考慮して孔を充填しおよび/または覆 うことは実際には必要ない。
第6図に示すように、長い空気袋60は、修正された(modifiedl ヘ ッドチューブレイアップ91゛から、トップチューブレイアップ、修正されたシ ートポストスリーブ32゛およびシートチューブレイアップ90を介して、修正 された底部ブラケットレイアップ93゛まで導くことができる。底部ブラケット レ・イアツブ93°と底部接続部モールドセクション27°をこのように修正す ることにより、空気袋60の延長部はシートチューブレイアップ90に対して略 直線的に出ることができる。モールド12’ と底部ブラケットレイアップ93 °は、底部ブラケットスリーブ34の開口68−68を、ダウンチューブレイア ップ89どではなくシートチューブレイアップ90と第1図に示すように整合さ せるように修正されている。ヘッドデユープモールドセクション20°とヘッド チューブ接続部レイアップ91’は、第2の短い空気袋61が修正されたヘッド チューブレイアップ91゛のフレームのり1部の開口106を介してダウンチュ ーブレイアップ89から略直線状に出ることができるように修正されている、シ ートチューブスリーブ32°は、空気袋60が略中空のシート接続部を通るとき にスリーブ32゛を介して曲がることができるようにした単一の横孔を設けるこ とにより行なうことができる。
かくして、フレームを組立てるときに、スリー、ブ34を、底部ブラケット接続 部へ包み込むと、横孔68−68を、第6図に示すようにシートチューブレイア ップ90と整合することができ、あるいは開口68−68を第1図に示すように ダウンチューブレイアップと整合させるようにスリーブ34を回転させることが できる。このような配置とすることにより、対応するレイアップの空気袋は略直 線をなしてフレームとモールドを出ることができる。底部ブラケットスリーブは 、シートポストおよびヘッドチューブスリーブとともに、金属またはプラスチッ クがら形成することができ、これらの必要な開口即ち孔は、円筒スリーブの一側 または両側に穿孔することにより形成することができる。ヘッドチューブとシー トチューブの長手方向の軸線は、車輪が回転する自転車フレームの対称面内にあ るが、底部ブラケットスリーブ34の長手方向の軸線はこの対称面と略直交して 延びている。底部ブラケットスリーブ34のコネクタの開口68−68もまた、 修正されたヘッドチューブスリーブ30°および30″′の対応するコネクタの 開口とともに、自転車フレームのこの対称面と整合している。
次に、第7図について説明すると、短い空気袋61は、フレームの外部の開口を 介して略直線状に出るようにダウンチューブレイアップ89内に配設することが でき、これは第1図と同じ位置にあるが、この実施例では、長い方の空気袋のコ ネクタ65の代わりに短い方の空気袋のコネクタ65゛が挿通している。長い方 の空気袋60は、底部ブラケット接続部レイアップ93から、シートチューブレ イアップ9oを介し、シートチューブ接続部レイアップ93と修正されたシート ボスラスリーブ32°を介し、更にトップチューブレイアップ88を介して、修 正されたヘッドチューブレイアップ91”のフレームの外部の開口108へ導か れている。下部モールド片12”のヘッドチューブレイアップ91”とヘッド接 続部セクション2o”は、長い方の空気袋60のコネクタ65が修正されたヘッ ドチューブスリーブ30”を介してトップチューブレイアップ88と略直線をな して出るように修正されている。
上記説明から明らかなように、長い空気袋60は常に、閉止端部と開放端部との 間の中間位置において鋭角に曲げられる。長い空気袋を鋭角に曲げることを避け るために、第1図のシートポストスリーブ32および底部ブラケットスリーブ3 4と、第7図の修正されたヘッドチューブスリーブ30”とを介してモールドを それぞれ出る3つの別体をなす空気袋を使用することができる。
次に、第8図について説明すると、空気袋に対するアクセスは、ヘッドチューブ スリーブを受ける通路110、シートポストスリーブを受ける通路112および /または底部ブラケットスリーブを受ける通路114のような、自転車フレーム の必要な開口を介して行なうことができる1例えば、トップチューブの空気袋1 16の入口延長部115はへラドチューブスリーブの通路110から出ることが でき、シートチューブの空気袋118の入口延長部117はシートチューブスリ ーブの通路112から出ることができ、ダウンチューブの空気袋120の入口延 長部119は底部ブラケットスリーブの通路114から出ることができる。空気 袋116.118および120の入口延長部は、ヘッドチューブ122、シート ポストチューブ124および底部ブラケットスリーブ126を示す仮想破線で示 すように、対応するスリーブのインサートが存在するかどうかに拘わらず、これ らの対応するスリーブ通路から出ることができる。
フレームの成形の際に所定位置に固定されるようにするため、対応するスリーブ インサートが存在する場合には、横孔128をヘッドチューブスリーブ132に 設けるとともに、横孔130を底部ブラケットスリーブ126に設ける。横穴1 28および130と、スリーブの内部に沿った空気袋の入口延長部の軸線方向へ の配設は、空気袋の入口延長部がフレームのレイアップと周囲のモールドから出 るときに90°を越えた曲げを形成してはならないように選択される。この場合 、空気袋の入口延長部119は、空気コネクタ138への取付は前に、第2の曲 げ部を形成することなく延長部119をモールドから垂直方向へ導く通路(図示 せず)を有する上部モールド半分部分がない場合にのみ、第8図の面内にくるよ うに示されている。
第8図に示す実施例においては、空気袋118の入口延長部117はシートポス トスリーブ124の軸線に沿って、フレームおよびモールドから略直線状に延び るように配設することができるので、シートポストスリーブ124には横孔は必 要とされない、これは、シートポストスリーブモールド通路132と軸線方向の 通路がシートチェーブモールドセクション22とほぼ整合するからである。
空気袋の入口延長部115.117および119の外側開放端部は、コネクタ1 34.136および138により、給気ホース135.137および139にそ れぞれ接続されている。各コネクタは、第5図のマンドレル67を短いねじ付ス タブ140で置換λる構造とすることができ、スクブは、マンドレル67の場合 と同様に、モールド内に取着するのではなく、モールドの外面にまたは該外面に 隣接して取着することができる、スタブ140は、環状のねじ付取付は部材14 1と締付は係合される。あるいは、コネクタは、各空気袋の入口延長部を加圧空 気その他の気体源へ接続するのに使用することができる通常の気体または空気ラ イン継手から構成することもできる。スタブと取付は部材は、剛性または半剛性 材料から形成するのが好ましい。
3つの空気袋を備える上記した構成は、良好な作動を行なうが、フレームが硬化 するときにフレームに内部圧を加えるのに使用される空気袋の数をできるだけ少 なくすることにより、より強力なフレームを得るようにすることができる。これ は、フレームの細長い環状部間の通常の接続部におけるモールド10の内面に対 する繊維強化樹脂層の押圧を、接続部を貫通する空気袋により一層均−に行なう ことができるからである。かくして1本発明の別の実施例として、別体をなす空 気袋116.118および129を単一の比較的長い空気袋で置換えることによ り、第2および第3の空気袋の入口開口、延長部およびその他の関連する部材( 第8図では、部材115.134.135.140.141.128.119. 130.138および139)を削除することができる。これは、仮想線143 と144により示されているが、空気袋118および120の代わりに、対応す るランを有する1つの長い空気袋を使用できることがわかる。更に、第6および 7図の修正されたヘッドチューブ構成は、ヘッドデユープにおけるフレームの外 部の開口が露出しでいるので、通常のように、継ぎはぎを行ないまたは覆いを設 けることが必要となるので、第1および8図の空気袋導出構成と比較して、美感 の点で望ましくない。
丸い千二−ブフレームを製造する場合には、トップチューブ部、シートデユープ 部およびダウンデユープ部を、円筒状マンドレルの周囲に樹脂を含浸した繊維ス トリップを巻付けて丸いチューブ状の構造体を形成することにより、別々に得る ことができる。特定の部分に所望される強度特性により、ストリップは長平方向 へ包み、あるいは螺旋状に巻くことができる。あるいは、同じ管状部においては 、ストリップの幾つかを帷旋状に巻付け、幾つかを長平方向へ包むとともに長手 方向にくるんで多層とすることができる6連続する層を螺旋状に巻付ける場合に は、好ましくは、約5.1乃至10.2cm (約2乃至4インチ)の幅の樹脂 含浸布の長いストリップを使用して、両方向に巻回するのが好ましい、同じ層に おけるストリップの巻付けは、表面仕上げを均一にするために、オーバーラツプ しないようにするのが好ましい、@付はマンドレルの外径は、製造しているその 特定部分の仕上げ内径と略対応する。かかる各部分は、マンドレルに一石一層巻 かれる。使用される層の数は、仕上げフレームの各特定部分の所望の肉厚による 0例えば、あるプレプレグを8層とすることにより、肉厚が約60ミル(mil )の仕上げフレームを形成できることがわかった。
各部分の長平方向の軸線に対して層を巻付ける方向は、重要である7好ましい一 方向繊維をトップチューブ部、ダウンチューブ部、シートチューブ部およびチェ ーンチューブ部に使用する場合には、これらの繊維の約4分の1乃至約2分の1 は、これらの細長い部分の長手方向の軸線に対して0°乃至45”、好ましくは 約30°の角度で配置し、残りの繊維を長手方向の軸線に対して略平行に配置す ることができる。繊維をこのように配向させると、これらの部材の強度を曲げお よび捩れ応力に耐えるように改善することができる。かくして、例^ば、8層の 樹脂含浸繊維を使用したフレー・ムの場合には、2層を長手方向の軸線に対して 30°の角度で配向させると、25%が角度をなす繊維となり、75%が長平方 向へ延びる繊維となる。
層は、一方の30°の層がその前の30°の1に対して90°の角度をなして設 定されるように巻くことができる。シートデユープ部においては、一方向繊維は 実質止金てが長手方向の軸線と平行をなすのが好ましい。
第9乃至12図に示すように、空気袋60へ導(ヘッド接続部のような共通の中 空接続部を形成することにより、トップチューブ部148、ヘッドチューブ部お よびダウンチューブ部152のような管状部を一体とするのに、樹脂含浸繊維材 料のバッチ154が使用される。同様なバッチを使用して、後輪支持手段、ペダ ル支持手段およびシート支持手段の共通接続部が形成される。各バッチ154の 約半分は、モールドの対応する半分部分のセグメントとして配置するのが好まし く、この場合には、バッチの上部セグメントと下部セグメントとの間に十分なオ ーバーラツプ部が提供され、硬化したときに2つのセグメントを一体化すること ができる。
バッチのセグメントは、対応する管状部材が配置される前または後に、および予 備成形された管状部があるときにはこれが配置される前または後に、モールドに 配置することができる8バツチは、対応する管状部の端部セグメントをオーバー ラツプするように切断される。例えば、オーバーラツプ部を約2.5乃至5.1 cm(約1インチ乃至約2インチ)とすることにより、管状部と中空接続部とを 良好に−・体化できることがわかった。あるいは、バッチは、テーブル上で管状 チューブの端部の周囲に形成することができ、このようにして組立てられたフレ ームシェルを、次にモールドに配置する。金属スリーブまたは他のインサート、 例えば、シートポストスリーブ、ヘッドチューブスリーブ、後部ドロップアウト および底部ブラケットスリーブは、中空接続部を形成してオーバーラツプすると きに埋込むのが好ましい0例えば、後部ドロップアウト37の脚156および1 57(第8図)を、チェーンスティ部36とジ−トスティ部39の端部にそれぞ れ挿入し、ドロップアウト37のヘッド159−を受けるための凹部158を後 輪接続部160に形成するときに、繊維プレプレグストリップに含浸したのと同 じ樹脂を使用して端部に埋込む。
空気袋と発泡性コアを所定位置に配置してから、モールド片を接合することによ りフレームシェル全体を組立てて、未硬化のフレームシェルを包む6次に、空気 袋を約1乃至35 kg/cm” (約15乃至soopsig)、好ましくは 約7 kg/cm” (約100乃至2QQpsig)の範囲の圧力に膨らませ る0次いで、熱をモールドに加えて樹脂を硬化させるとともに、樹脂製造業者の 教示に従って発泡性コアを発泡させる。ジ−トスティおよびチェーンスティ部の 空気袋および発泡した樹脂コアの内部圧力により、樹脂が硬化するときに、繊維 /184脂層およびオーバーラツプした縁部と端部が互いにかつモールドのキャ ビティの内面を押圧する。樹脂が硬化してから、まだ暖かいうちにモールドを開 放し、一体となったフレームを取出す。
当業者が理解することができるように、上記した方法を、成形された複合自転車 フレームの1つ以上の別々に硬化された構成部品を独立して製造する場合に適用 することにより、製造上の利点を発揮させることができる。かくして、これらの 方法は、少な(とも1つの中空管状接続部に一体的に結合された少なくとも1つ の管状部からなる一体性自転車フレームを製造するのに使用することができる1 例えば、一体性前部三角形シェル(未硬化)を製造することができるとともに、 一方が共通のY字状接続部により前端が接合された2つのチェーンステイ部から なり、他方が第2の共通のY字状接続部により前端が接合された2つのジ−トス ティ部とからなる、2つの別体をなす予備硬化された一律性スティアセンブリを 付加することにより、フレームを完成することができる。硬化および未硬化のフ レーム素子は、前部三角形部の対応する共通接続部にステイ素子を受ける滑り嵌 め接続部を設けることにより、互いに一体的に連結することができる。
第13図に示すように、各スティ素子は、対向するチェーンステイ161および 162と、スタブと押圧手段の双方を受ける中空のトランク165を有する共通 のY字状接続部164とから構成することができる。ステイ素子を配置し、次い で、2つの空気袋179と180を加圧しながら、別のモールド178において 成形し硬化させることができる。トランク165の中空部は中空の突出するスタ ブ168上を滑動するソケットを提供し、ソケット166とスタブはいずれも、 第14図に示すように、シートチューブの空気袋61の閉鎖された端部の延長部 170を内部に受入れることができる。スタブ168は、成形時には未硬化であ るのが好ましく、スタブ168と底部ブラケット接続部175の双方が形成され る可撓性にあるプレプレグ材料の2つのオーバーラツプした長手方向の縁部の形 態をなす発泡手段172を有している。空気袋を加圧しかつモールドを加熱する と、成形性結合される連結部が、スタブ168とトランク165の包囲端部セグ メントとの間に形成される。あるいは、中空トランク165を、上記したスタブ 168と同じ位置に形成される中空の突出ソケットの内側を滑動する小径のスタ ブとすることもできる。
スタブ168とトランク端部セグメント165とのオーバーラツプ部により形成 される周辺接合部171は、第14図において破線175で示すように、ダウン チューブ部152に沿った中間位置で開始し、底部ブラケット接続部176を完 全に横切ってスタブ168の壁の中へ延びる補強ストリップ173により更に補 強することができる。接続部176の繊維の構造的連続性を高めるために、補強 ストリップ173を、周辺接合部を完全に通ってトランク165内の中間位置ま たはチェーンステイ161および162まで破線181で示すように延ばすのが 望ましい、ストリップ173もまた、シートチューブ部に沿った中間位置で開始 し、接合部176の四分円を完全に通ってスタブ168の中へ、またはスタブ1 68を更に通って延ばすことができる。あるいは、ストリップ173は、図示の ように配置し、第2の補強ストリップ(図示せず)を後者のようにして配置して 、ダウンチューブとシートチューブの双方からの繊維の連続性を補強するように してもよい、同様な補強ストリップを、シート接続部を介して配設して、繊維の 補強連続性を更に高めおよび/または上記したようにスタブ168もしくはステ イソケラトと同様の予め硬化されたジ−トスティのスタブを形成することができ る。
更に別の変更例として、補強ストリップ173の後方へ延びる端部を長手方向へ 折畳んで、縁部をオーバーラツプさせることにより、スタブ168の少なくとも 1つの層または実質止金てを形成することができ、オーバーラツプした縁部は第 14図に示すように発泡手段172の一部または全てを提供する。補強ストリッ プ173の後方へ延びる端部もまた長手方向へ折畳んで、ステイチューブ部の対 応する端部を受ける径の大きいソケットを形成することができる。実線L9は、 補強ストリップ173の一方向繊維の少なくとも1つの層の長平方向を示す、補 強ストリップ173の幅は、図示を明瞭にするため、ダウンチューブ152の幅 よりも小さくなって図示されているが、この補強ストリップは、上記した他のス トリップとともに、対応するチューブ部または接続部の周囲の半分に等しいか、 それ以上の幅を有するようにし、あるいは対応するチューブ部または接続部の略 全周を延びるようにすることができ、孔またはスリットを適宜配設して、スリー ブ30.32および34のような対応する金属インサートを適正に配置すること ができる。
あるいは、接続部160(第8図)のような中空の共通接続部を有するチェーン ステイ部とシーチステイ部を別々に成形して硬化させ、次に、底部接続部から後 方へ突出する一対とシート接続部から後方へ突出するもう一対とからなる二対の 中空スタブ(図示せず)を設けることにより、未硬化の前部三角形部に連結する ことができる。次に、2つのチェーンステイ部の端部と2つのシーチステイブの 端部を、底部接続スタブとシート接続スタブ上でそれぞれ滑動させる。これら4 つのスタブのそれぞれを未硬化にし、スタブ168と同様に、発泡手段を内部に 設けることにより、スタブの未硬化のプレプレグが硬化する際にスタブを予備硬 化したステイ部の端部の内面に押圧させ、前部三角形部の最終硬化の際にスタブ を予備硬化したステイ部の端部に成形性結合させることができる。この連結手段 を使用すると、スタブは、取着された中空ステイ部の端部の中に、好ましくは少 なくとも約2.5cm(約1インチ)、より好ましくは約2.5乃至5.1cm (約1インチ乃至約2インチ)延びる。別の樹脂を、スタブとオーバーラツプし た予備硬化中空ステイ部の内面との間の境界部においてタブの面に配置すること ができる9次に、アセンブリ全体を上記したように硬化させる。
硬化後に、一体性ステイアセンブリまたは個々に連結されたステイ部を、プレプ レグ材料のオーパーラ・・ノブされた繊維により前部三角形部に一体的に取着す る。更にまた、かかる連結は、硬化の際にスタブの成形作用により外部から目視 することができない、前部三角形部への連結は、ステイアセンブリを形成して硬 化させ、または各ステイ部を別々に形成して硬化させ、次に予備硬化したステイ アセンブリまたはステイ部を、共通のシートおよび底部接続部を形成するのに使 用するバッチに配置して、未硬化の包まれたステイ部に関して上記した態様で前 部三角形部に包込むことにより行なうことができる。
あるいは、予備硬化したY字状ステイアセンブリまたは予備硬化した個々のステ イを、上記した方法に従って別に製造して予備硬化処理した前部三角形部に接着 結合により強固に連結することができる。強固な連結は、個々のジ−トスティの 端部およびこのチェーンステイの端部またはY字状の2つのチェーンおよび2・ つのシートステイアセンブリの共通トランクに滑り嵌めタイプの連結用のソケッ トを設けることにより確実にすることができる。
かくして、第14図に示すように、シートおよび底部接続部に、対応するソケッ トの内径よりもわずかに小さい外径を有する1つ以上の後方へ突出するスタブコ ネクタを設けて、Y字状トランクの個々のステイの端部をコネクタ上で滑動させ かつ共通のシートまたは底部接続部の後部において前部三角形部の中へ整形させ ることができる。
スタブコネクタの外面とソケットの内面との境界部に適宜の接着剤を被着するこ とにより、強固で恒久的な取着を行なうことができる。この接着剤は、プレプレ グにおいて使用したのと同じ接着であってもよく、あるいはプレプレグと適合す る別の樹脂接着剤とすることもできる。一体化した後部三角形部の後輪ドロップ アウトの脚を同様にステイの他端に取着して、自転車フレームを完成させること ができる。かくして、従来の自転車に比べて接続部が少なく、かつ、全体が一体 となっているフレームからは得られない製造上の利点を発揮することができるフ レームを得ることができる。予備硬化したスタブと予備硬化したステイアセンブ リとの接着結合による連結部は、(空気袋延長部170と発泡性オーバーラツプ 部172がない)第14図と同様に考えることができる構造を有するが、得られ る連結部は、一体連結により得られる繊維の応力の伝達に対して繊維を封鎖する 肉厚と不連続部とを有する接着剤から明らかに形成された層を含んでいる。
第15および17図は、本発明のフレーム200を示すが、フレームはステアリ ング支持手段226とシート支持手段227との間を延びる略中空の管状トップ チューブ部と、ステアリング支持手段226とペダル支持手段225との間を延 びる略中空の管状ダウンチューブ部218と、シート支持手段227とペダル支 持手段225との間を延びる略中空の管状シート部220と、第1および第2の 略中空の管状チェーンステイ部219.219°と、第1と第2の略中空の管状 シーチステイ部221.221°とを備え、第1のチェーンステイ部219はペ ダル支持手段225の左側から後輪支持手段224の左側へ延びるとともに、第 2のチェーンスティ部219°はペダル支持手段の右側から後輪支持手段224 “の右側へ延び、第1のジ−トスティ部221はシート支持手段227の左側か ら後輪支持手段224の左側へ延びるとともに、第2のジ−トスティ部221゛ はシート支持手段227の右側から後輪支持手段224°の右側へ延びている。
かかる構成において、トップチューブ部217と、ダウンチューブ部218と、 シートチューブ部220はオーブン型前部三角形部を形成し、シートチューブ部 220と、チェーンステイ部219.219゛と、ジ−トスティ部221.22 1゛は、一対のオーブン型後部三角形部を形成している。右側の後部三角形部は 、右側のチェーンスティ部219°と、右側のシートスティ部221° と、シ ートチューブ部220とから構成されており、左側の三角形部は左側のチェーン ステイ部219と、左側のジ−トスティ部221と、シートチューブ部220と から構成されている。
ステアリング支持手段226は、中空接続部と1.下端において前部ホークアセ ンブリ22および前輪アセンブリを、上端においてハンドルバーアセンブリ(図 示せず)を回転自在に支持する関連素子とを備えている。シート支持手段227 は、中空の接続部と、シートアセンブリのポストを調整自在に受ける関連素子と を備えている。ペダル支持手段は225は、中空の接続部と、ペダルクランクお よびチェーンホイールアセンブリ(図示せず)を支持する関連素子とを有してい る。各後輪支持手段224,224′は、ヘッド230.230° と、第1の 脚231.231゛ と、第2の脚232.232゛とを有し、後輪アセンブリ の車軸を支持する、スロットが形成された後輪ドロップアウトを備えた中空接続 部を有している。各後輪支持手段224.224°の中空接続部には、後輪のド ロップアウトのヘッド230.230°を受ける凹部234.234′を配設す るのが好ましい、凹部234.234°は、既に成形した接続部を切欠いて形成 することができるが、フレームを形成するときに接合部の一部として成形するこ ともでき、後者は好ましい。ドロ・ンブアウトは、フレーム材料を配置した後で あるが、未硬化のフレームをモールド内で硬化させる前に所定の位置に配置され る。成形された凹部234.234°は、ドロップアウトと成形された凹部23 4.234°との間に接着剤がなくても、ドロップアウトが所定の位置から動か ないように、受けたドロップアウトの形状と十分に一致するのが好ましく、これ により各後輪支持手段224.224″において後部ドロップアウトをフレーム に恒久的に固着する手段を提供することができる。
略中空の管状ジ−トスティ部221.221′の底部に埋込まれかつ好ましくは 接着剤によって該底部に取着される第1の脚231.231°と、略中空の管状 チェーンステイ部221,221°の後部に埋込まれかつ好ましくは接着剤によ って該後部に取着される第2の脚232,232′とにより、更に支持と安定性 の向上を図ることができる。
同様に、ステアリング支持スリーブ226°をステアリング支持手段に埋込むこ とができ、シート支持スリーブ227゛をシート支持手段に埋込むことができ、 ペダルクランク軸(図示せず)を受ける底部ブラケット225°をペダル支持手 段225に埋込むことができる。
第16および19乃至26図は、本発明に係る一律性フレームの種々の部分の好 ましい横断面形状を示す。種々の中空の管状部の横断面形状は丸い空気力学的な 形状をなしているが、非円形で翼状の横断面形状が好ましい、この空気力学的な 横断面形状は、細長い管状部の長さの大部分に亘って、好ましくは略全長に亘っ て延びるのが好ましい、好ましい空気力学的な形状は、前輪と後輪の双方が回転 する想像面、好ましくはホイールアセンブリにより支持される後部タイヤの幾何 学的横断面形状の略中心を通る面に対して実質上対象となる。
第21図は、一対の後縁237.237°と、後輪アセンブリのタイヤの横断面 曲率または輪郭に実質上従う均一な横断面曲率を有する凹状後壁238とを有す る管状シートチューブ部220の1つの横断面形状を示す、後壁238も、好ま しくは、第15図において点線の曲線240で示すように、ホイールアセンブリ のホイールの周囲の曲線に従う均一な長平方向の曲線を有するのが好ましい、シ ートチューブ部220は、第19および20図に示されるダウンおよびトップ管 状部218と217と同様の形状のような、他の横断面形状を有することができ る。
i=万テ3 国際調査報告

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.ハンドルバーと前輪アセンブリとを支持する前部ホークアセンブリを回転自 在に支持するステアリング手段と、 シートアセンブリを支持するシート支持手段と、ペダルクランクアセンブリを支 持するペダル支持手段と、 後輪アセンブリを支持する後輪支持手段と、前記支持手段の少なくとも2つの間 を長手方向へ延びかつ該少なくと2つの支持手段を連結するとともに、合成樹脂 を含浸した繊維材料の少なくとも1つの成形層からなる略中空の一体性フレーム 素子とを備え、該略中空の一体性フレーム素子は前記少なくと1つの成形層の一 対のオーバーラップ縁部からなる少なくと1つの一体的に結合した接合部を有し 、前記オーバーラップ縁部は一方の前記オーバーラップ縁部の繊維材料と他方の 前記オーバーラップ縁部の繊維材料とを十分に密接させ応力荷重が前記接合部を 介して繊維間で伝達するように互いに一体的に結合され、これにより前記接合部 は前記略中空の一体性フレーム素子の内部キャビティの周囲に前記樹脂含浸繊維 材料の実質上連続した壁を形成することを特徴とする自転車フレーム。
  2. 2.前記繊維材料は略連続した一方向繊維からなることを特徴とする請求の範囲 第1項に記載の自転車フレーム。
  3. 3.前記略中空の一体性フレーム素子は前記樹脂含浸繊維材料の複数の成形層か らなり、前記各層の繊維材料は略連続する一方向繊維から実質上なり、前記複数 の層のうち異なる層の一方向繊維は異なる方向へ延びていることを特徴とする請 求の範囲第2項に記載の自転車フレーム。
  4. 4.前記略中空の一体性フレーム素子は一対の前記一体的に結合した接合部と、 略中空の接続部と、それぞれが対応する前記一体的に結合した接合部により前記 略中空の共通接続部に一体的に結合された2つの略中空の管状部とからなり、一 方の前記管状部の前記一方向繊維の方向は他方の前記管状部における一方向繊維 の方向とは異なることを特徴とする請求の範囲第2項に記載の自転車フレーム。
  5. 5.前記略中空の一体性フレーム素子は少なくとも1つの略中空の管状部からな り、前記少なくとも1つの一体的に結合した接合部は前記管状部に沿って長手方 向へ延び、前記長手方向の接合部は前記管状部の内部キャビティを包囲する略連 続する管状壁を形成することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の自転車フレ ーム。
  6. 6.前記略中空の一体性フレーム素子は前記一体的に結合した接合部により少な くとも1つの略中空の管状部に結合された少なくとも1つの略中空の接続部から なることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の自転車フレーム。
  7. 7.前記略中空の接続部を前記対応する管状部へ一体的に結合する前記接合部は 前記オーバーラッブ縁部の周方向接合部であり、前記少なくとも1つの層は前記 樹脂含浸繊維材料からなりかつ前記縁部のそれぞれに対応する2つの異なる片を 備え、前記周方向接合部は前記少なくとも1つの接合部と前記対応する管状部と の間に前記樹脂含浸繊維材料の略連続するフレーム壁を形成することを特徴とす る請求の範囲第6項に記載の自転車フレーム。
  8. 8.前記周方向接合部のオーバーラップ縁部は互いに成形結合されていることを 特徴とする整合の範囲第7項に記載の自転車フレーム。
  9. 9.前記周方向接台部のオーバーラップ縁部は互いに成形性結合されていること を特徴とする請求の範囲第7項に記載の自転車フレーム。
  10. 10.前記対応する管状部は前記合成樹脂含浸繊維材料の少なくとも1つの螺旋 状に包まれかつ成形された層からなることを特徴とする請求の範囲第7項に記載 の自転車フレーム。
  11. 11.前記略中空の一体性フレーム素子は前記支持手段の少なくとも2つを連結 するとともに複数の前記一体的に結合する接合部と、少なくとも1つの略中空の 管状部と、それぞれが前記一体的に結合する接合部の1つによって前記略中空の 管状部に一体的に結合された少なくとも2つの略中空の接続部とを備えることを 特徴とする請求の範囲第1項に記載の自転車フレーム。
  12. 12.前記略中空の一体性フレーム素子は前記ステアリング支持手段と前記シー ト支持手段との間を延びる略中空のトップ管状部と、前記ステアリング支持手段 と前記ペダル支持手段との間を延びる略中空のダウン管状部と、前記支持手段と 前記ペダル支持手段との間を延びる略中空のシート管状部と、前記トップ管状部 と前記ダウン管状部とを一体的に結合しかつ前記ステアリング支持手段を支持す る略中空の共通接続部と、前記トップ管状部と前記シート管状部とを一体的に結 合しかつ前記シート支持手段を支持する略中空の共通接続部と、前記シート管状 部と前記ダウン管状部とを一体的に結合しかつ前記ペダル支持手段を支持する略 中空の共通接続部とを備え、前記一体的に結合された管状部と共通接続部は略中 空の一体性前部三角形素子を形成し、前記各共通接続部は前記一体的に結合する 接続部の対応する1つによって対応する前記各管状部に一体的に結合されている ことを特徴とする請求の範囲第11項に記載の自転車フレーム。
  13. 13.前記略中空の一体性フレーム素子は更に、前記ペダル手段と前記後輪支持 手段との間を延びる一対の略中空のチェーンステイ管状部と、前記シート支持手 段と前記後輪支持手段との間を延びる一対の略中空のシートステイ管状部と、前 記チェーンステイ管状部の一端と前記対応するシートステイ管状部の一端とにそ れぞれ連結された1対の後部連結手段とを備え、前記各チェーンステイ管状部の 他端は前記一体的に結合する接続部の1つにより前記ペダル支持手段を支持する 前記共通接続部に一体的に結合されており、前記各シートステイ部の他端は前記 一体的に結合する接続部の別の1つにより前記シート支持手段を支持する前記共 通接続部に一体的に結合されていることを特徴とする請求の範囲第12項に記載 の自転車フレーム。
  14. 14.前記各後部連結手段は前記一体的に結合する接続部の1つにより対応する チェーンステイ管状部の前記一端に一体的に結合されかつ前記一体的に結合する 接続部の別の1つによって対応するシートステイ管状部の前記一端に一体的に結 合された略中空共通後部接続部を備え、該各共通後部接続部は前記後輪支持手段 の対応する後輪支持部材を支持し、前記一体的に結合された管状部と共通接続部 は全体的に一体となっている一個構成のフレームを形成することを特徴とする請 求の範囲第13項に記載の自転車フレーム。
  15. 15.前記ステアリング支持手段はステアリング支持チューブを備え、前記シー ト支持手段はシート支持チューブを備え、前記ペダル支持手段はクランク軸支持 チューブを備え、前記後輪支持手段は前記後輪アセンブリの各側に1つずつ設け られた一対の後部ドロップアウトを備え、前記各チューブとドロップアウトの少 なくとも一部は前記一体をなす一個構成のフレームの樹脂含浸繊維材料に固定し て埋め込まれていることを特徴とする請求の範囲第14項に記載の自転車フレー ム。
  16. 16.前記シート管状部と、前記ダウン管状部と、前記シートステイ管状はそれ ぞれに円形の空気力学的横断面形状を有することを特徴とする請求の範囲第13 項に記載の自転車フレーム。
  17. 17.少なくとも1つの前記略中空の管状部の内部キャビティには少なくとも一 部が発泡合成樹脂からなる別体をなすコア部材が充填されていることを特徴とす る請求の範囲第13項に記載の自転車フレーム。
  18. 18.前記略中空の一体性フレーム素子は前記シート支持手段と前記ペダル支持 手段との間を延びる略中空のシート管状部と、前記ペダル支持手段と前記後輪支 持手段との間を延びる一対の略中空のチェーンステイ管状部と、前記シート支持 手段と前記後輪支持手段との間を延びる一対の略中空のシートステイ管状部と、 前記シート管状部と前記各チェーンステイ管状部の一端を一体的に結合しかっ前 記ペダル支持手段を支持する略中空の共通接続部と、前記シート管状部と前記各 シートステイ管状部の一端を一体的に結合しかつ前記シート支持手段と支持する 略中空の共通接続部と、前記各チェーンステイ管状部の他端と対応する前記シー トステイ管状部の他端を一体的に結合しかつ前記後輪支持手段の後輪支持部材を 支持する略中空の共通接続部とを備え、前記一体的に結合された略中空の管状部 と共通接続部は前記チェーンステイ管状部と前記後輪アセンブリの各側の前記対 応するシートステイ管状部とを有する略中空の一体性後部三角形素子を形成し、 前記各共通接続部は1つの前記一体的に結合する接合部により前記各対応する管 状部に一体的に結合されていることを特徴とする請求の範囲第11項に記載の自 転車フレーム。
  19. 19.ハンドルバーと前輪アセンブリとを支持する前部ホークアセンブリを支持 するステアリング手段と、シートアセンブリを支持するシート支持手段と、ペダ ルクランクアセンブリを支持するペダル支持手段と、後輪アセンブリを支持する 後輪支持手段とを備えた自転車フレームを製造する方法において、合成樹脂が含 浸された繊維材料の少なくとも1つの層からそれぞれ形成された少なくとも2つ の部品からなり、該部品の少なくとも一方の樹脂は未硬化であり、前記支持手段 の少なくとも2つの間を長手方向へ延びかつ前記部品の対応する1つからそれぞ れなる一対の対向縁部を有する略中空の一体性フレーム素子を形成し、 前記一体性フレーム素子の内部キャビティを形成する未硬化の略中空シェルを形 成するように前記対向縁部を側方へオーバーラッブさせ、 前記オーバーラッブした縁部を互いに圧縮するように押圧手段を作動させて前記 樹脂含浸繊維材料のオーバーラッブした縁部からなる接合部を形成し、前記圧縮 を行ないながら前記末硬化シェルを硬化させて前記少なくとも2つの支持手段を 連結する対応した略中空の一体性フレーム素子を形成し、前記シェルの前記圧縮 と硬化により前記オーバーラッブした縁部が一体的に互いに結合される一体的に 結合する接合部を形成し、一方の前記オーバーラッブ縁部の繊維材料と他方の前 記オーバーラッブ縁部とを十分に密接させて応力荷重を前記接合部を介して繊維 間で伝達させることにより、前記一体的に結合する接合部が前記略中空の一体性 フレーム素子の内部キャビティの周囲に前記樹脂含浸繊維材料の略連続する壁を 形成することを特徴とする自転車フレームの製造方法。
  20. 20.他方の前記部品は前記対向縁部が側方へオーバーラッブされる前に美質上 予備硬化されることを特徴とする請求の範囲第19項に記載の方法。
  21. 21.前記押圧手段は前記未硬化シェルの内部キャビティの少なくとも一部を充 填しかつ前記作動工程の際に膨張する膨張性発泡剤からなることを特徴とする請 求の範囲第19項に記載の方法。
  22. 22.前記合成樹脂は熱硬化性であり、前記硬化工程は前記押圧手段により圧縮 しながら前記シェルを加熱して前記略中空の一体性フレーム素子を形成すること を特徴とする請求の範囲第19項に記載の方法。
  23. 23.前記未硬化シェルは略中空の共通接続部により接合される第1と第2の長 手方向へ延びる略中空の管状部と、前記各管状部と前記共通接続部との間にそれ ぞれが位置する複数の対をなす前記オーバーラッブ部とからなり、前記押圧手段 の作動と前記シェルの硬化により前記対をなすオーバーラッブ縁部が前記略中空 の管状部と前記略中空の共通接続部とを一体的に結合して前記略中空の一体性フ レーム素子を形成する対応した一体的に結合する接合部を形成することを特徴と する請求の範囲第19項に記載の方法。
  24. 24.前記押圧手段を前記内部キャビティに配置する工程と、前記未硬化シェル と前記押圧手段を成形手段に配置する工程とを備え、前記押圧手段の作動により 前記未硬化シェルを前記成形手段の内面に対して圧縮することを特徴とする請求 の範囲第23項に記載の方法。
  25. 25.前記押圧手段は前記成形手段を通る通路を介して前記成形手段の外部へ通 じる入口延長部を有しかつ前記シェルの内部と連通する少なくとも1つの空気袋 からなり、前記作動工程は前記少なくと1つの空気袋を加圧流体で膨張させるこ とを特徴とする請求の範囲第24項に記載の方法。
  26. 26.前記中空の管状部は前記自転車のシートチューブ部を形成しかつシートポ ストスリーブを備え、前記通路は前記シートチューブ部と略整合されかつ前記シ ートポストスリーブの軸線部分を含み、前記中空接続部は底部ブラケット接続部 を形成するとともに前記管状部の他方は前記自転車フレームの略中空のダウンチ ューブ部を形成し、前記未硬化シェルは更に略中空のトップチューブ部を形成す る第3の管状部と前記トップチューブ部と前記ダウンチューブ部を一体的に結合 する前記自転車フレームのヘッド接続部を形成する第2の中空接続部とを備え、 前記少なくとも1つの空気袋は前記トップチューブ部、前記ヘッド接続部、前記 ダウンチューブ部、前記底部ブラケット接続部および前記シートチューブ部を介 し、前記通路を通して前記モールドの外部に通じることを特徴とする請求の範囲 第25項に記載の方法。
  27. 27.前記各管状部は前記樹脂含浸繊維材料の少なくとも1つの細長いストリッ ブからなり、前記中空接続部は前記樹脂含浸繊維材料の少なくとも1つのコーナ ーパッチからなり、前記細長いストリッブは前記管状部と前記中空接続部との間 に前記樹脂含浸材料からなる略連続する壁を形成するように前記一体的に結合す る接合部により前記コーナーパッチに一体的に結合され、前記細長いストリッブ と前記コーナーパッチはそれぞれ樹脂含浸布の大きいシートから切断した連続す る材料片であり、前記樹脂含浸布は熱硬化性樹脂を含浸した一方向繊維からなる ことを特徴とする請求の範囲第24項に記載の方法。
  28. 28.前記コーナーパッチは多くの一方向繊維が少なくとも1つの前記管状部の 方向へ前記中空接続部を介して可能な最大距離連続して延びるように前記布から 切断することを特徴とする請求の範囲第27項に記載の方法。
  29. 29.前記コーナーパッチの布は一方向繊維の多層からなり、異なる層の一方向 繊維は異なる向きに長手方向へ延び、1つの前記層の繊維の方向は前記第1の管 状部の方向へ概ね延びており、別の前記層の繊維の方向は前記第2の管状部の方 向に概ね延びていることを特徴とする請求の範囲第27項に記載の方法。
  30. 30.第1の前記中空管状部は前記樹脂含浸繊維材料の第1の細長いストリッブ からなり、第2の前記管状部は前記樹脂含浸繊維材料の第2の細長いストリッブ からなり、前記中空接続部は前記樹脂含浸繊維材料の少なくとも1つのコーナー パッチからなり、前記各細長いストリッブは対応する1つの前記一体的に結合す る接合部によって前記コーナーパッチに接合され、前記管状ストリッブと前記コ ーナーパッチはそれぞれ略連続する一方向繊維から実質上なる樹脂含浸布の大き なシートから切断された前記繊維材料の連続片であり、前記各接合部のオーバー ラッブ縁部の領域は管状部の繊維と接続部の繊維とを十分に接触させて、前記一 体性フレームにより支持される荷重が、前記一体性フレーム素子に有意の応力ま たは負荷集中を引き起こすことなく、前記第1の管状部から前記接続部を介して 第2の管状部へ伝達されるようにしていることを特徴とする請求の範囲第24項 に記載の方法。
  31. 31.前記一体的に結合する接合部は前記中空接続部を介して延びる前記樹脂含 浸布の別の連続片から実質上なる少なくとも第3の細長いストリッブにより補強 され、該第3のストリッブの一端は前記第1の細長いストリッブに少なくとも沿 って前記コーナーパッチから離隔して配置され、前記第3のストリッブの別の端 部は前記第2の細長いストリッブに少なくとも沿って前記コーナーパッチから離 れて配置されて、前記第3の細長いストリッブが前記一体的に結合する接合部の それぞれと交差して補強することを特徴とする請求の範囲第30項に記載の方法 。
  32. 32.前記補強ストリッブの対応する部分の一方向繊維の長手方向は前記第1と 第2の管状部のそれぞれの長手方向の軸線と平行をなすことを特徴とする請求の 範囲第31項に記載の方法。
  33. 33.1つ以上の前記略管状部は前記樹脂含浸繊維材料をマンドレル手段の周囲 に配置することにより別々に形成され、該別々に形成された略中空の管状部は前 記略中空の共通接続部により互いに接合されて前記未硬化シェルの少なくとも一 部を形成することを特徴とする請求の範囲第23項に記載の方法。
  34. 34.少なくとも一方の前記管状部は前記管状部の対向する半分部分を形成する ように配設された前記樹脂含浸繊維材料の第1および第2の連続ストリッブから なり、前記第1のストリッブの横方向の幅は前記管状部の周囲の半分に略等しく 、前記第2のストリッブの横方向の幅は互いに逆の関係で長手方向に延びかつ前 記管状部の前記対向する半分部分の対応するオーバーラップ縁部を一体的に結合 する2つの前記一体的に結合する接合部を形成するのに十分な量だけ前記管状部 の周囲の半分よりも大きいことを特徴とする請求の範囲第24項に記載の方法。
  35. 35.前記未硬化シェルは該未硬化シェルの対向する半分部分を形成するように 配設された前記樹脂含浸繊維材料の第1および第2の片と、各対が他の対とは逆 の関係で長手方向に延びる二対の前記オーバーラッブ縁部とからなり、前記第1 の片の横方向の幅は前記未硬化シェルの周囲の半分に略等しく、前記第2の片の 横方向の幅は2つの前記一体的に結合する接合部を形成するのに十分な量だけ前 記未硬化シェルの周囲の半分よりも大きく、前記各接合部は前記硬化が行なわれ ると前記シェルの前記対向する半分部分の対応するオーバーラッブ縁部を一体的 に結合することを特徴とする請求の範囲第19項に記載の方法。
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