JP2007216950A - 自転車のクランク・アーム、その中間製品およびクランク・アームの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い構造強度を有し、より軽量であり、かつ、製造するのに費用対効果が高い、自転車用クランク・アームを提供する。
【解決手段】長手軸Ｘ‐Ｘに沿って延びる細長い本体２が不図示のボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリングのための第１の着座部３８を有する第１の端部５、不図示のペダルとのカップリングのための第２の着座部３９を有する第２の端部１０、および第１の端部と第２の端部との間を延びる、実質的に構造強度を備えない内側部と第１の補強構造部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自転車のクランク・アームに関する。

さらに本発明は、そのようなクランク・アームの製造に使用される中間製品、およびクランク・アームの製造方法に関する。

とりわけ競争用自転車についてであるが、自転車および／または自転車部品の製造者にとって、常に要求されることは、自転車全体の重量を軽くすることであり、すなわち自転車の種々の構成部品の重量を、それら構成部品の構造強度特性を確保し、可能であれば向上させつつ、可能な限り軽くすることである。

この要求を満足するため、ポリマー材料中に組み入れられた、一方向の連続的な構造繊維、あるいは小片または小シート状でランダムに配置された繊維を含む複合材料から作られた自転車部品、とくにクランク・アームが、開発されてきている。構造繊維は、実際に、クランク・アームの構造強度に大きく貢献している。

本出願人による特許文献１が、クランク・アームおよびその製造方法を記載している。この方法によれば、周囲に一方向の構造繊維の層が巻き付けられた２つのインサートを有している中間製品が、金型へと導入され、２つのインサートの間には、クランク・アームの中央空洞を形成するように構成されたコアが配置される。次いで、一方向の連続的な構造繊維およびランダムに配向した繊維小片を含んでいる複合材料の塊が、金型へと導入される。次いで金型が閉じられ、上述の中間製品からクランク・アームを得るべく圧力が加えられる。
米国特許出願公開第2005/0012298A1号公報 （特開2005−1662号公報）

上述の特許文献１に記載の製造方法によれば、インサートおよびコアを取り囲む構造繊維の存在により軽量化され、とくに牽引下で良好な構造強度を有するクランク・アームを得ることができる。さらに、このような方法は、作業者の手を煩わせることをあまり必要としないため、費用対効果の観点からきわめて優秀である。

しかしながら、本出願人は、上述の方法において、成型時に加えられる大きな圧力ゆえにコアが移動し、出来上がりのクランク・アームに形成される空洞の壁に、具体的には、薄い領域が生じがちであることに気が付いた。そのような薄い領域は、クランク・アームの構造を弱体化させるので望ましくない。

特許文献２が、２つのインサートの間に配置された軽量発泡ポリウレタンで作られたコアを具備するクランク・アームを開示している。コアおよびインサートが、一方向の構造繊維の多数の層によって囲まれる。インサートの周りに巻かれた一方向の繊維とは異なる配向を有する織成構造繊維の他の層が、クランク・アームの本体全体を囲んでいる。
仏国特許第2 636 386号公報

本出願人は、このようなクランク・アームの製造が、上述の特許文献１に記載の方法に比べ、いくつかの欠点を有していることに気が付いた。そのような欠点は、クランク・アームの本体周囲への織成構造繊維層の巻き付けを、手作業で行わなければならず、結果として多大な時間を消費するという事実に関係している。さらに、繊維を手作業で巻き付けるということは、そのようにして得られるクランク・アームの品質が、互いに異なることになるということでもある。

したがって、本出願人は、上述の従来技術のクランク・アームにおいて直面する欠点を克服するため、高い構造強度を有し、より軽量で、製造するのに費用対効果が高いクランク・アームを製造するという課題を検討し、本発明に到達した。

本発明の第１の構成は、長手軸Ｘ‐Ｘに沿って延びる細長い本体を有しており、前記本体が、自転車のボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリングのための第１の着座部を有する第１の端部、
ペダルとのカップリングのための第２の着座部を有する第２の端部、および
前記第１の端部と前記第２の端部との間を延び、実質的に構造強度を備えない内側部と第１の補強構造部とを有する中間部
を備える自転車クランク・アームにおいて、
前記第１の補強構造部が、前記内側部の周囲に配置されて、前記中間部の長さよりも長くない部分にわたって、長手方向に延びている筒状構造部を具備していることを特徴とするクランク・アームである。

本発明のクランク・アームにおいては、筒状構造部が、一方では、構造的機能を実質的に持たない部位の周囲に均一な構造的機能を与え、他方では、クランク・アームの中間部のみに延在して、両端部およびそれぞれの着座部に関係しないことで、クランク・アームを簡単かつ迅速なやり方で製造できるようにして、特許文献２における上述の欠点を克服しているので好都合である。実際に、例えば高い圧力下で成型される充填材料によって、完全に自動化された方法で端部を製作することができる。

さらに、上述の筒状構造の使用は、前記構造的機能を持たない内側部の形成に使用されるコアを、クランク・アームの加圧成型の際に動かないように固定することに貢献し、成型作業の際にコアが不都合にも動きうることによって生じる最終製品の欠陥の発生を回避している。

筒状構造部は、前記長手軸Ｘ‐Ｘの周囲に巻き付けられた少なくとも１つの複合材料シートを含んでいるのが好ましい。このシートが、ポリマー材料に組み入れられた選択的な伸長方向を有している一方向の連続的な構造繊維の少なくとも１つの層を含んでいるのがさらに好ましい。連続的な構造繊維が、高い構造強度を都合よく確かなものにしている。

上述の選択的な伸長方向が、前記長手軸Ｘ‐Ｘに対して所定の第１の角度だけ傾けられているのが好ましい。さらに好ましくは、このような所定の第１の角度は、約４５°に相当する。本出願人は、引張り、曲げ、およびねじりの応力に対する抵抗という特徴をクランク・アームに与えるために、この傾きが最適であることを実際に見出している。

本発明のクランク・アームのとくに好ましい実施形態においては、軽さと製造の容易さという上述の特徴に悪い影響をもたらすことなく構造強度をさらに向上させるため、筒状構造部が、少なくとも２つの複合材料の層を有しており、これらの層のそれぞれが、それぞれの選択的な伸長方向を有している一方向の連続的な構造繊維を含んでいる。

この実施形態においては、複合材料からなる1つの層における選択的な伸長方向が、複合材料からなる少なくとも１つの他の層における選択的伸長方向に対して、所定の第２の角度だけ傾けられているのが好ましい。さらに好ましくは、そのような所定の第２の角度は、約９０°に相当する。

クランク・アームの中間部の内側部には、空洞が形成されているのが好ましい。好ましさは劣るが他の実施形態においては、内側部を、例えば発泡ポリウレタンなどといった構造的機能を持たない材料から製作することができる。

クランク・アームの第１および第２の端部は、構造繊維をランダムに配置してポリマー材料に組み入れている複合材料を含んでいるのが好ましい。例えば小シート状の繊維組織または小片状の繊維の形態でランダムに配置された構造繊維は、金型内で圧力にさらされたときに流動でき、金型のキャビテイにおける端部領域を最適に満たして、クランク・アームの端部を得ることができるので好都合である。いずれの場合も構造繊維を含んでいる材料から作られるこのような端部は、所望の構造強度特性を有している。

本発明のクランク・アームは、さらに第２の補強構造部を有しているのが好ましく、そのような第２の補強構造部は、前記細長い本体を長手方向に延びる一方向の連続的な構造繊維の少なくとも１つの束によって形成されている。この第２の補強構造部は、前記第１および第２の端部ならびに前記中間部の周囲にループ状に巻き付いているのが好ましい。さらに好ましくは、この第２の補強構造部は、前記中間部において、前記内側部と前記第１の補強構造部との間に配置されている。長手方向の連続的な構造繊維の束が、クランク・アームに引張荷重への高い耐性をもたらしているので好都合である。

複合材料内の構造繊維は、連続的であっても、ランダムに配置された小片であっても、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、セラミック繊維、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択されるのが好ましく、カーボン繊維が最も好ましい。

複合材料のポリマー材料は、熱硬化性の材料であるのが好ましい。熱硬化性の材料がエポキシ樹脂であるのがさらに好ましい。しかしながら、熱可塑性の材料の使用の可能性を排除するわけではない。

本発明のクランク・アームのとくに好ましい実施形態においては、クランク・アームの中間部が、前記長手軸Ｘ‐Ｘに直交する断面において、前記内側部が、第１の面の広がりを有する第１の領域と第２の面の広がりを有する第２の領域とによって形成される空間を占め、前記第２の補強構造部が、前記第１の領域と第２の領域の差に等しい面の広がりを有する空間を占めている断面形状を有している。このようなクランク・アームは、軽量さと構造強度との間の最適なバランスを取っているので好都合である。実際、第２の補強構造部が、動作時に最も応力にさらされるクランク・アーム領域にのみに配置されており、他の領域は中空であるか、あるいは構造的機能を持たない材料から作られている。

とくに、クランク・アームの中間部において、第２の補強構造部のうちの前記第１の補強構造部に面している各表面部分が、該第２の補強構造部のうちのクランク・アームの内側部に面している各表面部分の反対側であるよう第２の補強構造部が配置されているのが好ましい。このやり方により、応力が第１の補強構造部から第２の補強構造部へと、これらの相互の接触面を介して伝達されるとき、第２の補強構造部が、クランク・アームの内側部分に面する自身の表面で自由に変形できる。実際、クランク・アームの内側部が構造的機能を有していないため、第２の補強構造部と内側部との間の境界面において、第２の補強構造部の変形応力とは対照的に作用して、第１の補強構造部から第２の補強構造部の分離を生じさせる張力が強制的に生じることがない。好都合なことに、内側部が空洞によって形成されている場合には、この強制的な張力は完全にゼロである。

第２の補強構造部の繊維は、クランク・アームの中間部において、前記長手軸Ｘ‐Ｘにほぼ平行に伸びている一方向の連続的な構造繊維であることが好ましい。

本発明のクランク・アームのとくに好都合な実施形態においては、クランク・アームの２つの端部のうちの少なくとも一方が、それぞれの着座部の周囲に広がる第２の空洞部を有している。クランク・アームの端部にも空洞が存在することで、クランク・アームの全重量を少なくすることができるので好都合である。

クランク・アームを自転車のボトム・ブラケット・アセンブリまたはペダルにカップリングするように構成されたインサートが、着座部に挿入されるのが好ましい。

前記第２の空洞部は、クランク・アームの中間部の内側部に形成された第１の空洞部の延長であるのが好ましい。しかしながら、クランク・アームの端部に形成される空洞とクランク・アームの中間部に形成される空洞とが、別個であり、かつ隔てられていてもよいことを、排除するものではない。

前記第２の空洞部の高さは、クランク・アームがボトム・ブラケット・アセンブリおよびペダルとのカップリング領域において、所望の構造強度の確保に適した、より大きな厚さ領域を有するよう、少なくとも一部分において、前記第１の空洞部の高さよりも小さいことが好ましい。

しかしながら、第２の空洞部が第１の空洞部と同じ高さを有する、あるいはクランク・アームの端部に形成されるそれぞれの着座部に挿入されるインサートと等しい高さを有している他の実施形態を、排除するものではない。

本発明のクランク・アームの特定の実施形態においては、第１および第２の端部の両方が、それぞれの着座部の周囲に広がる第２の空洞部をそれぞれ有している。

本発明のクランク・アームは、左側のクランク・アームであっても、右側のクランク・アームであってもよい。

左側のクランク・アームの場合には、クランク・アームの細長い本体が、自転車のフレームに面する第１の面と、この第１の面と反対の第２の面とを有しており、第２の補強構造部が、クランク・アームの前記第１の端部において、前記第２の面よりも前記第１の面に近くなるように配置されているのが好ましい。このようにして、本発明のクランク・アームは、中空の、すなわち軽いクランク・アームであり、自転車のフレームに向いている面において、第２の補強構造部が、動作時に最も応力にさらされるクランク・アームの部位（実際に、ボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリング領域に位置する）に配置されているので好都合である。

左側のクランク・アームの場合に、クランク・アームの細長い本体が、少なくとも一方の端部に、上述の第２の補強構造部の一部分のための少なくとも１つの保持部材をさらに有しているのが好ましい。このような保持部材は、クランク・アームの成型プロセスの際に、クランク・アームの端部において、第２の補強構造部の繊維を伸張状態にして所定の位置に保つことに貢献するので好都合である。したがって、ペダル漕ぎの際に、最も応力にさらされるクランク・アーム中の領域（とくに、その領域の中には、自転車のボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリングのためのクランク・アーム端部が存在している）に、確実に構造繊維が存在するようになる。さらになお好都合なことに、保持部材が、成型の際に、充填材料の流れによって繊維がクランク・アームの端部において曲がらないようにしている。実際、本出願人は、構造繊維が過剰に曲げられた場合に破損しうることに気が付いた。したがって、曲がりが生じうると、クランク・アームの本体の構造に弱点を生むことになる。

前記少なくとも１つの保持部材の厚さが、当該保持部材のうちのクランク・アームの中間部の内側部に面している外表面部分において、薄くされているのが好ましい。これにより、クランク・アームの軽量化された内側部を形成するためのコアを、クランク・アームの端部に向かってより近付けることができ、軽量化された内側部がより長いクランク・アームを得ることができるので好都合である。

例えば、上記保持部材を、クランク・アームの端部の形成用部材に形成された雄ねじにねじ込まれるリング・ナットによって形成されることができるが、他のカップリング形式を排除するものではない。

保持部材は、仕上がりのクランク・アームに閉じ込められたままになる点に鑑み、複合材料または金属合金などといった軽量な材料から作られるのが好ましい。このようにして、クランク・アームの重量が小さく保たれる。

保持部材は、ガラス繊維が入れられているフェノール樹脂から作られるのがさらに好ましく、このガラス繊維の好ましい含有量は、４０〜５０％に相当する。本出願人は、このようにして製作された保持部材が、優秀な性能結果ときわめて低いコストとを、兼ね備えてもたらすことを見出した。

一方、右側のクランク・アームの場合には、クランク・アームが、自転車のボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリングのための端部に、複数のスポークを有しているのが好ましい。そのようなスポークは、クランク・アームの端部に設けられた着座部の周囲に形成された前記第２の空洞部から分岐するそれぞれの空洞部を有しているのが好ましい。このようにして、きわめて軽い右側クランク・アームが得られる。

右側クランク・アームの場合に、クランク・アームの細長い本体が、自転車のフレームに面する第１の面と、この第１の面と反対の第２の面とを有しており、前記第２の補強構造部が、上記第２の面により近くなるように細長い本体に配置されているのが好ましい。したがって、本発明の右側クランク・アームは、補強構造部がクランク・アームのうちの動作時に最も応力にさらされる領域（実際に、クランク・アームのうちの外側を向いている面である）に配置されている中空のクランク・アームであり、したがって軽量である。

クランク・アームの中間部の第２の補強構造部を構成している一方向の繊維の束が、スポークのプロファイルに従って、スポークに沿って延びているのが好ましく、これによりクランク・アームがこれらスポークにおいても構造強度を有することが確保されている。

スポークの空洞の高さが、クランク・アームの端部に形成された着座部周囲の空洞の高さよりも大きいのが好ましい。これにより、クランク・アームにおいて、ボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリングのための着座部の周囲に厚みの大きい領域が得られる。この大きな厚みが、ペダル漕ぎの際にとくに応力にさらされるクランク・アームの領域に、望ましい構造強度特性を確保する。とくに、そのような領域は、外方向に面する側のボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリングのための領域である。

本発明のクランク・アームは、前記着座部の周囲に螺旋状に巻き付けられた連続的な構造繊維層を含んでいるのが好ましい。これは、ボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリングのための上述の領域において、応力に対するクランク・アームの耐性を向上させるためである。

本発明の第２の構成は、長手軸Ｘ‐Ｘに沿って延びる細長い本体を有しているコアと、前記コアおよび前記長手軸Ｘ‐Ｘの周囲に巻き付けられている、構造繊維の少なくとも１つの層を含む複合材料シートとを有し、このシートが、前記コアの長さよりも長くない部分にわたって長手方向に延びている、自転車用のクランク・アームを製造するための中間製品である。

上述の中間製品は、本発明のクランク・アームを製造するために使用することができるので好都合であり、したがって、クランク・アームに関して、上述した利点を達成させるものである。

本発明の中間製品は、クランク・アームに関して上述した構造的特徴であって、複合材料に、場合により充填材料に、組み入れられた一方向の構造繊維の存在、組成、および配置に関係しているすべての好ましい構造的特徴を、単独および／または組み合わせて、有しているのが好ましい。

本発明のクランク・アームに関してすでに述べたように、複合材料シートは、ポリマー材料に組み入れられた一方向の連続的な構造繊維の少なくとも１つの層を含んでいるのが好ましい。そのような複合材料シートが、本発明のクランク・アームに関して上述した第１の補強構造部を構成する。

上述の中間製品が、コアと上述の複合材料のシートとの間に配置された一方向の連続的な構造繊維の少なくとも１つの束を有しているのがさらに好ましい。そのような一方向の連続的な構造繊維束が、本発明のクランク・アームに関して上述した第２の補強構造部を構成する。

上述の中間製品がさらに、コアと複合材料のシートとの間に配置され、加圧下で流動することができる充填材料の少なくとも１つの第１の層を有しているのがさらに好ましい。より好ましくは、充填材料の少なくとも１つの第２の層が、前記シートの外側端において前記シートに組み合わせられている。そのような充填材料により、このように構成された中間製品の加圧成型作業により、クランク・アームの端部が形成される。

好ましい実施形態では、本発明の中間製品において、複合材料シートの繊維が、少なくとも部分的に第１の配向を有し、繊維束の繊維が、少なくとも部分的に前記第１の配向と異なる第２の配向を有し、当該繊維束のうちの前記複合材料のシートに面している表面部分のそれぞれが、当該繊維束のうちの前記コアに面しているそれぞれの表面部分の反対側であるように、繊維束が配置される。

繊維束の繊維は、前記長手軸Ｘ‐Ｘにほぼ平行に延びている一方向の連続的な構造繊維であり、複合材料シートの繊維が、前記長手軸Ｘ‐Ｘに対して好ましくは約４５°だけ傾けられた少なくとも１つの方向にほぼ添って延びる一方向の連続的な構造繊維であるのが好ましい。

コアの細長い本体が、対向する長手面に、前記繊維束の繊維のそれぞれの部分のためのそれぞれの収容座を備えているのが好ましい。

それぞれの収容座は、コアの細長い本体の側面と、そのような側面から側面に沿って突き出している突出面とによって形成されているのが好ましい。クランク・アームを製造すべく、中間製品が金型のキャビテイに導入されたときに、金型の加圧部材と、上述の繊維束によって形成される補強構造部の一部位との間に、そのような突出面が配置されるように構成されるのが好都合であり、加圧部材が駆動されたとき、補強構造部のそのような部位に均一な圧力を加えて、当該構造部の繊維を伸張状態に保ち、充填材料の流動の影響による繊維の曲がりを防止する。

これは、繊維束がクランク・アームの端部の２つの形成用部材（典型的には、雄ねじを有する金属製のインサートで構成されている）を囲んでいる場合にとくに好都合である。実際、上述のコアの突出面に押されて生み出される引張りが、上述の形成用部材の２つの対向する側の充填材料の流動に起因する形成用部材における前記補強構造の繊維の曲がり（このような曲がりが、仕上がりのクランク・アームに弱点を生む）を、生じることがないようにする。

上述の繊維束によって形成される補強構造部のそれぞれの部位のための保持部材が、上述の２つの形成用部材のうちの少なくとも一方に配置されるのが好ましい。より好ましくは、保持部材が、繊維束に関してコアの突出面と反対の側に配置され、したがってコアの突出面が繊維束のそれぞれの部位に押しを加えるとき、保持部材がそのような繊維束の第２の部位を押しの方向とは反対の方向に保持する。

コアは、クランク・アームが製作されるときに溶融させて取り除くことができるよう、低い融点を有する金属材料から作られているのが好ましい。この低い融点を有する材料は、とくに、複合材料の架橋温度よりもわずかに高い温度で溶融できる材料である。このようにして、コアには、複合材料および充填材料を最適にコンパクトにする、強力なガス抜きをも生じさせる、きわめて高い圧力が印加できるようになっている。

ボトム・ブラケット・アセンブリおよび／またはペダルとのカップリングのための着座部の周囲に空洞部を有するクランク・アームを製造したい場合には、コアが、中央の本体部と、この中央の本体部の両端において前記細長い本体に一体に組み合わせられた２つのリングとを含むのが好ましい。２つのリングが、クランク・アームの端部に空洞を生み出す一方で、コアの中央の本体部は、クランク・アームの中間部の空洞を生み出す。

前記１対のリングの中の１つのリングが、少なくとも部分的に前記中央の本体部の高さよりも小さい高さを有しているのが好ましい。そのような高さの小さいリングは、自転車のボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリングのための端部に空洞を生成する。そのようなリングが、コアの中央の本体部の高さよりも小さい高さを有しているという事実が、クランク・アームの成型の際に保持部材によって支持されている構造繊維束の部位に圧力が加わらないようにすることができ、繊維に適正に引張りを与えることができるので好都合である。

前記リングの少なくとも一部が、コアの中央の本体部の突出面の高さよりも小さい高さを有しているのが好ましい。さらにリングが、残りの本体部よりも大きな高さを有する少なくとも１つの本体部を有することができる。

前記１対のリングのうちの他方のリングは、前記突出面の高さにほぼ等しい高さ、または他方のリングの高さにほぼ等しい高さを有することができる。

上述のリングが、当該リングの内側に向かって延びるそれぞれの位置決め要素を有するのが好ましい。そのような位置決め要素は、成型工程においてクランク・アームの端部の形成用インサートに当接し、コアの移動を防止するので、好都合である。

好ましい実施形態において、コアは、前記２つのリングの一方に、中央の孔およびこの中央の孔から半径方向外向きに延びる複数のスポークを有している。このようなコアは、右側クランク・アームの製造に好都合に使用され、クランク・アームのスポークが、自転車の前側の歯車を支持するために使用される。

コアのスポークは、前記中央の孔のリングの高さよりも大きい高さを有しているのが好ましい。したがって、このようなコアを使用して得られるクランク・アームは、自転車のボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリングのための着座部の周囲において、張力の強い集中が存在することでよく知られた領域に、高い構造強度を確保する厚さの大きい領域を有することになるので、好都合である。

連続的な構造繊維層が、前記中央の孔の周囲に螺旋に巻き付けられるのが好ましい。上述の構造繊維束が、前記スポークのプロファイルに従って、前記スポークに沿って延びるのがさらに好ましい。このようにして、仕上がりのクランク・アームの構造強度が、前記スポークで高められる。

右側クランク・アームを製造しようと望む場合には、コアの細長い本体の側面に形成される突出面が、コアの中央の本体部の全長よりも短い長さを有する部位にわたって、前記軸Ｘ‐Ｘと平行に延在するのが好ましい。これは、中間部と自転車のボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリングのための端部との間の接合領域（すなわち、張力が強く集中することでよく知られた領域）において、クランク・アームの本体を厚くすることにつながる。

本発明の第３の構成は、
クランク・アームの実質的に構造強度を持たない内側部を形成するように構成され、長手軸Ｘ‐Ｘに沿って延びる細長い本体を有しているコアを用意する工程、
前記クランク・アームの両端部の２つの形成用部材を用意する工程、
一方向の連続的な構造繊維からなる少なくとも１つの層を有している第１の補強構造部を前記コアの周りに軸方向に巻くことによって中間製品を用意する工程、
前記中間製品を、前記２つの形成用部材と、ポリマー材料を含んで、加圧下で流動することができる充填材料の少なくとも１つの塊と一緒に、加圧部材が備えられている金型の前記クランク・アームの形状を有するキャビテイに導入する工程、
前記加圧部材に所定の圧力を加え、前記充填材料を前記キャビテイへと流動させる工程、
前記金型を、前記ポリマー材料の架橋温度に相当する温度まで加熱する工程、および
前記金型を開いて形成されたクランク・アームを取り出す工程、
を具備する、自転車のクランク・アームの製造方法である。

この方法によれば、本発明のクランク・アームを簡単かつ費用対効果に優れたやり方で製作することができるので好都合である。実際、作業者の介在の必要性が抑えられ、上述の方法の多くの工程は完全に自動化される。さらに、加圧成型時のコア移動の可能性が、コアの周囲に巻き付けられた複合材料の層（本発明のクランク・アームに関して上述した筒状構造を形成する）の存在によってほぼ防止される。

中間製品を用意する工程が、一方向の連続的な構造繊維の少なくとも１つの束を、前記２つの形成用部材および前記コアの周囲にループ状に巻き付ける工程を含んでいるのが好ましい。

コアが、低い融点を有する金属材料で構成され、本発明の方法が、金型を加熱する工程の後に、
前記クランク・アームの表面に少なくとも１つの孔を形成し、クランク・アームを前記低い融点を有する金属材料の融点まで加熱し、前記低い融点を有する金属材料を流出させることができるようにする工程をさらに含んでいるのが好ましい。

このやり方で、コアによって占められていた空間に空洞が得られ、所望の軽さの特性を有するクランク・アームが得られるので好都合である。

前記低い融点を有する材料の融点が、複合材料のポリマー材料の架橋温度よりも、好ましくは約１℃〜約２５℃の間の値、さらに好ましくは約５℃である値ΔＴだけ高いことである。

前記第１の補強構造部の一方向の連続的な構造繊維が、選択的な伸長方向に添って伸びており、前記中間製品を用意する工程は、前記選択的な伸長方向が前記長手軸Ｘ‐Ｘに対して好ましくは約４５°に相当する所定の角度だけ傾くように、前記構造繊維の少なくとも１つの層を配置する工程を含んでいるのが好ましい。

さらにこの方法が、中間製品と充填材料の塊とを金型のキャビテイに導入する工程の前、または前記導入工程の後かつ前記所定の圧力を加える工程の前に、前記中間製品および前記少なくとも１つの充填材料の塊を予熱して、所定の予熱時間にわたって所定の予熱温度にする工程を含んでいるのが好ましい。この予熱の工程は、第１の補強構造部の複合材料、ならびに場合によってはコアおよび上述の形成用部材の周りをループ状に巻く構造繊維層の複合材料を、成型の際により加工しやすいものにし、充填材料を加圧下でより容易に流動できるようにするために使用される。

予熱工程の各パラメータは、ポリマー成分を過度にエイジングさせることなく、均一な加熱を達成するように選択される。第１の好ましい値の範囲は、約６０℃〜約１００℃の温度によって与えられ、約５〜約７０分の時間にわたってこの温度に保たれる。さらに好ましい値の範囲は、約８０℃〜約１００℃の温度によって与えられ、約５〜約６０分の時間にわたってこの温度に保たれる。きわめて好ましい値の範囲は、約８５℃〜約９０℃の温度によって与えられ、約３５〜約５５分の時間にわたってこの温度に保たれる。このようにして、限られた数の予熱オーブンで、成型を行うことができる。

中間製品を少なくとも１つの充填材料の塊と一緒に金型のキャビテイに導入する工程が、充填材料からなる少なくとも１つの第１の層を、コアの周囲に軸方向に巻き付けられた複合材料層とコアとの間に設ける工程を含んでいるのが好ましい。

充填材料からなる少なくとも１つの第２の層が、前記コアの周囲に軸方向に巻き付けられた前記複合材料の層の外側に挿入されるのがさらに好ましい。

このようにして、金型のキャビテイ中で充填材料の最適な分布を得ることができ、したがって構造および外観の両方の点で高品質な最終製品を得ることができる。

上述の充填材料は、構造繊維部分を含む、好ましくはランダムに配置されてポリマー材料に組み込まれた繊維の小片または小シートを含んでいる複合材料であるのが好ましい。

クランク・アームの成型時に加圧部材によって加えられる所定の圧力は、約５ｂａｒ〜４００ｂａｒであるのが好ましく、より好ましくは４０〜３００ｂａｒであり、さらに好ましくは２００〜３００ｂａｒである。

本発明のクランク・アームに関して、複合材料の構造繊維（連続的でも、小片であっても）およびポリマー材料は、上述したように選択される。

上述の繊維束は、前記コアの向かい合う長手面に形成された１対の収容座に収容されるのが好ましいが、各収容座は、前記コアの側面と、該コアの側面から側面に沿って突き出している突出面とによって形成されている。

中間製品が金型のキャビテイに導入され、加圧部材が上述の突出面を介して上述の繊維束の第１の部分に作用するのがより好ましい。

さらに好ましくは、本発明の方法は、前記形成用部材の少なくとも一方に、上述の繊維束の第２の部分のための保持部材を設けて、そのような保持部材が上述の突出面とは反対側で前記繊維束に作用する工程をさらに含んでいる。

以下、添付の図面を参照しつつ行われる本発明のいくつかの好ましい実施形態についての説明（本発明を例示するためのものであって、本発明を限定しようとするものではない）から、本発明のクランク・アームのさらなる特徴および利点がさらに明らかになるであろう。

図１を参照すると、本発明による自転車のクランク・アーム、とくには左側のクランク・アームの全体が、参照番号１で示されている。

クランク・アーム１は、長手軸Ｘ‐Ｘに沿って延びる細長い本体２を有しており、本体２は、自転車のボトム・ブラケット・アセンブリ（図示されていない）とのカップリングのための第１の着座部３８を有している第１の端部５、ペダル（図示されていない）とのカップリングのための第２の着座部３９を有している第２の端部１０、およびこのような端部５、１０の間を延びる中間部１５を有している。クランク・アーム１について、自転車に組み立てられた状態で、外側を向く前面９１と、自転車に組み立てられた状態で、当該自転車のフレームに向く後面９３とがある。

細長い本体２は、ポリマー材料に組み込まれた構造繊維を含む複合材料の単一部品として製作されている。典型的には、構造繊維は、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、ボロン繊維、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択されるが、なかでもカーボン繊維が好ましい。ポリマー材料は、典型的には熱硬化性の材料であるが、なかでもエポキシ樹脂を含む材料が好ましい。しかしながら、熱可塑性材料の使用の可能性を排除するものではない。

構造繊維は、異なる種類の応力に対応して異なる構造を形成するよう、細長い本体２の内に適切に配置される。

とくに、中間部１５は、実質的に構造強度を持たない内側部と、外側の補強構造部とを有している。図示されている好ましい実施形態では、内側部が空洞部２０で構成されている。

本発明によれば、外側の補強構造部は、空洞部２０の周囲に配置され、中間部１５の長さ（図１において２つの破線で大まかに定められている）を超えず、好ましくはそのような長さと等しい部分にわたって、長手方向に延びる筒状構造部３５を有している。どのような場合でも、筒状構造部３５がカップリングのための着座部３８、３９に達することはない。

筒状構造部３５の役割は、基本的には、曲げおよびねじりの応力に対して十分な耐性をもたらすことにある。

筒状構造部３５は、クランク・アーム１の製造方法に関する以下の説明でさらに明らかになるように、長手軸Ｘ‐Ｘの周囲に多数回巻き付けられる少なくとも１つの複合材料シート３６で構成されている。ここに示した好ましい実施形態においては、シート３６が、一方向の連続的な構造繊維からなる２つの層３３、３４を有しており、これらの層の構造繊維の選択的伸長方向は、それぞれ長手軸Ｘ‐Ｘに対して傾けられている（図３）。ねじりおよび曲げ応力に対する最適な耐性を確保するために、一方の層の構造繊維の選択的伸長方向が、他方の層の構造繊維の選択的伸長方向に対して約９０°傾けられ、かつそのような選択的伸長方向が、どちらも長手軸Ｘ‐Ｘに対して約４５°傾けられると好ましいことが、観察されている。

さらに、細長い本体２は、中間補強構造部を有している。ここに記載した好ましい実施形態においては、そのような中間補強構造部は、細長い本体２内を長手方向に延び、端部５、１０および中間部１５の周りをループ状に巻きつけている一方向の連続的な構造繊維の束２５で構成されている。このように、束２５は、基本的には引張荷重に耐えるという機能を有している。

中間部１５において、束２５は空洞部２０を２回横切り、空洞部２０と筒状構造部３５との間に配置されている。

上記に説明したことは、図６に示した中間部１５の断面に、詳細に見ることができる。内側から外側に向かうと、まずは空洞部２０および中間補強構造部があるが、中間補強構造部は、この断面においては、束２５の２つのブランチを有しており、空洞部２０に対してクランク・アーム１の前面９１により近く配置されている。

束２５の２つのブランチは、好ましくは空洞部２０の高さの約半分に相当する高さのほぼ矩形の断面を有している。とくに、空洞部２０は、ある面の広がりを有する第１の底部領域２０ａと、それより小さい面の広がりを有する第２の上部領域２０ｂ（これらの領域は、図４において、破線の分離線によって区分けされている）とによって形成される空間を占め、束２５の２つのブランチは、両領域、２０ａと２０ｂの差に相当する面の広がりを有する空間を占めている。

一般に、束２５の２つのブランチの断面は任意であるが、各ブランチのうちの外側補強構造部に面する面２６の各部が、たとえどのように構成されていようとも、空洞部２０、正確に言えば、一般に、中間部１５のうちの実質的に構造強度を持たない内側部に面するそれぞれの面部分２７の向かい側にあることが重要である。

中間部１５は、ほぼ矩形の断面を有しており、筒状構造部３５を形成すべく巻き付けられるシート３６の始まりおよび終わりが、図示とは異なり、断面の各辺のうちの１つの辺の中央領域に配置されているのが好ましい。実際に、本出願人は、断面の角部が応力集中点であることを見出し、破損の始点となる可能性を回避するため、シート３６の始まりおよび終わりをこれら角部から離して配置することを考えた。

外側に向かって進むと、空洞部２０と筒状構造部３５との境界に、充填材料の外側層３０および３０’がある。充填材料層は、空洞部２０と中間補強構造部２５との間および中間補強構造部と筒状構造部３５との間にも設けられるのが好ましく、したがって束２５が充填材料と接触し、筒状構造部とは接触しない。最も外側へと向かうと、最終的には、クランク・アーム１の外表面の一様性を確保する充填材料層４０が存在している。

上述の充填材料は、本出願人に係る特許文献１に記載（ここでの言及によって本明細書に取り入れられたものとする）されているように、例えば小片状の繊維または小シート状の繊維組織形態で、ポリマー材料に取り入れられている、ランダム分布の構造繊維を有する複合材料であるのが好ましい。充填材料は、詳しく後述するように、成型による製造の際にクランク・アーム１の所望箇所すべてに到達できるよう、いずれの場合も、加圧下での流動性を有していなければならない。

同じ充填材料が、端部５、１０をも形成するのが好ましい。

上述の代案として、束２５を筒状構造部３５の外側に配置することができ、あるいは筒状構造部３５のスパイラル間に組み入れてもよい。

好ましい実施形態の他の代案（図示されていない）では、空洞部２０が、カップリング用の着座部３８、３９を囲んでいる端部５、１０の一方または両方にも延びている。端部５、１０における空洞部２０の高さは、中間部１５における空洞部２０の高さと同じか、それ以下であってよい。高さの相違は、端部５、１０の一部分に関係することでよい。高さが小さい場合には、端部５、１０において、空洞部２０はクランク・アーム１の後面９３により近く形成される。

他の実施形態において、端部５、１０の一方または両方で、空洞部２０と連通していない空洞をそれぞれ配置することが考えられる。

図４、５は、クランク・アーム１の製造に使用することができる中間製品６０の好ましい実施形態を示している。

中間製品６０は、コア４５、コア４５の周りを長手方向に延びる一方向の連続的な繊維からなる束２５、複合材料の少なくとも１つのシート３６をコア４５と束２５の周囲に軸方向に多数回巻き付けて構成されている筒状構造部３５、コア４５と筒状構造部３５との各面間に配置された充填材料の２つの層３０、３０’（図４では、一方のみを見て取ることができる）、および筒状構造部３５の外側に適用された充填材料の他の２つの層５５、５５’（図４では、一方のみを見て取ることができる）を有している。束２５が形成用部材５０、５１およびコア４５の周囲にループ状に巻き付くように、クランク・アームの両端の２つの形成用部材５０、５１が、コア４５の長手方向の両側に配置されている。

コア４５（図２）は、細長い本体４７で構成されており、この細長い本体４７の長手軸が、仕上がったクランク・アーム１の長手軸Ｘ‐Ｘとなるように構成されている。細長い本体４７は、２つの対向する長手面４７ａ、４７ｂに、束２５の２つのブランチを収容するように構成されたそれぞれの収容座４６を有している。収容座４６は、細長い本体４７の側面４８ａと、そのような側面４８ａから側面に沿って突き出している突出面４８ｂとによって形成されている。突出面４８ｂは、細長い本体４７の高さの約半分に等しい高さを有しているのが好ましい。

図７および７ａは、空洞部２０が端部５、１０にも延びているクランク・アーム１の製造にとくに適している、コア４５の他の実施形態を示している。これらの実施形態においては、コア４５は、中央の細長い本体１４５と、本体１４５の長手方向の両端に接続された２つのリング１４６および１４７とを有している。このようなリングは、形成用部材５０、５１を囲んで、仕上がりのクランク・アームにおいて、カップリング用の着座部３８、３９の周囲に空洞部を形成するように構成されている。

細長い本体１４５は、上述の実施形態の細長い本体４７と同様、２つの対向する長手面に、それぞれ側面方向に突き出す突出面１４８を有している。

リング１４６、１４７の高さは、形成用部材５０、５１の周囲に巻き付けられる束２５を成型作業の際に圧縮することがないよう、少なくとも一部分において中央の本体１４５の高さよりも小さいのが好ましい。

リング１４６、１４７の高さは、突出面１４８の高さと同じであっても、異なっていてもよい。図７の実施形態においては、詳細には、ペダルとのカップリングのための着座部３９の周囲に空洞部を形成するように構成されているリング１４６が、突出面１４８と同じ長手平面に位置する一方で、ボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリングのための着座部３８の周囲に空洞部を形成するように構成されているリング１４７は、突出面１４８の平面と平行であるが距離Ｄだけずらされている平面に位置している。

一方、図７ａは、リング１４７が、厚さの異なる部位を有している実施形態（詳しくは、リング１４７の残りの部位に比べてより厚さが大きい）を示している。同様の構成が、リング１４６に存在してもよい。

リング１４６、１４７の一方または両方は、成型工程において形成用部材５０、５１を押して、コア４５が動かないようにする位置決め要素を有することができる。ここに示されている実施形態においては、位置決め要素は、リング１４６、１４７の内側に向かって半径方向に延びる一対の小さな歯１５０で構成されている。

コア４５の実施形態がいずれであっても、クランク・アーム１が形成されたときに溶融によってクランク・アーム１から取り除くことができるよう、コア１は、低い融点を有する（共晶の）金属合金、好ましくはスズ、アンチモン、および鉛から作られている。この合金は、クランク・アーム１の本体を製作するために使用される種々の複合材料中のポリマー材料の架橋温度Ｔｃにくらべ、わずかに高い融点Ｔｆを有するような組成を有している。詳しくは、以下の関係を遵守することが好ましい。
Ｔｆ＝Ｔｃ＋ΔＴ
ここで、Ｔｆは、約６５℃〜約１８５℃であり、複合材料を傷めることがないよう、いずれの場合も約２００℃を超えず、Ｔｃは、約６０℃〜約１８０℃であり、ΔＴは、約１℃〜約２５℃であるのが好ましく、約５℃が好ましい値である。

形成用部材５０、５１は、クランク・アームが形成されるときに取り除かれて、それぞれボトム・ブラケット・アセンブリおよびペダルとカップリングするためのカップリング用インサート７８および８０に置き換えられるプロファイル形成用インサートであってよく、あるいはカップリング用インサート７８、８０そのもので構成されてもよい。この後者の場合には、カップリング用インサート７８、８０は、本出願人に係る特許文献３に記載（ここでの言及によって本明細書に取り入れられたものとする）されているように、クランク・アームと一緒に成型される。
欧州特許出願第05425576.5号 （特開2007−76638号公報）

形成用部材５０、５１の一方または両方が、保持部材６３に組み合わせられ、結果として保持部材６３が、クランク・アームの成型の際に、コア４５の突出面４８ｂ（または、１４８）に対する反対側で、束２５に作用する。保持部材６３として、例えば形成用部材５０、５１に形成された外側のねじ山６５にねじ込まれるリング・ナットまたはワッシャを使用することができるが、他の種類のカップリングの可能性を排除するものではない。図４の実施形態においては、保持部材６３が、厚さの薄い外側表面部６４を有して、コア４５に面している。このような構成の利点は、コア４５をよりインサート５０の方に近づけることができる点にある。

図１に示したクランク・アームのように、左側のクランク・アームの場合には、クランク・アームの最大応力の領域は、フレームに向かって面する側のボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリングのための領域である。この理由のため、保持部材６３がこの領域において束２５を保持する一方で、中間部１５においては、コアの突出面４８ｂ（または、１４８）に押されて束２５は反対側に配置される。実際に、本発明によって製造される左側クランク・アームにおいては、クランク・アームの中間部１５から自転車のボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリングのための端部５へと進む束２５が、ほぼＳ字形の配置構成を有している。

保持部材６３は、仕上がったクランク・アーム内に残存したままになるのが好ましく、このため、軽量であることが望ましく、したがって、クランク・アームの他の部分の製造のための複合材料から選択されるタイプの複合材料から作られるか、あるいはアルミニウム合金などの金属合金から作られるのが好ましい。４０〜５０％のガラス繊維が入れられたフェノール樹脂から作られたリング・ナットが、顕著な低コストを伴って、優秀な性能結果をもたらすことが、見出されている。

図８は、図１０において参照番号２００で示されている右側クランク・アームの製造にとくに適している、第１の端部５に歯車の支持スポーク２７０を有しているコア４５の実施形態を示している。

この実施形態において、コア４５は細長い本体２４５を有しており、本体２４５の一端は、仕上がったクランク・アームの支持スポークにそれぞれ空洞部を形成するように構成された４本のスポーク２７０を備える星形状２６０をしている。

細長い本体２４５は、２つの対向する長手側面から側面に沿って突き出す突出面２４８を有している。しかしながら、すでに説明した左側クランク・アーム１の製造のためのコア４５の実施形態と異なり、突出面２４８は、細長い本体２４５の全長にわたっては延在しておらず、星状の部位２６０と接合するよりも前に中断されている。これにより、仕上がったクランク・アームの複合材料製の本体を、応力の集中が存在することでよく知られた接合部において厚くすることができる。

スポーク２７０は、形成用部材５０（図９）の通過を可能にするような直径の孔２６６を中心として、放射状に突き出している。孔２６６の周囲２６５の高さは、スポーク２７０および細長い本体２４５の高さよりも小さい。詳しくは、孔２６６の周囲２６５の前面２６８が、細長い本体２４５およびスポーク２７０の前面２６９、２６９’それぞれに対して、ずらされた平面に位置して、凹部２６５を形成している。凹部２６５は、仕上がったクランク・アーム２００の前面２９１において、ボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリング用インサート７８の挿入のための着座部２９２の周囲に厚い領域２９０を作り出すという目的を有している。したがって、仕上がったクランク・アームのスポークは、着座部２９２の周囲の空洞の高さよりも大きな高さの空洞をそれぞれ有するであろう。

図８ａは、図８のコア４５の好ましい実施形態を示している。このコアは、中央の孔２６６の周囲２６５に結合されて、中央の孔２６６の内側に向かって半径方向に延びる４つの心出し要素２７１を有しているというただ１つの点で、図８に示したコアとは相違している。詳しくは、心出し要素２７１は、中央の孔２６６の内側に向かって半径方向に延びる、それぞれ厚くされた周囲領域２７２において、中央の孔２６６の周囲２６５に結合されている。

このような心出し要素２７１は、クランク・アームの他の部分の製造について記載したような複合材料から選択されるタイプの複合材料から作られるので好都合である。例えば、４０〜５０％のガラス繊維が入れられたフェノール樹脂、またはアルミニウム合金などの金属合金から製作することができる。心出し要素２７１は、仕上がったクランク・アームでは、その一部を構成するという意味で、その機能は消えてなくなる。心出し要素２７１の機能は、クランク・アームの成型時に形成用部材を中央の孔２６６の内側の中心位置に保つと同時に、コアがそのような形成用部材に当接することがないようにすることにある（右側クランク・アームでは、類似の機能が保持要素６３によって実行される）。実際、典型的には、クランク・アームの端部の形成用インサートは、自転車のボトム・ブラケット・アセンブリとカップリングするように構成されるクランク・アームの端部に製作されるカップリング用の着座部の孔に雌ねじを作成するために、対応する雄ねじを有している。このようなねじ山にコアが当接することがあると、仕上がったクランク・アームに形成されるねじ山に不連続な領域が生まれることにつながる。一方で、心出し要素２７１がクランク・アームと同じ材料から製作されるという事実は、成型時に、心出し要素２７１が仕上がりのクランク・アームを構成する他の材料と同様に挙動することを確保し、自転車のボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリングのための着座部の連続的かつ一様なプロファイルの形成に寄与する。

図８ｂによりよく示されているように、それぞれの心出し要素２７１は、ほぼ円柱形の本体部２７３およびほぼ円錐台形の本体部２７４を有している。心出し要素２７１は、中央の孔２６６の周囲２６５のそれぞれの厚くされた領域２７２に、それぞれの円柱形の本体部２７３を介して結合され、円錐台形の本体部２７４は、中央の孔２６６の内側に片持ち梁のように延びている。円錐台形の本体部２７４を介して周囲２６５と結合することで、そのような結合領域における微細な割れまたは微細な欠けゆえに、心出し要素２７１がそれぞれの着座部２７２から滑り出る可能性をなくすことができるので、好都合である。このような滑りは、クランク・アーム内に自由に動く固形物が存在することにつながり、結果としてペダル漕ぎの際に雑音を発することになる。

図８ａに示した実施形態においては、４つの心出し要素２７１が、互いに９０°離れて配置されて使用されている。他の実施形態においては、３つの中心出し要素が１２０°離れて使用され、あるいは２つの心出し要素が、長手軸Ｘ‐Ｘに対して対称に配置され、コア４５の細長い本体２４５に最も近い半円に位置している。

図９は、特に、仕上がりのクランク・アームにおいて中間補強構造部を形成するように構成された一方向の連続的な構造繊維束が、右側クランク・アーム２００の製造用の中間製品を形成するために、どのようにコア４５に取り付けられるのが好ましいかを示している。詳しくは、第１の束２２５が、形成用部材５１の周囲を巡り、突出面２４８によって支持され、スポーク２７０の形状に従うようにコア４５を巡って巻き付けられ、第２の束２８５が、孔２６６の周囲に螺旋状に巻かれて凹部２６５に収容されている。あるいは、螺旋を束２２５の一部から構成してもよい。

右側クランク・アームの場合には、形成用部材５０に組み合わせられる保持部材６３は余分であり、省略することができる。実際、星状の構成のため、成型時に充填材料が形成用部材５０の周囲を放射状に流れるため、左側クランク・アーム１の成型時に典型的に生じうる束２２５および２８５の曲がりを生じることがないことが、明らかになっている。

右側クランク・アームの端部に保持部材が存在しないことで、クランク・アームの成型時にコア４５の突出面１４８、２４８に押されて、束２５が、まさに右側クランク・アームの最大応力の領域（実際に、ボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリングのための領域の外側向きの面に位置する）において、クランク・アームの細長い本体の全長にわたって外側向きの面に配置される。図１０に示されている、スパイラル状に巻かれた束２８５も、こちら側に配置されるので好都合である。

次に、とくに図３、４、および１０を参照して、本発明によるクランク・アームの製造方法の好ましい実施形態を説明する。この方法の各工程を、とくに左側クランク・アーム１に関して例示するが、説明される内容は、実質的な変更を必要とせずに右側クランク・アーム２００の製造にも適用可能である。

この方法の第１工程において、仕上がりのクランク・アームにおいて得たい空洞部２０に対応する形状のコア４５が用意される。

次いで、仕上がりのクランク・アームの端部５、１０に、カップリング用の着座部３８、３９を形成するための２つの形成用部材５０、５１が用意される。

次いで、中間製品６０が形成される（図３および４）。

一方向の連続的な構造繊維の束２５が、収容座４６中で、コア４５を巡り、コア４５の長手方向の両端に配置された形成用部材５０、５１を巡ってループ状に巻き付けられる。充填材料層３０、３０’がコア４５に載せられ、この上にシート３６が、層３３、３４の一方向の連続的な構造繊維の選択的伸長方向がコア４５の長手軸Ｘ‐Ｘに対して約４５°の角度を形成するように巻き付けられる（図３）。次いで、充填材料層５０、５５’が、巻き付けられたシート３６の外側に適用される。

当業者であれば、どのような配置構成を取っても、充填材料層３０、３０’、５５、５５’は、圧力にさらされたときに、金型７０中のクランク・アーム１の端部５および１０が形成される領域に向かって流れる目的を有していることに気付くであろう。また、種々の可能性の中でもとりわけ、必要とされる充填材料を、前記領域に層として配置するのではなく、塊として設けることもできる。

この方法の次の工程において、複合材料中のポリマー材料を加圧下で流動できるようにするに充分なように、このようにして得られた中間製品６０が予熱され、所定の予熱時間にわたって所定の予熱温度とされる。中間製品を均一に加熱するための充分な時間にわたって、約８０℃〜約１００℃の予熱温度に中間製品６０を保つのが好ましい。最も外側の複合材料の層が過剰にエイジングされるよりも前に、コアがそのような温度に達することができるよう、約８５℃〜約９０℃の値に、約３５〜約５５分の時間にわたって保たれるのがさらに好ましい。

中間製品６０が、充分に高温であるときに、得ようとするクランク・アーム１の形状を有し、所定の加圧方向Ｐの加圧部材７２を有している金型７０（図１１）のキャビテイに導入される。詳しくは、束２５が仕上がりのクランク・アームの後面９３よりも前面９１に近くなり、コア４５の突出面４８が加圧方向Ｐにおいて束２５と加圧部材７２との間に配置されるやり方で、中間製品６０が導入される。保持部材６３（存在する場合）は、方向Ｐの加圧に対抗して束２５を保持するようなやり方で配置される。２つの形成用部材５０、５１は、孔７５に適用されるねじによって金型７０の底部に固定されるのが好ましい。

上述の代案として、中間製品６０を金型７０内で直接予熱してもよい。

この方法の続く工程において、約５〜約３５０ｂａｒの圧力が、加圧部材７２によって加えられる。好ましくは、加えられる圧力は、材料のコンパクト化およびガス抜きを促進するため、上記範囲の上方の領域にあるように選択される。詳しくは、好ましい圧力の値が、約５ｂａｒ〜約４００ｂａｒであり、より好ましくは約４０ｂａｒ〜約３００ｂａｒであり、さらに好ましくは約２００ｂａｒ〜約３００ｂａｒである。加えられる圧力により、充填材料は、クランク・アーム１の端部領域５、１０に相当する領域を満たすまで流動する。充填材料の流動の際、束２５は、コア４５の突出面４８によって加えられる圧力により、保持部材６３によって支えられて引張り下に保たれ、このようにして曲げが防止される。

成型工程が終了したとき、金型７０は充分な時間にわたって、クランク・アーム１を形成している複合材料中に存在するポリマー材料の架橋温度Ｔｃに相当する温度に保持される。

この方法の次の工程において、仕上がったクランク・アーム１が金型７０から取り出される。

続く冷却工程の後、自転車のフレームの方を向く後面９１において、束２５を横切ることがないように注意を払いつつ、クランク・アーム１に１つ以上の孔６１を形成するのが好ましい。孔６１が後面９３に位置し、前面９１に位置しているわけではないことを厳密に強調するために、図１において孔６１は破線で描かれている。次いで、クランク・アームがコア４５の融点Ｔｆまで加熱され、したがってコア４５が溶融して孔６１から流れ出て、空の空洞部２０が残される。

オプションではあるが、所定の温度の油による空洞部２０の洗浄が、内壁に付着して残る可能性がある溶融残留物を除去して、それらがクランク・アームの使用時に脱離して望ましくない雑音を生じることがないようにするために行われる。

次いで、フェノール樹脂のキャップを適用することによって、孔６１が閉じられるのが好ましい。

本発明による左側クランク・アームの部分断面斜視図である。 図１のクランク・アームを製造するためのコアの斜視図である。 図１のクランク・アームを製造するための中間製品の好ましい実施形態の準備工程を説明する斜視図である。 図１のクランク・アームを製造するための中間製品の好ましい実施形態の斜視図である。 図４の中間製品の線Ｖ‐Ｖに沿った断面図である。 図１のクランク・アームの線ＶＩ‐ＶＩに沿った断面図である。 図２のコアの他の実施形態の斜視図である。 図２のコアの他の実施形態の斜視図である。 本発明による右側クランク・アームを製造するためのコアの斜視図である。 図８のコアの好ましい実施形態の平面図である。 図８ａのコアの細部を示す説明図である。 本発明による右側クランク・アームを製造するための中間製品の好ましい実施形態の準備工程を説明する斜視図である。 図８のコアにて製作された右側クランク・アームの縦断面図である。 空洞内に図４の中間製品を有している、図１のクランク・アームを製造するための金型の断面図である。

符号の説明

１ クランク・アーム
２ 細長い本体
５ 第１の端部
１０ 第２の端部
１５ 中間部
２０ 空洞
２５ 連続的構造繊維束
３５ 筒状構造
３６ 複合材料シート
３８ 第１着座部
３９ 第２着座部
４５ コア
５０ 形成用部材
５１ 形成用部材
６０ 中間製品
７０ 金型
７２ 加圧部材

Claims (44)

1. 長手軸Ｘ‐Ｘに沿って延びる細長い本体を有しており、前記本体が、
   自転車のボトム・ブラケット・アセンブリとのカップリングのための第１の着座部を有する第１の端部、
   ペダルとのカップリングのための第２の着座部を有する第２の端部、および
   前記第１の端部と前記第２の端部との間を延び、実質的に構造強度を備えない内側部と第１の補強構造部とを有する中間部
   を備える自転車用クランク・アームにおいて、
   前記第１の補強構造部が、前記内側部の周囲に配置され、かつ、前記中間部の長さよりも長くない部分にわたって、長手方向に延びている筒状構造部を具備していることを特徴とする自転車のクランク・アーム。
2. 請求項１において、前記筒状構造部が、前記長手軸Ｘ‐Ｘの周囲に巻き付けられた、少なくとも１つの複合材料シートを含んでいるクランク・アーム。
3. 請求項２において、少なくとも１つの前記複合材料シートが、ポリマー材料中に組み込まれ、選択的な伸長方向を有している、一方向の連続的な構造繊維の、少なくとも１つの層を含んでいるクランク・アーム。
4. 請求項３において、前記選択的伸長方向が、前記長手軸Ｘ‐Ｘに対して所定の第１の角度だけ傾けられているクランク・アーム。
5. 請求項４において、前記所定の第１の角度が約４５°に相当するクランク・アーム。
6. 請求項２〜５の何れか一項において、前記複合材料シートが少なくとも２つの層を含んでおり、前記少なくとも２つの層のそれぞれが、一方向の連続的な構造繊維を含み、前記構造繊維は、ポリマー材料中に組み込まれ、それぞれの選択的伸長方向を有しているクランク・アーム。
7. 請求項６において、１つの層の構造繊維の選択的伸長方向が、少なくとも１つの他の層の構造繊維の選択的伸長方向に対して所定の第２の角度だけ傾けられているクランク・アーム。
8. 請求項７において、前記所定の第２の角度が約９０°に相当するクランク・アーム。
9. 請求項１〜８の何れか一項において、前記内側部が、第１の空洞部を有するクランク・アーム。
10. 請求項１〜９の何れか一項において、前記第１および第２の端部が、ランダムに配列して、ポリマー材料中に組み込まれた構造繊維を含有する複合材料を具備するクランク・アーム。
11. 請求項１〜１０の何れか一項において、前記細長い本体中で、長手方向に延びる一方向の連続的な構造繊維の少なくとも１つの束を有する第２の補強構造部を具備するクランク・アーム。
12. 請求項１１において、前記第２の補強構造部が、前記中間部において、前記内側部と前記第１の補強構造部との間に配置されているクランク・アーム。
13. 請求項１１または１２において、前記第２の補強構造部が、ループにて前記第１・第２の端部および前記中間部の周囲に巻き付いているクランク・アーム。
14. 請求項３〜１３の何れか一項において、前記構造繊維が、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、セラミック繊維、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択されるクランク・アーム。
15. 請求項３〜１４の何れか一項において、前記ポリマー材料が、熱硬化性の材料であるクランク・アーム。
16. 請求項１１〜１５の何れか一項において、前記中間部は、前記長手軸Ｘ‐Ｘに直交する断面において、前記内側部が、第１の面の広がりを有する第１の領域と第２の面の広がりを有する第２の領域からなる空間を占め、前記第２の補強構造部が、前記第１の領域と第２の領域の差に等しい面の広がりを有する空間を占めている断面形状を有するクランク・アーム。
17. 請求項１１〜１５の何れか一項において、前記第２の補強構造部の繊維が、前記中間部において、前記長手軸Ｘ‐Ｘにほぼ平行に伸びている一方向の連続的な構造繊維であるクランク・アーム。
18. 請求項１〜１７の何れか一項において、前記第１および第２の端部の少なくとも一方が、前記着座部の周囲に広がる第２の空洞部を有しているクランク・アーム。
19. 請求項１８において、前記着座部において前記第１および第２の端部の少なくとも一方に収容されたインサートをさらに有しているクランク・アーム。
20. 請求項１８または１９において、前記第２の空洞部が、少なくとも一部において前記第１の空洞部の高さよりも小さい高さを有しているクランク・アーム。
21. 請求項１８〜２０の何れか一項において、前記第１および第２の端部の両方が、それぞれの着座部の周囲に広がる第２の空洞部をそれぞれ有しているクランク・アーム。
22. 請求項１１〜２１の何れか一項において、左側のクランク・アームであるクランク・アーム。
23. 請求項２２において、前記細長い本体が、自転車のフレームに面する第１の面、および前記第１の面と反対の第２の面を有しており、
    前記第２の補強構造部が、当該クランク・アームの前記第１の端部において前記第２の面よりも前記第１の面に近くなるように、前記細長い本体に配置されているクランク・アーム。
24. 請求項１１〜２３の何れか一項において、前記細長い本体が、前記端部のうちの少なくとも一方に、前記第２の補強構造部の一部分のための少なくとも１つの保持部材をさらに有しているクランク・アーム。
25. 請求項２４において、前記少なくとも１つの保持部材が、リング・ナットであるクランク・アーム。
26. 請求項１１〜２１の何れか一項において、前記クランク・アームは、右側のクランク・アームであって、前記第１の端部に複数のスポークを有しているクランク・アーム。
27. 請求項２６において、前記細長い本体が、自転車のフレームに面する第１の面、および前記第１の面と反対の第２の面を有しており、
    前記第２の補強構造部が、前記第１の面よりも前記第２の面に近くなるように、前記細長い本体に配置されているクランク・アーム。
28. 長手軸Ｘ‐Ｘに沿って延びる細長い本体を有しているコア、および
    前記コアおよび前記長手軸Ｘ‐Ｘの周囲に巻き付けられた、構造繊維の少なくとも１つの層を含む、複合材料シートを具備しており、
    前記シートが、前記コアの長さよりも長くない部分にわたって、長手方向に延びている、自転車のクランク・アームを製造するための中間製品。
29. 請求項２８において、前記複合材料シートが、ポリマー材料に組み込まれた一方向の連続的な構造繊維を有している中間製品。
30. 請求項２８または２９において、前記コアと前記シートとの間に配置された、一方向の連続的な構造繊維の少なくとも１つの束を含んでいる中間製品。
31. 請求項２８〜３０の何れか一項において、前記コアと前記シートとの間に配置され、加圧下で流動することができる充填材料の少なくとも１つの第１の層を有している中間製品。
32. 長手軸Ｘ‐Ｘに沿って延びる細長い本体を有し、内側部は、クランク・アームの構造強度を実質的に保有しないコアを用意する工程、
    前記クランク・アームの両端部の２つの形成用部材を用意する工程、
    一方向の連続的な構造繊維の少なくとも１つの層を有する第１の補強構造部を、前記コアの周りに軸方向に巻くことによって中間製品を用意する工程、
    前記中間製品を、前記２つの形成用部材と、ポリマー材料を含んで、加圧下で流動可能な充填材料の少なくとも１つの塊と一緒に、加圧部材が備えられている金型の前記クランク・アームの形状を有するキャビテイに導入する工程、
    前記加圧部材に所定の圧力を加え、前記充填材料を前記キャビテイへと流動させる工程、
    前記金型を、前記ポリマー材料の架橋温度に相当する温度まで加熱する工程、および
    前記金型を開いて、形成されたクランク・アームを取り出す工程、
    を具備する自転車のクランク・アームの製造方法。
33. 請求項３２において、前記中間製品を用意する工程が、一方向の連続的な構造繊維の少なくとも１つの束を、前記２つの形成用部材および前記コアの周囲にループ状に巻き付ける工程を含んでいる方法。
34. 請求項３２または３３において、前記コアが、低い融点を有する金属材料で構成されており、前記金型を加熱する工程の後に、前記クランク・アームの表面に少なくとも１つの孔を形成し、前記クランク・アームを前記低い融点を有する金属材料の融点まで加熱し、前記低い融点を有する金属材料を流出させる工程をさらに含んでいる方法。
35. 請求項３４において、前記融点が、前記ポリマー材料の架橋温度よりも、約１℃と約２５℃との間の値ΔＴだけ高い方法。
36. 請求項３５において、前記融点が、前記ポリマー材料の架橋温度よりも約５℃に相当する値ΔＴだけ高い方法。
37. 請求項３２〜３６の何れか一項において、前記架橋温度が約６０℃〜約１８０℃である方法。
38. 請求項３２〜３７の何れか一項において、前記中間製品と前記充填材料の少なくとも１つの塊を金型のキャビテイに導入する工程の前に、または前記中間製品と前記充填材料の少なくとも１つの塊を金型のキャビテイに導入する工程の後かつ前記所定の圧力を加える工程の前に、
    前記中間製品および前記充填材料の少なくとも１つの塊を予熱して、所定の予熱時間の間、所定の予熱温度にする工程を含んでいる方法。
39. 請求項３８において、前記予熱温度が、約６０℃〜約１００℃である方法。
40. 請求項３８または３９において、前記所定の予熱時間が、約５〜約７０分である方法。
41. 請求項３２〜４０の何れか一項において、前記所定の圧力が、５〜４００ｂａｒである方法。
42. 請求項３３〜４１の何れか一項において、前記繊維の束が、前記コアの対向する長手側に形成された一対の収容座に収容される方法。
43. 請求項４２において、それぞれの収容座は、前記コアの側面および前記側面から側面に沿って突き出す突出面によって形成されており、
    前記中間製品が前記金型の前記キャビテイに導入され、前記加圧部材が前記突出面を介して前記繊維の束の第１の部分に作用する方法。
44. 請求項４３において、前記繊維の束の第２の部分のための保持部材が、前記コアの前記突出面とは反対側において、前記繊維の束に作用するように、前記形成用部材の少なくとも一方に、保持部材を設ける工程をさらに含んでいる方法。

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