JP2010519104A - 天然複合材料で作られた着座構造物とそれを製造する方法 - Google Patents

Abstract

着座構造物、特に自転車サドル。この構造物(1)は、荷重支持殻(2)と、使用者との接触のためのカバー要素(3)とから成る。殻(2)は、合成ポリマーマトリックスと、天然繊維から成る強化材とから成る複合材料で作られた少なくとも一つの第一の台要素(5)を有する。この殻は、一つ以上の変形性の異なる部分(7)を有することができる。そのような着座構造物(1)を製造する方法。
【選択図】図2

Description

本発明は、スポーツおよびレジャー装備品に適用することができ、特に、天然複合材料で作られた着座構造物とそれを製造する方法とに関する。

自転車サドルその他は、公知のように、自転車フレームに対面する下側と着座使用者に対面する上側とを有する殻から成る。サドルの快適要素、たとえばエラストマー、発泡体またはゲルのインサート、および／または着座使用者に接触するためのカバー要素は、通常殻の頂部に取りつけられる。

自転車サドルの殻（シェル）は、通常、ポリマー材料、たとえばポリプロピレン、ポリアミド、ポリブタジエンテレフタレート、その他で作られる。そのようなポリマー材料は、軽量で低価格であるという利点を有するが、特に機械的に高性能であるというわけではない。

サドルの軽量さを保ったままこの欠点を除くために、合成複合材料がますます使用されるようになっている。これらの複合材料は、公知のように、充填材、たとえばガラス繊維、炭素繊維、（登録商標）ケブラー、その他が内部に分散させられたポリマーマトリックスから成る。これらの先行技術のサドルのいくつかの例が、本件の出願人によるWO2006046110、WO2006085202、EP-B1-1305203号明細書に開示されている。

これらの公知の解決策の一つの欠点は、複合材料の合成繊維が簡単にはリサイクルできず、サドルが割合に大きな環境への影響を有する、ということである。

本発明の目的は、高性能で割合に経済的な着座構造物を提供することによって、前記欠点を克服することである。

本発明のもう一つの目的は、割合に環境への影響が小さい着座構造物を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、割合に環境への影響が小さい、着座構造物の製造方法を提供することである。

前記およびその他の目的は、以下でもっと詳しく述べるように、請求項1に記載の着座構造物によって、達成される。この構造物は、荷重支持殻と使用者との接触のためのカバー要素とから成り、この殻が、合成ポリマーマトリックスと、天然繊維から成る強化材とから成る複合材料で作られた少なくとも一つの第一の台要素を有することを特徴とする。

ここで使用する“複合材料”という言葉とそれから派生する言葉は、埋め込まれた繊維性の強化材を有する熱可塑性または熱硬化性ポリマーマトリックスから成る材料を意味するものとする。

ここで使用する“天然繊維”という言葉とそれから派生する言葉は、動物または植物由来の繊維を意味するものとする。

本発明は、もう一つの側面において、請求項17に記載する、前記着座構造物を製造する方法、に関する。

本発明の利点を有する実施形態を、独立請求項に示す。

本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図面を参照しつつ、非限定例として述べる、本発明の着座構造物の好ましい非排他的実施形態の詳細な説明からさらにはっきりするであろう。

添付の図面を参照すると、ここでは、全体を1で示す本発明の着座構造物が、細長い前部と使用者支持のための幅広の後部とを有する自転車サドルによって具体化されている。しかし、着座構造物1は、椅子その他の人体支持物の座部、座面として構成することができる、と理解すべきである。

構造物1は、実質的に、荷重支持殻2と、その上の、使用者との接触のためのカバー要素3とから成る。構造物1は、さらに、自転車フレームに連結するためのレール4その他を有することができる。自転車フレームは示さないが、周知である。

本発明においては、殻2は、複合材料で作られた少なくとも一つの第一の台要素5を有する。この複合材料は、熱可塑性または熱硬化性合成ポリマーマトリックスと、天然繊維たとえば羊毛、木綿、亜麻、黄麻繊維から成る強化材とから成る。

この独特の構成により、本発明の着座構造物は、先行技術のサドルに比して、環境に対する影響が小さい。実際、天然繊維を含む複合材料は、従来の複合材料に比して、ずっと簡単にリサイクルすることができる。

さらに、多くの使用者が、天然繊維を含む複合材料は接触したとき快適であると感じるであろう。

特に明記しない限り、以下で述べる台要素5の技術的特性は、場合によっては、一般的に殻2の一つ以上の台要素5、5´、…を指すものとする。

また、天然繊維は織ったタイプのものおよび/または織っていないタイプのものとすることができ、台要素5の強化のために、ポリマーおよび/または合成および/または金属繊維と複合させることができる。この強化の目的のために、この複合材料には、ナノ粒子を入れることもでき、この粒子は、金属および/または鉱物および/またはポリマータイプのものとすることができる。

好ましい構成においては、台要素5を形成する複合材料の合成ポリマーマトリックスは、熱可塑性タイプのものであり、好ましくは室温で繊維の形のものである。そのような繊維は、たとえば、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリブタジエンテレフタレート、ポリエチレン、ポリスチレンから成るグループから選択することができる。しかし、特許請求の範囲で定義する発明の範囲を逸脱することなく、ポリマーマトリックスには、他の形態たとえば顆粒の形のものが使用できる、と理解すべきである。

好ましくは、殻2は、台要素5上に配置された、少なくとも一つの実質的にシート状の補強要素好ましくは金属製のものを備えて、殻2の機械的性質が改善されるようにすることができる。

しかし、特許請求の範囲で定義する発明の範囲を逸脱することなく、サドル1の殻2は、第一の台要素のみから成ることもできる、と理解すべきである。さらに、補強要素6は、特許請求の範囲で定義する発明の範囲を逸脱することのない、任意の材料、たとえば通常の複合材料、すなわち炭素繊維、ガラス繊維、（登録商標）ケブラー、その他から成ることができる、と理解すべきである。

好ましくは、台要素5は、全体を数字7で示す、少なくとも一つの変形性の異なる部分を有する。これにより、もっとも要求のきびしい使用者でさえもこのサドルを快適かつ実用的と感じるようにすることができる。特に、図4と5に示すように、このサドルは、機械的強度の増大に寄与する、数字8、8´で示す強度の大きい領域と、使用者の快適感を高めるための、変形性の異なる部分7が定めるより弾力的な領域とを有する。

ここで使用する“変形性の異なる部分”その他の言葉は、荷重下で、同じ荷重下での同一表面内の少なくとももう一つの領域に比して、かなり大きな変形性を有する、着座構造物1の表面内の一領域を示すものとする。

好ましくは、変形性の異なる部分7は、サドルの坐骨および/または前立腺および/または周辺領域に配置されるようにし、運動中に傷つきやすく痛みを感じやすい人体部分における使用者の快適感が高まる領域が定められるようにすることができる。特に、着座構造物1と使用者の内腿との接触場所に、一つ以上の変形性の異なる部分7を備えることができる。

好ましくは、補強要素6は、変形性の大きな部分7と一致する少なくとも一つの開口部9を有し、使用者が快適性の大きな領域に接触できるようにすることができる。

使用者の快適感をさらに高めるために、図3に示すように、粘弾性材料その他好ましくはポリウレタンエラストマーおよび/またはゲルから成る少なくとも一つのインサート20を、カバー要素3と殻2との間に配置し、これらに取りつけることができる。

台要素5は、合成ポリマーマトリックスと、天然繊維から成る強化材とから成る複合材料製の少なくとも一つのシート要素10を、特別設計の型11で熱成形することによって、作ることができる。非限定例として、黄麻繊維をポリプロピレン繊維マトリックスに分散させたシート要素10を使用することができる。

好ましい実施形態においては、シート要素10は、型11内に配置し、そのオス部品12とメス部品13との間で圧縮して、複合材料のマトリックスが熱可塑性タイプであるか熱硬化性タイプであるかに応じて、複合材料のマトリックスの融解または硬化温度近くまで加熱することができる。一例として、そのような温度は、使用するマトリックスのタイプに応じて、150〜300℃の範囲にあるようにすることができる。

熱成形ステップ中、シート要素10は、初期厚さH1から、型11のオス部品12とメス部品13との間の距離によって決まる最終厚さH2まで薄くなる。容易にわかるように、厚さ比H1/H2は、シート要素10の圧縮比を定め、したがってH1/H2圧縮比が大きくなると、台要素5の剛性が増大する。

台要素5の変形性の異なる部分7は、型11のオス部品12とメス部品13との間の台要素5の圧縮が異なるようにして、異なる圧縮比の領域ができるようにすることにより、得ることができる。

たとえば、図6〜8に示すように、好ましくはシート要素10と同じ複合材料でできていて、変形性の大きな部分7を定める領域に一致する少なくとも一つの開口部を有する、少なくとも一つの層10´をシート要素10上に配置することができる。

そのようにすれば、シート要素10と層10´とから成る、全体を数字15で示すアセンブリは、開口部14のH1で示される初期厚さ(シート要素10のみの厚さによって定められる)と開口部14の周囲の領域のH1´で示される初期厚さとの異なる初期厚さを有することになる。図7に明確に示すように、厚さH1´は厚さH1よりも大きい。

前述のようにオス部品12とメス部品13とが距離H2にある型11内で、台要素5が成形されると、この台要素5は、圧縮比H1/H2である、変形性の異なる部分7に対応する開口部14の領域と、圧縮比がH1´/H2である強度の大きい領域8、8´に対応する開口部14の周囲の領域とを有する。

図2は、本発明の着座構造物の好ましい非排他的実施形態を示す。この実施形態においては、殻2が、前述の合成ポリマーマトリックスと、天然繊維から成る強化材とから成る複合材料製の第一および第二の台要素5、5´を有し、金属補強要素6がこれらの間に配置されている。第二の上部台要素5´は該要素に取りつけられたカバー要素3を有し、要素3は好ましくはなめし革、皮、その他で作られている。そのために、台要素5´は、図5に明確に示すように、カバー要素3のための接合部を定める周辺へり16を有する。

図3は、本発明のもう一つの好ましい非排他的実施形態を示す。これは、図2に示すものと似ているが、粘弾性インサート20が変形性の異なる部分7に合わさるようになっているという点が異なる。このインサートは公知のやり方で台要素5に取りつけることができる。

どちらの実施形態においても、殻2にカバー要素3を取りつけるため、かつ/または殻2の各層を相互に取りつけるために、追加の手段を備えることができ、たとえばナットまたはリベット17を、各貫通孔18に通すことができる。

図2と3に示す着座構造物は、下記のステップから成る方法によって製造することができる。

まず、第一および第二の台要素5、5´を、図6〜8に示すステップにしたがって予備熱成形する。各台要素5、5´に対して、少なくとも一つのシート要素10を熱成形しなければならない、と理解すべきである。

好ましくは、熱可塑性マトリックスを有する複合材料を使用する。その理由は下記の説明から明らかになるであろう。

好ましくは、第一および第二の台要素5、5´に対する予備熱成形ステップは、シート要素10を形成する複合材料の熱可塑性マトリックスの軟化点よりもわずかに低い温度で実施し、層5、5´のさらなる成形および処理のできる最終形状でない形状となるようにすることができる。

そのような予備熱成形ステップのあと、第一および第二の台要素5、5´とこれらの間に配置される補強要素6、および場合によってはインサート20を、図2と3に示す上から下への順序で、型内に配置する。カバー要素3は、同じ型内で直接上部台要素5´に取りつけることができ、あるいはこのステップのあと取りつけることができる。

たとえば、図2に示す実施形態の場合、カバー要素3は、殻2の熱成形のあと、殻2に接着することができる。また、図3に示す実施形態の場合、カバー要素3を最初に型に入れ、次に、インサート20となる粘弾性材料、それから第二の台要素5´、補強要素6、第一の台要素5の順に型に入れる。

それから、どちらの場合にも、型11を、複合材料の熱可塑性繊維の融解温度付近またはそれよりも上の温度に加熱し、補強要素6が第一の台要素5と第二の台要素5´との間に問題なく埋め込まれるようにする。さらに、このステップ中、図4と5に示すように、これらの要素を形成する複合材料の熱可塑性マトリックスが融解して、第一および第二の台要素5、5´が補強要素6によって分離されていない場所では連続構造が形成される。

第一および第二の台要素5、5´の間に埋め込まれた補強要素6の存在により、殻2にすぐれた機械的性質が与えられる。

以上の説明により明らかなことは、本発明の着座構造物が意図する目的を達成し、特に、割合に小さな環境への影響しか有しない着座構造物を提供するという要求に合うものである、ということである。

本発明の構造物と方法とには、特許請求の範囲に示す発明的概念の範囲内で、いくつかの変更と変形を加えることができる。本発明の範囲を逸脱することなく、すべての細部は、他の技術的に同等の部品によって置き換えることができ、材料はそれぞれの要求に応じて変えることができる。

以上、本発明の構造物を添付の図面に即して説明したが、明細書と特許請求の範囲で参照した数字は、本発明をわかりやすくするためにだけ使用したものであり、いかなる意味でも本発明が主張する発明の範囲の限定を意図するものではない。

本発明の着座構造物の不等角投影図である。 図1の構造物の分解図である。 図1の構造物の代替実施形態の分解図である。 図1の構造物の面IV−IVに沿う断面図である。 図1の構造物の面V−Vに沿う断面図である。 本発明の着座構造物の台要素5を製造する方法の一ステップを示す不等角図である。 図6のいくつかの細部を示す断面図である。 本発明の着座構造物の台要素5を製造する方法のもう一つのステップにおける型の断面図である。

1 着座構造物
2 荷重支持殻
3 カバー要素
4 レール
5 第一の台要素
5´ 第二の台要素
6 補強要素
7 変形性の異なる部分
8 強度の大きい領域
8´ 強度の大きい領域
9 開口部
10 シート要素
10´ 層
11 型
12 オス部品
13 メス部品
14 開口部
15 10、10´から成るアセンブリ
16 周辺へり
17 ナットまたはリベット
18 貫通孔
20 インサート
H1 初期厚さ
H1´ 14の周囲の領域の初期厚さ
H2 最終厚さ

Claims (20)

1. 着座構造物特に自転車サドルであって、荷重支持殻(2)と使用者に接触するようになっているカバー要素(3)とから成り、前記殻(2)が、ポリマーマトリックスと、繊維から成る強化材とから成る複合材料で作られた少なくとも一つの第一の台要素(5)を有する着座構造物特に自転車サドルにおいて、
   前記ポリマーマトリックスが合成材料であり、前記強化材の前記繊維が天然繊維であること、
   を特徴とする着座構造物特に自転車サドル。
2. 当該合成ポリマー材料が熱可塑性タイプのものであることを特徴とする請求項1に記載の着座構造物。
3. 当該合成熱可塑性ポリマー材料が室温で繊維の形のものであることを特徴とする請求項2に記載の着座構造物。
4. 当該合成熱可塑性ポリマー繊維が、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリブタジエンテレフタレート、ポリスチレン、ポリエチレンから成るグループから選択されることを特徴とする請求項3に記載の着座構造物。
5. 当該天然繊維が、羊毛、木綿、亜麻、黄麻から成るグループから選択されることを特徴とする請求項1に記載の着座構造物。
6. 当該複合材料にナノ粒子がはいっていることを特徴とする請求項1から5の中のいずれか一つに記載の着座構造物。
7. 当該殻(2)が、当該少なくとも一つの第一の台要素(5)に取りつけられた少なくとも一つの実質的にシート状の補強要素(6)を有することを特徴とする請求項1から6の中のいずれか一つに記載の着座構造物。
8. 当該少なくとも一つの補強要素(6)が、当該少なくとも一つの第一の台要素(5)に直接接触していることを特徴とする請求項7に記載の着座構造物。
9. 当該少なくとも一つの台要素(5)が少なくとも一つの変形性の異なる部分(7)を有することを特徴とする請求項1から8の中のいずれか一つに記載の着座構造物。
10. 当該少なくとも一つの変形性の異なる部分(7)が、座部の坐骨および/または前立腺および/または周辺領域に配置されていることを特徴とする請求項9に記載の着座構造物。
11. 当該少なくとも一つの補強シート要素(6)が、当該少なくとも一つの台要素(5)と大体同じ上から見た形状を有し、また当該少なくとも一つの変形性の異なる部分(7)と合致する少なくとも一つの開口部(9)を有することを特徴とする請求項10に記載の着座構造物。
12. 少なくとも一つの第二の台要素(5´)を有し、当該少なくとも一つの補強要素(6)が、当該少なくとも一つの第一および少なくとも一つの第二の台要素(5、5´)に対して実質的に引っ込んだ周囲へりを有し、当該要素(6)がこれらの間に均一に埋め込まれていることを特徴とする請求項7から11の中のいずれか一つに記載の着座構造物。
13. 粘弾性挙動を示す材料で作られ、当該少なくとも一つの第一の台要素(5)上に配置された少なくとも一つのインサート(20)を有することを特徴とする請求項1から12の中のいずれか一つに記載の着座構造物。
14. 当該少なくとも一つのインサート(20)の当該粘弾性材料がポリウレタンゲルであることを特徴とする請求項13に記載の着座構造物。
15. 粘弾性材料製の当該インサート(20)が、当該少なくとも一つの変形性の異なる部分(7)と合致するように配置されていることを特徴とする請求項13に記載の着座構造物。
16. 請求項1から15の中のいずれか一つに記載の着座構造物を製造する方法であって、
    当該構造物が荷重支持殻(2)と使用者に接触するカバー要素(3)とを有し、当該殻(2)が複合材料製の少なくとも一つの台要素(5)を有し、当該少なくとも一つの台要素(5)が、型内で、埋め込まれた強化繊維を有するポリマーマトリックスを熱成形することによって得られる方法において、
    当該ポリマーマトリックスが合成ポリマーマトリックス類から選択され、当該強化繊維が天然強化繊維類から選択されること、
    を特徴とする方法。
17. 当該少なくとも一つの第一の台要素(5)が、当該型内で、当該天然繊維が埋め込まれた当該合成ポリマーマトリックスから成る少なくとも一つのシート要素(10)を熱成形することによって得られることを特徴とする請求項16に記載の方法。
18. 当該熱成形が、当該型内に少なくとも一つの第一のシート要素(10)を配置し、該シート要素を、当該合成ポリマーマトリックスの融解温度近くの温度に加熱することによって実施されることを特徴とする請求項17に記載の方法。
19. 当該少なくとも一つの台要素(5)が、
    少なくとも一つの第一のシート要素(10)と、該要素と実質的に同じ形をしていて、座部の坐骨、前立腺または周辺領域に合致する少なくとも一つの開口部(14)を有する少なくとも一つの第二のシート要素(10´)とから成るアセンブリ(15)を用意して、該アセンブリ(15)を当該型内で圧縮して、該アセンブリに実質的に均一の厚さを与え、当該少なくとも一つの開口部(14)に少なくとも一つの変形性の異なる部分(7)を生じさせること、
    によって得られることを特徴とする請求項18に記載の方法。
20. 相互に接着される第一および第二の台要素(5、5´)の間に少なくとも一つの補強要素(6)を配置して、これらの要素の熱成形を行うことを特徴とする請求項17から19の中のいずれか一つに記載の方法。

Images