JP2013172819A - 自転車靴用靴底 - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＲＰ製の自転車靴用靴底の積層構造を特定の構造とすることにより、靴底自体の強度を適切に向上できるようにした、軽量な自転車靴用靴底を提供する。
【解決手段】つま先部と母趾球部と足弓部とかかと部で構成される繊維強化プラスチック製自転車靴用靴底であって、該靴底の底面形成部材が、少なくとも母趾球部からかかと部にわたって延びる主材と、少なくともつま先部と母趾球部を覆うように延びる補強材との積層構成を有し、靴底の長手方向を０°方向とした場合、主材は、強化繊維の配向方向の角度が０°のストレート主材と０°以外のθ２であるバイアス主材との積層構成を有するとともに、補強材は、強化繊維の配向方向の角度が０°のストレート補強材と０°以外のθ１であるバイアス補強材との積層構成を有し、角度θ１、θ２が、９０°≧｜θ１｜＞ ４５°＞｜θ２｜＞０°の関係にある自転車靴用靴底。
【選択図】図４

Description

本発明は、自転車靴用靴底に関し、とくに、自転車のペダルとともに使用される自転車靴用の靴底の強度を適切に向上できるようにした自転車靴用靴底に関する。

この種の自転車靴用の靴底には、通常、クリートと呼ばれる、ペダルに設けられたビンディングに着脱自在に係止可能なアダプタが、クリートホルダ部材を介して設けられ、靴底にはこのクリートホルダ部材を固定するためのボルト孔等が設けられている。ペダルを漕いだ力はボルト孔を通じて靴底に伝えられることから、このような自転車靴用靴底には、軽量であることに加え、高い曲げ強度、捩り強度が要求される。

このような要求を満たすために、従来、この種の自転車靴用靴底においては、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、中でも炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）が一般的に使用され、強化繊維が靴底の長手方向に対し０度や±４５度の角度で配向された層が多層に積層された構成が知られているが、これ以外の積層角度に関する知見は特になく、さらに靴底全体を、積層される主材と補強材とに着目し、それぞれに最適な積層角度を検討した事例は見当たらない。

従来技術として、例えば特許文献１には、靴底に要求される高い曲げ強度を有する構造を実現する方法として、靴底の断面形状を特殊な形状にすることが提案されている。しかしこの提案は、靴底の断面形状に関するものであり、上記のような積層構造については言及されていない。また、靴底の場所ごとに異なる構造にすることについても触れられていない。

また、例えば特許文献２には、歩行時の滑り止めのためのスパイクを靴底に装着する際に、衝撃に対しても高い強度を発現できる構造として、靴の部品構成を見なおした提案がなされている。しかしこの提案においてもまた、靴底の積層構成には触れられておらず、積層構成で強度を向上させるようには提案されていない。

特開２００４−２３７０９０号公報 特開２０１０−２６３９６９号公報

そこで本発明の課題は、上記のような現状に鑑み、とくにＦＲＰ製の自転車靴用靴底の積層構造を特定の構造とすることにより、靴底自体に必要な剛性は維持しつつ、靴底の強度を適切に向上できるようにした、軽量な自転車靴用靴底を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る自転車靴用靴底は、つま先部と母趾球部と足弓部とかかと部で構成される繊維強化プラスチック製自転車靴用靴底であって、該靴底の底面形成部材が、少なくとも前記母趾球部から前記かかと部にわたって延びる主材と、少なくとも前記つま先部と前記母趾球部を覆うように延びる補強材との積層構成を有し、靴底の長手方向を０°方向とした場合、前記主材は、強化繊維の配向方向の角度が０°のストレート主材と強化繊維の配向方向の角度が０°以外のθ２であるバイアス主材との積層構成を有するとともに、前記補強材は、強化繊維の配向方向の角度が０°のストレート補強材と強化繊維の配向方向の角度が０°以外のθ１であるバイアス補強材との積層構成を有し、前記角度θ１と角度θ２が、
９０°≧｜θ１｜＞ ４５°＞｜θ２｜＞０°
の関係にあることを特徴とするものからなる。ここで「靴底の長手方向」とは、靴底のつま先部側とかかと部側で靴底の最も突き出た両端を結ぶ線分で表される方向のことを言い、この線分を、本願では「靴底の長手方向軸」と呼ぶ。また、この長手方向と直角の方向を長手直交方向と呼ぶ。

本発明において、上記母趾球部とは、ペダルからの荷重がかかる（あるいは、足からペダルに荷重がかかる）領域を示し、その領域に関して靴底長手方向における前端と後端で挟まれた領域のことをいう。また、上記足弓部とは、いわゆる足の土踏まずに対応する領域で、靴底長手方向における母趾球部とかかと部との間の領域のことをいう。

また、本発明において、上記繊維強化プラスチックの強化繊維としては、とくに限定されず、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等を使用可能であるが、軽量化、高強度化の面からは、炭素繊維を含む形態が好ましい。

このような本発明に係る自転車靴用靴底においては、靴底の底面形成部材は、実質的に靴底全体にわたって軽量化を達成しつつ、靴底全体の強度を高く保つために、少なくともペダルとの間で荷重の主伝達箇所となる母趾球部から、かかと部にわたって延びる主材と、足からの荷重を無駄なくかつ効率よくペダルに伝達するためとくにつま先部から母趾球部にわたって靴底の変形（とくに、長手直交方向の曲げ変形）を抑制するために、靴底の底面形成部材全体の軽量化をはかりつつ上記主材を補強するための少なくともつま先部と母趾球部を覆うように延びる補強材との積層構成を有している。そして、これら主材と補強材とは、それぞれ、靴底の長手方向を０°方向とした場合、強化繊維の配向方向の角度が０°のストレート材と強化繊維の配向方向の角度が０°以外の角度であるバイアス材との積層構成を有している。つまり、主材は、強化繊維の配向方向の角度が０°のストレート主材と、０°以外のθ２であるバイアス主材との積層構成を有し、補強材は、強化繊維の配向方向の角度が０°のストレート補強材と、０°以外のθ１であるバイアス補強材との積層構成を有している。そして、バイアス補強材における強化繊維の配向方向の角度がθ１とバイアス主材における強化繊維の配向方向の角度がθ２を互いに異ならしめるとともに、θ１とθ２間に特定の関係を持たせることにより、主材と補強材の目標とする主機能が互いに分離された構成とされ、主機能が分離された両部材の積層構成により、靴底全体にわたっての軽量化を達成しつつ、靴底全体の曲げ剛性、捩り剛性を維持しつつ強度を効率よく高く保つことができるようになっている。すなわち、主材は主として靴底、とくにその底面形成部材の長手方向における曲げ強度を効率よく高める機能を担うものとして設けられ、バイアス主材中における強化繊維の配向方向の靴底長手方向に対する角度θ２が４５°＞｜θ２｜＞０°の範囲内に設定されることにより、効果的に靴底長手方向における曲げ強度が高められ、捩り強度もある程度高められる。一方、補強材は全体の軽量構造を維持しつつ、必要な領域の長手直交方向の曲げ強度、つまり、主に最も幅が広く、ペダルからの力が複数のボルト孔を通じて伝達される母趾球部の長手直交方向の曲げ強度をさらに効率よく高める機能を担うものとして、母趾球部周辺の領域のみに設けられ、バイアス補強材中における強化繊維の配向方向の靴底長手方向に対する角度θ１が９０°≧｜θ１｜＞ ４５°の範囲内に設定されることにより、効果的にこの必要な領域の長手直交方向の曲げ強度が大きく高められ、かつ長手方向の捩り強度もある程度高められる。その結果、靴底の底面形成部材用の材料量を比較的小さく抑えて全体の軽量化をはかりつつ、底面形成部材の、ひいては靴底全体の曲げ強度を高めつつ、必要な部位の捩り強度も維持され、目標とする軽量化、強度向上がともに効率よく達成される。

このように、本発明に係る自転車靴用靴底によれば、ＦＲＰ製の自転車靴用靴底の底面形成部材における構造を、主材と補強材を積層した構造とし、それらの中のバイアス主材とバイアス補強材の強化繊維の配向方向を互いに異なる特定の範囲内に設定した特定の積層構造とすることにより、自転車用靴底に求められている軽量性や必要な捩り強度を維持しつつ、靴底自体の曲げ強度を適切に向上した望ましい自転車靴用靴底を実現することができる。

本発明の一実施態様に係る自転車靴用靴底の平面図（Ａ）および縦断面図（Ｂ）である。 図１の自転車靴用靴底のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。 図１の自転車靴用靴底の底面形成部材の縦断面図である。 図３の底面形成部材におけるバイアス材中の強化繊維の配向方向を靴底面と対応させて示した概略構成図である。 本発明における底面形成部材の主材と補強材の積層構成の一例を示す各層の概略構成図である。 従来の底面形成部材の主材と補強材の積層構成の一例を示す各層の概略構成図である。 自転車靴用靴底の底面形成部材にかかる荷重とその変形との関係の一例を説明するための変形前の底面形成部材の斜視図である。 図７の底面形成部材のＢ−Ｂ線に沿う横断面図である。 図７の底面形成部材が荷重により変形される場合の一例を示す変形後の底面形成部材の斜視図である。 図９の底面形成部材のＢ−Ｂ線に沿う横断面図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１〜図４は、本発明の一実施態様に係る自転車靴用靴底を示している。図１および図２において、自転車靴用靴底１は、本実施態様では、靴底の底面を形成する底面形成部材２とその表皮を覆う表皮積層材３との積層構造に構成されており、さらに、主として相対的に高荷重の加わる母趾球部の領域においては、底面形成部材２と表皮積層材３との間に軽量材(例えば、発泡材(例えば、発泡ウレタン))からなるコア材４が介在されている。自転車靴用靴底１にかかる荷重は、主として、底面形成部材２、および底面形成部材２と表皮積層材３とのコア材４を介在させたサンドイッチ構造で伝達されるため、表皮積層材３の材質としてはとくに限定されず、繊維強化プラスチックであってもよいし、意匠性を持たせるためにプリント可能な樹脂製等からなるものであってもよい。

上記自転車靴用靴底１は、図１に示すように、その長手方向先端部側から、つま先部１１と母趾球部１２と足弓部１３とかかと部１４の各部位で構成されている。このような自転車靴用靴底１において、上記底面形成部材２が、例えば図３に示すような構造に構成され、その全体が繊維強化プラスチックで構成されている。

本実施態様では、図３に示すように、底面形成部材２は、少なくとも母趾球部１２からかかと部１４にわたって延びる（本実施態様ではつま先部１１からかかと部１４にわたって延びる）繊維強化プラスチック製の主材５と、少なくともつま先部１１と母趾球部１２を覆うように延びる繊維強化プラスチック製の補強材６との積層構成を有している。さらに本実施態様では、主材５は、つま先部１１からかかと部１４まで靴底長手方向の実質的に全長にわたって延びる主材１（７）と、実質的に母趾球部１２からかかと部１４にわたって延びる主材２（８）との積層体として構成されている。主材５と補強材６における繊維強化プラスチックの強化繊維としては、底面形成部材２全体の高い強度を得るために、炭素繊維を用いることが好ましい。なお、図１における孔９は、前述したようなクリートホルダ部材(図示略)を固定するためのボルト孔を示している。

そして、上記底面形成部材２においては、例えば図４に模式的に示すように、繊維強化プラスチックの強化繊維の配向方向が次のように設定されている。すなわち、靴底の長手方向に対する（つまり、図示の如く、靴底の長手方向軸１０に対する）、補強材６中のバイアス補強材１６における強化繊維の配向方向の角度θ１と、主材５中のバイアス主材１５における強化繊維の配向方向の角度θ２が、
９０°≧｜θ１｜＞ ４５°＞｜θ２｜＞０°
の関係となるように設定されている。

さらに、上記主材５と補強材６は、前述の如く、それぞれが、靴底の長手方向を０°方向とした場合、強化繊維の配向方向の角度が０°のストレート材と強化繊維の配向方向の角度が０°以外の角度であるバイアス材との積層構成を有するが、その場合の、上記本発明における強化繊維の配向方向の角度θ１とθ２の関係を満たす積層構成の一例を、図５に例示する。図５の形態との比較のために、図６に従来の強化繊維の配向方向を示す積層構成の一例を例示する。

図５に示す例では、上述の本発明の各バイアス材における強化繊維の配向方向の角度θ１とθ２の関係を満たすために、例えば、主材２１は、前述の長手方向軸１０に対する強化繊維の配向方向の角度が０度のシート層２７からなるストレート主材２３と、角度θ２が＋３０度のシート層２８、−３０度のシート層２９からなるバイアス主材２４の積層構造に構成されている。また、補強材２２は、前述の長手方向軸１０に対する強化繊維の配向方向の角度が０度のシート層３０からなるストレート補強材２５と、角度θ１が＋６０度のシート層３１、−６０度のシート層３２からなるバイアス補強材２６の積層構造に構成されている。これに対し、図６に示す従来の積層構成例では、主材４１が、長手方向軸１０に対する強化繊維の配向方向の角度が０度のシート層４７からなるストレート主材４３と、角度θ２が＋４５度のシート層４８、−４５度のシート層４９からなるバイアス主材４４の積層構造に構成されており、補強材４２は、長手方向軸１０に対する強化繊維の配向方向の角度が０度のシート層５０からなるストレート補強材４５と、角度θ１が＋４５度のシート層５１、−４５度のシート層５２からなるバイアス補強材４６の積層構造に構成されている。なお、図５に示した例はあくまで一例であって、前述の本発明の各バイアス材における強化繊維の配向方向の角度θ１とθ２の関係を満たされる限り、他の形態も任意に採り得る。

図３に例示した実施態様においても、図４に示したように、靴底１の底面形成部材２が、主としてその長手方向における曲げ強度を高めるために（つまり、少ない材料量で効率よく曲げ強度を高めるために）強化繊維の配向方向の長手方向軸１０に対する角度θ２が４５°＞｜θ２｜＞０°の範囲内に設定されたバイアス主材１６と、主として長手直交方向に対する曲げ強度を効率よく高めるために（つまり、少ない材料量で効率よく長手直交方向の曲げ強度を高めるために）ペダルとの間で荷重の主伝達箇所となる母趾球部１２、つま先部１１を覆うように延びかつ強化繊維の配向方向の長手方向軸１０に対する角度θ１が９０°≧｜θ１｜＞ ４５°の範囲内に設定されたバイアス補強材１５を有する積層構造に構成されることにより、靴底１全体の軽量化がはかられつつ、靴底１の長手方向における曲げ強度を効率よく高め、必要な領域の長手方向に対する捩り強度を維持することができる。すなわち、主材５では、そのバイアス主材１６中における強化繊維の配向方向の長手方向軸１０に対する角度θ２が４５°＞｜θ２｜＞０°の範囲内とされることにより、長手方向における曲げ強度が意図的に効果的に高められ、補強材６では、そのバイアス補強材１５中における強化繊維の配向方向の長手方向軸１０に対する角度θ１が９０°≧｜θ１｜＞ ４５°の範囲内とされることにより、長手直交方向に対する曲げ強度が意図的に効果的に高められる。バイアス材の角度は４５°が最もねじり剛性が高くなるため、本発明のバイアス材の積層構成の組み合わせでは、一般的な積層板ではねじり剛性は低下する。しかし靴底においては、荷重位置や荷重方向、固定位置が決まっており、靴幅が場所ごとに異なるため、全体に配置される主材と主に母趾球部のみに配置される補強材では前述の通り材料の役割が異なる。すなわち、本発明のように、主材と補強材の各バイアス材の積層角度を４５°ではなく、より最適な積層角度の組み合わせとすることにより、長手方向、長手直交方向の必要なまげ剛性、ねじり剛性を維持しつつ、靴全体の曲げ強度やねじり強度を高める設計が可能となる。

このような靴底１の強度の向上に関して、靴底１に荷重がかかる場合の状態の一例を図７〜図１０を参照しながら説明する。図７は、荷重Ｐが作用する前の靴底１の形状例を示しており、図８は、図７のＢ−Ｂ線に沿う横断面を示している。つまり、靴底１は、全体として単なる平板形状ではなく、足の底面形状や荷重の伝達のしやすさ等を考慮して、各部が湾曲した比較的複雑な形状に形成される。図７、図８に示した靴底１に荷重Ｐが作用すると、靴底１は、例えば図９、図１０に示すように変形する。主としてボルト孔９に挿通されるボルト(図示略)により固定されるクリートホルダ部材(図示略)を介してペダル側に荷重が伝達されるが、ボルト孔９が設置されている母趾球部はペダル側に対しては固定されていると考えると、靴底１のかかと部側はフリー状態にあるため、かかと部後端で最大変形量δとなる。この変形に伴い、図９のＢ−Ｂ線に沿う横断面も、図１０に示すように変形する。このように変形する靴底１に対し、靴底１の強度を向上するためには、母趾球部からかかと部にわたっては靴底１の長手方向における変形が顕著であることから、長手方向の曲げ強度を高めることが有効であり、母趾球部においては、ペダルからの荷重によりボルト穴９で破損しないように、主として該母趾球部における長手直交方向に対する曲げ強度を高めることが有効であることが分かる。靴底全体の曲げ剛性、ねじり剛性を維持しつつ、これら長手方向における曲げ強度、長手方向に対する捩り強度を少ない材料量で効率よく高めるために、例えば図４や図５に示したような本発明の構成が採用される。

本発明に係る自転車靴用靴底は、ペダルへの係止等を介してペダルとともに使用されるあらゆる自転車靴用靴底に適用できる。

１ 自転車靴用靴底
２ 底面形成部材
３ 表皮積層材
４ コア材
５ 主材
６ 補強材
７ 主材１
８ 主材２
９ ボルト孔
１０ 長手方向軸
１１ つま先部
１２ 母趾球部
１３ 足弓部
１４ かかと部
１５ バイアス主材
１６ バイアス補強材
２１、４１ 主材
２２、４２ 補強材
２３ ストレート主材
２４ バイアス主材
２５ ストレート補強材
２６ バイアス補強材
４３ ストレート主材
４４ バイアス主材
４５ ストレート補強材
４６ バイアス補強材
２７、２８、２９、３０、３１、３２、４７、４８、４９、５０、５１、５２ シート層

Claims (2)

1. つま先部と母趾球部と足弓部とかかと部で構成される繊維強化プラスチック製自転車靴用靴底であって、該靴底の底面形成部材が、少なくとも前記母趾球部から前記かかと部にわたって延びる主材と、少なくとも前記つま先部と前記母趾球部を覆うように延びる補強材との積層構成を有し、靴底の長手方向を０°方向とした場合、前記主材は、強化繊維の配向方向の角度が０°のストレート主材と強化繊維の配向方向の角度が０°以外のθ２であるバイアス主材との積層構成を有するとともに、前記補強材は、強化繊維の配向方向の角度が０°のストレート補強材と強化繊維の配向方向の角度が０°以外のθ１であるバイアス補強材との積層構成を有し、前記角度θ１と角度θ２が、
   ９０°≧｜θ１｜＞ ４５°＞｜θ２｜＞０°
   の関係にあることを特徴とする自転車靴用靴底。
2. 前記繊維強化プラスチックの強化繊維が炭素繊維を含む、請求項１に記載の自転車靴用靴底。

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