JP2016504534A - 厚紙を含む構造要素 - Google Patents

Abstract

本発明は、細長い内側部材と前記内側部材を囲む細長い外側部材とを含む、構造要素を提供する。中間部分は、内側部材を包み、内側部材の外面に緊密に連結され、前記内側部材と相まって第１のコア−エンベロープ基礎構造を画成する。その一方で、２つの側面部分は、中間部分からそれと一体に延在し、互いに向かい合って接触し、一緒になって第２の層状基礎構造を画成する。本発明は、さらに、そうした構造要素を製造する方法を提供する。

Description

本発明は、構造要素に関し、詳細には、厚紙を含む細長い耐荷重性要素に関する。

特許文献１には、人間の乗り手を運ぶのに十分に頑丈な人力で動く陸上車両が開示されている。車両は、パルプとして（ｐｕｌｐａｂｌｙ）再生利用可能であり、細断して（ｓｈｒｅｄｄａｂｌｙ）再生利用可能な材料から構築される。

国際公開第２０１１／０６７７４２号

本発明は、適切に形成された厚紙が、これに限定されるわけではないが、例えば自転車フレームであるフレームに使用可能である細長い（例えば、ロッド様又はビーム様の）構造要素に形作られ得るという理解に基づいている。本発明によれば、そのように形成される厚紙は、梱包又は輸送に使用される類の厚紙シートであってよく、例えば、２つの実質的に平らな層の間に挟まれる、全体的に比較的低い密度の（例えば、複数のセル、例えば厚紙ストリップを交差することによって形成されるプリズムのようなセル、ハニカム形セル、波形厚紙又は波形繊維板などを有するように形成される）圧縮性の細胞状構造の内側層を有する厚紙シートであってよい。シートは、一重の厚紙シート又は多重の厚紙シートであってよく、当業界で既知の種類のものであってよい。

本明細書において用語「波形厚紙」は、一様な厚さの紙のシートからなる簡単な構造から、多数の波形の層及び非波形の層を特徴とする複雑な構造へと多岐にわたる、様々な強さの頑丈な紙を示す。

本明細書において用語「波形繊維板」は、一般的に、溝付きの波形シート及び１枚又は２枚の平らな段ボールライナからなる紙ベースの材料を示す。そうした材料は、段ボール箱（ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ ｂｏｘ）及び輸送コンテナの製造に幅広く使用されている。

本発明は、その態様の第１の態様により、細長い内側部材と、前記内側部材を囲む細長い外側部材とを備える構造要素を提供する。内側部材は、例えば円形の外周である曲線的な外周を含む外面を有する。外側部材は、厚紙で作られ、内側部材の少なくとも一部を包み内側部材の外面に緊密に連結され（例えば接着され）前記内側部材と相まって第１のコア−エンベロープ（ｃｏｒｅ−ｅｎｖｅｌｏｐｅ）基礎構造を画成する、曲線的な内面を含む中間部分を有するように形作られる。前記コア−エンベロープ基礎構造の外面は、曲線的にされ得る、又は、特に、その内面と前記内側部材の外面との緊密な連結が成形により実施され、その成形によって外側の輪郭が形作られる場合、他の輪郭を有することができる。外側部材は、さらに、２つの側面部分を有する。２つの側面部分は、中間部分からそれと一体に延在し、互いに向かい合って接触し、一緒になって第２の層状基礎構造を画成する。これら２つの一体になった基礎構造は、一緒になって、内側部材のものよりも著しく大きな例えば前記内側部材よりも少なくとも２倍、５倍又はさらに少なくとも１０倍の耐荷重特性又は耐屈曲特性を構造要素に与える。さらに、２つの部材からなる構造要素の密度又は微細構造が不均一のため、後者は、同じ長さ及び同じ重量を有するが均一の密度及び微細構造を含む単一の本体構造を有する参照構造要素に比べて、著しく向上された耐荷重特性又は耐屈曲特性を有する。

いくつかの実施例によれば、外側部材は、単一の厚紙シートから構成される、又は２枚以上の例えば重ねられた厚紙シートから構成される。厚紙シートは、非限定的な一例として、一重の又は多重の波形厚紙シートであってよい。その構造は、外側部材が、内側部材の外面の輪郭にぴったりと追従するように変形されそれに取り付けられ内側部材の外面の輪郭にぴったりと追従する部分を有する単一の厚紙シートであり、そうした部分は、前記内側部材と相まって、２つの向かい合う側面部分によって画成される第２の基礎構造と一体にある前記第１の基礎構造を画成するような構造であってよい。或いは、外側部材は、２枚の厚紙シートから構成されてよい。２枚の厚紙シートは、一緒になって、外側部材の向かい合う（例えば対称の）部分を画成するように変形される。例えば、２つの部分は、長手方向の対称面に関して互いに鏡像になっており、各部分は前記中間部分の半分及び１つのそれぞれの側面部分を画成する。

その態様のうちの第２の態様によれば、本発明は、構造要素を（所与の順序で又は任意の他により）製造する方法を提供する。方法は、（ｉ）曲線的な外周を有する細長い部材、並びに（ｉｉ）第１の反対面及び第２の反対面を有する単一又は多数のシートの概して平らな厚紙構造を用意することと、厚紙構造を、前記細長い部材まわりに緊密に巻き付けられる中央部分（すなわち、構造の両縁部の間のどこかに配置される部分）を有するように形成することと、前記部分の第１の面を細長い部材の外面に密接して連結させそれによって第１のコア−エンベロープ基礎構造を画成することとを含む。側面部分、すなわち、中間部分の側面に位置しそこから前記両縁部に向かって延在する部分は、中間部分と一体になった第２の層状基礎構造を画成する。一般的に、側面部分の向かい合う面は互いに固定される。時には、やはりまた、中間部分は、細長い部材の外面に固定されてもよい。細長い部材は、完成した要素における内側部材を画成する。

いくつかの実施例によれば、構造要素は、２つの側面部分の間を通る長手方向の対称面を有するように構成される。そうした実施例では、側面部分は、それらの第１の面において互いに固定され得る。いくつかの実施例によれば、構造要素は、その異なる部分で厚さが異なる。典型的には、前記外側部材が変形された単一片の厚紙シートで作られる場合、シートは、その元の未変形状態では、所与の厚さＴを有し、変形後、前記曲線部分は、その頂上においてＴよりも小さい厚さＴ’を有し、典型的には厚さＴを有する前記側面部分に向かって徐々に増加する。

具体的には、細長い部材まわりに厚紙シートを折り込む間、厚紙シートは、細長い部材に対して機械的に押し付けられることになり、それによって内側層が部分的に圧縮され、曲線部分においてより小さな厚さＴ’ の厚紙シートが形成される。内側層のこの圧縮は、おそらく、構造要素のより機械的に頑丈な構造を促進する働きをする。

いくつかの実施例によれば、層状基礎構造の厚さ（例えば、２×Ｔの厚さ）は、コア−エンベロープ基礎構造の直径とほぼ同じである。

他の実施例によれば、コア−エンベロープ基礎構造のその曲線部分内の単位表面積当たりの厚紙構造の比重量は、前記側面部分のものよりも大きい。これは、典型的には、中央部分内における厚紙シートの内部の、変形によって引き起こされるひずみ又は（締め固めを引き起こすことができる）圧縮の結果であり得る。

いくつかの実施例によれば、内側部材は、木又は厚紙で作られる。

構造要素は、前記要素の重量の少なくとも１０倍のその長手方向軸に対して垂直方向の荷重を支持することができる。

構造要素は、所与の幾何形状及び寸法の本体を画成する。構造要素は、前記内側部材のものと同じ材料で作られ前記所与の幾何形状及び寸法を有する単一部分からなる本体である参照要素によって支持され得る最大荷重よりも少なくとも１０倍大きな荷重を支持することができる。

いくつかの実施例によれば、外側部材は、その曲線部分に、単一層の厚紙を含むが、他の実施例によれば、曲線部分が２つ以上の厚紙層を含むこともできる。

いくつかの実施例によれば、構造要素は、第１の基礎構造及び第２の基礎構造のうちの一方又は両方の中に嵌め込まれる１つ又は複数の補強ピンを備えることができる。典型的には、１つ又は複数のピンは、第２の基礎構造の中に横断するように嵌め込まれる。

いくつかの実施例によれば、構造要素は、外側コーティング、例えば、耐火コーティング、耐液体コーティング、耐ひっかきコーティング及びその他の耐環境コーティングのうちの１つ又は複数を含むことができる。

本発明は、さらに、その態様のうちの他のものにより、上述の構造要素の１つ又は複数を備えたデバイスを提供する。デバイスは、例えば、車輪付きの車両、例えば自転車に使用するためのフレームであってよい。

次に、本明細書で開示される主題をより良く理解し、それを実際に実行することができる方法を例示するために、添付の図面を参照して、非限定的な例にすぎない実施例を説明する。

本発明による構造要素の概略的な等角図である。 図１に示される面ＩＩ−ＩＩに沿った、本発明による構造要素の実施例の概略断面図である。 図１に示される面ＩＩ−ＩＩに沿った、本発明による構造要素の実施例の概略断面図である。 図２の構造要素を形成するプロセスを概略的に示す図である。 図２の構造要素を形成するプロセスを概略的に示す図である。 図２の構造要素を形成するプロセスを概略的に示す図である。 本発明による構造要素のさらなる実施例の概略断面図である。 本発明による構造要素のさらなる実施例の概略断面図である。 本発明による構造要素のさらなる実施例の概略断面図である。 本発明による構造要素を備えた自転車のフレームの概略図である。

図１を参照すると、図には細長い構造要素２０が示されている。構造要素２０は、長手方向軸Ｌと、頂上２４から下方に延在する、上側にある曲線的な第１の基礎構造２２と、第１の基礎構造２２と一体になった、底部にある本質的に矩形の第２の基礎構造２６とを有する。細長い構造要素２０の外面は、耐火コーティング、耐液体コーティング、耐ひっかきコーティング及び他の耐環境コーティングなど、１つ又は複数のコーティングによって覆われる。

図２、３には、図１の平面ＩＩ−ＩＩに沿った断面である、本発明の２つの実例による構造要素の断面が示されている。両方の実例とも、構造要素２０は、細長い内側部材３０と、内側部材３０を囲む細長い外側部材３２とを含む。この非限定的な例示的な実施例では、内側部材３０は、これらの特定の実例では円形であるが、卵形、楕円又は多角形様などの構造も可能であり得る、曲線的な外周を有する外面を有する。内側部材３０は、典型的には木又は厚紙で作られる。

外側部材３２は、一重、二重又は多重の波形の厚紙／繊維板の構造であってよい厚紙で作られる。図で見られるように、外側部材３２は、この例示的な実施例では、内側部材３０を包み、その外面に緊密に連結され内側部材３０と相まって第１のコア−エンベロープ基礎構造２２を画成する曲線的な中間部分を有する。２つの側面部分３４は、曲線部分からそれと一体に延在する。側面部分は、互いに向かい合って接触し、一緒になって第２の層状基礎構造２６を画成する。

図２の実例では、側面部分３４は、２層の基礎構造２６を形成し、図３の実例では、側面部分３４は、内側に折り込まれて一緒になって４層の基礎構造２６を形成している。図２、図３は、本質的に概略的であり、（簡単にするために図２だけに示されている）Ｄ１とＤ２の相対的な寸法は、図示のものと異なってよいこと（例えば、Ｄ２が図示とは異なりＤ１と比べて比較的より長くてもよいなど）に留意されたい。本質的に概略的であること及び相対的な寸法に関するこの注意は、図面に示される他の実施例にも適用される。

例えば図２の構造である他の構造でも使用可能であるが、図３の構造によってさらに例示されるように、構造要素は、ピン４０のような１つ又は複数の補強ピンを含むことができる。ピン４０は、全体的に、第１の基礎構造２２又は第２の基礎構造２６の中に嵌め込まれる。典型的には、図に示されるように、ピン４０は、第２の構造２６の中に横断するように嵌め込まれる。

図で見えるように、側面部分は、側面部分３４の向かい合う面３６Ａと面３６Ｂの間を通る長手方向の対称面に対して互いに対称である。向かい合う面３６Ａ及び面３６Ｂは、典型的には、例えば接着によって、互いに固定される。やはりまた、曲線部分２２と部材３０の外面の向かい合う面も、例えば接着によって、適切に固定され得る。

次に、図４Ａ〜４Ｃを参照すると、図２に示される種類の構造要素の製造過程のステップが概略的に示されている。図４Ａに示される第１のステップでは、所与の厚さＴを有する波形厚紙シート５０を、最終的な構造要素において内側部材３０を構成するのでこの部材を示すのに同じ参照番号を使用する、細長い部材に接触させる。次いで、図４Ｂに示されるように、厚紙シートを部材３０に対して押し付けることで変形させ、最終的に図４Ｃに示されるように部材３０を包む。変形によって、波形厚紙シート５０が引っ張られるので波形厚紙シート５０は圧縮され、それによって、その厚さが、頂上２４で最小厚さＴ’であり、元の厚さＴを保つ側面部分の縁部に向かって徐々に増加するかたちで、シートに沿って変化するようになる。異なる構造をそれぞれ有する一体になった２つの基礎構造２２、２６の組み合わせによって、構造要素２０の向上された耐荷重能力及び耐屈曲能力を含む、改善された機械的特性が提供されるようになる。典型的には、これらの特性の改善は、異なる密度の異なる部材を組み合わせた結果、また典型的には、密度が外側部材に沿って不均一な結果として、構造要素内の密度が不均一になる結果でもある。例えば、そうした改善された特性は、同じ総重量及び同じ長さを有するが本発明の構造要素とは逆に実質的に均一な密度を有する参照構成要素と比べると、少なくとも２倍、５倍又はさらに１０倍の耐荷重能力又は耐屈曲能力の大きさの増加を提供する。

図５〜７には、外側部材３２の代替構造が概略的に示されている。図５では、外側部材３２は、外側部材の２つの向かい合う部分６０Ａ及び６０Ｂに変形された２つの波形厚紙シートから作られている。図６では、図５の構造とは異なり、側面部分が図３と同様の方法で折り込まれている。図７では、厚紙シートは、一度、図４Ａ、４ｂに示されるのと同様の方法で巻き付けられ、次いで側面部分が６２Ａ、６２Ｂで反対方向に折り込まれて部材３０まわりにもう１つの層を形成するように、部材３０まわりに２回巻き付けられている。

図２、３及び図５〜７に示される構造では、外側部材２２を形成するように変形される厚紙シートは、一重、二重又は多重の波形厚紙シートであってよい。

次に、図８を参照すると、本発明の実施例に従って構成された複数の構造要素２０を含むフレーム７０を有する自転車の一部が例示されている。構造要素は、本発明の特徴を具現化する同じ又は異なる構造を有することができると理解されたい。当然のことながら、構造要素は、異なる幾何形状に構成されてよく、接着により、補強ピンの使用によって若しくは任意の他の取り付け機構の使用によって他の要素に接合されてもよい。

Claims (40)

1. 細長い内側部材と、前記内側部材を囲む細長い外側部材と
   を備え、
   前記内側部材が、曲線的な外周の外面を有し、
   前記外側部材が、厚紙で作られ、前記内側部材を包み前記内側部材の前記外面に緊密に連結され前記内側部材と相まって第１のコア−エンベロープ基礎構造を画成する、曲線部分と、前記曲線部分からそれと一体に延在し互いに向かい合って接触し一緒になって第２の層状基礎構造を画成する２つの側面部分とを備える、
   構造要素。
2. 前記内側部材のものよりも著しく大きな耐荷重特性又は耐屈曲特性を有する、請求項１に記載の構造要素。
3. 前記内部部材のものよりも少なくとも２倍、５倍又はさらに少なくとも１０倍も大きな耐荷重特性又は耐屈曲特性を有する、請求項２に記載の構造要素。
4. 同じ長さ及び同じ重量であるが均一な密度を有する参照構造要素のものよりも少なくとも２倍、５倍又はさらに少なくとも１０倍も大きな耐荷重特性又は耐屈曲特性を有する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の構造要素。
5. 前記外側部材が、単一の厚紙シートから構成される、請求項１から４までのいずれか一項に記載の構造要素。
6. 前記外側部材が、２枚以上の厚紙シートから構成される、請求項１から４までのいずれか一項に記載の構造要素。
7. 前記外側部材が、一重又は多重の１枚又は複数の波形厚紙シートで作られる、請求項１から６までのいずれか一項に記載の構造要素。
8. 前記外側部材が、一体の前記第１の基礎構造及び前記第２の基礎構造を画成するように変形される一重又は多重の波形厚紙シートから構成される、請求項１から７までのいずれか一項に記載の構造要素。
9. 前記外側部材が、前記外側部材の向かい合う部分を一緒になって画成するように変形される一重又は多重の２枚の波形厚紙シートから構成される、請求項１から７までのいずれか一項に記載の構造要素。
10. 前記２つの側面部分の間を通る長手方向の対称面を有する、請求項１から９までのいずれか一項に記載の構造要素。
11. 前記外側部材の２つの前記向かい合う部分が、前記２つの側面部分の間を通る長手方向の対称面に関して互いに鏡像になっており、前記向かい合う部分のそれぞれが、前記曲線部分の半分と１つのそれぞれの側面部分とを画成する、請求項８に記載の構造要素。
12. 前記側面部分が、それらの第１の面で互いに固定される、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の構造要素。
13. 前記外側部材が、その異なる部分で変化する厚さを有する、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の構造要素。
14. 前記外側部材が、変形された単一片の厚紙シートで作られる、請求項１から１３までのいずれか一項に記載の構造要素。
15. 前記厚紙シートが、その元の未変形状態では、所与の厚さＴを有し、変形後、前記曲線部分が、その頂上においてＴよりも小さい厚さＴ’を有し前記側面部分に向かって徐々に増加する、請求項１４に記載の構造要素。
16. 前記側面部分が、厚さＴを有する、請求項１５に記載の構造要素。
17. 前記曲線部分内の単位表面積当たりの材料の比重量が、前記側面部分のものよりも大きい、請求項１から１６までのいずれか一項に記載の構造要素。
18. 前記側面部分が、本質的に互いに平行にある外面を有する、請求項１から１７までのいずれか一項に記載の構造要素。
19. 前記内側部材が、円形断面を有する、請求項１から１８までのいずれか一項に記載の構造要素。
20. 前記内側部材が、木又は厚紙で作られる、請求項１から１９までのいずれか一項に記載の構造要素。
21. 前記要素の重量の少なくとも１０倍のその長手方向軸に対して垂直方向の荷重を支持することができる、請求項１から２０までのいずれか一項に記載の構造要素。
22. 前記第１の基礎構造又は前記第２の基礎構造の一方又は両方の中に嵌め込まれる１つ又は複数の補強ピンを備える、請求項１から２１までのいずれか一項に記載の構造要素。
23. 前記１つ又は複数のピンが、前記第２の基礎構造の中に横断するように嵌め込まれる、請求項２２に記載の構造要素。
24. 前記構造要素が、外側コーティングを含む、請求項１から２３までのいずれか一項に記載の構造要素。
25. 前記外側コーティングが、耐火コーティング、耐液体コーティング、耐ひっかきコーティング及び他の耐環境コーティングのうちの少なくとも１つを含む、請求項２４に記載の構造要素。
26. 請求項１から２５までのいずれか一項に従ってそれぞれ構成される１つ又は複数の構造要素を備えるデバイス。
27. 前記１つ又は複数の構造要素によって形成されるフレーム構造を備える、請求項２６に記載のデバイス。
28. 請求項１から２５までのいずれか一項に記載の構造要素を備える車輪付き車両。
29. 請求項１から２５までのいずれか一項に記載の構造要素を備える自転車。
30. 構造要素を製造する方法であって、
    （ｉ）曲線的な外周を有する細長い部材、並びに（ｉｉ）第１の反対面及び第２の反対面を有する単一又は多数のシートの厚紙構造を用意するステップと、
    前記厚紙構造を前記細長い部材まわりに緊密に巻き付けられる中央部分であって、前記部分の前記第１の面が前記細長い部材の外面と密接して連結されそれによって第１のコア−エンベロープ基礎構造が画成される、中央部分を有し、前記中央部分と一体の第２の層状基礎構造を画成するように互いに向かい合う側面部分を有するように形成するステップと
    を（所与の順序で又は任意の他により）含む、方法。
31. 前記細長い部材に前記中央部分を固定するステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
32. 前記側面部分の向かい合う面を互いに固定するステップをさらに含む、請求項３０又は３１に記載の方法。
33. 前記中央部分を圧縮する又はひずませるステップを含む、請求項３０から３２までのいずれか一項に記載の方法。
34. 前記中央部分を圧縮する又はひずませるステップによって前記中央部分の厚さが前記形成するステップの前の前記シートの厚さよりも小さくなるようにするステップを含む、請求項３０から３２までのいずれか一項に記載の方法。
35. 前記構成要素の荷重支持能力又はその耐屈曲性が前記細長い部材のものよりも著しく高い、請求項３０から３４までのいずれか一項に記載の方法。
36. 前記荷重支持能力又は前記耐屈曲性が、前記内側部材のものよりも少なくとも２倍、５倍又はさらに少なくとも１０倍高い、請求項３５に記載の方法。
37. １つ又は複数の補強ピンを前記第１の基礎構造及び前記第２の基礎構造のうちの一方又は両方に挿入するステップを含む、請求項３０から３６までに記載の方法。
38. 前記補強ピンのうちの１つ又は複数を前記第２の基礎構造の中に横断するように挿入するステップを含む、請求項３７に記載の方法。
39. 前記構造要素をコーティングするステップを含む、請求項３０から３８までのいずれか一項に記載の方法。
40. 前記コーティングが、耐火コーティング、耐液体コーティング、耐ひっかきコーティング及び他の耐環境コーティングのうちの少なくとも１つ又は複数を前記構造要素に塗付するステップを含む、請求項３９に記載の方法。

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