JPH0321580A

JPH0321580A - Ｆｒｐ製二輪車フレームの製造方法

Info

Publication number: JPH0321580A
Application number: JP1156617A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Takeda; 敏和竹田; Hiromi Kimura; 浩巳木村; Hironori Maikuma; 毎熊　宏則; Nobuyuki Tsuji; 辻　信之; Kenji Kubomura; 健二久保村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-06-19
Filing date: 1989-06-19
Publication date: 1991-01-30

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】（産業上の利用分野）本発明は、樹脂を含浸させた連続繊維（ブリブレグ）を
用いて、繊維強化プラスチック（Ｆ　Ｒ　Ｐ）製二輪車
のフレームを製造する方法に関するものである。

（従来の技術）一般に二輪車フレームは、鉄系素材や、アルミニウム、
チタン等の金属を溶接して形或されている。しかし近年
、高級化や軽量化を目指して、炭素繊維やアラミド繊維
を用いたＦＲＰ製の二輪車フレームが製造されてきてい
る。

従来、このＦＲＰ製の二輪車フレームは、ＦＲＰ製のパ
イプと、アルミニウム等の金属製のジョイント（ラグ）
を接着剤で接着した構遣をとっていた。しかし、極限の
軽量化や用途に応じた理想的なフレーム性能（強度、剛
性等）を実現する手段としては、ラグ部分もＦＲＰで形
成されたフレームが最適と考えられており、現７１ミさ
まざまなタイプのＦＲＰ製の二輪車フレーム成形が試み
られている。

このＦＲＰ製の二輪車フレームの成形方法は、上述の、
金属製のラグとＦＲＰ製のパイプを接着する方法の他、
ＦＲＰ製のパイプとＦＲＰ製のラグを接着する方法（分
割成形方法）と、フレーム全体を一度に或形する方広（
一体成形方法）に分類される（プラスチックエイジ，　
１９８８年６月号，ｐｐ．　１３４〜１４０参照）．こ
れらのいづれの方法でも、ラグの部分で前フォークステ
ムや後車輪等の他のパーツとの取り付け面にあたるとこ
ろでは、強度、耐久性や加工性の面から、現状では金屈
製の金具を挿入する必要がある。

分割成形方法は、二輪車フレームのバイブとラグをそれ
ぞれ予め別々に作る方法であり、このため、各箇所での
肉厚のコントロールが容易で、軽量化を達戊する手段と
しては有効である。しかし、別々に戊形したパイプとラ
グを接着剤で接着しなければならないため、高度の接着
技術が要求され、且つ、接着部の強度保証が困難である
という欠点を有していた。

これに対し一体成形方法は、フレームにバイブとラグの
接着面が無いことから強度保証上の問題はない。また、
デザインの自由度が大きいため、ファッション性の追及
のためにはｈ゛望な方法であると考えられている。しか
し、複雑な３次元構造である二輪車フレームを一度に成
形するためには、非常に高度な技能を必要とし、且つ生
辻性も非常に低くなる。特に寸法精度を良好に或形する
ことは困難であり、研磨等の後加工を必要とする。この
後加工は生産性の低下ばかりではなく、繊維が削られる
ことによる強度、剛性の低下をきたし、強度設計や剛性
設計を困難にしていた。更に、従来のフレームのように
、バイブを切断してフレームサイズを調整することがで
きず、フレームサイズ毎にフレーム全体の型（全体型）
を必要とするため、生産コストを上昇させていた。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、上述の課題に鑑み、二輪車フレームとしての
強度を保証しつつ、軽量でデザインの自由度の大きなオ
ールＦＲＰ製二輪車フレームを、低コスト、高生産性で
製造可能とし、フレームのサイズ変更にも容易に対応で
きる製造方法の提供を目的とするものである。

（課題を解決するための手段）本発明は、プリブレグを用いて、二輪車フレームの上バ
イプ、下バイブ、竪バイブ、チェーンステー、後フォー
ク等の部品を各々予め成形し、前記各部品をフレーム形
状に配置した後、ラグ部分を成形するとともに、二輪車
フレーム全体の組み立ても同時に行なうことを特徴とす
るＦＲＰ製二輪車フレームの製造方法である。

即ち本発明は、一体成形方法のように複雑な形状を一度
に成形するのではなく、個々の部品に相当するパイプを
別々に成形し、その後、ラグの部分を戊形するため、高
度な技能は必要とせず、生産性は向上する。また、個々
の部品の成形は容易であるため、肉厚、外観のコントロ
ールやそれに伴う軽量化が容易に達成される。また、分
割成形方法と同様に、フレーム成形時にパイプを切断し
てフレームサイズを調整することができるため、オーダ
ーメイドでの細かいサイズ調整が可能であり、また、サ
イズ毎の全体型を必要としないため、生産コストは一体
成形方法よりも低減される。

ラグの部分は、硬化したパイプに、樹脂を含浸したｗ４
維（ブリブレグ）を積層し、加圧、加熱硬化することに
より成形する。このため、硬化したもの同士を接着剤で
接着する分割成形方法に比べて接着力は大きく、特別な
接着技術も不要である。

また、デザインの自由度が大きく、接着面積も大きくと
ることができる。

即ち本発明は、分割成形方法の欠点であった接着強度の
不安定性、デザインの自由度の少なさと、一体成形方法
の欠点であった生産性の低さ、コスト高、フレームサイ
ズの白山度の少なさの、両方を一挙に解決することがで
きる。

また本発明においては、ラグ成形時に、ラグを？成する
部品と、ラグに挿入する金具の周りに、或は、ラグと、
金具を接合したプリプレグの周りに発泡体または樹脂を
配設することができ、これにより任意形状のラグの戊形
が可能となる。

（作　　用）以下図に示す具体例に基づいて本発明を詳細に説明する
。

第１図はフレーム全体の成形方法を説明する斜視図であ
る。先ず、ＦＲＰ製の、上パイブ１、下パイプ２、竪パ
イブ３、後フォーク４、チェーンステ−５等の部品を成
形する。成形方法は、フィラメント●ワインディング、
シ一ト●ワインディング、内圧成形法等、通常のバイブ
成形法であればどのよう■な方法でも可能である。また
、成形上の理由や強度、剛性等、その特性上の理由から
、中に発泡体等が充填された中実構造になっていてもよ
い。また、各パイプは必ずしも独立で作る必要はなく、
例えば後フォーク４とチェーンステ−５と後爪６が一体
になった構造であってもよい。

これらのパイプ１〜５と、後爪６、ヘッドパイブ７、シ
ートバイブ８、ハンガーラグ９を、第１図のように治具
ｌＯを用いて所定寸法通りに固定する。後爪６、ヘッド
パイブ７、シートパイブ８、ハンガーラグ９の金具は、
所定の形状、寸法で、アルミニウム等の金属で予め製作
されたものである。これらの金具６〜９は、前フォーク
ステムや後本輪等、他のパーツとの取り付け面にあたり
、ネジ山加工や、強度、耐久性が要求されるため、金属
で作ることが望ましいが、可能であれば、ＦＲＰ等の他
の素材を用いてもよい。また、パイプ１〜５は、予め長
く成形したものを所定寸法に切断しても良いし、初めか
ら所定寸法通りに成形してもよい。治具ｌＯは、金具６
〜９を精度良く固定できるものであれば、形状、材質、
固定方法等は問わない。

これらの、固定された金具とパイプに、ブリブレグを、
設計強度や設計剛性を満たすように積層して、両者がプ
リブレグを介してつながるようにする。その後、このブ
リブレグを加圧、加熱して硬化させることにより、ラグ
部分を成形する。この場合、ラグ部分の成形が即ちフレ
ームの成形となり、工程を短縮することができる。また
、本方法では、硬化したパイプに未硬化のプリプレグを
積層して接着（二次接着）しているため、分割成形法の
ように硬化したもの同士を接着する場合に比べ、より強
く、且つ信頼性の高い接着力が得られる。

なお、上述の戊形法ではラグ部分の形状の自由度は小さ
いが、第３図に示したように、金具７とパイブ１，２の
周辺に、所望の形状になるように発泡体または樹脂製の
充填物ｌ３を充填し、その上からブリブレグｌ４を設計
強度や設計剛性を満たすように積層し、このブリプレグ
ｌ４を加圧、加熱して硬化させることにより、任意のラ
グ部分の形状が成形可能となる。この場合、例えば第２
図のようなデザインの二輪車フレームが製造可能である
。

充填物の形状を出すためには、所望形状の雌型を用いて
もよく、バルク材を所望形状に切り出してもよい。また
、必要となる部位において充填物を成形してもよく、予
め成形した充填物を必要部位に突き当ててもよい。充填
物は、プリブレグの硬化温度までの耐熱性があればどの
ようなものでもよく、発泡ウレタンや発泡フェノール、
エボキシ樹脂等が使用可能である。

充填物は、軽量化のためには発泡体が望ましいが、この
場合、金具にかかる力は、発泡体を通して伝わりにくい
。そのため、第２図のハンガーラグ部ｌ２のように、そ
の構造上、金具とＦＰＲの接着面積が小さい場合には、
ＦＲＰに、金具との接着部分で応力集中がおこり、フレ
ームの耐久性が低下する。

上述の欠点は、第４図のように、バイプ２，３，５と金
具９をブリブレグｌ５で予め接合した後、その周囲に充
填物Ｉ３を充填し、さらにその上にプリブレグｌ４を設
計強度や設計剛性を満たすように積層し、加圧、加熱し
て硬化させることにより解決される。すなわちこの場合
、金具９にかかる力は、効果的にパイプ２，　　３．　
　５を通してフレーム全体に伝わり、応力集中を起こす
ことはない。また、この場合、パイプと金具の接合部分
１５は、パイプの軸心方向に力を伝えるだけでよく、強
度や剛性は必要としないので、多量のプリプレグを必要
とせず、効果的に軽量化を達成できる。

バイブと金具の接合部のプリブレグｌ５は、充填物を充
填する前に硬化させても未硬化のままでもよい。即ち、
接合用のブリブレグｌ５が未硬化であっても、後でラグ
部分全体を加熱して表層のブリプレグｌ４を硬化させる
ときに同時に接合用ブリプレグｌ５も硬化する。二輪車
を製込する場合、上述の、パイプと金具を予め接合用プ
リプレグで接合するラグ部製造法は、全てのラグ部に用
いても、一部のラグ部に用いてもよい。

パイプ及びラグ部分に使用される強化繊維及び樹脂は、
通常のＦＲＰとして使用されるものであればどのような
ものでもよく、強化繊維としては炭素繊維、アラミド繊
維、ガラス繊維等が使用可能であり、樹脂としてはエポ
キシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等
が使用口Ｊ能である。

本方法は、自転車やバイク等の二輪車フレーム成形に利
用できる。

（実　施　例）以下、実施例として第５図の自転車フレームを製作した
例を図面に基づいて説明する。

第１図の金具６〜９は、アルミニウムで製作した。パイ
プ１〜３はエポキシ樹脂含浸の炭素繊維の一方向及びク
ロスプリブレグを用いて、ｐ号圧ノ戊形法で製作した。

上パイプ１は、外径８０＋ｉｉ＋ｓ，厚さ１ｍｍのバイ
ブを長さ６５０ｍｍに切断した。下パイブ２は、外径８
０ｍ＋＊，厚さＩＩｌｍのパイプを長さ７５０＋ｏｎ＋
に切断した。竪パイプ３は、第５図に示した５℃形断面
で、厚さ１關のものを５５０ｍｍに切断した。

チェーンステ−４、後フォーク５は後爪６と一体で成形
した。この部材は発泡ウレタンを芯材に用い、その上に
エポキシ樹脂含浸の炭素繊維の一方向及びクロスプリブ
レグを積層し、加熱、硬化して製作した。この部材は左
右一対が必要なため、２個製作した。チェーンステーは
外径３０ｍ＋ｓ，ＦＲＰの厚さ１ｍｍ，長さ４００ｍｍ
であり、後フォークは外径３０＋ａｍ，　Ｆ　Ｒ　Ｐの
厚さ１關、長さ５５０關であった。

続いて治具ｌＯで、パイプ１〜５と金具６〜９をクラン
プｉｆで固定した。ハンガーラグ９と、下パイブ２と竪
パイプ３とチェーンステ−５は、第４図のように、エポ
キシ樹脂含漫の炭素繊維のクロスプリブレグｌ５を用い
て接合した。同様に、シー１・バイブ８と、上バイプ１
と竪パイプ３と後フォーク４を、エボキシ樹脂含漫の炭
素繊維のクロスプリブレグを用いて接合した。

続いて、石膏製雌型を用いて予め形状通りに製作した発
泡ウレタン１３を各ラグ部分の必要箇所に突き当て、そ
の上にエボキシ樹脂含漫の炭素繊維の一方向及びクロス
プリプレグｌ４を厚さ１＋ＩＩＩ１に積層し、加熱炉で
１２０℃，２時間加熱し、プリブレグを硬化させて自転
車フレームを成形した。

得られたフレームは、パイプ、ラグ部分共に設計強度、
剛性に沿った理想に近い厚みのもので、重ｍｔ２ｏｏｇ
と、金属製の従来のＦＲＰ製をも凌ぐ、軽量な自転車の
フレームであった。

（発明の効果）以上詳細に説明したように本発明は、ＦＲＰ製二輪車フ
レームの成形にあたり、ラグに挿入する金具と、パイプ
とを予め製作しておき、ラグの部分を成形すると同時に
、全体成形を行なう方法であり、これにより、デザイン
の自由度の大きなフレームを、任意のフレームサイズで
製作できる。

また、各部材を分割して成形できることから、複雑な形
状のものでも単純化できるため、生産性が向上し、成形
品の肉厚コントロールが容易になるため、フレームの大
幅な軽量化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、フレーム全体の成形方法を説明する斜蜆図、
第２図は製作したフレームの正面図、第３図はへッドラ
グ部分の成形方法を説明する断面図、第４図はハンガー
ラグ部分の成形方法を説明する断面図、第５図は竪バイ
ブの断面図である。１・・・上パイブ　　　　　　２・・・下バイプ３・・
・竪パイブ　　　　　　４・・・後フォーク５・・・チ
ェーンステ−　　　６・・・後　爪７・・・ヘッドバイ
ブ９・・・ハンガーラグ１１・・・囚定用治具１３・・・発泡ウレタンｌ５・・・接合用ブリブレグ８・・・シートバイブ１０・・・クランプｌ２・・・ハンガーラグ部ｌ４・・・プリブレグ第１図復代理人弁凱士田村弘明第２図第３図，ｂ≠　ノ３／ノ手糸売補正書（自発）平戒２年４　月４日第４図第５図平或ｌ年特許願第１５６６１７号２．発明の名称ＦＲＰ製二輪車フレームの製造方゛法３．補正をする者事件との関係　特許出願人住所　東京都千代田区大手町２丁目６番３号名称　（６
　６　５）新日本製鐵株式会社代表渚　齋　　藤　　　
裕４．復代理人住所　東京都台東区蔵前３丁目４番５号明細書（発明の
詳細な説明の４ＩｊＩ）及び図面１１）（２）（３）明細書９頁５行「しているため、」の次ぎに「接着面へ
の加圧が容易になることから、」を挿入する．同１２頁４行目「第５図」とあるのを、「第２図」　と
補正する．図面・第１図を添付の通り補正する．復代理人　弁理士　田　村　弘　明第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）樹脂を含浸させた連続繊維を用いて、二輪車フレ
ームの上パイプ、下パイプ、竪パイプ、チェーンステー
、後フォーク等の部品を各々予め成形し、前記各部品を
フレーム形状に配置した後、ラグ部分を成形するととも
に、二輪車フレーム全体の組み立ても同時に行なうこと
を特徴とする二輪車フレームの製造方法。
（２）ラグ部分成形時に、ラグを構成する部品とラグに
挿入する金具の周りに発泡体または樹脂を配設し、その
上に樹脂を含浸させた繊維を積層して、所望形状のラグ
部分を成形する請求項１記載のＦＲＰ製二輪車フレーム
の製造方法。
（３）ラグ部分成形時に、ラグを構成する部品とラグに
挿入する金具を樹脂を含浸させた繊維を用いて接合し、
その後前記接合部の周りに発泡体または樹脂を配設し、
更にその上に樹脂を含浸させた繊維を積層して所望の形
状のラグ部分を成形する請求項１記載のＦＲＰ製二輪車
フレームの製造方法。