JPH04314682A

JPH04314682A - 自転車

Info

Publication number: JPH04314682A
Application number: JP7897791A
Authority: JP
Inventors: Hajime Sato; 元佐藤; Hiroshi Hirakawa; 弘平川; Koji Nishibe; 西部　功而
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1991-04-11
Filing date: 1991-04-11
Publication date: 1992-11-05

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軽量で乗心地がよく、
さらに耐久性に優れた自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自転車は、鉄製のパイプをフレー
ム等の構造部材として用いて組み立てられている。そし
て、近年においては、軽量化による運動性能の向上、乗
心地性の改善、耐久性の向上等をはかるために鉄製のパ
イプに代えて軽量のパイプ、例えば、合金系の鉄パイプ
、アルミ系の合金パイプ、チタン系のパイプ、ＣＦＲＰ
（炭素繊維強化熱硬化性樹脂）／金属ハイブリッドパイ
プ、ＣＦＲＰパイプ等の繊維強化熱硬化性樹脂パイプな
どを用いることが提案されている。

【０００３】これらのパイプのうちで最も軽量なのは繊
維強化熱硬化性樹脂パイプであり、なかでもＣＦＲＰパ
イプが剛性が高い等のために注目されている。しかしな
がら、ＣＦＲＰには衝撃で損傷を受け易く、圧縮強度が
弱く、水分吸収により機械的特性が劣化する等の欠点が
あるために、ＣＦＲＰパイプを自転車の構造部材として
実際に使用するまでには至っていない。そこで、衝撃損
傷に対して強くするために炭素繊維の他にアラミド繊維
やガラス繊維を配合していわゆるハイブリッドの繊維強
化熱硬化性樹脂パイプとしたり、薄肉の金属パイプの表
面にＣＦＲＰ層を形成したりすることが試みられている
が、この場合、軽量化が或る程度犠牲になるという問題
がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、繊維補強熱
可塑性樹脂パイプを構造部材として用いてはいるが、軽
量で乗心地がよく、さらに耐久性に優れた自転車を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の自転車は、熱可
塑性樹脂をマトリックスとするプリプレグを熱膨張性の
中子と該中子の外側に配された円筒状外型との間に介在
させ、該中子を熱膨張させてなる繊維補強熱可塑性樹脂
パイプを構造部材として用いてなることを特徴とする。

【０００６】このように本発明では、特定の繊維補強熱
可塑性樹脂パイプを構造部材として用いるために、軽量
化をはかることができ、さらに乗心地性および耐久性を
向上させることが可能となる。以下、本発明の構成につ
き詳しく説明する。一般に、熱可塑性樹脂であるポリエ
ーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）　に代表されるよう
ないわゆるエンジニアリングプラスチックスをマトリッ
クスとする連続繊維強化複合材料（プリプレグ）は、靭
性、耐熱性、耐環境性がエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂
をマトリックスとする複合材料に比して格段に優れてい
る。従来、このような熱可塑性樹脂をマトリックスとす
るプリプレグでパイプを製造する場合、例えば、帯状の
プリプレグシートを金属製等のマンドレルに巻き付ける
ことによるワインディング法によっていた。しかし、熱
可塑性樹脂をマトリックスとするプリプレグは、室温に
おいてタック性や可塑性がないばかりでなく、薄いシー
ト状の形態にしても繊維で補強された硬い板状物に変わ
りはないため剛性が高い。このため、ワインディング法
でパイプをつくる場合、プリプレグシートの積層プライ
間を密着させることが難しく、積層プライ間にボイドが
形成され易いので得られるパイプの品質にバラツキが生
じるという問題があった。

【０００７】そこで、本発明では、熱可塑性樹脂をマト
リックスとするプリプレグを熱膨張性の中子と該中子の
外側に配された円筒状外型との間に介在させ、該中子を
熱膨張させることにより得られる品質の安定した繊維補
強熱可塑性樹脂パイプを使用する。この繊維補強熱可塑
性樹脂パイプとしては、断面が円形で真っ直ぐな直管ば
かりでなく、曲がり管、長手方向において部分的に潰れ
た管、断面が偏平な管、先細り管などの異形管、これら
の組み合わされた形状のものであってもよい。この繊維
補強熱可塑性樹脂パイプは下記■のようにして得ること
ができる。

【０００８】■　　まず、熱可塑性樹脂をマトリックス
とするプリプレグを図１に示すような円筒状外型１に横
断面が中空形状となるように装填する。熱可塑性樹脂を
マトリックスとするプリプレグは、具体的には、複数本
の連続繊維を引き揃えて一方向に帯状に配列した一般に
トウと呼ばれる繊維束にマトリックスの熱可塑性樹脂を
含浸させたもの（一方向引き揃えのプリプレグ（ＵＤプ
リプレグ）　）などである。シート状又は短冊状（スリ
ットテープ）をしている。このプリプレグを構成する繊
維束に用いる繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、ア
ラミド繊維（芳香族ポリアミド繊維）、炭化珪素繊維、
ボロン繊維、アルミナ繊維等の耐熱性を備えた強度の大
きい連続繊維を例示することができる。

【０００９】また、マトリックスの熱可塑性樹脂として
は、特に限定されるものではないが、例えば、ポリエー
テルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）　、ポリフェニレンサ
ルファイド（ＰＰＳ）　、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ
）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）　、ポリアリレ
ンケトン、ポリアリレンサルファイド、ポリアリルイミ
ド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリイミドスルフ
ォン、ポリスルフォン、ポリエステル等の高融点又は高
軟化点の熱可塑性樹脂である。

【００１０】熱可塑性樹脂をマトリックスとするプリプ
レグを円筒状外型１に横断面が中空形状となるように装
填するに際しては、短冊状のプリプレグで編組した筒状
のプリフォームを円筒状外型１内に挿入すればよい。ま
た、シート状のプリプレグを渦巻状に巻回して筒状とし
、これを円筒状外型１内に挿入してもよい。円筒状外型
１は、塑性変形可能であって、成形時の加工温度に耐え
得る耐熱性に優れたものがよく、例えば銅パイプ等の金
属パイプである。

【００１１】つぎに、図２に示すようにプリプレグ２の
中空部に中子３を挿入する。中子３は、熱膨張性のもの
であって、具体的にはフッ素系樹脂からなる中実又は中
空のマンドレルである。フッ素系樹脂としては、ポリテ
トラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ、商品名テフロン）　
、ポリ弗化アルコキシエチレン樹脂（ＰＦＡ）　、弗化
エチレンプロピレンエーテル共重合体樹脂（ＦＥＰ）　
等の熱膨張性が大で耐熱性の高い樹脂を例示することが
できる。

【００１２】ついで、プリプレグ２を構成する熱可塑性
樹脂の可塑化温度以上の温度にプリプレグ２および中子
３を加熱してプリプレグ２の中空部内で中子３を熱膨張
させ、熱可塑性樹脂を溶融させると共に中子３の熱膨張
による押圧力でプリプレグ２を型締めする。この後、円
筒状外型１と共にプリプレグ２および中子３を冷却し、
中子３をプリプレグ２の中空部から引き抜くと共に円筒
状外型１を除去することにより、図３に示すような形状
のパイプ４を得ることができる。異形管を得るには、例
えば、図２に示すようにプリプレグ２の中空部に中子３
を挿入した後に全体を塑性変形させればよい。具体的に
は、例えば、円筒状外型１の長手方向において全体を湾
曲させればよく、これにより曲がり管を得ることができ
る。このように中子３の熱膨張による押圧力でプリプレ
グ２を型締めするために、積層プライ間にボイドが形成
されないので品質の安定した繊維補強熱可塑性樹脂パイ
プが得られる。

【００１３】■　　本発明では、この繊維補強熱可塑性
樹脂パイプを自転車のフレーム等の構造部材として使用
する。この場合、構造部材の一部であっても大部分であ
ってもよい。例えば、ヘビーデューティーな部位に適用
すれば主として長寿命化に寄与し、重量の大きな部位に
適用すれば主として軽量化に寄与し、また振動伝達の経
路に当たる部位に適用すれば主として振動減衰（乗心地
）に寄与する。

【００１４】図４〜図７に繊維補強熱可塑性樹脂パイプ
が使用される構造部材の一例を具体的に示す。図４は自
転車の骨格の一部を示したもので、図４中、１１はトッ
プチューブを、１２はダウンチューブを、１３はシート
チューブを、１４はチェーンステーを、１５はシートス
テーを、１９はヘッドチューブをそれぞれ表わす。図５
は自転車のハンドル部分を示したもので、図５中、１６
はハンドルバーを、１７は前フォーク直管を、１８は前
フォーク曲管をそれぞれ表わす。図６は自転車のサドル
部分を示したもので、図６中、２０はサドル２２に連結
したシートピンを表わす。図７は自転車のクランク部分
を示したもので、図７中、２１はペタル２３に連結した
クランクを表わす。

【００１５】繊維補強熱可塑性樹脂パイプ同士の連結に
は、例えば従来から用いられている金属製継手を用いれ
ばよい。このためには、繊維補強熱可塑性樹脂パイプの
一端に予め金属製継手を組み込んでおくことも可能であ
る。これは、より高い組み付け精度を出したり、締結部
位の振動疲労等に対する信頼性を増すのによいからであ
る。この金属製継手には金属部品部分でパイプの脱着が
可能となる手段を施しておけば（例えば、リベット止め
やネジ止め）、自転車の乗心地を変えて楽しんだり、パ
イプが損傷を受けた場合にそのパイプのみを交換して自
転車を修理したり、その部分で自転車を分解して小さく
することで可搬性を増したりする機能を付加することが
可能となる。

【００１６】

【実施例】

実施例１ＡＰＣ−２／ＡＳ４（ＩＣＩ−Ｆｉｂｅｒｉｔｅ社製の
ＰＥＥＫをマトリックスとする炭素繊維プリプレグ）　
を、図２に示すように中子３と円筒状外型１との間に介
在させ、ついで中子３を熱膨張させることにより２種類
の繊維補強熱可塑性樹脂パイプ（以下、ＴＰＣパイプと
いう）を作製した。これらのＴＰＣパイプの寸法は、そ
れぞれ、±３０°の積層構成で長さ５００　ｍｍ、肉厚
１．５　ｍｍであって、外径は一方のものが２８．６　
ｍｍ　、他方のものが１８．０　ｍｍ　であった。

【００１７】これらのＴＰＣパイプを図４に示す構造部
材（フレーム）として用い、かつこれに車輪等の部品を
組み込んでマンウテンバイクを作製した。この場合、外
径１８．０　ｍｍ　のＴＰＣパイプは図４におけるチェ
ーンステー１４、シートステー１５の材料として、外径
２８．６　ｍｍ　のＴＰＣパイプは図４におけるこれら
以外の材料として使用した。また、継手は従来の自転車
と同様に金属性のもの用いて、その嵌め込み部は接着剤
にて接合し、全体を締結した。

【００１８】得られる自転車の重量は、フレームのみで
１．５　ｋｇであった。この自転車の乗心地性を１０人
のモニターのフィーリングにより調べたところ、表１に
示すように、１０人中９人がＡランク（極めて良い）の
評価を下し、残る１人はＢランク（良い）の評価を下し
た。また、４００　時間のサンシャインウェザオメータ
でフレームの耐候性を調べたところ、ＴＰＣパイプの外
観的な劣化は何ら認められなかった。

【００１９】実施例２実施例１におけると同様にしてＴＰＣパイプを作製した
。このＴＰＣパイプを図４に示す構造部材（フレーム）
として用いると共に図５および図６に示す構造部材とし
て用い、かつこれに車輪等の部品を組み込んでマンウテ
ンバイクを作製した。この場合、図４から図６において
、前フォーク直管７、前フォーク曲管８、およびヘッド
チューブ９の肉厚をそれぞれ２．５　ｍｍ、ハンドルバ
ー６およびシートピン１０の肉厚をそれぞれ１．５　ｍ
ｍ、クランク１１の肉厚を３ｍｍとした。継手は実施例
１と同様な接着継手の他に、ボルトやリベットによる機
械的継手も用いた。

【００２０】得られる自転車の重量は、自転車全体で７
．５　ｋｇであった。この自転車の乗心地性を１０人の
モニターのフィーリングにより調べたところ、表１に示
すように、１０人中全員がＡランク（極めて良い）の評
価を下した。また、４００　時間のサンシャインウェザ
オメータでフレームの耐候性を調べたところ、ＴＰＣパ
イプの外観的な劣化は何ら認められなかった。

【００２１】比較例１パイプが鉄製であって接合方法が鑞付けであることを除
いて、実施例１におけると同様にマンウテンバイクを作
製した。得られる自転車の重量は、フレームのみで６．
０　ｋｇで、自転車全体で１９　ｋｇ　であった。この
自転車の乗心地性を１０人のモニターのフィーリングに
より調べたところ、表１に示すように、１０人中１人が
Ａランク（極めて良い）、３人がＢランク（良い）、６
人がＣランク（わるい）の評価を下した。また、４００
　時間のサンシャインウェザオメータでフレームの耐候
性を調べたところ、塗装の変色や膨れが認められた他に
パイプの熔接箇所からいたるところに錆汁が発生してい
た。

【００２２】比較例２エポキシ樹脂／炭素繊維のコンポジットパイプ（ＣＦＲ
Ｐパイプ）を用いることを除いて、実施例１におけると
同様にマンウテンバイクを作製した。得られる自転車の
重量は、フレームのみで２．２　ｋｇで、自転車全体で
９　ｋｇ　であった。この自転車の乗心地性を１０人の
モニターのフィーリングにより調べたところ、表１に示
すように、１０人中４人がＡランク（極めて良い）、５
人がＢランク（良い）、１人がＣランク（わるい）の評
価を下した。また、４００　時間のサンシャインウェザオメータでフ
レームの耐候性を調べたところ、パイプの表面に若干の
変色、細かなひび割れ、曇り等が発生していた。

【００２３】表１から、本発明の自転車（実施例１、２）が従来の自
転車（比較例１、２）に比して軽量であり、乗心地もよ
く、耐久性に優れていることが判る。また、各モニター
にこれら４例についてアンケートを取ったところ、実施
例１、２、比較例２はいずれも軽かったが、特に実施例
１、２では軽快感と振動吸収性がよくマッチして乗心地
がよいという意見が８０％を占めた。逆に、比較例２で
は、６０％のモニターがゴツゴツした感じを欠点として
取り上げていた。比較例１については、大半のモニター
が重くて乗りにくいことを指摘していた。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、自
転車の軽量化、乗心地性および耐久性の向上をはかるこ
とが可能となる。本発明は、マウンテンバイクのほか一
般走行用自転車やロードレース用自転車にも適用可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる円筒状外型を示す斜視説明図で
ある。

【図２】円筒状外型とプリプレグと中子との位置関係を
示す斜視説明図である。

【図３】繊維補強熱可塑性樹脂パイプの一例を示す斜視
説明図である。

【図４】自転車の骨格の一部を示す説明図である。

【図５】自転車のハンドル部分を示す説明図である。

【図６】自転車のサドル部分を示す説明図である。

【図７】自転車のクランク部分を示す説明図である。

【符号の説明】

１　　円筒状外型、２　　プリプレグ、３　　中子、４
　　パイプ、１１　　トップチューブ、１２　　ダウン
チューブ、１３　　シートチューブ、１４　　チェーン
ステー、１５　　シートステー、１６　　ハンドルバー
、１７前フォーク直管、１８　　前フォーク曲管、１９
　　ヘッドチューブ、２０　　シートピン、２１　　ク
ランク、２２　　サドル、２３　　ペタル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　熱可塑性樹脂をマトリックスとするプ
リプレグを熱膨張性の中子と該中子の外側に配された円
筒状外型との間に介在させ、該中子を熱膨張させてなる
繊維補強熱可塑性樹脂パイプを構造部材として用いてな
る自転車。