JPH07398Y2 - 自転車のフレーム結合部材 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、自転車のフレームを互いに結合する結合部材
に関する。

［従来の技術］ 従来の自転車のフレームの生産方式としては溶接方法、
らせんで引き締めるか又は粘着剤をもって粘着させる方
法によって結合部本体とフレームとを接合することによ
り組み立てをおこなう。

［考案が解決しようとする課題］ カーボン（carbon）繊維／エポキシ樹脂（epoxy resi
n）をフレームの結構材料として使うのは新規な方法で
ある。これらの材料はその重量は軽いし、抗張力が強い
という長所がある。ただしこれらの材料は旋盤で加工し
にくいし、溶接することができないという欠点がある。
大部分の業者はやはり粘着剤を以って接合することが多
いが粘着剤により接合するときには次の様な問題があ
る。

（１）施工は不便で時間がかかる。その過程としては粘
着剤を塗布し、組み合わせ加熱しそして硬化する。その
所要時間は0.5から２時間である。

（２）粘着剤はややもすれば空気泡（あわ）が形成され
る欠点がある。それは接合の強さを弱めるし継ぎ目の個
所は弛んでややもすれば接合不良をおこす。

（３）粘着剤で接合したものは品質が不安定であり、し
かもコントロール（control）しにくく、フレームの安
全性に影響する。

上記以外にも粘着剤で接合したフレームは万一損傷した
場合には修理又は部品の入れ換えが殆ど不可能となる。
前述の如く、従来の結合部材をもって複合材料からなる
フレームのパイプ等を接合する方法では業者の大量生産
の目的は達せられない。

本考案の目的は、カーボンファイバー複合部材からなる
フレームに対しても継ぎ目の個所を堅固にし得る自転車
のフレーム結合部材を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本考案によれば、前述の目的は、自転車のフレームを互
いに結合する結合部本体と、この本体に設けられてお
り、前記フレームと嵌合する結合部の少なくとも二つ
と、前記結合部の夫々において、前記互いに嵌合された
結合部及びフレームに取り付けられており、予め設定さ
れた温度範囲で収縮又は拡大する形状記憶合金からな
り、前記温度範囲で収縮又は拡大することによって前記
結合部と共働してフレームを結合する環状体の少なくと
も二つとを備える自転車用フレームの結合部材によって
達成される。

［作用］ 本考案の自転車用フレームの結合部材によれば、結合部
本体に設けられており、フレームと嵌合する結合部の夫
々において、形状記憶合金からなる環状体が、互いに嵌
合された結合部及びフレームに取り付けられており、予
め設定された温度範囲で収縮又は拡大することによって
結合部と共働してフレームを結合する。これにより、カ
ーボンファイバー複合部材からなるフレームに対しても
結合部と環状体との間の結合力、環状体とフレームとの
間の結合力及び結合部とフレームとの結合力の三つの機
械的に噛み合う力により継ぎ目の個所を堅固にすること
ができる。さらに、フレームの取り付け及び取り外しが
迅速に行え、修理及び部品を入れ替えることも可能であ
る。また、結合部とフレームとの間の結合面積を少なく
することが可能となり、結合部本体の重量を減らすこと
ができる。

本考案の結合部材においては、結合体の夫々が、フレー
ムに挿入されるよう構成されており、環状体が結合部及
びフレームに対して外側にあり、前述の所定の温度範囲
で収縮するようにしてもよい。これにより、カーボンフ
ァイバー複合部材からなるフレームに対しても結合部、
環状体及びフレームの三つが相互に機械的に噛み合う力
により継ぎ目の個所を堅固にすることができる。

本考案の結合部材においては、結合体の夫々が、フレー
ムを受容するよう構成されており、環状体結合部及びフ
レームに対して内側にあり、前述の所定の温度範囲で拡
大するようにしてもよい。これにより、カーボンファイ
バー複合部材からなるフレームに対しても結合部、環状
体及びフレームの三つが相互に機械的に噛み合う力によ
り継ぎ目の個所を堅固にすることができる。

本考案の結合部材においては、結合部本体がアルミニウ
ム合金で形成されていてもよい。これにより、結合部本
体の重量を減らし、取り扱いを容易にすることができ
る。

［実施例］ 第１図は自転車フレームの組み立て図である。その中で
は本考案になる結合部材101,102,103及び104が複合材料
からなるフレーム（パイプ）201,202,203,204及び205と
一体に連結されてフレームになることを示している。め
いめいの結合部材（fitting）がそれぞれ異なる位置を
とるし、作用も異なる。複数の結合部を備えるものもあ
れば複雑な形式のもある。ただしその共通点としてはい
ずれも結合部本体である。この結合部本体はいずれも２
から５個の結合部があり、いずれの結合部も皆形状記憶
合金からなる環状体を有する。これは一本のカーボン複
合材料からなるフレーム（pipe）と連結する。第２図は
結合部本体101が形状記憶合金からなる環状体301と302
を利用してカーボン複合材料からなるフレーム201及び2
02と連結していることを示す。第３図はサドルバッグ
（saddleshank fitting）102が形状記憶合金からなる環
状体303,304および305を有しそれぞれ複合材料からなる
フレーム201,203及び204と連結していることを示す。そ
れと同様に第４図では５つの結合部からなる結合部本体
（crank-gearfitting）103が形状記憶合金からなる環状
体306,307,308をもってそれぞれカーボン複合材料から
なるフレーム202,203及び205と連結している。

第5a図及び第5b図は本考案による結合部本体に設けられ
た結合部の結合前及び接合後の状況を示す。第5a図は結
合部本体101とカーボン複合材料から構成されたｄを外
径とするフレーム201との継ぎ目を示す。この外径ｄは
形状記憶合金からなる環状体301の内径「ｄ＋」と接合
する。その取り付け方式としては環状体301を低温貯蔵
槽から取り出して、それらの三者を結合して一体とす
る。１から５分間経過後、温度を高めて、室内の温度と
同様にする。この時に環状体301は形状記憶効果（shape
memory effect）に影響されて収縮する。第5b図は結合
後の結合部本体101と環状体301とフレーム201とを示す
図である。環状体301がその形状の回復作用によってそ
の事前に予定された寸法「ｄ−」まで縮小させられる。
それによって結合部本体101がカーボン複合材料からな
るフレーム201ときっちりとかみ合う様になって緊密に
結合される。

第5a及び第5b図は外鐶式の結合を示す図である。第６図
は本考案のその他の態様を示す図である。第６図と第5a
及び第5b図との間のもっとも大きい差異は第６図は内鐶
式の形状記憶合金からなる環状体301aをもって連結して
いることである。それでこの環状体が形状の回復作用に
よってその直径が拡大されて結合部本体101aと複合材料
からなるフレーム201aなどをかみ合うことである。

外鐶式か又は内鐶式の形状記憶合金からなる環状体によ
って自転車のフレームが組み立てられるときには環状体
の温度が高められ次第、収縮又は拡大作用が生じてフレ
ームの組立てという目的が達せられる。逆に温度を十分
に低下させると、環状体は拡大又は収縮作用によって各
部品が分離されて、取り外しという目的が達せられる。

本考案による自転車の結合部材はその用途に基づいて、
形状及び寸法においては頗る大きい差異がでてくる。た
だしその形状記憶合金からなる環状体によって接合させ
る仕掛けとすることは変わらない。これは独創的な設計
である。

前記の設計以外に、その接合する強さを高めて堅固と安
全という目的を達成する為に、三種類の構造を強化する
設計がある。第７図においては、逆斜角という接合方式
が採用されている。それによって機械的にかみ合う強さ
を高めてその結合部が強化される。結合部本体101bとカ
ーボン複合材料のフレーム201bの先端は共に斜角になっ
ている。それが故に接合後はなかなか脱落しない。第８
図においては内鐶式の環状体301及びフレームの内壁が
波形のギア（gear）を有するようにつくられたのでその
かみあう力が増強される。第９図においては本体101dと
カーボン複合材料フレーム201dがそれらの接合する箇所
でその壁にそれぞれ相互に接合しやすい様に凹状と凸状
溝（みぞ）がつくられており、これと同時に凸形の外壁
を有する環状体301dをもって接合させる。前述の３種類
の例はいずれも皆形状記憶合金からなる環状体の接合力
を増強する効果があり、且つ、その結合部材の接合すべ
き面積も少なくすることができ、それで結合部材の重さ
を減少し得る。

第5a図及び第5b図はアルミ合金（aluminium alloy）の
結合部材本体とニッケル・チタン（nickel,titanium）
合金からつくられた環状体とをもってカーボン（carbo
n）複合材料からなるフレームとの接合を示す。結合部
本体と複合材料からなるフレームとの接合する箇所の外
径ｄは25.4mmである。形状記憶合金からなる環状体の内
径は組み立てられる前は25.6mmであって、選択された転
換温度範囲（transition temperature range）において
回復に必要とする温度は−50℃から−20℃である。回復
後その内径が0.4mm位縮小されて25.2mmになる。取り付
けのときには低温槽から環状体を取り出して、三者が一
体に接合される。３分間の後温度を室内の温度になるま
で高めて接合する工程が終了される。

形状記憶合金（shape memory alloy）及びその表示する
性質又は処理方式はたくさんの参考文献の中に討議され
ているのでここで討議しないが下記の特許を提供して参
考にしたい:Buehlerなどの人に付与された米国特許第31
74851号、Jocksonに付与された米国特許第3403239号、W
angなどの人に付与された米国特許第3558369号、及びMe
ltonなどの人に付与された米国特許第4144057号などは
いずれも合金の成分、性質、及び形状の回復する現象な
どを述べたものである。形状記憶合金を結合部材（fitt
ing）へ応用することについては、Harrisonなどに付与
された米国特許第4035007号と第4198081号を参照するこ
と。電気連接器についてはOtteなどに付与された特許第
3740839号を参照すること。要するに形状記憶合金の形
状の回復する現象を利用することである。即ち管（pip
e）の内径の収縮する仕組みをもって結合部又は連結器
とするのである。本考案は前述の各号のものとは異な
る。もっとも主なる点は複数の結合部を備える結合部本
体の設計なのである。平行する２個の管の接合だけでは
ない。同時に外径接合（外径による接合）と内径接合
（内径による接合）との２種類があり、その都度実際の
ニーズ（needs）に応ずるのである。最も重要な点は本
案のものはカーボン（carbon）ファイバーからなる複合
材料から造られるフレームの接合に応用されることであ
り、それにより加工上の困難と溶接不可能などの欠点を
解決し得る。業者のフレーム組み立ての大量生産に有利
である。

［効果］ 本考案の結合部材によれば、カーボンファイバー複合部
材からなるフレームに対しても結合部と環状体との間の
結合力、環状体とフレームとの間の結合力及び結合部と
フレームとの結合力の三つの機械的に噛み合う力により
継ぎ目の個所を堅固にすることができる。さらに、フレ
ームの取り付け及び取り外しが迅速に行え、修理及び部
品を入れ替えることも可能である。また、結合部とフレ
ームとの間の結合面積を少なくすることが可能となり、
結合部本体の重量を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１個の自転車フレームの組み立て図であって、
その中に各結合部材とカーボン複合材料からなるフレー
ムとの継ぎ合せた結果を表示する図、第２図は自転車の
ハンドル（steering fitting）近辺の結合部材とカーボ
ン複合材料からなるフレームとの間の接合した後の一部
分の縦断面図、第３図は自転車のサドルバッグ（saddle
shank fitting）近辺の結合部材とカーボン複合材料か
らなるフレームとの間の接合した後の縦断面図、第４図
は５つの結合部を有する結合部材（crank-gear fittin
g）とカーボン複合材料からなるフレームとの間の接合
した後の一部分の縦断面図、第5a図及び第5b図は結合部
本体（fitting）とカーボン複合材料からなるフレーム
との接合前及び接合後を示し、その中に本考案による外
部にある環状体（外鐶式）を示す図、第６図は内部に置
く環状体（内鐶式）が接合に使われる結合部材の縦断面
図、第７図は斜角接合方式で接合された結合部を表示す
る縦断面図、第８図は波形のかみ合う方式が採用された
る結合部を表示する縦断面図、第９図は凸状の壁を有す
る環状体で接合された結合部を示す縦断面図である。 101,101a,101b,101c,101d,102,103,104……結合部本
体、 201,201a,201b,201c,201d,202,203,204,205……フレー
ム、301,301a,301b,301c,301d,302,303,304,305,306,30
7,308……環状体。

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】自転車のフレームを互いに結合する結合部
   本体と、この本体に設けられており、前記フレームと嵌
   合する結合部の少なくとも二つと、前記結合部の夫々に
   おいて、前記互いに嵌合された結合部及びフレームに取
   り付けられており、予め設定された温度範囲で収縮又は
   拡大する形状記憶合金からなり、前記温度範囲で収縮又
   は拡大することによって前記結合部と共働してフレーム
   を結合する環状体の少なくとも二つとを備える自転車用
   フレームの結合部材。
2. 【請求項２】前記結合体の夫々が、前記フレームに挿入
   されるよう構成されており、前記環状体が前記結合部及
   び前記フレームに対して外側にあり、前記温度範囲で収
   縮する実用新案登録請求の範囲第１項に記載の自転車用
   フレームの結合部材。
3. 【請求項３】前記結合体の夫々が、前記フレームを受容
   するよう構成されており、前記環状体が前記結合部及び
   前記フレームに対して内側にあり、前記温度範囲で拡大
   する実用新案登録請求の範囲第１項に記載の自転車用フ
   レームの結合部材。
4. 【請求項４】前記結合部本体がアルミニウム合金で形成
   されている実用新案登録請求の範囲第１項から第３項の
   いずれか一項に記載の自転車用フレームの結合部材。