JP2007076638A - インサートを有する複合材料製自転車用部品およびその製造方法 - Google Patents

インサートを有する複合材料製自転車用部品およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】他の自転車用部品との結合のための少なくとも１つのインサート（２、３）を具備する、複合材料製の自転車用部品（４）において、前記部品（４）と前記インサートとの間の結合の向上した複合材料製の自転車用部品（４）、およびその製造方法の提供。
【解決手段】複合材料の成型プロセスに先立って、インサート（２、３）と複合材料（６０）との間に接着剤（５０）が適用され、前記接着剤（５０）の一部分が、前記複合材料（６０）と相互浸透することにより、インサート（２、３）と自転車用部品（４）との間に強い接着が得られる。
【選択図】図３

Description

本発明は、他の自転車用部品との連結のために少なくとも１つのインサートを有している複合材料製の自転車用部品およびその製造方法に関する。
複合材料製の自転車用部品としては、特に、ボトム・ブラケットの軸およびペダルの軸ならびに／あるいは自転車用変速機の歯付きクラウンへの接続のためにインサートが設けられてなるペダル・クランクがあげられ、本明細書では、このような好ましい適用についてもっぱら説明する。しかしながら、自転車用部品が、上記とは異なる、例えば座席ポスト筒、座席クランプ、変速用ロッカー・アームなどであってもよいことは理解されるべきである。
さらに、以下では、ねじなどの中間接続要素を受け入れるための孔開きインサートについて言及するが、例えばペダルの軸またはボトム・ブラケットの軸をペダル・クランクに直接取り入れるなど、接続要素そのものがインサートを構成してもよいことを理解すべきである。
本明細書および特許請求の範囲において、「インサート」とは、自転車用部品（特に、ペダル・クランク）に組み込まれる任意の部品を指す。
ペダル・クランクならびにそのボトム・ブラケット軸およびペダルへの接続について、重量を可能な限り軽く保つと同時に、機械的強度の特性を確保するという目標を達成するように、種々の形状、材料、および製造プロセスにて製作されるいろいろな種類のペダル・クランクが知られている。
ペダル・クランクを含む自転車のあらゆる構成部品について、軽量であることが望まれるため、複合材料がますます幅広く使用されるようになってきている。
ペダル漕ぎの際またはペダルの上で立ち上がるときの自転車乗りの推進作用によって引き起こされ、さらに、ペダル・クランクから自転車用変速機の歯付きクラウンを介してチェーンへと伝達される駆動力によって引き起こされるねじり応力など、使用時にペダル・クランクに加わる応力があるため、ペダル・クランク本体とこれに相互作用する要素（ボトム・ブラケットの軸、ペダルの軸、および右側のペダル・クランクの場合には、自転車用変速機の歯付きクラウン、など）との間に、インターフェースとして機能する補強要素をインサートすることが、一般に行なわれている。
本出願人に係る特許文献１においては、金属材料で作られたインサートが配置された金型内にて熱硬化性の複合材料を成型し、ペダル・クランクを得ている。
欧州特許出願公開公報第1 281 609号 （対応特開2003-054478号公報）
成型工程において、可塑状態の複合材料が、適切な支持および型外し部材に取り付けられている領域を除いてインサートの外表面を囲んで、インサートを覆う。このようにして金型の内部に配置された材料が、架橋するまでプレスされ、加熱される。架橋が生じた後、ペダル・クランクが、外し部材を動作させることによって金型から取り出され、室温で冷却される。冷却工程において、ペダル・クランク本体の熱硬化性複合材料とインサートの金属材料との間で冷却係数が相違するため、金属製インサートの周囲を囲んでいる複合材料が、インサートそのものの壁面から剥離しがちであるという欠点が存在する。実際、冷却の際には、インサートを構成している金属材料が、ペダル・クランク本体の複合材料よりも大きく収縮し、剥離の程度は、２つの材料の冷却係数の相違が大きいほど大である。このような剥離は、金属製インサートへの複合材料の付着を弱め、結果として、インターフェース領域の強度および保持の特性を低下させる。その結果、インサートとペダル・クランクとの間に相互の滑りが生じ、インサート‐ペダル・クランク結合を悪化させて、実際にペダル・クランクの使用を不可能にする可能性がある。
このような冷却時の収縮によるインサートの剥離という欠点を除く目的の技術が、本出願人に係る特許文献２に示されている。この文献において、熱可塑性または熱硬化性の複合材料を成型することによってペダル・クランク本体を得ている。ペダル・クランク本体に、成型時または成型後に、金属製のインサートを収容するための着座部が製作される。金属製のインサートは、成型後に、これら着座部に挿入される。
欧州特許出願公開公報第1 486 412号 （対応特開2005-001663号公報）
インサートの外表面とそれを収容する着座部の内表面との間には、接着物質の薄い層（０．０５〜１ｍｍ）が介在する。接着物質は、すでに硬化または架橋して冷却済みであるペダル・クランク本体にインサートが挿入される前に、インサートに冷間で塗布される。次いで、接着物質、好ましくは２成分のエポキシ樹脂が、室温でまたは加熱工程を伴って重合する。
したがって、ペダル・クランクへのインサートの接着は、インサートの外表面と接着物質層との間の第１の機械的接触面、および接着物質層とペダル・クランクに作られた着座部の内表面との間の第２の機械的接触面によって得られている。
本明細書および特許請求の範囲において、接着剤と被接着物との間の「機械的接触」とは、被接着物の微細な凹凸（micro-irregularities）表面上の接着剤による機械的な保持（mechanical gripping）によって、接着が行なわれることを指す。
２つの機械的接触面における接着は、特許文献２によって製造されるペダル・クランクの使用時の大きなねじり力の存在下では、適切でないかもしれない。やはりこの場合も、インサートとペダル・クランクとの間に相互の滑りが生じ、インサート‐ペダル・クランク結合を悪化させて、実際にペダル・クランクの使用を不可能にする可能性がある。
第２の欠点は、このペダル・クランクの製造方法が複数の工程を必要としており、したがって一連の製造が高価につく点にある。
冷却時の収縮によるインサートの剥離という欠点の回避を目的とした他の技法が、本出願人に係る、本出願の最初の出願日においては未だ公開されていない特許文献３に記載されている。
欧州特許出願第04425151.0号（2004年3月5日付出願） （欧州特許出願公開公報1571075号）
上記文献によれば、一方向の構造繊維を熱可塑性または熱硬化性のポリマー材料に埋め込んで作られるインサートを、ペダル・クランクの本体と一緒に成型する前に、架橋または硬化させる。ペダル・クランクの本体もまた、一方向の構造繊維をポリマー材料に埋め込んで構成される。この文献によれば、インサートおよびペダル・クランク本体が、同じポリマー材料から作られることが好ましく、すなわち連結部の接着を最大にするため、同じ温度係数を有することが好ましい。
他の実施形態において、かかる文献は、インサートのいくつかが金属製である旨を規定している。
インサートへのペダル・クランク本体の接着が、実質的にペダル・クランク本体そのもののポリマー材料によって行なわれることを考えると、応力下で、ある特定のペダル・クランクの使用条件においては、適切でない可能性がある。
本発明の根底にある技術的課題は、自転車の他の部品への接続のために少なくとも１つのインサートが設けられている自転車用部品であって、当該部品とインサートとの間の結合が従来技術の課題解決策よりも強力であり、特にインサートと当該部品との間の相互の滑りがより上手く回避されている自転車用部品を創出することにある。
本発明第１の構成は、複合材料製の自転車用部品（特に、ペダル・クランク）と他の自転車用部品との結合のために用いる少なくとも１つのインサートと、前記複合材料と前記少なくとも１つのインサートとの間に介在する接着剤とを有する、前記複合材料製の前記自転車用部品において、前記接着剤と前記複合材料との相互浸透領域を有していることを特徴とする複合材料製の自転車用部品に関する。
部品本体とインサートとの間に接着剤を設けることによって、両者の間の接着が向上する。接着剤とインサートとの間の接着は、接着剤そのものの接着特性ゆえに強力である。さらに、自転車用部品の成型プロセスに先立って接着剤が適用されるがために得られる相互浸透領域により、接着剤の粒子とペダル・クランク本体の複合材料の粒子との間の境界面積が大きくなるため、接着剤と複合材料との間の接着力がきわめて大である。このような相互浸透領域においては、接着剤のポリマー鎖と複合材料のポリマー鎖との間にさらに化学結合そのものが存在し、一種の「相互架橋」(mutual cross linking)を実現している。接着剤が自転車用部品の成型プロセスに先立って適用されるため、相互浸透領域が形成されるかどうかには無関係に、複合材料によって接着剤に加わる、接着剤のインサート外表面への付着を維持しようとする圧力のおかげで、インサートの微細な凹凸表面への接着剤の配置が促進される。
相互浸透領域が、０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ、好ましくは０．０２ｍｍ〜０．０８ｍｍ、さらに好ましくは０．０５ｍｍの平均厚さを有しているのが好ましい。
さらに、接着剤のみからなる領域が、インサートと相互浸透領域との間に置かれているのが好ましい。このような接着剤のみの領域は、接着剤とインサートとの間の接着、したがって最終的にはインサートと自転車用部品の本体との間の接着を、最大化できるようにする。
好ましい態様では、この接着剤領域が、０．０５ｍｍ〜１ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、さらに好ましくは０．３ｍｍの平均厚さを有している。
インサートは、前記接着剤との接触面が平滑でないのが好ましく、これにより接着剤との接触面が増加するとともに、接着剤に加わるせん断応力が小さくなるよう相互の回転および／または並進運動の防止に寄与する。
本発明第２の構成は、
自動車用部品を他の自転車用部品に接続するための少なくとも１つのインサートを用意する工程、
前記少なくとも１つのインサートの少なくとも一部分に接着剤を適用する工程、および
前記複合材料を、前記接着剤が適用されてなる前記少なくとも１つのインサートと一緒に成型して、前記自転車用部品を形成する工程を具備する、複合材料製の自転車用部品を製造する方法に関する。
前記部品を前記インサートおよび前記接着剤と一緒に成型することで、接着剤のインサート外表面への付着を維持しようと、複合材料によって接着剤に加わる圧力により、インサートの微細な凹凸表面への接着剤の配置が促進され、結果として接着剤の保持が最大化される。
好ましい態様では、前記成型工程が、前記接着剤および前記複合材料を部分的に相互浸透させる工程を含んでおり、これは上述の利点を伴う。
本発明の有利な態様では、本発明の方法は、前記成型工程に続いて、前記部品をコントロール冷却する工程をさらに含んでいる。このようなコントロール冷却は、例えば金属製インサートの場合に起こるように、インサートおよび複合材料を構成する材料の膨張係数がきわめて異なっているとき、特に好都合である。何故ならば、急速すぎる冷却は、インサートと複合材料との間に界面張力をもたらし、結果として２つの材料の剥離につながるためである。
前記コントロール冷却工程において、前記部品は、好ましくは−１２℃／ｍｉｎ未満、さらに好ましくは−８℃／ｍｉｎ未満、より好ましくは−６℃／ｍｉｎ未満の負の温度勾配下に置かれる。
本発明の方法は、前記少なくとも１つのインサートに適用される前記接着剤を前処理して、前記成型工程の温度へ予熱する工程をさらに含んでいるのが好ましい。
好ましい態様では、この前処理工程は、最終的に前記接着剤の粘度が２００Ｐａ・ｓ〜５０００Ｐａ・ｓ、好ましくは５００Ｐａ・ｓ〜３０００Ｐａ・ｓ、さらに好ましくは１０００Ｐａ・ｓの値になるようなやり方で行われる。このような粘度の値になると、成型プロセスにおいて、加圧下で複合材料が接着剤に接すると、接着剤がインサートの外表面に好都合に付着保持される。
好ましい態様では、前記接着剤を１分間〜１５分間、好ましくは３分間〜１０分間、より好ましくは７分間にわたって、６０℃〜２００℃、好ましくは８０℃〜１８０℃、さらに好ましくは１４０°の温度に維持して、この前処理工程は行なわれる。
さらに、好ましい態様では、この前処理工程は、接着剤の架橋の程度が５０％未満、より好ましくは４５％未満の値に保たれるように実行される。このようにすることで、接着剤は、成型プロセスにおいて加圧下で複合材料が衝突しても圧壊を被ることがない。
接着剤の架橋は、複合材料の成型プロセス中に進行する。成型プロセスが接着剤の完全な架橋には充分でない場合、この接着剤の架橋を完了させる工程が、後続して存在してもよい。
前記接着剤の架橋を完了させる工程では、前記自転車用部品は５分間〜９０分間、好ましくは１０分間〜６０分間、さらに好ましくは２０分間の時間にわたって、６０℃〜２００℃、好ましくは８０℃〜１８０℃、さらに好ましくは１４０℃の温度に維持される。
本発明の有利な態様では、本発明の方法は、前記成型工程に先立って、前記接着剤の粘度を調節する工程をさらに含んでいる。
好ましい態様では、前記接着剤の粘度を調節する工程は、後続の前記接着剤を前処理する工程によって達成される粘度、したがって複合材料を成型する工程の時点における粘度が、前記粘度を調節する工程が存在しない場合に前記接着剤を前処理する工程によって達成される粘度よりも少なくとも１桁大きくなり、好ましくは少なくとも２桁大きくなるように実行される。
より具体的には、前記粘度を調節する工程は、後続の前記接着剤を前処理する工程によって達成される粘度が２００Ｐａ・ｓ〜５０００Ｐａ・ｓ、好ましくは５００Ｐａ・ｓ〜３０００Ｐａ・ｓ、さらに好ましくは１０００Ｐａ・ｓとなるように実行される。
さらに具体的には、前記粘度を調節する工程が、１０００００Ｐａ・ｓよりも大きい粘度を達成するように実行される。
さらに、好ましくは、前記粘度を調節する工程が、前記接着剤の架橋の程度を、４０％を超えないように実行される。
前記接着剤の粘度を調節する工程においては、前記接着剤が適用されてなるインサートを、４時間〜２６０時間、好ましくは８時間〜１００時間、さらに好ましくは約２４時間の時間にわたって、２０℃〜１４０℃、好ましくは３０℃〜７０℃、さらに好ましくは４５°の温度に保持される。
本発明による方法においては、前記接着剤を適用する工程に先立ち、前記少なくとも１つのインサートの外表面の選択された部分を前加工して、接着剤の保持能力を向上させる工程をさらに含むのが有利である。
好ましい態様では、前記インサートを前加工する工程は、サンドブラスト処理、サンドペーパー処理、およびアセトン洗浄から選択される表面処理工程を含む。
前記インサートを前加工する工程においては、さらに、上述の表面処理加工によって得られた表面特性を保護するため、前記少なくとも１つのインサートの外表面の前記選択された部分にプライマーを塗布する工程を含むことができる。
接着剤は、好ましくは支持または非支持のフィルムの形態であり、前記接着剤を適用する工程は、前記少なくとも１つのインサートの外表面の前記選択された部分に接着剤フィルムを室温で積層する工程を含んでいる。他の形態の接着剤が使用される場合には、接着剤は、例えばペースト形態の接着剤を塗り広げるなど、他の適切なやり方で適用される。
本発明による自転車用部品およびプロセスにおいては、複合材料は、ポリマー材料に埋め込まれた構造繊維を含むことができる。
典型的な態様では、構造繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、ボロン繊維、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択されるが、これらのなかでも、炭素繊維が好ましい。
ポリマー材料内での前記構造繊維の配置は、構造繊維のピースまたはチップのランダム配置、ほぼ単方向に整列した繊維の配置、ほぼ２方向に整列した繊維の配置、あるいはこれらの組み合わせであってよい。
自動車用部品本体のポリマー材料は、熱硬化性のポリマー材料であることが好ましい。接着剤もまた熱硬化型である場合には、相互浸透領域において上述の「相互架橋」が存在し、これが部品と接着剤との間、したがって部品とインサートとの間の接着を最大にする。
前記ポリマー材料がエポキシ樹脂を含んでいることが、より好ましい。
自転車用部品のポリマー材料が熱硬化型である場合には、前記成型工程は、前記接着剤が適用された前記少なくとも１つのインサートを囲んでいる加熱された金型に、前記複合材料を導入する工程、および前記金型を閉じて、ある圧力および温度プロファイル下で、前記複合材料の前記熱硬化性ポリマー材料を架橋させる工程を含んでいる。
典型的な態様では、前記圧力および温度プロファイルは、前記複合材料を、５分間〜３０分間、好ましくは８分間〜２５分間、さらに好ましくは１０分間の時間にわたって、１０ｂａｒ〜３００ｂａｒ、好ましくは５０ｂａｒ〜２５０ｂａｒ、さらに好ましくは１００ｂａｒの圧力、および６０℃〜２００℃、好ましくは８０℃〜１８０℃、さらに好ましくは１４０°の温度で処理することを含んでいる。
さらに、前記成型工程が、複合材料の可塑性（malleability）および母材複合材料中の構造繊維を動かす能力を高めるため、前記複合材料を金型に導入する前に予熱する工程を含んでいるのが好ましい。
代替的な態様として、部品本体のポリマー材料が、熱可塑性であってもよい。
自転車用部品のポリマー材料が熱可塑性である場合、前記成型工程は、典型的には、前記熱可塑性ポリマー材料を溶融させる工程、前記構造繊維を前記熱可塑性材料に混合する工程、および前記接着剤が適用された前記少なくとも１つのインサートを収容しており、前記熱可塑性材料の軟化温度未満の温度に保たれている金型に、前記複合材料を圧力下で注入し、前記複合材料を固化させる工程を含んでいる。
前記金型の温度は、好ましくは６０℃〜２００℃、より好ましくは８０℃〜１８０℃、さらに好ましくは１４０℃であり、注入圧力は、好ましくは３００ｂａｒ〜２０００ｂａｒ、より好ましくは５００ｂａｒ〜２０００ｂａｒ、さらに好ましくは１５００ｂａｒである。
好ましい態様では、接着剤が、少なくとも１つの熱硬化性ポリマーを含んでいる。
さらに、好ましい態様では、接着剤が構造接着剤である。
本明細書および特許請求の範囲の記載において、「構造接着剤」とは、大きな機械的応力に耐えることができる熱硬化性の接着剤を意味する。したがって、この用語は、釘固定および溶接などの従来からの接合システムに比肩できるやり方で被接着物を接合でき、接合点における応力の連続的な分布、大きな弾性、振動への高い耐性、および当該部品が動作寿命において直面しうる熱サイクルに耐える能力を可能にする接着剤を包含する。
特に好ましいやり態様においては、接着剤がエポキシ樹脂を含んでいる。
インサートは、金属製であってよく、あるいは複合材料で作られてもよい。
インサートが金属製であって、好ましくはアルミニウム合金または鋼で作られる場合、機械的処理、好ましくは成型、旋削、フライス削り、チョーキング、鍛造、またはダイキャストによって、インサートを得ることができる。
インサートが複合材料で作られる場合には、前記少なくとも１つのインサートを用意する工程が、前記少なくとも１つのインサートを、ポリマー材料に埋め込まれた構造繊維を含んでいる複合材料から成型する工程を含んでいる。
さらに、本発明の方法は、成型工程の前または後に、前記少なくとも１つのインサートに孔を設ける工程を含むことができる。
本明細書および特許請求の範囲の記載において、量、パラメータ、割合、などを表わしている数値の大きさはすべて、そうではないと示されない限り、あらゆる状況において用語「約」を伴うものと理解すべきである。さらには、数値の大きさの範囲はすべて、具体的に示されているものの他に、考えられる最大および最小の数値の組み合わせのすべて、ならびに考えられる中間的範囲のすべてを含んでいる。
本発明のさらなる特徴および利点が、添付の図面を参照しつつ行なわれる本発明の好ましい実施形態についての以下の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
図１、２、および３は、本発明によるペダル・クランク１の一実施形態を示しており、左側のペダル・クランクが示されている。ペダル・クランク１は、ペダル・クランク１を自転車のボトム・ブラケットの軸（図示されていない）に接続するための第１のインサート２、およびペダル・クランク１を自転車の左側のペダル（やはり、図示されていない）に接続するための第２のインサート３を有している。
インサート２および３は、ペダル・クランクの本体４内に取り付けられた最終の構成にて図示されている。
ペダル・クランクの本体４は、図３に概略的に示されているように、構造繊維６１がポリマー材料６２に埋め込まれている複合材料６０で作られている。
複合材料６０の構造繊維６１は、例えば特許文献４および特許文献５に記載されているように、例えばランダムに配置された繊維のチップまたはピースの形態にて不規則な様相で、典型的な織成構造を形成する規則的な様相で、さらにはこのようなやり方の組み合わせで、ポリマー材料６２内に配置することができる。特許文献６に記載のように、単方向の繊維の巻線をインサート２、３の近くに設けてもよい。上述の文献の記載は、ここでの言及によって本明細書に組み込まれたものとする。
欧州特許出願公開第1 270 394号公報 欧州特許出願公開第1 270 393号公報 （上記2件合わせて対応特開2003-072666号公報） 欧州特許出願公開第1 486 413号公報 （対応特開2005-001662号公報）
図３に概略的に示されている実施形態においては、構造繊維６１が、不規則な様相でポリマー材料６２に埋め込まれたピースの形態であり、繊維は、単方向には配列していない。
構造繊維６１は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、ボロン繊維、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択されるが、これらの中でも、炭素繊維が好ましい。
ペダル・クランク本体４の複合材料６０のポリマー材料６２は、熱硬化性であっても、あるいは熱可塑性であってもよいが、熱硬化性が好ましい。
拡大詳細されている図３により明瞭に見て取れるように、インサート２または３の外表面と複合材料６０との間には、熱硬化性接着剤５０の層が配置されている。
特に有利な態様では、接着剤５０は、上述したような構造接着剤である。
接着剤５０の層とインサート２または３の外表面とは、上述のように、機械的接触領域５１でつなぎあわされている。接着剤５０が、ペダル・クランク本体４の複合材料６０のポリマー材料６２にくらべ、きわめて優れた接着特性を有しているため、インサート２または３における保持は、接着剤なしで行なわれる保持よりも大である。
機械的接触領域５１から始まって、接着剤５０のみが存在する領域（接着剤領域５２として示されている）があり、次いで、構造接着剤５０に複合材料６０のポリマー材料６２（および、構造繊維６１）が浸透している相互浸透領域５３があり、最後に、複合材料６０のみが存在している領域（すなわち、複合領域６０）が存在している。
図３に見て取ることができるように、接着剤領域５２と相互浸透領域５３との間の分離、および相互浸透領域５３とペダル・クランク本体４の複合領域６０との間の分離は、完全かつ規則的なものではない。したがって、図３に示されている接着剤領域５２の厚さＳ０および相互浸透領域５３の厚さＳ１は、あくまで目安として理解すべきである。
接着剤領域５２の平均厚さＳ０は、好ましくは０．０５ｍｍ〜１ｍｍであり、さらに好ましくは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであり、より好ましくは約０．３ｍｍである。
相互浸透領域５３の平均厚さＳ１は、好ましくは０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍであり、さらに好ましくは０．０２ｍｍ〜０．０８ｍｍであり、より好ましくは約０．０５ｍｍである。
相互浸透領域５３においては、とりわけ接着剤５０の粒子とペダル・クランク本体４の複合材料６０の粒子との間の接触面積が大きいため、接着剤５０と複合材料６０との間の接着力がきわめて大である。
特に好都合な実施形態においては、接着剤５０および複合材料６０のポリマー材料６２が、両者とも熱硬化性ポリマーである。そのような場合、ペダル・クランクの製造方法の説明を読むことによってよりよく理解されるように、相互浸透領域５３において、接着剤５０のポリマー鎖と複合材料６０のポリマー鎖との間に、化学結合そのものも生成され、一種の「相互架橋」が達成される。
したがって、接着剤５０と複合材料６０との間の接着は、機械的接触による接着と化学結合による接着との組み合わせにより、結合性(cohesive nature)がきわめて大である。
相互架橋の程度、すなわち化学結合の強度、したがって接着の強さは、材料同士が相溶性（compatible）であればあるほど、大きくなる。したがって、そのような材料が、両者ともエポキシ樹脂であり、両者ともフェノール樹脂であり、両者とも不飽和ポリエステル樹脂であり、あるいは両者ともアミド樹脂であることが好ましいが、なかでもエポキシ樹脂が好ましい。
複合材料６０のポリマー材料６２にかかわりなく、接着剤５０は、いずれの場合においても、好ましくは構造的に修飾されたエポキシ熱硬化接着剤のファミリーに属し、非支持のフィルムの形態であることが好都合である。構造接着剤フィルムは、いずれの場合においても、不織布材料マットまたは熱可塑性プラスチックネットによって支持されたフィルムの形態であってよい。
したがって、全体として、インサート２または３とペダル・クランク本体４との間の接着は、きわめて強力であり、接着剤がない場合および成形済みのペダル・クランクに接着剤が冷間で塗布された場合の両者に比べ、はるかに大である。
図４および５に示されているインサート２は、本出願の最初の出願日には未だ公開されていない本出願人に係る特許文献７に開示されているように、ボトム・ブラケットの軸への接続のため内側に貫通孔６を有しているほぼ筒状の本体からなる。
欧州特許出願第05425436.2号明細書（2005年6月17日出願）
インサート２は、組み立てられた状態における近位端７（すなわち、ボトム・ブラケットの側）から組み立てられた状態における遠位端８（すなわち、ボトム・ブラケットの反対側）まで、主軸Ｘに沿って延びている。
貫通孔６は、正方形に形作られているボトム・ブラケットの軸の端部を受け入れて連結するために、同様に正方形の断面を有している。貫通孔６は、インサート２の遠位端８において、貫通孔６のサイズに対して拡大された環状領域６ａ（図２）を有しており、これは、ボトム・ブラケットの軸の正方形の端部に設けられているねじ孔に係合する係止ねじ（図示されていない）の拡大された頭部を当接して収容するのに適したアンダーカット面６ｂを有している。
他の実施形態において、インサート２の貫通孔６が、ボトム・ブラケットの軸の端部の形状に応じて、別の形状であってよいことは明らかである。
インサート２の外表面には、インサートを長手軸Ｘに沿ってその全長の約半分にわたって含んでいる近位部９（図５の図における下方の部分）と、インサート２を長手軸Ｘに沿ってその全長の半分未満の長さにわたって含んでいる遠位部１０（図５の図における上方の部分）とがある。
２つの近位部９および遠位部１０は、突き出した環状フィン１１によって隔てられている。したがって、フィン１１はインサート２の中央領域にあるが、インサート２の長手方向の中央面に対し、軸Ｘに沿って近位端７に向かって変位している。図示の実施形態においては、フィン１１が、遠位側から近位側への方向に広がっている。
フィン１１は、インサート２がペダル・クランク本体４に取り付けられたときに、インサート２と隣接材料すなわち接着剤５０との間の境界面を、増すことができるようにしている。この結果、フィン１１がもたらす境界面の増加によって、インサート２に対する接着剤５０の保持、ひいては接着が向上する。
インサート２の近位部９は、回転Ｒ１の方向（図５の反時計方向）に従っておおむねインサート２の近位端７からおおむねフィン１１まで螺旋状に延びる第１のねじ１２を有している。第２のねじ１３が、第１のねじ１２に隣接し、同じ回転Ｒ１の方向かつ第１のねじ１２と同じピッチで、やはりおおむねインサート２の近位端７からおおむねフィン１１まで螺旋状に延びている。このような形状は、実質的に二重ねじを生み出している。２つのねじ１２、１３は、好ましくはインサート２の断面において１８０°ずらされている。
同じやり方で、インサート２の遠位部１０は、インサート２の遠位端８から出発しておおむねフィン１１まで螺旋状に延びる第１のねじ１４と、実質的に二重ねじを生み出すよう、第１のねじ１４に隣接して同じピッチで、やはりおおむねインサート２の遠位端８からおおむねフィン１１まで螺旋状に回る第２のねじ１５とを有している。２つのねじ１４、１５は、やはり好ましくはインサート２の断面において１８０°ずらされている。一方で、ねじ１４、１５は、近位部９のねじ１２、１３の回転Ｒ１の方向と反対に、回転Ｒ２の方向（図５の時計方向）に巻かれている。
上述のインサート２の外表面の形状は、ペダル漕ぎの動作の際、あるいは例えば自転車乗りがペダル上で立ち上がるときに、反対向きであるねじが、自転車の使用時にペダル・クランク本体４から回転して外れようとするインサート２の傾向を防止するため、好都合である。
ペダルに連結するためのインサート３に関しては、ほぼ円柱形であって、ペダル（図示されていない）に組み合わせられたねじ山付きのピンを係合させるため、ねじ山付きの貫通孔２０を備えている。インサート３の側面は、好ましくはわずかに凹状である（すなわち、インサート３が、凹部を外側に向けて備える母線を有する回転体である）。このような凹状の側面は、インサート３がペダル・クランクの本体４に取り付けられたとき、境界面の増加をもたらし、したがって機械的接着面の増加をもたらす。さらに、このような凹状の側面は、インサート３がペダル・クランク本体４から抜け出ることがないようにする。
インサート２およびインサート３の外表面は、いずれの場合においても、図示および上述した構成とは異なる構成を有することができる。特に、表面に溝を設けることができ、刻みを設けることができ、孔を空けることができるが、平滑であってもよい。
しかしながら、平滑でない表面を設けることが、２つの理由、すなわち接着剤５０との接触面が増加する点、および相互の回転および／または並進運動の防止に寄与することで、接着剤に加わるせん断応力を小さくするという点で好都合である。
インサート２および３は金属製であり、典型的には、インサート２がアルミニウム合金で製作され、インサート３がスチールで製作されることが好ましい。
別の実施形態においては、インサートまたはインサートの一部を、構造繊維、好ましくは炭素繊維を熱可塑性または熱硬化性のポリマー材料からなる母材に埋め込んだ複合材料など、他の材料で製作することができる。この種のインサートは、特許文献３に記載されており、ここでの言及によって本明細書に取り入れられたものとする。
複合材料で作られるインサートの場合にも、接着剤５０が存在しない場合にインサート２、３の保持の機能を担うことになるペダル・クランク本体４の複合材料６０のポリマー材料６２よりも、接着剤５０は、はるかに優れた接着特性を有しているため、接着剤５０を適用することが好都合である。すでに述べたように、接着は、相互浸透領域５３における相互浸透によっても強化され、さらには、相互の架橋に適した材料を使用することによっても強化される。
図６および７に、本発明による右側ペダル・クランク８１の実施形態が示されている。
ペダル・クランク８１を自転車のボトム・ブラケットの軸に接続するため、インサート８２が示されており、フィン１１が省かれている点で、ペダル・クランク１のインサート２に対して変更がなされている。ペダル・クランク８１を自転車のペダルに接続するため、インサート８３が示されており、外表面が円柱形であって凹状ではない点で、ペダル・クランク１のインサート３に対して変更がなされている。
しかしながら、インサート２、８２および３、８３を、右側のペダル・クランクおよび左側のペダル・クランクのどちらにおいても使用できることを、理解すべきである。
自転車のクランクセット（図示されていない）を形成すべく、ペダル・クランク８１を歯付きクラウンまたは歯付きクラウンの一部に接続するため、ペダル・クランク８１は、図示の場合には４つであるが、特定の数のスポーク８５を有しており、それぞれのスポーク８５にそれぞれのインサート８６が備えられており、さらにインサート８７が、ペダル・クランク８１の本体８４に埋め込まれている。インサート８６および８７は、図６において一点鎖線にて示されている仮想の同一円周に沿って、等しく離間して配置されるのが好ましい。他の種類の右側ペダル・クランクにおいては、スポークの数が異なっていてもよく、それらの、ペダル・クランク８１の長手中央軸に対する分布は、歯付きクラウンへの接続がスポーク８５においてのみ行なわれて、ペダル・クランク本体８４のインサート８７が必要とされないようになっていてもよい。
インサート８７は、インサート２、３、８２、８３に完全に類似していてよいが、ペダル・クランク本体４に押し込まれて、歯付きクラウンの取り付けねじをねじ込むための行き止まりの孔８８を有するよう、ペダル・クランク本体４の厚さよりも小さい厚さを有しているのが好ましい。インサート８７も、複合材料などの任意の材料で製作することができるが、アルミニウム合金で製作された金属製であるのが好ましい。
インサート８６を、これまでに説明した他のインサートとまったく同様のやり方で、スポーク８５に完全に埋め込むことが可能であるが、しかしながら、インサート８６は、スポーク８５の端部から突き出しているのが好ましい。この目的のため、各インサート８６は、それぞれのスポーク８５に埋め込まれる固定部８８と、歯付きクラウンの接続ねじのため平滑な貫通孔を備えている接続部８９とを有している。
インサート８６は、複合材料で作られるのが好ましく、例えば、特許文献３に記載のとおり製造される。
左側のペダル・クランク１に関して、上述したやり方とまったく同じやり方で、各インサート８２、８３、８６、８７の外表面とペダル・クランク本体８４の複合材料６０との間に、接着剤層５０が配置され、インサートと接着剤との間の第１の機械的接触領域、接着剤のみの領域、構造接着剤と複合材料とが相互浸透している相互浸透領域が形成されており、相互浸透領域において、構造接着剤と複合材料とが相互浸透して機械的な接着力を向上させるとともに、接着剤およびポリマー材料の両者が熱硬化性樹脂である場合に、化学的な接着力を生み出している。
次に、図８、９、および１０を参照し、本発明による製造方法の好ましい実施形態を、熱硬化性のポリマー材料６１の場合について説明する。この製造方法は、あくまで一例として、ペダル・クランクの場合を述べている。
インサートを形成する工程１００において、インサートが、金属インサートの場合には、適切な機械的加工、例えば成型、旋削、フライス削り、チョーキング、鍛造、またはダイキャストによって形成され、あるいは複合材料製のインサートの場合には、例えば上述の特許文献３に記載の方法に従って、予備成形と架橋によって形成される。
この工程および後続の工程において、インサートに前もって孔を開けてもよく、あるいは接続孔を設けず、最終の孔開け工程１１１において接続孔を製作してもよい。
インサートを前加工する工程１０１において、インサートの外表面が、接着剤５０の保持を向上させるべく加工される。前加工として、サンドブラスト処理、サンドペーパー処理、およびアセトン洗浄などの公知のプロセスによる表面処理が挙げられる。上述の表面処理によって得た表面特性を保護するため、プライマーを塗布することが好都合である。
積層工程１０２においては、接着剤層が、室温においてインサートの外表面に適用される。ここでは、接着剤が、支持または非支持のフィルムの形態であることが好ましいために、用語「積層」が使用されていることを理解すべきである。他の形態の接着剤が使用される場合には、接着剤を、例えば塗り広げなどの他の適切なやり方で適用しなければならない。接着剤は未処理の状態にあり、特に、Ｖ０として示される約８０００±３０００Ｐａ・ｓの粘度を有している。
接着剤の粘度を調節する工程１０３においては、以下で明らかになる目的のため、インサートとインサートに積層された接着剤フィルム５０とで構成されるアセンブリ（以下では、「インサート‐接着剤積層体」と称する）に、接着剤５０の粘度を調整するため、特に１０００００Ｐａ・ｓを超える値Ｖ１に粘度を上げるために、熱処理が加えられる。
粘度を調節する工程１０３の熱処理は、インサート‐接着剤積層体を２０℃〜１４０℃、好ましくは３０℃〜７０℃、さらに好ましくは４５℃の温度に、４時間〜２６０時間、好ましくは８時間〜１００時間、さらに好ましくは約２４時間の時間にわたって保つことで行われる。
粘度を調節する工程１０３は、インサート‐接着剤積層体を、上述の範囲内で、一定温度Ｔ１で時間ｔ１にわたってオーブン内またはオートクレーブ内に置くことによって実行されるのが有利であるが、あるいは、インサート‐接着剤積層体を、コントロールされた加熱プロファイルのもとで処理してもよい。以下では、簡潔であることを目的とし、上記の温度Ｔ１および時間ｔ１における処理について言及する。
接着剤の加熱が、架橋を生じさせず、あるいは、いかなる場合でも、低い程度の、好ましくは４０％を下回る架橋しか生じないよう、工程１０３の温度は接着剤のいわゆる「サーマル・リレー段階(thermal relay phase)」に入らないように選択されるのが好ましい。
粘度を調節する工程１０３においては、接着剤５０とインサートの外表面との間で、粘度の増加と同時に、部分的機械的保持が達成される。
引き続く接着剤５０を前処理する工程１０４において、インサート‐接着剤積層体が、ペダル・クランクの所望の外形に従って形作られた金型１２０の下側半型１２２で、ボトム・ブラケットへの取り付け、ペダルへの取り付け、および右側のペダル・クランク８１の場合には歯付きクラウンへの取り付けに対応する領域に導入される。
下側の半型１２２のそのような領域には、金型からの取り出し具としても機能する可動の支持具１２６が設けられるのが有利である。
金型１２０は、図９、１０において抵抗１２８によって表される例えば電気加熱手段によって、６０℃〜２００℃、好ましくは８０℃〜１８０℃、さらに好ましくは１４０°の温度Ｔｍに保たれる。
次いで金型は、下側半型１２２と組み合わされてペダル・クランクの所望の外形に一致する形状の空洞を内部に有する、金型１２０の上側半型１２４によって、閉じられる。
インサートは、１分間〜１５分間、好ましくは３分間〜１０分間、さらに好ましくは７分間の第２の比較的短い時間ｔ２にわたって金型内１２０に置かれ、この間に接着剤５０が、熱伝導および熱対流によって加熱されて、温度Ｔｍに達する。
時間ｔ２においては、接着剤の温度が粘度を調節する工程１０３の温度Ｔ１よりも高い温度Ｔｍに上昇するが、このときに接着剤５０の粘度は、粘度を調節する工程１０３によって得られた粘度値Ｖ１の関数である値Ｖ２に低下する。
後述するように、引き続く処理工程を最適化するために、工程１０４の終わりにおける粘度値Ｖ２は、２００Ｐａ・ｓ〜５０００Ｐａ・ｓ、好ましくは５００Ｐａ・ｓ〜３０００Ｐａ・ｓ、さらに好ましくは約１０００Ｐａ・ｓであるべきであり、接着剤５０の粘度を調節する工程１０３の温度Ｔ１および時間ｔ１は、上述の範囲内において、このような所望の粘度の値Ｖ２にもとづいて選択されるべきである。
接着剤を前処理する工程１０４においては、接着剤の部分的架橋もわずかに生じるが、工程１０４の終わりにおける接着剤５０の架橋の程度は、依然として充分に低く、好ましくは５０％未満であり、さらに好ましくは４５％未満である。
次いで、構造繊維６１を熱硬化性のポリマー材料６２（好ましくは、熱硬化性のエポキシ樹脂）に埋め込んでなる、ペダル・クランク本体４を構成する複合材料６０を圧縮成型する工程が開始される。
予熱工程１０５において、可塑性を向上させ、後続の工程において母材ポリマー材料６２によって構造繊維６１を動かすことができるようにするため、複合材料６０は金型の温度Ｔｍよりも低い温度Ｔ２に予熱される。
予熱工程１０５における複合材料６０の予熱の温度Ｔ２は、好ましくは６０℃〜１００℃、さらに好ましくは８０℃〜９０℃、より好ましくは８５℃である。
工程１０６において、予熱された適量の複合材料６０は、例えば本出願人に係る特許文献６に詳しく図示および説明されているように、金型１２０の下側半型１２２に、例えばポリマー材料を含浸させた一方向繊維の巻線の形態で導入されるか、もしくは、多少なりとも長いピース、または、チップ状の繊維が、単一の優先的方向に従ってランダムに配置されているか、あるいは２つの優先的方向に配列されているポリマー材料の１つ以上の層の束またはロール形態で導入される。次いで金型は、上側半型１２４によって閉じられる。
相互浸透工程１０７において、複合材料６０が金型１２０の内部空洞全体を満たして、インサート‐接着剤積層体に衝突するまで流れることができるよう、金型１２０の空洞には、１０ｂａｒ〜３００ｂａｒ、好ましくは５０ｂａｒ〜２５０ｂａｒ、さらに好ましくは１００ｂａｒの圧力Ｐがかけられる。
さらに、先行の粘度を調節する工程１０３および前処理する工程１０４において達成された粘度Ｖ２により、接着剤５０は、複合材料６０が加圧下で到達するとき、好都合なことにインサートの外表面に保持されたまま残っている。さらに、粘度を調節する工程１０３および前処理する工程１０４の後では、接着剤５０は不完全にしか架橋していないことから、加圧下で複合材料６０が衝突しても圧壊を被ることがない。
この点に関し、接着剤５０の粘度を調節する工程１０３が存在しない場合には、成型温度Ｔｍにおいて、すなわち金型内に圧力Ｐが生成される時点において、接着剤５０が到達する粘度Ｖ２’が約２０Ｐａ・ｓであり、すなわち粘度Ｖ２よりも約２桁小さい点に注目すべきである。この結果、加圧下の複合材料６０が衝突したときに、接着剤５０がインサートから引き離されてしまう恐れがある。
さらに、粘度を調節する上述の工程１０３が存在する場合において、前処理する工程１０４の終わりにおける接着剤の粘度Ｖ２は、いかなる場合においても、接着剤５０がペダル・クランク本体４の複合材料６０と或る特定の深さＳ１にわたって相互浸透できるよう、充分に低い。
架橋工程１０８において、金型は、ペダル・クランク１の本体４を構成する複合材料６０の架橋を可能にするのに適した、５分間〜３０分間、好ましくは８分間〜２５分間、さらに好ましくは１０分間である時間ｔ３にわたって、前記温度Ｔｍに保たれる。
このようなやり方で、上述の図３に示した機械的接触領域５１、接着剤領域５２、および相互浸透領域５３が形成される。
接着剤５０がペダル・クランクの複合材料６０のポリマー材料６２と同様に熱硬化型である場合には、架橋工程１０８において、相互浸透領域５３に、接着剤５０の架橋もまた存在し、したがってポリマー材料６２との好都合な「相互」架橋が存在する。相互架橋の程度、したがって化学的な接着の強度は、選択された２つの材料の相溶性に左右されるが、熱硬化性のエポキシ樹脂の場合に最大化される。また、相互架橋の程度は、粘度を調節する工程１０３および前処理する工程１０４という２つの工程において接着剤５０が達する部分架橋が少なければ少ないほど、大きくなる。
複合材料６０の完全な架橋が生じた後、ペダル・クランクが、金型１２０から取り出される。
接着剤５０および複合材料６０の熱硬化性ポリマー材料６２の架橋曲線が、充分に類似している場合、圧縮成型工程、特に、架橋工程１０８において、接着剤５０の架橋も完結する。
そうでない場合には、「後架橋」工程１０９と称される接着剤５０の架橋を完結させる工程が設けられ、ペダル・クランクが、後架橋時間ｔ４にわたって、上述の範囲に含まれる温度Ｔｍのオーブン内に導入される。
後架橋時間ｔ４は、５分間〜９０分間であり、好ましくは１０分間〜６０分間であり、さらに好ましくは２０分間である。
次いで、好ましくは−１２℃／ｍｉｎ未満、より好ましくは−８℃／ｍｉｎ未満、さらにより好ましくは−６℃／ｍｉｎである小さな負の温度勾配ΔＴ／ｍｉｎでの、ペダル・クランクのコントロール冷却工程１１０が続けられる。このようなコントロール冷却は、インサートおよび複合材料６０を構成する材料の膨張係数がきわめて異なっているとき、例えば金属製インサートにおいて生じるが、このような場合に特に好都合である。何故ならば、急速すぎる冷却は、インサートと複合材料６０との間の界面張力につながり、結果として２つの材料の剥離につながるためである。
いかなる場合においても、コントロール冷却工程１１０が存在しなくても、複合材料６０よりもはるかに大きな弾性を有しており、金属製インサートの収縮に追従して或る意味で「ダンパー」として機能する接着剤層５０の存在によって、剥離の恐れが大幅に抑制されることを、強調する価値がある。
上記の接着は、接着剤５０が存在しなく、インサートへのポリマー材料６２の直接接着のみに依存する場合の接着に比べて、顕著に向上する。また、インサートなしのペダル・クランク本体４の複合材料６０の架橋後に、接着剤が冷間で塗布される場合の接着（この場合には相互浸透領域５３が存在しない）に比べても、接着は顕著に向上する。
最初に、インサートを形成する工程１００において接続孔が設けられなかった場合、最後に、工程１１１において、インサートに接続孔が設けられる。孔を成型後に設けることは、そのような孔の完全な中心出しを達成して、正確に位置合わせされて、ボトム・ブラケット軸の接続、ペダル軸の接続、および右側ペダル・クランク８１の場合の歯付きクラウンの接続を可能にするために、好都合であろう。
複合材料６０のポリマー材料６２が熱可塑性である場合には、本発明の製造方法は、上記に説明した熱硬化性のポリマー材料６２を有する複合材料６０の場合とは異なり、使用される成型プロセスが、この場合には射出成形である点で相違している。
図１１を参照すると、このプロセスの好ましい実施形態は、やはり、第1段階の各工程、すなわちインサートを形成する工程１００、インサートを前加工する工程１０１、インサートに接着剤を積層する工程１０２、接着剤５０の粘度を調節する工程１０３、および接着剤を前処理する工程１０４を有するとともに、最終段階の各工程、すなわち接着剤の後架橋させる工程１０９、ペダル・クランクをコントロール冷却する工程１１０、およびインサートに孔を設ける工程１１１を有している。
射出成形のサブプロセスは、以下の工程を有している。
溶融工程１１５において、熱可塑性の材料６２は、射出成形機の加熱チャンバ内で、可塑状態とされて、軟化温度を下回らない温度（典型的には２００℃を超える）に達する。
加熱チャンバは、１００°〜４００°、好ましくは１５０°〜３５０°、さらに好ましくは２３０°の温度Ｔ５に保たれる。
混合工程１１６において、多少なりとも長いピースまたはチップである構造繊維６１が、可塑状態の熱可塑性材料６２に混合され、複合材料６０のフローが形成される。
射出・相互浸透工程１１７において、複合材料６０のフローが、圧力Ｐ１で金型１２０に注入され、空洞を満たして、インサート‐接着剤積層体に衝突する。
複合材料６０の射出圧力Ｐ１は、３００ｂａｒ〜２５００ｂａｒ、好ましくは５００ｂａｒ〜２０００ｂａｒ、さらに好ましくは１５００ｂａｒである。
すでに述べたように、インサートは、工程１００において前もって形成され、おそらくは工程１０１において前加工され、工程１０２において接着剤５０が積層され、次いで粘度を調節する工程１０３および前処理する工程１０４で処理されている。
この射出・相互浸透工程１１７において、複合材料６０の熱可塑性材料６２（および構造繊維６１）が、或る深さＳ１にわたって接着剤５０と相互浸透する。
引き続く固化工程１１８において、複合材料６０の熱可塑性材料６２は、軟化温度よりも金型の温度Ｔｍが低いため、固化してペダル・クランクの所望の外形をとるとともに、接着剤との接着を実現する。
固化工程１１８の時間ｔ５は、数秒間〜１０分間、好ましくは３０秒間〜５分間、さらに好ましくは２分間である。
引き続く接着剤５０の後架橋工程１０９は、所定の温度Ｔ６で、所定の時間ｔ６にわたって、ペダル・クランクを金型内に残して行なうことができる。
時間ｔ６は、１０分間〜１２０分間、好ましくは１８分間〜８５分間、さらに好ましくは３０分間である。
温度Ｔ６は、６０°〜２００°、好ましくは８０°〜１８０°、さらに好ましくは１４０°である。
次いで、金型が開放され、ペダル・クランクが取り出されて、コントロール冷却工程１１０が加えられる。
この場合、インサートとペダル・クランクとの間の結合は、実質的には、機械的な結合である。
しかしながら、上記の接着は、インサートへの熱可塑性材料６２の直接接着のみに依存する、接着剤５０が存在しない場合の接着に比べて顕著に向上している。また、インサートなしのペダル・クランク本体４の複合材料６０の固化後に、接着剤が冷間で塗布される場合の接着（この場合には相互浸透領域５３が存在しない）に比べても、接着が顕著に向上している。
左側ペダル・クランク・シリーズを、上述の方法で製造した。
インサートを、接続孔６および２０が前もって設けられている、図２に示したインサート２および３の実施形態に従って、アルミニウム合金および鋼で前もって形成した。
これらのインサートに、アセトン中での洗浄によって表面処理を加え、次いでプライマー処理した。
熱硬化性のエポキシ樹脂である構造接着剤フィルム（米国ミネソタ州セントポールにあるミネソタ・マイニング・マヌファクチュアリング・カンパニーの「構造接着剤フィルムAF 163-2」）の約０．３５ｍｍの層を、接着剤５０としてこれらのインサートに積層した。この接着剤は、室温において約８０００Ｐａ・ｓの初期粘度Ｖ０を有している。積層は、小さなパッドによってわずかな圧力を加えて室温で行った。
インサートとインサートに積層された接着剤フィルムとで構成されるアセンブリを、４５°の温度Ｔ１のオーブンに、２４時間の時間ｔ１にわたって導入処理した。アセンブリはオーブンから取り出され、次いで金型１２０の下側半型１２２に、支持具／取り出し具１２６の位置、すなわちボトム・ブラケットおよびペダルの取り付けに対応する領域に導入し、上側半型１２４を閉じて、ペダル・クランク１の所望の外形に従って形作られた成型チャンバを形成した。
金型１２０を、電気抵抗１２８によって、１４０°の温度Ｔｍに維持した。インサートを、７分間の時間ｔ２にわたって金型１２０の内部に置いた。１４０℃の温度Ｔｍにおける接着剤の粘度は、約１０００Ｐａ・ｓのＶ２値に低下していた。接着剤の架橋の程度は、４０％に達した。
この時点で、８５℃の温度まで予熱した複合材料６０を、金型１２０の下側半型１２２に配置した。
複合材料６０は、熱硬化性のエポキシ樹脂に炭素繊維６１を埋め込んでなる、HexMCTM/C/2000/R1Aという商品名で、仏国Montluel Cedexにあるヘクセル・コンポジット（Hexcel Composites）によって市販されているものとした。
金型を、上側半型１２４によって閉じた。金型１２０の内部空洞に１００ｂａｒの圧力Ｐを加え、複合材料６０を、金型１２０の内部空洞全体を満たしてインサート‐接着剤積層体２、３に衝突するまで流動させた。
次いで、金型１２０を、複合材料６０の熱硬化性樹脂６２の架橋が完了するまで、１０分間の時間ｔ３にわたって、１００ｂａｒの圧力Ｐおよび１４０°の温度Ｔｍに保った。
次いで金型１２０を開放し、支持具／取り出し具１２６の助けを借りてペダル・クランク１を取り出した。
このペダル・クランクを、１４０°の温度Ｔｍのオーブンに導入し、２０分間の時間ｔ４にわたって処理し、接着剤５０の架橋を完了させた。
オーブンから取り出したペダル・クランクを、毎分−６℃で温度低下させて、コントロール冷却を行った。
インサートは、ペダル・クランクの本体に強力に接着していた。これに、引っ張りおよびねじりのサイクルを加えた。このペダル・クランクを、インサートの位置で断面に切断した。領域５１において、インサートと隣接する接着剤との間に剥離は観測されなかった。約０．３ｍｍの平均厚さＳ０の接着剤層５２の存在、および約０．０５ｍｍの平均厚さＳ１の相互浸透層５３の存在を、確認することができた。
接着剤層５２において、圧壊の痕跡は観測されなかった。
左側ペダル・クランク・シリーズを、接着剤５０の粘度を調節する工程１０３が存在しない点を除き、実施例１に従って製造した。
接着剤を前処理する工程１０４の終わりにおける接着剤５０の粘度は、約２０Ｐａ・ｓであった。
ペダル・クランクのいくつかにおいて、加圧された複合材料６０が衝突したときに接着剤が引き剥がされたため、インサートの周囲の或る点で接着剤領域５０の厚さＳ０が小さすぎることが観測された。
本発明に従って製作された左側ペダル・クランクの平面図である。 図１のペダル・クランクの面ＩＩ‐ＩＩに沿った断面を示す断面図である。 図２の拡大詳細を示す断面図である。 図１のペダル・クランクについて、ボトム・ブラケットへ取り付けのためのインサートの等角投影図である。 図４のインサートの側面を示す側面図である。 本発明に従って製作された右側ペダル・クランクの平面図である。 図６のペダル・クランクの線ＶＩＩ‐ＶＩＩに沿った断面を示す断面図である。 熱硬化性ポリマーの場合についての本発明の製造方法のブロック図である。 本発明の製造プロセス中における金型を示す概略断面図である。 本発明の製造プロセス中における金型を示す概略断面図である。 熱可塑性ポリマーの場合についての本発明の製造方法のブロック図である。

Claims (50)

  1. 複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）と他の自転車用部品との結合のための少なくとも１つのインサート（２、３、８２、８３、８６、８７）、および前記複合材料（６０）と前記少なくとも１つのインサート（２、３、８２、８３、８６、８７）との間に置かれた接着剤（５０）とを有している前記自転車用部品（１、８１）において、
    前記接着剤（５０）と前記複合材料（６０）との相互浸透領域（５３）を有していることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）。
  2. 請求項１において、前記相互浸透領域（５３）が、０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍの平均厚さ（Ｓ１）を有していることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）。
  3. 請求項１または２において、前記少なくとも１つのインサート（２、３、８２、８３、８６、８７）と前記相互浸透領域（５３）との間に前記接着剤（５０）のみの領域（５２）が介在することを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）。
  4. 請求項３において、前記接着剤領域（５２）が、０．０５ｍｍ〜１ｍｍの平均厚さ（Ｓ０）を有していることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）。
  5. 請求項１〜４の何れか一項において、ペダル・クランク（１、８１）であることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）。
  6. 請求項１〜５の何れか一項において、前記少なくとも１つのインサート（２、３、８２、８３、８６、８７）は、前記接着剤（５０）との接触面が平滑でないことを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）。
  7. 請求項１〜６の何れか一項において、前記複合材料（６０）が、ポリマー材料（６２）に埋め込まれた構造繊維（６１）を含んでいることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）。
  8. 請求項７において、前記構造繊維（６１）は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、ボロン繊維、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択されることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）。
  9. 請求項７または８において、前記ポリマー材料（６２）内での前記構造繊維（６１）の配置が、構造繊維のピースまたはチップのランダム配置、ほぼ単方向に整列した繊維の配置、ほぼ２方向に整列した繊維の配置、およびこれらの組み合わせから選択されることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）。
  10. 請求項７〜９の何れか一項において、前記ポリマー材料（６２）が熱硬化性のポリマー材料であることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）。
  11. 請求項１０において、前記ポリマー材料（６２）がエポキシ樹脂を含んでいることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）。
  12. 請求項７〜９の何れか一項において、前記ポリマー材料（６２）が熱可塑性のポリマー材料であることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）。
  13. 請求項１〜１２の何れか一項において、前記接着剤（５０）が、少なくとも１つの熱硬化性ポリマーを含んでいることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）。
  14. 請求項１３において、前記接着剤（５０）が構造接着剤であることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）。
  15. 請求項１３または１４において、前記接着剤（５０）がエポキシ樹脂を含んでいることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）。
  16. 請求項１〜１５の何れか一項において、前記少なくとも１つのインサート（２、３、８２、８３、８６、８７）が金属製であることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）。
  17. 請求項１〜１５の何れか一項において、前記少なくとも１つのインサート（２、３、８２、８３、８６、８７）が複合材料で作られていることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）。
  18. 複合材料製（６０）の自転車用部品（１、８１）を他の自転車用部品に接続するための少なくとも１つのインサート（２、３、８２、８３、８６、８７）を用意する工程（１００）、
    前記少なくとも１つのインサート（２、３、８２、８３、８６、８７）の少なくとも一部分に接着剤（５０）を適用する工程（１０２）、および
    前記複合材料（６０）を前記接着剤（５０）が適用されてなる前記インサート（２、３、８２、８３、８６、８７）と一緒に成型し、前記自転車用部品（１、８１）を形成する工程（１０５〜１０８；１１５〜１１８）
    を具備する、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  19. 請求項１８において、前記成型工程（１０５〜１０８；１１５〜１１８）が、前記接着剤（５０）および前記複合材料（６０）を部分的に相互浸透させる工程（１０７、１１７）を含んでいることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  20. 請求項１８または１９において、前記成型工程（１０５〜１０８；１１５〜１１８）に続いて、前記部品（１、８１）をコントロール冷却する工程（１１０）をさらに含んでいる、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  21. 請求項２０における、前記コントロール冷却工程（１１０）において、前記部品（１、８１）が、−１２℃／ｍｉｎ未満の負の温度勾配（ΔＴ／ｍｉｎ）で処理されることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  22. 請求項１８〜２１の何れか一項において、前記接着剤（５０）が、少なくとも１つの熱硬化性ポリマーを含んでいることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  23. 請求項２２において、前記接着剤（５０）が構造接着剤であることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  24. 請求項２２または２３において、前記接着剤（５０）がエポキシ樹脂を含んでいることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  25. 請求項１８〜２４の何れか一項において、前記複合材料（６０）が、ポリマー材料（６２）に埋め込まれた構造繊維（６１）を含んでいることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  26. 請求項２５において、前記構造繊維（６１）が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、ボロン繊維、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択されることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  27. 請求項２５または２６において、前記ポリマー材料（６２）内での前記構造繊維（６１）の配置が、構造繊維のピースまたはチップのランダム配置、ほぼ単方向に整列した繊維の配置、ほぼ２方向に整列した繊維の配置、およびこれらの組み合わせから選択されることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  28. 請求項１８〜２７の何れか一項において、前記少なくとも１つのインサート（２、３、８２、８３、８６、８７）に適用される前記接着剤（５０）を前処理して、前記成型工程の温度（Ｔｍ）に予熱する工程（１０４）をさらに含んでいる、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  29. 請求項２８において、前記前処理工程（１０４）の終わりにおいて、前記接着剤（５０）の粘度が２００Ｐａ・ｓ〜５０００Ｐａ・ｓの値（Ｖ２）を有することを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  30. 請求項２８または２９において、前記前処理工程（１０４）が、前記接着剤（５０）を１分間〜１５分間の時間（ｔ２）にわたって、６０℃〜２００℃の温度（Ｔｍ）に維持して行なわれることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  31. 請求項２８〜３０の何れか一項において、前記前処理工程（１０４）が、前記接着剤（５０）の架橋の程度が５０％未満の値に保たれるように行なわれる特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  32. 請求項１８〜３１の何れか一項において、前記成型工程（１０５〜１０８；１１５〜１１８）に続いて、前記接着剤（５０）の架橋を完了させる工程（１０９）をさらに含んでいる、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  33. 請求項３２において、前記接着剤（５０）の架橋を完了させる工程（１０９）が、前記自転車用部品（１、８１）を５分間〜９０分間の時間（ｔ４）にわたって６０℃〜２００℃の温度（Ｔｍ）に維持する工程を含んでいることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  34. 請求項１８〜３３の何れか一項において、前記成型工程（１０５〜１０８；１１５〜１１８）に先立って、前記接着剤（５０）の粘度を調節する工程（１０３）をさらに含んでいる、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  35. 請求項２８〜３１の何れか一項に従属する請求項３４において、後続の前記接着剤を前処理する工程（１０４）によって達成される粘度（Ｖ２）が、前記粘度を調節する工程（１０３）が存在しない場合に前記接着剤を前処理する工程（１０４）によって達成される粘度（Ｖ２’）よりも少なくとも１桁大きくなるように、前記粘度を調節する工程（１０３）が行なわれることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  36. 請求項３４または３５において、前記粘度を調節する工程（１０３）は、後続の前記接着剤を前処理する工程（１０４）によって達成される粘度（Ｖ２）が２００Ｐａ・ｓ〜５０００Ｐａ・ｓとなるように行なわれることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  37. 請求項３６において、前記粘度を調節する工程（１０３）が、１０００００Ｐａ・ｓよりも大きい粘度（Ｖ１）を達成するように行なわれることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  38. 請求項３４〜３７の何れか一項において、前記接着剤（５０）の架橋の程度が４０％を超えない値に保つように、前記粘度を調節する工程（１０３）が行なわれることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  39. 請求項３４〜３８の何れか一項において、前記接着剤（５０）の粘度を調節する工程（１０３）が、前記接着剤（５０）が適用された前記少なくとも１つのインサート（２、３、８２、８３、８６、８７）を、４時間〜２６０時間の時間（ｔ１）にわたって２０℃〜１４０℃の温度（Ｔ１）に保つ工程を含んでいることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  40. 請求項１８〜３９の何れか一項において、前記接着剤を適用する工程（１０２）に先立ち、前記少なくとも１つのインサート（２、３、８２、８３、８６、８７）の外表面の前記選択された部分を前加工して、前記接着剤（５０）の保持能力を向上させる工程（１０１）をさらに含んでいる、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  41. 請求項１８〜４０の何れか一項において、前記接着剤（５０）を適用する工程（１０２）が、前記少なくとも１つのインサート（２、３、８２、８３、８６、８７）の外表面の前記選択された部分に接着剤フィルム（５０）を室温で積層する工程を含んでいることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  42. 請求項１８〜４０の何れか一項において、前記少なくとも１つのインサート（２、３、８２、８３、８６、８７）に孔を設ける工程（１００、１１１）をさらに含んでいる、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  43. 請求項１８〜４２の何れか一項において、前記ポリマー材料（６２）が熱硬化性であることを特徴とするプロセス。
  44. 請求項４３において、前記熱硬化性のポリマー材料（６２）が、エポキシ樹脂を含んでいることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  45. 請求項４３または４４において、前記成型工程（１０５〜１０８）が、前記接着剤（５０）が適用された前記少なくとも１つのインサート（２、３、８２、８３、８６、８７）を囲んでいる加熱された金型（１２０）に、前記複合材料（６０）を導入する工程（１０６）、および前記金型（１２０）を閉じて、ある圧力および温度プロフィールで処理して、前記複合材料（６０）の前記熱硬化性ポリマー材料（６２）を架橋させる工程（１０７、１０８）を含んでいることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  46. 請求項４５において、前記圧力および温度プロフィールが、前記複合材料（６０）を５分間〜３０分間の時間（ｔ３）にわたって処理する１０ｂａｒ〜３００ｂａｒの圧力（Ｐ）および６０℃〜２００℃の温度を含んでいることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  47. 請求項４５または４６において、前記成型工程（１０５〜１０８）が、前記複合材料（６０）を前記金型に導入する前に予熱する工程（１０５）をさらに含んでいることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  48. 請求項１８〜４２の何れか一項において、前記ポリマー材料（６２）が熱可塑性であることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  49. 請求項４８において、前記成型工程（１１５〜１１８）が、前記熱可塑性ポリマー材料（６２）を溶融させる工程（１１５）、前記構造繊維（６１）を前記熱可塑性ポリマー材料（６２）に混合する工程（１１６）、前記接着剤（５０）が適用された前記少なくとも１つのインサート（２、３、８２、８３、８６、８７）を収容して、前記熱可塑性ポリマー材料（６２）の軟化温度未満の温度（Ｔｍ）に保たれている金型（１２０）に、前記複合材料（６０）を圧力下で注入する工程（１１７）、および前記複合材料（６０）を固化させる工程（１１８）を含んでいることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
  50. 請求項４９において、前記金型が６０℃〜２００℃の温度（Ｔｍ）に保たれ、前記材料が３００ｂａｒ〜２５００ｂａｒの圧力で注入されることを特徴とする、複合材料（６０）製の自転車用部品（１、８１）を製造する方法。
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