JP5236487B2 - 超軽量サドル構造物、特にペダル駆動乗り物のための超軽量サドル構造物、およびそれの支持フレームを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、包括的には、ペダル駆動乗り物の技術分野において用途を見出すものであり、特に超軽量サドル構造物に関する。

本発明は、さらにそのような構造物を製造する方法に関する。

ペダル駆動乗り物の技術分野においては、サイクリング性能を改善するために、快適で剛性でありながら可能な限り軽量のサドル構造物の必要が久しく感じられて来た。

周知のように、サドル構造物は、実質的に、一般に“殻”と呼ばれる硬質支持体、その上に配置された詰め物、およびアセンブリを自転車のフレームに固定するための手段から成る。この手段は、締め付け金具によってシートポストに取りつけられる一つ以上の特殊な形状のバーを有する。

この殻要素は、乗り物に人が乗ったときに特に力を受け、したがって大きな機械的強度特性を有する必要がある。それにもかかわらず、この殻要素は、柔軟でもあって、快適さを保ち、人が乗るときに必然的に生じる振動を吸収することができるようにする必要がある。

従来、殻は、金属または木で作られていたので、重くて、柔軟性に乏しいものであった。

したがって、ポリマーの出現により、殻は、明らかに軽くて柔軟性の高いポリマー基材の材料で作られるようになった。

そのような先行技術の殻の欠点は、ポリマーは軽量であるけれども、その本質として、かなり柔軟であり、小さな曲げおよび圧縮強度を有する、ということである。

近年、低密度材料が産業においてますます使用されるようになった。すなわち、炭素、ガラス、ケブラー(kevlar)繊維強化ポリマーその他、または粒子もしくは金属ナノ強化ポリマー、たとえばチタン、アルミニウム、マグネシウムでナノ強化されたポリマーのような低密度材料である。

許容できる剛性を実現するために、これらの先行技術の構造物はいろいろな重ね合せ層から成るものとされる。この構成は不可欠である。というのは、これらの材料は、その本質としてかなり柔軟で、多層の重ね合せのみが、堅くて強い構造物を得られる構成だからである。

公知のように、硬質体(rigid body)の曲げ強度は、慣性モーメントの関数であり、慣性モーメントは、断面領域が中立軸から最大の距離にあるときに最大である。

本件の出願人によるヨーロッパ特許EP-B1-1305209号明細書から知られるように、異なる構造を有する一つ以上の層に固定された複数の第一の重ね合せ層を有する前記タイプのサドルが公知である。

この解決策は、かなり軽量の構成の剛性サドルを与えるものであるが、依然としていくつかの明瞭な欠点を有している。

第一に、前記材料は、割合に高価格であり、したがって製品の最終価格の増大が不可避である。

さらに、低密度の材料が使用される場合でも、多層の重ね合せにより、殻の重量がいくぶん増大し、サイクリング性能を損なう。

本発明の目的は、高効率を実現し、割合に簡単な構成を有するサドル構造物を提供することにより、前記欠点を克服することである。

一つの特別な目的は、適当な機械的強度を有する軽量殻構造物を提供することである。

もう一つの目的は、経済的で実用的な殻構造物を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、サドル構造物を製造するための簡単で容易に再現できる方法を提供することである。

以上の目的、および以下で明らかになる他の目的は、請求項1に示す超軽量サドル構造物を提供することによって、達成される。

この独特の構成により、本発明のサドル構造物は、十分な剛性、ならびに適当な引張り、圧縮、ねじり、および曲げ強度を有する一方で、非常に小さな総重量を有する。

本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図面を参照しつつなされる、本発明のサドル構造物の好ましい非排他的実施形態の詳細な説明からさらに明らかになるであろう。この実施形態は本発明を限定するものではない。

図において、全体を参照番号1で示す本発明の構造物は、弾力のある材料たとえばエラストマー、ゲル、またはこれらの組合せから成る詰め物3で随意に被覆された支持フレーム2を有する。

カバー層4は、好ましくは詰め物3の上に配置され、詰め物がない場合には、フレーム2上に直接配置される。このカバー層は、模造皮、ライクラ(lycra)、またはなにか軟質合成もしくは天然材料で作ることができる。

好ましくは、構造物1は、フレーム2をペダル駆動乗り物、たとえば自転車、三輪車、その他に連結するための手段5を有することができる。たとえば、これらの手段5は、フォークに連結するための空洞を有するハウジングから成ることができる。このフォークは、サドルを自転車のシートポストに連結するものであるが、それ自体は公知であるので、ここには示さない。

本発明においては、フレーム2は、第一の外皮6および第二の外皮7を有し、これらの間にスペーサー心材8が配置される。

第一の外皮6および第二の外皮7は、少なくとも一層の第一の材料9および少なくとも一層の第二の材料10を有し、これらの材料は所定の密度ならびに割合に大きな圧縮およびせん断強度を有するものから選択される。

心材8は、少なくとも一層の第三の材料11を有し、この材料の密度は、それぞれ第一の外皮6および第二の外皮7の少なくとも一部を構成する第一および第二の材料の密度よりも小さい。

外皮6および7ならびに心材8は、同一材料または異種材料から成る多重重ね合せ層から成るものとすることができ、二つの外皮6および7自体は、それぞれ異なる材料から成るようにすることができる。

本発明においては、心材8が、外皮6と7とを隔離したままに保ち、フレーム2の剛性と機械的強度を増大させる一方で、その総重量を低下させるために適当である。

そのために、第一および第二の材料のそれぞれを複合材料または金属材料とすることができ、一方第三の材料は実質的に多孔質のものとすることができて、その密度を最小限に抑えることができる。

この構成により、堅くて軽量のアセンブリが得られる。外皮6および7は、それ自体では、現在市販されているサドルにおけるように相互に重ね合わせても、高強度を有しない。

したがって、そのような外皮6、7は、非常に薄い厚みを選択して、アセンブリの総重量を抑えることができる。特に、複合材料外皮の厚さは、0.1〜1 mm、好ましくは約0.4 mmとすることができる。一方、金属外皮の厚さは、0.05〜1 mm、好ましくは約0.2 mmとすることができる。そのような寸法のため、これらの材料の使用は最小限に抑えられる。このこと自体はアセンブリの強度に影響しない。

しかし、非常に軽量の心材8を使用して、二つの外皮6と7を十分な距離に保つことにより、二つの重ね合わせ外皮のみから成るどんな構造物よりも軽量であるが、ずっと大きな機械的強度を有するフレームが得られる。

外皮6と7を効率的に隔離配置する一方で、構造物の総重量を小さく抑えるために、心材8の厚さは、1〜10 mmとすることができ、好ましくは5 mmである。

この構成は、軽量であるということに加えて、第一および第二の外皮を構成する高価な材料の使用を最小限に抑えることにより、かなりの費用低下をもたらすという明確な利点を有する。

好ましくは、第三の材料はフォーム、ハネカム、または格子状構造を有するようにすることができる。したがって、心材8は、非常に軽量であるが、通常のサイクリング時にフレーム2に作用する圧縮およびせん断応力に抵抗することができる。

フォームまたはハネカム構造は、ポリマー基材タイプのもの、または金属基材タイプの物とすることができ、このとき、ポリマーは、好ましくは、エポキシ樹脂、PVC、ポリウレタン、その他から選択され、金属は、好ましくは、チタン、アルミニウムフォーム、その他から選択される。

格子状構造は、炭素、ケブラー、ガラス、金属、その他から選択される材料の繊維を含むことができる。

もう一つの実施形態では、多孔質材料は、天然材料たとえばバルサその他、または合成ポリマー材料とすることができる。

好ましくは、心材は強化粒子12または繊維13を有することができる。繊維13は、好ましくは、炭素、ケブラー、または金属繊維とし、粒子12は、ガラスまたはポリマー粒子として、より強度のある構造物が得られるようにすることができる。

前述のように、第一の外皮6および第二の外皮7を作る材料は、随意に強化された金属またはポリマー材料とすることができる。

好ましくは、そのような金属材料はチタン、アルミニウム、ステンレス鋼、マグネシウム、その他から選択することができる。

複合材料は、好ましくは、繊維質マトリックス好ましくは炭素繊維、ガラス繊維、その他から選択される繊維質マトリックス、および熱可塑性または熱硬化性樹脂から成ることができる。

熱可塑性樹脂は、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリブチルテレフタレート、ポリスチレン、その他から選択することができ、熱硬化性樹脂は、フェノール、エポキシ、ビニルエステル樹脂、その他から選択することができる。

強化されて高い強度を有するアセンブリとするために、第一の外皮6および/または第二の外皮7は、強化粒子14、たとえばナノメータまたはマイクロメータ寸法の粒子を含むことかできる。

本発明の超軽量サドル構造物のための支持フレームを製造する方法は、前述のように、下記のステップを含む。

第一のステップa)は、所定の密度と割合に大きな機械的強度とを有する、少なくとも一層の第一の材料を有する第一の外皮6を用意することから成る。次のステップb)は、所定の密度と割合に大きな機械的強度とを有する少なくとも一層の第二の材料を有する第二の外皮7を用意することから成る。次のステップc)は、密度が前記第一および第二の材料の密度よりも小さな、少なくとも一層の第三の材料を有する中間心材8を用意することから成る。

次に、ステップd)において、金型が用意され、該金型は、サドル構造物のための支持フレーム2の外形に対応する所定の内部キャビティを有する。次のステップe)において、金型を開いて、その内部に第一の外皮6を配置し、それから次のステップf)およびg)において、それぞれ中間心材8および第二の外皮7が、後者が前者を覆うように、重ねられる。

次に、ステップh)において、金型が気密封止され、所定の作業温度に加熱される。この温度は、50〜350℃好ましくは約120℃とすることができる。そのあと、ステップi)において、金型が所定の最終温度たとえば周囲温度に冷却される。

最終ステップj)において、金型が開かれ、完成支持フレーム2が金型から取り 出される。

好ましくは、外皮6および7には、金型内に配置されているとき、またはそれよりも早く、樹脂好ましくは熱可塑性または熱硬化性タイプのものを含浸させることができる。

好ましくは、外皮6および7は、樹脂または接着剤によって、心材8に取りつけることができる。

この場合、前記所定の作業温度は、前記樹脂のガラス転移温度に近い温度にすることができる。

前述のことからわかるように、本発明の構造物は、前記目的を達成するものであり、特に、適当な機械的強度と軽量との両方の性質を有するという要求に合うものである。

前記多層材料の使用により、割合に大きな機械的強度を有する材料で作られた二つの軽量で薄い外皮を使用するだけで、十分な機械的強度を有するサドル構造物を得ることができる。間にスペーサー心材を有しないこれらの外皮の簡単な重ね合せは、ずっと小さな剛性と強度のアセンブリしか与えないであろう。

本発明のサドル構造物には、特許請求の範囲に示す発明的概念の範囲内で、多くの変形と変更を加えることができる。そのすべての部品は、他の技術的に等価な部品で置き換えることができ、材料は、それぞれの要求に応じて、本発明の範囲を逸脱することなく、変えることができる。

以上、本発明のサドル構造物を、添付の図面にもとづいて説明したが、開示説明と請求項で引用した番号は、本発明をわかりやすくするためにだけ使用したものであり、いかなる意味でも特許請求の範囲の限定を意図するものではない。

本発明のサドル構造物の側面図である。 本発明の構造物に含まれる支持フレームの不等角投影図である。 面III−IIIに沿う、本発明の構造物に含まれるフレームの断面図である。 図3の一部の拡大詳細図である。 本発明の方法のステップを示す図である。

符号の説明

1 本発明のサドル構造物
2 支持フレーム
3 詰め物
4 カバー層
5 連結手段
6 第一の外皮
7 第二の外皮
8 スペーサー心材
9 第一の材料
10 第二の材料
11 第三の材料
12 強化粒子
13 強化繊維
14 強化粒子
s 厚み
s´ 厚み
s'' 厚み

Claims (18)

1. 弾力のある詰め物(3)によって随意に被覆された自転車のサドルの支持フレーム(2)と、該詰め物を被覆するように配置されるか該支持フレーム上に直接配置されるカバー層(4)と、を有する、自転車の為の超軽量多層サドル構造物であって、
   前記支持フレーム(2)が、幅広の後部まで伸びている先細の前部を有し、さらに、第一の外皮(6)、第二の外皮(7)、およびこれらの間に配置されたスペーサー心材(8)を有し、
   ここで、前記第一の外皮(6)と第二の外皮(7)とが、それぞれ、少なくとも一層の第一の材料(9)と少なくとも一層の第二の材料(10)とを有し、これらの材料が、所定の密度と割合に大きな圧縮およびせん断強度を有するものから選択され、
   またここで、前記心材(8)が少なくとも一層の第三の材料(11)を有し、該第三の材料の密度が前記第一および第二の材料の密度よりも小さい、超軽量多層サドル構造物において、
   該第一および該第二の材料が、強化粒子又は繊維(14)を含む複合材料又は金属材料の中から選択され、該第三の材料が多孔質の随意に強化された材料であり、外皮(6、7)を隔離配置して前記フレーム(2)の剛性と機械的強度とを増大させ、一方で該フレームの限定された総重量を維持させるために、前記心材(8)が前記第一の外皮(6)と第二の外皮(7)の両方より厚い厚さを有しており、
   複合材料から成る場合は、前記第一の外皮(6)と第二の外皮(7)の厚さのそれぞれが0.1〜1 mmであり、金属材料から成る場合は、前記第一の外皮(6)と第二の外皮(7)の厚さのそれぞれが0.05〜1 mmである、
   ことを特徴とする超軽量多層サドル構造物。
2. 当該実質的に多孔質の材料が、フォーム、ハネカム、または格子状構造を有することを特徴とする請求項1に記載のサドル構造物。
3. フォーム、ハネカム構造を有する当該実質的に多孔質の材料がポリマーまたは金属を基材とする材料であることを特徴とする請求項2に記載のサドル構造物。
4. 当該ポリマーを基材とする材料が、エポキシ樹脂、PVC、ポリウレタン、フェノール樹脂、その他から選択されることを特徴とする請求項3に記載のサドル構造物。
5. 当該金属を基材とする材料が、チタン、アルミニウムフォーム、その他から選択されることを特徴とする請求項3に記載のサドル構造物。
6. 当該格子状構造の材料が、炭素、ガラス、ケブラー、金属、その他から選択される材料の繊維を含むことを特徴とする請求項2に記載のサドル構造物。
7. 当該多孔質の材料が天然または合成材料であることを特徴とする請求項1に記載のサドル構造物。
8. 当該天然材料がバルサ、その他であることを特徴とする請求項7に記載のサドル構造物。
9. 当該合成材料がポリマー材料であることを特徴とする請求項7に記載のサドル構造物。
10. 当該心材が強化繊維(12)または強化粒子(13)を含むことを特徴とする請求項１から9の中のいずれか一つに記載のサドル構造物。
11. 当該強化繊維(12)または強化粒子(13)が、炭素、ガラス、ケブラー、金属、その他で作られることを特徴とする請求項10に記載のサドル構造物。
12. 当該金属材料が、チタン、アルミニウム、ステンレス鋼、マグネシウム、その他から選択されることを特徴とする請求項1に記載のサドル構造物。
13. 当該複合材料が、繊維質マトリックスと熱可塑性または熱硬化性樹脂とから成ることを特徴とする請求項1に記載のサドル構造物。
14. 当該繊維質マトリックスが炭素、ガラス繊維、その他から選択されることを特徴とする請求項13に記載のサドル構造物。
15. 当該熱可塑性樹脂が、PA、PP、PBT、PS、その他から選択されることを特徴とする請求項13に記載のサドル構造物。
16. 当該熱硬化性樹脂が、フェノール、エポキシ、ビニルエステル樹脂、その他から選択されることを特徴とする請求項13に記載のサドル構造物。
17. 当該心材(8)の厚さ(s'')が1〜10 mmであることを特徴とする請求項1から16の中のいずれか一つに記載のサドル構造物。
18. 当該フレームを自転車に連結するための手段(5)を有することを特徴とする請求項1に記載のサドル構造物。

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