(57)【要約】  【課題】高い強度と軽量性を犠牲にせずに生産性を向上させた自転車用クランクの構造を提供する。  【解決手段】横断面形状がＣ形の第１の部材と第２の部材が、第１の部材のＣ形両腕部の外面上に第２の部材のＣ形両腕部の内面が当たるように嵌め合わせられた自転車用クランクであって、右ペダルを踏み込む時にかかるモーメントの向きを正、左ペダルを踏み込むときにかかるモーメントの向きを負とするとき、第１の部材の弾性コンプライアンスの曲げねじりカップリング項β１13,β１23,β１32,β１31の４つが踏み込み時にかかるモーメントと異符号であり、かつ第２の部材の弾性コンプライアンスの曲げねじりカップリング項β２13,β２23,β２32,β２31の４つがいずれも踏み込み時にかかるモーメントと同符号であることを特徴とする自転車用クランク。  【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面形状がＣ形の第１の部材と第２の部材が、第１の部材のＣ形両腕部の外面上に第２の部材のＣ形両腕部の内面が当たるように嵌め合わせられた自転車用クランクであって、右ペダルを踏み込む時にかかるモーメントの向きを正、左ペダルを踏み込むときにかかるモーメントの向きを負とするとき、第１の部材の弾性コンプライアンスの曲げねじりカップリング項β１１３，β１２３，β１３２，β１３１の４つがいずれも踏み込み時にかかるモーメントと異符号であり、かつ、第２の部材の弾性コンプライアンスの曲げねじりカップリング項β２１３，β２２３，β２３２，β２３１の４つがいずれも零であることを特徴とする自転車用クランク。
【請求項２】
横断面形状がＣ形の第１の部材と第２の部材が、第１の部材のＣ形両腕部の外面上に第２の部材のＣ形両腕部の内面が当たるように嵌め合わせられた自転車用クランクであって、右ペダルを踏み込む時にかかるモーメントの向きを正、左ペダルを踏み込むときにかかるモーメントの向きを負とするとき、第１の部材の弾性コンプライアンスの曲げねじりカップリング項β１１３，β１２３，β１３２，β１３１の４つがいずれも零であり、かつ第２の部材の弾性コンプライアンスの曲げねじりカップリング項β２１３，β２２３，β２３２，β２３１の４つがいずれも踏み込み時にかかるモーメントと同符号であることを特徴とする自転車用クランク。
【請求項３】
横断面形状がＣ形の第１の部材と第２の部材が、第１の部材のＣ形両腕部の外面上に第２の部材のＣ形両腕部の内面が当たるように嵌め合わせられた自転車用クランクであって、右ペダルを踏み込む時にかかるモーメントの向きを正、左ペダルを踏み込むときにかかるモーメントの向きを負とするとき、第１の部材の弾性コンプライアンスの曲げねじりカップリング項β１１３，β１２３，β１３２，β１３１の４つが踏み込み時にかかるモーメントと異符号であり、かつ第２の部材の弾性コンプライアンスの曲げねじりカップリング項β２１３，β２２３，β２３２，β２３１の４つがいずれも踏み込み時にかかるモーメントと同符号であることを特徴とする自転車用クランク。
【請求項４】
前記横断面形状がＣ形の部材が、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自転車用クランク。
【請求項５】
前記横断面形状がＣ形の部材が、繊維が一方向に引きそろえられたプリプレグからなる層を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自転車用クランク。
【請求項６】
前記横断面形状がＣ形の部材の積層構成が、長手方向に対して±θ（θは３０°から６０°）の角度をなす向きに繊維を配向させた層を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の自転車用クランク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量かつ高強度で成形性のよい自転車用クランクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自転車用クランクは、ペダルとブラケットスピンドルとを繋ぐ部品であり、ペダルからの踏力を伝える動力伝達部材である。クランクの要求特性として、ペダルからの荷重を繰り返し受けても損傷や変形を生じないための耐疲労性や、ペダルを踏んだ際のフィーリングを良好としたりクランクが変形によってフレームやチェーンと接触しないための剛性が重視される。さらに、車体全体の軽量化要求があることに加えてクランク自体が回転運動するため、できるだけ軽量であることが望まれる。こうした要求は、いわゆるロードレーサーなどの競技用自転車において特に厳しい。
【０００３】
そこで軽量かつ高剛性な自転車用クランクとして、複数のＦＲＰ外殻を組み立てる構造のものが提案されている（例えば、特許文献１）。この構造のクランクでは接合部の信頼性が重要である。
【０００４】
ＦＲＰの接合部に関してはさまざまな検討がなされており、例えば、特許文献２では、ＦＲＰ内の強化繊維を接合部で露出させ互いに絡め合わせた後に、再度樹脂を含浸させて接合する方法を提案している。確かにこの方法では接合強度は上げられるが、強化繊維を露出させる際に加熱による樹脂の焼きとばし、または、有機溶媒による樹脂の溶解が必要であり、作業性が非常に悪く、時間もかかる。また、再度樹脂を含浸させる際には、強化繊維の絡み合った中に樹脂を流す必要があり、均一な樹脂の流れをコントロールすることが難しく、結果として接合部の強度のばらつきが懸念される。
【０００５】
また、特許文献３では、接合部外側にあて板をあて、接着部にかかる応力の低減をすることにより補強する方法を提案している。この方法は簡便であり効果も期待できるが、部材の外部に飛び出るようにあて板を当てると、意匠性に難があったり、動きの中で他部材との干渉を起こすおそれがある。さらに、接着部が曲面状になっていて複雑形状のあて板が必要になったり、例えば中空にするための接着部などでは後から内部にあて板をあてられない場合などがあり、適用できない場合もある。また、あて板の重量分、軽量性が損なわれる。
【特許文献１】国際公開第２００５／０６８２８４号パンフレット
【特許文献２】特開２００１−２５２９８５号公報
【特許文献３】特開平１０−６８４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
軽量かつ高剛性な自転車用クランクを、複数のＦＲＰ外殻の接着により得る場合において接着部の強度を上げること、信頼性を確保することは困難であった。本発明は、かかる課題を解決し、高い強度と軽量性を犠牲にせずに生産性を向上させた自転車用クランクの構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に対し各種検討した結果、本発明者は自転車用クランクがねじり荷重や曲げ荷重を受けた際に、接合部に対してせん断方向だけでなく引き剥がし方向の変形も生じることを発見した。接着剤は一般にせん断方向の応力に対しては十分な強度を持つが、引き剥がし方向に対しては強度が低い。そのため接合部は主にせん断方向に応力を受けるよう設計するが、複雑形状で、曲げ荷重とねじり荷重が同時にかかるような複雑な応力条件下では、引き剥がし方向の応力を押さえることが難しい。
【０００８】
しかし、自転車用クランクでは、支配的な荷重は自転車搭乗者のペダル踏み込みであり、回転方向が決まっているので、支配的なねじり荷重のかかる向きも決まった向きである。そこで、ねじり荷重がかかったときの変形モードとＦＲＰの弾性特性を組み合わせて検討した結果、弾性特性の内、弾性コンプライアンスの曲げねじりカップリング項をコントロールすることによって引き剥がし方向の変形を押さえられる構造を発見し、本発明に想到した。
すなわち、
（１）横断面形状がＣ形の第１の部材と第２の部材が、第１の部材のＣ形両腕部の外面上に第２の部材のＣ形両腕部の内面が当たるように嵌め合わせられた自転車用クランクであって、右ペダルを踏み込む時にかかるモーメントの向きを正、左ペダルを踏み込むときにかかるモーメントの向きを負とするとき、第１の部材の弾性コンプライアンスの曲げねじりカップリング項β１１３，β１２３，β１３２，β１３１の４つがいずれも踏み込み時にかかるモーメントと異符号であり、かつ、第２の部材の弾性コンプライアンスの曲げねじりカップリング項β２１３，β２２３，β２３２，β２３１の４つがいずれも零であることを特徴とする自転車用クランク。
【０００９】
（２）横断面形状がＣ形の第１の部材と第２の部材が、第１の部材のＣ形両腕部の外面上に第２の部材のＣ形両腕部の内面が当たるように嵌め合わせられた自転車用クランクであって、右ペダルを踏み込む時にかかるモーメントの向きを正、左ペダルを踏み込むときにかかるモーメントの向きを負とするとき、第１の部材の弾性コンプライアンスの曲げねじりカップリング項β１１３，β１２３，β１３２，β１３１の４つがいずれも零であり、かつ第２の部材の弾性コンプライアンスの曲げねじりカップリング項β２１３，β２２３，β２３２，β２３１の４つがいずれも踏み込み時にかかるモーメントと同符号であることを特徴とする自転車用クランク。
【００１０】
（３）横断面形状がＣ形の第１の部材と第２の部材が、第１の部材のＣ形両腕部の外面上に第２の部材のＣ形両腕部の内面が当たるように嵌め合わせられた自転車用クランクであって、右ペダルを踏み込む時にかかるモーメントの向きを正、左ペダルを踏み込むときにかかるモーメントの向きを負とするとき、第１の部材の弾性コンプライアンスの曲げねじりカップリング項β１１３，β１２３，β１３２，β１３１の４つが踏み込み時にかかるモーメントと異符号であり、かつ第２の部材の弾性コンプライアンスの曲げねじりカップリング項β２１３，β２２３，β２３２，β２３１の４つがいずれも踏み込み時にかかるモーメントと同符号であることを特徴とする自転車用クランク。
【００１１】
（４）前記横断面形状がＣ形の部材が、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）からなることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の自転車用クランク。
【００１２】
（５）前記横断面形状がＣ形の部材が、繊維が一方向に引きそろえられたプリプレグからなる層を含むことを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の自転車用クランク。
【００１３】
（５）前記横断面形状がＣ形の部材の積層構成が、長手方向に対して±θ（θは３０°から６０°）の角度をなす向きに繊維を配向させた層を含むことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の自転車用クランク。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、以下に説明するとおり、高い強度を持ち、軽量で、かつ簡便な方法により生産できる自転車用クランクを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の自転車用クランクは、横断面形状がＣ形の部材（以下Ｃ形部材と記すこともある）を少なくとも二体接着してなる。二体のＣ形部材の組み合わせ方法については、図１に断面を模式的に示すように、第１の部材のＣ形両腕部の外面に第２の部材Ｃ形両腕部の内面が当たるように嵌合するように配置する。これにより、Ｃ形両腕部を接着部とすることができ、接触面積が増え接着強度が上がるうえに、接着後に中空構造とすることができ、軽量性と剛性を高いレベルで両立できる。
【００１６】
Ｃ形部材をＫｉｒｃｈｈｏｆｆの仮定を用いた板理論の拡張である古典積層板理論によって見たとき、図２に示すようなこの部材に作用する合応力Ｎと合モーメントＭによって、面内歪みεと板曲げとしての曲率κが下記式（１）のように表される。
【００１７】
【数１】
2008037258.tif 000003
【００１８】
ここで、Ｎ，Ｍ，ε，κは面内の主軸方向２つと面内せん断方向１つのあわせて３つの項を持つベクトルである。Ａ，Ｂ，Ｄはそれぞれ面内剛性、カップリング剛性、曲げ剛性をあらわす３×３の行列である。各行列の成分は、図３に示すようなＮ層積層板では、ｋ層目の剛性マトリックスＱｋと積層板内での厚さ方向位置ｚｋを用いて、下記式（２）〜（４）で示される。
【００１９】
【数２】
2008037258.tif 000004
【００２０】
【数３】
2008037258.tif 000005
【００２１】
【数４】
2008037258.tif 000006
【００２２】
ここで、Ｑは二次元直交異方性を仮定すると、図４に示すような各層の材料主軸の配向角θと各層の材料主軸方向の工学的弾性係数ＥＬ，ＥＴ，νＬＴ，ＧＬＴを用いて下記式（５）で示される。
【００２３】
【数５】
2008037258.tif 000007
【００２４】
ここでｍ＝ｃｏｓθ，ｎ＝ｓｉｎθである。なおνＴＬは相反定理より
【００２５】
【数６】
2008037258.tif 000008
【００２６】
である。
これより各層の材料と積層構成が決まると積層板の弾性特性が求められることが分かるが、式（１）の逆を取ると以下式（６）となる。
【００２７】
【数７】
2008037258.tif 000009
【００２８】
ここで、
【００２９】
【数８】
2008037258.tif 000010
【００３０】
は弾性コンプライアンスであり、
【００３１】
【数９】
2008037258.tif 000011
【００３２】
の逆行列である。α,β,δは弾性コンプライアンスから３×３の部分行列を抜き出したものとする。このとき、
【００３３】
【数１０】
2008037258.tif 000012
【００３４】
は合モーメントと面内歪みの連成項、曲率と面内合応力の連成項であり、この成分のうちβ１３，β２３，β３２，β３１の４つが弾性コンプライアンスの曲げねじりカップリング項（以下、単に、曲げねじりカップリング項と記すこともある）となる。
【００３５】
ペダルを踏み込むことによって、自転車クランクにはモーメントがかかり、このモーメントはねじり荷重として負荷されることとなる。そして、このねじり荷重は、Ｃ形部材にはせん断応力として伝達される。すなわち、Ｃ形部材に負荷される応力は図２の合応力ではＮ３成分として伝達される。
【００３６】
ここで、右ペダルを踏み込むときのモーメントを正とすると、このモーメントはＣ形部材に正の向きのせん断応力として伝達される。このとき、曲げねじりカップリング項４つが共に正ならば、式（６）よりＣ形部材の曲率κの各成分は正となり、Ｃ型部材は開口部を狭める向きに変形する。逆に、曲げねじりカップリング項４つが共に負ならば、正の向きのせん断応力が伝達されたとき、Ｃ形部材の曲率κの各成分は負となり、Ｃ型部材は開口部を拡げる向きに変形する。左ペダルを踏み込む向きは、右ペダルを踏み込む向きと逆になるので、左ペダルを踏み込むときのモーメントは負となり、このモーメントはＣ形部材に負の向きのせん断応力として伝達されるため、Ｃ形部材の曲げねじりカップリング項が正であれば、式（６）よりＣ形部材の曲率κの各成分は負となり、Ｃ型部材は開口部を拡げる向きに変形する。つまり、ペダルを踏み込んだとき、Ｃ形部材の曲げねじりカップリング項の正負と開口部の変形の向きは右クランクの場合とは逆になる。すなわち、ペダルを踏み込むモーメントの符号と、Ｃ形部材の曲げねじりカップリング項の符号が同符合のとき、Ｃ形部材は開口部を狭める向きに変形し、ペダルを踏み込むモーメントの符号と、Ｃ形部材の曲げねじりカップリング項の符号が異符合のとき、Ｃ形部材は開口部を拡げる向きに変形する。
【００３７】
第１の部材の曲げねじりカップリング項β１１３，β１２３，β１３２，β１３１の４つと、第２の部材の曲げねじりカップリング項β２１３，β２２３，β２３２，β２３１の４つがすべて零の時、接着部では、せん断応力と共に、第１の部材と第２の部材の中立軸のオフセット量により偶力が発生するので、図５に示すようにＣ形部材に互いに接着端部を引き剥がすような曲げ変形が生じ、接着端部での剥離を引き起こす事となる。図中矢印はＣ型部材の変形の向きを表す。
【００３８】
また、β３１とβ３２が異符号となると面内主軸方向での変形の向きが逆になるので長手方向と横断面方向の変形の向きが逆となり、好ましくない。そこで、この曲げねじりカップリング項４つを非零かつ同符号とすることにより、ねじり荷重がかかったとき、Ｃ形部材に長手方向と横断面方向の変形の向きがそろった曲げ変形を生じさせ、接着部の引き剥がしを抑制することができる。曲げねじりカップリング項を非零とするには、Ｃ形部材を非対称積層構造にし、４つの曲げねじりカップリング項を同符号とするには例えば反対称積層構造やそれに近い構造とすることによって可能である。
【００３９】
かかる曲げねじりカップリング項は、材料主軸方向の工学的弾性係数ＥＬ，ＥＴ，νＬＴ，ＧＬＴと、積層構成から、算出することができるので、適宜積層構成を変更して、再計算を繰り返すことで適切な曲げねじりカップリング項を与える積層構成を得ることができる。曲げねじりカップリング項は、対称積層構成とすることで零とすることができる。また、例えば[θ/-θ]（θは材料主軸の部材座標系に対してなす角度、０＜θ＜９０°、右回り座表系）という積層構成では曲げねじりカップリング項は正となり、[-θ/θ]とすると負にすることができる。θの値を変化させることにより、曲げねじりカップリング項の各項の値も変化させることもできる。より複雑な積層構成については、コンピュータを利用することにより容易に計算することができ、適切な積層構成を設計することが可能である。
【００４０】
ペダルを踏み込んだときにかかるモーメントと外側に配置された第２の部材の曲げねじりカップリング項β２１３，β２２３，β２３２，β２３１の４つが同符号となるように第２の部材の積層構成を定め、内側に配置された第１の部材の曲げねじりカップリング項β１１３，β１２３，β１３２，β１３１の４つがいずれも零となるように第１の部材の積層構成を定めることにより、図６に示すように、ねじり荷重がかかった際に、内側に配置された第１の部材は偶力により接着端部を引き剥がす向きに変形しようとするが、外側に配置された第２の部材が開口部を狭める向きに第１の部材より大きく曲げ変形し、結果として接着部が締め込まれる向きに応力がかかり、引き剥がしを抑制することができる。
【００４１】
また、ペダルを踏み込んだときにかかるモーメントと内側に配置された第１の部材の曲げねじりカップリング項β１１３，β１２３，β１３２，β１３１の４つが異符号となるように第１の部材の積層構成を定め、外側に配置された第２の部材の曲げねじりカップリング項β２１３，β２２３，β２３２，β２３１の４つをいずれも零となるように第２の部材の積層構成を定めることにより、図７に示すように、内側に配置された第１の部材が開口部を拡げる向きに第２の部材よりも大きく曲げ変形し、接着部を締め込むことができる。
【００４２】
さらには、ペダルを踏み込んだときにかかるモーメントと外側に配置された第２の部材の曲げねじりカップリング項β２１３，β２２３，β２３２，β２３１の４つが同符号となるように第２の部材の積層構成を定め、かつ、かかるモーメントと内側に配置された第１の部材の曲げねじりカップリング項β１１３，β１２３，β１３２，β１３１の４つが異符号となるように第１の部材の積層構成を定めると、図８に示すように、外側、内側どちらも変形して両方から接着部を締め込むこととなり、接着部の引き剥がしがより強く抑制できる。
【００４３】
ここまでは説明を簡単にするために積層構造をとる部材として述べたが、例えば厚さ方向に物性が傾斜的に変化する部材などでも、古典積層板理論を適用できるため、同様の変形モードを実現することができ、本発明を適用できる。また、Ｃ形部材の内側にリブを配置するなどの方法により更なる高剛性化を行ってもよい。
【００４４】
Ｃ形部材は、自転車クランクに求められる軽量性、高剛性、高強度という特性を満たすためには、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）からなることが好ましい。ＦＲＰとは、エポキシ樹脂やポリエステル樹脂などのプラスチックを、強化繊維である炭素繊維などで強化したものである。プラスチックには、上記した、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂の他、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化樹脂の他、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂など熱可塑樹脂が使用される。強化繊維は、炭素繊維やガラス繊維などの無機繊維や、アラミド繊維（ケブラー、トワロンなど）、高強度ポリエチレン繊維、ＰＢＯ繊維などの有機繊維であり、強化繊維の比重は軽金属であるアルミニウムの比重２．７より小さい。また、樹脂の比重は１．５以下であるため、ＦＲＰの比重もアルミニウムを下回る。中でも、炭素繊維とエポキシ樹脂を重量比で４：６〜７：３の割合で組み合わせたＣＦＲＰは、重量当たりの剛性、強度が最も高く、本発明で最も好ましい材料である。ちなみに、通常、炭素繊維の弾性率は、２００〜８００ＧＰａ、強度は３ＧＰａ〜８ＧＰａであり、アルミニウムの弾性率７０ＧＰａ、強度０．２〜０．８ＧＰａを大きく上回る。また、炭素繊維の比重は、１．５〜２．０程度で、アルミニウムの比重２．７より軽い。さらに、エポキシ樹脂の比重は、１．２〜１．３であり、樹脂を炭素繊維で強化したＣＦＲＰの比重は、アルミニウムのそれを大きく下回る。
【００４５】
Ｃ形部材の積層構成を設計する際には、候補となる積層構成に対して曲げねじりカップリング項を計算し、各項の符号を確認しながら設計を進めていくことが好ましい。これらの積層構造については、なかでも繊維を一方向に引きそろえたプリプレグからなる層を含むようにすると、設計が容易となることから好ましい。また、自転車用クランクの長手方向に対して斜めに繊維が配向されるように積層する層を含むとねじり方向の剛性がコントロールできるので好ましく、かかる繊維配向を３０〜６０°の範囲とすると応力を効果的に負担でき、より好ましい。この斜めに繊維が配向された層と自転車用クランクの長手方向に繊維が配向された層の積層順を適切に決めることにより、接着部の引き剥がしを抑制する曲げ変形モードが得られる。
【実施例】
【００４６】
図９に示す形状の自転車クランクについて検討した。この形状はペダル軸が結合する部分と、ブラケットスピンドルが結合する部分を両端に持ち、これらの軸間距離が１７０ｍｍである。クランクの幅は３５ｍｍ、厚さは１４ｍｍである。この部材は図１０に一部形状をカットして示すように２体のＣ形部材を組み合わせ、中空となるよう成形されたものである。
【００４７】
使用した材料は、弾性率２８０ＧＰａ，引張強度４．４ＧＰａの炭素繊維を一方向に引きそろえてエポキシ樹脂を含浸した一方向プリプレグ（繊維目付１９０ｇ／ｍ２，樹脂重量含有率３５％，樹脂硬化温度１２０℃，繊維方向弾性率ＥＬ１４６ＧＰａ，繊維直交方向弾性率ＥＴ８．５ＧＰａ，横弾性率ＧＬＴ４．９ＧＰａ，ポアソン比νＬＴ０．３１）である。端部のペダル軸結合部およびブラケットスピンドル結合部には、アルミ合金Ａ２０１４を切削して作ったインサート部品（重量：３６．２ｇ、２個）を埋め込んだ。接着剤は構造用エポキシ接着剤（東レ・ファインケミカル（株）製ＴＥ−２２２０）を用いた。
【００４８】
積層構成は長手方向を０度とし右回り座標系で定義した角度を用いて表現している。
【００４９】
強度の評価はＪＩＳ  Ｄ９４１５のペダル取り付け部静荷重強度の試験法に従った。この試験法では、自転車クランクにはねじり荷重がかかる。強度の評価は荷重１．５ｋＮまでかけたときに破壊しなければ合格とした。剛性の評価は、強度の評価と同様の固定法、負荷法をとったときの荷重０．５ｋＮ時の荷重点変位が２．５ｍｍ以下ならば合格とした。かけるモーメントの向きは左ペダルを踏み込む向き、すなわち本発明で負と定義した向きとした。
（実施例１）
一方向プリプレグを１０層、内側から［４５／−４５／４５／−４５／０／４５／−４５／０］となるよう積層したものを金型でプレス成形し、Ｃ形部材Ａを成型した。このとき、β１３＝−１．５２×１０−３Ｎ−１，β２３＝−３．３１×１０−３Ｎ−１，β３２＝−３．８１×１０−３Ｎ−１，β３１＝−７．９４×１０−４Ｎ−１となり、このＣ形部材Ａは、ねじり荷重がかかったときに外側から接着部を閉じる向きに変形する。つぎに、一方向プリプレグを８層、内側から［４５／０／−４５／９０］Ｓとなるよう積層したものを同様に成形しＣ形部材Ｂを得た。このＣ形部材Ｂの曲げねじりカップリング項は零である。Ｃ形部材Ａの中にＣ形部材Ｂが嵌合するように接着し、自転車用クランクを得た。
（実施例２）
一方向プリプレグを８層、内側から［４５／０／−４５／９０］Ｓとなるよう積層したものを金型でプレス成形し、Ｃ形部材Ｃを成型した。このＣ形部材Ｃの曲げねじりカップリング項は零である。つぎに、一方向プリプレグを８層、内側から［−４５／４５／−４５／４５／０／−４５／４５／０］となるよう積層したものを同様に成形しＣ形部材Ｄを得た。このとき、β１３＝１．５２×１０−３Ｎ−１，β２３＝３．３１×１０−３Ｎ−１，β３２＝３．８１×１０−３Ｎ−１，β３１＝７．９４×１０−４Ｎ−１となり、このＣ形部材Ｄは、ねじり荷重がかかったときに内側から接着部を閉じる向きに変形する。Ｃ形部材Ｃの中にＣ形部材Ｄが嵌合するように接着し、自転車用クランクを得た。
（実施例３）
一方向プリプレグを１０層、内側から［４５／−４５／４５／−４５／０／４５／−４５／０］となるよう積層したものを金型でプレス成形し、Ｃ形部材Ｅを成型した。このとき、β１３＝−１．５２×１０−３Ｎ−１，β２３＝−３．３１×１０−３Ｎ−１，β３２＝−３．８１×１０−３Ｎ−１，β３１＝−７．９４×１０−４Ｎ−１となり、このＣ形部材Ｅは、ねじり荷重がかかったときに外側から接着部を閉じる向きに変形する。つぎに、一方向プリプレグを８層、内側から［−４５／４５／−４５／４５／０／−４５／４５／０］となるよう積層したものを同様に成形しＣ形部材Ｆを得た。このとき、β１３＝１．５２×１０−３Ｎ−１，β２３＝３．３１×１０−３Ｎ−１，β３２＝３．８１×１０−３Ｎ−１，β３１＝７．９４×１０−４Ｎ−１となり、このＣ形部材Ｆは、ねじり荷重がかかったときに内側から接着部を閉じる向きに変形する。Ｃ形部材Ｅの中にＣ形部材Ｆが嵌合するように接着し、自転車用クランクを得た。
（比較例１）
一方向プリプレグを８層、内側から［４５／０／−４５／９０］Ｓとなるよう積層したものを金型でプレス成形し、Ｃ形部材Ｇを成型した。つぎに、一方向プリプレグを８層、内側から［４５／０／−４５／９０］Ｓとなるよう積層したものを同様に成形しＣ形部材Ｈを得た。このとき、Ｃ形部材Ｇ，Ｈはいずれもβ１３＝β２３＝β３２＝β３１＝０となる。Ｃ形部材Ｇの中にＣ形部材Ｈが嵌合するように接着し、自転車用クランクを得た。
【００５０】
上記の結果を表１にまとめる。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
比較例１ではねじり荷重がかかると接着部に引き剥がす向きの変形が見られ、荷重１．４ｋＮで接着部が剥がれ、不合格となった。それに対し、実施例１はＣ形部材Ａが接着部を外から締め込むことにより引き剥がし変形を押さえ、強度試験に合格した。また、実施例２ではＣ形部材Ｄが接着部を内側から締め込むことにより引き剥がしを抑制し、強度試験に合格した。実施例３ではＣ形部材Ｅ、Ｆが接着部を両側から互いに締め込むことにより引き剥がしを抑制し、強度試験に合格した。剛性、重量については４体とも同程度であった。
【００５３】
以上のことより、本発明の構造をとる自転車用クランクは軽量性を犠牲とせずに強度が高く、また生産性も高いものであった。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、一方向のみにねじり荷重がかかる自転車のクランクに特に好適に利用することができるものであるが、例えば、二輪車の片持ち式リヤサスペンションアームや人型ロボットの腕部構造部材など、一方向のみに支配的なねじり荷重が加わる箇所に適用される部材であれば、中空で軽量かつ高強度である特長を生かし好ましく適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】自転車用クランクの断面の模式図
【図２】板にかかる合応力と合モーメントの模式図
【図３】積層板断面の模式図
【図４】積層角度の座標の取り方の模式図
【図５】ねじり荷重がかかったときの接着部を引き剥がす変形状態の模式図
【図６】ねじり荷重がかかったときの接着部を外から押さえる変形状態の模式図
【図７】ねじり荷重がかかったときの接着部を内から押さえる変形状態の模式図
【図８】ねじり荷重がかかったときの接着部を内外両方から押さえる変形状態の模式図
【図９】実施例の自転車用クランクの斜視図
【図１０】実施例の自転車用クランクの一部カットして断面を見せた状態の斜視図
【符号の説明】
【００５６】
１： 自転車用クランク
２： Ｃ形部材
３： 接着部
４： インサート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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