(57)【要約】      （修正有）【課題】サイクリングスポーツの人気が増加するにつれて、より良い機能の自転車フレームを提供する。【解決手段】互いに連結されたチューブセットを含む自転車フレームが開示されている。チューブの一つの少なくとも一部は、少なくとも三つの材料層を含んでいる。例えば、一実施の形態において、座椅子チューブは、カーボンファイバーの内部層と、アルミニウム（または他の金属）の中間層と、カーボンファイバーの外部層とを含んでいる。【選択図】図１
2007062722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに連結された複数のチューブを備えた自転車フレームにおいて、
前記複数のチューブの第一チューブの少なくとも一部は、少なくとも三つの異なる材料層を含み、
前記第一チューブの少なくとも半分より多くは、前記三つの材料層の少なくとも二つを含むことを特徴とする自転車フレーム。
【請求項２】
前記三つの異なる材料層は、カーボンファイバーを含む内部層と、金属材料を含む中間層と、カーボンファイバーを含む外部層とを含むことを特徴とする請求項１記載の自転車フレーム。
【請求項３】
前記三つの異なる材料層の一つは、カーボンファイバーを含み、
前記三つの異なる層の他の一つは、アルミニウムを含み、
前記チューブの少なくともサブセットは、一体的に一片構造を形成することを特徴とする請求項１記載の自転車フレーム。
【請求項４】
前記三つの異なる材料層は、カーボンファイバーと金属層とを含む層を含み、
前記金属層は、前記三つの異なる層に対する外面の５０％より長い長さで延在することを特徴とする請求項３記載の自転車フレーム。
【請求項５】
頂点部と底部とを含む座椅子チューブと、
前方支持部と、
前記前方支持部と前記座椅子チューブとに連結された交差支持部（cross support）とを備え、
前記頂点部は、当該頂点部の少なくとも第一部で、三つの異なる層を有することを特徴とする自転車フレーム。
【請求項６】
前記三つの異なる層は、少なくとも一つのカーボン材料層と、少なくとも一つの金属材料層とを含むことを特徴とする請求項５記載の自転車フレーム。
【請求項７】
前記三つの層は、カーボンファイバーを有する内部層と、金属材料を有する中間層と、カーボンファイバーを有する外部層とを含むことを特徴とする請求項５記載の自転車フレーム。
【請求項８】
前記三つの異なる層は、カーボンファイバーを有する内部層と、アルミニウムを有する中間層と、カーボンファイバーを有する外部層とを含み、
座椅子アセンブリを受ける前記座椅子チューブの一部は、前記内部層と、前記中間層を含まない前記外部層とを含むことを特徴とする請求項５記載の自転車フレーム。
【請求項９】
前記座椅子チューブは、前記三つの異なる層に対する外面を有し、
前記三つの異なる層は、内部層、中間金属層および外部層を含み、
前記外面の半分より多くは、前記中間金属層によって形成されていることを特徴とする請求項５記載の自転車フレーム。
【請求項１０】
前記座椅子チューブは長さを有し、
前記三つの異なる層は、内部層、中間金属層および外部層を含み、
前記中間金属層は、前記長さの半分より長い長さで延在することを特徴とする請求項５記載の自転車フレーム。
【請求項１１】
前記座椅子チューブの前記底部に連結された底部ブラケットをさらに備え、
前記前方支持部はヘッドチューブからなり、
前記交差支持部はトップチューブからなり、
前記ヘッドチューブと前記底部ブラケットとに連結された下方チューブをさらに備え、
前記座椅子チューブの頂点部は、前記トップチューブに連結されていることを特徴とする請求項５記載の自転車フレーム。
【請求項１２】
前記三つの異なる層は、少なくとも一つのカーボン材料層と、少なくとも一つの金属材料層とを含むことを特徴とする請求項１１記載の自転車フレーム。
【請求項１３】
前記三つの異なる層は、カーボンファイバーを有する内部層と、金属材料を有する中間層と、カーボンファイバーを有する外部層とを含むことを特徴とする請求項１１記載の自転車フレーム。
【請求項１５】
前記中間層は前記底部ブラケットに接触し、
前記内部層は前記底部ブラケットに接触しないことを特徴とする請求項１３記載の自転車フレーム。
【請求項１６】
前記中間層は前記底部ブラケットに接触し、
前記外部層は前記底部ブラケットに接触しないことを特徴とする請求項１３記載の自転車フレーム。
【請求項１７】
内部層は第一長さからなり、
中間層は前記第一長さと異なる第二長さからなり、
外部層は第三長さからなり、
前記第三長さは、前記第一長さおよび第二長さよりも短いことを特徴とする請求項１３記載の自転車フレーム。
【請求項１８】
前記頂点部は、カーボンファイバーを有する内部層と、金属を有する中間層と、カーボンファイバーを有する外部層とを含み、
前記トップチューブはカーボンファイバーから作られ、
前記ヘッドチューブおよび下方チューブは金属から作られ、
前記自転車は、座椅子留めと、当該座椅子留めに連結されたチェーン留めとをさらに含み、
前記座椅子留めはカーボンファイバーから作られ、
前記チェーン留めは金属から作られることを特徴とする請求項１３記載の自転車フレーム。
【請求項１９】
自転車フレームを製造する方法において、
チューブセットを製造する工程であって、
前記チューブセットの第一チューブの第一層を形成する工程と、
前記第一チューブに第二層を加える工程と、
前記第一チューブに第三層を加える工程と、
前記チューブの少なくともサブセットを連結する工程とを備え、
前記第一層は、前記第一チューブの長さの半分より長くにわたり形成され、
前記第二層は、前記第一チューブの前記長さの半分より長くにわたり加えられていることを特徴とする自転車フレームを製造する方法。
【請求項２０】
前記第一層を形成する工程は、カーボンファイバー層を形成する工程を含み、
前記第二層を加える工程は、金属層を加える工程を含み、
前記第三層を加える工程は、カーボンファイバーの他の層を加える工程を含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記第一チューブは座椅子チューブであり、
前記チューブセットを製造する工程は、ヘッドチューブ、下方チューブおよびトップチューブを製造する工程を含み、
前記連結する工程は、前記トップチューブを前記ヘッドチューブおよび前記座椅子に連結する工程を含み、
前記チューブセットを連結する工程は、前記下方チューブを前記ヘッドチューブに連結する工程を含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
前記連結する工程は、カーボンファイバー製造工程の一部として前記チューブを製造する間に行われることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２３】
前記第二層が、前記第一層および前記第二層に関して、前記第一チューブの前記長さの半分より長い長さにわたり外面を構成するよう、前記第三層は、前記第一チューブの前記長さの半分未満で加えられることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２４】
前記第一層および前記第二層は、前記第一チューブの前記長さの少なくとも半分より長い長さを覆うことを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも一部のための第一層および第二層を有する座椅子チューブと、
前方支持部と、
前記前方支持部および前記座椅子チューブに連結された交差支持部とを備え、
前記座椅子チューブは座椅子チューブ長さを有し、
前記第一層は金属層からなり、
前記第二層は前記第一層とは異なり、
前記第一層は前記座椅子チューブ長さの５０％より長い長さで延在することを特徴とする自転車フレーム。
【請求項２６】
前記第一層は、前記座椅子チューブ長さの２／３より長い長さで延在することを特徴とする請求項２５記載の自転車フレーム。
【請求項２７】
前記第一層は、前記座椅子チューブ長さの７５％より長い長さで延在することを特徴とする請求項２５記載の自転車フレーム。
【請求項２８】
前記第一層は、前記座椅子チューブ長さの８０％より長い長さで延在することを特徴とする請求項２５記載の自転車フレーム。
【請求項２９】
前記第二層は、前記座椅子チューブ長さの２／３より長い長さで延在することを特徴とする請求項２５記載の自転車フレーム。
【請求項３０】
前記第二層はカーボンファイバーを含み、
前記第二層は前記第一層の内側にあることを特徴とする請求項２９記載の自転車フレーム。
【請求項３１】
前記座椅子チューブは座椅子チューブの頂点部のための第三層を有し、
当該第三層は前記第一層の外側にあることを特徴とする請求項３０記載の自転車フレーム。
【請求項３２】
底部ブラケットをさらに備え、
前記前方支持部はヘッドチューブであり、
前記交差支持部はトップチューブであり、
前記ヘッドチューブおよび前記底部ブラケットに連結された金属下方チューブと、
二つのカーボンファイバー座椅子留めと、
前記座椅子留めおよび前記底部ブラケットに連結された二つの金属チェーン留めとをさらに備え、
前記ヘッドチューブは金属からなり、
前記トップチューブはカーボンファイバーからなることを特徴とする請求項２５記載の自転車フレーム。
【請求項３３】
少なくとも一部のための第一層および第二層を有する座椅子チューブと、
前方支持部と、
前記前方支持部および前記座椅子チューブに連結された交差支持部とを備え、
前記座椅子チューブは前記第一層および前記第二層に対して外面を有し、
前記第一層は金属層からなり、
前記第二層は前記第一層とは異なり、
前記第一層は前記外面の５０％より長い長さを構成することを特徴とする自転車フレーム。
【請求項３４】
前記第一層は、前記外面の２／３より長い長さで延在することを特徴とする請求項３３記載の自転車フレーム。
【請求項３５】
前記第一層は、前記外面の７０％より長い長さで延在することを特徴とする請求項３３記載の自転車フレーム。
【請求項３６】
前記第二層はカーボンファイバーを含むことを特徴とする請求項３５記載の自転車フレーム。
【請求項３７】
底部ブラケットと、
前記前方支持部および前記底部ブラケットに連結された金属下方チューブと、
二つのカーボンファイバー座椅子留めと、
前記座椅子留めおよび前記底部ブラケットに連結された二つの金属チェーン留めとをさらに備え、
前記前方支持部は金属からなり、
前記交差支持部はカーボンファイバーからなることを特徴とする請求項３３記載の自転車フレーム。
【請求項３８】
底部ブラケットをさらに備え、
前記第一層は前記底部ブラケットに連結され、
前記第二層は前記底部ブラケットに連結されず、
前記前方支持部はヘッドチューブからなり、
前記交差支持部はトップチューブからなることを特徴とする請求項３３記載の自転車フレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願で記載される技術は、自転車フレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車フレームは中空金属チューブから作られている。これらのチューブは、フレームを形成するために、その端部で結合され、フレーム上で、様々な他の要素が取り付けられている。金属チューブは、大きな突起、支柱またはスリーブによって互いに連結され、溶接、はんだ、ろう付けなどによって、適切な場所で保持されている。
【０００３】
材料科学における近年の進歩によって、カーボンファイバーのような軽量な非金属成分材料を用いるフレームを作ることができるようになっている。カーボンファイバー材料によって、高い動作を行うサイクリングのために必要な強度および衝撃吸収性を得ることができる。自転車フレームにカーボンファイバー材料を用いることによって、自転車の重さを減らすとともに、性能を向上させることができる。
【０００４】
カーボンファイバーのような軽い非金属成分材料の利点にもかかわらず、金属フレームによると堅固性と優れたパワー伝達を実現することができるので、ライダーによっては、まだ金属フレームを好んでいる。
【０００５】
金属フレームの利点と非金属成分材料の利点の均衡を保つために、ある自転車フレームは、金属と非金属成分材料から作られている。例えば、自転車フレームのチューブ、突起または支柱のいくつかは金属から作られるが、他の自転車フレームのチューブ、突起または支柱は非金属成分材料から作られる。
【０００６】
このような自転車フレームの一実施の形態は、カリフォルニアのMorgan HillのSpecialized Bicycle Componentsから得られるTarmac E5のフレームからなっている。Tarmac E5のフレームは、アルミニウム合金車台を形成するヘッドチューブ、下方チューブ、底部ブラケット、座椅子チューブの下方部分およびチェーン留めを含んでいる。トップチューブ、座椅子留めおよび座椅子チューブの上方部分は、モノコックカーボンファイバー構造を形成している。合金車台の接続点は、モノコックカーボンファイバー構造と一緒に成形される。このように、座椅子チューブの底部は金属合金から作られるが、座椅子チューブの頂点部はカーボンファイバーから作られる。座椅子チューブの底部が頂点部と結合するところで、カーボンファイバーのラミネート層は、座椅子チューブの外側（アルミニウムチューブの周縁部を含む）を囲み、他のカーボンファイバー層は、座椅子チューブの内側（アルミニウムチューブの同じ部分の境界を含む）を線引きする。このフレームはアルミニウムとカーボンファイバーとを結合するが、フレームは、好ましいパワー効率およびコーナー加速を実現するのに十分な堅固性を有していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
サイクリングスポーツの人気が増加するにつれて、より良い機能の自転車フレームが要求されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
互いに連結されたチューブセットを含む自転車フレームが開示されている。第一チューブの少なくとも一部は、少なくとも三つの異なる材料層を含んでいる。
【０００９】
一実施の形態において、第一チューブの長さの少なくとも半分より長い長さは、三つの材料層のうち少なくとも二つを含んでいる。
【００１０】
自転車フレームの一実施の形態は、座椅子チューブと、前方支持部と、前方支持部および座椅子チューブに連結された交差支持部とを含んでいる。座椅子チューブは、座椅子チューブの頂点部の少なくとも一部にある三層を含んでいる。
【００１１】
一実施の形態において、三つの異なる材料層は、カーボンファイバーの内部層と、アルミニウム（または他の金属）の中間層と、カーボンファイバーの外部層とを含んでいる。三層以上のために他の構成も用いることができる。
【００１２】
一実施の形態は、チューブの少なくとも一部のための第一層と第二層とを有する座椅子チューブを含んでいる。座椅子チューブは座椅子チューブ長さを有している。第一層は金属層からなる。第二層は第一層と異なる材料から作られている。第一層は、座椅子チューブ長さの５０％より長い長さで延在している。
【００１３】
一実施の形態は、座椅子チューブの少なくとも一部のための第一層と第二層とを有する座椅子チューブを含んでいる。座椅子チューブは、第一層および第二層に対して外面を有している。第一層は金属層からなる。第二層は第一層とは異なっている。第一層は、外面の５０％より長い長さを構成する。外面は、ペンキが塗られるか、または他の方法で仕上げられてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は自転車フレーム１００の側方図を示している。図２は自転車フレーム１００の斜視図（prospective view）を示している。自転車フレーム１００は、自転車フレーム１００の前方のヘッドチューブ１０２と、ヘッドチューブ１０２に連結されたトップチューブ１０４と、ヘッドチューブ１０２に連結された下方チューブ１０６とを含んでいる。底部ブラケット１０８は、下方チューブ１０６の後端に連結されている。自転車フレーム１００は、トップチューブ１０４に連結された座椅子チューブ１１０と、底部ブラケット１０８も含んでいる。座椅子チューブ１１０は、座椅子チューブ連結部１１２と座椅子チューブシリンダ１１４とを有している。下方チューブ１０６は、直線状のチューブとして示されているが、湾曲したり、曲がったりしていてもよい。例えば、下方チューブ１０６の頂点は、トップチューブ１０４から離れるよう湾曲してもよく。また、下方チューブ１０６の底部は底部ブラケット１０８に向かって曲がってもよい。自転車フレーム１００の他のチューブも、湾曲したり、曲がったりしてもよい。
【００１５】
自転車フレーム１００は、チェーン留め１２０，１２２を含むこともでき、チェーン留め１２０，１２２の両者は、チェーン留め１２０，１２２の前端で、底部ブラケット１０８に連結されている。ドロップアウト（drop out）１２４，１２４は自転車フレーム１００の後部にあり、チェーン留め１２０，１２２の後端に連結されている。ドロップアウト１２４，１２６は、後輪（図示せず）の軸を受けるための開口１２５，１２７を含んでいる。
【００１６】
座椅子チューブ連結部１１２は、トップチューブ１０４と座椅子留めチューブ１３０に連結されている。座椅子留めチューブ１３０は、座椅子留め１３２，１３４にも連結されている。座椅子留め１３２の底部端部は、ドロップアウト１２６に連結されている。座椅子留め１３４の底部端部は、ドロップアウト１２４に連結されている。
【００１７】
ヘッドチューブ１０２は、分岐アセンブリ（図示せず）とステアリングアセンブリ（図示せず）を受ける。分岐アセンブリは前輪を支持する。
【００１８】
一実施の形態において、自転車フレーム１００の第一部は金属から作られ、自転車フレーム１００の第二部は非金属材料から作られる。様々な異なる材料を、自転車フレームの第一部に対して用いることができる。一実施の形態において、アルミニウムが用いられる。他の実施の形態において、チタンやスチールを用いることができる。他の材料も用いることができる。自転車フレームの第二部は、強化プラスチック成分材料から作ることができる。自転車フレームの第二部に適した材料の一例は、カーボンファイバーである。他の非金属材料も用いることができる。他の実施の形態において、自転車の少なくとも一部は第一材料からなり、自転車の少なくとも第二部は第二材料からなり、（例え第一材料と第二材料が一以上の共通した成分/材料を含んでいたとしても）第一材料は第二材料と異なるような他の材料を用いることができる。
【００１９】
他の実施の形態において、ヘッドチューブ１０２、下方チューブ１０６、底部ブラケット１０８、チェーン留め１２０、チェーン留め１２２、ドロップアウト１２４、およびドロップアウト１２６は、金属（例えば、アルミニウム）から作られている。金属成分は、互いに溶接されたり、他の方法で固定されたり、また一つの一体構造から形成されることができる。トップチューブ１０４、座椅子留めチューブ１３０、座椅子留め１３２および座椅子留め１３４は、カーボンファイバーから作られている。一実施の形態において、カーボンファイバー成分は互いに接着されている。他の実施の形態において、固定するための他の方法を用いることができる。他の実施の形態において、上述された金属部分とカーボンファイバー部分のセットではなく、異なる部分のセットが金属からなり、異なる部分のセットが非金属からなることができる。
【００２０】
座椅子チューブ１１０は、三つの材料層からなっている。座椅子チューブ１１０を含む材料層のうちの少なくとも一つは、金属から作られ、第二層はカーボンファイバーから作られる。他の実施の形態において、座椅子チューブ１１０は、カーボンファイバーから作られる内部層と、金属（例えば、アルミニウム）から作られる中間層と、カーボンファイバーから作られる外部層とを含んでいる。他の実施の形態において、三層は他の材料から作ることもできる。いくつかの実施の形態において、座椅子チューブ１１０は、三層より多くの層を含むことができる。
【００２１】
図１および図２において、カーボンファイバーから作られる成分を同定するために濃淡が用いられている。陰になっている表面はカーボンファイバーから作られ、陰になっていない表面は金属から作られている。濃淡とは、他の特定の色を示す方法ではない。カーボンファイバーはあらゆる色に塗ることができる。さらに、金属成分もあらゆる色に塗ることができる。
【００２２】
図３は、座椅子チューブ１１０をさらに詳細に示している。上述したように、座椅子チューブ１１０の一実施の形態は、外部層１５０、中間層１５４および内部層１５８の三層からなっている。外部層１５０の長さは矢印１５２によって示されている。中間層１５４の長さは矢印１５６によって示されている。内部層１５８の長さは矢印１６０によって示されている。一実施の形態において、外部層１５０は、座椅子チューブ１１０の表面全体を覆っていない。むしろ、外部層１５０は座椅子チューブ１１０の一部（例えば、頂点部）だけを覆っている。一実施の形態において、外部層１５０は座椅子チューブ連結部１１２を覆っているだけである。一実施の形態において、中間層１５４は、座椅子チューブ１１０の長さ全体に沿って配置されていない。矢印１５６で示されているように、中間層１５４は、座椅子チューブ１１０の底部から始まり、座椅子チューブ１１０の頂点近傍位置まで続いている。シリンダ１１４の外面は中間層１５４からなっている。内部層１５８は、座椅子チューブ１１０の頂点から始まり、座椅子チューブ１１０の底部近傍位置まで続いている。内部層１５８の長さは矢印１６０によって示されている。図示されているように、内部層１５８は、中間層１５４ほど長くは延在していない。中間層１５４および内部層１５８の底部は底部ブラケット１０８内に挿入されている。
【００２３】
一実施の形態において、内部層１５８は座椅子チューブ１１０の長さの約９５％で延在し、中間層１５４は座椅子チューブ１１０の長さの約８０％（または、少なくとも８０％）で延在し、外部層１５０は座椅子チューブ１１０の長さの約３０％で延在している。これらの長さは変えることができる。例えば、長さを変えた他の実施の形態において、中間層１５４は座椅子チューブ１１０の長さの５０％より長くすることができ、中間層１５４は座椅子チューブ１１０の長さの２/３より長くすることができ、中間層１５４は座椅子チューブ１１０の長さの７５％より長くすることができ、中間層１５４は座椅子チューブ１１０の長さの８０％より長くすることができる。他の実施の形態において、内部層１５８は座椅子チューブ１１０の長さの２/３から１００％まで変化させることができ、中間層１５４は座椅子チューブ１１０の長さの２/３から１００％まで変化させることができ、外部層１５０は座椅子チューブ１１０の長さの３０％から１００％まで変化させることができる。
【００２４】
一実施の形態において、三層について、外部層１５０は座椅子チューブ１１０の外面の約３０％を覆い、中間層１５４は座椅子チューブ１１０の外面の７０％を覆う。座椅子チューブ１１０の外面の覆う範囲は変えることもできる。例えば、他の実施の形態において、中間層１５４は、三層について、座椅子チューブ１１０の外面の５０％より多く、２/３より多く、または７０％より多くを覆うような構成にすることができる。表面範囲を含む、様々な層の長さは、堅さと快適性のバランスを適切にするよう設計される。
【００２５】
いくつかの実施の形態において、座椅子チューブ１１０は、ペンキおよび／または仕上げ材料によって覆われていてもよい。中間層１５４（または他の層）が、三層（または二層）に対して座椅子チューブの外面の一部を覆うと考えられている限りでは、ペンキや他の仕上げ材料のことを考慮にいれていない。このように、たとえ、外面を覆うために、座椅子チューブがペンキで塗られるなどして終了したとしても、三層１５０，１５４，１５８に対する外面に中間層１５４がある場合には、中間層１５４は、三層に対して座椅子チューブ１１０の外面のＸ％を覆うと言われる。
【００２６】
図４Ａは、座椅子チューブ１１０の内部を示す座椅子チューブ１１０の断面図である。外部層１５０は、座椅子チューブ連結部１１２、すなわち、座椅子チューブ１１０の上部の外面を構成する。座椅子チューブ１１２は、座椅子チューブ１１２内でトップチューブ１０４を受ける。トップチューブ１０４は、線１７０に沿って座椅子チューブ連結部１１２の内部に接着されている。座椅子チューブ連結部１１２は、座椅子チューブ連結部１１２の内部で座椅子留めチューブ１３０も受けている。座椅子留めチューブ１３０は、線１７２に沿って座椅子チューブ連結部１１２の内部に接着されている。図４Ａは、湾曲した接着線１７０，１７２を示しているが、これらは、直線であっても他の形状であってもよいことには注意すべきである。固定するための他の方法も用いることができる。図４Ａは、座椅子チューブシリンダ１１４の一部を覆っている外部層１５０を示している。外部層１５０が座椅子チューブシリンダ１１４を覆う領域で、中間層１５４は外部層１５０の下方に位置している。外部層１５０によって覆われていない座椅子チューブシリンダ１１４の領域で、中間層１５４は座椅子チューブ１１０の外面を構成する。中間層１５４は、円筒形状になっている。いくつかの実施の形態において、外部層１５０の端部は、中間層１５４に滑らかに移動することができるよう、先が細くなっている。内部層１５８は中間層１５４の内部にある。一実施の形態において、内部層１５８は中間層１５４の内部境界となるよう、円筒形状になっている。図４Ａから分かるように、中間層１５４は、内部層１５８より長く延在している。図４Ａは、内部層１５８の内面１６２も示している。
【００２７】
座椅子チューブ１１２は、底部ブラケット１０８内に密着している。底部ブラケット１０８は停止部１８０を含み、当該停止部１８０は、底部ブラケット１０８内で座椅子チューブ１１２を適切に位置づけるために中間層１５４の底部に隣接している。中間層１５４の底部において、座椅子チューブ１１２は底部ブラケット１０８に接着している。
【００２８】
図４Ｂは、破線ＡＡに沿った座椅子チューブ１１０の断面図である。三つの異なる材料の層１５０，１５４，１５８は、互いに接触して示されている。図４Ｂは、内部層１５８の内面１６２も示している。
【００２９】
図５−図７は、底部ブラケット１０８の一実施の形態の様々な図を示している。図示されているように、底部ブラケット１０８はシリンダ２００を含んでおり、シリンダ２００は開口部２０２を規定している。開口部２０２はクランクアセンブリを受ける。シリンダ２００の一端は開口２０４を含み、当該開口２０４は下方チューブ１０６を取り付ける（例えば、溶接する）ための位置を規定している。シリンダ２００の他端は、チェーン留め１２０およびチェーン留め１２２を取り付ける（例えば、溶接する）ための位置を規定する二つの小さな開口２２０，２２２を含んでいる。シリンダ２０６を受ける座椅子チューブ１１０は、シリンダ２００上に取り付けられている。座椅子チューブ１１０は、中間層１５４の底部端部が停止部１８０に対して位置する（例えば、隣接する）よう、シリンダ２０６を受ける座椅子チューブ内に密着している。内部層１５８は、停止部１８０に隣接していない。シリンダ２０６の端部は、高部２０８と低部２１０を含んでいる。
【００３０】
図８−図１１は、ヘッドチューブ１０２の一実施の形態の様々な図を示している。図示されているように、ヘッドチューブ１０２は、メインチューブ３０２と部分３０４を受けるトップチューブとを含んでいる。部分３０４を受けるトップチューブの一部は、メインチューブ３０２の開口部内に密着し、そこで接着されたり、溶接されたりすることができる。図９は、矢印３０６で定義されるように、部分３０４を受けるトップチューブ内を見せる図である。部分３０４は、外部構造３０８を含み、外部構造３０８の内面からは停止部３１０，３１２，３１４，３１６が突出している。
【００３１】
図１０は、部分３０４を受けるトップチューブの平面図を示し、部分３０４を受けるトップチューブの頂点面を見下ろしている。図１１は、図１０の破線ＢＢに沿って切断された部分３０４を受けるトップチューブの断面図を示している。トップチューブ１０４は外部構造３０８内に密着している。トップチューブ１０４の前端部は、停止部３１０，３１２，３１４，３１６と接触している。図１１に示されるように、停止部３１０−３１６は突出部を形成している。例えば、図１１は、停止部３１０によって形成された突出部３３４と、停止部３１４によって形成された突出部３３６を示している。トップチューブ１０４の前端は、これらの突出部に当接している。一実施の形態において、トップチューブ１０４は、突出部または突出部の近傍で、または受ける部分３０４内の他の場所で受ける部分３０４に接着されている。
【００３２】
上述された自転車フレームは、座椅子チューブ１１０に適した設計を含んでいる。内部層１５８および中間層１５４は、快適性（例えば、カーボンファイバーによる）および堅固性（例えば、アルミニウムによる）の間のよいバランスを提供する。アルミニウムおよびカーボンファイバー材料は、異なる弾性を有している。外部層１５０を用いることによって、電力差の観点から、強度を増加させる。
【００３３】
図１２は、上述された特徴を有する自転車フレームを製造する工程の一実施の形態を示すフローチャートである。工程４０２において、ヘッドチューブ１０２が製造される。工程４０４において、トップチューブ１０４が製造される。工程４０６において、下方チューブ１０６が製造される。工程４０８において、座椅子チューブ１１０が製造される。工程４１０において、底部ブラケット１０８が製造される。工程４１２において、チェーン留め１２０，１２２が製造される。工程４１４において、座椅子留め１１０だけでなく、座椅子留め１３２，１３４が製造される。工程４１６において、ドロップアウト１２４，１２６が製造される。
【００３４】
工程４１８において、工程４０２−４１６で製造されたフレームの一部が、互いに連結される。例えば、トップチューブ１０４および座椅子留めチューブ１３０が、座椅子チューブ連結部１１２に接着される。トップチューブ１０４は、ヘッドチューブ１０２に接着される。座椅子チューブシリンダ１１４は、底部ブラケット１０８に接着される。下方チューブ１０６は、ヘッドチューブ１０２および底部ブラケット１０８に溶接される。チェーン留め１２０およびチェーン留め１２２も、底部ブラケット１０８に溶接される。座椅子留め１３２および座椅子留め１３４は、座椅子留めチューブ１３０およびドロップアウト１２４，１２６に接着されている。チェーン留め１２０およびチェーン留め１２２は、ドロップアウト１２４，１２６に溶接されている。
【００３５】
図１２は、三つの工程を含む座椅子チューブ１１０の製造工程を示している。工程４２０において、内部層１５８が形成される。工程４２２において、中間層１５４が座椅子チューブ１１０に加えられる。工程４２４において、外部層１５０が座椅子チューブ１１０に加えられる。工程４０２−４２４を実行する順番は、図１２に示された順番から変更することができることには注意すべきである。
【００３６】
カーボンファイバー成分を別々に作り、その後、それらを互いに連結代わりに、カーボンファイバーチューブの全てまたはサブセットを、一片の構造として同時におよび／または一体に作ることもできる。例えば、カーボンファイバー材料の方向層のパターンは、エポキシで満たされ、浮き袋を有するモールド内に配置されることができる。浮き袋は、加圧型の空気調整器に連結されている。モールドは、トップチューブ、座椅子チューブ、および座椅子留め構造（例えば、座椅子留めチューブと二つの座椅子留め）の形状になっている。次に、モールドが、エポキシが液体になり、カーボンファイバーと混ざることができる高温のオーブン内に配置される。十分に加熱した後、トップチューブ、座椅子チューブおよび座椅子留め構造のための一片構造が形成されるよう、モールドは冷却され、エポキシが固められる。このように、チューブが、同時に作られるとともに、連結される。
【００３７】
モールドをオーブン内に配置する前に、内部層１５８のためにエポキシで満たされたカーボンファイバーが、アルミニウムチューブ内に挿入される。このアルミニウムチューブは中間層１５４である。次に、外部層１５０のためにエポキシで満たされたカーボンファイバーが、アルミニウムチューブの周りを覆う。次に、座椅子留めが、トップチューブおよび座椅子留め構造に隣接して配置される。オーブン内で加熱されると、二つのカーボンファイバー層からのエポキシによって、カーボンファイバー層がアルミニウム層および隣接する部分に連結される。
【００３８】
一実施の形態において、ヘッドチューブ、下方チューブ、底部ブラケットおよびチェーン留めは、単一のアルミニウムとして、溶接され、配列され、熱処理され、そして精密に機械加工される。このアルミニウム構造を、非酸素コーティングで処理することができる。いくつかの実施の形態において、アルミニウム構造をカーボンファイバー構造に接着する代わりに、アルミニウム構造は、カーボンファイバー構造の適切な部分に対する位置に配置することができ、カーボンファイバーラミネート層は、カーボンファイバー構造とアルミニウム構造との間の結合部の周りを覆うことができる。カーボンファイバーラミネートを有するこれらの結合は、モールド内に挿入され、アルミニウム構造とカーボンフィバー構造とを連結するために加熱される。構造を結合する他の技術も用いることができる。
【００３９】
金属とカーボンファイバーとの結合を利用する上述されたフレームの設計は、堅固性と快適性のバランスを適切に組み合わせる。金属下方チューブ、チェーン留めおよび底部ブラケットによって堅固性がもたらされる。カーボンファイバートップチューブおよび座椅子留めによって、快適性がもたらされる。カーボンファイバー金属は軽くもある。座椅子チューブは、中間アルミニウム層によって堅固性を有し、カーボンファイバー層によって快適性を有している。中間アルミニウム層は前述の組み合わせたフレームより長く、前述の組み合わせたフレームよりも座椅子チューブの長さのより高い比率を占めるので、中間アルミニウム層はより堅固な座椅子チューブをもたらす。より堅固な座椅子チューブによって、下り坂を下るとき、より良く乗車コントロールをすることができるだけでなく、よりよいパワー効率と最新の加速を可能にする。より長く重複する内部カーボンファイバー層は、振動を吸収し、快適性を増加させることによって、アルミニウム層のバランスをとる。
【００４０】
座椅子チューブの外部層は、フレームに亀裂が入ることを防止することを補助する。もし、座椅子チューブが中間金属層および内部カーボンファイバー層しか含んでいなかったら、結合部に集中する剪断力のため、フレームの他の成分を有する座椅子チューブの上方結合部に亀裂が入る可能性がある。結合部を外部カーボンファイバー層で覆い、三層が重複することによって、圧力を分散することができ、結合領域に亀裂が入ることを避けることができる。
【００４１】
上述されたコンパクトなフレーム設計によって、通常の自転車フレーム構造より、軽くかつ堅固な自転車を製造することができる。傾斜したトップチューブは、少ない材料からなり、より小さなトライアングルを形成するので、加速するとき、降下するときおよび曲がるときの曲がり具合を最小とする。
【００４２】
座椅子チューブを形成する三層を用いる技術は、自転車フレームの他の部分を作るために用いることもできる。例えば、下方チューブ、トップチューブ、ヘッドチューブまたはフレームの他の部分も、三層以上の層を有することもできる。
【００４３】
上述した詳細な記載は、図示したり説明したりするための目的で示されている。排他的にし、本発明を開示された正確な態様に限定する意図ではない。上記の教示に関して多くの修正や変更が可能である。記載された実施の形態は、本発明の原理や実用的な応用を最も良く説明し、それゆえ、本技術分野の当業者が様々な実施の形態で、考え出された特定の利用法に適するように様々な修正を行って、本発明を最も良く利用することができるよう、選ばれている。本発明の範囲は、添付された請求項によって定義づけされることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】自転車フレームの一実施の形態の側方図。
【図２】図１の自転車フレームの斜視図。
【図３】座椅子チューブの一実施の形態を示す図。
【図４Ａ】図３の座椅子チューブの横断面図。
【図４Ｂ】図４Ａから選ばれた横断面図。
【図５】底部ブラケットの一実施の形態の様々な図。
【図６】底部ブラケットの一実施の形態の様々な図。
【図７】底部ブラケットの一実施の形態の様々な図。
【図８】ヘッドチューブの一実施の形態の様々な図。
【図９】ヘッドチューブの一実施の形態の様々な図。
【図１０】ヘッドチューブの一実施の形態の様々な図。
【図１１】ヘッドチューブの一実施の形態の様々な図。
【図１２】自転車フレームを製造する工程を示すフロー図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年10月23日(2006.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに連結された複数のチューブを備えた自転車フレームにおいて、
前記複数のチューブの第一チューブの少なくとも一部は、少なくとも三つの異なる材料層を含み、
前記第一チューブの少なくとも半分より多くは、前記三つの材料層の少なくとも二つを含むことを特徴とする自転車フレーム。
【請求項２】
前記三つの異なる材料層は、カーボンファイバーを含む内部層と、金属材料を含む中間層と、カーボンファイバーを含む外部層とを含むことを特徴とする請求項１記載の自転車フレーム。
【請求項３】
前記三つの異なる材料層の一つは、カーボンファイバーを含み、
前記三つの異なる層の他の一つは、アルミニウムを含み、
前記チューブの少なくともサブセットは、一体的に一片構造を形成することを特徴とする請求項１記載の自転車フレーム。
【請求項４】
前記三つの異なる材料層は、カーボンファイバーと金属層とを含む層を含み、
前記金属層は、前記三つの異なる層に対する外面の５０％より長い長さで延在することを特徴とする請求項３記載の自転車フレーム。
【請求項５】
頂点部と底部とを含む座椅子チューブと、
前方支持部と、
前記前方支持部と前記座椅子チューブとに連結された交差支持部（cross support）とを備え、
前記頂点部は、当該頂点部の少なくとも第一部で、三つの異なる層を有することを特徴とする自転車フレーム。
【請求項６】
前記三つの異なる層は、少なくとも一つのカーボン材料層と、少なくとも一つの金属材料層とを含むことを特徴とする請求項５記載の自転車フレーム。
【請求項７】
前記三つの層は、カーボンファイバーを有する内部層と、金属材料を有する中間層と、カーボンファイバーを有する外部層とを含むことを特徴とする請求項５記載の自転車フレーム。
【請求項８】
前記三つの異なる層は、カーボンファイバーを有する内部層と、アルミニウムを有する中間層と、カーボンファイバーを有する外部層とを含み、
座椅子アセンブリを受ける前記座椅子チューブの一部は、前記内部層と、前記中間層を含まない前記外部層とを含むことを特徴とする請求項５記載の自転車フレーム。
【請求項９】
前記座椅子チューブは、前記三つの異なる層に対する外面を有し、
前記三つの異なる層は、内部層、中間金属層および外部層を含み、
前記外面の半分より多くは、前記中間金属層によって形成されていることを特徴とする請求項５記載の自転車フレーム。
【請求項１０】
前記座椅子チューブは長さを有し、
前記三つの異なる層は、内部層、中間金属層および外部層を含み、
前記中間金属層は、前記長さの半分より長い長さで延在することを特徴とする請求項５記載の自転車フレーム。
【請求項１１】
前記座椅子チューブの前記底部に連結された底部ブラケットをさらに備え、
前記前方支持部はヘッドチューブからなり、
前記交差支持部はトップチューブからなり、
前記ヘッドチューブと前記底部ブラケットとに連結された下方チューブをさらに備え、
前記座椅子チューブの頂点部は、前記トップチューブに連結されていることを特徴とする請求項５記載の自転車フレーム。
【請求項１２】
前記三つの異なる層は、少なくとも一つのカーボン材料層と、少なくとも一つの金属材料層とを含むことを特徴とする請求項１１記載の自転車フレーム。
【請求項１３】
前記三つの異なる層は、カーボンファイバーを有する内部層と、金属材料を有する中間層と、カーボンファイバーを有する外部層とを含むことを特徴とする請求項１１記載の自転車フレーム。
【請求項１４】
前記中間層は前記底部ブラケットに接触し、
前記内部層は前記底部ブラケットに接触しないことを特徴とする請求項１３記載の自転車フレーム。
【請求項１５】
前記中間層は前記底部ブラケットに接触し、
前記外部層は前記底部ブラケットに接触しないことを特徴とする請求項１３記載の自転車フレーム。
【請求項１６】
内部層は第一長さからなり、
中間層は前記第一長さと異なる第二長さからなり、
外部層は第三長さからなり、
前記第三長さは、前記第一長さおよび第二長さよりも短いことを特徴とする請求項１３記載の自転車フレーム。
【請求項１７】
前記頂点部は、カーボンファイバーを有する内部層と、金属を有する中間層と、カーボンファイバーを有する外部層とを含み、
前記トップチューブはカーボンファイバーから作られ、
前記ヘッドチューブおよび下方チューブは金属から作られ、
前記自転車は、座椅子留めと、当該座椅子留めに連結されたチェーン留めとをさらに含み、
前記座椅子留めはカーボンファイバーから作られ、
前記チェーン留めは金属から作られることを特徴とする請求項１３記載の自転車フレーム。
【請求項１８】
自転車フレームを製造する方法において、
チューブセットを製造する工程であって、
前記チューブセットの第一チューブの第一層を形成する工程と、
前記第一チューブに第二層を加える工程と、
前記第一チューブに第三層を加える工程と、
前記チューブの少なくともサブセットを連結する工程とを備え、
前記第一層は、前記第一チューブの長さの半分より長くにわたり形成され、
前記第二層は、前記第一チューブの前記長さの半分より長くにわたり加えられていることを特徴とする自転車フレームを製造する方法。
【請求項１９】
前記第一層を形成する工程は、カーボンファイバー層を形成する工程を含み、
前記第二層を加える工程は、金属層を加える工程を含み、
前記第三層を加える工程は、カーボンファイバーの他の層を加える工程を含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記第一チューブは座椅子チューブであり、
前記チューブセットを製造する工程は、ヘッドチューブ、下方チューブおよびトップチューブを製造する工程を含み、
前記連結する工程は、前記トップチューブを前記ヘッドチューブおよび前記座椅子に連結する工程を含み、
前記チューブセットを連結する工程は、前記下方チューブを前記ヘッドチューブに連結する工程を含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
前記連結する工程は、カーボンファイバー製造工程の一部として前記チューブを製造する間に行われることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
前記第二層が、前記第一層および前記第二層に関して、前記第一チューブの前記長さの半分より長い長さにわたり外面を構成するよう、前記第三層は、前記第一チューブの前記長さの半分未満で加えられることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２３】
前記第一層および前記第二層は、前記第一チューブの前記長さの少なくとも半分より長い長さを覆うことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２４】
少なくとも一部のための第一層および第二層を有する座椅子チューブと、
前方支持部と、
前記前方支持部および前記座椅子チューブに連結された交差支持部とを備え、
前記座椅子チューブは座椅子チューブ長さを有し、
前記第一層は金属層からなり、
前記第二層は前記第一層とは異なり、
前記第一層は前記座椅子チューブ長さの５０％より長い長さで延在することを特徴とする自転車フレーム。
【請求項２５】
前記第一層は、前記座椅子チューブ長さの２／３より長い長さで延在することを特徴とする請求項２４記載の自転車フレーム。
【請求項２６】
前記第一層は、前記座椅子チューブ長さの７５％より長い長さで延在することを特徴とする請求項２４記載の自転車フレーム。
【請求項２７】
前記第一層は、前記座椅子チューブ長さの８０％より長い長さで延在することを特徴とする請求項２４記載の自転車フレーム。
【請求項２８】
前記第二層は、前記座椅子チューブ長さの２／３より長い長さで延在することを特徴とする請求項２４記載の自転車フレーム。
【請求項２９】
前記第二層はカーボンファイバーを含み、
前記第二層は前記第一層の内側にあることを特徴とする請求項２８記載の自転車フレーム。
【請求項３０】
前記座椅子チューブは座椅子チューブの頂点部のための第三層を有し、
当該第三層は前記第一層の外側にあることを特徴とする請求項２９記載の自転車フレーム。
【請求項３１】
底部ブラケットをさらに備え、
前記前方支持部はヘッドチューブであり、
前記交差支持部はトップチューブであり、
前記ヘッドチューブおよび前記底部ブラケットに連結された金属下方チューブと、
二つのカーボンファイバー座椅子留めと、
前記座椅子留めおよび前記底部ブラケットに連結された二つの金属チェーン留めとをさらに備え、
前記ヘッドチューブは金属からなり、
前記トップチューブはカーボンファイバーからなることを特徴とする請求項２４記載の自転車フレーム。
【請求項３２】
少なくとも一部のための第一層および第二層を有する座椅子チューブと、
前方支持部と、
前記前方支持部および前記座椅子チューブに連結された交差支持部とを備え、
前記座椅子チューブは前記第一層および前記第二層に対して外面を有し、
前記第一層は金属層からなり、
前記第二層は前記第一層とは異なり、
前記第一層は前記外面の５０％より長い長さを構成することを特徴とする自転車フレーム。
【請求項３３】
前記第一層は、前記外面の２／３より長い長さで延在することを特徴とする請求項３２記載の自転車フレーム。
【請求項３４】
前記第一層は、前記外面の７０％より長い長さで延在することを特徴とする請求項３２記載の自転車フレーム。
【請求項３５】
前記第二層はカーボンファイバーを含むことを特徴とする請求項３４記載の自転車フレーム。
【請求項３６】
底部ブラケットと、
前記前方支持部および前記底部ブラケットに連結された金属下方チューブと、
二つのカーボンファイバー座椅子留めと、
前記座椅子留めおよび前記底部ブラケットに連結された二つの金属チェーン留めとをさらに備え、
前記前方支持部は金属からなり、
前記交差支持部はカーボンファイバーからなることを特徴とする請求項３２記載の自転車フレーム。
【請求項３７】
底部ブラケットをさらに備え、
前記第一層は前記底部ブラケットに連結され、
前記第二層は前記底部ブラケットに連結されず、
前記前方支持部はヘッドチューブからなり、
前記交差支持部はトップチューブからなることを特徴とする請求項３２記載の自転車フレーム。
【外国語明細書】
2007062722000001.pdf