JP5372391B2 - 複数の管構造体を有するアーチェリー用弓 - Google Patents

Description

本出願は、「複数の管構造体を有するアーチェリー用弓」という名称で２００７年３月７日に出願された米国仮出願番号第６０／９０５，３５８号の利益を主張するものである。

本発明はアーチェリー用弓、より具体的には、その一部に画定されたポートを有する複合材料からなるアーチェリー用弓に関する。

伝統的な弓は、長弓とも呼ばれ、典型的には断面が変化する同質または積層された木質構造体であり、この断面はハンドル領域で大きく、中心領域から離れたリム域の略平坦な断面へと移行する。より現代的な弓は、リカーブボウと呼ばれ、弓のリムの先端が射手から離れる向きに湾曲するよう形成されている。これにより、はね返りが改善され、矢の速度がより高くなる。さらに現代的な弓は、コンパウンドボウと呼ばれ、矢の速度を一層高める滑車機構を有している。

弓は、単一片の木材から作られた一体構造体として元来作られていた。弓構造体は、その後、異種の木材を組み合わせることと、強化粘着剤を用いて複数の層をまとめて接着することによる利益を享受するため、積層された木材で設計されるようになった。積層された構造体は反復屈曲に耐えることができ、非常に丈夫である一方、いくつかの不都合も存在する。積層された構造体は平坦な立体形状に限定されるが、これは弓リムが空中を移動している際に非効率的な設計である。弓を完全に引くと弓リムは最大限に湾曲し、より早く戻ることができれば矢の速度はより高くなる。さらに、積層された構造体の平坦なパネル形状は非常に低いねじれ特性を有する。これによって、弓システムの精度が低下する場合がある。

木材が積層された弓構造体に繊維強化複合材料を加えることにより、さらなる改良がなされた。ファイバーグラス、アラミドおよびカーボンファイバー等の繊維が、種々のポリマーマトリクス中に使用されている。

弓は中心領域（ライザー）を２個の外側領域（リム）から分離することによりさらに進歩した。硬質のライザーと軟質のリムとの組み合わせによって、より強力で正確な弓が作られた。

精度、矢の速度および他の多様な要素といった観点から測定されるアーチェリー用弓の性能は、重さ、曲げ歪、弾力性、振動減衰性および強度等の、多くの弓の特徴に影響され得る。

矢の速度は弓の弾力性に大きく依存しており、この弾力性とは、弓が引かれている曲げ状態から回復するまでの弓の能力の尺度である。弓リムの剛性もまた重要である。剛性およびリムの長さに沿った剛性分配は、出射速度と同時に、必要な引き戻し力にも影響を与え得る。

弓の精度はもう一つの重要な特徴である。精度は多くの要素により決まる。弓のリムは一貫性に基づいて湾曲し復元しなければならず、弓の中心部、ライザーは、照準または射撃の間に歪みまたはねじれが起きないよう十分に硬質である必要がある。振動減衰性はもう一つの重要な性能要素である。矢が放たれると、振動が発生する場合があり、個の振動が弓から出射する際に矢の軌道に影響を与える可能性がある。

弓リムおよびライザーの重さもまた重要である。より軽い弓リムは、より早く元に戻ることができ、この結果、より早い射撃をもたらす。軽量のライザーは、全体的により軽い弓重量を与えるか、または弓システムにさらなるウェイトを加えて、弓の安定性とバランスを向上することを可能とする。

最後に、弓を狩猟に用いる際、射撃の間に弓が立てる音もまた重要である。より静かな弓は、獲物が射撃の音を聞き、驚いて逃亡する可能性を低減させる。

弓技術および構成における数多くの改良が特許を受けている。積層構造体の一例は米国特許第２，９４５，４８８号（Ｃｒａｖｏｔｔａら）に示されている。性能を高めるために弓リムの断面を変化させる例は米国特許第４，１２２，８２１号（Ｍａｍｏ）、米国特許第６，１０５，５６４号（Ｓｕｐｐａｎ）および米国特許第６，７１８，９６２号（Ａｄｃｏｃｋ）に示されている。弦用の溝およびスロットを加えることにより弓リムを変更させる例は米国特許第２，８３６，１６５号（Ｂｅａｒ）、米国特許第２，９５７，４７０号（Ｂａｒｎａ）および米国特許第５，６０９，１４６号（Ｉｚｕｔａ）に示されている。管状のリムを有する弓の例は米国特許第４，３３８，９０９号（Ｐｌｕｍｍｅｒ）に示されている。

また、主としてリムの重量を減らすために穴を有する弓リムに関する例が多数存在する。たとえば、米国特許第４，２０１，１８３号（Ｂｏｄｋｉｎ）、米国特許第５，１５０，６９９号（Ｂｏｉｓｓｅｖａｉｎ）、米国特許第５，５０３，１３５号（Ｂｕｎｋ）、米国特許第６，６９８，４１３号（Ｅｃｋｌｕｎｄ）及び米国特許第６，０６７，９７４号（Ｉｓｌａｓ）である。これらの例のそれぞれにおいて、事後的加工で弓構造体から材料を除去することにより穴を形成するが、これは構造体を弱化させ、不安定となる。

米国特許出願公開第２００４／００８４０３９ Ａ１号は、ライザーの両側に離間した一対のリムを有する弓を開示している。各弓リムは、網状繊維強化ポリマーからなる。リムの各端には、リムをライザー及び滑車機構に取り付ける手段としての開口が形成されている。リム同士は接続されておらず、各リムは独立して動作可能であるため、性能が不安定となる。米国特許第４，６４４，９２９号（Ｐｅｃｋ）及び米国特許第６，９６４，２７１号（Ａｎｄｒｅｗｓ）も平行なリム要素から形成された弓リムを開示している。

また、重量を減らすために弓システムのハンドルライザーを改良した例も多数存在する。これらには、重量を減らすためにライザーに形成した穴又は開口、並びにアルミニウム及びマグネシウム等の軽金属からライザーを構成することが含まれる。米国特許第５，３３５，６４５号（Ｓｉｍｏｎｄｓら）には、重量を減らすために構造体に加工された凹部を有するアルミニウムライザーが記載されている。市場での例は、コンパウンドボウではマーチンプロシリーズ（Ｍａｒｔｉｎ Ｐｒｏ Ｓｅｒｉｅｓ）又はゴールドシリーズ（Ｇｏｌｄ Ｓｅｒｉｅｓ）であり、リカーブボウではサミックマスターシリーズ（Ｓａｍｉｃｋ Ｍａｓｔｅｒ Ｓｅｒｉｅｓ）である。他の例を米国特許第６，２５７，２２０号（ＭｃＰｈｅｒｓｏｎら）及び米国特許第７，０６６，１６５号（Ｐｅｒｒｙ）に見ることができる。

繊維補強複合材料から加工された弓リムの例は、米国特許第５，３９２，７５６号及び米国特許第５，５０１，２０８号（Ｓｉｍｍｏｎｄｓ）並びに米国特許第５，６５７，７３９号（Ｓｍｉｔｈ）に見ることができる。また、複合材料は、弓ライザーをより軽くしたり、振動減衰性を改良したりするためにも用いられている。たとえば、米国特許第４，６９３，２３０号（Ｓｕｇｏｕｃｈｉ）、米国特許第５，２６９，２８４号（Ｐｕｊｏｓら）、米国特許第５，８４５，３８８号及び米国特許第６，６６９，８０２号（Ａｎｄｒｅｗｓら）並びに米国特許公開第２００５／０２２９９１２ Ａ１号（Ｐｉｏｐｅｌｒａ）である。

米国特許第２，９４５，４８８号明細書 米国特許第４，１２２，８２１号明細書 米国特許第６，１０５，５６４号明細書 米国特許第６，７１８，９６２号明細書 米国特許第２，８３６，１６５号明細書 米国特許第２，９５７，４７０号明細書 米国特許第５，６０９，１４６号明細書 米国特許第４，３３８，９０９号明細書 米国特許第４，２０１，１８３号明細書 米国特許第５，１５０，６９９号明細書 米国特許第５，５０３，１３５号明細書 米国特許第６，６９８，４１３号明細書 米国特許第６，０６７，９７４号明細書 米国特許出願公開第２００４／００８４０３９ Ａ１号明細書 米国特許第４，６４４，９２９号明細書 米国特許第６，９６４，２７１号明細書 米国特許第５，３３５，６４５号明細書 米国特許第６，２５７，２２０号明細書 米国特許第７，０６６，１６５号明細書 米国特許第５，３９２，７５６号明細書 米国特許第５，５０１，２０８号明細書 米国特許第５，６５７，７３９号明細書 米国特許第４，６９３，２３０号明細書 米国特許第５，２６９，２８４号明細書 米国特許第５，８４５，３８８号明細書 米国特許第６，６６９，８０２号明細書 米国特許公開第２００５／０２２９９１２ Ａ１号明細書

軽量、向上した曲げ剛性、向上した強度、向上した空力特性および向上した振動減衰性といった特徴の組み合わせを有する向上した弓への必要性は引き続き存在する。この点において、本発明は実質的にこの必要性を満たすものである。

本発明に従う弓システムは、従来技術の伝統的概念や設計から実質的に離れたものであり、それによって向上した外観同様、必要に応じた剛性、より一層の強度、向上した空力特性、向上した振動減衰性を提供しつつ、軽量を維持する目的を第一に開発された装置を提供する。

本発明は、リムおよびライザーを含む弓システム用の複合構造体であって、構造体の少なくとも一部が、対向する表面に沿って互いに融合しており強度および剛性の利点を提供する一個以上の内部補強壁を与える複数の連続管からなる、弓システム用の複合構造体に関する。さらに、管は種々の箇所で分離し、管の間に開口またはポートを形成することができる。ポートは、さらなる剛性、強度、空力特性および振動減衰性の利点を提供する、対向する円弧を形成するよう、楕円または円形であることが好ましい。

本発明の他の利点は振動減衰性である。振動は、対向円弧構造によって、より効率的に減衰する。この理由は、円弧の運動および変位はエネルギーを吸収し、これが振動を減衰するからである。管状部分が曲がると、ポートの形状が変化し、これによりポートのそれぞれの側の管の部分間で相対運動が可能となる。この運動はエネルギーを吸収し、これが振動を減衰さする。静かな弓構造体ほど正確であると言われている。

またポートは、空気が弓を通過するのを可能とすることにより、空力特性上の利点を提供する。弓リムは、完全に引いてから矢を放つと急速度で加速する。弓リムの向上した操縦性は矢の速度を向上させる。

最後に、本発明に従って作られる非常に識別力のある外観が存在する。ポートは非常に目立ち、それにより管状部分が非常に軽量に見え、これは弓市場において重要である。またポートは異なる色に彩色可能であり、この技術の代表的な外観をさらに高めることができる。

このように、後述するその詳細な説明がよりよく理解されるように、また、従来技術に対する貢献がさらに評価されるように、本発明のより重要な特徴をやや広範に概説してきた。もちろん、以下の説明には本発明のさらなる特徴が存在し、これは添付の特許請求の範囲の主題を形成するであろう。

本発明の向上した弓は、容易且つ効率的に、材料および労働力の双方に関して安価で製造可能な、新しく且つ向上した、耐久性があり信頼性の高い構造の弓システムを提供する。

さらに、向上した弓は向上した強度および疲労耐性、向上した振動減衰特徴を有し、弓の長さに沿った種々の箇所において、特定の剛性帯を提供することが可能である。

弓中に画定されるアパーチャまたは「ポート」は、独自の外観および向上した美観を有する弓を提供すると同時に、弓リムの空力特性を向上させることができる。

以下に説明するとおり、弓システムは、対向する面に沿って互いに融合して内部共通壁を形成する、２本以上の管で形成されている。内部共通壁は、曲げ荷重に起因する断面の圧縮に耐えるための梁としての役割を果たすことによって弓の強度を向上させる。

ポートを形成するために、管の対向する表面は、成形の際、選択された位置において離れた状態で保持され、これにより開口を形成する。開口のそれぞれの側では、管が互いに連結して内部壁を形成する。これらのポートはいかなる孔も穿つことなく形成され、これにより、孔を形成するために複合体中の強化繊維が分断されることがないため、強度面で有利である。

結果として得られる構造は、いくつかの理由で、より優れた性能特性を有し、弓リムおよび弓ライザーの双方にとっての性能面での利点を提供することが分かる。

弓リムにとって、ポートは二重の対向するアーチの形状であることが好ましい。これにより構造体は屈曲可能となり、ポートを変形させ、且つさらなる弾力性を伴って復元する。またポートは、従来の管状設計において達成するであろう値よりも大きな曲げ可撓性を可能にする。中空の管の間にある内部壁は弓リムを極度に曲げることにより発生する圧縮座屈負荷に耐える強度を高める。ポートは空気が弓を貫いて通過するのを可能とすることにより、弓リムの空力特性を高め、矢を放つ際に弓リムが元に戻る速度を向上させる。最後に、弓リム安定性およびポートの変形による振動減衰性を提供することにより、構造体は精度も向上させることができる。

弓ライザーの性能は、管の間に位置する内部壁により向上され、これにより剛性および強度が高められる。さらに、管の間に形成されるポートは複数の方向性を有し、異なる性能の利点を達成する。ポートは変形可能であり、エネルギーを吸収して振動を減衰させるため、振動減衰性もまた向上される。これにより、弓システムの精度が向上する。

図１は全体として番号１０を付された弓を示す。弓１０はライザー１４に接続するリム部１２および１２ａを含む。リム部１２および１２ａは、端部１６および１６ａを有し、これに弦１８が接続する。弓リム１２および１２ａは、それぞれ構造体中に成形されているポート２０および２０ａを有することができる。弓ライザー１４は構造体中に成形されたポート２１を有することができる。

図２は弓リム１２の正面図であり、ポート２０は弓リム１２を貫通して延び、一列に配向し、弓リムの移動の方向に平行な軸を伴うことを特徴とする、本発明の好適な実施態様を示す。ポート２０は弓リム１２の長さに沿って配置されることが可能である。リム１２ａは典型的にはリム１２と同一であるが、異なる構成を有することができる。

図２Ａは、図２の線２Ａ−２Ａに沿って示したものであり、この実施態様におけるシャフトの構造を形成する中空管２２を示す。中空管２２は互いに連結して内部壁２４を形成する。内部壁２４の好ましい位置は弓リムの中心軸の近くである。中空管２２の双方はほぼ同様の大きさであり、共に成形され、平坦な「Ｄ」形状断面を有する弓リムを形成する。

図２Ｂは、図２の線２Ｂ−２Ｂに沿って示したものであり、ポート２０の位置において、中空菅２２が互いに離間しており、ポート２０の周縁を画定する壁を形成することを示す。応力集中を低減し、且つ成形過程を容易化するよう、ポート内に入る半径（すなわち円形の縁２６）を有することが推奨される。

図２Ｃは、内部に中空管２２および内壁２４が明瞭に確認可能な１個のポートを示す弓リム１２の斜視図である。同様に、円筒の一部の形状を有することが可能な曲線状の壁３０によって形成されたポート２０も示す。曲線状の壁３０は中空管２２の対向する壁から形成されており、成形プロセスの間にたがいに融合するのを避けるため対向する壁は互いに離間した状態で保持されている。

図３はポート以外の箇所に、中空管２２が並んで配置され、長さの大半に沿って互いに融合し、弓リムの中心線に沿って延び、好ましくは弓リム内部を二等分する、共通壁２４を形成する弓リムに沿った縦断面図である。ポート２０が形成される選択された箇所において、管２２の対向する表面３０ａおよび３０ｂは、変形および復元を可能とする立体的支持としての役割を果たす２個の対向するアーチの形状にポート２０を形成するよう、成形の際に互いから離間している。さらに、内部壁２４は断面縮小および壊滅的座屈故障に耐える構造的補強を提供する。

ズ４は、弓リムの代替的実施態様を示しており、弓リム１２は、ポート２０およびポート２０’を異なる２列に沿って配置できるようにする複数管構造体を用いて構成されている。この場合には、３本の管を用いている。

複数の列にポートを形成するためには、複数の管が必要とされる。図４Ａは、図４の線４Ａ−４Ａに沿った弓リム１２の断面図を示す。この例では、３本の管４２、４３および４４を用いて弓リムを作っており、これらの間には２つの内部壁４６および４８が作られる。

図４の線４Ｂ−４Ｂに沿って示した図４Ｂは、ポート２０が、管４３および４４が互いに離間して、かかるポートを画定する壁を形成する場合に、形成されることを示している。同様に、ポート２０’を形成するために、管４２および４３は互いに離間して、かかるポートを画定する壁を形成する。ここでも、応力集中を低減し、且つ成形過程を容易化するために、ポート内に入る半径とされた縁２６および２６’を有することが推奨される。なお、ポート２０および２０’を弓リム１２の長手方向に沿って配列または整列させる必要はないことに留意されたい。これらを互いにオフセットさせることができ、この場合には、管４２と４３の分離および管４３と４４の分離は異なる場所とする。

図５は、ポート２１を内部に形成した弓ライザー１４の側面図を示す。ポート２１は、矢の移動方向に直角とすることのできる、または直角とは異なる角度オフセットとすることのできる軸を有する。弓は完全な置換に近いので、ライザーの剛性は、ポートの大きさ、位置、形状および個数により制御することが可能である。矢が放たれると、ポートが変形して振動を減衰することができる。繊維が切断されていないので、弓ライザー構造体は強度および剛性を維持している。また、弓ライザーは、ポートを形成した結果、より軽量となり得る。

図５Ａは、図５の線５Ａ−５Ａに沿った弓ライザーの断面図である。ここで、中空管２３は互いに離間して、ポート２１の周縁壁を画定する壁３１を形成することが分かる。ここでも、応力集中を低減し、且つ成形過程を容易化するために、ポート２１内に入る半径とされた縁２７を有することが推奨される。

図６は、弓ライザーの代替的実施態様の背面図を示しており、ポート２５の軸を矢の移動方向に整列させている。さらに、ポート２７を、アローレストとして機能するよう形成することができ、これによって矢が弓ライザーの中央を通過することが可能となる。これによって、この領域における向上した剛性および向上した強度を維持しながら、矢を置く安全な位置が可能となる。

図６Ａは、図６の線６Ａ−６Ａに沿った弓ライザー１４の断面図である。ここで、中空管２３は互いに離間して、ポート２１を画定する周縁壁３１を形成することが分かる。ここでも、応力集中を低減し、且つ成形過程を容易化するために、ポート２１内に入る半径とされた縁を有することが推奨される。このようにして向きの決められたポートで形成された弓ライザーは、前後方向の剛性がより高く、横方向の可撓性がより大きくなる。

図７は、この発明の代替的実施態に従って構成された一体弓の背面図である。この例では、弓リム１２の頂点１６から、ライザー１４を通り、弓リム１２ａの他方の先端１６ａ（図示せず）まで、２本の管を連続的に用いて、一体弓システムを作り出している。ポート２０は、弓リム１２とライザー１４とに沿って配置されている。特定のポート２７を弓ライザー１４内に配置して、アローレストとして機能させる。従来のアローレストを用いることもできる。

この実施形態では、矢の移動方向に直角な軸を有するライザー内に画定されたポートを有することが望ましい場合には、４本の管からライザー部を構成し、２本の管から弓リム部を構成し、これらを互いに、可能であればオーバーラップする単一の管とともに、融合して、図１１および１２に示すような、一体構造体を作り出すことができる。

図８は、弓ライザー１４の代替的実施態様を示しており、ここでは、ポート２０および２０ａを異なる角度に向けることを可能とする複数管構造体を用いている。理論上は任意の角度を用いることができるが、この特定の例においては、ポート２０は矢の移動方向に対して直角な向きとされた軸を有しており、ポート２０ａは矢の移動方向に対して平行な軸を有している。この種の設計の弓ライザーは、２方向のポートの利点を有するものと考えられる。この特定の例では、ポート２０と２０ａを交互に示している。ポートを任意の所望の順序、向きおよび位置に配置することもできる。この例では、従来のアローレスト２９を用いた。図８の参照符号２９で示した、アローレストとして機能するようポートを形成することもできる。

複数の方向にポートを形成するためには、複数本の管が必要である。図８Ａの例では、４本の管４２、４３、４４および４５を用いて、Ｘ字状の内壁４６を有する管状部を作り出している。

断面図である図８Ｂは、矢の移動方向に平行な軸を有するポート２０ａの領域内にある。この例では、中空管４２および４３が互いに融合されたままにされており、中空管４４および４５が互いに融合されたままにされているが、成形過程において、管４２および４３はそれぞれ管４５および４４から離間されており、ポート２０ａを形成する。

図８Ｃは、図８の弓ライザー１４の切り欠き部の斜視図であり、矢の移動方向に直角に向けられた軸を有するポート２０と、矢の移動方向に平行に向けられた軸を有するポート２０ａを示す。図８Ａおよび８Ｂを参照して上述したとおり、２本の管を他の２本の管から離間することによりポートを形成することができる。この例では、ポート２０を形成するために、中空管４２および４３ならびに中空管４４および４５を一緒のままにしている。

複数の管を用いた部品の成形によってより多くの設計上の選択肢が可能となる。例えば、大きな楕円形開口を管の間に成形するために、弓に沿って選択された軸方向位置において、中空管を離間させることは、所望に応じて弓の特性を変えることを可能にする。

図９は、４本の管構造体５２の斜視切断図であり、全ての管に対してポートを同一位置に配置している。この例では、中空管４７、４８、４９および５０は全て同一位置において離間し、これらの間に４個のポート５１を形成している。

図９Ａは、線９Ａ−９Ａに沿った図９の管構造体５２断面図である。ここでは、全ての中空管が同一位置で離間しているので、４個の開口５１ａ〜ｄを有するポート５１が形成される。この特定の実施態様は、矢の移動方向に対して直角および平行な方向の双方において、よりよい可撓性と弾性を与える。

複数管設計において、使用する中空管の数と、ポートを形成するためにいくつの中空管を離間させるかによって、任意の数のポートとポートの向きが存在し得る。本発明は、２本または４本の管のみを用いた設計に限定されることを意図するものではない。例えば、３本の管設計では、ポートの軸は弓ライザーの中心を通過する必要は無く、図４に示すように、一方の側にオフセットしてもよい。

図１０は、３本の中空管２００ａ、２００ｂおよび２００ｃと、不規則な形状のポート２０５およびポート方向を有するライザーのための複数管設計の一例を示す。この設計において、管２００ａ〜ｃは、単一の平面内に配置され、またはこれらの長手方向軸を棚井に平行となるような向きにすることに制限されない。この設計において、管は種々の平面内にあり、それらの表面に沿って種々の点で他の管に接触し、管と、管の接触点にある短い不規則な形状の内壁との間に不規則ポート２０５を画定する。

また、図１０に示しているのは、弓リム（図示せず）を弓のライザー部に取り付けるために用いることとのできる取付部材２１０である。この場合、取付部材は、複合材料、または金属もしくはセラミック等の他の材料から構成することができ、ライザーと一緒に成形するか、またはねじもしくは接着剤等の機械的手段により事後に取り付けることができる。一緒に成形する過程において、予め形成した部品を未硬化の管と共にモールド内に設置し、管を構成する複合材料が硬化する際に取り付けられる。取付部材を複合材料から構成する場合には、それをライザーと同時に硬化することができ、ライザーと取付部材を一体構造体にすることができる。

また、図１０および１１に示しているのは、ポート内に配置されるインサート部材２１２および２１４である。この場合、インサート部材２１２は、弓とともに用いられる種々のアクセサリのための取付デバイスであり、インサート２１４は、弓の振動運動を減衰し低減するためのウェイトである。インサートは任意の機能を果たすことができ、例えば、エラストマーインサートを種々のポート内に設けて、振動減衰を与えることができる。

このように配置された管を有するライザーから、幾つかの利点が得られる。全ての管の中心部が所望の位置内に配置されて、弓が曲げられた際のライザーの屈曲を制御できるように、管を配置することができる。この結果、より正確な発射につながる。管のこの配置の他の利点は、管の直径、位置および他の管との接触位置を変えることで、全ての方向においてライザーの剛性が変わる点である。また、管は木やブッシュの枝のようにも見えるので、弓に向上したカモフラージュ外観を与える。

図１２Ａ〜Ｄは、ポートに可能な種々の形状の幾つかの例を示す。特定の位置において構造体に要求される性能に応じて、より装飾的なポート形状も用いることができる。本発明は、図示したポートにのみ限定されることを意図するものではなく、任意の形状のポートを用いることができる。

ポートの全ての向き、量、大きさおよび間隔を、所望の性能に応じて変えることができる。さらに、内壁は、特に２つの内壁を作り出す３本管設計の弓リムの過度の屈曲から生じる管状構造体の座屈に抗する補助となる。

本発明の好適な実施態様は、弓の種々の位置において二重対向アーチの形で開口から離間した複数の連続した複合材料管を用いる。

弓リムの管構造体を考慮する際に、他の問題が存在する。矢を射る際に弓リムが激しく曲げられるので、高い圧縮座屈荷重が存在する。単一管状構造体は、これらの圧縮応力に耐えることができず、応力の下で座屈する。しかし、本発明により作られる内部壁は、これらの応力に耐えるのに十分な強度を加える。

また、管状構造体はそれらの形状のために非常に硬質とすることができ、したがって弓を最大位置まで引くことが難しい。弓リムの長手方向に沿ってポートを加えることにより主要部の可撓性が増加し、性能が向上する。

また、ポートを設けた管状構造体はより安定する。ポートを設けた弓リムは、ねじり剛性および安定性を増大させるために間に梁を渡した平行リムのように振る舞う。

最後に、ポートを設けた弓リムによって、空気がポートを通過できるようなり、これによって弓リムがより高速で復元でき、したがって矢の速度が速くなる。

本発明により、使用する材料および弓自体の形状に加えて、弓内のポートの大きさ、数、向きおよび間隔を変えることで、剛性および弾性の点で製造工程において弓を特別に調整することが可能となる。

弓は、エポキシ等の未硬化の樹脂に埋設した、カーボンファイバー等の単方向補強繊維のシートからなることが好ましい。樹脂は、熱を加えると硬化する。この材料は、しばしば「プレプレグ」と称される。弓または種々の部品を作るのに用いられるプレプレグ管は、プレプレグのシートを巻いて管にすることにより形成することができる。あるいは、プレプレグ管を、米国特許第５，１７６，８６８号明細書に開示されているのと同様の技術を用いて、補強繊維および熱可塑材料から形成してもよい。

繊維補強材料を、例えば、カーボン、ファイバーグラス、アラミドもしくはホウ素、または当業で公知の任意の他の同種の材料から構成してもよい。樹脂は、例えば、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステル、ナイロン、ポリアミド樹脂、ＡＢＳおよびＰＢＴ、またはこの目的のために当業で公知の任意の他の材料とすることができる。

２つのプレプレグを用いて同一の弓リムを成形する場合には、各管を弓リムの断面の約半分の大きさとすべきであり、３つを用いる場合には、それぞれを弓の断面の約３分の１の大きさとすべきであり、以下も同様である。ポリマーブラダを各プレプレグ管の中央に挿入し、内圧を発生させるのに用いて、熱を加えた際の層を強化する。モールド充填工程は、各プレプレグ管および内部ブラダを取り、モールドの空洞内にこれらを配置することからなる。次いで、空気配管をプラダに取り付ける。この工程を、用いる数に応じて、各管に対して繰り返す。管の間に形成される内部壁が適当に配向されるように、かつ、ピンが管の間に挿入され、加圧の間にポートが形成されるように管を選択した位置にて離間できるように、各管の配置には注意を払うべきである。ピンは、モールドの一部に固定され、簡単に取り外される。

モールドは、成形部品の外部形状を形成する空洞を有して設計される。モールドは、加熱したプラテンプレス内で加圧により閉じられ、各管への空気圧が同時に適用されて、各管およびそれらの間に形成される壁の大きさと位置を保持する。同時に、管がピンの周りに形成され、ポートを形成する。モールド内の温度が上昇するにつれて、エポキシ樹脂の粘度が低下し、管が拡張して、拡張が完了しエポキシ樹脂が架橋および硬化するまで、互いに押圧する。次いで、モールドを開け、ピンおよびブラダを取り出し、モールドから部品を取り出す。

複数の管を用いる場合には、これらを折り返した単一の長い管から形成してもよい。また、付加的な管は、補強のために内部空気圧を用いた分離管構造体とすることもでき、または、かかる圧力を得るための拡張内部泡コアを有する。

弓ライザ内の壁の向きは、それから得られる異方性を生かして配置されることができる。より曲げ可撓性が望まれる場合には、壁を曲げの中立軸に沿って配置することができる。より大きな剛性が必要な場合には、中立軸に対して９０度の「Ｉビーム」状に配置し、曲げ剛性を大幅に向上することができる。

選択した位置での開口またはポートの成形は、ポートの実際の形状に応じて、二重対向アーチ構造体を生ずる。望ましくは楕円形状であるポートは、ポートにより得られる３次元壁構造によって管の断面形状を維持しつつも、管状部を屈曲させる２つの対向するアーチを作る。たとえば、ポートを設けた二重管構造体は、連続しており、構造体の大半を形成する外部壁と、外部壁に対して傾けて配向され、管構造体に筋かい用の補強を与える、ポートを設けた壁との組み合わせを有する。ポートの円筒壁は、管の断面がつぶれることを防ぎ、このことは、構造体の強度を顕著に向上させる。

ポートを設けた二重管構造体の剛性および弾性は、一般の単一中空管よりも大きくも小さくも調整することができる。これは、管の間の内壁の向きと、ポートの大きさ、形状、角度および位置の選択によるものである。所望によりポートを硬質とし、または弾性にしてより大きな曲げおよび復元を可能とし、または、種々の材料または異なる繊維角度のレイアップを用いて設計し、構造体の所望の性能特性を作り出すことができる。

２本より多い管を構造に用いることにより、構造体をさらに洗練することができ、この場合には、３本の管のそれぞれの対向する側面を他の２本の管の対向する側面に融合して、Ｙ字状内部補強壁を形成する。この種の３本管設計により、開口を１２０度オフセットさせ、これらの方向に沿って調整される特定の剛性を与えるようにすることも可能となる。図９に示すように、４本の管を用いると、互いに対して９０度であり、管状部の長さにそって交互に配置された開口を有する可能性が与えられ、独特の性能と審美性が達成される。他の選択肢は、複数のポートを同じ位置に配置して、より多くのオープントラス設計を達成することである。

他の実施態様において、複数管設計を有する部分に融合された１つ以上の予め形成された部分から弓を形成することができる。たとえば、ライザー部を予め成形または形成することができる。次いで、ライザーをリム部と一緒に成形することができ、あるいは、ライザーは、従来の取り付け技術を用いて成形後に取り付けられるリム部を有する。

他の選択肢は、単一管を複数管複合設計に組み合わせることである。この例では、単一の複合管を弓の一部とし、複数管と共に成形して、１００％複数管構造体の、より軽量な代替品を作ることができる。また、単一管は、複合材料から構成することもでき、または、金属、木材またはプラスチック等の代替材料から構成することもできる。

この例では、複合単一管を弓ライザーの一部とし、弓リムを形成する複数プレプレグ管に融合し、またはこれと共に成形することができる。これにより、製品の性能及び審美性要求を依然として達成することのできる軽量構造体を作ることができる。

図１３〜１４を参照し、この構造体を作るために、一対のプレプレグ管６０ａ、６０ｂの前方端６２は、それぞれ膨張可能なブラダ６４を有しており、複合単一管６６の一方の端６５に挿入される。次いで、構造体はモールドの内部に配置され、プレプレグ管６０ａ、６０ｂと複合単一管６６の接合点７０の各側で、ユニットの外面が連続するように成形されるべきである。ピンまたはモールド部材（図示せず）をプレプレグ管６０ａ、６０ｂの間の、ポート２０が形成されるべき位置に配置することができる。次いで、ブラダ６４を膨張させつつ、モールドを閉じて加熱し、プレプレグ管はモールドの形状となり、モールド部材は対向する壁７１ａ、７１ｂを、ポート２０を形成するように、離したままにする。図示のように、管６０ａ、６０ｂは、シーム７２に共通壁を形成するであろう。プレプレグ管が硬化した後、フレーム部材７４をモールドから取り出し、モールド部材またはピンを取り出し、ポート２０を残す。この実施態様では、フレーム部材７４の複合部６０ａ、６０ｂと複合単一管部６６の間のシーム７０は同一平面上とすべきである。

また、管部６６を金属製とし、１００％複合材料を用いたものよりも安価な製品を作ることもできる。

さらに他の選択肢は、１００％金属材料を用いて二重対向アーチ構造体を構成することである。この構造体を作る好適な方法は、Ｄ字状断面を有する金属管から始まる。次に、この管を、その長手方向の一部に沿って半アーチ屈曲部を用いて、形成することができる。同様の操作を他の金属管にも施すことができる。次いで、２本の管半部を、２つの半アーチが互いに対向するように、Ｄ字状断面の平坦側面を固定することにより取り付けることができる。管を互いに溶接または接着することができ、その結果、内部補強壁および二重対向アーチ状開口を有する構造体となる。

金属から複数管構造体を作る代替的方法は、アルミニウム、チタニウム、スチールまたはマグネシウム等の金属管から始まり、管を局所的に変形して、対向する側面上で管の表面にディンプルまたはクレーターを形成する。これらディンプルの中心を除去して、管を貫く円形開口を作ることができる。次いで、管状区域を、これら円形開口を貫いて配置し、溶接工程を用いて主管のこのディンプル領域の縁に固定して、３Ｄ構造体を作ることができる。この結果、主管を単一中空管とし、他の単一中空管を、内部を横切るようにして主管に取り付けた構造体が得られる。

二重対向アーチ構造体を考慮すると、選択肢の無限の組み合わせが存在する。ポートの形状、大きさ、位置、向きおよび数量を変えることができる。ポートを用いて、剛性、弾性、強度、制御性、空力特性および審美性を強化することができる。たとえば、応力の小さい領域では、ポートの大きさを非常に大きくして、その効果と外観を最大限とすることができる。より大きな変位および弾性が望まれる場合には、開口の形状を非常に長くかつ狭くして、より大きな可撓性を可能とすることができる。また、ポートにデザイナー形状を用いて、製品により強い魅力を与えることもできる。

より大きな振動減衰が望まれる場合には、ポートを特定の角度に向けて形成することができ、アラミドまたは液晶ポリマー等の繊維を用いて構成することができる。曲げ変位の結果ポートが変形するが、その復元を、振動減衰を高める種々の粘弾性材料を用いて制御することができる。振動減衰を高める他の方法は、エラストマー材料をポート内部に挿入することである。

本発明の他の利点は、弓リムの弓ライザーへの取り付けが容易となることである。図１５は、窪み面８２上に配置されたポート８０を有する弓ライザー１４を示す。弓リム１２は、弓リム端８４が窪み領域８２上に配置された際にポート８０と整列する対応したポート８０’を有する。締結手段がポート８０および８０’を介して弓リム１２をライザー１４に連結する。

また、複数管設計は、弓リムのライザーへの取り付け、コンパウンドボウへのアクセサリの取り付けまたは滑車機構の取り付けを容易にすることもできる。図１６は、ライザー１４が、構造体の端部に形成されたスロット８８を有する代替設計を示している。スロット８８を形成する上側および下側脚部は、一対の整列されたポートを有しており、一方のポート８０が図１６に示されている。弓リム１２は、弓ライザー１４のスロット８８内に嵌め込むために厚みを減らした端８６を有する。挿入がなされると、ピン等の締結手段がポート８０および８０’を介して弓リム１２を弓ライザー８０に連結する。また、弓リムを、接着剤またはピンと接着剤の組み合わせを用いて、ライザーに取り付けることもできる。取り付けの目的で用いられるポートは、構造および性能を向上させるポートに関して上述したのと同様の手法で構成することができる。

図１７は、弓リムおよびライザーを作るのに用いることのできる工程を一般的に示している。一対のプレプレグ管１００、１０２は、末端２９から先端１６に向かって並んで延びる。先端において、管１００、１０２の内側共通壁１０４を切り取り、プレプレグ管１００、１０２の外壁を互いに折り曲げ、前端を閉じ、共通壁の外部壁１０８と前方端１０５の間に空間１０６を形成する。

膨張可能なブラダ１１０は、プレプレグ管１００の内部を貫いて延び、前端１０６で空間１０６を通って、他のプレプレグ管１０２に戻り、ブラダ１１０の両端１１２、１１２ａが管の開口末端２９から外に延びる。モールドピン１１４を、管１１０、１１２の対向する壁１０４の間に挿入し、ポートを形成する。次いで、ブラダ１１０を膨張させつつ、この構造体を加熱されたモールド内に配置して、弓リムを形成する。成形の後に、任意の適当な手段でキャップを固定し、弓の末端２９を閉じる。

あるいは、末端２９を閉じ、先端１６を開いて（すなわち図１７とは反対にして）、弓を成形することができ、この場合には、弓先端を成形の後に固定する。あるいは、両端を開き、一対の膨張可能なブラダを用いて弓リムを成形することができる。これらいずれの場合にも、望まれるのであれば、先端および／または末端を、それぞれ先端ピースおよび／または末端ピースを弓リムに固定することにより、成形の後に閉じてもよい。かかる場合には、管の端を互いに折り曲げることはない。

上記の説明に関して、大きさ、材料、形態、形状、操作の機能および方法、組立ならびに使用の変化を含むために、本発明の部品に対する適正な寸法関係を本発明の範囲に含むことを意図し、図面に示し明細書で説明した均等な関係をも本発明に包含することを意図することを実現すべきである。また、本願で用いた表現および用語は説明のためのものであり、限定に解釈すべきではないことを理解すべきである。

したがって、前記の説明は、本発明の原理のみの例示であると考えられる。本発明を、図示し説明したままの構造および作用に限定することは望んでおらず、したがって、本発明の範囲から外れることなく、全ての適当な変形および均等物を用いることができる。

本発明に従い構成された弓の第１の実施態様の側面図である。 本発明に従い構成された弓リムの第１の実施態様の背面図である。 図２の線２Ａ−２Ａに沿って示した弓リムの断面図である。 図２の線２Ｂ−２Ｂに沿って示した弓リムの断面図である。 図２に示した弓リムの一部の斜視図である。 図２に示した弓リムの一部の縦断面図である。 本発明に従い構成された弓リムの代替的実施態様を示す。 図４の線４Ａ−４Ａに沿った断面図である。 図４の線４Ｂ−４Ｂに沿った断面図である。 本発明に従い構成された弓ライザーの実施態様の側面図である。 図５の線５Ａ−５Ａに沿って示した弓ライザーの断面図である。 本発明に従い構成された弓ライザーの実施態様の背面図である。 図６の線６Ａ−６Ａに沿って示した弓ライザーの断面図である。 弓を一体構造体として構成した、本発明の代替的実施態様の背面図である。 複数管設計で構成された弓ライザーの斜視図である。 線８Ａ−８Ａに沿って示した図８の弓ライザーの断面図である。 線８Ｂ−８Ｂに沿って示した図８の弓ライザーの断面図である。 図８に示した弓ライザーの一部の斜視切断図である。 複数の、同一箇所に配置されたポートを有する複数管構造で作られた弓ライザーの代替的実施態様の斜視切断図である。 図９の線９Ａ−９Ａに沿った断面図である。 不規則な形状のポートを有するライザーを作り出すため、長さに沿った種々の箇所で互いに融合した３本の管を用いた、本発明に従い構成された弓ライザーの実施態様の図を示す。 不規則な形状のポートを有するライザーを作り出すため、長さに沿った種々の箇所で互いに融合した３本の管を用いた、本発明に従い構成された弓ライザーの実施態様の図を示す。 ポートの種々の可能な形状を示す。 ポートの種々の可能な形状を示す。 ポートの種々の可能な形状を示す。 ポートの種々の可能な形状を示す。 複数の管構造を有するフレーム部材を単一管構造を有する部材に形成する過程を示す斜視図である。 複数の管構造を有するフレーム部材を単一管構造を有する部材に形成する過程を示す斜視図である。 本発明の弓リムおよびライザーを取り付ける手段を示す。 本発明の弓リムおよびライザーを取り付ける代替的手段を示す。 成形に先立つ弓構造体の一例の縦断面図である。

Claims (21)

1. 対向する端部を有するライザー部と、前記端部からそれぞれ伸びる第１および第２リム部を備えるフレームを有し、当該フレームは、縦軸を有し、；
   前記リム部の少なくとも１つは、少なくとも２つの中空管を備え、当該２つの中空管のそれぞれは長さを持ち、その長さに沿って対向面と非対向面を有し、；
   前記中空管の一部は、広く平坦な対向面を有し、当該対向面は、融合部分に沿って互いに融合し、一体化された前記融合部分の内部壁を形成し、前記融合部分の前記非対向面は、前記融合部分の外部壁を形成し、；
   前記融合部分にて、一方の中空管の外表面が他方の中空管の外表面に前記融合部分の対向する両側で接合して前記弓の中空内部を画定することにより、前記内部壁が、前記融合部分の一方の側で前記中空管の外表面に接合する部分から、前記融合部分の前記中空内部を通って、前記融合部分の他方の側で前記中空管の外表面に接合する部分に伸び、；
   前記管は、融合部分の間の１つ以上の位置で互いに離間することにより、前記管の対向面が、前記離間された位置で、少なくとも前記管の前記長さに直交する方向に前記フレームを貫通して伸びる１個以上のポートを画定し、当該ポートは、前記管の離間された対向面によって画定され、前記ポートは、管を貫通する孔を形成することなく形成され、；
   前記管は、複数の繊維層を含む複合材料を備え、当該複合材料が、前記複合部分と、前記管が１個以上のポートを形成するように離間された位置に沿って、１つ以上の位置に沿って連続的に延長されていることを特徴とするアーチェリー用弓。
2. 前記ライザーと、前記リムのそれぞれは、１個以上の前記ポートを含むことを特徴とする請求項１に記載のアーチェリー用弓。
3. 前記弓リムは偶数本の管から構成されており、各弓リムは、前記１個以上のポートの少なくとも１個を含み、さらに、当該１個以上のポートは前記弓の縦軸に沿って整列していることを特徴とする請求項１に記載のアーチェリー用弓。
4. 前記弓リムは奇数本の管から構成されており、前記各弓リブは、前記１個以上のポートの少なくとも１個を含み、さらに、当該１個以上のポートは前記弓の縦軸からオフセットしていることを特徴とする請求項１に記載のアーチェリー用弓。
5. 前記１個以上のポートは、前記ライザー内に少なくとも２個のポートを備え、当該２個のポートの少なくとも一方は、第１方向に向けられた軸を有し、且つ前記２個以上のポート他方は、該第１方向に対して直角な第２方向に向けられた軸を有することを特徴とする請求項１に記載のアーチェリー用弓。
6. 第１方向に向けられた軸を有する少なくとも１個のポートおよび第２方向に向けられた軸を有する少なくとも１個のポートは共に前記ライザー部上に配置されており、４個の開口部を有するポートを形成することを特徴とする請求項５に記載のアーチェリー用弓。
7. 前記弓リムおよび前記ライザー部は複合材料からなることを特徴とする請求項１に記載のアーチェリー用弓。
8. 前記複合材料は繊維強化樹脂であることを特徴とする請求項７に記載のアーチェリー用弓。
9. 前記繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維およびボロン繊維からなる群より選択され、且つ前記樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ナイロン樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳおよびＰＢＴからなる群より選択されることを特徴とする請求項８に記載のアーチェリー用弓。
10. エラストマー材料からなる挿入部材をさらに具え、該挿入部材は前記１個以上のポート内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアーチェリー用弓。
11. 前記弓リムまたは前記ライザーは、２本以上の管から構成される部分に融合する単一管から構成される部分を具え、前記１個以上のポートは、２本以上の管から構成される該弓リムまたは該ライザーの該部分中に画定されていることを特徴とする請求項１に記載のアーチェリー用弓。
12. 前記弓リムおよび前記ライザー部は、同じ２本以上の管から形成され、単一構造を形成することを特徴とする請求項１に記載のアーチェリー用弓。
13. 前記弓の少なくとも一部は、複数管部材に接続された単一金属管を具えることを特徴とする請求項１に記載のアーチェリー用弓。
14. 前記ライザー部は３本以上の中空管を具え、且つ該ライザーはその内部に１個以上の不規則な形状のポートを画定することを特徴とする請求項１に記載のアーチェリー用弓。
15. 前記３本の管のそれぞれの縦軸は不規則な形状であり、当該３つの管の軸の少なくとも一部が互いに対して非平行関係に向けられていることを特徴とする請求項１４に記載のアーチェリー用弓。
16. 前記ライザーへの前記弓リムの取り付けを容易にするために該ライザーの一方の端に配置された取付部材をさらに具える請求項１５に記載のアーチェリー用弓。
17. 前記取付部材は事前に成形されていることを特徴とする請求項１６に記載のアーチェリー用弓。
18. 前記取付部材は、複合材料、金属またはセラミックからなる群より選択される材料から構成されることを特徴とする請求項１７に記載のアーチェリー用弓。
19. 前記取付部材は、前記ライザー部と同時に成形されることを特徴とする請求項１８に記載のアーチェリー用弓。
20. 前記取付部材は、前記ライザー部と機械的に接合していることを特徴とする請求項１８に記載のアーチェリー用弓。
21. 前記１個以上のポート内に配置された１個以上のインサートをさらに具え、該１個以上のインサートは、補助取付部材、ウェイトおよび振動減衰部材からなる群より選択される請求項１９に記載のアーチェリー用弓。

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