JP2006082697A - 新規な自転車車体及びこの自転車車体を有する自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】 設計者が自由にデザインした自転車車体を、その強度にも優れた形状でコーナー溶接を必須とすることなく容易に、かつ、少ない製造工程と少ない手間で製造すること、また、このような自転車車体を有する自転車を提供すること。
【解決手段】 ヘッドパイプを係合可能な構造、立パイプを固定可能な構造、後輪車軸を接続可能な構造、及び、クランクシャフトを固定可能な構造を有し、少なくとも一枚の連続した板材により一体に構成されたことを特徴とする自転車車体、及び、上記自転車車体を有することを特徴とする自転車。
【選択図】 図３

Description

本発明は新規な構造を有する自転車車体及びこの自転車車体を有する自転車に関する。

自転車には、一輪車、二輪車、及び三輪車があるが、圧倒的に二輪車が広く使用されている。二輪車のことを以下単に「自転車」ともいう。
自転車の車体は、一般に、多数のパイプを相互に接続したフレーム（骨組み）の構造を有している。自転車フレームを製造するには、これら多数のパイプをコーナーで接続しなければならず、多くの工程が必要である。例えば、金属製のパイプ同士を接続するために、溶接又は接着が必要であり、多くの場合溶接が施されている。溶接には、溶接付けする作業や、その溶接箇所を外観上目立たないように研削または研磨する作業が必要であり、これら一連の作業に多くの手間と時間が必要であるとともに、その製造コストが高価となる難点があった。
また、デザイン性を考慮した場合、自転車フレームは、断面が円形のパイプ以外に断面が円形でないいわゆる異形パイプを使用することが望ましいが、異形パイプの製造やその接続は一層手間がかかる。塗装においても、上記溶接作業を行い、フレームを組み上げた後でなければ、フレーム全てを塗装することができないという難点があった。

本発明は、従来自転車の車体を製造する上で見られる問題点を解決しようとするものである。すなわち、自転車フレームは、多数の円形パイプをコーナーで溶接により接続していた。かかる製造方法では、コーナー接続にパイプの溶接箇所が多く、溶接に時間、手間及び技術が必要であるため、コストの低減には限界がある。また、機能やデザイン面からも、フレーム形状、強度及び塗装に関し制約がある。

本発明の上記課題は以下の手段（１）〜（５）により達成された。
（１）ヘッドパイプを係合可能な構造、立パイプを固定可能な構造、後輪車軸を接続可能な構造、及び、クランクシャフトを固定可能な構造を有し、少なくとも一枚の連続した板材により一体に構成されたことを特徴とする自転車車体、
（２）上記ヘッドパイプを係合可能な構造が、重ね合わせた２枚の板材の端部より交互に突出した複数の矩形部分をそれぞれ同じ内径を有し軸芯が同一の円筒部に加工して形成された複数の隣接する筒状部が一体となった構造である（１）に記載の自転車車体、
（３）上記立パイプを固定可能な構造が、所定の間隔で設けられた複数の切り込みを端部として板材面に関して交互に反対側に打ち出された形状が同形かつ同軸に一体となった構造である（１）又は（２）に記載の自転車車体、
（４）板材のたわみを防止するための打ち出し構造を設けた（１）〜（３）いずれか１つに記載の自転車車体、
（５）（１）〜（４）いずれか１つに記載の自転車車体を有することを特徴とする自転車。

本発明によれば、設計者が自由にデザインした自転車車体を、その強度にも優れた形状でコーナー溶接を必須とすることなく容易に製造することができる。自転車車体が、少ない製造工程と少ない手間で製造できる。また、このような自転車の車体を有する自転車を提供することができる。

以下、本発明の自転車車体及び自転車の実施の形態を、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。

本発明の自転車車体は、少なくとも一枚の連続した板材により一体に構成されるものであり、上記の板材は、ヘッドパイプを係合可能な構造、立パイプを固定可能な構造、後輪車軸を接続可能な構造、及び、クランクシャフトを固定可能な構造を有する。
連続した板材とは、溶接などの接続箇所を有しない連続した１つの板状材料をいう。
用いる上記の板材の枚数としては、１枚でも複数枚でも良いが、２枚又は折り曲げられた１枚であることが好ましい。いずれの場合にも、板材には、必要に応じて、プレス加工、打ち抜き、折り曲げ等の加工を施して、所期の車体構造を得ることができる。
本発明で板材として用いることのできる材質としては、必要な強度と加工適性を有する限り限定されないが、鉄、アルミ、チタン等の金属やその合金、硝子繊維や炭素繊維で補強されたプラスチック（ＦＲＰ）などが例示できる。その中でも、強度や加工の容易さ、たわみの吸収等の点で、鉄又はアルミを主成分とする合金からなる金属板が好ましく、平鋼板及びＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ合金板が特に好ましい。

板材の厚みや形状は、車体に必要な強度が得られる限り特に限定されない。金属板の場合、０．５〜５ｍｍの厚さが好ましく、１〜３ｍｍの厚さがより好ましい。
板材には、打ち抜き加工、プレス加工、打ち出し加工、曲げ加工等を施しても良い。加工後の２枚の板材を合わせると、中空部がその断面が円形又は異形のパイプとなるように加工しても良い。板材の表面には、必要な凸部、突起、凹部、へこみ、開口部又は溝等を形成していても良い。又この自転車車体に必要な部品を接続して自転車とすることができる。車体軽量化や自転車車体全体デザイン等を考慮し、上記の板材は、打ち抜き加工や開口部を設ける加工等を施しても良い。

ヘッドパイプを係合可能な構造としては、上記（２）に記載したような筒状部の構造とすることができる。すなわち、ヘッドパイプを係合可能な構造が、重ね合わせた２枚の板材の端部より交互に突出した複数の矩形部分をそれぞれ同じ内径を有し軸心が同一の円筒部に加工して形成された複数の隣接する筒状部が一体となった構造としても良い。上記のヘッドパイプを係合可能な構造（便宜上「ヒンジ（蝶番）構造」ともいう。）を構成する筒状部の数は、３〜５個が好ましく、３個又は４個がより好ましい。
ヘッドパイプを係合可能な別の構造としては、板材自身の端部を筒状に加工し、ヘッドパイプとした構造が挙げられる。
ヘッドパイプは、ハンドル操作を容易にするため、ハンドル軸を滑らかに回すことができる丸パイプを用いることが好ましい。又、ヒンジ構造を有する筒状部にヘッドパイプとして丸パイプをはめ込むことにより、２枚の板材は相互に強固に固定される。
本発明の自転車車体に、上記のようなヒンジ構造のヘッドパイプ係合可能な構造を設けることにより、少ない製造工程と少ない手間で自転車車体を製造できる。
上記のヘッドパイプを係合可能な構造には、自転車車体とヘッドパイプとを固定するため、ネジやリベット等を用いてもよく、接着や溶接等の手段を用いてもよい。

立パイプを固定可能な構造としては、上記（３）に記載したような所定の間隔で設けられた複数の切り込みを端部として板材面に関して交互に反対側に打ち出された形状が同形かつ同軸に一体となった構造が例示できる。打ち出し形状は、半円筒状又は半角柱状等の形状が例示でき、その数は３〜５個が好ましく、３個又は４個がより好ましく、同形であって同軸とする。
立パイプは、丸パイプ、角パイプ等のパイプを用いても良く、又、中空でないものを用いても良い。
本発明の自転車車体に、上記の立パイプを固定可能な構造を設けることにより、少ない製造工程と少ない手間で自転車車体を製造できる。
上記の立パイプを固定可能な構造には、自転車車体と立パイプとを固定するため、ネジやリベット等を用いてもよく、接着や溶接等の手段を用いてもよい。

後輪車軸を接続可能な構造は、車体に後輪車軸の両側を固定する構造であればよい。
例えば、後輪車軸及び後輪を両側から挟むように板材を車体中央部より折り曲げ、後輪部を挟んだそれぞれの板材の端部に切り欠きを設けて、後輪車軸と接続する構造が挙げられる。

クランクシャフトを固定可能な構造は、上記の板材のクランクシャフト取り付け部に必要な大きさの開口部を設け、クランクシャフト又はクランクシャフトとベアリング等がセットとなっているボトム・ブラケットを、上記開口部へ固定する構造が例示できる。固定構造は、嵌入する構造又は更に必要に応じてネジ止め等により上記の板材に固定できる構造が挙げられる。
例えば、クランクシャフト又はボトム・ブラケットを板材のコーナー部分において両側から板材により挟み込んで固定し、チェーン及びチェーンホイール等の駆動部を両側の板材の間に挟み、クランク及びペダルを板材の外側に取り付けた構造が挙げられる。

図１は、２枚の加工した板材を重ね合わせる前の一実施態様を示す斜視図である。
金属製板材を２枚用いる場合、図１に示すような形状に加工した板材を用い、自転車車体を構成することができる。例えば、平鋼板を用いたほぼ菱形形状をした合同な２枚の板材１ａ及び１ｂを用いる。
ヘッドパイプを係合可能な構造１０は以下のように形成することができる。２枚の板材１ａ及び１ｂの一つの鋭角部分にその角を落としてできる辺の端部から交互に突出するような複数の矩形部分から形成された、同じ内径を有し軸芯が同じになるよう筒状に加工した筒状部１１，１２，１３が一体となってヘッドパイプを係合可能な構造１０として有する。筒状部１１及び１３は、板材１ａより形成され、筒状部１２は板材１ｂより形成され、筒状部１１及び１３の間に筒状部１２が嵌入して軸芯が共通であるヘッドパイプを係合可能な構造となる。
また、立パイプを固定可能な構造２０（２１，２２，２３）は、上記板材１ａ及び１ｂの鈍角を結ぶ対角線上に、それぞれ、所定の間隔で３つの切り込みを設けた後、この切り込み部を端部とし板材面に関して対称な形状に交互に反対側に打ち出し加工を施すことにより、立パイプを固定可能な構造２０を形成することができる。例えば、凸構造２１及び２３は板材面より手前に打ち出され、又、凸構造２２は板材面より奥に軸芯が共通になるように又同じ内径を有する円筒状に打ち出されている。
後輪車軸を固定可能な構造３０は、ヘッドパイプ係合側とは反対側の鋭角部分に上記板材１ａ及び１ｂに設ける。板材のほぼ中央部より板材面に関して対称になるように反対側に折り曲げ加工して、後輪及びチェーンボックスを両側から挟持し固定するための切り欠きを加工する。
クランクシャフトを固定可能な構造４０は、上記板材１ａ及び１ｂそれぞれに、立パイプを固定した位置とは対角の位置に、両側からクランクシャフトを挟持できるように形成している。

本発明に使用する板材には、自転車車体の前後方向及び／又は上下方向のたわみを防止するため、打ち出し構造を設けることが好ましい。図１に示す自転車車体においては、板材の周縁部にたわみを防止するための打ち出し構造２を設けている。上記の板材にプレス加工、打ち出し加工等により凹凸を設けることで、板材のたわみや曲がりに対する抗力を調整し、それらを防止することができる。打ち出し構造を設ける位置、大きさ及び形状は、たわみが防止できる位置、大きさ及び形状であればよく、特に限定されない。打ち出し構造を設ける位置としては、板材の周縁部が好ましい。

図２は、図１に示す２枚の加工した金属製板材を重ね合わせて一体とした自転車車体を示す斜視図である。
図２に示す自転車車体は、図１で示した２枚の板材１ａ及び１ｂを、そのヘッドパイプを係合可能な構造及び立パイプを固定可能な構造がヒンジ構造となるように、重ね合わせて組み立てたものであり、ヘッドパイプを係合可能な構造１０、立パイプを固定可能な構造２０、後輪車軸を接続可能な構造３０、及び、クランクシャフトを固定可能な構造４０を有している。

図２に示す実施態様においては、ヒンジ構造を有する筒状部にヘッドパイプを挿入し、又、立パイプ固定構造に立パイプを嵌入して固定することにより、２枚の板材は相互に強固に固定されるので、その他に２枚の板材を相互に固定する手段を設けることは必須ではない。
板材を重ね合わせて車体構造とする場合には、板材同士が分離しないように補助的な手段を併用しても良い。２枚の加工した板材を必要に応じて接合することは好ましい。接合方法としては、かしめ、リベット、ボルト等による機械的接合、又は、溶接、ろう付、接着等の方法が挙げられ、また、これらの方法を組み合わせて用いてもよい。溶接は、溶接面積の小さな溶接が好ましく、スポット溶接がより好ましい。
特に重ね合わせた板材の周縁部において、周縁部同士が断面パイプ形状となるように加工し、その合わせた部分を上記の接合方法で接合してもよい。
板材の縁には安全等のために、丸み加工、樹脂等による縁のコーティングなどの加工を施すことが好ましい。
板材の表面にはデザインやさび止め等の目的に応じ、塗装、被膜、つや消し加工等の表面加工を施してもよい。

図３は、図２に示す自転車車体を有する自転車の一実施態様を示す概略図である。
図２に示した自転車車体に、ヘッドパイプ１４、立パイプ２４及び後輪車軸３２、クランクシャフト４２をそれぞれ上記構造に固定し、さらに、後輪５０、クランク５２、ペダル５４、チェーン５６、チェーンホイール５８、チェーンボックス６０等の駆動部を、クランクシャフト固定部分から後輪車軸固定部分にかけて取り付けている。
上記ヘッドパイプ１４の下部にフロントフォーク６２を、上部にハンドルポスト６４及びハンドル６６を取り付け、フロントフォーク６２に前輪６８を固定した。
上記立パイプ２４に、サドルポスト７２及びサドル７４を固定した。
さらにブレーキ７６、泥除け７８を取り付け、図３に示す自転車を構成した。

本発明の自転車車体の別の実施態様として、図示はしないが、ヘッドパイプを係合可能な構造から立パイプを固定可能な構造に至る部分で、１枚の板材を折り曲げる構造が挙げられる。例えば、板材を１枚のみ用いる場合、ほぼ菱形状の２つの四角形をそのうちの一辺で線対称となるようにつなげた形状の板材を用いてもよい。上記板材は、上記の２つの四角形をつなげた辺部分（以下、折り曲げ部位という。）で折り曲げて自転車車体とすることができる。加工の形態は上記２枚の板材を使用する場合に準じて、ヘッドパイプを係合可能な構造、立パイプを固定可能な構造、後輪車軸を固定可能な構造、クランクシャフトを固定可能な構造等を作成することができるが、重複した説明は割愛する。
を有する。

また、板材を１枚のみ用いる場合の他の一実施態様として、図示はしないが、ヘッドパイプを係合可能な構造部分として円筒形を形成した残余の板材を重ね合うように折り曲げた自転車車体の構造も可能である。

また本発明の変形として、ヘッドパイプを係合可能な構造、立パイプを固定可能な構造、及び、クランクシャフトを固定可能な構造を有し、少なくとも一枚の連続した板材により一体に構成されたことを特徴とする自転車車体があり、この自転車車体に後輪車軸を接続可能な構造を接続することができる。一参考例として、図示はしないが、第１図に示したようにヘッドパイプを係合可能な構造、及び立パイプを固定可能な構造をヒンジ構造を有する自転車車体前部を形成した後、この自転車車体前部に、シートステイ及びチェーンステイとを接合して後輪車軸を固定可能な構造とした自転車車体の構造が挙げられる。上記シートステイ及びチェーンステイは、公知のものを用いることができるが、一体に形成されているものでもよく、パイプ又は板材より形成されていてもよい。

本発明の自転車は、前記の自転車車体に必要な部品を加えて構成されるものである。
上記ヘッドパイプには、ハンドル及びヘッドフォークが接続され、前輪車軸とは、ヘッドフォークにより接続される。
本発明で用いられるヘッドパイプ、ハンドル及びヘッドフォークは、一つの部品で構成してもよく、それぞれ別の部品を接合して構成してもよい。
上記ヘッドパイプ、ハンドル及びヘッドフォークは、公知のものを用いることができ、特に制限されるものではない。
本発明で用いられるサドル部分は、サドル、サドルポスト及び立パイプからなり、これらは一つの部品で構成してもよく、それぞれ別の部品を接合して構成してもよい。
上記サドル、サドルポスト及び立パイプは、公知のものを用いることができ、特に制限されるものではない。
本発明の自転車には、本発明の趣旨の範囲内で、車輪、駆動部（ペダル、クランク、ボトム・ブラケット、ハブ、チェーン及びチェーンホイール等）、ブレーキ部（ブレーキバー、ブレーキワイヤー及びブレーキ等）等は公知のものを使用できる。また必要に応じ、ギア、チェーンケース、スタンド、泥除け、ドレスガード、荷台、ランプ、ベル、錠前及びグリップ等の公知のものを用いてもよい。

本発明の自転車車体と各部自転車部品との接合方法には特に制限はなく、かしめ、リベット、ボルト等による機械的接合、又は、溶接、ろう付、接着等の方法が挙げられ、また、これらの方法を組み合わせて用いてもよい。
本発明の自転車には、デザインやさび止め等の目的に応じ、塗装、被膜、つや消し加工等の表面加工を施してもよい。

また、本発明の自転車車体に、モーター及びバッテリー等からなる公知の電動駆動機構を搭載し、電動自転車としてもよい。

図４は、自転車車体のいくつかの実施態様を示す概略図である。
例えば、自転車車体のデザイン例として、図４の（ａ）〜（ｃ）に示すような複雑な構造を有する自転車車体が挙げられる。デザインが複雑であっても、本発明の自転車車体は、容易に製造でき、その製造コストも低く抑えることができる。

本発明の自転車車体は、マウンテンバイクや軽快車など様々な種類の自転車に用いることができ、中でも車体の構造及びデザインが複雑な自転車に用いることが好ましい。

パイプで自転車フレームを構成する場合に、パイプの交差する部分の補強のために２本のパイプを橋渡しする構造となるように補強パイプを接続する例がある。板材を加工する場合には、このような補強を必要とする箇所は、コーナーに挟まれた板材を補強の目的で残した状態で打ち抜くことができる。このように、板材を一体として加工する場合には、必要なコーナーを残して打ち抜くことにより必要な強度を得ることができる。

さらに、本発明の自転車車体では、車体自体に直接ロゴや所有者名等の文字や図案を入れることが容易にできる。一般的なパイプからなる自転車車体では、このような文字や図案を入れるにはパイプ上に入れることとなり、大きく記載することができない。また、パネル等を設けて表示するには、これらを記載したパネルをパイプに接続する必要となり、このパネル等をパイプに固定するために多くの溶接等が必要であり、非常にコストがかかる。
また、本発明の自転車車体は、パイプからなる自転車車体と比較し外側に露出するフレームの面積を大きくしてデザイン性を高めることができ、上記の文字や図案を大きく表示でき、広告・宣伝効果の大きい自転車車体とすることも容易である。

２枚の金属製板材を重ね合わせる前の一実施態様を示す斜視図である。 図１に示す２枚の金属製板材を重ね合わせた自転車車体を示す斜視図である。 図２に示す自転車車体を有する自転車の一実施態様を示す概略図である。 自転車車体のいくつかの実施態様を示す概略図である。

符号の説明

１ 板材
２ 打ち出し構造
１０ ヘッドパイプを係合可能な構造
１１、１２，１３ 筒状部
１４ ヘッドパイプ
２０ 立パイプを固定可能な構造
２１、２２、２３ 凸構造
２４ 立パイプ
３０ 後輪車軸を接続可能な構造
３２ 後輪車軸
４０ クランクシャフトを固定可能な構造
４２ クランクシャフト
５０ 後輪
５２ クランク
５４ ペダル
５６ チェーン
５８ チェーンホイール
６０ チェーンボックス
６２ フロントフォーク
６４ ハンドルポスト
６６ ハンドル
６８ 前輪
７０ 前輪車軸
７２ サドルポスト
７４ サドル
７６ ブレーキ
７８ 泥除け

Claims (5)

1. ヘッドパイプを係合可能な構造、
   立パイプを固定可能な構造、
   後輪車軸を接続可能な構造、及び、
   クランクシャフトを固定可能な構造を有し、
   少なくとも一枚の連続した板材により一体に構成されたことを特徴とする自転車車体。
2. 上記ヘッドパイプを係合可能な構造が、重ね合わせた２枚の板材の端部より交互に突出した複数の矩形部分をそれぞれ同じ内径を有し軸芯が同一の円筒部に加工して形成された複数の隣接する筒状部が一体となった構造である請求項１に記載の自転車車体。
3. 上記立パイプを固定可能な構造が、所定の間隔で設けられた複数の切り込みを端部として板材面に関して交互に反対側に打ち出された形状が同形かつ同軸に一体となった構造である請求項１又は２に記載の自転車車体。
4. 板材のたわみを防止するための打ち出し構造を設けた請求項１〜３いずれか１つに記載の自転車車体。
5. 請求項１〜４いずれか１つに記載の自転車車体を有することを特徴とする自転車。
   

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