JP2010284978A5 - - Google Patents

Description

折り畳み自転車

本発明は、列車に持ち込む事を目的とした、折り畳み自転車に関する。

一般に有る折り畳み自転車は、軽量・コンパクトを優先し、折り畳んだ時の形状は優先順位が低い様で、軽量・コンパクトに折り畳めても、手間の掛かる折り畳み作業や、折り畳み後の各部品の突起、汚れ易い部品の露出等、列車内に持ち込むには他の乗客に気兼ねする覚悟が必要で、列車通勤等の使用は難しいものがあった。

解決しようとする問題点は、折り畳み動作の複雑さと、列車内に持ち込む場合の折り畳時の突起の有る形状と、汚れ易い部品の露出。
カバーを掛ける方法も有るが、その作業に手間が掛かる事と、カバーでは列車内が混雑している場合、突起物を防ぎきれない事。
折り畳み時の運搬で、通常のキャリーバックの様な車輪では、騒音や振動が大きいため、折り畳み時にも自転車の車輪を利用する事。
普段、自転車に乗らない人にも乗ってもらえる様、走行時のフラ付を抑える事。

前輪に小径タイヤを持ち、後輪はＤＶＤ程の極小タイヤを左右に持ち、車体フレームと後輪の一部分以外を、備え付けのケースに収納した時、キャリーバッグの様に見える折り畳み自転車。
キャリーバッグを列車内に持ち込む事は、日常の事で他の乗客に気兼ねする必要は無くなる。

折り畳むために、フレームは９ヵ所のピボット２９を持ち、これらのピボット２９の回転軸の方向は全て、直進時の車輪の回転軸と同方向に配置し、ヘッドチューブとシートチューブ２はピボットを取る場所がチューブの右側と左側に別れ、片側にダウンチューブ２８、もう片方にトップチューブ１を、横から見て交差する配置とする。
まず、下端の片側にピボットを持ち、下端とは反対側でチューブの幅一本分車体後方にオフセットした場所にブラケット２４を設け、そこに上端のピボットを取ったヘッドチューブのキャスター角を選択。
ヘッドチューブ下端と同側に、上端のピボットを持ち、ヘッドチューブ上端と同側に下端のピボットを持つシートチューブ２を、ヘッドチューブの角度より、シートチューブ２上端のピボット付近で、チューブの幅一本分立たせる。この意味は、平行の場合、折り畳んだ時駆動系のギア６と干渉してしまう事と、開いた時平行以上に開いてしまい都合が悪いためで、このシートチューブ２とヘッドチューブは上方から見て一直線に配置する。
両端にピボットを持ち、中央より下側の位置で、平行にチューブの幅一本分下げられた形状のダウンチューブ２８で、ヘッドチューブ上端のピボットとシートチューブ２下端のピボットを結び、両端にピボットを持つトップチューブ１で、ヘッドチューブ下端のピボットとシートチューブ２上端のピボットを結ぶ。
トップチューブ１とダウンチューブ２８はクロスするので、そのクロスする部分にもピボットを設けトップチューブとダウンチューブを結ぶ。
また、シートチューブ２とトップチューブ１に１８０度折り返す箇所４を設けるが、シートチューブ２の場合、折り畳んだ時、トップチューブ１とダウンチューブ２８のクロスするピボットの中心を支点に、トップチューブ１が畳まれ、ダウンチューブ２８の上部のラインと同一線上に位置する。この時のトップチューブ１とシートチューブ２を繋ぐピボットの中心が一致する場所を計算し、シートチューブが１８０度折り返す、二箇所のピボットを設けシートチューブ２を上下二つに分離する。
トップチューブ１の場合、折り畳んだ時、ヘッドチューブ上部とダウンチューブ２８を繋ぐピボットの中心を支点に、ヘッドチューブよりチューブ一本分後方に畳まれる。この時のトップチューブ１とダウンチューブ２８を繋ぐピボットの中心が一致する場所を計算し、トップチューブが１８０度折り返す、二箇所のピボットを設けトップチューブ１を前後二つに分離し、シートをハンドル方向ではなく後輪２７方向へ折り畳む。
このシートチューブ２とトップチューブ１の１８０度折り返す箇所４に、ロック機構を設けるが、１８０度折り返す箇所４のチューブの内側に、シートピラーと同径のチューブをばねの力で押し込むタイプとし、ロック解除はワイヤーでチューブを引き抜く方式とする。

同じ長さの二本のロッドを後方から見て上下平行に置き、それぞれのロッドの中央と両端に、車体前後方向に中心線を持つピボットを設け、中央のピボット付近を車体後方に平行を保ったまま湾曲させる。
この二本の湾曲した平行ロッド１１の、中央のピボット１２をチューブで上下に繋ぎ、それを前方に折り曲げ延長しダウンチューブ２８と固定する。
車体フレームと繋がった上下二本の湾曲した平行ロッド１１の両端のピボット１３を、それぞれチューブで上下に繋ぎ後方に折り曲げた物が、左右のチェーンステー２２になる。
この平行な二本のロッド１１は車体がバンクした時、後輪２７の両輪は地面に接地しながら、左右のチェーンステー２２及び車輪２７は、車体のバンク角と同じ傾きをするためのもので、湾曲させる意味は、駆動で用いるチェーンと、その駆動を受けるギア１７等を支えるチューブ１９との干渉を避けるため。

前項の平行な上下二本のロッド１１の上下を繋ぐ、スプリングとダンパー２５を持つ。その場所は、後に通すシャフト１８と干渉せずストロークを出来るだけ大きく取れる場所で、後方から見て上側のロッドの左側の湾曲した部分と、下側のロッドの左端を、同様に後方から見て上側の右側の湾曲した部分と下側のロッドの右端を、それぞれスプリングとダンパー２５で繋ぐ。
この意味は、走行時の車体のフラ付きを抑える事と停車時の自立。

ペダルのクランクアームは、シートチューブに設けた四つのピボットの内、最下部と、最下部から二番目のピボットの間５に固定した左右のアームで支える事で、折り畳み時にシートチューブ２最下部のピボットを支点に回転し、前輪との干渉を避ける。
このため、左右のアームはフロントフォークと同じ幅かそれ以上にし、支点となるシートチューブ最下部のピボットと同軸にチェーンホイール２１からチェーンで動力を受けるスプロケット６を設ける。

ペダルからの動力を受け、左右の後輪を駆動しながら、車体のバンクに対応するため、バンク時、車体と後輪を支える上下に平行なロッド１１以後とは、別々の動きをするが、車体がバンクしても唯一位置関係の変化が無い、上下に平行なロッド１１の、中央のピボット１２の回転の中心を、上下に結ぶ線上から動力を受け、左右の後輪を駆動する。
シートチューブ最下部のギアと同軸のギア７を、後方から見て、上下に平行なロッド１１の、中央のピボット１２の回転の中心を上下に結ぶ線上に設ける。同じ線上の後方にその駆動を受けるギア１７を設け、内側のドラム１５で固定し、ドラム１５はドラム１５の外径と内径を同じくするベアリングを介してダウンチューブ２８に固定する。
ドラム１５の外周のギア１７から受けた動力を左右の後輪へ伝えるため、ドラム１５の回転の中心にシャフト１８を通し左右に伝えるが、シャフト１８とドラム１５の接続は、１２時・３時・６時・９時の場所に放射方向の回転軸のピボットを持つリング１９を用いて、１２時と６時の場所はドラム１５と、３時と９時の場所はシャフト１８と結び、１２時と６時のピボットの回転軸は、直立時後方から見て、上下に平行なロッド１１の、中央のピボット１２の回転の中心を上下に結ぶ線上に設ける。
同じリング１９とドラム１４を左右に設け、１２時と６時の場所はドラム１４と、３時と９時の場所はシャフト１８と結び、１２時と６時のピボットの回転軸は、直立時後方から見て、上下に平行なロッド１１の、左右それぞれのピボット１３の回転の中心を上下に結ぶ線上に設け、ドラム１４は後輪用チェーンホイール１６とベアリングを介してチェーンステー２２に固定する。

変速機を用いる場合、通常の多段ギアにチェーンを移動させて変速するのではなく、二輪車や四輪車に用いられている、二軸式変速機とする事で、変速時のチェーンの脱落を防ぐ。
ギアボックス８をペダルのクランクアーム支持部に固定し、一軸目９をクランクアームの回転軸と同軸とし、二軸目１０をその後方下側に置く。
二軸目１０からの出力をギアボックス８外側のダウンチューブ２８とは反対側に設けたギアで行うが、このままでは回転が逆周りなため、ギアボックスからの出力ギアにもう一枚のギアをあて、シートチューブ最下部のピボットと同軸のスプロケット６との、位置を合わせるための小径のチェーンホイールも設け、短いシャフトで繋ぎチェーンで駆動する。

左右の後輪２７はそれぞれコグとベアリングを介して左右のチェーンステー２２に取り付け、後輪外側にコグと同軸のスプロケットを設ける。
チェーンステー２２と結ぶ左右の後輪の位置は、直立時後方から見て、上下に平行な二本のロッド１１の、左右それぞれのピボット１３の回転の中心を上下に結ぶ線の外側では、バンク時にコーナー外側の車輪が上がりコーナー内側の車輪が下がるため、結果バンク角が浅くなる。それを補うため、上下に平行な二本のロッド１１とシャフト１８が、より大きく傾斜する事になり、不必要にドラム１５や中央のベアリングの径を大きく取る事になり、望ましくない。
逆に、内側ではバンク時にコーナー外側の車輪が下がりコーナー内側の車輪が上がるため、結果バンク角が深くなる。それを補うため、上下に平行な二本のロッド１１とシャフト１８の傾斜が小さくなる。
この事により、後輪は車輪を後方から見て左右に二分する中心線と、上下に平行な二本のロッド１１の、左右それぞれのピボット１３の回転の中心を上下に結ぶ線と同軸上に置くか、それより内側に置く様にチェーンステー２２を配置し、チェーンで結ぶチェーンホイール１６とスプロケットは、直立時上側から見て同一線上の位置に置く。

シートピラー２３は、シートチューブ２の上端でシートピラーのサドル側が、若干前方にオフセットされた形状にし、その境目でシートピラー２３を分離、上側と下側が重なる中心で回転する様にする。上下のチューブの境目は平らに塞ぎ、間にベアリングのボールの様な物を挟み、サドルの位置決めをする。
サドルを回転させた時、シートピラー２３下側は回転しようとする軸がずれているため回転できず、シートピラー２３上側が回転する事になり、サドルを１８０度反転させた時初めて、シートピラー２３が一直線となり、シートピラー２３をシートチューブ２へ押し込む事ができる。
また、シートチューブ２の１８０度折り返す上の部分の内側下部に、ばねで支持されたシートピラーと同径の短いチューブを置き、これにワイヤーを繋げる。サドルを下げた時シートピラー２３が下がる事で、短いチューブが下がりワイヤーが引かれ、ハンドルのステム部分４や、シートチューブとトップチューブの折り返す部分４のロックが外れ、決して走行時に外れることは無い設定で、折り畳み動作の簡素化を図る。

折り畳んだ時のバッグの様に見えるケース２０は、シートチューブ２後方に取り付け、後から見て中央から左右に開閉する。サドルを回転させた時ロックが外れ、ばねにより開く様にし、折り畳み動作の簡素化を図る。
このケース２０はシートチューブ２に取り付ける事で、折り畳む時シートチューブ２は上下及び前後に向きを変えるので、ケース２０の開放部も折り畳み時は、前方になり、前輪２６とペダルの駆動部分２１、チェーンやサドルをケースに収納する事ができる。

ハンドルは、ステム部３のチューブ幅一本分前方にオフセットした場所に、１８０度折り返す部分４を設け、その部分には車体前方に回転し下向きに折り畳まれる様ばねを設ける。
ロック機構は、折り返した時干渉しない程度間隔を開け、ステム３の上側に設け、シートチューブ２同様、ステム３に開けた穴にばねの力でチューブを押し込むタイプとし、ロック解除もワイヤーでチューブを引き抜く方式とする。
ロック機構の両脇に固定した左右のアームは、折り畳んだ時フロントフォークと干渉しない様、上部で湾曲させその先端にハンドルのグリップ部分を取り付ける。

ヘッドチューブ上方で、ダウンチューブ２８のピボットとは反対側に、折り畳み時の運搬用にグリップを設ける。

「走行状態の側面図」はフレーム構成や９箇所のピボット、車輪やペダル、収納ケース等の位置関係を進行方向左側面から見た状態を表示。 「後輪の駆動系図」はペダルからの動力をチェーンで中央のドラムに伝え、その動力をシャフトで左右のドラムに伝え、ドラムと同じ回転をするギアを介して、チェーンで後輪に動力を伝える構造を上側から見た状態を表示。 「折り畳み時の側面図」は図１の状態からサドルを反転させシートピラーをシートチューブへ押し込む事で、１８０度折れ曲がる箇所のロックが解除され、フレームの９箇所＋ステム部分のピボットが回転する事ができる様になり、何かを取り外す事無く図左側の様にフレームが折り畳まれる様子を進行方向左側面から見た状態を表示。そこにケースを被せた状態が図右側。 「ふら付き防止用スプリング・ダンパー取付図」は直進状態で上下に平行な凹字形の二本のロッドの、上側と下側とを傾斜させたダンパーで結んだ様子を車体後方から見た状態を表示。スプリングは図に表記していないが、伸び縮み用のコイルスプリングをダンパーに装着するか、ねじり用のコイルスプリングを上下に平行な凹字形の二本のロッドの中央のピボット部分に装着する。 「折り畳み時の正面図」はフレームがペダル・ハンドル・サドル等と干渉無く折り畳まれているかを車体前方から見た状態を図左側で表示。図右側はケースを被せた状態を表示。 「バンク時の各作動部図」は後輪を左右とも路面に接触させながら、車体のバンクに同調させる役割を持つ、上下に平行な凹字形の二本のロッドと、直進時でもバンク時でも左右の後輪に駆動を伝える、シャフトと中央及び左右のドラムとを結ぶリングと、フラ付防止用ダンパーが、車体をバンクさせた状態での作動を、車体後方から見た状態を表示。 「走行時の後方図」は本来であれば収納用のケースが前面に位置するが邪魔な為後方に表示し、シートピラーとサドルもハンドルを表示する為省略し、図左側が直進状態、図右側がバンク状態の走行時を、車体後方から見た状態を表示。 「変速機」は軽さが命の自転車でどうかとは思うが、多段ギアにチェーンを移動させて変速する方法はチェーンが外れ易く、外れた時と掛け直し作業は嬉しいものでは無い為、快適な変速を優先した事と、構造上左右のペダルの間隔が広い為、軸部分に変速ギアを組み込み、それを上部から見た状態が図左側、側面から見た状態を図右側に表示。

符号の説明

１ トップチューブ
２ シートチューブ
３ ステム
４ １８０度折り返す箇所
５ シートチューブの１８０度折り返す箇所より下側のシートチューブ部分
６ シートチューブ最下部のピボットと回転軸を同軸にするスプロケット
７ ６のスプロケットの回転軸と同軸で車体の中心線上に位置するギア
８ ギアボックス
９ クランクアームと同軸の一軸目のシャフト
１０ 二軸目のシャフト
１１ 凹の字の形状をした平行な上下二本のロッド
１２ １１のロッドに設けた中央のピボット
１３ １１のロッドに設けた両端のピボット
１４ 左右のドラム
１５ 中央のドラム
１６ 後輪に動力を伝えるギア
１７ 中央のドラムの外周に設けたペダルから動力を受けるギア
１８ 左右と中央のドラムの回転軸に通すシャフト
１９ ドラムとシャフトをユニバーサルジョイントで結ぶリング
２０ キャリーバッグ風のケース
２１ チェーンホイール
２２ チェーンステー
２３ 上下で分割し回転軸をオフセットしたシートピラー
２４ ヘッドチューブとダウンチューブを繋ぐピボットを設けるブラケット
２５ １１のロッドを上下に繋ぐ左右のダンパー
２６ 前輪
２７ 左右の後輪
２８ ダウンチューブ
２９ フレームに設けた９箇所のピボット

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