JP2018188121A - 自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンドルがなくても進行方向を変えやすく、輪行に適した自転車を提供する。【解決手段】ハンガパイプ１２４を有するフレーム体１２に後輪１６が支持された自転車１０において、ハンガパイプ１２４の下方に、ハンガパイプ１２４の軸心Ｃ１に対し直交方向を旋回軸心とする、後輪１６よりも小径な自在車輪１８を設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、自転車に関し、特に、前輪の向きを変えるハンドルがない自転車に関する。

広く一般に普及している自転車（例えば、特許文献１）には、前輪を操向軸回りに回動させるハンドルが設けられている。このハンドルを乗員が操作し、操舵輪である前輪の向きを変えることにより、自転車の進行方向を変えることができる。しかしながら、自転車のハンドル部分は、車体前部において左右に幅をとるため、例えば、公共交通機関を利用して輪行する際、ハンドル部分が嵩張るといった問題が生じ得る。

一方、自転車の一種である一輪車（例えば、特許文献２）は、ハンドルはおろか操舵輪（前輪）すらないコンパクトな車体構成になっているため、上記したような問題は生じ難い。その反面、一輪車では、乗員がうまくバランスをとりながら身体を捻って車体全体を回動させないと、車輪の向きを変えられない。したがって、進行方向を変えるための運転操作は、明らかに、ハンドル付き自転車より一輪車の方が困難である。

特開２０１６−１５９７２０号公報 実用新案登録第３１３１２７１号公報

上記した課題に鑑み、本発明は、ハンドルがなくても進行方向を変えやすく、輪行に適した自転車を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る自転車は、ハンガパイプを有するフレーム体に後輪が支持された自転車であって、前記ハンガパイプの下方に、当該ハンガパイプの軸心に対し直交方向を旋回軸心とする、前記後輪よりも小径な自在車輪を備えていることを特徴とする。

また、前記フレーム体は、前記ハンガパイプに固定されたヘッドパイプを有し、前記自在車輪は、前記ヘッドパイプの軸心を前記旋回軸心としていることを特徴とする。

さらに、前記自在車輪は、車輪軸の軸心が前記旋回軸心より後側にあり、重心が当該旋回軸心より前側にあることを特徴とする。

本発明に係る自転車によれば、ハンガパイプの下方に、ハンガパイプの軸心に対し直交方向を旋回軸心とする、後輪よりも小径な自在車輪を備えているため、左右に重心を移動させることで自在車輪の向きを変えることができ、ハンドルがなくても進行方向を変えやすい構成となっている。また、そもそもハンドルがないことに加え、自在車輪をハンガパイプの下方に配置したことで、ホイールベースが大幅に短縮されたコンパクトな車体構成になり、輪行に適した自転車が提供される。

第１実施形態に係る自転車の側面図である。 上記自転車を構成するフレーム部分の拡大図である。 第２実施形態に係る自転車を構成するフレーム部分の拡大図である。 第３実施形態に係る自転車を構成するフレーム部分および自在車輪の拡大図である。

以下、本発明に係る自転車の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、第１実施形態に係る自転車１０は、フレーム体１２を備える。フレーム体１２は、立パイプ１２１を有する。立パイプ１２１の上端部には、左右一対のバックホーク１２２がそれぞれ接続されている。立パイプ１２１の下端部は、当該下端部を挟んで両側に配された左右一対のチェーンステー１２３に固定されている。一対のチェーンステー１２３各々の先端部は、それぞれハンガパイプ１２４（図２）に接続されている。ハンガパイプ１２４は、その軸心Ｃ１を水平にした姿勢で、立パイプ１２１の下端部より前方の位置に設けられている。

左右のうち同じ側にあるバックホーク１２２とチェーンステー１２３各々の後端部は、それぞれ後つめ１２５に接続されている。左右の後つめ１２５の各々には、ハブナット１４によって後輪１６の車輪軸が固定されている。これにより、後輪１６が、立パイプ１２１並びに左右のバックホーク１２２およびチェーンステー１２３で構成される左右の三角部の間に支持されている。

図２に示すように、ハンガパイプ１２４には、ヘッドパイプ１２６が固定されている。ヘッドパイプ１２６は、その軸心Ｃ２をハンガパイプ１２４の軸心Ｃ１に対し直交方向にした姿勢で、下部側周面の一部が、ハンガパイプ１２４の後部中程に位置する外周部分に固定されている。また、ハンガパイプ１２４に固定されているヘッドパイプ１２６部分より上側において、ヘッドパイプ１２６と立パイプ１２１とが、連結パイプ１２７を介して相互に連結されている。

フレーム体１２を構成するハンガパイプ１２４の下方には、自在車輪１８が設けられている。自在車輪１８は、後輪１６よりも小径な前輪１８１を含む。前輪１８１の車輪軸１８２は、前輪１８１を挟んで両側に配されたホーク部１８３に支持されている。ホーク部１８３の上側には、不図示のステム部が設けられている。ステム部は、ヘッドパイプ１２６内に設けられた、ボールベアリングやころ軸受といった公知の転がり軸受（不図示）を介して、ヘッドパイプ１２６に回動可能に取り付けられている。これにより、自在車輪１８は、ハンガパイプ１２４の軸心Ｃ１に対し直交方向であるヘッドパイプ１２６の軸心Ｃ２を旋回軸心として、首振り自在に旋回できるように構成されている。

図１に戻り、ハンガパイプ１２４には、クランク軸（不図示）を含むハンガ部品（不図示）が取り付けられている。クランク軸の右側端部には、ギヤクランク２０が固定されている。同様に、クランク軸の左側端部には、クランク２２が固定されている。ギヤクランク２０の根元部分には、駆動スプロケット２４が固定されている。また、後輪１６のハブ（不図示）には、従動スプロケット２６が固定されている。そして、駆動スプロケット２４と従動スプロケット２６との間にチェーン２８が掛け渡されている。乗員の踏力によってギヤクランク２０が回動されると、当該踏力が駆動スプロケット２４および従動スプロケット２６並びにチェーン２８を含む動力伝達機構を介して後輪１６に伝達され、後輪１６が回転駆動される。

立パイプ１２１の上端開口部には、シートポスト３０が差し込まれている。シートポスト３０の上端部には、サドル３２が取り付けられている。シートポスト３０は、立パイプ１２１の軸心Ｃ３方向に沿ってスライド可能であり、シートポスト３０をスライドさせてサドル３２の高さを適当に調整し、不図示のロック機構によって、サドル位置を位置決めできるようになっている。また、シートポスト３０の上部側周面から、グリップバー３４（持ち手）が前方へ延出している。グリップバー３４には、ブレーキレバー３６が取り付けられている。このブレーキレバー３６を操作することで、後輪１６に対して設けられたキャリパーブレーキ（不図示）が作動する。

上記のように構成された自転車１０は、走行中、乗員が体重移動するなどして進行方向右側へ重心を移動させると、車体が右側へ傾斜しようとする。このとき、後輪１６は、フレーム体１２と一体になって右側へ傾斜しようとする。一方、自在車輪１８は、フレーム体１２が傾斜するにつれて、その旋回軸心であるヘッドパイプ１２６の軸心Ｃ２周りに時計方向へと旋回し、前輪１８１が右向きになる。その結果、自転車１０の進行方向は、右向きに変わることとなる。

また、自転車１０の進行方向が左向きに変わる場合も、左右が逆になること以外、基本的には、上記右向きに変わる場合と同様である。すなわち、乗員が、自転車１０の進行方向左側へ重心を移動させると、車体は左側へ傾斜しようとする。このとき、後輪１６は、フレーム体１２と一体になって左側へ傾斜しようとする。一方、自在車輪１８は、フレーム体１２が傾斜するにつれて、その旋回軸心であるヘッドパイプ１２６の軸心Ｃ２周りに反時計方向へと旋回し、前輪１８１が左向きになる。その結果、自転車１０の進行方向は、左向きに変わることとなる。

このように、自転車１０によれば、左右に重心を移動させる運転操作で、自在車輪１８の向きを左右に変えることができる。そのため、通常であれば設けられるハンドルがなくても、自転車１０の進行方向を変えやすい構成となっている。しかも、自転車１０の運転操作には、一輪車のように、乗員がうまくバランスをとりながら身体を捻って車体全体を回動させるといった困難な技術が要求されるわけではないので、一輪車よりも手軽に乗りこなすことができる。

また、自転車１０では、自在車輪１８をハンガパイプ１２４の下方に配置したことで、ホイールベースＷ１（図２）が大幅に短縮されている。これにより、もともとハンドルがないことに加え、さらにコンパクトな車体構成が実現され、より一層、輪行に適したものになっている。

＜第２実施形態＞
第１実施形態に係る自転車１０では、ハンガパイプ１２４にヘッドパイプ１２６が固定された構成のフレーム体１２を用いたが、第２実施形態に係る自転車５０では、図３に示すように、ハンガパイプ５２４の前側にヘッドパイプ５２６が前後に間隔をあけて連結された構成のフレーム体５２が用いられている。

第２実施形態に係る自転車５０は、フレーム体５２の構成が異なる以外は、基本的に上記した第１実施形態に係る自転車１０と同じ構成である。よって、図３において、自転車１０と実質的に同じ構成には同じ符号を付して、その説明は必要に応じて言及するに止め、以下、相違する部分を中心に説明する。

フレーム体５２は、立パイプ５２１を有する。立パイプ５２１の上端部には、左右一対のバックホーク５２２がそれぞれ接続されている。立パイプ５２１の下端部は、当該下端部を挟んで両側に配された左右一対のチェーンステー５２３に固定されている。一対のチェーンステー５２３各々の先端部は、それぞれハンガパイプ５２４に接続されている。ハンガパイプ５２４は、その軸心Ｃ４を水平にした姿勢で、その後部中程に位置する外周部分が、立パイプ５２１の下部側周面の前側部分に固定されている。

ハンガパイプ５２４の前側には、ヘッドパイプ５２６が前後に間隔をあけて設けられている。ヘッドパイプ５２６は、その軸心Ｃ５をハンガパイプ５２４の軸心Ｃ４に対し直交方向にした姿勢で、上パイプ５２７を介して立パイプ５２１と連結されているとともに、下パイプ５２８を介してハンガパイプ５２４とも連結されている。

ここで、自転車５０では、ヘッドパイプ５２６がハンガパイプ５２４より前側に配置されている分、自在車輪１８が上記した自転車１０よりも前方に配置されることになる。その結果、自転車５０のホイールベースＷ２は、自転車１０のホイールベースＷ１（図２）よりも長くなる。そこで、自転車５０では、輪行に適したコンパクトな車体構成というコンセプトのもと、ヘッドパイプ５２６の少なくとも一部が、側面視で、駆動スプロケット２４（図３では不図示）と重なる範囲内に、ヘッドパイプ５２６が配置されるような構成になっている。

＜第３実施形態＞
上記実施形態に係る自転車１０，５０は、フレーム体１２，５２の構成が異なる以外、基本的な構成は同じであったが、第３実施形態に係る自転車６０は、図４に示すように、フレーム体６２のみならず自在車輪６８も、上記実施形態に係る自転車１０，５０とは異なる構成になっている。

第３実施形態に係る自転車６０は、フレーム体６２、自在車輪６８各々の構成が異なる以外は、基本的に上記実施形態に係る自転車１０，５０と同じ構成である。よって、図４において、自転車１０，５０と実質的に同じ構成には同じ符号を付すこととし、以下、相違する部分を中心に説明する。

フレーム体６２は、立パイプ６２１を有する。立パイプ６２１の上端部後側からは、左右一対のバックホーク６２２が二股に分岐して斜め下方に延出している。立パイプ６２１の下端部後側からは、左右一対のチェーンステー６２３が二股に分岐して水平に延出している。左右のうち同じ側にあるバックホーク６２２とチェーンステー６２３各々の後端部は、それぞれ後つめ６２５に接続されている。

立パイプ６２１の上端部前側からは、上パイプ６２７が斜め下方に延出している。上パイプ６２７の先端部分には、ハンガパイプ６２４が設けられている。ハンガパイプ６２４は、その軸心Ｃ６を水平にした姿勢で、その上部後側中程に位置する外周部分が、上パイプ６２７の先端部分に固定されている。立パイプ６２１の下端部前側からは、下パイプ６２８が水平方向に対してやや上側に傾斜した姿勢で前方に延出している。

ハンガパイプ６２４および下パイプ６２８各々の前側には、ヘッドパイプ６２６が設けられている。ヘッドパイプ６２６は、その軸心Ｃ７をハンガパイプ６２４の軸心Ｃ６に対し直交方向にした姿勢で、ハンガパイプ６２４の前部中程に位置する外周部分および下パイプ６２８の先端部分の各々に固定されている。

上記構成を有するフレーム体６２では、自転車６０を平坦な地上面Ｐに供用状態で直立させたとき、地上面Ｐとヘッドパイプ６２６の中心線である軸心Ｃ７とがなす角度（ヘッド角）θが、ほぼ直角に設定されている。ここでいう「ほぼ直角」とは、９０°は勿論のこと、９０°±２°程度の範囲内でもヘッド角θの設定が許容され得ることを意味するものであるが、当然ながら、ヘッド角θが９０°±２°の範囲外の角度で設定されていても構わない。

フレーム体６２を構成するハンガパイプ６２４の下方には、自在車輪６８が上記した自在車輪１８と同様に設けられている。すなわち、自在車輪６８は、後輪１６よりも小径な前輪６８１を含む。前輪６８１の車輪軸６８２は、前輪６８１を挟んで両側に配されたホーク部６８３に支持されている。ホーク部６８３の上側には、ステム部６８４が設けられている。ステム部６８４は、ヘッドパイプ６２６内に設けられた転がり軸受（不図示）を介して、ヘッドパイプ６２６に回動可能に取り付けられている。これにより、自在車輪６８は、ハンガパイプ６２４の軸心Ｃ６に対し直交方向であるヘッドパイプ６２６の軸心Ｃ７を旋回軸心として、首振り自在に旋回できるように構成されている。

自在車輪６８は、さらに、バランス調整部６８５を有する。バランス調整部６８５は、調整ウェイト６８６を含む。調整ウェイト６８６は、ホーク部６８３上部から前方に延出したブラケット６８７の先端部分に取り付けられている。このバランス調整部６８５を有することで、自在車輪６８は、自転車６０の運転走行に適した重量バランスに調整されている。すなわち、自在車輪６８は、前輪６８１の車輪軸６８２の軸心Ｃ８がヘッドパイプ６２６の軸心Ｃ７（旋回軸心）より後側にあるが、その重心Ｇはヘッドパイプ６２６の軸心Ｃ７（旋回軸心）より前側にある構成となっている。

フレーム体６２の上パイプ６２７にはピン７０が、自在車輪６８のステム部６８４にはピン７２が、それぞれ突設されている。ピン７０，７２の各々には、引張コイルばね７４が掛けられている。引張コイルばね７４は、走行前に、自在車輪６８の前輪６８１が直進方向を向いた初期位置から旋回していると、ステム部６８４の回転に伴って引っ張られた状態となる。この状態で、自在車輪６８の前輪６８１を地上面Ｐから少し浮かせると、引張コイルばね７４の復元力によって、前輪６８１の向きが初期位置に復帰するようになっている。

上記構成からなる自転車６０によれば、バランス調整部６８５によって自在車輪６８の重量バランスが調整されているため、走行中、車体が左右へ傾斜することに伴って旋回する前輪６８１の操向応答性（追従性）が最適化されている。その結果、自転車６０の進行方向を変えるときの運転操作がより一層簡単になるだけでなく、高速走行時の直進安定性も高められる。

以上、本発明に係る自転車を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記した形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下のような形態で実施されても構わない。

＜変形例＞
（１）上記第２実施形態では、ハンガパイプ５２４の前側にヘッドパイプ５２６が前後に間隔をあけて連結された構成のフレーム体５２を用いたが、上記第１実施形態と同様、ハンガパイプ５２４の前側にヘッドパイプ５２６を直接固定するようにしても勿論構わない。

（２）上記実施形態では、ヘッドパイプ１２６，５２６，６２６内に設けられた転がり軸受を介して、自在車輪１８，６８を取り付けていたが、転がり軸受は、ヘッドパイプ１２６，５２６，６２６の外部に設けられていても構わない。また、キャスターのように、本体にスラスト軸受が内蔵されたものを採用しても構わない。この場合、キャスターの取付部は、取付孔が形成されたプレート式であってもよいし、ボルト式であってもよい。要は、前輪が、フレーム体の傾斜に追従して向きが変わるような車輪であればよいのである。

なお、キャスターを構成する車輪の車輪軸は、当該キャスターの旋回軸心より走行方向後側にあるのが一般的であるが、上記した自在車輪６８同様、バランス調整部を設けて、キャスターの重心が前記旋回軸心より前側にあるような構成にしても構わない。

（３）上記第３実施形態では、バランス調整部６８５として、ブラケット６８７の先端部分に調整ウェイト６８６が取り付けられてなる構成のものが採用されているが、自在車輪の重心を旋回軸心より前側に設定できる限り、バランス調整部の構成については特に限定されるものではない。例えば、構成部材の形状や材質等によって自在車輪の重量バランスを調整することとしても構わない。

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施できる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、何れかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。

１０，５０，６０ 自転車
１２，５２，６２ フレーム体
１６ 後輪
１８，６８ 自在車輪
１２４，５２４，６２４ ハンガパイプ
１２６，５２６，６２６ ヘッドパイプ

Claims (3)

1. ハンガパイプを有するフレーム体に後輪が支持された自転車であって、
   前記ハンガパイプの下方に、当該ハンガパイプの軸心に対し直交方向を旋回軸心とする、前記後輪よりも小径な自在車輪を備えていることを特徴とする自転車。
2. 前記フレーム体は、前記ハンガパイプに固定されたヘッドパイプを有し、
   前記自在車輪は、前記ヘッドパイプの軸心を前記旋回軸心としていることを特徴とする請求項１に記載の自転車。
3. 前記自在車輪は、車輪軸の軸心が前記旋回軸心より後側にあり、重心が当該旋回軸心より前側にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自転車。
   
   

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