JP4141801B2 - 緩衝装置付きフレーム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに相対変位するフレーム間に緩衝装置が配設される緩衝装置付きフレームに係り、特に、自転車に適用されて有用な緩衝装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
路面の凹凸に対して乗員側に不快な振動や騒音を伝えず、快適で軽快な走行のために、車両にはサスペンション（緩衝装置）が設置されている。オートバイ等の比較的重量の大きな二輪車では、タイヤを含む車輪とフレームとの間に緩衝装置が配設されるが、軽量な自転車にあっては、互いに相対変位するフレーム間に配設された緩衝装置が多用されている。そして、フレームの前後の分割に好適なことから、ハンガー部近傍の揺動軸を支点として前後のフレームが揺動自在に構成され、これら前後のフレーム間に緩衝装置を配設したもの（例えば下記特許文献１および特許文献２参照）が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２９１９６７号公報（段落１８）
【特許文献２】
特開平８−１７５４５５号公報（段落１１）
【０００４】
前記特許文献１および特許文献２について、図７および図８を用いて簡単に説明する。図７に示したサスペンションシステムは、比較的小径のパイプが溶接されて構成された三角形状のフレーム構造であるアーム構造１１０が、クランク軸を収容するチューブ１１２近傍のピボット（揺動軸）１１５により、前部フレームの一部であるサドルパイプ（シートパイプ）１１６の下部に揺動自在に軸支される。アーム構造１１０の上部頂点のサドルパイプ１１６との間にはゴムばねからなるばね１１４が配設されたものである。アーム構造１１０の下部頂点には後輪１１１を軸支するスピンドル（ハブ軸）１１３が取り付けられる。
【０００５】
図８に示したサスペンション構造は、シートチューブ（シートパイプ）２０１の下端のハンガーラグ２０２に、回転ピボット（揺動軸）２０３を介してチェーンステー２０４の一端が連結され、該チェーンステー２０４の他端にシートステーチューブ（バックホーク）２０５の一端を連結するとともに、他端側をシートチューブ２０１の略中央部に回転自在なリンク機構２１０を介して接続し、前記シートチューブ２０１とリンク機構２１０との連結部２１０ａには、回転型の捩じりダンパー２１１を介在させたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらのサスペンション装置にあって、分割構成された三角形状の前後のフレーム部材が、ハンガー部近傍を軸支点として高い剛性のもとで揺動しつつ緩衝がなされることとなったものの、いずれのものも、後部フレームからの衝撃がサドルポストあるいはシートチューブの中間部に曲げ力として作用することになり、長期間の走行使用の結果、曲げ方向に変形してサドルの上下の調整に支障を来す虞れがないとは言えず、また、前後のフレーム間に配設される緩衝装置についても、いずれのものも外部に露呈していて見苦しい他、構造もやや複雑であった。
【０００７】
そこで本発明は、前記従来の緩衝装置付きフレームにおける諸課題を解決して、衝撃荷重の適正な転嫁によるフレーム剛性の維持を可能とし、外観に優れてシンプルで緩衝特性にも優れる緩衝装置付きフレームを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、互いに相対変位するフレーム間に緩衝装置が配設される緩衝装置付きフレームにおいて、少なくとも接続部近傍が直線状に構成され、前フレームにおけるメインフレームと後フレームにおけるバックホークとの揺動軸をハンガー部近傍に配設したメインフレームとバックホークとの接続部に、直線方向の緩衝作用を有し弾性材およびコイルスプリングにより構成した緩衝装置を配設するとともに、前記メインフレームまたはバックホークに、前記弾性材の弾性定数を急激に立ち上げる外径規制部材を形成したことを特徴とする。また本発明は、前記緩衝装置の少なくとも一部を、メインフレームまたはバックホーク内に嵌挿して配設したことを特徴とする。また本発明は、少なくとも前記メインフレームとバックホークを、長さ方向の稜線を有する異径の縦長断面に構成したことを特徴とするもので、これらを課題解決のための手段ととする。
【０００９】
【実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図５は本発明の緩衝装置付きフレームの１つの実施の形態を示し、図１はフレームのみを示す全体正面図、図２（Ａ）は同じく背面図、図２（Ｂ）は平面図、図３〜図５は緩衝装置の動作を説明する要部拡大断面図、図６は弾性材とコイルスプリングとから構成された場合の本発明の緩衝装置におけるサスペンション特性図である。本発明の基本的な構成は、図１に示すように、互いに相対変位するフレーム１Ａ、１Ｂ間に緩衝装置２が配設される緩衝装置付きフレーム１において、少なくとも接続部近傍が直線状に構成された前フレーム１Ａにおけるメインフレーム５と後フレーム１Ｂにおけるバックホーク８との接続部に、直線方向の緩衝作用を有する緩衝装置２を配設したことを特徴とする。
【００１０】
以下に詳述する。本発明の緩衝装置付きフレーム１では、それぞれ剛性が高い三角形状に構成された前フレーム１Ａと後フレーム１Ｂとが、揺動軸であるピボットパイプ３により互いに相対揺動変位するように構成されている。ピボットパイプ３は前フレーム１Ａを構成するシートパイプ７の下端部と下部フレーム６の下端部との接続部に形成され、ラグ１１を介して踏動ペダルのクランク軸を軸支して収容するハンガー部（ハンガーパイプ）４の近傍に配設される。設計上許容されるなら、ピボットパイプ３とハンガーパイプ４とを兼用させることも可能である。前記シートパイプ７の中間部よりやや上部よりに後端部が接続されたメインフレーム５の前端部は、前記下部フレーム６の前端部に接続される。この接続部には、図示省略のハンドルポストを転向自在に軸支収容するヘッドパイプ１２が設置される。
【００１１】
後フレーム１Ｂについては、ハンガーパイプ４に、略水平状に後方に延びるチェーンステー９の一端部と上方に延びる補強パイプ１０の一端部とが接続され、それぞれの他端部同士がバックホーク８により接続されている。バックホーク８の後端部とチェーンステー９の後端部との接続部には、図示省略の後輪が軸支される後爪１３が設置される。図示の例では、前フレーム１Ａにおけるメインフレーム５と後フレーム１Ｂにおけるバックホーク８とは全体が略一直線状に並ぶように構成される。しかしながら、設計上許容されるなら、緩衝装置２を介したメインフレーム５とバックホーク８との接続部近傍のみを直線状に形成して、その他の部分を曲折形成するものであることを妨げるものではない。
【００１２】
そして、少なくとも前記メインフレーム５とバックホーク８は、好適には走行使用時の断面係数に優れる異径の縦長断面とし、さらに加えて補剛効果の高い長さ方向の稜線５Ａ、８Ａを有する異径の縦長断面に構成される。前記稜線５Ａ、８Ａとは好適には一直線上に並ぶように形成され、外観上優れたものに構成される。その他のフレーム部材も同様の構成とすることもできる。図２（Ａ）の背面図にて理解されるように、長さ方向の稜線５Ａ、８Ａはフレーム左側にも同様に形成される。また、図２（Ｂ）の平面図にて理解されるように、バックホーク８は後輪を収容するために、２又状に分割されて後方に延びている。これらの接続部に直線方向の緩衝作用を有する緩衝装置２が配設される。
【００１３】
図３〜図５は緩衝装置の動作を説明する要部拡大断面図である。以下に緩衝装置について詳細に説明する。図３に示すように、メインフレーム５との接続部であるシートパイプ７を横断貫通して筒部材１４が形成される。該筒部材１４は、メインフレーム５とバックホーク８と略同軸の直線上に配設される。筒部材１４内にはフランジ１７Ａ付きブッシュ１７を介して高弾性特性のコイルスプリング１８が嵌挿され、その外周のバックホーク８寄りには、非線形特性が付与されるゴムやエラストマ等の剛性ゴム（あるいは流体充填バッグ等）からなる弾性材１９が嵌合される。本発明の緩衝装置は、好適には、これらコイルスプリングと弾性材との組合せから構成されるが、コイルスプリングあるいは弾性材のいずれかのみから構成されるものを排除するものではない。
【００１４】
前記コイルスプリング１８の内部を貫通してソケットボルト２５が配設される。該ソケットボルト２５は、バックホーク８の二又状部分（図２（Ｂ））からバックホーク連結フランジ８Ｂに穿設されたスリット８Ｃを通じて挿入され、前記筒部材１４の前端部に形成された螺子筒部１６に螺合される。ソケットボルト２５の頭部と前記バックホーク連結フランジ８Ｂとの間には平座金２２、２２間にゴム２３等を介設したダンパ２４が配設される。これにより縮小緩衝後の拡張リバウンド時の衝撃が緩和される。一方、前記弾性材１９の外周側には、所定の間隙Ｓ１を存してメインフレーム５の一部を構成する如く、補助メインフレームとしての外径規制部材１５が形成される。また、弾性材１９の前端面と前記ブッシュ１７のフランジ１７Ａとの間に、初期状態で所定の間隙Ｓ２を存するように構成される。
【００１５】
図３の例では、緩衝装置２の少なくとも一部がメインフレーム５（図示の例では、メインフレーム５の一部を構成する補助メインフレームとしての外径規制部材１５）内に嵌挿して配設される場合を示したが、メインフレーム５とバックホーク８とが嵌合するような形態を採れば、緩衝装置の全てがこれらのメインフレーム５あるいはバックホーク８内に嵌挿されて構成されることもあり得る。また、緩衝装置２の少なくとも一部がバックホーク８側に嵌挿される構成としてもよいことは言うまでもない。なお、符号２０は、バックホーク連結フランジ８Ｂ外周部と外径規制部材１５の外周面とに渡設された蛇腹シールを示し、符号２１は、バックホーク連結フランジ８Ｂとコイルスプリング１８の後端面との間に介設されたスプリング座を示す。符号２６は、泥除け取付ブラケットを示す。
【００１６】
このような構成において、走行中の路面の凹凸等あるいは塔乗者の体重等により、前フレーム１Ａと後フレーム１Ｂとが前記ピボットパイプ３（図１、２）を軸心として近接揺動すると、緩衝装置２は図４に示す状態あるいは図５に示す状態となる。図６のサスペンション特性図（荷重域Ａ、Ｂ、Ｃと搭乗者体重、ストロークおよび圧縮荷重との関係は例示である。）を参照しつつ説明すると、路面からの軽度の衝撃あるいは軽量の搭乗者の場合（図６の低荷重域Ａ）は、図３と図４との間の状態すなわち、弾性材１９とブッシュフランジ１７Ａとの間の間隙Ｓ２を残したコイルスプリング１８のみによる線形特性による緩衝作用が行われる。やや衝撃が大きくなるか普通体重の搭乗者の場合（図６の常用域Ｂ）は、図４に示すように、弾性材１９がブッシュフランジ１７Ａに接触して間隙Ｓ２を埋め、コイルスプリング１８による線形特性と弾性材１９による非線形特性とを加えた緩衝作用が行われる。
【００１７】
荒地走行や歩道段差等の乗越え時に、さらに大きな衝撃が加わった場合（図６の高荷重域Ｃ）は、図５に示すように、弾性材１９が軸方向のみならず径方向の外方にも膨出して、外径規制部材１５の内周面に当接してその変形が規制されることとなる。これによって、弾性材１９の弾性定数が急激に立ち上がり、かなりの高い衝撃に対してもこれを有効に緩衝することが可能となる。このようにしてメインフレーム５とバックホーク８とが縮小近接揺動して緩衝装置２により緩衝作用が行われた後に、緩衝装置２の復元力によりメインフレーム５とバックホーク８とが拡張離反することになり、その際、ソケットボルト２５の頭部とバックホーク連結フランジ８Ｂとが激しく当接することになる。このリバウンド衝撃は、ダンパ２４により有効に緩和される。
【００１８】
以上、本発明の各実施の形態について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、前フレームおよび後フレームのそれぞれの形状（三角形状に限定されず、四角形、曲線形状を含むものや、各フレームの断面形状についても、円形、楕円形、方形、多角形等）、形式、メインフレームとバックホークとの接続部近傍の直線状構成の形態（実施の形態のもののように、外径規制部材としての補助メインフレームをシートパイプに一体あるいは別体にて形成したものの他、メインフレームを延長形成して外径規制部材とすることもできる）、緩衝装置の形状、形式（コイルスプリングの形式や弾性材の形状、材質等）、メインフレームとバックホークとの揺動軸すなわち前フレームと後フレームとの揺動軸の配設位置（ハンガー部近傍の他、ハンガー部と揺動軸とを兼用一致させてもよい）、緩衝装置のメインフレームまたはバックホーク内への嵌挿形態、外径規制部材の形状（内周面をテーパ状にしたり、弾性材の弾性特性を制御できる適宜の面形状に形成することもできる）、形式等は適宜採用できる。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳細に述べてきたように、本発明によれば、互いに相対変位するフレーム間に緩衝装置が配設される緩衝装置付きフレームにおいて、少なくとも接続部近傍が直線状に構成された前フレームにおけるメインフレームと後フレームにおけるバックホークとの接続部に、直線方向の緩衝作用を有する緩衝装置を配設したことにより、揺動近接するフレーム部材が直線状に配設されて衝撃荷重の直線上での円滑で適正な転嫁による長期間のフレーム剛性の維持が可能となるとともに、直線方向の緩衝機能がシンプルで緩衝特性にも優れる他、緩衝装置がフレーム部材とともに直線状に配列されて目立たなく、外観に優れたものとなる。
【００２０】
また、前記メインフレームとバックホークとの揺動軸をハンガー部近傍に配設した場合は、車体の略中心部に位置して、フレームの前後の分割に有利なハンガー部近傍を揺動軸を支点として、前後のフレームが高い剛性を維持したままで揺動緩衝が行われることを可能にする他、前後のフレームを各別に製造することができて製造が容易となる。さらに、前記緩衝装置の少なくとも一部を、メインフレームまたはバックホーク内に嵌挿して配設した場合は、緩衝装置の安全な圧縮側の作動に加えて、緩衝装置が外部に露呈することなく外観上もスマートで簡潔となる。
【００２１】
また、前記緩衝装置を、弾性材およびコイルスプリングにより構成した場合は、コイルスプリングのみによる線形弾性特性と弾性材を加えた非線形弾性特性とを加えてきめ細かな緩衝作用を行うことが可能となる。さらに、前記フレームまたはバックホークに、前記弾性材の弾性定数を急激に立ち上げる外径規制部材を形成した場合は、かなりの高い衝撃に対してもこれを有効に緩衝することが可能となる他、外径規制部材自体が防塵機能等を有する。
【００２２】
さらにまた、少なくとも前記メインフレームとバックホークを、長さ方向の稜線を有する異径の縦長断面に構成した場合は、走行使用時の断面係数に優れる縦長としたり、稜線部の補剛機能によりメインフレームやバックホーク等のフレーム部材の剛性が向上する他、稜線部を一直線上に並ぶように形成して外観上の美観を優れたものにすることもできる。かくして、本発明によれば、衝撃荷重の適正な転嫁によるフレーム剛性の維持を可能とし、外観に優れてシンプルで緩衝特性にも優れる緩衝装置付きフレームが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の緩衝装置付きフレームの１つの実施の形態を示し、フレームのみを示す全体正面図である。
【図２】 同、図２（Ａ）はフレームのみを示す背面図、図２（Ｂ）は平面図である。
【図３】 同、緩衝装置の動作を説明するもので、低荷重域での緩衝状態を示す要部拡大断面図である。
【図４】 同、常用域での緩衝状態を示す要部拡大断面図である。
【図５】 同、高荷重域での緩衝状態を示す要部拡大断面図である。
【図６】 弾性材とコイルスプリングとから構成された場合の本発明の緩衝装置におけるサスペンション特性図である。
【図７】 第１従来例のサスペンションシステムを示す要部正面図である。
【図８】 第２従来例のサスペンション構造を示す正面およびその要部拡大図である。
【符号の説明】
１ フレーム
１Ａ 前フレーム
１Ｂ 後フレーム
２ 緩衝装置
３ ピボットパイプ（揺動軸）
４ ハンガーパイプ（ハンガー部）
５ メインフレーム
５Ａ 稜線
６ 下部フレーム
７ シートパイプ
８ バックホーク
８Ａ 稜線
８Ｂ バックホーク連結フランジ
９ チェーンステー
１０ 補強パイプ
１２ ヘッドパイプ
１４ 筒部材
１５ 外径規制部材（補助メインフレーム）
１６ 螺子筒部
１７ ブッシュ
１７Ａ フランジ
１８ コイルスプリング
１９ 弾性材
２４ ダンパ
２５ ソケットボルト

Claims (3)

1. 互いに相対変位するフレーム間に緩衝装置が配設される緩衝装置付きフレームにおいて、少なくとも接続部近傍が直線状に構成されメインフレームとバックホークとの揺動軸をハンガー部近傍に配設した前フレームにおけるメインフレームと後フレームにおけるバックホークとの接続部に、直線方向の緩衝作用を有し、弾性材およびコイルスプリングにより構成した緩衝装置を配設するとともに、前記メインフレームまたはバックホークに、前記弾性材の弾性定数を急激に立ち上げる外径規制部材を形成したことを特徴とする緩衝装置付きフレーム。
2. 前記緩衝装置の少なくとも一部を、メインフレームまたはバックホーク内に嵌挿して配設したことを特徴とする請求項１に記載の緩衝装置付きフレーム。
3. 少なくとも前記メインフレームとバックホークを、長さ方向の稜線を有する異径の縦長断面に構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の緩衝装置付きフレーム。

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