JP4529101B1 - 折り畳み自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】
簡単な構造で、小さく折り畳める折り畳み自転車。
【解決手段】
ハンドル折り畳み機構と、前輪折り畳み機構に加えて、ペダルクランク軸の後上方に位置し、後輪円面の直角軸に対し最適な角度を有する折り畳み回転軸により、後輪を、押し下げられたシートピラー及びその保持部との干渉を斜めに回避しながら、ペダルクランク軸の下部の最適位置に近接させる後輪折り畳み機構を備え、折り畳んだ時、車輪に外接する正方形から外へ食み出すフロントギヤー、サドル、各折り畳み機構部などの構造部分を正方形の一辺方向（上方）に集約、且つ、その食み出し長さも限界まで抑え、部品の着脱の必要もなく、わずか３か所の折り畳み機構で、外接する四角形の大きさを飛躍的に小さくすることが可能となり、その短辺長も概ね車輪径であることを特徴とする折り畳み自転車。
【選択図】図３

Description

本発明は、簡単な構造で、小さく折り畳める折り畳み自転車に関するものである。

自転車を折り畳まずに、そのまま押して鉄道などに乗せられるシステムが普及している欧州などの国々と異なり、日本での輪行（注１）には折り畳み自転車が有用である。しかし、輪行には長距離走行の安定性、快適性などから、２０インチ以上の比較的車輪径の大きい折り畳み自転車が望ましいが、これらの自転車を折り畳んだ際、折り畳み形状の大きいことが日本で輪行が普及しない大きな阻害要因の一つになっている。
（注１） 輪行：鉄道などの公共交通機関を利用した自転車持参の自転車旅行。日本では鉄道各社の営業規則などにより、分割または折り畳んで、専用の袋などに入れて持ち込まなければならない。

現在、比較的車輪径の大きい折り畳み自転車において、市販されている英国ブロンプトン社の１６インチ型が折り畳み形状の最も小さい代表例としてよく挙げられるが、折り畳んだ時の外接する四角形（注２）は縦５８ｃｍ X 横６０ｃｍ（例えば、非特許文献１、Ｐ４８参照）であり、単純に車輪を直径で約１１ｃｍ大きい２０インチに置き換えると、縦６９ｃｍ X 横７１ｃｍにもなってしまう。
その他、市販されている２０インチクラスの折り畳み自転車では、折り畳み時にハンドルやサドルなどを取り外すようなタイプを除き、縦６１ｃｍ X 横７９ｃｍレベルが従来技術の限界である（例えば、非特許文献１ Ｐ４３〜６８参照）。
２０インチクラスの車輪径の大きな自転車を
・持ち運びしやすい旅行ケース並みの大きさに
・簡単な構造で
折り畳むことができる自転車が強く求められている。
（注２） 折り畳み自転車を折り畳んだ時の大きさを表す尺度として、外接する四角形の縦、横の長さで表すことは広く知られている（例えば、非特許文献１ Ｐ４３〜６８参照）。

従来の折り畳み自転車は、折り畳んだ時に、ペダルクランク軸に直結するフロントギヤー、サドル、前輪を後輪の側方に折り重ねる前輪折り畳み機構部、ハンドルを前輪の側方に折り重ねるハンドル折り畳み機構部などが、車輪から『２方向以上に』大きく食み出す構造で構成されていることに、簡単な構造で、小さく折り畳めない限界の根源がある。
１４〜２０インチクラスの比較的車輪の大きい折り畳み自転車では、前輪を後輪に折り重ねる、いわゆる二つ折りの自転車が主流であるが、さらに小さく折り畳める方式として、後輪を後輪円面に沿って前輪方向に折り畳む機構を加えた、いわゆる三つ折り自転車が存在する。
従来の三つ折り自転車は、いずれも後輪折り畳み機構の折り畳み回転軸をシートポスト保持部に近接させることにより、後輪を折り畳む際、シートポストを後方に回避する方式であり、言い換えるとシートポストおよびその保持部が後輪の後方に食みだし、上方にはサドルが食みだす方式のため、車輪の少なくとも２方向に構造部が食み出すという特徴がある。
例えば、三つ折り自転車の代表例でもある前項のブロンプトン社の事例も、同社の特許（例えば、特許文献１参照）にもある通り、後輪を後輪円面に沿って前輪方向に折り畳んだ際、シートポストとその保持部、サドル後部などが自転車の後方向へ後輪外形より外側
に、また、サドルやメインフレームなどが上方向へ後輪外径より外側に大きく食み出すため、折り畳んだ時に外接する四角形が縦、横とも車輪径より大きくなる。従って、縦横６０ｃｍ前後に収めるためには１６インチ型が限界であり、この方式で２０インチ型にすると前項でも示した通り、折り畳みサイズがかなり大きくなってしまう問題点がある。
また別の事例で、後輪を前輪方向に折り畳む方式は前述のブロンプトン社と同じであるが、後輪の天面側を地面側に向くまで折り畳むことにより発生するメインフレームとの干渉を、メインフレームを二股構造にして後輪を挟み込む方式で、メインフレームを後輪の両側方に回避させ、外接する四角形の一辺が概ね車輪径となる事例（特許文献２参照）がある。この事例ではシートポストとその保持部などが自転車の後方向へ後輪外径より外側に出るのは前例と同じであるが、上方向にサドルと長いシートポストが大きく飛び出て残り、それを短辺が車輪径の四角形の中に収めるために追加の折り畳み機構が必要となり、合計５か所の折り畳み機構に加え、サドルを取り外す方式が『発明を実施するための最良の形態』として出願されているが、構造が複雑という大きな問題点（部品数、強度確保、折り畳み/再組み時間、美観など）がある。
両事例に代表されるように、より小さく折り畳めない、あるいは折り畳めても構造が複雑などの従来技術の限界は、種々の構造部分が車輪から『２方向以上に』大きく食み出す
ことに大きく起因している。

特公昭５８−０２４３１１号公報 特開２００７−００８４１８号公報

雑誌 「折りたたみ自転車＆スモールバイクを楽しむ」２００９年５月発行 辰巳出版株式会社

本発明は、構造部分が車輪から『２方向以上』に食み出すという従来の問題点に鑑み、
・ 折り畳み時、前輪と後輪を重ねた車輪に外接する正方形を想定し、その正方形から食み出すフロントギヤー、サドル、前輪折り畳み機構部、後輪折り畳み機構部、ハンドル折り畳み機構部など全ての構造部分を、正方形の『一辺方向』（上方向）に集約、
・ その一辺方向の食み出し量（長さ）も限界まで小さく収める
という課題を、簡単な構造で実現し、旅行ケース並みに小さく折り畳める折り畳み自転車を提供することを目的としている。

本発明の折り畳み自転車は、
ハンドルを前輪の側方に折り重ねるハンドル折り畳み機構部と、
前記前輪を折り畳み後の後輪の側方に折り重ねる前輪折り畳み機構部と、
前記後輪を折り畳み後の前記前輪の側方に折り重ねる後輪折り畳み機構部と、
からなる３つの折り畳み機構部を備えた、折り畳み自転車であって、
前記後輪折り畳み機構部は、その折り畳み回転軸が、ペダルクランク軸の後上方に位置し、後輪円面に対する垂直な軸に対し所定の傾斜角度を有することにより、前記後輪円面に対し斜め軌道の回転自在を有し、前記後輪を、押し下げられたサドルのシートポストおよびその保持部との干渉を斜めに回避しながら、当該後輪の外周を前記ペダルクランク軸の下部に近接させるものであり、
前記３つの折り畳み機構部を機能させて折り畳んだ際に、前記の前後輪を略一致させ、前記前後輪の外周に外接する正方形領域から外へ食み出すフロントギヤー、前記サドル、前記前輪折り畳み機構部、前記後輪折り畳み機構部、前記ハンドル折り畳み機構部を含む各車体構成部を、前記正方形領域における一辺のみの方向に集約させたことを特徴とする。

本発明により、折り畳み時、外接する四角形の短辺は概ねその限界である車輪外径となり、長辺も車輪外径に限りなく近づき、折り畳み面積のコンパクト化が飛躍的に向上する。
具体的には、２０インチ型を例にとると、短辺は車輪外径相当の５１ｃｍ、長辺は６２ｃｍ程度の折り畳みが可能となり、キャスター付きの旅行ケース並みの持ち運びやすさが、部品の着脱の必要もなく、わずか３か所の折り畳み機構という簡単な構造で実現可能となる。

本発明の折り畳み自転車に関する実施例の概念図 実施例の発明原理に関する機能模式図 実施例の発明原理に関する機能模式図 実施例の発明原理に関する機能模式図 実施例の発明原理に関する機能模式図 後輪とシートポストとの干渉の回避構造に関する説明模式図 後輪とシートポストとの干渉の回避構造に関する説明模式図

図１は本発明に基づく折り畳み自転車に関する実施例の概念図であり、1はハンドルを下方に約９０度ひねりながら、前輪6に平行になるように折り重ねるハンドル折り畳み機構部であり、2は前輪6を後輪7の側面に折り重ねる前輪折り畳み機構部で、1、2とも一般的な折り畳み自転車で広く用いられており、また、本発明の主体が後輪折り畳み機構部3を中心とする構造にあるので、1および2の折り畳み機構部の詳細説明は省略する。

後輪折り畳み機構部3はペダルクランク軸保持部5の後上方の位置にあり、後輪円面の直角軸に対し２方向に角度を持つ回転軸により、後輪円面に対し斜方軌道の回転自在を有し、後輪７を、押し下げられたサドルのシートポスト及びその保持部との干渉を斜めに回避しながら、ペダルクランク軸保持部5の下部の最適位置に近接して折り畳む機構である。
後輪7の外縁をペダルクランク軸保持部5のどの円周位置に近接させるかが本発明の最も重要な点であり、その詳細を説明するために、図２は図１の実施例を機能要素模式図に表したもので、同様に、図３〜図５は実施例の発明原理を模式的に示したものである。

折り畳み手順は、図３に示すごとく、まず
手順１は、サドルクランプを緩めてサドル９を押し下げる。
手順２は、後輪折り畳み機構部3を用いて、後輪7を前輪方向に後輪円面に対し斜めの軌道で、押し込まれたシートポスト10を回避しながら、ペダルクランク軸保持部5などの適切なストッパーに当たるまで折り畳む。
手順３は、ハンドルおよび前輪6を概ね１８０度回転させ、前輪6を後方（後輪方向）に若干寄せながら、前輪折り畳み機構部2を用いて、前輪6を後輪7の側面に重ねるように折り畳む。この操作はハンドルを持ち、ハンドルの向きを自転車の前方のまま変えずに、後輪方向に回しながら折り畳むことによりワンタッチで行える。
手順４は、ハンドル折り畳み機構部1を用いて、ハンドルを下方に約９０度ひねりながら、前輪6に平行に折り重なるように折り曲げる。
手順１、３、４は最も一般的な二つ折りの折り畳み自転車と全く同じ手順である。

ここから、図３を用いて、後輪７の外縁をペダルクランク軸保持部５の円周のどの位置に近接させるかの解を求める手順を示す。
後輪折り畳み機構部3を利用して、後輪７の外縁をペダルクランク軸保持部５の円周上の任意の点5aに近接をさせる。この場合、後輪回転軸の移動区間7a-7bの中間点の垂直軸（一点鎖線A-B）上が後輪折り畳み機構部３の設置可能線となるが、その垂直軸上で、
・他の構造物と干渉しない、
・後輪の折り畳みを妨げない（押し下げられるシートポスト10との干渉回避は後述する）、
任意の位置に設定する。

移動した後輪回転軸7bと１８０度回転した前輪回転軸6bの中間点の垂直軸(一点鎖線C-D)が、前輪6を後輪7に折り重ねる前輪折り畳み機構部2の設置可能線となる。
また、図４に示すように、この設置可能線により、前輪6を後輪7に折り重ねた時の、ハンドル折り畳み機構部1の折り畳み後の位置も決まる。

次に、図３において、後輪7に三辺が外接する四角形（一点鎖線）を想定し、後輪7の車輪上を外接しながら回転させ、
前輪折り畳み機構部2の設置可能線（一点鎖線C-D）の一部、
前輪6を後輪７に折り重ねた時のハンドル折り畳み機構部１、
後輪折り畳み機構部3
後輪フレーム8
サドル9
シートポスト10など
のすべての構造部分が、図３の左側の四角形の長辺の長さ、傾きがいくらの時、その四角形の中に収まるかを確認する。
収まらないケースは、その接点5aは解とはならない。

同様の手順で、後輪７の外縁との接点位置5aをペダルクランク軸保持部5の円周上をずらしながら、前項の確認条件が成り立つ接点位置5aの範囲を絞る。その範囲の中で、外接四角形の長辺の最も短い接点位置5aおよびその時の四角形の傾きが本発明の意図する解となる。
透明の樹脂シートに車輪外径の円と、三辺をその円に外接する四角形、つまり短辺が車輪外径、長辺がそれより適当に長い四角形を表現したテンプレートを準備し、接点位置を変え、後輪の外縁上にテンプレートの円を重ねて回転しながら作図することにより、比較的簡単に最適位置の解が求められる。
図１に示す実施例のケースでは、概ね図３に示す接点の位置5aと四角形の傾きが、四角形の長辺を最も短くしている。

上記の最適位置が決まると、前輪折り畳み機構部2および後輪折り畳み機構3の設置可能線上の位置も決まり、前輪折り畳み機構部2の折り畳み回転軸の傾きなども決まる。

図６は、自転車を紙面手前方向から見た正面図を中心に、上側の図は自転車を下方向から見上げた図、左側の図は紙面左方向から見た側面図を模式的に示している。
後輪折り畳み機構部3の折り畳み回転軸について、後輪7が後輪円面に対し斜めの軌道で、シートポスト10およびシートポスト保持部11との干渉を回避するのに必要充分な角度を後輪円面の直角軸の２方向に対し設定する。

前述の斜めの軌道は、図７に示すように丁度、和傘（番傘）の上に乗せた円（後輪外縁に相当）が、その円面の垂直軸の２方向に対し角度をもった傘の柄（後輪折り畳み機構部の折り畳み回転軸に相当）を回した際に出来る３次元的な軌道となる。

このように決められた折り畳み機構によって折り畳むと、図５に示すように外接する四角形の大きさが飛躍的に小さくなり、しかも、その四角形の短辺は概ね車輪外径とすることが実現可能となる。

本発明は折り畳み自転車を製造する産業で利用される。

1 ハンドル折り畳み機構部
2 前輪折り畳み機構部
3 後輪折り畳み機構部
4 フロントギヤー
5 ペダルクランク軸保持部
5a 後輪とペダルクランク軸保持部円周上の接点
6 前輪
6a 前輪回転軸
6b ハンドル１８０度回転後の前輪回転軸
7 後輪
7a 後輪回転軸
7b 折り畳み後の後輪回転軸
8 後輪フレーム
9 サドル
10 シートポスト
11 シートポスト保持部
A-B 後輪折り畳み機構部の設置可能線
C-D 前輪折り畳み機構部の設置可能線

Claims (1)

1. ハンドルを前輪の側方に折り重ねるハンドル折り畳み機構部と、
   前記前輪を折り畳み後の後輪の側方に折り重ねる前輪折り畳み機構部と、
   前記後輪を折り畳み後の前記前輪の側方に折り重ねる後輪折り畳み機構部と、
   からなる３つの折り畳み機構部を備えた、折り畳み自転車であって、
   前記後輪折り畳み機構部は、その折り畳み回転軸が、ペダルクランク軸の後上方に位置し、後輪円面に対する垂直な軸に対し所定の傾斜角度を有することにより、前記後輪円面に対し斜め軌道の回転自在を有し、前記後輪を、押し下げられたサドルのシートポストおよびその保持部との干渉を斜めに回避しながら、当該後輪の外周を前記ペダルクランク軸の下部に近接させるものであり、
   前記３つの折り畳み機構部を機能させて折り畳んだ際に、前記の前後輪を略一致させ、前記前後輪の外周に外接する正方形領域から外へ食み出すフロントギヤー、前記サドル、前記前輪折り畳み機構部、前記後輪折り畳み機構部、前記ハンドル折り畳み機構部を含む各車体構成部を、前記正方形領域における一辺のみの方向に集約させた、
   ことを特徴とする、折り畳み自転車。

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