JP6525427B1 - 自転車のフレーム - Google Patents

Abstract

【課題】ばねやショックアブソーバ等の部品を用いなくても緩衝機能を発揮し得る自転車のフレームを提供する。【解決手段】前輪１２と後輪１４が取り付けられる自転車のフレーム１００において、前輪１２が軸支される前ホーク１２２を含む前フレーム１２０と、後輪１４が軸支される後フレーム１４０と、前フレーム１２０と後フレーム１４０とを連結した連結アーム１６０と、を備え、自転車１０の走行中、前フレーム１２０が後フレーム１４０に対して前後方向へ相対変位可能であり、この変位する動作に応じて、連結アーム１６０が揺動するように構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、自転車のフレームに関し、特に、車輪が前後に取り付けられる自転車のフレームに関する。

近年においては、路面からの衝撃を緩和する緩衝装置が車体に組み込まれた自転車が、広く一般にも普及している。例えば、特許文献１には、自転車の前ホークに緩衝装置を組み込んだものが開示されている。この種の前ホークは、一般に、サスペンションホークと呼ばれており、マウンテンバイク等の車種に採用されている。

また、特許文献２には、リアサスペンション付き自転車が開示されている。この自転車では、フレーム体側に緩衝装置が組み込まれている。この種のフレームは、一般に、サスペンションフレームと呼ばれており、様々な車種の自転車で採用されている。

特開平１１−２５５１７２ 特開２０００−２４７２８２

上記したように、緩衝装置が組み込まれた自転車のフレームは、すでに多種多様な形態のものが公知となっている。しかしながら、この種の緩衝装置では、ばね等の弾性要素を用いて衝撃を吸収するので、その反発力が乗り心地を悪化させる場合がある。ショックアブソーバのような減衰要素を用いて改善を図ることも考えられるが、この場合、部品コストが増大する。

なお、上記した問題は、２つの車輪が前後に取り付けられた二輪自転車のフレームに限らず、前輪または後輪の何れか一方が左右に２つの車輪を備えた三輪自転車のフレームにも共通する。

上記した課題に鑑み、本発明は、ばねやショックアブソーバ等の部品を用いなくても緩衝機能を発揮し得る自転車のフレームを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る自転車のフレームは、前輪と後輪が取り付けられる自転車のフレームであって、前記前輪が軸支される前ホークを含む前フレームと、前記後輪が軸支される後フレームと、前記前フレームと前記後フレームとを連結した連結アームと、を備え、前記自転車の走行中、前記前フレームが前記後フレームに対して前後方向へ相対変位可能であり、当該変位する動作に応じて、前記連結アームが揺動するように構成されていることを特徴とする。

また、前記連結アームは、その両端部が回り対偶によって前記前フレーム部分と前記後フレーム部分にそれぞれ連結された従動リンクであり、重力の作用により、その長手方向が鉛直方向を向いた姿勢になることを特徴とする。

また、前記連結アームは、前記前フレーム部分および前記後フレーム部分を挟んだ左右両側に取り付けられた一対のリンク部材を含むことを特徴とする。

さらに、前記連結アームは、前記リンク部材を前後に一対ずつ合計４つ有し、前記前フレーム部分、前記後フレーム部分および４つのリンク部材が平行リンク機構を構成していることを特徴とする。

上記構成を有する場合において、前記連結アームが前記前輪と前記後輪の間にあることを特徴とする。

上記構成を有する自転車のフレームによれば、前フレームが後フレームに対して前後方向へ相対変位可能であり、当該変位する動作に応じて、連結アームが揺動するように構成されているため、二輪車の走行中、この動きによって、路面からの衝撃を緩和することができる。つまり、本発明に係る自転車のフレームにより、ばねやショックアブソーバ等の部品を用いなくても緩衝機能を発揮し得るフレーム構成が実現される。

実施形態に係るフレームを備えた自転車の側面図である。 上記フレームの主要部分の平面図である。 上記自転車の走行中、フレームが緩衝機能を発揮するときの動きを説明するための概略図である。

以下、本発明に係る自転車のフレーム（以下、単に「フレーム」という。）の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、自転車１０は、一般的な自転車と同様、前輪１２、後輪１４、ハンドル１６、サドル１８、駆動装置２０のほか、不図示のフロントブレーキ、リアブレーキといった通常走行に必要な各種構成部品を備えている。

駆動装置２０は、乗員の踏力を駆動輪である後輪１４に伝達するための動力伝達機構であり、フロントスプロケット２２、多段式リアスプロケット２４、両スプロケット２２，２４の間に掛け渡されたチェーン２６を含む。フロントスプロケット２２は、左右のクランク２８，３０の回転に同期して回転駆動するように構成されている。左右のクランク２８，３０各々の先端部には、ペダル３２，３４がそれぞれ軸支されている。

これらの基本的な構成部品は、実施形態に係るフレーム１００に取り付けられている。フレーム１００は、前フレーム１２０、後フレーム１４０および連結アーム１６０を備える。

前フレーム１２０は、前輪１２が軸支される前ホーク１２２を含む。この前ホーク１２２は、ヘッドパイプ１２４の軸心Ｃ１まわりに回転可能に支持されている。ヘッドパイプ１２４の後部中程には、メインパイプ１２６が固定されている。メインパイプ１２６は、ヘッドパイプ１２４との固定部から斜め下方へ延出した傾斜部１２６Ａと、この傾斜部１２６Ａの後端部分から屈曲して水平方向に延出した水平部１２６Ｂとを有する。

後フレーム１４０は、サドル１８を支持したシートポスト３６が挿通される立パイプ１４２を有する。この立パイプ１４２の上部後側には、左右一対のバックホーク１４４の先端部がそれぞれ固定されている。立パイプ１４２の下端部には、ボトムブラケット１８０（図２）が固定されている。このボトムブラケット１８０の後側には、左右一対のチェーンステー１４６の先端部がそれぞれ固定されている。

左右のうち同じ側にあるバックホーク１４４とチェーンステー１４６各々の後端部は、左右のうち同じ側にある後つめ１４８にそれぞれ固定されている。後輪１４は、左右の後つめ１４８に軸支されて、立パイプ１４２並びに左右のバックホーク１４４およびチェーンステー１４６で構成される左右の後三角部の間に保持される。

図１および図２に示すように、ボトムブラケット１８０の前側中央部分には、メインパイプ１５０が固定されている。メインパイプ１５０は、ボトムブラケット１８０との固定部から斜め上方へ延出した傾斜部１５０Ａを有する。傾斜部１５０Ａの先端部分には、立パイプ１４２から水平方向に延出した水平部１５０Ｂが固定されている。水平部１５０Ｂは、その後端部が立パイプ１４２の前側部分に固定されており、傾斜部１５０Ａとの固定部よりもさらに前方まで延在している。

前フレーム１２０と後フレーム１４０は、それぞれのメインパイプ１２６，１５０が有する水平部１２６Ｂ，１５０Ｂが上下方向に間隔をあけて配置されており、各水平部１２６Ｂ，１５０Ｂの上面同士は平行になっている。

上記構成からなる前フレーム１２０と後フレーム１４０は、連結アーム１６０によって相互に連結されている。連結アーム１６０は、リンク部材１６２を含む。リンク部材１６２の長手方向における両端部には、回り対偶であるベアリング１６４，１６６が設けられている。本例では、このリンク部材１６２が合計４つ使用されている。以下、これら４つのリンク部材１６２を区別する場合には、符号の数字の後にアルファベットの添え字を付すこととし、図面では添え字を括弧付きで記すこととする。

前フレーム１２０の水平部１２６Ｂ上面には、２本の支持軸１６８Ｆ，１６８Ｒが固定されている。支持軸１６８Ｆ，１６８Ｒの各々は、それぞれの軸心Ｃ２，Ｃ３が前後方向に対して直交する向きになる姿勢で、当該前後方向に間隔をあけて平行に取り付けられている。

後フレーム１４０の水平部１５０Ｂ上面にも、前フレーム１２０と同じく、２本の支持軸１７０Ｆ，１７０Ｒが固定されている。支持軸１７０Ｆ，１７０Ｒの各々は、それぞれの軸心（不図示）が前後方向に対して直交する向きになる姿勢で、当該前後方向に間隔をあけて平行に取り付けられている。

そして、前フレーム１２０側の支持軸１６８Ｆ，１６８Ｒと後フレーム側の支持軸１７０Ｆ，１７０Ｒそれぞれの両端部に、上記した４つのリンク部材１６２のベアリング１６４，１６６がそれぞれ連結されている。すなわち、前側にある支持軸１６８Ｆ，１７０Ｆには、一対のリンク部材１６２ＬＦ，１６２ＲＦが前フレーム部分である水平部１２６Ｂおよび後フレーム部分である水平部１５０Ｂを挟んだ左右両側に取り付けられており、後側にある支持軸１６８Ｒ，１７０Ｒにも、同様に、一対のリンク部材１６２ＬＲ，１６２ＲＲがそれぞれの水平部１２６Ｂ，１５０Ｂを挟んだ左右両側に取り付けられている。

このような構成の連結アーム１６０では、４つのリンク部材１６２が従動リンクとして機能し、前フレーム１２０の水平部１２６Ｂ、後フレームの水平部１５０Ｂおよび４つのリンク部材１６２が平行リンク機構を構成している。そのため、フレーム１００では、自転車１０の走行中、前フレーム１２０が後フレーム１４０に対して前後方向へ相対変位可能であり、この変位する動作に応じて、連結アーム１６０を構成する４つのリンク部材１６２が同期して前後方向に揺動するように構成されている。

続いて、図３を参照しながら、フレーム１００が緩衝機能を発揮するメカニズムについて説明する。

自転車１０の重量バランスとしては、後フレーム１４０側の方が前フレーム１２０側よりも重量が重い。したがって、後フレーム１４０は、連結アーム１６０を介して前フレーム１２０に吊られた振り子のような状態になっている。乗員の体重を考慮しても、振り子状態であることに変わりはない。よって、フレーム１００において、連結アーム１６０を構成する４つのリンク部材１６２の各々は、通常、図３（ａ）に示すように、重力の作用により、それぞれの長手方向が鉛直方向を向いた姿勢になる。この姿勢を、以下「鉛直姿勢」という。

例えば、自転車１０の走行中、進行方向前方に凹凸（不図示）を発見した乗員がハンドル１６を前方へ押し出すようにすると、図３（ｂ）に示すように、前フレーム１２０が後フレーム１４０に対して前方へ相対的に変位し、ホイールベース（前輪１２と後輪１４の車軸間の距離）が伸長した状態になる。これに伴って、４つのリンク部材１６２は前方へ傾動する。

この状態（図３（ｂ）に示す状態）で前輪１２が凹凸に接触すると、凹凸との接触部分に自転車１０の進行方向とは逆向き（後向き）の力が作用し、前輪１２の走行が阻害される。一方、後輪１４は、そのまま惰力で走行し続ける。その結果、図３（ｃ）に示すように、前フレーム１２０が後フレーム１４０に近づく方向（後方）へ相対的に変位し、ホイールベースが短縮した状態になる。これに伴って、４つのリンク部材１６２は後方へ傾動する。

前輪１２が凹凸を通過すると、後方へ傾動した４つのリンク部材１６２は、重力の作用により、鉛直姿勢に復帰する。すなわち、図３（ｃ）に示す状態から図３（ａ）に示す状態に復帰する。その後、後輪１４も凹凸に接触することとなるが、この場合、上記とは逆に、後輪１４の走行が阻害され、前輪１２はそのまま惰力で走行し続ける。その結果、図３（ｂ）に示す状態、すなわち、前フレーム１２０が後フレーム１４０に対して前方へ相対的に変位してホイールベースが伸長した状態になり、これに伴って、４つのリンク部材１６２は前方へ傾動する。

そして、後輪１４が凹凸を通過すると、前方へ傾動した４つのリンク部材１６２は、再び重力の作用により、鉛直姿勢に復帰することとなる。このように、４つのリンク部材１６２（連結フレーム１６０）は、鉛直姿勢を基準として、前フレーム１２０が後フレーム１４０に対して前後方向へ相対変位する動きに応じて、同じ方向への傾動を振り子のように繰り返す。フレーム１００は、路面から受ける衝撃力を、この一連の揺動運動に換えて逃がすことで、衝撃を緩和するのである。

また、このとき、乗員がハンドル１６を操作している自身の腕を屈伸させる動作を行うことで、この動作がショックアブソーバとしての役割を果たすこととなる。したがって、実施形態に係るフレーム１０によれば、従来公知の緩衝装置のように、ばねやショックアブソーバ等の部品を用いなくても緩衝機能を発揮できるのである。

以上、本発明に係る自転車のフレームを実施形態に基づいて説明したが、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、以下のように変形した形態で実施しても構わない。

＜変形例＞
（１）上記実施形態では、前フレーム１２０の水平部１２６Ｂが上側にあり、後フレーム１４０の水平部１５０Ｂが下側にあったが、これらの上下関係は逆であってもよい。すなわち、前フレームの水平部が上側にあり、後フレームの水平部が上側にあるような形態であっても構わない。

（２）上記実施形態において、リンク部材１６２の長さは、特に限定されるものではなく、車輪のサイズ等に応じて適宜設計変更し得るものである。例えば、リンク部材が比較的長く設計されている場合には、ホイールベースの伸縮量も多くなるので、折り畳み自転車のようにコンパクトにしておくことも可能であり、駐輪スペースの省スペース化を図ることができる。逆に、リンク部材が比較的短く設計されている場合であっても、上記のようにリンク部材が揺動すれば、緩衝機能を発揮し得る。

（３）上記実施形態では、連結アーム１６０に４つのリンク部材１６２が用いられているが、フレームの強度を確保できる限り、リンク部材の数についても特に限定はない。例えば、前後一対または左右一対の２本構成であってもよいし、あるいは、リンク部材が１つだけの構成であっても構わない。

（４）上記実施形態において、連結アーム１６０は平行リンク機構を構成するものであったが、必ずしも平行リンク機構である必要はない。要は、前フレームを後フレームに対して前後方向へ相対変位させられる可動連結機構であればよい。

（５）上記実施形態では、回り対偶としてベアリングを用いたが、例えば、ブッシュなどの他の部品を用いても構わない。

（６）上記実施形態では、連結アームを前後のメインパイプの間に設けたが、連結アームの配置は、前輪と後輪の間（車軸間）である限り、特に限定はない。例えば、ボトムブラケット部分を利用してリンク部材を取り付けても構わない。

（７）上記実施形態は２つの車輪（前輪１２、後輪１４）が前後に取り付けられた二輪自転車である自転車１０のフレーム１００を例に挙げたが、これに限らず、前輪または後輪の何れか一方が左右に２つの車輪を備えた三輪自転車のフレームに本発明を適用しても構わない。また、自転車のような駆動装置は有していないが、例えば、キックスケーターのような乗り物（遊具）のフレームにも本発明を適用することが可能である。要するに、本発明は、２つまたは３つの車輪が前後に取り付けられる自転車やキックスケーターといった人力で走行する乗り物のフレームに適用することができるのである。

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。

１００ フレーム
１２０ 前フレーム
１４０ 後フレーム
１６０ 連結アーム

Claims (5)

1. 前輪と後輪が取り付けられる自転車のフレームであって、
   前記前輪が軸支される前ホークを含み、ハンドルが取り付けられる前フレームと、
   前記後輪が軸支され、サドルが取り付けられる後フレームと、
   前記前フレームと前記後フレームとを連結した連結アームと、
   を備え、
   前記自転車の走行中、前記連結アームが揺動しながら前記前フレームが前記後フレームに対して前後方向へ相対変位可能に構成されていることを特徴とする自転車のフレーム。
2. 前記連結アームは、その両端部が回り対偶によって前記前フレーム部分と前記後フレーム部分にそれぞれ連結された従動リンクであり、前記前後方向への相対変位の際に前後に傾動することを特徴とする請求項１に記載の自転車のフレーム。
3. 前記連結アームは、前記前フレーム部分および前記後フレーム部分を挟んだ左右両側に取り付けられた一対のリンク部材を含むことを特徴とする請求項２に記載の自転車のフレーム。
4. 前記連結アームは、前記リンク部材を前後に一対ずつ合計４つ有し、
   前記前フレーム部分、前記後フレーム部分および４つのリンク部材が平行リンク機構を構成していることを特徴とする請求項３に記載の自転車のフレーム。
5. 前記連結アームが前記前輪と前記後輪の間にあることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか1項に記載の自転車のフレーム。