JPH05213258A - 自転車用フレ−ムの緩衝装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 自転車のフレ−ムの緩衝効果を改善する。 【構成】 軸方向に中空部２を有し、かつ中央表面が膨
出した紡錘形のゴム状弾性体１と、前記中空部に嵌入さ
れたコイルバネ４と、前記ゴム状弾性体の軸方向の両端
にあって、中央隆起部と、これを取り囲み前記ゴム状弾
性体１の外形を覆う傘部７と、当該中央隆起部に対して
反対側に備えられた取付け部とを有する皿座５とからな
り、前記コイルバネ４と中央隆起部とが係合されたこと
を特徴とする自転車用フレ−ムの緩衝装置であり、好ま
しくは、前記ゴム状弾性体１を密度０．４〜０．７ｇ／
ｃｍ³ の発泡ポリウレタンとする。 【効果】 部品点数が少なくかつ構造も簡単なため、軽
量かつ安価であり、メンテナンスフリ−となる。又、限
られたスペ−スで最大限のストロ−クが得られ、小荷重
から大荷重まで対応できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自転車のフレ−ムの緩衝
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自転車用フレ−ムの緩衝装置の主体は、
ゴム弾性を利用したクッションゴム形式、コイルバネ形
式、或いはオ−トバイ等で使用されているショックアブ
ソ−バ−形式等が挙げられる。コイルバネ形式として
は、例えば、実開昭５３−１０１６５０号に開示されて
いるものが知られており、チェ−ンステ−とバックフォ
−クを一体に構成してリヤフレ−ムとなし、チェ−ンス
テ−の前端をメインフレ−ムのハンガ部に回動自在に連
結するとともに、バックフォ−クの上端とメインフレ−
ムの立パイプとの間に弾性体を配した構造のものであ
る。

【０００３】又、本出願人は特願平３−２６４５０６号
にて、リング状の弾性体を使用した新たな緩衝装置を提
供している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、クッション
ゴム形式は構造は単純であるが、ゴムの性質上変位長さ
（ストロ−ク）が短く、バネ定数も比較的大きく、かつ
荷重開放時の残留歪（ヒステリシス）も大きいという傾
向にあった。

【０００５】コイルバネ形式は、一般には悪路走行を考
慮して大荷重に対応できるようにバネ定数を予め大きく
設定するので、微振動に対しては十分な緩衝作用がな
く、従って、一般走行時における振動に対しては十分な
緩衝効果を得ることができないという欠点があった。
又、コイルバネ自体には振動減衰（ダンピング）効果が
殆ど期待できず、振動の収束が悪く乗り心地も不安定な
ものとなっていた。

【０００６】リング状の弾性体形式も、ヒステリシスが
大きく、荷重の開放時にリング形状が復元しにくく、従
って緩衝装置の全長が不安定となる傾向があった。

【０００７】これに対して、ショックアブソ−バ−形式
のものは、バネ定数及びダンピングが広い範囲で自在に
設定可能であるが、基本的にはシリンダ−とピストンと
の組合わせであり、このため、スペ−スに対するストロ
−クが限定され、又、構造も複雑なために高価なものと
なってしまう欠点がある。更に、この形式のものは重量
も重くなり、メンテナンスも必要となる等、自転車用フ
レ−ムの緩衝装置としては未だ十分なものではなかっ
た。

【０００８】

【課題を解決しようとする手段】本発明は、これら従来
技術の欠点を解決せんとして鋭意研究を進めた結果、次
の構造を採用することによりその解決をみたものであ
る。即ち、本発明の構造は、軸方向に中空部を有し、か
つ中央表面が膨出した紡錘形のゴム状弾性体と、前記中
空部に嵌入されたコイルバネと、前記ゴム状弾性体の軸
方向の両端にあって、中央隆起部と、これを取り囲み前
記ゴム状弾性体の外形を覆う傘部と、当該中央隆起部に
対して反対側に備えられた取付け部とを有する皿座とか
らなり、前記コイルバネと中央隆起部とが係合されたこ
とを特徴とする自転車用フレ−ムの緩衝装置にかかるも
のである。

【０００９】本発明で使用されるゴム状弾性体は、通常
のゴム弾性体はもとより、金型内に注入可能な熱可塑性
エラストマ−やポリウレタンエラストマ−が使用でき、
特に内部に気泡が散在する、密度が０．４〜０．７ｇ／
ｃｍ³ の発泡ポリウレタンが好んで使用される。

【００１０】そして、主としてかかるゴム状弾性体の紡
錘形をなす外形表面の形状を特定することにより、後述
する皿座の傘部の形状と相まって、自転車用フレ−ムの
緩衝装置に適した荷重−変位特性を得ることが可能とな
るものである。

【００１１】紡錘形をなすゴム状弾性体の外形表面を覆
う皿座の傘部にあっては、前記ゴム弾性体の外形表面を
覆う皿座の形状や角度、即ち外形表面との隙間の程度等
を選択して、緩衝効果を望ましいものとすることが可能
である。更に、皿座の傘部にあって、これを異形或いは
異方性をもたせることにより、緩衝装置としての特性に
変化をもたらすことができ、例えば、自転車のフレ−ム
に装着された場合、その左右側方には傘部の角度を深く
することによって、前後方向には適当な緩衝効果をもた
らすが、左右方向に揺動の少ないいわゆる硬い性能をも
つ緩衝装置となるものである。

【００１２】尚、皿座にあって、隆起部を含めて全体を
一体的に形成してもよいが、隆起部のみを別体として形
成しておき、これを後から溶着等で一体化してもよい。
かかる隆起部は、主としてコイルバネと皿座の係合に供
されるものであり、好ましくは、中央隆起部表面に螺旋
溝を形成し、当該螺旋溝内にコイルバネを螺着して係合
するのがよい。

【００１３】一方、各皿座に備えられた、自転車用フレ
−ムとの間の取付け部は、好ましくは、ピンジョイント
部であって、各ピンジョイント部に挿通されたピンの軸
方向が、いずれも自転車用フレ−ム面に対して直角方向
にあるものである。

【００１４】尚、ゴム状弾性体の中空部内に嵌込される
コイルバネにあっては、中空部内にその内部表面を押し
広げるように圧入されるのが一般的である。

【００１５】

【作用】本発明の自転車用フレ−ムの緩衝装置は、上記
のように紡錘形のゴム状弾性体と、コイルバネと、皿座
とから構成された比較的簡単な構造のものであって、そ
のバネ特性にあっては、バネ定数が一定のコイルバネに
加えて、負荷がかかると両端の皿座が押されはじめ、皿
座に設けた傘部がゴム状弾性体の外周表面に接触して包
み込むようになり、かかる弾性体のバネ定数が徐々に立
ち上がる特性を持ち、特に、本発明の緩衝装置に用いら
れるゴム状弾性体の外周形状等の選定は、緩衝効果の重
要なファクタ−となる。従って、全体としてのバネ定数
は、この種の緩衝装置としては理想的な特性となり、更
に、ゴム状弾性体自体の減衰効果により、緩衝装置とし
てダンピング効果も付与されるものとなるのである。

【００１６】一方、ゴム状弾性体特有のヒステリシス現
象に対しては、コイルバネの復元力によりこれを補うこ
とができ、このため、無負荷時の緩衝装置の全長も常に
安定したものとなるのである。

【００１７】更に、皿座の傘部の形状にあっては、その
大きさ、角度、深さ等が大きく影響し、これらを小から
大にすると圧縮時における弾性体の逃げが小さくなるた
め、緩衝装置としてのバネ定数が大きくなり、圧縮スト
ロ−ク後半のバネ定数の立ち上がりも大きくなる特性が
得られる。従って、この傘部の形状は、前記したゴム状
弾性体の外周表面形状の選択と共に緩衝効果の重要なフ
ァクタ−となるものである。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の自転車用フレ−ムの緩衝装置
を、図面を用いて更に詳細に説明する。図１は本発明の
緩衝装置の第１実施例を示す一部切欠側面図である。図
中、１は発泡ポリウレタンより形成されたゴム状弾性体
であって、その軸方向には全長にわたって中空部２が形
成されている。そして、このゴム状弾性体１の外周表面
３は、中央部が最も膨出しているいわゆる紡錘形をなし
ている。４はコイルバネであって、前記した中空部２内
に貫通して圧入されている。又、５は皿座であって、ゴ
ム状弾性体１の両端に備えられており、この中央には隆
起部６があり、前記のコイルバネ４と係合されるもので
ある。又、７はゴム弾性体１の外周表面３を覆う傘部で
ある。この傘部７は無負荷時にあっては、ゴム状弾性体
１の外周表面に接触せず、隙間８が形成されている。

【００１９】そして、皿座５の隆起部６とコイルバネ４
との係合手段は、この緩衝装置に予定される負荷によっ
て選択されるが、一般には隆起部６の外周にコイルバネ
４が螺合すべき溝９を形成しておき、両者を螺着させる
のがよい。符号１０は、皿座５の外方に備えられた取付
部即ちピンジョイント部であり、図においては平板が前
記の隆起部６に対して外側に備えられ、これにピン孔１
１が穿設されている。かかるピンジョイント部１０は同
一平面上にあり、かつピン孔１１の向きは、捜通される
ピンの向きを同一方向とするものであって、特に自転車
用フレ−ム面に対して直角方向に向けるのがよい。

【００２０】図２は図１に示す緩衝装置の分解図であっ
て、ａ₁ はゴム状弾性体１の外周表面の紡錘形の傾斜角
度を示し、ａ₂ はその全長、ａ₃ は最大膨出部の直径、
ａ₄は両端の直径、ａ₅ は中空部の直径を示す。一方、
ｂ₁ は傘部７の傾斜角度を示し、ｂ₂ はその深さを示
す。又、ｂ₃ は傘部７の最大拡大部の直径であり、ｂ₄
は最小部の直径である。

【００２１】さて、かかる緩衝装置にあって、負荷がか
かった状態を説明する。緩衝装置に組み込まれた皿座５
の取付部１０、１０間に、これをせばめる方向で負荷を
かけると、先ずゴム状弾性体１の変位量が増大し、ゴム
状弾性体１が変形することによって隙間８がつぶれ、傘
部７とゴム状弾性体１の外周表面３が接触する。そして
更に変位量が増大すると、ゴム状弾性体１の逃げ場がな
くなり図３のような形状となる。かかる状態にあって、
ゴム状弾性体１の内部も増々高圧力になり、その反力が
段々立ち上がってくるため、緩衝装置全体として、圧縮
の後半ではバネ定数が徐々に立ち上がるという特性が得
られることとなる。

【００２２】図４は本発明の緩衝装置の荷重−変位特性
グラフを示す。使用したゴム状弾性体１は、比重０．５
の発泡ポリウレタンであり、形状としてはａ₁ は２０．
４度、ａ₂ は９０ｍｍ、ａ₃ は７０ｍｍ、ａ₄ は３６ｍ
ｍ、ａ₅ は２７ｍｍであった。一方、皿座５にあっては
ｂ₁ が３５度、ｂ₂ が１５ｍｍ、ｂ₃ が５７ｍｍ、ｂ₄
が３６ｍｍであった。

【００２３】さて、図中、Ａラインはゴム状弾性体１の
中空部２内に配置された、コイルバネ４単体のバネ定数
を示している。一方、Ｂラインは本発明の緩衝装置に負
荷をかけた場合のバネ定数を示す。従って、Ｂ−Ａの部
分（斜線部）が本発明のゴム状弾性体１の受けもつ荷重
−変位特性である。Ｂラインにあって、ｘ点はゴム状弾
性体１の外周表面２と傘部７とが接触した時点、即ち隙
間８がなくなった時点である。このｘ点よりゴム弾性体
１の変位が傘部７にて制限を受けるようになり、ｙ点に
おいてゴム状弾性体１の変位がほとんど不可能となった
状態である。従って、ｙ点からは前記したようにゴム状
弾性体１の反力により徐々に立ち上がる特性となるので
ある。

【００２４】図５は本発明の緩衝装置を自転車フレ−ム
に装着した状態を示す。図中、２０は自転車用フレ−ム
の前半部であるメインフレ−ムであり、２１はヘッドパ
イプ、２２は上パイプ、２３は下パイプ、２４は立パイ
プ、２５はハンガ部である。又、３０は自転車用フレ−
ムの後半部であるリアフレ−ムであり、３１はチエ−ン
ステ−、３２は爪、３３はバックフォ−クであり、チエ
−ンステ−３１はハンガ部２５に連結されている。一
方、揺動ア−ム４０がバックフォ−ク３３の上部及び立
パイプ２４に軸支されている。

【００２５】さて、本発明の緩衝装置は、その両端のピ
ンジョイント部１０、１０が夫々連結具４１、４２にピ
ン４３、４４にて軸支され、この連結具４１、４２が立
パイプ２４の上端及び揺動ア−ム４０に固着される。特
に揺動ア−ム４０に固着される連結具４１は、固着位置
が変更できるように、例えばスライド機構（図示せず）
とするのが好ましい。この際、ピン４３、４４における
ピン軸方向は共に同一方向をなし、特に自転車用フレ−
ム２０、３０の面に対して直角方向に向けられている。
これらはいずれも緩衝すべき外力を、極力ゴム弾性体の
軸方向に合致させようとするものである。このようにさ
れた自転車にあって、後輪５０より入力された外力は、
後輪軸５１からバックホ−ク３３へ伝わり、このバック
ホ−ク３３の延長上にある緩衝装置により吸収されるこ
ととなる。

【００２６】図６は本発明の緩衝装置の第２実施例を示
す側面図であって、ゴム状弾性体１の外周表面３の膨出
部に平坦部３₀ を形成したものである。この平坦部３₀
は、ゴム状弾性体１の外周表面３の膨出部の角度ａ₁ を
調整する役目をもち、皿座５の傘部７との間の隙間８の
調整を行うことができる。

【００２７】図７は図１にて示す緩衝装置において、発
泡ポリウレタン１の比重を変化させた場合の荷重−変位
特性のグラフである。尚、使用された発泡ポリウレタン
１の形状は、図４にて説明したものとほぼ同様であっ
て、外周表面中央に幅３０ｍｍの平坦部３₀ が形成され
たものである。一方、皿座５は図４の説明に記載したと
同じ形状のものを使用した。図中、Ｃラインは比重０．
６２、Ｄラインは比重０．５、Ｅラインは比重０．４５
におけるものである。

【００２８】このグラフで分かる通り、ゴム状弾性体１
の比重が大きくなる程、緩衝装置のバネ定数は大きくな
ることを示している。

【００２９】図８は緩衝装置に設けた皿座の傘部７の大
小による荷重−変位特性を示すものである。使用したゴ
ム状弾性体１は図４の説明に使用したと同様の形状のも
のであり、一方、皿座５にあっては傘部７の大きさがｂ
₁ が３５度、ｂ₂ が１５ｍｍ、ｂ₃が５７ｍｍ、ｂ₄ が
３６ｍｍのものと、ｂ₁ が３５度、ｂ₃ が３９ｍｍ、ｂ
₄ が３６ｍｍのものとの比較である。図中、Ｆラインは
傘部７の大きい場合の特性グラフであり、Ｇラインはこ
れの小さい場合のグラフである。

【００３０】この図から分かるように、傘部７が小さい
方はバネ定数が小さく、かつ直線的であるのに対して、
これが大きい方はバネ定数が大きく、かつ圧縮ストロ−
クの後半からバネ定数が徐々に立ち上がる特性を示して
いる。これは傘部７が小さいとゴム状弾性体１にかかる
圧縮面積が小さいため、弾性体断面全域に均等な圧力が
かからず、バネ定数も小さく、圧縮ストロ−ク後半のバ
ネ定数の立ち上がりも望めないが、傘部７が適当な形状
であれば、ゴム状弾性体１の断面全域に有効な圧力をか
けることが可能となり、圧縮ストロ−ク後半のバネ定数
の立ち上がりが望めるものである。

【００３１】

【発明の効果】本発明の緩衝装置は、部品点数が少なく
かつ構造も簡単なため、軽量かつ安価であり、メンテナ
ンスフリ−となるすぐれた緩衝装置を提供できたもので
ある。又、変位量を半減するようなピストン、シリンダ
−等もなく、限られたスペ−スで最大限のストロ−クが
得られるものである。更に、荷重−変位特性は、バネ定
数が一定のコイルバネに加え、ゴム状弾性体のバネ定数
の変化が変位量の増加に伴い、徐々に立ち上がる特性を
合わせもつため、小荷重から大荷重まで対応できるとい
う特徴を有しており、特に弾性体自身の減衰効果によ
り、ダンピング能を有する緩衝装置が提供できたのであ
る。

【００３２】この緩衝装置としての特性は、弾性体の比
重や外形或いは皿座の構造によっても制御することがで
きるという特徴を有しており、更に、ゴム状弾性体のヒ
ステリシスによる装置全長のずれも、コイルバネの復元
力によりキャンセルされ、安定した長さとなるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の緩衝装置の第１実施例を示す一
部切欠側面図である。

【図２】図２は本発明に使用される緩衝装置の部分分解
図である。

【図３】図３は図１の緩衝装置にあって、負荷がかかっ
た状態を示す側面図である。

【図４】図４は図１の緩衝装置の荷重−変位特性を示す
グラフである。

【図５】図５は図１の緩衝装置を自転車フレ−ムに装着
した状態を示す側面図である。

【図６】図６は本発明の緩衝装置の第２実施例を示す側
面図である。

【図７】図７は図１にて示す緩衝装置において、ゴム状
弾性体１の比重を変化させた場合の荷重−変位特性のグ
ラフである。

【図８】図８は緩衝装置に設けた皿座の傘部７の大小に
よる荷重−変位特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１‥‥ゴム状弾性体、 ２‥‥ゴム状弾性体１の軸方向の中空部、 ３‥‥ゴム状弾性体１の外周表面、 ３₀ ‥‥ゴム状弾性体１の外周表面３の平坦部、 ４‥‥コイルバネ、 ５‥‥皿座、 ６‥‥皿座５の隆起部、 ７‥‥皿座５の傘部、 ８‥‥隙間、 ９‥‥隆起部６に刻設された溝、 １０‥‥皿座５に備えられたピンジョイント部（取付
部）、 １１‥‥ピン孔、 ２０‥‥自転車用フレ−ムの前半部であるメインフレ−
ム、 ２１‥‥ヘッドパイプ、 ２２‥‥上パイプ、 ２３‥‥下パイプ、 ２４‥‥立パイプ、 ２５‥‥ハンガ部、 ３０‥‥自転車用フレ−ムの後半部であるリアフレ−
ム、 ３１‥‥チエ−ンステ−、 ３２‥‥爪、 ３３‥‥バックフォ−ク、 ４０‥‥揺動ア−ム、 ４１、４２‥‥連結具、 ４３、４４‥‥ピン、 ５０‥‥後輪、 ５１‥‥後輪軸、 ａ₁ ‥‥ゴム状弾性体１の外周表面の紡錘形の傾斜角
度、 ａ₂ ‥‥ゴム状弾性体１の全長、 ａ₃ ‥‥ゴム状弾性体１の最大膨出部の直径、 ａ₄ ‥‥ゴム状弾性体１の両端部の直径、 ａ₅ ‥‥ゴム状弾性体１の中空部の直径、 ｂ₁ ‥‥皿座５の傘部７の傾斜角度、 ｂ₂ ‥‥皿座５の傘部７の深さ、 ｂ₃ ‥‥皿座５の傘部７の最大部の直径、 ｂ₄ ‥‥皿座５の傘部７の最小部の直径、 Ａライン‥‥ゴム状弾性体１の中空部２内に配置され
た、コイルバネ４単体のバネ定数である、 Ｂライン‥‥本発明の緩衝装置に負荷をかけた場合のバ
ネ定数である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向に中空部を有し、かつ中央表面が
   膨出した紡錘形のゴム状弾性体と、前記中空部に嵌入さ
   れたコイルバネと、前記ゴム状弾性体の軸方向の両端に
   あって、中央隆起部と、これを取り囲み前記ゴム状弾性
   体の外形を覆う傘部と、当該中央隆起部に対して反対側
   に備えられた取付け部とを有する皿座とからなり、前記
   コイルバネと中央隆起部とが係合されたことを特徴とす
   る自転車用フレ−ムの緩衝装置。
2. 【請求項２】 前記ゴム状弾性体が発泡ポリウレタンで
   ある請求項第１項記載の自転車用フレ−ムの緩衝装置。
3. 【請求項３】 前記発泡ポリウレタンの密度が０．４〜
   ０．７ｇ／ｃｍ³ である請求項第２項記載の自転車用フ
   レ−ムの緩衝装置。
4. 【請求項４】 コイルバネと皿座の係合にあって、皿座
   の中央隆起部表面に螺旋溝を形成し、当該螺旋溝内にコ
   イルバネを螺着して係合した請求項第１項記載の自転車
   用フレ−ムの緩衝装置。
5. 【請求項５】 各皿座に備えられた取付け部をピンジョ
   イント部とし、これに挿通されたピンの軸方向が、いず
   れも自転車用フレ−ム面に対して直角方向にある請求項
   第１項記載の自転車用フレ−ムの緩衝装置。