JPH05319347A - 自転車用フレ−ムの緩衝装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 部品点数が少なくかつ構造も簡単、軽量かつ
安価であり、メンテナンスフリーとなるフレ−ムの緩衝
装置を提供する。 【構成】 軸方向に中空部２を有する筒状のゴム状弾性
体１と、嵌入されたコイルバネ４と、両端にあって、中
央隆起部６，６′と、これを取り囲み外形を覆う円筒部
７，７′と、反対側に備えられた取付部１０，１０′と
を有する筒座５，５′とからなり、前記コイルバネと中
央隆起部とが係合され両円筒部がスライド可能に嵌合さ
れたことを特徴とし、好ましくは弾性体が、発泡ポリウ
レタンで、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。 【効果】 荷重−変位特性は、バネ定数が一定のコイル
バネに加え、筒状の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。特にゴム弾性
体自身の減衰効果により、ダンピング能を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

【従来の技術】自転車用のフレ−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。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（ストローク）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。

【０００３】又、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。

【０００４】かかるコイルバネ形式の緩衝装置は、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。

【０００５】これに対して、ショックアブソーバー形式
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ーとピストンと
の組み合わせであり、このため、スペースに対するスト
ロークが限定され、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
フレームの緩衝装置としては未だ十分なものではなかっ
た。

【０００６】又、本出願人において、特願平４−５７０
７６号にて、紡錘形のゴム状弾性体とコイルバネ及び傘
状皿座を使用した新たな緩衝装置を提供した。この本発
明の既提案による紡錘形ゴム状弾性体形式は、要求され
る性能をほぼ満たすこととなるが、その形状から、緩衝
装置中央断面積が大きく、又、荷重負荷方向に対して、
確実なガイドを設置していないため、偏荷重負荷時に
は、折れ曲がり易い傾向があった。更に、場合によって
は、防水、防塵のための特別なカバーも必要であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】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、部
品点数が少なくかつ構造も簡単な緩衝装置を提供するも
のであって、軽量かつ安価であり、メンテナンスフリー
となるすぐれた装置を提供するものである。更に、この
種緩衝装置としての本発明の荷重−変位特性は、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
にダンピング能を有する緩衝装置が提供できたのであ
る。

【０００８】

【課題を解決しようとする手段】即ち、本発明の構造
は、軸方向に中空部を有する筒状のゴム状弾性体と、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円筒部と、当該中央隆
起部に対して反対側に備えられた取付部とを有する筒座
とからなり、前記コイルバネと中央隆起部とが係合され
両円筒部がスライド可能に嵌合されたことを特徴とする
自転車用フレー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筒状のゴム状弾性体
は、通常のゴム弾性体はもとより、モ−ルド内に注入可
能な熱可塑性エラストマーやポリウレタンエラストマー
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。そして、主としてかかるゴム状弾性体が両筒座に
囲まれ、両筒座内の体積変化により、自転車用フレーム
の緩衝装置に適した荷重−変化特性を得ることが可能と
なるものである。

【００１０】又、筒座における中央隆起部は、主として
コイルバネと筒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。一方、各筒
座に備えられた自転車用フレームとの間の取付部は、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
レーム面に対して直角方向にあるものである。

【００１１】尚、筒状の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。更
に、コイルバネ内部に棒状のゴム弾性体を配置すること
もよく、場合によっては、モ−ルド内にコイルバネをセ
ットし、ウレタン樹脂等を充填して棒状のゴム状弾性体
をバネと一体に成形することも可能である。

【００１２】

【作用】本発明の自転車用フレームの緩衝装置は、上記
したように筒状のゴム状弾性体と、コイルバネと、筒座
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、負荷がかかると両筒座が押されはじめ、両筒座
内の体積が減少することによって、このゴム状弾性体が
圧縮されはじめ、かかるゴム状弾性体のバネ定数が徐々
に立ち上がる特性を持つものである。従って、緩衝装置
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、筒状の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。

【００１３】一方、筒状の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。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の自転車用フレームの緩衝装置
を、更に詳細に説明する。図１は本発明の緩衝装置の実
施例を示す軸方向断面図であり、図２はその一部分解断
面図である。図中、１は発泡ポリウレタンより形成され
た筒状の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４はコイル
バネであって、中空部２内に貫通して圧入されている。
かかるコイルバネ４の内部には、発泡ウレタン製の棒状
のゴム状弾性体１′が圧入されている。又、５、５′は
筒座であって、筒状のゴム状弾性体１の両端を支えるも
ので、この中央には隆起部６、６′があり、前記のコイ
ルバネ４と係合されるものである。更に、７、７′は、
筒座５、５′における筒状のゴム弾性体１の外周表面３
を覆う円筒部である。

【００１５】これらの図にあって、筒座５の円筒部７の
外表面と、筒座５′の円筒部７′の内表面とが嵌合され
てスライドするものであって、このため、円筒部７の先
端外面には、例えばテフロンよりなるスリーブベアリン
グ８が配置されている。一方、円筒部７の先端は、ゆる
やかな曲面、又は大きな面取りが形成されている。そし
て、筒座５、５′の隆起部６、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、６′の外周にコイルバ
ネ４が螺合すべき溝９、９′を形成しておき、両者を螺
着させるのがよい。

【００１６】符号１０、１０′は、筒座５、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
おいては平板状のフランジが前記の隆起部６、６′に対
して外側に備えられ、これにピン孔１１、１１′が穿設
されている。かかるピンジョイント部１０、１０′は同
一平面上にあり、かつピン孔１１、１１′の向きは、挿
通されるピンの向きを同一方向とするものであって、特
に自転車用フレーム面に対して直角方向に向けるのがよ
い。

【００１７】尚、本発明の緩衝装置の具体例にあって
は、筒座５の円筒部７の内径が４０ｍｍ、深さ５０ｍ
ｍ、筒座５′の円筒部７′の内径は４５ｍｍ、深さ６０
ｍｍであり、筒状のゴム状弾性体１の表面３は、一方で
は筒座５の円筒部７の内表面に合致させ、他方、筒座
５′側にあっては徐々に外形を拡大変化させてある。
又、筒状のゴム弾性体１の中空部２は、直径２５ｍｍで
あり、これにやや大きめのコイルバネ４が挿入され、筒
座５、５′の中央隆起部６、６′も略同径である。

【００１７】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と、緩衝装置に組み込まれた筒座
５、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、両筒座５、５′内に配置された筒
状のゴム状弾性体１は、コイルバネ４と両筒座５、５′
に封入された状態で逃げ場がなく圧縮されてゆく。かか
る状態にあって、この筒状のゴム状弾性体１の内圧は、
ますます高圧力になり、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。

【００１８】図３は、本発明の緩衝装置の荷重−変位特
性グラフを示す。使用した筒状のゴム状弾性体１は、比
重０．５５の発泡ポリウレタンであり、コイルバネ４の
内部にも同比重の発泡ポリウレタン製のゴム状弾性体
１′を配置してある。さて、図中、Ａラインは、筒状の
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）が本発明の筒状のゴム状
弾性体１の受けもつ荷重−変位特性である。

【００１９】図４は本発明の緩衝装置を自転車フレーム
に装着した状態を示す。図中、２０は自転車用フレーム
の前半部であるメインフレームであり、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は自転車用フレー
ムの後半部であるリアフレームであり、３１はチェーン
ステー、３２は爪、３３はバックフォークであり、チェ
ーンステー３１はハンガ部２５に連結されている。一
方、揺動アーム４０がバックフォーク３３の上部及び立
パイプ２４に軸支されている。

【００２０】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の上端及び揺動アーム４０に固着される。
特に揺動アーム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
レーム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からバックホーク３３へ伝わり、このバ
ックホーク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。

【００２１】尚、本発明の緩衝装置はその変形は種々あ
るが、例えばコイルバネ４内の棒状のゴム状弾性体１′
を省略しても構わない。図５は、本発明の緩衝装置にお
いて、このコイルバネ４内の棒状のゴム弾性体１′を省
略した緩衝装置における、荷重−変位特性のグラフであ
る。即ち、コイルバネ４内の棒状のゴム弾性体１′を省
略し、筒状のゴム弾性体１である発泡ポリウレタンの比
重を変化させた荷重−変位特性のグラフである。図中、
Ｃラインは、筒状の発泡ポリウレタンの比重が０．５
５、Ｄラインは比重が０．６におけるものである。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。

【００２２】

【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
ンスフリーとなるすぐれた緩衝装置を提供できたもので
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、筒状の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、特にこのゴム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。

【００２３】この緩衝装置としての特性は、筒状のゴム
弾性体の比重や、コイルバネの内、外部に配置されたゴ
ム弾性体の組合わせ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、主として筒状のゴム状弾
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。

【００２４】更に、この緩衝装置は、両筒座により外部
から密閉状態となっているため、防水、防塵効果が得ら
れる。そして、密閉状態であることにより、荷重負荷、
開放時のストローク変動に対して、わずかな隙間より出
入りする空気がエアーダンピングの効果も生むものであ
る。

【００２５】そして、両筒座が、荷重負荷、開放時のス
トローク変動に対して、互いにスライドするガイドとな
るように重なり合っているので、緩衝装置に片荷重がか
かっても、安定した特性が得られる。

【００２６】又、筒状のゴム状弾性体が、両筒座とコイ
ルバネにより閉空間に封入されており、荷重のかかる初
期状態から筒状のゴム状弾性体内圧が上がり始めるの
で、このゴム状弾性体体積が比較的少なくとも高いバネ
定数が得られる。従って、装置全体をコンパクトに設計
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の緩衝装置の実施例を示す断面図
である。

【図２】図２は図１における緩衝装置の部分分解図であ
る。

【図３】図３は本発明の緩衝装置の荷重−変位特性グラ
フである。

【図４】図４は本発明の緩衝装置を自転車フレームに装
着した側面図である。

【図５】図５は筒状のゴム弾性体（発泡ポリウレタン）
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。

【符号の説明】

１‥‥筒状のゴム状弾性体、 １′‥‥バネ内部に圧入された棒状のゴム状弾性体、 ２‥‥中空部、 ３‥‥筒状のゴム状弾性体の外周表面、 ４‥‥コイルバネ、 ５、５′‥‥筒座、 ６、６′‥‥中央隆起部、 ７、７′‥‥円筒部、 ８‥‥スリ−ブベアリング、 ９、９′‥‥溝、 １０、１０′‥‥取付部（ピンジョイント部）、 １１、１１′‥‥ピン孔、 ２０‥‥メインフレーム、 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‥‥リアフレーム、 ３１‥‥チェーンステー、 ３２‥‥爪、 ３３‥‥バックフォーク、 ４０‥‥揺動アーム、 ４１、４２‥‥連結具、 ４３、４４‥‥ピン、 ５０‥‥後輪、 ５１‥‥後輪軸。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江嶋 和善 横浜市戸塚区柏尾町150−７

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向に中空部を有する筒状のゴム状弾
   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円筒部と、
   当該中央隆起部に対して反対側に備えられた取付部とを
   有する筒座とからなり、前記コイルバネと中央隆起部と
   が係合され両円筒部がスライド可能に嵌合されたことを
   特徴とする自転車用フレ−ムの緩衝装置。
2. 【請求項２】 筒状のゴム状弾性体が、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】 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】 コイルバネと中央隆起部の係合にあっ
   て、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】 各筒座に備えられた取付部をピンジョイ
   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。
6. 【請求項６】 筒状のゴム状弾性体において、軸方向中
   央部近傍より片側端方向に外径を増していくよう形成さ
   れた請求項第１項記載の自転車用フレ−ムの緩衝装置。
7. 【請求項７】 筒座の円筒部において、内側に嵌合され
   る円筒部先端にゆるやかな曲面、又は、大きな面取りを
   形成した請求項第１項記載の自転車用フレ−ムの緩衝装
   置。
8. 【請求項８】 コイルバネ内部に、棒状のゴム状弾性体
   を配置した請求項第１項記載の自転車フレ−ムの緩衝装
   置。
9. 【請求項９】 コイルバネと、棒状のゴム状弾性体を一
   体形成した請求項第８項記載の自転車用フレ−ムの緩衝
   装置。