JPH06144333A - 自転車の振動吸収フレーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自転車の振動吸収フレームに関し、路面から
くる振動を適度に吸収することができるようにすること
を目的とする。 【構成】 下方フレーム部分２６、２８と、上方フレー
ム部分２４、３２と、シートステー３０とからなり、該
上方フレーム部分の少なくとも一部２４が該下方フレー
ム部分２４、３２よりも曲がりやすい材料で形成され、
かつ該上方フレーム部分の該第二端部と該シートステー
の該第一端部とが振動吸収部材４０を介して連結され、
該下方フレーム部分２６、２８の中間部と該上方フレー
ム部分２４、３２とが直接に連結されていないとからな
る構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自転車の振動吸収フレー
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】自転車は、前輪、後輪、ペダル、ハンド
ル、及びサドルからなり、これらの部材はほぼ菱形状の
輪郭をしたフレームに取り付けられるようになってい
る。フレームの各部は、トップチューブ、ダウンチュー
ブ、チェーンステー、シートステーと呼ばれる。立パイ
プが矩形状のフレームの対角線を形成するようにペダル
取り付け部からサドル取り付け部へ延びる。通常、前輪
及びハンドルの取り付け部及びサドルの取り付け部はほ
ぼ垂直方向に延びるチューブとなっており、それぞれ、
ヘッドチューブ及びシートチューブと呼ばれる。

【０００３】競技用自転車のフレームはダイヤモンド型
（菱形）に形成され、高い強度と剛性が得られるように
なっている。競技用自転車の多くは金属（クロームモリ
ブデン鋼、高張力鋼、アルミニウム合金、マグネシウム
合金等）で製造されている。フレームの大部分は中空構
造であるチューブで形成され、チューブとチューブとは
継ぎ手を介在して溶接（ろう付け）により連結される。
溶接の代わりに接着剤により接合することもある。

【０００４】最近では、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）
により自転車のフレームを作ることもある。炭素繊維強
化樹脂の場合には各構成部分を接着剤により接合して一
体化する。さらに、炭素繊維強化樹脂の場合には、フレ
ームそのものをダイヤモンド型に一体成形により製造す
ることもある。このような一体成形のフレームは剛性が
高いが、成形加工は必ずしも容易ではないため、成形加
工を容易にする目的で立パイプを省略した構造とするこ
ともある。

【０００５】さらに、自転車の前輪及び後輪はそれぞ
れ、回転中心部にあるハブと、周辺部にあるタイヤを保
持するリムと、ハブからリムへ放射状に延びるスポーク
とからなる。このような前輪及び後輪を有する自転車で
は、スポークがわずかながら振動吸収作用を有するの
で、走行時に路面の凹凸による振動を受けても乗り心地
の悪化が緩和される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、自転車競技全体
の競技レベルが向上し、走行速度が速くなり、それに伴
って自転車全体の軽量化とエアロダイナミックスの応用
が盛んになっている。軽量化のためには、従来の金属以
外に、ＣＦＲＰ等の材料も使われるようになっている。
特に、空気抵抗を軽減するために、エアロダイナミック
スを考慮し、かつ軽量化できるものとして、ＣＦＲＰの
ディスクタイプホイールや、３本（４本、５本）タイプ
のスポークホイールが多く使用されている。

【０００７】しかし、これらのエアロダイナミックスを
考慮した車輪は、従来のスポークを使用した車輪と比べ
ると縦剛性が高く、駆動力を路面に伝える点では優れて
いるが、逆に路面の凹凸からくる振動を競技者に伝える
という問題点があった。従来、自転車のフレームそのも
のを振動吸収に適したものとした例はなく、実施すると
すれば、オートバイのショックアブソーバのような構造
を付加する程度であった。しかし、このような付加は自
転車の重量を増加させるばかりでなく、上り坂等におい
て低い回転で高いトルクがかかったときに、フレームの
リヤスイングアームが上下に動き、自転車が上下に動く
ためにペダリングに違和感を感じることがあった。

【０００８】本発明の目的は、路面からくる振動を適度
に吸収することができるようにした自転車の振動吸収フ
レームを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による自転車の振
動吸収フレームは、前輪及びハンドルへの取り付け手段
を有する第一端部と後輪への取り付け手段を有する第二
端部とを有し、かつ中間にペダル取り付け手段を有する
下方フレーム部分と、該下方フレーム部分の該第一端部
に連続する第一端部と該下方フレーム部分の上方に位置
する第二端部とを有し、該第二端部の近くの第三の位置
にサドルが取り付けられるようになっている上方フレー
ム部分と、該上方フレーム部分の該第二端部に連結され
る第一端部と該下方フレーム部分の該第二端部に連結さ
れるシートステーとからなり、該上方フレーム部分の該
第二端部と該シートステーの該第一端部とが振動吸収部
材を介して連結されていることを特徴とするものであ
る。

【００１０】

【作用】上記構成によるフレームは、複合材料を組み合
わせたものであるが、下方フレーム部分の中間部と上方
フレーム部分とが直接に連結されていない。従って、人
がサドルに乗ったときに上方フレーム部分は駆動力に関
係する下方フレーム部分よりも撓みやすい。こうして、
上方フレーム部分が路面の凹凸からくる振動を吸収する
とともに、振動吸収部材が路面の凹凸からくる振動を同
時に吸収しつつ上方フレーム部分の振動を制限する。従
って、本発明による自転車のフレームでは、エアロダイ
ナミックスを考慮した車輪を使用した場合でも、いわゆ
る柔らかすぎない振動吸収作用で、素早い復元力を達成
し、乗車中の違和感をなくすことができる。フレーム材
料として炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）等を使用するこ
とにより、軽量化を達成することもできる。

【００１１】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。図１
において、 自転車１０は、前輪１２、後輪１４、ペダ
ル１６、ハンドル１８、及びサドル２０からなり、これ
らの部材はほぼ菱形状の輪郭をしたフレーム２２に取り
付けられるようになっている。

【００１２】図１及び図２において、フレーム２２の各
部は、トップチューブ２４、ダウンチューブ２６、チェ
ーンステー２８、シートステー３０、シートチューブ３
２からなる。ダウンチューブ２６とチェーンステー２８
は駆動力の伝達に関係する下方フレーム部分を構成し、
下方フレーム部分の中間部、すなわちダウンチューブ２
６とチェーンステー２８の接合部にはペダル取り付け部
３４が設けられる。このペダル取り付け部３４はペダル
１６のシャフトを通す穴等を含む。実施例では、短い付
属パイプ３６が上向きにペダル取り付け部３４に設けら
れているが、この付属パイプ３６はトップチューブ２４
には達していない。

【００１３】トップチューブ２４とシートチューブ３２
はほぼくの字形状を有する上方フレーム部分を構成し、
サドル２０及びシートポストはシートチューブ３２に取
り付けられる。トップチューブ２４はダウンチューブ２
６の上方に水平に延びる。トップチューブ２４とダウン
チューブ２６の接合部にはヘッドチューブ３８が設けら
れ、このヘッドチューブ３８に前輪１２及びハンドル１
８が取り付けられる。チェーンステー２８及びシートス
テー３０は後輪１４を挟むようにフォーク状になってお
り、その端部に後輪１４が取り付けられる。

【００１４】この自転車１０のフレーム２２では、トッ
プチューブ２４の端部とダウンチューブ２６の端部は溶
接により接合され、ダウンチューブ２６とチェーンステ
ー２８とは溶接により接合され、チェーンステー２８の
端部とシートステー３０の端部とは溶接により接合され
る。また、トップチューブ２４の端部ラグとシートチュ
ーブ３２とは溶接により接合される。しかし、シートチ
ューブ３２の端部とシートステー３０の端部とは溶接に
より接合されず、これらは枢着連結部４０により相互に
わずかに移動可能に連結される。

【００１５】トップチューブ２４は、その長さの大部分
を占める中央部分２４ａと、その両側に継手部分２４ｂ
とからなる。この継手部分２４ｂ、並びにダウンチュー
ブ２６、チェーンステー２８、シートステー３０、及び
シートチューブ３２は、全てＨＴ３８チタンで作られ、
よって互いに溶接可能である。トップチューブ２４の中
央部分２４ａは炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）で作ら
れ、高弾性化と軽量化をはかっている。トップチューブ
２４の中央部分２４ａは継手部分２４ｂに嵌合され、接
着剤により固定される。

【００１６】特に、トップチューブ２４の中央部分２４
ａは石油ピッチ系超高弾性カーボンファイバをアングル
プライに積層することにより、つまり、カーボンファイ
バシートをそのカーボンファイバの延びる方向がトップ
チューブ２４の軸線に対してそれぞれ４５度をなすよう
に巻いていくことにより、高い捩じり剛性が得られるよ
うにしている。さらに、トップチューブ２４の継手部分
２４ｂの端部の切り口は上下にテーパーをなすように形
成され、トップチューブ２４にかかる集中応力を分散す
るようにしている。

【００１７】図５に示されるように、ダウンチューブ２
６は、２本の外径の異なるチューブ２６ａ、２６ｂを平
行に並べ、その周りに薄板２６ｃで巻き、溶接により一
体化して得たものである。ダウンチューブ２６はこのよ
うにして翼断面形状にして高い剛性を得るようにしてい
る。シートステー３０及びシートチューブ３２はねれれ
上下方向の長円断面形状とし、シートステー３０の左右
エンドに近い部分２８ａにはリブ加工して、高い剛性を
確保している。

【００１８】フレーム２２の成形法において、トップチ
ューブ２４とヘッドチューブ３８、ダウンチューブ２６
は織維強化樹脂（ＦＲＰ）を材料として一体成形するこ
ともできる。

【００１９】図２から図４に示されるように、シートチ
ューブ３２とシートステー３０の枢着連結部４０は、フ
ォーク状の２本のシートステー３０の先端でシートチュ
ーブ３２を挟み、一体化されるシャフト４２及びボルト
４４で連結するものである。シートチューブ３２の下部
壁３２ａは平坦な壁になっており、そこに円形の穴３２
ｂが設けられる。一方、シートステー３０の上部壁３０
ａも平坦な壁になっており、そこに円形の段付穴３０ｂ
が設けられる。ボルト４４の頭は段付穴３０ｂに係合
し、ボルト４４のねじ部はシャフト４２に軸線方向に設
けられたねじ穴に係合する。

【００２０】シートチューブ３２の下端部３２ａの穴３
２ｂには、リング状のウレタンゴムからなる振動吸収部
材４６が嵌合され、シャフト４２はこの振動吸収部材４
６に設けられた穴に通される。振動吸収部材４６は円筒
形の外周面の中央部に鼓状状の溝が形成されている。シ
ャフト４２は振動吸収部材４６よりも長く延び、振動吸
収部材４６の両側に突出するシャフト４２の部分にリン
グ状のオイルレスメタル５０が取り付けられ、その両側
にワッシャ５２が取り付けられる。オイルレスメタル５
０は振動吸収部材４６よりも大きい直径を有し、振動吸
収部材４６を収容したシートチューブ３２の下部壁３２
ａの側面に当接して潤滑作用を行うことができる。

【００２１】使用においては、乗員が乗車した状態にお
いて、サドル２０に５０Ｋｇｆの静荷重がかかったとき
に、トップチューブ２４が撓み、シート側センターの位
置で約５．５ｍｍ下方へ曲がるようになっている。この
とき、枢着連結部４０のシャフト４２が振動吸収部材４
６を押し潰しながら、曲げモーメントの一部をシートス
テー３０にて吸収する。大きな衝撃荷重が加わった場合
（例えばサドル２０に２００Ｋｇｆの荷重がかかったと
き、トップチューブ２４はシート側センターの位置で約
２０ｍｍ下方へ曲がり、振動吸収部材４６は一杯に押し
潰され、シャフト４２がその衝撃を受けるようになる。

【００２２】従って、上記構成によるフレーム２２をも
つ自転車１０において、人がサドル２０に乗ったときに
トップチューブ２４が撓み、一方、駆動力に関係するダ
ウンチューブ２６とチェーンステー２８はほとんど撓ま
ない。こうして、トップチューブ２４が路面の凹凸から
くる振動を吸収するとともに、振動吸収部材４６が路面
の凹凸からくる振動を同時に吸収しつつトップチューブ
２４の振動を制限する。従って、本発明による自転車１
０のフレーム２２では、エアロダイナミックスを考慮し
た車輪を使用した場合でも、いわゆる柔らかすぎない振
動吸収作用で、素早い復元力を達成し、乗車中の違和感
をなくすことかできる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
通常サドルに座り、ペダルを回転させている状態におい
て、平坦な路面を走行しているときには、振動吸収部が
必要以上に作用せずに違和感泣く走行でき、凹凸のある
路面を走行するときには、前後車輪から伝わる振動を振
動吸収部で吸収した後素早く元の状態に復元し、乗員に
与えるショックを和らげ、また、スタート時や加速時に
サドルに座らずに立ち漕ぎをする場合には、下方フレー
ム部分の剛性がそのパワーを効率よく車輪に伝達するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図である。

【図２】図１のフレームを示す図である。

【図３】図２の枢着連結部の部分拡大図である。

【図４】図３の断面図である。

【図５】ダウンチューブの断面図である。

【符号の説明】

１０…自転車 ２２…フレーム ２４…トップチューブ ２６…ダウンチューブ ２８…チェーンステー ３０…シートステー ３２…シートパイプ ４０…枢着連結部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 邦彦 神奈川県横浜市鶴見区東寺尾５−13−３ 日石東寺尾アパート308号

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前輪及びハンドルへの取り付け手段を有
   する第一端部と後輪への取り付け手段を有する第二端部
   とを有し、かつ中間にペダル取り付け手段を有する下方
   フレーム部分と、該下方フレーム部分の該第一端部に連
   続する第一端部と該下方フレーム部分の上方に位置する
   第二端部とを有し、該第二端部の近くの第三の位置にサ
   ドルが取り付けられるようになっている上方フレーム部
   分と、該上方フレーム部分の該第二端部に連結される第
   一端部と該下方フレーム部分の該第二端部に連結される
   シートステーとからなり、該上方フレーム部分の該第二
   端部と該シートステーの該第一端部とが振動吸収部材を
   介して連結されていることを特徴とする自転車の振動吸
   収フレーム。
2. 【請求項２】 該下方フレーム部分がペダルの取り付け
   手段を含むほぼくの字形状を有し、該上方フレーム部分
   が該第一端部から該第三の位置までほぼ水平に延びるト
   ップチューブと該第三の位置から該第二端部へ該トップ
   チューブに対して傾斜して延びるシートチューブとから
   なることを特徴とする請求項１に記載の自転車の振動吸
   収フレーム。
3. 【請求項３】 該上方フレーム部分の該第二端部となる
   該シートチューブの端部と、該シートステーの該第一端
   部とが、該振動吸収部材を介して枢着されていることを
   特徴とする請求項２に記載の自転車の振動吸収フレー
   ム。
4. 【請求項４】 該シートチューブの端部及び該シートス
   テーの該第一端部にそれぞれ穴が設けられ、該シートチ
   ューブの穴と該シートステーの穴にシャフト状連結手段
   が挿入されていることを特徴とする請求項３に記載の自
   転車の振動吸収フレーム。
5. 【請求項５】 該振動吸収部材が該シャフト状連結手段
   と、該シートチューブ及び該シートステーの穴のいずれ
   かとの間に配置されたリング状の部材からなることを特
   徴とする請求項４に記載の自転車の振動吸収フレーム。
6. 【請求項６】 該シャフト状連結手段が該振動吸収部材
   よりも長く延びるシャフトと、該シャフトに軸線方向に
   設けたねじ穴に係合するボルトとからなることを特徴と
   する請求項５に記載の自転車の振動吸収フレーム。
7. 【請求項７】 該シャフトが該振動吸収部材の両側に突
   出し、該シャフトの突出部分にオイルレスメタルが取り
   付けられ、該オイルレスメタルが該振動吸収部材よりも
   大きい直径を有し、かつ該振動吸収部材を収容した該シ
   ートチューブ及び該シートステーのいずれかに対して潤
   滑作用を行うようにしたことを特徴とする請求項６に記
   載の自転車の振動吸収フレーム。