JPH09249174A - 自転車用サスペンション - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サスペンションの寿命の低下を抑え、かつサ
スペンション性能を向上させる。 【解決手段】 自転車用サスペンションフォーク１０
は、自転車の前輪１２に加わる衝撃を吸収するためのサ
スペンションであって、第１フォークステム４１と、第
２フォークステム４２と、複数の弾性部材４３とを備え
ている。第２フォークステム４２は、第１フォークステ
ム４１の内部において軸方向に相対移動可能な部材であ
る。弾性部材４３は、第１フォークステム４１の内部に
おいて第２フォークステム４２に当接可能に配置され、
第１フォークステム４１の内径より小さい外径を有する
球状の部材である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サスペンション、
特に、自転車の車輪に加わる衝撃を吸収するための自転
車用サスペンションに関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、オフロードを走行可能なマウ
ンテンバイクや市街地を走行するシティサイクル等の自
転車には、走行時の車輪に加わる衝撃を吸収するための
サスペンションを前輪や後輪に装着したものが知られて
いる。この種のサスペンションには、通常、衝撃を吸収
するためのクッション機能と、衝撃吸収時の揺れを減衰
するためのダンパー機能とが求められる。高価な自転車
用サスペンションでは、クッション機能をエアーシリン
ダーやコイルバネで実現し、ダンパー機能を油圧シリン
ダーにオリィフィスを設けることで実現している。ま
た、比較的安価な自転車用サスペンションでは２つの機
能をウレタンゴム等の弾性体を用いることで実現してい
る。ウレタンゴム等の弾性体は衝撃が加わると加わった
方向には圧縮するがそれと直交する方向には膨張する。
この性質を利用することでクッション機能とダンパー機
能とを１つの部材で実現できる。

【０００３】この種のウレタンゴムを利用した従来のサ
スペンションは、たとえば、自転車の前輪の両側に配置
されたシリンダーと、自転車のフレーム（たとえばフォ
ーク肩）に連結されシリンダーの内部において軸方向に
相対移動可能なピストンと、シリンダーの内部において
ピストンに当接可能に軸方向に並べて配置された円柱状
のウレタンゴム製の複数のクッション部材とを備えてい
る。このクッション部材はシリンダーの内径よりやや小
さい外径を有しており、異なる硬さのクッション部材を
組み合わせることでサスペンションのクッション特性を
任意に変更できるようになっている。

【０００４】このウレタンゴムを利用したサスペンショ
ンでは、前輪に加わった衝撃によりクッション部材が軸
方向に圧縮することでクッション機能が実現され、クッ
ション部材が径方向に膨張しシリンダー内壁と接触し摩
擦することでピストンの動きが制限されダンパー機能が
実現される。すなわち、ストロークの前半では圧縮によ
りほぼ変位に比例して負荷が上昇してシリンダーが上方
に移動する（クッション機能）が、ストロークの後半で
はクッション部材がシリンダー内壁に接触して摩擦が生
じ、変位に対して負荷が大幅に上昇する（ダンパー機
能）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の構成では、
クッション部材の硬さを変えることでクッション特性を
変更できる。また、クッション部材を変形させることで
シリンダー内壁との間で摩擦を生じさせてダンパー機能
を実現している。しかし、円柱状のクッション部材の場
合変形しにくいため、急激に摩擦力を増加させることが
できにくい。このため、従来のサスペンションでは、自
転車用サスペンションに必要なストローク端近傍で変位
に対して負荷が急激に上昇するダンパー特性が得られに
くい。このようなダンパー特性が得られないとサスペン
ションの有効ストロークが短くなるとともにストローク
端での剛性が低くなり、サスペンションの性能が低くな
る。

【０００６】また、弾性部材は円柱状であり、シリンダ
ー内に軸方向に直列に配置されているので、クッション
部材が衝撃によって受ける荷重の受圧面積は荷重が増加
しても一定であるため、荷重が増加するとともにクッシ
ョン部材の応力も増加し、クッション部材がへたりやす
い。本発明の課題は、サスペンションの寿命の低下を抑
え、かつサスペンション性能を向上させることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る自転車用
サスペンションは、自転車の車輪に加わる衝撃を吸収す
るためのサスペンションであって、円筒部材と、移動部
材と、複数の弾性部材とを備えている。移動部材は、円
筒部材の内部において円筒部材に対して軸方向に相対移
動可能な部材である。弾性部材は、円筒部材の内部にお
いて前記移動部材に当接可能に配置され、円筒部材の内
径より小さい外径を有する球状の部材である。

【０００８】このサスペンションでは、衝撃により移動
部材が円筒部材に対して相対移動すると、弾性部材が徐
々に圧縮してスムーズに衝撃を吸収する。このとき、弾
性部材は球状であるため隣接して配置されている弾性部
材との隙間が大きく、また弾性部材の外径は円筒部材の
内径より小さいため、圧縮初期は大きなクッション機能
が得られる。圧縮されるにしたがって、弾性部材が円筒
部材の径方向に膨張し、弾性部材の周面が円筒部材の内
壁に接触することにより摩擦が発生する。また、隣接し
て配置されている弾性部材との隙間がほとんど埋まって
しまうと、弾性部材がそれ以上圧縮しにくくなる。この
ように、圧縮初期ではクッション機能が大きく、ストロ
ーク端ではダンパー機能が大きくなる。この結果、急激
に摩擦力が増加するようなダンパー特性が得られるよう
になり、サスペンションの有効ストロークが長くなりか
つストローク端での剛性が高くなり、サスペンション性
能が向上する。さらに、弾性部材は衝撃によって荷重を
受けるが、このとき弾性部材は、圧縮されるにしたがっ
て荷重を受ける面積（以下、受圧面積という）も荷重に
応じて大きくなるので、応力の増加は少なくほぼ一定と
なる。この結果、材料のへたりを防ぐことが可能で、サ
スペンションの寿命を延ばすことができる。

【０００９】請求項２に係る自転車用サスペンション
は、請求項１に記載のサスペンションにおいて、弾性部
材は予め所定量圧縮して配置されている。この場合に
は、弾性部材が予圧されているので、スムーズに衝撃を
吸収できる。請求項３に係る自転車用サスペンション
は、請求項１又は２に記載のサスペンションにおいて、
円筒部材と移動部材とを回転不能かつ軸方向移動自在に
係止する係止手段をさらに備え、前記円筒部材は自転車
のハンドル部と前フォークとのいずれか一方に連結さ
れ、移動部材はいずれか他方に連結される。この場合に
は、サスペンションがハンドル部と前フォークとの間に
配置されるので、１つのサスペンションで前輪に加わる
衝撃を吸収できる。このため、構造が簡素になりかつ価
格が安くなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態によ
るサスペンションを装着した自転車１を示している。自
転車１は、ヘッド装着型のサスペンションフォーク（サ
スペンションの一例）１０を含むフレーム２と、サスペ
ンションフォーク１０の上端に固定されたハンドル１１
を含む操舵部３と、フレーム２の中央部から後部にかけ
て配置された駆動部４と、フレーム２の前後に配置され
た前後輪１２，１３を含む走行部５と、前後輪１２，１
３を制動する前後のブレーキ１４，１５を含む制動部６
とを備えている。

【００１１】フレーム２は、サスペンションフォーク１
０の他に、概ね水平に配置され内部に空洞を有する変形
卵型断面の主フレーム２０と、ヘッド部２１と、バック
フォーク２２と、シート支持部２３とを主に備えてい
る。主フレーム２０の前部は折れ曲がって上方に延びて
おり、その先端にヘッド部２１が形成されている。ヘッ
ド部２１は、上部が後方にわずかに傾いた回転軸芯Ｘに
沿って斜めに配置されている。バックフォーク２２は、
主フレーム２０の後部から２股に分かれて斜め下方に延
びている。バックフォーク２２の後端に後輪１３が装着
されている。シート支持部２３は、主フレーム２０の後
部から斜め上方に延びている。シート支持部２３の内部
には、上部を斜め後方に傾けたパイプ材からなるシート
スティ２４が取り付けられている。シートスティ２４に
は、サドル２５が上端に固定されたシートポスト２６が
上下移動可能に固定されている。

【００１２】ヘッド部２１はサスペンションフォーク１
０を回転軸芯Ｘ回りに回動自在に支持する。ヘッド部２
１は、図２に拡大して示すように、主フレーム２０の前
部にたとえば溶接されたヘッドパイプ３１と、ヘッドパ
イプ３１を挟んで上下に配置されサスペンションフォー
ク１０を回転軸芯Ｘ回りに回動自在に支持する上下の軸
受部３２，３３とを有している。上軸受部３２は、ヘッ
ドパイプ３１の上端部に圧入された上わん３４と、上わ
ん３４の上方に対向配置されサスペンションフォーク１
０にねじ込まれた上玉押し３５と、上わん３４と上玉押
し３５との間に配置された鋼球３６とを有している。下
軸受部３３は、ヘッドパイプ３１の下端部に圧入された
下わん３７と、下わん３７の下方に対向配置されサスペ
ンションフォーク１０に圧入された下玉押し３８と、下
わん３７と下玉押し３８との間に配置された鋼球３９と
を有している。

【００１３】サスペンションフォーク１０は、図３に示
すように、倒立Ｕ字状のフォーク部４０と、ヘッド部２
１に回動自在に支持される第１フォークステム４１と、
第１フォークステム４１の内部に軸方向に移動可能に配
置された第２フォークステム４２と、第１フォークステ
ム４１の内部に軸方向に並べて配置された複数の弾性部
材４３と、弾性部材４３の予圧を調整してサスペンショ
ンの固さを調整するための六角穴付ボルトからなる予圧
調整ボルト４４と、第１及び第２フォークステム４１，
４２を軸方向に相対移動可能にかつ回転不能に連結する
連結部４５と、サスペンションフォーク１０の下端での
衝撃音を低減するための下端バンパー４６（図２，図４
参照）とを有している。

【００１４】フォーク部４０は、下端で前輪１２を支持
するとともに、途中でカンチレバー型の前ブレーキ１４
を回動自在に支持する。第１フォークステム４１は、図
４に拡大して示すように、ハンドル１１が固定される通
常のハンドルポストが一体で形成された筒状の部材であ
る。第１フォークステム４１は、上部が小径に絞られた
第１パイプ部５５と、ヘッド部２１の内部に配置される
ように第１パイプ５５の外周に嵌め込まれた２５．４ｍ
ｍ径の第２パイプ部５６とを有している。第１パイプ部
５５は、ハンドル１１が装着される位置から下方に延
び、ヘッド部２１の下端から突出する位置まで形成され
ており、その下端には外方に広がる鍔部５７が形成され
ている。第１パイプ部５５の上端内部には、予圧調整ボ
ルト４４に螺合するナット部５８が溶接されている。こ
のナット部５８は、上端に開口するボルト収納穴５８ａ
を有しており、このボルト収納穴５８ａはキャップ５９
により塞がれている。第２パイプ部５６の上端外周に
は、上玉押し３５に螺合するＢ．Ｃ１山２４の雄ネジ６
０がたとえば３５ｍｍの長さで形成されている。

【００１５】第１フォークステム４１の下部には、図２
に示すように連結部４５のキー孔となる長円形のスリッ
ト溝５２が、軸方向に沿ってたとえば３５ｍｍの長さで
形成されている。スリット溝５２の幅は、連結部４５を
構成する回り止めキー５１の幅より少し大きい。また、
スリット溝５２の上部には、下端バンパー４６を構成す
るストップピン６１が外周面を貫通して固定されてい
る。このストップピン６１は、第１フォークステム４１
の直径上に配置され、かつ伸長側の移動端の手前で後述
するストッパ６２に接触する位置に配置されている。第
１フォークステム４１の下端とフォーク部４０との間に
は、内部に異物が入ってサスペンションフォーク１０の
動きが悪くなるのを防止するために伸縮自在なジャバラ
ブーツ６４が配置されている。

【００１６】第２フォークステム４２は、フォーク部４
０の上端に基端が固定され、そこから上方に第１フォー
クステム４１の内部にまで延びている。第２フォークス
テム４２は、下部が上部より厚肉の筒状のパイプ部４２
ａと、パイプ部４２ａの上端を塞ぐリング状のバネ受け
部４２ｂとを有している。パイプ部４２ａの外径は、第
１フォークステム４１の第１パイプ部５５の内周面に摺
動可能な寸法である。このパイプ部４２ａの中間部に、
連結部４５の板状の回り止めキー５１が外周面を貫通し
て固定されている。回り止めキー５１は、パイプ部４２
ａの直径上に配置されており、その両端は第１フォーク
ステム４１の外周面と面一となるように外方に突出して
いる。パイプ部４２ａの上端内側には下端バンパー４６
を構成するウレタンゴム製のストッパ６２が装着されて
いる。また、パイプ部４２ａの上部周面には、図２に示
すように、ストップピン６１を挿通するための長円形の
逃がし孔６３が軸方向に沿って形成されている。このス
トップピン６１、ストッパ６２及び逃がし孔６３により
下端バンパー４６が構成される。なお、ストップピン６
１は、回り止めキー５１がスリット溝５２の下端に位置
する少し手前の位置でストッパ６２に当接するように配
置されている。

【００１７】弾性部材４３は、第１フォークステム４１
と第２フォークステム４２とを離反する方向に付勢する
ための部材であり、図４に示すように、第２フォークス
テム４２の上端のバネ受け部４２ｂと予圧調整ボルト４
４の下端に配置されたバネ受け部６５との間に圧縮状態
で配置されている。バネ受け部６５は、第１フォークス
テム４１の内部を上下に移動自在である。弾性部材４３
の予圧は、予圧調整ボルト４４のねじ込み量を変えてバ
ネ受け部４２ｂ，６５間の間隔を変えることで所定の範
囲で自由に調整できる。弾性部材４３は、図２に示すよ
うに、球状のウレタンゴム製の部材であり、その外径は
第１フォークステム４１の内径よりやや小さい。

【００１８】このように構成されたサスペンションフォ
ーク１０は、連結部４５が回り止めキー５１及びスリッ
ト溝５２という簡単な部材で構成されているので、連結
部４５の価格が安くなり、サスペンションフォーク１０
全体の価格も安くなる。このため、価格が安い普及品の
自転車にもサスペンションフォーク１０を装着できる。
また、第１フォークステム４１と第２フォークステム４
２との間に第２フォークステム４２が第１フォークステ
ム４１の内部を移動できるだけのわずかな隙間を確保す
るだけでよく、このため、第１フォークステム４１の外
径を通常のリジットフォークの外径と同一寸法（２５．
４ｍｍ）にすることができる。したがって、通常の２
５．４ｍｍ径のフォークステムを有するリジットフォー
クとの互換性を維持できる。

【００１９】また、サスペンションフォーク１０がハン
ドルポストを含めて一体で構成されているので、ヘッド
部２１への装着が上玉押し３５をねじ込むだけで簡単に
行え、メンテナンスや着脱が容易である。さらに、伸長
時に、ストップピン６１が下降端手前でストッパ６２に
接触して衝撃が吸収されるので、回り止めキー５１がス
リット溝５２の下端に接触しにくくなり、伸長時の衝撃
音を低減できる。

【００２０】また、クッション機能とダンパー機能とを
１つの弾性部材４３で実現できるのでサスペンションの
価格がより安くなる。操舵部３は、図１に示すように、
サスペンションフォーク１０の上端に固定されたハンド
ル１１を有している。ハンドル１１の両端部には、制動
部６を構成する前後用の１対のブレーキレバー６６が取
り付けられている。各ブレーキレバー６６は、ブレーキ
ワイヤ６７により前後のブレーキ１４，１５に連結され
ている。

【００２１】駆動部４は、ペダル７１が先端に回転自在
に装着された左右１対のクランク７０と、クランク７０
の回転を増速する増速部７２と、増速部７２で増速され
た駆動力を後輪１３に伝達するチェーン７３とを有して
いる。増速部７２は、上部を後方に傾けて主フレーム２
０の下面後部に取り付けられている。増速部７２は、図
５に詳しく説明するように、主フレーム２０に中央部が
取り付けられたギアケース８０を有している。ギアケー
ス８０は左右に分割可能な２つ割り構造の筐体であり、
その上端面には上方に突出する取付突起８１が形成され
ている。この突起８１は、シートスティ２４の下端から
内部に嵌め込まれている。

【００２２】ギアケース８０の下部には、左右に延びる
クランク軸８２が左右１対の玉軸受８３により回転自在
に支持されている。また、ギアケース８０の中央部に
は、上下に延びる中空の中間軸８４が上下１対の玉軸受
８５により回転自在に支持されている。また、ギアケー
ス８０の図５左側面上部には、筒状の出力ベベルギア８
６が玉軸受８７により回転自在に支持されている。クラ
ンク軸８２の図５左側の軸受８３の内側には、入力ベベ
ルギア８８が取り付けられている。中間軸８４の下端に
は、入力ベベルギア８８に噛み合う第１中間ベベルギア
８９が取り付けられている。入力ベベルギア８８と第１
中間ベベルギア８９との歯数比は、たとえば２：１であ
る。中間軸８４の上端には出力ベベルギア８６に噛み合
う第２中間ベベルギア９０が取り付けられている。第２
中間ベベルギア９０と出力ベベルギア８６との歯数比
は、たとえば２：１である。この結果、増速部７２は、
クランク７０の回転を４倍に増速する。出力ベベルギア
８６にはチェーン７３に噛み合うスプロケット９１が取
り付けられている。

【００２３】このような構成の駆動部４は、駆動部分が
すべてフレーム２内に収納されるので、見栄えがよくか
つチェーンカバー等を設けなくても衣服が汚れたり噛み
込むことがない。また、ベベルギアを用いて増速してい
るのでコンパクトな構成で増速できる。次に、上記実施
形態のサスペンションフォーク１０の衝撃吸収動作につ
いて説明する。

【００２４】自転車が路面を走行中に歩道の縁石や段差
に乗り上げ、前輪１２に上向きの衝撃荷重が作用する
と、フォーク部４０を介して衝撃力が第２フォークステ
ム４２に伝達される。すると第２フォークステム４２
は、回り止めキー５１がスリット溝５２に案内され、弾
性部材４３の付勢力に抗して第１フォークステム４１内
を上方に移動する。第２フォークステム４２が上方に移
動すると弾性部材４３が圧縮し衝撃が吸収される。この
とき、弾性部材４３は、荷重に応じて変形するので、そ
の受圧面積は荷重に応じて増大し、圧縮応力の増大の割
合は比較的小さくなる。この結果、弾性部材４３のへた
りが生じにくくなり、弾性部材４３の寿命が円柱状のも
のにくらべて長くなる。

【００２５】一方、圧縮とともに弾性部材４３は径方向
に膨張し外周が第１フォークステム４１の内壁に接触し
て摩擦が生じる。このとき、弾性部材４３の外径が第１
フォークステム４１の内径よりやや小さいことにより、
荷重がかかっている初期の間は、弾性部材４３の剛性の
みによって第１フォークステム４１内を滑らかに摺動す
る。しかしながら、弾性部材４３がある位置まで圧縮さ
れると弾性部材４３の外径部が第１フォークステム４１
の径方向に膨張し、フォークステム４１の内壁に押し付
けられることにより摺動抵抗が発生して、ダンパー機能
を発揮する。また、弾性部材４３は球状の部材であるた
め、変形し易く、隣接して配置されている弾性部材との
隙間がほとんど埋まってしまうと、弾性部材４１はそれ
以上圧縮しにくくなる。このように、弾性部材４３自体
が摺動抵抗となり得るので、サスペンションを軽量化・
低コスト化することができるとともに、弾性部材４３の
数、大きさ、硬さ等を適宜選択することにより、摺動抵
抗の調整が容易になる。

【００２６】また、弾性部材４３が球状の部材であり変
形しやすいため、図７に示すように、圧縮初期ではクッ
ション機能が大きく、ストローク端ではダンパー機能が
大きい。この結果、急激に摩擦力が増加するようなダン
パー特性が得られるようになり、サスペンションの有効
ストロークが長くなり、サスペンション性能が向上す
る。また、衝撃吸収後の解放状態では、つぶれていた弾
性部材４３が元の形状に戻ろうとする。しかし、つぶれ
ていた球状の弾性部材４３の外周部が第１フォークステ
ム４１の内壁に押し付けられていることから、摺動抵抗
が大きく、徐々にしかもとに戻らない。このため、サス
ペンションの急激な伸びが防止され、サスペンション性
能がより向上する。

【００２７】衝撃が吸収され第２フォークステム４２が
下方に移動すると、回り止めキー５１がスリット溝５２
の下端に到達するより前にストップピン６１の周面がス
トッパ６２に接触してストッパ６２がへこみ、下端での
衝撃が吸収される。この結果、第２フォークステム４２
のそれより下方への移動が規制される。このため、回り
止めキー５１がスリット溝５２の下端に当接しにくくな
り、サスペンションの伸長時に生じやすい金属同士の打
音や衝撃音がほとんどしなくなる。

【００２８】また、乗り手の体重や路面の状況等に応じ
てサスペンションフォーク１０の固さを調整する際に
は、キャップ５９を外して、アーレンキー等の工具によ
り予圧調整ボルト４４を回わせばよい。たとえば、体重
に応じて固さを調整する場合には、体重が軽いときには
反時計回りに回し、重いときには時計回りに回し、乗車
したときにサスペンションフォーク１０が僅かに縮むぐ
らいに調整すればよい。

【００２９】〔他の実施形態〕 （ａ） 弾性部材は真球状に限るものではなく、圧縮初
期ではクッション作用が大きく、ストローク端でダンパ
ー作用が急激に大きくなれば楕円球状等の形状でもよ
い。 （ｂ） サスペンションの形式はヘッド装着型に限定さ
れるものではなく、前輪を挟むフォーク足部分にサスペ
ンションを配置したフォーク型のものや後輪に装着され
るリヤ装着型のものにも本発明を適用できる。 （ｃ） 弾性部材として市販のスーパーボール（商標）
を使用してもよい。この場合には、サスペンションを安
価に製造できる。 （ｄ） 複数の弾性部材の硬さを統一する必要はなく、
路面や体重に合わせて異なる硬さの弾性部材を組み合わ
せて使用してもよい。この場合には、用途に応じて所望
のサスペンション性能が得られる。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係る自転車用サスペンションで
は、弾性部材が球状の部材であり、軸方向にも径方向に
も変形し易い。このため、圧縮初期ではクッション作用
が大きく、ストローク端でダンパー作用が大きくなり、
サスペンションの有効ストロークが長くなり、サスペン
ション性能が向上する。また、受圧面積が荷重に応じて
増大するので、圧縮応力の増大の割合は比較的小さくな
る。この結果、弾性部材のへたりを防ぐことができ、サ
スペンションの寿命が延びる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を採用した自転車の側面一
部断面図

【図２】ヘッド部の断面拡大図。

【図３】サスペンションフォークの縦断面図。

【図４】その断面部分図。

【図５】増速部の断面図。

【図６】サスペンション圧縮時の図２に相当する図。

【図７】サスペンションフォークの荷重とストロークと
の関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１ 自転車 １０ サスペンションフォーク １２ 前輪 ４１ 第１フォークステム ４２ 第２フォークステム ４３ 弾性部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自転車の車輪に加わる衝撃を吸収するため
   の自転車用サスペンションであって、 円筒部材と、 前記円筒部材の内部において前記円筒部材に対して軸方
   向に相対移動可能な移動部材と、 前記円筒部材の内部において前記移動部材に当接可能に
   配置され、前記円筒部材の内径より小さい外径を有する
   球状の複数の弾性部材と、を備えた自転車用サスペンシ
   ョン。
2. 【請求項２】前記弾性部材は、予め所定量圧縮して配置
   されている、請求項１に記載の自転車用サスペンショ
   ン。
3. 【請求項３】前記円筒部材と移動部材とを回転不能かつ
   軸方向移動自在に係止する係止手段をさらに備え、 前記円筒部材は自転車のハンドル部と前フォークとのい
   ずれかに連結され、前記移動部材はいずれか他方に連結
   される、請求項１または２に記載の自転車用サスペンシ
   ョン。