JPH111191A - 自転車とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 繊維強化合成樹脂を用いた自由でスマートな
デザインでかつローコストな自転車およびその製造方法
を提供する。 【解決手段】 繊維強化合成樹脂を用いて形成した中空
の前フレーム１は前車輪１２の軸受けを保持する前ホー
ク１０にハンドルバー６の操作を伝達する前ホークステ
ム４を回動自在に保持するヘッドパイプ部１ａと、ギヤ
クランク２８の軸を回転自在に保持するハンガー部１ｂ
と、サドル２４を保持する立パイプ部１ｇとを有し、ハ
ンガー部１ｂにおいて右チェーンステー１６、左チェー
ンステー１８と結合し右チェーンステー１６と左チェー
ンステー１８によって後車輪２２を保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自転車や電動自転
車の車体構造とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】手軽な乗用手段としての自転車は長い歴
史の間に極限に近い改良が進み、一方大量に安価に生産
するために構成部品の標準化、規格化が進んでいる。た
とえば日本工業規格（以下ＪＩＳと略称する）Ｄ ９４
０１においてフレーム体を構成する各部材の寸法が規定
されており、そのため車体の主要部は略直線的なパイプ
部材によって構成される結果、形状が画一的となり、自
由なデザインの楽しみが制約されているのが現状であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、デザイン面での
新規性を実現するために車体の主要部であるフレーム体
をガラス繊維、炭素繊維などで強化したプラスチックで
形成する試みがなされている。このようなフレーム体の
形成にはフレーム体の骨格をナイロンなどのプラスチッ
ク製のパイプにガラス繊維や炭素繊維で強化したエポキ
シ樹脂等の未硬化のシートを巻き付けて金属製の金型に
内挿してプラスチック製のパイプ内に空気を送り込んで
金型内面にエポキシ樹脂等の合成樹脂材料を拡張圧接さ
せながら高温でエポキシ樹脂を硬化させ、硬化後に金型
から取り出す内圧成型法が用いられている。

【０００４】この内圧成型法はプラスチック製のパイプ
に繊維強化合成樹脂シートを巻き付ける段階で手作りに
近い作業が必要であり、フレーム体には前車輪を支える
前ホークにハンドルの操作を伝達する前フォークステム
を回動自在に保持する部分、ギヤクランクの軸を回転自
在に保持する部分、サドルを保持する部分、および後車
輪の軸受けを保持する部分があり、特に後車輪の軸受け
を保持する部分は両側から車軸を挟持するために２分割
しなければならないので金型構造が複雑となり、また骨
格となるプラスチック製のパイプの構成も複雑となり、
したがって繊維強化合成樹脂シートの巻き付け作業にも
手間がかかるなど、コスト上昇の要因となり、製品が高
価となっていた。

【０００５】本発明は上記従来の問題点を解決し、繊維
強化合成樹脂でフレーム体の主要部を構成し自由なデザ
インを施すことが可能でありながら加工が容易で低コス
トで製作できる自転車とその製造方法を提供するもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の自転車は、請求項１において、前車輪の軸受
けを保持する前ホークにハンドルの操作を伝達する前ホ
ークステムを回動自在に保持する部分とギヤクランクの
軸を回転自在に保持する部分とサドルを保持する部分と
を有し繊維強化合成樹脂を用いて中空に形成した主フレ
ームと、主フレームに結合され後車輪の軸の一端を保持
する第１の副フレームと、同じく主フレームに結合され
後車輪の軸の他端を保持する第２の副フレームとを備え
た構成となっている。

【０００７】このような構成によって、主フレームが繊
維強化合成樹脂を用いて中空に形成されているために金
型によって自由な形に形成でき、スマートなデザインを
実現することができるとともに、後車輪の軸受けを保持
する部分は第１および第２の副フレームによって別部材
で構成されているので、この部分の複雑な金型が不用で
金型費用が安価になり、またこの部分の金型への装着作
業が不用となるため作業工数が小となるなどの有利な効
果が得られる。

【０００８】また請求項２においては、請求項１の構成
に加えて、主フレームの第１および第２の副フレームと
当接する面が平面に形成されているものであり、この構
成により、この部分に設けた後車輪を駆動するためのク
ランク軸の下方側を広く取ることができ、取り付けのボ
ルトの間隔も広く取れて、結合を強固にして取り付け強
度を確保できるとともに、荷重が分散され、耐久性も向
上する。このようにフレーム強度を確保しながら乗り降
りしやすい自転車フレームを提供することができる。

【０００９】また請求項３においては、請求項１の構成
に加えて第１および第２の副フレームが一体に形成され
ている構成であり、この構成によってあらかじめ両フレ
ームを一体または組み立てた状態で主フレームに組み合
わせることができ、作業性が向上するものである。

【００１０】また請求項４においては、請求項１の構成
に加えて、第１の副フレームは凹所を有しこの凹所に後
車輪を駆動するための各部品を収容することができるも
のであり、この構成により、この凹部をカバーで覆えば
美観を保ち、泥、ごみの侵入を防ぐとともに着衣等の駆
動部分や車輪への巻き込みを防止することができる。

【００１１】また請求項５においては、請求項２に記載
の自転車において、ギヤクランクの軸を回転自在に保持
するためのハンガーチューブが複数の互いに離れた取り
付け孔を有する取り付け部材と一体に形成され主フレー
ムと第１および第２の副フレームとの結合時に前記取り
付け部材の取り付け孔を介してそれらと一体に結合され
た構成であり、この構成によってハンガーチューブは長
期間の使用にも主フレームに対してガタや抜けを生じる
ことがない。

【００１２】また請求項６においては、請求項１の構成
に加えて、主フレーム内部の中空部に繊維強化合成樹脂
を含む隔壁を設けたものであり、この構成によって隔壁
によって主フレームの強度をさらに高めることができ
る。

【００１３】また請求項７においては、請求項１の構成
に加えて、主フレーム内部の中空部内に設けた繊維強化
合成樹脂を含む隔壁と主フレームの内壁との間に設けた
空間に制御用のワイヤまたは電気配線を通したものであ
り、隔壁で仕切られた空間には制御用のワイヤや電気配
線等を通すことができる。

【００１４】さらに請求項８においては、主フレームの
内部の中空部に設けた空間とハンドルバー内部の空間は
前ホークステム内部の空間を介して外部から見えないよ
うに連結されておりハンドルバーに設けた制御レバーの
動きをこのように連結された空間の少なくとも２以上に
わたって連続しかつ外部に露出しない制御用のワイヤを
介して被制御部分に伝達する構成である。

【００１５】また請求項９においては、請求項４の構成
に加えて、主フレームの内部の中空部に設けた空間はハ
ンドルバー内部の空間と前ホークステム内部の空間を介
して外部から見えないように連結されかつ第２の副フレ
ームの凹所とも連結されておりハンドルバーに設けた制
御レバーの動きをこのように連結された空間の少なくと
も２以上にわたって連続しかつ外部に露出しない制御用
のワイヤを介して被制御部分に伝達する構成である。

【００１６】これら請求項８，９の構成によって、制御
用のワイヤが外部に露出することなく処理でき、デザイ
ン性を高めることができる。

【００１７】つぎに請求項１０の自転車は、前車輪の軸
受けを保持する前ホークにハンドルの操作を伝達する前
ホークステムを回動自在に保持する部分とギヤクランク
の軸を回転自在に保持する部分とサドルを保持する部分
とを有し繊維強化合成樹脂を用いて中空に形成した主フ
レームと、主フレームに結合され後車輪の軸の一端を保
持する副フレームとを有する自転車において、副フレー
ムには後泥よけを設けるとともに、この泥よけには側面
に後車輪の半径の約半分の幅の平面部を設けた構成であ
り、この構成によって着衣等が車輪に巻き込まれること
を防止することができる。

【００１８】つぎに請求項１１の自転車は、請求項１の
ものにおいて、主フレームは全体を第１の材質の繊維で
強化した繊維強化合成樹脂を用いより強度を必要とする
部分のみに第２の材質の繊維で強化した繊維強化合成樹
脂を積層した構成であり、請求項１２の自転車は、請求
項１のものにおいて、主フレームは全体を第１の材質の
繊維で強化した繊維強化合成樹脂を用いより強度を必要
とする部分のみに第２の材質の繊維で強化した繊維強化
合成樹脂を積層し、さらに強度を必要とする部分には第
２の材質の繊維で強化した繊維強化合成樹脂の層に加え
てさらに第３の材質の繊維で強化した繊維強化合成樹脂
を積層した構成である。

【００１９】そして請求項１３のものは、請求項１１の
ものにおいて、より強度を必要とする部分は前車輪の軸
受けを保持する前ホークにハンドルバーの操作を伝達す
る前ホークステムを回動自在に保持する部分との接続部
分、ギヤクランクの軸を回転自在に保持する部分とその
周辺、およびサドルを保持する部分としたものであり、
請求項１４の自転車は、請求項１２のものにおいて、さ
らに強度を必要とする部分はサドルを保持する部分とし
たものである。

【００２０】請求項１１ないし１４のような構成によっ
て、第１の材質の繊維で強化した繊維強化合成樹脂を主
フレーム全体に用いて主フレームがたわみやすく乗り心
地を改善し、強度を必要とする部分には重点的に第２ま
たは第３の材質の繊維で強化した繊維強化合成樹脂を用
いることによって必要な強度を確保しながら比較的コス
トも低く、かつ乗り心地のよい自転車を提供することが
できる。

【００２１】請求項１５の自転車は、請求項１のものに
おいて、主フレームと第１および第２の副フレームとの
結合は緩衝材を介して行うように構成したものである。
このような構成により副フレームが主フレームに対して
サスペンション効果を有し、しなやかさも増すことがで
きる。

【００２２】つぎに請求項１６の自転車の製造方法は、
前車輪の軸受けを保持する前ホークにハンドルバーの操
作を伝達する前ホークステムを回動自在に保持する部分
とギヤクランクの軸を回転自在に保持する部分とサドル
を保持する部分とを有する中空の主フレームを繊維強化
合成樹脂を用いて内圧成形法で中空に形成する工程と、
主フレームに後車輪の軸の一端を保持する第１の副フレ
ームと同じく後車輪の軸の他端を保持する第２の副フレ
ームとを結合する工程とを有するものである。

【００２３】この製造方法によって、主フレームが繊維
強化合成樹脂を用いて中空に形成するために金型によっ
て自由な形に形成でき、スマートなデザインを実現する
ことができるとともに、後車輪の軸受けを保持する部分
は第１および第２の副フレームによって別部材で構成さ
れているので、この部分の複雑な金型が不用で金型費用
が安価になり、またこの部分の金型への装着作業が不用
となるため作業工数が小となるなどの有利な効果が得ら
れる。

【００２４】また請求項１７の自転車の製造方法は、請
求項１６に記載の主フレームの形成工程において主フレ
ーム内部の中空部に繊維強化合成樹脂を含む隔壁を設け
るものであり、この方法を用いれば隔壁によって主フレ
ームの強度をさらに高めることができ、また隔壁で仕切
られた中空部または空間には制御用のワイヤや電気配線
等を通すことができる。

【００２５】また請求項１８の自転車の製造方法は、請
求項１６または１７に記載の工程に加えて、主フレーム
に前ホークステムを介してハンドルバーを取り付けハン
ドルバー内部の空間は前ホークステム内部の空間を介し
て主フレームの内部の中空部に設けた空間に接続する工
程と、ハンドルバーに設けた制御レバーに取り付けた制
御用のワイヤを接続された空間の少なくとも２以上にわ
たって連続しかつ外部に露出しないように被制御部分に
取り付ける工程とを有するものである。

【００２６】さらに請求項１９の自転車の製造方法は請
求項１８に記載の工程に加えて、主フレームの内部の中
空部内に設けた空間を第１の副フレームに設けた凹所に
接続する工程と、ハンドルバーに設けた制御レバーに取
り付けた制御用のワイヤを接続された空間の少なくとも
２以上にわたって連続しかつ外部に露出しないように第
１の副フレームに設けた凹所まで連結する工程とを有す
るものである。

【００２７】このような請求項１８，１９の製造方法に
より、制御用のワイヤが外部に露出することなく処理で
き、デザイン性を高めることができる。

【００２８】つぎに請求項２０の自転車の製造方法は、
請求項１６に記載の製造方法において、前車輪の軸受け
を保持する前ホークにハンドルバーの操作を伝達する前
ホークステムを回動自在に保持する部分とギヤクランク
の軸を回転自在に保持する部分とサドルを保持する部分
とを有する中空の主フレームを繊維強化合成樹脂を用い
て内圧成形法で中空に形成する工程において主フレーム
は全体を第１の材質の繊維で強化した繊維強化合成樹脂
を用いより強度を必要とする部分のみに第２の材質の繊
維で強化した繊維強化合成樹脂を積層するものであり、
請求項２１の自転車の製造方法は、請求項１６に記載の
製造方法において、前車輪の軸受けを保持する前ホーク
にハンドルバーの操作を伝達する前ホークステムを回動
自在に保持する部分とギヤクランクの軸を回転自在に保
持する部分とサドルを保持する部分とを有する中空の主
フレームを繊維強化合成樹脂を用いて内圧成形法で中空
に形成する工程において主フレームは全体を第１の材質
の繊維で強化した繊維強化合成樹脂を用いより強度を必
要とする部分のみに第２の材質の繊維で強化した繊維強
化合成樹脂を積層し、さらに強度を必要とする部分には
第２の材質の繊維で強化した繊維強化合成樹脂の層に加
えてさらに第３の材質の繊維で強化した繊維強化合成樹
脂を積層するものである。

【００２９】請求項２２の自転車の製造方法は、請求項
２０に記載の製造方法において、より強度を必要とする
部分は前車輪の軸受けを保持する前ホークにハンドルバ
ーの操作を伝達する前ホークステムを回動自在に保持す
る部分との接続部分、ギヤクランクの軸を回転自在に保
持する部分とその周辺、およびサドルを保持する部分で
あるとしたもので、請求項２３の自転車の製造方法は、
請求項２１に記載の製造方法において、さらに強度を必
要とする部分はサドルを保持する部分であるとしたもの
である。

【００３０】請求項２０ないし２３の製造方法によっ
て、第１の材質の繊維で強化した繊維強化合成樹脂を主
フレーム全体に用いて主フレームがたわみやすく乗り心
地を改善し、強度を必要とする部分には重点的に第２ま
たは第３の材質の繊維で強化した繊維強化合成樹脂を用
いることによって必要な強度を確保しながら比較的コス
トも低く、かつ乗り心地のよい自転車を提供することが
できる。

【００３１】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）以下、図１の本発明の第１の実施形
態の自転車の右側面図、図２の同じくその左側面図、図
３のフレームの組み立て状態を示す分解斜視図、および
図４の制御用のワイヤの引き回しを示す斜視図により本
発明の第１の実施形態の自転車について説明する。まず
フレーム体の構成を説明すると、繊維強化合成樹脂を用
いて内圧成形法で内部が中空になるように形成された主
フレームである前フレーム１の前方にあるヘッドパイプ
部１ａには内部にベアリングを嵌挿したヘッド部品２
ａ，２ｂによって上下から締め付けることによって前ホ
ークステム４を回動自在に保持し、前ホークステム４は
その上部においてハンドルバー６の中央にハンドルステ
ム８を介して結合し、下部においては２股に分岐した前
ホーク１０に結合し、前ホーク１０は、その下端で前車
輪１２のホイール１２ａの中心を回転自在に軸支する回
転軸１２ｂを保持している。これでハンドルバー６を操
作することによって前ホークステム４を介して前車輪１
２の回転軸１２ｂの方向を制御することができる。

【００３２】前フレーム１はヘッドパイプ部１ａから後
方にかけて下降して、下方において両側面にハンガー部
１ｂの平面部１ｃ，１ｄを設ける。この平面部１ｃ，１
ｄの中央もしくは中央より上方に孔１ｅを、その周辺に
は３個の孔１ｆを設け、平面部１ｃ側から３本のパイプ
１４ａを孔１ｆに挿入し、フランジ１４ｂに溶接された
ハンガーチューブ１４ｃを孔１ｅに挿入し、さらに平面
部１ｄ側からフランジ１４ｄを当てて接着する。３本の
パイプ１４ａ、フランジ１４ｂに溶接されたハンガーチ
ューブ１４ｃとフランジ１４ｄの接着された前フレーム
１の平面部１ｃ側からさらに右チェーンステー１６を当
て、平面部１ｄ側から左チェーンステー１８を当て、各
３本のボルト２０ａとナット２０ｂで結合する。パイプ
１４ａは締め付けによって前フレーム１の平面部１ｃ，
１ｄが凹まないようにするためである。

【００３３】平面部１ｃ，１ｄを広く取ることにより、
ハンガーチューブ１４ｃ下方側を広く取ることができ、
また３本のボルト２０ａの間隔も広く取ることができ、
結合を強固にして取り付け強度を確保できるとともに、
広い面積で取り付けられるために荷重が分散され、耐久
性も向上する。これによって主としてサドル２４に搭乗
した運転者の体重により前フレーム１と右、左のチェー
ンステー１６，１８の取り付け部とにかかる外力と搭乗
した運転者がペダル２８ｂを踏み込んだときにかかる外
力に対抗し剛性と耐久性を高め、フランジ１４ｂにハン
ガーチューブ１４ｃを溶接したことによってハンガーチ
ューブ１４ｃは長期間の使用にも前フレーム１に対して
ガタや抜けは生じない。このようにフレーム強度を確保
しながら乗り降りしやすい自転車フレームを提供するこ
とができる。

【００３４】第１の副フレームである右チェーンステー
１６は先端で後車輪２２の軸２２ａの一端を保持するも
ので、凹部１６ａを設け、後述するように駆動部材を収
納する。第２の副フレームである左チェーンステー１８
は、先端で後車輪２２の軸２２ａの他端を保持する。こ
れらはアルミニウムやマグネシウムまたはそれらの合金
を切削加工または鋳造したものか、または金属板をプレ
ス加工したものを用いる。これは前フレーム１と同様の
材質であってもよい。

【００３５】ここでは右チェーンステー１６と左チェー
ンステー１８とは別体のものとして説明したが、両者は
一体に形成または組み立てて一体にしてから前フレーム
１と組み合わせてもよい。

【００３６】前フレーム１はさらにこのハンガー部の平
面部１ｃ，１ｄから斜め上方に立ち上がった立パイプ部
１ｇを有しており、その端部１ｈは３本のすり割りを入
れ、外周にテーパー状の雄ねじを切っておきサドル２４
を固定したサドルポスト２４ａの先端を挿入して高さを
定め、内面に雌ねじを切ったシート固定金具２６を回動
させて、そのテーパー状の雄ねじが雌ねじによって内方
に圧縮されて３本のすり割りの入った部分の内面がサド
ルポスト２４ａを圧迫して保持するように構成するの
で、従来のシートピン方式に比べてねじ部が露出せず、
引っかかりがない。２４ｂはサドルポスト２４ａの外周
に取り付けた蛇腹状の装飾材である。サドルの高さ調節
はこの他にも従来多用された方法を用いることができ
る。

【００３７】つぎに駆動装置について説明する。ギヤク
ランク２８を取り付けたクランク軸２８ａの軸受け２８
ｃは前フレーム１中のハンガーチューブ１４ｃ中に固定
されている。右チェーンステー１６の凹部１６ａにクラ
ンク軸２８ａに直結されたフロント歯付きプーリー３０
が収納され、同じく凹部１６ａの左方にリヤ歯付きプー
リー３２がフリーホイール３４に係合されておりフリー
ホイール３４は後車輪２２に係合されている。フロント
歯付きプーリー３０とリヤ歯付きプーリー３２に共通に
架張されたチェーンまたは歯付きベルト３８よってペダ
ル２８ｂを介してギヤクランク２８に加えられた駆動力
がフリーホイール３４に伝達され、フリーホイール３４
のラチェット機構によって、ギヤクランク２８が後車輪
２２の前進方向に回転されたときだけ駆動力が伝達され
る。この凹部１６ａは美観を保ち、泥、ごみの侵入を防
ぐとともに着衣等の車輪への巻き込み防止のためにカバ
ー３６で覆ってある。またカバー３６を省略するには凹
部１６ａを右チェーンステー１６の後車輪２２側に設け
ることによって、泥、ごみの侵入防止の効果は低下する
が美観と車輪への巻き込み防止の効果は得られる。

【００３８】つぎに制動装置について説明すると、制御
レバーの１つである右ブレーキレバー３９の回動軸３９
ａの反対側の作用点に結合された制御用のワイヤの１つ
であるブレーキワイヤ４０はハンドルバー６のパイプの
中を通り、結合部で前ホークステム４の中に入り、この
パイプの中を通って前ホーク１０の内側に沿って前ブレ
ーキ本体４２に結合されている。ハンドルバー６と前ホ
ークステム４の結合点では、両者はほぼ直交するのでブ
レーキワイヤ４０をハンドルバー６から直接前ホークス
テム４中に挿入するのは困難である。そこで図４に示す
ようにいったんハンドルバー６の開口部６ａからブレー
キワイヤ４０を引き出し、開口部４ａから前ホークステ
ム４内に挿入する。そしてこの部分をカバー８ａでカバ
ーすることによってハンドルバー６内部空間と前ホーク
ステム４内部空間とは連結され、制御レバーであるブレ
ーキレバー３９の動きをこのカバー８ａで連結されたハ
ンドルバー６内部と前ホークステム４内部という空間の
少なくとも２以上にわたって連続しかつ外部に露出しな
い制御用のワイヤであるブレーキワイヤ４０を介して被
制御部分である前ブレーキ本体４２に伝達し前ブレーキ
本体４２の図示しないブレーキシューを拡張または圧縮
することによって前車輪を制動することができる。

【００３９】同様に制御レバーの１つであるダイナモ起
倒レバー４３においてもレバー４３ａの他端に結合した
制御用のワイヤの１つであるダイナモワイヤ４４をハン
ドルバー６の開口部６ａから前ホークステム４の開口部
４ａ内に挿入し前ホークステム４下端から引き出して、
２本の前ホーク１０の間に固定して図示しないばねでタ
イヤ１２ｃに圧接されたダイナモ４６に結合している。
ダイナモ起倒レバー４３を押すとダイナモワイヤ４４が
引かれてダイナモ４６をタイヤ１２ｃから引き離してダ
イナモ起倒レバー４３内の図示しないラッチ機構によっ
てこの状態を保持し、プッシュボタン４３ｂを押すとラ
ッチ機構が外れてダイナモワイヤ４４がゆるみ、ダイナ
モ４６をタイヤ１２ｃに圧接させてタイヤ１２ｃの回転
に伴う発電が可能となる。

【００４０】左ブレーキレバー４８についても右ブレー
キレバー３９と同様であるがブレーキワイヤ５０は図４
の開口部４ｂから前フレーム１の中に入り、この中の中
空部を通って右チェーンステー１６と左チェーンステー
１８の中間部にでてくる。そうして左チェーンステーの
内側に沿って後車輪の軸２２ａに取り付けた後ブレーキ
本体５２に結合されていて、左ブレーキレバー４８の操
作によってブレーキワイヤ５０を引き、後ブレーキ本体
５２に伝達して後ブレーキ本体５２の図示しないブレー
キシューを拡張または圧縮することによって後車輪を制
動することができる。

【００４１】ここでは変速切り替えの例示をしていない
が、同様の構成と動作によって達成できることは説明す
るまでもない。また上記説明の制御ワイヤの通路を灯火
用や制御用の電気配線を通しても差し支えない。

【００４２】その他の構成部品の前泥よけ５４、後泥よ
け５６は樹脂成形品であり、後泥よけ５６は図示のよう
に少なくとも前部側面に半径の約半分の平面部５６ａを
有し、スカート等の衣服の巻き込みを防止する形状とし
ている。その他のバスケット５８、前照灯６０等につい
ては通常の構成のものを用いればよく、説明は省略す
る。

【００４３】つぎに図５ないし図８を用いて前フレーム
１の加工方法について説明する。図５は本発明の一実施
の形態における炭素繊維強化合成樹脂シートの加工工程
の説明概念図、図６は同じく金型内に挿入した状態を示
す説明概念図、図７は同じくその金型内の断面図、図８
は成型硬化したものの断面図である。ここでは炭素繊維
を用いる場合を説明する。図５（ａ）のように炭素繊維
を多数本同一方向に展張したものにエポキシ樹脂を含浸
させて炭素繊維強化合成樹脂シート７０を作る。この炭
素繊維強化合成樹脂シート７０を未硬化の状態で図５
（ｂ）のように２本のナイロン製チューブ７２，７４に
それぞれ複数層巻き付ける。その後、２本のナイロンチ
ューブを一括したものに耐熱性の弾性チューブ７６を添
えて束ね、図５（ｃ）のように束ねた上からさらに炭素
繊維強化合成樹脂シート７０を巻き付ける。この際各層
の炭素繊維強化合成樹脂シート７０の炭素繊維の配列方
向を層ごとに変え、かつ完成品の状態で加えられる力の
方向を考慮して繊維方向を重点的に配列する。また完成
品の太い部分には層の数を増やす。

【００４４】そしてこのように加工したものを図６の下
型７８に挿入して上型８０を圧着する。図７はその状態
での金型内の状態の断面を示す。そしてナイロン製チュ
ーブ７２，７４内に空気を注入し加圧しながら高温で硬
化させる。内部からの加圧によって炭素繊維とエポキシ
樹脂とは金型の内面の形に沿って密着し金型の形状に成
形されながら硬化される。硬化後に金型７８，８０から
取り出して耐熱性の弾性チューブ７６を抜き取ると図８
のものが得られる。炭素繊維強化合成樹脂シート７０は
空気の内圧によって金型内面に圧接されて硬化される。
このようになった成型品を仕上げ加工と塗装を行って完
成させる。

【００４５】このように加工することによって図８のよ
うに完成品の内部の中空空間には中央にナイロンチュー
ブ７２、炭素繊維強化合成樹脂シート７０およびナイロ
ンチューブ７４の３層の隔壁８２を形成し、また下方で
はナイロンチューブ７４と炭素繊維強化合成樹脂シート
７０の２層の隔壁８４を形成して、この隔壁によって前
フレーム１の強度をさらに高めることができ、またその
下の中空部８６には制御用のワイヤや電気配線等を通す
ことができる。耐熱性弾性チューブ７６を用いないとき
は中空部８６はないが、代わりに中空部８８，９０に制
御用のワイヤを通すことができる。

【００４６】このように本実施形態によれば、前車輪、
サドル、ハンガー部等を保持して繊維強化合成樹脂を用
いて内圧成形法で形成された中空の前フレーム１に、後
車輪の軸の一端を保持する右チェーンステー１６と、後
車輪の軸の他端を保持する左チェーンステー１８とを結
合する構成としたことによって、主フレームを内圧成型
法で自由な形状に形成しながら、金型構造も簡単で加工
も容易であり低コストでデザインの優れた自転車を提供
することができる。

【００４７】なお実施の形態で説明したものは一例であ
り、請求の範囲に示された範囲内で細部を変更して実施
することができる。たとえば上記説明では主フレームの
素材に炭素繊維強化合成樹脂シートを用いたが、これは
ガラス繊維で強化したものでも、また他の素材を用いた
ものでもよく、また複数の素材を重複して用いてもよ
い。その他各部の素材、形状等は自由に組み合わせて用
いればよい。

【００４８】また上記実施形態では、人力を駆動力とす
る自転車の例を用いて説明してきたが、本発明は電動機
等を駆動力または人力の補助駆動力とする電動自転車や
電動補助自転車への適用をも包括するものである。

【００４９】（第２の実施形態）第１の実施形態で主フ
レームである前フレーム１の素材は炭素繊維強化合成樹
脂シート、ガラス繊維で強化した強化合成樹脂シートま
たは他の素材で強化した強化合成樹脂シートを用いたも
のでもよく、複数の素材を重複して用いてもよいとして
説明したが、前フレーム１に要求される条件は加えられ
る力に耐える強度を有すること以外に適度にたわむこと
によって乗り心地を改善することである。ここでは主フ
レーム各部に加わる応力に応じて素材の組合せを変える
ことによって、必要な強度を確保するとともに乗り心地
のよい自転車を提供するための構成を示す。前フレーム
１の要部斜視図の図９においてヘッドパイプ部１ａには
図１に示すように前ホークステム４を回動自在に保持
し、前ホークステム４は下部において２またに分岐した
前ホーク１０に結合し、前ホーク１０は、その下端で前
車輪１２のホイール１２ａの中心を回転自在に軸支する
回転軸１２ｂを保持しているので自転車走行時には主と
して矢印ａ，ｂ方向に捻れる力を受ける。したがってヘ
ッドパイプ部１ａと前フレーム１の本体との接合部分１
ｉには大きな応力が加わることになる。

【００５０】つぎにハンガー部１ｂの孔１ｅ内にはギヤ
クランク２８の軸が回転することになりこの操作によっ
て主として矢印ｃ方向の力が加わることになり、ヘッド
パイプ部１ａから矢印ｄ方向の力も受けることになる。
そうして立パイプ１ｇの上方にはサドルポスト２４ａを
介してサドル２４上に搭乗した運転者の体重により矢印
ｅ方向の力が加えられる。

【００５１】そこで前フレーム１全体に基本をたわみや
すい第１の素材であるガラス繊維強化合成樹脂シートを
第１の実施形態において説明したように各層のガラス繊
維強化合成樹脂シートのガラス繊維の配列方向を層ごと
に変えながら、たとえば全体的に１０層を積層する。そ
うしてヘッドパイプ部１ａと前フレーム１の本体との接
合部分１ｉ、ハンガー部１ｂおよびその周辺、および立
パイプ１ｇ部分には、さらに硬い第２の素材である炭素
繊維強化合成樹脂シートを、たとえばさらに５層だけ積
層する。必要により、最も大きい力の加わる立パイプ１
ｇ部分には高弾性の第３の材質であるＰＢＴ繊維強化合
成樹脂シートを２層とか３層適宜積層し実施の形態１と
同様に形成する。複数の材質の積層される部分は、たと
えば第１の材質の上に第２の材質というように順次に重
ねてもよく、また第１と第２さらに第３の材質を交互に
重ねてもよいものである。

【００５２】第１の材質としてはガラス繊維のほかにア
ルミ合金繊維等、また第２の材質としてはＳｉｃ繊維、
アラミド繊維等、また第３の材質としてはボロン繊維、
ＰＢＴ繊維、場合によっては炭素繊維等をそれぞれ含ん
だ繊維強化合成樹脂シートを用いればよい。これらは場
所によって材質を変えて組み合わせてもよい。上記にお
いて積層する層数は一例であり、必要な強度や単位とな
る繊維強化合成樹脂シートの構成によっても異なるもの
である。

【００５３】このように本実施形態では、主フレームで
ある前フレーム１の全体を第１の材質の繊維強化樹脂を
積層してたわみやすくし、前車輪の軸受けを保持する前
ホークにハンドルバーの操作を伝達する前ホークステム
を回動自在に保持する部分との接続部分、ギヤクランク
の軸を回転自在に保持する部分とその周辺、およびサド
ルを保持する部分等、より強度を必要とする部分には、
その上に第２の材質の繊維強化樹脂を積層し、さらに強
度を必要とする部分には、その上に第３の材質の繊維強
化樹脂を積層することによって必要な強度を確保しなが
ら比較的コストも低く、かつ乗り心地のよい自転車を提
供することができる。

【００５４】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態において第１の実施形態における主フレームと
第１および第２の副フレームとの結合方法のさらに改良
された構成を示す。図１０は第３の実施形態におけるフ
レームの組み立て状態を示す分解斜視図、図１１はその
要部断面図である。

【００５５】前フレーム１のハンガー部１ｂの平面部１
ｃ，１ｄの中央もしくは中央より上方の孔１ｅにはハン
ガーチューブ１３を挿入し、その周辺の３個の孔１ｆに
は合成樹脂製のチューブ状の緩衝材１５中に通したパイ
プ１４ａを挿入し、前フレーム１の平面部１ｃ側からさ
らに第１の副フレームである右チェーンステー１６を当
て、平面部１ｄ側から第２の副フレームである左チェー
ンステー１８を当て、各３本のボルト２０ａを孔１８
ａ，パイプ１４ａ、孔１６ｂに通してナット２０ｂで結
合する。

【００５６】パイプ１４ａの長さは前フレーム１の平面
部１ｃと１ｄ間の寸法よりわずかに大となっており、ハ
ンガーチューブ１３の両端の段差部１３ａ，１３ｂはそ
れぞれ右チェーンステー１６の孔１６ｃ、左チェーンス
テー１８の孔１８ｂに嵌合してその間の寸法も前フレー
ム１の平面部１ｃと１ｄ間の寸法よりわずかに大となっ
ているので、前フレーム１の平面部１ｃ，１ｄと右チェ
ーンステー１６、左チェーンステー１８との間は僅かに
空いている。またハンガーチューブ１３と前フレーム１
との間も僅かに空くように孔１ｅよりハンガーチューブ
１３の直径をやや小にしているので、右左のチェーンス
テー１６，１８は緩衝材１５を介して前フレーム１に対
してハンガーチューブ１３を軸として僅かに回動するこ
とができ、後車輪のサスペンション効果を発揮すること
ができる。また緩衝材の材質の選定によって僅かではあ
るがフレームのしなやかさを得ることができる。

【００５７】これらの効果を助けるために前フレーム１
の平面部１ｃ，１ｄと右チェーンステー１６、左チェー
ンステー１８との間にグリースを塗布するとか、または
右チェーンステー１６、左チェーンステー１８内面にふ
っ素樹脂加工をする等の対策によりその効果が高められ
る。

【００５８】以上のように本実施形態によれば、主フレ
ームである前フレーム１と第１および第２の副フレーム
である右、左チェーンステー１６，１８との結合の際に
その間に緩衝材を入れたので、副フレームが主フレーム
に対してサスペンション効果を有し、しなやかさも増す
ことができる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１の
自転車および請求項１６の自転車の製造方法によれば、
主フレームが前車輪の軸受けを保持する前ホークにハン
ドルの操作を伝達する前ホークステムを回動自在に保持
する部分とギヤクランクの軸を回転自在に保持する部分
とサドルを保持する部分とを有し繊維強化合成樹脂を用
いて中空に形成したものであり、この主フレームに後車
輪の軸の一端を保持する第１の副フレームと後車輪の軸
の他端を保持する第２の副フレームとを結合したものを
基本構成としたことによって、金型によって自由な形に
形成でき、スマートなデザインを実現することができる
とともに、後車輪の軸受けを保持する部分は第１および
第２の副フレームによって別部材で構成されているの
で、この部分の複雑な金型が不用で金型費用が安価にな
り、またこの部分の金型への装着作業が不用となるため
作業工数が小となるなどの有利な効果が得られる。

【００６０】そして請求項２の構成によって、主フレー
ムと副フレームとの結合部分に設けた後車輪を駆動する
ためのクランク軸の下方側を広く取ることができ、取り
付けのボルトの間隔も広く取れて、結合を強固にして取
り付け強度を確保できるとともに、荷重が分散され、耐
久性も向上する。このようにフレーム強度を確保しなが
ら乗り降りしやすい自転車フレームを提供することがで
きる。

【００６１】また請求項３の構成によって主フレームと
副フレームの結合の作業性が向上するものであり、また
請求項４の構成により第１の副フレームの凹部をカバー
で覆えば美観を保ち、泥、ごみの侵入を防ぐとともに着
衣等の駆動部分や車輪への巻き込みを防止することがで
きる。

【００６２】また請求項５の構成によってハンガーチュ
ーブは長期間の使用にも主フレームに対してガタや抜け
を生じることがない。

【００６３】また請求項６の構成および請求項１７の自
転車の製造方法により隔壁によって主フレームの強度を
さらに高めることができ、また請求項７の構成の中空部
には制御用のワイヤや電気配線等を通すことができる。

【００６４】また請求項８，９の構成および請求項１
８，１９の自転車の製造方法により、制御用のワイヤが
外部に露出することなく処理でき、デザイン性を高める
ことができる。

【００６５】また請求項１０の構成により着衣等が車輪
に巻き込まれることを防止することができる。

【００６６】また請求項１１ないし１４の構成および請
求項２０ないし２３の自転車の製造方法により、必要な
強度を確保しながら比較的コストも低く、かつ乗り心地
のよい自転車を提供することができる。

【００６７】さらに請求項１５の構成により副フレーム
が主フレームに対してサスペンション効果を有し、しな
やかさも増すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の自転車の右側面図

【図２】同じくその左側面図

【図３】同じくフレームの組み立て状態を示す分解斜視
図

【図４】同じく制御用のワイヤの引き回しを示す斜視図

【図５】同じく炭素繊維強化合成樹脂シートの加工工程
の説明概念図

【図６】同じく金型内に挿入した状態を示す説明概念図

【図７】同じくその金型内の断面図

【図８】同じく成型硬化したものの断面図

【図９】同じく第２の実施形態における前フレームの要
部斜視図

【図１０】同じく第３の実施形態におけるフレームの組
み立て状態を示す分解斜視図

【図１１】同じくその要部断面図

【符号の説明】

１ 前フレーム １ａ ヘッドパイプ部 １ｂ ハンガー部 １ｇ 立パイプ部 １ｃ，１ｄ 平面部 ４ 前ホークステム ４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂ 開口部 ６ ハンドルバー ８ ハンドルステム ８ａ カバー １０ 前ホーク １２ 前車輪 １３ ハンガーチューブ １５ 緩衝材 １６ 右チェーンステー １８ 左チェーンステー ２２ 後車輪 ２４ サドル ２４ａ サドルポスト ２８ ギヤクランク ３９ 右ブレーキレバー ４０，５０ ブレーキワイヤ ４４ ダイナモワイヤ ４２ 前ブレーキ本体 ４３ ダイナモ起倒レバー ４４ ダイナモワイヤ ４６ ダイナモ ４８ 左ブレーキレバー ５２ 後ブレーキ本体 ５６ 後泥よけ ５６ａ 平面部 ７０ 炭素繊維強化合成樹脂シート ７２，７４ ナイロン製チューブ ７６ 耐熱性弾性チューブ ７８，８０ 金型 ８２，８４ 隔壁 ８６，８８，９０ 中空部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 森本 太吉 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前車輪の軸受けを保持する前ホークにハ
   ンドルの操作を伝達する前ホークステムを回動自在に保
   持する部分とギヤクランクの軸を回転自在に保持する部
   分とサドルを保持する部分とを有し繊維強化合成樹脂を
   用いて中空に形成した主フレームと、 前記主フレームに結合され後車輪の軸の一端を保持する
   第１の副フレームと、 同じく前記主フレームに結合され前記後車輪の軸の他端
   を保持する第２の副フレームとを備えた自転車。
2. 【請求項２】 主フレームの第１および第２の副フレー
   ムと当接する面が平面に形成されている請求項１に記載
   の自転車。
3. 【請求項３】 第１および第２の副フレームが一体に形
   成されている請求項１に記載の自転車。
4. 【請求項４】 第１の副フレームは凹所を有しこの凹所
   に後車輪を駆動するための各部品を収容することができ
   る請求項１に記載の自転車。
5. 【請求項５】 ギヤクランクの軸を回転自在に保持する
   ためのハンガーチューブが複数の互いに離れた取り付け
   孔を有する取り付け部材と一体に形成され主フレームと
   第１および第２の副フレームとの結合時に前記取り付け
   部材の取り付け孔を介してそれらと一体に結合された請
   求項２に記載の自転車。
6. 【請求項６】 主フレーム内部の中空部に繊維強化合成
   樹脂を含む隔壁を設けた請求項１に記載の自転車。
7. 【請求項７】 主フレーム内部の中空部または中空部内
   に設けた繊維強化合成樹脂を含む隔壁と主フレームの内
   壁との間に設けた空間に制御用のワイヤまたは電気配線
   を通した請求項１に記載の自転車。
8. 【請求項８】 主フレームの内部の中空部に設けた空間
   とハンドルバー内部の空間は前ホークステム内部の空間
   を介して外部から見えないように連結されており前記ハ
   ンドルバーに設けた制御レバーの動きをこのように連結
   された空間の少なくとも２以上にわたって連続しかつ外
   部に露出しない制御用のワイヤを介して被制御部分に伝
   達する自転車。
9. 【請求項９】 主フレームの内部の中空部に設けた空間
   はハンドルバー内部の空間と前ホークステム内部の空間
   を介して外部から見えないように連結されかつ第２の副
   フレームの凹所とも連結されており前記ハンドルバーに
   設けた制御レバーの動きをこのように連結された空間の
   少なくとも２以上にわたって連続しかつ外部に露出しな
   い制御用のワイヤを介して被制御部分に伝達する請求項
   ４に記載の自転車。
10. 【請求項１０】 前車輪の軸受けを保持する前ホークに
    ハンドルの操作を伝達する前ホークステムを回動自在に
    保持する部分とギヤクランクの軸を回転自在に保持する
    部分とサドルを保持する部分とを有し繊維強化合成樹脂
    を用いて中空に形成した主フレームと、前記主フレーム
    に結合され後車輪の軸の一端を保持する副フレームとを
    有する自転車において、 前記副フレームには後泥よけを設けるとともに、この泥
    よけには側面に後車輪の半径の約半分の幅の平面部を設
    けた自転車。
11. 【請求項１１】 主フレームは全体を第１の材質の繊維
    で強化した繊維強化合成樹脂を用いより強度を必要とす
    る部分のみに第２の材質の繊維で強化した繊維強化合成
    樹脂を積層した請求項１に記載の自転車。
12. 【請求項１２】 主フレームは全体を第１の材質の繊維
    で強化した繊維強化合成樹脂を用いより強度を必要とす
    る部分のみに第２の材質の繊維で強化した繊維強化合成
    樹脂を積層し、さらに強度を必要とする部分には第２の
    材質の繊維で強化した繊維強化合成樹脂の層に加えてさ
    らに第３の材質の繊維で強化した繊維強化合成樹脂を積
    層した請求項１に記載の自転車。
13. 【請求項１３】 より強度を必要とする部分は前車輪の
    軸受けを保持する前ホークにハンドルバーの操作を伝達
    する前ホークステムを回動自在に保持する部分との接続
    部分、ギヤクランクの軸を回転自在に保持する部分とそ
    の周辺、およびサドルを保持する部分である請求項１１
    に記載の自転車。
14. 【請求項１４】 さらに強度を必要とする部分はサドル
    を保持する部分である請求項１２に記載の自転車。
15. 【請求項１５】 主フレームと第１および第２の副フレ
    ームとの結合は緩衝材を介して行う請求項１に記載の自
    転車。
16. 【請求項１６】 前車輪の軸受けを保持する前ホークに
    ハンドルバーの操作を伝達する前ホークステムを回動自
    在に保持する部分とギヤクランクの軸を回転自在に保持
    する部分とサドルを保持する部分とを有する中空の主フ
    レームを繊維強化合成樹脂を用いて内圧成形法で中空に
    形成する工程と、 前記主フレームに後車輪の軸の一端を保持する第１の副
    フレームと同じく前記後車輪の軸の他端を保持する第２
    の副フレームとを結合する工程とを有する自転車の製造
    方法。
17. 【請求項１７】 請求項１６に記載の主フレームの形成
    工程において主フレーム内部の中空部に繊維強化合成樹
    脂を含む隔壁を設ける自転車の製造方法。
18. 【請求項１８】 請求項１６または１７に記載の工程に
    加えて、 主フレームに前ホークステムを介してハンドルバーを取
    り付け前記ハンドルバー内部の空間は前ホークステム内
    部の空間を介して主フレームの内部の中空部または中空
    部内に設けた繊維強化合成樹脂を含む隔壁と主フレーム
    の内壁との間に設けた空間に接続する工程と、 ハンドルバーに設けた制御レバーに取り付けた制御用の
    ワイヤを前記接続された空間の少なくとも２以上にわた
    って連続しかつ外部に露出しないように被制御部分に取
    り付ける工程とを有する自転車の製造方法。
19. 【請求項１９】 請求項１８に記載の工程に加えて、 主フレームの内部の中空部または中空部内に設けた繊維
    強化合成樹脂を含む隔壁と主フレームの内壁との間に設
    けた空間を第１の副フレームに設けた凹所に接続する工
    程と、 ハンドルバーに設けた制御レバーに取り付けた制御用の
    ワイヤを接続された空間の少なくとも２以上にわたって
    連続しかつ外部に露出しないように第１の副フレームに
    設けた凹所まで連結する工程とを有する自転車の製造方
    法。
20. 【請求項２０】 前車輪の軸受けを保持する前ホークに
    ハンドルバーの操作を伝達する前ホークステムを回動自
    在に保持する部分とギヤクランクの軸を回転自在に保持
    する部分とサドルを保持する部分とを有する中空の主フ
    レームを繊維強化合成樹脂を用いて内圧成形法で中空に
    形成する工程において主フレームは全体を第１の材質の
    繊維で強化した繊維強化合成樹脂を用いより強度を必要
    とする部分のみに第２の材質の繊維で強化した繊維強化
    合成樹脂を積層する請求項１６に記載の自転車の製造方
    法。
21. 【請求項２１】 前車輪の軸受けを保持する前ホークに
    ハンドルバーの操作を伝達する前ホークステムを回動自
    在に保持する部分とギヤクランクの軸を回転自在に保持
    する部分とサドルを保持する部分とを有する中空の主フ
    レームを繊維強化合成樹脂を用いて内圧成形法で中空に
    形成する工程において主フレームは全体を第１の材質の
    繊維で強化した繊維強化合成樹脂を用いより強度を必要
    とする部分のみに第２の材質の繊維で強化した繊維強化
    合成樹脂を積層し、さらに強度を必要とする部分には第
    ２の材質の繊維で強化した繊維強化合成樹脂の層に加え
    てさらに第３の材質の繊維で強化した繊維強化合成樹脂
    を積層する請求項１６に記載の自転車の製造方法。
22. 【請求項２２】 より強度を必要とする部分は前車輪の
    軸受けを保持する前ホークにハンドルバーの操作を伝達
    する前ホークステムを回動自在に保持する部分との接続
    部分、ギヤクランクの軸を回転自在に保持する部分とそ
    の周辺、およびサドルを保持する部分である請求項２０
    に記載の自転車の製造方法。
23. 【請求項２３】 さらに強度を必要とする部分はサドル
    を保持する部分である請求項２１に記載の自転車の製造
    方法。