JP2018034567A - 自転車のフレーム - Google Patents

Abstract

【課題】撓りによる推進力を得ることのできる自転車のフレームを提供する。
【課題を解決するための手段】前ホーク１０を保持する前フレーム体２２と、後つめ２４から前方に向かって延出した後フレーム体３２と、を備える自転車２のフレーム８において、弾性支持手段４８を前フレーム体２２に取り付ける。弾性支持手段４８は、乗員が自転車２の片側へ体重移動することにより、後フレーム体３２を当該片側に横振れ可能に支持するとともに、体重移動による力の一部を一旦蓄積する。当該蓄積された力は、後フレーム体３２を横振れから復帰させるときに、後輪６に伝達されて、車体を押し出す推進力となる。
【選択図】図１

Description

本発明は自転車のフレームに関する。

一般的に、自転車は、前輪および後輪を軸支するフレームを備える。フレームには、車輪の他に、操だ装置、サドル、及び駆動装置が取り付けられており、サドルに乗った乗員が操だ装置を操りながら駆動装置に踏力を加えることで、自転車が地上を走行する。

このように駆動操縦される自転車において、フレームを弾性的に変形させ、当該変形による反動を利用する技術が特許文献１に記載されている。この技術では、フレームのチェーンステーにリヤセンタ伸縮手段を設けている。リヤセンタ伸縮手段は、乗員によるペダル踏込み時のチェーンの引張力によって、クランク軸中心線から後車輪軸中心線までの距離（リヤセンタ）を弾性的に縮小させるバネや、形状などによって構成されている。このような技術によれば、ペダルの踏込み時に、踏力の一部がリヤセンタ伸縮手段に一旦蓄えられ、その後、蓄えられたペダル踏力の一部が後輪の駆動に利用されるので、後輪の駆動力が平均分散化されて乗員の負担が軽減される。

上記の文献以外にも、フレームを弾性的に変形させながら自転車を走行させる技術が知られている。例えば、自転車競技においては、フレームを左右に交互に振りながらペダルの踏込みを行うダンシング走行中にフレームを撓らせて、その反動を利用して自転車を推進させる競技者が存在している。このような走行技術は、ダンシング走行によって大きな後輪駆動力を得ると共に、フレームの撓りによる推進力を得られるので、自転車の走行速度を飛躍的に加速させることが可能となる。

特開2013-216252号公報

しかしながら、上記のようなフレームの撓りを利用した走行は、フレームの撓りに適したフォームや、フレームの剛性に勝る筋力を身につける必要があるため、趣味としてサイクリングを楽しむ一般的な乗員にとっては困難である。

本発明は、上記した課題に鑑み、撓りによる推進力を容易に得ることのできる自転車のフレームを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、前輪および後輪を有する自転車のフレームであって、前記前輪が軸支された前ホークを保持する前フレーム体と、前記後輪が軸支された軸支部から前方に向かって延出した後フレーム体と、前記前フレーム体に取り付けられて、前記自転車の基準中心面の片側への乗員の体重移動により前記後フレーム体を前記片側に横振れ可能に支持する弾性支持手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の自転車のフレームは、前記後フレーム体が、上方に向かって延出したバックホークと、前記バックホークよりも下方において延出し、先端にハンガラグが固定されたチェーンステーと、を有し、前記弾性支持手段が、前記バックホークを弾性支持するバックホーク支持手段と、前記ハンガラグを前傾軸まわりに回動可能に支持するハンガ支持手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ペダルの踏込み時など乗員の体重移動が自転車の片側に生じると、弾性支持手段によって後フレーム体が弾性的に横振れするとともに、体重移動によって生じた力の一部が弾性支持手段に一旦蓄えられる。その後、蓄えられた力の一部は、横振れした後フレーム体を復帰させる力として後フレーム体に作用し、軸支部を介して後輪に伝達される。そして、後輪に伝達された力の分力は、地面との摩擦によって、自転車を走行方向へと押し出す推進力として働くこととなる。このように、体重移動のみでフレームを撓らせることができ、推進力を容易に得ることができる。

第１実施形態に係る自転車の概略図 バックホーク支持手段の断面図 ハンガ支持手段の断面図 （ａ）一般的な走行状態のフレームの概略図、（ｂ）ダンシング走行中に左ペダルを踏み込んだ場合のフレームの概略図、（ｃ）ダンシング走行中に右ペダルを踏み込んだ場合のフレームの概略図 第２実施形態に係る自転車の概略図 第２実施形態に係る自転車におけるハンガ支持手段の断面図 図６とは異なる平面で切った場合のハンガ支持手段の断面図

［第１実施形態］
本発明に係る自転車のフレームの実施形態について、以下、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の記載において、自転車の直進方向を前方といい、その逆方向を後方という。また、自転車の構成を表す用語として、ＪＩＳＤ９１１１を適宜用いることとする。

図１に示すように、本実施形態に係る自転車２は、前輪４および後輪６が取り付けられたフレーム８を有している。フレーム８は、前輪４を軸支する前ホーク１０と、前ホーク１０を保持するフレーム体１２と、フレーム体１２の所定箇所に取り付けられるフレーム部品と、を備えている。

フレーム体１２は、ヘッドパイプ１４、上パイプ１６、下パイプ１８、及び立パイプ２０を有する前フレーム体２２と、後つめ２４、バックホーク２６、チェーンステー２８、及びハンガラグ３０を有する後フレーム体３２と、を備えている。これらフレーム体１２を構成している各部品には、代表的にクロムモリブデン鋼が用いられている。

ヘッドパイプ１４は、上下方向に延びるパイプであり、前ホーク１０のホークステム（不図示）が通されている。前ホーク１０のホークステムは、ヘッドパイプ１４に内蔵されたフレーム部品であるヘッド部品（不図示）によって、ヘッドパイプ１４の中心軸まわりに回動可能に支持されており、その上部には操だ装置３４が取り付けられている。ヘッドパイプ１４から後方に向かって上パイプ１６と下パイプ１８がそれぞれ延出している。上パイプ１６の後端部はシートラグ３６を介して立パイプ２０の上部に接続されている。立パイプ２０の上部には、フレーム部品の一つであるシート部品３８が内蔵されており、シート部品３８のシートポスト４０にはサドル４２が取り付けられている。このような態様で前フレーム体２２が構成されている。

後輪６の車輪軸４４を軸支する軸支部である後つめ２４は、車輪軸４４の左右両側に設けられている。各後つめ２４から前方に向かって、左右一対のバックホーク２６と、左右一対のチェーンステー２８が延出している。左右一対のチェーンステー２８の先端にはハンガラグ３０が固定されている。

上記の態様で構成されている後フレーム体３２は、前フレーム体２２の後部に取り付けられた弾性支持手段４８によって支持されている。弾性支持手段４８は、本実施形態では、バックホーク２６を支持するバックホーク支持手段５０と、ハンガラグ３０を支持するハンガ支持手段５２と、により構成されている。

バックホーク支持手段５０は、前フレーム体２２の上部に配されており、図２に示すように、水平シリンダー５４及びインナーラバー５６、並びに水平ロッド５８を備えている。

水平シリンダー５４は、自転車２の基準中心面Ａに直交した姿勢で、外周面６６が立パイプ２０にロウ付けされた筒状部６０と、筒状部６０の内周面６８において基準中心面Ａとの交差部分（中心部分）が内方に出っ張って形成された環状凸部６２と、を有する。環状凸部６２の左右には、一対のインナーラバー５６が収納されている。インナーラバー５６の各々は、水平シリンダー５４の環状凸部６２から開口端６４まで延在する円柱状のウレタンであって、水平シリンダー５４の内周面６８に密接する外周面７０と、基準中心面Ａに対向する内側面７２と、水平シリンダー５４の開口内に広がる外側面７４と、を有する。インナーラバー５６の各々には基準中心面Ａに直交する方向に穴７６が開設されており、一方のインナーラバー５６から他方のインナーラバー５６にかけて１本の水平ロッド５８が通されている。すなわち、水平シリンダー５４およびインナーラバー５６は、水平ロッド５８を弾性支持する弾性支持体である。

水平ロッド５８は、その両端部が一対のインナーラバー５６から突出された状態で配されており、その全長に渡って雄ねじが形成されている。水平ロッド５８の両端部には、各バックホーク２６の先端部が取り付けられている。すなわち、水平ロッド５８は、左右一対のバックホーク２６を連結する連結体である。

各バックホーク２６の先端部には、水平ロッド５８を挿通可能な穴７８が開設されている。この穴７８に通された水平ロッド５８の端部に螺合したナット８０が締め込まれることで、各バックホーク２６はインナーラバー５６に対して取り付けられている。なお、バックホーク２６の各々は、水平シリンダー５４との間に隙間を隔てて配されている。したがって、バックホーク２６は、インナーラバー５６に通された水平ロッド５８に取り付けられることで、弾性的に揺動可能となっている。すなわち、水平シリンダー５４及びインナーラバー５６、並びに水平ロッド５８は、バックホーク２６を揺動可能に弾性支持するバックホーク支持手段５０として機能する。

図１に戻り、ハンガ支持手段５２は前フレーム体２２の下部に配されており、図３に示すように、前傾シリンダー８２及びスラスト軸受８４、並びに前傾シャフト８６を有している。

前傾シリンダー８２は、前傾した姿勢で外周面８８が下パイプ１８と立パイプ２０にロウ付けされた筒状部９０と、筒状部９０の内周面９２の上下に形成された環状凸部９４と、を有する。このような前傾シリンダー８２には、上側の環状凸部９４の上方に一のスラスト軸受８４が収納され、下側の環状凸部９４の下方に他のスラスト軸受８４が収納されている。一のスラスト軸受８４と他のスラスト軸受８４にかけて一本の前傾シャフト８６が通されている。すなわち、前傾シリンダー８２及びスラスト軸受８４は、前傾シャフト８６を回転可能に支持する回転支持体として機能している。

前傾シャフト８６は、前傾シリンダー８２に収納されたスラスト軸受８４に支持されることによって、軸心（中心線Ｂ）が鉛直線に対して略２５度の角度で前傾している。前傾シャフト８６には全長に渡って雄ねじが形成されており、その上下に螺合されたナット９６は各スラスト軸受８４が各環状凸部９４に当接するまで締め込まれる。これにより、前傾シリンダー８２、スラスト軸受８４、及び前傾シャフト８６が互いに組み合わされている。前傾シャフト８６の下端部には、ハンガラグ３０が取り付けられている。このように、前傾シャフト８６は、前傾した姿勢でハンガラグ３０に取り付けられる前傾軸である。

ハンガラグ３０は、前傾シャフト８６に取り付けられることにより、前傾シャフト８６のまわりに回動可能となっている。すなわち、前傾シリンダー８２及びスラスト軸受８４、並びに前傾シャフト８６は、ハンガラグ３０を鉛直線に対して前傾した軸まわりに回動可能に支持するハンガ支持手段５２として機能している。

このようなハンガラグ３０はハンガ部品（不図示）を内蔵しており、ハンガ部品には後輪６（図１）を駆動させる駆動装置（不図示）が取り付けられている。駆動装置のペダル（不図示）に踏力が加えられることで自転車２が走行する。

走行中における自転車２のフレームの変形態様を図４に基づいて説明する。まず、乗員が上記サドル４２に座った正常な乗車姿勢で、自転車２を駆動操縦する一般的な走行状態においては、バックホーク支持手段５０が有するウレタン製のインナーラバー５６に弾性変形が生じない。このため、後フレーム体３２は横振れすることなく、図４（ａ）に示す姿勢で走行する。

ここで、走行速度を飛躍的に加速させるべく、乗員がダンシング走行をおこなうと、前フレーム体２２は、左側に、右側に、交互に振られ、これに同期して右ペダルおよび左ペダルが交互に踏み込まれる。踏み込まれたペダルには、乗員の体重が付加された踏力が加えられるので、後フレーム体３２は、インナーラバー５６を弾性変形させながら、前傾シャフト８６の中心線Ｂのまわりに回動し、踏み込まれたペダル側へと横振れすることとなる。なお、図４（ｂ）は、前フレーム体２２を右側に振りつつ左ペダルを踏み込んだ状態を示している。また、図４（ｃ）は、前フレーム体２２を左側にふりつつ右ペダルを踏み込んだ状態を示している。このとき、インナーラバー５６には、弾性変形する過程で、体重が付加された踏力の一部が一旦蓄えられることとなる。

その後、インナーラバー５６に蓄えられた力は、横振れした後フレーム体３２を自転車２の基準中心面Ａに復帰させる力として後フレーム体３２に作用し、後つめ２４を介して後輪６に伝達される。そして、後輪６に伝達された力Ｆの分力Ｆｘは、地面との摩擦によって、自転車２を走行方向へと押し出す推進力として働くこととなる。このように、本実施形態によれば、ダンシング走行中の体重移動により容易にフレーム８を撓らせて推進力を得ることができる。

本発明は上記の第１実施形態に限定されず、以下に説明する第２実施形態のであってもよい。なお、共通する構成の説明は省略するか、必要に応じて言及するに止める。

［第２実施形態］
図５に示すように、第２実施形態の自転車１０２は、下パイプ１８の後端が立パイプ２０の下端部にロウ付けにより接続されていること、及びこのような前フレーム体２２に取り付けられたハンガ支持手段１０４の構成が上記の第１実施形態とは異なっている。

本実施形態におけるハンガ支持手段１０４が、短軸直線Ｃを含み基準中心面Ａに交わる平面で切ったときの断面図である図６に示されている。ハンガ支持手段１０４は、水平シリンダー１０６ａ，１０６ｂ及びインナーラバー１０８ａ，１０８ｂ、並びに水平ロッド１１０ａ，１１０ｂ及びサイドラバー１１２Ｌ，１１２Ｒをそれぞれ２組有している。

各組の水平シリンダー１０６ａ，１０６ｂが筒状部９０と環状凸部９４を有し、その内部に一対のインナーラバー１０８ａ，１０８ｂを収納している点、及びインナーラバー１０８ａ，１０８ｂは円柱状のウレタンから成り、その穴１１４に水平ロッド１１０ａ，１１０ｂが通されている点において、バックホーク支持手段５０と共通している。

一方で、基準中心面Ａで切ったときの断面図である図７に示すように、水平シリンダー１０６ａ，１０６ｂの断面形状が楕円に形成されている点で、バックホーク支持手段５０とは異なっている。そして、当該楕円の短軸同士を結ぶ直線（以下、「短軸直線Ｃ」という。）が鉛直線に対して略２５度の角度で前傾するように、第１水平シリンダー１０６ａが下パイプ１８に固定され、第２水平シリンダー１０６ｂが立パイプ２０に固定されている。また、一対のインナーラバー１０８ａ，１０８ｂがその断面形状が楕円になるように圧縮されて収納されている点で、上記のバックホーク支持手段５０とは異なっている。このように圧縮され収納されたインナーラバー１０８ａ，１０８ｂは、短軸方向（圧縮方向）が弾性変形し難く、長軸方向に弾性変形し易くなっており、このようなインナーラバー１０８ａ，１０８ｂに収納された各水平ロッド１１０ａ，１１０ｂは、短軸方向のまわりに弾性的に回動可能となっている。すなわち、水平シリンダー１０６ａ，１０６ｂおよびインナーラバー１０８ａ，１０８ｂは、水平ロッド１１０ａ，１１０ｂを短軸直線Ｃのまわりに回動可能に弾性支持する弾性支持体として機能している。

図６に戻り、各水平シリンダー１０６ａ，１０６ｂの両側には一対のアーム１１６が配されている。一対のアーム１１６は、ハンガラグ３０の左右両端部から左右対称に延出したものであって、第１取付部１１８および第２取付部１２０、並びに第１連結部１２２および第２連結部１２４を有している。第１取付部１１８および第２取付部１２０は、それぞれ、第１水平シリンダー１０６ａおよび第２水平シリンダー１０６ｂの両側に配されており、底板部１２６および筒状部１２８を有している。底板部１２６には、水平ロッド１１０ａ，１１０ｂが通される穴１３０が開設されており、当該穴１３０がインナーラバー１０８ａ，１０８ｂの穴１１４と連通するように配される。底板部１２６の縁からインナーラバー１０８ａ，１０８ｂとは逆向きに筒状部１２８が延出している。筒状部１２８の各々には、円柱状のウレタンから成るサイドラバー１１２Ｌ，１１２Ｒが収納されており、サイドラバー１１２Ｌ，１１２Ｒには、底板部１２６の穴１３０と連通する穴１３２が開設されている。一方のサイドラバー１１２ａから他方のサイドラバー１１２ｂにかけて、一本の水平ロッド１１０ａ，１１０ｂが通されている。水平ロッド１１０ａ，１１０ｂは、両端部がサイドラバー１１２Ｌ，１１２Ｒの穴１３２から突出した状態で配されており、その両端部に螺合されたナット１３４が締め込まれる。このような第１取付部１１８と第２取付部１２０が第１連結部１２２により連結されており、第２取付部１２０とハンガラグ３０が第２連結部１２４により連結されている。

図４（ｂ），図４（ｃ）に示すように、このような自転車１０２に乗った乗員がダンシング走行をおこなうと、後フレーム体３２は、バックホーク支持手段５０（図５）のインナーラバー（図２）およびハンガ支持手段１０４（図５）のインナーラバー１０８ａ，１０８ｂ（図７）を弾性変形させながら、短軸直線Ｃ（図５）まわりに回動し、踏み込まれたペダル側へと横振れすることとなる。インナーラバー５６（図２），１０８（図７）には、弾性変形する過程で、体重が付加された踏力の一部が一旦蓄えられることとなる。

その後、インナーラバー５６（図２），１０８（図７）に蓄えられた力は、横振れした後フレーム体３２を自転車１０２の基準中心面Ａに復帰させる力として後フレーム体３２に作用し、後つめ２４を介して後輪６に伝達される。そして、後輪６に伝達された力Ｆの分力Ｆｘは、地面との摩擦によって、自転車１０２を走行方向へと押し出す推進力として働くこととなる。このように、本実施形態によれば、ダンシング走行中の体重移動により容易にフレーム８を撓らせて推進力を得ることができる。

本発明は上記した実施形態を適宜変更したものであってもよい。以下に、変形例を記載する。

フレーム８を構成する各パイプは図示したものに限定されない。例えば、ヘッドパイプ１４は、前ホーク１０のホークステム（不図示）を回動可能に保持する前ホーク保持体であればよく、その形状はパイプ状やリング状など種々の形状を採用することができる。その材質も特に限定されない。

また、上パイプ１６および下パイプ１８は、ヘッドパイプ１４（前ホーク保持体）から立パイプ２０にかけて延出する延出部であればよく、１本または３本以上のパイプにより構成されてもよい。また、パイプ状でなく棒状であってもよい。

バックホーク支持部５０を上パイプ１６に設けてもよい。例えば、上パイプ１６において、軸心Ｂおよび短軸直線Ｃの延長線との交差箇所にバックホーク支持部５０を設けてもよい。また、バックホーク支持部５０をヘッドパイプ１４に設けてもよい。このように、バックホーク２６は、バックホーク支持部５０を介して前フレーム体２２のいずれかに接続されればよい。

さらに、第２実施形態においては、バックホーク２６を有しない後フレーム体３２であってもよい。

軸心Ｂおよび短軸直線Ｃの鉛直線に対する角度は、略２５度に限られず、適宜定められる。

ハンガラグ３０はハンガ支持手段５２を介して前フレーム体２２に取り付けられているが、前フレーム体２２にハンガラグを取り付け、当該ハンガラグとチェーンステー２８の間にハンガ支持手段を介在させてもよい。

本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変形を加えた態様で実施し得るものであり、これらの態様はいずれも本発明の範囲に属するものである。

２ … 自転車
４ … 前輪
６ … 後輪
８ … フレーム
２２ … 前フレーム体
２６ … バックホーク
２８ … チェーンステー
３０ … ハンガラグ
３２ … 後フレーム体
４８ … 弾性支持手段
５０ … バックホーク支持手段
５２ … ハンガ支持手段

Claims (2)

1. 前輪および後輪を有する自転車のフレームであって、
   前記前輪が軸支された前ホークを保持する前フレーム体と、
   前記後輪が軸支された軸支部から前方に向かって延出した後フレーム体と、
   前記前フレーム体に取り付けられて、前記自転車の片側への乗員の体重移動により前記後フレーム体を前記片側に横振れ可能に支持する弾性支持手段と、
   を備える自転車のフレーム。
2. 前記後フレーム体は、
   上方に向かって延出したバックホークと、
   前記バックホークよりも下方において延出し、先端にハンガラグが固定されたチェーンステーと、を有し
   前記弾性支持手段は、
   前記バックホークを弾性支持するバックホーク支持手段と、
   前記ハンガラグを前傾軸まわりに回動可能に支持するハンガ支持手段と、
   を有する請求項１に記載の自転車のフレーム。

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