JP4129297B2 - 自転車用後部懸架装置 - Google Patents

Description

本発明は特にオフロードで使用する自転車用後部懸架装置に関する。
この種の自転車の車輪は、自転車の乗り手に伝達される力と振動強度とを低減するために、一般に緩衝手段を介して自転車のフレームに連結されており、これによって自転車の乗り手の乗り心地が改善され、自転車の制御性がよくなる。
公報US-3,931,990号には、ばねと緩衝器とに連結された後輪の懸架装置を有する自転車が記載されている。しかしながら、そのような懸架装置を使用すると、自転車の乗り手がペダルを漕ぐ毎に供給するエネルギの一部のみしか自転車の前進に利用されず、残りの部分は質量の移動によって生じる後部懸架装置の圧縮に費やされる。
本発明は、特に、一端が自転車のフレームのクランク軸ケースが設けられている箇所に回動可能に取り付けられ、他端がチエーンによって回転駆動される後輪を支持するバックホークに回動可能に取り付けられたチェーンステーを含んでなり、上記バックホークの上端は、他端がフレームに回動可能に取り付けられたアームの一端に回動可能に取り付けられた、自転車用後部懸架装置に関する。
このようにして、バックホーク、チェーンステー及びアームのピン節点を以上記載したように位置させることにより、ペダル漕ぎの際に質量の移動によって生じる後部懸架装置の圧縮をなくすことが可能となるのみならず、過剰に補償することが可能となり、このことは他の利点の中でも、懸架装置に緩衝のあらゆる潜在的能力を保持させることを可能にする。
このため、本発明による自転車用後部懸架装置は、上記チェーンステーと上記バックホークと上記アームと上記フレームとによって定義され、上記チェーンステーの一端を上記フレームへ連結するピン節点と、上記チェーンステーの他端と上記バックホークの下端とを連結するピン節点と、上記バックホークの上端と上記アームの一端とを連結するピン節点と、上記アームの他端を上記フレームへ連結するピン節点とからなる４ピン節点を有する、ピン結合構造の各上記ピン節点が、上記後輪のハブの回転軸と、上記懸架装置が外力に抗して動くときの上記ハブの軌跡の曲率中心とを通る直線が、上記自転車の縦方向の中心面に平行で水平な直線となす角度が、１０°と２０°の間であるように構成されていることを特徴とする。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記後輪のハブの回転軸と、上記懸架装置が外力に抗して動くときの上記ハブの軌跡の上記曲率中心とを通る上記直線が、上記自転車の縦方向の中心面に平行で水平な直線となす上記角度は、実質上１４°に等しくする。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記後輪のハブの軌跡の上記曲率中心は、上記後輪の駆動チェーンの上部を含む水平面の近傍にある。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記アームは、衝撃吸収装置を制御するレバーと一体に形成されている。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記アームと上記レバーとは、互いに鈍角をなすように結合されている。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記衝撃吸収装置は、縦パイプと、上記レバーのピン節点と反対側の先端との間に設ける。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記チェーンステーの一端を上記フレームへ連結するピン節点は、クランク軸ケースの軸の上方にある。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記チェーンステーの一端を上記フレームへ連結するピン節点は、クランク軸ケースの軸の前方にある。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記チェーンステーの一端を上記フレームへ連結するピン節点は、前輪の回転軸と後輪の回転軸とを通る水平な直線の上に設けられている。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記チェーンステーの他端と上記バックホークの下端とを連結するピン節点は、クランク軸ケースの軸を通る水平な直線の下方にある。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記バックホークの上端と上記アームの一端とを連結するピン節点は、上記チェーンステーの他端と上記バックホークの下端とを連結するピン節点の前方の上方に設けられている。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記アームの他端を上記フレームへ連結するピン節点は、上記チェーンステーの一端を上記フレームへ連結するピン節点の後方にある。
本発明の目的、構成および特徴は、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態の以下の記載を読むことにより、一層良く理解されるであろうが、これは例示のためのものであって、これに限定するものではない。添付図面は以下の通りである。
図１は、本発明に係る後部懸架装置を有する自転車の側面図である。
図２は、図１に示す自転車の部分拡大詳細図である。
本発明の望ましい１実施の形態を、添付図面を参照して説明する。図において、引用符号１（１ａ〜１ｃ）は自転車のフレームを表し、引用符号３は自転車の後輪を表す。
フレーム１は、縦パイプ１ｂと水平な上パイプ１ａと下パイプ１ｃとを含んでおり、それらの３つの部材は、公知の方法で互いに固定され、３角形構造を形成している。
シートピラー１ｄがその中を滑動する縦パイプ１ｂと下パイプ１ｃとは、クランク軸ケース１０ａを介して結合されている。上パイプ１ａと下パイプ１ｃとは、前輪２ｂを保持するフロントホーク２ａを支持するヘッドパイプを介して結合されている。縦パイプ１ｂと上パイプ１ａとは、シートピラーの継手を介して結合されている。
後輪３は、縦パイプ１ｂと共に五辺形を構成し、チェーンステー４の一端をフレーム１へ連結するピン節点４１と、チェーンステー４の他端とバックホーク５の下端とを連結するピン節点５４と、バックホーク５の上端とアーム６の一端とを連結するピン節点５６と、アーム６の他端をフレーム１へ連結するピン節点６７とからなる４ピン節点を有する、ピン結合構造によってフレーム１に結合されており、４ピン節点を有するピン結合構造は、自転車の縦方向の鉛直中央面に略平行な面内に含まれ、ピン節点４１、５４、５６、６７と、チェーンステー４とバックホーク５とアーム６と縦パイプ１ｂとからなる各辺とを含んでいる。
４ピン節点を有するピン結合構造の可動部分には、チェーンステー４とバックホーク５とアーム６とが含まれる。
バックホーク５の一端（上端）は、アーム６の一端に回動可能に結合され、バックホーク５の他端（下端）の近傍は、後輪軸支持体に１つの部材を介して結合されている。
チェーンステー４の前端（一端）は、フレームのクランク軸ケース１０ａが設けられている箇所に、チェーンステー４の後端（他端）はバックホーク５に、それぞれ回動可能に連結されている。
バックホーク５は、２つの分枝を有しており、該２つの分枝は、それぞれ後輪軸支持体９と一体に固定されており、後輪軸支持体９への固定箇所から上下方向に、互いに９０°以上の角度を挟んで伸びている。２つの分枝の剛性を高めるために、バックホーク５の２つの分枝は横材によって連結されている。
上記４ピン節点を有するピン結合構造を構成する種々の部材の回動軸は、自転車に対して横方向に伸びている。
後輪軸支持体９は、後輪の軸を保持している。図には、後輪の軸に取り付けられた後輪歯車１１の一つのみが示されている。
クランク軸ケースは、クランク軸を保持している。図には、クランク軸に取り付けられた駆動歯車１０の一つのみが示されている。
後輪３はチェーン１２を介して駆動される。図には、チェーン１２のうちの、後輪歯車１１の周囲と、駆動歯車１０の周囲とを通る、後輪を駆動するために有効な上部分のみが示されている。
例えばエラストマの部材からなる衝撃吸収装置８の一端がレバー７に、他端がフレーム１に、それぞれ回動可能に取り付けられている。エラストマの剛性は、必要に応じて設定可能であるが、例えば調整用ノブをエラストマ支持棒に捩じ込むことによって予め力を加えておくことも可能である。望ましくは、エラストマの軸は、２つの保持用のカップの間に填め込む。
衝撃吸収装置は、従来のバネと緩衝器との組み合わせで構成してもよい。
望ましくは、衝撃吸収装置は、自転車が停止しており且つ乗り手がサドルに乗った状態にある時に、懸架装置が上部ストッパに当接しているように、予め強制しておく。
レバー７とアーム６は一体となって作動し、フレーム１上のピン節点６７を通る共通の軸の周りに回動可能に取り付けられている。
本発明の好ましい実施の形態の以下の記載においては、自転車の特定の点の鉛直方向の正確な位置決めは、自転車がその車輪を下にして水平な地面上で静止していると仮定して行う。自転車の特定の点の縦方向の位置決めには、自転車の通常の移動方向の軸に沿って考察する。
チェーンステー４の一端をフレーム１へ連結するピン節点４１は、前輪の回転軸と後輪の回転軸とを通る水平線の上またはクランク軸ケース１０ａの軸を通る水平線の上に設ける。また、チェーンステー４の一端をフレーム１へ連結するピン節点４１は、クランク軸ケース１０ａの軸の前方に設ける。
チェーンステー４の他端とバックホーク５の下端とを連結するピン節点５４は、クランク軸ケース１０ａの軸を通る水平線の下にある。
バックホーク５の上端とアーム６の一端とを連結するピン節点５６は、チェーンステー４の他端とバックホーク５の下端とを連結するピン節点５４の前にあってチェーンステー４の他端とバックホーク５の下端とを連結するピン節点５４の上方に設ける。
アーム６の他端をフレーム１へ連結するピン節点６７は、チェーンステー４の一端をフレーム１へ連結するピン節点４１の後方に設ける。
このような４ピン節点を有するピン結合構造は、ハブの軌跡の曲率中心（ＣＣ）（駆動チェーンの近傍に位置する）を定義し、このことは特に、懸架装置が外力に抗して動くとき、チェーン１２の有効な部分の長さの変化を制限するという利点を持っている。
後輪３のハブの軌跡の曲率中心（ＣＣ）と後輪３のハブの軸とを通る直線１３と水平面との角度は、１０°〜２０°であり、望ましくは、実質上１４°に等しくする。
自転車が複数の後輪歯車および複数の駆動歯車を備えているときには、後輪のハブの軌跡の曲率中心（ＣＣ）は、鉛直面内からの、自転車に対して横方向の、曲率中心の突出とチェーンのライン全体との間の距離を最小にするように選ぶ。
本発明による自転車用後部懸架装置は、４点でピン結合された構造を用いるのみであるので、工業化が簡単であり、また、この４ピン節点を有するピン結合構造形態は自転車に十分な横方向の剛性を付与することが可能である。
提案された後部懸架装置の幾何学的形状によって、ペダルを漕ぐときに後輪を下方に動かす鉛直合力が得られる。換言すれば、後部懸架装置は、ペダルを漕ぐとき、僅かに再度上昇する。
提案された後部懸架装置の幾何学的形状と衝撃吸収装置の上部ストッパでの調節とによって、ペダルを漕ぐ際に自転車の乗り手によって供給される機械的エネルギの最適の利用が可能となり、ペダルを漕ぐときに供給されるエネルギの略全部が自転車を前方への移動するために利用されるようになる。したがって、ペダル漕ぎの効率が著しく向上される。
このような懸架装置を備えた自転車は、フレームや車輪によって自転車の乗り手の快適性を確保する必要がなく、硬いフレームや車輪を使用しても快適性を犠牲にすることはないので、非常に硬いフレームおよび車輪を使用することが可能となる。

Claims (12)

1. 一端が自転車のフレームのクランク軸ケースが設けられている箇所に回動可能に取り付けられ、他端がチエーン（１２）によって回転駆動される後輪（３）を支持するバックホーク（５）に回動可能に取り付けられたチェーンステー（４）を含んでなり、上記バックホークの上端は、他端がフレーム（１）に回動可能に取り付けられたアーム（６）の一端に回動可能に取り付けられた、自転車用後部懸架装置において、上記チェーンステー（４）と上記バックホーク（５）と上記アーム（６）と上記フレーム（１）とによって定義され、上記チェーンステー（４）の一端を上記フレーム（１）へ連結するピン節点（４１）と、上記チェーンステー（４）の他端と上記バックホーク（５）の下端とを連結するピン節点（５４）と、上記バックホーク（５）の上端と上記アーム（６）の一端とを連結するピン節点（５６）と、上記アーム（６）の他端を上記フレーム（１）へ連結するピン節点（６７）とからなる４ピン節点を有する、ピン結合構造の各上記ピン節点（４１、５４、５６、６７）が、上記後輪のハブの回転軸と、上記懸架装置が外力に抗して動くときの上記ハブの軌跡の曲率中心（ＣＣ）とを通る直線が、上記自転車の縦方向の中心面に平行で水平な直線となす角度が、１０°と２０°の間であるように構成されていることを特徴とする自転車用後部懸架装置。
2. 上記後輪のハブの回転軸と、上記懸架装置が外力に抗して動くときの上記ハブの軌跡の上記曲率中心（ＣＣ）とを通る上記直線が、上記自転車の縦方向の中心面に平行で水平な直線となす上記角度は、実質上１４°に等しいことを特徴とする、請求項１に記載の自転車用後部懸架装置。
3. 上記後輪のハブの軌跡の上記曲率中心（ＣＣ）は、上記後輪の駆動チェーンの上部を含む水平面の近傍にあることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自転車用後部懸架装置。
4. 上記アーム（６）は、衝撃吸収装置を制御するレバー（７）と一体に形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の自転車用後部懸架装置。
5. 上記アーム（６）と上記レバー（７）とは、互いに鈍角をなすように結合されていることを特徴とする、請求項４に記載の自転車用後部懸架装置。
6. 上記衝撃吸収装置は、縦パイプ（１ｂ）と、上記レバー（７）のピン節点（６７）と反対側の先端との間に設けることを特徴とする、請求項４または請求項５記載の自転車用後部懸架装置。
7. 上記チェーンステー（４）の一端を上記フレーム（１）へ連結するピン節点（４１）は、クランク軸ケースの軸（１０ａ）の上方にあることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の自転車用後部懸架装置。
8. 上記チェーンステー（４）の一端を上記フレーム（１）へ連結するピン節点（４１）は、クランク軸ケースの軸の前方にあることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載の自転車用後部懸架装置。
9. 上記チェーンステー（４）の一端を上記フレーム（１）へ連結するピン節点（４１）は、前輪（２ｂ）の回転軸と後輪（３）の回転軸とを通る水平な直線の上に設けられていることを特徴とする、請求項７または請求項８記載の自転車用後部懸架装置。
10. 上記チェーンステー（４）の他端と上記バックホーク（５）の下端とを連結するピン節点（５４）は、クランク軸ケースの軸（１０ａ）を通る水平な直線の下方にあることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１つに記載の自転車用後部懸架装置。
11. 上記バックホーク（５）の上端と上記アーム（６）の一端とを連結するピン節点（５６）は、上記チェーンステー（４）の他端と上記バックホーク（５）の下端とを連結するピン節点（５４）の前方の上方に設けられていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の自転車用後部懸架装置。
12. 上記アーム（６）の他端を上記フレーム（１）へ連結するピン節点（６７）は、上記チェーンステー（４）の一端を上記フレーム（１）へ連結するピン節点（４１）の後方にあることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の自転車用後部懸架装置。

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