(57)【要約】【課題】管座に複数の金属パイプを確実に溶接固定することを可能にして、溶接工程を簡単に行えて加工性も良く、高強度で、外観的にも優れたフレームを構成できる自転車フレーム構造を提供する。【解決手段】管座２０は、チタン基合金により前記管座とともに一体成形された複数の支管２１を設け、これら複数の支管２１に、相互に対応するチタン基合金により形成された金属パイプ３０を接合するとともに、接合した複数の支管２１と金属パイプ３０とをアーク溶接により溶接して、金属パイプ３０を管座２０上に固定することにより、自転車のフレームを構成した。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属パイプを管部材である管座の表面に溶接することによりフレームを構成した自転車のフレーム構造において、
前記管座は、チタン基合金により前記管座とともに一体成形された複数の支管を設け、
前記複数の支管に、相互に対応するチタン基合金により形成された金属パイプを接合するとともに、接合した前記複数の支管と前記金属パイプとをアーク溶接により溶接して、前記金属パイプを前記管座上に固定することにより、前記フレームを構成したことを特徴とする自転車のフレーム構造。
【請求項２】
前記複数の支管の末端には、前記支管と前記金属パイプとのアーク溶接を行うことによって、溶接された部分を平らな表面に保つための充填材料凸壁が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の自転車フレーム構造。
【請求項３】
前記管座は、自転車のサドル支柱クランプ、ボトムブラケットシェル、ヘッドチューブ、ドロップエンドまたはクランク管座、フォーククラウンを構成し、
前記金属パイプは、自転車のシートチューブ、トップチューブ、シートステイ、ダウンチューブ、チェーンステイまたはクランク、フォークブレードを構成したものであって、
前記各管座と前記金属パイプとを溶接することによって、フレームを構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自転車フレーム構造。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、自転車フレーム構造に関し、特に、管座に金属パイプを溶接することによりフレームを構成する自転車フレーム構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車は、交通機関として用いられる以外に、最近では、レジャー、スポーツなどの用途に用いられている。また、自転車は、自転車メーカーの開発能力の向上に伴い、様々な機能を備える自転車が次々と販売されているが、自転車の高強度、軽量化などの要求がある。また、自転車を構成する部品に、高強度、軽量化に優れた材質が用いられると、さらに高い品質が要求される。
【０００３】
一般に、自転車のフレームは、体重を支える以外に、各部品を相対的な位置に配置することにより、各機構が好適な効果を得ることができる。このようなフレームは、自転車全体に影響を与える重要な要素であり、フレームの好適な構造および強度設計は、使用時における衝動を効果的に分散し、走行中の安定性を向上させることができる。
【０００４】
ここで、従来の自転車フレーム構造について図７及び図８を用いて説明する。図７は、従来の自転車フレーム構造に用いられるフレームの構成を示す斜視図である。図８は、図７のフレームのボトムブラケットシェルの溶接部分を示す斜視図である。
【０００５】
図７および図８に示すように、従来の自転車フレーム構造は、金属パイプであるシートチューブ１１、トップチューブ１２、シートステイ１３と、管部材であるボトムブラケットシェル１４と、金属パイプであるダウンチューブ１５、チェーンステイ１６、及びヘッドチューブ１７とを用いてフレーム１０を構成している。
【０００６】
このようなフレーム１０の製造方法を説明すると、作業者は、シートチューブ１１の上端の両側にトップチューブ１２およびシートステイ１３を溶接し、そして、シートチューブ１１の底端にボトムブラケットシェル１４を溶接する。
【０００７】
次に、作業者は、ボトムブラケットシェル１４の両側にダウンチューブ１５およびチェーンステイ１６を溶接し、そして、トップチューブ１２の先端とダウンチューブ１５の先端とにヘッドチューブ１７を溶接する。これにより、菱形を呈するフレーム１０が形成される。
【０００８】
このように、従来の自転車フレーム構造では、前記フレーム１０の成形は、各パイプ間を溶接により接合することによってフレーム１０を成形している。しかしながら、このような成形方法には、以下の三つ欠点があった。
【０００９】
第1に、従来の成形方法は、加工性に問題があった。つまり、シートチューブ１１、トップチューブ１２、シートステイ１３、ボトムブラケットシェル１４、ダウンチューブ１５、チェーンステイ１６、ヘッドチューブ１７間の溶接には、一定の角度が必要である。そのため、溶接を行う際には、錯角による溶接不良が起こるのを防ぐため、溶接角度を計算する必要があり、溶接加工工程において、煩雑な作業が必要になるなど様々な問題が生じていた。
【００１０】
第２に、従来の成形方法は、構造性に問題があった。つまり、溶接過程において、二本のパイプがすみ肉溶接されるが、特に、ボトムブラケットシェル１４と、シートチューブ１１、ダウンチューブ１５およびチェーンステイ１６との間の溶接が溶接線を重複させやすく、溶接応力が集中して、強度不足のため、破断が起きるという問題があった。また、従来の成形方法は、同一位置に高温で溶接を行うため、材料が変形しやすく、変形した部分を補修するための工程を増やさなければならなかった。
【００１１】
第３に、従来の成形方法は、外観が好ましくないといった問題があった。つまり、上記した各パイプが溶接されると、溶接線ができてしまう。そのため、この溶接線は、特殊曲面または小さい夾角を形成するので、つや出しを十分に行うことができず、フレーム１０完成後も溶接線が残ってしまい、好ましい外観ではない。
【００１２】
フレーム１０の材料の品質を考慮すると、最近では、品質がさらに高いフレーム１０を製造するため、チタンまたはチタン合金をパイプの材料として用いられるようになった。このチタンまたはチタン合金製パイプは、軽量、高強度で、優れた機械性を有する。ところが、チタンまたはチタン合金は、溶接において、材料の記憶特性、不活性ガスによる被覆などの条件があるため、従来の自転車フレーム構造に用いたとしても、溶接工程が困難となってしまう。
【００１３】
従来の自転車フレーム構造としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載された自転車フレーム構造がある。  
特許文献１には、ハンドルポストとサドルポストに間に、Ｘ字形に剛体結合したフレーム体を介在させた自転車フレーム構造に関する技術が開示されている。
【００１４】
また、特許文献２には、シートチューブ、チェーンステイ、ラグおよびシートステイからなる三角フレームを構成するフレームであり、シートチューブ、チェーンステイおよびシートステイが溶接により一体的に構成された自転車フレーム構造に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−１９１８８０号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１２９９７９号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１６】
上述したように、従来の自転車フレーム構造では、フレーム１０を製造する場合に、各パイプ間を溶接により接合してフレーム１０を成形しているため、溶接加工工程が煩雑になってしまうなど加工性に問題があり、また、構造的に満足する強度が得られず、外観も好ましくないといった問題点があった。
【００１７】
また、特許文献１及び特許文献２の従来技術では、フレーム構造の改良により高強度が得られてはいるものの、上記従来技術と同様に金属パイプを溶接等によって接合しているため、上記問題を解決するには至っていない。
【００１８】
そこで、本考案はこのような問題点に鑑みてなされたもので、管座に複数の金属パイプを確実に溶接固定することを可能にして、溶接工程を簡単に行えて加工性も良く、高強度で、外観的にも優れたフレームを構成できる自転車フレーム構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の目的を達成するため、本考案の自転車フレーム構造は、複数の金属パイプを管部材である管座の表面に溶接することによりフレームを構成した自転車のフレーム構造において、前記管座は、チタン基合金により前記管座とともに一体成形された複数の支管を設け、前記管座及び前記複数の支管に、相互に対応するチタン基合金により形成された金属パイプを接合するとともに、接合した前記複数の支管と前記金属パイプとをアーク溶接により溶接して、前記金属パイプを前記管座上に固定することにより、前記フレームを構成したことを特徴とする。
【考案の効果】
【００２０】
本考案の自転車フレーム構造によれば、管座に複数の金属パイプを確実に溶接固定することを可能にして、溶接工程を簡単に行えて加工性も良く、高強度で、外観的にも優れたフレームを構成できる自転車フレーム構造を提供することができるといった利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本考案の自転車フレーム構造の一実施例に係り、フレームを構成するボトムブラケットシェルおよび各金属パイプの分解斜視図。
【図２】本実施例のフレームの構成を示す分解構成図。
【図３】図２のボトムブラケットシェルとダウンチューブとの溶接状態を示す平面図。
【図４】溶接後の本実施例のフレームの構成を示す平面図。
【図５】本実施例の管座の第１変形例を示し、クランク管座の構成を示す分解斜視図。
【図６】本実施例の管座の第２変形例を示し、フォーククラウンの構成を示す分解斜視図。
【図７】従来の自転車フレーム構造に用いられるフレームの構成を示す斜視図。
【図８】図７のフレームのボトムブラケットシェルの溶接部分を示す斜視図。
【考案を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本考案の実施例について説明する。
【００２３】
［実施例］
図１から図４は、本考案の自転車フレーム構造の一実施例を示し、図１は、フレームを構成するボトムブラケットシェルおよび各金属パイプの分解斜視図、図２は、本実施例のフレームの構成を示す分解構成図、図３は、図２のボトムブラケットシェルとダウンチューブとの溶接状態を示す平面図、図４は、溶接後の本実施例のフレームの構成を示す平面図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施例の自転車のフレーム構造は、管部材でありボトムブラケットシェルを構成する管座２０と、この管座２０に溶接により固定される複数の金属パイプ３０とを用いてフレームを構成している。
【００２５】
管座２０は、チタン基合金によりこの管座２０とともに一体成形された複数の支管２１を設けて構成される。この管座２０は、図示しないサドルの回動軸を挿通する連通孔を有し、この連通孔近傍に前記複数の支管２１が設けられている。
【００２６】
尚、管座２０と複数の支管２１とは、チタン基合金を鋳造、鍛造またはその他の加工方法により一体成形される。勿論、このような加工方法に限定されるものではなく、他の方法で構成しても良い。
【００２７】
また、複数の支管２１は、それぞれ接合する金属パイプの配置状態に応じて予め設定された角度で、管座２０に設けられている。この予め設定された角度は、金属パイプ３０の配置状態に応じて、適宜変更して構成することも可能である。
【００２８】
これら複数の支管２１の末端には、充填材料凸壁２２がそれぞれ設けられている。これら複数の支管２１には、相互に対応するチタン基合金で形成された金属パイプ３０が嵌合される。そして、この嵌合して接合した状態において、アーク溶接により支管２１と金属パイプ３０とをアーク溶接を行うことによって、金属パイプ３０が管座２０上に確実に固定される。
【００２９】
支管２１に設けられた充填材料凸壁２２は、支管２１と金属パイプ３０とのアーク溶接を行うことによって、溶接された部分を平らな表面に保つための機能を有している。
【００３０】
つまり、支管２１と金属パイプ３０とをアーク溶接すると、熱歪みで凹みが発生し、充填材料凸壁２２によりこの凹みに対する修復が行われるため、支管２１と金属パイプ３０とが溶接された部分は、平らな表面になる。これにより、フレームの主要部となる管座２０と金属パイプとの溶接部分は、外観が良好なものとなる。
【００３１】
このような構成の管座２０及び金属パイプ２０を用いて構成されるフレームを、図２に示す。  
図２に示すように、本実施例の自転車フレーム構造において、前記管座２０は、それぞれ目的とする部分に合わせた形状で、構造が異なる複数種類のものが成形される。
【００３２】
例えば、管座２０は、自転車のサドル支柱クランプ２０Ａ、ボトムブラケットシェル２０Ｂ、ヘッドチューブ２０Ｃ、ドロップエンド２０Ｄまたはクランク管座２０Ｅ、フォーククラウン２０Ｆとして構成される。
【００３３】
また、前記各種管座２０に接合される金属パイプ３０は、自転車のシートチューブ３０Ａ、トップチューブ３０Ｂ、シートステイ３０Ｃ、ダウンチューブ３０Ｄ、チェーンステイ３０Ｅまたはクランク３０Ｆ、フォークブレード３０Ｇにとして構成される。
【００３４】
そして、本実施例では、前記各管座２０Ａ〜２０Ｆと前記金属パイプ３０Ａ〜３０Ｇとをアーク溶接することによって、フレームが構成される。
【００３５】
ここで、具体的なフレームの製造方法を説明すると、作業者は、シートチューブ３０Ａを、サドル支柱クランプ２０Ａの支管２１と、図１の管座２０に相当するボトムブラケットシェル２０Ｂの支管２１とに嵌合し、そして、嵌合した接合部分（各充填材料凸壁２２）をアーク溶接することにより、シートチューブ３０Ａを、サドル支柱クランプ２０Ａとボトムブラケットシェル２０Ｂとに固定する。
【００３６】
次に、作業者は、トップチューブ３０Ｂを、サドル支柱クランプ２０Ａの支管２１とヘッドチューブ２０Ｃの支管２１とに嵌合し、嵌合した接合部分（各充填材料凸壁２２）をアーク溶接することにより、トップチューブ３０Ｂを、サドル支柱クランプ２０Ａとヘッドチューブ２０Ｃとに固定する。
【００３７】
そして、作業者は、シートステイ３０Ｃを、サドル支柱クランプ２０Ａの支管２１とドロップエンド２０Ｄの支管２１とに嵌合し、嵌合した接合部分（各充填材料凸壁２２）をアーク溶接することにより、シートステイ３０Ｃを、サドル支柱クランプ２０Ａとドロップエンド２０Ｄとに固定する。
【００３８】
その後、作業者は、図３に示すように、ダウンチューブ３０Ｄを、ボトムブラケットシェル２０Ｂの支管２１とヘッドチューブ２０Ｃの支管２１とに嵌合し、嵌合した接合部分（各充填材料凸壁２２）をアーク溶接することにより、ダウンチューブ３０Ｄを、ボトムブラケットシェル２０Ｂとヘッドチューブ２０Ｃとに固定する。
【００３９】
そして、作業者は、チェーンステイ３０Ｅを、ボトムブラケットシェル２０Ｂの支管２１とドロップエンド２０Ｄの支管２１とに嵌合し、嵌合した接合部分（各充填材料凸壁２２）をアーク溶接することにより、チェーンステイ３０Ｅを、ボトムブラケットシェル２０Ｂの支管２１とドロップエンド２０Ｄとに固定する。尚、上述した溶接工程の順序に限定される物ではなく、必要に応じて順序を変更しても良い。
【００４０】
これにより、図４に示すような、高強度で、外観的にも優れたフレームを構成できる。
【００４１】
尚、本実施例では、さらに管座２０を図５の第１変形例に示すように、２つのクランク管座２０Ｅとして構成しても良い。この場合、この２つのクランク管座２０Ｅには、クランク３０Ｆが嵌合され、そして、嵌合した接合部分（各充填材料凸壁２２）をそれぞれアーク溶接することにより、クランク３０Ｆが、２つのクランク管座２０Ｅに固定される。
【００４２】
さらに、管座２０を図６の第２変形例に示すように、フォーククラウン２０Ｆとして構成しても良い。この場合、フォーククラウン２０Ｆには、自転車のフロント部位を構成するフォークブレード３０Ｇが嵌合され、そして、嵌合した接合部分（各充填材料凸壁２２）をそれぞれアーク溶接することにより、フォークブレード３０Ｇが、フォーククラウン２０Ｆに固定される。
【００４３】
このように、本実施例の自転車フレーム構造では、管座２０の支管２１に、相互に対応する金属パイプ３０を嵌合して接合し、そしてアーク溶接により溶接することにより、金属パイプ３０は、管座２０上に確実に固定される。
【００４４】
また、アーク溶接した際、支管２１の末端には充填材料凸壁２２が設けられているので、支管２１と金属パイプ３０とをアーク溶接することにより、熱歪みで凹みが発生し、充填材料凸壁２２により修復が行われ、支管２１と金属パイプ３０とを溶接した部分が、平らな表面となる。
【００４５】
従って、本実施例の自転車フレーム構造によれば、後述する３つの効果が得られる。  
すなわち、第1に、本実施例の自転車フレーム構造は、加工が簡単である。つまり、本実施例の自転車フレーム構造は、管座および支管が一体成形された金属部材で、支管と金属パイプとが溶接される際、アーク溶接によるため、加工が簡単であるだけでなく、支管の角度が予め設定されて形成されるため、溶接時に、対応する角度を計算する必要がない。そのため、従来と異なり、簡単に加工することができる。
【００４６】
第２に、本実施例の自転車フレーム構造は、構造強度が良好である。すなわち、アーク溶接中、二つのパイプが溶接されると、熱歪みで凹みが発生し、支管の末端に設けられた充填材料凸壁により修復が行われ、溶接された部分が平らな表面になる。そのため、また、管座および支管は、一体成形された金属部材であるため、溶接されたものと異なり、高い強度特性を有する。
【００４７】
第３に、本実施例の自転車フレーム構造は、外観が良好である。フレームにできた溶接線は、管座の支管と金属パイプとの境目で、つや出しするのが簡単である。また、自動研磨機を使用することもできる。そのため、フレームの溶接線がなくなり、外観が良好で商品価値を高めることができる。
【００４８】
尚、本実施例の自転車フレーム構造において、管座２０および金属パイプ３０は、チタンまたはチタン合金から形成され、不活性ガスに被覆されてアーク溶接が行われるため、従来と異なり高品質の溶接が実現し、また、フレームの高強度、耐久性、及び軽量化が可能となる。
【００４９】
以上説明したように、本実施例によれば、管座に複数の金属パイプを確実に溶接固定することを可能にして、溶接工程を簡単に行えて加工性も良く、高強度で、外観的にも優れたフレームを構成できる自転車フレーム構造の実現が可能となる。
【００５０】
本考案は、以上述べた実施例及び変形例に限定されるものではなく、考案の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００５１】
２０…管座、
２０Ａ…サドル支柱クランプ、
２０Ｂ…ボトムブラケットシェル、
２０Ｃ…ヘッドチューブ、
２０Ｄ…ドロップエンド、
２０Ｅ…クランク管座、
２０Ｆ…フォーククラウン、
２１…支管、
２２…充填材料凸壁、
３０…金属パイプ、
３０Ａ…シートチューブ、
３０Ｂ…トップチューブ、
３０Ｃ…シートステイ、
３０Ｄ…ダウンチューブ、
３０Ｅ…チェーンステイ、
３０Ｆ…クランク、
３０Ｇ…フォークブレード、
４０…フレーム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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