(57)【要約】【課題】支持部材で構成された空間構造を形成することにより、剛性及び強度を向上させて自転車の加速度を高めるとともに、高応力に耐えることができる自転車フレームを提供することにある。【解決手段】自転車フレームは、ハンドルバー及びフロントフォークを取り付ける頭管２０と、シートピラー及びサドルを取り付ける立管３０と、自転車のペダル支軸を取り付けるボトムブラケットシェル４０と、支持部５０とを備える。支持部５０は、第１の支持フレーム５１、第２の支持フレーム５２、三角形状支持フレーム５３、補助支持杆５４、吊下支持フレーム５５、吊下支持フレーム強化部材５６、第１の底部強化部材５８、第２の底部強化部材５９及び第３の底部強化部材６０を有する。第１の支持フレーム５１は、頭管２０の上端部に固着される前端部を有する。【選択図】図２Ａ
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルバー及びフロントフォークを取り付ける頭管と、シートピラー及びサドルを取り付ける立管と、自転車のペダル支軸を取り付けるボトムブラケットシェルと、支持部と、を備える自転車フレームであって、
前記支持部は、第１の支持フレーム、第２の支持フレーム、三角形状支持フレーム、補助支持杆、吊下支持フレーム、吊下支持フレーム強化部材、第１の底部強化部材、第２の底部強化部材及び第３の底部強化部材を有し、
前記第１の支持フレームは、前記頭管の上端部に固着される前端部を有し、
前記第２の支持フレームは、前記頭管の下端部に固着される前端部と、前記第１の支持フレームの後端部と接続され、後輪を取り付ける爪が形成された後端部と、を有し、
前記三角形状支持フレームは、第１の接点、第２の接点及び第３の接点を有し、前記第１の接点は、前記第１の支持フレーム上に設けられ、前記第２の接点は、前記第２の支持フレーム上に設けられ、前記第３の接点は、第１の支持杆及び第２の支持杆を介し、前記頭管の上端部及び下端部にそれぞれ接続され、
前記補助支持杆は、前記第３の接点と、前記第１の支持フレームの吊下支持支点とを接続させるように延伸され、
前記吊下支持フレームは、前記立管の上端部と、前記吊下支持支点とに接続され、
前記吊下支持フレーム強化部材は、前記立管の上端部及び下端部と、前記第１の接点とにそれぞれ接続され、
前記第１の底部強化部材は、前記ボトムブラケットシェルから前記第２の支持フレームの強化支持支点まで接続され、前記強化支持支点から前記第３の接点まで接続され、前記第３の接点から前記頭管の上端部まで接続され、前記強化支持支点は、前記第２の支持杆の中継点まで延伸され、前記中継点から前記頭管の上端部まで接続され、
前記第２の底部強化部材は、前記ボトムブラケットシェルと前記第２の接点とに接続され、
前記第３の底部強化部材は、前記ボトムブラケットシェルと前記第１の接点とに接続されていることを特徴とする自転車フレーム。
【請求項２】
前記第１の支持フレームは、前記第１の接点の前側に、互いに平行に配置された２つの支持杆と、前記第１の接点の後側に、後方に向かうに従い徐々に外側へ広げられた２つの支持杆と、を有することを特徴とする請求項１に記載の自転車フレーム。
【請求項３】
前記第２の支持フレームは、前記第２の接点の前側に、互いに平行に配置された２つの支持杆と、前記第２の接点と第４の接点との間で１本の支持杆に形成され、前記第４の接点から後側に、後方に向かうに従い徐々に外側へ広げられた２つの支持杆と、を有することを特徴とする請求項１に記載の自転車フレーム。
【請求項４】
前記三角形状支持フレームの前記第１の接点、前記第２の接点及び前記第３の接点は、３対の支持杆により互いに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の自転車フレーム。
【請求項５】
前記立管の下端部と、前記吊下支持支点とを接続させる補助吊下支持フレームをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の自転車フレーム。
【請求項６】
前記第３の底部強化部材の中継点と、前記第２の接点とを接続させる第４の底部強化部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の自転車フレーム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、自転車フレームに関し、特に、空間アーキテクチャを有する自転車フレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般の自転車は、ハンドル、フロントフォーク、前輪、フレーム、シートピラー、サドル、クランクセット、ギヤ、チェーン、ギヤクランク、ペダル、シートステイ、後輪、ブレーキセットなどを含む。そのなかでもフレームは非常に重要な部分であり、品質の良いフレームは、軽量、高剛性、高強度の３つの特長を有する。質量が小さいほど、自転車は軽く早く走ることができるため、フレームは軽いほど良い。高剛性とは硬度が高いことを表し、フレームの剛性が高い場合、ライダーのこぐ力を素早く伝えることができるため、自転車をこぐ際に車体を重く感じることがない。高強度とは、強い力が加わってもフレームが折れたり曲がったりすることがないことを表す。
【０００３】
図１を参照する。図１に示すように、従来の自転車フレームは、一般に２つの三角形（即ち、前三角及び後三角）で構成された所謂ダイヤモンドフレームからなる。前三角は、立管（シートチューブ）１、上管（トップチューブ）２及び下管（ダウンチューブ）３で構成された三角形状の支持フレームである。立管１は、一方の端部にボトムブラケットシェル４が接続され、他方の端部にシートピラー５及びサドル６が取り付けられている。上管２は、立管１の上端部及び頭管（ヘッドチューブ）７の上端部に固定されている。下管３は、ボトムブラケットシェル４と、頭管７の下端部とに固着されている。頭管７は、ハンドル８及びフロントフォーク９を取り付けるために用いる。フロントフォーク９は、前輪を取り付けるために用いる。ボトムブラケットシェル４は、自転車のペダルを取り付けるために用いる。自転車フレームのもう一つの三角形状の支持フレーム（後三角）は、立管１、シートステイ１０及びチェーンステイ１１から構成され、シートステイ１０及びチェーンステイ１１は、後輪を取り付けるために用いる爪と接続されている。
【０００４】
従来の自転車フレームは、溶接により接続された鋼管から構成され、そのフレームが二次元の平面アーキテクチャであるため、軽量化を図りながら強度及び剛性を向上させることは困難である。そのため自転車の重量を減らしながら、フレームの強度及び剛性を高めるためには、フレームの材料を変えるしかなかった。
【０００５】
また、この従来のフレームを採用している自転車は、凹凸がある道路を走行するとき、タイヤだけでは発生する振動の一部しか吸収することができない。そのため、ライダーに激しい振動が伝わらないようにするには、自転車にクッション（例えば、サスペンションなど）を取り付けなければならなかった。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
本考案の主な目的は、支持部材で構成された空間構造を形成することにより、剛性及び強度を向上させて自転車の加速度を高めるとともに、高応力に耐えることができる自転車フレームを提供することにある。
【０００７】
本考案のもう一つの目的は、立管を吊下げ方式で支持して弾力性を高めることにより、ライダーが快適に乗ることができる上、乗り終わった後に体に痛みが起きない自転車フレームを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本考案の第１の形態によれば、ハンドルバー及びフロントフォークを取り付ける頭管と、シートピラー及びサドルを取り付ける立管と、自転車のペダル支軸を取り付けるボトムブラケットシェルと、支持部と、を備える自転車フレームであって、前記支持部は、第１の支持フレーム、第２の支持フレーム、三角形状支持フレーム、補助支持杆、吊下支持フレーム、吊下支持フレーム強化部材、第１の底部強化部材、第２の底部強化部材及び第３の底部強化部材を有し、前記第１の支持フレームは、前記頭管の上端部に固着される前端部を有し、前記第２の支持フレームは、前記頭管の下端部に固着される前端部と、前記第１の支持フレームの後端部と接続され、後輪を取り付ける爪が形成された後端部と、を有し、前記三角形状支持フレームは、第１の接点、第２の接点及び第３の接点を有し、前記第１の接点は、前記第１の支持フレーム上に設けられ、前記第２の接点は、前記第２の支持フレーム上に設けられ、前記第３の接点は、第１の支持杆及び第２の支持杆を介し、前記頭管の上端部及び下端部にそれぞれ接続され、前記補助支持杆は、前記第３の接点と、前記第１の支持フレームの吊下支持支点とを接続させるように延伸され、前記吊下支持フレームは、前記立管の上端部と、前記吊下支持支点とに接続され、前記吊下支持フレーム強化部材は、前記立管の上端部及び下端部と、前記第１の接点とにそれぞれ接続され、前記第１の底部強化部材は、前記ボトムブラケットシェルから前記第２の支持フレームの強化支持支点まで接続され、前記強化支持支点から前記第３の接点まで接続され、前記第３の接点から前記頭管の上端部まで接続され、前記強化支持支点は、前記第２の支持杆の中継点まで延伸され、前記中継点から前記頭管の上端部まで接続され、前記第２の底部強化部材は、前記ボトムブラケットシェルと前記第２の接点とに接続され、前記第３の底部強化部材は、前記ボトムブラケットシェルと前記第１の接点とに接続されていることを特徴とする自転車フレームが提供される。
【０００９】
前記第１の支持フレームは、前記第１の接点の前側に、互いに平行に配置された２つの支持杆と、前記第１の接点の後側に、後方に向かうに従い徐々に外側へ広げられた２つの支持杆と、を有することが好ましい。
【００１０】
前記第２の支持フレームは、前記第２の接点の前側に、互いに平行に配置された２つの支持杆と、前記第２の接点と第４の接点との間で１本の支持杆に形成され、前記第４の接点から後側に、後方に向かうに従い徐々に外側へ広げられた２つの支持杆と、を有することが好ましい。
【００１１】
前記三角形状支持フレームの前記第１の接点、前記第２の接点及び前記第３の接点は、３対の支持杆により互いに接続されていることが好ましい。
【００１２】
前記立管の下端部と、前記吊下支持支点とを接続させる補助吊下支持フレームをさらに備えることが好ましい。
【００１３】
前記第３の底部強化部材の中継点と、前記第２の接点とを接続させる第４の底部強化部材をさらに備えることが好ましい。
【考案の効果】
【００１４】
本考案の自転車フレームは、強度及び剛性が高いため、ペダルを踏む力がフレームにより吸収されず、確実かつ迅速に伝達させることができるため、加速に優れている上、立管がボトムブラケットシェルに直接接続されず、吊下支持フレームにより支持され、フレーム自体の弾力性が優れているため、クッションが配置されていなくてもライダーは体を痛めることなく快適に乗ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の自転車フレームを示す側面図である。
【図２Ａ】本考案の一実施形態による自転車フレームを示す斜視図である。
【図２Ｂ】本考案の一実施形態による自転車フレームを示す平面図である。
【図２Ｃ】本考案の一実施形態による自転車フレームを示す底面図である。
【図２Ｄ】本考案の一実施形態による自転車フレームを示す側面図である。
【図２Ｅ】本考案の一実施形態による自転車フレームを示す背面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１６】
以下、本考案の実施形態について図に基づいて説明する。なお、これによって本考案が限定されるものではない。
【００１７】
図２Ａを参照する。図２Ａに示すように、本考案の一実施形態による自転車フレームは、ハンドルバー及びフロントフォークを取り付けるために用いる頭管（ヘッドチューブ）２０と、シートピラー及びサドルを取り付けるために用いる立管（シートチューブ）３０と、自転車のペダル支軸を取り付けるために用いるボトムブラケットシェル４０と、支持部５０と、を備える。
【００１８】
支持部５０は、第１の支持フレーム５１、第２の支持フレーム５２、三角形状支持フレーム５３、補助支持杆５４、吊下支持フレーム５５、吊下支持フレーム強化部材５６、補助吊下支持フレーム５７、第１の底部強化部材５８、第２の底部強化部材５９、第３の底部強化部材６０及び第４の底部強化部材６３を含む。第１の支持フレーム５１は、頭管２０の上端部に固着される前端部を有する。第２の支持フレーム５２は、頭管２０の下端部に固着される前端部と、第１の支持フレーム５１の後端部と接続され、後輪を取り付けるために用いる爪７０が形成された後端部と、を有する。三角形状支持フレーム５３は、第１の接点５３ａ、第２の接点５３ｂ及び第３の接点５３ｃを有する。第１の接点５３ａ、第２の接点５３ｂ、第３の接点５３ｃの間がそれぞれ２本の支持杆により互いに接続されている。第１の接点５３ａは、第１の支持フレーム５１上に設けられている。第２の接点５３ｂは、第２の支持フレーム５２上に設けられている。第３の接点５３ｃは、第１の支持杆６１及び第２の支持杆６２を介し、頭管２０の上端部及び下端部にそれぞれ接続されている。補助支持杆５４は、第３の接点５３ｃと、第１の支持フレーム５１の吊下支持支点５５ａとを接続させるように延伸されている。吊下支持フレーム５５は、立管３０の上端部と、吊下支持支点５５ａとに接続されている。吊下支持フレーム強化部材５６は、立管３０の上端部及び下端部と、第１の接点５３ａとをそれぞれ接続させるために用いる。補助吊下支持フレーム５７は、立管３０の下端部と、吊下支持支点５５ａとを接続するために用いる。第１の底部強化部材５８は、ボトムブラケットシェル４０から第２の支持フレーム５２の強化支持支点５２ａまで接続され、強化支持支点５２ａから第３の接点５３ｃまで接続され、第３の接点５３ｃから頭管２０の上端部まで接続され、強化支持支点５２ａは、第２の支持杆６２の中継点６２ａまで延伸され、中継点６２ａから頭管２０の上端部まで接続されている。第２の底部強化部材５９は、ボトムブラケットシェル４０と第２の接点５３ｂとを接続するために用いる。第３の底部強化部材６０は、ボトムブラケットシェル４０と第１の接点５３ａとを接続させるために用いる。第４の底部強化部材６３は、第３の底部強化部材６０の中継点６０ａと、第２の接点５３ｂとを接続するために用いる。第３の底部強化部材６０は、ボトムブラケットシェル４０に近い箇所で湾曲し、湾曲した箇所には中継点６０ａが設けられている。
【００１９】
図２Ｂを参照する。図２Ｂに示すように、本考案の一実施形態による自転車フレームの第１の支持フレーム５１は、第１の接点５３ａの前側に、互いに平行に配置された２つの支持杆５１０と、第１の接点５３ａの後側に、後方に向かうに従い徐々に外側へ広げられた２つの支持杆５２０と、を有する。
【００２０】
図２Ｃを参照する。図２Ｃに示すように、本考案の一実施形態による自転車フレームの第２の支持フレーム５２は、第２の接点５３ｂの前側に、互いに平行に配置された２つの支持杆５３０と、第２の接点５３ｂと第４の接点５３ｄとの間で１本の支持杆５４０に形成され、第４の接点５３ｄの後側で、後方に向かうに従い徐々に外側へ広げられた２つの支持杆５５０と、を含む。
【００２１】
図２Ｄを参照する。図２Ｄに示すように、本考案の一実施形態による自転車フレームは、自転車のシートステイとして用いる第１の支持フレーム５１と、第２の支持フレーム５２の後端部とが支持杆６００，６１０，６２０を介して接続されている。図２Ｄに示すように、本実施形態の第１の支持フレーム５１、第２の支持フレーム５２及び吊下支持フレーム５５は、それぞれ折り曲げ状の支持フレームである。
【００２２】
さらに、本実施形態の自転車フレームにおいて、強化支持支点５２ａと、吊下支持支点５５ａと、第１の底部強化部材５８の中継位置と、支持杆５２０の中継位置とには、強度を高めるために横杆が固着されてもよい。
【００２３】
続いて、図２Ｅを参照する。図２Ｅに示すように、本考案の一実施形態による自転車フレームの第１の支持フレーム５１の後端部に設けられた２つの支持杆５２０には、横杆６４０に貫設された交叉状の支持杆６３０がそれぞれ固着されている。この支持杆６３０は、後方のブレーキ（図示せず）を取り付けるために用いる。
【００２４】
（実施例）
本考案の自転車フレームが良好な剛性及び強度を有することを証明するために、以下（１）〜（４）を含む試験を行った。
【００２５】
（１）フレームのフロントフォークに対する耐振性試験
（２）フレームのフロントフォークに対する落錘衝撃試験
（３）フレームのフロントフォークに対する耐前倒し衝撃試験
（４）フレームに対するエネルギ吸収性試験
（フレームのフロントフォークに対する耐振性試験）
まず、フレームとフロントフォークとを組み合わせて振動測定装置に固定し、頭管に５Ｋｇの荷重を加え、ボトムブラケットシェルに１５Ｋｇの荷重を加え、立管に４５Ｋｇの荷重を加え、振動数１０Ｈｚ、加速度１７．６ｍ／ｓ２、加振回数７，０００回の耐振性試験を行った。その結果、フレームのフロントフォークには、亀裂が入ったり割れたりすることが全く無かった。
【００２６】
（フレームのフロントフォークに対する落錘衝撃試験）
まず、試験治具上にフレームのフロントフォークを取り付け、車軸間距離（前・後輪間の距離）を測定した。続いて、ローラ又はリジッド固定した車輪軸に、質量２２．５Ｋｇの重錘を１８０ｍｍの高さから落下させて当てた後、車軸間距離を再び測定して永久変形量を計算した。その結果は、亀裂が入ったり割れたりすることが全く無く、永久変形量が５ｍｍであった。
【００２７】
（フレームのフロントフォークに対する耐前倒し衝撃試験）
まず、試験治具上にフレームのフロントフォークを取り付け、車軸間距離を測定した。続いて、フレームの上縁から７５ｍｍの箇所に錘の重心がくるように、立管に７０Ｋｇの荷重を加えた。その後、フロントフォークを３００ｍｍの高さから落とし、ローラ又はリジッド固定した車輪軸に衝撃を加える耐前倒し衝撃試験を２回行い、車軸間距離を測定して永久変形量を計算した。その結果は、亀裂が入ったり割れたりすることが全く無く、永久変形量が２ｍｍであった。
【００２８】
（フレームに対するエネルギ吸収性試験）
まず、フロントフォークに重量１Ｋｇ未満のローラを固定し、フレーム及びフロントフォークを垂直に挟持し、フレームの後軸を剛性の台座上に締め付けて固定した。続いて、自転車のフロントフォークが固定されたフロントハブの箇所に、載荷重８８０Ｎ（９０Ｋｇｆ）の力又は少なくとも４０Ｊ（４００Ｋｇｆ−ｃｍ）のエネルギで荷重を前・後輪に対して水平な方向で加えた。その結果は、亀裂が入ったり割れたりすることが全く無く、永久変形量が５ｍｍであった。エネルギ吸収が４０Ｊの場合、フレームが受けることのできる最大負荷は２７３．５Ｋｇであった。
【００２９】
上述の検査結果から分かるように、本考案の自転車フレームは、肉眼で発見することができる亀裂又は割れが全く発生しない上、永久変形量が非常に小さいため、良好な剛性及び強度を有する。
【００３０】
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本考案の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本考案を限定するものではない。本考案の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本考案の実用新案登録請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００３１】
１  立管（シートチューブ）
２  上管（トップチューブ）
３  下管（ダウンチューブ）
４  ボトムブラケットシェル
５  シートピラー
６  サドル
７  頭管（ヘッドチューブ）
８  ハンドル
９  フロントフォーク
１０  シートステイ
１１  チェーンステイ
２０  頭管（ヘッドチューブ）
３０  立管（シートチューブ）
４０  ボトムブラケットシェル
５０  支持部
５１  第１の支持フレーム
５２  第２の支持フレーム
５２ａ  強化支持支点
５３  三角形状支持フレーム
５３ａ  第１の接点
５３ｂ  第２の接点
５３ｃ  第３の接点
５３ｄ  第４の接点
５４  補助支持杆
５５  吊下支持フレーム
５５ａ  吊下支持支点
５６  吊下支持フレーム強化部材
５７  補助吊下支持フレーム
５８  第１の底部強化部材
５９  第２の底部強化部材
６０  第３の底部強化部材
６０ａ  中継点
６１  第１の支持杆
６２  第２の支持杆
６２ａ  中継点
６３  第４の底部強化部材
７０  爪
５１０  支持杆
５２０  支持杆
５３０  支持杆
５４０  支持杆
５５０  支持杆
６００  支持杆
６１０  支持杆
６２０  支持杆
６３０  支持杆
６４０  横杆
【図１】
0003165539.tif 000003
【図２Ａ】
0003165539.tif 000004
【図２Ｂ】
0003165539.tif 000005
【図２Ｃ】
0003165539.tif 000006
【図２Ｄ】
0003165539.tif 000007
【図２Ｅ】
0003165539.tif 000008