JP5408977B2 - 自転車の前輪懸架装置 - Google Patents

Description

本発明は、自転車のフレーム体の前部に設けられる前輪懸架装置に関する。

従来、自転車の前輪懸架装置の一つとして、テレスコピック式フロントフォークが使用されている（例えば、下記特許文献１参照）。かかるフロントフォークのテレスコピックサスペンション機構の緩衝作用によって路面の凹凸等による衝撃を吸収することができ、より快適で安全な走行が可能となる。

しかしながら、従来のテレスコピック式フロントフォークは、特に前輪制動時にテレスコピックサスペンションが大きく縮むため、車体が前のめり姿勢となるダイビング現象が生じ、この瞬間、自転車のトレール長が短くなり、例えばコーナーでの操舵性が変化して操縦が不安定になる傾向があった。
特開２００２−１８７５８９号公報

本発明は、従来の自転車の前輪懸架装置に上記のような難点があったことに鑑みて為されたもので、車体の前のめり姿勢時にも、所望のトレール長を確保することができ、しかも、所望のホイールベース長も得ることができる構成簡素な前輪懸架装置を提供することを課題とする。

本発明は、自転車のフレーム体の前部に設けられる前輪懸架装置であって、
前記自転車の前輪を操舵するハンドルステムに設けられ、荷重に応じて該ハンドルステムの軸方向に伸縮動作するサスペンション部と、前記サスペンション部の伸縮動作に応じて、前記ハンドルステムを前記フレーム体に対し相対的に傾動させるハンドルステム傾動機構部と、前記サスペンション部の伸縮動作に応じて、前記前輪を軸支したフロントフォークを前記ハンドルステムに対し相対的に傾動させるフロントフォーク傾動機構部と、を備えたことを特徴としている。

また、本発明は、前記サスペンション部が、テレスコピックサスペンション機構から成ることを特徴としている。

また、本発明は、前記ハンドルステム傾動機構部が、前記フレーム体の上部に設けられ、前記ハンドルステムを前記サスペンション部の上方位置で、該ハンドルステムの軸回り方向および該フレーム体中心面に対し垂直な軸回り方向に回動可能に支承する上部ステム支承部材と、前記フレーム体の下部に、該フレーム体中心面に対し垂直な軸回り方向にのみ回動可能に設けられたステムリンク部材と、前記ステムリンク部材の回動端側に設けられ、前記ハンドルステムを前記サスペンション部の下方位置で、該ハンドルステムの軸回り方向および該フレーム体中心面に対し垂直な軸回り方向に回動可能に支承する下部ステム支承部材と、から構成されていることを特徴としている。

また、本発明は、前記フロントフォーク傾動機構部が、前記サスペンション部の下方位置で前記ハンドルステムに設けられ、前記フロントフォークを前記ハンドルステムの軸方向に対し垂直な軸回り方向に回動可能に支承する下部フォーク支承部材と、前記サスペンション部の上方位置で前記ハンドルステムに、前記下部フォーク支承部材の回動軸と平行な軸回り方向にのみ回動可能に設けられたフォークリンク部材と、前記フォークリンク部材の回動端側に設けられ、前記フロントフォークを前記下部フォーク支承部材の回転軸と平行な軸回り方向に回動可能に支承する上部フォーク支承部材と、から構成されていることを特徴としている。

本発明に係る自転車の前輪懸架装置によれば、サスペンション部の伸縮動作に応じて、ハンドルステム傾動機構部がハンドルステムをフレーム体に対し傾動させると同時に、フロントフォーク傾動機構部が、前輪を軸支したフロントフォークをハンドルステムに対し傾動させるので、例えば制動時にサスペンション部が縮んでフレーム体が前のめり姿勢になっても、必要に応じて所望のトレール長を確保することができ、また、所望のホイールベース長を得ることができる。

しかも、ハンドルステムのサスペンション部の伸縮動作を利用してハンドルステム傾動機構部およびフロントフォーク傾動機構部を作動させているので、その構成を大幅に簡素化することができ、軽量化を図ることができる。

図１に示すように、本実施形態の前輪懸架装置１０は、自転車Ｂのフレーム体Ｆの前部に設けられ、前輪Ｗを操舵可能かつ緩衝可能に懸架するものである。本実施形態の前輪懸架装置１０は主として、前輪Ｗを操舵するためのハンドルステム１の中程部に設けられたサスペンション部２と、サスペンション部２の伸縮緩衝動作に応じて、ハンドルステム１をフレーム体Ｆに対し相対的に傾動させるハンドルステム傾動機構部３と、同じくサスペンション部２の伸縮緩衝動作に応じて、前輪Ｗを軸支したフロントフォーク４をハンドルステム１に対し相対的に傾動させるフロントフォーク傾動機構部５と、から構成されている。以下、各構成部について順に説明する。

ハンドルステム１のサスペンション部２は、上部のロッド部２１と下部のシリンダ部２２とを備えた公知のテレスコピックサスペンション機構から成り、荷重に応じてロッド部２１がシリンダ部２２内で相対的に摺動移動することで緩衝機能を果たす。本実施形態のサスペンション部２は、ハンドルステム１の軸Ａ１と同軸に設けられており、荷重に応じて軸Ａ１方向に伸縮動作する。

ハンドルステム傾動機構部３は、図１に示すように、フレーム体Ｆの上部に設けられ、ハンドルステム１をサスペンション部２の上方位置で回動可能に支承する上部ステム支承部材３１と、フレーム体Ｆの下部に回動可能に設けられたステムリンク部材３２と、ステムリンク部材３２の回動端側に設けられ、ハンドルステム１をサスペンション部２の下方位置で回動可能に支承する下部ステム支承部材３３と、から構成されている。

上部ステム支承部材３１は、図２に示すように、自転車のフレーム体中心面に対し垂直な軸Ａ２回り方向にのみ回動可能な左右一対の第一ヒンジ部３１１と、ハンドルステム１の軸Ａ１回り方向にのみ回動可能な第二ヒンジ部３１２とから構成されている。また、ステムリンク部材３２は、図３に示すように、ウィッシュボーン形状（二股形状）に形成され、基端部に設けられた左右一対のヒンジ部３２１を中心として、フレーム体中心面ＣＦに対し垂直な軸Ａ３回り方向にのみ回動可能に構成されている。そして、下部ステム支承部材３３は、図２及び図３に示すように、ハンドルステム１の下端部に固定されたボール部３３１と、ステムリンク部材３２の回動端部３２２に固定されたリング部３３２とを備えた公知のボールジョイントから構成され、ハンドルステム１の下端部を、ハンドルステム１の軸Ａ１回り方向およびフレーム体中心面ＣＦに対し垂直な軸Ａ４回り方向に回動可能に支承する。

これらの構成によりハンドルステム傾動機構部３は、図５及び図６に示すように、ハンドルステム１のサスペンション部２が縮んだとき、この縮み動作に応じて、ハンドルステム１をフレーム体Ｆに対して傾動させる。即ち、ハンドルステム１の上部が上部ステム支承部材３１の第一ヒンジ部３１１によって軸支されているのに対し、ハンドルステム１の下端部がステムリンク部材３２によって規制されて円弧移動するため、サスペンション部２の伸縮動作に応じて、ハンドルステム１がフレーム体Ｆに対し相対的に傾動動作するのである。なお、本実施形態では、サスペンション部２が縮んだとき、図６中の矢印Ｃ１で指示するように、ハンドルステム１をフレーム体Ｆに対し倒すように傾動させているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば無負荷時におけるステムリンク部材３２のハンドルステム１に対する取付け角度を適宜変更することによって、サスペンション部２が縮んだとき、ハンドルステム１をフレーム体Ｆに対し起こすように傾動させることも可能である。

フロントフォーク傾動機構部５は、図１に示すように、ハンドルステム１のサスペンション部２よりも下方位置に設けられ、フロントフォーク４の中程部を回動可能に支承する下部フォーク支承部材５１と、ハンドルステム１のサスペンション部２よりも上方位置に回動可能に設けられたフォークリンク部材５２と、フォークリンク部材５２の回動端側に設けられ、フロントフォーク４の上端部を回動可能に支承する上部フォーク支承部材５３と、から構成されている。

下部フォーク支承部材５１は、図１及び図２に示すように、ハンドルステム１の下端部に設けられ、ハンドルステム１の軸方向に対して垂直な軸Ａ５回り方向にのみ回動可能な左右一対のヒンジ部５１１から構成されている。また、フォークリンク部材５２は、図１及び図４に示すように、ハンドルステム１に固定されたブラケット部５２１の持出端部に形成された左右一対のヒンジ部５２２を中心として、上記下部フォーク支承部材５１の回動軸Ａ５と平行な軸Ａ６回り方向にのみ回動可能に構成されている。そして、上部フォーク支承部材５３は、図１及び図４に示すように、上記下部フォーク支承部材５１の回動軸Ａ５と平行な軸Ａ７回り方向にのみ回動可能な左右一対のヒンジ部５３１から構成されている。これらの軸Ａ５、Ａ６、Ａ７はいずれも、前輪Ｗの車軸Ａ８と平行である。

これらの構成によりフロントフォーク傾動機構部５は、図５及び図７に示すように、ハンドルステム１のサスペンション部２が縮んだとき、この縮み動作に応じて、前輪Ｗを軸支したフロントフォーク４をハンドルステム１に対して傾動させる。即ち、フロントフォーク４の中程部が下部フォーク支承部材５１によって軸支されているのに対し、フロントフォーク４の上端部がフォークリンク部材５２によって規制されて円弧移動するため、サスペンション部２の伸縮動作に応じて、フロントフォーク４がハンドルステム１に対し相対的に傾動動作するのである。なお、本実施形態では、サスペンション部２が縮んだとき、図７中の矢印Ｃ２で指示するように、フロントフォーク４をハンドルステム１に対し起こすように傾動させているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば無負荷時におけるフォークリンク部材５２のフロントフォーク４に対する取付け角度を適宜変更することによって、サスペンション部２が縮んだとき、フロントフォーク４をハンドルステム１に対し倒すように傾動させることも可能である。

このように本実施形態の自転車の前輪懸架装置１０によれば、サスペンション部２が縮んだとき、ハンドルステム傾動機構部３によって、ハンドルステム１をフレーム体Ｆに対し倒す方向へ傾動させると同時に、フロントフォーク傾動機構部５によって、フロントフォーク４をそのハンドルステム１に対し起こす方向へ傾動させることができる。

したがって、図８及び図９に示すように、例えば自転車Ｂの制動時に、サスペンション部２が縮んでフレーム体Ｆが前のめり姿勢になっても（図９中の矢印Ｄ参照）、ハンドルステム傾動機構部３によってハンドルステム１がフレーム体Ｆに対して倒れるので、そのキャスタ角ＣＡ２が正常姿勢時のキャスタ角ＣＡ１（図８参照）と比べて殆ど変化することがなく、そのトレール長ＴＲ２も正常姿勢時のトレール長ＴＲ１よりも短くなることがない。したがって、従来の自転車のようにフレーム体の前のめり現象に伴ってトレール長が短くなり、例えばコーナーでの操縦性が不安定になる難点もない。

しかも、本実施形態の前輪懸架装置１０は、ハンドルステム傾動機構部３によってハンドルステム１がフレーム体Ｆに対して倒れても、同時にフロントフォーク傾動機構部５によってフロントフォーク４がハンドルステム１に対して起きるので、ハンドルステム１の倒れ動作に伴って、ホイールベース長ＷＢ２が正常姿勢時のホイールベース長ＷＢ１よりも大きくなることもない。したがって、ホイールベース長の変動による操縦性の変化も殆どなく、安全な走行が可能となる。

また、本実施形態の前輪懸架装置１０によれば、ハンドルステム１のサスペンション部２の伸縮動作を利用してハンドルステム傾動機構部３及びフロントフォーク傾動機構部５を作動させているので、その構成を大幅に簡素化することができ、軽量化を図ることができる。

以上、本実施形態の自転車の前輪懸架装置１０について説明したが、本発明はその他の形態でも実施することができる。

例えば、上記実施形態では、サスペンション部２を、ハンドルステム１の軸Ａ１と同軸に設けられたテレスコピックサスペンション機構から構成しているが、本発明は決してこれに限定されるものではなく、例えばリンク式フロントフォークのサスペンション機構から構成してもよい。このサスペンション部２は、荷重に応じてハンドルステム１の軸Ａ１方向に伸縮動作するものであればよく、種々の設計変更が可能である。また、必ずしもハンドルステム１の軸Ａ１と同軸に設けられている必要もない。

また、上記実施形態では、ハンドルステム傾動機構部３の下部ステム支承部材３３をボールジョイントから構成し、機構の簡素化、軽量化を図っているが、本発明は勿論これに限定されるものではなく、例えば、上部ステム支承部材３１のように、自転車のフレーム体中心面に対し垂直な軸回り方向にのみ回動可能な第一ヒンジ部と、ハンドルステムの軸回り方向にのみ回動可能な第二ヒンジ部とから構成してもよい。また、上部ステム支承部材３１をボールジョイントから構成してもよい。

また、上記実施形態では、サスペンション部２が縮んでフレーム体Ｆが前のめり姿勢になったとき、正常姿勢時よりもトレール長が大きくなり、ホイールベース長が小さくなるように構成しているが、本発明は決してこれに限定されるものではなく、例えばハンドルステム傾動機構部３及び／又はフロントフォーク傾動機構部５の各構成部材の長さ、取付け位置、取付け角度等を適宜変更することによって、フレーム体Ｆが前のめり姿勢になったとき、正常姿勢時よりもトレール長が小さくなり、ホイールベース長が大きくなるように構成することも可能である。本発明によれば、前のめり姿勢時において所望のトレール長およびホイールベース長をそれぞれ得ることができる。

また、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内で、当業者の知識に基づいて種々の改良、修正、変形を加えた態様で実施し得る。同一の作用又は効果が生じる範囲内でいずれかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良く、また、一体に構成されている発明特定事項を複数の部材から構成したり、複数の部材から構成されている発明特定事項を一体に構成した形態で実施しても良い。

本実施形態の前輪懸架装置を適用した自転車の全体側面図である。 本実施形態の前輪懸架装置のハンドルステム及びサスペンション部を示す要部正面図である。 本実施形態の前輪懸架装置のハンドルステム傾動機構部のステムリンク部材を示す要部平面図である。 本実施形態の前輪懸架装置のフロントフォーク傾動機構部を示す要部正面図である。 本実施形態の前輪懸架装置のサスペンション部が縮んだときのハンドルステム傾動機構部およびフロントフォーク傾動機構部の作動状態をジオメトリで表した全体側面図である。 本実施形態の前輪懸架装置のサスペンション部が縮んだときのハンドルステム傾動機構部の作動状態を、フレーム体を基準にしてジオメトリで表した要部側面図である。 本実施形態の前輪懸架装置のサスペンション部が縮んだときのフロントフォーク傾動機構部の作動状態を、ハンドルステムを基準にしてジオメトリで表した要部側面図である。 本実施形態の前輪懸架装置を適用した自転車の正常姿勢時のキャスタ角、トレール長、及びホイールベース長をジオメトリで表した全体側面図である。 本実施形態の前輪懸架装置を適用した自転車の前のめり姿勢時のキャスタ角、トレール長、及びホイールベース長をジオメトリで表した全体側面図である。

符号の説明

１０ 自転車の前輪懸架装置
１ ハンドルステム
２ サスペンション部
３ ハンドルステム傾動機構部
３１ 上部ステム支承部材
３２ ステムリンク部材
３３ 下部ステム支承部材
４ フロントフォーク
５ フロントフォーク傾動機構部
５１ 下部フォーク支承部材
５２ フォークリンク部材
５３ 上部フォーク支承部材
Ｂ 自転車
Ｆ フレーム体
Ｗ 前輪
Ａ１ ハンドルステムの軸
Ａ２〜Ａ５ フレーム体中心面に対して垂直な軸
Ａ６〜Ａ７ 下部フォーク支承部材の回動軸と平行な軸
Ａ８ 前輪の車軸
ＣＦ フレーム体中心面
ＣＡ１、ＣＡ２ キャスタ角
ＴＲ１、ＴＲ２ トレール長
ＷＢ１、ＷＢ２ ホイールベース長

Claims (4)

1. 自転車のフレーム体の前部に設けられる前輪懸架装置であって、
   前記自転車の前輪を操舵するハンドルステムに設けられ、荷重に応じて該ハンドルステムの軸方向に伸縮動作するサスペンション部と、
   前記サスペンション部の伸縮動作に応じて、前記ハンドルステムを前記フレーム体に対し相対的に傾動させるハンドルステム傾動機構部と、
   前記サスペンション部の伸縮動作に応じて、前記前輪を軸支したフロントフォークを前記ハンドルステムに対し相対的に傾動させるフロントフォーク傾動機構部と、
   を備えたことを特徴とする自転車の前輪懸架装置。
2. 前記サスペンション部が、テレスコピックサスペンション機構から成る請求項１に記載の自転車の前輪懸架装置。
3. 前記ハンドルステム傾動機構部が、
   前記フレーム体の上部に設けられ、前記ハンドルステムを前記サスペンション部の上方位置で、該ハンドルステムの軸回り方向および該フレーム体中心面に対し垂直な軸回り方向に回動可能に支承する上部ステム支承部材と、
   前記フレーム体の下部に、該フレーム体中心面に対し垂直な軸回り方向にのみ回動可能に設けられたステムリンク部材と、
   前記ステムリンク部材の回動端側に設けられ、前記ハンドルステムを前記サスペンション部の下方位置で、該ハンドルステムの軸回り方向および該フレーム体中心面に対し垂直な軸回り方向に回動可能に支承する下部ステム支承部材と、
   から構成されている請求項１に記載の自転車の前輪懸架装置。
4. 前記フロントフォーク傾動機構部が、
   前記サスペンション部の下方位置で前記ハンドルステムに設けられ、前記フロントフォークを前記ハンドルステムの軸方向に対し垂直な軸回り方向に回動可能に支承する下部フォーク支承部材と、
   前記サスペンション部の上方位置で前記ハンドルステムに、前記下部フォーク支承部材の回動軸と平行な軸回り方向にのみ回動可能に設けられたフォークリンク部材と、
   前記フォークリンク部材の回動端側に設けられ、前記フロントフォークを前記下部フォーク支承部材の回転軸と平行な軸回り方向に回動可能に支承する上部フォーク支承部材と、から構成されている請求項１に記載の自転車の前輪懸架装置。
   
   

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