JP2010018259A - 二輪車等車両におけるフレーム構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 二輪車等車両における一般的な前後輪独立式サスペンション装置は、ダイブ及びスクワット現象による車体の姿勢変化を少なくするためサスペンションが硬く、サスペンション装置が装備されていることで期待されるような乗り心地を得ることが困難である。
【解決手段】 車体フレームを、タイヤを保持するベースフレームと、乗員が乗車する揺動フレームとに分割した構造とし、揺動フレームをベースフレームにアンチダイブ・スクワット効果を持ったサスペンション装置で懸架する。
【選択図】図３

Description

本発明は二輪車等車両におけるフレーム構造及びサスペンション装置に関する。

前後輪独立式サスペンション装置を備える一般の二輪車等車両におけるサスペンション装置は、メインフレーム前部にテレスコピック式の緩衝装置を備えたフロントフォークが回転可能に設置され、後部にはスイングアームが上下揺動可能に軸支され、メインフレームとスイングアームの間には緩衝装置を介装している。

上述の懸架装置の構成は一般の前後輪独立式サスペンション装置の構成であるが、前後輪を懸架するサスペンション装置を備えず、シートポスト内若しくはシート下部のみにスプリング若しくは弾性材による緩衝装置を備える車両、前輪のみ若しくは後輪のみにサスペンション装置を備える車両等が存在する。
特開２００５−２０６０３３ 自動二輪車の後輪懸架装置 特開２００５−８２８５０ 自動二輪車等車両におけるリンク式フロントサスペンション装置 特許庁資料「自動車・二輪車のブレーキ・サスペンション部品」 特許文献１及び２は二輪車等車両における従来式の前後輪独立式サスペンション装置の形態例である。本考案はサスペンション構造を分類した非特許文献１における二輪車等の懸架装置の分類に該当しない考案であるため、以降本考案のごとく揺動フレームをベースフレームに上下揺動可能に懸架した形態のサスペンション装置をフローティングフレーム式サスペンション装置を呼称する。

一般の二輪車等車両における前後輪独立式サスペンション装置には、次に示すような課題があった。

前輪用テレスコピック式サスペンション装置の場合、主にブレーキ時のダイブ現象を抑えるため、スプリングレート及びダンパ減衰力を高くする、低減衰力で作動するダンパのストローク範囲を少なくするなど、すなわちサスペンションを硬くしなければならない。また、ブレーキ中の場合は既にサスペンションが沈み込み、さらに硬くなった状態であるため、衝撃を柔軟に吸収することが困難である。

同様に後輪用スイングアーム式サスペンション装置の場合においても、高速走行時の安定性確保や駆動時の後方への荷重移動による沈み込み、すなわちスクワット防止のため、低速走行時における乗り心地を犠牲にした硬さとなっている。

上記事情から市街地走行程度の低速時にはサスペンション装置が装備されていることで期待されるような柔らかい乗り心地を得ることが困難であった。また、前輪用アンチダイブ機構、後輪用アンチスクワット機構など様々な構造のものが存在しているが、構造の複雑さや部品点数の多さから車両価格にも影響を及ぼすものである。

市街地走行に使用される二輪車等車両の中で特に一般の自転車においては、レース用車両のような路面追従性能が必要ではないため、前後輪のサスペンション装置を備えないことが一般的である。したがって乗り心地に大きく係わるのは主にシートとタイヤ空気圧であり、特にタイヤ空気圧を低くした状態とすると良好で柔らかい乗り心地を得ることができる。しかしながら、駆動力のロスや慣性走行時の転がり抵抗が大きい、パンクしやすい、コーナリング時にタイヤがホイールリムから外れやすいなど問題が多い。タイヤ空気圧を高くした場合は安全に乗車でき、前記転がり抵抗を少なくすることが可能であるが、緩衝装置は主にシートのみとなり、手や足、腰に対しての衝撃が強くなり乗り心地が悪化するという問題がある。

前記課題を解決するため、本請求項１記載の発明は、フレーム構造を揺動フレームとベースフレームに分割した構造とし、それらフレームの間にサスペンション装置を介装し、揺動フレームはベースフレームに対して上下揺動可能とした構造としている。

ベースフレームは前部にフロントフォークを回転可能に支持するヘッド部と後部に後輪取付け部を配置し、揺動フレームは前部にステアリングポストを回転可能に支持するヘッド部、後部上方にシート取付け部、シート取付け部下方に駆動部品取付け部又はサスペンションアーム取付け部又はステップを配置する。

フレーム構成概念は、路面と接する部分である前後輪を保持するベースフレームと、手、腰及び足など人体が接する揺動フレームをそれぞれ独立したフレームとし、それらフレームの間にアンチダイブ・スクワット効果を持つサスペンション装置を介装するというものである。サスペンション装置の構成は、サスペンションアーム及びスプリング、ダンパなどで構成されるのが一般的であるが、サスペンションアームを省き簡易的に弾性材のみを介装させた構成とすることも可能である。本考案においては揺動フレームの作動範囲が大きい場合、すなわちサスペンションストロークが長い場合に特に有効性が得られるものであるので、以降の説明は請求項２に係るサスペンションアームを備える車両についての説明とする。

それぞれのフレームの間に介装するサスペンション装置は、請求項２記載の二輪車等車両のサスペンション装置にあるようにサスペンションアームを車両側面視において上下一対とし、概ね平行となるように配置することでアンチダイブ及びアンチスクワット効果を得られる。

なお、前輪の操作は、揺動フレームヘッド部に回転可能に取り付けられたステアリングポストからの回転方向の荷重を、ベースフレームに回転可能に取り付けられたフロントフォークへ伝達し、揺動フレームの揺動方向である上下方向へは荷重が掛からない伝達手段を用いるものとする。

揺動フレームとベースフレームの間に介装する上下一対のサスペンションアームの配置を車両側面視において概ね平行とし、ブレーキ時、駆動時など前後方向への荷重移動における各サスペンションアームへかかる荷重を、概ねサスペンションアームの伸張、圧縮方向となる角度及び位置とすることで、前記荷重移動による揺動フレームの上下揺動運動が起こりにくくなるためアンチダイブ・スクワット効果を得られる。この効果が得られることで、スプリング及びダンパの設定を柔らかくすることができ、良好な乗り心地が得られると共に、例えばブレーキ中であってもダイブ現象によるサスペンションの沈み込みが発生しにくくなるため、サスペンションが柔らかくストロークし衝撃を吸収可能とするものである。

一般的な硬さの前後輪独立式サスペンション装置と本考案とにおける快適性に係わる比較方法の一例として、同一の高さの路面段差を同一の速さで乗り越える際のハンドル部、シート部など乗員が接する部分における上下動の大きさの比較があり、乗員に対する影響を大小にて確認できる。
本考案はサスペンションアームの長さ及び角度設定、緩衝装置の圧縮長の最適化などを行うことで、前後輪独立式サスペンション装置と比較し乗員が接する各部の上下動を少なくすることができる、すなわち良好な乗り心地が得られるものである。

車両側面視において上下一対のサスペンションアームを概ね平行とし、下のサスペンションアームの後端を後輪軸に設置することで、駆動部品取付け部に取り付けられた駆動部品の駆動軸の上下揺動を、後輪軸を中心とした回転運動とすることができる。すなわちチェーン軸間距離が変動せず、駆動時に路面からの入力によりサスペンションが作動しても不快なキックバックが出にくくなり、また、駆動時に発生する駆動トルクがスクワット運動となり、駆動力が失われることを防ぐことができる。

ベースフレームは車体上面視にて梯子状のラダーフレーム、もしくは車体上面視にてセンターからオフセットされたバックボーン形状に類似した方持ち式とし、揺動フレームは車体側面視においてステアリングヘッド部、駆動部品取付け部またはサスペンションアーム取付け部またはステップ、シート取付け部で構成された概ね三角形の一般的な量産車両と類似した形状とすることで簡易な製造が可能である。

図１〜図５は本発明の自転車における実施の形態であり、図１はサスペンション装置作動前、図２はサスペンション装置作動後、図３、図４は図１及び図２をショックアブソーバなどを視認可能なように、ベースフレーム１の一部及び部品を削除したものである。図５は平面図である。

図３はショックアブソーバ１９等を視認可能なようにベースフレーム部材２５の一部と駆動部品２４等を削除した右側面図である。
ベースフレーム１は左右一対のベースフレーム部材２５と、ベースフレームヘッド部８と、左右一対の後輪取付け部９と、左右一対の軸支持プレート１０とサスペンションブラケット取付け部１７、クロス部材２７等から構成されている。
ベースフレーム部材２５は、前端がベースフレームヘッド部８に結合し、後端が後輪取付け部９に結合している。ベースフレーム部材２５の中間付近よりやや後方の内側に軸支持プレート１０、その下方にショックアブソーバブラケット取付け部１７がそれぞれ結合している。
平面図である図５において左右のベースフレーム部材２５は、上方から見て前後長の１／１０程度の位置でＸ１まで広がり、Ｘ１以後は２／３程度の位置Ｘ２まで車幅中心Ｃ１と平行となり、Ｘ２以後は車幅中心Ｃ１に対して傾斜角度ａ４で後方に行くにしたがって広がっている。
また、左右のベースフレーム部材２５はクロス部材２７によって結合されている。

図３の右側面図において揺動フレーム２は揺動フレームヘッド部５と、上部揺動フレーム部材３１と、下部揺動フレーム部材３２、３３と、上部がシート取付け部６であるシートパイプ３４と、左右一対のサスペンションアーム軸支持プレート２６と、サスペンションアーム軸受け部７等によって構成されている。
上部揺動フレーム部材３１の前端は、揺動フレームヘッド部５と下部揺動フレーム部材３２と結合し、後端は下部揺動フレーム部材３３とシートパイプ３４に結合する。下部揺動フレーム部材３３の下端は下部揺動フレーム部材３２と結合し、下部揺動フレーム部材３２の下端はサスペンションアーム軸受け部７と結合する。サスペンションアーム軸支持プレート２６はサスペンションアーム３を内側に挟むように左右一対をなし、下部揺動フレーム部材３３の中間付近に結合する。

図３の右側面図においてサスペンション装置は、サスペンションアーム３，４と、ショックアブソーバ１９とショックアブソーバブラケット１８等によって構成されている。
サスペンションアーム３、４は概ね平行に配置され水平線に対して傾斜角度ａ１で前上がり状に傾斜し、サスペンションアーム３の後端軸はベースフレーム１の軸支持プレート１０に回転可能に軸支され、前端軸は揺動フレーム２のサスペンションアーム軸支持プレート２６に回転可能に軸支され、サスペンションアーム４の後端軸はベースフレーム１の後輪取付け部９に回転可能に軸支され、前端軸のサスペンションアーム軸部１５は揺動フレーム２のサスペンションアーム軸受け部７に回転可能に軸支される。サスペンションアーム４の上部に配置されるサスペンションアーム３はサスペンションアーム４よりも若干短い長さとしている。
サスペンションアーム３の中間付近にはショックアブソーバ１９を圧縮する圧縮部１６が配置され、サスペンションアーム４前端部のサスペンションアーム軸部１５の下部にハンガーパイプ１４が結合される。

ショックアブソーバ１９は上端がサスペンションアーム３の圧縮部１６と接し、下端はベースフレーム１のサスペンションブラケット取付け部１７に結合されたショックアブソーバブラケット１８と接する。

揺動フレームヘッド部５にはステアリングポスト１２が回転可能に軸支され、ベースフレームヘッド部８にはフロントフォーク１１が回転可能に軸支される。ジョイント２２はそれぞれの回転軸のステアリング操作方向である回転方向への荷重の伝達は行うが、揺動フレーム２の揺動方向である上下方向の荷重の伝達は行わない。

（作用）
図３はサスペンション装置作動前、図４はサスペンション装置作動後の状態を示す。
揺動フレーム２の上下揺動はサスペンションアーム３，４によってａ６の角度を概ね保ちつつ、ハンガーパイプ１４に取り付けられた駆動部品２４の駆動軸の中心が、後輪軸を概ね中心とした回転運動となっている。
ダイブ及びスクワット運動における乗員の荷重移動方向は、概ね前後方向であり各サスペンションアームの揺動方向である上下方向とは異なっている。前後の荷重移動によって発生する荷重は、概ね各サスペンションアームの伸張及び圧縮方向の荷重であり、各サスペンションアームを回転させる荷重では概ねないためアンチダイブ及びアンチスクワット効果を得られる。これら効果を得られることでスプリング及びダンパの設定を柔らかくすることができるため良好な乗り心地を得られ、例えばブレーキ中であってもサスペンションが柔らかくストロークすることが可能なものである。

ショックアブソーバ１９の圧縮行程は、図３において、走行中、タイヤ２０又はタイヤ２１が揺動フレーム２に対して相対的に上下に揺動した場合、上昇時の荷重はベースフレーム１のサスペンションブラケット取付け部１７に結合されたショックアブソーバブラケット１８を介してショックアブソーバ１９に伝達される。ショックアブソーバ１９の上方への移動は、サスペンションアーム３に設置される圧縮部１６によって規制されるためショックアブソーバ１９が圧縮される。

図３におけるサスペンションアーム角度ａ１は、乗員未乗車時のサスペンションアームの角度であり、乗員乗車時にサスペンションが沈み込むことで図４のａ１’のように角度が水平に近くなる。揺動フレーム２が沈み込んでいる状態でのブレーキングにおいて、サスペンションアーム角度が水平に近い角度であれば、サスペンションアームが前方へ揺動しようとする運動によるダイブ現象を抑えられるためである。各サスペンションアームの車体後部側をベースフレーム１に軸支し、車体前部側を揺動フレーム２に軸支するのも、この現象を利用するためのものである。

本発明は、二輪車等車両に適用することが可能である。

サスペンション装置作動前の二輪車の右側面図である。 サスペンション装置作動後の二輪車の右側面図である。 フレームを一部削除したサスペンション装置作動前の二輪車の右側面図である。 フレームを一部削除したサスペンション装置作動後の二輪車の右側面図である。 図１と同じ車体フレーム等の平面図である。

符号の説明

１ ベースフレーム
２ 揺動フレーム
３ サスペンションアーム
４ サスペンションアーム
５ 揺動フレームヘッド部
６ シート取付け部
７ サスペンションアーム軸受け部
８ ベースフレームヘッド部
９ 後輪取付け部
１０ 軸支持プレート
１１ フロントフォーク
１２ ステアリングポスト
１４ ハンガーパイプ
１５ サスペンションアーム軸部
１８ ショックアブソーバブラケット
１９ ショックアブソーバ
２２ ジョイント
２４ 駆動部品

Claims (2)

1. 車体フレームがベースフレーム及び揺動フレームからなる分割構造であり、前記ベースフレームは前部にフロントフォークを回転可能に支持するヘッド部と後部に後輪取付け部が配置され、前記揺動フレームは前部にステアリングポストを回転可能に支持するステアリングヘッド部、後部上方にシート取付け部が配置され、シート取付け部下方には駆動部品取付け部、サスペンションアーム取付け部、ステップのうちどれか若しくは幾つかが配置され、前記揺動フレームと前記ベースフレームの間にサスペンション装置を介装し、前記揺動フレームが上下揺動可能に懸架されていることを特徴とする二輪車等車両のフレーム構造。
2. 請求項１記載の二輪車等車両のフレーム構造において、前記ベースフレームと前記揺動フレームの間に介装されるサスペンション装置のサスペンションアームが、車両側面視において上下一対に配置されたことを特徴とした二輪車等車両におけるサスペンション装置。

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