JP6765207B2 - キャリパー取り付け構造および自転車 - Google Patents

Description

本発明は、自転車のキャリパー取り付け構造およびそのキャリパー取り付け構造を備えた自転車に関するものである。

従来、自転車のブレーキとしてディスクブレーキ装置が使用されている。図９に示す従来のディスクブレーキ装置１００は、前輪にブレーキをかける装置であって車軸２２に取り付けられたディスク３６、フロントフォーク２４のフォーク足２６に設けられまたは取り付けられたキャリパー座１０２、キャリパー座１０２に取り付けられたキャリパー３０を備える。キャリパー３０に備えられたパッドでディスク３６を締め付けるとブレーキがかかる。

上記のフォーク足２６は、乗員の荷重や路面の凹凸によって生じる衝撃などの種々の力を受けて、自転車の走行中に撓んでしまう。また、フォーク足２６が受ける力の強さによっては、フォーク足２６が変形してしまうこともある。フォーク足２６が撓んだり変形したりすると、キャリパー３０とディスク３６の相対位置が変化する。ブレーキをかけたときに所望のブレーキ性能が得られない恐れがある。

ここで下記特許文献１に記載の構造体は、自転車の後輪を支持する車軸支持部と、キャリパーが取り付けられるキャリパー座とが一体的に形成されている。このキャリパー座は、バックホークとの接続箇所付近に設けられているので、チェーンステイの撓みや変形による影響を直接的には受けにくい。

しかし、キャリパー座はバックホークの撓みなどによる影響を受けやすい。一方、車軸支持部は、チェーンステイとの接続箇所付近に設けられているので、バックホークの撓みなどの影響は受けにくいが、チェーンステイの撓みなどの影響を受けやすい。このように、車軸支持部とキャリパー座が影響を受ける要因が互いに異なることから、依然としてディスクとキャリパーの相対位置が変わる恐れがある。

特開２００２−１４５１６１号公報

本発明の目的は、ディスクに対するキャリパーの位置精度を高めたキャリパー取り付け構造およびそのキャリパー取り付け構造を備えた自転車を提供することにある。

本発明のキャリパー取り付け構造は、車軸が取り付けられる爪部、フロントフォークまたはチェーンステイに固定される固定部、およびキャリパーが取り付けられるキャリパー座を備える。キャリパー座は、爪部と一体的に形成され、固定部から分離されている。

爪部とキャリパー座との間またはキャリパー座にある連結部を備える。また、固定部は爪部よりも薄い。さらに、連結部は爪部よりも厚い、または連結部はリブを備える。

また、本発明の自転車は上記キャリパー取り付け構造を備える。

本発明によると、キャリパー座がフロントフォークではなく爪部と一体的に形成され、キャリパー座が固定部と分離されているため、フロントフォークが変形するほどの応力が作用しても、その応力がキャリパー座に伝わりにくい。キャリパー座の位置を安定させることができ、ディスクに対するキャリパーの位置精度を高めることができる。

他の発明において固定部を爪部よりも薄くすることで、フロントフォークが変形するほどの応力が作用したときの応力が固定部と爪部の段差に集中しやすく、そのため、その応力がキャリパー座に伝わりにくい。さらに、連結部が爪部よりも肉厚になる、または連結部にリブを備えることで連結部の強度が増し、キャリパー座の位置を安定させやすい。

本発明のキャリパー取り付け構造を示す図である。 本発明のキャリパー取り付け構造をフロントフォークに取り付けた図である。 （ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は（ａ）の他の例である。 （ａ）は図１のＢ−Ｂ線断面図であり、（ｂ）は（ａ）の他の例である。 チェーンステイとシートステイの間に適用した本発明のキャリパー取り付け構造を示す図である。 図１のキャリパー取り付け構造に第１穴部と第２穴部を設けた図である。 図５のキャリパー取り付け構造に第１穴部と第２穴部を設けた図である。 スルーアクスルタイプの爪部を備えたキャリパー取り付け構造を示す図である。 従来のディスクブレーキ装置を示す図である。

本発明のキャリパー取り付け構造および自転車について図面を使用して説明する。本発明のキャリパー取り付け構造は、自転車のディスクブレーキ装置におけるキャリパーを取り付けるための構造である。先ず自転車の前輪におけるキャリパー取り付け構造について説明する。

図１、図２に示すキャリパー取り付け構造１０は、爪部１２、フロントフォーク２４のフォーク足２６に固定される固定部１４、キャリパー座１６、爪部１２とキャリパー座１６の間の連結部１８を備える。キャリパー取り付け構造１０は自転車に備えられる。

図２に示すように、爪部１２は凹状の爪溝２０を備え、爪溝２０の中を車軸２２が通る。玉押しナット（図示省略）と固定ナット(図示省略)を車軸２２に通し、それらで爪部１２を挟み込むことで、車軸２２が爪部１２に取り付けられる。図１では固定部１４よりも爪部１２が幅広になっている。爪部１２に車軸２２が取り付けられるのであれば、爪部１２の幅は限定されない。

爪溝２０は下方を向いて開いており、奥に入るにしたがってキャリパー座１６の方に向かいながら若干湾曲した直路をなしている。爪溝２０の最初幅は車軸２２の直径とほぼ同じかより若干大きい程度である。爪溝２０の入り口部分のノッチ２０ａでは、車軸２０が容易に通らず、車軸２２を爪溝２０に向けて若干の力をかけて押し込める幅であっても良い。

爪部１２からフロントフォーク２４に向けて固定部１４が設けられている。フロントフォーク２４のフォーク足２６の中に固定部１４が挟み込まれ、固定部１４とフォーク足２６が溶接される。固定部１４はフォーク足２６の形状に合わせて直線状になっている。フォーク足２６に対する固定部１４の位置合わせのために固定部１４の先端に凸部１５を設けても良い。なお、固定部１４とフォーク足２６は、ネジ止めなど溶接以外の方法で固定しても良い。

爪部１２、固定部１４、キャリパー座１６および連結部１８は同一の部材で一体的に形成されている。図３、図４に示すように、爪部１２、固定部１４、キャリパー座１６および連結部１８は板状になっている。その材料は、たとえば、クロムとモリブデンを含有するクロムモリブデン鋼（クロモリ、ＳＭＣ）または炭素鋼である４５Ｃ、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ材）などが挙げられる。上記材料によって爪部１２などの強度を高めている。なお、爪部１２、固定部１４、キャリパー座１６および連結部１８は複数の部材を準備し、溶接等で一体的になるように形成しても良い。

図３（ａ）、（ｂ）のように、固定部１４の厚みは少なくとも爪部１２の厚みよりも薄い。爪部１２と固定部１４との境界に段差２８が生じる。フロントフォーク２４が撓んだり変形したりするときの応力が段差２８およびその付近に集中しやすくなる。さらに、爪部１２が固定部１４よりも厚くなることで、その剛性が高くなる。そのため、フロントフォーク２４から爪部１２に応力がかかりにくく、爪部１２と一体的に形成されたキャリパー座１６の位置が変化しにくくなる。

キャリパー座１６は、図２のようにキャリパー３０が取り付けられる部分である。キャリパー座１６はキャリパー取り付け穴３２を備える。ボルト３４の軸をキャリパー取り付け穴３２に通し、キャリパー３０をキャリパー座１６にネジ止めする。キャリパー３０のパッド(図示省略)がディスク３６を挟み込むことでブレーキがかけられる。なお、キャリパー座１６は図２のように、自転車の進行方向において、固定部１４の後方に固定部１４とフォーク足２６に並んで設けられている。

キャリパー座１６と爪部１２の間に連結部１８を有する。また、キャリパー座１６と連結部１８はフロントフォーク２４に接しない。従来のようにキャリパー座１６がフロントフォーク２４に設けられていないため、フロントフォーク２４の撓みや変形によってキャリパー座１６の位置が変化しにくい。

図４（ａ）に示す連結部１８の厚みは爪部１２の厚みよりも厚く形成されており、その強度が増している。このため、たとえば、通常のブレーキ時においてキャリパー座１６にキャリパー３０からの力がかかった場合や、でこぼこした路面の走行時においてキャリパー３０が揺らいだ場合であっても、爪部１２とキャリパー座１６の相対位置を一定に保つことができる。すなわち、連結部１８は、爪部１２とキャリパー座１６を連結し、その位置関係を補強する部分（補強部）でもある。このような連結部１８によれば、通常の走行時において、爪部１２に嵌め合わされた車軸２２、車軸２２に取り付けられたディスク３６、およびキャリパー座１６に取り付けられたキャリパー３０内のパッドの相対位置を一定に保つことができ、所望のブレーキ性能を得ることができる。

連結部１８の全体を肉厚にする以外に、図４（ｂ）のように連結部１８にリブ３８を備えても良い。リブ３８によって連結部１８の表面が凹凸になっている。凸状になったリブ３８で強度を高める。リブ３８の断面形状は四角形に限定されず、半円形などであっても良い。また、リブ３８の本数も限定されない。連結部１８にかかる力に応じてリブ３８の方向を適宜変更しても良い。連結部１８が変形しにくい方向にリブ３８を向ける。

連結部１８の大きさは最小限にすることが好ましい。連結部１８が小さくなることでキャリパー取り付け構造１０の重量を軽くできる。連結部１８の形状に合わせてキャリパー座１６の形状を適宜変更しても良い。

固定部１４と連結部１８はそれぞれ爪部１２に隣接しているが、固定部１４と連結部１８はそれぞれ異なる方向に隣接しており、分離されている。固定部１４と連結部１８の間には、それらを空間的に分離する溝部４０を備える。溝部４０は、奥に行くほど狭くなっている。フロントフォーク２４が撓んだり変形したときの応力は固定部１４にかかるが、溝部４０によって連結部１８にはフロントフォーク２４からの応力がかかりにくい。フロントフォーク２４の変形による応力がキャリパー座１６に伝わりにくく、キャリパー３０の位置が安定しやすい。なお、固定部１４と連結部１８が分離されれば溝部４０の形状は限定されない。たとえば、溝部４０の最奥の角を尖らさずに丸めても良い。

以上のように、本発明はキャリパー座１６をフロントフォーク２４から分離したため、フロントフォーク２４が変形してもディスク３６に対するキャリパー３０の相対位置を一定にしやすい。また、連結部１８と固定部１４の間に溝部４０を備えるため、フロントフォーク２４が変形したときの応力が連結部１８に伝わりにくく、キャリパー座１６の位置を変化させにくい。さらに、爪部１２とキャリパー座１６の間に連結部１８が有ることでキャリパー座１６の位置を安定させやすい。そのため、フロントフォーク２４が変形した状態でブレーキをかけてもブレーキ性能を落としにくい。溝部４０が有ることで、急ブレーキ時などキャリパー３０から大きな力がキャリパー座１６に掛かったとしても、連結部１８とキャリパー座１６が溝部４０内に撓んでその力を吸収することができる。ブレーキのかかりすぎを防止できる。なお、連結部１８とキャリパー座１６の撓み量は溝部４０の深さによって調節することが可能であり、溝部４０が深くなるほどその撓み量が大きくなる。

以上、本発明について一実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。たとえば、自転車の後輪に本発明を適用しても良い。図５のキャリパー取り付け構造５０のように、チェーンステイ（バックホーク）５２とシートステイ５４の間に適用しても良い。上記実施形態と異なるのは、固定部１４がチェーンステイ５２に固定されること、キャリパー座１６が固定部１４の上方に設けられていること、および爪部１２からシートステイ５４に向けてシートステイ用固定部５６を備えることである。シートステイ用固定部５６とシートステイ５４はネジ穴５７にネジを通してネジ止めされても良いし、溶接されても良い。

上記の実施形態と同様に、爪部１２に対して固定部５４と連結部１８が異なる方向に隣接しており、固定部５４と連結部１８は溝部４０によって分離されている。図５に示す溝部４０は、ほぼ直線的な形状になっている。チェーンステイ５２が変形した応力は固定部１４にかかり、溝部４０によって連結部１８にはかかりにくい。その応力はキャリパー座１６に伝わりにくく、ディスクに対するキャリパーの相対位置を一定に保ちやすい。

シートステイ用固定部５６の厚みは少なくとも爪部１２の厚みよりも薄くなっている。図３の構造と同様に、シートステイ用固定部５６と爪部１２との境界に段差５８が生じる。段差５８によってシートステイ用固定部５６に応力が集中し、爪部１２に伝わりにくい。また、爪部１２に対して連結部１８とシートステイ用固定部５６は異なる方向に隣接しており、連結部１８とシートステイ用固定部５６は空間６０によって分離されており、図５に示す空間６０は奥に行くほど幅が狭くなっている。シートステイ５４が変形しても、その応力はキャリパー座１６に伝わりにくい。

また上記実施形態は、キャリパー３０が直接キャリパー座１６に取り付けられていたが、他の方法でキャリパー座１６に取り付けられても良い。たとえば、キャリパー３０とキャリパー座１６の間にアダプターを配置しても良い。アダプターは、キャリパー座１６とキャリパー３０のネジの位置が異なる場合にキャリパー座１６にキャリパー３０を取り付けられるようにしたり、ディスク３６に対するキャリパー３０の位置を調節したりするものである。アダプターの形状は、キャリパー３０およびキャリパー座１６の形状に合わせて適宜変更しても良い。本願では、キャリパー３０を直接キャリパー座１６に取り付けても良いし、間接的に取り付けても良い。

さらに、連結部１８を肉厚にしたり連結部１８にリブ３８を設けたりするのは必須ではない。キャリパー座１６と連結部１８は独立した部分ではなく、一体的になっていても良い。連結部１８にキャリパー取り付け穴３２を設け、キャリパー３０を直接的または間接的に取り付ける。すなわち、キャリパー座１６が連結部１８を兼ね備える、または連結部１８がキャリパー座１６を兼ね備える。

固定部１４と爪溝２０の間に形成される応力集中箇所は、段差２８のみに限定されない。たとえば図６のキャリパー取り付け構造７０のように第１穴部７２をさらに備えても良い。第１穴部７２は、段差２８と爪溝２０の間に開けられている。図６では、第１穴部の形状は角を丸まらせた台形形状であるが、この形状に限定されず、正方形や円形であっても良い。このような第１穴部７２を設けることで、固定部１４から爪溝２０にかけての板状部分の断面が均一でなくなる。このため、フォーク足２６の撓みや変形に起因する応力が第１穴部７２付近に集中され、当該撓みや変形が爪部１２とキャリパー座１６に及ばず、それらの位置関係に影響しない。なお、図６では、段差２８と第１穴部７２の両方が形成されているが、いずれか一方でもよい。

第１穴部７２の位置は固定部１４と爪溝２０の間に限定されない。第１穴部７２は爪部１２から固定部１４にまたがる位置に形成されても良い。さらに第１穴部７２を固定部１４のみに形成することも可能である。

第１穴部７２の代わりに、第１穴部７２と同じ箇所を凹ませた第１凹部であっても良い。第１凹部は第１穴部７２と同様に、フォーク足２６の撓みや変形の影響がキャリパー座１６におよばないようにすることができる。

爪溝２０からキャリパー取り付け穴３２の間に、たとえば図６に示すように、第２穴部７４を設けても良い。第２穴部７４は角が丸まった三日月形状であり、当該三日月形状における弦側（内側）７６が爪溝４０側に配されている。このような第２穴部７４を設けることで、急ブレーキ時などキャリパー３０から大きな力がキャリパー座１６に掛かった時に、キャリパー座１６を溝部４０に向かってしならせやすくでき、キャリパー３０からの力を吸収しやすい。すなわち、キャリパー座１６から溝部４０に向かう力が生じたときに爪部１２と連結部１８との境界付近の領域Ｘ１を中心に曲げモーメントが作用するが、固定部１４にほとんど作用せず、第２穴部７４に歪みや変形に起因する応力を集中させる。爪部１２に対するキャリパー座１６の位置を安定させることができる。また、第２穴部７４が力を吸収することで、ブレーキの効きすぎを防止できる。

第２穴部７４に代えて爪部１２、連結部１８、キャリパー座１６にまたがる領域を凹ませた第２凹部であっても良い。第２凹部の形状および大きさは第２穴部７４と同じであっても良い。

第２穴部７４の形状や大きさは限定されず、長方形や四角形などであっても良い。さらに第２穴部７４は少なくとも連結部１８に形成されていれば良く、その端部が連結部１８から爪部１２やキャリパー座１６にはみ出しても良い。自転車の種類（シティー車、ロードレーサー等）や乗車する人の体重などによって第２穴部７４の形状や大きさを変更しても良い。また、所望のブレーキの効き具合になるように第２穴部７４の大きさを変更しても良い。

第２穴部７４の形状や大きさを設計する際、溝部４０の深さを考慮しても良い。第２穴部７４の形状や大きさ、および溝部４０の深さによってキャリパー座１６の撓み量を調節することができる。たとえば、溝部４０を深くすれば、第２穴部７４の大きさを小さくしても良い。逆に、溝部４０を浅くして第２穴部７４を大きくしても良い。

キャリパー取り付け構造７０は、第１穴部７２（または第１凹部）と第２穴部７４（または第２凹部）を両方備えても良いし、いずれか一方を備えても良い。また、各穴部７２、７４または各凹部は１つの穴または窪みであったが、複数の小さな穴または窪みを集合させたものであっても良い。

図６のキャリパー取り付け構造７０は自転車の前輪に係るものであったが、図７のキャリパー取り付け構造８０のように自転車の後輪に係るものであっても良い。キャリパー取り付け構造８０は、上記説明と同様に第１穴部７２（または第１凹部）と第２穴部７４（または第２凹部）を備える。図７において、第１穴部７２（または第１凹部）は固定部１４と爪溝２０の間に配置されているが、爪部１２から固定部１４にまたがる領域であれば、どの位置に配置されても良い。また、第２穴部７４（または第２凹部）は爪部１２からキャリパー座１６にまたがる領域に配置されているが、その領域であればいずれの位置に配置されても良い。第１穴部７２（または第１凹部）と第２穴部７４（または第２凹部）はいずれか一方のみであっても良い。

図７のキャリパー取り付け構造８０も同様に、チェーンステイ５２の撓みや変形に起因する応力が第１穴部７２付近に集中され、当該撓みや変形が爪部１２とキャリパー座１６の位置関係に影響しない。

急ブレーキ時などにキャリパー座１６から溝部４０に向けて生じた力は爪部１２と連結部１８との境界付近の領域Ｘ２を中心に曲げモーメントが作用するが、第２穴部７４に歪みや変形に起因する応力を集中させることができる。第１穴部７２と第２穴部７４によってチェーンステイからキャリパー取り付け構造８０に係る力がキャリパー座１６に伝わりにくくなっている。第２穴部７４が力を吸収することで、ブレーキの効きすぎを防止できる。

キャリパー取り付け構造８０は、キャリパー取り付け構造７０と同様に、第１穴部７２（または第１凹部）と第２穴部７４（または第２凹部）の形状を限定しない。

図８のキャリパー取り付け構造９０のように、爪部１２は上記爪溝２０を備えず、爪穴９２を備えた爪部１２であっても良い。キャリパー取り付け構造９０はスルーアクスルタイプであり、爪穴９２の中を車軸が通過する。図８は前輪のキャリパー取り付け構造９０であるが、後輪においても爪溝２０の代わりに爪穴９２を使用しても良い。爪溝１２を爪穴２０に代えても、他のキャリパー取り付け構造１０、５０、７０、８０と同様に、キャリパー座１６が固定部１４から分離されている。そのため、ブレーキ性能を落としにくいなど、他のキャリパー取り付け構造１０、５０、７０、８０と同様の効果を有する。

上記実施形態は固定部１４と爪部１２は厚みを異ならせたが、幅を異ならせたり、材質を異ならせたり、表面加工を異ならせたりしても良い。爪部１２の強度が固定部１４の強度よりも強くなるようにする。フロントフォークまたはチェーンステイから固定部１４にかかる力が強度の異なる箇所に集中することで、爪部１２にその力が伝達されにくくする。爪部１２と一体的に形成されたキャリパー座１６の位置が変化しにくくなる。

図５において、シートステイ用固定部５６と爪部１２とにおいても、厚み、幅、材質、表面加工の少なくとも１つを異ならせても良い。爪部１２を固定部１４よりも強度を高めたことと同様に、爪部１２をシートステイ用固定部５６よりも強度を高める。シートステイ５４からシートステイ用固定部５６にかかる力が強度の異なる箇所に集中し、爪部１２にその力が伝達されにくくなる。

上記のように爪部１２が固定部１４またはシートステイ用固定部５６よりも強度を強くなっていれば、爪部１２に対するキャリパー座１６の位置は限定されない。図１では爪部１２よりも後方にキャリパー座１６が配置されていたが、キャリパー座１６が爪部１２と一体的に形成されていれば、任意の位置にキャリパー座１６を配置しても良い。たとえば、フロント側であれば、固定部１２の前方に溝部４０および連結部１８を介してキャリパー座１６を設けても良い。また、爪部１２よりも下方にキャリパー座１６を配置することも可能である。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

１０、５０、７０、８０、９０：キャリパー取り付け構造
１２：爪部
１４：固定部
１５：凸部
１６：キャリパー座
１８：連結部
２０：爪溝
２０ａ：ノッチ
２２：車軸
２４：フロントフォーク
２６：フォーク足
２８、５８：段差
３０：キャリパー
３２：キャリパー取り付け穴
３４：ボルト
３６：ディスク
３８：リブ
４０：溝部
５２：チェーンステイ
５４：シートステイ
５６：シートステイ用固定部
５７：ネジ穴
６０：空間
７２、７４：穴部
９２：爪穴

Claims (7)

1. 自転車の車軸が取り付けられる爪部と、
   前記爪部から自転車のフロントフォークまたはチェーンステイに向けて設けられ、該フロントフォークまたはチェーンステイに固定される固定部と、
   前記爪部と一体的に形成され、前記固定部から分離されており、キャリパーが取り付けられるキャリパー座と、
   を備え、
   前記固定部の厚みが爪部の厚みよりも薄い、
   キャリパー取り付け構造。
2. 前記爪部に形成された第１穴部または第１凹部を備えた請求項１のキャリパー取り付け構造。
3. 前記爪部とキャリパー座との間またはキャリパー座にある連結部を備えた請求項１または２のキャリパー取り付け構造。
4. 前記連結部の厚みが爪部の厚みよりも厚い、または連結部がリブを備えた請求項３のキャリパー取り付け構造。
5. 少なくとも前記連結部またはキャリパー座に形成された第２穴部または第２凹部を備えた請求項３または４のキャリパー取り付け構造。
6. 前記固定部とキャリパー座の間に溝部が形成されている請求項１から５のいずれかのキャリー取り付け構造。
7. 請求項１から６のいずれかのキャリパー取り付け構造を備えた自転車。

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