本发明涉及折叠式自行车，特别是一具有可折叠车架及一可折叠把手装置之折叠自行车，以便将自行车的体积缩小成小巧紧凑的包装体，便利未使用时之运输及贮存。本发明特别适用于（但不限于）安全自行车，或称“山区用自行车”，轮子和轮胎比较大，比较坚固的车架大体成三角形，不仅可用于公路上，也可用于比较粗糙的路面如小径。 折叠自行车早已问世，且已使用多年，有各种形状及尺寸，且有各种折叠自行车的方法。其中一种较普遍用的折叠自行车是美国专利第4，433，852号中所公开的，其设计是采用颇小的车轮（例如直径16英寸），安装在一支撑着把手和座椅装置之低矮车架上，该车架可折叠并向上伸展以便将把手及座椅设定在使用者所预求的高度上，其调整范围可适合儿童至成人体型。此专利自行车的小型车轮及低矮车架可将自行车折成非常紧凑的小型的包装体。而把手装置包括一长型支柱，其下端铰接在一倾斜轴上，以便在把手被折下时变成从前面到后面的型态，此车架的纵向中点是铰接的，以便将前后轮折成并排关系。
大型自行车也有设计成可折叠式的，但大型自行车做成折叠式并不很受欢迎，可能是其过于复杂且折叠成一大堆，也可能是样子不雅观或碍眼。但在自行车迷中此种自行车仍流行，他们将自行车“分解”到某一程度，至少取下前轮，然后就以这种样子来运送或贮放。但显然的仅取下前轮并不足将大尺寸的自行车缩小成容易贮放或运输地包装体。本发明的目的在于提供具有改进的折叠特点，可应用在各种自行车上，且特别适于具备平直把手的山区用自行车。
本发明属于一有可叠架及可折叠把手的创新折叠自行车，不仅操作简迅稳固，能使自行车（包括大尺寸的山区用自行车）折叠成较紧凑的折叠状态及复原，也可在未折叠时保持传统自行车外观而不受折叠组件的影响（无论是视觉或功能上）。换句话说，本发明提供一种看起来、感觉上及驾驶上像一架非折叠式自行车，但在运输及贮放时具有可折叠的优点。
为此，本发明之自行车有一可折叠车架，带有至少一纵向车架，通常是两个，由一置于在架的间隙中之坚固折叠接头呈平齐关系连接在一起，另有一可折叠把手组合件，以不易察觉的方式固定在正常操作位置上，并易松开而绕着一不明显的铰链自前向后转入一不造成妨碍的位置而依靠着车架安置，该铰链是沿把手柱的一侧定位、车架铰链及把手铰链（当接合时）皆有凹入的非突出式位置的扣件，并可用一普通工具快速轻易松开，此工具可用于调整把手位置及座位。
更具体的说，如本发明中所剖析之较佳实施例所示，每一新颖之折叠关节包含两个齐平的铰链座，设在车架之间隙中，最好在车架的中空两端紧紧嵌入插塞并有支靠着这些端部之物体，以及两个并排的铰接叶片，固定在铰链架上并从其相对边横越上述间隙在自行车的纵向伸展。铰接叶片是由一铰接销以枢轴接合在一起，用以当车架构件的两端部分绕着一铰接轴而折叠成并排关系时可互相摆动，该铰链轴位于前后轮座间的中点，此轴于自行车的正常直接操作位置时是呈垂直的，而铰接叶片则为水平状。欲将车架固定在打开状态时，夹具（在此为有头扣件穿过一铰链接叶片并拧入另一叶片）将两叶片的相对锁定面夹紧，另有互锁的相对支承件形成在这些面上，以防止在这些面被夹在一起时，产生相对移动。一铰接销允许叶片在铰链的轴向产生相对的分开移动，以将这些支承件分离便于折叠。
合宜的铰接叶片是加厚的凸块，具有和车架构件平齐的半圆柱形中央部分，基本上是一圆形剖面形状的管，并具有沿着车架构件的侧边设置之侧向突出耳。夹紧扣件的头部凹入其中一中央部分且紧固件被拧入另一中央部分的承窝中，而枢轴销则设置在其中一侧边上两耳之中，在另一侧边上另两耳的相邻面上则有互锁的肋条。扣件借其头部凹槽和凸块的空动连接而被掣住，以防止在松开时发生意外损失，此合宜头部的造型为承窝式，可由一非圆形驱动工具，如六角形板手相接合。
有一种自行车的车架有上下纵向车架构件，称为“上管”及“下管”，在沿着一共同铰接轴对齐之间隙中设置两个类似的折叠接头。由于典型的下管是在车架的前方从叉型支杆向后下方倾斜，下折叠接头的铰接叶片和下管的两端部呈一角度配置。
本发明新颖的折叠把手组合件的一侧边上有一倾斜铰链，以便如前述专利的自行车般折成由前向后的姿态，但并无该自行车的长型支杆或支杆的杯状基底，并有一凹入把手杆的一分件中不显眼之固定装置，以便与固定车架铰链的扣件相同之方式操作。在所示实施例中，紧固装置包括在把手组合件的上、下部分之间的联接器，以及一向下伸入把手装置下部之上端中的有头紧固件。紧固件头最好是凹入联接器的上端中形成一非圆形承窝，用以接纳操作车架折叠接头扣件之间一驱动工具。此工具也可用于其他自行车机构，例如将座位向上移动。
倾斜铰链连接在联接器及下部之间，以便当紧固件和承窝分离时允许把手进行折叠，而紧固件在离开承窝时具有空动连接使之能和连接体保持接合。此外，把手组合件有一可向前调整的延伸机构，位于联接器及把手之间，并有一可向上调整的延伸机构位于联接器下方，使得把手的操作位置之调整比现有之把手组合件更有效。
上述这些特征共同创造一多功能的折叠式自行车，实质上其外观，感觉及驾驶上和非折叠式自行车没有两样，但对折叠机构提供简速且稳固之操作，本发明之以上及其他特征可从下列结合附图之详细说明中更易明了。
图1是说明本发明具有新颖特色之折叠式自行车的基本部分之侧视图，为清楚起见部分零件巳取下，车轮仅以虚线表示;
图2是此折叠式自行车的俯视平面图;
图3是呈折叠状态之自行车的俯视平面图;
图4a至4e是表示将自行车从图2的状态折叠成图3的状态之步骤的缩小比例之图解;
图5a及5b分别为侧视图及底部平面图，且以放大比例示出了操作可折叠自行车的折叠机构的工具;
图6a至6c是图5a及5b的工具使用方式的部分图解透视图，用以操作把手向上及向前延伸以及座垫之向上延伸;
图7是上管的折叠接头处之放大部分透视图，图中为简明起见去除了部分零件，该接头是在闭合的操作状态;
图8是上管的折叠接头之放大且部分去除之部分透视图，此接头是在开叠的折叠状态;
图9是下管的折叠接头之放大部分透视图，为简明起见图中多个部分被切除，此接头是在关闭的操作状态;
图10是下管中的折叠接头之放大部分透视图，为简明起见图中多个部分被切除，此接头示出局部开放状态;
图11是图1及2的可折叠式自行车把手组合件之放大部分侧视图，为简化起见，图中部分被剖开，并以较细的点划线示出了移动的位置及车架的相关部分;
图12是把手杆组合件的分解剖视图，从叉杆之上端部分开始（在图右下角以分解图示出）至图左上角之把手座，有些零件已部分去掉并以剖视图示出。
下面对本发明的最佳实施例进行说明。
整体结构
如图中所示，在图1和2中清楚示出了本发明的自行车10，即谓的“出区用自行车”，具有相当重量的车架11及比竞赛用自行车车轮更重的前后轮12及13，并有流行多年的“10档变速”虽然本发明特别适用于此类自行车，但应该明白本发明并不限制于此型式。
图示之自行车10具有一基本上为传统造型及设计的大体上为三角形之车架11，包括一水平架构件14，通称“上管”一向下朝后的斜架构件15，称为“下管”;一连接此上述架构件的后端之直立式座柱17，及一连接其前轮支杆18，通称“头管”。此管承载前轮，通常是在一叉19上。此叉从头管朝下及朝前倾斜，轮座20在其下端，并有一把手组合件21连接其上端，位于头管上方。在一延伸住23上安装有一座垫22，此支柱可伸入座柱17中，并由一夹具24所固定。
设有一三角形后车架结构用来把后轮13支撑于轮座5上，此后车架结构包含一对上方支杆27，有时称做“座垫撑条”，此对支杆从上管14近座位支柱17处朝后向下倾斜至后轮座，并有一对水平的下方支杆18，有时称为“链条支杆”，从座位支柱的下端延伸至后轮座。此后轮座含有两个安装件，用以连接后轴29的相对两端（见图2及3），以及前轮座含有两个类似的零件用以支柱一前轴30。
自行车10其它基本组件是一踏板及链轮组合件31，以旋转方式安装在车架上位于座柱27及下管15的下端，该组合件31包括一在车架右边（图2的上侧）的链轮32及安装在曲柄34上的两踏板33，曲柄34从链轮呈径向朝外伸出，使自行车以传统方式经由一链条（未示出）及一由该链条驱动之后链轮组合件（未示出）所驱动。踏板33在车架和链轮相对的一边最好是可向上折叠，如图3所示，这些零件及常用的齿轮变速机构（未示出）通常是属于自行车的一部分，但本发明不谈及此部分。同样的，刹车是用把手21上的手动致动器35经由粗索27来操作，但因其也为传统的构造，在此不再示出。
车架铰链：
根据本发明，车架11备有两个不显眼的折叠接头38及39，插入上管14及下管15之空隙中并座落在一共同的铰接轴40上，而和两管平齐，每一接头的两个铰链41（见图7）固定在相联接的车架构件之相邻端部上，而每一接头的两铰接叶片42，43则并排置于该接头内并相连结着，以便绕着铰链轴做相对的摆动。有一非突出之紧固件44可视需要将该对叶片稳定地夹在一起并可在折叠自行车时将其分开，在叶片的相邻两侧设有互锁元件，用以在两者夹紧时，有效地防止其相对移动。
特别是（从图7至10清楚可见）上折叠接头38的两铰链座各包含一圆盘，同轴连接至一小圆筒状的插塞中，此插塞插合卡入上管的开口端中，并妥善（如用硬焊）固定在其中，此圆盘之外径与上管相同，每一铰接叶片42、43从车架之纵向朝离于圆盘41之方向伸出而位于该铰链一隔开面的一侧，该面大体沿上管之纵轴方向上，在自行车正常的操作状态下，则大体为水平。
如图7和8所示，各铰接叶片42，43是呈加厚的凸块状，最好和安装圆盘41整体成形，并有一大体为半圆形中央部分47及两耳48，在该中央部分的相对侧边上。这两耳稍向外突出到上管的侧边以外，并且最好有圆形外端。铰接轴40由枢销49限定，此枢销是一铆钉，在其两耳对边的一侧（从图7及8看则为左手边）上有头部。当紧固件44被松开以进行折叠时铆钉并不会太紧，可允许接头有少量垂直的余隙。这种余隙可使互锁元件进行联接及脱开，此互锁元件是位于接头铆钉49对边上两耳48之相邻面上的互相接合的肋条及凹沟50，这些肋条及凹沟的形状是互补的，以便当接头如图7所示闭合时两者可密合，以防止铰链有打开的动作。从图8和10可以看出，各铰链叶片42，43的夹紧面之中央部分是凹入的，以避免干扰端部夹在一起。
为将互锁之有肋条及凹沟之面50夹紧，紧固件44为一有杆51之螺栓，此杆51穿过一通过顶凸块42中心的垂直通道，该紧固件44有一头部52置于此凸块顶部的一凹室中，此凹室由上述通道和加大上端所形成，而此杆51被拧入一对与下凸块43的中心对准的内螺纹通道54（图8）中。在紧固件的头部52也有一承窝54用以接纳一六角形驱动工具，且此紧固螺栓亦借螺栓杆及凸块之间的空动连接而被掣住，允许在如图7和8所示的锁定及松开位置之间做有限度的上下运动，但防止螺栓完全脱离凸块。在铆钉周围的耳中可具有互锁的环形加强脊及凹沟（未示出），以阻止凸块在闭合的接头中侧向移动。
下折叠接头39（见图9及10）类似上折叠接头38，但下铰接叶片对下管纵轴之定向则不相同，这些铰接叶片及下折叠接头的其他类似部件皆以前面对应的标号表示。由于下管15和上管11及铰接轴40呈一角度，铰链叶片42及有相对面和下管的纵轴呈某些角度而位于和上折叠接头的隔开面平行的一隔开面上。此两隔开面在自行车于正常操作状态时是水平的。
为此，下铰链叶片42′及43′的相对面实质上成水平面，它与下管呈约45度角相交，这些叶片的形状是呈尖削状的凸块，其厚度是从两安装圆盘41′向自行车10的纵向尖削，安装圆盘41是借由嵌入管内之小直径插塞45′而固定在下管的两部分上。两下方安装圆盘比上安装圆盘稍厚，不过下折叠铰链在其他方面则和上折叠铰链完全相同。所以对应的部分便以同样的标号表示。
把手组合件：
本发明的另一重要特征是可折叠之把手组合件21，此组合件使用一斜铰链55（见图2），折叠时，该把手位于一个方便隐蔽的地方，并包括一不显眼但极有效的紧固装置，用以将把手装置固定就位并可快速和方便松开以便折叠。此外，本把手组合件与其他自行车相比可有更大程度之位置调整，上下前后均可调整。
如图1，4b及4c及图11的实线部分所示，把手组合件21除了把手57本身之外，尚包含一上把手支撑部分，此部分自把手朝下向后倾斜，另外包含一下把手杆部分，在杆管18处与叉形件19的上端接合。把手铰链55是顺着把手杆的一侧与之呈垂直及侧向倾斜方式而安置（如图2所示），以便将已折叠的把手组合件转入图4b，4c及4d所示之由前往后的姿态，折叠时把手向下摆动。这种摆动细节则在以前的专利中有说明。
图11中清楚地示出了把手组合件的大概结构，从图中可以看出，此组合件是由一把手杆60支撑，此杆从一外螺纹管61向上延伸，而该管61又是经由杆管18从前轮叉形件19突出，如图11及12所示，铰接销59由一方U型铰接构件62所支撑，此U型构件62有一基座63（图12），其两弧形面64支靠着把手杆60并焊接在其向后方的面上。在基座63上有两向上伸展但倾斜的臂65，臂65具有孔67以便容纳枢轴销59。此销分成两部分、其中一部分68（在图12左边）为一有头的短管，基端部分有一螺纹孔69，而另一部分（在右边）为一具有一螺纹端71之有头带肩螺栓70，用以啮合在螺纹孔69中。此两部分从两侧穿过上铰接构件72而置入孔67中，并紧紧拧在一起。
上铰接构件72（也详示于图12中）有一桶状下端73，枢轴销59穿过其中，并有两大体平行之臂74，其端部由一腹板75相连，并有曲状边77用以连接至铰链上方之把手组合件上。两铰接构件最好作成较重的金属零件。最好作得相当紧固，以受得住折叠时所受的力，及把折叠好的下垂手柄支撑在折叠位置上所受的力，（见图4b）。但以后会看出，在正常操作时并不需承受任何重大的力，因这些力不是经由铰链传递的。
相反的，把手组合件21包括在上、下把手部分之间的新颖锁定机构，此机构颇不显眼且能有效地将把手紧固定位。为此，乃将一杯状联接器78接合在上把手部分并垂直靠住把手杆60的上端，成为该杆的上延部分。在杆上端有一端部插塞79（图11及12）紧固定位着，并有紧固件80向下穿过上述联接器及一在该联接器内之导引圆盘81，紧固件80有一加大的下端拧入端部插塞79中的一承窝82中。此紧固件80是一具有头部83之螺栓，此头部局部凹入联接器的上端，此端为一相当重的插塞，其中心孔84有螺栓头嵌入。在螺栓头83的上端周围为凸缘85，顶住中心孔周围端塞中的空槽底部87，使当联接器紧嵌入承窝82中时此螺栓头部亦陷入联接器中。导引圆盘81有一螺纹孔，其大小和承窝相同，故稍小的紧固件80的杆可在此孔内自由滑动，此导引圆盘因此具有止动件之功能、构成紧固件及联接器78之间的空动连接。
在杯状联接器78的下端，其环形下缘部分88卡入插塞79的高起中央部分89周围，并紧靠在插塞的下轮缘90（图12）。表面88及89的形状制成当和把手紧固器夹在一起时能形成咬合式且相互密合的接合，且显示出互补式尖削面以达到极紧密的安装。
把手组合件21的上部是一第一伸展接头，含有一对伸缩支撑，其中两管91及92提供把手的向上及向前的调整。较大的下管91连接联合器78的前边并向上且向前与水平线成一角度，此角度最好在25至50度之间，而较小的上管92向上突出于下管上端之外约一可变的距离。在靠近大管的上端设有一夹具93，可如图12所示加以分开，以使外管围住内管而收缩，以达到稳固的夹紧。夹紧作用是由两个固定在管91上位于开口的相对边之杯状夹紧零件94及95形成的，另有一有头连接器97以其头部98置于其中一杯状零件内而其螺纹端99则栓入中一杯状零件中，以将两零件拉紧在一起。此连接器也有一非圆形承窝100，可供其他夹紧机构所用的相同工具操作。
在前轮叉形件19的向上延伸部61及把手杆60之间有一第二伸展接头，用以向上调整把手组合件21。此接头是由把手杆60在上管18上方伸入有外螺纹的向上延伸件61中而形成，并包括另一大体为杯形之夹具101，置于一拧在该延伸件上的销紧螺帽（locknut）102下面。如图12所示，此夹具包围住延伸件的上端，并有两间隔的端部103在其前方，以使拉在一起以将接头固定在一选定已调整好之位置上，在此夹具中，一类似枢轴销59之两件式夹紧螺栓104，105将上述两自由端夹紧在一起。此螺栓的头部也有一非圆形承窝107。有一销108（图12）从夹具101伸入螺纹延伸部上的凹沟109内，以防止其他部分产生相对转动。
要将把手57安装在把手组合件21上时，将另一C型夹具110固定在伸缩管92的上端，其两自由端111向前伸展而呈图11之垂直相隔关系。把手的中心置于此夹具中，而其他两件式连接器112，113（类似连接器104，105）及铰接销59可操作以弄紧夹具使之夹住把手。此连接器也有一非圆形承窝114用以接纳同一驱动工具。
如图1和2明白所示，本发明之自行车10的合宜把手结构是一种在中央夹具110的相对边上有两侧向突出而实质上平直的中心部分，向后且朝外倾斜的中间部分115，以及折后朝外稍许向后倾斜的自由端部分117。从图1可以看出，带有握爪118的自由端部分117也稍向后弯。这些弯度不仅使手柄位于便利骑车的位置，也使已折叠的把手能紧密地“窝”在上管18周围，如图3和4c所示。
在所有其他方面，此可折叠之自行车10基本上可为一传统构造。手刹车操纵器35以传统方式安装在把手杆57上，也可设置一传统的齿轮变速机构（未示出）。踏板/链轮组合件可包括不同尺寸的驱动链轮（图中仅示出一链轮32），另也包括至少一可折叠的踏板33。左边的踏板（向前）在已折叠车架时仍留在外边，但可在曲柄的下端于左侧绕着其安装件119向上折叠，如图3，4d及4e所示。传统式踏板铰链也可用于此。
图5a和5b中所示是配合折叠构的各种连接器一起使用的代表性工具120。它包含一六角形杆121及一传统式握型手柄122，在此为球型手柄。其他造型之工具也可采用，上述工具仅为说明之用。
折叠操作及调整要点：
参考图4a至4e，可从上述说明及下列操作要点中了解各种折叠机构之操作方式。首先自行车10如图4a的所示（及图1）系呈未折叠状，把手组合件21系松开以便折叠成图4b及4c的较低的由前向后的位置，即利用工具120置于垂直紧固螺栓80的头部83之六角形承窝内，以将在联接器78内的该螺栓松开而脱离承窝82（图11）。之后把手57便轻而易举地被降至折叠位置。
接下来折叠接头38和39的螺栓44被从其承窝54松开，并将车架11绕着铰接轴40折叠。此铰接轴位于两轮座20及25之中点，而使前后轮12及13形成并列关系，如图4d及4e所示。把手57便靠着两车架部分而定位，这时在未折叠车架的右侧之踏板33伸入已折叠之组合中。另一踏板33可向上折叠（如图4e），折叠便告完成。
图6a至6c是自行车的三种高度调整。图6a及6b示出了在把手铰链联接器78上、下方的两伸展接点组成之伸缩调节，此项调节是由夹具101及110控制的，图6b是向上及向前的调节。图6c表示夹具24的调节，此调节是控制座椅支杆23之伸缩。工具120可用于所有这三个夹具上。
欲将自行车10恢复未折叠状态时，可将图4a至4e的操作顺序颠倒进行。只要稍微练习，折叠及还原极简单易行。同样重要的是，当自行车还原后系保持在极安全的正常操作状态，且车架的折叠铰链38和39以及把手组合件的折叠铰链55均分别由其紧固件固定。
从上述说明中可知，本发明提供了一种可折叠之自行车，其折叠机构不显眼而效率高。同时可看出，虽然详细说明及例示仅为一特定实施例，但本专业技术人员在以下权利要求部分之精神及范围之内可以作出各种修正及改型。