JP2006056493A - 前二輪自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】 コーナリング、前輪乗り上げ時などのハンドル操作性を高めることにより走行安定性を更に向上させた前二輪自転車を提供する。
【解決手段】メインフレーム、及びこのメインフレームの前端の枢支筒部で回動可能に支持されかつ上端にハンドルを設けたフロントステアリング装置を含み、フロントステアリング装置は、前記ハンドルを上端で取付けかつ前記枢支筒部により支持されて下方にのびる軸状のフロントコラムと、このフロントコラムの下端部で、自由端側が上下に回動可能に枢支されかつ各１つの前輪を間隔を隔てて枢着する１対のアームと、前記前輪を下向きに付勢する向きにアームを回動する付勢手段とを包含するとともに、前輪が走行に際して路面から受ける荷重の増加により、前記前輪の枢着点を通る前輪中心線と、前記メインフレームの前記枢支筒部を通るフロントコラム中心線との間の最短距離を小とする向きで、前記アームを回動させることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、前輪を二輪とし、市中走行用又はマウンテンバイクなどのオフロード用自転車として好適に用いられる前二輪自転車に関する。

走行安定性、荷積みの便宜などのため、前二輪の自転車は既に実用化されている。二輪自転車では、旋回時の遠心力に抗するため車体をリーンさせるが、前記前二輪自転車においても、コーナリングにおいて求心力を働かせる必要がある。そのため図２４に示すように、ステアリング軸ａをくの字状にφ°屈曲することにより、メインフレームｂを旋回の内側へ自動的に内傾させ、旋回時の遠心力に抗する求心力を生じさせる前二輪三輪車が提案されている（特許文献１参照）。

しかしこの提案では、前二輪ｄをそれぞれ支持する２組の前フォークｅ、ｅを設け、四輪車のように前二輪ｄ、ｄを各枢支点廻りで平行状態で回動するものであるため、構成が複雑であるとともに旋回半径が相違するため前二輪の片方にスリップが生じ易い。

そこで本出願人は、図２５に示すように、上部にハンドルｆ及びステアリング軸ｇを具えるとともに下部に２つの前フォーク部材ｈ、ｈを有するフロントフレームｉを、メインフレームｊ前端に回動可能に取り付け、各前フォーク部材ｈ、ｈ下部に前記ステアリング軸方向に上下動自在に枢支された前輪ｋ、ｋを、弾性部材ｍで下に付勢することにより、前輪ｋ、ｋが路面から受ける荷重の増加により独立して上下動しうる前二輪三輪車を提案している（特許文献２参照）。

この提案では、弾性部材ｍにより、乗り上げ時の衝撃を吸収、緩和して乗り心地を高めるとともに、旋回時には弾性部材ｍの弾性に抗した前二輪の独立した上下動により、通常の二輪車と同様車体をリーンでき、遠心力に対抗して、乗り手が体を内側へ傾け旋回走行しうる。さらに、路面上の石などへ前輪ｋ片側のみが乗り上げ、或いは縁石などの段部へ斜めから衝合する時、衝合側前輪ｋが持上がることにより左右にバランスして転倒が防止され、乗り越しできる。

特開平２−２６７０９２号公報 特開２００３−８１１６５２号公報

しかしながら、前記特許文献２の提案によるものにおいて、弾性部材ｍを前フォーク部材ｈ内に収容するものは、やや構造が複雑であり高価となりがちである他、片側の前輪ｋの弾性部材ｍが圧縮されたとき逆向きに起き上がりの力が発生しがちであり、急カーブにおける高速旋回、路面凹凸の激しいオフロードラン、段部の斜め乗上げ走行などにおいては、前輪ｄに対する路面からの荷重が大きく変化する中で俊敏なハンドル操作が求められるとともに、旋回時のリーンに際してはさらにハンドリングを向上することが望まれる。

本発明は、前輪が走行に際して路面から受ける荷重の増加により、前記前輪の枢着点を通る前輪中心線と、前記メインフレームの前記枢支筒部を通るフロントコラム中心線との間の最短距離を小とする向きで、前記アームを回動させることを基本とし、コーナリング時、前輪乗り上げなどにおけるハンドル操作性を高めることにより、走行安定性を一層向上した前二輪自転車の提供を課題としている。

前記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、メインフレーム、及びこのメインフレームの前端の枢支筒部で回動可能に支持されかつ上端にハンドルを設けたフロントステアリング装置を含み、フロントステアリング装置は、前記ハンドルを上端で取付けかつ前記枢支筒部により支持されて下方にのびる軸状のフロントコラムと、このフロントコラムの下端部で、自由端側が上下に回動可能に枢支されかつ各１つの前輪を間隔を隔てて枢着する１対のアームと、前記前輪を下向きに付勢する向きにアームを回動する付勢手段とを包含するとともに、前輪が走行に際して路面から受ける荷重の増加により、前記前輪の枢着点を通る前輪中心線と、前記メインフレームの前記枢支筒部を通るフロントコラム中心線との間の最短距離を小とする向きで、前記アームを回動させることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、前記フロントステアリング装置は、前記アームの下向き傾動を阻止して基準状態で静止する回動阻止手段を有し、また請求項３に係る発明においては、前記フロントコラムは、前記枢支筒部の下方でメインフレームに近づいて形成されたアーム支持部を有し、かつ前記アームは、自由端側を前に向けて取り付けるとともに、乗車して足を浮かせた乗車基準直進状態において、前記アームが水平線に対してなす前上がりのアーム角度α１を、前記フロントコラム中心線が水平線に対してなすコラム角度β１から減じた交差角γ１を９０°以下としたことを特徴とする。

請求項４に係る発明では、前記フロントコラムは、前記枢支筒部の下方でメインフレームから離れて形成されたアーム支持部を有し、かつ前記アームは、自由端側を後に向けて取り付けるとともに、乗車して足を浮かせた乗車基準直進状態において、前記アームが水平線に対してなす前上がりのアーム角度α２を９０°よりも小、しかも路面から荷重を受けて回動するアームのアーム角度αｆを前記フロントコラム中心軸が水平線に対してなすコラム角度β２から減じた交差角γｆを９０°以下としたことを特徴とする。

また前記付勢手段は、請求項５ではコイルバネを含む弾性材からなり、請求項６では弾性材と、前記フロントコラム、又はアームに取り付けられ該弾性材の長さを調整する調整手段とを有し、また請求項７では空圧バネと、この空気バネが負荷を受けて設定圧縮量を超えて圧縮された時にのみ作動する押しバネとからなることを特徴とする。

請求項１に係る発明は、走行中路面から受ける前輪の荷重が増加したとき、アームが回動して、前記前輪の枢着点を通る前輪中心線と、前記メインフレームの前記枢支筒部を通るフロントコラム中心線との最短距離であるフォークオフセットが小さくなるため、ハンドル動作に対して前輪が敏捷に反応し、ハンドル操作が軽快となる。従って旋回時は内側へリーンさせることから内側前輪のフォークオフセットを減少させ、内側へのハンドル操作がスムーズとなり、逆に平坦直進時には、付勢手段により双方前輪のフォークオフセットが伸びるため高い直進安定性を維持できる。また片方前輪の乗り上げ時には反対側へハンドルがとられるが、該乗り上げた前輪の応答性が高まるために逆方向へのハンドル操作が容易となり転倒を防止できる。さらに付勢手段の付勢力の設定によりリーンを起き上がらせる力を調整して、旋回走行を安定化させることができる。

請求項２に係る発明のように回動阻止手段を設けると、乗り手の体重がかからない時のアーム位置が固定され、非乗車時の状態が安定し、また請求項３に係る発明のように構成すると、荷重増によるアーム角度の増加に伴いフォークオフセットの減少率が漸減し、その結果ハンドル操作性の向上率が漸増する。

請求項４に係る発明のように構成すると、路面から荷重が増加すると、アームは水平線に対してなす前上がりのアーム角度αｆを減じるため、前記フォークオフセットを減じて、前輪の操作応答性が高まる。

請求項５に係る発明のように構成すると、前輪の昇降とアームに対する付勢力との関係をバネ定数により一次化して、バネ反力の設定が容易となり、また請求項６では、乗り手の体重、オンロード・オフロードなど路面状況その他に応じて付勢力を増減でき、さらに請求項７に係る発明のように構成すると、路面の小凹凸に対しては、柔らかな空気バネで支持し、段部乗り上げなど大きな負荷に対しては、押しバネを加えた安定した反力により支持し、底打ちすることなく乗り心地を高めうる。

以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。図１に示すように、前二輪自転車１（以下自転車１という）は、メインフレーム２と、この前部に回動可能に支持されるフロントステアリング装置５とを具える。

前記メインフレーム２は、前端に配されたヘッドチューブ２Ａと、このヘッドチューブ２Ａに前端部を固着した上部のトップチューブ２Ｂと、このトップチューブ２Ｂの下方で前記ヘッドチューブ２Ａから後斜め下方に伸びるダウンチューブ２Ｄと、このトップチューブ２Ｂの後端及びダウンチューブ２Ｄの後端をつなぐシートチューブ２Ｅと、このシートチューブ２Ｅ上端から後斜め下方に伸びるシートステイ２Ｆと、シートチューブ２Ｅの下端から後方に伸びるチェーンステイ２Ｇとを有し、自転車１の骨組みをなす。なお前記ヘッドチューブ２Ａは、筒状をなし、フロントステアリング装置５を支持する枢支筒部３を構成している。また前記シートチューブ２Ｅの上端部に、シートピラー２５を嵌合することによりサドル２６を高さ調整可能に取り付けている。

前記シートステイ２Ｆ後端及び前記チェーンステイ２Ｇ後端の交差部に、一輪の後輪２１が軸支されるとともに、前記シートチューブ２Ｅ下端及びダウンチューブ２Ｄ下端の交差部に、クランク２２と一体に回動するチェーンリング２４Ａが軸支される。そしてこのチェーンリング２４Ａと前記後輪２１のスプロケット２３と間にチェーン２４Ｂを巻き掛けることにより周知の自転車用駆動機構が構成され、これにより自転車１が駆動前進する。前記の如く本形態では、後輪２１を一輪で構成した前二輪三輪車を例示しているが、後輪２１を、二輪又は三輪以上で構成することもできる。

前記フロントステアリング装置５は、フロントコラム７と、このフロントコラム７の上端に取り付けられるハンドル４と、フロントコラム７の下端部に枢着される一対のアーム９と、このアーム９を下向きに付勢する付勢手段１０とを含む。

前記フロントコラム７は、上下方向に伸びる軸状をなし、上部に枢支部６が形成される。本形態のフロントコラム７は、図２、３に示すように、中間で後方に緩やかに折れ曲がる丸パイプ状をなし、図５に示すよう、上寄りの外周に環状凸部２７が形成される。

本形態の枢支部６は、図５、６に示すように、フロントコラム７の前記環状凸部２７より上の領域で形成され、前記メインフレーム２の枢支筒部３内にガタツキなくしかも回動可能に挿入される外径を有し、外周面が平滑に仕上げられている。また枢支部６の上端部外周には、ネジ溝２８が螺刻される。さらにこの枢支部６の中心線がフロントコラム中心線１３を形成する。このフロントコラム中心線１３の傾きを表し、水平線に対して前上がりになす角度をコラム角度β１とする。該コラム角度β１は、例えば１０６〜１１２°程度、本形態では１０８°である。一般的に１０６°未満ではハンドリング性は良いものの、直進安定性が不足し、逆に１１２°を超えると直進安定性は向上するがハンドリング性に欠ける。

前記枢支部６は、前記枢支筒部３に下方から挿入される。このとき枢支筒部３の下端と前記枢支部６の環状凸部２７との間に下の玉受け２９Ａと、下の玉押し２９Ｂと、その間のボール２９Ｄとからなる下のボールベアリング軸受２９が介装される。また枢支部６の上端部には上の玉受け３０Ａと、上の玉押し３０Ｂと、その間のボール３０Ｄとからなる上のボールベアリング軸受３０を取り付け、前記上の玉押し３０Ｂを前記ネジ溝２８に螺合することにより、枢支部６の抜けが防止されるとともに、上、下のボールベアリング軸受２９、３０の締付け力を調整できる。さらに、上の玉押し３０Ｂの上でネジ溝２８に螺合するロックリング３１により枢支部６の取付けがロックされる。このようにしてフロントコラム７は、メインフレーム２の枢支筒部３に、前記フロントコラム中心線１３を中心として回動可能に取り付けられ、また前記枢支筒部３の下方で、メインフレーム２側に前記折れ曲がることによりメインフレーム２に近づいて形成されたアーム支持部１５を具える。

またこの枢支部６の上部には、前記ハンドル４が取り付けられる。本形態のハンドル４は、水平杆状のハンドルバー４Ａと、ハンドルステム４Ｂとを含み構成されたものを例示している。ハンドルステム４Ｂは、中心に通孔を有し下端面が傾斜した縦長の縦軸部３２と、この縦軸部３２上端から前方に折れ曲がる前折部３３とが一体に形成されて逆Ｌ字状をなす。前記ハンドルバー４Ａの中間部を前折部３３の前端にロックボルト等を用いて固着することによりハンドルバー４Ａ及びハンドルステム４Ｂが一体化される。上端面に六角穴を有するとともに下部外周にネジ溝３５を螺刻した引き棒３６が、前記縦軸部３２の通孔に挿入される。さらに上端が傾斜するとともに下部にナット３７を溶着した引きウス３４を前記縦軸部３２の下方に配し、前記引き棒３６のネジ溝３５を引きウス３４の前記ナットに螺合することにより、引きウス３４を縦軸部３２の下部に取付ける。

前記ハンドルステム４Ｂの縦軸部３２及び引きウス３４を、上から前記枢支部６内に挿入し、前記引き棒３６の六角穴に嵌合したレンチにより引き棒３６を回転して引きウス３４を引き上げると、前記縦軸部３２下端面及びこれに重なり合う引きウス３４上端面の双方の傾斜面が、互いに相手方を枢支部６の内周面に向け押し合うため、ハンドルステム４Ｂが枢支部６内に固着される。これにより、前記の如くメインフレーム２の枢支筒部３に取り付けられたフロントコラム７は、ハンドル４に固着され、ハンドルバー４Ａの操作によって前記フロントコラム中心線１３を中心として回動する。

前記一対のアーム９は、図３、４に示すように、その基端部側が前記フロントコラム７下端部の両側で、その自由端側が上下に回動可能に各々枢支される。前記アーム９は、本形態では、図３、４に示すように、前記自由端側を前にして配され、かつ真直ぐな角棒状をなすが、円パイプ、角パイプ、或いは弓状の湾曲体、への字状の折曲体等各種形状のものを用いることもできる。

本形態では、フロントコラム７の下端部のアームの枢支点９Ｐにおいて、両ネジシャフト３８を自転車１の巾方向に貫通させ、両側方に突出する先端でアーム９の基端部を軸支するとともに、両ネジシャフト３８の先端にナット３９を螺装してアーム９の脱落を防止している。このようにフロントコラム７を貫通した両ネジシャフト３８を用いて一対のアーム９を取付けると、双方のアーム９、９の回動中心位置がズレることがなく、簡単に組立、メンテナンスできる点で好ましい。

これと異なり、一対のアーム９の基端部に各々内側を向く突出部を一体に設けるとともにフロントコラム７の下端部に軸受を設け、この軸受にアーム９の前記突出部を係合することによりアーム９を枢支することもでき、更にはアーム９の上下回動を支持するスイング金具を介してアーム９を取付けるなどの変形が可能である。

前記一対のアーム９、９には、図４に示すように、その先端部寄りの前輪の枢着点１１において、各々１つの前輪８が枢着される。この２つの前輪８、８は、自転車１の巾方向に間隔ＬＷを隔てて配置される。この間隔ＬＷは、例えば１００〜５００ｍｍ、好ましくは１５０〜３００ｍｍ、本形態では１９０ｍｍとしている。また前記アームの枢支点９Ｐと前輪の枢着点１１との間隔Ｌ１は、例えば６０〜２４０ｍｍ、好ましくは９０〜１８０ｍｍ、本形態では１２０ｍｍとしている。

本形態では、ハブシャフト４０を前記アーム９の前記前輪の枢着点１１に外向に片持ち状に固着し、前記ハブシャフト４０を前輪８のハブ４１に軸通し、先端にハブナット４２を螺装することにより前輪８を枢着している。また左右にフォーク部材を設けたアーム９を用い、この一対のフォーク部材の先端間にハブシャフト４０を架け渡して前輪８を取付けるなど各種変形が可能である。なお本形態の自転車１は、ハブ４１の内側にディスク４３を取付けるとともに、アーム９先端に前記ディスク４３を両側から挟み制動するブレーキパッド４４を設けた制動装置を装備している。

前記付勢手段１０は、左右のアーム９、９の自由端側を下向きに押圧回動させることにより前輪８を下向きに付勢し、前輪８からアーム９に伝わる路面から受ける反力である荷重とバランスするとともに走行時に路面から受ける前記荷重の増減を吸収して、乗り手が受ける衝撃を緩和するものである。また図９に示すように、左右のアーム９、９は均等に付勢され、同じ大きさの荷重を受ける前輪８、８は高さが揃うため、直立静止、微速走行が容易となる。本形態の付勢手段１０は、コイルバネ、ねじりバネ、板バネ、空気バネ、硬質弾性体などの弾性材１７により形成され、図３に示す自転車１は、コイルバネ１６を用いている。

また本形態では、一端側に第１の取付部４５Ａ及び受け鍔４６を有するロッド４７と、このロッド４７の他端がスライド自在に挿入するとともに外周に受け部４８を有し、かつ端部に第２の取付部４９を設けた筒体５０とを、コイルバネ１６の内部に挿入するとともにコイルバネ１６の両端を前記受け鍔４６、受け部４８に係合させて構成した弾性部材５１を用いる。この弾性部材５１は、第２の取付部４９を前記アームの枢支点９Ｐよりも上方においてフロントコラム７に枢支するとともに、第１の取付部４５Ａをアームの枢支点９Ｐと前輪の枢着点１１との間における弾性材の枢支点１７Ｐにおいてアーム９に枢支することにより、フロントコラム７とアーム９との間に架け渡される。その結果コイルバネ１６がアーム９を押し下げ、前記路面からの荷重とコイルバネ１６のバネ力がバランスする高さでアーム９が支持される。

なお前記アームの枢支点９Ｐと弾性材の枢支点１７Ｐとの間隔Ｌ２は、例えば３０〜１２０ｍｍ、好ましくは４５〜９０ｍｍ、本形態では６０ｍｍとしている。ただし、前記前輪の枢着点１１の外側に弾性材の枢支点１７Ｐを配することもでき、このときの間隔Ｌ２は前記１２０ｍｍよりも大となる。また前記コイルバネ１６の自由高さは、例えば６０〜２００ｍｍ程度、好ましくは８０〜１４０ｍｍ、本形態では１００ｍｍとしている。ただし前記前輪の枢着点１１の外側に弾性材の枢支点１７Ｐを配するときは、２００ｍｍを越えて３００ｍｍ程度とすることもできる。さらにコイル外径は、例えば１２〜３５ｍｍ程度、好ましくは１５〜２５ｍｍ、本形態では２１ｍｍとしている。バネ定数は、弾性材の枢支点１７Ｐがアームの枢支点９Ｐと前輪の枢着点１１との中間のとき、例えば３．０〜１０．０Ｎ／ｍｍ程度、好ましくは４．０〜８．０Ｎ／ｍｍ、より好ましくは５．０〜７．０Ｎ／ｍｍ、本形態では６．０Ｎ／ｍｍとしている。そして前記間隔Ｌ２が異なる場合には、これに反比例的に増減したバネ定数を採用するものとし、例えば弾性材の枢支点１７Ｐと前輪の枢着点１１とが一致するとき、２．０〜４．０Ｎ／ｍｍ程度、好ましくは２．５〜３．５Ｎ／ｍｍ、より好ましくは３．０Ｎ／ｍｍとする。このようにコイルバネ１６は、前輪８の昇降とアームに対する付勢力との関係をバネ定数により一次化して、バネ反力を任意に設定しうる点で好ましい。

前記筒体５０は外周にネジ溝５２が螺刻され、このネジ溝５２に螺合したダブルナット４８Ａが前記受け部４８を形成している。そしてこのダブルナット４８Ａの位置を変化させることによりコイルバネ１６の長さを加減してバネ力を調整できる。このバネ力の調整により、リーンした車体を起き上がらせる力を調節して安定した旋回走行を得ることができる。なお前記筒体５０のネジ溝５２及びダブルナット４８Ａにより調整手段１８が構成される。

また図１４に示す付勢手段１０は、シリンダ１９Ａ及びこのシリンダ１９Ａ内を摺動するピストン１９Ｂからなる空圧バネ１９と、シリンダ１９Ａの奥部に挿入された押しバネ２０とからなる。そして圧縮初期には空圧バネ１９の反力のみが作用し、荷重増に伴い空圧バネ１９が設定圧縮量を超えて圧縮した時に、前記ピストン１９Ｂ先端を押し戻す押しバネ２０のバネ力が加わり大反力が作用する。このようにバネ性を強弱二段階とすると、路面の凹凸等小衝撃に対して柔らかいクッション性を発揮し、段部乗り上げ等大きな衝撃は、押しバネを加えた腰のある弾性で支持して底打ちしない乗り心地が得られる点で好ましい。

さらに図１５は、ねじりバネ５３からなる弾性材１７を用いた変形例を示し、ねじりバネ５３の両端をフロントコラム７及びアーム９に係合させることによりアーム９を下向きに付勢している。

なお、前記フロントコラム７の下端には、前に向けて突出する受片５３Ａが螺着されるとともにこの受片５３Ａの突出部上に硬質ゴムを用いた受部５３Ｂが設けられる。この受部５３Ｂに、前記コイルバネ１６で付勢されたアーム９が当接することにより、該アーム９は下向きの傾動が阻止された基準状態で静止する。前記受片５３Ａと受部５３Ｂとで回動阻止手段１４を形成し、非乗車時のアーム９は一定のバネ力を維持しつつ回動阻止手段１４により基準状態で静止するため、スタンドに支持された停車時、手押し歩行時などで安定した起立状態を維持でき、操作性を高めうる。なおこのとき前輪の枢着点１１を通る前輪中心線１２は、フロントコラム中心線１３よりも前方に位置している。

前記基準状態とは、乗り手の体重がかからないときのアーム９の状態をいい、基準状態のアーム角度α０は、例えば１３〜１９°、本形態は１５°とし、図６、７において二点鎖線で示される。なお前記アーム角度とは、前記アームの枢支点９Ｐと前輪の枢着点１１とを通る仮想線が水平線に対して前上がりになす角度をいう。

このように構成された自転車１に乗車し足を浮かせると、体重は前後輪で分担され片側の前輪には、体重の約２０〜３０％程度（標準体重６０Ｋｇで約１１８〜１７７Ｎ程度）の負荷がかかる。ハンドル操作により前輪８を前方に向けペダルを漕いで前進駆動すると（この状態を乗車基準直進状態という）、前輪８には前記基準状態に比べ乗り手の体重分の荷重が増え、コイルバネ１６の弾性に抗して上に回動して前記アーム角度が増加する。この乗車基準直進状態におけるアーム角度α１は、これを前記コラム角度β１から減じた角度である交差角γ１が９０°以下となるように構成される。本形態では、アーム角度α１を１８°とするため、前記の如く１０８°としたコラム角度β１から減じた角度である交差角γ１は９０°となる。なお図６、７において乗車基準直進状態が実線で示される。

またこのような交差角γ１とするため、前記コイルバネ１６のバネ定数の選択、又は前記調整手段１８によるコイルバネ１６の長さ調整によるバネ力の調整の他、アームの枢支点９Ｐと弾性材の枢支点１７Ｐとの間隔Ｌ２、アームの枢支点９Ｐと前輪の枢着点１１との間隔Ｌ１、フロントコラム７のコラム角度β１、回動阻止手段１４による基準状態のアーム角度α０その他を変化させること、或いはこれらを２以上組合わせることがおこなわれる。

前記乗車基準直進状態で走行中に旋回、乗り上げなどにより路面からの荷重が増加すると、図６において一点鎖線で示すように、アーム９はコイルバネ１６のバネ力に抗して上に回動してアーム角度αｆが拡大する。これに連動して前輪の枢着点１１は、アームの枢支点９Ｐを中心とする仮想円弧５４上を上昇するが、前記交差角γ１を９０°以下とするため、前輪の枢着点１１を通る前輪中心線１２と、前記フロントコラム中心線１３との最短距離であるフォークオフセットが減少する。なお自転車などのステアリング構造において、フォークオフセットが大きいと直進安定性が高く、小さくなるとハンドルの応答性が敏捷化して、方向転換が容易になることは一般に知られている。

また図６に示す本形態は、交差角γ１が９０°であるため、乗車基準直進状態でフォークオフセットが最大値Ｆ１となり、直進安定性が最も高くなる。そして前記荷重増加にともないアーム角度αｆは拡大し、同時に前輪８は前記基準状態からの高さＨ１が増加するとともにフロントコラム中心線１３に近づき、その結果フォークオフセットを減じる。図６において、前記乗車基準直進状態に比べ、前記前輪中心線１２がフロントコラム中心線１３に近づく距離、即ちフォークオフセットの減少巾が近接距離Ｄ１で示される。図８（Ａ）は前記上昇高さＨ１と近接距離Ｄ１の相関関係を示し、前輪８が上昇するほど近接距離Ｄ１が漸増することを表している。なお図８（Ａ）のｄ１は、フロントコラム中心線１３に平行に前輪８が昇降する前記従来の自転車におけるフロントコラム中心線１３への近接距離であり、前輪が昇降してもフォークオフセットは一定であることを示している。

また図６で示されるＤ２は、前輪８上昇時の水平後退距離であり、ｄ２は前記従来例の水平後退距離を示す。そして図８（Ｂ）に前記上昇高さＨ１と水平後退距離Ｄ２、ｄ２の相関関係が示される。なお、前記従来例においては、前輪８のバネ力は上昇高さＨ１に比例して増減する。しかし本形態においては、前輪８の上昇が小の範囲ではバネ反力の増加率も小さい反面、前輪８が大きく上昇した時点での増加率が大きくなるため、通常走行における路面の小突起への乗り上げ、揺るやかな旋回などにおいていは柔らかいクッション性が得られるとともに、路面からの大きな荷重、高速での急旋回時などでは腰のある強いバネ性がえられる点で好ましい。

このように、乗車基準直進状態において路面からの荷重が増加すると、アーム９が上に回動して前輪８が上昇するとともに前記フォークオフセットが減少するため、ハンドル操作に対する前輪８の応答が敏感となる。従って、図１０に示すように、旋回時に車体をリーンさせると、内側の前輪８が上昇するため前二輪が路面を捉えてスリップなく安定して旋回できる上、内側の前輪８がフォークオフセットを減じるため旋回側へ向けるハンドルの動きが軽くなり、コイルバネ１６の車体を起そうとする反力、即ち直進させようとする作用を減殺する効果が発揮されるため、軽快なコーナリング操作性が得られる。

図１１に示すように、一方前輪８の段差Ｇへの乗り上げ時は、その前輪８の上昇によりバランスが維持されて転倒を防止できる。また片輪乗り上げ時には、ハンドル４に段差Ｇの反対側に向けた回転力を生じるとともに乗り上げ衝撃力がハンドル操作を重くするが、乗り上げ側前輪８のフォークオフセットが減少するため、前記回転を是正するためのハンドル操作が軽くなり、容易に乗り上げしうる。しかも前記の如く前輪８の上昇高さが大きいほど、フォークオフセットの減少比率が高まるため、落差のある段差Ｇでも安定してハンドル操作できる。

図１２に示すように、段差Ｇが継続する時にも体重移動により安定した片輪乗り上げ走行を持続できる。また乗り上げた側のコイルバネ１６は反力が増加するため、その作用により段差Ｇの下に向けてハンドルがとられるが、乗り上げ側前輪８のハンドル応答性が敏感であるため、軽いハンドル操作により片輪乗り上げ走行を維持しうる。

図１３（Ａ）に示すように、段差Ｇに斜めに衝合する時は、図１３（Ｂ）に示すように、片方前輪８で支持されつつ先行前輪８が乗り上げ、その後他の前輪８が乗り上げるため、安定して乗り越しうる。また乗り上げ時に先行前輪８が受ける段差Ｇの反力により、進行方向に対し段下側に向いてハンドルがとられ、かつ前記反力が加わって大きな荷重がかかるため先行前輪８のハンドル操作は重くなる。しかし前記の如く、持ち上がる先行前輪８はハンドル応答性が敏捷化するため、軽いハンドル操作により斜め乗り上げできる。

図１６、１７は、他の実施形態を例示している。以下異なる内容について説明し、それ以外は図中に表れた主要な構成に同じ符号を付すのみとする。本形態のフロントコラム７は、中間で前方に緩やかに折れ曲がる軸状をなし、前記枢支筒部３の下方で前記折れ曲がりによりメインフレーム２から離れるアーム支持部１５が形成される。

本形態では、フロントコラム７の下端部のアームの枢支点９Ｐにおいて、自由端部を後に向けたアーム９の基端部側を軸支する。このアーム９は、その自由端寄りの前輪の枢着点１１において前輪８を枢着し、フロントコラム７とアーム９の間にコイルバネ１６を含む付勢手段１０を架け渡すことにより下向きに付勢され、かつフロントコラム７下端部に設けた回動阻止手段１４で傾動を阻止された基準状態で静止して、アーム角度α３で傾く。乗り手が乗車して前記乗車基準直進状態に移行するとアーム角度α２に傾きを減じ、このときの前輪の枢着点１１を通る前輪中心線１２とフロントコラム中心線１３との最短距離であるフォークオフセットをＦ２とする。なお、前記アーム角度α３は９０°以下に設定されることが好ましく、アーム角度α２は衝撃吸収のため９０°以下に設定することが必要である。

そして旋回時のリーン姿勢、走行中の段差Ｇ、障害物などへの乗り上げ、その他による路面からの荷重増加を受けるアーム９は、アーム角度αｆをさらに減じて傾動するが、その領域は前記コラム角度β２からアーム角度αｆを減じた交差角γｆが９０°以下の範囲とする。このとき、前輪８は基準状態からの高さＨ２を増すとともにフロントコラム中心線１３に近づきフォークオフセットを減じるため、コーナリング走行、段差Ｇへの乗り上げ、斜め衝合などにおいて押し上げられる前輪８のハンドル操作に対する応答性が敏感となり、軽いハンドル操作で安定走行しうる。図１８のＤ３は、基準状態に対してアーム角度αｆの前輪８がフロントコラム中心線１３に近づく距離（フォークオフセットの減少寸法）、Ｄ４はその水平後退距離を示し、ｄ４は前記従来の自転車の水平後退距離を対比したものである。

また本形態では、図１９に示すように、前輪８の高さＨ２が増加すると、路面から受ける荷重の増加率が低減し、６０ｍｍ以上の領域では殆ど一定となる。前記従来の前二輪自転車では前輪の持ち上がり量に比例した反発力を受けるため、リーンが押し戻されてコーナリング姿勢が崩れやすく、また一方前輪８の乗り上げ時には反対側へ強い反力を受けていた。しかし本形態では、前記の如く前輪８が上昇しても反発力は一定領域に維持されるため、リーン姿勢が維持されて安定したコーナリングが得られるとともに、乗り上げ時のハンドル操作も軽快に行いうる。このように本発明の自転車１は、アーム９、付勢手段１０等を含む構成の種々変更により、乗り心地性、走行操作性を高めることができる。

本形態において仮にアーム９が交差角γｆが９０°を超えて回動すると、前輪の枢着点１１を通る前輪中心線１２は前記フロントコラム中心線１３から遠ざかり、ハンドル操作の抵抗が漸増する。そのため、本形態では、付勢手段１０のバネ力により交差角γｆが９０°を超すことを防止している。またストッパーを設けて過回動を阻止することもできる。

図２０は、更に他の実施形態を例示している。本形態のフロントコラム７は、中間で前方に緩やかに折れ曲がるとともに更にその先で下方に湾曲してのびるアーム支持部１５を有する。そしてこのアーム支持部１５下部のアームの枢支点９Ｐにおいて、自由端部を後方としたアーム９の基端部側を軸支するとともにコイルバネ１６を用いた付勢手段１０により前記アーム９を下向きに付勢している。なお本形態のフォークオフセットは、前記基準状態における最大値Ｆ３からアーム９の上昇に伴い漸減して最小値Ｆ４となるが、アーム９が更に上昇する時は再び漸増し、アーム９の上昇端でＦ５に増加する。従って本形態は、旋回時リーン姿勢が一定以上に大きくなると直進性が再び増加し、これにより転倒が抑制できる点で好ましい。

図２１（Ａ）は、フロントコラム７が真直ぐなコラム本体部７Ａと、このコラム本体部７Ａの下端から後方にのびてメインフレーム２に近づくアーム支持部１５とからなる変形例を例示する。本形態では、前記アーム支持部１５後端部のアームの枢支点９Ｐにおいて、自由端部を前方に向けたアーム９の基端部を軸支している。また図２１（Ｂ）に示された変形例では、フロントコラム７は、真直ぐなコラム本体部７Ａと、このコラム本体部７Ａの下端から前方にのびてメインフレーム２から離れるアーム支持部１５と、コラム本体部７Ａ及びアーム支持部１５間にトライアングル状に架け渡した補強部７Ｂとからなり、アーム支持部１５前端部に、自由端部を後方に向けたアーム９の基端部が軸支される。

図２２は、更に他の実施形態を例示している。本形態の自転車１は、駆動を受ける２つの後輪２１、２１を有し、フロントステアリング装置５に装着された一対の前輪８、８とともに四輪自転車を構成している。そして本形態では図２３に示すように、左右の後輪２１、２１に旋回時に生じる回転速度差を吸収することによりスムースな走行が得られる差動装置５５を設けている。この差動装置５５は、ペダル５６を足漕ぎすることにより駆動される回転軸５７と一体かつ放射状に延びる支軸５８に枢支される傘状の第１の歯車５９と、その両側で該第１の歯車５９と噛み合うとともに対向しかつ前記回動軸５７と同芯に回転自在に枢支される一対の傘状の第２の歯車６０、６０とからなる。そして、前記第２の歯車６０の各１が、チェーン６１を介して左右の後輪２１、２１に連係されることにより、負荷の大小に応じた駆動力が各後輪２１、２１に伝達される。

本発明の一実施の形態を例示する正面図である。 その要部拡大図である。 その要部拡大断面図である。 その平面図である。 その異なる部分の要部拡大断面図である。 フロントステアリング装置の動作を表す略正面図である。 その要部拡大図である。 （Ａ）は前輪の上昇高さと、フロントコラム中心線への近接距離との関係を示すグラフであり、（Ｂ）は前輪の上昇高さと、水平後退距離との関係を示すグラフである。 前二輪自転車の直立した使用状態を例示する側面図である。 前二輪自転車の旋回状態を例示する側面図である。 前二輪自転車の段差に乗り上たる状態を例示する要部正面図である。 前二輪自転車の片輪を段差に乗り上げ直立した状態を例示する側面図である。 （Ａ）（Ｂ）は段差に斜め方向から乗り上げる状態を示す線図である。 他の付勢手段を例示する断面図である。 さらに他の付勢手段を具えた前二輪自転車の要部正面図である。 本発明の他の実施形態を例示する要部正面図である。 その要部拡大断面図である。 フロントステアリング装置の動作を表す略正面図である。 前輪の上昇高さと路面から受ける荷重との関係を示すグラフである。 更に他の実施形態を例示する要部正面図である。 （Ａ）（Ｂ）は各々異なる他の実施形態を例示する要部正面図である。 更に他の実施形態を例示する略平面図である。 その後部を示す斜視図である。 従来例の斜視図である。 他の従来例の斜視図である。

符号の説明

１ 前二輪自転車
２ メインフレーム
３ 枢支筒部
４ ハンドル
５ フロントステアリング装置
６ 枢支部
７ フロントコラム
８ 前輪
９ アーム
１０ 付勢手段
１１ 前輪の枢着点
１２ 前輪中心線
１３ フロントコラム中心線
１４ 回動阻止手段
１５ アーム支持部
１６ コイルバネ
１７ 弾性材
１８ 調整手段
１９ 空圧バネ
２０ 押しバネ

Claims (7)

1. メインフレーム、及びこのメインフレームの前端の枢支筒部で回動可能に支持されかつ上端にハンドルを設けたフロントステアリング装置を含み、
   フロントステアリング装置は、前記ハンドルを上端で取付けかつ前記枢支筒部により支持されて下方にのびる軸状のフロントコラムと、
   このフロントコラムの下端部で、自由端側が上下に回動可能に枢支されかつ各１つの前輪を間隔を隔てて枢着する１対のアームと、
   前記前輪を下向きに付勢する向きにアームを回動する付勢手段とを包含するとともに、
   前輪が走行に際して路面から受ける荷重の増加により、前記前輪の枢着点を通る前輪中心線と、前記メインフレームの前記枢支筒部を通るフロントコラム中心線との間の最短距離を小とする向きで、前記アームを回動させることを特徴とする前二輪自転車。
2. 前記フロントステアリング装置は、前記アームの下向き傾動を阻止して基準状態で静止する回動阻止手段を有することを特徴とする請求項１記載の前二輪自転車。
3. 前記フロントコラムは、前記枢支筒部の下方でメインフレームに近づいて形成されたアーム支持部を有し、かつ前記アームは、自由端側を前に向けて取り付けるとともに、乗車して足を浮かせた乗車基準直進状態において、前記アームが水平線に対してなす前上がりのアーム角度α１を、前記フロントコラム中心線が水平線に対してなすコラム角度β１から減じた交差角γ１を９０°以下としたことを特徴とする請求項１又は２記載の前二輪自転車。
4. 前記フロントコラムは、前記枢支筒部の下方でメインフレームから離れて形成されたアーム支持部を有し、かつ前記アームは、自由端側を後に向けて取り付けるとともに、乗車して足を浮かせた乗車基準直進状態において、前記アームが水平線に対してなす前上がりのアーム角度α２を９０°よりも小、しかも路面から荷重を受けて回動するアームのアーム角度αｆを前記フロントコラム中心軸が水平線に対してなすコラム角度β２から減じた交差角γｆを９０°以下としたことを特徴とする請求項１又は２記載の前二輪自転車。
5. 前記付勢手段は、コイルバネを含む弾性材からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の前二輪自転車。
6. 前記付勢手段は、弾性材と、前記フロントコラム、又はアームに取り付けられ該弾性材の長さを調整する調整手段とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の前二輪自転車。
7. 前記付勢手段は、空圧バネと、この空気バネが負荷を受けて設定圧縮量を超えて圧縮された時にのみ作動する押しバネとからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の前二輪自転車。

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