JP2018043681A - 三輪自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】 通常の二輪自転車は低速走行時にふらつきやすく，三輪固定式の三輪自転車は高速でカーブを切ると転倒しやすいという問題があったので，二輪車と三輪車の両方の長所を備え，短所を改善した安全な三輪自転車を提供する。【解決手段】 前輪を二輪とし，平行リンク機構により前輪が平行に傾くようにし，この平行リンクとハンドルを非平行リンクで結合し，ハンドルに加える上下荷重操作で停止時にも直立でき，低速走行時にはふらつかずに走行でき，通常走行時には普通の二輪自転車と同じ感覚でカーブでも操舵によりバランスがとれる三輪自転車を実現する。【選択図】図１

Description

本発明は，前輪に二輪を有する三輪自転車に係り，人力によるハンドル操作で自立することができ，停止時，低速走行時，通常走行時のいずれにおいても安定して乗車できる三輪自転車に関する。

従来の二輪自転車は最も普及している自転車であるが，前後には二輪で安定しているが左右には支えるものがないため自立することは不可能である。このため停止時には地面に足をつくか，サドルの高さにより足が地面につきにくい場合は自転車から降りる必要があった。信号の多い都会ではこの動作は身体の疲労を増す原因となる。また，上り坂ではスピードが出ず低速走行になってしまうが，二輪車の場合は低速での左右の倒れに対する安定を保つためには小刻みなハンドル操作を強いられ，蛇行してふらつく原因ともなっていた。これは自動車の交通量が増加した今日では車道の端を走る自転車にとっては危険が伴う現象であり，自動車側から見ても事故の危険を感じることの一つになっており，双方にとって精神的苦痛を伴い，現にひっかけ事故が多く発生している事実もある。

一方，停止時にも走行時にも自立できる安全な自転車として三輪とも固定された前二輪あるいは後ろ二輪の三輪自転車がある。停止時や直進時には足をつく必要がなくふらつくこともないので安定しているが，カーブを曲がるときには逆に危険性が生じる。それは，カーブでは外側に向かって遠心力が作用するので重力と遠心力の合力は外側へ向かって斜め下方向に働く。スピードがある速度を越えると，合力と地面の交点が三輪の接地点を結ぶ三角形の辺より外側に出るようになる。こうなるとカーブの内側の車輪は地面から浮きあがって，自転車はカーブの外側へ向かって転倒する。

この問題を解決する先行技術として特許文献１に示したものがある。これは前輪を２輪とし，リンク機構により前輪が平行に傾くことができるようにして，このリンク機構とハンドルバーをコントロールケーブルで繋ぎ，ハンドルの上下回転操作で前輪の傾きを調整できるものである。これにより，カーブで車体にバンクをつけることができ，転倒を防止することができる。また，左右に傾斜した路面でも車体の直立を保つことができる。

特開２００８−１３２９３３号公報

特許文献１に示されたものは，左右各４か所の支持点間にワイヤーチューブとワイヤーを固定し，ハンドルと車輪を傾斜させるリンク機構を操作するものである。支持点が多いのでその剛性も低くなりがちで，ワイヤーという弾性体を介在しているのでさらに剛性は落ちる。このため，ハンドルの操作量が的確に車輪の操作量として伝わりにくい。また車輪の傾きも確実にハンドルに伝わりにくい。このため，操作にオーバーシュートが生じやすく，操作性が悪い。また，ワイヤーチューブとワイヤーの長さが適切でなかったり，経時変化でワイヤーが延びたりすると，動きに遊びが生じ操作が不安定になる。

本発明では参考文献１で生じるような課題を解決するために，すべて剛で遊びのないリンク機構を用いる。前輪を支持する２つのフォークは前輪が平行に位置する状態で平行四辺形状の平行リンクにピン結合される。このリンク機構により，２つの前輪は前後と回転方向には相対移動できず，平行を保ったまま左右に倒れることのみ許される。平行リンクの上下の横バーは操舵軸とピン結合され，操舵軸とリンクは左右の倒れのみを許容し，軸方向および軸の回転方向への相対変位はできないようになっている。操舵軸は車体に軸方向の動きを規制され，回転自由に支持される。

ハンドルは操舵軸の上端に左右方向に相対変位できない状態で，交差面内で回転自由に，操舵軸周りに回転固定に支持される。ハンドルと平行リンクの一部は，操舵軸とも互いにも非平行の縦バーによりリンク結合される。この機構により，車輪が垂直の状態では平行リンクの横バーもハンドルも水平であるが，車輪が傾くと平行リンクの横バーは水平移動するのに対してハンドルは傾きながら横移動する。

ハンドルと平行リンクの一部を操舵軸と非平行リンクで結合したので，ハンドルに上下方向の偶力を与えるとハンドルと平行リンクの間には横方向の偶力が発生する。車体の傾きがない状態で一方のハンドルを押し下げ，他方のハンドルを持ち上げる荷重を加えると偶力により操舵軸が傾こうとする。逆に車体が傾いているときに前記と逆方向に荷重を加えると車体の傾きが復元する。

車体が静止した状態でもハンドルに加える上下荷重により車体の傾きを復元できるので，自転車を停止した状態でもハンドルの荷重操作のみで車体を直立させることができ，足を地面につけなくてもバランスを保つことができる。低速走行時にも同様に車体を直立に保つことができ，不安定になりがちな操舵によるバランスとりが不要になる。通常走行時にはハンドルに上下荷重を加えず，従来の二輪自転車と同じ感覚でハンドルの操舵のみによりバランスを保つことができる。したがって常に安定した安全な自転車を提供することができる。

本発明の実施例１の全体を示す構造図である。 本発明の実施例１のハンドル部分を示す部分図である。 本発明の実施例１の操作と効果を示す前輪組み立て部分の正面図である。 本発明の実施例２のハンドル部分を示す部分図である。 本発明の実施例２の別の形態のハンドル部分を示す部分図である。 本発明の実施例３の全体を示す構造図である。 本発明の実施例３の操作と効果を示す前輪組み立て部分の正面図である。 本発明の実施例４の全体を示す構造図である。

本発明の実施の形態を図１乃至図８を使用して説明する。

（実施例１）
図１に本発明の実施例１の全体構造を示す。車体１に後輪２，サドル３，ペダル４，チェーン組み品５などが装備されており，この構造は従来の二輪自転車と同様である。前輪７Ｌ，７Ｒをそれぞれ支持する前輪フォーク６Ｌ，６Ｒは平行に配置され，平行をなす上横バー８Ｕと下横バー８Ｄとピン結合され，平行リンク８を形成している。上横バー８Ｕの中央と下横バー８Ｄの中央は操舵軸９とピン結合している。操舵軸９はフレーム１の前方に位置する上の操舵軸受１Ａと下の操舵軸受１Ｂに支持されて軸回りに回転自由であり，スラスト方向には移動しないように図示しないスラスト受けが装備されている。

前輪フォーク６Ｌおよび６Ｒの上端は縦バー１１Ｌおよび１１Ｒとピン結合している。縦バー１１Ｌはハンドル１３とピン１２Ｌにより，縦バー１１Ｒはハンドル１３とピン１２Ｒにより，それぞれピン結合している。縦バー１１Ｌおよび１１Ｒとハンドル１３との結合位置は上横バー８Ｕとの結合位置よりも操舵軸９に近い位置である。すなわち，縦バー１１Ｌおよび１１Ｒは操舵軸９と非平行であり，上横バー８Ｕと縦バー１１Ｌ，１１Ｒおよびハンドル１３の結合点間は上辺が下辺より短い台形の非平行リンクを形成している。

図２は実施例１のハンドル１３の部分を正面から見た図を示している。縦バー１１Ｌおよび１１Ｒはそれぞれピン１２Ｌと１２Ｒにより，位置が固定され，回転自由のピン結合になっている。しかし操舵軸９に設けられたピン穴９Ａは縦長の穴になっていて，横方向にはピン１０と余裕がなく，縦方向にはピン１０と余裕があり，ハンドル１３と操舵軸９は横方向には相対移動できないが，縦方向にはある程度移動できるようになっている。ここではピン１０をハンドル１３に固定する前提で述べたが，ピン１０を操舵軸９に固定して，ハンドル１３側をピン穴とし，このピン穴を縦長にしても同様の作用効果を得ることができる。ハンドル１３は操舵軸９の軸方向に多少移動できるので，上横バー８Ｕ，操舵軸９，縦バー１１Ｌ，１１Ｒで形成されるリンク機構に不静定は生じない。

本発明の実施例１の操作と効果を説明するために，図３に前輪組み立て部分の正面図を示す。図３の(a)は自転車が停止時あるいは低速走行時を想定し，本来直立すべきところ乗り手にとって左側であるＬ側に少し傾いた状態を示す。２輪自転車の場合，停止時ならば足を地面について傾きを止めるしかなく，低速走行時には前輪の大きな操舵でバランスを取り車体１を直立状態に戻すことになるが，これがふらつきの原因になる。本発明の実施例１の場合の操作と効果を説明する。車体１がＬ側に倒れるとＬ側のグリップ１４Ｌは上に上がり，Ｒ側のグリップ１４Ｒは下に下がる。そこでこのハンドル１３の倒れに抗する感覚で，グリップ１４Ｌを下に押し下げ，グリップ１４Ｒを上に引き上げるような白抜き矢印の荷重を体と腕により与える。そうすると縦バー１１Ｌ，１１Ｒ，ハンドル１３および上横バー８Ｕには黒矢印で示すような軸力が発生する。このとき，ハンドル軸力１３Ｆと横バー軸力８Ｆは互いに逆向きで，偶力となり，この力は操舵軸９を立てようとする荷重になる。操舵軸９と前輪フォーク６Ｌおよび６Ｒは常に平行を保つ構造であるから，操舵軸９を立てるということは前輪フォーク６Ｌおよび６Ｒを立てることであり，結局車体全体を立てることになる。

その結果自転車の車体１を図３の（ｂ）で示すように直立状態に復帰させることができる。車体１がＲ側に傾こうとした場合は前記の操作と逆の荷重をかける操作を行うことによって，やはり（ｂ）で示す直立状態に復帰することができる。このように，車体１が左右どちらに傾こうとしても体が倒れかけるのを支えようとする自然な動作により車体１を直立状態に復帰させることができる。また，ハンドル１３に傾きが生じないようにグリップ１４Ｌと１４Ｒをしっかり支えていれば車体１はどちらへも傾かず，直立状態を保つことができる。したがって，停止状態でも足を地面につける必要がなくなる。また，低速走行時にもこの操作により直立を保っていれば操舵でバランスをとる必要はなくなり，車体１のふらつきがなくなる。また，通常走行時にはハンドル１３には上下の荷重をかけないで通常の二輪自転車と同様に操舵により車体１のバランスをとることができる。

（実施例２）
図４は本発明の実施例２のハンドル１３の部分を正面から見た図を示している。ハンドル１３は運転者から見て左側の左ハンドル１３Ｌと右側の右ハンドル１３Ｒに分割されている。左ハンドル１３Ｌの中央端１３Ａと右ハンドル１３Ｒの中央端１３Ｂは共に操舵軸９の上端にピン１０で位置を固定されて回転自由に結合している。この部分で左ハンドル１３Ｌと右ハンドル１３Ｒは相対的に傾きを持つことができるので，上横バー８Ｕ，操舵軸９，縦バー１１Ｌ，１１Ｒで形成されるリンク機構に不静定は生じない。

図５は本発明の実施例２の別の形態のハンドル１３の部分を正面から見た図を示している。ハンドル１３は運転者から見て左側の左ハンドル１３Ｌと右側の右ハンドル１３Ｒに分割されている。左ハンドル１３Ｌの中央端１３Ａは操舵軸９の上端にピン１０Ａで位置を固定されて回転自由に結合している。右ハンドル１３Ｒの中央端１３Ｂは操舵軸９の上端にピン１０Ｂで位置を固定されて回転自由に結合している。この部分で左ハンドル１３Ｌと右ハンドル１３Ｒは相対的に傾きを持つことができるので，上横バー８Ｕ，操舵軸９，縦バー１１Ｌ，１１Ｒで形成されるリンク機構に不静定は生じない。

（実施例３）
図６に本発明の実施例３の全体構造を示す。本実施例では操舵軸９と縦バー１１Ｌ，１１Ｒがすべて交差している。操舵軸９は中間部を中抜けの軸通し枠１５で繋ぎ，空間部を軸が通せるようになっている。この空間を貫通して，縦バー１１Ｌは上横バー８ＵのＲ側とハンドル１３のＬ側をリンク結合し，縦バー１１Ｒは上横バー８ＵのＬ側とハンドル１３のＲ側をリンク結合している。縦バー１１Ｌと１１Ｒは中ほどを互いにくりぬいてあり，干渉しないようになっている。

本発明の実施例３の操作と効果を説明するために，図７に前輪組み立て部分の正面図を示す。図７の(a)は自転車が停止時あるいは低速走行時を想定し，本来直立すべきところ乗り手にとって左側であるＬ側に少し傾いた状態を示す。車体１がＬ側に倒れるとＬ側のグリップ１４Ｌは下に下がり，Ｒ側のグリップ１４Ｒは上に上がる。このとき，水平線に対するハンドル１３の傾きは垂直線に対する操舵軸９の傾きよりも大きくなる。そこでこのハンドル１３の倒れに抗する感覚で，グリップ１４Ｌ上に引き上げ，グリップ１４Ｒを下に押し下げるような白抜き矢印の荷重を体と腕により与える。そうすると縦バー１１Ｌ，１１Ｒ，ハンドル１３および上横バー８Ｕには黒矢印で示すような軸力が発生する。このとき，ハンドル軸力１３Ｆと横バー軸力８Ｆは互いに逆向きで，偶力となり，この力は操舵軸９を立てようとする荷重になる。操舵軸９と前輪フォーク６Ｌおよび６Ｒは常に平行を保つ構造であるから，操舵軸９を立てるということは前輪フォーク６Ｌおよび６Ｒを立てることであり，結局車体全体を立てることになる。

その結果自転車の車体１を図７の（ｂ）で示すように直立状態に復帰させることができる。車体１がＲ側に傾こうとした場合は前記の操作と逆の荷重をかける操作を行うことによって，やはり（ｂ）で示す直立状態に復帰することができる。このように，車体１が左右どちらに傾こうとしても車体１を引き起こそうとする動作により車体１を直立状態に復帰させることができる。また，ハンドル１３に傾きが生じないようにグリップ１４Ｌと１４Ｒをしっかり支えていれば車体１はどちらへも傾かず，直立状態を保つことができる。したがって，停止状態でも足を地面につける必要がなくなる。また，低速走行時にもこの操作により直立を保っていれば舵操作でバランスをとる必要はなくなり，車体１のふらつきがなくなる。また，通常走行時にはハンドル１３には上下の荷重をかけないで通常の二輪自転車と同様に操舵により車体１のバランスをとることができる。

（実施例４）
図８に本発明の第４の実施例の全体構造を示す。前輪フォーク６Ｌ，６Ｒは平行リンク８とは切り離されており，フォーク受け１６Ｌ．１６Ｒに回転自由に結合している。フォーク受け１６Ｌ，１６Ｒは平行に配置され，平行をなす上横バー８Ｕと下横バー８Ｄとピン結合され，平行リンク８を形成している。横バー８Ｕと下横バー８Ｄは中央で車体１と一体になった操舵軸受１Ｃとピン結合している。平行リンク８より上でハンドル１３より下の位置にサブリンク１７が設けられている。平行リンク８の上横バー８Ｕの中間部とサブリンク１７の中間部は操舵軸９と非平行の縦バー１１Ｌおよび１１Ｒとリンク結合している。縦バー１１Ｌと１１Ｒの結合点間の距離は下側より上側の方が狭くなっており，上横バー８Ｕとサブリンク１７の間で台形状になっている。サブリンク１７の両端はハンドル回転リンク１８Ｌ，１８Ｒを介してハンドル１３と連結している。ハンドル回転リンク１８Ｌ，１８Ｒはそれぞれ”く”の字型に結合した２部材からなっており，ハンドル１３の平面内回転は自由で，左右への倒れに対してはサブリンク１７を拘束し，サブリンク１７はハンドル１３の回転面と平行を保つ。

操舵軸９は操舵軸受１Ｃを下まで貫通しており，その下端に設けたアームは前輪回転リンク１９Ｌ，１９Ｒとピン結合している。前輪回転リンク１９Ｌ，１９Ｒは前輪フォーク６Ｌ，６Ｒに設けたアームとピン結合している。この機構によりハンドル１３を回すと前輪フォーク６Ｌ，６Ｒが回転し，前輪７Ｌ，７Ｒが回転する。前輪回転リンク１９Ｌ，１９Ｒの長さやアームの長さおよび角度を適正にして，前輪７Ｌ，７Ｒの回転時にはその中心軸の延長線および後輪２の中心軸の延長線がすべてほぼ１点に集中するようにそれぞれ適正な角度で回転することにより，カーブでの安定性を確保している。

実施例４の車体１の倒れに対するハンドル１３の上下荷重による回復操作は実施例１と同じであるが，前輪７Ｌ，７Ｒの接地点が転動しないのでより走行安定性が増す。

本発明は三輪自転車として説明してきたが，この機構は自転車に限ったものではなく，本発明は原動機付三輪自転車や電動機付き三輪自転車，さらには自動三輪車にも適用範囲が及ぶものである。

１ 車体
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 操舵軸受
６Ｌ，６Ｒ 前輪フォーク
７Ｌ，７Ｒ 前輪
８ 平行リンク
８Ｕ 上横バー
８Ｄ 下横バー
９ 操舵軸
１１Ｌ，１１Ｒ 縦バー
１３ ハンドル
１４Ｌ，１４Ｒ グリップ
１６Ｌ，１６Ｒ フォーク受け
１７ サブリンク
１８Ｌ，１８Ｒ ハンドル回転リンク
１９Ｌ，１９Ｒ 前輪回転リンク

Claims (3)

1. 前二輪，後一輪の三輪自転車において，前輪を支持する２つの前輪フォーク（６Ｌ，６Ｒ）またはフォーク受け（１６Ｌ，１６Ｒ）と横バー（８Ｕ，８Ｄ）により平行四辺形状の平行リンク（８）を形成し，前輪（７Ｌ，７Ｒ）が平行に相対移動できるようにし，ハンドル（１３）は操舵軸（９）に横方向に固定されて交差面内で回転自由に，かつ軸回りに回転固定に結合され，操舵軸（９）は操舵軸受（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）に軸回転自由に取り付けられ，操舵軸（９）または操舵軸受（１Ｃ）は平行リンク（８）の上下の横バー（８Ｕ，８Ｌ）の中間に交差面内で回転自由に，かつ軸回りに回転固定に結合され，前輪フォーク（６Ｌ，６Ｒ）の上端または横バー（８Ｕまたは８Ｄ）とハンドル(１３）またはハンドルと平行運動するサブリンク（１７）とは，操舵軸（９）と平行でない左右対称形で１対の非平行リンク（１１Ｌ，１１Ｒ）で結合されていることを特徴とする三輪自転車。
2. 請求項１において，ハンドル（１３）は一体であり，前記非平行リンク（１１Ｌ，１１Ｒ）とハンドル（１３）またはハンドルと平行運動するサブリンク（１７）とは相対位置固定のピン結合になっていて，前記操舵軸（９）とハンドル（１３）とは操舵軸（９）の軸方向には移動でき，操舵軸（９）の直角方向には移動できないピン結合になっていることを特徴とする三輪自転車。
3. 請求項１において，ハンドル（１３）は左ハンドル（１３Ｌ）と右ハンドル（１３Ｒ）に二分割されており，それぞれ中央端で操舵軸（９）と相対位置固定のピン結合になっていることを特徴とする三輪自転車。

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