JP3042153U - 前後輪操舵式自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ペダル操作や走行に支障を来さずに前車輪と
後車輪とを同期的に操舵できる前後輪操舵式自転車を提
供する点にある。 【解決手段】 メインフレーム１の前端部に固定したヘ
ッドパイプ２によりハンドル３とハンドルステム４と前
ホーク５とを操舵可能に支持するとともに前ホーク５に
より前車輪６を支持し、メインフレーム１の後端部に固
定した後ホーク支持部９により後ホーク１０を操舵可能
に支持するとともに後ホーク１０により後車輪１１を支
持し、メインフレーム１の前後方向中間部に立パイプ７
を固定し、立パイプ７の下部にハンガ１２を設け、後ホ
ーク１０の上端部に中間伝達部１８を設け、ハンガのク
ランク軸と中間伝達部１８とを１次駆動系１５〜１７に
より連結し、中間伝達部１８と後車輪１１とを２次駆動
系１９〜２１により連結した自転車において、前ホーク
５の上部に操舵力伝達輪２４を同心状に固定し、後ホー
ク１１の上部に操舵力伝達輪２６を同心状に固定し、こ
れらの操舵力伝達輪２４、２６を可撓の操舵力伝達部材
２５により連結している。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、前車輪と後車輪とを同期的に操舵する前後輪操舵式自転車に関する ものである。

【０００２】

【従来の技術】

前車輪と後輪とを同期的に操舵する前後輪操舵式自転車の従来例を図７及び図 ８により説明すると、ｉが立パイプ、ａが立パイプｉの上端部に取付けたサドル 、ｂが立パイプｉの前面に固定したメインフレームで、メインフレームｂの前端 部には、ヘッドパイプ（図示せず）が固定され、ヘッドパイプ内には、ハンドル ステム（図示せず）が回転可能に嵌挿され、ハンドルステムの上端部には、ハン ドル（図示せず）が固定され、ハンドルステムの下端部には、前ホーク（図示せ ず）が固定され、前ホークの下端部に固定したアーム（前車輪支持軸）ｃには、 前車輪ｄが回転可能に取付けられている。

【０００３】 ｅが立パイプｉの後部に固定した後ステイで、後ステイｅの後端部には、後ホ ークｊが操舵可能に取付けられ、後ホーク部ｊの下端部に固定したアーム（後車 輪支持軸）ｆには、後車輪ｇが回転可能に取付けられている。 ｈがリンクで、リンクｈの前端部がアーム（前車輪支持軸）ｃの左右一端部に 枢支され、リンクｈの後端部がアーム（後車輪支持軸）ｆの左右一端部に枢支さ れている。

【０００４】 前記図４及び図５に示す前後輪操舵式自転車では、ハンドルを操作したとき、 その動きがハンドルステムと前ホークとアームｃとを介して前車輪ｄに伝えられ て、前車輪ｄが操舵されると同時にアームｃの動きがリンクｈとアームｆとを介 して後車輪ｇに伝えられて、後車輪ｇが操舵される。その際、アームｃ及びアー ムｆの一端部が１本のリンクｈにより連結されており、前車輪ｄと後車輪ｇとが 同じ方向（同じ向きの平行状態）に操舵されることになる。

【０００５】 このように後車輪ｇを前車輪ｄと同じ方向に操舵するのは、自転車の直進安定 性を増大させて、自転車の操縦を容易にするためである。 上記自転車の前後輪操舵装置では、後ホークｊ及び後車輪ｇが後ステイｅの後 端部ｅを通る垂直軸線を中心に操舵されるので、通常の後車輪駆動装置、即ち、 クランク軸側の大ギヤと後車輪側の小ギヤとをチェーンにより直接連結した通常 の後車輪駆動装置を使用して、後車輪ｇを駆動すると、チェーンが後車輪ｇに干 渉するので、図８に例示した特別な後車輪駆動装置を使用する必要がある。

【０００６】 図８のｋが立パイプｉの下端部に設けたハンガのクランク軸、ｍ、ｍがクラン ク軸ｋの左右両端部に固定したクランク、ｎ、ｎが各クランクｍに取付けたペダ ル、ｐが後ホーク部ｊの上端部に取付けた中間回転軸、ｒがクランク軸ｋに固定 したスプロケット、ｓが中間回転軸ｐに固定したスプロケット、ｔがスプロケッ トｒ、ｓ間に懸装した１次駆動系チェーン、ｕが中間回転軸ｐに固定したプーリ 、ｖが後車輪ｇのハブに固定したプーリ、ｗがプーリｕ、ｖ間に懸装した２次駆 動系ゴムベルトである。

【０００７】 以上の後車輪駆動装置では、ペダルｎを踏み込んだときのクランク軸ｋの回転 をスプロケットｒ→チェーンｔ→スプロケットｓに伝えて、スプロケットｓを回 転する一方、スプロケットｓの回転をプーリｕ→ゴムベルトｗ→プーリｖに伝え て、後車輪ｇを駆動する。従って後車輪ｇを操舵しても、後車輪ｇがチェーンｔ に干渉しない。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

前記図３に示す従来の前後輪操舵装置では、（１）リンクｈがペダルの外側方 に位置しているので、ペダルの踏み込み操作に支障を来す。（２）アーム（後車 輪支持軸）ｆの一端部がフレームの外側方に突出しているので、自転車の走行に 支障を来すという問題があった。

【０００９】 本考案は前記の問題点に鑑み提案するものであり、その目的とする処は、ペダ ル操作や走行に支障を来さずに前車輪と後車輪とを同期的に操舵できる前後輪操 舵式自転車を提供しようとする点にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するために、本考案は、メインフレームの前端部に固定した ヘッドパイプによりハンドルとハンドルステムと前ホークとを操舵可能に支持す るとともに前ホークにより前車輪を支持し、メインフレームの後端部に固定した 後ホーク支持部により後ホークを操舵可能に支持するとともに後ホークにより後 車輪を支持し、メインフレームの前後方向中間部に立パイプを固定し、立パイプ の下部にハンガを設け、後ホークの上端部に中間伝達部を設け、ハンガのクラン ク軸と中間伝達部とを１次駆動系により連結し、中間伝達部と後車輪とを２次駆 動系により連結した自転車において、前記前ホークの上部に操舵力伝達輪を同心 状に固定し、前記後ホークの上部に操舵力伝達輪を同心状に固定し、これらの操 舵力伝達輪を可撓の操舵力伝達部材により連結している。

【００１１】

【考案の実施の形態】

次に本考案の前後輪操舵式自転車を図１〜図４に示す第１実施例により説明す る。 図１の１がメインフレーム（メインパイプ）、２がメインフレーム１の前端部 に固定したヘッドパイプ、３がハンドル、４がハンドル３に一体のハンドルステ ム、５がハンドルステム４に一体の前ホーク、６が前車輪で、ヘッドパイプ２に よりハンドル３とハンドルステム４と前ホーク５とが操舵可能に支持されるとと もに前ホーク５により前車輪６が支持されている。

【００１２】 ７がメインフレーム１の前後方向中間部に固定した立パイプ、８が立パイプ７ の上端部に取付けたサドルである。 図１〜図３の２’がメインフレーム１の後端部に固定したパイプ、９がパイプ ２’に固定したＬ型の後ホーク支持部、１０が後ホーク、１１が後車輪で、パイ プ２’及び後ホーク支持部９により後ホーク１０が操舵可能に支持され、後ホー ク１０により後車輪１１が支持されている。

【００１３】 １２が立パイプ７の下端部に取付けたハンガ、１３がハンガのクランク軸の左 右両端部に固定したギヤクランク、１４が各クランク１３に取付けたペダル、１ ５がクランク軸に取付けた大ギヤ（大径スプロケット）、２２が後ホーク１０の 上端部に固定したＬ型のブラケット、１８が自在軸継手（中間伝達部）で、自在 軸継手１８の両端部がＬ型の後ホーク支持部９とＬ型のブラケット２２とに軸受 ２３を介して回転可能に取付けられている。

【００１４】 １７が自在軸継手１８の一端部に固定した中ギヤ（中径スプロケット）、１６ が大ギヤ１５と小ギヤ１７との間に懸装した１次駆動系チェーン、１９が自在軸 継手１８の一端部に固定した中ギヤ（中径スプロケット）、２１が後車輪１１の ハブに固定した小ギヤ（小径スプロケット）、２０が中ギヤ１９と小ギヤ２１と の間に懸装した２次駆動系チェーンである。

【００１５】 図１及び図４の２４が前ホーク５の上部に同心状に固定したプーリ（操舵力伝 達輪）、２６が後ホーク１０の上部に同心状に固定したプーリ（操舵力伝達輪） 、２５がプーリ２４、２６間に平行掛けした操舵ワイヤ（可撓の操舵力伝達部材 ）で、操舵ワイヤ２５は、プーリ２４に捲装した前部ワイヤ２５ａとプーリ２６ に捲装した後部ワイヤ２５ｃとこれらのワイヤの両端部を繋ぐ連結部材２５ｂ、 ２５ｂとにより構成されている。

【００１６】 なお前後輪の操舵比（前車輪６の操舵角を１としたときの後車輪１１の操舵角 の割合）は、プーリ２４、２６を直径の異なる他のプーリに交換することにより 、変更可能である。またプーリ２４、２６はスプロケットに、操作ワイヤ２５は チェーンに、それぞれ代えても差し支えない。 次に前記図１〜図４に示す前後輪操舵式自転車の作用を具体的に説明する。

【００１７】 ペダル１５を踏み込んだときのクランク軸及び大ギヤ１５の回転を１次駆動系 チェーン１６→中ギヤ１７→自在軸継手１８→中ギヤ１９→２次駆動系チェーン ２０→小ギヤ２１→後車輪１１に伝えることにより、後車輪１１を回転して、自 転車を走行させる。 このとき、図４に示すようにハンドル２３を点線の中立位置から右方向に操作 して、ハンドルステム４と前ホーク５と前車輪６とを右方向に操舵すると、前部 側のプーリ２４も前ホーク５とともに矢印Ａ方向に旋回し、その動きが操舵ワイ ヤ２５を介して後部側のプーリ２６に伝えられて、プーリ２６と後ホーク１０と 後車輪１１とが前車輪６と同じ右方向に操舵される。

【００１８】 またハンドル２３を点線の中立位置から左方向に操作して、ハンドルステム４ と前ホーク５と前車輪６とを左方向に操舵すると、前部側のプーリ２４も前ホー ク５とともに反矢印方向に旋回し、その動きが操舵ワイヤ２５を介して後部側の プーリ２６に伝えられて、プーリ２６と後ホーク１０と後車輪１１とが前車輪６ と同じ左方向に操舵される。

【００１９】 図５は、前部ワイヤ２５ａの両端部と後部ワイヤ２５ｃの両端部とを繋ぐ連結 部材２５ｂ、２５ｂを交差させた第２実施例である。この実施例では、前部側の プーリ２４が矢印Ａ方向に旋回すると、後部側のプーリ２６が矢印Ｂ方向に旋回 して、前車輪６と後車輪１１とが反対方向に操舵されるので、小回り性能が向上 する。

【００２０】 図６は、図３の自在軸継手（中間伝達部）１８を４枚の傘歯歯車により構成し た第３実施例である。９がメインフレーム１の後端部に固定したＬ型の後ホーク 支持部、２２が後ホーク１０の上端部に固定したＬ型のブラケット、１８ａが後 ホール支持部９に回転可能に取付けた１次駆動系スプロケット取付部、１８ｂが １次駆動系スプロケット取付部１８ａに同軸の傘歯歯車、１８ｃが後ホーク支持 部９に回転可能に取付けて傘歯歯車１８ｂに噛合した傘歯歯車、１８ｄが傘歯歯 車１８ｃに同軸の傘歯歯車、１８ｅがブラケット２２に回転可能に取付けて傘歯 歯車１８ｄに噛合した傘歯歯車、１８ｆが傘歯歯車１８ｅに同軸の２次駆動系ス プロケット取付部、２３が軸受で、１次駆動系スプロケット取付部１８ａに伝え られる駆動力を傘歯歯車１８ｂ→傘歯歯車１８ｃ→傘歯歯車１８ｄ→傘歯歯車１ ８ｅ→２次駆動系スプロケット取付部１８ｆに伝えるようにしている。

【００２１】 なお前後輪操舵式自転車の挙動は次の通りである。即ち、運転者は体重移動 を行わない。タイヤは横滑りしない。前後輪のキャスタ角はゼロ。ロール 角、ヨー角、操舵角は微小である。という仮定の下で、前後輪操舵式自転車の運 動方程式を立てると、

【００２２】

【数１】

【００２３】 となる。 ただし ｙ ：自転車の重心位置の横変位 φ ：ヨー角 θ ：車体のロール角 α ：前車輪操舵角 β ：後車輪操舵角 ｍ ：自転車の総重量 ｈ ：重心高 ｋ ：重心点を通る水平ロール軸回りの慣性半径 ａ ：重心から前車輪接地点までの距離 ｂ ：重心から後車輪接地点までの距離 ｃ＝ａ＋ｂ：ホイールベース Ｖ ：走行速度 ｔ ：走行時間 前記式を使用して、車輪走行軌跡のコンピュータによるシミュレーション計算 を実行すると、 直立安定性については、 前記式で、「ａ＝１．１７」「ｂ＝０．１３」「ｃ＝１．３」「ｈ＝１」「ｋ ＝０．５」とおき、前後輪操舵式自転車は、後車輪を前車輪の操舵角の０．３の 割合で操舵させるものとし、円旋回から直線走行への移行時の車体のロール角の 変化を計算すると、表１のようになる。このように普通の自転車では、直線走行 へ移行後、３秒以上経過しないと、車体ロール角の揺動が収まらないが、前後輪 操舵式自転車（表１中の２ＷＳ）では、直ちに揺動が収まっている。

【００２４】

【表１】

【００２５】 車線変更については、 前記式で、「ａ＝１．１７」「ｂ＝０．１３」「ｃ＝１．３」「ｈ＝１」「ｋ ＝０．５」とおき、後車輪を前車輪の操舵角の０．３の割合で操舵させるものと し、直線走行時に５０ｃｍ右側に車線変更する場合の走行軌跡を計算すると、表 ２のようになる。このように前後輪操舵式自転車（表２中の２ＷＳ）では、普通 の自転車よりも速く目標に寄る。

【００２６】

【表２】

【００２７】

【考案の効果】

本考案は前記のようにメインフレームの前端部に固定したヘッドパイプにより ハンドルとハンドルステムと前ホークとを操舵可能に支持するとともに前ホーク により前車輪を支持し、メインフレームの後端部に固定した後ホーク支持部によ り後ホークを操舵可能に支持するとともに後ホークにより後車輪を支持し、メイ ンフレームの前後方向中間部に立パイプを固定し、立パイプの下部にハンガを設 け、後ホークの上端部に中間伝達部を設け、ハンガのクランク軸と中間伝達部と を１次駆動系により連結し、中間伝達部と後車輪とを２次駆動系により連結した 自転車において、前記前ホークの上部に操舵力伝達輪を同心状に固定し、前記後 ホークの上部に操舵力伝達輪を同心状に固定し、これらの操舵力伝達輪を可撓の 操舵力伝達部材により連結しており、前記従来の前後輪操舵式自転車のようにア ーム（車輪支持軸）やリンクをフレームの外側方に位置させないので、ペダル操 作や走行に支障を来さずに前車輪と後輪とを同期的に操舵できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の前後輪操舵式自転車の第１実施例を示
す側面図である。

【図２】同前後輪操舵式自転車の後ホーク上部側を示す
斜視図である。

【図３】同後ホーク上部側の一部縦断正面図である。

【図４】同前後輪操舵式自転車の作用説明図である。

【図５】前後輪操舵式自転車の第２実施例の作用説明で
ある。

【図６】後ホーク上部側の第２実施例を示す一部縦断正
面図である。

【図７】従来の前後輪操舵式自転車を示す平面図であ
る。

【図８】同前後輪操舵式自転車の側面図である。

【符号の説明】

１ メインフレーム ２ ヘッドパイプ ３ ハンドル ４ ハンドルステム ５ 前ホーク ６ 前車輪 ７ 立パイプ ８ サドル ９ 後ホーク支持部 １０ 後ホーク １１ 後車輪 １２ ハンガ １３ ギヤクランク １４ ペダル １５ 大ギヤ １６ １次駆動系チェーン １７ 中ギヤ １８ 中間伝達部 １９ 中ギヤ ２０ ２次駆動系チェーン ２１ 小ギヤ ２２ ペダル ２３ 軸受 ２４ 操舵力伝達輪 ２５ 可撓の操舵力伝達部材 ２６ 操舵力伝達輪

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 メインフレームの前端部に固定したヘッ
   ドパイプによりハンドルとハンドルステムと前ホークと
   を操舵可能に支持するとともに前ホークにより前車輪を
   支持し、メインフレームの後端部に固定した後ホーク支
   持部により後ホークを操舵可能に支持するとともに後ホ
   ークにより後車輪を支持し、メインフレームの前後方向
   中間部に立パイプを固定し、立パイプの下部にハンガを
   設け、後ホークの上端部に中間伝達部を設け、ハンガの
   クランク軸と中間伝達部とを１次駆動系により連結し、
   中間伝達部と後車輪とを２次駆動系により連結した自転
   車において、前記前ホークの上部に操舵力伝達輪を同心
   状に固定し、前記後ホークの上部に操舵力伝達輪を同心
   状に固定し、これらの操舵力伝達輪を可撓の操舵力伝達
   部材により連結したことを特徴とする前後輪操舵式自転
   車。