JP3517772B2 - 双輪舵取り装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は特に小型の自転車や
子供用片足スクーターなどの舵取り装置に関し、より詳
しくは路面からの衝撃に対して顕著な緩衝効果を備えた
安定な操向性能を示すクランク式車軸による双輪構造の
舵取り装置を提供することにある。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】自転車などの舵取り装
置は、自動車の前輪のように安定した二輪構造による舵
取り装置を備えていないため、たとえば一輪操向装置で
ある前輪が小石などに乗り上げたときなど、いわゆるハ
ンドルを取られる現象が生じ、横転してしまうことがあ
る。また、道路のわずかな段差や凹凸も直接ハンドルに
伝わり、不快な振動を受けることになる。特に、空気入
りのタイヤを持たない小型の車輪を使用した子供用スク
ーターなどでは、路面のわずかな段差に対応できず、結
果として、安定な操向が困難となっている。しかし、こ
のような欠点は単純なハンドル軸による一輪操向の軽便
性の故の宿命として受け入れられ、全く改良をみること
がなかった。

【０００３】そこで、本発明者は、従来の自転車などの
ハンドル軸一軸による操作の簡便性と、自動車などの二
輪操向による安定性を兼ね備えた新機構の開発に取り組
み、鋭意研究と検討を重ねて、遂に本発明に係る双輪舵
取り装置を完成し、提供するに至ったのである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る双輪舵取り
装置の要旨とするところは、フレームのヘッドチューブ
に挿通されたハンドル軸と、該ハンドル軸の下端に取り
付けられた軸受けと、該軸受けにより回転可能に支えら
れたクランク主軸と、該クランク主軸の左右両端より互
いに前後逆方向に向けて取り付けられたクランクアーム
と、該両クランクアームの端部にそれぞれ突設させら
れ、車輪が嵌められるクランクピンとを備えて構成され
ることにある。

【０００５】この構成において、ハンドルを操作してハ
ンドル軸を旋回させると、ハンドル軸の下端に固定され
た軸受けは軸受け中央部を中心にして旋回させられる。
それにつれて、軸受けに支持されたクランク主軸が旋回
させられると、クランクアーム、クランクピン及び車輪
も旋回させられる。同時に、クランクアームはクランク
主軸を中心にして前後上下方向に回転させられる。そし
て、一方のクランクアームが回転させられると同時に、
他方のクランクアームも回転させられる。特に、キャス
ター角が付けられている場合、両車輪は旋回方向に傾く
ことになる。

【０００６】次に、走行中においても、重心がハンドル
軸の中心すなわちクランク主軸のほぼ中央にあるとき、
クランク主軸はほぼ水平を保持しているが、重心の作用
位置がずれると、クランク主軸は重心の作用側に傾くと
同時に、重心の作用側の一方のクランクアームは上方に
回動し、他方のクランクアームは下方に回動する。した
がって、車輪も重心の作用側に傾くことになる。同様
に、たとえばハンドル軸を旋回させるとキャスター角に
応じて車輪も旋回側に方向を変えながら傾くことにな
り、安定した操向ができる。

【０００７】このように、本発明に係る双輪舵取り装置
を取り付けた車両では、従来の自転車や子供用スクータ
ーの一輪操向に比して、操向の安定度が倍加することに
なる。

【０００８】また、この双輪舵取り装置において、重心
がクランク主軸のほぼ中央に作用しているとき、クラン
ク主軸は左右ほぼ水平に、クランクアームは前後にそれ
ぞれほぼ水平に位置することになる。この状態で走行し
ているとき、路面に凸状の障害物があり、一方の車輪が
その障害物に乗り上げた場合、その車輪はクランク主軸
を中心にしてクランクアームを半径として上方に円弧状
に回動して、障害物の高さに応じて上昇する。それと同
時に、他方のクランクアームと車輪はクランク主軸を中
心にして下方に回動し、路面を支点としてクランク主軸
は持ち上げられる。このとき、クランク主軸の上昇高さ
は他方のクランクアームと車輪が下方に回動した分だけ
上昇することになる。また逆に、たとえば窪みに車輪の
一方が落ち込んだ場合も、上述の作動と全く逆の作動と
なり、他方のクランクアームと車輪が回動した分だけク
ランク主軸は降下することになる。したがって、クラン
ク主軸の上下動は障害物の高さや窪みの深さに比して半
分となるため、本体フレームが受ける衝撃は大幅に緩和
される。

【０００９】次に、この双輪舵取り装置において、前記
互いに前後逆方向に向けて取り付けられた一対のクラン
クアームの互いに回転方向になす角度が非対称をなすよ
うに構成したことにある。

【００１０】この構成を採用することにより、重心がク
ランク主軸のほぼ中央にあるとき、クランク主軸はほぼ
水平に位置していて、一対のクランクアームはクランク
主軸を中心にそれぞれ前後に逆方向に向かい、クランク
アームの先端を所定の角度差分だけほぼ水平から上方に
向けて位置することになる。次に、重心が移動しクラン
ク主軸の左右のいずれか一方の側に偏って作用すると、
クランク主軸が重心の作用側に傾くと同時に、クランク
アームは回動し、一方のクランクアームが上方に回動す
るとともに他方のクランクアームは下方に回動する。こ
のとき、一方のクランクアームが最も回動した状態であ
る垂直位置に達した場合でも、他方のクランクアームは
両クランクアームの角度差分だけ、垂直位置に達するこ
とはなく、傾斜した状態に位置することとなる。このよ
うに、両クランクアームが同時に垂直に位置することが
ないため、すなわち一対のクランクアームのそれぞれの
死点が重なることがないため、クランクアームの回動が
円滑になり、左右の傾斜からの水平への復元がスムーズ
に作動することとなる。

【００１１】さらに、この双輪舵取り装置において、前
記互いに前後逆方向に向けて取り付けられた一対のクラ
ンクアームがクランク主軸を中心にして、それぞれ所定
の角度範囲内で自在に動くように構成したことにある。

【００１２】この構成を採ることにより、一対のクラン
クアームがそれぞれ前後いずれの方向に反転しても、常
にクランクアームの先端は所定の角度差分だけほぼ水平
から上方に向けて位置することになる。したがって、車
体の重量が作用するクランク主軸は一対のクランクピン
を結ぶ位置よりも常に下になるため、安定することにな
り、さらに左右傾斜からの水平復元が良好となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る双輪舵取り装
置の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。

【００１４】図１に示すように、双輪舵取り装置１０は
一例として自転車１の前輪舵取り装置として構成するこ
とができる。自転車１は通常の大きさの車輪を備えた自
転車であってもよいが、本発明の双輪舵取り装置１０は
組み立て式あるいは携帯式などとして構成された小径の
車輪を備えた自転車に効果的に適用される。自転車１は
双輪舵取り装置１０を除いて通常の自転車と同様に構成
されていて、ハンドル２及び双輪舵取り装置１０はヘッ
ド・チューブ４を中心に回動させられる。

【００１５】ここで、双輪舵取り装置１０の構成と作動
を図２に基づいて説明する。双輪舵取り装置１０は、ク
ランク主軸１４と、そのクランク主軸１４の左右両端よ
り前後逆方向に向けて取り付けられたクランクアーム１
６，１８と、これら両クランクアーム１６，１８の端部
にクランク主軸１４と平行を成して左右外方向に突設さ
せられたクランクピン２４，２６とから構成されてい
る。そして、この双輪舵取り装置１０は、クランクピン
２４，２６を回転軸とした車輪２０，２２が取り付けら
れ、また、クランク主軸１４を回転可能に保持する軸受
け１２が図１に示すハンドル軸３に固定されている。し
たがって、軸受け１２に対してクランク主軸１４が回転
させられると、クランクアーム１６，１８及びクランク
ピン２４，２６はクランク主軸１４を中心にして回転さ
せられ、一方のクランクアーム１６が回転させられる
と、同時に他方のクランクアーム１８も回転させられ
る。

【００１６】かかる構成の双輪舵取り装置１０におい
て、図３及び図４に示すように、双輪舵取り装置１０に
作用する重心Ｗが両車輪２０，２２間、すなわちクラン
ク主軸１４のほぼ中央に作用しているとき、クランク主
軸１４は左右水平に、クランクアーム１６，１８は前後
にそれぞれほぼ水平に位置している。一方、重心Ｗの作
用位置が左右いずれかに移動（Ｂ）すると、重心位置の
移動に応じてクランクアーム１６，１８は水平位置と垂
直位置の間の角度内を回動し、クランク主軸１４は重心
Ｗの作用位置側に傾斜することになる。

【００１７】したがって、直進走行するときは、両車輪
２０，２２はほぼ垂直を保っているが、ハンドル軸を旋
回させると、旋回側に重心の作用位置が移動し、図４に
示すように重心の作用位置に応じてクランク主軸１４及
び両車輪２０，２２が傾斜する。その結果、遠心力に抗
して安定して高速で旋回することができ、操向性能が非
常に優れたものとなる。

【００１８】次に、図３及び図５に示すように、重心Ｗ
がクランク主軸１４の中央に作用しているとき、走行中
に路面２８に凸状の障害物３０があり、一方の車輪２０
がその障害物３０に乗り上げた場合、車輪２０はクラン
ク主軸１４を中心にしてクランクアーム１６を半径とし
て上方に円弧状に回動して、障害物３０の高さに応じて
上昇する。同時に他方のクランクアーム１８と車輪２２
はクランク主軸１４を中心にして下方に回動し、路面２
８を支点としてクランク主軸１４は持ち上げられること
になる。このとき、クランク主軸１４の上昇高さはクラ
ンクアーム１８が回動した分だけ上昇することになる。
また逆に、たとえば窪みに車輪の一方２０が落ち込んだ
場合も、上述の作動と全く逆の作動となり、クランクア
ーム１８が回動した分だけクランク主軸１４は降下する
ことになる。

【００１９】このようにいずれの場合においても、障害
物３０の高さ又は窪みの深さがクランクアーム１６及び
１８の長さの和の範囲内であれば、クランク主軸１４は
ほぼ水平に保たれる。すなわち、ほぼ水平に位置してい
たクランクアーム１６及び１８が回動して共に垂直位置
に達したときの両車輪２０，２２間の高さｈが障害物３
０の高さＨ以下のとき、クランク主軸１４は傾斜するこ
とになる。

【００２０】以上の説明から明らかなように、クランク
主軸１４の上下動は、車輪２０の上下動に比べて半分の
みとなるため、クランク主軸１４を保持した軸受け１２
上のフレームや車体が路面から受ける衝撃は大幅に緩和
される。

【００２１】また、クランクピン２４，２６にそれぞれ
取り付けられた車輪２０と車輪２２はクランク主軸１４
に対してクランクアーム１６，１８の長さだけ前後にず
れている。このため、クランク主軸１４とほぼ平行を成
す段差を通過する場合、車輪２０と車輪２２は同時に段
差に乗り上げることはなく、交互に乗り上げることにな
り、効率良く且つ円滑に作動する。

【００２２】このように、本実施の形態に係る双輪舵取
り装置１０はスプリングやショックアブソーバーなどの
組合せによる複雑な機構を必要とせずに、簡単なクラン
ク軸の回転のみで、衝撃の緩和を図り、安定な操向を可
能にし、特に従来、無視されていた小径の車輪による舵
取り装置の衝撃緩和や旋回性に顕著な効果を発揮するこ
とになる。

【００２３】次に、上述の図２の双輪舵取り装置１０で
は、クランクアーム１６，１８はクランク主軸１４に対
して前後にそれぞれ反対方向を向くように固定されてい
る態様を示した。実施においては、クランクアーム１
６，１８が適宜回転して、クランクアーム１６，１８の
前後が路面の条件などに応じて入れ替わることもある。
クランクアーム１６，１８の前後が入れ替わることによ
り使用構成上、不都合が生ずる場合、また水平復元を容
易にするためには、死点に至らないようにするためのス
トップ装置を取り付けるなどするのが良い。

【００２４】以上、本発明の基本的な実施形態に係るク
ランク式車軸による双輪舵取り装置１０とその作動を説
明したが、次に実用的な実施の形態について説明する。

【００２５】図６に示すように、この実施形態に係るク
ランク式車軸による双輪舵取り装置３２は、互いに前後
逆方向に向けて取り付けられた一対のクランクアーム３
６，３８の互いに回転方向になす角度が非対称をなすよ
うに構成されている。すなわち、この双輪舵取り装置３
２は軸受けで支えたクランク主軸３４と、そのクランク
主軸３４の左右両端より互いに前後逆方向に向けて取り
付けられた一対のクランクアーム３６，３８と、この一
対のクランクアーム３６，３８の端部にそれぞれ突設さ
せられ、車輪２０，２２が嵌められるクランクピン２
４，２６とから構成されていて、更に互いに前後逆方向
に向けて取り付けられた一対のクランクアーム３６と３
８が成す方向差は、クランク主軸３４を中心にして所定
の角度差Ｘを成して構成されている。これら一対のクラ
ンクアーム３６と３８の方向差がクランク主軸３４を中
心にして成す所定の角度差Ｘは、通常２０°前後あれば
良いが、特にこの角度に限定されるものではない。

【００２６】以上の構成に係る双輪舵取り装置３２にお
いて、重心Ｗがクランク主軸３４のほぼ中央にあると
き、クランク主軸３４はほぼ水平に位置していて、一対
のクランクアーム３６，３８はクランク主軸３４を中心
にそれぞれ前後に逆方向に向かい、クランクアーム３
６，３８の先端を所定の角度差分（Ｘ／２）だけほぼ水
平から上方に向けて位置することになる。

【００２７】次に、重心Ｗが移動しクランク主軸３４の
左右のいずれか一方の側に偏って作用すると、クランク
主軸３４が重心Ｗの作用側に傾くと同時に、クランクア
ーム３６，３８は回動し、一方のクランクアーム３６
（３８）が上方に回動するとともに他方のクランクアー
ム３８（３６）は下方に回動する。このとき、一方のク
ランクアーム３６が最も回動した状態である垂直位置に
達した場合でも、他方のクランクアーム３８は両クラン
クアーム３６，３８の角度差分Ｘだけ、垂直位置に達す
ることなく、傾斜した状態に位置することとなる。この
ように、両クランクアーム３６，３８が同時に垂直に位
置することがないため、すなわち一対のクランクアーム
３６，３８のそれぞれの死点が重なることがないため、
クランクアーム３６，３８の回動が円滑になり、左右の
傾斜からの水平への復元がスムーズに作動することとな
る。したがって、旋回したり、斜面を横切ったりした
後、クランクアーム３６，３８がスムーズに回動して、
クランク主軸３４が水平位置に復帰することができる。

【００２８】また、図７に示すように、この双輪舵取り
装置３２では、車輪２０が障害物などに乗り上げて上死
点の位置に達したときにおいて、クランク主軸３４に鉛
直方向に作用させられる車体などの自重（Ｗ）はクラン
クピン２４と２６を結ぶ線（平面）に対して、モーメン
トとして作用する。すなわち、車輪２０の回転中心であ
るクランクピン２４、車輪２２の回転中心であるクラン
クピン２６及びクランク主軸３４が同時に同一の鉛直面
上に重なることはないため、車輪２０，２２が水平方向
に復帰する作動が円滑に行われる。

【００２９】次に、図８に示すように、更に他の実施形
態に係る双輪舵取り装置４０は、軸受に支えられたクラ
ンク主軸４２と、そのクランク主軸４２の左右両端より
互いに前後逆方向に向けて取り付けられた一対のクラン
クアーム４４，４６と、この一対のクランクアーム４
４，４６の端部にそれぞれ突設させられ、車輪２０，２
２が嵌められるクランクピン２４，２６とから構成され
ていて、更に、互いに前後逆方向に向けて取り付けられ
た一対のクランクアーム４４，４６がクランク主軸４２
を中心に実線と仮想線で示すように、それぞれ所定の角
度範囲内で自在に動くように構成される。

【００３０】この双輪舵取り装置の具体的一例として、
図９及び図１０(a) に示すようにクランク主軸４８を分
割し、その分割クランク主軸５０，５２の分割端部に形
成した半円柱状部５４，５４を円筒状の軸受５６内で噛
み合わせて接続する。噛み合わされる半円柱状部５４，
５４の面５８には図１０(a) に示すように切削して、適
宜な角度の間隙が設けられる。したがって、同図１０
(b) 又は(c) に示すように、クランクアーム４４，４６
の前後が入れ替わっても、半円柱状部５４，５４の面５
８と面５８とが当接して所定の角度を成すことになる。

【００３１】一対のクランクアーム４４，４６がクラン
ク主軸４２に対してそれぞれ所定の角度範囲内で自在に
動くようにする構成は、上述の形態に限定されるもので
はない。たとえばクランク主軸４８の両端部に取り付け
られる一対のクランクアーム４４，４６のいずれか一方
又は双方の取り付け部に若干の遊びを設けるなど、種々
構成することが可能である。

【００３２】以上、本発明に係る双輪舵取り装置の実施
の形態と適用例を説明したが、本発明は図示した実施の
形態に限定されるものではない。たとえば、本発明の双
輪舵取り装置にかかわるクランク主軸、クランクアー
ム、クランクピンの各部を一体成形して構成しても良
く、また、軸受け部にベアリングを配設するなど、適切
な材質の部材を適用すれば良い。その他、本発明はその
趣旨を逸脱しない範囲内で、当業者の知識に基づき種々
なる改良、修正、変形を加えた態様で実施し得るもので
ある。

【００３３】

【発明の効果】本発明に係る双輪舵取り装置を取り付け
た車両ではハンドル軸のキャスター角に応じて、双輪も
傾斜することができる。その結果、優れた旋回性能を発
揮することができ、従来の自転車やオートバイなどの双
輪車とほぼ同様の作動感覚で旋回することができる。ま
た、本発明に係る双輪舵取り装置はスプリングやショッ
クアブソーバーなどの組合せによる複雑な機構を必要と
せずに、簡単なクランク軸の回転のみで、衝撃の緩和を
図り、安定な操向を可能にし、特に、従来無視されてい
た小径の車輪による舵取り装置の衝撃緩和や旋回性に顕
著な効果を発揮する。更に、本装置には緩衝にかかわる
主たるスプリングの介在がないため、反動や共振現象も
なく、画期的な効果がある。しかも、この双輪舵取り装
置は単純な装置であるため、軽量で製造費が安く、故障
もなく、安全な装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る双輪舵取り装置を自転車に適用し
た一実施形態を示す要部側面説明図である。

【図２】本発明に係る双輪舵取り装置の基本的構成を示
す平面説明図である。

【図３】図２に示す双輪舵取り装置の作動を説明するた
めの正面説明図である。

【図４】図２に示す双輪舵取り装置の他の作動を説明す
るための正面説明図である。

【図５】図２に示す双輪舵取り装置の作動を説明するた
めの側面説明図である。

【図６】本発明に係る双輪舵取り装置の他の実施の形態
を説明するための側面説明図である。

【図７】図６に示す双輪舵取り装置の他の作動を説明す
るための側面説明図である。

【図８】本発明に係る双輪舵取り装置の更に他の実施の
形態を説明するための側面説明図である。

【図９】図８に示す双輪舵取り装置を具体化した１実施
の形態を説明するための正面説明図である。

【図１０】図(a),(b),(c) は図９に示す双輪舵取り装置
の作動を説明するための要部断面図である。

【符号の説明】

１：自転車 ２：ハンドル ３：ハンドル軸 ４：ヘッドチューブ １０，３２，４０：双輪舵取り装置 １２：軸受け １４，３４，４２，４８：クランク主軸 １６，１８，３６，３８，４４，４６：クランクアーム ２０，２２：車輪 ２４，２６：クランクピン ２８：路面

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレームのヘッドチューブに挿通された
   ハンドル軸と、該ハンドル軸の下端に取り付けられた軸
   受けと、該軸受けにより回転可能に支えられたクランク
   主軸と、該クランク主軸の左右両端より互いに前後逆方
   向に向けて取り付けられたクランクアームと、該両クラ
   ンクアームの端部にそれぞれ突設させられ、車輪が嵌め
   られるクランクピンとを備えて構成されることを特徴と
   する双輪舵取り装置。
2. 【請求項２】 前記互いに前後逆方向に向けて取り付け
   られた一対のクランクアームの互いに回転方向になす角
   度が非対称をなすように構成したことを特徴とする請求
   項１に記載する双輪舵取り装置。
3. 【請求項３】 前記互いに前後逆方向に向けて取り付け
   られた一対のクランクアームがクランク主軸を中心にし
   て、それぞれ所定の角度範囲内で自在に動くように構成
   したことを特徴とする請求項２に記載する双輪舵取り装
   置。