JP5270394B2 - 前輪二輪式三輪車 - Google Patents

Description

本発明は、高齢者や身体障害者などの通常の二輪車の運転が困難や不安を感じている方や、大人一人子供二人の乗車でも安定して走行が可能な前輪二輪式三輪車である。

今のところ、自転車、原動機付き自転車、自動二輪車も二輪で走行することが一般的であるが、一定水準以上の運転技能を必要とし、体力低下のある高齢者や運転技能が未熟な方ほど低速走行を余儀なくされることに加え、反射神経の低下も相まって、更に不安定で危険な乗り物になってしまっている。高齢化や障害者の方のバリアフリー問題を始め、自転車の歩道走行では、歩行程度の速度に減速せざるを得ないことによる車体姿勢の不安定などの問題から三輪車が注目されている。

従来の三輪車の多くは、前一輪後二輪が主流で低速域での安定性は確保できているが、後輪二輪の駆動であることから動力を車輪に伝達する際の機械的抵抗が大きく、さらに中高速域でのカーブの旋廻時に擱いては、原則的に車体の直立姿勢が維持されることから、通常の二輪車のように遠心力に対し、車体を傾けてのバランス取りが出来ず、若しくは出来づらく、且つまた、ペダルを介して駆動力を伝達するチェーンも外れやすく、さらに後輪二輪が車体後方に左右並行で固定される配置であることからカーブでの旋廻時にも通常の二輪車と比較しても、車体後方が直進を続けようするモーメントがより大きく働きアンダーステア状態になりやすく、カーブでの旋廻可能速度の低下や従来の二輪車と違う乗り味から違和感を覚える運転者もある。他にも、降りて車体を引いて歩く場合でも足が後輪に引っ掛かり易いことと、走行中も後輪二輪のことを考慮に入れながら運転しないと路面の凹凸に対し、駆動輪の片輪の空転や後輪が取られ想定外の挙動に陥る可能性がある。

こうした問題から、前二輪後一輪の三輪車が提案され始めている。（特許文献１参照）この三輪車の姿勢維持はバネとダンパーを組み合わせたサスペンション方式によるもので、前記前一輪後二輪の三輪車と比較して改善点は認められるが、カーブでの旋廻時に擱いてもバネの反発力が働いており通常の二輪車と比べ、車体を起させて外側にはみ出させる力が働いている。また、ある一定以上の速度でカーブを旋廻しようとする時、前輪外側のバネが伸び切るとタイヤが路面から浮き上がりカーブ旋回中に乗り味が変化することもある。さらに前輪ブレーキを掛けた場合、サスペンションがある程度沈み込むまでブレーキの効きが不足する傾向もあり、低速走行時の安定性に関しても[０００３]記載の前一輪後二輪の三輪車と比較し不安定であることから、停車時も転倒防止のスタンドが必要な車種もあった。

そこで、前二輪をカーブ旋廻時でも二輪両方を路面に安定的に設置させるために、リンク機構を備えた前二輪後一輪の自転車（特許文献２、３参照）が提案され、特に低速域での安定性の確保と停車時にスタンドの必要ない車種もある。三輪車の安定性もある程度確保し、リンク機構によりカーブ旋廻時や路面の凹凸により前輪の左右輪に異なる力が入力された時にも[０００４]と比べ、より良く車体の姿勢を安定維持させることが可能である。

特開２００６−０５６４９３号公報 特開２００８−１３２９３３号公報 特開２００２−３３７７７９号公報

背景技術[０００５]では、車体の姿勢を安定維持させるためにバネやゴムの反発力を利用していることにより、カーブの旋廻時では、前記バネやゴムの反発力を受けながらの走行となり、前記バネやゴムの反発力が一般的な二輪車の遠心力に加え、車体をカーブからはみ出させようとする応力が発生する。

一般的な公道は雨天時に路面の水捌けを良くする為に、道路の中央が凸の構造である。一般的な二輪車であれば、前輪と後輪がほぼ一直線のためハンドルが取られる量が微量であるが、背景技術の前二輪後一輪の自転車に擱いては、運転者が認識しづらい程度の前二輪の左右輪の接地面の高さに差異がある時は、車体姿勢の安定維持に用いる前記バネやゴムの反発力の作用によって運転者が予測もしないハンドルの取られ方をする場合がある。その一方、運転者が予想できるほどの差異がある時は違和感等の問題は感じない。

背景技術[０００５]の前二輪三輪車では、カーブ旋廻時はリンク機能の恩恵を確認できるが、[０００３]の後二輪三輪車でも既に指摘をしている同質の問題として、前記前二輪三輪車の操舵方法はタイロッド方式で車軸が固定されており、前輪二輪の左右輪の車軸を結んだものが常に車体と垂直に配置されていることから、車体が直進を続けようするモーメントの働きからアンダーステア状態になりやすく、よって、一般的な二輪車と比較して前輪車軸やリンク機構へのストレスが確認（図３α）できることと、外側輪と内側輪の回転数差の不適正による転がり抵抗も存在する。

背景技術の[０００４]は、低速域での安定性に関しては一般的な二輪車と比較して評価できるものの、運転中の多くの場面で車体を傾けない、若しくは、傾ける角度が少ない[０００３]に分類の三輪車と比較すれば不安定であることは否めない。その主たる理由として、車体の姿勢制御が前記バネやゴムであることが起因しており、中高速域でのカーブでの旋廻性能と低速域での安定性の双方の問題の解決には至っていない結果である。加えて、車体を傾けての走行の場合、機構的な構造からも前輪左右輪各々の高さの有り様が、リンク機構を持つ[０００５]と比較し、車体を傾けての走行がより不得手としている。

上記課題を解決するため本発明の前輪二輪式三輪車は、１の車体フレームとハンドル2を繋ぐ３のステム部分のパイプを貫通させ、前記パイプ上下で構成されるリンク機構を可動させる11,12に取り付け部位を設置し、４R,４Lの左右前輪フロントフォークから上に延長された棒状部品に３,4R,４L,５F,５A,６F,６Aで構成させるリンク機能10R,10L,13R,13Lで可動連結させ、リンク機構をステム部分3を跨いで、運転時に握るハンドル２のグリップエンドを結んだ線と、5A,5F,6A,6Fが常時平行に挟み込む形にすることでリンク機構に高い剛性を持たせ、運転者がハンドルの左右の操舵と一緒に連動してリンク機構全体が左右する仕組みである。

本発明の前輪二輪式三輪車の車体の姿勢制御については、ステム部分３を貫通させているパイプと前輪フロントフォークから上に延長されたパイプ4R,４Lとの間に円筒状のリンク角制御装置（７,図５）を設け、前記円筒内に液体（オイル等）を満たし、流体を分離するピストンの上下を管の両方を電気式（電磁）サーボ弁に繋ぎ、前記電気式（電磁）サーボ弁の開閉によりピストンの固定と移動を調整することで車体の姿勢を制御する。

前記電気式（電磁）サーボ弁開閉の制御方法としては、車輪に取り付けた車速センサー計からの信号を配線ｋを介してECUｊに入力し、該ＥＣＵｊで車体速度や運転状況に応じて前記サーボ弁の開閉状況を判定した結果を信号出力し、前記電気式（電磁）サーボ弁に入力させて制御する。

本発明の前輪二輪式三輪車は、ハンドルの左右運動と共に前輪二輪のリンク機能ごと左右させることで、図３のαとβの合力を表示した斜線部面積の大小が示すように、カーブ旋廻時の前輪内側車軸付近リンクの抵抗力の低減が確認できる。

前二輪の外輪と内輪の回転数の適正化については、カーブ旋廻時の外側輪よりも内側輪を少ない回転数にすることがカーブ旋廻時の転がり抵抗の低減に繋がる。運転者がカーブ旋廻時にカーブ内側のハンドルを身体方向に引くことで、前輪外側の車輪は前に押し出し回転数を増進させ、前輪内側の車輪を前輪外側よりも進行方向とは反対に退かせることで回転数を抑えることで、カーブ旋廻時における前輪左右輪の回転数差による転がり抵抗も背景技術[０００５]との比較に擱いて、該抵抗の低減に効果がある。

本発明の前輪二輪式三輪車の構造からタイロッド機構を省略出来ることにより、[０００５]に記載の前二輪後一輪のリンク式自転車と比較し、部品数の減少と車重の低減に効果がある。

次に本発明の車体の姿勢制御の方法として、リンク機構の可動加減の制御は、制御棒の流体を電気式（電磁）サーボ弁を車体速度センサー計の速度に応じて調整し、低速域では前記電気式（電磁）サーボ弁を閉とすることから車体を傾けない設定であるので、車体転倒に対する安全性は背景技術の[０００３]と同等の確保が可能である。

且つまた、背景技術の[０００４]や[０００５]に対置すると前記ゴムやバネのみで全ての速度域の車体制御をカバーしていることから前記ゴムやバネが中高速域でも走行中に影響を及ぼすことと、低速域での安定性安全性の確保が不十分であることは否めない。

これらに対応するため前記中高速域の走行について論を進めると、カーブ外側に働く遠心力に応じてカーブ内側に車体を傾けようとする場合、前記ゴムやバネの反発力も考慮に入れないとカーブの外側にはみ出す危険性があるのに対し、本発明の前輪二輪式三輪車は、中高速域のカーブ旋廻の場合でも遠心力に対し、カーブの内側に車体を傾けてバランスさせての旋廻が可能になり、一般的な二輪車に近い感覚の操縦性が得られる。

これらを総合すると運転者が一般道で走行するにあたっては、近年法律で認められた自転車の歩道での歩くような低速走行の場合、電気式（電磁）サーボ弁により前記リンク機構を不可動にするので、前記ゴムやバネで車体の姿勢を制御する背景技術の[０００４]や[０００５]と比較にならないほど安定した走行が可能であり、信号待ちなどでも足を地面に付けないで停車し続けることも可能である。

さらに加えて、運転中に車速が低下し低速域入りリンク機能が不可動になり、運転者が車体の姿勢に違和感を覚える場合、運転者が手動でサーボ弁を開いて運転者自身が車体姿勢を調節する機能も備えている。

一般的な二輪車や三輪車の多くは停止状態から発進する場合、ハンドルや車体が不安定になることで運転者がペダルを踏む力のロスが生じているが、本発明の前輪二輪式三輪車は、停止状態から低速域までの車体姿勢が極めて安定していることから、運転者のペダルを踏む脚力がロスなく駆動輪に伝わり車体を前進させる効果がある。

本発明の前輪二輪式三輪車のハンドル２を支えるステム３をフレームのヘッドチューブ14部を通して通常の二輪自転車同様の構造で繋ぎ、該ステム下端からパイプを延長させサーボ弁付きリンク角制御装置７の取り付け部と前後二本のアンダーリンク棒6F,6Aを挟み込むための可動連結させる部位12と、前記ヘッドチューブ14の上端上方にアッパーリンク棒5F,5Aの可動連結部位11を設ける。

11部に可動連結された前記アッパーリンク棒5F,5Aの左右両端の10R部と10L部にそれぞれ左右車輪を支えるクラウン部から上方に延長された左右フロントフォーク4R,4Lに可動連結させ、前記10R部とアンダーリンク棒6F,6Aを可動連結させる13R部の中程に前記リンク角制御装置７の取付け部を設ける。

前記リンク角制御装置７のレイアウトとして、図１に示す通り斜めの角度で取り付けているが、リンク機構の同量の上下動の動きに対し、極少量ではあるが前記リンク角制御装置内の上下のピストンの移動量が異なるので、開発段階でテストドライバーが違和感を知覚した場合、前記リンク角制御装置７をステム部３に対しヘッドチューブ14やリンク機構に接触しないように平行若しくは垂直にレイアウト変更する。

本発明の前輪二輪式三輪車のリンク付近は、通常の二輪自転車と同様のハンドル高さの調整が出来ない構造であることら、ハンドルデザインの変更、若しくは、ステム3のハンドル2と11部間の高さ調整が行えるネジ切り等の機能を付け加えて対応する。

前記リンク角制御装置７は図４に詳細を示し、上下の取り付け部fU,fDはピロ部品を用い、ｂの円筒内のｅに液体（油）を充満させピストンｃで分断しシールｄで円筒内ｅの液体漏れを防ぐ。前記ピストンｃで分断した双方の室を管ｇと電気式（電磁）サーボ弁ｈで繋げ、液体温度や圧力の上昇に対応したｉ部のリザーブタンク（アキュムレーター）部を造り付け、前記電気式（電磁）サーボ弁ｈをｌの配線を介して制御するECUｊを設け、該ECUｊは配線ｋを介して車輪ｍに設置の速度センサーの信号を入力する。

具体的な車体制御の方法例として図５のように、低速域では転倒リスクを無くす為に前記電気式（電磁）サーボ弁を閉じ、リンク機構を固着させ車体が傾かないように制御し、中高速域では運転者が一般的な二輪車と同様の感覚で運転できるように、前記リンク機構を抵抗なく可動させる為に前記電気式（電磁）サーボ弁を開く。

該電気式（電磁）サーボ弁の開閉のタイミングと開閉の具合については、運転者の運転の癖や走行路面の状態を鑑み、運転者による設定の修正や複数の車体に組み込まれたセンサーによってチューニングする機能を備えることも一考である。

前記電気式（電磁）サーボ弁の開度を図５の放物曲線であるように運転者に急激な抵抗の変動を感じさせない様に、開発段階のテストドライブで前記電気式（電磁）サーボ弁の開度のチューニングを徹底的に行う。

本発明の前輪二輪式三輪車で運転者の意思で車体姿勢の調整を行う場合には、ハンドルのグリップ付近に運転者が簡単に指で操作出来る場所にボタンを設置し、該ボタン押下時には前記電気式（電磁）サーボ弁を開き、車体を簡単に傾かせることが出来ることと、前記ボタン無効の操作を以って前記電気式（電磁）サーボ弁を閉じて車体の姿勢を固定させる。

この機能を有効に利用すると、停車時から一般的な二輪車のように急ハンドルで車体をUターンさせることが出来ることや、停車時に左右車輪の路面に対する高さ等で車体が不安定な場合、前記ボタンを押下することで車体の傾きを調整し、前記ボタンの無効操作で車体の姿勢を再度固定しての対応が可能。

運転者の利用のし易さを勘案し、前記ボタンと同じ役割を果たす代替として自動二輪車のアクセル機能や、新たなレバー機能等を取り付け該開度具合と、前記電気式（電磁）サーボ弁の開閉具合を連動させての調整を行えば、運転者がより能動的に車体姿勢をコントロールできる。

前記電気式（電磁）サーボ弁ｈ、ECUｊや速度センサーの電力については、本発明の電動アシストで用いる車体搭載のバッテリー電池21の電力の一部を充当する。

本発明の前輪二輪式三輪車のリンク機構部分10R,10L,11,12,13R,13Lの前記可動連結部の部品は、高い剛性とベアリング部のガタの是正を考慮に入れた上でボールベアリング、棒状コロ軸受、耐久性能も勘案するが自己潤滑性能もある樹脂ベアリング等を候補にして選択し採用する。

適切なベアリング（軸受）を左右フロントフォーク61の段付きの穴に圧入またはストップリングを用いて納め、双方の部材が直接擦れないようにカラーを挿入し、貫通ボルト通して10R,10Lと13R,13L部を固定し、11部はアッパーリンク棒5F,5A の前後２本、12部はアンダーリンク棒6F,6Aの前後２本にベアリングを圧入またはストップリングを用いて納め、ステム部３から前後に溶接等で突出させた丸棒を該ベアリングの内径に貫通させ固定する。

11,12部のベアリング部の設計では、ステム部３から前後に突出させた丸棒をベアリングの内径に貫通させ、前記丸棒と前記ベアリング内径との動き(ガタ)を六角ボルトで抑える円筒状のカラーを前記丸棒上にベアリングに挟み込む形で配置し、リンク機構の不要な動きを極力抑える設計を行う。

本発明の前輪二輪式三輪車で適切なキャスター角、キャンバー角、トーイン角、キングピン角を設定するに当って、アッパーリンク棒5F,5Aとアンダーリンク棒6F,6Aを、特にカーブ旋廻時に適切な角度でリンク機構が機能させ、及び、路面からの応力を適切に吸収するために弓状の曲線やパイプ状の形状にすることや、左右フロントフォーク4R,4Lの車輪を挟むクラウン部の上端とリンク機構を構成する部位の継ぎ部分に適切な角度を与えること等で運転者が“良い”と評価する乗り味のチューニング設計が必要である。

本発明の前輪二輪式三輪車のリンク機構はステム部３を挟み込み２つのリンクの形態としているが、性能面で問題のない強度の確保、材質、加工法、塑性法等により、挟み込む形の２リンク式が性能面での合理的必要性が無く１つのリンクのみでの性能が確かであれば、部品数の減少や生産組立時の手間隙削減の可能性もある。

本発明の前輪二輪式三輪車の用途として、電動三輪車や電動アシスト式自転車（図１、図２）の他に、車体の推進動力に自動二輪車用のエンジンを用い、該エンジンのオルタネーター（発電機）からのバッテリーの電力で車体の姿勢を制御する前二輪式電動バイク（スクーター）にも発展することが可能で、ハンドルが重くなる懸念もあるが、荷物を多く積める構造であることに加え、家から家間の移動が多く頻繁にスタンド利用が必要な新聞配達用としての利用や、二輪車に比べて雪道でも安定した走行が可能であることに加え、停車時に足を路面に付けないで済むので雨の日にも服が濡れづらいことから、通勤用スクーター等にも発展可能と考える。

本発明の前輪二輪式三輪車は、特にカーブを旋廻する際のリンク機構の動き方は、本発明者の主観として工業意匠の分野でも評価を得られると考える。他人からお洒落と評価されると、運転者本人も運転や外出が楽しくなり、生活に彩りを添えられると想う。

本発明の前輪二輪式三輪車のリンク機能部分を示す正面図 上記の側面図 背景技術と本発明の前輪の転がり抵抗の違いを示した合力図 電気式（電磁）サーボ弁付きリンク角制御装置の側面断面図 上記制御棒の車体速度v−サーボ弁通過流量Qの制御例の図 本発明の前輪クラウン部の正面図 上記の側面図

１ 車体
２ ハンドル
３ ステム部
４R 右フロントフォーク
４L 左フロントフォーク
５F アッパーリンク棒（前）
５A アッパーリンク棒（後）
６F アンダーリンク棒（前）
６A アンダーリンク棒（後）
７ リンク角制御装置（円柱ピストン部）
８R 右車輪
８L 左車輪
９R 右車輪車軸
９L 左車輪車軸
１０R アッパーリンク右ベアリング部
１０L アッパーリンク左ベアリング部
１１ アッパーリング中央ベアリング部
１２ アンダーリンク中央ベアリング部
１３R アンダーリンク右ベアリング部
１３L アンダーリンク左ベアリング部
１４ ヘッドチューブ
α カーブ時車軸固定の抵抗合力図
β カーブ時ハンドル連動車軸の抵抗合力図
ａ リンク角制御装置ＡＳＳＹ
ｂ 円柱断面図
ｃ ピストン
ｄ 遮断シール
ｅ 円柱内
ｆU 上方ピロ部
ｆD 下方ピロ部
ｇ 液体パイプ（管）
ｈ 電気式（電磁）サーボ弁
ｉ リザーブタンク（アキュムレーター）
ｊ ECU
ｋ 車速センサーと電気配線
ｌ 電気配線
ｍ 車輪
２１ バッテリー電池
６１ ベアリング受部（上）
６２ ベアリング受部（下）

Claims (5)

1. 車体フレーム前部のヘッドチューブの下端を越してハンドルと連動するステム部（３）を貫通させ、ヘッドチューブ（１４）を挟み込む形態で前記ステム部（３）の上下に支点（１１，１２）を配し、左右前輪タイヤの回転軸を支持する左右のフロントフォークとアッパーリンク棒とアンダーリンク棒がリンク構造でローリング運動する連結部を備え、該ローリング運動の制御には「不可動」機能を含め少なくとも１つのリンク角制御装置（７）を備えることを特徴する前輪二輪式三輪車。
2. 前記リンク角制御装置（７）は流体を電気式サーボ弁で制御し通過させる流量によって制御することを特徴とする請求項１記載の前輪二輪式三輪車。
3. 車体に取付けた複数のセンサーにより運転者の運転癖や特徴から前記リンク角制御装置（７）の電気式サーボ弁の制御をECUによりチューニングすることを特徴とした請求項１又は請求項２記載の前輪二輪式三輪車。
4. 前記「不可動」機能を解除する機能と該解除を無効にする押下スイッチを運転者が運転中に動作可能な部位に配置することを特徴とした請求項１から請求項３何れか１項記載の前輪二輪式三輪車。
   
5. 前記リンク角制御装置（７）の電気式サーボ弁の開度具合に連動する操作部品を運転者が運転中に動作可能な部位に設置することを特徴とした請求項１から請求項４何れか１項記載の前輪二輪式三輪車。
   
   

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