JP5891132B2

JP5891132B2 - 自動二輪車の前輪操舵装置

Info

Publication number: JP5891132B2
Application number: JP2012156511A
Authority: JP
Inventors: 宏志石井
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2032-07-12
Also published as: JP2014019187A

Description

本発明は、自動二輪車の前輪操舵装置に関する。

一般に、自動二輪車の前輪操舵装置は、車体フレームの前端に形成されたヘッドパイプ内に、上下一対の軸受を介してステアリング軸を回動自在に支持し、該ステアリング軸の上下端部にアッパーブラケット及びロワーブラケットを固定してある。アッパーブラケット及びロワーブラケットの左右端部は、左右一対のフロントフォークに結合されており、アッパーブラケット上にはハンドルバーが取り付けられ、フロントフォークの下端部には前輪が支持されている。

ところで、自動二輪車の前輪及びステアリング軸の前後方向の位置は、自動二輪車の機種及び用途に応じて、調整される場合がある。たとえば、前輪の位置を前方に移動することにより、前輪に掛かる分布荷重を小さくし、これにより、ハンドル操作を軽くすることができる。一方、前輪の位置を後方に移動することにより、前輪に掛かる分布荷重を大きくし、前輪のグリップ力を増大させたり、コーナリング半径を小さくできる。前輪の前後方向の位置を変更可能とする技術としては、特許文献１及び特許文献２のように、キャスター角を調節可能としたもの等がある。

実開昭５６−３５４９２号公報特許２６９０８６３号公報

前輪の前後方向の位置を調節するためには、前記従来例のようにヘッドパイプ内のステアリング軸の角度（キャスター角度）を変更したり、あるいは、ヘッドパイプに対するステアリング軸の前後方向位置を変更したりしている。ところが、各機種共通のヘッドパイプを利用する場合には、ヘッドパイプ内のスペースが制限されるため、ステアリング軸の前後方向の位置の調節範囲が制限され、所望の位置に調節することが難しい場合がある。すなわち、ステアリング軸がヘッドパイプの内壁面に干渉するのを避けなければならないので、ヘッドパイプを変更せずに、所望の位置あるいは角度までステアリング軸を変更することが困難な場合がある。

本発明の目的は、ヘッドパイプの径や形状を変更しなくとも、ヘッドパイプ内でのステアリング軸の配置の自由度を増やすことができる自動二輪車の前輪操舵装置を提供することである。

前記課題を解決するため、本発明は、車体フレーム前端のヘッドパイプに、上下一対の軸受支持部を設け、該両軸受支持部に、ステアリング軸の上側軸端部及び下側軸端部を、それぞれ軸受を介して回動自在に支持している自動二輪車の前輪操舵装置において、前記ステアリング軸の前記上側軸端部と前記下側軸端部との間の軸中間部の重心線が、ステアリング軸の回動中心線に対し前後方向に偏倚するように、前記軸中間部を形成している。

本発明は、上記自動二輪車において、好ましくは以下の構成を備える。

（ａ）前記ステアリング軸の前記回動中心線は、前記ヘッドパイプの前後壁面の中間に位置するヘッドパイプ中心線に対し、前後方向の一方に偏倚し、前記軸中間部の重心線は、前記回動中心線に対し、前後方向の他方に偏倚している。

（ｂ）前記上側軸端部及び前記下側軸端部は、前記ヘッドパイプに対する前記ステアリング軸の組付挿入方向の挿入元側に位置する一方の直径が、挿入先側に位置する他方の直径よりも大きい。この場合、より好ましくは、前記軸中間部の軸直交方向の断面積は、挿入元側に位置する前記一方の軸端部の軸直交方向の断面積よりも小さく形成され、かつ、前記回動中心線方向に見て、前記軸中間部は前記一方の軸端部の断面外郭範囲内に位置している。さらに、前記挿入元側に位置する一方の軸端部は、下側軸端部である。

（ｃ）前記両軸受支持部は、軸受嵌着孔を有するカラー部材をそれぞれ着脱自在に備え、前記軸受嵌着孔の孔中心線が、前記ヘッドパイプの前後壁面の中間に位置する中心線に対して、前後方向に偏倚している。

（ｄ）前記ヘッドパイプは、走行風取入通路を有するヘッドボックス内に、ヘッドボックスと一体に形成されている。

本発明によると、ヘッドパイプの大きさ又は形状を変更することなく、ヘッドパイプ内の限られたスペース内において、ステアリング軸の前後方向の移動位置の調節範囲を大きく採ることができる。これにより、前輪の前後方向の位置の調節範囲が増え、前後の車輪の荷重分布を広い範囲で調節できる。

構成（ａ）によると、ステアリング軸をヘッドパイプ内の前方寄りに配置した時には、軸中間部を後方に偏倚させ、ステアリング軸をヘッドパイプ内の後方寄りに配置した時には、軸中間部を前方に偏倚させることにより、ステアリング軸の前後方向位置の調節量を大きく確保することができる。

構成（ｂ）によると、挿入元側の軸受の直径が挿入先側より大きくなっているので、ステアリング軸及び軸受をヘッドパイプ内に組み付ける時に、組み付け作業が容易である。

また、前記軸中間部の軸直交方向の断面積が軸端部の断面積よりも小さく形成され、かつ、前記軸中間部は前記一方の軸端部の断面外郭範囲内に位置していることにより、一対の軸受を、ステアリング軸の挿入先側から簡単に挿入することができる。さらに、前記挿入元側の大きな直径の軸端部が下側軸端部であると、上側軸端部よりも大きな荷重がかかる下側軸端部の強度を高くすることができる。

構成（ｃ）によると、カラー部材を交換し、あるいは前後方向を逆向きに装着することにより、ステアリング軸の取付位置を、簡単に前後方向に調節できる。

構成（ｄ）によると、エンジンの燃焼用あるいは冷却用の走行風取入通路を有するヘッドボックス内において、ヘッドパイプの径を大きくすることがないので、吸気用のラム空気の通路が狭くなることがなく、エアクリーナ等への空気の流通量を確保できる。

本発明に係る操舵装置の一実施の形態であり、ヘッドパイプを内蔵するヘッドボックスの縦断面拡大図（図２のI-I断面拡大図）である。図１のヘッドボックスのII-II断面図である。図１のステアリング軸のIII-III断面拡大図である。上側カラー部材の平面図である。下側カラー部材の平面図である。ステアリング軸の変形例の水平断面図である。ステアリング軸の別の変形例の水平断面図である。

図１乃至図５は、本発明に係る自動二輪車の前輪操舵装置であり、これらの図面に基づいて第１の実施の形態を説明する。図２は、自動二輪車のヘッドボックス１の水平断面図（図１のII-II断面図）であり、ヘッドボックス１は、車体フレームの前端部を構成しており、たとえば左右一対のメインチューブ２の前端部に溶接等により結合されている。

ヘッドボックス１内には走行風取入通路５が形成されており、走行風取入通路５の前端は空気取入口６として前方に開口し、空気取入ダクト７に接続されており、走行風取入通路５の後端は左右のメインチューブ２内に連通し、該メインチューブ２内は、図示しない吸気ボックスあるいはエアクリーナ等に連通している。なお、図示しないが、ヘッドボックス１の後端壁に通風口を形成して、該通風口を後方の吸気ボックス等の接続する場合もある。ヘッドパイプ８は、ヘッドボックス１と一体成形されると共に走行風取入通路５内に配置されており、ヘッドパイプ８内に前輪操舵用のステアリング軸１０が配置されている。ヘッドパイプ８は、ラム空気取入通路５の左右幅の略中央に配置されている。したがって、走行風取入通路５は、ヘッドパイプ８の左右に分岐して、後方に流れる。

図１はヘッドボックス１の縦断面拡大図（図２のI-I断面拡大図）であり、ヘッドパイプ８は、上端の上側軸受支持部８ａと、下端の下側軸受支持部８ｂと、両軸受支持部８ａ、８ｂを一体に連結する中間筒壁部８ｃと、を一体に備えている。上側軸受支持部８ａはヘッドボックス１の上壁に形成されており、上側軸受支持部８ａには上側カラー支持凹部１３が形成され、該上側カラー支持凹部１３内に上側カラー部材１２が嵌合支持されている。下側軸受支持部８ｂはヘッドボックス１の下壁に形成され、下側軸受支持部８ｂには、下側カラー支持凹部２３が形成され、該下側カラー支持凹部２３内に下側カラー部材２２が嵌合支持されている。符号Ｏ３はヘッドパイプ８の前後方向の中央に位置するヘッドパイプ中心線であり、具体的には、中間筒壁部８ｃの中心線である。

図４及び図５は、上下のカラー部材１２，２２の平面図である。図４において、ヘッドパイプ８の上側軸受支持部８ａの上側カラー支持凹部１３は、前後方向に長い長円形状となっており、したがって上側カラー部材１２も、上側カラー支持凹部１３の平面形状と対応する外周形状（長円形状）に形成されている。

上側カラー部材１２には上側軸受嵌着孔１８が形成されており、該上側軸受嵌着孔１８に上側軸受２０が嵌着されている。上側軸受嵌着孔１８及び上側軸受２０の中心線Ｏ１は、上側カラー部材１２の前後方向の中央位置よりも後方に位置している。上側カラー部材１２の外周形状は、前半部と後半部とが前後方向の中央位置に対して対称形状となっており、従って、上側カラー部材１２を前後逆向きにした状態でも、上側カラー支持凹部１３に嵌着できる。なお、上側カラー部材１２を前後逆向きに嵌着した場合には、上側軸受嵌着孔１８及び上側軸受２０の中心線Ｏ１は、上側カラー部材１２の前後方向の中央位置よりも前方に位置することになる。

図５において、下側軸受支持部８ｂの下側カラー支持凹部２３は、前後方向に長い長円形状となっており、したがって、下側カラー部材２２も、下側カラー支持凹部２３の平面形状と対応する外周形状（長円形状）に形成されている。

下側カラー部材２２には下側軸受嵌着孔２８が形成されており、該下側軸受嵌着孔２８に下側軸受３０が嵌着されている。下側軸受嵌着孔２８及び下側軸受３０の中心線Ｏ１は、前記上側軸受嵌着孔１８及び上側軸受２０の中心線Ｏ１（図４）と一致しており、下側カラー部材２２の前後方向の中央位置よりも後方に位置している。下側カラー部材２２の外周形状は、前半部と後半部とが前後方向の中央位置に対して対称形状となっており、従って、下側カラー部材２２を前後逆向きにしても、下側カラー支持凹部２３に嵌着できる。下側カラー部材２２を前後逆向きに嵌着した場合には、下側軸受嵌着孔２８及び下側軸受３０の中心線Ｏ１は、下側カラー部材２２の前後方向の中央位置よりも前方に位置し、前後逆向きに配置した場合の前記上側カラー部材１２の上側軸受嵌着孔１８及び上側軸受２０の中心線Ｏ１と一致する。

図１において、前述のように、上側軸受嵌着孔１８及び上側軸受２０の中心線Ｏ１と、下側軸受嵌着孔２８及び下側軸受３０の中心線Ｏ１と、が一致しており、この共通の中心線Ｏ１がステアリング軸１０の回動中心線となる。この回動中心線Ｏ１は、該実施の形態では、ヘッドパイプ８の前後方向の中央に位置する中心線Ｏ３よりも後方に位置している。下側軸受嵌着孔２８及び下側軸受３０の直径Ｄ２は、上側軸受嵌着孔１８及び上側軸受２０の直径Ｄ１よりも大きく形成されている。

ステアリング軸１０は、上側軸受２０のインナーレース２０ａが嵌着される円柱状の上側軸端部１０ａと、下側軸受３０のインナーレース３０ａが嵌着される円柱状の下側軸部１０ｂと、上下の軸端部１０ａ，１０ｂ間を結合する軸中間部１０ｃと、を一体に有している。ステアリング軸１０は、上側軸受２０及び下側軸受３０により、回動中心線Ｏ１回り回動自在にヘッドパイプ８に支持されている。ステアリング軸１０の下側軸端部１０ｂの直径と上側軸端部１０ａの直径は、下側軸受３０の内径Ｄ２及び上側軸受２０の内径Ｄ１にそれぞれ対応している。すなわち、ステアリング軸１０の下側軸端部１０ｂの直径Ｄ２は上側軸端部１０ａの直径Ｄ１よりも大きく形成されている。

ステアリング軸１０の上端部にはアッパーブラケット３１が固定され、ステアリング軸１０の下端部にはロワーブラケット３２が固定されている。アッパーブラケット３１及びロワーブラケット３２の左右端部は、図示しない左右一対のフロントフォークに結合されており、アッパーブラケット３１上にはハンドルバーが取り付けられ、フロントフォークの下端部には前輪が支持されている。

ステアリング軸１０の軸中間部１０ｃの形状の特徴を説明すると、軸中間部１０ｃの重心線Ｏ２がステアリング軸１０の回動中心線Ｏ１よりも前方に偏倚するように、軸中間部１０ｃが形成されている。それにより、軸中間部１０ｃの後側には、軸中間部１０ｃの左右の回動範囲を広げる空間部Ｓ１が形成されている。

図３はステアリング軸１０の軸中間部１０ｃの水平断面図であり、軸中間部１０ｃの軸直交断面形状は、円形を若干左右に広げた楕円形状あるいは左右に広がる扇形に近い形状となっており、前述のように、その重心線Ｏ２が回動中心線Ｏ１よりも前方に偏倚している。偏倚量ε1は、たとえば数ｍｍから十数ｍｍであるが、勿論この範囲に限定されるものではなく、車種によって、十数ｍｍより大きい偏倚量とすることもある。軸中間部１０ｃの軸直交断面の面積は、下側軸端部１０ｂ及び上側軸端部１０ａの軸直交断面積よりも小さく、しかも、回動中心線Ｏ１方向に見て、軸中間部１０ｃの軸直交断面の全体が、下側軸端部１０ｂの軸直交断面の領域内に収まるように配置されている。

該実施の形態では、軸中間部１０ｃの前端は、下側軸端部１０ｂの前端の前後方向位置に略揃えられているが、上側軸端部１０ａの前端の前後方向位置よりも前方に張り出している。一方、軸中間部１０ｃの後端は、上側軸端部１０ａの後端及び下側軸端部１０ｂの後端よりも前方に凹んでいる。また、図１において、軸中間部１０ｃの後端の上下端部は、後方に湾曲する湾曲部分１０ｆを介して、それぞれ上側軸端部１０ａの後端及び下側軸端部１０ｂの後端に至っている。これにより、軸中間部１０ｃの後端の後側に前記空間Ｓ１が確保されている。

［ステアリング軸１０の組付作業］
図１において、ステアリング軸１０は、ロワーブラケット３２、下側軸受３０のインナーレース３０ａ及びボールアッセイ３０ｃが組み付けられた状態で、ヘッドパイプ８内に下方から挿入される。すなわち、ヘッドパイプ８の下側が挿入元となり、上側が挿入先となる。

（１）まず、ロワーブラケット３２の軸取付孔３２ａに、下方からステアリング軸１０を挿入し、ステアリング軸１０の下側軸端部１０ｂを軸取付孔３２ａに圧入する。このとき、段部３２ａ、３２ｂ同士の係合を利用して、ステアリング軸１０の抜け止めとする。

（２）下側軸受３０のインナーレース３０ａをステアリング軸１０に上方から嵌め、下側軸端部１０ｂまで下方に降ろし、下側軸端部１０ｂの外周面に、締まり嵌めにて固定する。すなわち、圧入固定する。続いて、下側軸受３０のボールアッセイ３０ｃをステアリング軸１０に上方から嵌め込んで、下側軸端部１０ｂまで下方に降ろし、インナーレース３０ａ上に載せる。

（３）一方、下側軸受３０のアウターレース３０ｂは予め下側カラー部材２２の下側軸受嵌着孔２８に嵌着し、下側カラー部材２２はヘッドパイプ８の下側カラー支持凹部２３に嵌着しておく。

（４）また、上側軸受支持部８ａの上側カラー支持凹部１３には、予め上側カラー部材１２を嵌着しておき、上側カラー部材１２の上側軸受嵌着孔１８には上側軸受２０のアウターレース２０ｂを圧入しておく。

（５）前記（２）項のように、ロワーブラケット３２、下側軸受３０のインナーレース３０ａ及びボールアッセイ３０ｃが組み付けられたステアリング軸１０を、下側軸受嵌着孔２８に下方から挿入し、ヘッドパイプ８内を通過させ、上側軸端部１０ａを上側カラー部材１２の軸受嵌着孔１８に挿通する。これにより、下側軸受３０のアウターレース３０ｂ内に、下側軸受３０のボールアッセイ３０ｃが挿入される。

（６）上側軸受２０のボールアッセイ２０ｃ及びインナーレース２０ａを上方から上側軸端部１０ａに順次嵌合し、上側軸受２０のアウターレース２０ｂ上に載せる。

（７）そして、上方から、押さえナット３５を上側軸端部１０ａの外周おねじ部に螺合することにより、上側軸受２０のインナーレース２０ａを下方に押し込み、所定位置に固定する。続いて、ロックナット３６により抜けないようにロックする。

（８）最後にアッパーブラケット３１を上側軸端部１０ａに取り付け、ナット３７により固定する。

（９）組立後のステアリング軸１０は、ハンドルバーを操作することにより、上下のブラケット３１，３２と一体的に、ヘッドパイプ８内で回動中心線Ｏ１回りに左右に回動し、前輪を左右に操舵する。

［実施の形態における作用効果］
（１）ステアリング軸１０の回動中心線Ｏ１を、ヘッドパイプ８の前後方向の中央位置の中心線Ｏ３よりも後方に偏倚させることにより、前輪を後方位置に調節しているが、ステアリング軸１０の軸中間部１０ｃを、その重心線Ｏ２が回動中心線Ｏ１より前方に偏倚するように、軸中間部１０ｃを前方張り出し状にしている。したがって、ヘッドパイプ８の形状を変更することなく、回動中心線Ｏ１をできる限りヘッドパイプ８の後壁に近づけても、ステアリング軸１０を、ヘッドパイプ８の内壁面に干渉させることなく、回動させることができる。すなわち、ヘッドパイプ８の大きさ及び形状を変更することなく、ステアリング軸１０の前後方向位置の調整量を大きく確保できる。

（２）前輪の位置を前方に移動させたい場合には、上下のカラー部材１２，１３を前後逆向きにカラー支持凹部１３，２３内に嵌着する。これにより、ステアリング軸１０の回動中心線Ｏ１をヘッドパイプ８の前端壁寄りに偏倚させることができる。この場合、ステアリング軸１０は、軸中間部１０ｃが後方に張り出すように上下の軸受２０，３０に嵌着する。すなわち、軸中間部１０ｃの重心線Ｏ２が回動中心線Ｏ１よりも後方に位置するように、ステアリング軸１０を取り付ける。これにより、操舵時におけるステアリング軸１０ｃとヘッドパイプ８の内壁面との干渉を防ぐことができる。

（３）ステアリング軸１０の挿入元側の下側軸端部１０ｂの直径Ｄ２が挿入先側の上側軸端部１０ａの直径Ｄ１よりも大きく形成されているので、軸中間部１０ｃの重心線Ｏ２が回動中心線Ｏ１から偏心していても、ステアリング軸１０及び下側軸受３０を簡単に組み付けることができる。

（４）軸中間部１０ｃの軸直交断面の面積が、上下の軸端部１０ａ、１０ｂの軸直交断面の面積よりも小さく形成され、かつ、回動中心線Ｏ１方向に見て、軸中間部１０ｃが下側軸端部１０ｂの断面外郭範囲内に位置しているので、上下の軸受２０、３０を、ステアリング軸１０の上方（挿入先側）から簡単に挿入することができる。また、下側軸端部１０ｂの直径Ｄ２を上側軸端部１０ａの直径Ｄ１よりも大きくしていることにより、上側軸端部１０ａよりも大きな荷重がかかる下側軸端部１０ｂの強度を高くすることができる。

（５）上下のカラー部材１２，２２を、軸受嵌着孔１８，２８の前後方向位置が異なる別のカラー部材１２，２２に交換することにより、ステアリング軸１０の回動中心線Ｏ１の位置を、簡単かつ細かく、前後方向に調節できる。

（６）エンジンの燃焼用あるいは冷却用の走行風気取入通路５内に配置されるヘッドパイプ８の径を大きくすることなく、ステアリング軸１０の前後方向位置の調整量を増やすことができるので、走行風取入通路５の通路幅が狭くなることがなく、エアクリーナ等への空気の流通量を確保できる。

［その他の実施の形態］
（１）図６及び図７はステアリング軸１０の変形例を示しており、図６は軸中間部１０ｃが円柱状に形成されており、図７は軸中間部１０cが正多角形状（正六角形）に形成されている。本発明は、これらの断面形状には限定されず、少なくとも軸中間部１０ｃの重心線Ｏ２が回動中心線Ｏ１よりも前後方向に偏倚して、ヘッドパイプ８内での軸中間部１０ｃの回動を広く確保できる形状であればよい。

（２）ステアリング軸１０の上側軸端部１０ａと下側軸端部１０ｂとが同一の直径を有する構造や、上側軸端部１０ａが下側軸端部１０ｂより大きい直径を有する構造も、本発明に含まれる。

（３）走行風取入通路を有しない構造でも適用可能である。

（４）カラー部材を介さずに、ヘッドパイプの上下端部に軸受を介してステアリング軸を支持する構造にも本発明は適用可能である。

１ヘッドボックス
５走行風取入通路
８ヘッドパイプ
８ａ上側軸受支持部
８ｂ下側軸受支持部
８ｃ中間筒壁部
１０ステアリング軸
１０ａ上側軸端部
１０ｂ下側軸端部
１０ｃ軸中間部
１２上側カラー部材
１３上側カラー支持凹部
１８上側軸受嵌着孔
２０上側軸受
２２下側カラー部材
２３下側カラー支持凹部
２８下側軸受嵌着孔
３０下側軸受
Ｏ１回動中心線
Ｏ２軸中間部の重心線
Ｏ３ヘッドパイプの中心線

Claims

車体フレーム前端のヘッドパイプに、上下一対の軸受支持部を設け、該両軸受支持部に、ステアリング軸の上側軸端部及び下側軸端部を、それぞれ軸受を介して回動自在に支持している自動二輪車の前輪操舵装置において、
前記ステアリング軸の前記上側軸端部と前記下側軸端部との間の軸中間部の重心線が、ステアリング軸の回動中心線に対し前後方向に偏倚するように、前記軸中間部を形成している、ことを特徴とする自動二輪車の前輪操舵装置。
請求項１記載の自動二輪車の前輪操舵装置において、
前記ステアリング軸の前記回動中心線は、前記ヘッドパイプの前後壁面の中間に位置する中心線に対し、前後方向の一方に偏倚し、
前記軸中間部の重心線は、前記回動中心線に対し、前後方向の他方に偏倚している、自動二輪車の前輪操舵装置。
請求項１記載の自動二輪車の前輪操舵装置において、
前記上側軸端部及び前記下側軸端部は、前記ヘッドパイプに対する前記ステアリング軸の組付挿入方向の挿入元側に位置する一方の直径が、挿入先側に位置する他方の直径よりも大きい、自動二輪車の前輪操舵装置。
請求項３記載の自動二輪車の前輪操舵装置において、
前記軸中間部の軸直交方向の断面積は、挿入元側に位置する前記一方の軸端部の軸直交方向の断面積よりも小さく形成され、かつ、前記回動中心線方向に見て、前記軸中間部は前記一方の軸端部の断面外郭範囲内に位置している、自動二輪車の前輪操舵装置。
請求項４記載の自動二輪車の前輪操舵装置において、
前記挿入元側に位置する前記一方の軸端部は、下側軸端部である、自動二輪車の前輪操舵装置。
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の自動二輪車の前輪操舵装置において、
前記両軸受支持部は、軸受嵌着孔を有するカラー部材をそれぞれ着脱自在に備え、
前記軸受嵌着孔の孔中心線が、前記ヘッドパイプの前後壁面の中間に位置する中心線に対して、前後方向に偏倚している、自動二輪車の前輪操舵装置。
請求項１乃至６のいずれか一つに記載の自動二輪車の前輪操舵装置において、
前記ヘッドパイプは、走行風取入通路を有するヘッドボックス内に、ヘッドボックスと一体に形成されている、自動二輪車の前輪操舵装置。