JPH10278867A - 前後輪操舵式自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 通常の後輪駆動装置をそのまま使用でき滑子
をスライドさせるだけの簡単な操作で前後輪の操舵方向
及び操舵比を変更できる前後輪操舵式自転車を提供す
る。 【解決手段】 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、メインフレーム１の後端部に立パイプ７を介して
後ステイ１０、１１を取付けて、後ステイ１０、１１の
後端部により後輪１２を回転可能に支持し、ハンガのク
ランク軸１３に固定した大ギヤ１６と後輪１２のハブに
固定した小ギヤ１７との間にチェーン１８を懸装した自
転車において、メインフレームの後端部に操舵用連結部
８を設け、立パイプ７の前面に操舵用連結部９を設け
て、これらの操舵用連結部８、９により立パイプ７と後
ステイ１０、１１と後輪１２とをメインフレームに操舵
可能に連結し、前ホーク５と立パイプ７との間に操舵力
伝達機構Ａを介装している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】前車輪と後車輪とを同期的に操舵する前
後輪操舵式自転車の従来例を図４及び図５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、同メインフレーム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、ハンドルを操作すると、その動きがハンドルス
テムと前ホークとアーム（前車輪支持軸）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（後車輪支持軸）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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記前後輪操舵式自転
車では、後ホークｊ及び後輪ｇを後ステイｅの後端部ｅ
を中心に操舵するので、通常の後車輪駆動装置（クラン
ク軸の大ギヤと後車輪のフリーホイールとをチェーンに
より直接連結した通常の後車輪駆動装置）を使用する
と、後車輪ｇがチェーンに干渉するので、次の特別な後
車輪駆動装置を使用する必要がある。

【０００７】図５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。

【０００８】前記図５に示す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→１次駆動系チェーンｔ→スプロケットｓに伝え
て、スプロケットｓを回転すると同時にスプロケットｓ
の回転を中間回転軸ｐ→プーリｕ→２次駆動系ゴムベル
トｗ→プーリｖに伝えて、後車輪ｇを駆動するようにな
っている。従って後ホークｊ及び後車輪ｇを後ステイｅ
の後端部ｅを中心に操舵しても、後車輪ｇが１次駆動系
チェーンｔに干渉しない。

【０００９】しかし１次駆動系と２次駆動系とを必要と
しており、通常の後車輪駆動装置に比べると、部品点数
が増加して、製作費が増大するという問題があった。本
発明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、通常の後車輪駆動装置をそのまま使用
でき、特別な後車輪駆動装置を使用する場合に比べると
部品点数を減少できて、製作費を低減でき、滑子をス
ライドさせるだけの簡単な操作で前後車輪の操舵方向及
び操舵比を変更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、本発明は、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立パイプを介して
後ステイを取付けて、後ステイの後端部により後車輪を
支持し、立パイプの下端部にハンガを設け、ハンガのク
ランク軸に設けた大ギヤと後車輪のハブに設けたフリー
ホイールとの間にチェーンを懸装した自転車において、
前記メインフレームの後端部に操舵用連結部を設け、前
記立パイプの前面に操舵用連結部を設けて、これらの操
舵用連結部により立パイプと後ステイと後車輪とをメイ
ンフレームに操舵可能に連結し、前ホークと立パイプと
の間に操舵力伝達機構を介装している（請求項１）。

【００１１】前記請求項１記載の前後輪操舵式自転車に
おいて、操舵力伝達機構を、メインフレームの前後方向
中間部に中間部を枢支したレバー状の中間継手と、同中
間継手にその長手方向へのスライドを可能に取付けた滑
子と、前ホークの一側部と同中間継手の一端部とを連結
する第１ロッドと、同滑子と立パイプの一側部とを連結
する第２ロッドとにより構成している（請求項２）。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の前後輪操舵式自転車
を図１及び図２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、前ホー
ク５の下端部には、車軸が取付けられており、この車軸
により前車輪６が回転可能に支持されている。

【００１３】７が立パイプ、８がメインフレーム１の後
端部に固定した操舵用連結部（操舵用連結パイプ）、９
が立パイプ７の前面に固定した操舵用連結部（操舵用連
結パイプ）で、操舵用連結部８が操舵用連結部９に回転
可能に嵌挿されている。１０が立パイプ７の上部に固定
したシートステイ、１１が立パイプ６の下部に固定した
チェーンステイ、１２が後車輪で、シートステイ１０と
チェーンステイ１１との後端部は結合されており、そこ
に取付けた車軸により後車輪１２が回転可能に支持され
ている。

【００１４】１３が立パイプ６の下端部に設けたハンガ
のクランク軸、１４がクランク軸１３ａの左右両端部に
取付けたクランク、１５が各クランク１４に取付けたペ
ダル、１６がクランク軸１３に固定した大ギヤ（大径ス
プロケット）、１７が後車輪１２のハブに固定したフリ
ーホイール（小径スプロケット）、１８が大ギヤ１６と
フリーホイール１７との間に懸装したチェーンである。

【００１５】Ａが前ホーク５と立パイプ７との間に設け
た操舵力伝達機構で、この操舵力伝達機構Ａを図２によ
り具体的に説明する。１９がメインフレーム２の前後方
向中間部に中間部を枢支したレバー状の中間継手、２０
が中間継手１９の枢支部、２１が中間継手１９にレバー
長手方向に沿うスライドを可能に取付けた滑子である。
なおこの滑子２１はねじ（図示せず）を締付けて中間継
手１９に固定できるし、ねじを緩めて中間継手１９上に
スライドさせることができる。

【００１６】２２が前ホーク５の肩部左側上面に取付け
たロッドエンド軸受、２３が中間継手１９の自由端部に
取付けたロッドエンド軸受、２４がロッドエンド軸受２
２、２３の間に介装した前部側の第１ロッドである。２
６が滑子２１に取付けたロッドエンド軸受、２５が立パ
イプ７の左側面に固定したブラケット、２７がブラケッ
ト２５に取付けたロッドエンド軸受、２８がロッドエン
ド軸受２６、２７の間に介装した後部側の第２ロッドで
ある。

【００１７】次に前記図１及び図２に示す前後輪操舵式
自転車の作用を具体的に説明する。ペダル１５を踏み込
んだときのクランク軸１３及び大ギヤ１６の回転をチェ
ーン１８を介してフリーホイール１７に伝え、後車輪１
２を回転して、自転車を走行させる。このとき、滑子２
１を図２の位置に保持しておけば、ハンドル２３を例え
ば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とを左方向に操舵したとき、前ホ
ーク５の動きが第１ロッド２４を介して中間継手１９の
ロッドエンド軸受２３側に伝えられ、この部分が後方に
押されて、中間継手１９が枢支部２０を中心として図２
の方向から見て時計方向に揺動し、この動きが第２ロッ
ド２８を介して立パイプ７のブラケット２５に伝えら
れ、ブラケット２５が後方に押されて、立パイプ７とシ
ートステイ１０とチェーンステイ１１と後車輪１２と後
車輪駆動装置１３〜１８とが操舵用連結部８、９を中心
として前車輪６と同じ左方向に操舵される。

【００１８】また滑子２１を図３の位置に保持しておけ
ば、ハンドル２３を例えば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
向に操舵したとき、前ホーク５の動きが第１ロッド２４
を介して中間継手１９のロッドエンド軸受２３側に伝え
られ、この部分が後方に押されて、中間継手１９が枢支
部２０を中心として図３の方向から見て時計方向に揺動
し、この動きが第２ロッド２８を介して立パイプ７のブ
ラケット２５に伝えられ、ブラケット２５が前方に牽引
されて、立パイプ７とシートステイ１０とチェーンステ
イ１１と後車輪１２と後車輪駆動装置１３〜１８とが操
舵用連結部８、９を中心として前車輪６とは反対の右方
向に操舵される。

【００１９】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１２の操舵角の割合）を変更するとき
には、滑子２１を中間継手１９の長手方向にスライドさ
せて、第２ロッド２８の前端部（ロッドエンド軸受２
６）の、枢支部２０からの距離を変化させる。操舵比を
１に近づければ、自転車の直進安定性は向上する。また
図２の場合には、前車輪６と後車輪１２とが同じ方向に
操舵されるので、自転車の直進安定性が増大して、自転
車の操縦が容易になる利点がある。

【００２０】また図３の場合には、前車輪６と後車輪１
２とが反対方向に操舵されるので、小回り性能が向上し
て、障害物から回避し易くなるなどの利点がある。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、

【００２１】

【数１】

【００２２】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。

【００２３】

【表１】

【００２４】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。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】本発明（請求項１）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
ームの後端部に立パイプを介して後ステイを取付けて、
後ステイの後端部により後車輪を支持し、立パイプの下
端部にハンガを設け、ハンガのクランク軸に設けた大ギ
ヤと後車輪のハブに設けたフリーホイールとの間にチェ
ーンを懸装した自転車において、前記メインフレームの
後端部に操舵用連結部を設け、前記立パイプの前面に操
舵用連結部を設けて、これらの操舵用連結部により立パ
イプと後ステイと後車輪とをメインフレームに操舵可能
に連結し、前ホークと立パイプとの間に操舵力伝達機構
を介装しており、前車輪の操舵時、立パイプと後ステイ
と後車輪とを操舵用連結部を中心に操舵するので、通常
の後車輪駆動装置をそのまま使用でき、特別な後車輪駆
動装置を使用する場合に比べると部品点数を減少でき
て、製作費を低減できる。

【００２７】また本発明（請求項２）は前記のように操
舵力伝達機構を、メインフレームの前後方向中間部に中
間部を枢支したレバー状の中間継手と、同中間継手にそ
の長手方向へのスライドを可能に取付けた滑子と、前ホ
ークの一側部と同中間継手の一端部とを連結する第１ロ
ッドと、同滑子と立パイプの一側部とを連結する第２ロ
ッドとにより構成しており、滑子をスライドさせるだけ
の簡単な操作で前後輪の操舵方向及び操舵比を変更でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の前後輪操舵式自転車の一実施例を示す
側面図である。

【図２】同前後輪操舵式自転車の一使用状態を示す斜視
図である。

【図３】同操舵力伝達機構の他の使用状態を示す斜視図
である。

【図４】従来の前後輪操舵式自転車の概略を示す平面図
である。

【図５】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 メインフレーム１側の操舵用連結部 ９ 立パイプ７側の操舵用連結部 １０ シートステイ（後ステイ） １１ チェーンステイ（後ステイ） １２ 後車輪 １３ ハンガのクランク軸 １４ クランク １５ ペダル １６ 大ギヤ １７ フリーホイール １８ チェーン １９ 中間継手 ２０ 枢支部 ２１ 滑子 ２２ ロッドエンド軸受 ２３ 〃 ２４ 第１ロッド ２５ ブラケット ２６ ロッドエンド軸受 ２７ 〃 ２８ 第２ロッド Ａ 操舵力伝達機構

Claims (2)

【特許請求の範囲】
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立パイプを介して後
   ステイを取付けて、後ステイの後端部により後車輪を支
   持し、立パイプの下端部にハンガを設け、ハンガのクラ
   ンク軸に設けた大ギヤと後車輪のハブに設けたフリーホ
   イールとの間にチェーンを懸装した自転車において、前
   記メインフレームの後端部に操舵用連結部を設け、前記
   立パイプの前面に操舵用連結部を設けて、これらの操舵
   用連結部により立パイプと後ステイと後車輪とをメイン
   フレームに操舵可能に連結し、前ホークと立パイプとの
   間に操舵力伝達機構を介装したことを特徴とする前後輪
   操舵式自転車。
2. 【請求項２】 前記操舵力伝達機構を、メインフレーム
   の前後方向中間部に中間部を枢支したレバー状の中間継
   手と、同中間継手にその長手方向へのスライドを可能に
   取付けた滑子と、前ホークの一側部と同中間継手の一端
   部とを連結する第１ロッドと、同滑子と立パイプの一側
   部とを連結する第２ロッドとにより構成した請求項１記
   載の前後輪操舵式自転車。