TWI747530B - 中心輪轂轉向方式之前輪轉向機構 - Google Patents

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Abstract

本發明是關於一種中心輪轂轉向方式之前輪轉向機構者，目的是諸如提供一種前輪轉向機構，尤其是即使採取充分的偏距，以設為最佳幾何形狀設定並確保所求轉向性能等，亦可以合適且可實現的方式安裝前輪，進而，輪轂軸承之外徑不會變大、不會使軸承摩擦增加，可飛躍性地提升轉動性能或降低 油耗。

前輪轉向機構1係具備內輪輪轂2、左外輪輪轂3a、右外輪輪 轂3b、分別配置於內輪輪轂2與左外輪輪轂3a之間及內輪輪轂2與右外輪輪轂3b之間的一對滾動軸承4、4，以及前軸5；其特徵在於，左外輪輪轂3a與右外輪輪轂3b可沿旋轉軸方向左右分離，且此等左右外輪輪轂係剛性結合。

Description

中心輪轂轉向方式之前輪轉向機構
本發明係關於中心輪轂轉向方式之前輪轉向機構。
作為自行車或機車之類的二輪車之轉向機構及衝擊吸收機構，已知有被稱為伸縮式前叉(telescopic fork)方式的機構。該方式係藉由伸縮之2根軸由兩側保持前軸，並藉由前車輪上部之轉向軸而進行轉向，為簡單的構造所構成，可低成本地製造，故最常採用作為二輪車之轉向機構。
但是，伸縮式前叉方式存在如下缺點。首先，制動時，在前叉收縮(俯衝)的情況中，後傾角會增加使曳距變小，有導致轉向特性變化之問題。又，由於前叉位於本體框架與前輪之間，故導致前後輪軸間之連接距離變長，易受橫方向外力影響，因此有使二輪車整體之剛性降低之問題。
作為解決以上伸縮式前叉方式之缺點的前輪轉向機構，以往已有人檢討提出各種方式。作為其中一種，以往已知有稱為中心輪轂轉向方式者。例如專利文獻1(日本特開平3-208785號公報)中已揭露該方式之基本技術內容。
根據中心輪轂轉向方式，制動時曳距不會變小，可享有轉向特性不會變化之優點。又，相較於採用伸縮式前叉方式之二輪車，可縮短前後輪軸間之連接距離，故可提高二輪車整體之剛性。中心輪轂轉向方式具有上述優點，故構造多少比伸縮式前叉方式更複雜，即使有導致製造成本稍微增加的問題，現在依然持續被採用。
但是，中心輪轂轉向方式也有應解決的課題存在。該方式中，輪轂轉向軸(轉向軸)配置於內輪輪轂的內側，故考慮到轉向性能等而要充分確保偏距(前軸與輪轂轉向軸之間的距離)時，會導致輪轂軸承之外徑會變大，因此軸承摩擦會增加，使轉動性能或油耗惡化，最差的情況會有導致引起軸承燃燒的問題。相反地，若要迴避此問題則需要減小輪轂軸承之外徑，而會導致產生無法確保所求轉向性能或偏距之問題。
接著，亦有人已提出用以解決以上問題之技術。例如專利文獻2（日本特表2002-500133號公報）已揭露關於中心輪轂轉向方式之技術，其中，為了確保偏距，故使輪轂轉向軸構成為在前軸的後方且距離前軸預定距離之位置。根據該構成，即使採取充分的偏距以確保所求轉向性能等，也不會使輪轂軸承之外徑變大。因此，軸承摩擦也不會增加，可享有不會產生軸承燃燒之問題的優點。
然而，專利文獻2所揭露之技術其想法本身優異，但需要將輪轂本體（專利文獻2之符號3）收納於剛性體之前輪車輪之中心空間部內的構成，該中心空間部之開口比輪轂本體小，故於該中心空間部內收納輪轂本體此事在製造上為不可能者。又，專利文獻2中未揭露或教示可解決此問題的製造方法等。
本發明人鑒於上述實際情況而努力重複檢討可解決以上問題之方法或手段。其結果，本發明人發現藉由左右獨立之兩個輪轂而構成外輪輪轂，藉此可解決以上問題，從而完成本發明。
又，申請本發明時，本發明人及申請人調查過去專利文獻等後，雖有發現下述文獻是關於中心輪轂轉向方式之前輪轉向機構，但未發現詳述本發明之技術思想等之專利文獻。 [習知技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開平3-208785號公報 專利文獻2：日本特表2002-500133號公報
[發明所欲解決的課題] 本發明是關於一種中心輪轂轉向方式之前輪轉向機構者，目的為提供一種前輪轉向機構，尤其是即使採取充分的偏距，以設為最佳幾何形狀設定並確保所求轉向性能等，亦可以合適且可實現的方式安裝前輪。又，本發明的目的亦為提供一種前輪轉向機構，其輪轂軸承之外徑不會變大、不會使軸承摩擦增加，可飛躍性地提升轉動性能及降低油耗。又，本發明的目的亦為提供一種中心輪轂轉向方式之前輪轉向機構，其以鋼絲輻（wire spoke）輪構成前輪，藉此可輕量化並亦適用於自行車。
[解決課題的技術手段] 作為其手段，本發明的前輪轉向機構係具備內輪輪轂、外輪輪轂、配置於此等內外輪輪轂之間的一對滾動軸承、前軸、裝設於該前軸外側之輪轂轉向托架以及輪轂轉向軸；其特徵在於：前述內輪輪轂中，在前述前軸的後方且距離前述前軸預定距離之位置，設置有用以讓前述輪轂轉向軸插通之第一輪轂轉向軸用孔；前述輪轂轉向托架中亦設置有用以讓前述輪轂轉向軸插通之第二輪轂轉向軸用孔；前述輪轂轉向軸貫通前述第一及前述第二輪轂轉向軸用孔；前述內輪輪轂係以前述輪轂轉向軸為軸中心轉動自如之方式裝設於前述輪轂轉向托架；前述外輪輪轂係由可沿旋轉軸方向左右分離之左外輪輪轂及右外輪輪轂所構成，且此等左右外輪輪轂係剛性結合。
又，本發明的前輪轉向機構係具備內輪輪轂、外輪輪轂、配置於此等內外輪輪轂之間的一對滾動軸承、前軸、裝設於該前軸外側之輪轂轉向托架以及輪轂轉向軸；其特徵在於，前述內輪輪轂中，在前述前軸的後方且距離前述前軸預定距離之位置，設置有用以讓前述輪轂轉向軸插通之第一輪轂轉向軸用孔；前述輪轂轉向托架中亦設置有用以讓前述輪轂轉向軸插通之第二輪轂轉向軸用孔；前述輪轂轉向軸貫通前述第一及前述第二輪轂轉向軸用孔；前述內輪輪轂係以前述輪轂轉向軸為軸中心轉動自如之方式裝設於前述輪轂轉向托架；前述外輪輪轂係由各自獨立之左外輪輪轂及右外輪輪轂所構成，且此等左右外輪輪轂係透過多條鋼絲輻與輪輞結合。
又，本發明的前輪轉向機構的特徵亦在於，前述一對滾動軸承中，此等構成構件之滾珠或圓錐滾子係單列配置。
[發明功效] 根據本發明可提供一種前輪轉向機構，即使採取充分的偏距，以設為最佳幾何形狀設定並確保所求轉向性能等，亦可以合適且可實現的方式安裝前輪。又，亦可提供一種前輪轉向機構，其輪轂軸承之外徑不會變大、不會使軸承摩擦增加，可飛躍性地提升轉動性能及降低油耗。又，本發明亦可提供一種中心輪轂轉向方式之前輪轉向機構，其以鋼絲輻輪構成前輪，藉此可輕量化並亦適用於自行車。
以下說明用以實施本發明之中心輪轂轉向方式之前輪轉向機構的方式。又，本發明中，前後左右之各方向係以具有本發明的前輪轉向機構之載具的行進方向為基準而說明。又，各圖面中的外文符號的內容如下。 α:後傾角（caster angle） β:轉向角 A:旋轉軸 B:轉向軸 C:車體中心軸 D:曳距 E:偏距 H1:輪轂軸承徑 H2:輪轂軸承間隔 S1:轉向軸承徑 S2:轉向軸承間隔
圖1～3係表示本實施方式（第一實施方式）之前輪轉向機構1之基本構成。這些圖中表示適用於機車之前輪轉向機構1，圖1及圖2中的左側、或圖3中的下側為機車行進方向（前方向）。
這些圖中，2表示內輪輪轂，3（3a、3b）表示外輪輪轂，4、4表示配置於內輪輪轂2與外輪輪轂3之間的一對滾動軸承，5表示前軸。又，圖3中，6表示裝設於前軸5外側之輪轂轉向托架，10表示輪轂轉向軸。
又，圖1～3中，7表示前擺臂（Front swing arm），8表示上桿，9表示鏈臂，16表示輪胎，17表示轉向桿，18表示轉向臂，19表示碟煞，20表示油封。又，符號7～9及符號16～20之構件的功能或構造係與以往中心輪轂轉向方式所採用者相同，故以下省略說明。
如圖4所示，內輪輪轂2中，在前軸5的後方且距離前軸5預定距離之位置（偏距之位置），設置有兩個用以讓輪轂轉向軸10插通之第一輪轂轉向軸用孔11a。
又，輪轂轉向托架6亦設置有用以讓輪轂轉向軸10插通之第二輪轂轉向軸用孔11b。接著，如圖示，輪轂轉向軸10係以貫通兩個第一輪轂轉向軸用孔11a以及位於此二個第一輪轂轉向軸用孔11a之間的第二輪轂轉向軸用孔11b之方式插通，並藉由螺帽10a而固定。藉此，內輪輪轂2係以輪轂轉向軸10為軸中心轉動自如之方式裝設於輪轂轉向托架6。
又，此時，較佳為以內輪輪轂2可平滑轉動之方式，在內輪輪轂2與輪轂轉向軸10之凸緣部之間，以及內輪輪轂2與螺帽10a之凸緣部之間，分別配置兩個轉向軸承21、21。此時，轉向軸承21之直徑S1（參照圖6）越小則越可獲得降低軸承摩擦之效果。又，兩個轉向軸承21之間隔S2（參照圖6）越大，則車體之加減速時由前輪施加於輪轂轉向軸10的力矩會變小，故亦可獲得減輕對於轉向軸承21之放射狀（徑方向）負載之效果。
又，如圖4所示，外罩6a係藉由螺栓12而固定於輪轂轉向托架6上。藉由前軸5插通這些輪轂轉向托架6與外罩6a之間的構成，輪轂轉向托架6裝設於前軸5之外側。
如圖2及圖3所示，外輪輪轂3係由左外輪輪轂3a及右外輪輪轂3b所構成，且可沿前輪之旋轉軸方向左右分離。接著，此等左外輪輪轂3a及右外輪輪轂3b係藉由螺栓12而剛性結合。又，在此之剛性結合也可藉由螺栓以外之緊固手段而進行。
本實施方式之中心輪轂轉向方式之前輪轉向機構1係用上述方式構成，故輪轂轉向軸10即使位於前軸5的後方且距離前軸5預定距離之位置（偏距之位置）時，也可以合適且可實現的方式安裝機車等的前輪。又，藉此可提供一種前輪轉向機構，其輪轂軸承之外徑不會變大、不會使軸承摩擦增加，可飛躍性地提升轉動性能及降低油耗。
接著說明本發明之第二實施方式。此第二實施方式中的前輪轉向機構1與上述第一實施方式者的不同處為以鋼絲輻輪構成前輪。
圖7～9係表示本實施方式之前輪轉向機構1之基本構成。這些圖中表示適用於自行車之前輪轉向機構1，圖7及圖8中的左側、及圖9中的下側為自行車行進方向（前方向）。
這些圖中也是，2表示內輪輪轂，3a表示左外輪輪轂，3b表示右外輪輪轂，4、4表示分別配置於內輪輪轂2與左外輪輪轂3a之間及內輪輪轂2與右外輪輪轂3b之間的一對滾動軸承，5表示前軸，6表示裝設於前軸5外側之輪轂轉向托架，10表示輪轂轉向軸。又，這些圖中，13表示前水平叉（front horizontal fork）。又，與第一實施方式中的說明同樣地，16表示輪胎，17表示轉向桿，18表示轉向臂，19表示碟煞，20表示油封。
如圖10所示，內輪輪轂2中，在前軸5的後方且距離前軸5預定距離之位置（偏距之位置），設置有兩個用以讓輪轂轉向軸10插通之第一輪轂轉向軸用孔11a。
又，在輪轂轉向托架6亦設置有用以讓輪轂轉向軸10插通之第二輪轂轉向軸用孔11b。接著如圖示，輪轂轉向軸10係以貫通兩個第一輪轂轉向軸用孔11a以及位於此等兩個第一輪轂轉向軸用孔11a之間的第二輪轂轉向軸用孔11b之方式插通，並藉由螺帽10a而固定。藉此，內輪輪轂2係以輪轂轉向軸10為軸中心轉動自如之方式裝設於輪轂轉向托架6。
又，此時，較佳為以內輪輪轂2可平滑轉動之方式，在第二輪轂轉向軸用孔11b之上下端分別配置兩個轉向軸承21、21。此時，轉向軸承21之直徑S1（參照圖12）越小則越可獲得降低軸承摩擦之效果。又，兩個轉向軸承21之間隔S2（參照圖12）越大，則車體之加減速時由前輪施加於輪轂轉向軸10的力矩會變小，故亦可獲得減輕對於轉向軸承21之放射狀（徑方向）負載之效果。
又，如圖10所示，輪轂轉向托架6係以在比第二輪轂轉向軸用孔11b更前之位置中供前軸5插通而構成。藉此，輪轂轉向托架6係裝設於前軸5之外側。
如圖8所示，外輪輪轂3係由各自獨立形成的左外輪輪轂3a與右外輪輪轂3b所構成，如圖7～9所示，此等左外輪輪轂3a及右外輪輪轂3b係透過多條鋼絲輻14而與輪輞15結合。
本實施方式之中心輪轂轉向方式之前輪轉向機構1係用上述方式構成，故輪轂轉向軸10即使位於前軸5的後方且距離前軸5預定距離之位置（偏距之位置）時，也可以合適且可實現的方式安裝自行車等的前輪。又，藉此可提供一種前輪轉向機構，其輪轂軸承之外徑不會變大、不會使軸承摩擦增加，可飛躍性地提升轉動性能及降低油耗（採用於機車等時）。
又，根據本實施方式，二輪車之前輪構造可藉由鋼絲輻輪而構成，故可提供一種車輪本身亦可吸收衝擊且輕量化之前輪構造。
又，以上說明各實施方式中，滾動軸承4之構成構件係採用滾珠，但可採用圓錐滾子。接著，此等滾珠或圓錐滾子較佳為單列配置。其原因為藉由單列配置而可達成省空間化及進一步減輕軸承摩擦。又，此時，如圖13所示，滾動軸承4若採用4點接觸滾珠軸承，則對軸向方向的負荷也較強，進而，即使在張開鋼絲輻前，亦可將內輪輪轂2與左外輪輪轂3a及內輪輪轂2與右外輪輪轂3b之各個固定，可使此等的組裝更為簡便。
又，當然本發明的前輪轉向機構只要是可採用中心輪轂轉向方式之交通工具，則不僅是自行車或機車等二輪車，也可適用於具有三個以上車輪之載具。
[產業利用性] 如以上說明，根據本發明可提供一種前輪轉向機構，係在採用中心輪轂轉向方式之載具中，即使採取充分的偏距，以設為最佳幾何形狀設定並確保所求轉向性能等，亦可以合適且可實現的方式安裝前輪。又，可提供一種前輪轉向機構，其輪轂軸承之外徑不會變大、不會使軸承摩擦增加，可飛躍性地提升轉動性能及降低油耗。又，本發明可提供一種中心輪轂轉向方式之前輪轉向機構，其以鋼絲輻輪構成前輪，藉此可輕量化並亦適用於自行車。
又，本發明的前輪轉向機構係採用於中心輪轂轉向方式者，故根據本發明的前輪轉向機構當然也可享有中心輪轂轉向方式所具備的所有優點。
1:前輪轉向機構 2:內輪輪轂 3:外輪輪轂 3a:左外輪輪轂 3b:右外輪輪轂 4:滾動軸承 5:前軸 6:輪轂轉向托架 6a:外罩 7:前擺臂 8:上桿 9:鏈臂 10:輪轂轉向軸 10a:螺帽 11a:第一輪轂轉向軸用孔 11b:第二輪轂轉向軸用孔 12:螺栓 13:前水平叉 14:鋼絲輻 15:輪輞 16:輪胎 17:轉向桿 18:轉向臂 19:碟煞 20:油封 21:轉向軸承 α:後傾角 β:轉向角 A:旋轉軸 B:轉向軸 C:車體中心軸 D:曳距 E:偏距 H1:輪轂軸承徑 H2:輪轂軸承間隔 S1:轉向軸承徑 S2:轉向軸承間隔
圖1係表示本發明之第一實施方式之前輪轉向機構1的圖。 圖2係表示本發明之第一實施方式之前輪轉向機構1的圖。 圖3係表示本發明之第一實施方式之前輪轉向機構1的圖。 圖4係表示本發明之第一實施方式之前輪轉向機構1的圖。 圖5係表示本發明之第一實施方式之前輪轉向機構1的圖。 圖6係表示本發明之第一實施方式之前輪轉向機構1的圖。 圖7係表示本發明之第二實施方式之前輪轉向機構1的圖。 圖8係表示本發明之第二實施方式之前輪轉向機構1的圖。 圖9係表示本發明之第二實施方式之前輪轉向機構1的圖。 圖10係表示本發明之第二實施方式之前輪轉向機構1的圖。 圖11係表示本發明之第二實施方式之前輪轉向機構1的圖。 圖12係表示本發明之第二實施方式之前輪轉向機構1的圖。 圖13係4點接觸滾珠軸承之概略圖。
1:前輪轉向機構
2:內輪輪轂
3a:左外輪輪轂
3b:右外輪輪轂
4:滾動軸承
5:前軸
7:前擺臂
8:上桿
9:鏈臂
12:螺栓
16:輪胎
17:轉向桿
18:轉向臂
19:碟煞
20:油封
A:旋轉軸
B:轉向軸
C:車體中心軸

Claims (4)

  1. 一種中心輪轂轉向方式之前輪轉向機構，其具備內輪輪轂、外輪輪轂、配置於此等內外輪輪轂之間的一對滾動軸承、前軸、裝設於該前軸外側之輪轂轉向托架以及輪轂轉向軸；其特徵在於：前述內輪輪轂中，在前述前軸的後方且距離前述前軸預定距離之位置，設置有用以讓前述輪轂轉向軸插通之第一輪轂轉向軸用孔；前述輪轂轉向托架中亦設置有用以讓前述輪轂轉向軸插通之第二輪轂轉向軸用孔；前述輪轂轉向軸貫通前述第一及前述第二輪轂轉向軸用孔；前述內輪輪轂係以前述輪轂轉向軸為軸中心轉動自如之方式裝設於前述輪轂轉向托架；前述外輪輪轂係由可沿旋轉軸方向左右分離之左外輪輪轂及右外輪輪轂所構成，且此等左右外輪輪轂係剛性結合，以使前述輪轂轉向軸存在於該左外輪輪轂與該右外輪輪轂之間。
  2. 如請求項1所記載之前輪轉向機構，其中，前述一對滾動軸承中，此等構成構件之滾珠或圓錐滾子係單列配置。
  3. 一種中心輪轂轉向方式之前輪轉向機構，其具備內輪輪轂、外輪輪轂、配置於此等內外輪輪轂之間的一對滾動軸承、前軸、裝設於該前軸外側之輪轂轉向托架以及輪轂轉向軸；其特徵在於：前述內輪輪轂中，在前述前軸的後方且距離前述前軸預定距離之位置，設置有用以讓前述輪轂轉向軸插通之第一輪轂轉向軸用孔；前述輪轂轉向托架中亦設置有用以讓前述輪轂轉向軸插通之第二輪轂轉向軸用孔；前述輪轂轉向軸貫通前述第一及前述第二輪轂轉向軸用孔；前述內輪輪轂係以前述輪轂轉向軸為軸中心轉動自如之方式裝設於前述輪轂轉向托架；前述外輪輪轂係由各自獨立之左外輪輪轂及右外輪輪轂所構成，且此等左右外輪輪轂係透過多條鋼絲輻與輪輞結合，以使前述輪轂轉向軸存在於該左外輪輪轂與該右外輪輪轂之間。
  4. 如請求項3所記載之前輪轉向機構，其中，前述一對滾動軸承中，此等構成構件之滾珠或圓錐滾子係單列配置。
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