WO2021064983A1 - センターハブステアリング方式における前輪操舵機構 - Google Patents

センターハブステアリング方式における前輪操舵機構 Download PDF

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WO2021064983A1
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村尾 剛
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合同会社ムラオデザインワークス
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • B62K25/04Axle suspensions for mounting axles resiliently on cycle frame or fork
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    • B62K25/24Axle suspensions for mounting axles resiliently on cycle frame or fork with rocking arm pivoted on each fork leg with more than one arm on each fork leg for front wheel
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    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/10Road Vehicles
    • B60Y2200/12Motorcycles, Trikes; Quads; Scooters

Definitions

  • the present invention relates to a front wheel steering mechanism in a center hub steering system.
  • a telescopic fork system is known as a steering mechanism and shock absorbing mechanism for two-wheeled vehicles such as bicycles and motorcycles.
  • the front shaft is held from both sides by two telescopic shafts and steered by the steering shaft on the upper part of the front wheels. Since it has a simple structure and can be manufactured at low cost, it can be used as a steering mechanism for a two-wheeled vehicle. , Most commonly adopted.
  • the telescopic fork method has the following drawbacks.
  • the front fork since the front fork is located between the main body frame and the front wheels, the connection distance between the front and rear wheel axles is long, and it becomes vulnerable to lateral external force, which reduces the rigidity of the entire motorcycle. There is.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-208785 discloses the basic technical contents of the method.
  • the center hub steering system you can enjoy the advantage that the trail does not become small and the steering characteristics do not change during braking. Further, since the connection distance between the front and rear wheel axles can be shortened as compared with the two-wheeled vehicle adopting the telescopic fork method, it is possible to increase the rigidity of the entire two-wheeled vehicle. Since the center hub steering system has such advantages, the structure is a little more complicated than the telescopic fork system, and the manufacturing cost is slightly increased, but the center hub steering system is still being adopted even now.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-500133 discloses a technique relating to a center hub steering system, in which, in order to secure an offset, the hub steering shaft is behind the front shaft. , It is configured to be located at a predetermined distance from the front shaft. According to this configuration, the outer diameter of the hub bearing does not increase even if a sufficient offset is taken to secure the desired steering performance and the like. Therefore, it is possible to enjoy the advantage that the bearing friction does not increase and the problem of seizure of the bearing does not occur.
  • Patent Document 2 Although the technique disclosed in Patent Document 2 is excellent in the idea itself, it is necessary to have a configuration in which the hub body (reference numeral 3 of Patent Document 2) is housed in the central space of the front wheel, which is a rigid body. At some point, since the opening of the central space is smaller than that of the hub body, it is impossible to store the hub body in the central space in manufacturing. Furthermore, Patent Document 2 does not disclose or suggest a manufacturing method or the like that can solve this problem.
  • the inventor of the present application has made extensive studies on methods and means that can solve the above problems. As a result, the inventor of the present application has found that the above problems can be solved by configuring the outer ring hub with two independent hubs on the left and right sides, and has come to create the present invention.
  • the present invention relates to a front wheel steering mechanism in a center hub steering system, and in particular, even if a sufficient offset is taken, an optimum geometry setting is made, and a desired steering performance or the like is ensured, the front wheels are preferably used. It is an object of the present invention to provide a front wheel steering mechanism that can be mounted in a feasible manner. Another object of the present invention is to provide a front wheel steering mechanism capable of dramatically improving rolling performance and fuel efficiency without increasing the outer diameter of the hub bearing and increasing bearing friction. Another object of the present invention is to provide a front wheel steering mechanism in a center hub steering system that is lightweight and can be applied to a bicycle by forming the front wheels with wire spoke wheels.
  • the front wheel steering mechanism includes an inner ring hub, an outer ring hub, a pair of rolling bearings arranged between the inner and outer ring hubs, a front shaft, and a hub steering bracket attached to the outside of the front shaft.
  • the first hub steering shaft hole is provided, and the hub steering bracket is also provided with a second hub steering shaft hole for inserting the hub steering shaft.
  • the inner ring hub is attached to the hub steering bracket so as to freely rotate around the hub steering shaft.
  • the outer ring hub is composed of a left outer ring hub and a right outer ring hub that can be separated left and right along the rotation axis direction, and is characterized in that these left and right outer ring hubs are rigidly coupled.
  • the front wheel steering mechanism includes an inner ring hub, an outer ring hub, a pair of rolling bearings arranged between the inner and outer ring hubs, a front shaft, a hub steering bracket attached to the outside of the front shaft, and a hub steering bracket.
  • a hub steering shaft is provided, and the inner ring hub is first for inserting the hub steering shaft into the inner ring hub at a position behind the front shaft and at a predetermined distance from the front shaft.
  • the hub steering shaft is provided with a hole for the hub steering shaft, and the hub steering bracket is also provided with a second hole for the hub steering shaft through which the hub steering shaft is inserted.
  • the inner ring hub penetrates the holes for the first and second hub steering shafts, and the inner ring hub is attached to the hub steering bracket so as to freely rotate around the hub steering shaft, and the outer ring hub.
  • the front wheel steering mechanism according to the present invention is also characterized in that, in the pair of rolling bearings, balls or tapered rollers, which are constituent members of the pair of rolling bearings, are arranged in a single row.
  • a front wheel steering mechanism capable of mounting the front wheels in a suitable and feasible manner even if the offset is sufficiently taken, the optimum geometry is set, and the desired steering performance and the like are secured. Can be done. It is also possible to provide a front wheel steering mechanism capable of dramatically improving rolling performance and fuel efficiency without increasing the outer diameter of the hub bearing and increasing bearing friction. Further, in the present invention, by configuring the front wheels with wire spoke wheels, it is possible to provide a front wheel steering mechanism in a center hub steering system that is lightweight and can be applied to a bicycle.
  • the figure which shows the front wheel steering mechanism 1 which concerns on 1st Embodiment of this invention The figure which shows the front wheel steering mechanism 1 which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • the figure which shows the front wheel steering mechanism 1 which concerns on 1st Embodiment of this invention The figure which shows the front wheel steering mechanism 1 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.
  • FIGS. 1 and 2 and the lower side in FIG. 3 show the basic configuration of the front wheel steering mechanism 1 according to the present embodiment (first embodiment).
  • the front wheel steering mechanism 1 applied to the motorcycle is shown, and the left side in FIGS. 1 and 2 and the lower side in FIG. 3 are the traveling direction (forward direction) of the motorcycle.
  • 2 is an inner ring hub
  • 3 (3a, 3b) is an outer ring hub
  • 4 and 4 are a pair of rolling bearings arranged between the inner ring hub 2 and the outer ring hub 3
  • 5 is a front shaft.
  • 6 indicates a hub steering bracket attached to the outside of the front shaft 5
  • 10 indicates a hub steering shaft.
  • FIGS. 1 to 3 7 is a front swing arm, 8 is an upper rod, 9 is a link arm, 16 is a tire, 17 is a steering rod, 18 is a steering arm, 19 is a disc brake, and 20 is an oil seal. ing.
  • the functions and structures of the members according to reference numerals 7 to 9 and reference numerals 16 to 20 are the same as those adopted in the conventional center hub steering system, and thus will not be described in particular below.
  • the hub steering shaft 10 is inserted into the inner ring hub 2 at a position (offset position) behind the front shaft 5 and at a predetermined distance from the front shaft 5.
  • Two holes 11a for the first hub steering shaft are provided.
  • the hub steering bracket 6 is also provided with a second hub steering shaft hole 11b for inserting the hub steering shaft 10.
  • the hub steering shaft 10 is a second hub located between two first hub steering shaft holes 11a and these two first hub steering shaft holes 11a. It is inserted through the steering shaft hole 11b and fixed by a nut 10a. As a result, the inner ring hub 2 is attached to the hub steering bracket 6 so as to freely rotate around the hub steering shaft 10.
  • the steering bearings 21 and 21 are provided between the inner ring hub 2 and the flange portion of the hub steering shaft 10 and between the inner ring hub 2 and the flange portion of the nut 10a so that the inner ring hub 2 can rotate smoothly. It is preferable to arrange the steering bearings 21 and 21 respectively. In this case, the smaller the diameter S1 (see FIG. 6) of the steer bearing 21, the more the bearing friction can be reduced. Further, as the distance S2 (see FIG. 6) between the two steering bearings 21 becomes larger, the moment applied from the front wheels to the hub steering shaft 10 during acceleration / deceleration of the vehicle body becomes smaller, so that the radial (diameter) load on the steering bearings 21 becomes smaller. You can also get the effect of reducing the amount.
  • the cover 6a is fixed to the hub steering bracket 6 by the bolt 12.
  • the hub steering bracket 6 is attached to the outside of the front shaft 5 by the configuration in which the front shaft 5 is inserted between the hub steering bracket 6 and the cover 6a.
  • the outer ring hub 3 is composed of a left outer ring hub 3a and a right outer ring hub 3b, and can be separated to the left and right along the rotation axis direction of the front wheels.
  • the left outer ring hub 3a and the right outer ring hub 3b are rigidly coupled by bolts 12.
  • the rigid coupling here may be performed by a fastening means other than the bolt.
  • the hub steering shaft 10 is behind the front shaft 5 and is predetermined from the front shaft 5. Even when the vehicle is located at a distance (offset position), the front wheels of a motorcycle or the like can be mounted in a suitable and feasible manner. Further, this makes it possible to provide a front wheel steering mechanism capable of dramatically improving rolling performance and fuel efficiency without increasing the outer diameter of the hub bearing and increasing bearing friction.
  • the front wheel steering mechanism 1 in the second embodiment is significantly different from that in the first embodiment described above in that the front wheels are composed of wire spoke wheels.
  • FIGS. 7 to 9 show the basic configuration of the front wheel steering mechanism 1 according to the present embodiment.
  • the front wheel steering mechanism 1 applied to the bicycle is shown, and the left side in FIGS. 7 and 8 and the lower side in FIG. 9 are the traveling directions (forward directions) of the bicycle.
  • 2 is an inner ring hub
  • 3a is a left outer ring hub
  • 3b is a right outer ring hub
  • 4 and 4 are between the inner ring hub 2 and the left outer ring hub 3a
  • the inner ring hub 2 and the right outer ring hub 3b
  • 5 is a front shaft
  • 6 is a hub steering bracket attached to the outside of the front shaft
  • 10 is a hub steering shaft.
  • 13 indicates a front horizontal fork.
  • 16 is a tire
  • 17 is a steering rod
  • 18 is a steering arm
  • 19 is a disc brake
  • 20 is an oil seal.
  • the hub steering shaft 10 is inserted into the inner ring hub 2 at a position (offset position) behind the front shaft 5 and at a predetermined distance from the front shaft 5.
  • Two holes 11a for the first hub steering shaft are provided.
  • the hub steering bracket 6 is also provided with a second hub steering shaft hole 11b for inserting the hub steering shaft 10.
  • the hub steering shaft 10 is a second hub located between two first hub steering shaft holes 11a and these two first hub steering shaft holes 11a. It is inserted through the steering shaft hole 11b and fixed by a nut 10a. As a result, the inner ring hub 2 is attached to the hub steering bracket 6 so as to freely rotate around the hub steering shaft 10.
  • the hub steering bracket 6 is configured such that the front shaft 5 is inserted at a position before the second hub steering shaft hole 11b. As a result, the hub steering bracket 6 is attached to the outside of the front shaft 5.
  • the outer ring hub 3 is composed of a left outer ring hub 3a and a right outer ring hub 3b, which are independent of each other, and the left outer ring hub 3a and the right outer ring hub 3b are shown in FIG. As shown in FIG. 9, it is connected to the rim 15 via a plurality of wire spokes 14.
  • the hub steering shaft 10 is behind the front shaft 5 and is predetermined from the front shaft 5. Even when the vehicle is located at a distance (offset position), the front wheels of a bicycle or the like can be attached in a suitable and feasible manner. In addition, this provides a front wheel steering mechanism that can dramatically improve rolling performance and fuel efficiency (when used in motorcycles, etc.) without increasing the outer diameter of the hub bearing and increasing bearing friction. be able to.
  • the front wheel structure of the two-wheeled vehicle can be formed by the wire spoke wheels, it is possible to provide a lightweight front wheel structure that can absorb the impact even in the wheel itself. ..
  • a ball is used as a constituent member of the rolling bearing 4, but this may be a tapered roller.
  • the balls or tapered rollers are preferably arranged in a single row. This is because the space can be saved and the bearing friction can be further reduced by arranging in a single row. Further, in this case, if the rolling bearing 4 adopts a 4-point contact ball bearing as shown in FIG. 13, it can be made strong against a load in the axial direction, and further, wire spokes are stretched. Even in the front, the inner ring hub 2 and the left outer ring hub 3a, and the inner ring hub 2 and the right outer ring hub 3b can be fixed, and their assembly can be simplified.
  • the front wheel steering mechanism according to the present invention can be applied not only to two-wheeled vehicles such as bicycles and motorcycles but also to vehicles having three or more wheels as long as the vehicle can adopt the center hub steering system. ..
  • the present invention in a vehicle adopting the center hub steering system, even if the front wheels are provided with sufficient offset, the optimum geometry is set, and the desired steering performance is secured. It is possible to provide a front wheel steering mechanism that can be mounted in a suitable and feasible manner. It is also possible to provide a front wheel steering mechanism capable of dramatically improving rolling performance and fuel efficiency without increasing the outer diameter of the hub bearing and increasing bearing friction. Further, in the present invention, by configuring the front wheels with wire spoke wheels, it is possible to provide a front wheel steering mechanism in a center hub steering system that is lightweight and can be applied to a bicycle.
  • the front wheel steering mechanism according to the present invention is adopted in the center hub steering system, the front wheel steering mechanism according to the present invention naturally has all the advantages of the center hub steering system. You can enjoy it.

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Abstract

【課題】 センターハブステアリング方式における前輪操舵機構に関するものであって、特に、オフセットを充分に取って、最適なジオメトリー設定をし、希望する操舵性能等を確保しても、前輪を好適に且つ実現可能に取り付けることができ、さらには、ハブベアリングの外径が大きくならず、軸受け摩擦を増加させることなく、転がり性能や燃費を飛躍的に向上させることができる前輪操舵機構を提供すること等を目的とする。 【解決手段】 前輪操舵機構1は、内輪ハブ2、左外輪ハブ3a、右外輪ハブ3b、内輪ハブ2と左外輪ハブ3aとの間、及び、内輪ハブ2と右外輪ハブ3bとの間にそれぞれ配置された一対の転がり軸受け4,4、フロントシャフト5を備えており、左外輪ハブ3aと右外輪ハブ3bとは、回転軸方向に沿って左右に分離可能なようになっており、かつ、これら左右外輪ハブが剛性結合していることを特徴としている。

Description

センターハブステアリング方式における前輪操舵機構
 本発明は、センターハブステアリング方式における前輪操舵機構に関するものである。
 自転車やオートバイといった二輪車の操舵機構と衝撃吸収機構として、テレスコピックフォーク方式と呼ばれるものが知られている。当該方式は、伸縮する2本のシャフトによってフロントシャフトを両側から保持し前車輪上部のステアリングシャフトにより操舵を行うものであって、簡便な構造からなり、安価に製造できることから、二輪車の操舵機構として、最も一般的に採用されている。
 しかしながら、テレスコピックフォーク方式には、以下のような欠点が存在している。まず、制動時に、フロントフォークが収縮(ノーズダイブ)した場合において、キャスター角が増加してトレールが小さくなり、ステアリング特性が変化してしまうという問題が有る。また、フロントフォークが、本体フレームと前輪との間にあるため、前後輪軸間の接続距離が長く、横方向の外力に弱くなってしまい、これにより二輪車全体の剛性を低下させてしまうという問題も有る。
 以上のような、テレスコピックフォーク方式の欠点を解消する前輪操舵機構として、以前より、種々の方式が検討・考案されてきた。そのうちの一つとして、従来より、センターハブステアリング方式と呼ばれるものが知られている。例えば、特許文献1(特開平3-208785号公報)には、当該方式の基本的な技術内容が開示されている。
 センターハブステアリング方式によれば、制動時においてトレールが小さくならず、ステアリング特性が変化しないという利点を享受できる。また、前後輪軸間の接続距離を、テレスコピックフォーク方式を採用した二輪車に比べて短くできるため、二輪車全体の剛性を高めることも可能である。センターハブステアリング方式は、このような利点を有することから、テレスコピックフォーク方式よりも構造が多少複雑となり、製造コストが若干増えてしまうという点があっても、現在も変わらず採用され続けている。
 しかしながら、センターハブステアリング方式にも、解決すべき課題は存在している。当該方式においては、ハブステアリングシャフト(操舵軸)が、内輪ハブの内側に配置されていることから、操舵性能等を考慮して、オフセット(フロントシャフトとハブステアリングシャフトとの間の距離)を充分に確保しようとすると、ハブベアリングの外径が大きくなってしまい、これにより、軸受け摩擦が増加して、転がり性能や燃費が悪化し、最悪の場合には、ベアリングの焼き付けを引き起こしてしまうという問題がある。逆に、この問題を回避しようとすると、ハブベアリングの外径を小さくする必要があり、希望する操舵性能やオフセットを確保できないという問題も生じさせてしまう。
 そして、以上のような問題を解消するための技術もすでに考案されている。例えば、特許文献2(特表2002-500133号公報)には、センターハブステアリング方式に関する技術が開示されており、ここでは、オフセットを確保するため、ハブステアリングシャフトが、フロントシャフトの後方であって、フロントシャフトから所定の距離をおいた位置となる構成となっている。当該構成によれば、オフセットを充分に取って、希望する操舵性能等を確保しても、ハブベアリングの外径が大きくならない。そのため、軸受け摩擦も増えず、ベアリングの焼き付けの問題も生じないという利点を享受できる。
 しかしながら、特許文献2に開示された技術は、発想自体は優れているものの、ハブ本体(特許文献2の符号3)を、剛性体である前輪ホイールの中心空間部内に収納する構成とする必要があるところ、当該中心空間部の開口部が、ハブ本体よりも小さいため、当該中心空間部内にハブ本体を収納することは、製造上不可能となってしまっている。さらに、特許文献2においては、これを解決させられるような製造方法等が、開示も示唆もされていない。
 本願発明者は、このような実情のもと、以上の問題を解決することができる方法や手段について鋭意検討を重ねた。その結果、本願発明者は、外輪ハブを、左右に独立した二つのハブによって構成することによって、以上のような問題を解決することができるという知見を得、本発明を創作するに至った。
 なお、本発明を出願するにあたって、本願発明者及び出願人において過去の特許文献等を調査したところ、センターハブステアリング方式における前輪操舵機構に関し、下記の文献を発見することができたが、本発明に係る技術的思想等を詳述した特許文献については発見することができなかった。
特開平3-208785号公報 特表2002-500133号公報
 本発明は、センターハブステアリング方式における前輪操舵機構に関するものであって、特に、オフセットを充分に取って、最適なジオメトリー設定をし、希望する操舵性能等を確保しても、前輪を好適に且つ実現可能に取り付けることができる前輪操舵機構を提供することを目的とする。また、ハブベアリングの外径が大きくならず、軸受け摩擦を増加させることなく、転がり性能や燃費を飛躍的に向上させることができる前輪操舵機構を提供することも目的とする。さらに、本発明では、前輪をワイヤースポークホイールでも構成することによって、軽量で、自転車にも適用可能なセンターハブステアリング方式における前輪操舵機構を提供することも目的とする。
 そのための手段として、本発明に係る前輪操舵機構は、内輪ハブ、外輪ハブ、それら内外輪ハブの間に配置された一対の転がり軸受け、フロントシャフト、当該フロントシャフトの外側に取り付けられたハブステアリングブラケット、及び、ハブステアリングシャフトとを備えており、前記内輪ハブには、前記フロントシャフトの後方であって、かつ、前記フロントシャフトから所定の距離をおいた位置において、前記ハブステアリングシャフトを挿通させるための第一のハブステアリングシャフト用孔が設けられており、前記ハブステアリングブラケットにも、前記ハブステアリングシャフトを挿通させるための第二のハブステアリングシャフト用孔が設けられており、前記ハブステアリングシャフトは、前記第一及び前記第二のハブステアリングシャフト用孔を貫通しており、前記内輪ハブは、前記ハブステアリングシャフトを軸中心として自在に回動するように前記ハブステアリングブラケットに取り付けられており、前記外輪ハブは、回転軸方向に沿って左右に分離可能なようになっている左外輪ハブと右外輪ハブとから構成され、これら左右外輪ハブが剛性結合していることを特徴としている。
 また、本発明に係る前輪操舵機構は、内輪ハブ、外輪ハブ、それら内外輪ハブの間に配置された一対の転がり軸受け、フロントシャフト、当該フロントシャフトの外側に取り付けられたハブステアリングブラケット、及び、ハブステアリングシャフトとを備えており、前記内輪ハブには、前記フロントシャフトの後方であって、かつ、前記フロントシャフトから所定の距離をおいた位置において、前記ハブステアリングシャフトを挿通させるための第一のハブステアリングシャフト用孔が設けられており、前記ハブステアリングブラケットにも、前記ハブステアリングシャフトを挿通させるための第二のハブステアリングシャフト用孔が設けられており、前記ハブステアリングシャフトは、前記第一及び前記第二のハブステアリングシャフト用孔を貫通しており、前記内輪ハブは、前記ハブステアリングシャフトを軸中心として自在に回動するように前記ハブステアリングブラケットに取り付けられており、前記外輪ハブは、各個独立した左外輪ハブと右外輪ハブとから構成され、これら左右外輪ハブが、複数のワイヤースポークを介してリムと結合していることを特徴としている。
 さらに、本発明に係る前輪操舵機構は、前記一対の転がり軸受けにおいて、それらの構成部材である玉、又は、円すいころが単列配置されていることも特徴としている。
 本発明によれば、オフセットを充分に取って、最適なジオメトリー設定をし、希望する操舵性能等を確保しても、前輪を好適に且つ実現可能に取り付けることができる前輪操舵機構を提供することができる。また、ハブベアリングの外径が大きくならず、軸受け摩擦を増加させることなく、転がり性能や燃費を飛躍的に向上させることができる前輪操舵機構を提供することもできる。さらに、本発明では、前輪をワイヤースポークホイールで構成することによって、軽量で、自転車にも適用可能なセンターハブステアリング方式における前輪操舵機構を提供することもできる。
本発明の第一の実施形態に係る前輪操舵機構1を示す図 本発明の第一の実施形態に係る前輪操舵機構1を示す図 本発明の第一の実施形態に係る前輪操舵機構1を示す図 本発明の第一の実施形態に係る前輪操舵機構1を示す図 本発明の第一の実施形態に係る前輪操舵機構1を示す図 本発明の第一の実施形態に係る前輪操舵機構1を示す図 本発明の第二の実施形態に係る前輪操舵機構1を示す図 本発明の第二の実施形態に係る前輪操舵機構1を示す図 本発明の第二の実施形態に係る前輪操舵機構1を示す図 本発明の第二の実施形態に係る前輪操舵機構1を示す図 本発明の第二の実施形態に係る前輪操舵機構1を示す図 本発明の第二の実施形態に係る前輪操舵機構1を示す図 4点接触ボールベアリングの概略図
 以下、本発明に係るセンターハブステアリング方式における前輪操舵機構を実施するための形態について説明する。なお、本発明において、前後左右の各方向は、本発明に係る前輪操舵機構を有する乗物の進行方向を基準として説明する。また、各図面における欧文字符号の内容は、以下の通りである。

 α:キャスター角
 β:舵角
 A:回転軸
 B:操舵軸
 C:車体中心軸
 D:トレール
 E:オフセット
 H1:ハブベアリング径
 H2:ハブベアリング間隔
 S1:ステアベアリング径
 S2:ステアベアリング間隔
 図1~図3は、本実施形態(第一の実施形態)に係る前輪操舵機構1の基本的構成を示したものである。これらの図では、オートバイに適用された前輪操舵機構1を示しており、図1及び図2では左側、また、図3では下側が、オートバイの進行方向(前方向)となっている。
 これらの図において、2は内輪ハブ、3(3a,3b)は外輪ハブ、4,4は内輪ハブ2と外輪ハブ3との間に配置された一対の転がり軸受け、5はフロントシャフトを示している。また、図3において、6はフロントシャフト5の外側に取り付けられたハブステアリングブラケット、10はハブステアリングシャフトを示している。
 さらに、図1~図3において、7はフロントスイングアーム、8はアッパーロッド、9はリンクアーム、16はタイヤ、17はステアリングロッド、18はステアリングアーム、19はディスクブレーキ、20はオイルシールを示している。なお、符号7~9、及び、符号16~20に係る部材の機能や構造は、従来のセンターハブステアリング方式において採用されているものと同様であるので、以下において特に説明はしない。
 内輪ハブ2には、図4に示したように、フロントシャフト5の後方であって、かつ、フロントシャフト5から所定の距離をおいた位置(オフセットされた位置)において、ハブステアリングシャフト10を挿通させるための第一のハブステアリングシャフト用孔11aが二つ設けられている。
 また、ハブステアリングブラケット6にも、ハブステアリングシャフト10を挿通させるための第二のハブステアリングシャフト用孔11bが設けられている。そして、図示されているように、ハブステアリングシャフト10は、二つの第一のハブステアリングシャフト用孔11a、及び、これら二つの第一のハブステアリングシャフト用孔11aの間に位置する第二のハブステアリングシャフト用孔11bを貫くように挿通され、ナット10aによって固定されている。これにより、内輪ハブ2は、ハブステアリングシャフト10を軸中心として自在に回動するようにハブステアリングブラケット6に取り付けられている。
 なお、この際、内輪ハブ2が滑らかに回動できるように、内輪ハブ2とハブステアリングシャフト10のフランジ部との間、及び、内輪ハブ2とナット10aのフランジ部との間において、二つのステアベアリング21,21をぞれぞれ配置することが好ましい。この場合、ステアベアリング21の径S1(図6参照)が小さい程、軸受摩擦を低減させられるという効果を得られる。また、二つのステアベアリング21の間隔S2(図6参照)が大きい程、車体の加減速時における前輪からハブステアリングシャフト10に加わるモーメントが小さくなるため、ステアベアリング21へのラジアル(径方向)荷重を軽減させられるという効果も得られる。
 さらに、ハブステアリングブラケット6には、図4に示したように、カバー6aがボルト12によって固定されるようになっている。これらハブステアリングブラケット6とカバー6aとの間をフロントシャフト5が挿通される構成となることによって、ハブステアリングブラケット6が、フロントシャフト5の外側において取り付けられるようになっている。
 外輪ハブ3は、図2及び図3に示したように、左外輪ハブ3aと、右外輪ハブ3bとから構成され、前輪の回転軸方向に沿って左右に分離可能なようになっている。そして、これら左外輪ハブ3a、及び、右外輪ハブ3bは、ボルト12によって剛性結合されている。なお、ここでの剛性結合は、ボルト以外の締結手段によって行っても構わない。
 本実施形態に係るセンターハブステアリング方式における前輪操舵機構1は、以上のような構成となっているので、ハブステアリングシャフト10が、フロントシャフト5の後方であって、かつ、フロントシャフト5から所定の距離をおいた位置(オフセットされた位置)に有る場合であっても、オートバイ等の前輪を、好適に且つ実現可能に取り付けることができる。また、これにより、ハブベアリングの外径が大きくならず、軸受け摩擦を増加させることなく、転がり性能や燃費を飛躍的に向上させることができる前輪操舵機構を提供することができる。
 次に、本発明の第二の実施形態について説明する。この第二の実施形態における前輪操舵機構1が、上述した第一の実施形態のものと大きく異なるところは、前輪がワイヤースポークホイールによって構成されている点である。
 図7~図9は、本実施形態に係る前輪操舵機構1の基本的構成を示したものである。これらの図では、自転車に適用された前輪操舵機構1を示しており、図7及び図8では左側、また、図9では下側が、自転車の進行方向(前方向)となっている。
 これらの図においても、2は内輪ハブ、3aは左外輪ハブ、3bは右外輪ハブ、4,4は内輪ハブ2と左外輪ハブ3aとの間、及び、内輪ハブ2と右外輪ハブ3bとの間にそれぞれ配置された一対の転がり軸受け、5はフロントシャフト、6はフロントシャフト5の外側に取り付けられたハブステアリングブラケット、10はハブステアリングシャフトを示している。また、これら図において、13はフロントホリゾンタルフォークを示している。さらに、第一の実施形態における説明と同様に、16はタイヤ、17はステアリングロッド、18はステアリングアーム、19はディスクブレーキ、20はオイルシールを示している。
 内輪ハブ2には、図10に示したように、フロントシャフト5の後方であって、かつ、フロントシャフト5から所定の距離をおいた位置(オフセットされた位置)において、ハブステアリングシャフト10を挿通させるための第一のハブステアリングシャフト用孔11aが二つ設けられている。
 また、ハブステアリングブラケット6にも、ハブステアリングシャフト10を挿通させるための第二のハブステアリングシャフト用孔11bが設けられている。そして、図示されているように、ハブステアリングシャフト10は、二つの第一のハブステアリングシャフト用孔11a、及び、これら二つの第一のハブステアリングシャフト用孔11aの間に位置する第二のハブステアリングシャフト用孔11bを貫くように挿通され、ナット10aによって固定されている。これにより、内輪ハブ2は、ハブステアリングシャフト10を軸中心として自在に回動するようにハブステアリングブラケット6に取り付けられている。
 なお、この際、内輪ハブ2が滑らかに回動できるように、第二のハブステアリングシャフト用孔11bの上下端において、二つのステアベアリング21,21をそれぞれ配置することが好ましい。この場合、ステアベアリング21の径S1(図12参照)が小さい程、軸受摩擦を低減させられるという効果を得られる。また、二つのステアベアリング21の間隔S2(図12参照)が大きい程、車体の加減速時における前輪からハブステアリングシャフト10に加わるモーメントが小さくなるため、ステアベアリング21へのラジアル(径方向)荷重を軽減させられるという効果も得られる。
 さらに、ハブステアリングブラケット6は、図10に示したように、第二のハブステアリングシャフト用孔11bよりも前の位置において、フロントシャフト5が挿通される構成となっている。これにより、ハブステアリングブラケット6は、フロントシャフト5の外側において取り付けられるようになっている。
 外輪ハブ3は、図8に示したように、各個独立してなる左外輪ハブ3aと右外輪ハブ3bとから構成されており、これら左外輪ハブ3a、及び、右外輪ハブ3bが、図7~図9で示したように、複数のワイヤースポーク14を介して、リム15と結合している。
 本実施形態に係るセンターハブステアリング方式における前輪操舵機構1は、以上のような構成となっているので、ハブステアリングシャフト10が、フロントシャフト5の後方であって、かつ、フロントシャフト5から所定の距離をおいた位置(オフセットされた位置)に有る場合であっても、自転車等の前輪を、好適に且つ実現可能に取り付けることができる。また、これにより、ハブベアリングの外径が大きくならず、軸受け摩擦を増加させることなく、転がり性能や燃費(オートバイ等に採用した場合)を飛躍的に向上させることができる前輪操舵機構を提供することができる。
 さらに、本実施形態によれば、二輪車の前輪構造を、ワイヤースポークホイールによって構成することができるので、ホイール自体においても衝撃吸収が可能で、かつ、軽量な前輪構造を提供することが可能である。
 なお、以上に説明した各実施形態においては、転がり軸受け4の構成部材として玉を採用しているが、これを円すいころとしても構わない。そして、これら玉、又は、円すいころについては、単列配置とすることが好ましい。単列配置とすることで、省スペース化及び軸受け摩擦の更なる軽減が図れるからである。また、この場合、転がり軸受け4について、図13に示したような、4点接触ボールベアリングを採用すれば、アキシャル方向への負荷にも強いものとすることもでき、さらには、ワイヤースポークを張る前であっても、内輪ハブ2と左外輪ハブ3a、及び、内輪ハブ2と右外輪ハブ3bのそれぞれを固定でき、これらの組み立てを簡便にすることも可能となる。
 なお、当然ながら、本発明に係る前輪操舵機構は、センターハブステアリング方式が採用可能な乗物であれば、自転車やオートバイといった二輪車だけでなく、三つ以上の車輪を有する乗物にも適用可能である。
 以上に説明したように、本発明によれば、センターハブステアリング方式を採用した乗物において、オフセットを充分に取って、最適なジオメトリー設定をし、希望する操舵性能等を確保しても、前輪を好適に且つ実現可能に取り付けることができる前輪操舵機構を提供することができる。また、ハブベアリングの外径が大きくならず、軸受け摩擦を増加させることなく、転がり性能や燃費を飛躍的に向上させることができる前輪操舵機構を提供することもできる。さらに、本発明では、前輪をワイヤースポークホイールで構成することによって、軽量で、自転車にも適用可能なセンターハブステアリング方式における前輪操舵機構を提供することもできる。
 なお、本発明に係る前輪操舵機構は、センターハブステアリング方式に採用されるものであるので、本発明に係る前輪操舵機構によれば、センターハブステアリング方式が備えている利点のすべてを、当然に享受できる。
1 :前輪操舵機構、
2 :内輪ハブ、
3 :外輪ハブ、
3a:左外輪ハブ、
3b:右外輪ハブ、
4 :転がり軸受け、
5 :フロントシャフト、
6 :ハブステアリングブラケット、
6a:カバー、
7 :フロントスイングアーム、
8 :アッパーロッド、
9 :リンクアーム、
10:ハブステアリングシャフト、
10a:ナット、
11a:第一のハブステアリングシャフト用孔、
11b:第二のハブステアリングシャフト用孔、
12:ボルト、
13:フロントホリゾンタルフォーク、
14:ワイヤースポーク、
15:リム、
16:タイヤ、
17:ステアリングロッド、
18:ステアリングアーム、
19:ディスクブレーキ、
20:オイルシール、
21:ステアベアリング、
α:キャスター角、
β:舵角、
A:回転軸、
B:操舵軸、
C:車体中心軸、
D:トレール、
E:オフセット、
H1:ハブベアリング径、
H2:ハブベアリング間隔、
S1:ステアベアリング径、
S2:ステアベアリング間隔

Claims (4)

  1.  センターハブステアリング方式における前輪操舵機構において、内輪ハブ、外輪ハブ、それら内外輪ハブの間に配置された一対の転がり軸受け、フロントシャフト、当該フロントシャフトの外側に取り付けられたハブステアリングブラケット、及び、ハブステアリングシャフトとを備えており、
     前記内輪ハブには、前記フロントシャフトの後方であって、かつ、前記フロントシャフトから所定の距離をおいた位置において、前記ハブステアリングシャフトを挿通させるための第一のハブステアリングシャフト用孔が設けられており、
     前記ハブステアリングブラケットにも、前記ハブステアリングシャフトを挿通させるための第二のハブステアリングシャフト用孔が設けられており、
     前記ハブステアリングシャフトは、前記第一及び前記第二のハブステアリングシャフト用孔を貫通しており、
     前記内輪ハブは、前記ハブステアリングシャフトを軸中心として自在に回動するように前記ハブステアリングブラケットに取り付けられており、
     前記外輪ハブは、回転軸方向に沿って左右に分離可能なようになっている左外輪ハブと右外輪ハブとから構成され、これら左右外輪ハブが剛性結合していることを特徴とする前輪操舵機構。
  2.  前記一対の転がり軸受けにおいて、それらの構成部材である玉、又は、円すいころが単列配置されていることを特徴とする請求項1に記載の前輪操舵機構。
  3.  センターハブステアリング方式における前輪操舵機構において、内輪ハブ、外輪ハブ、それら内外輪ハブの間に配置された一対の転がり軸受け、フロントシャフト、当該フロントシャフトの外側に取り付けられたハブステアリングブラケット、及び、ハブステアリングシャフトとを備えており、
     前記内輪ハブには、前記フロントシャフトの後方であって、かつ、前記フロントシャフトから所定の距離をおいた位置において、前記ハブステアリングシャフトを挿通させるための第一のハブステアリングシャフト用孔が設けられており、
     前記ハブステアリングブラケットにも、前記ハブステアリングシャフトを挿通させるための第二のハブステアリングシャフト用孔が設けられており、
     前記ハブステアリングシャフトは、前記第一及び前記第二のハブステアリングシャフト用孔を貫通しており、
     前記内輪ハブは、前記ハブステアリングシャフトを軸中心として自在に回動するように前記ハブステアリングブラケットに取り付けられており、
     前記外輪ハブは、各個独立した左外輪ハブと右外輪ハブとから構成され、これら左右外輪ハブが、複数のワイヤースポークを介してリムと結合していることを特徴とする前輪操舵機構。
  4.  前記一対の転がり軸受けにおいて、それらの構成部材である玉、又は、円すいころが単列配置されていることを特徴とする請求項3に記載の前輪操舵機構。
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