(57)【要約】      （修正有）【課題】段差通過能力があり、また、路面とのコンタクトパッチの小ささに起因する制動性能の低さを改善出来る小径車輪自転車を提供する。【解決手段】側面視で前端が主前輪より少し前にオフセットした位置でタイヤ下面の地上高さが主前輪の直径の５分の１未満となる主前輪の左右位置にオフセット車輪を設ける事で、荷重移動等特別な運転操作をせずに、路面の段差の乗り越え可能な高さの上限を引き上げ、また、制動時にはオフセット車輪と主前輪が路面に接地するように車輪位置を制御し前三輪、後二輪合計五つの車輪で減速し制動性能を上げる構造とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
路面と接している車体前方の車輪(以下、主前輪という)より前方、且つ、上方に主前輪とは別の車輪(以下、オフセット車輪という)を持ち、そのオフセット車輪の位置は、平坦な路面を一定速度で直進走行状態の時、車体を真横から見て、オフセット車輪の一部が主前輪の一部と重なって見える位置にあり、且つ、オフセット車輪の外周と主前輪の外周が交差する、路面に近い方の点と路面との高さが、主前輪の直径の5分の1未満である自転車、及び、自動二輪車。
【請求項２】
主前輪が一輪の場合、主前輪を挟む位置にオフセット車輪を左右に持ち、主前輪が二輪の場合、主前輪に挟まれる位置にオフセット車輪を中央に持ち、主前輪の回転軸はサスペンションにより支えられ、オフセット車輪の回転軸の片側、或いは、両側を主前輪の回転軸、若しくは、サスペンションの揺動部分に設けた、ピボットで支えられたアームで支持し、もう片側、或いは、両側を操縦管、若しくは、操縦管に固定されている部分に設けた、ピボットで支えられたアームで支持する自転車、及び、自動二輪車。
【請求項３】
主前輪が一輪の場合、真上から見て、後輪の回転軸と車体の中心線が交わる点と、右のオフセット車輪の回転軸とその車輪の中心線が交わる点とを結んだ線と、車体の中心線とが成す角度の二倍以内で、左のオフセット車輪にトーインを付け、又、後輪の回転軸と車体の中心線が交わる点と、左のオフセット車輪の回転軸とその車輪の中心線が交わる点とを結んだ線と、車体の中心線とが成す角度の二倍以内で、右のオフセット車輪にトーインを付けた自転車、及び、自動二輪車。
【請求項４】
頭管の左右に短いチューブを溶接したＴ字形、或いは、逆Ｔ字形状で、頭管に溶接された左右の短いチューブ(以下、Ｔ字の袖という)の後方側に左右のブラケットを持ち、頭管の後方中央の上下にブラケットを持つ、ヘッドチューブ部材。
三つのボトムブラケットシェル(以下、BBシェルという)を、少し長めの前方上側と通常サイズの中央下側と後方上側にそれぞれ平行に置き、三つのBBシェルの両端をそれぞれ長円形チューブ、或いは、三角形の板状部材で結び溶接し三角柱形状にし、前方上側のBBシェルの、後側中央と下側左右にブラケットを持ち、中央下側と後方上側のBBシェルは、上下左右のチェーンステイと、ペダルクランクとその駆動を受ける、二段目の回転軸を支える構造の、メインフレーム部材。
シートチューブとシートレールの関係と同じ構造(以下、スライド構造という)の、チューブとレールを持つフレームの、チューブ部分の後側がシートチューブと溶接され、レール部分の前端にピボットを持ち、チューブ部分の後端上側中央、或いは、シートチューブの前側中央にピボットを持ち、チューブ部分の前方下側中央にブラケットを持つ構造で、レール部分の前端のピボットは、ヘッドチューブの中央上側のブラケットと結び、チューブ部分の上側のピボットは、メインフレーム前方上側のBBシェルの、中央後側のブラケットと結ぶ、センターフレーム部材。
前端と後端にピボットを持ち、Ｔ字の袖左側のブラケットと、メインフレーム前方上側のBBシェルの、下側左のブラケットを結ぶチューブと、同じく、前端と後端にピボットを持ち、Ｔ字の袖右側のブラケットと、メインフレーム前方上側のBBシェルの、下側右のブラケットを結ぶチューブを、センターフレームと干渉しない位置に設けた、左右のサブチューブ部材。
スライド構造のチューブとレールを持つフレームの、チューブ部分の後端上側中央にピボットを持ち、レール部分の前端にピボットを持つ。レール部分の後側はチューブ部分をスルーし、レール後端にチューブを通る事が出来ない径の止め具を持つ構造で、センターフレームのチューブ部分の前方下側中央のブラケットと、ヘッドチューブ中央下側のブラケットとを結ぶ、フレーム固定部材。
この五種類の部材の各ピボットを、回転出来る状態で各ブラケットが支え、フレーム固定部材を、止め具の位置まで伸ばしクランプで固定し、左右の位置決めバーに拠って決まる位置で、センターフレームをクランプで固定した状態を、車体とする自転車、及び、自動二輪車。
【請求項５】
スライド構造の、チューブ側(以下、ハンドルチューブという)がステムで操縦管と結ばれたバーの両端に溶接され、レール側(以下、ハンドルレールという)をハンドルとする構造で、ハンドルチューブの内側を通過しないハンドルレールの上側と下側部分に取り付けステイを設け、このステイに車体中央から左右に開閉するケースを固定し、ハンドルレールと共に上下するケースに請求項2・4の車体を折り畳み、収納できる構造を持つ自転車、及び、自動二輪車。
【請求項６】
Ｔ字の袖の左右内側に、少し厚め、或いは、複数層の隔壁を設け、二本の片バテット管を左右別々の操縦管とし、Ｔ字の袖の端に取り付けたヘッドセットの上部軸受と隔壁とで支える。
片バテット管の厚い部分の内側にネジ山を切り、Ｔ字の袖の内壁に接しない大きさの内歯車側に設けたネジで、片バテット管と内歯車を固定し、内歯車側に固定された回転軸を隔壁に開けられた穴に通し支持する。
この大きな内歯車と噛み合う小さい歯車の回転軸も、隔壁に開けられた穴で支持され、この回転軸の隔壁の反対側に少し大きい歯車を持ち、この少し大きい歯車は頭管の中心線の位置で、隔壁に開けられた穴に支持された回転軸を持つ、小さい歯車と噛み合い、この小さな歯車の回転軸の先に、傘歯車を持つ。
この構造をＴ字の袖内部の左右に持ち、頭管の上部と下部で支えられた中央の傘歯車の回転軸は下部操縦管に繋がり、Ｔ字の袖から頭管中心方向に伸びる左右の傘歯車と、中央の傘歯車が噛み合う事で、左右の操縦管に繋がる左右のハンドルを、左右逆方向に押し引きする事で、前輪を操舵する自転車、及び、自動二輪車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小径車輪における路面の段差通過に対する難点を克服し、制動性能を向上させた自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車は、車輪直径の5分の１程の高さの路面の段差を越えるには、極端な前輪の抜重、或いは前輪をリフトさせ通過する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
26インチ径の車輪の５分の1は13センチ程、階段の1段程の高さに成る為段差の存在の認識をし易いが、8インチ径の車輪の5分の1は4センチ程で、段差として認識し難く極端な前輪の抜重、或いは前輪をリフトさせず通過しようとすると、越えられず転倒してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
段差として認識し難い程度の段差であっても、小径車輪の為越えられない段差を極端な前輪の抜重、或いは前輪をリフトさせる等、特別な運転操作を必要とせずに通過できる様、主前輪とは別のオフセット車輪を主前輪の直径の5分の1未満上方、且つ、主前輪より車輪径2分の1程前方に設けることで、主前輪が越えられない段差をオフセット車輪が受け持ち、本来越える事のできない段差を通過する事ができる。
【０００５】
主前輪が二輪の場合、車体中央にオフセット車輪を設置出来る為、バランスは良いが、主前輪が一輪の場合、主前輪の左右どちらか片方に、オフセット車輪を設けると、オフセット車輪が主前輪より先に接地する段差を通過する際、前方を支える車輪が重心より右或いは、左に位置し主前輪が路面に接地するまでの間、バランスが崩れてしまい、主前輪の左右両側にオフセット車輪を設ける必要が有る。
【０００６】
この事により、主前輪が一輪の場合でも二輪の場合でも、車体の前方に三つの車輪を持つことに成り、主前輪が一輪の場合で考えて行くと、路面の大きな段差を越えるためだけに、新たな車輪を２つも設けるのでは、利用頻度があまりにも低い為、新たに設けた２つの車輪を制動時にも利用する。
しかし、大きな段差を越える為の左右のオフセット車輪の位置と、制動の為の左右のオフセット車輪の位置は違い、この二つの役割を持たせる事により、制動時の大きな段差越えは不可能な為、大きな段差越えの際、制動操作は必ず事前に終了して措く必要がある。
【０００７】
主前輪をサスペンションで支え、左右のオフセット車輪は操縦管に固定されていた場合、制動時に主前輪が持ち上がり、左右のオフセット車輪の高さまで持ち上がって、やっと左右のオフセット車輪が制動に寄与するのでは、車体の前傾が大きすぎるので、制動時に主前輪は持ち上がり、左右のオフセット車輪は下がって来る必要がある。
【０００８】
主前輪は通常のテレスコピックフォークで支え、左右のオフセット車輪は片側を主前輪或いは、テレスコピックフォークの揺動部分でピボットを用いて支え、もう片方をテレスコピックフォークの固定部分でピボットを用いて支える。
制動時主前輪はテレスコピックフォークのストローク分持ち上がり、左右のオフセット車輪は、支える部分の取り付け位置により降りてくる比率を変え、左右のオフセット車輪の、テレスコピックフォークの固定部分でピボットを用いて支える位置が下にある程、３つの前輪の高さが揃うまでの主前輪のストロークが小さくなる。
【０００９】
車体のバンク角を多く取るには、左右のオフセット車輪を、主前輪を挟むなるべく近い所に置く必要があり、支えるフォークはなるべく細いものが良い。
この事により、揺動部分が細く固定部分が低い位置にある、テレスコピックフォークの上下を逆さまにした、倒立型フォークが望ましいが小さい物が存在しない。
通常のテレスコピックフォークでも、左右のオフセット車輪の取り付けに、ネガティブキャンバーを大きく取る事により可能だが、結構大きな物になってしまう。
【００１０】
小径車輪を選ぶ理由はコンパクトに畳める事に尽きるので、大きなテレスコピックフォークではなく、小さな、ダンパー一体型のコイルスプリングを持つフロントサスペンションと、小さく畳む為のフレームワークを考え、畳んだ時のシートレールとの干渉を避け厚みを抑える事と、自立させる為後輪を２輪にし、小さく畳めるのなら公共交通機関に持ち込む為に車体を収納するケース設ける。
車輪が小さく畳んだ時自立するなら、チャイルドシートを設けベビーバギーとしての使用も考え、走行時のハンドルの操作によるシートとの干渉を防ぐ為、ハンドルを前後方向へ操作する構造を設ける。
【００１１】
小さく畳む為のフレームワークとして、図1の、シートチューブとシートレールと同じ関係の、スライド構造のチューブとレールを持つ部材の、チューブ部分の後端がシートチューブ2と溶接され、レール部分の前端にピボット6ａを持ち、チューブ部分の後端上側中央にピボット6ｃと、チューブ前方下側中央にブラケット4ｅを持つ、センターフレーム3。
頭管の左右に短いチューブを溶接したＴ字形状で、頭管の後方中央の上側にブラケット4ａ、下側にブラケット4ｆ、Ｔ字の袖の後方に左右のブラケット4ｂを持ち、操縦管20を上部と下部の軸受で支える、ヘッドチューブ1。
三つのBBシェルを平行に置き、それぞれの両端を長円形チューブ、或いは、三角形の板状部材で溶接した構造で、前方上側のBBシェルの後方中央にブラケット4c、下側に左右のブラケット4dを持ち、中央下側と後方上側のBBシェルで、ペダルクランク7と２段目の回転軸8と上下左右のチェーンステイ11を支える、メインフレーム10。
前端にピボット6ｂと後端にピボット6ｄを持ち、センターフレーム3と干渉しない幅でその両脇を通り、ヘッドチューブ1とメインフレーム10の左右をそれぞれ結ぶ、サブチューブ5。
これらの各ピボットを各ブラケットで支えフレームとし、図1の状態を保つ、フレーム固定部材33で、スライド構造のチューブとレールを持ち、チューブ部分の後方上側中央のピボット6ｅとレール前端にピボット6ｆを持ち、ヘッドチューブ中央下側のブラケット4ｆと、センターフレーム前方下側中央のブラケット4ｅとを結び、レールの後端外側にネジ山を切り、内側にネジ山を切ったチューブと同径の止め具で蓋をした構造。
フレーム固定部材33の揺動部分と、センターフレーム3の揺動部分をスライドさせ、車体を畳んだり広げたりするが、フレーム固定部材33の後端の止め具でヘッドチューブより後側の車体の広げ角を決め、ヘッドチューブのキャスター角を決める部材が、位置決めバー34
これらのフレームを図4の様に、ヘッドチューブ1とシートチューブ2が垂直になる様、両端に配置しその幅や高さを決めると、センターフレーム3のシートチューブ2との溶接角度が決まり、サブチューブ5やチェーンステイ11の長さが決まり、広げた時の車体サイズが決まる。
【００１２】
チェーンホイルの径は大きく取れないが、小径車輪の為ギヤ比は大きく取る必要があるので、ペダルクランク7から駆動を受ける二段目の回転軸8を設け、ギヤ比を稼ぎ左右の後輪9に分配する。
上下左右のチェーンステイ11の後端に設けた接合部分に溶接した、図２の左右のＬ字形部材13を土台とし、図1の同じく左右のＬ字型のアップライト14を介した左右の後輪9とを、両端をピボット接合された左右のアッパーアーム15、及び、左右のロワアーム16で結び、駆動は図2の左右のドライブシャフト17で行い、左右のドライブシャフト17の両端には車体の傾斜に対応する為、ユニバーサルジョイント或いは等速ジョイント18を設ける。
このユニバーサルジョイントや等速ジョイント18は、自転車用の物は当然存在しないが、工業用マシンの部品として小さい物が有り、それを流用する。
左右のアッパーアーム15、及び、左右のロワアーム16は、車体の傾斜に対応する様ピボット接合されている為、車体を支える事ができないので、左右のロワアーム16の各中間付近を結ぶ車体後方側に、車体の傾斜には関与せず車高の変動のみに作用するダンパー一体型のコイルスプリング19を、ピボット接合し車体を懸架するが、リアにはサスペンションはいらない、という場合ダンパー一体型コイルスプリングを、細いチューブに置き換え、左右のロワアーム16をピボットで結び、この左右のロワアーム16を結ぶ位置の設定により、後輪が車体のバンク角に追従し得る角度が決まる。
【００１３】
ドライブシャフト17を駆動するスプロケットは、ドライブシャフト17と同軸に設けても、アッパーアーム15やロワアーム16が邪魔をし、チェーンが掛けられない為、ドライブシャフト17の回転軸の前方に、図1の第三の回転軸12を設け、この第三の回転軸12の車体内側両脇に、大きめの左右のギヤ35を設け、左右のドライブシャフト17の、回転軸の車体内側の端に設けた、図2の小さめの左右のギヤ36を噛み合わせ駆動する。
此れだけでは後輪が逆回転してしまうので、ペダルクランク7と二段目の回転軸8の駆動もギヤ駆動とし、二段目の回転軸8に設けたチェーンホイルと、第三の回転軸12の車体外側に設けたスプロケットをチェーンで結び駆動する。
【００１４】
図１の主前輪21の回転軸は、ヘッドチューブ1から下方に伸びた操縦管20と繋がるフォークの先端の左右に設けた爪部分にあたるブラケット4ｇと、主前輪21を跨ぐ図２の、逆Ｕ字型のチューブ22の両端に設けた図１のピボット6ｇとを結び、トレイルは大きくなるが、逆Ｕ字型チューブ22の途中に設けた左右のブラケット4ｈで支える。この逆Ｕ字型チューブ22を、逆Ｕ字型の頂点中央に設けたブラケット4ｉと、操縦管20の車体前方側に設けたブラケット4ｊとを結ぶ、ダンパー一体型のコイルスプリング23でピボットを用いて支える。
【００１５】
左右のオフセット車輪24の回転軸は、外側を、フォークのクラウン部分の上部に設けた左右のブラケット4ｋと、左右のピボット6ｋを持つバーを結び、このバーを左右に湾曲延長した図2のアーム25の、左右の先端部分に設けた爪で支え、内側を、逆Ｕ字型チューブ22の途中に設けた左右のスタッド穴と、左右のオフセット車輪24の回転軸を結ぶ、図1の両端にピボット6ｌと6ｍを持つ、左右の短いアーム26で支える。
【００１６】
このレイアウトにより、空車時に車輪径の5分の1以上有った、主前輪21の外周と左右のオフセット車輪24の外周が交わる点の路面からの高さが、乗車時は車輪径の5分の1未満になり主前輪21が越えられない段差を、左右のオフセット車輪24を用いて越えることが出来、制動時は図3の様に車体が0.8度程前傾すると、主前輪21と左右のオフセット車輪24の高さが同一になり、前三輪と後二輪で車速を落とす。
【００１７】
オフセット車輪24が主前輪21より先に接地する高さの段差を通過する際、段差に対して車体が、直角から大きくずれた角度で通過する場合、左右のオフセット車輪24の、片側だけで段差を乗り越える事になり、車体中心線からずれた車輪で車体前方を支える為バランスが崩れ、崩れたバランスを整えるために、ハンドルで修正する必要があり、この修正を極力抑える事を目的に、図2の左右のオフセット車輪24にトーインを付ける。
【００１８】
ハンドルは、ヘッドチューブ1の上端から伸びる操縦管とハンドルバーをステムで結び、このハンドルバーの両端にスライド構造の図1のハンドルチューブ27を溶接し、スライド構造のレール部材を上方へ伸ばしハンドルレール28とし、ハンドルレール28の上方と下端に取り付けステイを設け、折り畳み時に車体を覆うケース29を固定する。このケース29は下端が開放されていて、上端はシートの一部が納まる凹みと、シートレールを通す穴があり、ハンドルレール28のグリップ部分が露出する形状で、車体中央方向から左右に開き、ケース29の外観はキャリーバッグ風の物でも良いが、ハンドルレール28に固定してある為、風の抵抗を受け難い網目状の物が望ましい。
【００１９】
ブレーキは、主前輪21のリムを挟むタイプのレーキ30を右ブレーキレバーで、左右のオフセット車輪24のリムを挟むタイプのブレーキ31を左ブレーキレバーで操作し、後輪は第三の回転軸12に、コースターブレーキを設けペダルを逆回転させ操作する、各車輪別々に操作する方法が良いが、コースターブレーキの回転軸に、それも車体内側の左右に大き目のギヤ35を、固定できるサイズなのかどうか解らず、駄目な場合、第三の回転軸12に、ハブに取り付けるタイプのブレーキを選択。
その場合のブレーキ操作は、主前輪21を右ブレーキレバーで操作し、残りの左右の後輪9と左右のオフセット車輪24の四輪を左ブレーキレバーで操作する事になる。
【００２０】
折り畳みは、位置決めバー34を外し、センターフレーム3の揺動部分の固定を開放し、ハンドル28を180度回転させるが、この時、図4の様にハンドル28を車体前方に40度程傾ければ、車体フレームと収納ケース29が干渉する事無く回転させる事が出来る。ケース29を開き、フレーム固定部材33の揺動部分の固定も開放し、車体後方部分を折り畳み、位置決めバー33をはめ、左右のハンドルレール28とシートレールの固定を開放し、ハンドルとシートを下げケース29を閉じる。
車輪のサイズを20センチとすると、ホイールベースが87センチの車体を、高さが56センチ弱、幅が45センチ弱、奥行きが32センチ弱のケースに収納し、タイヤがケースの下側に露出している部分は7センチ弱、サドルがグリップになるがケースの上側に露出しているグリップの部分も7センチ弱のサイズで、ポピュラーなキャリーバグのサイズに折り畳め、公共交通機関への持込が容易になる。
【００２１】
Ｔ字の袖の内側左右に設けた隔壁と、Ｔ字の袖両端のヘッドセットの軸受で支える、左右別々のハンドルは図5中央の、三つの回転軸に大小のギヤを噛み合わせ、ハンドル1に対して車輪5程の比率でギヤを組み、傘歯車で回転方向を変え、右のハンドルを後方に引くと同時に、左のハンドルを前方に押すと、前輪が右を向き、左のハンドルを後方に引くと同時に、右のハンドルを前方に押すと、前輪が左を向き、ハンドルを前後方向に押し引きする事で舵を取る。
この事により、図6の様に前方の車体側にチャイルドシートを固定でき、ハンドルがチャイルドシートに干渉する事なく前輪を操舵できる。
車体は同一の物で、ヘッドチューブ1の内部構造と、ハンドルチューブ27に至る構造が少し違うだけで、収納ケースをチャイルドシートに置き換えると、折り畳み時は図6の様にベビーバギーとして使用できる、二種類の自転車が作れる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明に係る小径車輪自転車の空車時の一例の側面図である。
【図２】この発明に係る小径車輪自転車の一例の上面図である。
【図３】この発明に係る小径車輪自転車の制動時の車体の前傾度合いと主前輪と左右のオフセット車輪の関係を示した一例の側面図である。
【図４】この発明に係る小径車輪自転車の折り畳み方法の流れを示した一例の側面図である。
【図５】この発明に係る小径車輪自転車の各車輪の位置関係を示した上面図と別の使用例の上面図と側面図である。
【図６】この発明に係る小径車輪自転車の空車時の別の一例の側面図である。
【符号の説明】
【００２３】
1  ヘッドチューブ
2     
シートチューブ
3     
センターフレーム
4     
ブラケットa・b・c・d・e・f・g・h・ｉ・j・ｋ
5     
左右のサブチューブ
6     
ピボット   a・b・c・d・e・f・g・・・・・・ｋ・ｌ・ｍ
7     
ペダルクランク
8     
２段目の回転軸
9     
左右の後輪
10  
メインフレーム
11  
上下左右のチェーンステイ
12  
第三の回転軸
13  
車体側の左右のＬ字形部材
14  
左右のL字形アップライト
15  
左右のアッパーアーム
16  
左右のロワアーム
17  
左右のドライブシャフト
18  
ユニバーサルジョイント或いは等速ジョイント
19  
後輪用ダンパー一体型のコイルスプリング
20  
ヘッドチューブ下側の操縦管
21  
主前輪
22  
逆U字形チューブ
23  
主前輪用ダンパー一体型のコイルスプリング
24  
左右のオフセット車輪
25  
左右のオフセット車輪を外側から支える湾曲アーム
26  
左右のオフセット車輪を内側から支える左右の短いアーム
27  
ハンドルチューブ
28  
ハンドルレール
29  
収納ケース
30  
主前輪のブレーキ
31  
左右のオフセット車輪のブレーキ
32  
第三の回転軸のハブ一体型ブレーキ
33  
フレーム固定部材
34  
左右の位置決めバー
35  
スプロケットと同軸の大きめの左右のギヤ
36  
ドライブシャフトと同軸の小さめの左右のギヤ
【図１】
2013212803.tif 000002
【図２】
2013212803.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2013212803.tif 000007