JP3286846B2 - クランク式車軸による懸架装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はクランク式車軸による懸架装置に関し、より
詳しくは路面の凹凸や、あるいは旋回運動などに対し
て、安定な運動性能を示すクランク式車軸による懸架装
置に関する。

背景技術 自動車やオートバイなどは車体と車軸との間にスプリ
ングやショックアブソーバーなどを介した懸架装置を備
えており、路面の段差や凹凸、旋回時の傾斜による揺れ
などの緩和を図り、安定な走行を可能にしている。しか
し、こうした懸架装置を持たない自転車、３輪車、ベビ
ーカー、手押し車、台車などにおいては、路面のわずか
な凹凸も直接車体に作用して乗り心地を悪くしている。
特に、空気入りのタイヤを持たない小型の車輪を使用し
た車両では、路面のわずかな段差や傾斜に対応できない
結果となり、安定な走行が困難となっている。

たとえば、第12図に示すように、ごく簡単な構造の固
定軸二輪車の手押し車100を例にして説明すると、手押
し車100は車軸104の左右両端部に車輪106が嵌められ、
車軸104の上部に把手付きのフレーム102が取り付けら
れ、更に、そのフレーム102にバケット108が取り付けら
れた構造になっている。たとえば、バケット108に積荷
をし、把手を持って車体を保持しながら搬送する場合、
路面の前後（進行方向）の傾斜には対応できるが、路面
が左右（進行方向と直角方向）に傾斜していると、車輪
106もバケット108はもちろん積荷も路面の傾斜通りに傾
き、積荷の落下をまねき、搬送不能となってしまうこと
がある。

このように、従来の固定軸二輪車では全く左右のバラ
ンスを取ることができず、路面の凹凸も直接、車体に作
用するので、速度の遅い緩慢な搬送の用途に限定されて
しまうことになる。同様に、この種の固定軸二輪車を数
個取り付けたベビーカーや台車などの、ほとんどの懸架
装置を持たない車両も同様な結果となっていた。

そこで、本発明者は上述の懸架装置を持たない、ある
いは従来方式の懸架装置の装着が困難な車両に対応した
簡便な緩衝装置を提供するために鋭意研究と検討を重ね
ていたところ、ある着想を得て、本発明に係るクランク
式車軸による懸架装置を想到するに至ったのである。

発明の開示 本発明に係るクランク式車軸による懸架装置の要旨と
するところは、本体フレームに取り付けられた軸受けに
より回転可能に支えられたクランク主軸と、該クランク
主軸の両端よりそれぞれほぼ直角に且つ互いに逆方向に
延びたクランクアームと、該両クランクアームの端部に
それぞれ突設させられ、車輪が嵌められるクランクピン
とを備えて構成されることにある。

この構成において、軸受けに支持されたクランク主軸
が回転させられると、クランクアーム及びクランクピン
はクランク主軸を中心にして回転させられ、一方のクラ
ンクアームが回転させられると同時に、他方のクランク
アームも回転させられる。この懸架装置において、重心
がクランク主軸のほぼ中央に作用しているとき、クラン
ク主軸は左右ほぼ水平に、クランクアームは前後にそれ
ぞれほぼ水平に位置することになる。この状態で走行し
ているとき、路面に凸状の障害物があり、一方の車輪が
その障害物に乗り上げた場合、その車輪はクランク主軸
を中心にしてクランクアームを半径として上方に円弧状
に回動して、障害物の高さに応じて上昇する。それと同
時に、他方のクランクアームと車輪はクランク主軸を中
心にして下方に回動し、路面を支点としてクランク主軸
は持ち上げられる。このとき、クランク主軸の上昇高さ
は他方のクランクアームと車輪が下方に回動した分だけ
上昇することになる。また逆に、たとえば窪みに車輪の
一方が落ち込んだ場合も、上述の作動と全く逆の作動と
なり、他方のクランクアームと車輪が回動した分だけク
ランク主軸は降下することになる。したがって、クラン
ク主軸の上下動は障害物の高さや窪みの深さに比して半
分となるため、本体フレームが受ける衝撃は大幅に緩和
される。

また、重心がクランク主軸のほぼ中央にあるとき、ク
ランク主軸はほぼ水平に位置しているが、重心が移動し
クランク主軸の左右のいずれか一方の側に偏って作用す
ると、クランク主軸が重心の作用側に傾くと同時に、ク
ランクアームは回動し、一方のクランクアームが上方に
回動するとともに他方のクランクアームは下方に回動す
る。したがって、車輪も重心の作用側に傾くことにな
る。本発明に係る懸架装置を取り付けた車両では重心移
動による車体の傾斜に応じて、車輪も傾斜することがで
きる。その結果、優れた旋回性能を発揮することができ
る。このように、従来の自転車やオートバイなどの二輪
車とほぼ同様の作動感覚で旋回することができる。

このように、本発明に係るクランク式車軸による懸架
装置はスプリングやショックアブソーバーなどの組合せ
による複雑な機構を必要とせずに、簡単なクランク軸の
回転のみで、衝撃の緩和を図り、安定な走行を可能に
し、特に、従来無視されていた小径の車輪による走行装
置の衝撃緩和や旋回性に顕著な効果を発揮する。更に、
本装置には緩衝にかかわる主たるスプリングの介在がな
いため、反動や共振現象もなく、画期的な効果がある。
しかも、この懸架装置は単純な装置であるため、軽量で
製造費が安く、故障もなく、安全な装置となる。

次に、かかるクランク式車軸による懸架装置におい
て、前記互いに逆方向に延びた一対のクランクアームが
互いに回転方向になす角度が非対称をなすように構成し
たことにある。

この構成を採用することにより、重心がクランク主軸
のほぼ中央にあるとき、クランク主軸はほぼ水平に位置
していて、一対のクランクアームはクランク主軸を中心
にそれぞれ前後に逆方向に向かい、クランクアームの先
端を所定の角度差分だけほぼ水平から上方に向けて位置
することになる。次に、重心が移動しクランク主軸の左
右のいずれか一方の側に偏って作用すると、クランク主
軸が重心の作用側に傾くと同時に、クランクアームは回
動し、一方のクランクアームが上方に回動するとともに
他方のクランクアームは下方に回動する。このとき、一
方のクランクアームが最も回動した状態である垂直位置
に達した場合でも、他方のクランクアームは両クランク
アームの角度差分だけ、垂直位置に達することはなく、
傾斜した状態に位置することとなる。このように、両ク
ランクアームが同時に垂直に位置することがないため、
すなわち一対のクランクアームのそれぞれの死点が重な
ることがないため、クランクアームの回動が円滑にな
り、左右の傾斜からの水平への復元がスムーズに作動す
ることとなる。

更に、かかるクランク式車軸による懸架装置におい
て、前記互いに逆方向に延びた一対のクランクアームが
クランク主軸を中心にして、それぞれ所定の角度範囲内
で自在に動くように構成したことにある。

この構成を採ることにより、一対のクランクアームが
それぞれ前後いずれの方向に反転しても、常にクランク
アームの先端は所定の角度差分だけほぼ水平から上方に
向けて位置することになる。したがって、車体の重量が
作用するクランク主軸は一対のクランクピンを結ぶ位置
よりも常に下になるため、安定することになる。

図面の簡単な説明 第１図は本発明に係る懸架装置の基本的構成を示す平
面説明図であり、第２図は第１図に示す懸架装置の作動
を説明するための正面説明図であり、第３図は第１図に
示す懸架装置の他の作動を説明するための正面説明図で
あり、第４図は第１図に示す懸架装置の作動を説明する
ための側面説明図である。

第５図は本発明に係る懸架装置の他の実施の形態を説
明するための側面説明図であり、第６図は第５図に示す
懸架装置の他の作動を説明するための側面説明図であ
る。第７図は本発明に係る懸架装置の更に他の実施の形
態を説明するための側面説明図であり、第８図は第７図
に示す懸架装置を具体化した１実施の形態を説明するた
めの正面説明図であり、第９図（ａ），（ｂ），（ｃ）
は第８図に示す懸架装置の作動を説明するための要部断
面図である。

第10図は本発明に係る懸架装置の１実施の形態を適用
した３輪スケートの例を示す側面説明図であり、第11図
は更に本発明に係る懸架装置の１実施の形態を適用した
ローラースケートの例を示す側面説明図である。

第12図（ａ）は従来の固定軸を用いた２輪車を示す正
面説明図であり、同図（ｂ）はその作動を示す正面説明
図である。

発明を実施するための最良の形態 次に、本発明に係るクランク式車軸による懸架装置の
実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。

第１図に示すように、本実施の形態に係るクランク式
車軸による懸架装置10は、クランク主軸14と、そのクラ
ンク主軸14の両端よりそれぞれほぼ直角に且つ反対方向
に延びたクランクアーム16,18と、これら両クランクア
ーム16,18の端部にクランク主軸14と平行を成して左右
外方向に突設させられたクランクピン24,26とから構成
されている。そして、この懸架装置10は、クランクピン
24,26を回転軸とした車輪20,22が取り付けられ、またク
ランク主軸14を回転可能に保持する軸受け12が図示しな
いフレームに装着されている。したがって、軸受け12に
対してクランク主軸14が回転させられると、クランクア
ーム16,18及びクランクピン24,26はクランク主軸14を中
心にして回転させられ、一方のクランクアーム16が回転
させられると、同時に他方のクランクアーム18も回転さ
せられる。

かかる構成の懸架装置10において、第２図及び第３図
に示すように、懸架装置10に作用する重心Ｗが両車輪2
0,22間、すなわちクランク主軸14のほぼ中央に作用して
いるとき、クランク主軸14は左右水平に、クランクアー
ム16,18は前後にそれぞれほぼ水平に位置している。一
方、重心Ｗの作用位置が左右いずれかに移動（Ｂ）する
と、重心位置の移動に応じてクランクアーム16,18は水
平位置と垂直位置の間の角度内を回動し、クランク主軸
14は重心Ｗの作用位置側に傾斜することになる。

したがって、ほぼ水平で平坦な道を走行するときは、
両車輪20,22はほぼ垂直方向に立っているが、カーブな
どを旋回しつつ比較的高速で走行するとき、旋回側に重
心の作用位置をずらせると、第３図に示すように重心の
作用位置に応じてクランク主軸14及び両車輪20,22が傾
斜する。その結果、遠心力に抗して安定して高速で旋回
することができ、旋回性能が非常に優れたものとなる。

次に、第２図及び第４図に示すように、重心Ｗがクラ
ンク主軸14の中央に作用しているとき、走行中に路面28
に凸状の障害物30があり、一方の車輪20がその障害物30
に乗り上げた場合、車輪20はクランク主軸14を中心にし
てクランクアーム16を半径として上方に円弧状に回動し
て、障害物30の高さに応じて上昇する。同時に他方のク
ランクアーム18と車輪22はクランク主軸14を中心にして
下方に回動し、路面28を支点としてクランク主軸14は持
ち上げられることになる。このとき、クランク主軸14の
上昇高さはクランクアーム18が回動した分だけ上昇する
ことになる。また逆に、たとえば窪みに車輪の一方20が
落ち込んだ場合も、上述の作動と全く逆の作動となり、
クランクアーム18が回動した分だけクランク主軸14は降
下することになる。

このようにいずれの場合においても、障害物30の高さ
又は窪みの深さがクランクアーム16及び18の長さの和の
範囲内であれば、クランク主軸14はほぼ水平に保たれ
る。すなわち、ほぼ水平に位置していたクランクアーム
16及び18が回動して共に垂直位置に達したときの両車輪
20,22間の高さｈが障害物30の高さＨ以下のとき、クラ
ンク主軸14は傾斜することになる。

以上の説明から明らかなように、クランク主軸14の上
下動は、車輪20の上下動に比べて半分のみとなるため、
クランク主軸14を保持した軸受け12上のフレームや車体
が路面から受ける衝撃は大幅に緩和される。

また、クランクピン24,26にそれぞれ取り付けられた
車輪20と車輪22はクランク主軸14に対してクランクアー
ム16,18の長さだけ前後にずれている。このため、クラ
ンク主軸14とほぼ平行を成す段差を通過する場合、車輪
20と車輪22は同時に段差に乗り上げることはなく、交互
に乗り上げることになり、効率良く且つ円滑に作動す
る。

このように、本実施の形態に係るクランク式車軸によ
る懸架装置10はスプリングやショックアブソーバーなど
の組合せによる複雑な機構を必要とせずに、簡単なクラ
ンク軸の回転のみで、衝撃の緩和を図り、安定な走行を
可能にし、特に従来、無視されていた小径の車輪による
走行装置の衝撃緩和や旋回性に顕著な効果を発揮するこ
とになる。

次に、上述の第１図の懸架装置10では、クランクアー
ム16,18はクランク主軸14に対して前後にそれぞれ反対
方向を向くように固定されている態様を示した。実施に
おいては、クランクアーム16,18が適宜回転して、クラ
ンクアーム16,18の前後が路面の条件などに応じて入れ
替わることもある。クランクアーム16,18の前後が入れ
替わることにより使用構成上、不都合が生ずる場合、こ
れを解消するため、また常に全体の水平復元を容易にす
るためには、クランクアーム16,18の先端部のいずれか
一方又は双方とフレームとの間にワイヤーロープやスプ
リング等を張ったり、あるいは死点に至らないようにす
るためのストップ装置を取り付けるなどするのが良い。

以上、本発明の基本的な実施形態に係るクランク式車
軸による懸架装置10とその作動を説明したが、次に実用
的な実施の形態について説明する。

第５図に示すように、この実施形態に係るクランク式
車軸による懸架装置32は互いに逆方向に延びた一対のク
ランクアーム36,38が互いに回転方向になす角度が非対
称をなすように構成されている。すなわち、この懸架装
置32は軸受けで支えたクランク主軸34と、そのクランク
主軸34の両端よりそれぞれほぼ直角に且つ互いに逆方向
に延びた一対のクランクアーム36,38と、この一対のク
ランクアーム36,38の端部にそれぞれ突設させられ、車
輪20,22が嵌められるクランクピン24,26とから構成され
ていて、更に互いに逆方向に延びた一対のクランクアー
ム36と38が成す方向差は、クランク主軸34を中心にして
所定の角度差Ｘを成して構成されている。これら一対の
クランクアーム36と38の方向差がクランク主軸34を中心
にして成す所定の角度差Ｘは、通常20゜前後あれば良い
が、特にこの角度に限定されるものではない。

以上の構成に係る懸架装置32において、重心Ｗがクラ
ンク主軸34のほぼ中央にあるとき、クランク主軸34はほ
ぼ水平に位置していて、一対のクランクアーム36,38は
クランク主軸34を中心にそれぞれ前後に逆方向に向か
い、クランクアーム36,38の先端を所定の角度差分（X/
2）だけほぼ水平から上方に向けて位置することにな
る。

次に、重心Ｗが移動しクランク主軸34の左右のいずれ
か一方の側に偏って作用すると、クランク主軸34が重心
Ｗの作用側に傾くと同時に、クランクアーム36,38は回
動し、一方のクランクアーム36（38）が上方に回動する
とともに他方のクランクアーム38（36）は下方に回動す
る。このとき、一方のクランクアーム36が最も回動した
状態である垂直位置に達した場合でも、他方のクランク
アーム38は両クランクアーム36,38の角度差分Ｘだけ、
垂直位置に達することなく、傾斜した状態に位置するこ
ととなる。このように、両クランクアーム36,38が同時
に垂直に位置することがないため、すなわち一対のクラ
ンクアーム36,38のそれぞれの死点が重なることがない
ため、クランクアーム36,38の回動が円滑になり、左右
の傾斜からの水平への復元がスムーズに作動することと
なる。したがって、旋回したり、斜面を横切ったりした
後、クランクアーム36,38がスムーズに回動して、クラ
ンク主軸34が水平位置に復帰することができる。

また、第６図に示すように、この懸架装置32では、車
輪20が障害物などに乗り上げて上死点の位置に達したと
きにおいて、クランク主軸34に鉛直方向に作用させられ
る車体などの自重（Ｗ）はクランクピン24と26を結ぶ線
（平面）に対して、モーメントとして作用する。すなわ
ち、車輪20の回転中心であるクランクピン24、車輪22の
回転中心であるクランクピン26及びクランク主軸34が同
時に同一の鉛直面上に重なることはないため、車輪20,2
2が水平方向に復帰する作動が円滑に行われる。

次に、第７図に示すように、他の実施形態に係るクラ
ンク式車軸による懸架装置40は、軸受に支えられたクラ
ンク主軸42と、そのクランク主軸42の両端よりそれぞれ
ほぼ直角に且つ互いに逆方向に延びた一対のクランクア
ーム44,46と、この一対のクランクアーム44,46の端部に
それぞれ突設させられ、車輪20,22が嵌められるクラン
クピン24,26とから構成されていて、更に、互いに逆方
向に延びた一対のクランクアーム44,46がクランク主軸4
2を中心に実線と仮想線で示すように、それぞれ所定の
角度範囲内で自在に動くように構成される。

この懸架装置の具体的一例として、第８図及び第９図
（ａ）に示すようにクランク主軸48を分割し、その分割
クランク主軸50,52の分割端部に形成した半円柱状部54,
54を円筒状の軸受56内で噛み合わせて接続する。噛み合
わされる半円柱状部54,54の面58には第９図（ａ）に示
すように切削して、適宜な角度の間隙が設けられる。し
たがって、同第９図（ｂ）又は（ｃ）に示すように、ク
ランクアーム44,46の前後が入れ替わっても、半円柱状
部54,54の面58と面58とが当接して所定の角度を成すこ
とになる。

一対のクランクアーム44,46がクランク主軸42に対し
てそれぞれ所定の角度範囲内で自在に動くようにする構
成は、上述の形態に限定されるものではない。たとえば
クランク主軸48の両端部に取り付けられる一対のクラン
クアーム44,46のいずれか一方又は双方の取り付け部に
若干の遊びを設けるなど、種々構成することが可能であ
る。

次に、上述のクランク式車軸による懸架装置10を適用
した例を説明する。

本発明の懸架装置10は手押し二輪車に装着することに
より、前後左右自在にバランスを保つことが可能となる
ため、工事現場のセメントの搬送や流動物の搬送に特に
効果がある。

また、第10図に示すように、本発明の懸架装置は３輪
スケート222に適用することもできる。すなわち、３輪
スケート222の後輪224の懸架装置226について適用し、
クランク主軸228を本体フレーム230に軸受けを介して回
動可能に取り付け、そのクランク主軸228の両端部に設
けられたクランクアーム232の端部にクランクピン234を
突設させ、そのクランクピン234に車輪224を回転可能に
取り付けて構成する。

従来の３輪スケートでは、ハンドル操作により前輪は
旋回側に傾くが、後輪も車体も傾斜することができず、
走行中の旋回が困難なため、直進走行のみの遊具となっ
ていた。しかし、本発明の懸架装置を適用した３輪スケ
ート222では、旋回時の重心移動に応じて、後輪や車体
の傾斜が自由にでき、急旋回にも対応できる。また、路
面の小さな凹凸による振動や衝撃も、車輪に比べ車体で
は半減されるため、安全性の高い快適な遊具として提供
することが可能となる。

更に、第11図に示すように、本発明に係る懸架装置を
ローラスケート238に適用することも可能である。すな
わち、ローラースケート238の前輪240及び後輪242のい
ずれにも、本発明に係る懸架装置244を用いるのであ
る。この構成によるローラースケート238では走行中の
体重移動による頻繁な左右の傾斜にも自在に追随するこ
とが可能となる。すなわち、前輪240及び後輪242はクラ
ンク主軸246を中心にそれぞれ回動して傾斜に対応する
ことになる。従来のローラースケートでは車輪が路面と
接する角度が構造上、常に直角を成さざるを得ないた
め、傾斜旋回に難点があったが、これを解消した優れた
旋回性能を示すローラースケートを提供することができ
る。

以上、本発明に係るクランク式車軸による懸架装置の
実施の形態と適用例を種々説明したが、本発明は図示し
た実施の形態に限定されるものではない。

本発明の懸架装置にかかわるクランク主軸、クランク
アーム、クランクピンの各部を一体成形して構成しても
良く、また、軸受け部にベアリングを配設するなど、適
切な材質の部材を適用すれば良い。その他、本発明はそ
の趣旨を逸脱しない範囲内で、当業者の知識に基づき種
々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施し得るもの
である。

産業上の利用可能性 本発明に係る懸架装置は台車などのキャスターの他、
荷物などの運搬などに用いられるリヤカー、手押し車そ
の他の２輪車、３輪スケートや子供３輪車、二輪車の転
倒防止用補助輪や前輪操舵輪、スケートボードやベビー
カー、その他、従来より利用されている小径車輪との取
替えも可能であり、遊具や実用車を問わずに適用し得る
ものである。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本体フレームに取り付けられた軸受けによ
   り回転可能に支えられたクランク主軸と、該クランク主
   軸の両端よりそれぞれほぼ直角に且つ互いに逆方向であ
   って回転方向になす角度が非対称をなすように延びたク
   ランクアームと、該クランクアームの端部にそれぞれ突
   設させられ、車輪が嵌められるクランクピンとを備えて
   構成されることを特徴とするクランク式車軸による懸架
   装置。
2. 【請求項２】前記互いに逆方向に延びたクランクアーム
   がクランク主軸を中心にして、それぞれ所定の角度範囲
   で自在に動くように構成したことを特徴とする請求項１
   に記載するクランク式車軸による懸架装置。