旋转传递机构、具有它的自行车及其所使用的弹性变形体
技术领域
本发明涉及旋转传递机构、旋转传递机构所使用的弹性变形体,特别涉及被安装在自行车的曲柄轴等旋转轴上来使用的旋转传递机构。
背景技术
在驾驶员用人力使车轮旋转的自行车的情况下,一旦自行车开始行驶,就能够用较小的力行驶。但是,在起步时、加速时、爬坡等中开始蹬自行车时,驾驶员会从自行车受到特别大的反作用力,所输入的能量的一部分会作为冲击而反馈给膝、脚踝、腰等,不仅对人体产生较大的负荷,而且无法有效地利用输入能量,导致推进力的降低。而且,在进行自行车的急起步、急加速的情况、爬急坡道的情况、自行车的驾驶员的体重或载货的重量较重的情况等时,对人体的负荷(阻力)尤其变大,相应地,需要的能量也增大。
在自行车中的力的传递中,利用曲柄将脚的上下运动转换成旋转运动。因此,特别是在上止点及下止点,难以顺畅地将脚力传递给自行车,导致向膝盖或脚踝的负担增加,并且,会产生力矩的中断、速度的降低。并且,存在如下这样的问题点:在使自行车以低速行驶的情况下,容易相对于自行车的行进方向向左右发生摇晃,行驶的稳定性降低。
因此,以往,对于自行车,以吸收行驶时的冲击、实现旋转效率的提高、使推进力、加速流畅而减轻驾驶员的疲劳等为目的,研究了各种各样的构造。
例如,在日本特开2003-312581号公报(以下,称为专利文献1)中公开了“一种包括自动伸缩变化型曲柄机构的自行车,该自动伸缩变化型曲柄机构在巡航骑行模式时脚踏的旋转半径较小,当进入承受加重的负荷的骑行模式时,脚踏的旋转半径对应于阻力地自动伸长,得到较大的旋转力矩”。
在日本特开平11-278350号公报(以下,称为专利文献2)中,公开了“一种自行车用缓冲装置,包括:第1构件,其能够固定于第1车架构件,具有在内部所形成的收纳空间和从收纳空间的内周面向内侧突出的至少一个第1突出部;第2构件,其能够固定于第2车架构件,被相对旋转自如地配置在第1构件的收纳空间内,并具有从外周面向外侧突出的第2突出部;以及第1弹性构件,其被安装在由两突出部在第1构件与第2构件之间划分而形成的2种空间之中的一者中,被保持于第1突出部和第2突出部,且被以在与内周面及外周面之中的至少某一者之间隔开间隙的方式配置,并通过两构件的相对旋转而伸缩。
在日本特开昭64-63489号公报(以下,称为专利文献3)中公开了“一种自行车用驱动齿轮,其特征在于,包括在外周具备多个齿的齿轮主体、和支承该齿轮主体的支承体,在该齿轮主体与支承体之间设置有将动力从该齿轮主体和支承体的一者传递到另一者的动力传递部,在该动力传递部设置有使得齿轮主体和支承体能够进行预定角度相对旋转的间隙,并且,在与动力传递部不同的部位设置有弹性体,该弹性体保持间隙,且在齿轮主体与支承体的相对旋转时弹性变形而吸收间隙,使得来自动力传递部的动力传递成为可能。
在日本特开平9-076980号公报(以下,称为专利文献4)中公开了“一种自行车的动力传动装置,其特征在于如下构成:在前齿轮的内侧周壁内装配有被沿与该前齿轮的旋转方向反方向卷装的盘簧,在该盘簧的作用下,将因脚踏臂的过大蹬踏压而引起的力矩蓄积在盘簧中,在脚踏输入不足时,用所蓄积的力矩来进行补充,提高脚踏的旋转效率”。
在日本特开昭58-036789号公报(以下,称为专利文献5)中公开了“一种自行车的曲柄装置,其特征在于,在自行车的齿轮轴上,嵌装有放射状地突设有多个弹簧支撑片的金属件,并嵌装有内周面被弹簧支撑片的外周缘支撑且与齿轮轴同芯地转动的环状体,将其作为曲柄的基端部,在环状体内周面上与弹簧支撑片对应地突设有弹簧压片,通过在弹簧支撑片与弹簧压片之间插入配置弹簧体,从而当受到力而曲柄旋转时,基端部的环状体也一起先于齿轮轴地旋转,突设的弹簧压片压缩弹簧体,其反作用力按压弹簧支撑片而使齿轮轴旋转。
但是,上述现有的技术具有以下这样的问题。
(1)关于专利文献1所公开的自行车,由于与阻力对应地使脚踏的旋转半径自动地伸长,所以,具有如下这样的问题:曲柄机构的构造复杂,零件个数增加,欠缺动作稳定性、组装作业性、量产性。
此外,在阻力较大时,通过增大脚踏的旋转半径,从而能够以较小的输入得到较大的输出,能够减小开始蹬车等时的负荷,但是,由于脚踏的轨迹无法描画圆轨道,需要进行强行的蹬车方式,所以,具有膝盖或脚踝等承受较大的负担这样的问题。
(2)关于专利文献2所公开的自行车用缓冲装置,当从路面对第1车架构件或第2车架构件作用冲击时,第1构件和第2构件相对旋转,被安装在由两突出部划分的空间的一者中的第1弹性构件被两突出部夹紧并压缩变形而产生弹性复原力,吸收冲击。但是,由于悬架组装体由外侧构件固定于主车架构件,所以,无法吸收并蓄积曲柄的初动时的冲击能量,并将所蓄积的能量在弹性体复原时转换为旋转力而有效地利用为推进力,未考虑旋转效率或加速性的提高、旋转力矩的均匀化等。
(3)关于专利文献3所公开的自行车用驱动齿轮,其目的在于缓和开始蹬踏脚踏时的驱动力所导致的冲击,是将弹性体在与动力传递部不同的部位设置于齿轮主体与支承体之间,并使弹性体以扭动的方式变形的构造。因此,具有如下这样的问题:弹性体难以变形,难以蓄积能量,故而难以将弹性体的复原有效地转换为旋转力,欠缺能量的有效利用性。
此外,由于零件个数较多且构造复杂而欠缺量产性,并且,齿轮主体和支承体经由弹性体而被一体化,所以,具有如下这样的问题:难以更换齿轮主体或弹性体,欠缺维护性。
(4)关于专利文献4所公开的自行车的动力传动装置,其目的在于,将因脚踏的过大蹬踏压而导致的力矩蓄积,并在脚踏输入不足时用所蓄积的力矩来进行补充,从而使蹬踏压输入稳定化而实现脚踏的旋转效率的提高,以及使得推进、加速流畅而减轻疲劳。但是,由于利用发条(板簧)状弹簧或线圈状弹簧等盘簧来进行力矩的蓄积、补充,所以,具有如下这样的问题:至将盘簧卷绕结束而蓄积了力矩为止,需要花费时间,在该期间,脚踏轴相对于前齿轮进行空转而无法传递动力,显著地欠缺使用性。
此外,在盘簧破损了的情况下,无法从脚踏轴向前齿轮传递动力,变得不能行驶,所以,具有欠缺动力传递的可靠性、稳定性这样的问题。
(5)关于专利文献5所公开的自行车的曲柄装置,由于曲柄的基端部即环状体的内周面被弹簧支撑片的外周缘支撑,所以,在环状体的内周面与弹簧支撑片的外周缘之间的摩擦力的作用下,曲柄和齿轮轴容易一起转动,难以使环状体先于齿轮轴地旋转。此外,具有如下这样的问题:无法可靠地压缩弹簧体,欠缺动作稳定性,无法充分地进行在上止点处的蓄力(冲击能量的吸收)和在下止点处的复原,旋转效率及加速性的提高、旋转力矩的均匀化的效果不充分。
此外,由于必须在齿轮轴的两端安装曲柄装置,所以,具有如下这样的问题:零件个数增加,装置整体复杂化、大型化,欠缺省空间性、量产性,并且,因两端的曲柄的相位而在齿轮轴上产生扭转,无法有效率地进行所输入的能量的蓄力或所蓄力的能量向旋转力的转换,欠缺耐久性、动作稳定性、效率性。
发明内容
发明要解决的课题
本发明是鉴于上述的问题而完成的,其目的在于提供一种能够实现与以往相比使用性优异的自行车等的旋转传递机构、具有旋转传递机构的自行车、及旋转传递机构所使用的弹性变形体。
本发明人为了解决上述现有的问题,提出了日本专利4456179号公报(以下,称为专利文献6)所公开的自行车。该专利文献6提供一种实现以下的目的的自行车。
(1)通过配设在用人力使车轮旋转来行驶的自行车的旋转轴上,从而将在起步、加速、爬坡等初动时或行驶中因从外部受到的较大的负荷等而产生的冲击能量或过大的输入能量可靠地吸收并蓄积,能够大幅地减轻对人体的负荷。
(2)能够将所蓄积的能量在输入能量减少时或者中断时不浪费地有效利用于旋转轴的旋转,旋转传递的可靠性、效率性优异,能够用零件个数较少的简单的构成来实现轻量化。
(3)容易分解和组装且维护性、生产率优异,能够简便地装配到现存的自行车,通过具备量产性、组装作业性、省空间性、通用性优异的自行车用旋转传递机构,能够减小使用者的腿和腰等承受的负荷。
(4)即使运输较重的货物时或承载体重较重的人时,加速性、旋转力矩的均匀性、低速驾驶时的稳定性也优异,不需要复杂的操作,能够减小驾驶员的膝盖或脚踝等承受的负荷。
(5)女性或年长者或者承载较重的货物或儿童的主妇等也能够轻易地驾驶,不仅能够作为在坡道或阻力较大的道路上也能够轻松地行驶的日用品,且加速性、旋转力矩的均匀性、低速驾驶时的稳定性优异,能够作为康复训练用或比赛用来使用,动作的稳定性、操作性、通用性优异。
即,为了实现上述(1)~(5)的目的,专利文献6提供“一种自行车,包括自行车用旋转传递机构、左右的曲柄臂、以及脚踏,该自行车用旋转传递机构具有内部旋转构件和外部旋转构件,该内部旋转构件具有旋转轴,该外部旋转构件被转动自如地配设在上述内部旋转构件的上述旋转轴上,该左右的曲柄臂在上述自行车用旋转传递机构的上述内部旋转构件的上述两端部以180度的相位差配设,该脚踏被转动自如地配设在上述曲柄臂的端部”。尤其是,在该自行车中,上述内部旋转构件被与上述旋转轴一体地形成或固定设置在上述旋转轴的外周,并具有向上述旋转轴的外周侧突出的1个以上的外周凸部;上述外部旋转构件具有侧板部、外筒部、以及1个以上的内周凸部,该侧板部在上述内部旋转构件的上述外周凸部的侧部位置转动自如地插设于上述旋转轴,该外筒部在上述内部旋转构件的上述外周凸部的外侧与上述旋转轴同心圆状地竖立设置在上述侧板部的外周,该1个以上的内周凸部被以向上述外筒部的内周侧突出的方式与上述侧板部和/或上述外筒部一体地形成,或者被固定于上述侧板部和/或上述外筒部,并被与上述内部旋转构件的上述外周凸部交替地配置;在上述外部旋转构件的上述侧板部或上述外筒部上成形设置(日文:形設)或固定设置有牙盘;在上述外周凸部与前进时的上述外周凸部的旋转方向侧的上述内周凸部之间配设有弹性变形部,在上述内部旋转构件和上述外部旋转构件相对地旋转时,上述弹性变形部被夹在上述外周凸部与上述内周凸部之间并弹性变形。
专利文献6所公开的自行车达成了上述(1)~(5)的目的,但是,本发明人为了使得专利文献6的自行车的使用性进一步提高而反复进行了专心研究,直到完成了本发明。
为了达成上述目的,本发明的第1方案的旋转传递机构如下:
一种旋转传递机构,包括:内部旋转构件,其被旋转轴插通,以及外部旋转构件,其被转动自如地配设于上述内部旋转构件,
上述内部旋转构件包括:圆盘状的内部旋转构件主体,其具有旋转轴插通孔,以及1个或多个外周凸部,其被与上述内部旋转构件主体一体形成或固定设置于上述内部旋转构件主体,并向上述内部旋转构件主体的外周侧突出,
上述外部旋转构件包括:圆环部,其在上述内部旋转构件的上述外周凸部的外侧被转动自如地配设于上述内部旋转构件,以及1个或多个内周凸部,其被以向上述圆环部的内周侧突出的方式与上述圆环部一体形成或固定设置于上述圆环部,并与上述内部旋转构件的上述外周凸部交替地配置,
上述外周凸部具有前进面,该前进面处于沿着前进旋转方向从上述外周凸部的中心偏移的位置,该前进旋转方向是旋转传递机构因前进而进行旋转的方向;
在上述前进面和与上述前进面在上述前进旋转方向上相对的上述内周部之间,配设有弹性变形部;
在上述弹性变形部中,局部地形成有空间;
在上述内部旋转构件和上述外部旋转构件相对地旋转时,上述弹性变形部被夹在上述外周凸部与上述内周凸部之间并弹性变形。
根据该构成,在外周凸部与前进时的该外周凸部的旋转方向侧的内周凸部之间,即,在外周凸部的前进面与上述内周凸部之间,配设有弹性变形部,在该弹性变形部中形成有局部的空间。将通过施加压缩弹性变形部的力从而蓄积在弹性变形部中的压缩(弹性)能量转换成旋转能量,例如利用为自行车等的推进力。通过在该弹性变形部形成局部的空间,从而能够用更小的力来压缩弹性变形部,并且,能够减轻弹性变形部的重量。此外,例如通过用侧板部等夹入弹性变形部,并将弹性变形部设为密封或接近密封的状态,从而即使弹性变形部被压缩,局部的空间内的空气也不会从旋转传递机构内漏掉,该空气自身压缩,能够保持弹性变形部的弹性力。并且,例如通过改变局部的空间的形状或大小,从而能够调整用于将弹性变形部压缩的力。因而,在将该旋转传递机构例如使用于自行车等的情况下,能够格外地减轻对人体的负荷。其结果,能够实现与以往相比使用性优异的自行车等。
在本发明的第1方式的旋转传递机构中,也可以是,上述外部旋转构件包括侧板部、以及盖部,上述弹性变形部被上述侧板部和上述盖部夹入,上述空间为大致密封状态。
根据该构成,弹性变形部被侧板部和盖部夹入,由此,上述空间成为大致密封状态,空间内的空气等气体能够保持恰到好处的弹性力。此外,弹性变形部向侧方的变形,即,弹性变形部在旋转传递机构的轴向上的变形被侧板部和盖部阻止,由此,能够将通过驾驶员蹬踏脚踏而被输入到旋转传递机构的能量的一部分有效率地蓄力在弹性变形部中。
在本发明的第1方案的旋转传递机构中,也可以是,上述外周凸部被以具有比上述前进面的相反侧的反对面平缓的倾斜的方式形成,且在上述前进面与上述内部旋转构件主体的交界部分形成有曲面。
根据该构成,能够减小外周凸部的高度,能够实现旋转传递机构的小型化。此外,由于随着去向外周侧而弹性变形部的压缩距离变大,所以能够蓄积更多的压缩能量。
在本发明的第1方式的旋转传递机构中,也可以是,上述弹性变形部具有:具有空间的主体,以及被设置在上述主体的面上的突起部;上述突起部具有在俯视下从上述空间向上述弹性变形部的径向外侧放射状地扩展的形状。
根据该构成,抑制弹性变形部在弹性变形部的放射方向上畸变,能够在将被输入到旋转传递机构中的能量充分地蓄力的同时维持弹性变形部的平板形状。
在本发明的第1方式的旋转传递机构中,也可以是,在上述弹性变形部中,上述突起部在剖视下具有等腰三角形的形状。
根据该构成,通过采用等腰三角形来作为突起部的截面形状,从而能够降低弹性变形部的模具的制造成本。
在本发明的第1方式的旋转传递机构中,也可以是,上述弹性变形部的上述主体具有上表面及下表面,并在上述上表面及上述下表面的至少一者上设置有上述突起部。
本发明的第2方式的自行车包括上述第2方式的旋转传递机构。
根据本发明的自行车的构成,由于包括取得上述那样的作用效果的旋转传递机构,所以,能够提供与以往相比使用性优异的自行车。
本发明的第3方式的弹性变形体被用于上述第1方式的旋转传递机构,具有:具有空间的主体、以及被设置在上述主体的面上的突起部,上述突起部在俯视下具有从上述空间向上述弹性变形部的径向外侧放射状地扩展的形状。
发明效果
根据本发明,能够提供可实现与以往相比使用性优异的自行车等的旋转传递机构。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的旋转传递机构的表面的俯视图。
图2是表示本发明的实施方式1的旋转传递机构的背面的俯视图。
图3是沿着图1所示的III-III线的剖视图。
图4A是表示构成本发明的实施方式1的旋转传递机构的外部旋转构件的俯视图。
图4B是表示构成本发明的实施方式1的旋转传递机构的内部旋转构件的表面的俯视图。
图4C是表示构成本发明的实施方式1的旋转传递机构的盖部的表面的俯视图。
图5是表示构成本发明的实施方式1的旋转传递机构的内部旋转构件的背面的俯视图。
图6A是表示本发明的实施方式1的旋转传递机构的表面的图,是表示拆卸了盖部的状态的俯视图。
图6B是将图6A的附图标记X所示的部分放大的放大俯视图。
图7是表示将本发明的实施方式1的旋转传递机构使用于自行车的例子的图,是表示旋转传递机构的主要部分的剖视图。
图8是表示本发明的实施方式1的旋转传递机构的表面的图,是表示拆卸了盖部的状态、且弹性变形部被弹性变形(压缩变形)的状态的俯视图。
图9是表示将本发明的实施方式1的旋转传递机构使用于自行车的其它例子的图,是表示旋转传递机构的主要部分的剖视图。
图10A是表示将构成本发明的实施方式1的应用例中的旋转传递机构的盖部拆卸了的状态的图,是表示弹性变形部未弹性变形(压缩变形)的状态的俯视图。
图10B是表示将构成本发明的实施方式1的应用例中的旋转传递结构的盖部拆卸了的状态的图,是表示弹性变形部被弹性变形(压缩变形)的状态的表面的俯视图。
图11是表示本发明的实施方式2的旋转传递机构的表面的俯视图。
图12是表示本发明的实施方式2的旋转传递机构的背面的俯视图。
图13是沿着图11所示的XII-XII线的剖视图。
图14是表示将本发明的实施方式2的旋转传递机构使用于电动辅助自行车的例子的图,是表示旋转传递机构的主要部分的分解剖视图。
图15是表示将本发明的实施方式2的旋转传递机构使用于电动辅助自行车的例子的图,是表示旋转传递机构的主要部分的剖视图。
图16是表示本发明的实施方式3的旋转传递机构的表面的俯视图。
图17是表示本发明的实施方式3的旋转传递机构的背面的俯视图。
图18是沿着图16所示的XVII-XVII线的剖视图。
图19A是表示本发明的实施方式3的旋转传递机构的图,是表示拆卸了盖部的状态的俯视图。
图19B是将图19A的附图标记Y所示的部分放大的放大俯视图。
图20是表示将本发明的实施方式3的旋转传递机构使用于电动辅助自行车的例子的图,是表示旋转传递机构的主要部分的分解剖视图。
图21是表示将本发明的实施方式3的旋转传递机构使用于电动辅助自行车的例子的图,是表示旋转传递机构的主要部分的剖视图。
图22是表示本发明的实施方式3的旋转传递机构的图,是表示拆卸了盖部的状态、且弹性变形部被弹性变形(压缩变形)的状态的俯视图。
图23是表示本发明的实施方式4的旋转传递机构的图,是表示拆卸了盖部的状态的俯视图。
图24是本发明的实施方式4的旋转传递机构的动作说明图。
图25是表示本发明的实施方式4的旋转传递机构的其它构成的图,是表示拆卸了盖部的状态的俯视图。
图26A是表示本发明的实施方式5的弹性变形部的侧视图。
图26B是表示本发明的实施方式5的弹性变形部的俯视图。
附图标记说明
1、1A、12、17、22旋转传递机构,2、14曲柄轴,3、3'、18、23内部旋转构件,3a、18a、23a内部旋转构件主体,3b、3c、18b、18c、23b、23c凸部,3d压入用凹部,3'd、18e花键孔,3e、18d、23d曲柄轴插通孔,3f、18f、23f外周凸部,3g、3h、18g、18h轴承用滚珠,3ff、18ff前进面,3fb、18fb反对面,4、19、24外部旋转构件,4e、4f插通孔,4d、19d、24d内周凸部,4c、19c盖部,4b、19b、24b圆环部,4a、19a、24a侧板部,5、20、25牙盘,6弹性变形部,6a、21a空间,6A、21、26、31弹性变形部,7曲柄保持部,8a、8b滚珠轴承,9a、9b、15a、15b曲柄臂,11压入用凸部,13马达驱动单元,14a花键,27弹性构件,31U上表面,31T突起部,31P顶部,31L下表面,31I倾斜面,31H贯通孔(空间),31BU上区域,31BL下区域,31BC中央区域,31B主体,32内侧倾斜面,33外侧倾斜面,34倾斜侧面,A电磁体,B永磁体
具体实施方式
以下,使用优选的实施方式进一步具体地说明本发明。但是,下述的实施方式只不过是将本发明具现化的例子,本发明不限定于此。
[实施方式1]
(旋转传递机构的构成)
首先,参照图1~图6B说明本发明的实施方式1的旋转传递机构的构成。
图1是表示本发明的实施方式1的旋转传递机构的表面的俯视图。图2是表示该旋转传递机构的背面的俯视图。图3是沿着图1所示的III-III线的剖视图。图4A是表示构成该旋转传递机构的外部旋转构件的俯视图。图4B是表示构成该旋转传递机构的内部旋转构件的表面的俯视图。图4C是表示构成该旋转传递构件的盖部的表面的俯视图。图5是表示构成该旋转传递机构的内部旋转构件的背面的俯视图。图6A是表示该旋转传递机构的图,是表示拆卸了盖部的状态的俯视图。图6B是将图6A的附图标记X所示的部分放大的放大俯视图。
在图3中,附图标记FS表示旋转传递机构的表面,附图标记BS表示旋转传递机构的背面。即,附图标记FS所示的俯视图与图1对应,附图标记BS所示的俯视图与图2对应。
如图1~图6B所示,本实施方式的旋转传递机构1例如包括:供自行车的曲柄轴等旋转轴插通的内部旋转构件3;被转动自如地配设在内部旋转构件3上的外部旋转构件4;以及弹性变形部6(弹性变形体)。
(内部旋转构件)
内部旋转构件3包括:圆盘状的内部旋转构件主体3a;在内部旋转构件主体3a的表面一体形成的圆柱状的凸部3b;在内部旋转构件主体3a的背面一体形成的圆柱状的凸部3c;被形成在凸部3b上的压入用凹部3d;以及贯通凸部3c和内部旋转构件主体3a并到达压入用凹部3d的四边筒状的曲柄轴插通孔3e。
如图3所示,从内部旋转构件主体3a的表面突出的凸部3b的高度(曲柄轴方向上的从内部旋转构件主体3a的表面到凸部3b的端面的距离)比后述的盖部4c的厚度大。
此外,从内部旋转构件主体3a的背面突出的凸部3c的高度(曲柄轴方向上的从内部旋转构件主体3a的背面到凸部3c的端面的距离)比后述的侧板部4a的厚度大。
压入用凹部3d如图4B所示具有大致长圆状的形状,如图3所示,具有与凸部3b的高度大致对应的深度。
此外,内部旋转构件3包括与内部旋转构件主体3a一体形成并从内部旋转构件主体3a的外周向外侧突出的5个外周凸部3f。在该外周凸部3f的表面和背面分别以能够旋转的方式保持有轴承用滚珠3g、3h。在内部旋转构件3的径向(以曲柄轴为中心的离心方向)上,滚珠3g、3h相对于外周凸部3f的突出量(长度)处于45~65%的位置,优选处于58~62%的位置。换言之,在内部旋转构件3的径向上,当设从内部旋转构件主体3a的外周面到外周凸部3f的外端的距离为100%时,在距内部旋转构件主体3a的外周面45~65%的位置,优选在58~62%的位置,设置有滚珠3g、3h。
如图6B所示,多个外周凸部3f分别具有前进面3ff、以及位于前进面3ff的相反侧的反对面3fb。换言之,前进面3ff位于,内部旋转构件3的径向上从外周凸部3f的中心线CL沿着旋转方向RDa(前进旋转方向,自行车前进时的旋转传递机构1的旋转方向)偏移的位置,即,图6B中的外周凸部3f的右侧的位置。另一方面,反对面3fb位于,内部旋转构件3的径向上从外周凸部3f的中心线CL沿着旋转方向RDa的反方向偏移的位置,即,图6B中的外周凸部3f的左侧的位置。
(外部旋转构件)
外部旋转构件4包括侧板部4a、圆环部4b、以及盖部4c。侧板部4a位于内部旋转构件3的外周凸部3f的侧部,相对于内部旋转构件3的凸部3c转动自如。在侧板部4a上,形成有插通孔4e,在该插通孔4e中,插设凸部3c。圆环部4b在内部旋转构件3的外周凸部3f的外侧被螺钉止动固定在侧板部4a的外周。盖部4c以与侧板部4a相对配置的状态相对于凸部3b转动自如。在盖部4c上,形成有插通孔4f,在该插通孔4f中插设凸部3b。盖部4c被螺钉止动固定于圆环部4b。
另外,内部旋转构件3的被保持在外周凸部3f的表面和背面上的轴承用滚珠3g、3h分别一边在盖部4c、侧板部4a上滚动一边旋转。由此,能够使内部旋转构件3流畅地旋转。
此外,外部旋转构件4包括5个内周凸部4d。内周凸部4d被以向圆环部4b的内周侧突出的方式与圆环部4b一体形成,并与内部旋转构件3的外周凸部3f交替地配置。具体而言,多个内周凸部4d和多个外周凸部3f被配置为:在旋转传递机构1的旋转方向上,在相互相邻的内周凸部4d之间配置有1个外周凸部3f,且在相互相邻的外周凸部3f之间配置有1个内周凸部4d。
并且,在外部旋转构件4的圆环部4b的背面侧的外周部固定设置有牙盘5。
(弹性变形部)
如图3所示,弹性变形部6由合成橡胶等弹性构件构成,能够弹性变形。弹性变形部6被盖部4c和侧板部4a夹持,被圆环部4b围绕。如后所述,各个弹性变形部6被夹在外周凸部3f的前进面3ff、和与前进面3ff在旋转方向RDa上相对的内周凸部4d之间。另外,图6A及图8所示的弹性变形部6的个数为5个,但是,弹性变形部6的个数不受限定。弹性变形部6一边弹性变形一边从外部旋转构件4向内部旋转构件3传递旋转力。此外,弹性变形部6将在弹性变形部6中蓄力的能量作为旋转力传递给内部旋转构件3。
旋转传递机构1被以如下这样的顺序组装。即,首先,如图2、图3所示,从圆环部4b的背面侧将侧板部4a螺钉止动固定在该圆环部4b上。接下来,如图3、图4A~图4C、图6A所示,将位于内部旋转构件3的背面侧的凸部3c从侧板部4a的表面侧FS向背面侧BS插通到该侧板部4a的插通孔4e中。由此,将内部旋转构件3配置在圆环部4b内。接下来,如图1、图3、图4A~图4C所示,将位于内部旋转构件3的表面侧的凸部3b插通到盖部4c的插通孔4f中,将该盖部4c螺钉止动固定在圆环部4b的表面。
(弹性变形部与外周凸部及内周凸部的接触构造)
如图6A及图6B所示,在外周凸部3f的前进面3ff与内周凸部4d之间配设有弹性变形部6。换言之,在外周凸部3f与相对于该外周凸部3f处于自行车前进时(旋转传递机构1沿着旋转方向RDa旋转时)的旋转方向前方的位置的内周凸部4d之间,配设有弹性变形部6。使得在内部旋转构件3与外部旋转构件4相对地旋转时,弹性变形部6被夹在外周凸部3f与内周凸部4d之间并弹性变形(压缩变形)。在此,弹性变形部6向侧方的变形,即,图3中的旋转传递机构1的轴向上的弹性变形部6的变形被侧板部4a和盖部4c阻止,由此,能够将通过驾驶员蹬踏脚踏而输入到旋转传递机构1中的能量的一部分有效率地蓄力在弹性变形部6中。
如图6B所示,在本实施方式的旋转传递机构1中,外周凸部3f的朝向旋转方向的面(前进面3ff)的面积比朝向旋转方向反方向的面(反对面3fb,处于从中心线CL沿着旋转方向RDa的反方向偏移的位置的面)的面积大10~15%程度,优选大12~13%程度。因此,以比以往更大的面积(范围)使被配设在外周凸部3f与相对于该外周凸部3f处于自行车前进时旋转方向前方的位置的内周凸部4d之间(前进面3ff与内周凸部4d之间)的弹性变形部6压缩变形,能够将压缩(弹性)能量高效率地蓄积在弹性变形部6中。该压缩(弹性)能量被转换成旋转能量,作为自行车等的推进力使用。
更具体而言,外周凸部3f被以前进面3ff(朝向旋转方向的面)具有比反对面3fb(朝向旋转方向反方向的面)平缓的倾斜的方式形成。并且,在前进面3ff(朝向旋转方向的面)与内部旋转构件主体3a的交界部分形成有将前进面3ff和内部旋转构件主体3a的外周面连续地连接的曲面。通过采用这样的形状,将外周凸部3f的前进面3ff(朝向旋转方向的面)的面积加大,由此,能够将外周凸部3f的高度(从内部旋转构件主体3a的外周面到外周凸部3b的外端的距离)减小,能够实现旋转传递机构1的小型化。此外,由于压缩弹性变形部6的外周凸部3f(前进面3ff)的长度随着从内部旋转构件主体3a的外周面去向外周凸部3f的外端而变大,所以能够蓄积更多的压缩能量。
此外,由于通过调整圆环部4b的厚度,能够调整旋转传递机构1的旋转时的离心力,所以,能够调整旋转的惯性力。
内周凸部4d中的与外周凸部3f的前进面3ff(朝向旋转方向的面)相对的面被形成为凹陷的状态。因此,由于能够增加被配设在外周凸部3f与相对于该外周凸部3f处于自行车前进时旋转方向前方的位置的内周凸部4d之间(前进面3ff与内周凸部4d之间)的弹性变形部6的量。因而,能够将足够作为推进力来使用的量的压缩(弹性)能量蓄积在弹性变形部6中。由该凹陷形成的凹陷内侧空间的体积优选相对于弹性变形部6的体积为2~5%。原因在于,当该凹陷过大时,弹性变形部6的压缩会变得不充分。
(旋转传递机构的使用例)
接下来,还参照图7、图8说明本实施方式的旋转传递机构1的使用例。
图7是表示将本发明的实施方式1的旋转传递机构使用在自行车中的例子的图,是表示旋转传递机构的主要部分的剖视图,图8是表示该旋转传递机构的图,是表示拆卸了盖部4c的状态且弹性变形部被弹性变形(压缩变形)的状态的俯视图。
如图7所示,作为旋转轴的自行车的曲柄轴2借助左右的滚珠轴承8a、8b被转动自如地保持于与自行车的车架一体的曲柄轴保持部7。曲柄轴2的右侧端部被插通并固定在内部旋转构件3的曲柄轴插通孔3e中(参照图3),由此,旋转传递机构1被安装在曲柄轴2上。此外,在曲柄轴2的左右两端,以相互具有180度的相位差的方式固定有曲柄臂9a、9b。在图7中,参照附图标记10是用于将曲柄臂9a、9b固定在曲柄轴2上的曲柄臂固定构件。曲柄轴2与内部旋转构件3的曲柄轴插通孔3e的四边筒嵌合,两者一体地旋转。
在曲柄臂9a、9b的端部配设有转动自如的脚踏(未图示)。
参照图6A~图8说明以上那样被安装在自行车的曲柄轴2上的旋转传递机构1的动作。
在图7中,当驾驶员蹬踏被配设在曲柄臂9a、9b的端部的脚踏(未图示)时,被突设在内部旋转构件主体3a的外周的外周凸部3f与曲柄轴2一起沿图6A、图8所示的箭头RDa的方向旋转。
而且,当曲柄轴2旋转而外周凸部3f向内周凸部4d接近时,弹性变形部6因被夹在外周凸部3f(前进面3ff)与内周凸部4d之间而被压缩,输入能量的一部分被蓄积在弹性变形部6中。
在曲柄轴2的旋转的初期(图6A→图8)弹性变形部6弹性变形,但是,在弹性变形部6变形后,曲柄轴2的旋转力从外周凸部3f传递到内周凸部4d,从曲柄轴2到牙盘5大致一体地旋转。旋转力经由被张紧设置在牙盘5上的车链(未图示)可靠地传递到被设置在自行车的后轮侧的链轮。
已弹性变形(压缩变形)的弹性变形部6在从脚踏向旋转传递机构1的能量输入中断或减弱时复原,作为复原能量按压内周凸部4d,使外部旋转构件4及牙盘5向行进方向旋转。即,弹性变形部6的压缩(弹性)能量被转换成旋转能量,作为自行车的推进力来使用。
另外,在本实施方式中,以曲柄臂9a、9b仅被固定在曲柄轴2的左右两端的情况为例进行了说明,但是,本发明不一定限定于这样的构成。例如,也可以如图9所示,在曲柄臂9b的与旋转传递机构1相对的面上设置有压入用凸部11,将该压入用凸部11压入到内部旋转构件3的压入用凹部3d,并将曲柄臂9b固定在曲柄轴2的右端。根据该构成,由于能够将曲柄臂9b和内部旋转构件3完全地一体化,所以,能够将脚踏的蹬踏动作可靠地转换成内部旋转构件3的外周凸部3f的旋转动作。
此外,在本实施方式中,以将外周凸部3f和内周凸部4d各设置有5个的情况为例进行了说明,但是,本发明不一定限定于这样的构成。外周凸部3f的数量和内周凸部4d的数量分别为1个或多个即可,但是,为了将弹性变形部6所蓄积的力在圆周方向上传递,优选外周凸部3f的数量和内周凸部4d的数量为4个以上。此外,为了充分确保弹性变形部6的体积,优选外周凸部3f和内周凸部4d的数量为8个以下。
此外,在本实施方式中,以外周凸部3f被与内部旋转构件主体3a一体形成的情况为例进行了说明,但是,本发明不一定限定于这样的构成。外周凸部也可以被固定设置于内部旋转构件主体。
此外,在本实施方式中,以内周凸部4d被与圆环部4b一体形成的情况为例进行了说明,但是,本发明不一定限定于这样的构成。内周凸部也可以被固定设置于圆环部。
此外,在本实施方式中,以弹性变形部6为合成橡胶制的情况为例进行了说明,但是,本发明不一定限定于这样的构成。
弹性变形部只要能够在内部旋转构件3和外部旋转构件4相对地旋转时弹性变形(压缩变形),并在变形后在内部旋转构件3与外部旋转构件4之间传递旋转即可,弹性变形部的形状、大小、变形量、弹性模量等能够根据使用者的爱好来适当选择。作为弹性变形部,除了合成橡胶之外,例如还能够使用被封入在外周凸部3f与内周凸部4d之间的气体等。
[实施方式1的应用例]
在弹性变形部中也可以局部地形成有空间。
图10A及图10B是表示将构成本发明的实施方式1的应用例的旋转传递机构的盖部拆卸了的状态的俯视图。图10A是表示弹性变形部未被弹性变形(压缩变形)的状态的俯视图。图10B是表示弹性变形部被弹性变形(压缩变形)的状态的俯视图。
图10A及图10B所示的实施方式1的应用例的旋转传递机构1A在弹性变形部的构成这一点,与上述实施方式1的旋转传递机构1(参照图6A、图6B、图8等)不同。因此,对于与上述实施方式1的旋转传递机构1的构成构件相同的构成构件,标注相同的参照附图标记,并省略其说明。
在旋转传递机构1A的弹性变形部6A(弹性变形体)中局部地形成有空间6a。
在图10A所示的例子中,空间6a是在弹性变形部6A的大致中央沿与曲柄轴2相同的方向延伸的贯通孔。空间6a的大小也可以根据期望的使弹性变形部6A弹性变形(压缩变形)的力(使旋转传递机构1A旋转时的负荷)来调整。例如,空间6a的面积(从曲柄轴2的延伸方向观察)相对于弹性变形部6A的面积设为20%以上且5平方厘米以下。不存在空间6a的情况下的弹性变形部6A在压缩时整体被压缩,但是,通过空间6a的存在,在压缩时弹性变形部6A会局部地承受应力。因而,若在弹性变形部6A的面积中占据的空间的大小较大,则轻量化的优点增大,但是,相反,若该空间过大,则上述应力所导致的变形变得过大,可能成为弹性变形部6A劣化的原因。此外,若弹性变形部6A的截面积过大,则变得在压缩时无法在内部关入空气。在将该旋转传递机构1应用于自行车的情况下,根据蹬车时的通常的转速,如果将空气关入0.1秒左右就足够,因此,开口面积设为5平方厘米以下,优选设为3平方厘米以下即可。并且,也可以在空间6a的内部插入弹性模量与弹性变形部6A不同的构件。
另外,空间6a不限于贯通孔,也可以是将弹性变形部6A局部地切除而成的孔等或凹部形状。在该情况下,在被压缩时容易在内部关入空气,容易将空气本身作为进行弹性变形的介质而发挥功能。
此外,空间6a也可以形成为从曲柄轴2的延伸方向观察为椭圆形、圆形、多边形状等任意的形状。即,如果从曲柄轴2的延伸方向来看为正圆,则弹性变形部6A被从哪个方向压缩都会均匀地变形,因此是最优的,但是,也可以是椭圆或多边形状等。在该情况下,优选外周凸部3f和内周凸部4d具有平行于与弹性变形部接触的面的部分。在该情况下,能够设为与弹性变形部6A的整体形状匹配的空间形状,且将压缩力均匀地施加于弹性变形部6A。此外,空间6a的数量不限于1个,也可是多个。
从图10A所示的状态起,曲柄轴2旋转(旋转方向RDa),外周凸部3f向内周凸部4d接近,弹性变形部6被夹在外周凸部3f与内周凸部4d之间从而被压缩时,空间6a被压塌,成为图10B所示的状态。
根据这样的实施方式1的应用例中的旋转传递机构1A,在被配设在外周凸部3f与相对于该外周凸部3f处于自行车前进时旋转方向前方的位置的内周凸部4d之间(前进面3ff与内周凸部4d之间)的弹性变形部6A中形成了局部的空间6a。将通过施加压缩弹性变形部6A的力而蓄积在弹性变形部6A中的压缩(弹性)能量转换成旋转能量,例如作为自行车等的推进力来使用。通过在该弹性变形部6A中形成局部的空间6a,从而能够用更小的力压缩弹性变形部,并且能够减轻弹性变形部6A的重量。此外,例如通过用侧板部4a、盖部4c等将旋转传递机构1A的轴向上的弹性变形部6A的两端夹入,使弹性变形部6A成为密封或接近密封的状态,从而即使弹性变形部6A被压缩,局部的空间6a内的空气也不会从旋转传递机构1A的内部向外侧漏掉,该空气自身压缩,能够保持弹性变形部6A的弹性力。并且,例如通过改变局部的空间6a的形状或大小,从而能够调整用于将弹性变形部6A压缩的力。因而,在将该旋转传递机构1A例如使用于自行车等的情况下,能够格外地减轻对人体的负荷。其结果,能够实现与以往相比使用性优异的自行车等。
此外,在本实施方式或应用例中,以被使用于自行车的旋转传递机构1为例进行了说明,但是,本发明的实施方式的旋转传递机构不一定限定于上述的用途。本发明的实施方式的旋转传递机构能够利用于具有车轮的所有机构,例如不仅能够用于土木工程用独轮车、轮椅、人力车、两轮拖车等具有车轮的机构,还能够用于机器人、发电机等,能够得到同样的作用效果。
[实施方式2]
(旋转传递机构的构成)
接下来,参照图11~图13说明本发明的实施方式2的旋转传递机构的构成。
图11是表示本发明的实施方式2的旋转传递机构的表面的俯视图,图12是表示该旋转传递机构的背面的俯视图,图13是沿着图11所示的XII-XII线的剖视图。
在图13中,附图标记FS表示旋转传递机构的表面,附图标记BS表示旋转传递机构的背面。即,附图标记FS所示的俯视图与图11对应,附图标记BS所示的俯视图与图12对应。
图11~图13所示的本实施方式的旋转传递机构12在内部旋转构件的构成这一点,与上述实施方式1的旋转传递机构1(参照图1~图3等)不同。因此,对于与上述实施方式1的旋转传递机构1的构成构件相同的构成构件,标注相同的参照附图标记,省略其说明。
如图11~图13所示,本实施方式的旋转传递机构12的内部旋转构件3’包括:圆盘状的内部旋转构件主体3a;在内部旋转构件主体3a的表面上一体形成的圆柱状的凸部3b;在内部旋转构件主体3a的背面上一体形成的圆柱状的凸部3c;以及贯通凸部3b和内部旋转构件主体3a和凸部3c地形成的花键孔3'd。
此外,内部旋转构件3'包括5个外周凸部3f,该5个外周凸部3f被与内部旋转构件主体3a一体形成并从内部旋转构件主体3a的外周向外侧突出。在该外周凸部3f的表面和背面分别以能够旋转的方式保持有轴承用滚珠3g、3h(参照图4A~图5)。
(旋转传递机构的使用例)
接下来,还参照图14、图15说明本实施方式的旋转传递机构12的使用例。
图14是表示将本发明的实施方式2的旋转传递机构使用于电动辅助自行车的例子的图,是表示旋转传递机构的主要部分的分解剖视图。图15是表示将该旋转传递机构使用于电动辅助自行车的例子的图,是表示旋转传递机构的主要部分的剖视图。
本实施方式的旋转传递机构12被安装在电动辅助自行车的曲柄轴上而使用。
如图14、图15所示,在电动辅助自行车的马达驱动单元13中转动自如地保持有作为旋转轴的曲柄轴14,该旋转轴贯通于马达驱动单元13的左右部分。在曲柄轴14的右侧端部,与曲柄轴14同心状地固定有与内部旋转构件3'的花键孔3'd嵌合的花键14a。通过将该花键14a插通于内部旋转构件3'的花键孔3'd,从而在曲柄轴14的右侧端部安装了旋转传递机构12。此外,在曲柄轴14的左右两端,相互具有180度的相位差地固定有曲柄臂15a、15b。在图14、图15中,参照附图标记16是用于在曲柄轴14上固定曲柄臂15a、15b的曲柄臂固定构件。
在曲柄臂15a、15b的端部,配设有转动自如的脚踏(未图示)。
在马达驱动单元13内,在接近曲柄轴14的位置配设有力矩传感器,能够利用该力矩传感器检测从脚踏输入到马达驱动单元13中的踏力所带来的人力驱动力。而且,能够根据力矩传感器的检测结果来驱动马达,并辅助曲柄轴14的旋转(辅助驱动力)。
以上这样安装在电动辅助自行车的曲柄轴14上的旋转传递机构12的动作与上述实施方式1的情况大致相同。但是,与上述实施方式1的情况不同,从脚踏输入到马达驱动单元13的踏力所带来的人力驱动力被力矩传感器检测,并加入与人力驱动力对应的马达的辅助驱动力(辅助力)。由此,即使是急坡道,也能够轻松地行驶。而且,通过这样将本发明的实施方式的旋转传递机构安装在电动辅助自行车的曲柄轴上来使用,能够格外地减轻驾驶员的疲劳。
[实施方式3]
(旋转传递机构的构成)
接下来,参照图16~图19B说明本发明的实施方式3的旋转传递机构的构成。
图16是表示本发明的实施方式3的旋转传递机构的表面的俯视图,图17是表示该旋转传递机构的背面的俯视图,图18是沿着图16所示的XVII-XVII线的剖视图,图19A是表示该旋转传递机构的图,是表示拆卸了盖部的状态的俯视图,图19B是将图19A的附图标记Y所示的部分放大的放大俯视图。
在图18中,附图标记FS表示旋转传递机构的表面,附图标记BS表示旋转传递机构的背面。即,附图标记FS所示的俯视图与图16对应,附图标记BS所示的俯视图与图17对应。
如图16~图19B所示,本实施方式的旋转传递机构17例如包括:内部旋转构件18,其供电动辅助自行车的曲柄轴等旋转轴插通;外部旋转构件19,其被转动自如地配设于内部旋转构件18;以及弹性变形部21(弹性变形体)。
(内部旋转构件)
内部旋转构件18包括:圆盘状的内部旋转构件主体18a;圆筒状的凸部18b,其在内部旋转构件主体18a的表面的外周一体形成;圆筒状的凸部18c,其在内部旋转构件主体18a的背面的外周一体形成;以及曲柄轴插通孔18d,其被贯通内部旋转构件主体18a地形成。在此,曲柄轴插通孔18d的背面侧为花键孔18e。
此外,内部旋转构件18包括6个外周凸部18f,该6个外周凸部18f与内部旋转构件主体18a一体形成并从内部旋转构件主体18a的外周向外侧突出。在该外周凸部18f的表面和背面分别以能够旋转的方式保持有轴承用滚珠18g、18h。在内部旋转构件18的径向(以曲柄轴为中心的离心方向)上,滚珠18g、18h相对于外周凸部18f的突出量(长度)处于45~65%的位置,优选处于58~62%的位置。换言之,在内部旋转构件18的径向上,当设从内部旋转构件主体18a的外周面到外周凸部18f的外端的距离为100%时,在距内部旋转构件主体18a的外周面45~65%的位置,优选在58~62%的位置,设置有滚珠18g、18h。
如图19B所示,多个外周凸部18f分别具有前进面18ff、以及位于前进面18ff的相反侧的反对面18fb。换言之,前进面18ff位于从内部旋转构件18的径向上的外周凸部18f的中心线CL沿旋转方向RDa(前进旋转方向,自行车前进时的旋转传递机构17的旋转方向)偏移的位置,即,图19B中的外周凸部18f的右侧的位置。另一方面,反对面18fb位于从内部旋转构件18的径向上的外周凸部18f的中心线CL沿旋转方向RDa的反方向偏移的位置,即,图19B中的外周凸部18f的左侧的位置。
(外部旋转构件)
外部旋转构件19包括侧板部19a、圆环部19b、以及盖部19c。侧板部19a位于内部旋转构件18的外周凸部18f的侧部,相对于内部旋转构件18的凸部18c转动自如。在侧板部19a上插设有凸部18c。圆环部19b在内部旋转构件18的外周凸部18f的外侧被螺钉止动固定在侧板部19a的外周。盖部19c在与侧板部19a相对配置的状态下相对于凸部18b转动自如。在盖部19c上插设有凸部18b。另外,在被保持在外周凸部18f的表面和背面上的轴承用滚珠18g、18h分别在盖部19c、侧板部19a上滚动的同时,内部旋转构件18旋转。由此,能够使内部旋转构件18流畅旋转。
此外,外部旋转构件19包括6个内周凸部19d。内周凸部19d被以向圆环部19b的内周侧突出的方式与圆环部19b一体形成,并被与内部旋转构件18的外周凸部18f交替地配置。具体而言,多个内周凸部19d和多个外周凸部18f被配置为:在旋转传递机构17的旋转方向上,在相互相邻的内周凸部19d之间配置有1个外周凸部18f,且在相互相邻的外周凸部18f之间配置有1个内周凸部19d。
侧板部19a和盖部19c被螺钉止动固定于内周凸部19d。
并且,在外部旋转构件19的圆环部19b的背面侧的外周部固定设置有牙盘20。
(弹性变形部)
如图18所示,弹性变形部21由合成橡胶等弹性构件构成,能够弹性变形。弹性变形部21被盖部19c和侧板部19a夹持,被圆环部19b围绕。各个弹性变形部21被夹在外周凸部18f的前进面18ff、和与前进面18ff在旋转方向RDa上相对的内周凸部19d之间。另外,图19A及图22所示的弹性变形部21的个数为6个,但是,弹性变形部21的个数不受限定。弹性变形部21一边弹性变形一边从外部旋转构件19向内部旋转构件18传递旋转力。此外,弹性变形部21将在弹性变形部21中蓄力的能量作为旋转力传递给内部旋转构件18。
并且,如图19A所示,在各个弹性变形部21中,局部地形成有空间21a。该空间21a与上述的空间6a对应。当弹性变形部21通过被夹在外周凸部18f与内周凸部19d之间而被压缩时,空间21a压塌。包括空间21a的弹性变形部21能得到与空间6a同样的作用效果。
(弹性变形部与外周凸部及内周凸部的接触构造)
如图19A及图19B所示,在外周凸部18f的前进面18ff与内周凸部19d之间,配设有弹性变形部21。换言之,在外周凸部18f与相对于该外周凸部18f处于自行车前进时(旋转传递机构17沿着旋转方向RDb旋转时)的旋转方向前方的位置的内周凸部19d之间,配设有弹性变形部21。在内部旋转构件18和外部旋转构件19相对地旋转时,弹性变形部21被夹在外周凸部18f与内周凸部19d之间并弹性变形(压缩变形)。在此,弹性变形部21向侧方的变形,即,弹性变形部21在图18中的旋转传递机构17的轴向上的变形被侧板部19a和盖部19c阻止,由此,能够将通过驾驶员蹬踏脚踏而输入到旋转传递机构17的能量的一部分有效率地蓄力在弹性变形部21中。也可以在该弹性变形部21上设置上述的空间6a。
如图19B所示,在本实施方式的旋转传递机构17中,外周凸部18f的朝向旋转方向的面(前进面18ff)的面积与朝向旋转方向反方向的面(反对面18fb,处于从中心线CL沿着旋转方向RDa反方向偏移的位置的面)相比大10~15%左右,优选大12~13%左右。因此,能够使被配设在外周凸部18f与相对于该外周凸部18f处于自行车前进时的旋转方向前方的位置的内周凸部19d之间(前几面18ff与内周凸部19d之间)的弹性变形部21以比以往更大的面积(范围)压缩变形,能够将压缩(弹性)能量高效率地蓄积在弹性变形部21中。该压缩(弹性)能量被转换成旋转能量,作为电动辅助自行车等的推进力来使用。
更具体而言,外周凸部18f被以前进面18ff(朝向旋转方向的面)具有比反对面18fb(朝向旋转方向反方向的面)平缓的倾斜的方式形成。并且,在前进面18ff(朝向旋转方向的面)与内部旋转构件主体18a的交界部分形成有曲面。通过采用这样的形状,使外周凸部18f的前进面18ff(朝向旋转方向的面)的面积增大,由此,能够将外周凸部18f的高度(从内部旋转构件主体18a的外周面到外周凸部18f的外端的距离)减小,能够实现旋转传递机构17的小型化。此外,由于压缩弹性变形部21的外周凸部18f(前进面18ff)的长度随着从内部旋转构件主体18a的外周面趋向外周凸部18f的外端而变大,所以能够蓄积更多的压缩能量。
内周凸部19d中的与外周凸部18f的前进面18ff(朝向旋转方向的面)相对的面被形成为凹陷的状态。因此,能够增加被配设在外周凸部18f与相对于该外周凸部18f处于自行车前进时的旋转方向前方的位置的内周凸部19d之间(前进面18ff与内周凸部19d之间)的弹性变形部21的量。因而,能够将足够作为推进力来使用的量的压缩(弹性)能量蓄积在弹性变形部21中。由该凹陷形成的凹陷的内侧空间的体积优选相对于弹性变形部21的体积为2~5%。原因在于,当该凹陷过大时,弹性变形部21的压缩会变得不充分。
(旋转传递机构的使用例)
接下来,还参照图20~图22说明本实施方式的旋转传递机构17的使用例。
图20是表示将本发明的实施方式3的旋转传递机构使用于电动辅助自行车的例子的图,是表示旋转传递机构的主要部分的分解剖视图。图21是表示将该旋转传递机构使用于电动辅助自行车的例子的图,是表示旋转传递机构的主要部分的剖视图。图22是表示该旋转传递机构的图,是表示拆卸了盖部19c的状态且弹性变形部被弹性变形(压缩变形)的状态的俯视图。
本实施方式的旋转传递机构17被安装在电动辅助自行车的曲柄轴上而使用。
如图20、图21所示,在电动辅助自行车的马达驱动单元13中,转动自如地保持有作为旋转轴的曲柄轴14,该旋转轴贯通于马达驱动单元13的左右部分。在曲柄轴14的右侧端部,与曲柄轴14同心状地固定有与内部旋转构件18的花键孔18e嵌合的花键14a。通过将该花键14a插通在内部旋转构件18的花键孔18e中,从而在曲柄轴14的右侧端部安装旋转传递机构17。此外,在曲柄轴14的左右两端,相互具有180度的相位差地固定有曲柄臂15a、15b。在图20、图21中,参照附图标记16是用于将曲柄臂15a、15b固定在曲柄轴14上的曲柄臂固定构件。
在曲柄臂15a、15b的端部配设有转动自如的脚踏(未图示)。
在马达驱动单元13内,在接近曲柄轴14的位置配设有力矩传感器,能够利用该力矩传感器检测从脚踏输入到马达驱动单元13中的踏力所带来的人力驱动力。而且,能够根据力矩传感器的检测结果来驱动马达,并辅助曲柄轴14的旋转(辅助驱动力)。
参照图19A~图22说明以上那样被安装在电动辅助自行车的曲柄轴14上的旋转传递机构17的动作。
在图21中,当驾驶员蹬踏被配设在曲柄臂15a、15b的端部的脚踏(未图示)时,被突设在内部旋转构件主体18a的外周的外周凸部18f与曲柄轴14一起沿图19A、图22的箭头RDb的方向旋转。
而且,当曲柄轴14旋转而外周凸部18f向内周凸部19d接近时,弹性变形部21因被夹在外周凸部18f(前进面18ff)与内周凸部19d之间而被压缩,输入能量的一部分被蓄积在弹性变形部21中。
在曲柄轴14的旋转的初期(图19A→图22),弹性变形部21弹性变形,但是,在弹性变形部21变形后,曲柄轴14的旋转力从外周凸部18f传递到内周凸部19d,从曲柄轴14到牙盘20大致一体地旋转。旋转力经由被张紧设置在牙盘20上的车链(未图示)可靠地传递到被设置在自行车的后轮侧的链轮。
已弹性变形(压缩变形)的弹性变形部21在从脚踏向旋转传递机构17的能量输入中断或减弱时复原,作为复原能量按压内周凸部19d,使外部旋转构件19及牙盘20向行进方向旋转。即,弹性变形部21的压缩(弹性)能量被转换成旋转能量,被作为电动辅助自行车的推进力来使用。
此外,从脚踏输入到马达驱动单元13的踏力所带来的人力驱动力被力矩传感器检测,被加上与人力驱动力对应的马达的辅助驱动力(辅助力)。由此,即使是急坡道,也能够轻松地行驶。
通过如以上那样将本发明的实施方式的旋转传递机构安装在电动辅助自行车的曲柄轴上来使用,能够格外地减轻驾驶员的疲劳。
另外,在本实施方式中,以将外周凸部18f和内周凸部19d各设置有6个的情况为例进行了说明,但是,本发明不一定限定于这样的构成。外周凸部18f的数量和内周凸部19d的数量分别为1个或多个即可,但是,为了将弹性变形部21所蓄积的力在圆周方向上传递,优选外周凸部18f的数量和内周凸部19d的数量为4个以上。此外,为了充分确保弹性变形部21的体积,优选外周凸部18f和内周凸部19d的数量为8个以下。
此外,在本实施方式中,以外周凸部18f被一体形成于内部旋转构件主体18a的情况为例进行了说明,但是,本发明不一定限定于这样的构成。外周凸部也可以被固定设置于内部旋转构件主体。
此外,在本实施方式中,以内周凸部19d被一体形成于圆环部19b的情况为例进行了说明,但是,本发明不一定限定于这样的构成。内周凸部也可以被固定设置于圆环部。
此外,在本实施方式中,以弹性变形部是合成橡胶制的弹性变形部21的情况为例进行了说明,但是,本发明不一定限定于这样的构成。
弹性变形部只要能够在内部旋转构件18和外部旋转构件19相对地旋转时弹性变形(压缩变形),并在变形后在内部旋转构件18与外部旋转构件19之间传递旋转即可,弹性变形部的变形量、弹性模量等能够根据使用者的爱好而适当地选择。作为弹性变形部,除了合成橡胶之外,例如还能够使用被封入在外周凸部18f与内周凸部19d之间的气体等。
此外,在本实施方式中,以被使用于电动辅助自行车的旋转传递机构17为例进行了说明,但是,本发明的实施方式的旋转传递机构不一定限定于上述的用途。本发明的实施方式的旋转传递机构还能够用于具有车轮的机构,例如通常的自行车、土木工程用独轮车、轮椅、人力车、两轮拖车等,能够得到同样的作用效果。
[实施方式4]
(旋转传递机构的构成)
接下来,参照图23说明本发明的实施方式4的旋转传递机构的构成。
图23是表示本发明的实施方式4的旋转传递机构的图,是表示拆卸了盖部的状态的俯视图。
如图23所示,本实施方式的旋转传递机构22例如包括:内部旋转构件23,其供自行车的曲柄轴等的旋转轴插通;以及外部旋转构件24,其被转动自如地配设于内部旋转构件23。本实施方式的旋转传递机构22除了自行车以外还能够使用于具有车轮的机构、及机器人(关节部分等)。
内部旋转构件23包括:圆盘状的内部旋转构件主体23a;圆柱状的凸部23b,被一体形成在内部旋转构件主体23a的表面的外周;圆柱状的凸部23c(未图示凸部23c),其被一体形成在内部旋转构件主体23a的背面的外周;以及曲柄轴插通孔23d,其被贯通内部旋转构件主体23a地形成。
此外,内部旋转构件23包括5个外周凸部23f,该5个外周凸部23f被与内部旋转构件主体23a一体形成并从内部旋转构件主体23a的外周向外侧突出。在该外周凸部23f的表面和背面分别以能够旋转的方式保持有轴承用滚珠(未图示)。
外周凸部23f与上述的外周凸部同样,具有前进面和反对面。
具体而言,外周凸部23f被以前进面(朝向旋转方向的面)具有比反对面(朝向旋转方向反方向的面)平缓的倾斜的方式形成。并且,在前进面(朝向旋转方向的面)与内部旋转构件主体23a的交界部分形成有曲面。
外部旋转构件24包括侧板部24a、圆环部24b、以及盖部(未图示)。侧板部24a位于内部旋转构件23的外周凸部23f的侧部,相对于内部旋转构件23的凸部23c转动自如。在侧板部24a上插设有凸部23c。圆环部24b在内部旋转构件23的外周凸部23f的外侧被螺钉止动固定于侧板部24a的外周。盖部在与侧板部24a相对配置的状态下相对于凸部23b转动自如。在盖部上插设有凸部23b。
另外,在被保持在外周凸部23f的表面和背面的轴承用滚珠分别在盖部、侧板部24a上滚动的同时,内部旋转构件23旋转。由此,能够流畅地使内部旋转构件23旋转。
此外,外部旋转构件24包括5个内周凸部24d。内周凸部24d被以向圆环部24b的内周侧突出的方式与圆环部24b一体形成并与内部旋转构件23的外周凸部23f交替地配置。具体而言,多个内周凸部24d和多个外周凸部23f被配置为:在旋转传递机构22的旋转方向上,在相互相邻的内周凸部24d之间配置有1个外周凸部23f,且在相互相邻的外周凸部23f之间配置有1个内周凸部24d。
侧板部24a和盖部被螺钉止动固定于内周凸部24d。
并且,在外部旋转构件24的圆环部24b的背面侧的外周部固定设置有牙盘25。
在外周凸部23f安装有电磁体A,在相对于该外周凸部23f处于自行车前进时的旋转方向前方的位置的内周凸部24d安装有永磁体B。
永磁体B被以与电磁体A相对的部分的磁极为S极的方式安装于内周凸部24d。
电磁体A被设为能够使与永磁体B相对的部分的极性切换为N极或S极。磁极的切换例如可以通过改变在电磁体A中流动的电流的方向而实现。此外,磁极的切换例如在曲柄轴的旋转停止的时刻(timing)进行,曲柄轴的旋转是否停止的判断例如可以使用被内置在电动辅助自行车的马达驱动单元中的力矩传感器来进行。
(旋转传递机构的动作)
接下来,参照图24说明本实施方式的旋转传递机构22的动作。在此,例如以将该旋转传递机构22安装在自行车的曲柄轴上的情况为例来进行说明。
图24是本发明的实施方式4的旋转传递机构的动作说明图。
如图23所示,最初,在被安装于外周凸部23f的电磁体A上,与被安装于内周凸部24d的永磁体B相对的部分的极性为N极。在该状态下,当驾驶员蹬踏被配设在曲柄臂的端部的脚踏时,被突设在内部旋转构件主体23a的外周的外周凸部23f与曲柄轴一起在图23、图24(a)的箭头RDc(前进旋转方向)的方向上旋转,被安装于电磁体A的外周凸部23f抵接于被安装于永磁体B的内周凸部24d(电磁体A的N极和永磁体B的S极贴紧)。在外周凸部23f抵接于内周凸部24d后,曲柄轴的旋转力从外周凸部23f传递到内周凸部24d,从曲柄轴到牙盘25大致一体地旋转。旋转力经由被张紧设置在牙盘25上的车链(未图示)可靠地传递到被设置在自行车的后轮侧的链轮。
当驾驶员停止蹬踏被配设在曲柄臂的端部的脚踏时,曲柄轴的旋转停止,力矩传感器检测到旋转停止。然后,从力矩传感器向电流控制部发送信号,利用该电流控制部改变向电磁体A流动的电流的方向,将电磁体A的与永磁体B相对的部分的极性从N极切换成S极(参照图24的(b))。其结果,如图24的(b)、(c)所示,安装有永磁体B的内周凸部24d从安装有电磁体A的外周凸部23f离开(电磁体A的S极与永磁体B的S极相互排斥)(参照图24(c)的箭头d)。由此,外部旋转构件24旋转,该外部旋转构件24在内周凸部24d抵接于外周凸部23f的状态下与内部旋转构件23(曲柄轴)一起进一步旋转后,停止。
当曲柄轴的旋转停止时,力矩传感器检测到旋转停止。然后,从力矩传感器向电流控制部发送信号,利用该电流控制部改变向电磁体A流动的电流的方向,将电磁体A中的与永磁体B相对的部分的极性从S极切换成N极(参照图24的(a))。其结果,安装有电磁体A的外周凸部23f向安装有永磁体B的内周凸部24d接近,安装有电磁体A的外周凸部23f抵接于安装有永磁体B的内周凸部24d(电磁体A的N极和永磁体B的S极贴紧)。此时,曲柄轴在与内部旋转构件23一起暂时旋转后,停止。
当曲柄轴的旋转停止时,力矩传感器检测到旋转停止。然后,从力矩传感器向电流控制部发送信号,利用该电流控制部,改变向电磁体A流动的电流的方向,将电磁体A中的与永磁体B相对的部分的极性从N极切换成S极(参照图24的(b))。其结果,如图24的(c)所示,安装有永磁体B的内周凸部24d从安装有电磁体A的外周凸部23f离开(电磁体A的S极和永磁体B的S极相互排斥)(参照图24的(c)的箭头d)。由此,外部旋转构件24旋转,该外部旋转构件24在内周凸部24d抵接于外周凸部23f的状态下与内部旋转构件23(曲柄轴)一起进一步旋转后,停止。
重复以上的动作,从外部旋转构件24到牙盘25大致一体地旋转。旋转力经由被张紧设置在牙盘25上的车链(未图示)传递到被设置在自行车的后轮侧的链轮。
另外,在本实施方式中,以在外周凸部23f上安装有电磁体A、并在相对于外周凸部23f处于自行车前进时的旋转方向前方的位置的内周凸部24d上安装有永磁体B的情况为例进行了说明,但是,本发明不一定限定于这样的构成。也可以在外周凸部23f上安装永磁体、并在相对于外周凸部23f处于自行车前进时的旋转方向前方的位置的内周凸部24d上安装电磁体。此外,也可以在外周凸部23f和相对于外周凸部23f处于自行车前进时的旋转方向前方侧的位置的内周凸部24d这两者上安装电磁体。
此外,在本实施方式中,以将外周凸部23f和内周凸部24d各设置有5个的情况为例进行了说明,但是,本发明不一定限定于这样的构成。外周凸部23f的数量和内周凸部24d的数量分别为1个或多个即可。
此外,在本实施方式中,以外周凸部23f被一体形成于内部旋转构件主体23a的情况为例进行了说明,但是,本发明不一定限定于这样的构成。外周凸部也可以被固定设置于内部旋转构件主体。
此外,在本实施方式中,以内周凸部24d被一体形成于圆环部24b的情况为例进行了说明,但是,本发明不一定限定于这样的构成。内周凸部也可以被固定设置于圆环部。
此外,在本实施方式中,如图25所示,也可以与上述实施方式1~4同样,在外周凸部23f与相对于该外周凸部23f处于自行车前进时的旋转方向前方的位置的内周凸部24d之间(外周凸部23f的前进面与内周凸部24d之间)配设弹性变形部26(弹性变形体)。
并且,也可以在外周凸部23f的朝向旋转方向的反方向的面上安装由弹性体等构成的弹性构件27,从而使得其具有减震效果。也可以在该弹性构件27中设置上述的空间6a。
[实施方式5]
接下来,参照图26A及图26B说明本发明的实施方式5的弹性变形部(弹性变形体)的构成。
以下说明的弹性变形部是上述的弹性变形部6、6A、21、26的变形例。
如图26A所示,弹性变形部31包括具有上表面31U及下表面31L的圆形的主体31B,和分别被设置在上表面31U及下表面31L上的突起部31T。由于在上表面31U及下表面31L上分别设置有4个突起部31T,所以,弹性变形部31具有合计8个突起部31T。
在上表面31U及下表面31L上,4个突起部31T被等间隔地配置,即,4个突起部31T被配置的角度间距为90度。
另外,在本实施方式中,说明在上表面31U及下表面31L这两个面上形成有突起部31T的例子,但是,只要在上表面31U及下表面31L之中的至少一者上设置有突起部31T即可。例如,也可以采用仅在上表面31U上设置有突起部31T的构造、或者仅在下表面31L上设置有突起部31T的构造。
在主体31B的中央,设置有贯通主体31B的贯通孔31H(空间),即,主体31B被形成为环状。在弹性变形部31被装配在旋转传递机构中的情况下,弹性变形部31被盖部4c(19c)和侧板部4a(19a)夹持,被环状部4b(19b)围绕。并且,弹性变形部31被夹在外周凸部3f(18f)的前进面3ff(18ff)与内周凸部4d(19d)之间。
另外,在本实施方式中,作为空间的一个例子,说明被形成在弹性变形部中的贯通孔,但是,也可以代替贯通孔,而采用在弹性变形部的中央形成有凹部的构造。在此情况下,既可以在上表面31U及下表面31L之中的一个面上形成凹部,也可以在上表面31U及下表面31L这两个面上形成凹部。
如图26A所示,观察弹性变形部31的侧面时,各个突起部31T具有等腰三角形的形状。另外,突起部31T的顶部31P,即位于等腰三角形的顶角的部分被倒角。顶部31P也可以不是平面,而是曲面。
如图26B所示,在俯视下,各个突起部31T具有从贯通孔31H的中心向径向外侧放射状地扩展的形状,即,接近中心的部分被切除了的那样的大致扇形的形状。
更具体而言,各个突起部31T具有相当于等腰三角形的2个腰的内侧倾斜面32及外侧倾斜面33。内侧倾斜面32是以从贯通孔31H向顶部31P上升的方式延伸的面。外侧倾斜面33是以从顶部31P向弹性变形部31的外侧下降的方式延伸的面。
并且,各个突起部31T包括2个倾斜侧面34,是与内侧倾斜面32及外侧倾斜面33不同的面。在被形成于上表面31U的突起部31T中,倾斜面34是从上表面31U向顶部31P延伸的面。在被形成于下表面31L的突起部31T中,倾斜侧面34是从下表面31L向顶部31P延伸的面。
主体31B具有:中央区域31BC,其位于弹性变形部31的厚度方向上的中央;上区域31BU,其具有上表面31U;以及下区域,其具有下表面31L。在弹性变形部31的侧面中,上区域31BU及下区域31BL分别具有相对于中央区域31BC的侧面倾斜的倾斜面31I。另外,构成主体31B的中央区域31BC、上区域31BU及下区域31BL并非分开的,而是一体形成品。
关于弹性变形部31的大小,弹性变形部31的外径D1,即,中央区域31BC的外径D1为约21mm。此外,贯通孔31H的直径为约7mm。上表面31U与下表面31L之间的厚度为约7mm。被形成在上表面31U上的突起部31T的顶部31P与被形成在下表面31L上的突起部31T的顶部31P之间的长度为约8mm。倾斜面31I相对于中央区域31BC的侧面的倾斜角θ1为约23度。
作为弹性变形部31的材料,不限于合成橡胶等弹性构件,能够使用弹性体,也能够使用其它公知的弹性材料。
弹性变形部31能够代替上述的弹性变形部6、6A、21、26地应用在旋转传递机构中。此外,在将本实施方式的弹性变形部31应用在旋转传递机构1、17中的情况下,需要使本实施方式的弹性变形部31的个数与外周凸部3f、18f的个数、内周凸部4d、19d的个数一致。
(弹性变形部的安装构造)
弹性变形部31被夹持在作为内部旋转体的侧板部(4a、19a)与作为外部旋转体的盖部(4c、19c)之间,并被夹在内部旋转构件(31、18)的外周凸部(3f、18f)与内周凸部(4d、19d)之间。具体而言,如在上述的实施方式中说明的那样,被夹在外周凸部与内周凸部之间。
在自行车前进时,即,旋转传递机构沿着旋转方向(上述的附图标记RDa、RDb)旋转时,内部旋转体与外部旋转体相对地旋转,弹性变形部31进行弹性变形(压缩变形)。而且,弹性变形部31在被压缩的状态下旋转,伴随于此,牙盘整体旋转。通过驾驶员蹬踏脚踏,从而能够将被输入到旋转传递机构中的能量的一部分有效率地蓄力在弹性变形部31中。
此外,在弹性变形部31被压缩了的情况下,弹性变形部31在弹性变形部31的形状以弹性变形部31中所形成的贯通孔31H压塌的方式变化的阶段、和在维持着弹性变形部31已被压塌的形状的同时弹性变形部31整体地被压缩的阶段中,即,在2阶段的压缩状态下,被压缩。因此,能够用1个弹性体获得2种压缩比(压缩形态、压缩形状)。
即,在本实施方式中,当弹性变形部31被压缩时,最初,得到贯通孔31H压塌那样的压缩形状,之后,在弹性变形部31的贯通孔31H的空间消失了的状态下,得到弹性变形部31的整体压塌那样的压缩形状。换言之,在贯通孔31H压塌之前,以作为弹性变形部31的整体形状而硬度较低(柔软)的状态进行压缩,在贯通孔31H压塌之后,以作为弹性变形部31的整体形状而硬度较高(较硬)的状态进行压缩。
并且,如图26A及图26B所示,上表面31U及下表面31L并非平坦面,在上表面31U及下表面31L上形成有突起部31T。因此,当弹性变形部31被夹持在盖部及侧板部之间时,并非上表面31U及下表面31L与盖部及侧板部接触,而是突起部31T的顶部31P与盖部及侧板部接触。因此,与没有形成突起部31T的构造(参照图3、图6A、图10A)相比,弹性变形部31与盖部及侧板部接触的面积变小,因此,弹性变形部31与盖部及侧板部之间的摩擦变小。结果,弹性变形部31的形状变化,即弹性变形部31的压缩能更顺畅地进行,上述的因摩擦而引起的力(被输入到旋转传递机构中的能量)的损失会减少。
弹性变形部31的突起部31T在剖视下具有等腰三角形的形状,并且,包括内侧倾斜面32、外侧倾斜面33、及倾斜侧面34。通过突起部31T具有这样的形状,从而抑制弹性变形部31在弹性变形部31的放射方向(径向外侧,从贯通孔31H朝向弹性变形部31的外周的方向)上畸变,能够在将被输入到旋转传递机构中的能量充分地蓄力的同时维持弹性变形部的平板形状。
另外,在上述的实施方式中,作为突起部31T的截面形状,采用了等腰三角形,但是,也可以采用其他形状。例如,能够代替等腰三角形,而采用圆形或椭圆形。然而,在采用圆形或椭圆形的情况下,具有突起部的弹性变形部的模具的制造成本会增加。通过采用等腰三角形作为突起部31T的截面形状,从而具有能够降低弹性变形部的模具的制造成本这样的效果。
此外,由于采用了弹性变形部31的整体被压缩而牙盘整体进行旋转的构成,所以,有的情况下,在弹性变形部31被压缩时,应力会集中在强度较低的部分,弹性变形部31的形状会局部地变化。对此,多个突起部31T分别具有放射状地扩展的形状,即,大致扇形的形状。由此,能够在容易大幅地形状变化的外周部分增大突起部31T的宽度(圆周方向上的突起部31T的外侧部分的长度),并能够在难以形状变化的内侧部分(接近曲柄轴的位置)减小突起部31T的宽度。由此,能够使弹性变形部31整体上平衡良好地变形,能够通过弹性变形来充分地蓄力能量。
在上述中说明了本发明的优选的实施方式,但是,应当理解为,这些是本发明的例示性的实施方式,不应该将其认为是进行限定的实施方式。能够不脱离本发明的保护范围地进行追加、省略、替换、以及其他变更。因而,本发明不应被视为被上述的说明限定,而是由权利要求书来规定。