JP2005035397A - 乗り物と駆動補助方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 車輪の駆動トルクが小さく、かつ、車輪に対し駆動ローラの接離操作や一方向クラッチの組み込みを不要にする。
【解決手段】 拡径する外径可変型ローラ４０を車輪２０のリム２１側部に当接する、または一対の外径可変型ローラ４０でリム２１側部を挟持する、または拡径する外径可変型ローラ４０をタイヤ２２の頂部に当接して車輪を駆動するものであって、前記外径可変型ローラ４０はローラの外周面を形成する円弧状の摺動子２をロータ１の周面に放射状に複数個配設し、前記ロータ１を回転させることにより遠心力で摺動子２が外方に移動し外径可変型ローラ４０が拡径する構成。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動ローラを車輪に当接し駆動を補助する乗り物等に関する。詳しくは回転時の遠心力により拡径する電動ローラ、または空気圧により拡径する電動ローラを車輪に当接し駆動を補助するようにした自転車、車椅子等の乗り物／移動体に関する。

図５に一般的な普通自転車の外観図を示す。自転車の車輪を直接駆動する電動補助自転車として、前輪のタイヤ、リム等に複数の摩擦ローラを圧接し、前記摩擦ローラをモータ駆動するものが提案されている。また、後輪を駆動するタイプのものは、ペダルの踏力検知とモータによる駆動補助を同軸で行っており、クランク軸の周りに構造が集中するものである。
車輪のリムを両側から摩擦ローラで挟み込み、必要な場合のみ踏力補助できる電動補助自転車として、特開２００２−０２９４８５号公報が提案されている。
空気圧により拡径する外径可変型ローラとして例えば特開平０７−０８９６１０号公報が提案されている。
特開２００２−０２９４８５号公報 特開平０７−０８９６１０号公報

後輪を駆動するタイプのものは、クランク軸の周りにモータ、制御回路、歯車機構、踏力センサ、バッテリ等が集中する。また、後輪のセンターハブをチェーン等により駆動するため大きなトルクを必要とする。
前輪に駆動用の摩擦ローラを圧接しモータ駆動するタイプのものは、駆動トルクが小さくて済むが、前記摩擦ローラを前輪に接離させる構造と操作が必要である。接離させない場合は、一方向クラッチを前記摩擦ローラに組み込む必要がある。そして、非通電時には前記摩擦ローラが逆負荷となりペダルを漕ぐ際に負担となる。

本発明は、車輪の駆動トルクが小さく、車輪への摩擦ローラの接離操作を不要とする車輪駆動補助手段を備えた乗り物を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明における乗り物は、回転時の遠心力により拡径する外径可変型ローラを、車輪のタイヤまたはリムに当接し駆動を補助する構成とした。
また、空気圧により拡径する外径可変型ローラを、車輪のタイヤまたはリムに当接し駆動を補助する構成とした。
前記遠心力により拡径する外径可変型ローラは、ローラの外周面を形成する円弧状の摺動子を、ロータ周面に放射状に複数個配設し、前記ロータをモータで回転駆動することにより、前記摺動子が半径方向の外方に移動し外周面が拡大する構成とした。これにより遠心力によってローラ外径が拡径する。

前記摺動子は前記ロータ周面に４箇所〜８箇所、等間隔に配設した。摺動子は扇形部に軸(ピン)を設けた略Ｔ字形をなし、扇形部の円弧状面(ローラ外周面)にはゴムライニングまたはプラスチックライニングを施し(図示せず) 、車輪と当接した際のクッション性と所望の摩擦係数を得る構成とした。ゴム材質はウレタンゴム、天然ゴム、ＳＢＲ系のゴム等任意の弾性部材としてよい。ゴム硬度は５０〜７０程度の範囲とした。ゴムに滑り止め用の粒子部材たとえば数百μｍ以下の炭化珪素またはアルミナ等のセラミック粒子を数重量％〜１０重量％程度混入していてもよい。弾性部材のライニングに代え、筋目ローレット加工を施してもよい。
なお、前記扇形部は隣接する扇形端部が相互にオーバーラップし、ローラ外周面が不連続にならないよう配慮した。

車輪の駆動は、遠心力により拡径する外径可変型ローラをモータ軸に直結し回転駆動するようにしてもよいし、歯車、またはベルトとプーリ等の手段を介在させてもよい。また、モータの駆動力を一方向のみ伝達する一方向クラッチ(ワンウエイクラッチ)を拡径する外径可変型ローラの軸芯等に配設する構成としてもよい。拡径する外径可変型ローラが一方向クラッチを備えることにより、外径可変型ローラを駆動するモータを停止させた場合や、車輪の速度が当接する外径可変型ローラの周速を上回った場合に、ペダルや車輪を漕ぐ負荷が軽減される。

上記構成により本発明の乗り物は車輪の駆動トルクが小さく、車輪への摩擦ローラの接離操作を不要にする。また、ブレーキ操作の感覚で外径可変型ローラを車輪に当接し登坂時等の労力を軽減できる。さらに、極めて簡単な構成により装置コストを安価にできる。その結果、子女や老人等の自転車使用率を高め、ひいては自動車使用率の低減に寄与し省エネルギーと地球環境保護に貢献する。

本発明における第１の発明は、電動され遠心力により拡径する外径可変型ローラを車輪のリムまたはタイヤのいずれか一方に当接し駆動を補助するもので、前記外径可変型ローラは外周面を形成する円弧状の摺動子をロータの周面に放射状に複数個配設し、前記ロータを回転させることによりローラが拡径することを特徴とする乗り物としたもので、車輪の駆動トルクが小さく、車輪への摩擦ローラの接離操作を不要にし、構造が簡単で安価に製作できる。

本発明における第２の発明は、電動され遠心力により拡径する一対の外径可変型ローラで車輪のリムまたはタイヤのいずれか一方を挟持し駆動を補助するもので、前記外径可変型ローラの外周面を形成する円弧状の摺動子をロータの周面に放射状に複数個配設し、前記ロータを回転させることによりローラが拡径することを特徴とする乗り物としたもので、車輪の駆動トルクが小さく、車輪への摩擦ローラの接離操作を不要にし、構造が簡単で安価に製作できる。

本発明における第３の発明は、一方向クラッチ(ワンウエイクラッチ)を介し外径可変型ローラを回転駆動するようにしたことを特徴とする第1の発明または第２の発明のいずれか一方に記載の乗り物としたもので、ローラを駆動するモータを停止させた場合や、車輪の速度が当接するローラ周速を上回った場合に、ペダルや車輪を漕ぐ負荷が軽減される。

本発明における第４の発明は、空気圧により外径可変型ローラが拡径することを特徴とする第１の発明または第２の発明のいずれか１項に記載の乗り物としたもので、車輪の駆動トルクが小さく、車輪への摩擦ローラの接離操作を不要にし、構造が簡単で安価に製作できる。

以下、本発明の一実施例における乗り物を自転車の例により図面とともに説明する。
図１は本発明の一実施例における自転車用車輪と拡径する前の外径可変型ローラの要部断面図、図２は図１の外径可変型ローラの要部側面図、図３は図１において外径可変型ローラが拡径し車輪に当接している状態の要部平面図を示す。

図１〜図３において符号４０は拡径し車輪を駆動する外径可変型ローラ、１は外径可変型ローラ４０の本体部であるロータ、１aはロータ１のフランジ部、２はロータ１の周面に配設する摺動子、３は止め輪(Ｅリング)、４は摺動子の軸(ピン)、７は外径可変型ローラの外周面を形成する扇形部、５は切欠き部、６はロータのボス、１０は駆動用モータ、３０はモータ取付板、２０は車輪、２１はリム、２２はタイヤを示す。

本発明の自転車は、遠心力により拡径する外径可変型ローラ４０を車輪２０のリム２１またはタイヤ２２のいずれか一方に当接し、車輪の駆動を補助するものである。図１は後輪のリム２１側部に一方側より外径可変型ローラ４０を当接する場合の例を示す。
外径可変型ローラ４０は、外径可変型ローラ４０の外周面を形成する円弧状の摺動子２をロータ１の周面に放射状に４箇所等間隔に配設した。摺動子２は扇形部７に軸(ピン)４を設けた略Ｔ字形をなし、扇形部７の円弧状面(ローラ外周面)にはウレタンゴムライニングを施し(図示せず) 、車輪と当接した際のクッション性と所望の摩擦係数を得る構成とした。ウレタンゴム硬度は５０〜７０程度の範囲とした。ウレタンゴムに２００μｍ程度のアルミナ粒子を５重量％程度混入し、滑り止めとした。

また、前記扇形部７は隣接する扇形端部が相互にオーバーラップし、拡径した状態でもローラ外周面が不連続にならない構成とした。さらに、オーバーラップ部が相互に干渉しない程度に切欠き部５を両端部に設けた。さらに、摺動子２が軸４を回転軸として回転するのを防止するためフランジ部１aを設けている。
外径可変型ローラ４０を構成するロータ１はモータ１０の軸１１に直結、固定されている。モータ１０は取付板３０にビス等で締結固定されている。(図示せず。) 取付板３０は自転車の後輪側フレーム等に締結固定されている。(図示せず。)

登坂時等において、ハンドルに取り付けたモータ１０駆動スイッチをＯＮし、バッテリによって前記ロータ１を回転させることにより外径可変型ローラ４０が瞬時に拡径する。(図示せず。)即ち、ロータ１が所望の回転数に達すると遠心力によって摺動子２が矢印Ｅの外方に移動し外径可変型ローラ４０が拡径する。スイッチを入れた当初、摺動子２は後輪に非接触状態であり、ロータ１の回転数は瞬時に立ち上がる。
摺動子２の外方への移動はリム２１側面に当接して遮られ、摺動子２はリム２１側面を所定の遠心力Ｆ(F=mrω*ω)で押圧する。その結果、後輪２０は外径可変型ローラ４０により所定の回転力(遠心力Ｆ×摩擦係数)によって駆動される。
例えば、摺動子２の質量mを１５グラム、ロータ１の半径rを２５ミリメートル、ロータ１の回転数を毎分１，８００回転とした場合、遠心力Ｆは約１３ｋｇ程度となる。

平地または下り坂でモータ１０を停止させると、今度は後輪の摩擦力によって摺動子は内方(ロータ１の軸芯側)に後退させられ外径可変型ローラ４０は瞬時に縮径する。摺動子はリム２１とほぼ非接触状態となり、ペダルを漕ぐ際、摺動子による負荷は極めて軽微からゼロとなる。
図示していないが、モータを停止した際、摺動子２をロータ１軸芯側に自動復帰させ縮径させるため、板バネ、圧縮コイルバネ等を止め輪３とロータ１の内径側壁との間に組み込む構成としてもよい。

上記構成により本発明の自転車は、車輪の駆動トルクが小さく、車輪への摩擦ローラの接離操作を不要にし、構造が簡単、部品点数が少なく軽量となり安価に製作できる。
なお、上記実施例において、拡径する外径可変型ローラが当接し駆動する車輪は前輪、後輪、両輪のいずれであってもよい。また、拡径する外径可変型ローラを当接させる部位も車輪のリム側面に限るものでなく、リムのスポーク取付け面、タイヤの側面、図５の概念に示すごとくタイヤの頂部等としてよい。さらに、拡径する外径可変型ローラは車輪の一方側に当接する場合に限るものでない。図３の二点鎖線で示すごとく、一対の互いに逆回転する拡径ローラで車輪のタイヤまたはリムのいずれか一方を挟持し、車輪を駆動補助する構成としてよいことも自明である。
さらに、拡径する外径可変型ローラは遠心力を用いたメカニカルな構成の他に、空気圧によって摺動子を外方に移動させる構成、空気圧によってゴム製ローラの胴体を拡径する構成等、任意の拡径する外径可変型ローラを用いてよいことも同様である。
さらに、モータ１０の駆動スイッチ部に可変抵抗器等を配設し、モータ１０の回転数がスライドによって適宜変化する回転数可変型の構成としてよいことも同様である。

本発明を構成する外径可変型ローラは自転車の車輪駆動に限るものでなく、車椅子、カート、荷車、乳母車、歩行器、車輪の付いた鞄等、任意の移動体の車輪駆動に用いても有効である。

本発明の一実施例における自転車用車輪と拡径する前の外径可変型ローラの要部断面図 図１の外径可変型ローラの要部側面図 図１において外径可変型ローラが拡径し車輪に当接している状態の要部平面図 本発明の一実施例における自転車用車輪と外径可変型ローラとの当接状態の側面図 従来の普通自転車の外観図

符号の説明

１ ロータ
１a フランジ部
２ 摺動子
３ 止め輪(Ｅリング)
４ 軸(ピン)
５ 切欠き部
６ ボス
７ 扇形部
１０ モータ
２０ 車輪
２１ リム
２２ タイヤ
３０ モータ取付板
４０ 外径可変型ローラ

Claims (5)

1. 外径可変型ローラを車輪に当接し駆動を補助するようにしたことを特徴とする乗り物。
2. 一対の外径可変型ローラで車輪を挟持し駆動を補助するようにしたことを特徴とする乗り物。
3. 外径可変型ローラは、外周面を形成する円弧状の摺動子をロータに放射状に複数個配設し、前記ロータを回転させることによりローラ外径が拡径することを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の乗り物。
4. 空気圧により外径可変型ローラが拡径することを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の乗り物。
5. 外径可変型ローラを車輪に当接し駆動を補助するようにしたことを特徴とする移動体の駆動補助方法。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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