JP2005219728A - 自転車および自転車用の差動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト化、軽量化を可能とし、メンテナンスが容易でかつコストを低減しうる自転車およびこれに用いる自転車用の差動装置を提供する。
【解決手段】メインフレームＦに、車輪駆動用の回動軸３を有する駆動手段４と、操舵手段５と、少なくとも一方を２輪とした、前輪６Ｆ、後輪６Ｒとを具え、回動軸３により駆動され、かつ２輪の駆動用車輪とそれぞれに伝導機構７を介して連係されることにより該２輪を駆動しうる差動装置８を具えるとともに、この差動装置８は、回動軸３と一体かつ放射状に延びる支軸９に枢支される傘状の第１の歯車１０と、その両側で第１の歯車１０と噛合して対向しかつ回動軸３と同芯に回転自在に枢支される傘状の第２の歯車１１とからなり、第２の歯車１１の各１を、伝導機構７を介して、２輪の駆動用車輪の各１に連係させたことを特徴とする自転車、および前記差動装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、特にコーナーにおける走行安定性を高めつつ、コンパクト化、軽量化を可能とし、メンテナンスが容易でかつコストを低減しうる自転車およびこれに用いる自転車用の差動装置に関する。

従来から、自転車の走行安定性を高め又は荷物の運搬用として用いるため、後２輪、或いは前２輪の３輪自転車が多く用いられている。この３輪自転車は、図１５に示すように、ハンドルａにより操作され、前フォークが支持する前輪ｂと、フレームｃから後部にのびる一対のチェーンステーｄ、ｄで支持される二つの後輪ｅ、ｅとを具え、フレームの下部で軸支されペダルｆを漕ぐことにより回転するチェーンリングｇと一方の後輪ｅのハブ軸ｈに設けたスプロケットギアｉとの間にチェーンｊを架け渡している。そして前記ペダルｆを漕ぐことにより加えられる駆動力で前記一方の後輪ｅが回転駆動されて走行しうる（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、前記３輪自転車では、前後方向の中心線Ｘから外側に離れて配置された一方の後輪ｅのみが駆動されて前進するため、推進力の左右バランスが崩れて後部が横方向に振れる力が生まれる。その結果、自転車は直進性を損なって蛇行走行を起し易くなるとともにハンドルａによる操舵機能が不安定となり、特にスピードが速くなるとハンドル操作が困難となって、衝突、転倒などの危険を伴う。

また、駆動されない後輪が小石、段差など路面の凸部にぶつかり、これを乗り越える推進力が不足すると、駆動される後輪ｅのみが前進することになり、その結果車体に急激で大きな方向転換が生じ、転倒につながる危険性が高い。

そこでこれら問題を解決するため、図１６に示すように、両端に車輪ｋ、ｋを具えた車軸ｍを左右に分割し、駆動部からプロペラシャフトｎにより伝導された駆動力で回転する複数の傘状の入力ギアｐと、この入力ギアｐに噛合って向合う一対のサイドギアｑ、ｑとを有する差動装置ｒにより前記分割された双方の車軸ｍ１、ｍ２を回転させ、これにより両側の車輪ｋ、ｋに駆動力を伝える駆動伝導機構を自転車に採用することが考えられる。この駆動伝導機構は自動車において多用されており、両側の車輪ｋ、ｋに駆動を伝えることができる上に、直進しているときは双方のサイドギアｑ、ｑが一つになって回転し、しかし旋回中はサイドギアｑ、ｑの回転速度に差を生じて外側のタイヤが内側のタイヤより早く回る。その結果カーブを曲がる時、左右のタイヤの軌跡による移動距離の差を吸収することにより生じるタイヤのスリップを防止でき、旋回時のスムースな走行を得ることができる。

特開２０００−３３５４６８号公報

しかしながら、前記駆動伝導機構は両端に車輪ｋ、ｋを具えて左右に分割された車軸ｍ１、ｍ２の間に差動装置ｒを設け、また駆動部から差動装置ｒへプロペラシャフトｎにより駆動力を伝達するため、装置の小型化軽量化には限界があり、自転車に搭載するには自転車のフレームを相当大きく構成することが必要となる。その結果自転車自体が大型化、重量化して実用性を欠くという問題があった。

本発明は、前記した自転車が有する問題点を解消し、回動軸により駆動されかつ２輪の駆動用車輪とそれぞれに伝導機構を介して連係されることにより該２輪を駆動しうる差動装置を具えることを基本とし、コンパクト化、軽量化を可能とし、メンテナンスが容易でかつコストを低減しうる自転車およびこれに用いる自転車用の差動装置の提供を課題としている。

前記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、メインフレームに、車輪駆動用の回動軸を有する駆動手段と、操舵手段と、少なくとも一方を２輪とした、前輪、後輪とを具え、前記２輪を駆動用車輪とする自転車であって、前記メインフレームは、前記回動軸により駆動され、かつ前記２輪の駆動用車輪とそれぞれに伝導機構を介して連係されることにより該２輪を駆動しうる差動装置を具えるとともに、この前記差動装置は、前記回動軸と一体かつ放射状に延びる支軸に枢支される傘状の第１の歯車と、その両側で該第１の歯車と噛合して対向しかつ前記回動軸と同芯に回転自在に枢支される傘状の第２の歯車とからなり、該第２の歯車の各１を、前記伝導機構を介して、前記２輪の駆動用車輪の各１に前記連係させたことを特徴とする。

また請求項２記載の発明は、前記伝導機構は、第２の歯車と同芯に取り付く駆動用の回転体と、前記２輪にそれぞれ取り付けられる被動用の回転体と、その間を継ぐ連結手段とからなることを特徴とする請求項１記載の自転車である。

また請求項３記載の発明は、前記回転体がスプロケットであり、かつ連結手段がチェーンであることを特徴とする請求項２記載の自転車である。

また請求項４記載の発明は、前記２輪は、メインフレームに対し各々独立して上下に揺動可能に支持されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自転車である。

また請求項５記載の発明は、前記回動軸は、ペダルを有するクランクアームと、電動式、又は内燃機関式の補助動力器との少なくとも一方を具えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自転車である。

また請求項６記載の発明は、前記駆動手段は、前記回転軸の回転速度を加減しうる変速装置を具えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の自転車である。

また本発明の自転車用の差動装置は、少なくとも一方を２輪とした、前輪、後輪とを具え、前記２輪を駆動用車輪とする自転車用の差動装置であって、駆動用の回動軸に取り付けうるボスと一体かつ放射状に延びる支軸に枢支される傘状の第１の歯車と、その両側で該第１の歯車と噛合して対向しかつ前記回動軸と同芯に回転自在に枢支される傘状の第２の歯車とからなり、かつ第２の歯車は、前記２輪の駆動用車輪とそれぞれに伝導機構を介して連係可能としたことを特徴とする。

本発明の自転車は、回動軸により駆動され、かつ２輪の駆動用車輪とそれぞれに伝導機構を介して連係されることにより該２輪を駆動しうる差動装置を具えるため、２輪の駆動用車輪には各々駆動力が伝導され、しかも差動装置が旋回時に生じる内外車輪の回転速度の差を吸収し、コーナーを含め安定した走行性を得ることができる。また前記差動装置は、回動軸と一体の支軸に枢支される傘状の第１の歯車と、該第１の歯車と噛合し回動軸と同芯に枢支される傘状の第２の歯車とからなる。しかも第２の歯車の各１を伝導機構を介して２輪の駆動用車輪の各１に連係させたため、自転車自体の基本的な駆動機構と前記差動装置が組合せられることにより最小必要限の部品で構成でき、構造が簡単になる。そのため小型化、軽量化を図ることができ自転車としてコンパクトな設計が容易となる。従ってメカトラブルが減少し、かつ省メンテナンスを達成でき、更にコスト低減にも繋がる。

駆動手段、差動装置などの主要部は、メインフレームの回動軸の回りに配される。そのためこれら主要な可動部を覆って保護する防塵、防滴、及び内部潤滑剤のシールを簡単に行うことができ、しかもこれらの信頼性が長時間維持される。

請求項２記載の発明のように、前記伝導機構は、第２の歯車と同芯に取り付く駆動用の回転体と、前記２輪にそれぞれ取り付けられる被動用の回転体と、その間を継ぐ連結手段とからなる場合、伝導機構を簡単に構成することができる。また請求項３記載の発明のように、前記回転体がスプロケットであり、かつ連結手段がチェーンであると、２輪への駆動伝導がより確実となる。

請求項４記載の発明のように、前記２輪は、メインフレームに対し各々独立して上下に揺動可能に支持される場合、走路凸部との衝合時に衝撃を緩和して転倒を防止でき、しかも乗り手がカーブの半径、通過速度に応じて最適なリーン姿勢を容易にとることができるため、安全かつ快適にカーブを通過できる。また請求項５記載のように構成すると、乗り手の負担が軽減でき、快適な走行を可能とする。

また請求項５記載の発明のように、駆動手段に回転軸の回転速度を加減しうる変速装置を設けると、登り走行などにおいて増加する乗り手の負荷を軽減でき、かつ平坦路での快適な高速走行を可能とする。

また本発明の自転車用の差動装置は、回動軸に取り付けうるボスと一体の支軸に枢支される傘状の第１の歯車と、該第１の歯車と噛合し回動軸と同芯に枢支される傘状の第２の歯車とからなり、しかも第２の歯車は２輪の駆動用車輪と伝導機構を介して連係可能としたため、自転車自体の基本的な駆動機構と組合せることにより最小必要限の部品で構成できる。更には構造が簡単なため小型化、軽量化が図れ、その結果メカトラブルが減少し、コスト低減にも繋がる。

以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。本発明の自転車１は、メインフレームＦと、前輪６Ｆ、後輪６Ｒと、操舵手段５と、駆動手段４と、差動装置８とを具える。

前記メインフレームＦは本形態では、前後にのびるトップチューブ２１と、このトップチューブ２１の後端部に一体に設けられ上端部にサドル３９を取り付けるサドルパイプ２２と、このサドルパイプ２２の下端部から垂下する左右一対のボトムフレーム２３、２３とを含み構成されたものを例示している。

本形態の自転車１は、前輪６Ｆ、後輪６Ｒが共に２輪で構成され、しかも後輪６Ｒを駆動用車輪としたものを例示している。しかし、前輪６Ｆ、後輪６Ｒの何れか一方が１輪で構成されることもあり、その時には他方の２輪が駆動用車輪として構成される。各車輪は、一端がハブに取り付けられ放射状に配された複数のスポーク（図示せず）によりハブとリムとの間を連結して構成され、前記リムにはタイヤが装着される。

前記前輪６Ｆは、図１に示すように、操舵手段５により支持される。本形態の操舵手段５は、ハンドル２４とフロントフレーム２５とを含み構成されたものを例示している。前記ハンドル２４は略水平な棹状をなし、両端部に把持部を有する。

前記フロントフレーム２５は、図１、５に示すように、ステアリング軸２６と、該ステアリング軸２６の下部に該ステアリング軸２６と一体に回動可能に設けられた前フォーク部材２７とを含み構成される。

前記前フォーク部材２７は、本形態では、前記ステアリング軸２６の下端に取り付けられ下方にのびるガイド部２８と、このガイド部２８に案内され上下動し前記前輪６Ｆを枢支する前輪支持部２９と、この前輪支持部２９を下に付勢する弾性部材３０とを含み構成されたものを例示している。

本形態のガイド部２８は、図６に示すように、ステアリング軸２６の下端に形成された上支持板３１Ａと下方の下保持板３１Ｂの間に、前後に平行なガイド軸２８ａ、２８ｂを左右２列に固着した枠体として構成される。

前記前輪支持部２９は、前記ガイド軸２８ａ、２８ｂが挿通する縦方向の案内孔を設けた左右のスライド体２９Ａを含み構成される。そしてこのスライド体２９Ａには、前記前輪６Ｆおよびこの前輪６Ｆと一体に構成されたディスク３２ａを回転自在に枢支する片持ち状の前輪支持軸３３と、ハンドルに設けた操作レバー（図示せず）により作動して前記ディスク３２ａを制動する制動具３２ｂとが取り付けられる。なお、このディスク３２ａと制動具３２ｂとで制動手段３２を構成している。

前記弾性部材３０は、コイルバネからなり、前記左右のガイド軸２８ｂ、２８ｂに各々外挿され、かつ前記上支持板３１Ａとスライド体２９Ａとの間に配される。そして左右のスライド体２９Ａを別々に下向きに付勢して、独立懸架式のサスペンションが構成される。その結果前記左右の前輪６Ｆ、６Ｆは、走路凸部、路肩段差部などとの衝突時に、バネ力に抗して個別に持ち上がることができるため衝撃を緩和して転倒を防止できる。さらにコーナリングにおいては、カーブの半径、通過速度に対応したリーン姿勢を容易にとることができるため、安全かつ過度に減速することなくスムースにカーブを通過できる点で好ましい。

前記ステアリング軸２６は、上端部に前記ハンドル２４の中央部が固定され、前記メインフレームＦのトップチューブ２１前端部に一体に形成されたヘッドパイプ３４に回転可能に挿入される。これによりフロントフレーム２５は、ハンドル２４を回動して前記前輪６Ｆを操作し、自転車１の走行を操舵しうる。

前記左右の後輪６Ｒ、６Ｒは、図２に示すように、その中心のハブ６ｈが前記左右のボトムフレーム２３、２３の下端部から後方にのびる左右のチェーンステー３５、３５の後端部に枢支される。そしてこのチェーンステー３５は、その前端部がボトムフレーム２３の下端部の後側に一体に設けられた受部３６に枢支点３６ａで枢支される。これにより左右の後輪６Ｒ、６Ｒは、図３に示すように、メインフレームＦの後側で各々独立して上下に揺動可能に支持される。しかもコイルバネが内蔵された弾性体３７の上下各端部がボトムフレーム２３の上部とチェーンステー３５の後部に各々枢着され、これにより前記チェーンステー３５の後部側が弾性体３７により下方に付勢された独立懸架式のサスペンションが構成される。その結果この独立懸架式のサスペンションで支持された左右の後輪６Ｒ、６Ｒは、各々が走路から受ける上向きの反力に応じて前記弾性体３７のバネ力に抗して上昇でき、走路の凹凸に対応した個別の持ち上がりにより、悪路走行時の衝撃緩和と車体の傾きを減じて安定した走行が維持できる。そしてさらにはコーナリング走行で乗り手がカーブの半径、通過速度に応じて最適なリーン姿勢を容易にとることができるため、速度をあまり落とすことなくかつ安全にカーブを通過できる。

しかも本形態では、図１に示すように、前輪６Ｆ、６Ｆ、後輪６Ｒ、６Ｒの４輪全てが独立懸架式のサスペンションで支持されるため、クッション性能が一段と優れ、かつ安定したスムースな走行が得られる点で好ましい。

前記駆動手段４は、本形態では図２、４に示すように、前記ボトムフレーム２３、２３の下端部間でボールベアリング軸受により軸支された回動軸３と、この回動軸３の両端部から該回動軸３に対して直角かつ互いに反対方向に向いてのびる左右のクランクアーム１８、１８と、このクランクアーム１８の先端部に取り付けられたペダル１７とを含み構成されたものを例示している。そして乗り手がペダル１７を漕ぐことにより回動軸３に生じる駆動力は、前記差動装置８、伝導機構７を介して駆動用車輪である後輪６Ｒに伝導される。

前記差動装置８は、傘状の第１の歯車１０と、その両側でこの第１の歯車１０と噛合して向き合う傘状の第２の歯車１１とを含み構成される。前記第１の歯車１０は、前記回動軸３に設けられたボス２０から放射状に延びる３本の支軸９に枢支される。そして前記ボス２０はキー溝４０に嵌め込まれた図示されないキーによって前記回動軸３に相対回転不能に取り付けられている。

本形態の支軸９は、両端にネジ部を有するボルト９ａにより形成されたものが例示され、前記ボス２０に周面に隔設されたネジ孔に螺着される。また前記第１の歯車１０は、焼結メタル、含油樹脂（ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂）などの含油材を用いたベアリングブッシュ４１を介してボルト９ａに枢支されている。そしてボルト９ａの先端にワッシャ９ｂ、ナット９ｃが螺装される。

本形態では、回動軸３に放射状に等間隔で隔設された３本の支軸９に枢支された３個の第１の歯車１０が第２の歯車１１、１１の間に配されて差動装置８を構成する。しかし回転軸３から反対方向へのびる２本の支軸９を設けて、一対の第１の歯車１０を配することもでき、或いは４個以上の第１の歯車１０を放射状に配置することでもよい。

またボス２０を用いることなく、回動軸３から直接放射方向に支軸９を一体に形成し、この支軸９に第１の歯車１０を枢支させることもできる。

なお第１の歯車１０は、歯数が例えば１２〜２５程度、好ましくは１５〜２０、本形態では１８、ピッチ円直径が１５〜６０ｍｍ程度、好ましくは２０〜５０ｍｍ程度、本形態では４０ｍｍのかさ歯車を用いる。

前記第２の歯車１１は、一対のものが回動軸３と同芯に配されそのボス部が回動軸３にボールベアリング軸受４２を介して回転自在に枢支され、かつ前記第１の歯車１０の両側で向き合って該第１の歯車１０と噛合う。しかして、前記駆動手段４により回動軸３が回転すると、この回動軸３に設けられた支軸９に枢支された前記第１の歯車１０は回動軸３と一体に該回動軸３を中心として回転する。そのためこの第１の歯車１０と噛合する左右の第２の歯車１１、１１は、負荷が同じときは双方が同じ速度で回動軸３を中心に回転する。しかし左右の第２の歯車１１、１１の回転に対する負荷に差がある場合、第１の歯車１０に支軸９を中心とした回転が生じることにより、負荷の大きな側の第２の歯車１１の回転速度が低下し双方の回転速度に差を生じる。

この第２の歯車１１は、歯数が例えば２４〜６０程度、好ましくは３０〜５０、本形態では４０、ピッチ円直径が５０〜１６０ｍｍ程度、好ましくは８０〜１２５ｍｍ程度、本形態では１００ｍｍのかさ歯車を用いる。

前記伝導機構７は、第２の歯車１１と同芯に取り付けられる駆動用の回転体１２と、後輪６Ｒに取り付けられる被動用の回転体１３と、双方の回転体１２、１３を継ぐ連結手段１４とからなる。そして、本形態では、双方の第２の歯車１１、１１に各々取り付けられた駆動用の回転体１２、１２と、左右の後輪６Ｒ、６Ｒに各々取り付けられた被動用の回転体１３、１３と、これらの間に各々架け渡された連結手段１４、１４とを介して第２の歯車１１、１１の駆動力が左右の後輪６Ｒ、６Ｒに個別に伝達される。

本形態の駆動用の回転体１２は、図２に示すように、駆動用のスプロケット１５Ａを用いて形成され、チェーンリングを構成している。この駆動用のスプロケット１５Ａは、前記左右の第２の歯車１１、１１の外側面にボルト４４により固着されている。他方本形態の被動用の回転体１３は、同様に被動用のスプロケット１５Ｂを用いて形成され、後輪６Ｒの内側で前記ハブ６ｈに固着されて後輪６Ｒと一体に回転する。また本形態の連結手段１４は、前記双方のスプロケット１５Ａ、１５Ｂに噛合する環状のチェーン１６で形成される。このように本形態の伝導機構７は、スプロケット１５を用いた駆動用、被動用の回転体１２、１３を、これに噛合うチェーン１６からなる連結手段１４で継ぐため、双方の駆動用車輪へ駆動力を確実に伝導できる点で好ましい。

しかして本形態の自転車１は、駆動手段４のペダル１７を足漕ぎすると回動軸３が回転し、この回動軸３の駆動力が前記差動装置８、伝導機構７を介して駆動用車輪である双方の後輪６Ｒ、６Ｒのそれぞれに対して伝導され、しかも差動装置８によりその左右の駆動用車輪に伝導される回転速度は負荷に応じて変化できる。そのため図７に示すように、旋回時に回転半径の差（Ｒ１−Ｒ２）により生じる左右の駆動用車輪の回転速度の差が吸収され両輪がスリップすることなく走行でき、コーナー走行時の安定性を維持する。またスリップによるエネルギーロスを減じるため、快適な走行ができる。

また前記差動装置８は、駆動手段４の回動軸３と一体に形成された支軸９で枢支される第１の歯車１０と、該第１の歯車１０と噛合し前記回動軸３に枢支される第２の歯車１１とからなる。このように差動装置８は、自転車自体の基本機構である駆動手段４と組合せて構成されるため、部品数を最小必要限に留めることができ構造が簡単になる。従って、全体を小型化し、併せ重量の軽減を図ることができ、その結果コンパクトで操作性に優れた自転車１の設計が可能となる。さらには故障の頻度も減少し、メンテナンスの手間が省け、コスト低減にも繋がる。

また前記従来のように、車輪ｋ、ｋ間の車軸ｍに差動装置ｒを設ける機構においては、差動装置ｒと車輪ｋ、ｋ間はユニバーサルジョイントシャフトなどで接続されており、前記車輪ｋ、ｋが独立して上下動可能とする独立懸架装置を設ける場合には、車輪ｋ、ｋ間に相応の間隔を設ける必要がある。しかし、本形態の自転車１は、駆動手段４と組み合わせて構成された差動装置８から、スプロケット１５とチェーン１６を含む伝導機構７を介して上下動可能に支持された左右の後輪６Ｒ、６Ｒに駆動力を伝導するため、後輪６Ｒ、６Ｒを幅狭に配置することができ、しかも後輪６Ｒ、６Ｒの前記上下動のストロークを充分確保することができる。

また本形態の左右の後輪６Ｒ、６Ｒは、前記の如くチェーンステー３５の前端部がボトムフレーム２３下端部近傍の枢支点３６ａで枢支される。従って、図３に示すように、チェーンステー３５の後端部が上下動し後輪６Ｒ、６Ｒが上下に揺動しても、前記チェーン１６が架け渡される駆動用、被動用の回転体１２、１３間の距離は殆ど変化しないため、チェーンのテンションは一定に維持される。その結果チェーン１６の緩み防止用のテンション調整装置が不要で構造が簡単となり、重量、コストを低減しうる。なお前記チェーンステー３５の前端部の枢支点３６ａを、駆動手段４の回動軸３の中心に設けると、後輪６Ｒが上下揺動しても、駆動用、被動用の回転体１２、１３間の距離を不変とすることができる。

前記伝導機構７は、ベルト車で形成された駆動用、被動用の回転体１２、１３間を、ベルトからなる連結手段１４で継ぐこともできる。さらには、ユニバーサルジョイント機構とプロペラシャフトを組み合わせて形成された伝導機構７を用いることもできる。

また本形態の自転車１は、図１、４に示すように、前記差動装置８を覆う保護カバー４３が形成される。この保護カバー４３は、横筒状をなし、前記ボルト９ａのワッシャ９ｂとナット９ｃの間で挟着され、差動装置８、駆動手段４の回動軸３の中央部を覆い、これら回転部分に対する砂塵、雨水などの浸入を防止し、併せて潤滑油などが充填された潤滑剤をシールしている。このように、主要部を構成する回転部分がメインフレームの回動軸の回りに配されている。そのためこれらを保護する防塵、防滴、及び内部潤滑剤のシールを簡単、確実に行うことができ、しかもその信頼性を長時間維持することができる。

また、前記のように前輪６Ｆ、後輪６Ｒを共に２輪で構成した４輪の自転車は、安定性に優れるため、図８に示すように、サドル３９、ハンドル２４及び駆動手段４を高く配置して重心を高く設定することができる。この場合、駆動手段４のペダル１７は、回転運動の最下点における路面からの高さＨが高くなるため、オフロードなど凹凸の大きな路面で使用しても底打ちすることがなく安全な走行が確保でき、特にマウンテンバイクなどに好適に採用しうる。

前記実施形態は、前輪６Ｆ、後輪６Ｒを共に２輪で構成した４輪の自転車１を例示している。しかし図９に示すように、操舵手段５で支持された１輪の前輪６Ｆ、および駆動用車輪として形成された２輪の後輪６Ｒを具える３輪の自転車として構成することもできる。

図１０は、他の実施形態を例示している。以下異なる内容のみを説明し、それ以外は図中に表れた同等の構成に同じ符号を付すのみとし、説明を省略している。本形態の自転車は、前輪６Ｆが２輪の駆動用車輪で形成され、後輪６Ｒが操舵機能を備えた１輪で形成されている。前記前輪６Ｆは、メインフレームＦの前端部に固着された前フォーク部材２７に枢支される。そしてペダル１７を有する駆動手段４により加えられた駆動力が、差動装置８、伝導機構７を介して前輪６Ｆに伝導され、左右の前輪６Ｆ、６Ｆが駆動される。

前記後輪６Ｒは、メインフレームＦの後端部に回動可能に支持された後フォーク４５に枢支されている。この後フォーク４５はメインフレームの内部に装備されたチェーンなどの連動手段４６を介しハンドル２４の操作に連動して回動し、これにより後輪６Ｒが操舵される。本形態では前記ハンドル２４、連動手段４６、後フォーク４５により操舵手段５が形成される。

このように本形態の自転車は、駆動される前輪６Ｆが車体全体を牽引してスリップの少ないスムースな走行を可能とし、また１輪の後輪６Ｒで操舵されるため小回りの効いた運転が可能となり狭小路での走行を楽に行える。

図１１は、更に他の実施形態を例示している。本形態の駆動手段４は、回動軸３の両端部に固着されペダル１７を有するクランクアーム１８と、蓄電電池（図示せず）で駆動するモータＭからなる電動式の補助動力器１９とを含み構成される。このモータＭは図示されないブラケットによりメインフレームＦに固定され、その回転力は連動機構４７により回動軸３に伝導される。

前記連動機構４７は、前記モータＭの回転軸に固着されたモータギア４７ａと、回動軸３と同芯に固着された軸ギア４７ｂと、モータギア４７ａおよび軸ギア４７ｂ間に架け渡される環状の連動チェーン４７ｃとからなる。許容伝導力を高めるため前記モータギア４７ａ、軸ギア４７ｂは各々一対のギアが並んで一体に形成され、連動チェーン４７ｃは一対のものが各々のギア間に架け渡される。また前記軸ギア４７ｂは、差動装置８の第１の歯車１０を枢支する支軸９の先端部に固着され、第１の歯車１０と一体に回転する。

このように本形態では、上り坂、逆風など負荷の大きな時に補助動力器１９を作動させると、ペダル１７による足漕ぎの駆動力を補うことができ、速度が低下することなく走行を維持でき、同時に乗り手の負担を軽減して楽で快適な走行を実現できる。

また前記補助動力器１９は、モータＭを始めとする電動式のもののほか、ガソリンエンジンを始めとする内燃機関式の補助動力器１９を用いることもできる。更には本発明の自転車は、回動軸３にペダル１７を有するクランクアーム１８を設けることなく、補助動力器１９のみで回動軸３を駆動する形態も含まれる。

図１２、１３は、更に他の実施形態を例示している。本形態は、仰向きの姿勢でペダルを漕ぐリカンベントタイプの自転車が例示される。従って本形態のサドル３９は、メインフレームＦを構成するトップチューブ２１の後端部に、サドルブラケット４８を介して取り付けられ、比較的低レベルに配置される。サドル３９上で後傾姿勢となる乗り手の上半身を支持するため、背もたれ４９が前記サドルブラケット４８に取り付けられる。

本形態の駆動手段４は、前記トップチューブ２１中間部の下側に軸支されたクランクシャフト５４と、このクランクシャフト５４と一体に回動するフロントチェーンリング５０と、前記トップチューブ２１の後端部で軸支された回動軸３と、この回動軸３の一方端部に固着され、回動軸３と一体に回動するカセットスプロケット５１と、このカセットスプロケット５１及びフロントチェーンリング５０の双方に噛合する環状のフロントチェーン５２と、このフロントチェーン５２のカセットスプロケット５１に対する噛合位置を変更して回動軸３の回転速度を加減しうるディレーラー５３とを含み構成されたものを例示している。なお前記カセットスプロケット５１は、歯数の異なる複数のスプロケットが同芯にセットして形成される。

前記クランクシャフト５４は、先端にペダル５５を設けた一対のクランクアーム５６、５６が固着される。乗り手がペダル５５を漕いで発生するフロントチェーンリング５０の回転力は、フロントチェーン５２及びカセットスプロケット５１を介して回動軸３に伝達される。このとき、変速レバー（図示せず）によりディレーラー５３を操作すると、フロントチェーン５２が噛合するカセットスプロケット５１の段数（スプロケットの種類）が切り替わる。これによりクランクシャフト５４と回動軸３との回転比を変化させることができる。従って例えば、登坂道路、向かい風など走行負荷が増加した時には、ギヤ比を落としてペダル５５の負荷を軽減し、逆にギヤ比を大きくして、スピードアップするなど、状況に応じたギヤ比を選択して、快適な走行が可能となる。

前記カセットスプロケット５１、ディレーラー５３、変速レバーにより変速装置Ｓが形成される。また変速装置Ｓは、前記の外装タイプに替えて、内装変速機を装着することもできる。なお、図１４に示すように、前記変速装置Ｓによりトルク調整された回動軸３の駆動力は、前記実施態様と同様、差動装置８及び伝導機構７を介して後輪６Ｒ、６Ｒを回転させる。本形態では、旋回走行、路面の凹凸状況など、左右の負荷のバランスに応じた駆動が左右後輪６Ｒ、６Ｒに伝達されてエネルギーロスが減少する上、負荷の増減、或いは乗り手の疲労度に応じてペダル重さを増減しうるため、軽快な走行を持続できる点で好ましい。

本発明の自転車用の差動装置は、図２、４に示すように、前輪６Ｆ、後輪６Ｒを具え、少なくともその一方が２輪であり、しかもその２輪が駆動用車輪として構成される自転車に用いられる。そして図２、４に示すように、ボス２０に設けられた支軸９に枢支される傘状の第１の歯車１０と、その両側でこの第１の歯車１０と噛合して向き合う左右一対の傘状の第２の歯車１１とを含み構成される。そして前記ボス２０は、駆動用の回動軸３に相対回転不能に取り付けられている。

前記第１の歯車１０は、前記回動軸３に設けられたボス２０から放射状に延びる３本の支軸９に枢支される。この支軸９は、両端にネジ部を有するボルト９ａにより形成され、前記ボス２０に周設されたネジ孔に螺着される。また前記第１の歯車１０は、焼結メタル、含油樹脂など含油材を用いた滑り軸受４１を介してボルト９ａに枢支され、ボルト９ａの先端はワッシャ９ｂ、ナット９ｃが螺装される。なお前記第１の歯車１０は、ニードルベアリング軸受などの回転軸受を介してボルト９ａに支持させてもよい。

本形態の差動装置８は、回動軸３に放射状に隔設された３本の支軸９に枢支された３個の第１の歯車１０を有する。しかし回転軸３から反対方向へのびる２本の支軸９を設けて、一対の第１の歯車１０を配することもでき、或いは４個以上の第１の歯車１０を放射状に配置することでもよい。

前記第２の歯車１１は、一対のものが前記第１の歯車１０の両側で向合って前記第１の歯車１０に噛合う。そして第２の歯車１１は、そのボス部が回動軸３にボールベアリング軸受４２を介して回転自在に枢支されうるように形成され、また前記２輪の駆動用車輪とそれぞれに伝導機構７を介して連動可能となるように形成されている。なお第２の歯車１１は、ニードルベアリング軸受、滑り軸受などを介して枢支してもよい。

自転車用の差動装置は、ボス２０を回動軸３に取り付けるとともに第２の歯車１１を回動軸３に回転自在に枢支させると、負荷が同じときは左右の第２の歯車１１は同速度で回転するが、負荷に差がある場合負荷の大きな側の回転速度が低下し、双方の速度に差を生じる。そのため自転車の旋回時に回転半径の差により生じる左右の駆動用車輪の回転速度の差が吸収されてコーナー走行時の安定性が保たれ、またスリップによるエネルギーロスを減じて快適な走行を可能とする。

また自転車に取り付ける際、前記ボス２０は自転車の駆動手段４の回動軸３に固着され、また第２の歯車１１は回動軸３に回転自在に枢支される。このように自転車自体の基本機構である駆動手段４と組み合せて差動機構を構成するため、部品数を最小必要限に留めることができ、構造が簡単になる。従って、小型化軽量化を図ることができ、その結果コンパクトで操作性に優れた自転車の設計を可能とする。さらには故障の頻度も減少し、メンテナンスの手間が省け、コスト低減にも繋がる。

また前記自転車用の差動装置は、自転車用の内装式変速装置を一体に組み込むことにより、コンパクトな変速機能付きの差動装置を構成することができる。

本発明の一実施の形態を例示する斜視図である。 その要部拡大斜視図である。 その動作状態を説明する略図である。 そのＡ−Ａ断面図である。 フロントフレームの正面図である。 その要部拡大斜視図である。 自転車１の走行状態を説明する平面図である。 他の実施形態を例示する略正面図である。 更に他の実施形態を例示する略平面図である。 更に他の実施形態を例示する斜視図である。 更に他の実施形態を例示する要部の断面図である。 更に他の実施形態を例示する側面図である。 その平面図である。 その要部拡大図である。 従来例を例示する平面図である。 他の従来例を例示する略図である。

符号の説明

１ 自転車
２ 自転車用の差動装置
３ 回動軸
４ 駆動手段
５ 操舵手段
６Ｆ 前輪
６Ｒ 後輪
７ 伝導機構
８ 差動装置
９ 支軸
１０ 第１の歯車
１１ 第２の歯車
１２ 駆動用の回転体
１３ 被動用の回転体
１４ 連結手段
１５ スプロケット
１６ チェーン
１７ ペダル
１８ クランクアーム
１９ 補助動力器
２０ ボス
Ｓ 変速装置
Ｆ メインフレーム

Claims (7)

1. メインフレームに、車輪駆動用の回動軸を有する駆動手段と、操舵手段と、少なくとも一方を２輪とした、前輪、後輪とを具え、前記２輪を駆動用車輪とする自転車であって、
   前記メインフレームは、前記回動軸により駆動され、かつ前記２輪の駆動用車輪とそれぞれに伝導機構を介して連係されることにより該２輪を駆動しうる差動装置を具えるとともに、
   この前記差動装置は、前記回動軸と一体かつ放射状に延びる支軸に枢支される傘状の第１の歯車と、その両側で該第１の歯車と噛合して対向しかつ前記回動軸と同芯に回転自在に枢支される傘状の第２の歯車とからなり、
   該第２の歯車の各１を、前記伝導機構を介して、前記２輪の駆動用車輪の各１に前記連係させたことを特徴とする自転車。
2. 前記伝導機構は、第２の歯車と同芯に取り付く駆動用の回転体と、前記２輪にそれぞれ取り付けられる被動用の回転体と、その間を継ぐ連結手段とからなることを特徴とする請求項１記載の自転車。
3. 前記回転体がスプロケットであり、かつ連結手段がチェーンであることを特徴とする請求項２記載の自転車。
4. 前記２輪は、メインフレームに対し各々独立して上下に揺動可能に支持されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自転車。
5. 前記回動軸は、ペダルを有するクランクアームと、電動式、又は内燃機関式の補助動力器との少なくとも一方を具えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自転車。
6. 前記駆動手段は、前記回転軸の回転速度を加減しうる変速装置を具えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の自転車。
7. 少なくとも一方を２輪とした、前輪、後輪とを具え、前記２輪を駆動用車輪とする自転車用の差動装置であって、
   駆動用の回動軸に取り付けうるボスと一体かつ放射状に延びる支軸に枢支される傘状の第１の歯車と、その両側で該第１の歯車と噛合して対向しかつ前記回動軸と同芯に回転自在に枢支される傘状の第２の歯車とからなり、
   かつ第２の歯車は、前記２輪の駆動用車輪とそれぞれに伝導機構を介して連係可能としたことを特徴とする自転車用の差動装置。

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