JP2005280671A

JP2005280671A - 往復運動による駆動装置を備えた立ち乗り自転車

Info

Publication number: JP2005280671A
Application number: JP2004127360A
Authority: JP
Inventors: Susumu Ezaka; 進江坂
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】足首等、体に無理な負担を与えず、常時立って乗ることのできる駆動装置を備えた新しいタイプの自転車を提供する。
【解決手段】シーソー式に動くアームの前部に足を乗せるステップを上下に平行移動可能に設け、このアーム後部内には回転自在なギヤを取付けたスライダーを設け、このアームを自転車のフレーム中間部下部に左右一対設け、後車輪の両側面にはそれぞれワンウェイクラッチを備えたギヤを設け、両端が開放され且つその中間部分をロープにしたチェーンの一端をフレームの一方のチェーン取付部に取付け、同側の回転自在なギヤ、同側のワンウェイクラッチを備えたギヤ、フレームに設けたプーリー、反対側のワンウェイクラッチを備えたギヤ、反対側の回転自在なギヤの順に経由して、他端を他方のチェーン取付部に取付けて、左右の各機構を連動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シーソー式に往復運動をするアームを利用して、この往復運動を車輪の回転運動に変換して走行する駆動装置を備えた自転車に関するものである。

従来、自転車の車輪の駆動は、サドルに腰を掛けて、クランクペダルを回転させ、これをチェーンやシャフト等により、車輪に伝えているのが一般的である。又、往復運動を利用した特許には、次のようなものがある。
特開平１１−７９０５０特開２００１−１９９３７５（Ｐ２００１−１９９３７５Ａ）特開２００２−６８０６８（Ｐ２００２−６８０６８Ａ）

従来の自転車では、クランクを回転させた時、ペダル位置の最高、最低間の差が通常の大人用の自転車で約３３ｃｍ程あり、クランキング時は、足を大きく上下させる必要があり、且つ、ペダル部分が自在に回転することもあって、立ち乗りを行なうと足にも足首にも辛いものがあり、連続して立って乗るようなタイプの自転車を構成するのは、無理があった。

又、クランクペダルでの円運動による動力伝達では、円運動の全域に渡って効率的に動力伝達ができる訳ではなく、円運動の上限、下限に至る程、伝達効率が悪くなる特性があった。

本発明は、上記課題を解決するため、円運動に代わって、往復運動を行ない、伝達効率の比較的良い領域のみを使うことで、運動ストロークを短くして足の上下動作を小さくしつつ、走行に必要な駆動力は充分伝え、且つ、足首の安定化を図って、連続して立って乗っても体に無理を与えることのない自転車を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、その基本手段として、中間部を支点として、上下にシーソー式に動く左右一対の２本のアームを用いて、この往復運動を、左右を連動させつつ、車輪の回転運動に変換するため、チェーン、プーリー、ギヤ等を組み合わせる。

まずアームであるが、アームの前部と他の３本のサブアーム又は後述する部位のこのサブアームの１つを自転車のフレームの一部で代用して、平行四辺形を軸支により揺動可能に組み、この平行四辺形の前端のサブアームに平板状のステップを水平向きに設け、アーム後部は、その内部を空洞且つ平滑とし、この空洞部分のアームの一方の側面に、アームの長さ方向に長穴を空け、このアームの空洞内に、自転車の後車輪軸と平行な軸を有する回転自在なギヤ又はプーリーを備え、且つ複数のローラーや低摩擦係数樹脂を表面に設けたスライダーを組み込み、このスライダーにコントロールワイヤーを取付け、以上の構成物の左右一対を、この構成物の、平行四辺形を組んだ前端のサブアームの対辺にあたるサブアームを縦方向にして、又は前端のサブアームの対辺にあたるサブアームを自転車のフレームで代用した部分を縦方向に用いて、自転車のフレーム中間部下部の左右側面に取付ける。

次に、自転車の後車輪の両側面に１個ずつ、前進方向にのみロックするワンウェイクラッチを備えたギヤを設け、両端が開放され且つその中間部分をロープにしたチェーン又は両端が開放された歯付ベルトを用いて、その一端を、自転車の後車輪軸近くのフレームに設けた一方のチェーン又は歯付ベルト取付部に揺動可能に取付け、同側の上記回転自在なギヤ又はプーリー、同側の上記ワンウェイクラッチを備えたギヤ、フレームの中間部近辺下部にその回転軸を垂直方向にして設けた回転自在なプーリー、反対側の上記ワンウェイクラッチを備えたギヤ、反対側の上記回転自在なギヤ又はプーリーの順に経由して、後車輪軸近くのフレームに設けた反対側のチェーン又は歯付ベルト取付部に、そのチェーン又は歯付ベルトの他端を揺動可能に取付ける。

次に、チェーンテンション用兼左右各アーム後部の落下防止用バネをアームとフレーム間に設けると共に、このアームの過行程防止用ストッパーをフレームに設ける。

次に、代用例について述べる。上記に記載の、アーム、サブアーム等を用い平行四辺形を軸支により揺動可能に組んだ機構に平板状のステップを設けた左右一対のアームに代えて、アームと平板状のステップとを剛体として一体化し、アーム後部は上記アームと同構造とした左右一対のアームを用いて、このアームの中間部分を、自転車のフレーム中間部下部の左右に、軸支により上下に揺動可能に取付けて、簡易タイプとして代用することができる。

又、上記に記載の左右一対のアームの後半部に設けた空洞、長穴、スライダー及びコントロールワイヤーを用いた変速機構に代えて、自転車の後車輪軸と平行な軸を有する回転自在なギヤ又はプーリーを、各アームの後部に直接設け、この左右一対のアームの内、一方のアームの後部を屈曲させて他方のアーム側に２本共を寄せ、後車輪の両側面に設けたワンウェイクラッチを備えたギヤ及びフレームの左右に設けたチェーン又は歯付ベルト取付部も、片側に寄せたアームと同じ側に寄せて設け、後車輪ハブに汎用の変速機を設けることで、代用することができる。

本発明は、以上の構成よりなる、連続して立って乗っても疲労の少ない、往復駆動方式の自転車である。

本発明を自転車等に使用することにより、従来の自転車の半分以下の小ストロークで、アームを左右交互に往復運動させてこぐことで、足の上下動も小さく、且つ効率的に動力を伝えて走行を行なうことができ、ステップに足を乗せることで足首に回転成分も発生しないため、サドルを無くして立って乗るタイプの自転車も、体に大きな負担をかけることなく構成することができ、従来の自転車とは異なる、新タイプ且つ新乗車フィーリングを持つ自転車を人々に提供し、楽しんで頂くことができる。

又、サドルに腰掛けて乗るタイプも構成可能であるが、この場合は、足の上下ストロークが小さいことにより、スカート類を履いた女性にあっても、裾の乱れ等に気を使わずとも乗車することが可能である。

本発明を実施するための最良の形態を、図１を用いて説明する。アーム１Ｌは、左右２本を有するアームの左側の１本であり、このアーム１Ｌの前半部分を用いて、サブアームａ２Ｌ、サブアームｂ３Ｌ、サブアームｃ４Ｌと共に、平行四辺形を軸支により揺動可能にリンクを組み、サブアームｂ３Ｌに、足を乗せる平板状のステップ６Ｌを水平向きに取付け、サブアームａ２Ｌを縦方向にしてフレーム５の通常の自転車でいうところのクランク軸の取付部近辺の左側面に取付けたものである。尚、サブアームａ２Ｌは、このサブアームを取付けるフレーム５部分を用いて代用することができる。右側のアーム１Ｒ側についても、同様の構成とし、同様に取付けて左右一対とする。

この構成とすることにより、アーム１Ｒ、１Ｌが、シャフトａ２０Ｒ、２０Ｌを支点として、左右独立して上下にシーソー式に揺動可能になると共に、ステップ６Ｒ、６Ｌを上下に平行移動させることができ、これによって、アームをこいだ時、足首の角度変化を小さくでき、又、つま先部分の上下ストロークを押さえつつ、アーム後部の必要なストロークを確保して、単位走行距離当りのアームをこぐ回数を少なくすることができる。
又、足を乗せる部分を、平板状のステップタイプとしたことにより、一般の自転車のペダルのように足首に回転成分の発生もないため、連続して立って乗るタイプの自転車を構成しても、足や足首に無理な負担を掛けることも少ない。
又、このステップは、足を乗せる位置を前後に変えて、荷重点を移動させることで、駆動力のコントロールをすることも可能である。

次に、アーム１Ｒと１Ｌを利用した変速機構であるが、左側のアーム１Ｌにて、代表して説明をすると、アーム１Ｌの後半部分を用いて、その内部を空洞且つ平滑とし、このアームの一方の側面に、アームの長さ方向に長穴７Ｌを空け、この空洞内に後車輪１１の軸と平行な軸を持った回転自在なギヤ８Ｌを組付けたスライダー９Ｌを組込む。スライダー９Ｌには、その下面に複数のベアリングを設け、側面にも複数のベアリング又は低摩擦係数樹脂を設け、アーム１Ｌ内を容易にスライドできる構造とし、このスライダー９Ｌにコントロールワイヤー１０Ｌを接続し、スライダー９Ｌをスライドさせることで、アーム１Ｌの有効長を変え、変速ができる構成とする。右側のアーム１Ｒ側も同様の構成とする。

次に、アーム１Ｒ、１Ｌの往復運動を車輪に伝える機構であるが、後車輪１１の両側面に１個ずつ、前進方向にのみロックするワンウェイクラッチを備えたギャ１２Ｒ、１２Ｌを設け、アームの力をギヤ１２Ｒ、１２Ｌに伝達する役目をする、両端が開放され且つその中間部分をワイヤーロープにしたチェーン１３を用いて、その一方の端をフレーム５の一方のチェーン取付部１４Ｌに揺動可能に取付け、同側の回転自在なギヤ８Ｌを経由し、同側のワンウェイクラッチを備えたギヤ１２Ｌを経由し、フレーム５の図１に示す近辺にその回転軸を垂直方向にして取付けた回転自在なプーリー１５を経由して反転し、反対側のワンウェイクラッチを備えたギヤ１２Ｒを経由し、反対側の回転自在なギヤ８Ｒを経由して、チェーン１３の他方の端を反対側のチェーン取付部１４Ｒに揺動可能に取付ける。
尚、回転自在なプーリー１５のフレーム５への正確な取付け位置は、チェーン１３の往復動する長さを考慮して決定する。

このように、左右の各機構を回転自在なプーリー１５とチェーン１３を用いて連結することで、一方のステップを踏み下げれば、他方のステップが上がってくるようにでき、アーム１Ｒ、１Ｌを左右交互にこぐことで、ギヤ１２Ｒ、１２Ｌを駆動して走行することができる。

次に、チェーン１３の張力保持兼アーム１Ｒ、１Ｌ後部の持ち上げ用として、コイル状のアーム戻しバネ１６Ｒ、１６Ｌをシャフトａ２０Ｒ、２０Ｌまわりに挿入し、留め部をアームとフレームに固定する。

次に、アーム１Ｒ、１Ｌの過行程防止用及びチェーン１３切断時のアーム１Ｒ、１Ｌの地面への落下防止用としてのアームストッパー１７をフレームに設ける。

次に、代用、応用例について述べる。上記で述べた、それぞれアーム１Ｒ、１Ｌと共にサブアームａ２Ｒ、２Ｌ、サブアームｂ３Ｒ、３Ｌ、サブアームｃ４Ｒ、４Ｌ等で平行四辺形を軸支により揺動可能に組み、サブアームｂ３Ｒ、３Ｌにステップ６Ｒ、６Ｌを取付けた左右一対のアームに代わって、アームと平板状のステップとを剛体として一体化し、アーム後部構造は、上記アームと同構造とした左右一対の一体アーム１８Ｒ、１８Ｌを用いて、このアームの中間部分を自転車のフレーム中間部下部の左右に、軸支により上下に揺動可能に取付けて、簡易型として代用することができる。

又、スライダー９Ｒ、９Ｌ等を用いた変速機構の不必要な場合は、スライダー９Ｒ、９Ｌ、コントロールワイヤー１０Ｒ、１０Ｌ、長穴７Ｒ、７Ｌ及びアーム１Ｒ、１Ｌの空洞は、省いて構成することができるが、この場合、回転自在なギヤ８Ｒ、８Ｌは、アーム１Ｒ、１Ｌの後部に直接設ける。

又、回転自在なギヤ８Ｒ、８Ｌは、回転自在なプーリーで代用することができ、車輪に２６インチ、２７インチというような大径車輪を用いる場合は、アーム１Ｒ、１Ｌのストロークを増大させて車輪に伝える必要もないため、これを省いて構成することができる。回転自在なギヤ８Ｒ、８Ｌを省いた構成とする場合、チェーン１３の各端は、左右のスライダー９Ｒ、９Ｌのそれぞれに揺動可能に直接取付ける。又、スライダー９Ｒ、９Ｌ等アームを利用した変速機構も省いた構成とする場合は、アーム１Ｒ、１Ｌの後部に揺動可能に直接取付ける構成とする。

又、このチェーン１３は、その中間部分のワイヤーロープ部分を、両端とは９０度位相を変えてつないだチェーンを使って代用できる。この場合、回転自在なプーリー１５は、チェーンの当り面を平坦にしたものを使用するか、チェーンを掛けることのできる回転自在なギアに変更する。尚、ワイヤーロープ部分のワイヤーロープは、ワイヤーロープではなく、他の強度のあるロープで代用できるのは、勿論のことである。

又、このチェーン１３は、全体を歯付ベルトで代用することができる。この場合、ギヤ１２Ｒ、１２Ｌは、歯付ベルト用のギヤを使用し、回転自在なギヤ８Ｒ、８Ｌも同じく歯付ベルト用のギヤを使用する。又、回転自在なプーリー１５も、歯付ベルトの当り面を平坦にしたものを使用し、歯付ベルトを取りまわす際、回転自在なプーリー１５経由時は、歯付ベルトを９０度ひねって歯付ベルトの背面がプーリー面に来るようする。

又、変速機として、一般の自転車によく用いられる、汎用のハブ内装型変速機を使用する場合や、後車輪片サイドにバッグを付けたい等、デザイン面で、アーム１Ｒ、１Ｌを後車輪１１の両側面ではなく、一方の側に持ってくる場合は、どちらか一方のアームの後半部分を屈曲させて、もう一方のアーム側に並べて持ってくる構成とする。この場合、ギヤ１２Ｒ、１２Ｌは、後車輪１１の両側面ではなく、アームを寄せた側の片側面に２個並べて設け、チェーン１３の各端を取付けるチェーン取付部１４Ｒ、１４Ｌも同じ側に設けると共に、チェーン１３がフレーム５等と干渉しないように、回転自在なプーリー１５のフレーム５への取付け位置を考慮し、且つ必要に応じてガイドローラーを設ける。

本発明の自転車の駆動装置を示す側面図である。本発明の自転車の駆動装置の簡略化型である一体アーム型の側面図である。本発明の自転車の駆動装置の簡略化型である一体アーム型の基本構成を示す略図の斜視図である。本発明を使用した、立って乗るタイプの自転車の実施例図である。

符号の説明

１Ｒ、１Ｌ・・・アーム
２Ｒ、２Ｌ・・・サブアームａ
３Ｒ、３Ｌ・・・サブアームｂ
４Ｒ、４Ｌ・・・サブアームｃ
５・・・・・・・フレーム
６Ｒ、６Ｌ・・・ステップ
７Ｒ、７Ｌ・・・長穴
８Ｒ、８Ｌ・・・ギヤ又はプーリー
９Ｒ、９Ｌ・・・スライダー
１０Ｒ、１０Ｌ・・コントロールワイヤー
１１・・・・・・・後車輪
１２Ｒ、１２Ｌ・・ギヤ
１３・・・・・・・チェーン又は歯付ベルト
１４Ｒ、１４Ｌ・・チェーン又は歯付ベルト取付部
１５・・・・・・・プーリー
１６Ｒ、１６Ｌ・・アーム戻しバネ
１７・・・・・・・アームストッパー
１８Ｒ、１８Ｌ・・一体アーム
１９Ｒ、１９Ｌ・・固定ステップ部
２０Ｒ、２０Ｌ・・シャフトａ
２１Ｒ、２１Ｌ・・シャフトｂ

Claims

アーム前部と他の複数のサブアーム又はこのサブアームの１つを自転車のフレームの一部で代用して、平行四辺形を軸支により揺動可能に組み、この平行四辺形の前端のサブアームに平板状のステップを設け、アーム後部は、その内部を空洞且つ平滑とし、この空洞部分のアームの一方の側面に、アームの長さ方向に長穴を空け、このアームの空洞内に、自転車の後車輪軸と平行な軸を有する回転自在なギヤ又はプーリーを備え、且つ複数のローラーや低摩擦係数樹脂を表面に設けたスライダーを組み込み、このスライダーにコントロールワイヤーを取付け、以上の構成物の左右一対を、この構成物の、平行四辺形を組んだ前端のサブアームの対辺にあたるサブアーム、又は前端のサブアームの対辺にあたるサブアームを自転車のフレームで代用した部分を縦方向にして、自転車のフレーム中間部下部近辺の左右側面に取付け、自転車の後車輪の両側面に１個ずつ、前進方向にのみロックするワンウェイクラッチを備えたギヤを設け、両端が開放され且つその中間部分をロープにしたチェーン又は両端が開放された歯付ベルトを用いて、その一端を、自転車の後車輪軸近くのフレームに設けた一方のチェーン又は歯付ベルト取付部に揺動可能に取付け、同側の上記回転自在なギヤ又はプーリー、同側の上記ワンウェイクラッチを備えたギヤ、フレームの中間部下部近辺にその回転軸を垂直方向にして設けた回転自在なプーリー、反対側の上記ワンウェイクラッチを備えたギヤ、反対側の上記回転自在なギヤ又はプーリーの順に経由して、後車輪軸近くのフレームに設けた反対側のチェーン又は歯付ベルト取付部に、そのチェーン又は歯付ベルトの他端を揺動可能に取付け、チェーンテンション用兼左右各アーム後部の持ち上げ用弾性体を取付けると共に、このアームの過行程防止用ストッパーをフレームに設けたことを特徴とする自転車。
上記請求項１に記載の、アーム、サブアーム等を用いて平行四辺形を軸支により揺動可能に組んだ機構に平板状のステップを設けた左右一対のアームに代えて、アームと平板状のステップとを剛体として一体化し、アーム後部は請求項１に記載のアームと同構造とした左右一対のアームを用い、このアームの中間部分を、自転車のフレーム中間部下部の左右に、軸支により上下に揺動可能に設けたことを特徴とする請求項１に記載の自転車。
上記請求項１及び請求項２に記載の左右一対のアームの後半部に設けた空洞、長穴、スライダー及びコントロールワイヤーを用いた変速機構に代わり、自転車の後車輪軸と平行な軸を有する回転自在なギヤ又はプーリーを、各アームの後部に直接設け、この左右一対のアームの内、一方のアームの後部を屈曲させて他方のアーム側に２本共を寄せ、後車輪の両側面に設けたワンウェイクラッチを備えたギヤ及びフレームの左右に設けたチェーン又は歯付ベルト取付部も、片側に寄せたアームと同じ側に寄せて設け、後車輪ハブに汎用の変速機を設けたことを特徴とする請求項１、請求項２に記載の自転車。