JP2005349953A - 自転車の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 駆動効率がよく、小型かつ軽量で、既存の自転車の利点を生かし、低コストで製造可能な自転車の駆動装置を提供する。
【解決手段】
車輪３７，３８と、車輪を軸支するフレーム４２，４３と、車輪に同軸に設けられ、車輪に回転力を伝達する従動スプロケットホイール４８とを含む自転車の駆動装置７０において、第１および第２ペダル８−Ｒ，８−Ｌと、第１および第２ラック５−Ｒ，５−Ｌと、第１および第２ラック５−Ｒ，５−Ｌの前記上下方向の変位を相互に逆方向に反転して伝達する変位伝達手段１５，１６と、第１および第２ピニオン１−Ｒ，１−Ｌと、駆動スプロケットホイール２と、駆動力伝達チエン３とを含む自転車の駆動装置による。
【選択図】 図１

Description

本発明は、人力による足踏み直線往復運動によって車輪の駆動力を発生する自転車の駆動装置に関する。

図１３は、従来の自転車３００の外観を示す正面図である。この自転車３００は、足踏み回転ペダルを回転させることにより、歯車、チエンを介して車輪に回転動力を伝える機構を有するものである。図１４（１）は、従来の足踏み回転ペダルを用いた自転車３００の足踏み動力有効伝動力曲線を示すグラフである。この足踏み回転ペダル自転車３００の場合、図１４（１）（ｃ）に示すように左右の回転ペダルが地面と平行になった状態のとき、足踏み動力を、最大に車輪に伝えることができるが、それはほんの一瞬にすぎない。したがって、この駆動装置は、足踏み回転ペダルに加えられた足踏み動力のうち約５０％強程度しか車輪に伝達できない。足踏み動力を有効に車輪に伝達することができない結果、スタート時などの加速時などにおいて、この自転車はフラフラとよろめくなど危険な状態になる。特に婦女子、年少者および高齢者などの足踏み力が弱い者にとっては、転倒にまで到りやすく、これらを原因とした交通事故などが多発している。

この問題を解決するため、常に足踏み動力の最大の力が車輪に伝わるように、上下に直線的に足踏みをすることによって車輪を駆動する自転車が開発されている。図１４（２）は、足踏み直線往復運動方式における足踏み動力有効伝動力曲線を示すグラフである。図１４（２）に示されているように、この足踏み直線往復運動方式によれば、ペダルが最下部にある一瞬を除いて、ペダルの位置がどの位置にあっても、足踏み回転ペダルを用いた自転車における左右の回転ペダルが地面と平行になった状態のときに得られる最大駆動力と同じ力を伝えることができる。したがって、無駄なく足踏み動力を車輪に伝達できるので、スタート時においてもスムーズに発進することができる。

この足踏み直線往復運動方式を用いた従来の典型的な技術が、特許文献１に示されている。この技術は、チエンに設けられたペダルを足踏み直線往復運動することによって、自転車の長手方向に対して平行な軸を有する歯車を回転させドライブシャフトを介して車輪を動かすものである。

また、この他の技術が、特許文献２に示されている。これは、傘歯車および伸縮するレバーを用いて直線運動を実現するものである。

さらに、この他の技術が、特許文献３および特許文献４に示されている。これは、多数の歯車群を用いて足踏み上下運動を、ドライブシャフトを介して車輪に伝達する駆動装置である。

特開平５−５０９７４号公報 特開平８−１０８８７９号公報 特開平９−５２５８８号公報 特許２７６２３９３号公報

特許文献１に記載された技術では、多数のギアの組み合わせによって後輪への駆動力を取り出していることから、駆動装置が全体に大型化しやすく重くなりやすい。また、自転車の長手方向に平行な軸を有する回転歯車を用いることから、幅方向に拡がりやすく、足踏み運動をする際に邪魔になりやすい。さらには後輪への伝達駆動手段にドライブシャフトが用いられており、現在主流のチエンを用いた伝達駆動手段には馴染みにくく、高価になりやすい。

また特許文献２に記載された技術では、伸縮レバー部にバネを用いており踏み下げ時にバネのない装置よりも大きな力を要する問題を有しており、足踏み力の弱い者には自転車が不安定になる問題を解決できない。さらには、２相または３相チエンを使用しなければならないなどの特殊性のため、たとえば後輪に変速装置を設ける場合には、特殊な変速機の開発を要するなど問題点が多い。

さらに特許文献３および４に記載された技術では、多数の歯車を用いて足踏み運動を回転運動に変換しており大型化しやすく伝達ロスも生じやすい。このため自転車に用いるのは現実的ではない。

本発明の目的は、小型かつ軽量で、低コストで製造可能な、既存の自転車の利点を生かすことができ、かつ、駆動効率のよい自転車の駆動装置を提供することである。

本発明は、車輪と、車輪を軸支するフレームと、車輪に同軸に設けられ、車輪に回転力を伝達する従動スプロケットホイールとを含む自転車の駆動装置において、
第１ペダルと、
第１ペダルが連結され、前記フレームの一側方に上下に変位可能に設けられる第１ラックと、
第２ペダルと、
第２ペダルが連結され、前記フレームの他側方に上下に変位可能に設けられる第２ラックと、
第１および第２ラックの前記上下方向の変位を相互に逆方向に反転して伝達する変位伝達手段と、
前記フレームの一側方に配置されて軸支され、第１ラックに噛合する第１ピニオンと、
前記フレームの他側方に配置されて軸支され、第２ラックに噛合する第２ピニオンと、
第１および第２ラックの下方への変位による第１および第２ピニオンの回転が伝達され、かつ第１および第２ラックの上方への変位による第１および第２ピニオンの回転を許容する駆動スプロケットホイールと、
駆動スプロケットホイールおよび従動スプロケットホイール間に巻き掛けられて張架される駆動力伝達チエンとを含むことを特徴とする自転車の駆動装置である。

また本発明は、前記第１ペダルは、前記フレームに予め定める支点を中心に回動可能に設けられる第１揺動部材を介して前記第１ラックに連結され、
前記第２ペダルは、前記フレームに予め定める支点を中心に回動可能に設けられる第２揺動部材を介して前記第２ラックに連結されることを特徴とする。

また本発明は、第１および第２ラックの上下の変位方向の前記フレームに対する傾斜量を変化させて、第１および第２ペダルの踏込み方向を調整する踏込み方向調整手段を含むことを特徴とする。

また本発明は、車輪と、車輪を軸支するフレームと、車輪に同軸に設けられ、車輪に回転力を伝達する従動スプロケットホイールとを含む自転車の駆動装置において、
第１ペダルと、
前記フレームの一側方に張架方向に沿って回動可能に設けられ、上下に張架される部分に第１ペダルが連結される第１チエンと、
第２ペダルと、
前記フレームの他側方に張架方向に沿って回動可能に設けられ、上下に張架される部分に第２ペダルが連結される第２チエンと、
第１および第２ラックの前記上下方向の変位を相互に逆方向に反転して伝達する変位伝達手段と、
第１チエンが巻き掛けられる第１伝動スプロケットホイールと、
第２チエンが巻き掛けられる第２伝動スプロケットホイールと、
第１および第２ペダルの下方への変位による第１および第２伝動スプロケットホイールの回動が伝達され、かつ第１および第２ペダルの上方への変位による第１および第２伝動スプロケットホイールの回動を許容する駆動スプロケットホイールと、
駆動スプロケットホイールおよび従動スプロケットホイール間に巻き掛けられて張架される駆動力伝達チエンとを含むことを特徴とする自転車の駆動装置である。

また本発明は、第１および第２チエンの上下に張架される部分の前記フレームに対する傾斜量を変化させて、第１および第２ペダルの踏込み方向を調整する踏込み方向調整手段を含むことを特徴とする。

本発明によれば、第１ペダルおよび第２ペダルを交互に足で下方に踏み込むことによって、踏み込み力を車輪の回転力に伝達して車輪を駆動するので、従来の足踏み回転ペダルによって車輪を駆動するものよりも効率よく車輪を駆動できる自転車を提供することができる。

それぞれのペダルにそれぞれラックが連結されており、一方のペダルを踏み下げるとそのペダルに連結されたラックが下方に変位する。ラックが下方に変位するとそのラックに噛合されたピニオンが回転する。ラックが下方に変位されることによるピニオンの回転が駆動スプロケットホイールに伝達されて駆動スプロケットホイールが回転する。また、変位伝達手段によって、一方のラックが下方に変位すると、他方のラックは上方へ変位する。しかし、ラックが上方に変位することによるピニオンの回転は駆動スプロケットホイールには、伝達されない。前述の駆動スプロケットホイールの回転駆動力が駆動力伝達チエンを介して従動スプロケットホイールに伝達されることにより車輪を効率よく駆動する。

このような構成によれば、駆動に関連して自転車の長手方向に平行な軸を有するスプロケットホイールを設ける必要がなく自転車の長手方向に垂直な方向の長さを抑制することができ、小型化が可能となる。また、機構が単純なことから軽量な自転車を低コストで製造することができる。さらに、既存の自転車用の多くの部品がそのまま使えるという利点も有する。このように、小型かつ軽量で、低コストで製造可能な、既存の自転車の利点を生かすことができ、かつ、駆動効率のよい自転車の駆動装置を実現することができる。

本発明によれば、フレームに予め定める支点を中心に回動可能に設けられる第１ペダルおよび第２ペダルを交互に踏み下げることによって車輪を駆動するので、従来の足踏み回転ペダルを回転させることによって車輪を駆動する駆動装置を有する自転車よりも効率よく車輪を駆動できる。予め定める支点を中心として回動可能に揺動部材が設けられ、この揺動部材にペダルが連結されているので、てこの原理によって非常に軽くラックを押し下げることができる。したがって、婦女子、年少者および高齢者などの足踏み力の弱い者に、特に好ましく用いることができる。

本発明によれば、ラックのフレームに対する傾斜量を変化させてペダルの踏み込み方向を調節できる。自転車のハンドルの形状などによって運転者の姿勢が異なったり、運転者ごとに体型が異なったりすることなどによって踏み込み方向が不適切な場合であっても、この踏み込み方向調整手段によってペダルの踏み込み方向を適切な方向へ調整することができる。

本発明によれば、第１ペダルおよび第２ペダルを交互に足で踏み込むことによって、踏み込み力を車輪の回転に伝達して車輪を駆動するので、従来の足踏み回転ペダルによって車輪を駆動するものよりも効率よく車輪を駆動できる自転車を提供することができる。

フレームの一側方および他側方に張架方向に沿って回動可能に設けられるそれぞれのチエンに連結されたペダルを交互に踏み下げると、チエンは、伝動スプロケットホイールに巻きかけられているため、チエンの変位によって伝動スプロケットホイールが回動する。ペダルの下方への変位による伝動スプロケットホイールの回動が駆動スプロケットホイールに伝達されることによって駆動スプロケットホイールが回転する。駆動スプロケットホイールの回転駆動力が駆動力伝達チエンを介して従動スプロケットホイールに伝達されることにより車輪を効率よく駆動する。

また、一方のペダルが下方に変位すると、変位伝達手段によって他方のペダルは上方に変位する。ペダルが上方に変位するとペダルに連結されたチエンが変位して噛合されている伝達スプロケットホイールが回動する。駆動スプロケットホイールには、ペダルの上方への変位による伝動スプロケットホイールの回動は伝達されない。

このような構成によれば、駆動に関連して自転車の長手方向に平行な軸を有するスプロケットホイールを設ける必要がなく自転車の長手方向に垂直な方向の長さを抑制することができ小型化が可能となる。また、機構が単純なことから軽量な自転車を低コストで製造することができる。さらに、既存の自転車用の多くの部品がそのまま使えるという利点も有する。このように、小型かつ軽量で、低コストで製造可能な、既存の自転車の利点を生かすことができ、かつ、駆動効率のよい自転車の駆動装置を実現することができる。

本発明によれば、第１および第２チエンのフレームに対する傾斜量を変化させてペダルの踏み込み方向を調節できる。自転車のハンドルの形状などによって運転者の姿勢が異なったり、運転者ごとに体型が異なったりすることなどによって踏み込み方向が不適切な場合であっても、この踏み込み方向調整手段によってペダルの踏み込み方向を適切な方向へ調整することができる。

図１は、本発明の第１実施形態の駆動装置７０を備える自転車１００を示す正面図である。図２は、第１実施形態の自転車の駆動装置７０の一部を拡大して示す正面図である。図３は、第１実施形態の自転車の駆動装置７０の一部を拡大して示す側面図である。

本実施形態の自転車１００は、第１ペダル８−Ｒと、第１ラック５−Ｒと、第２ペダル８−Ｌと、第２ラック５−Ｌと、第１ピニオン１−Ｒと、第２ピニオン１−Ｌと、駆動スプロケットホイール２、駆動力伝達チエン３、従動スプロケットホイール４８とを含む自転車１００である。本実施形態の自転車１００としては、前述の部品の他に、前輪３７、後輪３８、ハンドル４１、サドル４０、前方フレーム１２、後方フレーム４３、前部二股フレーム４２など既存の自転車に使用される部品を含んで構成される。

第１ペダル８−Ｒは、右足用の足踏みペダルである。この第１ペダル８−Ｒは、第１ラック５−Ｒに取り付けられ第１ラック５−Ｒの動きに連動して上下に変位する。本実施形態において「上下」とは、自転車を地面に対して垂直に起立させた状態において、地面に垂直な方向のみならず、地面と垂直に近い角度で傾斜した状態を含む実使用上における上下方向をいう。また、第１ペダル８−Ｒは、第１ラック５−Ｒに固定的に取り付けられてもよいが、足の微妙な動きを許容するため、回転可能に取り付けるのが好ましい。

第１ラック５−Ｒは、上下に変位することにより第１ピニオン１−Ｒを回転させるために設けられる。この第１ラック５−Ｒは、上下に変位可能に設けられればよい。たとえば、第１ガイドレール１１−Ｒを設けて、このレール中で第１ラック５−Ｒが上下に変位するようにすることができる。このラックおよびガイドレールの形状としては、特に制限されないが、ラックがガイドレールの外方に離脱して飛び出さないような形状とするのが好ましい。たとえば、ラックの形状をその変位方向に沿った一端部に凸部を有するものとし、ガイドレールの形状をその内部に凹溝を有するものとすることによって、ガイドレールの凹溝にラックの凸部を嵌めてラックがガイドレールの外方に離脱して飛び出さないようにすることができる。また、第１ガイドレール１１−Ｒと第１ラック５−Ｒが滑らかに上下に変位するように、滑動部材を第１ガイドレール１１−Ｒと第１ラック５−Ｒの間に介在させることが好ましい。この滑動部材としては、たとえば、ベアリングローラ１０などが挙げられる。この滑動部材は、第１ガイドレール１１−Ｒと第１ラック５−Ｒの間に固定的に介在されてもよいが、たとえば、ベアリングローラ１０を第１ラック５−Ｒに取り付けることにより、第１ガイドレール１１−Ｒとの間の摩擦を低減させ、滑らかに動かすことができる。

第１ペダル８−Ｒを下方向に足で踏み込む際に、第１ラック５−Ｒが押し下げられて下死点に到達するときに生じる衝撃力を吸収するために第１ガイドレール１１−Ｒの下部に衝撃力吸収ばね７−Ｒを設けるのが好ましい。さらに、第２ペダルの踏み下げによって第２ラック５−Ｌが下方に変位する際には、変位伝達手段によって第１ラックが上方に変位する。第１ラックが上死点に到達するときに生じる衝撃力を吸収するために第１ガイドレール１１−Ｒの上部に衝撃力吸収ばねを設けてもよい。

第２ペダル８−Ｌは、右足用の足踏みペダルである。この第２ペダル８−Ｌは、第２ラック５−Ｌに取り付けられ第２ラック５−Ｌの動きに連動して上下に変位する。また、第２ペダル８−Ｌは、第２ラック５−Ｌに固定的に取り付けられてもよいが、足の微妙な動きを許容するため、回転可能に取り付けるのが好ましい。

第２ペダル８−Ｌは、左足用の足踏みペダルである。この第１ペダル８−Ｌは、第１ラック５−Ｌに取り付けられ第１ラック５−Ｌの動きに連動して上下に変位する。また、第２ペダル８−Ｌは、第２ラック５−Ｌに固定的に取り付けられてもよいが、足の微妙な動きを許容するため、回転可能に取り付けるのが好ましい。

第２ラック５−Ｌは、上下に変位することにより第２ピニオン１−Ｌを回転させるために設けられる。この第２ラック５−Ｌは、上下に変位可能に設けられればよい。たとえば、第２ガイドレール１１−Ｌを設けて、このレール中で第２ラック５−Ｌが上下に変位するようにすることができる。このラックおよびガイドレールの形状としては、特に制限されないが、ラックがガイドレールの外方に離脱して飛び出さないような形状とするのが好ましい。たとえば、ラックの形状をその変位方向に沿った一端部に凸部を有するものとし、ガイドレールの形状をその内部に凹溝を有するものとすることによって、ガイドレールの凹溝にラックの凸部を嵌めてラックがガイドレールの外方に離脱飛び出さないようにすることができる。また、第２ガイドレール１１−Ｌと第２ラック５−Ｌが滑らかに上下に変位するように、滑動部材を第２ガイドレール１１−Ｌと第２ラック５−Ｌの間に介在させることが好ましい。この滑動部材としては、たとえば、ベアリングローラ１０などが挙げられる。この滑動部材は、第２ガイドレール１１−Ｌと第２ラック５−Ｌの間に固定的に介在されてもよいが、たとえば、ベアリングローラ１０を第２ラック５−Ｌに取り付けることにより、第２ガイドレール１１−Ｌとの間の摩擦を低減させ、滑らかに動かすことができる。

第２ペダル８−Ｌを下方向に足で踏み込む際に、第２ラック５−Ｌが押し下げられる最下端に到達するときに生じる衝撃力を吸収するために第２ガイドレール１１−Ｌの下部に衝撃力吸収バネ７−Ｌを設けるのが好ましい。さらに、第１ペダルの踏み下げによって第１ラック５−Ｒが下方に変位する際には、変位伝達手段によって第２ラックが上方に変位する。第２ラックが最上端に到達するときに生じる衝撃力を吸収するために第２ガイドレール１１−Ｌの上部に衝撃力吸収ばねを設けてもよい。

変位伝達手段は、第１および第２ラックの上下方向の変位を相互に逆方向に反転して伝達する手段であればよく、特に制限されるものではないが、たとえば、第１ラック５−Ｒおよび第２ラック５−Ｌの上方にプーリ１６などを設けてそのプーリ１６などに可撓性を有する連結部材を巻き掛けて第１ラック５−Ｒおよび第２ラック５−Ｌを連結する手段によることによって好ましく実現することができる。

連結部材としては、可撓性を有しており連結できればよく、特に制限されないが、たとえば、ワイヤー１５、チエンおよびベルトなどが挙げられる。ワイヤー１５による場合には、たとえば、ガイドレール１１の上部に設けられた１又は複数のプーリ１６に巻き掛けて第１ラック５−Ｒと第２ラック５−Ｌとをワイヤー１５の両端で連結することによって、一方のラックが押し下げられたときには、他方のラックが押し上げられる機構を実現することができる。連結手段にワイヤー１５を用いれば、軽量にすることができる。また、チエンによる場合には、たとえば、ガイドレール１１の上部及び下部に小型のスプロケットホイールを設置しておき第１ラック５−Ｒと第２ラック５−Ｌとをチエンに連結することによって、一方のラックを下方に変位させたときに、他方のラックが上方に変位される機構を実現することができる。チエンを用いる場合には、より一層強度を確保できる。

また、ラック５−Ｒ，５−Ｌの上下の変位方向を変化させて第１および第２ペダルの踏込み方向を調整する踏込み方向調整手段を設けることができる。この踏込み方向調整手段は、それぞれのラックとピニオンの噛み合わせを阻害することのないような調整手段とするのが好ましい。それぞれのラックとピニオンの噛み合わせを良好に保ったままで、フレームに対してのラックの上下変位方向である傾斜量を変化できるように固定するためには、たとえば、ラックとピニオンの噛み合わせ部の位置が変化しないように該噛み合わせ部回りにガイドレール１１を回動可能に固定するのが好ましい。

さらに、具体的には、たとえば、該噛み合わせ部回りにガイドレール１１を回動可能にするための支軸５１と、支軸５１を中心とした円周の一部に孔を形成するように設けられた角度スライド板１４と、前部車体フレーム１２の連結部１２ｂと後方フレーム４３のサドルフレーム部４３ｃとの間を繋いで角度スライド板１４が取り付けられる固定金属板１３とを含んで構成することにより好ましく実現することができる。支軸５１としては、特に限定されないが、たとえば、軸４と車体フレーム４３とを結ぶ支軸固定板５０を設置してそこに支軸５１を固定することによって好ましく設けることができる。

この機構により、支軸５１を中心に、ガイドレール１１を適切な上下方向になるように角変位させて、角度スライド板１４にボルト及びナットなどの固定具を用いて固定することによって調整することができる。

また、第１ラック５−Ｒおよび第２ラック５−Ｌの下方への変位による第１ピニオン１−Ｒおよび第２ピニオン１−Ｌの回転が伝達され、かつ第１ラック５−Ｒおよび第２ラック５−Ｌの上方への変位による第１ピニオン１−Ｒおよび第２ピニオン１−Ｌの回転を許容して駆動スプロケットホイール２に伝達する機構としては、特に制限されないが、以下の機構を好ましく使用できる。

図４は、ピニオン１−Ｒ、１−Ｌからの駆動力を駆動スプロケットホイール２に伝達する機構を示す断面図である。

第１ピニオン１−Ｒは、第１ラック５−Ｒと噛合されて回転する。第１ペダルの踏み下げに伴い第１ラック５−Ｒが下方に変位するときは、第１ピニオン１−Ｒは図に示すように矢符Ｃ方向に回転する。また、第２ペダルの踏下げに伴い第２ラック５−Ｌが下方に変位するときは、変位伝達手段によって第１ラック５−Ｒが上方に変位するので、第１ピニオン１−Ｒは、矢符Ｃ方向と逆方向に回転する。第１一方向クラッチ６−Ｒは、第１ピニオン１−Ｒと軸４との間に介在され矢符Ｃ方向の回転駆動力を軸４に伝え、矢符Ｃ方向と逆方向の回転は自由回転として許容し軸４には伝達しない。

第２ピニオン２−Ｌは、第２ラック５−Ｌと噛合されて回転する。第２ペダルの踏み下げに伴い第２ラック５−Ｌが下方に変位するときは、第２ピニオン１−Ｌは図に示すように矢符Ｃ方向に回転する。また、第１ペダルの踏下げに伴い第１ラック５−Ｒが下方に変位するときは、変位伝達手段によって第２ラック５−Ｌが上方に変位するので、第２ピニオン１−Ｌは、矢符Ｃ方向と逆方向に回転する。第２一方向クラッチ６−Ｌは、第２ピニオン１−Ｌと軸４との間に介在され矢符Ｃ方向の回転駆動力を軸４に伝え、矢符Ｃ方向と逆方向の回転は自由回転として許容し軸４には伝達しない。

これらのピニオン１−Ｒ，１−Ｌの半径は、特に限定されないが、たとえば、ペダルを軽く踏み下げることができるように、従来の足踏み回転自転車の軸からペダルまでの距離と同程度の大きさ、駆動スプロケットホイール２の２倍以上３倍以下、または、従動スプロケットホイール４８の２倍以上３倍以下の範囲を好ましく用いることができる。

これらの一方向クラッチは、一方向の回転のみを伝達するものであればよく、特に制限されないが、たとえば、ピニオンに接する外接部と軸４に接する内接部とを含み外接部と内接部の間をラチェットなどによって一方向の回転のみを伝達し、逆回転する際には空回転する機構を用いることにより実現できる。

駆動スプロケットホイール２は、軸４に固定され軸受け６０に従い矢符Ｃ方向にのみ回転することによりチエンを通じて車輪を回転駆動する。駆動する車輪については、特に限定されないが、製造コストの点などからは、後輪３８を駆動するのが好ましい。

図５は、ピニオン１−Ｒ，１−Ｌからの駆動力を駆動スプロケットホイール２に伝達する機構の他の実施形態を示す断面図である。

第１ピニオン１−Ｒは、第１ラック５−Ｒと噛み合わされ回転する。第１ラック５−Ｒが押し下げられたときは、第１ピニオン１−Ｒは図に示すように矢符Ｃ方向に回転する。また、第１ラック５−Ｒが第２ラック５−Ｌの押し下げに伴い押し上げられるときは、第１ピニオン１−Ｒは、矢符Ｃ方向と逆方向に回転する。第１一方向クラッチ６−Ｒは、前述の実施形態とは異なり、第１ピニオン１−Ｒとスプロケットホイール２との間に介在され矢符Ｃ方向の回転力を駆動スプロケットホイール２に伝え、矢符Ｃ方向と逆方向の回転は、自由回転として許容し、スプロケットホイール２には伝達しない。

第２ピニオン１−Ｌは、第２ラック５−Ｌと噛み合わされ回転する。第２ラック５−Ｌが押し下げられたときは、第２ピニオン１−Ｌは図に示すように矢符Ｃ方向に回転する。また、第２ラック５−Ｌが第１ラック５−Ｒの押し下げに伴い押し上げられるときは、第２ピニオン１−Ｌは、矢符Ｃ方向と逆方向に回転する。第２一方向クラッチ６−Ｌは、第２ピニオン１−Ｌと駆動スプロケットホイール２との間に介在され矢符Ｃ方向の回転力を駆動スプロケットホイール２に伝え、矢符Ｃ方向と逆方向の回転は、自由回転として許容し、駆動スプロケットホイール２には伝達しない。

これらのピニオン１−Ｒ，１−Ｌの半径は、特に制限されないが、たとえば、ペダルを軽く踏み込むことができるように、従来の足踏み回転自転車の軸からペダルまでの距離と同程度の大きさ、駆動スプロケットホイール２の２倍以上３倍以下、または、従動スプロケットホイール４８の２倍以上３倍以下の範囲を好ましく用いることができる。

これらの一方向クラッチは、通常ラチェット機構などにより実現されている。駆動スプロケットホイール２は、前述の実施形態とは異なり、軸４に回転自在に設けられ矢符Ｃ方向にのみ回転することにより駆動力伝達チエン３を通じて従動スプロケットホイール４８とつながった車輪を回転駆動する。駆動する車輪については、特に限定されないが、既存の自転車の構造上の変更をなるべく少なくするという点などからは、後輪３８を駆動するのが好ましい。従動スプロケットホイール４８は、車輪と直接つながっていてもよいが、ラチェット機構を介してつなげてもよい。

図６は、第１実施形態の他の実施形態の自転車の駆動装置７２の一部を示す正面図である。図７は、第１実施形態の他の実施形態の自転車の駆動７２の一部を示す側面図である。

本実施形態の自転車は、第３ペダル２１−Ｒと、第１揺動部材６５−Ｒ、第１ラック５−Ｒと、第４ペダル２１−Ｌと、第２揺動部材６５−Ｌ、第２ラック５−Ｌと、連結部材１５と、第１ピニオン１−Ｒと、第１一方向クラッチ６−Ｒと、第２ピニオン１−Ｌと、第２一方向クラッチ６−Ｌと、スプロケットホイール２とを含む自転車１００である。本実施形態の自転車１００としては、前述の部品の他に、前輪３７、後輪３８、ハンドル４１、サドル４０、前方フレーム１２、後方フレーム４３、前部二股フレーム４２、駆動力伝達チエン３など既存の自転車に使用される部品を含んで構成される。

第３ペダル２１−Ｒは、右足用の足踏みペダルである。この第３ペダル２１−Ｒは、予め定める支点を中心に第１揺動部材６５−Ｒを介して回動可能に設けられる。予め定める支点としては、特に限定されないが、構造の簡単化などの点から、軸４の軸線上に設けるのが好ましい。第１揺動部材６５−Ｒとしては、特に限定されないが、たとえば、軸４の軸線上にある支点を中心として一端部で回動可能に連結し、他端部で第３ペダル２１−Ｒが取り付けられ、中間部に孔を形成してペダルの動きに合わせてラックを上下に変位可能にするような形状とすることができる。

予め定める支点を中心とした円弧上の経路に沿って移動する第３ペダル２１−Ｒを踏み下げることにより第１揺動部材６５−Ｒを介して第１ラック５−Ｒが下方へ変位する。この第１ラック５−Ｒは、第１ガイドレール１１−Ｒに案内され上下に変位可能に設けられる。第１ガイドレール１１−Ｒは、第１ラック５−Ｒが正確に上下に変位できるように設けられる。また、第１ラック５−Ｒが第１ガイドレール１１−Ｒに従い滑らかに案内されるためベアリングローラ１０が設けられる。第１ペダル２１−Ｒを下方向に足踏みをする際に、第１ラック５−Ｒが押し下げられる最下端に到達するときに生じる衝撃力を吸収するために第１衝撃力吸収ばね７−Ｒが設けられる。

第４ペダル２１−Ｌは、左足用の足踏みペダルである。この第４ペダル２１−Ｌは、予め定める支点を中心に第２揺動部材６５−Ｌを介して回動可能に設けられる。予め定める支点としては、特に限定されないが、構造の簡単化などの点から、軸４の軸線上に設けるのが好ましい。第２揺動部材６５−Ｌとしては、特に限定されないが、たとえば、軸４の軸線上にある支点を中心として一端部で回動可能に連結し、他端部で第４ペダル２１−Ｌが取り付けられ、中間部に孔を形成してペダルの動きに合わせてラックを上下に変位可能にするような形状とすることができる。

予め定める支点を中心とした円弧上の経路に沿って移動する第４ペダル２１−Ｌを踏み下げることにより第２揺動部材６５−Ｌを介して第２ラック５−Ｌが下方へ変位する。この第２ラック５−Ｌは、第２ガイドレール１１−Ｌに案内され上下に変位可能に設けられる。第２ガイドレール１１−Ｌは、第２ラック５−Ｌが正確に上下に変位できるように設けられる。また、第２ラック５−Ｌが第２ガイドレール１１−Ｌに従い滑らかに案内されるためベアリングローラ１０が設けられる。第２ペダル２１−Ｌを下方向に足踏みをする際に、第２ラック５−Ｌが押し下げられる下死点に到達するときに生じる衝撃力を吸収するために第２衝撃力吸収ばね７−Ｌが設けられる。
これらの機構以外は、第１実施形態と同様なものとすることができる。

図８は、第１実施形態のさらに他の実施形態の自転車の駆動装置７４の一部を示す正面図である。図９は、第１実施形態のさらに他の実施形態の自転車の駆動装置７４の一部を示す側面図である。

第１実施形態の自転車の駆動装置７０に、他の実施形態にあるそれぞれのラックを上下に変位させるために予め定める支点を中心とした円弧上を動く第３および第４ペダルおよび２１−Ｒ、２１−Ｌ、第１および第２揺動部材６５−Ｒ、６５−Ｌをそれぞれ設けたものである。この機構を第１実施形態の駆動装置に取り付けることにより、婦女子、年少者および高齢者などの足踏み力の弱い者のための補助ペダルとして利用することが可能となる。
これらの機構以外は、第１実施形態と同様なものとすることができる。

図１０は、第２実施形態の自転車２００を示す正面図である。図１１は、第２実施形態の自転車２００の駆動装置９０の一部を示す正面図である。図１２は、第２実施形態の自転車２００の駆動装置９０の一部を示す側面図である。

本実施形態の自転車の駆動装置９０は、第１ペダル８−Ｒと、第１チエン１８−Ｒと、第２ペダル８−Ｌと、第２チエン１８−Ｌと、第１伝動スプロケットホイール７８−Ｒと、第２伝動スプロケットホイール７８−Ｌと、駆動スプロケットホイール２と、駆動力伝達チエン３を含む自転車の駆動装置９０である。本実施形態の自転車２００としては、前述の部品の他に、前輪３７、後輪３８、ハンドル４１、サドル４０、前方フレーム１２、後方フレーム４３、前部二股フレーム４２など既存の自転車に使用される部品を含んで構成される。

第１チエン１８−Ｒは、フレームの一側方に回動可能に設けられる。また、上下に張架される部分に第１ペダル８−Ｒが取り付けられる。同様に、第２チエン１８−Ｌは、フレームの他側方に回動可能に設けられる。また、上下に張架される部分に第２ペダル８−Ｌが取り付けられる。上下に張架する手段としては、特に限定されない。たとえば、サドル４０の下方に上下に長い部材である足踏み動支持板２０を設け、その足踏み動支持板２０の上部にフレームの一側方と他側方にそれぞれ第１上部ガイドスプロケットホイール１９−Ｒと第２上部ガイドスプロケットホイール１９−Ｌを設け、その足踏み動支持板２０の下部にフレームの一側方と他側方にそれぞれ第１下部ガイドスプロケットホイール２５−Ｒと第２下部ガイドスプロケットホイール２５−Ｌを設ける。そして、第１チエン１８−Ｒをこれらの第１上部ガイドスプロケットホイール１９−Ｒ、第１下部ガイドスプロケットホイール２５−Ｒおよび第１伝動スプロケットホイール７８−Ｒに巻き掛けて第１上部ガイドスプロケットホイールおよび第１下部ガイドスプロケットホイール２５−Ｒの間を上下に変位可能にすることができる。また同様に、第２チエン１８−Ｌをこれらの第２上部ガイドスプロケットホイール１９−Ｌ、第２下部ガイドスプロケットホイール２５−Ｌおよび第２伝動スプロケットホイール７８−Ｌに巻き掛けて第２上部ガイドスプロケットホイール１９−Ｌおよび第２下部ガイドスプロケットホイール２５−Ｌの間を上下に変位可能にすることができる。

また、第１ペダル８−Ｒおよび第２ペダル８−Ｌには、ペダルを上下に変位可能に案内する図示しないペダルガイドレールに従い滑らかに案内されるためベアリングローラ１０が設けられる。

第１、第２ペダル８−Ｒ、８−Ｌを下方向に足踏みをする際に生じる衝撃力を吸収するために足踏み動支持板２０の上部に上部衝撃力吸収ばね７−Ｕおよび足踏み動支持板２０の下部に下部衝撃力吸収ばね７−Ｄが設けられる。

また、変位伝達手段は、第１および第２ペダル８−Ｒ、８−Ｌの上下方向の変位を相互に逆方向に反転して伝達する手段であればよく、特に制限されるものではないが、たとえば、足踏み動支持板２０の上方にプーリ１６などを設けてそのプーリ１６などに可撓性を有する連結部材を巻き掛けて第１ペダル８−Ｒおよび第２ペダル８−Ｌを連結する手段によることによって好ましく実現することができる。

この連結部材は、特に限定されないが、ワイヤー１５またはチエンなどを用いることができる。ワイヤーを用いる場合には、たとえば、第１上部ガイドスプロケットホイール１９−Ｒおよび第２ガイドスプロケットホイール１９−Ｌで挟まれる部分の近傍に設けられたプーリ１６に巻き掛けて第１ペダル８−Ｒと第２ペダル８−Ｌとをワイヤー１５の両端で連結することによって、一方のペダルが押し下げられたときには、他方のペダルが押し上げられる機構を実現することができる。また、チエンを用いる場合には、たとえば、ガイドレール１１の上部及び下部に小型のスプロケットホイールを設置しておき第１ペダル８−Ｒと第２ペダル８−Ｌとをチエンに連結することによって、一方のペダルが踏み下げられたときには、他方のペダルが上方へ変位する機構を実現することができる。

第１ペダル８−Ｒおよび第２ペダル８−Ｌを交互に足で踏み込むことによって車輪を駆動する。フレームの一側方および他側方に張架方向に沿って回動可能に設けられるそれぞれのチエン１８−Ｒ、１８−Ｌに連結されたペダルを交互に踏み込むと、それぞれのチエン１８−Ｒ、１８−Ｌは伝動スプロケットホイール７８−Ｒ、７８−Ｌに巻きかけられているため、チエン１８−Ｒ、１８−Ｌの変位によって伝動スプロケットホイール７８−Ｒ、７８−Ｌが回動する。ペダルの下方への変位による伝動スプロケットホイールの回動が駆動スプロケットホイール２に伝達されることによって駆動スプロケットホイール２が回転する。駆動スプロケットホイール２の回転駆動力が駆動力伝達チエン３を介して従動スプロケットホイール４８に伝達されることにより車輪を効率よく駆動する。

また、一方のペダルが下方に変位すると、変位伝達手段によって他方のペダルは上方に変位する。ペダルが上方に変位するとペダルに連結されたチエンが変位して巻き掛けられている伝達スプロケットホイール７８−Ｒ、７８−Ｌが回動する。駆動スプロケットホイール２には、ペダルの上方への変位による伝動スプロケットホイール７８−Ｒ、７８−Ｌの回動は伝達されない。

伝動スプロケットホイール７８−Ｒ、７８−Ｌからの駆動力を駆動スプロケットホイール２に伝達する機構としては、特に制限されないが、前述の第１実施形態のピニオン１−Ｒ，１−Ｌからの駆動力を駆動スプロケットホイール２に伝達する伝達機構の２例と同じ機構を好ましく使用できる。

駆動スプロケットホイール２の回転駆動力は、駆動力伝達チエン３によって従動スプロケットホイール４８とつながった車輪に伝達される。回転駆動される車輪は、特に制限されないが、既存の自転車構造の構造上の変更をなるべく少なくするという点からは後輪３８が好ましい。従動スプロケットホイール４８は、車輪と直接つながっていてもよいが、たとえば、ラチェット機構を介してつなげてもよい。

ペダル８−Ｒ，８−Ｌの踏み込み方向を調整する手段としては、特に限定されないが、たとえば、第１チエンおよび第２チエンの上下に張架される部分のフレームに対する傾斜量を変化させることにより好ましく実現することができる。さらに、詳しくはたとえば、足踏み動支持板２０の長手方向の中間部の一点を中心として回動可能として固定することにより調節することができる。

これらの各実施形態の自転車においては、複雑な構造を用いる必要がなく、既存の自転車構造からの変更を少なくすることができることから低コストで製造することができる。

そこで、これらの実施形態の自転車の試車テストを行なった。試車テストでは、従来の足踏み回転式の自転車と比べると、上り坂などにおいて格段に登坂力が増しており、加速時におけるフラツキの発生を大幅に抑制できることが実証された。これにより、フラツキの発生に伴って起こる交通事故などを低減することができるものと確信する。

本発明の第１実施形態の自転車１００を示す正面図である。 第１実施形態の自転車１００の駆動装置７０の一部を示す正面図である。 第１実施形態の自転車１００の駆動装置７０の一部を示す側面図である。 ピニオン１−Ｒ，１−Ｌからの駆動力を駆動スプロケットホイール２に伝達する機構を模式的に示す断面図である。 ピニオン１−Ｒ，１−Ｌからの駆動力を駆動スプロケットホイール２に伝達する機構の他の実施形態を模式的に示す断面図である。 第１実施形態の他の実施例の自転車の駆動装置７２の一部を示す正面図である。 第１実施形態の他の実施例の自転車の駆動装置７２の一部を示す側面図である。 第１実施形態のさらに他の実施例の自転車の駆動装置７４の一部を示す正面図である。 第１実施形態のさらに他の実施例の自転車の駆動装置７４の一部を示す側面図である。 第２実施形態の自転車２００を示す正面図である。 第２実施形態の自転車２００の駆動装置９０の一部を示す正面図である。 第２実施形態の自転車２００の駆動装置９０の一部を示す側面図である。 従来の自転車３００を示す正面図である。 従来の自転車３００および足踏み直線往復運動方式の自転車の足踏み有効伝動力を示すグラフである。

符号の説明

１−Ｒ 第１ピニオン
１−Ｌ 第２ピニオン
２ 駆動スプロケットホイール
３ 駆動力伝達チエン
４ 軸
５−Ｒ 第１ラック
５−Ｌ 第２ラック
６−Ｒ 第１一方向クラッチ
６−Ｌ 第２一方向クラッチ
７−Ｒ 第１衝撃力吸収ばね
７−Ｌ 第２衝撃力吸収ばね
７−Ｕ 上部衝撃力吸収ばね
７−Ｄ 下部衝撃力吸収ばね
８−Ｒ 第１ペダル
８−Ｌ 第２ペダル
１０ ベアリングローラ
１１−Ｒ 第１ガイドレール
１１−Ｌ 第２ガイドレール
１２ 前方フレーム
１３ 固定金属板
１４ 角度スライド板
１５ ワイヤー
１６ プーリ
１８−Ｒ 第１チエン
１８−Ｌ 第２チエン
１９−Ｒ 第１上部ガイドスプロケットホイール
１９−Ｌ 第２上部ガイドスプロケットホイール
２０ 足踏み動支持板
２１−Ｒ 第３ペダル
２１−Ｌ 第４ペダル
２５−Ｒ 第１下部ガイドスプロケットホイール
２５−Ｌ 第２下部ガイドスプロケットホイール
３７ 前輪
３８ 後輪
４０ サドル
４１ ハンドル
４２ 前部二股フレーム
４３ 後方フレーム
４８ 従動スプロケットホイール
６５−Ｒ 第１揺動部材
６５−Ｌ 第２揺動部材
７８−Ｒ 第１伝動スプロケットホイール
７８−Ｌ 第２伝動スプロケットホイール

Claims (5)

1. 車輪と、車輪を軸支するフレームと、車輪に同軸に設けられ、車輪に回転力を伝達する従動スプロケットホイールとを含む自転車の駆動装置において、
   第１ペダルと、
   第１ペダルが連結され、前記フレームの一側方に上下に変位可能に設けられる第１ラックと、
   第２ペダルと、
   第２ペダルが連結され、前記フレームの他側方に上下に変位可能に設けられる第２ラックと、
   第１および第２ラックの前記上下方向の変位を相互に逆方向に反転して伝達する変位伝達手段と、
   前記フレームの一側方に配置されて軸支され、第１ラックに噛合する第１ピニオンと、
   前記フレームの他側方に配置されて軸支され、第２ラックに噛合する第２ピニオンと、
   第１および第２ラックの下方への変位による第１および第２ピニオンの回転が伝達され、かつ第１および第２ラックの上方への変位による第１および第２ピニオンの回転を許容する駆動スプロケットホイールと、
   駆動スプロケットホイールおよび従動スプロケットホイール間に巻き掛けられて張架される駆動力伝達チエンとを含むことを特徴とする自転車の駆動装置。
2. 前記第１ペダルは、前記フレームに予め定める支点を中心に回動可能に設けられる第１揺動部材を介して前記第１ラックに連結され、
   前記第２ペダルは、前記フレームに予め定める支点を中心に回動可能に設けられる第２揺動部材を介して前記第２ラックに連結されることを特徴とする請求項１記載の自転車の駆動装置。
3. 第１および第２ラックの上下の変位方向の前記フレームに対する傾斜量を変化させて、第１および第２ペダルの踏込み方向を調整する踏込み方向調整手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の自転車の駆動装置。
4. 車輪と、車輪を軸支するフレームと、車輪に同軸に設けられ、車輪に回転力を伝達する従動スプロケットホイールとを含む自転車の駆動装置において、
   第１ペダルと、
   前記フレームの一側方に張架方向に沿って回動可能に設けられ、上下に張架される部分に第１ペダルが連結される第１チエンと、
   第２ペダルと、
   前記フレームの他側方に張架方向に沿って回動可能に設けられ、上下に張架される部分に第２ペダルが連結される第２チエンと、
   第１および第２ラックの前記上下方向の変位を相互に逆方向に反転して伝達する変位伝達手段と、
   第１チエンが巻き掛けられる第１伝動スプロケットホイールと、
   第２チエンが巻き掛けられる第２伝動スプロケットホイールと、
   第１および第２ペダルの下方への変位による第１および第２伝動スプロケットホイールの回動が伝達され、かつ第１および第２ペダルの上方への変位による第１および第２伝動スプロケットホイールの回動を許容する駆動スプロケットホイールと、
   駆動スプロケットホイールおよび従動スプロケットホイール間に巻き掛けられて張架される駆動力伝達チエンとを含むことを特徴とする自転車の駆動装置。
5. 第１および第２チエンの上下に張架される部分の前記フレームに対する傾斜量を変化させて、第１および第２ペダルの踏込み方向を調整する踏込み方向調整手段を含むことを特徴とする請求項４記載の自転車の駆動装置。

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