JP2006064175A - 動力伝達機構及び自転車用駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造を有し、かつ入力された回転力を効率的に出力が可能な動力伝達機構及び該機構を組み合わせた自転車用駆動装置を提供する。
【解決手段】原動回転板３に出力回転板４の一方の面をボールベアリングで結合すると共に、出力回転板４の他方の面を偏心回転体５のフランジ部５ａにボールベアリングで結合し、偏心回転体５を原動回転板３の回転軸に対し所定量だけ偏心させ、かつ回動可能に保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転力を伝達するための機構に関し、特に回転体とベアリングとを組み合わせた動力伝達機構及び該機構を組み合わせた自転車用駆動装置に関する。

原動機等に機械的に連結される加速機や各種の駆動機構は、従来、複数の歯車及び車軸を組み合わせた構造を有している。
このような動力伝達機構は、加工技術の向上によって歯車等の寸法が高精度化されているので、入力された回転力をエネルギーロスを小さくして出力側に伝達することが可能である。

従来の動力伝達機構は、上記したように複数の歯車等を組み合わせた複雑な構造を有するため、大型化し、高価になる問題があった。
また、現在、自動車分野や産業機械分野等では、省資源、省エネルギー化が可能な駆動機構が望まれているが、歯車機構を採用する限り大幅な省エネルギー効果を期待することはできない。
本発明の目的は、簡単な構造を有し、かつ入力された回転力を効率的に出力が可能な動力伝達機構及び該機構を組み合わせた自転車用駆動装置を提供することにある。

〈構成〉
本発明は、回転力が入力されて定位置で回転する原動回転体と、この原動回転体に対し対向する一方の面がベアリングを介して径方向へ移動可能に連結されている出力回転体と、原動回転体の回転軸に対して偏心した位置で回動可能に配され、出力回転体に対しその他方の面にベアリングを介して径方向への移動を許容して連結されている偏心回転体と、を含むことを特徴としている。
〈作用〉
原動回転体が回転すると、出力回転体は一方の面がベアリング結合されているため原動回転体と共に回転し、かつ他方の面もベアリング結合されて偏心する偏心回転体により支持されているため偏心位置と原動回転体の回転軸間を直径とする円上を公転的に移動する。

本願発明によれば、原動回転体により回転された場合、出力回転体が、原動回転体の半径＋偏心量の１／２を半径とする大径の仮想回転体と実質的に同一の回転力で原動回転体と同一方向に回転するので、簡単な構成でありながら大きな回転力を得ることができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る動力伝達機構１の斜視図であり、図２は同機構１の断面図である。
この動力伝達機構１は、回転力を加えるための入力軸２と、入力軸２が貫挿されてこの入力軸に固定されている原動回転板３と、この原動回転板３と一方の面４Ａが対向して配されている中空の出力回転板４と、この出力回転板４の他方の面４Ｂと対向して配されている偏心回転体５と、この偏心回転体５を回転可能に支承している支承筒部６とを備えている。

原動回転板３の対向面と出力回転板４の一方の対向面４Ａには、図３に示すように、直径方向に沿ってベアリング溝３Ａ，３Ａ及び４Ｃ、４Ｃが設けられている。これら溝にはボールベアリング８が嵌入され、これにより原動回転板３と出力回転板４とはベアリング結合されている。

出力回転板４の他方の面４Ｂと偏心回転体５のフランジ部５Ａの対向する面には、図４に示すように、直径方向に沿ってベアリング溝４Ｄ、４Ｄ及び５Ａ、５Ａが設けられている。これらの溝４Ｄ、５Ａは、上記ベアリング溝４Ｃに対して直交（９０度）する位置に設けられ、ボールベアリング９が嵌入されている。これにより、出力回転板４とフランジ部５Ａとはベアリング結合される。

偏心回転体５の筒部５Ｂは、支承筒部６の環状端面にボールベアリング１０を介して回転自在に結合され、支承筒部６は基板７上に一体的に形成されている。
そして、偏心回転体５は、図５に示すように、原動回転板３の回転軸（回転中心）０に対し回転中心軸αが偏心量γだけ偏心して配置されている。

次に、本発明に係る動力伝達機構１の動作を図６を参照して説明する。
先ず、図６（Ａ）に示すように、原動回転板３及び中空の出力回転板４が回転軸０を中心に整列し、かつ偏心回転体５（図示せず）の回転中心αに対しγだけ偏心している状態を、出力回転板４の基準位置とする。
尚、ベアリング溝４Ｃに一致する両回転板３、４の周端をＡ、Ｂとする。
次に、入力軸２を介して原動回転板３に時計方向の回転力を付与すると、図６（Ｂ）に示すように、原動回転板３のＡ点が９０°回転した位置では、出力回転板４のＢ点も９０°回転し、しかも偏心量に応じて径方向へ徐々に変移する。

更に、原動回転板３のＡ点が１８０°回転すると、同図（Ｃ）に示すように、出力回転板４のＢ点も１８０°回転し、かつ径方向へ大きく変移する。
また、原動回転板３のＡ点が２７０°回転すると、同図（Ｄ）に示すように、出力回転板４のＢ点も２７０°回転し、逆に径方向への変移が徐々に減少する。
そして、原動回転板３のＡ点が３６０°回転すると、同図（Ａ）に示すように、出力回転板４のＢ点も３６０°回転し、Ａ点とＢ点が整合する。

このように、出力回転板４は、３６０°自転しながら公転的に変移する。即ち、図７に示すように、原動回転板３の回転軸を“０”、偏心回転体５の偏心位置を“α”、偏心量を“γ”とした場合、回転軸０と偏心位置αとの中間位置を中心とし、かつ偏心量γの１／２を半径とする円２０上を、出力回転板４の中心が移動変位する。これにより出力回転板４は、原動回転板３（又は自己）の半径＋偏心量γの１／２を半径βとする円状の軌跡２１を描いて変移しながら１回転する。従って、出力回転板４は、原動回転板３が１回転すると、半径βの径の大きな円板として１回転し、よって、歯車を介さずに入力したと同一の回転方向で、しかも大きな回転力（トルク）を直接的に得ることができる。

＜実験例＞
入力軸２の直径を１６ｍｍ、原動回転板３の直径を２００ｍｍ、出力回転板４の直径を２００ｍｍ及びその中空の直径を９２ｍｍ、偏心回転体５のフランジ部５Ａの直径を２００ｍｍ、偏心量γを３５ｍｍ、にそれぞれ設定し、本願発明の図１に示す動力伝達機構を製作した。
入力軸２に回転力を加え、原動回転板３を回転させたところ、出力回転板４は、１００ｍｍ＋１７．５ｍｍ（γ／２）の半径で示す円上を軌跡（図７の２１参照）として公転的に変移しながら原動回転板３と同一方向に自転した。

次に、出力回転板４の回転力を取り出すために、出力回転板４の外周面に一定ピッチで歯を設けると共に、回転可能に支持した内歯車の歯を出力回転板４の歯に噛み合わせた。
内歯車の直径は、２３５ｍｍであった。
内歯車の回転中心に設けた出力軸から出力を取り出したところ、入力した回転力よりも出力した回転力（トルク）が大きくなった。
尚、内歯車の外周に歯を設けることにより、他の歯車、ローラチェーン、歯付ベルト等により出力回転力を他の機構に伝達することができる。

図８は上記した動力伝達機構を組み込んだ本発明に係る自転車用駆動装置の斜視図であり、図９は同装置の分解斜視図である。

これらの図において、２０は自転車のフレームのボスに回転自在に支持されているシャフト軸を示している。
このシャフト軸２０の角部には角穴を介して原動板２３が嵌合されている。この原動板２３は上記した原動回転板３に対応し、両端にそれぞれベアリング溝２３ａが設けられている。

原動板２３には遊星板２４の一方の面が対向している。この遊星板２４は上記した出力回転板４に対応し、一方の面のベアリング２４ａ，２４ａをベアリング溝２３ａ，２３ａに係入することにより原動板２３と連結されている。

遊星板２４の他方の面には上記ベアリング２４ａと直交する位置に他のベアリング２４ｂ，２４ｂが設けられている。遊星板２４の他方の面には偏心回転板２５が対向している。この偏心回転板２５は上記した偏心回転体５が対応し、ベアリング溝２５ａ，２５ａにベアリング２４ｂ，２４ｂを係入することにより遊星板２４と連結されている。

偏心回転板２５は後述するようにスプロケットに対しストッパー機能を有するフランジ２６の設けられている補助筒２７に固定されている。この補助筒２７は固定板２８に環状のベアリング２８ａを介して回動自在に挿入されている。この固定板２８はシャフト軸２０を軸支するボスが嵌入される穴２８ｂが偏心した位置に設けられており、該ボスに固定される。

上記した遊星板２４の外周には外側ギヤ２４ｃが形成され、この外側ギヤ２４ｃにはスプロケット２９の内側の内側ギヤ２９ａが噛み合っている。スプロケット２９の外側ギヤには図示しない無端チェーンが巻き掛けられ、後輪へ回転力を伝達するようになっている。

スプロケット２９の一側にはコ字状のはずみ板３０が固定されている。はずみ板３０は回転の円滑化を図るもので、凹所に原動板２３の一端が配されている。本実施例では、はずみ板３０は、遊星板２４の噛み合い位置とは反対位置になるようにスプロケット２９に固定され、これにより回転バランスを調整している。

尚、上記シャフト軸２０には、クランク２１が固定され、クランク２１には図示しないペダルが取り付けられている。

本発明の駆動装置は、図８で示す組立状態においてはスプロケット２９の上方においてその内側ギヤ２９ａに偏心回転板２５周面のギヤ２５ｂが噛み合っており、又フランジ２６がスプロケット２９をその外れを防止して定位置で回転させている。

次に、本発明の駆動装置の動作を説明する。

ペダルを踏んでクランク２１を介して原動板２３に回転力を加えると、原動板２３及び偏心回転板２５にベアリング結合されている遊星板２４は、上記したと同様に回転しながらスプロケット２９の内側ギヤに沿って円状の軌跡２１（図７参照）を描いて変移する。
これにより、スプロケット２９が同一方向に回転するので、無端チェーンを介して後輪に回転力を伝えることができる。

本実施例では、遊星板２４の噛み合い位置と反対位置にはずみ板３０を取り付けているので、スプロケット２９を円滑に回転させることができる。また、遊星板２４が図８で示す傾め上方位置でスプロケット２９と噛み合っているときに、ペダルを上方の踏込位置に設定するので、脚力を効率的に遊星板（スプロケット）へ伝達することができる。

本発明の駆動装置によれば、スプロケット２９に大きなトルクを付与することができるので、自転車の安定的な走行を長時間に亘って続行することが可能となる。

図１０は本発明の駆動装置の変形例に係る斜視図である。この図１０において、２５Ａは偏心回転板であり、ベアリング溝２５ａを介して遊星板２４（図９参照）とベアリング結合されている。この偏心回転板２５Ａは図示しないベアリングを介して輪状の支持歯車３１の一方の面に回転自在に取り付けられている。支持歯車３１はストッパー用の上記したフランジ２６に回転自在に取り付けられている。そして、このフランジ２６と偏心回転板２５Ａとは支持歯車３１を回避する内側で連結用ピン３２を介して相互に連結されている。

この変形例では、遊星板２４の自転及び変移時に偏心回転板２５Ａが回転すると、連結用ピン３２を介してフランジ２６も回転する。従って、スプロケット２９（図９参照）と同期してフランジ２６が回転する。

一方、支持歯車３１はスプロケット２９の内側ギヤ２９ａに噛み合って該スプロケット２９に対し従動的に独立して回転する。

本発明に係る動力伝達機構の斜視図である。 同機構の断面図である。 本発明に係る原動回転板と出力回転板との結合関係を示す斜視図である。 本発明に係る出力回転板と偏心回転体との結合関係を示す斜視図である。 本発明に係る出力回転板の偏心回転体に対する偏心位置を説明する図である。 本発明に係る動力伝達機構の動作を説明する図である。 本発明に係る出力回転板の変移する軌跡を説明する図である。 本発明の自転車用駆動装置の斜視図である。 同駆動装置の分解斜視図である。 本発明の自転車用駆動装置の変形例を示す斜視図である。

符号の説明

３ 原動回転板
４ 出力回転板
５ 偏心回転体
８、９ ボールベアリング
２０ シャフト軸
２４ 遊星板
２５ 偏心回転板
２８ 固定板
２９ スプロケット
３０ はずみ板

Claims (3)

1. 回転力が入力されて定位置で回転する原動回転体と、
   該原動回転体に対し対向する一方の面がベアリングを介して径方向へ移動可能に連結されている出力回転体と、
   前記原動回転体の回転軸に対し偏心した位置で回動可能に配され、前記出力回転体に対しその他方の面にベアリングを介して径方向への移動を許容して連結されている偏心回転体と、
   を含むことを特徴とする動力伝達機構。
2. 前記出力回転体の一方の面のベアリングに対し前記他方の面のベアリングは直交配置されていることを特徴とする請求項１記載の動力伝達機構。
3. ペダルを介して入力された回転力を受けて定位置で回転する原動板と、
   該原動板に対し対向する一方の面がベアリングを介して径方向へ移動可能に連結されている遊星板と、
   前記原動板の回転軸に対し偏心した位置で回転可能に配され、前記遊星板に対しその他方の面にベアリングを介して径方向への移動を許容して連結されている偏心回転板と、
   前記遊星板の外側ギヤに噛み合う内側ギヤを有し、無端チェーン及び無端ベルトのいずれか一方が巻き掛けられているスプロケットとを含み、
   前記原動板の回転で前記遊星板を自転させながら公転的に変位させ、前記スプロケットに回転力を付与することを特徴とする自転車用駆動装置。
   

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