JP2022152485A - 駆動補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で部品点数が少なく低コストで駆動力の補助を十分に行うことができる駆動補助装置を提供する。【解決手段】クランク３ａ，３ｂと連結棒９ａ，９ｂは、ラチェット機構が作用している間は、クランク３ａ，３ｂの長さよりも長くなる一体化された状態になったまま、てこ作用を生じさせてペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐことが可能になるため、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐ負担を少なくして十分に駆動補助ができる。また、ラチェット機構を除いた方は、連結棒９ａ，９ｂの長さがクランク３ａ，３ｂの長さよりも相当に長くなっているため、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぎ出してから、足のももとすねの間の関節角度を１６０度以上の鈍角にして、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐ距離も長くなるので長いため、足のももにはそれほど負担がかからない漕ぎ方になるため、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐ負担を少なくして十分に駆動補助ができる。【選択図】図１

Description

本発明は、自転車等の駆動力を有効に補助できる駆動補助装置に関する。

従来、一般的な自転車において、爽快な走行を行わせるため、使用者のペダルを漕ぐ際の足の負荷を可変させる変速機を取り付ける場合が少なくない。ところが、このような変速機を使用しても、走行時において常につきまとうペダルを漕ぐ足の負荷を軽減させることは出来ないものであった。

そこで、こうした不便を解消させた周知技術として、走行時において常につきまとうペダルを漕ぐ足の負担を効果的に軽減させる「駆動補助装置」（特許文献１参照）が挙げられる。

特許第６３４７０２０号公報

上述した特許文献１に係る駆動補助装置は、自転車の駆動力を増大させて後輪に作用させるものである。その一形態では、ペダルを漕いで可変機構のコロがガイド部材の歪円環形状の環状ガイド溝に嵌合されて溝内を移動する際の力のモーメント作用を活用し、支持軸の軸芯とペダルの軸芯との距離が形状的に膨らんだ鈍端側では長くなり、縮んだ鋭端側では短くなるように工夫されているため、ペダルを漕ぐ鈍端側でてこ作用を生じさせてペダルを漕ぐことができる箇所で駆動力が増大される。

ところが、かかる技術によれば、ペダルを漕ぎながら複雑な動作をさせるため、部品点数が多くなってしまい、コスト高を回避できないという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされた者で、その技術的課題は、構造が簡単で部品点数が少なく、低コストで駆動力の補助を十分に行うことができる駆動補助装置を提供することにある。

上記技術的課題を解決するために、本発明の一形態は、自転車のフレームと、自転車のフレームの上方側の所定位置の軸受けに、回転可能に取り付けられたクランク軸と、クランク軸の両端に、左右交互にバランス良く半回転させるために、１８０度の位相差で取り付け固定されたクランクと、クランクの先端に回転可能に取り付けられた第１の支軸と、第１の支軸の内端及びクランクの内側に、動作方向を一方に制限するために取り付けられたラチェット機構と、第１の支軸の外端に自由自在に前後に揺動させながらクランクを回転させるために取り付け固定された連結棒と、連結棒の先端に取り付けられたペダルと、クランク軸の回転を被伝達部の変速機ギアに伝達する伝達機構、とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、上記構成により、構造が簡単で部品点数が少なく、低コストで駆動力の補助を十分に行うことができる駆動補助装置を提供することが可能になる。

本発明の実施例１に係る駆動補助装置を適用した自転車の概略構成を示す斜視図 図１に示す駆動補助装置の右側の内側に取り付けられたラチェット機構の構成を示した様子を見た右側面図 図１に示す駆動補助装置の左側の内側に取り付けられたラチェット機構の構成を示した様子を見た左右側面図 本発明の実施例２に係る駆動補助装置を適用した自転車の概略構成を示す斜視図

以下に本発明の駆動補助装置について、幾つかの実施例を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る駆動補助装置を適用した自転車の概略構成を示す斜視図である。

図１を参照すれば、実施例１に係る駆動補助装置を適用した自転車は、自転車のフレーム１と、自転車のフレーム１の上方側の所定位置の軸受けに、回転可能に取り付けられたクランク軸２と、クランク軸２の両端に、左右交互にバランス良く半回転させるために、１８０度の位相差で取り付け固定されたクランク３ａ、３ｂと、クランク３ａ、３ｂの先端に回転可能に取り付けられた第１の支軸と、第１の支軸４ａ、４ｂの内端及びクランク３ａ、３ｂの内側に、動作方向を一方に制限するために取り付けられたラチェット機構と、第１の支軸４ａ、４ｂの外端に自由自在に前後に揺動させながらクランク３ａ、３ｂを回転させるために取り付け固定された連結棒９ａ、９ｂと、連結棒９ａ、９ｂの先端に取り付けられたペダル１０ａ、１０ｂと、クランク軸２の回転を被伝達部の変速機ギア１６に伝達する伝達機構、とを備えたことを特徴とする。

このように構成されて、ペダル１０ａ、１０ｂを漕ぐ側でペダル１０ａ、１０ｂを漕いでいられる間は、クランク３ａ、３ｂの先端に回転可能に取り付けられた第１の支軸４ａ、４ｂに、回転可能に取り付けられた連結棒９ａ、９ｂがクランク３ａ、３ｂを引っ張る状態で回転させるため、クランク３ａ、３ｂを頂点と頂点の少し前後からの早い段階から力強く回転させるためには、ペダル１０ａ、１０ｂをラチェット機構が作用しない頂点の後方から頂点の前方の上方向に高く押し上げる動作を瞬時に行って、高く押し上げたところからペダル１０ａ、１０ｂを漕ぎ出せば、ラチェット機構が作用してクランク３ａ，３ｂと連結棒９ａ、９ｂは一体化された状態になるため、クランク軸２からペダル１０ａ，１０ｂまでの間の長さはクランク３ａ，３ｂの長さより長くなって、このまま長くなったままの状態でてこ作用を生じさせてペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐことができる。

また、ペダル１０ａ、１０ｂを漕がない側でペダル１０ａ、１０ｂを漕がない間は、クランク３ａ，３ｂが連結棒９ａ，９ｂを引っ張り上げる状態で回転しているのでペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐ側と同じようにラチェット機構が作用している漕ぎ方をしなければ、ラチェット機構が作用しないためクランク３ａ，３ｂと連結棒９ａ，９ｂは一体化されることはない。

図２は、上述した駆動補助装置の右側の内側に取り付けられたラチェット機構の構成を示した様子を見た右側面図である。図３は、上述した駆動補助装置の左側の内側に取り付けられたラチェット機構の構成を示した様子を見た左右側面図である。

図２，図３を参照すれば、ラチェット機構はクランク３ａ，３ｂの先端に回転可能に取り付けられた第１の支軸４ａ，４ｂの内端に取り付け固定された動作方向を一方に制限するための歯がラチェット歯になっているラチェット歯車５ａ，５ｂと、及びクランク３ａ，３ｂの内側に取り付け固定された第２の支軸６ａ，６ｂと、第２の支軸６ａ，６ｂにラチェット歯車５ａ，５ｂの回転動作を止めている状態にするために回転可能に取り付けられたラチェット爪７ａ，７ｂと、ラチェット爪７ａ，７ｂを押さえ付けておくために取り付け固定されたラチェットバネ８ａ，８ｂ、とを備えたことを特徴とする。

このラチェット機構は、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐ側で、ペダル１０ａ，１０ｂを漕いでいられる間は、ラチェット歯車５ａ，５ｂと、連結棒９ａ，９ｂはクランク３ａ，３ｂの正回転に伴って正回転をする状態になって、ラチェット機構が作用している間は、ラチェット歯車５ａ，５ｂのラチェット歯に、第２の支軸６ａ，６ｂに回転可能に取り付けられたラチェット爪７ａ，７ｂがラチェットバネ８ａ，８ｂの押さえ付けられて、食い込んで回転を止めている状態になっているので、回転を止めている状態になっている間は、クランク３ａ，３ｂと、連結棒９ａ，９ｂは一体化された状態になって、てこ作用を生じさせて、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐことができる。

一方、ペダル１０ａ，１０ｂを漕がない側でペダル１０ａ，１０ｂを漕がない間は、ラチェット歯車５ａ，５ｂと連結棒９ａ、９ｂは、クランク３ａ，３ｂの正回転に伴って逆回転の動作をしているので、ラチェット機構が作用しないため、作用しない間は連結棒９ａ，９ｂを前後に揺動させる必要がないので、連結棒９ａ，９ｂを後方に揺動させない状態でいれば、ラチェット歯車５ａ，５ｂのラチェット歯に、第２の支軸６ａ，６ｂに回転可能に取り付けられたラチェット爪７ａ，７ｂがラチェットバネ８ａ，８ｂの押さえ付けられていても食い込まない動作をしている間は連結棒９ａ，９ｂを頂点の後方から頂点の前方に揺動させることはできるが、ラチェット機構が作用してしまう頂点の前方から頂点の後方に揺動させることはできない。

この結果、ペダル１０ａ，１０ｂを漕いでいられる間は足の負担を少なくして十分に駆動を補助することができる。

図４は、本発明の実施例２に係る駆動補助装置を適用した自転車の概略構成を示す斜視図である。

図４を参照すれば、実施例２に係る駆動補助装置を適用した自転車は、前記ラチェット機構を取り除いて構成された、自転車のフレーム１と、自転車のフレーム１の上方側の所定位置の軸受けに、回転可能に取り付けられたクランク軸２と、クランク軸２の両端に、左右交互にバランス良く半回転させるために、１８０度の位相差で取り付け固定されたクランク３ａ，３ｂと、クランク３ａ，３ｂの先端に回転可能に取り付けられた第１の支軸４ａ，４ｂと、第１の支軸４ａ，４ｂの外端に自由自在に前後に揺動させながら、クランク３ａ，３ｂを、回転させるために取り付け固定されたペダル１０ａ，１０ｂと、クランク軸２の回転を、被伝達部の変速機ギア１６に伝達する伝達機構、とを備えたことを特徴とする。

このように構成されて、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐ側でペダル１０ａ，１０ｂを漕いでいられる間は、ラチェット機構が取り除かれているため、クランク３ａ，３ｂと連結棒９ａ，９ｂは一体化されることはないので、クランク３ａ，３ｂの先端に回転可能に取り付けられた第１の支軸４ａ，４ｂに、回転可能に取り付けられた連結棒９ａ，９ｂがクランク３ａ，３ｂを引っ張る状態で回転させるため、クランク３ａ，３ｂを頂点と頂点の少し前後からの早い段階から力強く回転させるためには、ペダル１０ａ，１０ｂを頂点の後方から頂点の前方の上方向に高く押し上げる動作を瞬時に行って、高く押し上げたところからペダル１０ａ，１０ｂを前方に押している状態で漕ぎ出せば、足のももとすねの間の関節角度を大きい鈍角にして、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐことができる。

また連結棒９ａ，９ｂの長さが、クランク３ａ，３ｂの長さよりも長くなっているため、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぎ出すところからの軌道は、クランク３ａ，３ｂの長さで、ペダル１０ａ，１０ｂを漕いでいる軌道よりも、外側の前方の上方向に高く押し上げたところまで相当に離れているので、相当に離れたところからクランク３ａ，３ｂの先端が頂点で、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぎ出す際には、クランク軸２からペダル１０ａ，１０ｂまでの間の長さは、クランク３ａ，３ｂの長さよりも相当に長くなり、ペダル１０ａ，１０ｂを漕いでいられる距離も相当に長くなる。

これによって、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぎ出す際の足のももとすねの間の関節角度は、既に９０度以上になり（以後、足のももとすねの間の関節角度を省略して足の関節角度とする。）、このまま、ペダル１０ａ，１０ｂを漕いで、クランク３ａ，３ｂの先端が頂点から４５度の位置では足の関節角度は１２０度くらいになり、クランク３ａ，３ｂの先端が頂点から８０度の位置では足の関節角度は１６０度くらいになり、クランク３ａ，３ｂの先端が頂点から１１０度の位置では足の関節角度は１８０度くらいになってこの状態のまま最下点になる手前まで漕ぐことができ、最下点の後方で足の関節角度は１６０度くらいになる、

このため、最下点の後方で足の関節角度が１６０度くらいになるのは、座席の位置が通常よりも後方の位置にあって座席もそのようになる高さになっているため、座席に座って、前方に相当に離れているペダル１０ａ，１０ｂを最下点の後方まで漕いだ際に、両足のつま先を地面に付けている状態で、ペダル１０ａ，１０ｂに足を乗せたときの足の関節角度が１６０度くらいになるからである。

また、ペダル１０ａ，１０ｂを漕がない側でペダル１０ａ，１０ｂを漕がない間は、クランク３ａ，３ｂが連結棒９ａ，９ｂを引っ張り上げる状態で回転をしているので、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐ側のペダル１０ａ，１０ｂを漕いでいる動作に伴って、ペダル１０ａ，１０ｂに足を乗せたままにしておいたり、このほかに、ペダル１０ａ，１０ｂに足を乗せたままペダル１０ａ，１０ｂを前後に揺動させて足の疲れをほぐすこともできる。

更に、ペダル１０ａ，１０ｂを漕がない側でペダル１０ａ，１０ｂを前方に押している状態にすれば、この状態で、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐ側の、ペダル１０ａ，１０ｂを漕いでいる動作に伴って、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぎ出すところまで、一気に最短距離で、ペダル１０ａ，１０ｂを押し上げる動作ができる。

そして、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐ側でペダル１０ａ，１０ｂを漕いでいられる間は、クランク３ａ，３ｂの先端に回転可能に取り付けられた第１の支軸４ａ，４ｂに、回転可能に取り付けられた連結棒９ａ，９ｂがクランク３ａ，３ｂを引っ張る状態で回転させるため、連結棒９ａ，９ｂの長さが、クランク３ａ，３ｂの長さよりも短くても、相当に長くなっていても、クランク３ａ，３ｂと連結棒９ａ，９ｂの間の関節角度が９０度以上の鈍角になるので、力のモーメントの作用によって、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐ力は、クランク３ａ，３ｂの長さで、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐ力と同じでも、クランク軸２を回転させる力は弱くなる。

しかし、連結棒９ａ，９ｂの長さが相当に長いことで、ペダル１０ａ，１０ｂを漕いでいられる間は、クランク軸２からペダル１０ａ，１０ｂまでの間の長さが相当に長くなるため、ペダル１０ａ，１０ｂの漕ぎ出しから最下点の後方まで漕ぐ距離は相当に長くなるので、相当に長くなっていられる間は、足の関節角度を１６０度以上にして、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐ距離も長いため、クランク３ａ，３ｂの長さでペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐ力よりも大きい力を出せているのに、足のももにはそれほど負担がかからない漕ぎ方ができる。

このように足の関節角度を１６０度以上の鈍角にして、ペダル１０ａ，１０ｂを漕いでいられる間は、足のももにはそれほど負担がかからない漕ぎ方になることを、例えて言えば、相当に重たい物を持ったまま足ひざを深く曲げた状態では、足のももには相当につらくなるほどの負担がかかることになるが、同じ重たい物を持ったまま足ひざを少し曲げた状態では、足のももにはそれほど負担がかからないで立っていられるのと同じ状態で、ペダル１０ａ，１０ｂを漕いでいることになる。

この結果、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぐ負担を少なくして十分に駆動を補助することができる。

図１，図４に示した伝達機構は、自転車のフレーム１の上方側の所定位置の軸受けに、回転可能に取り付けられたクランク軸２の左側の内側に取り付け固定された第１のギア１１と、自転車のフレーム１の下方側の所定位置の軸受けに、回転可能に取り付けられた回転軸１２と、回転軸１２の左端に取り付け固定された第２のギア１３と、第１のギア及び第２のギア１３に架け渡された第１のチェーン１４と、回転軸１２の右端に取り付け固定されたチェーンリング１５と、被伝達部の変速機ギア１６と、チェーンリング１５及び変速機ギア１６に架け渡された第２のチェーン１７、とを備えたことを特徴とする。

この伝達機構では、ペダル１０ａ，１０ｂを漕ぎ出せば、連結棒９ａ，９ｂがクランク３ａ，３ｂを引っ張る状態で回転させるに伴ってクランク軸２と共に第１のギア１１が回転する。この第１のギア１１と第２のギア１３とには第１のチェーン１４が架け渡されているため、第１のチェーン１４の回転移動に伴って回転軸１２と共に回転をする。第２のギア１３が回転すると、チェーンリング１５も回転軸１２と共に回転する。このチェーンリング１５と後輪の左側に取り付けられた変速機ギア１６とには、第２のチェーン１７が架け渡されているため、第２のチェーン１７の移動に伴って変速機ギア１６と後輪は共に回転をすることで、自転車が走行可能になる。

以上、本発明は、上述した各実施例に限定されず、その技術的要旨を逸脱しない範囲種々の変更が可能である。

１ 自転車のフレーム
２ クランク軸
３ａ，３ｂ クランク
４ａ，４ｂ 第１の支軸
５ａ，５ｂ ラチェット歯車
６ａ，６ｂ 第２の支軸
７ａ，７ｂ ラチェット爪
８ａ，８ｂ ラチェットバネ
９ａ，９ｂ 連結棒
１０ａ，１０ｂ ペダル
１１ 第１のギア
１２ 回転軸
１３ 第２のギア
１４ 第１のチェーン
１５ チェーンリング
１６ 変速機ギア
１７ 第２のチェーン

Claims (5)

1. 自転車のフレームと、前記自転車のフレームの上方側の所定位置の軸受けに、回転可能に取り付けられたクランク軸と、前記クランク軸の両端に、左右交互にバランスよく半回転させるために１８０度の位相差で取り付け固定されたクランクと、前記クランクの先端に回転可能に取り付けられた第１の支軸と、前記第１の支軸の内端及び前記クランクの内側に、動作方向を一方に制限するために取り付けられたラチェット機構と、前記第１の支軸の外端に、自由自在に前後に揺動させながら前記クランクを回転させるために取り付け固定された連結棒と、前記連結棒の先端に取り付けられたペダルと、前記クランク軸の回転を被伝達部の変速機ギアに伝達する伝達機構、とを備えたことを特徴とする駆動補助装置。
2. 請求項１記載の駆動補助装置において、前記ラチェット機構は、前記クランクの先端に回転可能に取り付けられた前記第１の支軸の内端に取り付け固定された動作方向を一方に制限するための歯がラチェット歯になっているラチェット歯車と、及び前記クランクの内側に取り付け固定された第２の支軸と、前記第２の支軸に前記ラチェット歯車の回転動作を止めている状態にするために回転可能に取り付けられたラチェット爪と、前記ラチェット爪を押さえ付けておくために取り付け固定されたラチェットバネ、とを備えたことを特徴とする駆動補助装置。
3. 請求項１記載の駆動補助装置において、前記ラチェット機構を取り除いて構成された自転車のフレームと、前記自転車のフレームの上方側の所定位置の軸受けに、回転可能に取り付けられたクランク軸と、前記クランク軸の両端に、左右交互にバランスよく半回転させるために１８０度の位相差で取り付け固定されたクランクと、前記クランクの先端に回転可能に取り付けられた第１の支軸と、前記第１の支軸の外端に自由自在に前後に揺動させながら前記クランクを回転させるために取り付け固定された連結棒と、前記連結棒の先端に取り付けられたペダルと、前記クランク軸の回転を被伝達部の変速機ギアに伝達する伝達機構、とを備えたことを特徴とする駆動補助装置。
4. 請求項３記載の駆動補助装置において、前記ペダルを漕ぎ出してから、足のももとすねの間の関節角度を１６０度以上の鈍角にして、ペダルを漕いでいられる距離を長くするために、前記連結棒の長さが前記クランクの長さよりも長くすることを特徴とする駆動補助装置。
5. 請求項１又は請求項３記載の駆動補助装置において、前記伝達機構は、前記自転車のフレームの上方側の所定位置の軸受けに、回転可能に取り付けられた前記クランク軸の左側の内側に取り付け固定された第１のギアと、前記自転車のフレームの下方側の所定位置の軸受けに、回転可能に取り付けられた回転軸と、前記回転軸の左端に取り付け固定された第２のギアと、前記第１のギア及び前記第２のギアに架け渡された第１のチェーンと、前記回転軸の右端に取り付け固定されたチェーンリングと、前記被伝達部の変速機ギアと、前記チェーンリング及び前記変速機ギアに架け渡された第２のチェーン、とを備えたことを特徴とする駆動補助装置。
   

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