JP3038038B2 - 自転車のエア式補助動力装置 - Google Patents

自転車のエア式補助動力装置

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  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
  • Hydraulic Clutches, Magnetic Clutches, Fluid Clutches, And Fluid Joints (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、自転車に圧縮エアによって補助
動力を与える装置に関する。
【0002】
【従来技術およびその問題点】下り坂での自転車の車輪
の回転エネルギを蓄えて平地または登り坂での補助動力
としようという技術思想は、古くから存在する。しか
し、従来考えられたのは、ばね、例えばぜんまいばねを
坂道の慣性エネルギで巻き、補助動力を必要とするとき
に、このばねに蓄えられたエネルギを放出するというも
のであった。
【0003】
【発明の目的】本発明は、自転車の車輪が回転するエネ
ルギを圧縮エアの形で蓄え、これを必要に応じて取り出
すことのできる自転車の補助動力装置を得ることを目的
とする。
【0004】
【発明の概要】本発明は、自転車の車輪に、クラッチ機
構を介して、該車輪と一体に回転する状態と相対回転自
在な状態とに切換可能に接続された回転体と、この回転
体にクランク機構を介して接続されたエア圧縮機構と、
圧縮エアを貯留するエアタンクと、エア圧縮機構とエア
タンクに接続されたバルブ機構であって、回転体の回転
によりクランク機構およびエア圧縮機構を介して圧縮さ
れた圧縮エアをエアタンクに貯留する蓄積状態と、エア
タンクに貯留された圧縮エアをエア圧縮機構に送り、ク
ランク機構を介して回転体を回転させる補助動作状態と
に切換可能なバルブ機構と、バルブ機構を上記蓄積状態
と補助動作状態に切り換えるスイッチ機構とを備えたこ
とを特徴ことを特徴としている。この構成によると、例
えば坂道においてバルブ機構を蓄積状態に切り換えてエ
アタンクに圧縮エアを蓄え、補助動力を必要とするとき
に、バルブ機構を補助動作状態に切り換えることによ
り、蓄えられた圧縮エアによって車輪を駆動することが
できる。
【0005】
【実施例】以下、図示実施例について本発明を説明す
る。自転車10の車輪、例えば後輪11には、クラッチ
機構12を介して同軸に回転体13が支持されている。
このクラッチ機構12は、回転体13を後輪11と一体
にし、あるいは相対回動自在にするもので、クラッチ制
御手段14によって制御される。クラッチ機構12およ
びクラッチ制御手段14は、従来各種が公知である。
【0006】回転体13は、図1A〜1Dに示すよう
に、クランクアーム13として構成されており、その自
由端部には、軸16を介してコンロッド17の一端が枢
着されている。コンロッド17の他端は、エア圧縮機構
20のピストンロッド21に軸18で枢着されている。
【0007】エア圧縮機構20は、シリンダ22と、こ
れに嵌めたピストン23を備え、このピストン23に上
記ピストンロッド21が固定されている。シリンダ22
内は、ピストン23によって、圧力室24と排気室25
に分割され、排気室25は排気孔26を介して大気に連
通している。ピストン23には、圧力室24と排気室2
5を連通させる連通路27と、圧力室24と排気室25
の圧力差に応じてこの連通路27を開閉する開閉バルブ
Hが設けられている。
【0008】圧力室24は、二本のエア流路28、29
によってエアタンク30に連通している。エア流路28
には、逆止弁Eと、連通遮断切換第一バルブAとが設け
られ、さらに、エア流路28を大気に連通させる連通遮
断切換第三バルブCが設けられている。またエア流路2
9には、連通遮断切換第二バルブBと、上下死点応動バ
ルブDとが設けられている。連通遮断切換バルブA、
B、Cは、それぞれ、蓄積状態と動作状態に切り換える
蓄積・動作切換スイッチ40(図2)によって、図1
A、1Bの第一の状態(蓄積状態)と、図1C、1Dの
第二の状態(補助動作状態)とに切り換わり、上下死点
応動バルブDは、回転体13の上死点と下死点をそれぞ
れ検出する上死点センサ41と下死点センサ42に応動
して、図1A、1Dの第一の状態(遮断状態)と、図1
B、1Cの第二の状態(連通状態)とに切り換わる。こ
れらのバルブA〜Dの切換制御は、図2に示すバルブ制
御手段43によって行なわれる。
【0009】エア流路29は、シリンダ22内に設けた
導管33に連通し、この導管33の開口Gは、エア流路
28のシリンダ22内への開口Fに対向している。そし
て、開口Fと開口Gとの間には、懸垂線34によって懸
垂支持されたバルブボール35が位置している。このバ
ルブボール35は、導管33の開口Gから圧縮エアが噴
出されると、これに押されてエア流路28の開口Fに着
座し、これを閉じる。
【0010】クラッチ制御手段14および蓄積・動作切
換スイッチ40は、自転車10のハンドル近傍等、乗車
中の人が簡単に操作できる位置に設ける。またエアタン
ク30は、自転車10の車体と独立して設けてもよい
が、その少なくとも一部を、内部が空間の車体フレーム
30Fから構成することができる。
【0011】上記構成の本装置は、次のように作動す
る。まず、通常の走行状態では、クラッチ制御手段14
によりクラッチ機構12を切り、後輪11と回転体13
の一体回動関係を解く。この状態では、通常の自転車と
して走行することができる。一方、例えば下り坂におい
て自転車の慣性エネルギを蓄えたいときには、クラッチ
制御手段14およびクラッチ機構12によって、クラン
クアーム13を後輪11に接続し、同時に蓄積・動作切
換スイッチ40によってバルブA〜Dを図1A、1Bの
状態にする。クラッチ制御手段14と蓄積・動作切換ス
イッチ40は、連動して作動するスイッチとするのがよ
い。このとき、連通遮断切換第一バルブAはエア流路2
8を開き、連通遮断切換第二バルブBはエア流路29を
閉じ、連通遮断切換第三バルブCはエア流路28が大気
に連通しないようにしている。
【0012】図1Aは、クランク機構15のクランクア
ーム13が上死点から下死点に至る圧縮工程を示してい
る。ピストン23は、圧力室24内のエアを圧縮する方
向に移動し、圧縮されたエアは、エア流路28の開口
F、逆止弁E、および連通遮断切換第一バルブAを通っ
て、エアタンク30内に蓄えられる。このとき、圧力室
24内の圧力は排気室25内の圧力より高いため、開閉
バルブHは閉じている。
【0013】これに対し、クランクアーム13が下死点
に達し、ピストン23が運動方向を反転すると、排気室
25内の圧力が急激に下降するため、開閉バルブHが開
く(図1B)。よってピストン23は軽い力で復帰し、
以後、ピストン23の往復動作によってエアタンク30
への圧縮エアの蓄積が進行する。この図1Bの状態で
は、逆止弁Eおよび連通遮断切換第二バルブBは、エア
タンク30から圧力室24側への空気流を阻止する。な
お、上死点センサ41と下死点センサ42によって、ク
ランクアーム13の上死点と下死点が検出されると、上
下死点応動バルブDはエア流路29を閉じまたは開く
が、以上の蓄積工程では、連通遮断切換第二バルブBが
エア流路29を閉じているため、上下死点応動バルブD
の動作は蓄積工程に影響を与えることはない。
【0014】この蓄積工程によって、エアタンク30内
に圧縮エアが蓄えられた後、蓄積・動作切換スイッチ4
0を動作状態に切り換えるとバルブ制御手段43を介し
て、連通遮断切換バルブA、B、Cの3バルブが切り換
わる。すなわち連通遮断切換第一バルブAはエア流路2
8を閉じ、連通遮断切換第二バルブBはエア流路29を
開き、連通遮断切換第三バルブCはエア流路28を大気
に連通させる。すると、図1Dに示すように、クランク
アーム13が下死点から上死点に至る間は、エアタンク
30内の圧縮エアが連通遮断切換第二バルブB、上下死
点応動バルブD、エア流路29、導管33および開口G
を介して圧力室24内に噴出して該圧力室24内の圧力
が上昇する。そして開口Gから噴出する圧縮エアは、バ
ルブボール35を開口Fに着座させて、エア流路28を
閉じる。つまり圧力室24内に噴出された圧縮エアは、
出口がないため、ピストン23を移動させ、その結果、
クランク機構15のクランクアーム13が下死点から上
死点に向けて回動する。すなわち後輪11に回動補助力
が与えられる。
【0015】クランクアーム13が上死点に達すると、
上死点センサ41がこれを検知して、上下死点応動バル
ブDを切り換え、エア流路29を閉じる。すると、エア
タンク30から圧力室24への圧縮エアの供給が停止さ
れ、その結果、バルブボール35はエア流路28の開口
Fから離れ、圧力室24は、逆止弁E、エア流路29お
よび連通遮断切換第三バルブCを介して、大気に連通す
る。従って、ピストン23は軽い力で復帰する。そし
て、クランクアーム13が下死点に達すると、下死点セ
ンサ42がこれを検知して上下死点応動バルブDを切り
換え、エア流路29を開く。以後は、以上と同じ動作が
繰り返され、エアタンク30内の圧縮エアが消費される
迄、補助動力が得られる。
【0016】図5は、エア圧縮機構20の別の実施例を
示すものである。この実施例は、伸縮蛇腹38によって
圧力室24を形成したもので、伸縮蛇腹38の一端にピ
ストン23Aが固定されている。伸縮蛇腹38の他端
は、シリンダ22Aの端部内壁に固定されている。ピス
トン23Aには、シリンダ22A内面に接触して転動す
るローラ39が備えられている。この実施例によって
も、第一の実施例と同様の作用を得ることができ、さら
に、ピストン23Aの移動抵抗は、ピストン23の移動
抵抗より小さくすることができるので、より力の利用効
率の高い装置が得られる。
【0017】
【発明の効果】以上のように本発明の自転車のエア式補
助動力装置は、自転車の車輪の回転エネルギを圧縮エア
としてエアタンクに蓄え、補助動力が必要なときには、
この蓄えた圧縮エアにより車輪に補助動力を与えること
ができる。従って簡易な補助動力装置として用いること
ができる。エアタンクは、少なくともその一部を車体フ
レーム内の空間を利用すれば、大型化を招くことなく、
既存の自転車に容易に付加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1A】本発明による自転車のエア式補助動力装置の
実施例を示す接続図である。
【図1B】図1Aとは異なる作動状態の接続図である。
【図1C】図1A、1Bとは異なる作動状態の接続図で
ある。
【図1D】図1A、1B、1Cとは異なる作動状態の接
続図である。
【図2】同制御系を示すブロック図である。
【図3】同自転車全体の側面図である。
【図4】車輪、クラッチ機構、および回転体の模式接続
図である。
【図5】本発明に用いる他のエア圧縮機構の実施例を示
す断面図である。 10 自転車 11 後輪(車輪) 12 クラッチ機構 13 回転体(クランクアーム) 14 クラッチ制御手段 15 クランク機構 17 コンロッド 20 エア圧縮機構 21 ピストンロッド 22 22A シリンダ 23 ピストン 24 圧力室 25 排気室 28 29 エア流路 30 エアタンク 30F 車体フレーム(エアタンク) 35 バルブボール 38 伸縮蛇腹 40 蓄積・動作切換スイッチ 41 上死点センサ 42 下死点センサ 43 バルブ制御手段 A B C 連通遮断切換バルブ D 上下死点応動バルブ E 逆止弁 F G 開口 H 開閉バルブ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自転車の車輪に、クラッチ機構を介し
    、該車輪と一体に回転する状態と相対回転自在な状態
    とに切換可能に接続された回転体; この回転体にクランク機構を介して接続されたエア圧縮
    機構;圧縮エアを貯留するエアタンク; 上記エア圧縮機構とエアタンクに接続されたバルブ機構
    であって、 上記回転体の回転によりクランク機構および
    エア圧縮機構を介して圧縮された圧縮エアを上記エアタ
    ンクに貯留する蓄積状態と、エアタンクに貯留された圧
    縮エアをエア圧縮機構に送り、上記クランク機構を介し
    て回転体を回転させる補助動作状態とに切換可能なバル
    ブ機構;及び 上記バルブ機構を上記蓄積状態と補助動作
    状態に切り換えるスイッチ機構; を備えたことを特徴とする自転車のエア式補助動力装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のエア式補助動力装置に
    いて、エアタンクの少なくとも一部は、自転車の車体フ
    レーム内の空間から構成されている自転車のエア式補助
    動力装置。
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