JP3803651B2 - 自転車の走行中エネルギの蓄積・還元装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自転車に装備して、走行中の動輪のエネルギを蓄積し、また蓄積エネルギを動輪の走行方向への回転力として還元する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に足踏みにて自走する所謂自転車において、走行を停止するブレーキは車輪に対し摩擦力を与えて停止している。またスタート時は多大なエネルギを与えて走行を開始するが、この間運転が不安定な状態となる。これに対し、スタート時の駆動力として小型の原動機を付加して、動力補助の方法がとられている。
【０００３】
自転車が走行中はコロガリにより僅かなエネルギで運転できるが、一旦ブレーキをかけて停止すると、改めて駆動力を必要とし、このため、運転者はブレーキ停止を怠ることがある。
【０００４】
一方、走行中のエネルギを機械的に蓄える方法として、フライホイールに回転力を蓄積して走行時に利用する方法が考えられるが、フライホイール自体の荷重が重いため、利用には適さない。また玩具等において所謂ゼンマイにより走行力を蓄積する方式が存在するが、逆走して巻いたゼンマイの歪力を走行方向に与えるもので、かつ走行開始時に急激に発進するため、自転車への利用は無かった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況に鑑みなされたもので、その目的とするところは、自転車の走行力及び制動力をエネルギとしてこれをバネ材に蓄積し、このエネルギを走行開始時及び走行の加速に利用し、かつこれらを緩急自在に操作できる自転車の走行中エネルギの蓄積・還元装置を提供することにある。
【０００６】
また本発明のもう一つの目的は、廉価で簡便にして、かつ安全な自転車の走行中エネルギの蓄積・還元装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
これらの目的のため、本発明の請求項１に記載の自転車の走行中エネルギの蓄積・還元装置記は、 動輪４が、フレーム５に固定された軸６に回転自在に保持されたクラッチ８の入力側８ａに取り付けられている自転車において、前記軸６における前記クラッチ８の入力側８ａに設けられ、かつ該入力側８ａと着脱するレバー７を有するクラッチ８の出力側８ｂと、前記クラッチ８の出力側８ａに設けられ、かつハンドル２８に付属のハンドルレバー２９と連動するレバー１４の操作により前記動輪４の回転速度を変速する変速器９と、前記フレーム５に回転自在に保持された軸１２に取り付けられ、かつ前記変速器９により変速された前記動輪４の回転力を受けて回転する歯車１５と、該歯車１５と同軸状に前記軸１２に取り付けられた固定の内輪１６ａと回転自在な外輪１６ｂを含むラチエット歯車１６と、前記フレーム５に回転自在に保持された軸１７に設けられ、かつ前記歯車１５と噛合して回転する歯車１８と、前記軸１７に設けられ、かつ前記歯車１８の回転力を前記軸１７に着脱するレバー２２を有するクラッチ１９と、前記軸１７に設けられ、かつ前記動輪４の回転エネルギを蓄積するエネルギ蓄積バネ機構２０と、該エネルギ蓄積バネ機構２０と同軸状に前記軸１７に設けられた固定の内輪２１ａと回転自在な外輪２１ｂを含むラチエット歯車２１と、前記フレーム５に片持ちされた固定の軸２５に、前記ラチエット歯車１６の外輪１６ａと前記ラチエット歯車２１の外輪２１ｂと噛合して設けられた回転歯車２４と、前記軸２５に前記歯車２４と同軸状にして、かつ軸方向に摺動可能に設けられたレバー２７を有するクラッチ２６とを備え、かつ前記レバー７はワイヤー３１を介して自転車ハンドル２８における、中立位置点Ｎとエネルギ蓄積位置点Ｒ及びエネルギ還元位置点Ｐの３位置点を節目的に回動切り替え可能とされた把手３２と連結され、前記レバー２２と前記レバー２７はワイヤー３０を介して前記把手３２と連結され、該把手３２の回動による中立位置点Ｎにおいては、前記レバー７の操作により前記クラッチ８の出力側８ｂが外されて、前記動輪４は自由運転の状態となり、前記把手３２の回動によるエネルギ蓄積位置点Ｒにおいては、前記レバー７の操作により前記クラッチ８が連結され、同時に前記レバー２２及びレバー２７の操作により前記クラッチ１９及び前記クラッチ２６が連結されて、前記動輪４の回転力が前記エネルギ蓄積バネ機構２０に蓄積され、前記把手３２の回動によるエネルギ還元位置点Ｐにおいては、前記クラッチ８は連結され、同時に前記レバー２２及びレバー２７の操作により前記クラッチ１９及び前記クラッチ２６の連結が外されて、前記エネルギ蓄積バネ機構２０に蓄積されたエネルギが前記動輪４の走行方向への回転力として還元され、前記ハンドルレバー２９を介しての前記レバー１４の操作により前記動輪４と前記エネルギ蓄積バネ機構２０との間のエネルギの授受力が制御される構成を特徴とするものである。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の自転車の走行中エネルギの蓄積・還元装置は、前記クラッチ１９のレバー２２と前記クラッチ２６のレバー２７及び前記クラッチ８のレバー７は連動して操作し得る機構となっていることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る自転車の走行中エネルギの蓄積・還元装置の一例での一部省略の概略断面図、図２は図１のＡ−Ａ’線のＨ方向から見た拡大端面図である。
【００１０】
図１において、ペダル１及びチェーン２、ラチエット３等にて動輪４を駆動する構成は一般的な自転車である。
【００１１】
動輪４は、フレーム５に固定された軸６に回転自在に保持されているクラッチ８の入力側８ａに取り付けられている。入力側８ａと着脱自在なクラッチ８の出力側８ｂは、軸６に回転自在に軸支された変速器９の入力回転子１０と連結されている。
【００１２】
そして、クラッチ出力側８ｂに取り付けられているレバー７の数字１００で示された実線矢印方向への操作により、クラッチ出力側８ｂが軸６に沿い摺動して入力側８ａから離れ、又かみ合って動輪４と入力回転子１０との着脱が行われるようになっている。
【００１３】
変速器９は公知の無段変速器であって、例えば、図１に示されているように、円錐摩擦車で、フレーム５に回転自在に軸支された軸１２が軸６と平行で向きが反対の一対の入力回転子１０、出力回転子１１と、これら入出力回転子１０、１１の外側に内接する外接中間車１３とから構成され、外接中間車１３はレバー１４の数字１０１で示された実線矢印方向への操作により、その入出力回転子１０、１１との内接位置が数字１０２で示された実線矢印方向に移動して、入力回転子１０と出力回転子１１の回転数を無段変速するようになっている。
【００１４】
無段変速器９により変速された動輪４の回転力は、フレーム５に回転自在に保持された軸１２に伝達される。
【００１５】
軸１２には無段変速器９の出力回転子１１と歯車１５及びラチエット歯車１６の内輪１６ａが固定されるとともに、その外輪１６ｂが回転自在に保持されている。歯車１５は、軸１７に回転自在に保持された歯車１８と噛合し、軸１７はフレーム５に軸１２と平行で、かつ回転自在に保持されている。
【００１６】
軸１７には、歯車１８のクラッチ１９と走行中のエネルギを蓄積するエネルギ蓄積バネ機構２０、ラチッエト歯車２１の内輪２１ａが固定されるとともに、その外輪２１ｂが回転自在に保持されている。
【００１７】
クラッチ１９は、該クラッチ１９に取り付けのレバー２２の数字１０３で示された実線矢印方向への操作により歯車１８と軸１７との着脱を行い、歯車１８の回転力を軸１７に伝達する。
【００１８】
軸１７に固定されたエネルギ蓄積バネ機構２０は、例えば、図１に示されているように、内側が軸１７に固定され、外側がフレーム５のバネケース部２３内に固定されたうず巻バネで、動輪４の走行方向の回転力により、かつラチット機構により軸１７は空転しているため、うず巻バネは巻き取られ、このエネルギが蓄積される。
【００１９】
ラチッエト歯車２１の外輪２１ｂは、その外側が歯車状に形成されて、歯車２４と噛合している。歯車２４はフレーム５に固定された軸２５に回転自在に保持されている。
【００２０】
軸２５にはクラッチ２６が固定され、該クラッチ２５は、これに取り付けのレバー２７の数字１０４で示された実線矢印方向への操作により歯車２４との着脱を行う。このレバー操作により歯車２４は、回転自在と軸２５との固定の切換えがなされる。
【００２１】
歯車２４は、ラチッエト歯車１６の外輪１６ｂの外側歯車と噛合し、ラチエット歯車１６を介して軸１２と連結されている。
【００２２】
次に、軸１７と軸１２との結合状態及びラチエット歯車２１並びにラチエット歯車１６等の構成作用について図２を参照して詳述する。
【００２３】
図２において、動輪４が走行方向に回転している場合の軸１２の回転方向を実線矢印Ｐとする。
【００２４】
クラッチ１９並びにクラッチ２６が接続状態にある場合は、軸１７は実線矢印Ｆの方向に正回転して、エネルギ蓄積バネ機構２０が巻かれ、エネルギとして蓄積される。この時、歯車２４は停止状態にあるので、ラチエット歯車２１の内輪２１ａは空転し、軸１７は破線矢印Ｂの方向には逆転しない。
【００２５】
次に、クラッチ１９並びにクラッチ２６が開放状態となると、歯車２４が自由回転し、エネルギ蓄積バネ機構２０に蓄えられたエネルギが軸１７を破線矢印Ｂの方向に回転し、ラチエット歯車２１の外輪２１ｂを破線矢印Ｂと同一方向に回転し、歯車２４を介してラチエット歯車１６の外輪１６ｂを破線矢印Ｂ’の方向に駆動力を与える。
【００２６】
この駆動力はラチエット歯車１６の内輪１６ａに作用し、軸１２を破線矢印Ｂ’の方向に回転させる。この回転方向は実線矢印Ｐと同一方向であるので、従って動輪４の走行方向の回転力を与える。
【００２７】
一方この時、歯車１５と歯車１８も回転するが、クラッチ１９が軸１７と連結していないので、これら歯車１５、１８は空転し、従ってエネルギがエネルギ蓄積バネ機構２０に帰還（フィードバック）することはない。
【００２８】
以上の構成において、レバー７の操作により動輪４とエネルギ蓄積機構との着脱が行われ、クラッチ８の出力側８ｂが入力側８ａから離れてクラッチ８が外れている間は、動輪４は通常の自転車として運転出来、出力側８ｂが入力側８ａと噛合ってクラッチ８が連結すると、動輪４の動力はエネルギ蓄積バネ機構２０に蓄積される。この場合、クラッチ１９とクラッチ２６は連結状態とされている。
【００２９】
かかるエネルギの蓄積状態においては、動輪４には当然に制動力が働く、また変速器９の変速比の大小をレバー１４の操作により変化させると、制動力の可変が出来る。この制動力を自転車のブレーキの強弱に利用出来るので、レバー１４はハンドル２８に付属するハンドルレバー２９を利用することが好ましい。
【００３０】
クラッチ８の連結状態において、クラッチ１９並びにクラッチ２６が外されると、エネルギ蓄積バネ機構２０の蓄積エネルギは軸１７を逆転し、ラチエット歯車２１、歯車２４、ラチエット歯車１６を介して軸１２に駆動力を与え、変速器９を介して動輪４に走行方向の駆動力を与える。この駆動力の強弱はレバー１４の操作により制御出来るので、駆動力の緩急が制御出来る。これらの場合、若しクラッチ８が外れた状態で駆動力を与えると、軸１２は空転するので、必ずクラッチ８の連結状態において、クラッチ１９とクラッチ２６を動作させる必要がある。このため、レバー２２とレバー２７及びレバー７は連動して操作出来るようになっている。
【００３１】
即ち、図１に示されているように、レバー２２とレバー２７はワイヤー３０にて連結され、一方、レバー７はワイヤー３１にて連結され、これらワイヤー３０、３１は自転車のハンドル２８の把手３２と結合される。把手３２は、特に図示しないが、公知のカム機構等にて部分的に、かつ節目のある数字１０５で示された実線矢印方向の回転により、該矢印中の中立位置Ｎ点においてはクラッチ８は外されて動輪４は自由運転の状態となり、エネルギ蓄積位置Ｒ点においてはクラッチ８が連結され、これらの中立位置Ｎ点又はエネルギ蓄積位置Ｒ点においてクラッチ１９及びクラッチ２６が連結されてエネルギ蓄積又はエネルギ保持の状態となる。エネルギ還元位置Ｐ点においては、クラッチ８は連結され、同時にクラッチ１９及びクラッチ２６の連結が外されてエネルギ還元の状態となる。以上の如く、各クラッチが連鎖動作するようにレバー７及びレバー２２、レバー２７を連動操作が容易に行える構成となっている。
【００３２】
本発明に係る自転車の走行中エネルギの蓄積・還元装置の変形は可能であり、例えば、クラッチ、歯車、ラチエット歯車等の構成部材の配置や組立構成は、その位置の前後関係は移動してもよい。
【００３３】
また、変速器は、実施例以外のカサ歯車とか球状車等の無段変速器やギャーチェーン方式の変速器でもよい。
【００３４】
また、エネルギ蓄積バネ機構は板バネ、スプリングバネ等、直線的な歪を回転方向に変換する方式でもよい。更に歪と応力がほぼ直線的に変化するトーションバネの利用も好ましい。
【００３５】
また、各レバーと対応する機構との連結は、ワイヤー連結方式とか油圧系統で制御する方法でも良く、また、これらレバー類は把手に装備することが好ましい。
【００３６】
なお、急停止用として在来の摩擦によるブレーキとの併設は必要である。
【００３７】
【発明の効果】
従来の自転車においては、その制動を単に摩擦力によりブレーキをかけていたが、本発明によれば、その制動を蓄積し、この蓄積エネルギを走行力として利用出来るので、運転労力を軽減することが出来る。
【００３８】
また、交叉点等の一旦停止すべきところ、停止後の始動に労力がかかるため、これを怠ることが多く、このために交通事故が多発している。しかしながら、本発明によれば、ブレーキによりエネルギが蓄積されるので、忠実に停止行為がなされて、次の始動が容易となり、かかる交通事故を防ぐことが出来る。
【００３９】
また、本発明によれば、下り坂における制動力を蓄積し、次の走行力に加速利用することが出来る。
【００４０】
また、本発明によれば、走行エネルギの蓄積、放出が緩急自在に操作出来るので、安全かつ快適な運転が出来る。
【００４１】
また、本発明によれば、簡単な機構であるので、従来の自転車に容易に取り付け可能であり、かつ廉価に製作出来る。
【００４２】
更にまた、本発明によれば、原動機等を使用しないので、環境汚染の恐れが無く、健康的であり、また燃料等の補給の必要が無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自転車の走行中エネルギの蓄積・還元装置の一例での一部省略の概略断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線のＨ方向から見た拡大端面図である。
【符号の説明】
１ ペダル
２ チェーン
３ ラチエット歯車
４ 動輪
５ フレーム
６、１２、１７、２５ 軸
７、１４、２２、２７ レバー
８、１９、２６ クラッチ
８ａ クラッチ入力側
８ｂ クラッチ出力側
９ 変速器
１０ 入力回転子
１１ 出力回転子
１３ 外接中間車
１５、１８、２４ 歯車
１６、２１ ラチエット歯車
１６ａ、２１ａ 内輪
１６ｂ、２１ｂ 外輪
２０ エネルギ蓄積バネ機構
２８ ハンドル
２９ ハンドルレバー
３０、３１ ワイヤー
３２ 把手

Claims (1)

1. 動輪（４）が、フレーム（５）に固定された軸（６）に回転自在に保持されたクラッチ（８）の入力側（８ａ）に取り付けられている自転車において、
   前記軸（６）における前記クラッチ（８）の入力側（８ａ）に設けられ、かつ該入力側（８ａ）と着脱するレバー（７）を有するクラッチ（８）の出力側（８ｂ）と、
   前記クラッチ（８）の出力側（８ａ）に設けられ、かつハンドル（２８）に付属のハンドルレバー（２９）と連動するレバー（１４）の操作により前記動輪（４）の回転速度を変速する変速器（９）と、
   前記フレーム（５）に回転自在に保持された軸（１２）に取り付けられ、かつ前記変速器（９）により変速された前記動輪（４）の回転力を受けて回転する歯車（１５）と、
   該歯車（１５）と同軸状に前記軸（１２）に取り付けられた固定の内輪（１６ａ）と回転自在な外輪（１６ｂ）を含むラチエット歯車（１６）と、
   前記フレーム（５）に回転自在に保持された軸（１７）に設けられ、かつ前記歯車（１５）と噛合して回転する歯車（１８）と、
   前記軸（１７）に設けられ、かつ前記歯車（１８）の回転力を前記軸（１７）に着脱するレバー（２２）を有するクラッチ（１９）と、
   前記軸（１７）に設けられ、かつ前記動輪（４）の回転エネルギを蓄積するエネルギ蓄積バネ機構（２０）と、
   該エネルギ蓄積バネ機構（２０）と同軸状に前記軸（１７）に設けられた固定の内輪（２１ａ）と回転自在な外輪（２１ｂ）を含むラチエット歯車（２１）と、
   前記フレーム（５）に片持ちされた固定の軸（２５）に、前記ラチエット歯車（１６）の外輪（１６ａ）と前記ラチエット歯車（２１）の外輪（２１ｂ）と噛合して設けられた回転歯車（２４）と、
   前記軸（２５）に前記歯車（２４）と同軸状にして、かつ軸方向に摺動可能に設けられたレバー（２７）を有するクラッチ（２６）とを備え、
   かつ前記レバー（７）はワイヤー（３１）を介して自転車ハンドル（２８）における、中立位置点（Ｎ）とエネルギ蓄積位置点（Ｒ）及びエネルギ還元位置点（Ｐ）の３位置点を節目的に回動切り替え可能とされた把手（３２）と連結され、前記レバー（２２）と前記レバー（２７）はワイヤー（３０）を介して前記把手（３２）と連結され、
   該把手（３２）の回動による中立位置点（Ｎ）においては、前記レバー（７）の操作により前記クラッチ（８）の出力側（８ｂ）が外されて、前記動輪（４）は自由運転の状態となり、
   前記把手（３２）の回動によるエネルギ蓄積位置点（Ｒ）においては、前記レバー（７）の操作により前記クラッチ（８）が連結され、同時に前記レバー（２２）及びレバー（２７）の操作により前記クラッチ（１９）及び前記クラッチ（２６）が連結されて、前記動輪（４）の回転力が前記エネルギ蓄積バネ機構（２０）に蓄積され、
   前記把手（３２）の回動によるエネルギ還元位置点（Ｐ）においては、前記クラッチ（８）は連結され、同時に前記レバー（２２）及びレバー（２７）の操作により前記クラッチ（１９）及び前記クラッチ（２６）の連結が外されて、前記エネルギ蓄積バネ機構（２０）に蓄積されたエネルギが前記動輪（４）の走行方向への回転力として還元され、
   前記ハンドルレバー（２９）を介しての前記レバー（１４）の操作により前記動輪（４）と前記エネルギ蓄積バネ機構（２０）との間のエネルギの授受力が制御される構成を特徴とする自転車の走行中エネルギの蓄積・還元装置。

Images