JP4697681B2 - 前車輪駆動自転車と従動体が軸周り方向へ回転自在のまま回転駆動力を伝動する機構。 - Google Patents
前車輪駆動自転車と従動体が軸周り方向へ回転自在のまま回転駆動力を伝動する機構。 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、前車輪操舵部が軸周り方向に回転自在なまま前記クランクギヤに付与された回転駆動力を前車輪の回転駆動力として伝動し得るようになした前車輪駆動自転車と、当該前車輪駆動自転車に用いて好適な従動体が軸周り方向へ回転自在のまま回転駆動力を伝動する機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、広く普及している自転車は、その殆どが前後車輪が同一の径で主フレームの下部のハンガーラック部に設けたクランクギアのペダルを回転させ、この駆動力を後車輪に伝動して前車輪を操舵するタイプのものである。自転車の発展途上においては前車輪を駆動するタイプの自転車も各種試作されたことがあるが、従来のものは操作上、性能上、あるいは安全性の面から問題があるため、一般向きとしては淘汰され、ファッション性特を持たせたオーディナリータイプの自転車、幼児用の三輪車、補助輪付き一輪車、曲芸用自転車など特殊な用途にだけ使用されている。
【０００３】
また、前車輪駆動タイプの一般用自転車である場合の従来例としては、特開平９‐１０４３８５号公報がある。それは、「自転車の動力伝達機構をフレーム側の一次駆動と、前車輪ホーク側の二次駆動に分けて、その二つを自在軸継手を介して接続し、ハンドル側の前車輪を駆動する自転車。」である。同公報に開示されている自在軸継手については具体的な詳細説明がなく、実施例の図２に、自在軸継手取付部の詳細図が示されている。しかるに当該自在継手は、ごく一般的なもので、ハンドル側の前車輪を駆動することが出来るが、当該前車輪をハンドル操作により水平方向への回動出来る角度に制限があるうえ、クランク側の回転駆動力をハンドル側の回転駆動力に伝動する際、ハンドル操作により自在軸継手の角度が頻繁に変化すると、角度により回転駆動力の伝動が円滑ではなくなり、自転車の操作性や乗り心地が良いものではなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前車輪駆動自転車が、前車輪部に駆動ペダルを設ける方式である場合、ハンドルの操舵と駆動ペダルを踏み回転されることが干渉しあって、当該ペダルを駆動しながらハンドルを操作して大きな操舵角を与えることが困難になる。又、駆動する足の場所が前車輪付近に限定されるため、全体の重量配分が悪くなり前傾転倒しやすくなる欠点がある。
【０００５】
前車輪駆動自転車が、引用公報（特開平９‐１０４３８５号公報）のように駆動ペダルをフレーム側に設ける方式である場合には、フレーム側にあるペダルの駆動力をハンドル操舵のために水平方向へ回動自在にする必要のある前車輪側に伝達せねばならず、駆動と操舵機構の両立が困難である。つまり、ペダル駆動が良好となるが、前車輪に十分な操舵角を与えることが出来ないうえ、駆動継手によっては、駆動力が操舵に悪影響を与えることがしばしば起こる。
【０００６】
本願発明は、上記のような前車輪駆動自転車の技術的課題を解決せんとするもので、新たに従動体が軸周り方向へ回転自在のまま回転駆動力を伝動する機構を開発し、この新しい回転駆動力伝動機構を利用することにより、操舵角に悪影響をあたえることなく、フレーム側の駆動力を前車輪に伝動し、限界の無い円滑なハンドルの操舵性と、効率的な伝動性能をもった、乗り心地の良い前車輪駆動自転車を具現化せんとしたものである。
【０００７】
又本発明者は、前車輪駆動自転車に用いて好適な、従動体が軸周り方向へ回転自在のまま駆動力を伝動する機構を開発し具現化せんとしたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記技術的課題を解決するため、以下に示すような手段を構成することとした。
【０００９】
特許を受けようとする第１発明は、自転車の主フレームの下部に設けたハンガーラック部に、駆動力を付与し得るクランクギヤを設け、当該主フレームの前部に設けたヘッドラックには、ハンドルと連結したフロントホークを介して前車輪を装着してなる前車輪操舵部が、その軸周り方向に回転自在なるように装着するとともに、当該主フレームの前部に設けたヘッドラックに操舵回転型駆動力伝動機構を設け、当該操舵回転型駆動力伝動機構と前記クランクギヤとを第１伝動チェーンで連結するとともに、前記前車輪の回転軸にフリーホイールを設け、当該フリーホイールと前記操舵回転型駆動力伝動機構とを第２伝動チェーンで連結して、クランクギヤに付与された回転駆動力を、前記第１伝動チェーン、前記操舵回転型駆動力伝動機構、第２伝動チェーンを順次介して伝達し、前車輪操舵部が軸周り方向に回転自在なまま前記クランクギヤに付与された回転駆動力を前車輪の回転駆動力として伝動し得るようになした自転車において、
前記操舵回転型駆動力伝動機構は、駆動体である前記クランクギヤから伝動された前記駆動力伝動ギヤの回転駆動力を駆動力分割伝動ギヤと２個の分割ギヤとクランクと遊星歯車機構とを組み合わせて分割された２個の直線方向への往復運動へ変換するようになし、これを従動体である前車輪操舵部が軸周り方向へ回転自在のまま、当該前車輪操舵部のハンドルポストに設けた２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動に変換し、その２本の従動用レバー先端部で且つ従動体である前車輪操舵部のホーク肩部において、遊星歯車機構とクランクと２個の分割ギヤと駆動力合成伝動ギヤと組み合わせて２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動を駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元し、これを前車輪の回転駆動力として利用し得るようにしたことを特徴とする前車輪駆動自転車である。
【００１０】
当該第１発明は、前車輪駆動自転車の特許である。前記操舵回転型駆動力伝動機構は、本発明者が開発した従動体が軸周り方向へ回転自在のまま駆動力を伝動する機構（第３発明・第４発明）を用いて従動体をハンドルと連結した前車輪操舵部体となし、当該前車輪操舵部が軸周り方向に回転自在なまま前記クランクギヤに付与された回転駆動力を前車輪の回転駆動力として伝動し得るようになした前車輪駆動自転車を具現化したものである。
【００１１】
当該第１発明の特徴である前記操舵回転型駆動力伝動機構は、駆動体である前記クランクギヤから伝動された前記駆動力伝動ギヤの回転駆動力を駆動力分割伝動ギヤと２個の分割ギヤとクランクと遊星歯車機構とを組み合わせて分割された２個の直線方向への往復運動へ変換するようになし、これを従動体である前車輪操舵部が軸周り方向へ回転自在のまま、当該前車輪操舵部のハンドルポストに設けた２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動に変換し、その２本の従動用レバー先端部で且つ従動体である前車輪操舵部のホーク肩部において、遊星歯車機構とクランクと２個の分割ギヤと駆動力合成伝動ギヤと組み合わせて２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動を駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元し、これを前車輪の回転駆動力として利用し得るようにしたことを特徴とする前車輪駆動自転車である。
【００１２】
以上のように本発明は、操舵回転型駆動力伝動機構の構成を具体的に特定した点を特徴とする前車輪駆動自転車である。前車輪操舵部が軸周り方向へ回転自在のまま、回転駆動力を２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動に変換し、それを従動用レバー先端部で且つホーク肩部において、駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元し、これを前車輪の回転駆動力として利用した前車輪駆動自転車である。
【００１３】
特許を受けようとする第２発明は、操舵回転型駆動力伝動機構が、ヘッドラックに設けた駆動力分割伝動ギヤと２個の分割ギヤとクランクと遊星歯車機構とを組み合わせてなる回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構に、ころがり軸受け又はすべり軸受けを介して前車輪操舵部のハンドルポストに設けた２本の従動用レバーと連結し、駆動力分割伝動ギヤに付与された回転駆動力を前車輪操舵部が軸周り方向への回転自在のまま２本の従動用レバーの軸線方向への往復運動として伝動されるようになし、当該２本の従動用レバーの先端部には、夫々に前車輪操舵部のホーク肩部に設けた遊星歯車機構とクランクと分割ギヤと駆動力合成伝動ギヤとからなる往復運動を回転運動に合成変換する機構と連結構成して、２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動を合成して前記駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元するように構成し、駆動体である前記クランクギヤに付与された駆動力が伝動される前記駆動力伝動ギヤの回転駆動力を、往復運動へ変換する機構により２分割した直線方向への往復運動へ変換し、従動体である前車輪操舵部が軸周り方向へ回転自在のまま、当該前車輪操舵部のハンドルポストに設けた２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動に変換し、その２本の従動用レバー先端部で且つ従動体である前車輪操舵部のホーク肩部において、２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動を合成して前記駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元し、これを前車輪の回転駆動力として利用し得るようにしたことを特徴とする第１発明に記載する前車輪駆動自転車である。
【００１４】
特許を受けようとする第３発明は、駆動体に設けた駆動力分割伝動ギヤと２個の分割ギヤとクランクと遊星歯車機構とを組み合わせてなる回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構と、ころがり軸受け又はすべり軸受けを介して従動体に設けた２本の従動用レバーと連結し、駆動力分割伝動ギヤに付与された回転駆動力を軸周り方向への回転自在のまま２本の従動用レバーの軸線方向への往復運動として伝動されるようになした２個の直線方向への往復運動を伝動する機構と、当該２本の従動用レバーの先端部には、夫々に従動体に設けた遊星歯車機構とクランクと分割ギヤと駆動力合成伝動ギヤとが組み合わされ往復運動を回転運動に合成変換する機構とを連結構成して、２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動を合成して前記駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元するように構成したことを特徴とする従動体が軸周り方向へ回転自在のまま駆動力を伝動する機構である。
【００１５】
当該第３発明は、従動体が軸周り方向へ回転自在のまま駆動力を伝動する機構である。前車輪操舵部が軸周り方向へ回転自在のまま、回転駆動力を２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動に変換し、それをホーク肩部において、駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元し、これを前車輪の回転駆動力として利用する前車輪駆動自転車やロボット腕など種々に装置に用いて好適である。
【００１６】
特許を受けようとする第４発明は、駆動体であるヘッドラックに設けた駆動力分割伝動ギヤと、これに歯合する２個の分割ギヤと、当該分割ギヤの回転軸には一側にクランクピンの突出形成したクランクを軸装し、当該クランクピンには固定内歯歯車に歯合しながらその内周を回転する遊星小歯車とが組み合わされたもので、当該遊星小歯車は、その外周が当該固定内歯歯車の１／２で、且つ当該遊星小歯車の中心軸が前記クランクピンに枢支連結されており、更に当該遊星小歯車の他側面には歯車ピンを突出形成しておき、当該遊星小歯車の回転に伴って突設した歯車ピンが上下方向へ直線往復運動するように構成してなる内転自在の直線往復運動機構を、２組位相をずらして構成装着し、回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構となし、軸周り方向Ｃへ回転自在な従動体には、ころがり軸受け又はすべり軸受けを介して２本の従動用レバーと連結し、駆動力分割伝動ギヤに付与された回転駆動力を軸周り方向への回転自在のまま２本の従動用レバーの軸線方向への往復運動として伝動されるようになした２個の直線方向への往復運動を伝動する機構１８と、当該２本の従動用レバーの先端部には、前記夫々に従動体に設けた遊星歯車機構とクランクと分割ギヤと駆動力合成伝動ギヤとが組み合わされ往復運動を回転運動に合成変換する機構とを連結構成して、その位相をずらして上下動する２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動を前記駆動力合成伝動ギヤの回転運動に合成復元するように構成したことを特徴とする従動体が軸周り方向へ回転自在のまま回転駆動力を伝動する機構である。
【００１７】
【実施例】
以下本発明を図示実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る前車輪駆動自転車の全体構成を示す側面図であり、図２は、本発明に係る前車輪駆動自転車の要部である操舵回転型駆動力伝動機構を示す斜視図であり、図３は、当該操舵回転型駆動力伝動機構の組み立て構造を示す縦断面図であり、図４は、同操舵回転型駆動力伝動機構を構成する部品を展開した状態の斜視図であり、図５は、操舵回転型駆動力伝動機構の図３に示すＡ‐Ａ線断面図であるとともに、当該回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構の横断平面図である。また、図６は、２個の直線方向への往復運動を伝動する機構を示す透視斜視図であり、図７は、同操舵回転型駆動力伝動機構の図３に示すＢ‐Ｂ線断面図であるとともに、往復運動を回転運動に合成変換する機構の横断平面図である。また、図８は、１個の駆動力分割伝動ギヤに同時に噛合する２個の分割ギヤからなり回転駆動力の位相を分割する回転位相分割部の構成を示す概略説明図であり、図９は、操舵回転型駆動力伝動機構１３の基本構成を示す概略説明図である。
【００１８】
本発明は、図１に示すように、主フレーム１の立パイプ２の上部にシート３を装着し、当該主フレーム１の下部に設けたハンガーラック部４に、駆動力を付与し得るクランクギヤ５を設け、当該主フレーム１の後部に設けたバックホーク６に後車輪７を装着し、当該主フレーム１の前部に設けたヘッドラック８に、ハンドル９と連結したフロントホーク１０を介して前車輪１１を装着してなる前車輪操舵部１２が、その軸周り方向Ｃに回転自在なるように装着されてなる自転車を、ハンドル操作により前記前車輪操舵部１２が軸周り方向Ｃに回転自在なまま、前記クランクギヤ５に付与された回転駆動力を前車輪１１の回転駆動力として伝動し得るような前車輪駆動自転車にしたものである。その特徴は、主フレーム１の前部に設けたヘッドラック８に、操舵回転型駆動力伝動機構１３を設けたものである。当該操舵回転型駆動力伝動機構１３とクランクギヤ５とを駆動力伝動ギヤ１３ａを介して第１伝動チェーン１４で連結するとともに、前記前車輪１１の回転軸にフリーホイール１５を設け、当該フリーホイール１５と前記操舵回転型駆動力伝動機構１３とを第２伝動チェーン１６で連結して、クランクギヤ５に付与された回転駆動力を、前記第１伝動チェーン１４、前記操舵回転型駆動力伝動機構１３、第２伝動チェーン１６を順次介して伝達し、前車輪操舵部１２が軸周り方向Ｃに回転自在なまま前記クランクギヤ５に付与された回転駆動力を前車輪１１の回転駆動力として伝動し得るように構成した前車輪駆動自転車である。
【００１９】
当該操舵回転型駆動力伝動機構１３は、本発明者が先に開発した従動体が軸周り方向へ回転自在のまま駆動力を伝動する機構（特願平１１‐２５５７６６号）の原理を応用して前車輪駆動自転車の回転駆動力の伝動機構となるよう開発したものである。即ち従動体をハンドル９と連結した前車輪操舵部１２となし、当該前車輪操舵部１２が軸周り方向Ｃに回転自在なまま前記クランクギヤ５に付与された回転駆動力を前車輪１１の回転駆動力として伝動し得るようになしたものである。
【００２０】
当該操舵回転型駆動力伝動機構１３は、図２、図９に示すように自転車の主フレーム１の前部に設けたヘッドラック８に装着するものとなし、その基本的構成は、図３，図４，図８，図９に示すように、回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構１７と、２個の直線方向への往復運動を伝動する機構１８と、２個の往復運動を回転駆動力に合成変換し復元する機構１９とからなる。
【００２１】
当該操舵回転型駆動力伝動機構１３の具体的構成を更に詳細に説明すると、図３、図４に示すように、前記回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構１７は、前記ヘッドラック８に設けた駆動力分割伝動ギヤ２０と２個の分割ギヤ２１ａ，２１ｂとからなる回転位相分割部と、クランク２２ａ，２２ｂと遊星歯車機構２３ａ，２３ｂとからなる内転サイクロイド直線運動部とが組み合わされた構成が、前記ヘッドラック８の左右に一対配設されている。図５は、当該回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構１７の横断平面図である。
【００２２】
これら図３、図４、図５に基づき詳細に説明する。まず、当該回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構１７は、１個の駆動力分割伝動ギヤ２０に同時に噛合する２個の分割ギヤ２１ａ，２１ｂからなり回転駆動力の位相を分割する回転位相分割部１７ａと、前記分割ギヤ２１ａ，２１ｂの中心軸に軸着された円板状のクランク２２ａ，２２ｂと、当該クランク２２ａ，２２ｂのクランクピン２６ａ，２６ｂを回転中心軸として軸着された遊星歯車２３ａ‐１，２３ｂ‐１が２倍の径の固定内歯車２３ａ‐２，２３ｂ‐２に噛合されるとともに、当該遊星歯車２３ａ‐１，２３ｂ‐１の外周部他側面に歯車ピン２７ａ，２７ｂが突設されている遊星歯車機構２３ａ，２３ｂとから構成されている内転サイクロイド直線運動部１７ｂとからなる。当該内転サイクロイド直線運動は、遊星歯車の径と固定内歯車の径とが１：２であること、遊星歯車の回転中心軸が回転自在なクランクのクランクピンとなって枢支されていること、遊星歯車の他側面の歯部に歯車ピンが突設されていること、という条件を具備するように遊星歯車機構とクランク装置とを組み合わせることにより起こるもので、クランクの回転運動を安定した歯車ピンの直線方向への往復運動へ変換することが出来る機構の動きである。この原理を応用した装置としては、例えば特開平９‐１１９３０１号公報がある。尚、図中２８ａ，２８ｂは、前記ヘッドラック８に固着した前記回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構１７を内装し保護するための保護カバーである。
【００２３】
次に、２個の直線方向への往復運動を伝動する機構１８は、２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂと、その上部に装着されたころがり軸受け又はすべり軸受けからなる回転自在軸受け２４ａ，２４ｂとからなり、当該回転自在軸受け２４ａ，２４ｂの外側軸受け２４ａ‐１，２４ｂ‐１には歯車ピン２７ａ，２７ａが連結されており、内側軸受け２４ａ‐２，２４ｂ‐２は従動用レバー１８ａ，１８ｂと連結されており、これらは前車輪操舵部１２のヘッドラック８とハンドルポスト２５に穿設された長溝８ａ，２５ａを介して上下動自在なるように内装されている。尚、図６は、当該２個の直線方向への往復運動を伝動する機構１８の構成を示す斜視図である。すなわち当該２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂの基端部には回転自在軸受け２４ａ，２４ｂを介して分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構１７と連結されており、前記２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂの位相の異なる上下方向への往復運動を伝動する。このような当該２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂの先端部には、夫々に前記往復運動を回転運動に合成変換する機構１９が装着されている。
【００２４】
更に、当該往復運動を回転運動に合成変換する機構１９は、図２、図３、図４に示すように、夫々に前車輪操舵部１２のホーク肩部１０ａに設けた２組の遊星歯車機構３０ａ，３０ｂとクランク３１ａ，３１ｂと、分割ギヤ３２ａ，３２ｂと駆動力合成伝動ギヤ３３ａ，３３ｂとからなり、これらの部材が連結構成されている。図７は、往復運動を回転運動に合成変換する機構１９の横断平面図である。これを更に詳細に説明すると、遊星歯車機構３０ａ，３０ｂは、遊星歯車３０ａ‐１，３０ｂ‐１が２倍の径の固定内歯車３０ａ‐２，３０ｂ‐２に噛合されるとともに、当該遊星歯車３０ａ‐１，３０ｂ‐１の外周部他側面に歯車ピン３４ａ，３４ｂが突設構成されている。尚、図中３５は、ハンドルポスト２５の下端に固定された合成変換機構保護カバ‐であり、３６は、第２伝動チェーン１６と噛合して復元した回転駆動力を伝動するスプロケットギヤである。位相の異なる上下往復運動を行う２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂと連結伝動されている歯車ピン３４ａ，３４ｂの上下往復運動を、遊星歯車機構３０ａ，３０ｂ、クランク３１ａ，３１ｂ、分割ギヤ３２ａ，３２ｂと順次伝達されることにより分割ギヤ３２ａ，３２ｂの回転力に変換される。これが、駆動力合成伝動ギヤ３３ａ，３３ｂと噛合されて回転駆動力として復元される。
【００２５】
叙上のように当該操舵回転型駆動力伝動機構１３は、駆動体である前記クランクギヤ５から伝動された前記駆動力伝動ギヤ１３ａを介しての回転駆動力を駆動力分割伝動ギヤ２０と２個の分割ギヤ２１ａ，２１ｂとクランク２２ａ，２２ｂと遊星歯車機構２３ａ，２３ｂとを組み合わせてなる回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構１７により分割された２個の直線方向への往復運動へ変換するようになし、これを２個の直線方向への往復運動を伝動する機構１８により従動体である前車輪操舵部が軸周り方向へ回転自在のまま、２本の従動用レバーが位相の異なる直線状の往復運動に変換し、更にその２本の従動用レバー先端部で且つ従動体である前車輪操舵部のホーク肩部に設けた前記往復運動を回転運動に合成変換する機構１９により、２本の従動用レバーによる分割された直線状の上下往復運動を駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元し、これを前車輪の回転駆動力として利用し得るように作用するのである。このような作用をなす操舵回転型駆動力伝動機構１３が開発されることにより、初めて実用性のある前車輪駆動自転車を具現化できることとなったのである。
【００２６】
前記操舵回転型駆動力伝動機構１３は、前述したような前車輪駆動自転車を具現化できるだけでなく、そのまま従動体が軸周り方向へ回転自在のまま駆動力を伝動する機構としてロボット腕や、彫刻や掘削装置などさまざまな装置に応用できる可能性がある。従って、これを本件第４発明として、駆動体（ヘッドラック８）に固着した駆動力伝動ギヤ１３ａに設けた駆動力分割伝動ギヤ２０ａ，２０ｂと、２個の分割ギヤ２１ａ，２１ｂと、クランク２２ａ，２２ｂと遊星歯車機構２３ａ，２３ｂとを組み合わせてなる回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構１７に、ころがり軸受け又はすべり軸受けを介して従動体であるハンドルポスト２５に設けた２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂと連結し、駆動力分割伝動ギヤ２０ａ，２０ｂに付与された回転駆動力を軸周り方向へ回転自在のまま２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂの軸線方向への往復運動として伝動される２個の直線方向への往復運動を伝動する機構１８と、当該２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂの先端部には、夫々に従動体に設けた遊星歯車機構３０ａ，３０ｂとクランク３１ａ，３１ｂと分割ギヤ３２ａ，３２ｂと駆動力合成伝動ギヤ３３ａ，３３ｂとが組み合わされ往復運動を回転運動に合成変換する機構１９とを連結構成して、２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂによる分割された直線状の往復運動を合成して前記駆動力合成伝動ギヤ３３ａ，３３ｂの回転駆動力に復元するように構成した従動体が軸周り方向へ回転自在のまま駆動力を伝動する機構として、技術認識したものである。
【００２７】
これを更に具体的な実施態様例として、図３，図４，図５，図６，図７に基ずいて説明する。駆動体であるヘッドラック８に設けた駆動力分割伝動ギヤ２０ａ，２０ｂと、これに歯合する２個の分割ギヤ２１ａ，２１ｂと、当該分割ギヤ２１ａ，２１ｂの回転軸には１側にクランクピン２６ａ，２６ｂの突出形成したクランク２２ａ，２２ｂを軸装し、当該クランクピン２６ａ，２６ｂには固定内歯歯車２３ａ‐２，２３ｂ‐２に歯合しながらその内周を回転する遊星歯車２３ａ‐１，２３ｂ‐１とが組み合わされたもので、当該遊星歯車２３ａ‐１，２３ｂ‐１は、その外周が当該固定内歯歯車２３ａ‐２，２３ｂ‐２の１／２で、且つ当該遊星歯車２３ａ‐１，２３ｂ‐１の中心軸が前記クランクピン２６ａ，２６ｂに枢支連結されており、更に当該遊星歯車２３ａ‐１，２３ｂ‐１の他側面には歯車ピン２７ａ，２７ｂを突出形成しておき、当該遊星歯車２３ａ‐１，２３ｂ‐１の回転に伴って突設した歯車ピン２７ａ，２７ｂが上下方向へ位相をすらして直線往復運動するように構成してなる内転自在な直線往復運動機構を、左右対称に構成装着し、回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換するようになし、軸周り方向Ｃへ回転自在な従動体（ハンドルポスト２５）には、ころがり軸受け又はすべり軸受けなどの回転自在軸受け２４ａ，２４ｂを介して２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂと連結し、駆動力分割伝動ギヤ２０ａ，２０ｂに付与された回転駆動力を軸周り方向Ｃへの回転自在のまま２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂの軸線方向への往復運動として伝動されるようになした２個の直線方向への往復運動を伝動する機構１８と、当該２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂの先端部には、前記夫々に従動体（ハンドルポスト２５）に設けた遊星歯車機構３０ａ，３０ｂとクランク３１ａ，３１ｂと分割ギヤ３２ａ，３２ｂと駆動力合成伝動ギヤ３３ａ，３３ｂとが組み合わされ往復運動を回転運動に合成変換する機構１９とを連結構成して、その位相をずらして上下動する２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂによる分割された直線状の往復運動を前記駆動力合成伝動ギヤ３３ａ，３３ｂの回転運動に合成復元するように構成したことを特徴とする従動体が軸周り方向へ回転自在のまま回転駆動力を伝動する機構である。尚、図３の中の２９は、ヘッドラック８に対しハンドルポスト２５が軸周り方向へ回転自在に装着するためのハンドルポスト軸受けである。
【００２８】
【効果】
本件第１発明乃至第２発明は、発明者が開発した従動体が軸周り方向へ回転自在のまま回転駆動力を伝動する機構を応用して前車輪駆動自転車用の実用的な操舵回転型駆動力伝動機構を開発し、これを用いて前車輪操舵部が軸周り方向に回転自在なまま前記クランクギヤに付与された回転駆動力を前車輪の回転駆動力として伝動し得るようになした前車輪駆動自転車を具現化したものである。
【００２９】
このように前車輪操舵の場合には、駆動輪と、操舵輪が同一になるため、操舵角が９０度以上の角度でも舵の方向に自転車を動かすことができる。特に本発明では、機構的に操舵角が１８０度前後の角度にすれば、駆動輪を逆回転しなくても自転車を後進させることができる
【００３０】
また、本件第１発明乃至第２発明は、後車輪に駆動機構を必要としないので、車輪の配置の自由度が増す。たとえば、複数の後車輪を設けることができたり、複数の後車輪に作動装置などを設けることができたり、極端に小さい後車輪とすることができたり、後車輪部分を分離形式とすることができ、後車輪部をリヤカ‐、台車など荷役車両と代用することができたり、他の車椅子などに連結して牽引する機構として応用したりするなど、種々のレイアウトができる。
【００３１】
本件第３発明、第４発明は、当該前車輪駆動自転車用に開発された操舵回転型駆動力伝動機構の部分を、前車輪駆動自転車用以外の用途の各種装置に用いることが出来る、一般的な従動体が軸周り方向へ回転自在のまま回転駆動力を伝動する機構を具現化したものである。回転駆動力を位相の異なるように分割された直線状の往復運動に変換して離れた場所に伝動し、その先で再び回転駆動力に変換復元する伝動機構でありながら、伝動方向と直交する周回方向への回転はフリーな状態を維持できるようにした伝動機構である。このような周回方向への回転をフリーにした回転駆動力の伝動機構は、従来より難しく、その方法は限られていたが、本発明は、これを従来にない構成にて実現したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る前車輪駆動自転車の全体構成を示す側面図である。
【図２】本発明に係る前車輪駆動自転車の要部である操舵回転型駆動力伝動機構を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る当該操舵回転型駆動力伝動機構の組み立て構造を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係る同操舵回転型駆動力伝動機構を構成する部品を展開した状態の斜視図である。
【図５】操舵回転型駆動力伝動機構の図３に示すＡ‐Ａ線断面図であるとともに、当該回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構の横断平面図である。
【図６】２個の直線方向への往復運動を伝動する機構を示す透視斜視図である。
【図７】同操舵回転型駆動力伝動機構の図３に示すＢ‐Ｂ線断面図であるとともに、往復運動を回転運動に合成変換する機構の横断平面図である
【図８】１個の駆動力分割伝動ギヤに同時に噛合する２個の分割ギヤからなり回転駆動力の位相を分割する回転位相分割部の構成を示す概略説明図である。
【図９】操舵回転型駆動力伝動機構１３の基本構成を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１…主フレーム
２…立パイプ
３…シート
４…ハンガーラック部
５…クランクギヤ
６…バックホーク
７…後車輪
８…ヘッドラック
８ａ…長溝
９…ハンドル
１０…フロントホーク
１０ａ…ホーク肩部
１１…前車輪
１２…前車輪操舵部
１３…操舵回転型駆動力伝動機構
１４…第１伝動チェーン
１５…フリーホイール
１６…第２伝動チェーン
１７…回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構
１７ａ…回転位相分割部
１７ｂ…内転サイクロイド直線運動部
１８…２個の直線方向への往復運動を伝動する機構
１８ａ…従動用レバー
１８ｂ…従動用レバー
１９…往復運動を回転運動に合成変換する機構
２０ａ…駆動力分割伝動ギヤ
２０ｂ…駆動力分割伝動ギヤ
２１ａ…分割ギヤ
２１ｂ…分割ギヤ
２２ａ…クランク
２２ｂ…クランク
２３ａ…遊星歯車機構
２３ｂ…遊星歯車機構
２３ａ‐１…遊星歯車
２３ｂ‐１…遊星歯車
２３ａ‐２…固定内歯車
２３ｂ‐２…固定内歯車
２４ａ…回転自在軸受け
２４ｂ…回転自在軸受け
２４ａ‐１…外側軸受け
２４ｂ‐１…外側軸受け
２４ａ‐２…内側軸受け
２４ｂ‐２…内側軸受け
２５…ハンドルポスト
２５ａ…長溝
２６ａ…クランクピン
２６ｂ…クランクピン
２７ａ…歯車ピン
２７ｂ…歯車ピン
２８ａ…保護カバ‐
２８ｂ…保護カバ‐
２９…ハンドルポスト軸受け
３０ａ…遊星歯車機構
３０ｂ…遊星歯車機構
３０ａ‐１…遊星歯車
３０ｂ‐１…遊星歯車
３０ａ‐２…固定内歯車
３０ｂ‐２…固定内歯車
３１ａ…クランク
３１ｂ…クランク
３２ａ…分割ギヤ
３２ｂ…分割ギヤ
３３ａ…駆動力合成伝動ギヤ
３３ｂ…駆動力合成伝動ギヤ
３４ａ…歯車ピン
３４ｂ…歯車ピン
３５…合成変換機構保護カバ‐
３６…スプロケットギヤ
Ｃ…軸周り方向
【産業上の利用分野】
本発明は、前車輪操舵部が軸周り方向に回転自在なまま前記クランクギヤに付与された回転駆動力を前車輪の回転駆動力として伝動し得るようになした前車輪駆動自転車と、当該前車輪駆動自転車に用いて好適な従動体が軸周り方向へ回転自在のまま回転駆動力を伝動する機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、広く普及している自転車は、その殆どが前後車輪が同一の径で主フレームの下部のハンガーラック部に設けたクランクギアのペダルを回転させ、この駆動力を後車輪に伝動して前車輪を操舵するタイプのものである。自転車の発展途上においては前車輪を駆動するタイプの自転車も各種試作されたことがあるが、従来のものは操作上、性能上、あるいは安全性の面から問題があるため、一般向きとしては淘汰され、ファッション性特を持たせたオーディナリータイプの自転車、幼児用の三輪車、補助輪付き一輪車、曲芸用自転車など特殊な用途にだけ使用されている。
【０００３】
また、前車輪駆動タイプの一般用自転車である場合の従来例としては、特開平９‐１０４３８５号公報がある。それは、「自転車の動力伝達機構をフレーム側の一次駆動と、前車輪ホーク側の二次駆動に分けて、その二つを自在軸継手を介して接続し、ハンドル側の前車輪を駆動する自転車。」である。同公報に開示されている自在軸継手については具体的な詳細説明がなく、実施例の図２に、自在軸継手取付部の詳細図が示されている。しかるに当該自在継手は、ごく一般的なもので、ハンドル側の前車輪を駆動することが出来るが、当該前車輪をハンドル操作により水平方向への回動出来る角度に制限があるうえ、クランク側の回転駆動力をハンドル側の回転駆動力に伝動する際、ハンドル操作により自在軸継手の角度が頻繁に変化すると、角度により回転駆動力の伝動が円滑ではなくなり、自転車の操作性や乗り心地が良いものではなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前車輪駆動自転車が、前車輪部に駆動ペダルを設ける方式である場合、ハンドルの操舵と駆動ペダルを踏み回転されることが干渉しあって、当該ペダルを駆動しながらハンドルを操作して大きな操舵角を与えることが困難になる。又、駆動する足の場所が前車輪付近に限定されるため、全体の重量配分が悪くなり前傾転倒しやすくなる欠点がある。
【０００５】
前車輪駆動自転車が、引用公報（特開平９‐１０４３８５号公報）のように駆動ペダルをフレーム側に設ける方式である場合には、フレーム側にあるペダルの駆動力をハンドル操舵のために水平方向へ回動自在にする必要のある前車輪側に伝達せねばならず、駆動と操舵機構の両立が困難である。つまり、ペダル駆動が良好となるが、前車輪に十分な操舵角を与えることが出来ないうえ、駆動継手によっては、駆動力が操舵に悪影響を与えることがしばしば起こる。
【０００６】
本願発明は、上記のような前車輪駆動自転車の技術的課題を解決せんとするもので、新たに従動体が軸周り方向へ回転自在のまま回転駆動力を伝動する機構を開発し、この新しい回転駆動力伝動機構を利用することにより、操舵角に悪影響をあたえることなく、フレーム側の駆動力を前車輪に伝動し、限界の無い円滑なハンドルの操舵性と、効率的な伝動性能をもった、乗り心地の良い前車輪駆動自転車を具現化せんとしたものである。
【０００７】
又本発明者は、前車輪駆動自転車に用いて好適な、従動体が軸周り方向へ回転自在のまま駆動力を伝動する機構を開発し具現化せんとしたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記技術的課題を解決するため、以下に示すような手段を構成することとした。
【０００９】
特許を受けようとする第１発明は、自転車の主フレームの下部に設けたハンガーラック部に、駆動力を付与し得るクランクギヤを設け、当該主フレームの前部に設けたヘッドラックには、ハンドルと連結したフロントホークを介して前車輪を装着してなる前車輪操舵部が、その軸周り方向に回転自在なるように装着するとともに、当該主フレームの前部に設けたヘッドラックに操舵回転型駆動力伝動機構を設け、当該操舵回転型駆動力伝動機構と前記クランクギヤとを第１伝動チェーンで連結するとともに、前記前車輪の回転軸にフリーホイールを設け、当該フリーホイールと前記操舵回転型駆動力伝動機構とを第２伝動チェーンで連結して、クランクギヤに付与された回転駆動力を、前記第１伝動チェーン、前記操舵回転型駆動力伝動機構、第２伝動チェーンを順次介して伝達し、前車輪操舵部が軸周り方向に回転自在なまま前記クランクギヤに付与された回転駆動力を前車輪の回転駆動力として伝動し得るようになした自転車において、
前記操舵回転型駆動力伝動機構は、駆動体である前記クランクギヤから伝動された前記駆動力伝動ギヤの回転駆動力を駆動力分割伝動ギヤと２個の分割ギヤとクランクと遊星歯車機構とを組み合わせて分割された２個の直線方向への往復運動へ変換するようになし、これを従動体である前車輪操舵部が軸周り方向へ回転自在のまま、当該前車輪操舵部のハンドルポストに設けた２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動に変換し、その２本の従動用レバー先端部で且つ従動体である前車輪操舵部のホーク肩部において、遊星歯車機構とクランクと２個の分割ギヤと駆動力合成伝動ギヤと組み合わせて２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動を駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元し、これを前車輪の回転駆動力として利用し得るようにしたことを特徴とする前車輪駆動自転車である。
【００１０】
当該第１発明は、前車輪駆動自転車の特許である。前記操舵回転型駆動力伝動機構は、本発明者が開発した従動体が軸周り方向へ回転自在のまま駆動力を伝動する機構（第３発明・第４発明）を用いて従動体をハンドルと連結した前車輪操舵部体となし、当該前車輪操舵部が軸周り方向に回転自在なまま前記クランクギヤに付与された回転駆動力を前車輪の回転駆動力として伝動し得るようになした前車輪駆動自転車を具現化したものである。
【００１１】
当該第１発明の特徴である前記操舵回転型駆動力伝動機構は、駆動体である前記クランクギヤから伝動された前記駆動力伝動ギヤの回転駆動力を駆動力分割伝動ギヤと２個の分割ギヤとクランクと遊星歯車機構とを組み合わせて分割された２個の直線方向への往復運動へ変換するようになし、これを従動体である前車輪操舵部が軸周り方向へ回転自在のまま、当該前車輪操舵部のハンドルポストに設けた２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動に変換し、その２本の従動用レバー先端部で且つ従動体である前車輪操舵部のホーク肩部において、遊星歯車機構とクランクと２個の分割ギヤと駆動力合成伝動ギヤと組み合わせて２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動を駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元し、これを前車輪の回転駆動力として利用し得るようにしたことを特徴とする前車輪駆動自転車である。
【００１２】
以上のように本発明は、操舵回転型駆動力伝動機構の構成を具体的に特定した点を特徴とする前車輪駆動自転車である。前車輪操舵部が軸周り方向へ回転自在のまま、回転駆動力を２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動に変換し、それを従動用レバー先端部で且つホーク肩部において、駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元し、これを前車輪の回転駆動力として利用した前車輪駆動自転車である。
【００１３】
特許を受けようとする第２発明は、操舵回転型駆動力伝動機構が、ヘッドラックに設けた駆動力分割伝動ギヤと２個の分割ギヤとクランクと遊星歯車機構とを組み合わせてなる回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構に、ころがり軸受け又はすべり軸受けを介して前車輪操舵部のハンドルポストに設けた２本の従動用レバーと連結し、駆動力分割伝動ギヤに付与された回転駆動力を前車輪操舵部が軸周り方向への回転自在のまま２本の従動用レバーの軸線方向への往復運動として伝動されるようになし、当該２本の従動用レバーの先端部には、夫々に前車輪操舵部のホーク肩部に設けた遊星歯車機構とクランクと分割ギヤと駆動力合成伝動ギヤとからなる往復運動を回転運動に合成変換する機構と連結構成して、２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動を合成して前記駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元するように構成し、駆動体である前記クランクギヤに付与された駆動力が伝動される前記駆動力伝動ギヤの回転駆動力を、往復運動へ変換する機構により２分割した直線方向への往復運動へ変換し、従動体である前車輪操舵部が軸周り方向へ回転自在のまま、当該前車輪操舵部のハンドルポストに設けた２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動に変換し、その２本の従動用レバー先端部で且つ従動体である前車輪操舵部のホーク肩部において、２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動を合成して前記駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元し、これを前車輪の回転駆動力として利用し得るようにしたことを特徴とする第１発明に記載する前車輪駆動自転車である。
【００１４】
特許を受けようとする第３発明は、駆動体に設けた駆動力分割伝動ギヤと２個の分割ギヤとクランクと遊星歯車機構とを組み合わせてなる回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構と、ころがり軸受け又はすべり軸受けを介して従動体に設けた２本の従動用レバーと連結し、駆動力分割伝動ギヤに付与された回転駆動力を軸周り方向への回転自在のまま２本の従動用レバーの軸線方向への往復運動として伝動されるようになした２個の直線方向への往復運動を伝動する機構と、当該２本の従動用レバーの先端部には、夫々に従動体に設けた遊星歯車機構とクランクと分割ギヤと駆動力合成伝動ギヤとが組み合わされ往復運動を回転運動に合成変換する機構とを連結構成して、２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動を合成して前記駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元するように構成したことを特徴とする従動体が軸周り方向へ回転自在のまま駆動力を伝動する機構である。
【００１５】
当該第３発明は、従動体が軸周り方向へ回転自在のまま駆動力を伝動する機構である。前車輪操舵部が軸周り方向へ回転自在のまま、回転駆動力を２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動に変換し、それをホーク肩部において、駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元し、これを前車輪の回転駆動力として利用する前車輪駆動自転車やロボット腕など種々に装置に用いて好適である。
【００１６】
特許を受けようとする第４発明は、駆動体であるヘッドラックに設けた駆動力分割伝動ギヤと、これに歯合する２個の分割ギヤと、当該分割ギヤの回転軸には一側にクランクピンの突出形成したクランクを軸装し、当該クランクピンには固定内歯歯車に歯合しながらその内周を回転する遊星小歯車とが組み合わされたもので、当該遊星小歯車は、その外周が当該固定内歯歯車の１／２で、且つ当該遊星小歯車の中心軸が前記クランクピンに枢支連結されており、更に当該遊星小歯車の他側面には歯車ピンを突出形成しておき、当該遊星小歯車の回転に伴って突設した歯車ピンが上下方向へ直線往復運動するように構成してなる内転自在の直線往復運動機構を、２組位相をずらして構成装着し、回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構となし、軸周り方向Ｃへ回転自在な従動体には、ころがり軸受け又はすべり軸受けを介して２本の従動用レバーと連結し、駆動力分割伝動ギヤに付与された回転駆動力を軸周り方向への回転自在のまま２本の従動用レバーの軸線方向への往復運動として伝動されるようになした２個の直線方向への往復運動を伝動する機構１８と、当該２本の従動用レバーの先端部には、前記夫々に従動体に設けた遊星歯車機構とクランクと分割ギヤと駆動力合成伝動ギヤとが組み合わされ往復運動を回転運動に合成変換する機構とを連結構成して、その位相をずらして上下動する２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動を前記駆動力合成伝動ギヤの回転運動に合成復元するように構成したことを特徴とする従動体が軸周り方向へ回転自在のまま回転駆動力を伝動する機構である。
【００１７】
【実施例】
以下本発明を図示実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る前車輪駆動自転車の全体構成を示す側面図であり、図２は、本発明に係る前車輪駆動自転車の要部である操舵回転型駆動力伝動機構を示す斜視図であり、図３は、当該操舵回転型駆動力伝動機構の組み立て構造を示す縦断面図であり、図４は、同操舵回転型駆動力伝動機構を構成する部品を展開した状態の斜視図であり、図５は、操舵回転型駆動力伝動機構の図３に示すＡ‐Ａ線断面図であるとともに、当該回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構の横断平面図である。また、図６は、２個の直線方向への往復運動を伝動する機構を示す透視斜視図であり、図７は、同操舵回転型駆動力伝動機構の図３に示すＢ‐Ｂ線断面図であるとともに、往復運動を回転運動に合成変換する機構の横断平面図である。また、図８は、１個の駆動力分割伝動ギヤに同時に噛合する２個の分割ギヤからなり回転駆動力の位相を分割する回転位相分割部の構成を示す概略説明図であり、図９は、操舵回転型駆動力伝動機構１３の基本構成を示す概略説明図である。
【００１８】
本発明は、図１に示すように、主フレーム１の立パイプ２の上部にシート３を装着し、当該主フレーム１の下部に設けたハンガーラック部４に、駆動力を付与し得るクランクギヤ５を設け、当該主フレーム１の後部に設けたバックホーク６に後車輪７を装着し、当該主フレーム１の前部に設けたヘッドラック８に、ハンドル９と連結したフロントホーク１０を介して前車輪１１を装着してなる前車輪操舵部１２が、その軸周り方向Ｃに回転自在なるように装着されてなる自転車を、ハンドル操作により前記前車輪操舵部１２が軸周り方向Ｃに回転自在なまま、前記クランクギヤ５に付与された回転駆動力を前車輪１１の回転駆動力として伝動し得るような前車輪駆動自転車にしたものである。その特徴は、主フレーム１の前部に設けたヘッドラック８に、操舵回転型駆動力伝動機構１３を設けたものである。当該操舵回転型駆動力伝動機構１３とクランクギヤ５とを駆動力伝動ギヤ１３ａを介して第１伝動チェーン１４で連結するとともに、前記前車輪１１の回転軸にフリーホイール１５を設け、当該フリーホイール１５と前記操舵回転型駆動力伝動機構１３とを第２伝動チェーン１６で連結して、クランクギヤ５に付与された回転駆動力を、前記第１伝動チェーン１４、前記操舵回転型駆動力伝動機構１３、第２伝動チェーン１６を順次介して伝達し、前車輪操舵部１２が軸周り方向Ｃに回転自在なまま前記クランクギヤ５に付与された回転駆動力を前車輪１１の回転駆動力として伝動し得るように構成した前車輪駆動自転車である。
【００１９】
当該操舵回転型駆動力伝動機構１３は、本発明者が先に開発した従動体が軸周り方向へ回転自在のまま駆動力を伝動する機構（特願平１１‐２５５７６６号）の原理を応用して前車輪駆動自転車の回転駆動力の伝動機構となるよう開発したものである。即ち従動体をハンドル９と連結した前車輪操舵部１２となし、当該前車輪操舵部１２が軸周り方向Ｃに回転自在なまま前記クランクギヤ５に付与された回転駆動力を前車輪１１の回転駆動力として伝動し得るようになしたものである。
【００２０】
当該操舵回転型駆動力伝動機構１３は、図２、図９に示すように自転車の主フレーム１の前部に設けたヘッドラック８に装着するものとなし、その基本的構成は、図３，図４，図８，図９に示すように、回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構１７と、２個の直線方向への往復運動を伝動する機構１８と、２個の往復運動を回転駆動力に合成変換し復元する機構１９とからなる。
【００２１】
当該操舵回転型駆動力伝動機構１３の具体的構成を更に詳細に説明すると、図３、図４に示すように、前記回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構１７は、前記ヘッドラック８に設けた駆動力分割伝動ギヤ２０と２個の分割ギヤ２１ａ，２１ｂとからなる回転位相分割部と、クランク２２ａ，２２ｂと遊星歯車機構２３ａ，２３ｂとからなる内転サイクロイド直線運動部とが組み合わされた構成が、前記ヘッドラック８の左右に一対配設されている。図５は、当該回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構１７の横断平面図である。
【００２２】
これら図３、図４、図５に基づき詳細に説明する。まず、当該回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構１７は、１個の駆動力分割伝動ギヤ２０に同時に噛合する２個の分割ギヤ２１ａ，２１ｂからなり回転駆動力の位相を分割する回転位相分割部１７ａと、前記分割ギヤ２１ａ，２１ｂの中心軸に軸着された円板状のクランク２２ａ，２２ｂと、当該クランク２２ａ，２２ｂのクランクピン２６ａ，２６ｂを回転中心軸として軸着された遊星歯車２３ａ‐１，２３ｂ‐１が２倍の径の固定内歯車２３ａ‐２，２３ｂ‐２に噛合されるとともに、当該遊星歯車２３ａ‐１，２３ｂ‐１の外周部他側面に歯車ピン２７ａ，２７ｂが突設されている遊星歯車機構２３ａ，２３ｂとから構成されている内転サイクロイド直線運動部１７ｂとからなる。当該内転サイクロイド直線運動は、遊星歯車の径と固定内歯車の径とが１：２であること、遊星歯車の回転中心軸が回転自在なクランクのクランクピンとなって枢支されていること、遊星歯車の他側面の歯部に歯車ピンが突設されていること、という条件を具備するように遊星歯車機構とクランク装置とを組み合わせることにより起こるもので、クランクの回転運動を安定した歯車ピンの直線方向への往復運動へ変換することが出来る機構の動きである。この原理を応用した装置としては、例えば特開平９‐１１９３０１号公報がある。尚、図中２８ａ，２８ｂは、前記ヘッドラック８に固着した前記回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構１７を内装し保護するための保護カバーである。
【００２３】
次に、２個の直線方向への往復運動を伝動する機構１８は、２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂと、その上部に装着されたころがり軸受け又はすべり軸受けからなる回転自在軸受け２４ａ，２４ｂとからなり、当該回転自在軸受け２４ａ，２４ｂの外側軸受け２４ａ‐１，２４ｂ‐１には歯車ピン２７ａ，２７ａが連結されており、内側軸受け２４ａ‐２，２４ｂ‐２は従動用レバー１８ａ，１８ｂと連結されており、これらは前車輪操舵部１２のヘッドラック８とハンドルポスト２５に穿設された長溝８ａ，２５ａを介して上下動自在なるように内装されている。尚、図６は、当該２個の直線方向への往復運動を伝動する機構１８の構成を示す斜視図である。すなわち当該２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂの基端部には回転自在軸受け２４ａ，２４ｂを介して分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構１７と連結されており、前記２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂの位相の異なる上下方向への往復運動を伝動する。このような当該２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂの先端部には、夫々に前記往復運動を回転運動に合成変換する機構１９が装着されている。
【００２４】
更に、当該往復運動を回転運動に合成変換する機構１９は、図２、図３、図４に示すように、夫々に前車輪操舵部１２のホーク肩部１０ａに設けた２組の遊星歯車機構３０ａ，３０ｂとクランク３１ａ，３１ｂと、分割ギヤ３２ａ，３２ｂと駆動力合成伝動ギヤ３３ａ，３３ｂとからなり、これらの部材が連結構成されている。図７は、往復運動を回転運動に合成変換する機構１９の横断平面図である。これを更に詳細に説明すると、遊星歯車機構３０ａ，３０ｂは、遊星歯車３０ａ‐１，３０ｂ‐１が２倍の径の固定内歯車３０ａ‐２，３０ｂ‐２に噛合されるとともに、当該遊星歯車３０ａ‐１，３０ｂ‐１の外周部他側面に歯車ピン３４ａ，３４ｂが突設構成されている。尚、図中３５は、ハンドルポスト２５の下端に固定された合成変換機構保護カバ‐であり、３６は、第２伝動チェーン１６と噛合して復元した回転駆動力を伝動するスプロケットギヤである。位相の異なる上下往復運動を行う２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂと連結伝動されている歯車ピン３４ａ，３４ｂの上下往復運動を、遊星歯車機構３０ａ，３０ｂ、クランク３１ａ，３１ｂ、分割ギヤ３２ａ，３２ｂと順次伝達されることにより分割ギヤ３２ａ，３２ｂの回転力に変換される。これが、駆動力合成伝動ギヤ３３ａ，３３ｂと噛合されて回転駆動力として復元される。
【００２５】
叙上のように当該操舵回転型駆動力伝動機構１３は、駆動体である前記クランクギヤ５から伝動された前記駆動力伝動ギヤ１３ａを介しての回転駆動力を駆動力分割伝動ギヤ２０と２個の分割ギヤ２１ａ，２１ｂとクランク２２ａ，２２ｂと遊星歯車機構２３ａ，２３ｂとを組み合わせてなる回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構１７により分割された２個の直線方向への往復運動へ変換するようになし、これを２個の直線方向への往復運動を伝動する機構１８により従動体である前車輪操舵部が軸周り方向へ回転自在のまま、２本の従動用レバーが位相の異なる直線状の往復運動に変換し、更にその２本の従動用レバー先端部で且つ従動体である前車輪操舵部のホーク肩部に設けた前記往復運動を回転運動に合成変換する機構１９により、２本の従動用レバーによる分割された直線状の上下往復運動を駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元し、これを前車輪の回転駆動力として利用し得るように作用するのである。このような作用をなす操舵回転型駆動力伝動機構１３が開発されることにより、初めて実用性のある前車輪駆動自転車を具現化できることとなったのである。
【００２６】
前記操舵回転型駆動力伝動機構１３は、前述したような前車輪駆動自転車を具現化できるだけでなく、そのまま従動体が軸周り方向へ回転自在のまま駆動力を伝動する機構としてロボット腕や、彫刻や掘削装置などさまざまな装置に応用できる可能性がある。従って、これを本件第４発明として、駆動体（ヘッドラック８）に固着した駆動力伝動ギヤ１３ａに設けた駆動力分割伝動ギヤ２０ａ，２０ｂと、２個の分割ギヤ２１ａ，２１ｂと、クランク２２ａ，２２ｂと遊星歯車機構２３ａ，２３ｂとを組み合わせてなる回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構１７に、ころがり軸受け又はすべり軸受けを介して従動体であるハンドルポスト２５に設けた２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂと連結し、駆動力分割伝動ギヤ２０ａ，２０ｂに付与された回転駆動力を軸周り方向へ回転自在のまま２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂの軸線方向への往復運動として伝動される２個の直線方向への往復運動を伝動する機構１８と、当該２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂの先端部には、夫々に従動体に設けた遊星歯車機構３０ａ，３０ｂとクランク３１ａ，３１ｂと分割ギヤ３２ａ，３２ｂと駆動力合成伝動ギヤ３３ａ，３３ｂとが組み合わされ往復運動を回転運動に合成変換する機構１９とを連結構成して、２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂによる分割された直線状の往復運動を合成して前記駆動力合成伝動ギヤ３３ａ，３３ｂの回転駆動力に復元するように構成した従動体が軸周り方向へ回転自在のまま駆動力を伝動する機構として、技術認識したものである。
【００２７】
これを更に具体的な実施態様例として、図３，図４，図５，図６，図７に基ずいて説明する。駆動体であるヘッドラック８に設けた駆動力分割伝動ギヤ２０ａ，２０ｂと、これに歯合する２個の分割ギヤ２１ａ，２１ｂと、当該分割ギヤ２１ａ，２１ｂの回転軸には１側にクランクピン２６ａ，２６ｂの突出形成したクランク２２ａ，２２ｂを軸装し、当該クランクピン２６ａ，２６ｂには固定内歯歯車２３ａ‐２，２３ｂ‐２に歯合しながらその内周を回転する遊星歯車２３ａ‐１，２３ｂ‐１とが組み合わされたもので、当該遊星歯車２３ａ‐１，２３ｂ‐１は、その外周が当該固定内歯歯車２３ａ‐２，２３ｂ‐２の１／２で、且つ当該遊星歯車２３ａ‐１，２３ｂ‐１の中心軸が前記クランクピン２６ａ，２６ｂに枢支連結されており、更に当該遊星歯車２３ａ‐１，２３ｂ‐１の他側面には歯車ピン２７ａ，２７ｂを突出形成しておき、当該遊星歯車２３ａ‐１，２３ｂ‐１の回転に伴って突設した歯車ピン２７ａ，２７ｂが上下方向へ位相をすらして直線往復運動するように構成してなる内転自在な直線往復運動機構を、左右対称に構成装着し、回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換するようになし、軸周り方向Ｃへ回転自在な従動体（ハンドルポスト２５）には、ころがり軸受け又はすべり軸受けなどの回転自在軸受け２４ａ，２４ｂを介して２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂと連結し、駆動力分割伝動ギヤ２０ａ，２０ｂに付与された回転駆動力を軸周り方向Ｃへの回転自在のまま２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂの軸線方向への往復運動として伝動されるようになした２個の直線方向への往復運動を伝動する機構１８と、当該２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂの先端部には、前記夫々に従動体（ハンドルポスト２５）に設けた遊星歯車機構３０ａ，３０ｂとクランク３１ａ，３１ｂと分割ギヤ３２ａ，３２ｂと駆動力合成伝動ギヤ３３ａ，３３ｂとが組み合わされ往復運動を回転運動に合成変換する機構１９とを連結構成して、その位相をずらして上下動する２本の従動用レバー１８ａ，１８ｂによる分割された直線状の往復運動を前記駆動力合成伝動ギヤ３３ａ，３３ｂの回転運動に合成復元するように構成したことを特徴とする従動体が軸周り方向へ回転自在のまま回転駆動力を伝動する機構である。尚、図３の中の２９は、ヘッドラック８に対しハンドルポスト２５が軸周り方向へ回転自在に装着するためのハンドルポスト軸受けである。
【００２８】
【効果】
本件第１発明乃至第２発明は、発明者が開発した従動体が軸周り方向へ回転自在のまま回転駆動力を伝動する機構を応用して前車輪駆動自転車用の実用的な操舵回転型駆動力伝動機構を開発し、これを用いて前車輪操舵部が軸周り方向に回転自在なまま前記クランクギヤに付与された回転駆動力を前車輪の回転駆動力として伝動し得るようになした前車輪駆動自転車を具現化したものである。
【００２９】
このように前車輪操舵の場合には、駆動輪と、操舵輪が同一になるため、操舵角が９０度以上の角度でも舵の方向に自転車を動かすことができる。特に本発明では、機構的に操舵角が１８０度前後の角度にすれば、駆動輪を逆回転しなくても自転車を後進させることができる
【００３０】
また、本件第１発明乃至第２発明は、後車輪に駆動機構を必要としないので、車輪の配置の自由度が増す。たとえば、複数の後車輪を設けることができたり、複数の後車輪に作動装置などを設けることができたり、極端に小さい後車輪とすることができたり、後車輪部分を分離形式とすることができ、後車輪部をリヤカ‐、台車など荷役車両と代用することができたり、他の車椅子などに連結して牽引する機構として応用したりするなど、種々のレイアウトができる。
【００３１】
本件第３発明、第４発明は、当該前車輪駆動自転車用に開発された操舵回転型駆動力伝動機構の部分を、前車輪駆動自転車用以外の用途の各種装置に用いることが出来る、一般的な従動体が軸周り方向へ回転自在のまま回転駆動力を伝動する機構を具現化したものである。回転駆動力を位相の異なるように分割された直線状の往復運動に変換して離れた場所に伝動し、その先で再び回転駆動力に変換復元する伝動機構でありながら、伝動方向と直交する周回方向への回転はフリーな状態を維持できるようにした伝動機構である。このような周回方向への回転をフリーにした回転駆動力の伝動機構は、従来より難しく、その方法は限られていたが、本発明は、これを従来にない構成にて実現したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る前車輪駆動自転車の全体構成を示す側面図である。
【図２】本発明に係る前車輪駆動自転車の要部である操舵回転型駆動力伝動機構を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る当該操舵回転型駆動力伝動機構の組み立て構造を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係る同操舵回転型駆動力伝動機構を構成する部品を展開した状態の斜視図である。
【図５】操舵回転型駆動力伝動機構の図３に示すＡ‐Ａ線断面図であるとともに、当該回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構の横断平面図である。
【図６】２個の直線方向への往復運動を伝動する機構を示す透視斜視図である。
【図７】同操舵回転型駆動力伝動機構の図３に示すＢ‐Ｂ線断面図であるとともに、往復運動を回転運動に合成変換する機構の横断平面図である
【図８】１個の駆動力分割伝動ギヤに同時に噛合する２個の分割ギヤからなり回転駆動力の位相を分割する回転位相分割部の構成を示す概略説明図である。
【図９】操舵回転型駆動力伝動機構１３の基本構成を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１…主フレーム
２…立パイプ
３…シート
４…ハンガーラック部
５…クランクギヤ
６…バックホーク
７…後車輪
８…ヘッドラック
８ａ…長溝
９…ハンドル
１０…フロントホーク
１０ａ…ホーク肩部
１１…前車輪
１２…前車輪操舵部
１３…操舵回転型駆動力伝動機構
１４…第１伝動チェーン
１５…フリーホイール
１６…第２伝動チェーン
１７…回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構
１７ａ…回転位相分割部
１７ｂ…内転サイクロイド直線運動部
１８…２個の直線方向への往復運動を伝動する機構
１８ａ…従動用レバー
１８ｂ…従動用レバー
１９…往復運動を回転運動に合成変換する機構
２０ａ…駆動力分割伝動ギヤ
２０ｂ…駆動力分割伝動ギヤ
２１ａ…分割ギヤ
２１ｂ…分割ギヤ
２２ａ…クランク
２２ｂ…クランク
２３ａ…遊星歯車機構
２３ｂ…遊星歯車機構
２３ａ‐１…遊星歯車
２３ｂ‐１…遊星歯車
２３ａ‐２…固定内歯車
２３ｂ‐２…固定内歯車
２４ａ…回転自在軸受け
２４ｂ…回転自在軸受け
２４ａ‐１…外側軸受け
２４ｂ‐１…外側軸受け
２４ａ‐２…内側軸受け
２４ｂ‐２…内側軸受け
２５…ハンドルポスト
２５ａ…長溝
２６ａ…クランクピン
２６ｂ…クランクピン
２７ａ…歯車ピン
２７ｂ…歯車ピン
２８ａ…保護カバ‐
２８ｂ…保護カバ‐
２９…ハンドルポスト軸受け
３０ａ…遊星歯車機構
３０ｂ…遊星歯車機構
３０ａ‐１…遊星歯車
３０ｂ‐１…遊星歯車
３０ａ‐２…固定内歯車
３０ｂ‐２…固定内歯車
３１ａ…クランク
３１ｂ…クランク
３２ａ…分割ギヤ
３２ｂ…分割ギヤ
３３ａ…駆動力合成伝動ギヤ
３３ｂ…駆動力合成伝動ギヤ
３４ａ…歯車ピン
３４ｂ…歯車ピン
３５…合成変換機構保護カバ‐
３６…スプロケットギヤ
Ｃ…軸周り方向
Claims (4)
- 自転車の主フレームの下部に設けたハンガーラック部に、駆動力を付与し得るクランクギヤを設け、当該主フレームの前部に設けたヘッドラックには、ハンドルと連結したフロントホークを介して前車輪を装着してなる前車輪操舵部が、その軸周り方向に回転自在なるように装着するとともに、当該主フレームの前部に設けたヘッドラックに操舵回転型駆動力伝動機構を設け、当該操舵回転型駆動力伝動機構と前記クランクギヤとを第１伝動チェーンで連結するとともに、前記前車輪の回転軸にフリーホイールを設け、当該フリーホイールと前記操舵回転型駆動力伝動機構とを第２伝動チェーンで連結して、クランクギヤに付与された回転駆動力を、前記第１伝動チェーン、前記操舵回転型駆動力伝動機構、第２伝動チェーンを順次介して伝達し、前車輪操舵部が軸周り方向に回転自在なまま前記クランクギヤに付与された回転駆動力を前車輪の回転駆動力として伝動し得るようになした自転車において、
前記操舵回転型駆動力伝動機構は、駆動体である前記クランクギヤから伝動された前記駆動力伝動ギヤの回転駆動力を駆動力分割伝動ギヤと２個の分割ギヤとクランクと遊星歯車機構とを組み合わせて分割された２個の直線方向への往復運動へ変換するようになし、これを従動体である前車輪操舵部が軸周り方向へ回転自在のまま、当該前車輪操舵部のハンドルポストに設けた２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動に変換し、その２本の従動用レバー先端部で且つ従動体である前車輪操舵部のホーク肩部において、遊星歯車機構とクランクと２個の分割ギヤと駆動力合成伝動ギヤと組み合わせて２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動を駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元し、これを前車輪の回転駆動力として利用し得るようにしたことを特徴とする前車輪駆動自転車。 - 前記操舵回転型駆動力伝動機構は、ヘッドラックに設けた駆動力分割伝動ギヤと２個の分割ギヤとクランクと遊星歯車機構とを組み合わせてなる回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構に、ころがり軸受け又はすべり軸受けを介して前車輪操舵部のハンドルポストに設けた２本の従動用レバーと連結し、駆動力分割伝動ギヤに付与された回転駆動力を前車輪操舵部が軸周り方向への回転自在のまま２本の従動用レバーの軸線方向への往復運動として伝動されるようになし、当該２本の従動用レバーの先端部には、夫々に前車輪操舵部のホーク肩部に設けた遊星歯車機構とクランクと分割ギヤと駆動力合成伝動ギヤとからなる往復運動を回転運動に合成変換する機構と連結構成して、２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動を合成して前記駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元するように構成し、
駆動体である前記クランクギヤに付与された駆動力が伝動される前記駆動力伝動ギヤの回転駆動力を、往復運動へ変換する機構により２分割した直線方向への往復運動へ変換し、
従動体である前車輪操舵部が軸周り方向へ回転自在のまま、当該前車輪操舵部のハンドルポストに設けた２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動に変換し、
その２本の従動用レバー先端部で且つ従動体である前車輪操舵部のホーク肩部において、２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動を合成して前記駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元し、これを前車輪の回転駆動力として利用し得るようにしたことを特徴とする請求項１に記載する前車輪駆動自転車。 - 駆動体に設けた駆動力分割伝動ギヤと２個の分割ギヤとクランクと遊星歯車機構とを組み合わせてなる回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構と、ころがり軸受け又はすべり軸受けを介して従動体に設けた２本の従動用レバーと連結し、駆動力分割伝動ギヤに付与された回転駆動力を軸周り方向への回転自在のまま２本の従動用レバーの軸線方向への往復運動として伝動される２個の直線方向への往復運動を伝動する機構と、当該２本の従動用レバーの先端部には、夫々に従動体に設けた遊星歯車機構とクランクと分割ギヤと駆動力合成伝動ギヤとが組み合わされ往復運動を回転運動に合成変換する機構とを連結構成して、２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動を合成して前記駆動力合成伝動ギヤの回転駆動力に復元するように構成したことを特徴とする従動体が軸周り方向へ回転自在のまま駆動力を伝動する機構。
- 駆動体であるヘッドラックに設けた駆動力分割伝動ギヤと、これに歯合する２個の分割ギヤと、当該分割ギヤの回転軸には一側にクランクピンの突出形成したクランクを軸装し、当該クランクピンには固定内歯歯車に歯合しながらその内周を回転する遊星小歯車とが組み合わされたもので、当該遊星小歯車は、その外周が当該固定内歯歯車の１／２で、且つ当該遊星小歯車の中心軸が前記クランクピンに枢支連結されており、更に当該遊星小歯車の他側面には歯車ピンを突出形成しておき、当該遊星小歯車の回転に伴って突設した歯車ピンが上下方向へ直線往復運動するように構成してなる内転直線運動機構を、２組位相をずらして構成装着し、回転駆動力を分割された２個の直線方向への往復運動へ変換する機構となし、
軸周り方向へ回転自在な従動体には、ころがり軸受け又はすべり軸受けを介して２本の従動用レバーと連結し、駆動力分割伝動ギヤに付与された回転駆動力を軸周り方向への回転自在のまま２本の従動用レバーの軸線方向への往復運動として伝動されるようになして２個の直線方向への往復運動を伝動する機構１８となし、
当該２本の従動用レバーの先端部には、夫々に従動体に設けた遊星歯車機構とクランクと分割ギヤと駆動力合成伝動ギヤとが組み合わされ往復運動を回転運動に合成変換する機構とを連結構成して、位相のずれた上下動をする２本の従動用レバーによる分割された直線状の往復運動を、前記駆動力合成伝動ギヤの回転運動に合成復元するように構成したことを特徴とする従動体が軸周り方向へ回転自在のまま回転駆動力を伝動する機構。
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