JP5021851B1 - ペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】 ペダルに掛かる踏み込み力をよりスムースにスプロケット等の駆動輪に伝達すること可能にする自転車を提供することを課題とする。
【解決手段】 クランク軸と；前記クランク軸の軸心の回りに回転可能な偏心輪と；前記偏心輪の回転に伴い前記クランク軸の軸心の回りに回転する駆動輪と；車体に対して固定された固定外歯車と；一方の側に前記固定外歯車と噛み合う内歯車を有し、他方の側に前記偏心輪を摺動回転自在に支持する軸受部を有するローターであって、外周に外歯車を有し、前記固定外歯車の中心に対して偏心したローターと；前記ローターの前記外歯車と噛み合う内歯車を有する回転体であって、前記クランク軸に連結され、前記クランク軸の軸心の回りに回転する回転体とを有する自転車を提供することによって上記の課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自転車に関するものであり、詳細には、ペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車に関するものである。

ペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車に関しては、踏み込み力の軽減や、伝達力の増大のための様々な提案が為されている。例えば、特許文献１においては、自転車ペダルのクランク軸と同心状に固着された内歯歯車と、クランク軸に回転自在に軸支された太陽歯車と、該太陽歯車と同径で、太陽歯車及び内歯歯車に噛合する遊星歯車を、自転車ペダルのクランクアームから該クランクアームの延長線に沿って延びる延長アームに回転自在に軸支させ、前記太陽歯車に前輪側スプロケットホイールを同軸に固着してなる自転車が開示されている。

この特許文献１に開示された自転車によれば、太陽歯車と遊星歯車とが同径とされているので、ペダルを１回転させると、太陽歯車が４回転し、ギヤ比が４対１となり、従来に比べて増速することができるとされている。しかし、この特許文献１に開示された自転車においては、内歯歯車と太陽歯車との間に踏み込み力を伝える遊星歯車が介在しているので、後輪を回転させる作用点がクランク軸側に寄っており、ペダルに加わる踏み込み力を太陽歯車に伝える腕の長さが短くなってしまう上に、内歯歯車と太陽歯車との間で摩擦抵抗が大きくなり、大きな踏み込み力を必要とするという欠点がある。

また、特許文献２においては、クランクアームの先端に内歯車を設け、この内歯車に噛み合って回転する外歯車を設け、この内歯車と外歯車のギヤ比を２対１に設定し、さらに、クランクアームの先端がクランクアームの回転中心となるクランク軸から前方に向き、かつ、前記内歯車のクランク軸から離れた側のギヤ部に前記外歯車が噛み合った状態で、ペダルの踏込面が上向きでほぼ水平姿勢となるように、ペダルを外歯車に固定することによって、少ない踏み込み力で大きな回転駆動力を得ようとする自転車が提案されている。

しかし、この特許文献２に開示された自転車においては、クランクアームの先端に設けた内歯車の外周面よりもペダルが取り付けられた軸がクランク軸側に位置しているので、力の作用点から回転軸までの腕の長さが短くなるように構成されており、少ない踏み込み力で大きな回転駆動力を得ることはできないという不都合がある。

通常、自転車において、ペダルの踏み込み力を効率良く回転駆動力に変えるには、ペダルが取り付けられたクランクアームの長さによる「テコ作用」が大きく影響するものであるが、クランクアームの長さは、クランク軸と地面との距離による制約を受け、自在に長くすることができない。したがって、従来の自転車においては、踏み込み力を軽減しつつ、かつ、回転駆動力を効率良く伝達することは実現されていないというのが実状である。

これら従来の自転車が持つ欠点を解決するものとして、本出願人は、特許文献３において、ペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車を提案した。この自転車は、ロータリーエンジンで採用されている位相歯車機構を利用してペダルに掛かる踏み込み力をスプロケット等の駆動輪に伝達するものであり、踏み込み力を軽減しつつ、回転駆動力を効率良く伝達することができる画期的な自転車である。

しかし、本発明者がその後さらに研究を重ねたところ、特許文献３に開示された自転車において、固定外歯車と噛み合う内歯車を備えたローターを前記固定外歯車の回りに自転しつつ公転させるに際し、ローターをクランク軸に直結する場合には、ローターの公転運動に伴いクランク軸が移動しペダルの位置が変わるため、ペダルの踏み込み力をローターの回転に十分に利用することができないことがあった。また、ローターとクランク軸とをオルダム継手機構を介して連結する場合には、ローターの公転運動に伴いクランク軸が移動することは避けられるものの、オルダム継手機構には摺動部が介在するため、その摺動部における摩擦に起因して、ペダルの踏み込み力をローターに伝達することがスムースに行えないことがあった。このように、本発明者によるその後の研究によれば、特許文献３に開示されているペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車には、回転駆動力をローターに伝達する機構にさらに改良の余地があることが判明した。

特開平６−１７１５７４号公報 特開平９−３０１２５７号公報 国際公開ＷＯ２０１１／００１７３２号公報

本発明は、本出願人が特許文献３で提案した自転車における回転駆動力の伝達機構を更に改良するために為されたもので、ペダルに掛かる踏み込み力をよりスムースにスプロケット等の駆動輪に伝達すること可能にするペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車を提供することを課題とするものである。

本発明者は、上記の課題を解決すべく、鋭意研究を重ね試行錯誤を繰り返した結果、偏心輪を摺動回転自在に支持する軸受部を有するローターの外周に外歯車を設けるとともに、この外歯車と噛み合う内歯車を備えた回転体を自転車のクランク軸に取り付けることによって、クランク軸の回転を前記回転体を介してローターに伝達することができ、ペダルの踏み込み力をよりスムースにローターに伝達することができることを見出して本発明を完成した。

すなわち、本発明は、自転車の車体に回転自在に支持されるクランク軸と；前記クランク軸の軸心に対して偏心した偏心輪であって、前記クランク軸の軸心の回りに回転可能な偏心輪と；前記クランク軸と同心の駆動輪であって、前記偏心輪の回転に伴い前記クランク軸の軸心の回りに回転する駆動輪と；前記クランク軸の軸心と同心で、自転車の車体に対して固定された固定外歯車と；前記クランク軸の軸方向に沿った一方の側に前記固定外歯車と噛み合う内歯車を有し、他方の側に前記偏心輪を摺動回転自在に支持する軸受部を有するローターであって、外周に外歯車を有し、前記固定外歯車の中心に対して偏心したローターと；前記ローターの前記外歯車と噛み合う内歯車を有する回転体であって、前記クランク軸に連結され、前記クランク軸の軸心の回りに回転する回転体とを有する、ペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車を提供することによって上記の課題を解決するものである。

本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車においては、ペダルを踏み込むことによってクランク軸を回転させ、クランク軸と連結されている前記回転体を回転させて、前記回転体に設けられた内歯車と噛み合う外歯車を有するローターを回転させるので、クランク軸からローターへの回転駆動力の伝達機構に摺動部分が存在せず、ペダルの踏み込み力をよりスムースにローターに伝達することができる。

また、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車においては、前記偏心輪、前記ローター、及び前記回転体が、前記クランク軸の軸方向に沿って自転車の車体の内側から外側に向かってこの順で配置されているのが好ましい。前記偏心輪、前記ローター、及び前記回転体がこの順で配置されている場合には、例えば、回転体として上部が開口した有底の円筒形状のものを用い、その開口部を自転車の車体の内側に向けて配置することによって、前記ローターと前記偏心輪の少なくとも一部を前記回転体でカバーして、外部からのホコリ等が可動部分に入り込まないようにすることができる。

また、本発明の自転車は、その好適な一態様において、前記回転体の前記内歯車と噛み合う前記ローターの前記外歯車が、前記固定外歯車と噛み合う前記ローターの前記内歯車と、前記ローターを挟んで背中合わせに対向している。このように、ローターに設けられる外歯車と内歯車とが背中合わせに対向している場合には、前記回転体の回転力がローターに作用する位置と、ローターが前記固定外歯車によって回転自在に支持される位置とが、クランク軸の軸方向に垂直な同一平面上に存在することになるので、前記回転体の回転力を的確に前記ローターに伝達し、前記ローターをよりスムースに回転させることができるという利点が得られる。

さらに、本発明の自転車は、その好適な他の一態様において、前記回転体の前記内歯車と噛み合う前記ローターの前記外歯車が、前記固定外歯車と噛み合う前記ローターの前記内歯車及び前記偏心輪を摺動回転自在に支持する前記軸受部の双方と、前記ローターを挟んで背中合わせに対向している。このように、ローターに設けられる外歯車が、ローターの内歯車及び偏心輪を支持する軸受部の双方と背中合わせに対向している場合には、前記回転体による回転力をローターの内歯車と軸受部の双方に均等に伝達することができるので、ローター自身と、ローターの軸受部に摺動回転自在に支持されている偏心輪とを、共に偏りなくスムースに回転させることができるという利点が得られる。

なお、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車においては、スプロケット等の駆動輪をクランク軸によって直接回転させるのではなく、まずクランク軸に連結された回転体を回転させてローターを回転させ、その回転によって偏心輪を介して駆動輪を回転させるので、偏心輪における偏心軸からローターによる回転力の作用点までの距離を腕の長さとするモーメントを利用することができる。したがって、駆動輪をクランク軸によって直接回転させる場合に比べて、軽い踏み込み力で駆動輪を回転させることができるものである。

また、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車においては、固定外歯車とローターが有する内歯車のギヤ比は２：３であるのが望ましい。外歯車と内歯車のギヤ比が２：３である場合には、ローターが１回転すると、ローターの軸受に摺動回転自在に支持されている偏心輪は３回転するので、クランク軸による回転を増速してスプロケット等の駆動輪に伝達することができるので、回転駆動力を効率良く駆動輪に伝達することができる。

本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車によれば、クランク軸を回転させることによって、クランク軸に連結された回転体を回転させ、この回転体を介してローターと、さらには偏心輪とを回転させることができるので、ペダルの踏み込み力をよりスムースにスプロケット等の駆動輪に伝達することができるという利点が得られる。また、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車においては、スプロケット等の駆動輪をクランク軸によって直接回転させるのではなく、まずクランク軸に連結された回転体を回転させてローターを回転させ、その回転によって偏心輪を介して駆動輪を回転させるので、偏心輪における偏心軸からローターによる回転力の作用点までの距離を腕の長さとするモーメントを利用することができ、駆動輪をクランク軸によって直接回転させる場合に比べて、軽い踏み込み力で駆動輪を回転させることができるという利点が得られる。さらに、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車によれば、踏み込み力を軽減しつつ、かつ、クランク軸の回転を増速して、効率良く駆動輪に伝達することができるので、脚力の弱い利用者においても自転車利用が容易なものとなるという利点が得られる。

本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車の一例を示す側面図である。 駆動力伝達機構の要部の部分断面平面図である。 図２の一部を拡大して示す部分断面平面図である。 図２のＸ−Ｘ’断面図である。 図２のＹ−Ｙ’断面図である。 固定外歯車の上端部においてローターの内歯車と固定外歯車とが噛み合う状態を示す断面図である。 固定外歯車の左端部においてローターの内歯車と固定外歯車とが噛み合う状態を示す断面図である。 図７に回転体を併せて示した断面図である。 回転体の回転によりローター及び偏心輪を介して駆動輪が回転する動作の説明図である。 回転体の回転によりローター及び偏心輪を介して駆動輪が回転する動作の説明図である。 回転体の回転によりローター及び偏心輪を介して駆動輪が回転する動作の説明図である。 本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車における駆動力伝達機構の他の一例を示す断面平面図である。 図１２の一部を拡大して示す部分断面平面図である。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明が図示のものに限られないことは勿論である。

図１は、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車の一例を示す側面図である。図１において、１は本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車であり、２はスプロケットやプーリー等の駆動輪、３は駆動輪２の回転力を後輪に伝達するチェーン又はベルト等の伝動帯である。４はペダル、５はクランク、６はクランク軸、７は回転体、８は自転車１の車体を構成するフレームである。

図２は、図１における駆動力伝達機構の要部を拡大して示す部分断面平面図であり、図３は、図２のさらに一部を拡大して示す部分断面平面図である。図１におけると同じ部材には同じ符号を付してある。図２及び図３において、９はボトムブラケット、１０はベアリングであり、クランク軸６はベアリング１０によってボトムブラケット９内に回転自在に支持されている。１１は固定外歯車であり、固定外歯車１１はクランク軸６と同心に配置された円筒部材１２に固定されている。円筒部材１２はボトムブラケット９に固定されているので、固定外歯車１１は自転車１の車体に対して固定されていることになる。また、固定外歯車１１は円筒部材１２と同心であり、円筒部材１２はクランク軸６と同心であるので、固定外歯車１１はクランク軸６の回転軸とも同心である。なお、図示の例では円筒部材１２はボトムブラケット９に固定されているが、円筒部材１２はフレーム８に固定するようにしても良い。

１３はローター、１４は偏心輪である。図２及び図３に示すとおり、ローター１３は、クランク軸６の軸方向に沿った自転車１の車体の外側に位置する一方の側（図示の例では右側）に固定外歯車１１と噛み合う内歯車１３ｇ−ｉを有しており、クランク軸６の軸方向に沿った自転車１の車体の内側に位置する他方の側（図示の例では左側）に偏心輪１４を摺動回転自在に支持する軸受部１３ｂを有している。また、ローター１３は、その外周に、後述する回転体７の内歯車と噛み合う外歯車１３ｇ−ｏを有している。ローター１３は、固定外歯車１１の中心に対して偏心している。前述したとおり、固定外歯車１１の中心はクランク軸６の軸心と一致しているので、ローター１３はクランク軸６の軸心に対して偏心していることになる。

一方、偏心輪１４は、クランク軸６の軸方向に沿った自転車１の車体の外側に位置する一方の側でローター１３の軸受部１３ｂに摺動回転自在に支持されているとともに、クランク軸６の軸方向に沿った自転車１の車体の内側に位置する他方の側でベアリング１０を介して円筒部材１２に対して回動自在に取り付けられている。前述したとおり円筒部材１２はクランク軸６と同心であるので、偏心輪１４は、クランク軸６の軸心の回りに回転自在である。偏心輪１４には、クランク軸６の軸心と同心に駆動輪２が取り付けられており、偏心輪１４がクランク軸６の軸心の回りに回転すると、その回転に伴い、駆動輪２もクランク軸６の軸心の回りに回転する。なお、本例において、偏心輪１４は円筒部材１２に回転自在に取り付けられているが、円筒部材１２ではなく、ボトムブラケット９又はフレーム８に対して回転自在に取り付けるようにしても良い。

また、本例においては、図２及び図３に示すとおり、偏心輪１４を回転自在に支持するベアリング１０と駆動輪２とはクランク軸６の軸方向に垂直な同一平面上に位置しているので、偏心輪１４の回転に伴う駆動輪２の回転はその回転面内に位置するベアリング１０で支持されることになり、安定したスムースな回転が期待できるという利点が得られる。

回転体７は、上部が開口した有底の円筒形状をしており、その円筒形状の底面を自転車１の車体の外側に向けてクランク軸６に取り付けられている。回転体７の車体の外側方向に向いた円筒形状の底面は、クランク軸６の軸心から放射状に伸びる複数の離散したスポーク状の部材で構成されていても良いが、円筒形状の内側に存在する可動部分にホコリ等の異物が侵入することを防止するという観点からは、連続した円形の板状部材で構成するのが好ましい。回転体７の上部が開口した円筒形状の内側には、ローター１３の外周に設けられた外歯車１３ｇ−ｏと噛み合う内歯車７ｇ−ｉが設けられている。回転体７はクランク軸６に取り付けられてクランク軸６と連結されているので、図示しないペダルとクランクを介してクランク軸６を回転させると、回転体７は、その内歯車７ｇ−ｉをローター１３の外歯車１３ｇ−ｏと噛み合わせながら、クランク軸６の軸心の回りに回転する。

このように、本例の自転車においては、偏心輪１４、ローター１３、及び回転体７が、クランク軸６の軸方向に沿って自転車１の車体の内側から外側に向かってこの順で配置するとともに、上部が開口した有底の円筒形状の回転体７を、その開口部を自転車１の車体の内側に向けて配置しているので、回転体７の円筒側面を適宜伸張して、回転体７の円筒側面によって偏心輪１４の少なくとも一部とローター１３とをカバーする場合には、外部からのホコリ等の異物が可動部分に入り込むのを防止して、動作不良等の発生頻度を低く抑えることができるという利点が得られる。

また、本例においては、図２及び図３に示すとおり、ローター１３における内歯車１３ｇ−ｉと外歯車１３ｇ−ｏとは、ローター１３を挟んで背中合わせに対向している。ローター１３を挟んで背中合わせに対向するとは、内歯車１３ｇ−ｉと外歯車１３ｇ−ｏとが、少なくともその一部において、クランク軸６の軸方向に垂直な同一平面上に存在することをいう。特に本例においては、内歯車１３ｇ−ｉの全部が外歯車１３ｇ−ｏの全部とクランク軸６の軸方向に垂直な同一平面上に存在しており、クランク軸６の軸方向において、内歯車１３ｇ−ｉが存在する位置と外歯車１３ｇ−ｏが存在する位置とは重なっている。ローター１３における内歯車１３ｇ−ｉと外歯車１３ｇ−ｏとがローター１３を挟んで背中合わせに対向している場合には、回転体７の回転力がローター１３に作用する位置と、ローター１３が固定外歯車１１によって回転自在に支持される位置とが、クランク軸６の軸方向に沿った少なくとも一部において、同一平面上に存在することになるので、回転体７を回転させてローター１３を回転させるに際し、回転体７の回転力を的確にローター１３に伝達して、ローター１３をよりスムースに回転させることができるという利点が得られる。

図４は図２におけるＸ−Ｘ’断面図である。６ｃはクランク軸６の軸心、１３ｃはローター１３の中心であり、ローター１３の中心１３ｃはクランク軸６の軸心６ｃから、図中ｅで示す距離だけ偏心している。また、図４に示すとおり、ローター１３のクランク軸６の軸方向に垂直な平面での断面形状はドーナツ状である。

図５は図２におけるＹ−Ｙ’断面図である。１４ｃは偏心輪１４の中心であり、偏心輪１４の中心１４ｃはローター１３の中心１３ｃと一致しており、クランク軸６の軸心６ｃから、図中ｅで示す距離だけ偏心している。また、図５に示すとおり、偏心輪１４のクランク軸６の軸方向に垂直な平面での断面形状は円形である。

図４に示すとおり、ローター１３の内歯車１３ｇ−ｉは、固定外歯車１１よりも大径で、内歯車１３ｇ−ｉの方が固定外歯車１１よりも歯数が多い。そのため、ローター１３の内歯車１３ｇ−ｉと固定外歯車１１とは、その一部で噛み合うものの、他の部分では離れている。固定外歯車１１と内歯車１３ｇ−ｉとの歯数の比、すなわち、ギヤ比に特に制限はないが、整数比であるのが望ましく、好ましくは、固定外歯車１１と内歯車１３ｇ−ｉとのギヤ比は２：３とするのが良い。固定外歯車１１と内歯車１３ｇ−ｉとのギヤ比が２：３である場合には、ローター１３がその内歯車１３ｇ−ｉを固定外歯車１１と噛み合わせながら、固定外歯車１１の周囲を自転しながら１回公転すると、ローター１３の軸受部１３ｂに摺動回転自在に支持されている偏心輪１４はクランク軸６の軸心６ｃの回りに３回転することになり、増速割合が適当となるので好ましい。なお、位相歯車機構におけるギヤ比と回転数との関係については、例えば、ＧＰ企画センター編、「マツダ・ロータリーエンジンの歴史」、株式会社グランプリ出版、２００３年２月１０日初版発行、２８〜３６頁、４４頁に詳述されている。

また、図４に示すとおり、回転体７の内歯車７ｇ−ｉは、ローター１３の外周に設けられた外歯車１３ｇ−ｏよりも大径で、内歯車７ｇ−ｉの方が外歯車１３ｇ−ｏよりも歯数が多い。そのため、回転体７の内歯車７ｇ−ｉとローター１３の外歯車１３ｇ−ｏとは、その一部で噛み合い、他の部分では離れている。図４に示す状態から回転体７を回転させると、その回転に伴い、回転体７の内歯車７ｇ−ｉと噛み合う外歯車１３ｇ−ｏを有するローター１３は固定外歯車１１の回りを自転しながら公転する。このとき、ローター１３の外歯車１３ｇ−ｏのクランク軸６の軸心６ｃから最も遠い位置にある点の軌跡はクランク軸６の軸心６ｃを中心とする円を描くので、この円の半径に対応する半径の内歯車７ｇ−ｉをクランク軸６の軸心６ｃと同心に回転体７に設けておくと、ローター１３が回転して固定外歯車１１の周囲を自転しながら公転しても、回転体７の内歯車７ｇ−ｉとローター１３の外歯車１３ｇ−ｏとは、その噛み合い位置を変化させながらも常に一部で噛み合うことになり、クランク軸６の回転に伴う回転体７の回転を内歯車７ｇ−ｉと外歯車１３ｇ−ｏを介して連続してローター１３に伝達することが可能となる。

この点を図面を用いて詳述すれば以下のとおりである。すなわち、図６は、図２におけるＸ−Ｘ’断面図において回転体７を省略した図であるが、図６において、クランク軸６の軸心６ｃとローター１３の中心１３ｃとは距離ｅだけ離れており、ローター１３の中心１３ｃは、クランク軸６の軸心６ｃから距離ｅだけ偏心している。図６に示す状態では、ローター１３の内歯車１３ｇ−ｉは、固定外歯車１１の図中頂部で固定外歯車１１と噛み合っており、ローター１３に設けられた外歯車１３ｇ−ｏの図中最下端の点Ｐが、外歯車１３ｇ−ｏのクランク軸６の軸心６ｃから最も遠い位置にある点となる。ローター１３の中心１３ｃからローター１３の外周に設けられている外歯車１３ｇ−ｏの先端までの距離、つまりは外歯車１３ｇ−ｏの半径をｒとすると、軸心６ｃから点Ｐまでの距離はｅ＋ｒとなる。ローター１３がその内歯車１３ｇ−ｉを固定外歯車１１と噛み合わせながら固定外歯車１１の周囲を自転しながら公転すると、ローター１３と固定外歯車１１との位置関係は変化し、クランク軸６の軸心６ｃから最も遠い位置にある点Ｐも移動するが、クランク軸６の軸心６ｃから点Ｐまでの距離は常にｅ＋ｒであり、変化しない。

すなわち、例えば図７に示すように、図６に示す状態からローター１３が固定外歯車１１の周囲を自転しながら公転して、固定外歯車１１の図中左端部においてローター１３の内歯車１３ｇ−ｉと固定外歯車１１とが噛み合う状態になると、ローター１３の外歯車１３ｇ−ｏの図中最右端の点Ｐがクランク軸６の軸心６ｃから最も遠い位置にある点となるが、この点Ｐの軸心６ｃからの距離もｅ＋ｒである。このように、クランク軸６の軸心６ｃから最も遠い位置にある点Ｐまでの距離は、ローター１３が固定外歯車１１の周囲を回転して、ローター１３と固定外歯車１１との位置関係が変化しても変わらずｅ＋ｒである。つまり、クランク軸６の軸心６ｃを中心として、半径がｅ＋ｒとなる円Ｃを想定すると、ローター１３が固定外歯車１１の周囲を自転しながら公転しても、ローター１３における外歯車１３ｇ−ｏの軸心６ｃから最も遠い位置にある点Ｐは、常にこの円Ｃに内接していることになる。したがって、図８に示すように、距離ｅ＋ｒに対応した半径を有する内歯車７ｇ−ｉを、ローター１３の外歯車１３ｇ−ｏと一部分で噛み合うように、クランク軸６の軸心６ｃと同心に回転体７に設けておくと、ローター１３が回転して固定外歯車１１の周囲を自転しながら公転しても、回転体７の内歯車７ｇ−ｉとローター１３の外歯車１３ｇ−ｏとは常にその一部分で噛み合い、クランク軸６の回転に伴う回転体７の回転を連続してローター１３に伝達することが可能となる。

次に、図９〜図１１を用いて、本例のペダル踏み込み型駆動力伝達機構の動作を説明する。図９〜図１１において、各図の（ａ）は、図２におけるＸ−Ｘ’断面図に相当し、クランク軸６の回転に伴う回転体７の回転よってローター１３が、その内歯車１３ｇ−ｉを固定外歯車１１と噛み合わせながら、固定外歯車１１の周囲を回転する運動を示している。また、各図の（ｂ）は、図２におけるＹ−Ｙ’断面図に相当し、回転体７の回転に伴う偏心輪１４及びの運動と、それに伴う駆動輪２の運動を示している。

図９〜図１１の（ａ）に示すように、図示しないクランク軸６の回転に伴って回転体７が図中矢印方向に回転すると、その回転は、回転体７の内歯車７ｇ−ｉ及びローター１３の外歯車１３ｇ−ｏを介してローター１３に伝達され、ローター１３はその内歯車１３ｇ−ｉの一部を固定外歯車１１と噛み合わせながら固定外歯車１１の周囲を回転する。このローター１３の回転に伴い、各図の（ｂ）に示すとおり、ローター１３の内部に摺動回転自在に支持されている偏心輪１４は、クランク軸６の軸心６ｃを中心に図中矢印方向に回転し、その結果、偏心輪１４と連結されている駆動輪２も図中矢印方向に回転する。このとき各図の（ｂ）に示すように、偏心輪１４の中心１４ｃはクランク軸６の軸心６ｃから前述した距離ｅだけ偏心しているので、ローター１３によって偏心輪１４に加えられる回転力は、軸心６ｃから偏心輪１４の中心１４ｃをとおって偏心輪１４の外周までの距離を腕の長さとするモーメントとなって偏心輪１４に効率良く伝達されることになる。また、クランク軸６の回転は、回転体７の内歯車７ｇ−ｉ及びローター１３の外歯車１３ｇ−ｏという歯車機構を介してローター１３に伝達されるので、摺動摩擦によるエネルギーロスがなく、効率良く駆動輪２を回転させることが可能である。

本例の自転車１は、上記のように構成されているので、ペダル４とクランク５を介してクランク軸６を回転させると、その回転は回転体７を介してローター１３に伝達され、ローター１３が、その内歯車１３ｇ−ｉの一部を固定外歯車１１と噛み合わせながら固定外歯車１１の周囲を自転しながら公転することによって、ローター１３内にベアリング１０によって摺動回転自在に支持されている偏心輪１４が回転し、その結果、偏心輪１４と結合されている駆動輪２が回転することになる。このとき、固定外歯車１１の歯数と、ローター１３の内歯車１３ｇ−ｉの歯数の比であるギヤ比に応じて、クランク軸６の回転は増速して駆動輪２に伝達されることになる。

図１２は、本発明のペダル踏み込み形駆動力伝達機構を備えた自転車における駆動力伝達機構の他の一例の要部を拡大して示す部分断面平面図であり、図１３は、図１２のさらに一部を拡大して示す部分断面平面図である。これまでの説明におけると同じ部材には同じ符号を付してある。

図１２及び図１３に示すとおり、本例においては、ローター１３の外歯車１３ｇ−ｏは、クランク軸６の軸方向に沿ってローター１３の外周に長く延在しており、ローター１３の内歯車１３ｇ−ｉ及び軸受部１３ｂの双方とローター１３を挟んで背中合わせに対向している。すなわち、ローター１３の外歯車１３ｇ−ｏと、軸受部１３ｂを構成するベアリング１０及び内歯車１３ｇ−ｉとが、少なくともそれぞれの一部において、クランク軸６の軸方向に垂直な同一平面上に存在しており、特に、本例の場合には、軸受部１３ｂを構成するベアリング１０及び内歯車１３ｇ−ｉの全部が、外歯車１３ｇ−ｏとクランク軸６の軸方向に垂直な同一平面上に存在しており、クランク軸６の軸方向において、軸受部１３ｂを構成するベアリング１０及び内歯車１３ｇ−ｉが存在する位置と、外歯車１３ｇ−ｏが存在する位置とは重なっている。

また、回転体７は、図２及び図３に示したものよりも深い有底の円筒形状に形成されており、その円筒形状の内側には、ローター１３の外周に設けられている外歯車１３ｇ−ｏと略同じクランク軸６の軸方向長さを有する内歯車７ｇ−ｉが設けられ、内歯車７ｇ−ｉはその一部で外歯車１３ｇ−ｏと噛み合っている。

このように本例の駆動力伝達機構においては、ローター１３の外歯車１３ｇ−ｏは、ローター１３の内歯車１３ｇ−ｉ及び軸受部１３ｂの双方とローター１３を挟んで背中合わせに対向しているので、回転体７による回転力をローター１３の内歯車１３ｇ−ｉと軸受部１３ｂの双方に均等に伝達することができるので、ローター１３自身と、ローター１３の軸受部１３ｂに摺動回転自在に支持されている偏心輪１４とを、共に偏りなくスムースに回転させることができるという利点が得られる。また、回転体７の円筒形状が深く、ローター１３と偏心輪１４の一部をカバーしているので、外部からのホコリ等の異物が可動部分に入り込むのを防止して、動作不良等の発生頻度を低く抑えることができるという利点が得られる。

本発明によるペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車によれば、クランク軸の回転を歯車機構を介してローターに伝達することができ、軽い踏み込み力で効率良く自転車を進行させることができるので、脚力が十分でない利用者であっても、容易に自転車を利用することが可能となる。また、踏み込み力の伝達効率が高いので、発進時や登坂路の負担軽減はもとより、長時間、長距離走行が可能となり、自転車の利用機会、利用範囲、利用者層の拡大がもたらされる。したがって、本発明が当該産業分野に与える影響には実に多大のものがある。

１ 自転車
２ 駆動輪
３ 伝動帯
４ ペダル
５ クランク
６ クランク軸
７ 回転体
８ フレーム
９ ボトムブラケット
１０ ベアリング
１１ 固定外歯車
１２ 円筒部材
１３ ローター
１４ 偏心輪
e 偏心距離

Claims (5)

1. 自転車の車体に回転自在に支持されるクランク軸と；前記クランク軸の軸心に対して偏心した偏心輪であって、前記クランク軸の軸心の回りに回転可能な偏心輪と；前記クランク軸と同心の駆動輪であって、前記偏心輪の回転に伴い前記クランク軸の軸心の回りに回転する駆動輪と；前記クランク軸の軸心と同心で、自転車の車体に対して固定された固定外歯車と；前記クランク軸の軸方向に沿った一方の側に前記固定外歯車と噛み合う内歯車を有し、他方の側に前記偏心輪を摺動回転自在に支持する軸受部を有するローターであって、外周に外歯車を有し、前記固定外歯車の中心に対して偏心したローターと；前記ローターの前記外歯車と噛み合う内歯車を有する回転体であって、前記クランク軸に連結され、前記クランク軸の軸心の回りに回転する回転体とを有する、ペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車。
2. 前記偏心輪、前記ローター、及び前記回転体が、前記クランク軸の軸方向に沿って自転車の車体の内側から外側に向かってこの順で配置されている請求項１記載のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車。
3. 前記回転体の前記内歯車と噛み合う前記ローターの前記外歯車が、前記固定外歯車と噛み合う前記ローターの前記内歯車と、前記ローターを挟んで背中合わせに対向している請求項１又は２記載のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車。
4. 前記回転体の前記内歯車と噛み合う前記ローターの前記外歯車が、前記固定外歯車と噛み合う前記ローターの前記内歯車及び前記偏心輪を摺動回転自在に支持する前記軸受部の双方と、前記ローターを挟んで背中合わせに対向している請求項１又は２記載のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車。
5. 前記固定外歯車と前記ローターが有する前記内歯車のギヤ比が２：３である請求項１〜４のいずれかに記載のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車。

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