JP5225975B2 - チェーンセット／クランク‐アーム・システムを備え、乗り手の両足による垂直方向における交互の往復運動で推進される自転車 - Google Patents

Description

本発明は、乗り手の両足により推進され、また平行移動の往復垂直交互移動を一方向回転移動に変換する、ペダル‐クランク・システムを備えた新型の二輪車に関する。

自転車として知られ、乗り手により推進される従来の二輪車は、特にそれらが高速で“推進可能”でなく、また急な登り坂でペダルを踏むとき快適ではないので一般大衆による使用には能率的でない。

この新しい自転車により、従来の自転車で使われる力と同一の使用力で優れた性能を達成できる。

この二輪車は、ペダル・クランクの増大した長さとチェーンセットのラックによって一層大きな力のモーメントを伝達できるペダル・システムを備えている。

乗り手の両足による自転車のペダル（図１,図２,図３,図４,図５,図６）の一つを垂直方向下向きに押すことにより生ずる力の伝達は、これらのペダル・クランク・セット（右側のペダル‐クランク・セットについては１Ｄ，左側のペダル‐クランク・セットについては１Ｇ）に取付けられたラック（３）によって達成される。このラック（３）は、チェーンリング（５）の回転軸上に取付けられているピニオン（４）を作動させる。このため、チェーン（６）を後輪（２５）の歯車カセット（８）に連結することにより、後輪（２５）を進行させることができる。

ペダル‐クランク・セット（１Ｄ，１Ｇ）が垂直方向における交互の往復運動を描くことができ、且つ、乗り手がペダルを押し戻すことを余儀なくされて二つの規定の筋肉作動を行うことなく、乗り手によりぐいと押される所定の足がいつも頂部においてペダルに確実にアクセスできるよう、幾つかの円錐形又は非円錐形のピニオンを有する差動ケース・デバイス（１５）が設けられてきた。例えば、左側のペダルが上昇するとき、左側用の差動ピニオンが後方に向かって回転させられる。これによって差動ピニオン・レシーバは、右側のペダルを、右側用の差動ピニオンを介して降下させる。この際、右側のペダルの差動ピニオンはセンサとしての役割を果たしている。その逆もまた連続的に起こる。差動ケース・デバイスが設けられていない場合、ペダル・クランク・アーム連結ロッド解決法で自転車を推進させるために、乗り手は、頂部に最近接して位置するペダル（図８、図９、図１０、及び図１１では、それは左側のペダルである）を押圧することにより進行を開始しなければならない。

ペダル・クランク・アーム（１Ｄ，１Ｇ）の長さが増大すればするほど、大きく進展しより急な坂に対処できる。

乗り手により推進されるこの二輪車の具体的な実施形態によると；
‐ラック（３）が、連結ロッド・クランクから成るシステム（図８、図９，図１０，図１１）に置き替えられ、このシステムにより、垂直方向における交互の往復運動が回転移動に変換される。

このシステムは、ペダル・クランク・アーム上に位置し軸（Ｄｘ）上で旋回する中間の連結ロッドと、チェーンリング（５）の中心軸（Ｃｘ）の周囲で環状歯車により回転する第二連結ロッド（１９）とを含む。中間で旋回する連結ロッドとチェーンリングの連結ロッドとは、軸（Ｂｘ）上で回転自在に連結されている。それはハブ・カセット内の一方向フリーホイール・システムによって、後方に向かってなんら推進を起こさずに回転することを可能にする。この可能な技術的伝達解決法により、図１と図２に記載の幾つかの円錐形又は非円錐形のピニオンを有する差動ケース・システムを取り付けることを必要とすることなく、既に底部に位置し、そして環状歯車の前方へ向かう回転後は頂部に位置するペダルを、相補的に押し戻すことを可能にする。

乗り手による筋肉作動中に推進されるラック/クランク/ペダル（図１，図２，図３，図４）又は連結ロッド/クランク/ペダルを有するこの乗り物の最大便宜用に設計される速度の選択において幅広いマージンをユーザに提供するために、数種の直径で且つ数種の歯数を有する変速用環状歯車（５）を取り付けて、自転車の変速機組立体を用いて数種の速度を達成できる。

連結ロッド/クランク/ペダルを用いる推進による技術的解決法では、受け入れ連結ロッド（１９）は調節可能な延長デバイスを備えることができる。このため、受け入れ連結ロッド（１９）の長さを増減させることができ、これによって、速度を変更するために使用されるチェーンリングを様々な直径に置き換えさせることができる。この連結ロッドの長さを増減することにより、回転軸の間の距離は変化し、また力のモーメントを変更できる。チェーンリング連結ロッドの長さを増大することにより、推進に注入されるエネルギも力のモーメントによって増大する。この距離を低減させることにより、ペダルを速く動かさなくても高速で推進させることが可能となる。

連結ロッド/ペダル‐クランク・アーム（１Ｄ，１Ｇ）の垂直方向における運動の長さは、これらの小さな機械装置の二つの部品（１７，１９）の回転軸間の距離と、さらに連結ロッド/ペダル・クランク・アームの中心軸（Ｅｘ）と環状歯車の回転の中心軸（Ｃｘ）との間の距離とにより制限される。

この自転車のフレームは、二つの別個の部分、
‐単一ユニットにできるフレーム（２１，２２，２３）を有する組立体を全体で形成する、ステアリング組立体とフォーク（できるかぎり入れ子式）とを有する前方部分と；
‐後方フォーク（１１）と、水平軸（Ｃｘ）を含む後方フレームの上部管（１４）と、ペダルの垂直移動の交互作用を確実にする差動ケース・デバイス（１５）と、後方フレームの上部管から生ずる高圧力を吸収し、圧力を後輪の取り付け中心に分配する補強フォーク（１２）とを含む後方部分と；から構成される。

単一ユニット前方フレーム（２１，２２，２３）の全体と後方フレームは、中間軸（Ｆｘ）において連結できる。後方フレームは、“スプリット ヘッド(split heads)”として知られる技術的組立方法により組立てられた衝撃吸収システムを含むことにより、水平方向に旋回できる。主要後方フレームの旋回ヘッド（２０）は寸法決めされて、単一ユニットのフレームのヘッドがその中に挿入される。この目的を達成するために、主要ヘッドは単一ユニットであり且つ二次的なヘッドは取り除くこともあるか、又は主要ヘッドを二つの部分に分解することもあり且つ二次的なヘッドは単一ユニットであるか、のどちらかである。これらの解決法は、所定の主要部品を有する様々なフレームから成る組立体の使用を可能にする。例えば、主要フレーム又は単一ユニット前方フレームを取替えて、別の（マルチ組立体）タイプの自転車を作製できる。

水平管は二つの独立した変速機ハブ・システムを含んでいる。そのシステムはチェーンリングに連結され、また環状歯車（１３又は１３ＢＩＳ）を前方に向かって推進させるために使用される。この小さな機械装置の原理は、二方面に応用され；二つのラックの一つが、ペダル‐クランク・セットの中心の回転‐旋回軸（Ｅｘ）の中に内蔵されたピニオンの差動ケース・デバイス（１５）によって上昇するとき、もう一方のペダル‐クランク・セットは、自転車ユーザからの力により押圧され、且つチェーンリングを前方に向かって推進させる。上昇するラックは、一方向フリーホイール変速機セット（１３又は１３ＢＩＳ）を逆方向に回転させ、従ってもう一方の方向に回転することによる推進になんら役割を果たさない。チェーンリングにおいて、一方向フリーホイール・システムは、対応するラックがそれを後方に向かって回転させるとき同じように作用する。図１、図２、図３、及び図４では、右側のペダルは上方位置にある。下降することにより、右側のラックのペダルは、チェーン全体と後輪の変速機ハブによりチェーンリングのピニオンを推進させる。同時に、左側のペダルは上昇し、且つ一方向フリーホイール・システムを逆方向に回転させる。

ラック・クランクが環状歯車のピニオン（４）からはずれないようにするために、またぺダル・クランク・アームの軌道を制限するために、逆回転ブレーキ用デバイスが、ピニオンの差動ケース・デバイス（１５）の中に組み込まれてきた。ブレーキは、ピニオン上に特別に位置決めされた歯を有するペダル・クランク・アームの傾きの特定範囲で起る。

具体的な一実施形態では、ピニオンの差動ケース・デバイスを設けるのを回避するために、ペダル・クランク・アームを以下のように連結ロッド/クランク・システムにより作製できる；すなわち、環状歯車の連結ロッド（１９）は、チェーンリング（５）に取り付けられ、そして関節式ユニット（１６）の軸の周囲を旋回する中間の連結ロッド（１７）によって軸Ｂｘ（関節式に結合）の周囲で推進される。このようにしてペダル・クランク・アームが作製される。

連結ロッド/クランク・ペダル‐クランク・セット解決法は、チェーンリングに一方向フリーホイール変速機を備えていない。チェーンリングは、その軸の周囲で前方と後方に向かって自由に回転できる。唯一の一方向フリーホイール変速機は、歯車カセット（８）の中に組み込まれていおり、これによって、前方のみに向かう推進が可能となる。

推進システムを支持する後方フレームの全体は、フレーム・ヘッド（２０）の中に組み込まれる衝撃吸収システム、又はフレーム部分の上に取り付けられる外部衝撃吸収システムを使用して、軸Ｆｘの周囲を旋回する。前方フレームは、単一ユニット（２１）、回転軸Ｇｘ又は衝撃吸収材付前方フォーク（２２）及び回転し自転車の移動方向を決定する前輪（２４）を含むよう組立てられる。

図１は、本発明に記載の自転車を横方向右側から見た斜視図である。 図２は、本発明に記載の自転車を横方向左側から見た斜視図である。 図３は、本発明に記載の自転車を前方斜め左側から見た斜視図である。 図４は、本発明に記載の自転車を前方斜め右側から見た斜視図である。 図５は、本発明に記載の自転車の、ペダル・クランク・アームとチェーンセットを後方斜め右側から見た斜視図である。 図６は、本発明に記載の自転車の、ペダル・クランク・アームとチェーンセットを前方斜め右側から見た斜視図である。 図７は、本発明に記載の自転車の回転軸Ｇｘを含む前方フレームを示す図である。 図８は、本発明に記載の自転車を横方向右側から見た斜視図である。 図９は、本発明に記載の自転車を横方向左側から見た斜視図である。 図１０は、本発明に記載の自転車の、ペダル・クランク・アームとチェーンセットを後方斜め右側から見た斜視図である。 図１１は、本発明に記載の自転車の、ペダル・クランク・アームとチェーンセットを後方斜め左側から見た斜視図である。 図１２は、本発明に記載の自転車を後方斜め右側から見た斜視図である。

Claims (5)

1. フレーム・ヘッド（２０）を含む前方フレーム（２１）と；
   前記フレーム・ヘッド（２０）に取り付けられる後方フォーク（１１）と；
   前記フレーム・ヘッド（２０）上に取り付けられ、且つ第一軸（Ｃｘ）を含む後方フレーム上部管（１４）であって、前記第一軸（Ｃｘ）は前記上部管の軸を横断する、後方フレーム上部管と；
   前記後方フレーム上部管（１４）の軸を横断する軸（Ｃｘ）上で回転するよう取り付けられる一つ以上のチェーン‐リング（５）と；
   シャフト（２）の両端部に関節式に結合されるペダル‐クランク・アーム（１Ｄ，１Ｇ）であって、前記シャフトは前記後方フレーム上部管（１４）の一方の端部に取り付けられる、ペダル‐クランク・アームと；
   前記チェーン‐リング（５）と後輪（２５）に取り付けられる歯車カセット（８）との間で力を伝達するよう意図されるチェーン（６）と；
   前記ペダル‐クランク・アーム（１Ｄ，１Ｇ）と前記後方フレーム上部管の軸を横断する軸Ｃｘとの間で、前記ペダル‐クランク・アーム（１Ｄ，１Ｇ）の交互運動を、前記チェーン（６）と前記歯車カセット（８）によって、前記後輪（２５）に伝達される前記チェーン‐リング（５）の回転運動に変換するよう設計される連結デバイス（３、４、５、１３または１３ＢＩＳ、１５、１７、１９）と；
   を備え、
   前記シャフト（２）が、乗り手の背後で後輪（２５）の上方に配置されていることを特徴とする、自転車用変速機システム。
2. 前記連結デバイスは、
   前記ペダル‐クランク・アーム（１Ｄ，１Ｇ）の一つにそれぞれ取り付けられ、且つピニオン・環状歯車（４、１３ＢＩＳ）と噛合する二つのラック（３）であって、前記ピニオン・環状歯車は、前記結合された前記環状歯車（１３ＢＩＳ）において前記ピニオン（４）に配置されるフリーホイール・システム（１３）によって、前記後方フレーム上部管（１４）の軸を横断する軸Ｃｘの周囲で、前記チェーン‐リング（５）と連結され回転する、二つのラック（３）と；
   前記管（１４）の後方に配置され、前記ペダル‐クランク・アーム（１Ｄ，１Ｇ）の垂直方向における往復運動を確実にする差動システム（１５）と；
   を有することを特徴とする、請求項１に記載の自転車用変速機システム。
3. 前記連結デバイスは、
   関節式ユニット（１６）によって第二軸（Ｄｘ）の周囲で、前記ペダル‐クランク・アーム（１Ｄ，１Ｇ）にそれぞれ関節式に結合される、二つの第一連結ロッド（１７）と；
   第三軸（Ｂｘ）の周囲で、前記第一連結ロッド（１７）に対し第一端部で関節式に結合される二つの第二連結ロッド（１９）であって、その第二端部は前記チェーン‐リング（５）を前記第一軸（Ｃｘ）の周囲で駆動して回転させる、第二連結ロッド（１９）と；
   から形成されることを特徴とする、請求項１に記載の自転車用変速機システム。
4. 前記フレーム・ヘッド（２０）は、衝撃吸収システムを収納することを特徴とする、自転車用変速機システム。
5. 前記連結デバイスは；
   前記ペダル‐クランク・アーム（１Ｄ，１Ｇ）の一つにそれぞれ取り付けられ且つピニオン・環状歯車（４、１３ＢＩＳ）と噛合する二つのラック（３）であって、前記ピニオン・環状歯車は、前記結合された前記環状歯車（１３ＢＩＳ）において前記ピニオン（４）内に配置されるそれぞれのフリーホイール・システム（１３）によって、前記後方フレーム上部管（１４）の軸を横断する軸Ｃｘの周囲で前記チェーン‐リング（５）と連結され回転する、二つのラック（３）と；
   前記管（１４）の後方に配置され、前記ペダル‐クランク・アーム（１Ｄ，１Ｇ）の垂直方向における往復運動を確実にする差動システム（１５）と；
   を有することを特徴とする、請求項１に記載の自転車用変速機システム。

Images