JP5648150B1

JP5648150B1 - 自転車のギヤ装置および自転車

Info

Publication number: JP5648150B1
Application number: JP2014138094A
Authority: JP
Inventors: 政克坂本
Original assignee: 政克坂本
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2034-06-17
Also published as: JP2016002996A

Abstract

【課題】従来の自転車は、高速走行時でのペダルの回転が重たいという問題があった。これは後輪のトップギヤと、クランクのチェーンホイールとのギヤ比が大きいことのより、後輪の駆動力が小さいため、チェーンホイールに大きな引張り力が必要になるためである。【解決手段】チェーンホイール１９の後方であって、ペダルを前回転方向に踏み込むと同時に、トップギヤからの上方のチェーン４が前方向に移動すると、下面に噛み合いの上部の２列の第１ギヤ５４は後回転し、さらに、ループ状の連結チェーン５６を介して、下部の２列の第２ギヤ５５を後回転させて、上面に噛み合いの下方のチェーン４を引っ張ることにより、チェーンホイール１９の前回転の引張り力は増加することで、軽いペダル回転をすることができる。【選択図】図４

Description

本発明は、高速走行時でのペダルの踏む力の軽減化を図った自転車に関する。

従来の自転車には、電動モータを利用した軽いペダル回転をする電動自転車はある。また、クランク部に板バネを利用して上り坂での踏む力を軽減したものがある。（例えば、特文献）。それ以外には、高速走行時のペダルの踏む力の軽減対策を施したものはない。

以下、図１３に示されるように、従来の自転車について説明する。４０は自転車の主体であるフレーム本体（以下本体）であり、この本体４０は、中央のシートチューブ４４前面の上下方向からトップチューブ４２と、ダウンチューブ４３とを介して、前端のヘッドパイプ４１までの前三角と、前記シートチューブ４４後の上下方向からシートステー４６と、チェーンステー４７との後端部までの後三角と、前記シートチューブ４４下部のハンガーラグ４５とからなり、ヘッドパイプ４１に回転自在に保持されたフロントフォーク１５には、上端にステム１８を介してハンドル１４と、下端に前輪５とを有している。また、前記シートチューブ４４には、上部にシートピラー４８を介してサドル４９と、下方にフロント変速機１２と、下部のハンガーラグ４５にクランク１軸とを有しており、さらに後端部には、リア変速機１３と、後輪６とを有している。

９は後輪６軸のフリーホイール８に装着された多段ギアであり、１１はクランク１中央部の表側に装着された４４の歯数のチェーンホイールである。そしてクランク１はクランクアーム２の先端にペダル３を有している。

また、４は駆動用のチェーン（以下チェーン）であり、このチェーン４は後輪６の多段ギヤ１２と、クランク１のチェーンホイール１１との上下方向を通り、さらに、フロント変速機１２と、リア変速機１３との中を通過する周回式である。

ここで問題なのは、高速走行時で使用者によるクランク１のペダル３を踏む力が大きいことである。それは、クランク１の大径（４４の歯数）のチェーンホイール１１と、後輪６の最小径（１１の歯数）のトップギア１０とのギヤ比が大きいことにより、後輪６の駆動力は小さく、前記チェーンホイール１１には大きな踏み力による引張り力が必要になるため、使用者による前記ペダル３回転が重たいものであった。

特開平５−６９８７６号（要約書）

本発明は、このような従来の構成が有した問題を解決するため、高速走行時でのペダルを踏む力によるクランクのチェーンホイールの引張り力を効果的に増加させ、軽いペダル回転の自転車を提供することを目的とする。

そして、本発明は上記目的を達成するために、クランクのチェーンホイールと、後輪のトップギアとの上下方向を通る周回式のチェーンに係合するギヤ装置であって、チェーンステーの外周部に移動してベース体を取り付けることができる取付手段（ｂ）と、前記ベース体の上下部に保持され、その位置が上下方向に移動させることができる上部の第１の調整手段（ｃ、ｅ）と、下部の第２の調整手段（ｄ．ｆ）と、前記第１の調整手段と、前記第２の調整手段とに回転自在に保持され、かつ、前記チェーンの上下の外側部分に噛み合いされた２列のスプロケットの上部の第１ギヤと、下部の第２ギヤと、前記第１ギヤと、前記第２ギヤとに連結され、かつ、一体に連動してほぼ垂直方向に回転する連結手段（ｈ）と、外側を支持する側面カバーとからを備え、前記上方のチェーンが前方向に移動すると、前記第１ギヤは後回転し、かつ、前記第２ギヤは前記下方のチェーンを後回転に移動させるようにギヤ装置を設けたものである。

上記のような構成をとることによって、クランクのペダルを踏み込むと同時に、後輪のトップギヤから前方向に搬出された上方のチェーンに同期して、逆方向の後回転し、かつ、チェーンホイールの下面から後方向に搬出された下方のチェーンをチェーンホイールの前回転方向で後回転に引っ張るため、前回転の引張り力が増加することになり、これにより使用者のペダルを踏む力が抑えられる。

図４と、図５において、
ａ、ベース体２１
ｂ、ベース体の後部に具備される押圧部材（６０）と、第１の固定手段（１００）
ｃ、ベース体の前部の上部に共通の第２の固定手段（１０３）によって固定した第１偏心軸（５０）
ｄ、ベース体の前部の下部に共通の第２の固定手段（１０３）によって固定した第２偏心軸（５１）
ｅ、第１偏心軸上の他方に嵌合した第１チェーンガイド（５２）
ｆ、第２偏心軸上の他方に嵌合した第２チェーンガイド（５３）
ｇ、第１偏心軸上と、第２偏心軸上との一方に回転自在に保持された２列のスプロケットの上部の第１ギヤ（５４）と、下部の第２ギヤ（５５）
ｈ、第１ギヤと、第２ギヤとの外列に噛み合いに連結し、かつ、一体に回転可能としたループ状の連結チェーン（５６）
ｉ、第１ギヤの下方に設けた上部の第１チェーンストッパー（５７）
ｊ、第２ギヤの上方に設けた下部の第２チェーンストッパー（５８）
ｋ、外側を共通の第２の固定手段によって支持する側面カバー（５９）
からなるギヤ装置（２０）

以下、本発明の実施の形態に係わるギヤ装置およびこのギヤ装置を備えた自転車の駆動部について図１〜図１２に基づいて説明する。

図１と、図２において、９は後輪６軸のフリーホイール８（以下後輪）に装着された多段ギヤであり、１９はクランク１中央部の裏側に、新たに装着された４２の歯数のチェーンホイールである。また、１６はシートチューブ４４下方に、新たに固定バンド１７に装着されて前記チェーンホイール１９の上面側を覆うチェーンカバーである。

さらに、４は駆動用のチェーン（以下チェーン）であり、このチェーン４は後端部の後輪６の多段ギヤ９である１１の歯数のトップギヤ１０と、クランクの前記チェーンホイール１９と、この両方の間にチェーンステー４７前方の外周部に設けられたギヤ装置２０とからの上下方向を通り、リア変速機１３の中を通過する周回式である。

ここで、ギヤ装置２０の構成部材を図５〜図１２において説明する。ベース体２１は図１１のように、外観形状が後部に台形状と、前部に大形の後方に傾斜を成す楕円形状とが連なり、かつ、境目から表側の方向に折し曲げられたへの字形状に設けられている本体２１Ａと、この本体２１Ａには、表側の中央部に、台形状から楕円の中間手前までにかけて水平方向に形成された第１凹溝２４と、この第１凹溝２４の延長線上に形成された開口部２９と、この開口部２９の中間手前の上下方向に形成された共通の第１ネジ孔１０６と、楕円の上下方向の半円中心に形成された共通の第２貫通孔１０４と、この上部の第２貫通孔１０４の下方位置の左右側に形成された共通の第２ネジ孔１０７と、台形の前記第１凹溝２４の上下端に形成された共通のネジ部１０２とからを備えて構成されている。

また、ベース体２１の後部の取付部２３に取り付けされる取付手段の押圧部材６０は図１０のように、台形状の本体６０Ａと、この本体６０Ａには、裏側に後方が小さいテーパー状の形成された第３凹溝２６と、この第３凹溝２６の上下端に形成された第１貫通孔１０９とを備えて構成されている。これにより、チェーンステー４７前方の外周部に、内側面に当接するベース体２１の第１凹溝２４とのネジ部９９と、外側面に当接する押圧部材６０の第３凹溝２６との第１貫通孔１０１とを第１の固定手段の固定ネジ１００によって、押圧部材を締め付け押圧してチェーンステー４７に挟圧保持するが、このとき、前部の巻き角度の大きい下方のチェーン４に弛みがないように設けられている。

さらに、ベース体２１前部の駆動部２２では、一対である偏心軸、チェーンガイド、２列のギヤは実質的に同一構造であるため、ここでは上部側の部材だけの構成を中心に説明する。上部の第１調整手段の要素である第１偏心軸５０は図６のように、円筒状の本体５０Ａと、この本体５０Ａには、内に軸芯を偏心させるように形成された第１貫通ネジ９１と、外周面の他方側に径方向外方に平行に延びるように形成された平行突起体２７とを備えて構成されており、この第１偏心軸５０と、下部の第２偏心軸５１は、両方の内の前記第１貫通ネジ９１と、第２貫通ネジ９６との他方側と、上下部の前記第２貫通孔１０４に挿入された共通の第２の固定手段１０３とによって固定されている。

また、第１の調整手段の要素であり、かつ、上方のチェーン４の通りを規制する上部の第１チェーンガイド５２は図７のように、後記第１ギヤ５４の外径寸法の円盤状の本体５２Ａと、この本体５２Ａには、中央に貫通に前記第１偏心軸５０の平行突起体２７に嵌合するように形成された平行孔２８と、この平行孔２８の外周円と、本体８０の外径との中間に周方向均等分布した８個が形成された複数孔８２とを備えて構成されており、この第１チェーンガイド５２と、第２偏心軸５１上の他方側に嵌合する下部の第２チェーンガイド５３とは平らな底面をベース体２１側にして配置される。

さらに、前記第１偏心軸５０上には、一方側に嵌め合いされ軸方向に僅かに移動する上部の第１ギヤ５４は図８のように、ハブ本体８６と、このハブ本休８６には、内に筒状の圧入により設けられてブッシュ８５と、外周面の中央から対称に９段仕様の板状による２列の１０の歯数からなる同位相に形成されたスプロケット内列３０、外列３１とを備えた両ハブ形の一体構造である。また、前記第２偏心軸５１上の一方側には、スプロケットの内列３２と、外列３３とを備えた下部の第２ギヤ５５が嵌め合いされて配置されている。

また、連結チェーン５６は図５のように、９段仕様の駆動用チェーン４によって、２８のリンク数からなるループ状に設けられたものである。

さらに、前方のベース体２１上では、上部の第１ギヤ５４と、下部の第２ギヤ５５とに噛み合いされた上下のチェーン４に対して、減速時のチェーン４の離脱防止が設けられている。上部の第１ギヤ５４の下面側の第１チェーンストッパー５７は図９のように、後方に傾斜をしたＬ形状の本体５７Ａと、この本体５７Ａには、Ｕ字状に形成された上面８７と、一対の長孔８８が形成された側面８９とを備えた構成で、上部の一対の第２ネジ孔１０７に共通ネジ１０５によって固定されている。つづいて、下部の第２ギヤ５５の上面側の第２チェーンストッパー５８は図１２のように、後方に傾斜をした両サドル形状の本体５８Ａと、この本体５８Ａには、内に形成された第２凹溝２５と、突状の上面中央に形成された第３ネジ孔１０８と、上下の取付面１１０に形成された第３貫通孔１０９とを備えた構成で、前記開口部２９の裏側に、上下の前記取付面１１０が上下の第１ネジ孔１０６と、共通ネジ１０５とによって固定されている。

また、連結チェーン５６の外側を覆い、かつ、駆動部２２の外側を支持する側面カバー５９は図５のように楕円板状の本体５９Ａと、この本体５９Ａには、上下の半円中心と、中央とに形成された共通の第２貫通孔１０４とを備えた構成で、第１偏心軸５０の第１貫通ネジ９１と、第２偏心軸５１の第２貫通ネジ９１Ａとの一方側と、前記第２チェーンストッパー５８の上面の第３ネジ孔１０８とに、共通の第２固定手段の平頭ネジ１０３のよって固定されている。

なお、上部の第１の調整手段と、下部の第２の調整手段とを図３において説明するサンドイッチ構造の駆動部２２において、まず初めに、第１の調整手段では、上部の第１偏心軸５０と、嵌合する第１チェーンガイド５２とが一体に僅かに回転するように、ベース体２１と、側面カバー５９との共通の平頭ネジ１０３を少し緩めて、前記第１チェーンガイド５２の複数孔８２を利用して、連結チェーン５６が張られる上方向に回転移動させた後、再度左右側の前記平頭ネジ１０３を締め付け固定することで、前記連結チェーン５６の張り状態を正常に保つことができる。次に、下部の第２調整手段は、上記と同様であるが、前記連結チェーン５６が張られる下方向に回転移動させることである。

以下、ギヤ装置２０の作動を図３及び図４において説明する。高速走行時では、クランク１のペダル３を踏み込むと同時に、チェーンホイール１９の前回転の引張り力によって、後輪６のトップギヤ１０から搬出された上方のチェーン４が前回転に移動すると、下面に噛み合いされた上部の前記第１ギヤ５４の内列スプロケット３０は逆方向の後回転することになり、これにより上部の第１ギヤ５４と、下部の第２ギヤ５５との外列スプロケット３１、３３に噛み合いされたループ状の連結チェーン５６は一体に後回転することで、下部の前記第２ギヤ５５の内列スプロケット３２は、前記チェーンホイール１９の下面から搬出された巻き角度の大きい下方のチェーン４を上面に噛み合って後回転に引っ張ることは、前記のチェーンホイール１９は前回転に引っ張られるため、前回転の引張り力は増加することになり、使用者の前記ペダル３の踏む力が軽減されることである。

この実施例では、ベース体、側面カバー、押圧部材の材料にはアルミ合金を、一対のギヤの材料にはスチールの炭素鋼を、一対の偏心軸、第１チェーンストッパー、第２チェーンストッパーの材料にはスチールを、ブッシュの材料には銅合金を、一対のチェーンガイドの材料には人口樹脂を使用している。

チェーン駆動の出力を大きくすることができるため、産業機構や、有人グライダーなどの利用にも適している。

本発明の実施の形態に係わるギヤ装置を備えた自転車の側面図同自転車のギヤ装置の取付状態を示す斜視図同自転車のギヤ装置の概略的な平面断面図同自転車のギヤ装置の近傍箇所の側面図ギヤ装置の分解図ギヤ装置の第１と第２偏心軸の斜視図ギヤ装置の第１チェーンガイドの斜視図ギヤ装置の第１と第２ギヤの平面断面図ギヤ装置の第１チェーンストッパーの斜視図ギヤ装置の押圧部材の斜視図ギヤ装置のベース体の側面図ギヤ装置の第２チェーンストッパーの斜視図従来の自転車の側面図

４チェーン
２０ギヤ装置
２１ベース体
４７チェーンステー
５０第１偏心軸
５１第２偏心軸
５２第１チェーンガイド
５３第２チェーンガイド
５４第１ギヤ
５５第２ギヤ
５６連結チェーン
５９側面カバー

Claims

クランクのチェーンホイールと、後輪のトップギヤとの上下方向を通る周回式のチェーンに係合するギヤ装置であって、
チェーンステーの外周部に移動してベース体を取り付けることができる取付手段（ｂ）と、
前記ベース体の上下部に保持され、その位置が上下方向に移動させることができる上部の第１の調整手段（ｃ、ｅ）と、下部の第２調整手段（ｄ、ｆ）と、
前記第１の調整手段と、前記第２の調整手段とに回転自在に保持され、かつ、前記チェーンの上下の外側部分に噛み合いされた２列のスプロケットの上部の第１ギヤと、下部の第２ギヤと、
前記第１ギヤと、前記第２ギヤとに連結され、かつ、一体に連動してほぼ垂直方向に回転する連結手段（ｈ）と、
外側を支持する側面カバーとからを備え、
前記上方のチェーンが前方向に移動すると、前記第１ギヤは後回転し、かつ、前記第２ギヤは前記下方のチェーンを後回転に移動させる、自転車のギヤ装置。