JP6347020B1 - 駆動補助装置及びそれを適用した発電機 - Google Patents

Abstract

構造が簡単で部品点数が少なく、低コストで駆動力の補助を十分に行うことができる小型の駆動補助装置を提供する。自転車用の駆動補助装置は、ペダル７ａを漕いでガイド部材１０ａの歪円環形状の環状ガイド溝１１ａに嵌め込まれた可変機構９ａのコロ１２ａが壁部に沿って移動する際の力のモーメントを活用している。可変機構９ａは、コロ１２ａの移動に伴って自体伸縮してランド部Ｌにおける支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離が溝１１ａの膨らんだ鈍端側（上部は下部より丸味小）では長く、縮んだ鋭端側では短くなる。この結果、コロ１２ａの移動を溝１１ａの鈍端側で速くでき、且つ上部よりも下部で遅くでき、鋭端側で無負荷にして遅くでき、ペダル７ａを漕ぐ足の負担を減らして駆動補助できる。反対側の隠れたガイド部材１０ｂの環状ガイド溝１１ｂに対するペダル７ｂ、可変機構９ｂのコロ１２ｂも同様に機能する。

Description

本発明は、自転車等の駆動を有効に補助できる駆動補助装置及びそれを適用した発電機に関する。

従来、一般的な自転車において、爽快な走行を行わせるため、使用者のペダルを漕ぐ際の足の負荷を可変させる変速機を取り付ける場合が少なくない。ところが、このような変速機は、変速ギアを切り替えて走行速度を可変させることができても、ペダルを漕ぐ際の足の総運動量を軽減させることはできない。

そこで、こうした不便を解消させた周知技術として、走行時において常につきまとうペダルを漕ぐ足の負担を効果的に軽減させる「駆動倍力装置」（特許文献１参照）が挙げられる。

特許第５５７１４２０号公報

上述した特許文献１に係る駆動倍力装置は、自転車の駆動力を増大させて後輪に作用させることができるようにしたものである。その一形態では、第１揺動リンクに回転可能に挿通された移動回転ピンと第２揺動リンクの他端に回転可能に取り付けられてその一端に固定された回転可能な支軸によりこれらの各リンクの移動を連携させる移動回転軸との間に第１板状の棒が固定されている。ここでの第１揺動リンクは、回転可能に挿通された第１回転軸によって揺動可能となっている。第１板状の棒は、移動回転ピンと移動回転軸とを交互に作用させて往復移動させる。また、移動固定軸に固定された第２板状の棒の一端に固定された転がり軸がクランクの溝に嵌合されて溝内を移動する際、移動回転軸から短い距離の位置よりクランクの他端に固定された回転可能な第２回転軸から長い距離の位置へ移動させる。このとき、一次的に梃作用を生じさせながら回転させることができるため、梃作用が生じる部分で駆動力が増大される。

この駆動倍力装置において、実際のペダルを漕ぐ際の半回転内の動きは、支軸から第２回転軸までの移動距離を長くすれば回転中心から第２回転軸までの移動距離が短くなる動きとなり、速く動かすことができる。また、実際のペダルを漕ぐ際の半回転内の動きは、支軸から第２回転軸までの移動距離を短くすれば回転中心から第２回転軸までの移動距離が長くなる動きとなり、遅く動かすことができる。

ところが、係る技術によれば、揺動リンク機構の構造が複雑で部品点数が多く、コスト高を回避できないという問題がある。また、この揺動リンク機構は、腰かけ部分のサドル（鞍）後部に取り付けられる構造上、前輪から後輪までの基体（フレーム）の全体についての寸法が長くなってしまい、大型化を回避できずに小型化の需要に対応できないという問題もある。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、構造が簡単で部品点数が少なく、低コストで駆動力の補助を十分に行うことができる小型の駆動補助装置及びそれを適用した発電機を提供することにある。

上記技術的課題を解決するため、本発明の一形態は、基体に対して回転可能に支持される支持軸と、支持軸に回転力を付与するペダルと、支持軸とペダルとが取り付けられて可動する際、当該支持軸と当該ペダルとの間の距離を変更可能にする可変機構と、支持軸を偏芯位置で挿通させて可変機構に対向するように基体に固定されたガイド部材と、支持軸の回転を被伝達部に伝達する伝達機構と、を備えた駆動補助装置であって、ガイド部材には、支持軸の周囲に非円形で環状に延びた環状ガイド溝が設けられ、可変機構は、環状ガイド溝の壁部に沿って移動可能な係合体を有し、環状ガイド溝は、基体における前方側に該当する箇所を鈍端、後方側に該当する箇所を鋭端とする歪円環形状であり、支持軸は、ガイド部材における環状ガイド溝の内側の鋭端側寄りの箇所で挿通されたことを特徴とする。

本発明によれば、上記構成により、構造が簡単で部品点数が少なく、低コストで駆動力の補助を十分に行うことができる小型の駆動補助装置を提供することが可能になる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係る駆動補助装置を適用した自転車の概略構成を示す斜視図である。 図１に示す駆動補助装置の要部である可変機構及びガイド部材の構造を簡略して示した斜視図である。 図２に示されるガイド部材を別部材で組み付け構造とする場合の各部材を例示した図であり、（ａ）は補強基板を示す図、（ｂ）は外ガイド部材を示す図、（ｃ）はランド部を示す図である。 図３の各部材を組み付けたガイド部材の組み付け構造を示した図であり、（ａ）は平面方向からの図、（ｂ）は側面方向からの断面図である。 図２に示されるガイド部材への補強構造を例示したもので、（ａ）は補強部材を具備したガイド部材の平面図、（ｂ）は（ａ）の重心付近での鉛直方向における断面図である。 図２で説明した可変機構のコロがガイド部材の環状ガイド溝に嵌め込まれて移動する様子を示した概略図である。 図１に示す駆動補助装置の要部である可変機構及び伝達機構の細部構造を一部破断して示した斜視図である。 本発明の実施例２に係る駆動補助装置を適用した発電機の概略構成を示す斜視図である。

以下に、本発明の駆動補助装置及びそれを適用した発電機について、幾つかの実施例を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る駆動補助装置を適用した自転車の概略構成を示す斜視図である。

図１を参照すれば、この自転車は、基体となるフレームとして、ヘッドチューブ１ａ、トップチューブ１ｂ、ダウンチューブ１ｃ、シートチューブ１ｄ、シートステー１ｅ、及びチェーンステー１ｆを一体的に有している。ヘッドチューブ１ａにおける上方側にはステムを介してハンドルバー２が取り付けられ、下方側にはフロントサスペション４が取り付けられている。ハンドルバー２の先端側にはハンドル２′が取り付けられる。フロントサスペション４に取り付けられる前車輪５は、内側に複数のスポークが設けられたリム５ａの外側にタイヤ５ｂが取り付けられた構造となっている。シートチューブ１ｄのトップチューブ１ｂ及びシートステー１ｅの繋がり箇所にはシートピラーを介してサドル３が取り付けられる。シートステー１ｅ及びチェーンステー１ｆの先端側に取り付けられる後車輪６についても、内側に複数のスポークが設けられたリム６ａの外側にタイヤ６ｂが取り付けられた構造となっている。尚、前車輪５及び後車輪６共、スポークは簡略して図示している。

また、チェーンステー１ｆには挿通軸１８が回転可能に挿通されるように取り付けられ、挿通軸１８には第２のギア１４及びこれと対向して第３のギア１５が取り付け固定される。第３のギア１５は通常チェーンホイールと呼ばれ、後車輪６の支軸２３に取り付け固定された第４のギア１６と共に第２のチェーンＣ２が架け渡される。この第４のギア１６には、必要に応じて第２のチェーンＣ２の回転移動を変速する変速機が取り付けられる。以上に説明した箇所は一般的な自転車と同様な構成である。

実施例１に係る駆動補助装置は、フレームを挿通してフレームに対して回転可能に支持される支持軸８と、支持軸８に回転力を付与する一対のペダル７ａ、７ｂと、を有する。ペダル７ｂは図１中では隠れている。また、駆動補助装置は、支持軸８とペダル７ａ、７ｂとが取り付けられて可動するとき、これらの支持軸８とペダル７ａ、７ｂとの間の距離を変更可能にする一対の可変機構９ａ、９ｂを有する。可変機構９ｂは図１中では隠れている。更に、駆動補助装置は、支持軸８を偏芯位置で挿通させて可変機構９ａ、９ｂに対向するようにフレームに固定された一対のガイド部材１０ａ、１０ｂと、支持軸８の回転を被伝達部となる後車輪６に伝達する伝達機構と、を有する。

具体的に云えば、ガイド部材１０ａ、１０ｂには、中心部分に歪円形状のランド部Ｌが設けられ、このランド部Ｌに対して支持軸８がフレームにおける後方側に該当する偏芯位置でフレームを含めて挿通されている。また、ランド部Ｌの周囲に沿って非円形で環状に延びた環状ガイド溝１１ａ、１１ｂが設けられている。ガイド部材１０ｂの環状ガイド溝１１ｂ及びランド部Ｌは図１中では隠れている。このような構造のガイド部材１０ａ、１０ｂは、例えば金型を用いれば一体的に製造することができる。但し、このような構造の場合、環状ガイド溝１１ａ、１１ｂの下方近傍壁部とランド部Ｌの上方近傍壁部とにおける所定の領域には、コロ１２ａが圧力を加えて移動しても変形しないように必要に応じて硬い補強部材を結合するか、或いは焼入れ等により硬度を強化しておくのが好ましい。また、ランド部Ｌにおける支持軸８を挿通させるための軸穴は支持軸８の径よりも相当に大きくすることが可能である。

可変機構９ａ、９ｂは、環状ガイド溝１１ａ、１１ｂに嵌め込まれてそれらの壁部を移動可能な係合体としてのコロ１２ａ、１２ｂを有する。可変機構９ｂのコロ１２ｂは図１中では隠れている。コロ１２ａ、１２ｂ自体は、環状ガイド溝１１ａ、１１ｂの壁部との接触箇所（軸部）を回転させるために内蔵するボール状や丸棒状のベアリングをピンに取り付けた構造であり、ガイド部材１０ａ、１０ｂの環状ガイド溝１１ａ、１１ｂの壁部に沿って移動する。これにより、可変機構９ａ、９ｂは、ガイド部材１０ａ、１０ｂと協働し、後文で説明するように自体伸縮しながら環状ガイド溝１１ａ、１１ｂの壁部に沿ってコロ１２ａ、１２ｂが移動する仕組みのクランク機構として機能する。因みに、コロ１２ａ、１２ｂは、構造上で環状ガイド溝１１ａ、１１ｂの凹面を摺動するように構成できる他、摺動しないようにも構成できる。コロ１２ａ、１２ｂが環状ガイド溝１１ａ、１１ｂの凹面を摺動しない方がペダル７ａ、７ｂを漕ぐ足の負担を軽減できる。コロ１２ａ、１２ｂには、例えばＴＨＫボールスプラインのミニチュアボールスプラインＬＳＢ型やボールスプラインＬＳＢ型、或いはＴＨＫ ＬＭシステムの直動システム・回転運動タイプのカムフォロア等を使用できる。

ところで、ランド部Ｌは動作原理上において、必ずしも必要でなく、ランド部Ｌを持たずに支持軸８の周囲に非円形で凹んで展開する歪円形状のガイド凹部が設けられた場合、コロ１２ａ、１２ｂはガイド凹部の壁部に沿って移動する形態となる。また、この場合には支持軸８がガイド凹部の凹面に対してフレームにおける後方側に該当する箇所の偏芯位置で直接挿通される構成となる。この場合にも支持軸８を挿通させるための軸穴は支持軸８の径よりも相当に大きくすることが可能である。尚、上記ガイド部材１０ａ、１０ｂの構造は、係るガイド凹部において、中心に歪円形状の支持軸８がフレームにおける後方側に該当する偏芯位置で挿通されるランド部Ｌを別部材で設ければ、ガイド凹部の壁部とランド部Ｌの壁部との間に環状ガイド溝１１ａ、１１ｂが形成される。それ故、こうした組み付け構造にしても一体的に形成された場合と構成上は同じものとみなすことができる。

図２は、上述した駆動補助装置の要部である可変機構９ａ及びガイド部材１０ａの構造を簡略して示した斜視図である。

図２を参照すれば、可変機構９ａのコロ１２ａは、ペダル７ａを漕いだとき、ガイド部材１０ａの環状ガイド溝１１ａ内に嵌め込まれた状態で壁部に沿って移動する。ガイド部材１０ａの環状ガイド溝１１ａは、フレームにおける前方側に該当する箇所を鈍端、後方側に該当する箇所を鋭端とする歪円環形状となっている。また、環状ガイド溝１１ａは、鈍端側の丸味（所謂Ｒ）が大きく、且つ鈍端側における上部の丸味は下部の丸味よりも小さくなっている。歪円形状のランド部Ｌやガイド部材１０ａの輪郭形状についても同様に、前方側に該当する箇所が鈍端、後方側に該当する箇所が鋭端となっている。因みに、ランド部Ｌを持たないガイド凹部の場合にも同様な歪円形状となる。支持軸８は、上述したようにガイド部材１０ａにおける環状ガイド溝１１ａの内側のランド部Ｌにおける鋭端側寄りの箇所に対して回転可能に偏芯位置でフレームを含めて挿通されている。ガイド部材１０ａの輪郭形状については、図示した以外の形状、例えば略四角形状として変更しても良い。ガイド部材１０ａ、１０ｂが環状ガイド溝１１ａ、１１ｂを持つ構造は、以下に例示するように様々な形態を適用することができ、全体の軽量化を図ることも可能である。

図３は、ガイド部材１０ａを別部材で組み付け構造とする場合の各部材を例示した図であり、同図（ａ）は補強基板ＬＢを示す図、同図（ｂ）は外ガイド部材ＧＯを示す図、同図（ｃ）はランド部Ｌを示す図である。また、図４は各部材を組み付けたガイド部材１０ａの組み付け構造を示した図であり、同図（ａ）は平面方向からの図、同図（ｂ）は側面方向からの断面図である。

ガイド部材１０ａの組み付け構造の一例として、図３（ａ）〜（ｃ）に示されるようにガイド部材１０ａの輪郭形状と同様な歪円形状の補強基板ＬＢに対して内ガイド部材となる軸穴ＬＨが設けられたランド部Ｌと歪円環形状の外ガイド部材ＧＯとを組み付ける場合が挙げられる。軸穴ＬＨはランド部Ｌにおける鋭端側寄りの箇所の偏芯位置に設けられている。この場合、補強基板ＬＢの所定箇所に予め位置決め固定用のネジ穴を穿孔しておき、ランド部Ｌを所定の高さを保持するようにタップＴを介在させて補強基板ＬＢに対してネジ止めして取り付ける。その後、ランド部Ｌの周囲に外ガイド部材ＧＯを同様なタップＴを介在させて補強基板ＬＢに対してネジ止めして取り付け、外ガイド部材ＧＯの内側とランド部Ｌの外側との間に環状ガイド溝１１ａが形成されるような組み付けを行えば良い。ここで説明した組み付けの手順は反対にしても良い。この結果、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるような組み付け構造となる。尚、ランド部Ｌに代えて、凸部のランド部Ｌの周囲に凹部の環状ガイド溝１１ａが形成された溝付ランド部を内ガイド部材として用いても良い。溝付ランド部はランド部Ｌの周囲に環状ガイド溝１１ａが一体的に形成されている分、ランド部Ｌの単体よりも大型となる。

図５は、図２に示されるガイド部材１０ａへの補強構造を例示したもので、同図（ａ）は補強部材Ｄ１、Ｄ２を具備したガイド部材１０ａの平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の重心付近での鉛直方向断面図である。

図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照すれば、ガイド部材１０ａの環状ガイド溝１１ａにおける下方近傍壁部の所定の領域には硬い補強部材Ｄ１が結合され、ランド部Ｌの上方近傍壁部における所定の領域にも硬い補強部材Ｄ２が結合され、これによってコロ１２ａが圧力を加えて移動しても変形しないように対策を施した様子を示している。補強部材Ｄ１、Ｄ２に代えて、同様な領域を対象に焼入れ等により硬度を強化しておくことも可能である。ここでは図２に示した一体化構造のガイド部材１０ａを例に説明したが、係る補強対策は図３と図４（ａ）及び図４（ｂ）とを用いて説明した組み付け構造のガイド部材１０ａにも同様に適用できる。因みに、これらの何れの構造においても、支持軸８を挿通させるための軸穴ＬＨは支持軸８の径よりも相当に大きくすることが可能である。

ガイド部材１０ａの組み付け構造の他例として、ガイド部材１０ａの輪郭形状と同様な歪円形状の補強基板ＬＢに予め加工された大きさが異なる歪円環形状板部材を用いる場合が挙げられる。この場合、補強基板ＬＢの所定箇所に予め位置決め固定用のネジ穴を穿孔しておき、内ガイド部材となる外形の小さい歪円環形状板部材を所定の高さを保持するようにタップＴを介在させて補強基板ＬＢにネジ止めして取り付ける。その後、外形の小さい歪円環形状板部材の周囲に外ガイド部材ＧＯとなる外形の大きい歪円環形状板部材を同様なタップＴを介在させて補強基板ＬＢにネジ止めして取り付け、外形の大きい歪円環形状板部材（外ガイド部材ＧＯ）の内側と外形の小さい歪円環形状板部材（内ガイド部材）の外側との間に環状ガイド溝１１ａが形成されるような組み付けを行えば良い。ここで説明した組み付けの手順は逆であっても良い。

このような組み付け構造においても、外ガイド部材ＧＯの下方近傍壁部と内ガイド部材の上方近傍壁部とにおける所定の領域には、コロ１２ａが圧力を加えて移動しても変形しないように硬い補強部材Ｄ１、Ｄ２を結合するか、焼入れ等により硬度を強化しておくのが好ましい。また、この構造においても、基本機能上は補強基板ＬＢ上に外ガイド部材ＧＯとなる外側の歪円環形状板部材だけを設けるようにしても良く、外側の歪円環形状板部材の内壁側に非円形で凹んで展開するガイド凹部が形成されることになる。何れの構造においても、補強基板ＬＢに設けられる支持軸８を挿通させるための軸穴ＬＨは支持軸８の径よりも相当に大きくすることが可能である。

ガイド部材１０ａの組み付け構造の別例として、補強基板ＬＢを用いずにフレームを変形させて補強部分を増設しておき、フレームに対して直接的に内ガイド部材と外ガイド部材ＧＯとを結合する場合が挙げられる。この場合、組み付け構造の一例で説明した部材を用いると、フレームに対して内ガイド部材となる歪円形状のランド部Ｌとその周囲に外ガイド部材ＧＯとなる外形の大きい歪円環形状板部材とを結合し、外ガイド部材ＧＯの内側とランド部Ｌの外側との間に環状ガイド溝１１ａが形成される構成とすれば良い。組み付け構造の他例で説明した部材を用いると、内ガイド部材となる内側の外形の小さい歪円環形状板部材と外ガイド部材ＧＯとなる外側の外形の大きい歪円環形状板部材とを結合し、外形の大きい歪円環形状板部材の内側と外形の小さい歪円環形状板部材の外側との間に環状ガイド溝１１ａが形成される構成とすれば良い。

組み付け構造の別例における前者の場合には支持軸８がランド部Ｌの鋭端側寄りの箇所の偏芯位置及びフレームを挿通する構造となり、支持軸８を挿通させるための軸穴ＬＨを支持軸８の径よりも相当に大きくすることが可能である。後者の場合には支持軸８がフレームを直接挿通するだけの構造となる。このような構造の場合、何れも補強基板ＬＢの凹面が存在しないため、可変機構９ａのコロ１２ａは、ペダル７ａを漕いだときにガイド部材１０ａの環状ガイド溝１１ａ内に嵌め込まれた状態で壁部に沿って移動する動きとなる。因みに、組み付け構造の一例においても、タップＴの高さ、ネジ止め寸法を選定することによりコロ１２ａが補強基板ＬＢの凹面に接触せずに摺動しない組み付け構造にすることができる。同様に、一体化構造のガイド部材１０ａにおいても、環状ガイド溝１１ａを或る程度深くすれば可変機構９ａのコロ１２ａが凹面に接触せずに摺動しない構造にすることができる。

何れにせよ、ガイド部材１０ａは、ガイド凹部が形成されるか、或いは環状ガイド溝１１ａが形成されていれば良く、組み付け構造や製造方法による細部構成の相違があるものの、その形態を問わないものとする。実施例１に係るガイド部材１０ａの環状ガイド溝１１ａは、可変機構９ａのコロ１２ａが凹面に接触せずに壁部に沿って移動できるように形成されているものとする。ガイド部材１０ｂについても、フレームの前方側に該当する箇所を環状ガイド溝１１ｂの鈍端とした同様な構造となっている。

可変機構９ａについては、ガイド部材１０ａに対向する一端側の板状片９ａ‐１に支持軸８が取り付け固定されている。また、この板状片９ａ‐１のスライド溝Ｖに一部が係合されてガイド部材１０ａに対向する他端側の可動片９ａ−２が板状片９ａ‐１を挟む形状でスライド溝Ｖに沿って移動可能に板状片９ａ‐１に対して結合されている。更に、可動片９ａ‐２の外方他端側の箇所に軸芯回りに回転可能にペダル７ａが取り付けられ、支持軸８とペダル７ａとの間に該当する可動片９ａ‐２の内方一端側の箇所にコロ１２ａが取り付けられている。加えて、可動片９ａ‐２の外方他端側のペダル７ａから一端側へ向かう箇所には長穴２６が設けられ、長穴２６内の壁部にピン状突起２７が当接しながら長穴２６の変位を規制する構造となっている。

板状片９ａ‐１のスライド溝Ｖ、及びこれに係合される可動片９ａ−２の係合部の形状は種々変更できる。例えばＮＳＫリニアガイドのＬＨシリーズのＬＡＨ‐ＡＮ型を適用できる。これはスライド溝Ｖ内にボールベアリング内蔵され、両方の角に２つ、左右の側面にＶ溝が２つ設けられたタイプのものである。また、調芯型ＬＮシリーズの産業機械用リニアガイドであり、左右側面にＶ溝が２つあるＬＮシリーズ角型ＡＮ‐ＡＬ型を適用できる。更に、ＴＨＫ ＬＭガイドのコンパクト重荷重用又は中荷重用のＬＭガイドＳＲ型（レールの形状が多様）、ＬＭガイドＶＳＲ‐ＴＢＡ型（溝を持たないタイプもある）、ＬＭガイドＨＳＲ‐ＴＡ型（超重荷重型でブロックの内側にボールベアリングが無い）、ＬＭガイドＨＲＶ型（四方向等荷重型で幅が長い）を適用できる。その他、ＴＭＫ ＬＭシステムのＦＴ型やＦＴＷ型のニードルベアリングも適用可能である。

このような構造の可変機構９ａでは、コロ１２ａが環状ガイド溝１１ａ内に嵌め込まれた状態でペダル７ａを漕いだとき、コロ１２ａが環状ガイド溝１１ａの壁部に沿って移動するに伴い自体伸縮する。このとき、可動片９ａ−２の係合箇所が板状片９ａ‐１のスライド溝Ｖに沿って移動すると共に長穴２６が変位し、支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離が可変する仕組みとなっている。可変機構９ｂ及びガイド部材１０ｂについても向きが反対となる以外は同様な構成となっている。

図６は、図２で説明した可変機構９ａのコロ１２ａがガイド部材１０ａの環状ガイド溝１１ａに嵌め込まれて移動する様子を示した概略図である。

図６では、ペダル７ａを反時計回りに漕ぐ場合を想定し、可変機構９ａのコロ１２ａがガイド部材１０ａの環状ガイド溝１１ａに嵌め込まれて移動したときの可変機構９ａの自体伸縮の様子を示している。この可変機構９ａの自体伸縮は、支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離（クランク長）の変化を示すものである。

具体的に云えば、位置Ａではペダル７ａが頂点にあり、コロ１２ａが歪円環形状の環状ガイド溝１１ａに案内されて支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離が中程度の長さになっている。位置Ｂではペダル７ａが頂点から若干下がった位置にあり、支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離が相当に長くなっている。位置Ｃではペダル７ａが中程度の高さ位置にあり、支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離が最長に近くなっている。尚、位置Ｂと位置Ｃとの間のやや位置Ｃ側寄り箇所でクランク長が最大となる。位置Ｄではペダル７ａが最下点よりやや高い位置にあり、支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離がやや長くなっている。因みに、位置Ｄでの支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離は、位置Ｂでの支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離よりは短い。

位置Ｅではペダル７ａが最下点にあり、支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離がやや短くなっている。因みに、位置Ｅでの支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離は、基準クランク長と呼ばれても良く、位置Ａでの支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離よりは短い。位置Ｆではペダル７ａが位置Ｄよりも幾分高い位置にあり、支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離が相当に短くなっている。位置Ｇではペダル７ａが中程度の高さ位置にあり、支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離が最短となっている。位置Ｈではペダル７ａが位置Ｂよりも幾分低い位置にあり、支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離が相当に短くなっている。因みに、位置Ｈでの支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離は、位置Ｆでの支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離よりも短くなっている。

即ち、実施例１に係る駆動補助装置では、図６に示されるようにペダル７ａを漕いでガイド部材１０ａの歪円環形状の環状ガイド溝１１ａに嵌め込まれた可変機構９ａのコロ１２ａが壁部に沿って移動する際の力のモーメントの作用を活用している。一般に支持軸８の軸芯がガイド部材１０ａ（ランド部Ｌ）の中心付近に位置されていれば、支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離が変化する構造を採用しても、可変機構９ａの自体伸縮量が小さいため、一定の力でペダル７ａを漕ぎ続けると環状ガイド溝１１ａの形状的に膨らんだ鈍端側では遅い移動となり、縮んだ鋭端側では速い移動となる。そこで、実施例１に係る駆動補助装置では、支持軸８の軸芯をガイド部材１０ａの中心付近から十分に隔たったランド部Ｌにおける鋭端側寄りの箇所に偏芯位置で挿通させて可変機構９ａの自体伸縮量を大きくしている。この上でコロ１２ａの環状ガイド溝１１ａでの移動に伴い、可変機構９ａの自体伸縮で支持軸８の軸芯とペダル７ａの軸芯との距離が環状ガイド溝１１ａの形状的に膨らんだ鈍端側では長くなり、縮んだ鋭端側では短くなるようにクランク機構の構造を工夫している。

以下は、支持軸８の回転速度を同じ一定速度にする条件下を想定してクランク機構の動作を説明する。クランク機構では、環状ガイド溝１１ａにおける形状的に膨らんだ鈍端側の半回転分の位置Ａ→Ｅでのクランク長が基準クランク長以上であるため、コロ１２ａの移動を容易に速くできる。変速機を使用した場合には、軽いギアではコロ１２ａの移動をより速くでき、重いギアではコロ１２ａの移動が遅くなる。しかも、鈍端側の上部の丸味が下部の丸味よりも小さいため、クランク長が長い領域の位置Ｂ→Ｃのコロ１２ａの移動の方を位置Ｃ→Ｄのコロ１２ａの移動よりも速くすればペダル７ａを漕ぐ足の負担が軽減される。

更に、環状ガイド溝１１ａにおける形状的に縮んだ鋭端側の半回転分の位置Ｅ→Ａでのクランク長が基準クランク長未満であり、その分コロ１２ａの移動を遅くさせられる。実際にはこの半回転分の位置Ｅ→Ａではペダル７ａを漕ぐ必要がなく、ペダル７ａに足を乗せているだけでコロ１２ａの移動を遅くできる。鋭端側の位置Ｅ→Ａでの足の負担を無くすことができることにより、鈍端側の位置Ａ→Ｅでのペダル７ａを漕ぐ足の負担を軽減させることができる。この結果、特許文献１記載の梃作用が生じる部分で駆動力が増大される機能と同等に、クランク機構の機能で力のモーメントが作用し、ペダル７ａを足で漕ぐ負担を少なくすることができる。ペダル７ａを足で漕ぐ作業は、ほぼ位置Ａ→Ｄで集中して行えば良く、位置Ｅ→Ｈでは殆どペダル７ａを漕ぐ必要がない。

図７は、上述した駆動補助装置の要部である可変機構９ａ、９ｂ及び伝達機構の細部構造を一部破断して示した斜視図である。

図７では、可変機構９ａ、９ｂにおいて、ペダル７ａ、７ｂを漕ぐと可動片９ａ‐２、９ｂ‐２が板状片９ａ‐１、９ｂ‐１のスライド溝Ｖに沿って移動可能な様子、並びに長穴２６の変位がピン状突起２７で規制される様子を示している。これにより、可変機構９ａ、９ｂは、ペダル７ａ、７ｂを漕ぐとそれぞれ自体伸縮する。その他、図４では、伝達機構が支持軸８に取り付け固定された第１のギア１３と、ガイド部材１０ａ、１０ｂよりも後方側のチェーンステー１ｆ（図１参照）に挿通して回転可能に取り付けられた挿通軸１８に取り付け固定された第２のギア１４と、を有する様子を示している。

また、伝達機構は、図１を参照すれば、第１のギア１３及び第２のギア１４に架け渡される第１のチェーンＣ１と、挿通軸１８に第２のギア１４と対向して取り付け固定された第３のギア１５と、を有する。更に、伝達機構は、後車輪６の支軸２３に取り付け固定された第４のギア１６と、第３のギア１５及び第４のギア１６に架け渡される第２のチェーンＣ２と、を有する。加えて、伝達機構は、支軸２３に取り付けられて第２のチェーンＣ２の回転移動を変速する略図する変速機を有する。

次に、実施例１に係る自転車の伝達機構の働きを説明する。この伝達機構では、ペダル７ａ、７ｂを漕ぐと、ガイド部材１０ａ、１０ｂの環状ガイド溝１１ａ、１１ｂにそれぞれ嵌め込まれた可変機構９ａ、９ｂのコロ１２ａ、１２ｂが環状ガイド溝１１ａ、１１ｂの壁部に沿って移動する。これに伴い、可変機構９ａ、９ｂが自体伸縮しながら回転し、これを受ける支持軸８の回転に応じて第１のギア１３が回転する。この第１のギア１３と第２のギア１４とには第１のチェーンＣ１が架け渡されているため、第１のチェーンＣ１の回転移動に伴って挿通軸１８と共に第２のギア１４が回転する。第２のギア１４が回転すると、第３のギア１５も挿通軸１８と共に回転する。この第３のギア１５と支軸２３に取り付け固定された第４のギア１６とには第２のチェーンＣ２が架け渡されているため、第２のチェーンＣ２の回転移動に伴って第４のギア１６も支軸２３と共に回転する。この結果、ペダル７ａ、７ｂを漕いだときの可変機構９ａ、９ｂの回転に伴う支持軸８の回転が後車輪６に伝達されて自転車が走行可能な状態になる。

因みに、第４のギア１６に変速機が取り付けられている場合には、運転者がハンドルバー２の先端側のハンドル２′に具備された図示されない切り替え操作機能で変速機のギアを切り替え操作設定すると、変速機で選択された径のギアに切り替えられる。一番軽くするギアでは、ペダル７ａ、７ｂを漕ぐ足の負担を軽減できて回転を速くすることができる。一番重くするギアでは、ペダル７ａ、７ｂを漕ぐ足の負担が増大して回転が遅くなる。変速機が増速機の場合には、入力軸の軸径が大きいと遅い回転となり、出力軸の軸径が小さいと速い回転となる。変速機が減速機の場合には、これとは逆であり、入力軸の軸径が小さいと速い回転となり、出力軸の軸径が大きいと遅い回転となる。

何れにせよ、実施例１に係る駆動補助装置を適用した自転車では、図６を参照して説明したように、ペダル７ａ、７ｂを漕ぐと、可変機構９ａ、９ｂ及びガイド部材１０ａ、１０ｂが協働してのクランク機構の機能により力のモーメントが作用する。このとき、可変機構９ａ、９ｂが自体伸縮しつつ、ガイド部材１０ａ、１０ｂの環状ガイド溝１１ａ、１１ｂにおける形状的に膨らんだ鈍端側でのコロ１２ａ、１２ｂの移動を低負荷で容易に速くでき、しかも、鈍端側における上部よりも下部で移動を遅くできる。また、環状ガイド溝１１ａ、１１ｂにおける形状的に縮んだ鋭端側でのコロ１２ａ、１２ｂの移動を足で漕ぐ必要を無くして無負荷で遅くすることができる。この結果、ペダル７ａ、７ｂを漕ぐ足の負担を少なくして十分に駆動補助することができる。

図８は、本発明の実施例２に係る駆動補助装置を適用した発電機の概略構成を示す斜視図である。

図８を参照すれば、実施例２に係る発電機は、図１に示した自転車を改造して前車輪５及び後車輪６を設けずに非走行の設置タイプとし、中心軸を支軸２３′とする変速機２１と回転軸を有する発電手段としての発電用モータ２２とを付設したものである。このため、基体となるフレームについて、トップチューブ１ｂ、ダウンチューブ１ｃ、及びシートチューブ１ｄは概ね実施例１の場合と同様な形状であるが、その他は形状を変更している。尚、発電用モータ２２には直流（ＤＣ）式、交流（ＡＣ）式の何れにも適用できる。

具体的に云えば、ヘッドチューブ１ａ′は、フロントサスペション４の取り付けが不要な長尺タイプとされており、下方側に前脚１ｇが一体的に取り付けられる。シートステー１ｅ′及びチェーンステー１ｆ′は後方両側に延びた箇所に三角枠状部をそれぞれ一体的に形成しており、下方両側に後脚１ｈがそれぞれ一体的に取り付けられる。奥側の三角枠状部及び後脚１ｈは図８中では隠れている。

また、一対の三角枠状部間のシートチューブ１ｄ寄りの箇所には、中心軸の支軸２３′の一端側の第４のギア１６′に取り付けられて第３のギア１５′と第４のギア１６′とに架け渡たされる第２のチェーンＣ２の回転移動を増速する変速機２１が備えられている。更に、一対の三角枠状部間の後方箇所には、変速機２１の支軸２３′の他端側に取り付けられた第４のギア１６″との間で第３のチェーンＣ３が架け渡される第５のギア１７が回転軸２４に取り付け固定された発電用モータ２２が備えられている。ここでは、変速機２１及び発電用モータ２２を取り付けるために別途専用の取り付け工具を用いるものとするが、予めフレームに専用の取り付け片を一体的に形成しておいても良い。

因みに、実施例１の第３のギア１５はチェーンホイールとしたが、実施例２の第３のギア１５′は第１のギア１３や第２のギア１４と同じタイプのものを用いている。その他、ここでもヘッドチューブ１ａ′における上方側にはステムを介してハンドルバー２が取り付けられ、シートチューブ１ｄのトップチューブ１ｂ及びシートステー１ｅ′の繋がり箇所にはシートピラーを介してサドル３が取り付けられる。

更に、実施例２に係る発電機では、可変機構９ａ′、９ｂ′におけるペダル７ａ、７ｂが取り付けられる可動片９ａ′‐２、９ｂ′‐２の外方側の形状を一部長尺化し、その一端側の起立部を板状片９ａ′‐１、９ｂ′‐１に結合するように変更している。可変機構９ｂ′の板状片９ｂ′‐１及び可動片９ｂ′‐２とペダル７ｂとは図８中では隠れている。また、可変機構９ａ′の板状片９ａ′‐１の一端側の箇所には、可変機構９ａ′の回転力を直線の動きに変換するラック・アンド・ピニオン１９ａが取り付けられている。可変機構９ｂ′についても、向きが反対となる以外は同様な構成であり、板状片９ｂ′‐１には変機構９ｂ′の回転力を直線の動きに変換するラック・アンド・ピニオン１９ｂが取り付けられている。ラック・アンド・ピニオン１９ｂは図８中では隠れている。

これらのラック・アンド・ピニオン１９ａ、１９ｂは歯切りされた一対の棒状ラック間に円形歯車を挟み込んだ構造となっている。上段の棒状ラックは可変機構９ａ′、９ｂ′と同じ方向に動き、先端側箇所に錘２５が取り付けられた下段の棒状ラックは円形歯車の働きによって上段の棒状ラックとは反対方向に動く。このため、錘２５は上段の棒状ラックが後退する方向に移動する際、これを挿通させる抜け穴を有している。ラック・アンド・ピニオン１９ａ、１９ｂでは、錘２５を動かすことで支持軸８を中心として可変機構９ａ′、９ｂ′側と錘２５側との釣合いを取る役割を担う。尚、ラック・アンド・ピニオン１９ａ、１９ｂにおける各棒状ラックは固定片２０ａ、２０ｂにより挟まれて外れないように固定されている。固定片２０ｂは図８中では隠れている。

因みに、ラック・アンド・ピニオン１９ａ、１９ｂが付設された可変機構９ａ′、９ｂ′の構造は、可変機構９ａ′、９ｂ′の自体伸縮時に錘２５を逆方向に動かすことで釣合いを持たせる働きがあるため、実施例１の自転車に適用させても良い。また、実施例２に係る発電機では、ラック・アンド・ピニオン１９ａ、１９ｂの下段の棒状ラックの先端側箇所に錘２５を取り付けるものとしたが、軽量化を重視すれば錘２５を取り付けない構成としても良い。更に、ラック・アンド・ピニオン１９ａ、１９ｂが不要であれば可変機構９ａ′、９ｂ′に付設しなくても良い。

次に、実施例２に係る発電機の伝達機構の働きを説明する。この伝達機構では、ペダル７ａ、７ｂを漕ぐと、ガイド部材１０ａ、１０ｂの環状ガイド溝１１ａ、１１ｂにそれぞれ嵌め込まれた可変機構９ａ′、９ｂ′のコロ１２ａ、１２ｂが環状ガイド溝１１ａ、１１ｂの壁部に沿って移動する。これに伴い、可変機構９ａ′、９ｂ′が自体伸縮しながら回転し、これを受ける支持軸８の回転に応じて第１のギア１３が回転する。この第１のギア１３と第２のギア１４とには第１のチェーンＣ１が架け渡されているため、第１のチェーンＣ１の回転移動に伴って挿通軸１８と共に第２のギア１４が回転する。第２のギア１４が回転すると、第３のギア１５′も挿通軸１８と共に回転する。

第３のギア１５′と変速機２１の支軸２３′の一端側に取り付け固定された第４のギア１６′とには第２のチェーンＣ２が架け渡されているため、第２のチェーンＣ２の回転移動に伴って第４のギア１６′も支軸２３′と共に回転する。これに伴い、変速機２１の支軸２３′の他端側に取り付けられた第４のギア１６″も支軸２３′と共に回転する。第４のギア１６″と発電用モータ２２の回転軸２４とには第３のチェーンＣ３が架け渡されているため、第２のチェーンＣ２の回転移動に伴って第３のチェーンＣ３も回転移動が変速される。この結果、ペダル７ａ、７ｂを漕いだときの可変機構９ａ′、９ｂ′の回転に伴う支持軸８の回転が発電用モータ２２の回転軸２４を変速するように伝達されて発電可能な状態になる。

実施例２に係る駆動補助装置を適用した発電機においても、図６を参照して説明したように、ペダル７ａ、７ｂを漕ぐと、可変機構９ａ′、９ｂ′及びガイド部材１０ａ、１０ｂが協働するクランク機構の機能で力のモーメントが作用する。この結果、ペダル７ａ、７ｂを漕ぐ足の負担を少なくして十分に変速機２１の支軸２３′へ駆動補助できる。これにより、発電用モータ２２の回転軸２４を変速させての発電力を制御することができる。

因みに、変速機２１については、上述した通り、増速機と減速機とがあるが、発電用モータ２２の回転軸２４を変速させての発電力をどのように取得するかは発電機の種類に応じて採択を行えば良いものである。一般に発電力を抑制したい場合には減速機を使用し、発電力を向上させたい場合には増速機を使用すれば良い。実施例２に係る駆動補助装置の場合には、変速機２１として増速機を使用するのが好適である。

その他、実施例２に係る駆動補助装置の場合には、各ギアの大小の相違や種類が多く、ペダル７ａ、７ｂを漕ぐ力に合わせた変更調整を行うことができるので、これも発電力の制御に寄与する。増速機は比較的高価であるため、仮に搭載しない場合には減速機を使用して各ギアの大小の種類の組み合わせを工夫しても良い。こうした場合にも有効に発電することができる。

尚、本発明は上述した各実施例に限定されず、その技術的要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。上記各実施例は、好適な例を示したものであるが、当業者であれば、開示した内容から様々な変形例を実現することが可能であるが、これらは添付した特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。例えば基体（フレーム）を二股に分かれる分岐タイプとすれば、各実施例に係る駆動補助装置の要部、ガイド部材１０ａ、１０ｂと可変機構９ａ、９ｂや可変機構９ａ′、９ｂ′の一部について、可動部位の動作を妨げないように分岐部分の内側に配備するように変形することも可能である。

本発明の駆動補助装置は、行楽地や公園の湖沼・池等で使用される足漕ぎボート、行楽地や遊園地、或いは農業施設や遊戯場等に設置される人力車、リアカー、足漕ぎ遊具等に適用することができる。

１ａ、１ａ′ ヘッドチューブ
１ｂ トップチューブ
１ｃ ダウンチューブ
１ｄ シートチューブ
１ｅ、１ｅ′ シートステー
１ｆ、１ｆ′ チェーンステー
１ｇ 前脚
１ｈ 後脚
２ ハンドルバー
２′ ハンドル
３ サドル
４ フロントサスペション
５ 前車輪
５ａ、６ａ リム
５ｂ、６ｂ タイヤ
６ 後車輪
７ａ、７ｂ ペダル
８ 支持軸
９ａ、９ａ′、９ｂ、９ｂ′ 可変機構
９ａ‐１、９ｂ‐１、９ａ′‐１、９ｂ′‐１ 板状片
９ａ‐２、９ｂ‐２、９ａ′‐２、９ｂ′‐２ 可動片
１０ａ、１０ｂ ガイド部材
１１ａ、１１ｂ 環状ガイド溝
１２ａ、１２ｂ コロ
１３ 第１のギア
１４ 第２のギア
１５ 第３のギア
１６、１６′、１６″ 第４のギア
１７ 第５のギア
１８ 挿通軸
１９ａ、１９ｂ ラック・アンド・ピニオン
２０ａ、２０ｂ 固定片
２１ 変速機
２２ 発電用モータ
２３、２３′ 支軸
２４ 回転軸
２５ 錘
２６ 長穴
２７ ピン状突起
Ｃ１ 第１のチェーン
Ｃ２ 第２のチェーン
Ｃ３ 第３のチェーン
Ｄ１、Ｄ２ 補強部材
ＧＯ 外ガイド部材
Ｌ ランド部
ＬＢ 補強基板
ＬＨ 軸穴
Ｔ タップ
Ｖ スライド溝

Claims (5)

1. 基体に対して回転可能に支持される支持軸と、前記支持軸に回転力を付与するペダルと、前記支持軸と前記ペダルとが取り付けられて可動する際、当該支持軸と当該ペダルとの間の距離を変更可能にする可変機構と、前記支持軸を偏芯位置で挿通させて前記可変機構に対向するように前記基体に固定されたガイド部材と、前記支持軸の回転を被伝達部に伝達する伝達機構と、を備えた駆動補助装置であって、
   前記ガイド部材には、前記支持軸の周囲に非円形で環状に延びた環状ガイド溝が設けられ、
   前記可変機構は、前記環状ガイド溝の壁部に沿って移動可能な係合体を有し、
   前記環状ガイド溝は、前記基体における前方側に該当する箇所を鈍端、後方側に該当する箇所を鋭端とする歪円環形状であり、
   前記支持軸は、前記ガイド部材における前記環状ガイド溝の内側の前記鋭端側寄りの箇所で挿通されたことを特徴とする駆動補助装置。
2. 請求項１記載の駆動補助装置において、
   前記環状ガイド溝は、前記鈍端側の丸味が大きく、且つ当該鈍端側における上部の丸味は下部の丸味よりも小さくなっていることを特徴とする駆動補助装置。
3. 請求項１または２に記載の駆動補助装置において、
   前記可変機構は、前記ガイド部材に対向する一端側の板状片に前記支持軸が取り付け固定され、当該板状片のスライド溝に一部が係合されて当該ガイド部材に対向する他端側の可動片が当該板状片を挟む形状で当該スライド溝に沿って移動可能に当該板状片に対して結合され、当該可動片の外方他端側の箇所に軸芯回りに回転可能に前記ペダルが取り付けられ、当該支持軸と当該ペダルとの間に該当する当該可動片の内方一端側の箇所に前記係合体が取り付けられたことを特徴とする駆動補助装置。
4. 請求項１〜３の何れか１つに記載の駆動補助装置において、
   前記伝達機構は、前記支持軸に取り付け固定された第１のギアと、前記基体の前記ガイド部材よりも後方側に挿通して回転可能に取り付けられた挿通軸に取り付け固定された第２のギアと、前記第１のギア及び前記第２のギアに架け渡された第１のチェーンと、前記挿通軸に前記第２のギアと対向して取り付け固定された第３のギアと、前記被伝達部の支軸に取り付け固定された第４のギアと、前記第３のギア及び前記第４のギアに架け渡された第２のチェーンと、前記支軸に取り付けられて前記第２のチェーンの回転移動を変速する変速機と、を備えたことを特徴とする駆動補助装置。
5. 請求項４記載の駆動補助装置を適用した発電機であって、
   前記変速機は、前記支軸を中心軸とする増速機であり、
   前記第４のギアとの間で第３のチェーンが架け渡される第５のギアが回転軸に取り付け固定される発電手段を備えたことを特徴とする発電機。

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