JP6660642B1

JP6660642B1 - 自転車用動力伝達装置

Info

Publication number: JP6660642B1
Application number: JP2018186614A
Authority: JP
Inventors: 籠田　憲雄; 憲雄籠田
Original assignee: 籠田　憲雄; 憲雄籠田; テクノドリル株式会社
Priority date: 2018-10-01
Filing date: 2018-10-01
Publication date: 2020-03-11
Anticipated expiration: 2038-10-01
Also published as: JP2020055396A

Abstract

【課題】ペダルアームの長さを変えずペダルアームの回転を補助することにより推進力を増大させることを可能にした自転車用動力伝達装置を提供すること。【解決手段】スプロケット歯車２０と各ペダルアーム１０との間にペダル１２からの踏込力によって付勢力が蓄積される付勢部材５０が設けられ、各ペダルアーム１０を回転させてスプロケット歯車２０が回転する前に各ペダル１２と各ペダルアーム１０が所要角度範囲にわたって先行回転した後、付勢力が蓄積される方向の回転力が踏込力によって作用している範囲で、スプロケット歯車２０と各ペダル１２と各ペダルアーム１０が供回りし、各ペダル１２が上死点および下死点に到達した際に、付勢部材５０の付勢力により、スプロケット歯車２０が回転方向前方側に押し出されることを特徴とする自転車用動力伝達装置１００である。【選択図】図１

Description

本発明は自転車用動力伝達装置に関する。

電動機を搭載しない通常の自転車においては、推進力を得るためにペダルを漕ぐ必要がある。ペダルを踏み込む力を変えずに、ペダルを回転させることによって得られる推進力を大きくするための構成として、たとえば特許文献１（特開２００３−３１２５８１号公報）に示すようなものが提案されている。

特許文献１に開示されている自転車は、巡航運転モードのときはペダルの回転半径が小さく、負荷がかかる運転モードに入ると、ペダルの踏み込み力に応じてペダルの半径が自動的に伸長し、大きな推進力を得ることができるものである。

特開２００３−３１２５８１号公報（請求項１、図１２等）

特許文献１に開示されている自転車によれば、ペダルを漕ぐ際に通常よりも大きい負荷がかかったときにペダルが取り付けられたペダルアームの長さが伸びることで、踏み込み力を変えずに大きな推進力を得ることができる点において好都合である。このように走行中の自転車においてペダルアームが伸びた状態でさらに推進力を大きくすべく、力を入れてペダルを漕ごうとすると、そのときの姿勢によっては自転車が傾き、ペダルやペダルアームが地面に接触してしまうおそれがあり、危険が伴うといった課題を有している。

そこで本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、ペダルアームの長さを変えずペダルアームの回転を補助することにより推進力を増大させることを可能にした自転車用動力伝達装置を提供することにある。

上記目的を達成するため発明者が鋭意研究した結果、以下の構成に想到した。すなわち本発明は、自転車のフレームに回転可能に枢着され、先端にペダルが設けられている左右のペダルアームの回転によって回転するスプロケット歯車と、前記自転車の後輪の回転軸に枢着された従動スプロケット歯車との間で掛け渡されているチェーンによって前記後輪を回転させる自転車用動力伝達装置において、各前記ペダルアームは長手方向において２分割されていて、第１分割ペダルアームの先端には前記ペダルが取り付けられていると共に基部が前記スプロケット歯車に回動可能に取り付けられていて、第２分割ペダルアームの基部は前記スプロケット歯車と共に前記フレームに回転可能に枢着されていて、前記第１分割ペダルアームの基部と前記第２分割ペダルアームの先端は、少なくとも一方が各前記ペダルアームの長手方向の中心線に対してスラッシュカットされたスラッシュカット部に形成されていると共に、前記スラッシュカット部により形成される前記第１分割ペダルアームと前記第２分割ペダルアームとの離間部のうち離間距離が大きい幅広離間部が各前記ペダルアームの回転方向の側に位置していて、前記第１分割ペダルアームおよび前記第２分割ペダルアームには、前記第１分割ペダルアームが前記第２分割ペダルアームに対して回動することにより付勢力が蓄積される付勢部材が設けられていて、各前記ペダルから踏込力が入力されると、各前記ペダルと外側の各前記第１分割ペダルアームが各前記第２分割ペダルアームに対して先行して回動して前記付勢部材に前記付勢力を蓄えさせた後、各前記ペダルと各前記第１分割ペダルアームと各前記第２分割ペダルアームが前記スプロケット歯車と供回りし、各前記ペダルが上死点および下死点に到達した際に、前記付勢部材の前記付勢力により、前記スプロケット歯車が回転方向前方側に押し出されることを特徴とする自転車用動力伝達装置である。

これにより、ペダルアームの長さを変えることなく、ペダルアームの回転を補助することにより推進力を増大させる自転車用動力伝達装置の提供が可能になる。このように走行中のペダルアームの長さが変わらないので、自転車を傾けた状態にしてもペダルやペダルアームの地面との接触を防止することができ安全である。

本発明にかかる自転車用動力伝達装置の構成を採用することにより、ペダルアームの長さを変えることなく、ペダルアームの回転を付勢部材による付勢力によって補助することで推進力を増大させることができる。走行中のペダルアームの長さが変わらない構成により、ペダルに入力する踏込力を増大しようとして自転車を傾けた状態にしても、ペダルやペダルアームの地面との接触を防止することができ安全である。

第１参考実施形態における自転車用動力伝達装置の概略構成を示す要部正面図である。図１に示す状態からペダルを漕いで付勢部材に付勢力を蓄えさせた状態を示す自転車用動力伝達装置の要部正面図である。図２に示す状態からペダルを下死点に到達させた直後における状態を示す自転車用動力伝達装置の要部正面図である。第２参考実施形態における自転車用動力伝達装置の要部概略構成図である。第１実施形態における自転車用動力伝達装置の要部概略構成図である。図５に示す状態からペダルを漕いで付勢部材に付勢力を蓄えさせた状態を示す自転車用動力伝達装置の要部正面図である。図６に示す状態からペダルを下死点に到達させた直後における状態を示す自転車用動力伝達装置の要部正面図である。

以下、本発明にかかる自転車用動力伝達装置の実施形態について説明する。

（第１参考実施形態）
図１は、本実施形態における自転車用動力伝達装置の概略構成を示す要部正面図である。本実施形態における自転車用動力伝達装置１００は、自転車のフレームＦＲに回転可能に枢着された左右のペダルアーム１０およびスプロケット歯車２０と、自転車の後輪の回転軸に回転可能に枢着された従動スプロケット歯車３０と、スプロケット歯車２０と従動スプロケット歯車３０に掛け渡されたチェーン４０と、スプロケット歯車２０に取り付けられた付勢部材５０を具備している。

左右のペダルアーム１０の先端にはペダル１２が回転可能に取り付けられていて、自転車のフレームＦＲへの枢着部分を回転の中心とした際に１８０°の位相となるように設けられている。本実施形態における左右のペダルアーム１０は自転車のフレームＦＲへの枢着部分を回転の中心として、スプロケット歯車２０とは独立に回転する。左右のペダルアーム１０の長さ方向中途位置には、付勢部材５０との当接部になる当接体１４が取り付けられている。当接体１４は左右のペダルアーム１０の回転方向前方側の面に取り付けられている。図１には当接体１４として左右それぞれのペダルアーム１０からスプロケット歯車２０に向けて延びる平板を用いているが、付勢部材５０の一方の端部を所要高さ範囲で進入させることができる有底筒体に形成することもできる。

本実施形態におけるスプロケット歯車２０には、自転車のフレームＦＲへのスプロケット歯車２０の枢着部から所定距離の位置（左右のペダルアーム１０に取り付けた当接体１４の位置に対応する位置）に付勢部材５０を保持する付勢部材保持体５２が固定されている。本実施形態における付勢部材保持体５２は、左右それぞれのペダルアーム１０とスプロケット歯車２０との間の位置に取り付けられているが、左右それぞれのペダルアームの回転領域内に取り付けることもできる。ここでは付勢部材保持体５２として鉄筋棒を用い鉄筋棒をスプロケット歯車２０に溶接した形態を採用している。本実施形態においては、付勢部材５０として弦巻ばねを用いた。このように付勢部材５０は、スプロケット歯車２０と左右のペダルアーム１０との間の位置において伸縮方向がスプロケット歯車２０の回転方向の接線と平行になる配置で付勢部材保持体５２に保持されている。

自転車の後輪の回転軸は従動スプロケット歯車３０と共に自転車のフレームＦＲに回転可能に枢着されていて、スプロケット歯車２０と従動スプロケット歯車３０との間にはチェーン４０が掛け渡されている。このような状態において左右のペダルアーム１０に踏込力を入力することで図１中に示した矢印方向に回転させると、当接体１４が付勢部材５０に当接するまでの間は、スプロケット歯車２０が回転する前に左右のペダルアーム１０とペダル１２のみが所要角度範囲にわたって先行回転する。図２に示すように当接体１４が付勢部材５０に当接し、付勢部材５０を圧縮させる方向の回転力が踏込力によって作用している範囲（付勢力を蓄えさせた状態が維持されている範囲）において、スプロケット歯車２０とペダル１２とペダルアーム１０が供回りする。これによりチェーン４０がスプロケット歯車２０と従動スプロケット歯車３０との間で循環移動し、チェーン４０により従動スプロケット歯車３０を従動回転させて自転車の後輪が回転する（自転車に推進力が付与される）ことになる。

そして図３に示すように、左右のペダルアーム１０のいずれか一方が上死点または下死点に到達すると、左右のペダルアーム１０の当接体１４による付勢部材５０の圧縮が解除され、付勢部材５０に蓄積されていた付勢力が解放されることになる。すなわち、スプロケット歯車２０は左右のペダルアーム１０から離反し、回転方向前方側に押し出されることになる。この状態においては、左右のペダルアーム１０はスプロケット歯車２０に対してフリーの状態になっているので、左右のペダルアーム１０を上死点または下死点から回転方向前方に移動させる際は負荷のない状態になっている。これにより左右のペダルアーム１０を上死点または下死点から速やかに移動させることができ、左右のペダルアーム１０の回転動作が早まるので、自転車への動力伝達を効率的に行うことが可能になる。

（第２参考実施形態）
図４は、第２参考実施形態における自転車用動力伝達装置の概略構成を示した正面図である。本実施形態において第１参考実施形態と共通する構成については、第１参考実施形態で用いた符号を用いることにより、ここでの詳細な説明は省略する。

本実施形態における自転車用動力伝達装置１００は、付勢部材５０の取り付け構造が第１参考実施形態と異なっている。本実施形態においては、スプロケット歯車２０と平行に設けられると共にスプロケット歯車２０と供回りする板状部材６０を有している。付勢部材５０としてはコイルばねが用いられていて、付勢部材５０はコイルばねの径方向でスプロケット歯車２０および板状部材６０の板厚方向を貫通する配置で取り付けられている。本実施形態においては、板状部材６０を図４に示すように円板としているが、板状部材６０は矩形板等の円板以外の板状部材６０を採用することもできる。

本実施形態においてはスプロケット歯車２０および板状部材６０の周方向に沿って３箇所に均等間隔で付勢部材５０が設けられている。付勢部材５０のうちの一つは、左右のいずれかのペダルアーム１０の位置に位置合わせされた状態で設けておくことが好ましい。スプロケット歯車および板状部材６０には付勢部材５０の配設箇所に貫通孔７０が形成されていて、貫通孔７０には付勢部材５０を保持する付勢部材保持体としてのキャップ体７２が取り付けられている。このキャップ体７２により付勢部材５０の第１端部がスプロケット歯車２０と板状部材６０に取り付けられている。

ペダルアーム１０の位置に位置合わせされている付勢部材５０は、一方の端部をキャップ体７２に固定し、他方の端部には左右のペダルアーム１０の当接体１４に当接・係合し、貫通孔７０内で移動する係合体７４が取り付けられている。係合体７４は貫通孔７０から脱落しないように貫通孔７０に設けられている。この係合体７４により付勢部材５０の第２端部がペダルアーム１０（当接体１４）に当接可能になっている。その他の貫通孔７０においては、貫通孔７０からの付勢部材５０の落下を防止する落下防止体７６が取り付けられている。このように付勢部材５０をキャップ体７２に収容した状態にすることで、付勢部材５０がスプロケット歯車２０および板状部材６０から脱落することを防止している。なお、付勢部材５０の第１端部に相当するキャップ体７２は付勢部材５０の第２端部に相当する係合体７４よりもスプロケット歯車２０の順方向における回転方向前方側に位置するように設けられている。

本実施形態における左右のペダルアーム１０も先の実施形態と同様に、スプロケット歯車２０とは独立に回転可能である。よって、左右のペダルアーム１０に踏込力を入力すると、左右のペダルアーム１０の当接体１４が係合体７４に当接・係合するまでの間、左右のペダルアーム１０はペダル１２と共に単独で回動する。左右のペダルアーム１０の当接体１４が係合体７４に当接・係合した後、さらに回動を続けると、左右のペダルアーム１０の当接体１４により係合体７４が貫通孔７０内で付勢部材５０を圧縮させる方向に移動する。これにより付勢部材５０は圧縮された状態となり、付勢部材５０が限界まで圧縮されると、左右のペダルアーム１０とペダル１２は板状部材６０およびスプロケット歯車２０と供回りする。これにより、チェーン４０がスプロケット歯車２０と従動スプロケット歯車３０との間で循環移動し、自転車の後輪に駆動力が伝達されることになる。

本実施形態においては、付勢部材５０と位置合わせされている左右のペダルアーム１０におけるペダル１２の一方が上死点または下死点に到達すると、第１参考実施形態と同様に、付勢部材５０に蓄積されていた付勢力によりスプロケット歯車２０（および板状部材６０）が左右のペダルアーム１０から離反し、スプロケット歯車２０の回転方向前方側に送り出される。そして、本実施形態においては、複数の付勢部材５０が設けられているので、第１参考実施形態に比較してスプロケット歯車２０に作用する付勢力を大きくすることができ、かつ、スプロケット歯車２０の送り出しを滑らかにすることができる点で好都合である。

（第３参考実施形態）
本実施形態における自転車用動力伝達装置１００の構成は第２参考実施形態の変形例である。本実施形態における自転車用動力伝達装置１００は、左右いずれかのペダルアーム１０とスプロケット歯車２０が直結されて供回りし、板状部材６０が左右のペダルアーム１０とスプロケット歯車２０に対して独立に回転する構成を採用している。その他の構成は、第２参考実施形態と同様であるため、第２参考実施形態で用いた符号を付すことによりそれらの構成についての説明を省略している。

本実施形態においては、スプロケット歯車２０に周方向が長手方向となるように形成した貫通孔７０の一方の端部に付勢部材５０の第１端部が取り付けられている。ここではキャップ体７２を用いて付勢部材５０の第１端部をスプロケット歯車２０に固定している。ここで、貫通孔７０の長さは、付勢部材５０の伸縮方向における長さよりも長く形成されていて、付勢部材５０の第２端部が係合体７４に収容された状態で貫通孔７０内において伸縮可能に設けられている。本実施形態においても貫通孔７０の長手方向には付勢部材５０の落下を防止する落下防止体７６が設けられている。ここでも、付勢部材５０の第１端部であるキャップ体７２は付勢部材５０の第２端部である係合体７４よりもスプロケット歯車２０の順方向における回転方向前方側に配置されている。

本実施形態においては、ペダルアーム１０に踏込力を加えてペダルアーム１０を順方向に回転させると、ペダルアーム１０に設けた当接体１４が板状部材６０にも形成されている貫通孔７０を貫通して係合体７４と係合し、付勢部材５０を圧縮させる。貫通孔７０において付勢部材５０が限界まで圧縮されると、スプロケット歯車２０は、付勢部材５０の付勢力を蓄積した状態でペダルアーム１０と板状部材６０の回転方向に供回りし、従動スプロケット歯車３０との間でチェーン４０を循環移動させて、自転車に駆動力を伝達する。左右いずれかのペダルアーム１０が下死点または上死点に到達すると、付勢部材５０を圧縮させる方向の踏込力が作用しなくなるので、付勢部材５０に蓄積されていた付勢力によりスプロケット歯車２０が順方向の回転方向前方側に押し出され、下死点から上死点に向けて、または、上死点から下死点に向けての踏込力ペダル１２に加える際の抵抗が大幅に低減され、ペダル１２への踏込力の伝達が容易に行うことができる。

（第１実施形態）
図５は第１実施形態における自転車用動力伝達装置の概略構成を示した正面図である。本実施形態において第１参考実施形態〜第３参考実施形態と共通する構成については、それらにおける符号を用いることにより、ここでの詳細な説明は省略する。

本実施形態における左右のペダルアーム１０は長手方向において２分割された先端側（外側）の第１分割ペダルアーム１０Ａと基部側の第２分割ペダルアーム１０Ｂにより構成されている。第１分割ペダルアーム１０Ａの基部側と第２分割ペダルアーム１０Ｂの先端側はそれぞれ、ペダルアーム１０の長手方向の中心線に対してスラッシュカットされたスラッシュカット部１０Ｃに形成されている。第２分割ペダルアーム１０Ｂは、スプロケット歯車２０と共に自転車のフレームＦＲに回転可能に枢着されている。

第２分割ペダルアーム１０Ｂのスラッシュカット部１０Ｃと第１分割ペダルアーム１０Ａのスラッシュカット部１０Ｃを対向させて互いを離間させた状態で配し、スラッシュカット部１０Ｃどうしの離間部のうち離間距離が大きい幅広離間部１０Ｄが左右のペダルアーム１０の回転方向の前方側になるようにしている。そして第１分割ペダルアーム１０Ａは回転軸１０Ｅを回転の中心としてスプロケット歯車２０に対して回動可能に枢着されている。

第１分割ペダルアーム１０Ａと第２分割ペダルアーム１０Ｂには第１分割ペダルアーム１０Ａが第２分割ペダルアーム１０Ｂに対して回動することにより付勢力が蓄積される付勢部材５０が設けられている。本実施形態においては付勢部材５０としてねじりコイルばねが好適に用いられる。

図６に示すようにペダル１２に踏込力を使用者の左足で入力すると、第１分割ペダルアーム１０Ａのスラッシュカット部１０Ｃと第２分割ペダルアーム１０Ｂのスラッシュカット部１０Ｃどうしが当接するまで第１分割ペダルアーム１０Ａがペダル１２と共に第２分割ペダルアーム１０Ｂに対して回転軸１０Ｅ周りに回動し、付勢部材５０に付勢力を蓄積させた状態になる。この状態で引き続きペダル１２に左足で踏込力を作用させることで、付勢部材５０に付勢力を蓄積させた状態で第１分割ペダルアーム１０Ａによりスプロケット歯車２０を回転させ、従動スプロケット歯車３０との間でチェーン４０を循環移動させて自転車の後輪を回転させる。

第１分割ペダルアーム１０Ａのペダル１２の位置が図７に示すように下死点に到達すると、蓄積されていた付勢部材５０の付勢力が解放され、スプロケット歯車２０が回転方向前方側に押し出されることになる。第２分割ペダルアーム１０Ｂはスプロケット歯車２０と供回りする状態で固定されているので、第１分割ペダルアーム１０Ａと第２分割ペダルアーム１０Ｂのスラッシュカット部１０Ｃは互いに離反した状態に戻る。そして、下死点を過ぎてスプロケット歯車２０を回転させる際には、もう一方のペダルアーム１０において、右足でペダル１２から踏込力を入力する際は、きわめて小さい力で第１分割ペダルアーム１０Ａと第２分割ペダルアーム１０Ｂのスラッシュカット部１０Ｃどうしを当接させた状態にすることができ、自転車の後輪に駆動力を効率的に伝達することができる。このような第１分割ペダルアーム１０Ａと第２分割ペダルアーム１０Ｂの動作は上死点においても下死点と同様の動作をすることができる。

以上に本発明にかかる自転車用動力伝達装置１００について複数の実施形態に基づいて説明したが、本発明は以上の実施形態に限定されるものではない。例えば第１参考実施形態においては、付勢部材５０を保持する付勢部材保持体５２として鉄筋棒を用いているが、他の手段により付勢部材５０を保持させた形態を採用することもできる。スプロケット歯車２０の表面に直接付勢部材５０を取り付け、付勢部材保持体５２の構成を省略することもできる。

また、第２参考実施形態においては、付勢部材５０を板状部材６０の周方向に沿って３か所に配設した形態について説明しているが、左右のペダルアーム１０の位置に位置合わせした２箇所に付勢部材５０を配する形態を採用することもできる。

また、第３参考実施形態においては、ペダルアーム１０に設けた当接体１４で付勢部材５０の第２端部である係合体７４に当接・係合させる構成について説明したが、板状部材６０のスプロケット歯車２０側の面に係合体７４との係合部を設ける形態にすることもできる。この形態を採用することにより、貫通孔７０はスプロケット歯車２０と板状部材６０の両者についてそれぞれ板厚方向に貫通させる必要がなくなり、スプロケット歯車２０の板厚のみを貫通する貫通孔７０にすることができる。

また、第１実施形態においては、第１分割ペダルアーム１０Ａの基部側と第２分割ペダルアーム１０Ｂの先端側のそれぞれをスラッシュカット部１０Ｃに形成しているが、いずれか一方のみにスラッシュカット部１０Ｃを形成するようにしてもよい。

さらには、以上に説明した各実施形態と、上記変形例における任意の構成どうしを適宜組み合わせた形態であっても本発明の技術的範囲に属するものである。

１０ペダルアーム，
１０Ａ第１分割ペダルアーム，１０Ｂ第２分割ペダルアーム，
１０Ｃスラッシュカット部，１０Ｄ幅広離間部，１０Ｅ回転軸，
１２ペダル，１４当接体，
２０スプロケット歯車，
３０従動スプロケット歯車，
４０チェーン，
５０付勢部材，５２付勢部材保持体，
６０板状部材，
７０貫通孔，７２キャップ体，７４係合体，７６落下防止体，
１００自転車用動力伝達装置，
ＦＲ自転車のフレーム

Claims

自転車のフレームに回転可能に枢着され、先端にペダルが設けられている左右のペダルアームの回転によって回転するスプロケット歯車と、前記自転車の後輪の回転軸と共に前記自転車のフレームに枢着された従動スプロケット歯車との間で掛け渡されているチェーンによって前記後輪を回転させる自転車用動力伝達装置において、
各前記ペダルアームは長手方向において２分割されていて、
第１分割ペダルアームの先端には前記ペダルが取り付けられていると共に基部が前記スプロケット歯車に回動可能に取り付けられていて、
第２分割ペダルアームの基部は前記スプロケット歯車と共に前記フレームに回転可能に枢着されていて、
前記第１分割ペダルアームの基部と前記第２分割ペダルアームの先端は、少なくとも一方が前記ペダルアームの長手方向の中心線に対してスラッシュカットされたスラッシュカット部に形成されていると共に、前記スラッシュカット部により形成される前記第１分割ペダルアームと前記第２分割ペダルアームとの離間部のうち離間距離が大きい幅広離間部が前記ペダルアームの回転方向の側に位置していて、
前記第１分割ペダルアームおよび前記第２分割ペダルアームには、前記第１分割ペダルアームが前記第２分割ペダルアームに対して回動することにより付勢力が蓄積される付勢部材が設けられていて、
各前記ペダルから踏込力が入力されると、各前記ペダルと外側の前記第１分割ペダルアームが前記第２分割ペダルアームに対して先行して回動して前記付勢部材に前記付勢力を蓄えさせた後、各前記ペダルと各前記第１分割ペダルアームと各前記第２分割ペダルアームが前記スプロケット歯車と供回りし、各前記ペダルが上死点および下死点に到達した際に、前記付勢部材の前記付勢力により、前記スプロケット歯車が回転方向前方側に押し出されることを特徴とする自転車用動力伝達装置。