JP7334023B1 - 自転車のチェーン駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】クランク軸の回転方向が正逆いずれの場合でも、後輪に駆動力を伝達することが可能な自転車のチェーン駆動機構において、公知の外装変速機の使用を選択可能とする。【解決手段】自転車のクランク軸１２と同軸回転し、クランク軸１２に作用するトルクを正転方向にのみ伝達する主フリーホイール１４、主フリーホイール１４と同軸上に並設され、クランク軸１２に作用するトルクを逆転方向にのみ伝達する副フリーホイール１６、副フリーホイール１６の周囲に回転可能に設けられたアイドラー１８、自転車の後輪と同軸回転するスプロケット２０、クランク軸２０の回転方向にかかわらず、主フリーホイール１４が副フリーホイール１６に対して常に逆向きに相対回転し、スプロケット２０が常に正転方向へ回転するように、主フリーホイール１４、アイドラー１８、副フリーホイール１６およびスプロケット２０の各々に掛けられたチェーン２６を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、自転車の駆動機構に関し、特に、チェーンを介して後輪に駆動力を伝達する自転車のチェーン駆動機構に関する。

広く一般に普及している自転車の駆動装置は、クランク機構とチェーン・スプロケット機構を組み合わせた構成のものがほとんどである。この種の駆動装置では、左右のクランクの回転に伴って周回するチェーンを介して後輪に駆動力が伝達される。

一般的な自転車は、後輪にフリーホイールが組み込まれており、左右のクランクが正転するときのみ、後輪の車輪軸にトルクが伝達されるように構成されている。一方、特許文献１には、クランクが正転するときは勿論、逆転するときにも、後輪に駆動力が伝達される自転車のチェーン駆動機構が開示されている。

実全昭５６－１３６８７７号公報

特許文献１に開示された自転車のチェーン駆動機構では、後輪のハブに２個のフリーホイールが設けられている。フリーホイールの下方にはアイドラーが設けられており、このアイドラーを経由して、それぞれのフリーホイールの上側のギヤ部分にチェーンが掛けられている。これにより、クランクの回転に伴ってチェーンが正逆いずれの方向へ周回しても後輪が正転する方向にトルクが作用するようになっている。

上記構成からなる自転車のチェーン駆動機構によれば、クランクを正逆どちらの方向へ回転させても自転車を前進させることができるので、上り坂の走行が楽になったり、始動時にペダルの踏み出し位置を気にする必要がなくなったりするなど種々の利点が得られる。ところが、上記構成で変速を行う場合、２個のフリーホイールそれぞれの上側のギヤ部分にチェーンを掛け変える必要があるため、広く一般に普及している公知の外装変速機を使用することができない。

上記した課題に鑑み、本発明は、クランク軸の回転方向が正逆いずれの場合でも、後輪に駆動力を伝達することが可能な自転車のチェーン駆動機構において、公知の外装変速機の使用を選択可能とすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る自転車のチェーン駆動機構は、自転車のクランク軸と同軸回転し、当該クランク軸に作用するトルクを正転方向にのみ伝達する主フリーホイールと、前記主フリーホイールと同軸上に並設され、前記クランク軸に作用するトルクを逆転方向にのみ伝達する副フリーホイールと、前記副フリーホイールの周囲に回転可能に設けられたアイドラーと、前記自転車の後輪と同軸回転するスプロケットと、前記クランク軸の回転方向にかかわらず、前記主フリーホイールが前記副フリーホイールに対して常に逆向きに相対回転し、前記スプロケットが常に正転方向へ回転するように、前記主フリーホイール、前記アイドラー、前記副フリーホイールおよび前記スプロケットの各々に掛けられたチェーンと、を備えることを特徴とする。

さらに、前記スプロケットの下方にそれぞれ回転可能に設けられたテンションプーリとガイドプーリとを含むリアディレーラを備え、前記テンションプーリおよび前記ガイドプーリを経由して前記スプロケットに前記チェーンが掛けられていることを特徴とする。

また、前記スプロケットは、同軸上に並設された歯数が異なる複数枚のギヤを含み、前記複数枚のギヤのうちの一つに前記チェーンが掛けられていることを特徴とする。

上記構成を有する自転車のチェーン駆動機構によれば、クランク軸の回転方向にかかわらず、主フリーホイールが副フリーホイールに対して常に逆向きに相対回転し、スプロケットが常に正転方向へ回転するようにチェーンが掛けられているため、クランク軸が正逆いずれの方向へ回転しても、後輪に駆動力を伝達することができる。このとき、チェーンは常に同じ方向へ周回することとなり、後輪周辺の構成自体は広く一般に普及している既存の自転車と同じであるため、公知の外装変速機の使用を選択することが可能となっている。

実施形態に係る自転車のチェーン駆動機構の概略構成を示す側面図である。 実施形態に係る自転車のチェーン駆動機構の主要部分を示す拡大側面図である。

以下、本発明に係る自転車のチェーン駆動機構（以下、単に「駆動機構」という。）の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

実施形態に係る駆動機構１０は、一般的な自転車の駆動装置に用いられる基本的な構成部品を一部追加・変更し、その部品を取り付ける態様に工夫を凝らしたものである。なお、図１および図２では、駆動機構１０の主要部分を概略的に拡大して示しており、一般的な自転車の駆動装置に用いられる基本的な構成部品の図示は省略している。

図１に示すように、駆動機構１０は、クランク軸１２を含む。クランク軸１２は、自転車のフレーム（不図示）下部に固定されるボトムブラケット（不図示）の内部にベアリング（不図示）を介して軸支されている。クランク軸１２の左右両端部にはクランク（不図示）がそれぞれ固定されている。左右のクランクぞれぞれの先端部にはペダル（不図示）が軸支されている。また、右側のクランクの基端部には主フリーホイール１４および副フリーホイール１６が並設されている。

主フリーホイール１４は、クランク軸１２と同軸上に取り付けられている。主フリーホイール１４とクランク軸１２との間には公知のラチェット機構（不図示）が設けられており、トルクを一方向にのみ伝達するように構成されている。本例では、主フリーホイール１４がクランク軸１２と正転方向（図１では時計方向）へ同軸回転するときのみ、クランク軸１２に作用するトルクが伝達されるように構成されている。

主フリーホイール１４に隣接して、副フリーホイール１６が同軸上に並設されている。副フリーホイール１６とクランク軸１２との間にも公知のラチェット機構（不図示）が設けられており、トルクを一方向にのみ伝達するように構成されている。本例では、副フリーホイール１６がクランク軸１２と逆転方向（図１では反時計方向）へ同軸回転するときのみ、クランク軸１２に作用するトルクが伝達されるように構成されている。

このように、本例では、クランク軸１２の軸方向中央側（内側）に主フリーホイール１４が、軸方向端部側（外側）に副フリーホイール１６が配置されている。なお、本例において、副フリーホイール１６には主フリーホイール１４よりも小径のものが採用されているが、副フリーホイール１６は主フリーホイール１４と同径であっても構わない。

副フリーホイール１６の下方には、アイドラー１８が設けられている。アイドラー１８は、自転車のフレーム（不図示）下部に回転自在に支持されている。アイドラー１８は、クランク軸１２とほぼ平行な軸回りに回転するように構成されているが、主フリーホイール１４と副フリーホイール１６の間隔の大きさ等に応じて、クランク軸１２に対して回転軸を適当に傾斜させた形態で取り付けるようにしてもよい。

主フリーホイール１４および副フリーホイール１６の後方には、自転車の後輪（不図示）と同軸回転するスプロケット２０が設けられている。後輪の車輪軸とスプロケット２０との間には、上記した主フリーホイール１４および副フリーホイール１６と同様に公知のラチェット機構が設けられており、トルクを一方向にのみ伝達するように構成されている。よって、後輪が前進回転する方向と同じ正転方向（図１では時計方向）へスプロケット２０が回転するときのみ、後輪の車輪軸にトルクが伝達されるように構成されている。

スプロケット２０は、いわゆる多段スプロケットであり、図１では図示を省略しているが、同軸上に並設された歯数が異なる複数枚のギヤを含む。これら複数枚のギヤは、後輪側へ近づくにつれて径が大きいギヤが配置されており、すべてのギヤが一体的に同心回転するように構成されている。

スプロケット２０の下方には、公知の外装変速機を構成するリアディレーラ（不図示）が設けられている。リアディレーラは、シフター（不図示）の操作によって、変速のためにスプロケット２０の各ギヤ間で後述するチェーン２６を移動させる。リアディレーラは、テンションプーリ２２とガイドプーリ２４とを含む。テンションプーリ２２とガイドプーリ２４は、ディレーラ本体にそれぞれ回転可能に支持されている。

上記のとおり、駆動機構１０は、駆動側（フロント側）に２つのフリーホイール１４，１６とアイドラー１８、従動側（リア側）にスプロケット２０、テンションプーリ２２およびガイドプーリ２４の合計６つの伝動ギヤを有する構成となっている。これら６つの伝動ギヤの各々には、無端状をしたチェーン２６が掛けられている。

チェーン２６は、以下のような態様の取り回しで、６つの伝動ギヤ各々に掛けられている。このチェーン２６の取り回しの態様について、図１および図２を参照しながら具体的に説明する。

チェーン２６は、主フリーホイール１４の上側ギヤ部分から前側ギヤ部分に掛けられてアイドラー１８の前側ギヤ部分まで掛け渡され、アイドラー１８の後側ギヤ部分まで折り返されている。折り返されたチェーン２６は、副フリーホイール１６の前側ギヤ部分から上側ギヤ部分に掛けられて、テンションプーリ２２の下側ギヤ部分へと掛け渡されている。さらに、テンションプーリ２２の上側ギヤ部分まで折り返されたチェーン２６は、ガイドプーリ２４の前側ギヤ部分を経由してスプロケット２０（複数枚のギヤのうちの一つ）の後側ギヤ部分から上側ギヤ部分に掛けられて、主フリーホイール１４の上側ギヤ部分へと掛け渡されている。

このような取り回しで、上記した６つの伝動ギヤ各々に掛けられたチェーン２６は、クランク軸１２の回転方向にかかわらず、主フリーホイール１４が副フリーホイール１６に対して常に逆向きに相対回転し、スプロケット２０が常に正転方向へ回転するように、常に同じ方向へ周回移動を繰り返すこととなる。このような駆動装置１０の動作について、図面を参照しながら具体的に説明する。

まずは、クランク軸１２が正転方向へ回転する場合の動きを説明する。

クランク軸１２が正転方向へ回転すると、主フリーホイール１４もクランク軸１２と同軸回転する。このとき、クランク軸１２に作用するトルクが伝達されるので、主フリーホイール１４の上側ギヤ部分より後方にあるチェーン２６は前方へ引っ張られ、主フリーホイール１４の前側ギヤ部分からアイドラー１８側へと移動する。このチェーン２６の移動に伴い、アイドラー１８は正転方向（時計方向）へ従動回転しながらチェーン２６を副フリーホイール１６の前側ギヤ部分へ案内する。

上記したチェーン２６の移動に伴い、副フリーホイール１６はクランク軸１２の回転方向とは反対の逆転方向へ回転することとなるが、この副フリーホイール１６の回転にはクランク軸１２に作用するトルクが伝達されない。したがって、この場合、副フリーホイール１６は、チェーン２６をテンションプーリ２２へ案内する第２のアイドラーとして機能することとなる。

テンションプーリ２２、ガイドプーリ２４を経由してスプロケット２０へと案内されたチェーン２６の移動によって、スプロケット２０が正転方向へ従動回転し、その結果、後輪の車輪軸にトルクが伝達されることとなる。そして、チェーン２６は、スプロケット２０を経由して再び主フリーホイール１４側へと移動する。このような一連の流れにより、チェーン２６が無端軌道で周回移動を繰り返すこととなる。

続いて、クランク軸１２が逆転方向へ回転する場合の動きを説明する。

クランク軸１２が逆転方向へ回転すると、主フリーホイール１４にはクランク軸１２に作用するトルクが伝達されず、副フリーホイール１６がクランク軸１２と同軸回転する。このとき、クランク軸１２に作用するトルクが伝達されるので、副フリーホイール１６に掛けられたチェーン２６が引っ張られ、テンションプーリ２２側へと移動する。そして、テンションプーリ２２、ガイドプーリ２４を経由してスプロケット２０へと案内されたチェーン２６の移動によって、スプロケット２０が正転方向へ従動回転し、その結果、後輪の車輪軸にトルクが伝達されることとなる。

チェーン２６は、その後、スプロケット２０から主フリーホイール１４の上側ギヤ部分、前側ギヤ部分を経由し、アイドラー１８側へと移動する。このチェーン２６の移動に伴い、主フリーホイール１４はクランク軸１２の回転方向とは反対の正転方向へ回転することとなるが、この主フリーホイール１４の回転にはクランク軸１２に作用するトルクが伝達されない。したがって、この場合、主フリーホイール１４は、チェーン２６をアイドラー１８へ案内する第３のアイドラーとして機能することとなる。

アイドラー１８へ案内されたチェーン２６は、再び副フリーホイール１６側へと移動する。このような一連の流れにより、チェーン２６が無端軌道で周回移動を繰り返すこととなる。

このように、実施形態に係る駆動機構１０によれば、クランク軸１２の回転方向にかかわらず、主フリーホイール１４が副フリーホイール１２に対して常に逆向きに相対回転し、スプロケット２０が常に正転方向へ回転するようにチェーン２６が掛けられているため、クランク軸１２が正逆いずれの方向へ回転しても、後輪に駆動力を伝達することができる。このとき、チェーン２６は常に同じ方向（図１において矢印で示す方向）へ周回移動することとなるので、後輪周辺の構成自体は広く一般に普及している既存の自転車と同じ形態で、公知の外装変速機の使用を選択することが可能となっているのである。

以上、本発明に係る自転車のチェーン駆動機構を実施形態に基づいて説明したが、本発明は、上記した形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下のように変形した形態で実施しても構わない。

＜変形例１＞
上記実施形態で説明したチェーンの取り回しの態様は一例にすぎず、別の態様であってもよい。例えば、副フリーホイールの周囲に設ける限り、アイドラーの配置や数は設計変更することが可能である。

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施できる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、何れかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。

１０ 自転車のチェーン駆動機構
１２ クランク軸
１４ 主フリーホイール
１６ 副フリーホイール
１８ アイドラー
２０ スプロケット
２２ テンションプーリ
２４ ガイドプーリ
２６ チェーン

Claims (3)

1. 自転車のクランク軸と同軸回転し、当該クランク軸に作用するトルクを正転方向にのみ伝達する主フリーホイールと、
   前記主フリーホイールと同軸上に並設され、前記クランク軸に作用するトルクを逆転方向にのみ伝達する副フリーホイールと、
   前記副フリーホイールの周囲に回転可能に設けられたアイドラーと、
   前記自転車の後輪と同軸回転するスプロケットと、
   前記クランク軸の回転方向にかかわらず、前記主フリーホイールが前記副フリーホイールに対して常に逆向きに相対回転し、前記スプロケットが常に正転方向へ回転するように、前記主フリーホイール、前記アイドラー、前記副フリーホイールおよび前記スプロケットの各々に掛けられたチェーンと、
   を備えることを特徴とする、自転車のチェーン駆動機構。
2. 前記スプロケットの下方にそれぞれ回転可能に設けられたテンションプーリとガイドプーリとを含むリアディレーラを備え、
   前記テンションプーリおよび前記ガイドプーリを経由して前記スプロケットに前記チェーンが掛けられている、請求項１に記載の自転車のチェーン駆動機構。
3. 前記スプロケットは、同軸上に並設された歯数が異なる複数枚のギヤを含み、
   前記複数枚のギヤのうちの一つに前記チェーンが掛けられている、請求項２に記載の自転車のチェーン駆動機構。