JPWO2018116452A1 - 回転伝達機構及びそれを備えた自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】 自転車のクランク軸等の回転軸に装着して使用される回転伝達機構であって、弾性変形部材を利用する第１の運転モードと弾性変形部材を利用しない第２の運転モードを切り替えることが可能な回転伝達機構を提供する。【解決手段】 回転伝達機構１は、外部回転部材４のカバー部４ｃの側方に、当該外部回転部材４に対して回転不能かつ接離可能に設けられたクラッチ板６を備えている。内部回転部材の凸部３ｂには、クラッチ板６との対向面に係合凸部８が形成されている。クラッチ板６には、外部回転部材４のカバー部４ｃに接近したときに内部回転部材の係合凸部８に対して回転不能に係合する係合孔が穿設されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、自転車のクランク軸等の回転軸に装着して使用される回転伝達機構及びそれを備えた自転車に関する。

人力で車輪を回転させる自転車の場合、一旦走り出せば、小さな力で走行することができるが、発進時、加速時、登坂等の漕ぎ始めでは、特に大きな反発力を受け、入力したエネルギーの一部が、衝撃として膝、足首、腰等に跳ね返り、人体に大きな負荷を発生させるだけでなく、入力エネルギーを効率的に利用できず、推進力の低下に繋がっていた。そして、急発進、急加速を行う場合、急な坂道を登る場合、自転車の運転者の体重や積み荷の重量が重い場合などには、特に人体への負荷（抗力）が大きくなり、その分、必要なエネルギーも増大していた。
自転車の場合、足の上下運動をクランクによって回転運動に変換するため、特に上死点及び下死点においてスムーズに脚力を伝達することは困難であり、膝や足首への負担増加を招くと共に、トルクの途切れ、スピードの低下が発生し、低速で走行する場合には、ふらつきが発生し易く、走行の安定性が低下するという問題点があった。

そこで、本発明者は、先に、クランク軸に装着して使用される回転伝達機構を備えた自転車を提案している（特許文献１を参照）。 特許文献１に開示された自転車は、クランク軸（回転軸）に固定された内部回転部材と前記クランク軸に回動可能に配設された外部回転部材とを有する回転伝達機構と、前記クランク軸の両端部に１８０度の位相差で配設された左右のクランクアームと、前記クランクアームの端部に回動自在に配設されたペダルと、を備えた自転車であって、前記内部回転部材が、前記クランク軸と一体に形成され又は前記クランク軸の外周に固設され前記クランク軸の外周側に突出する１つ以上の外周凸部を有し、前記外部回転部材が、前記内部回転部材の前記外周凸部の側部位置で前記クランク軸に回動自在に挿設される側板部と、前記内部回転部材の前記外周凸部の外側で前記クランク軸と同心円状に前記側板部の外周に立設される外筒部と、前記外筒部の内周側に突出するように前記側板部及び／又は前記外筒部と一体に形成され或いは前記側板部及び／又は前記外筒部に固定され前記内部回転部材の前記外周凸部と交互に配置される１つ以上の内周凸部と、を有し、前記外部回転部材の前記側板部又は前記外筒部にチェーンリングが形成又は固設され、前記外周凸部と前進する際の前記外周凸部の回転方向側の前記内周凸部との間に弾性変形部材が配設され、前記内部回転部材と前記外部回転部材が相対的に回転する際に、前記弾性変形部材が、前記外周凸部と前記内周凸部の間に挟まれて弾性変形することを特徴としている。

そして、かかる構成の自転車によれば、以下のような作用効果が得られ、上記の問題点が解消される。すなわち、クランク軸が、クランク軸保持部に回動自在に保持され、回転伝達機構の外部回転部材の外周に車輪部が配設されるので、前記クランク軸の両端部に配設された左右のクランクアームによって前記クランク軸を回転させることにより、内部回転部材の回転を、前記外部回転部材を通して前記車輪部に伝達させる間に、弾性変形部材を変形させて、初動時や走行中に地面から受ける大きな負荷などによって生じる衝撃エネルギーや過大な入力エネルギーを確実に吸収して蓄えることができる。その結果、使用者の腕や足腰などに大きな負荷がかかることを防止できるだけでなく、入力エネルギーが減少する位置や入力エネルギーが途切れる位置で前記弾性変形部材が復元することによって前記弾性変形部材に蓄えられていた弾性エネルギーを無駄なく回転エネルギーに変換することができ、トルクの変動を抑えて確実かつスムーズに回転力を伝達することができ、入力エネルギーを有効に利用することができるので、加速性、低速走行時の走行安定性に優れた自転車を提供することができる。

特許第４４５６１７９号公報

しかし、上記構成の自転車には、次のような課題が残されていた。すなわち、弾性変形部材を利用しない通常の自転車として運転したい場合に対応することができなかった。

本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、自転車のクランク軸等の回転軸に装着して使用される回転伝達機構であって、弾性変形部材を利用する第１の運転モードと弾性変形部材を利用しない第２の運転モードを切り替えることが可能な回転伝達機構及びそれを備えた自転車を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る回転伝達機構の構成は、
（１）回転軸に固定されて当該回転軸を中心として回転運動する第１の回転部材と、
前記回転軸を中心として回転する第２の回転部材と、
前記第１の回転部材と前記第２の回転部材との間に配設され、前記第１及び第２の回転部材が基準配置から相対的に回転すると圧縮される弾性変形部材と、
を備えた回転伝達機構であって、
前記第１の回転部材と前記第２の回転部材のいずれか一方の回転部材の回転運動を、前記弾性変形部材を介して他方の回転部材の回転運動として伝達する相対回転状態と、
前記第１の回転部材と前記第２の回転部材の相対角度を固定して一体的に回転させる一体回転状態と、
を切り替える切替機構を備えたことを特徴とする。

ここで、「基準配置」とは、弾性変形部材が圧縮されていない状態での第１及び第２の回転部材の配置のことである。

本発明の回転伝達機構の上記（１）の構成によれば、相対回転状態に切り替えることにより、第１の回転部材と第２の回転部材を相対的に回転させることができるので、弾性変形部材を利用することができる。
また、一体回転状態に切り替えることにより、前記第１の回転部材と前記第２の回転部材が初めから一体的に回転することになるので、前記弾性変形部材が利用されることはない。
従って、本発明の回転伝達機構の上記（１）の構成によれば、弾性変形部材を利用する第１の運転モードと弾性変形部材を利用しない第２の運転モードを切り替えることが可能な回転伝達機構を提供することができる。

本発明の回転伝達機構の上記（１）の構成においては、以下の（２）〜（１３）のような構成にすることが好ましい。

（２）前記第１の回転部材が前記回転軸に固定された内部回転部材であり、前記第２の回転部材が前記回転軸に回動可能に配設された外部回転部材であり、
前記内部回転部材は、前記回転軸と一体に形成され又は前記回転軸の外周に固設され前記回転軸の外周側に突出する１つ以上の外周凸部を有し、
前記外部回転部材は、前記内部回転部材の前記外周凸部の側部位置で前記回転軸に回動可能に挿設される側板部と、前記内部回転部材の前記外周凸部の外側で前記回転軸と同心円状に前記側板部の外周に立設される外筒部と、前記外筒部の内周側に突出するように前記側板部及び／又は前記外筒部と一体に形成され或いは前記側板部及び／又は前記外筒部に固定され前記内部回転部材の前記外周凸部と交互に配置される１つ以上の内周凸部と、を有し、
前記外周凸部と前進する際の当該外周凸部の回転方向側の前記内周凸部との間に前記弾性変形部材が配設され、
前記相対回転状態において、前記弾性変形部材が、前記外周凸部と前記内周凸部の間に挟まれて弾性変形する。

（３）上記（２）の好ましい構成において、前記切替機構は、前記内部回転部材及び外部回転部材のいずれか一方の側方に、当該一方の部材に対して回転不能かつ接離可能に設けられたクラッチ板を備え、
前記クラッチ板は、前記一方の部材に接近したときに他方の部材に対して回転不能に係合する。

ここで、「接離」とは、２つのものが互いに近づいたり遠ざかったりするという意味であり、「接近」及び「乖離」の略である。

上記（３）の好ましい構成によれば、クラッチ板を内部回転部材及び外部回転部材のいずれか一方の部材から乖離させることにより、前記一方の部材に対して回転不能な前記クラッチ板と他方の部材との係合を解除することができる。そして、この状態においては、前記内部回転部材と前記外部回転部材を相対的に回転させることができるので、弾性変形部材を利用することができる。
また、前記クラッチ板を前記一方の部材に接近させることにより、前記一方の部材に対して回転不能な前記クラッチ板を、前記他方の部材に対して回転不能に係合させて、前記外部回転部材を回転軸に固定することができる。そして、この状態においては、前記内部回転部材と前記外部回転部材が初めから一体的に回転することになるので、前記弾性変形部材が利用されることはない。
従って、上記（３）の好ましい構成によれば、上記と同様に、弾性変形部材を利用する第１の運転モードと弾性変形部材を利用しない第２の運転モードを切り替えることが可能な回転伝達機構を提供することができる。

（４）上記（３）の好ましい構成において、前記クラッチ板は、前記外部回転部材の側方に、当該外部回転部材に対して回転不能かつ接離可能に設けられ、
前記回転軸又は内部回転部材は、前記クラッチ板との対向側に係合雄部を有し、
前記クラッチ板は、前記外部回転部材に接近したときに前記回転軸又は内部回転部材の前記係合雄部に対して回転不能に係合する係合孔を有する。

上記（４）の好ましい構成によれば、クラッチ板を外部回転部材から乖離させることにより、前記外部回転部材に対して回転不能な前記クラッチ板と回転軸又は内部回転部材との係合を解除することができる。そして、この状態においては、前記内部回転部材と前記外部回転部材を相対的に回転させることができるので、弾性変形部材を利用することができる。
また、前記クラッチ板を前記外部回転部材に接近させることにより、前記外部回転部材に対して回転不能な前記クラッチ板を、前記回転軸又は内部回転部材に対して回転不能に係合させて、前記外部回転部材を回転軸に固定することができる。そして、この状態においては、前記内部回転部材と前記外部回転部材が初めから一体的に回転することになるので、前記弾性変形部材が利用されることはない。
従って、上記（４）の好ましい構成によれば、弾性変形部材を利用する第１の運転モードと弾性変形部材を利用しない第２の運転モードを切り替えることが可能な回転伝達機構を簡単な構成で提供することができる。

（５）上記（４）の好ましい構成において、前記クラッチ板は、前記外部回転部材の側面に前記回転軸と平行な状態で立設された複数の第１のピンにスライド可能に取り付けられている。

上記（５）の好ましい構成によれば、クラッチ板を、外部回転部材に対して回転不能かつ接離可能に精度良く設けることができる。

（６）上記（４）又は（５）の好ましい構成において、前記クラッチ板を前記外部回転部材に対して接離させる接離手段をさらに備えている。

上記（６）の好ましい構成によれば、例えば、機械的な手動操作あるいは電動操作によって接離手段を駆動することにより、クラッチ板を外部回転部材に対して接離させることが可能となる。

（７）上記（６）の好ましい構成において、前記接離手段は、前記クラッチ板の外縁を挟むように配置された略Πの字状の爪部を備え、当該爪部は、前記回転軸と平行な状態で固定された第２のピンにスライド可能に取り付けられている。

上記（７）の好ましい構成によれば、簡単な構成で、クラッチ板を外部回転部材に対して接離させることが可能となる。

（８）上記（３）の好ましい構成において、前記クラッチ板は、前記内部回転部材の側方に、当該内部回転部材に対して回転不能かつ接離可能に設けられ、
前記外部回転部材は、前記側板部と対向配置された状態で前記外筒部に固定された環状係合部を有し、
前記クラッチ板は、前記内部回転部材に接近したときに前記外部回転部材の前記環状係合部に対して回転不能に係合する係合外縁を有する。

上記（８）の好ましい構成によれば、クラッチ板を内部回転部材から乖離させることにより、前記内部回転部材に対して回転不能な前記クラッチ板と外部回転部材との係合を解除することができる。そして、この状態においては、前記内部回転部材と前記外部回転部材を相対的に回転させることができるので、弾性変形部材を利用することができる。
また、前記クラッチ板を前記内部回転部材に接近させることにより、前記内部回転部材に対して回転不能な前記クラッチ板を、前記外部回転部材に対して回転不能に係合させて、前記外部回転部材を回転軸に固定することができる。そして、この状態においては、前記内部回転部材と前記外部回転部材が初めから一体的に回転することになるので、前記弾性変形部材が利用されることはない。
従って、上記（８）の好ましい構成によれば、弾性変形部材を利用する第１の運転モードと弾性変形部材を利用しない第２の運転モードを切り替えることが可能な回転伝達機構を簡単な構成で提供することができる。

（９）上記（８）の好ましい構成において、前記クラッチ板は、前記内部回転部材の側面に前記回転軸と平行な状態で立設された複数の第１のピンにスライド可能に取り付けられている。

上記（９）の好ましい構成によれば、クラッチ板を、内部回転部材に対して回転不能かつ接離可能に精度良く設けることができる。

（１０）上記（８）又は（９）の好ましい構成において、前記クラッチ板を前記内部回転部材に対して接離させる接離手段をさらに備えている。

上記（１０）の好ましい構成によれば、例えば、機械的な手動操作あるいは電動操作によって接離手段を駆動することにより、クラッチ板を内部回転部材に対して接離させることが可能となる。

（１１）上記（１０）の好ましい構成において、前記クラッチ板は、環状に形成され、
前記接離手段は、前記クラッチ板の内縁を挟むように配置された略Πの字状の爪部を備え、当該爪部は、前記回転軸と平行な状態で固定された第２のピンにスライド可能に取り付けられている。

上記（１１）の好ましい構成によれば、簡単な構成で、クラッチ板を内部回転部材に対して接離させることが可能となる。

（１２）上記（７）又は（１１）の好ましい構成において、前記接離手段を駆動する駆動手段をさらに備えている。

（１３）上記（１２）の好ましい構成において、前記駆動手段は、一端が前記爪部に連結された２本のワイヤと、前記２本のワイヤの他端が連結された、左右に回動操作可能な操作レバーと、を備え、
前記操作レバーを左右いずれかに回動操作することにより、前記２本のワイヤのうちの一方が引っ張られて前記爪部が前記外部回転部材又は内部回転部材に接近するようにスライドし、
前記操作レバーを上記とは逆向きに回動操作することにより、前記２本のワイヤのうちの他方が引っ張られて前記爪部が前記外部回転部材又は内部回転部材から乖離するようにスライドする。

上記（１３）の好ましい構成によれば、機械的な手動操作によって接離手段を駆動することができるので、電動操作の場合に必要な電気系統が不要となり、低コスト化を図ることができる。

本発明に係る自転車の構成は、
（１４）本発明の回転伝達機構の上記（１）〜（１３）のいずれかの構成を備えたことを特徴とする。

本発明の自転車の上記（１４）の構成によれば、上記のような作用効果を奏する回転伝達機構を備えているため、当該回転伝達機構の弾性変形部材を利用しない通常の自転車として運転したい場合に対応することができる。

本発明によれば、自転車のクランク軸等の回転軸に装着して使用される回転伝達機構であって、弾性変形部材を利用する第１の運転モードと弾性変形部材を利用しない第２の運転モードを切り替えることが可能な回転伝達機構及びそれを備えた自転車を提供することができる。すなわち、本発明によれば、回転伝達機構の弾性変形部材を利用しない通常の自転車として運転したい場合に対応することができる。

図１は、本発明の実施の形態１における回転伝達機構を示す一部破断した平面図（弾性変形部材を利用する第１の運転モードの状態）である。 図２は、本発明の実施の形態１における回転伝達機構を示す一部破断した平面図（弾性変形部材を利用しない第２の運転モードの状態）である。 図３は、図１のIII−III線矢視断面図である。 図４は、本発明の実施の形態１における回転伝達機構の構成部材である内部回転部材を示す表面図である。 図５は、本発明の実施の形態１における回転伝達機構の構成部材である内部回転部材を示す平面図である。 図６は、カバー部を取り外し、チェーンリングを省略した状態の、図１のVI−VI線矢視断面図である。 図７は、本発明の実施の形態１における回転伝達機構の構成部材である接離手段周りの構成を拡大して示した平面図（（ａ）はクラッチ板を外部回転部材から乖離させた状態、（ｂ）はクラッチ板を外部回転部材に接近させた状態）である。 図８は、本発明の実施の形態１における回転伝達機構の構成部材である駆動手段周りの構成を示す図（（ａ）は本体ケース側の構成を示す表面図、（ｂ）は蓋体側の構成を示す裏面図）である。 図９（ａ）は、本発明の実施の形態１における回転伝達機構の構成部材である接離手段周りの他の構成を示す平面図、図９（ｂ）は、本発明の実施の形態１における回転伝達機構の構成部材である接離手段周りのさらなる他の構成を示す平面図である。 図１０は、本発明の実施の形態２における回転伝達機構を示す平面断面図（弾性変形部材を利用する第１の運転モードの状態）である。 図１１は、チェーンリングを省略した状態の、図１０のXI−XI線矢視断面図である。

本実施の形態の回転伝達機構は、回転軸に固定されて当該回転軸を中心として回転運動する第１の回転部材と、前記回転軸を中心として回転する第２の回転部材と、前記第１の回転部材と前記第２の回転部材との間に配設され、前記第１及び第２の回転部材が基準配置から相対的に回転すると圧縮される弾性変形部材と、を備えた回転伝達機構である。
そして、当該回転伝達機構は、前記第１の回転部材と前記第２の回転部材のいずれか一方の回転部材の回転運動を、前記弾性変形部材を介して他方の回転部材の回転運動として伝達する相対回転状態と、前記第１の回転部材と前記第２の回転部材の相対角度を固定して一体的に回転させる一体回転状態と、を切り替える切替機構を備えていることを特徴としている。

本実施の形態の回転伝達機構の構成によれば、相対回転状態に切り替えることにより、第１の回転部材と第２の回転部材を相対的に回転させることができるので、弾性変形部材を利用することができる。
また、一体回転状態に切り替えることにより、前記第１の回転部材と前記第２の回転部材が初めから一体的に回転することになるので、前記弾性変形部材が利用されることはない。
従って、本実施の形態の回転伝達機構の構成によれば、弾性変形部材を利用する第１の運転モードと弾性変形部材を利用しない第２の運転モードを切り替えることが可能な回転伝達機構を提供することができる。

以下、好適な実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。但し、下記の実施の形態は本発明を具現化した例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。

［実施の形態１］
（回転伝達機構の構成）
まず、本発明の実施の形態１における回転伝達機構の構成について、図１〜図８を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における回転伝達機構を示す一部破断した平面図（弾性変形部材を利用する第１の運転モードの状態）、図２は、当該回転伝達機構を示す一部破断した平面図（弾性変形部材を利用しない第２の運転モードの状態）、図３は、図１のIII−III線矢視断面図、図４は、本発明の実施の形態１における回転伝達機構の構成部材である内部回転部材を示す表面図、図５は、当該回転伝達機構の構成部材である内部回転部材を示す平面図、図６は、カバー部を取り外し、チェーンリングを省略した状態の、図１のVI−VI線矢視断面図、図７は、本発明の実施の形態１における回転伝達機構の構成部材である接離手段周りの構成を拡大して示した平面図（（ａ）はクラッチ板を外部回転部材から乖離させた状態、（ｂ）はクラッチ板を外部回転部材に接近させた状態）、図８は、当該回転伝達機構の構成部材である駆動手段周りの構成を示す図（（ａ）は本体ケース側の構成を示す表面図、（ｂ）は蓋体側の構成を示す裏面図）である。

図１〜図６に示すように、本実施の形態の回転伝達機構１は、例えば自転車のクランク軸等の略四角柱状の回転軸２に固定された内部回転部材３と、回転軸２に回動可能に配設された外部回転部材４と、を備えている。

内部回転部材３は、回転軸２の外周に固設される円盤状の内部回転部材本体３ａと、内部回転部材本体３ａの表面と裏面にそれぞれ一体に形成された低背円柱状の凸部３ｂ，３ｃと、回転軸２が嵌入固定される嵌入孔３ｄと、を有している。
また、内部回転部材３は、内部回転部材本体３ａに一体に形成され内部回転部材本体３ａの外周側に突出する４つの外周凸部３ｅを有している。

図１〜図３，図６に示すように、外部回転部材４は、内部回転部材３の外周凸部３ｅの側部位置で内部回転部材３の凸部３ｃに回動可能に挿設される側板部４ａと、内部回転部材３の外周凸部３ｅの外側で回転軸２と同心円状に側板部４ａの外周に立設される外筒部４ｂと、側板部４ａと対向配置された状態で内部回転部材３の凸部３ｂに回動可能に挿設されると共に外筒部４ｂにネジ留め固定されるカバー部４ｃと、を有している。尚、図６中、参照符号４ｄはカバー部４ｃをネジ留め固定するためのネジ孔を示している。
また、外部回転部材４は、外筒部４ｂの内周側に突出するように外筒部４ｂと一体に形成され内部回転部材３の外周凸部３ｅと交互に配置される４つの内周凸部４ｅを有している。

図６に示すように、外周凸部３ｅと前進する際の当該外周凸部３ｅの回転方向側の内周凸部４ｅとの間には、合成ゴム製の弾性変形部材５が配設されており、当該弾性変形部材５は、内部回転部材３と外部回転部材４が相対的に回転する際に、外周凸部３ｅと内周凸部４ｅの間に挟まれて弾性変形（圧縮変形）するようにされている。ここで、弾性変形部材５の側方への変形は、側板部４ａとカバー部４ｃとにより阻止され、これにより、入力されるエネルギーの一部を弾性変形部材５に効率的に蓄力することが可能となる。

以上の構成を備えた本実施の形態の回転伝達機構１によれば、特許文献１と同様の作用効果を得ることができる。

本実施の形態の回転伝達機構１は、さらに以下の構成を備えている。
図１〜図３に示すように、外部回転部材４のカバー部４ｃの側方には、当該外部回転部材４に対して回転不能かつ接離可能に円板状のクラッチ板６が設けられている。より具体的には、クラッチ板６は、外部回転部材４のカバー部４ｃに回転軸２と平行な状態で立設された４本の第１のピン７にスライド可能に取り付けられている。かかる具体的構成によれば、クラッチ板６を、外部回転部材４に対して回転不能かつ接離可能に精度良く設けることができる。
図１〜図６に示すように、内部回転部材３の凸部３ｂには、クラッチ板６との対向面に係合凸部８（係合雄部）が形成されている。ここで、係合凸部８は、円柱状の中央凸部８ａと、中央凸部８ａの周面に９０度の位相差をもって形成された略半円柱状の４個のクラッチ板固定用凸部８ｂと、からなっている。また、クラッチ板固定用凸部８ｂの上端縁にはアールが付けられており（図５の矢印Ｒを参照）、これにより、クラッチ板６の後述する係合孔６ａを係合凸部８にスムーズに係合させることができるようにされている。
図１〜図３に示すように、クラッチ板６には、外部回転部材４のカバー部４ｃに接近したときに内部回転部材３の係合凸部８に対して回転不能に係合する係合孔６ａが穿設されている。ここで、係合孔６ａは、係合凸部８の外周の断面形状と若干大きい相似形に形成されている。

かかる構成をさらに備えた本実施の形態の回転伝達機構１によれば、クラッチ板６を外部回転部材４のカバー部４ｃから乖離させることにより、外部回転部材４に対して回転不能なクラッチ板６と内部回転部材３との係合を解除することができる。そして、この状態においては、内部回転部材３と外部回転部材４を相対的に回転させることができるので、弾性変形部材５を利用することができる。この状態は、内部回転部材３の回転運動を、弾性変形部材５を介して外部回転部材４の回転運動として伝達する「相対回転状態」である。
また、クラッチ板６を外部回転部材４のカバー部４ｃに接近させることにより、外部回転部材４に対して回転不能なクラッチ板６を、内部回転部材３に対して回転不能に係合させて、外部回転部材４を、第１のピン７、クラッチ板６及び内部回転部材３を介して回転軸２に固定することができる。そして、この状態においては、内部回転部材３と外部回転部材４が初めから一体的に回転することになるので、弾性変形部材５が利用されることはない。この状態は、内部回転部材３と外部回転部材４の相対角度を固定して一体的に回転させる「一体回転状態」である。
従って、本実施の形態の回転伝達機構１によれば、弾性変形部材５を利用する第１の運転モードと弾性変形部材５を利用しない第２の運転モードを切り替えることが可能な回転伝達機構を簡単な構成で提供することができる。

図１〜図３，図７に示すように、本実施の形態の回転伝達機構１は、クラッチ板６を外部回転部材４のカバー部４ｃに対して接離させる接離手段９を備えている。より具体的には、接離手段９は、クラッチ板６の外縁を挟むように配置された略Πの字状の爪部１０を備え、当該爪部１０は、回転軸２と平行な状態で固定された第２のピン１１にスライド可能に取り付けられている。かかる具体的構成によれば、簡単な構成で、クラッチ板６を外部回転部材４のカバー部４ｃに対して接離させることが可能となる。尚、爪部１０の、クラッチ板６との対向面には、半球状あるいは半楕円球状の突起１０ａ，１０ｂが形成されており、クラッチ板６の回転時に、クラッチ板６と爪部１０とを点接触させて、クラッチ板６の回転にブレーキがかからないようにされている。

そして、上記構成によれば、例えば、機械的な手動操作あるいは電動操作によって接離手段９を駆動することにより、クラッチ板６を外部回転部材４のカバー部４ｃに対して接離させることが可能となる。

図１〜図３，図７，図８に示すように、本実施の形態の回転伝達機構１は、接離手段９を駆動する駆動手段１２を備えている。
より具体的には、上記のように、接離手段９は、クラッチ板６の外縁を挟むように配置された略Πの字状の爪部１０を備え、当該爪部１０は、回転軸２と平行な状態で固定された第２のピン１１にスライド可能に取り付けられており、駆動手段１２は、一端が爪部１０に連結された２本のワイヤ１３ａ，１３ｂと、２本のワイヤ１３ａ，１３ｂの他端が連結された、左右に回動操作可能な操作レバー１４と、を備えている。
爪部１０の基端面には半円環状のワイヤ固定部１５が形成され、第２のピン１１の先端には円環状のワイヤガイド１６が形成されている。また、操作レバー１４は、先端がほぼ斜めに形成されると共に、本体ケース１７に支軸１８を介して回動可能に取り付けられている。そして、一方のワイヤ１３ａは、一端がワイヤ固定部１５に連結された後、ワイヤガイド１６に通され、他端が操作レバー１４の先端の一方のコーナーに連結されている。また、他方のワイヤ１３ｂは、一端がワイヤ固定部１５に連結され、他端が操作レバー１４の先端の他方のコーナーに連結されている。尚、図８（ａ）中、参照符号１９はワイヤガイド回転車を示しており、参照符号２０は本体ケース取付け金具を示している。また、図８（ｂ）には、本体ケース１７を閉蓋する蓋体２１が示されている。

かかる構成によれば、操作レバー１４の基端部を左側に回動操作することにより、一方のワイヤ１３ａを引っ張って、爪部１０を外部回転部材４に接近するようにスライドさせることができる。また、操作レバー１４の基端部を右側に回動操作することにより、他方のワイヤ１３ｂを引っ張って、爪部１０を外部回転部材４から乖離するようにスライドさせることができる。すなわち、かかる構成によれば、機械的な手動操作によって接離手段９（第２のピン１１にスライド可能に取り付けられた爪部１０）を駆動することができるので、電動操作の場合に必要な電気系統が不要となり、低コスト化を図ることができる。

（回転伝達機構の使用例）
次に、本実施の形態の回転伝達機構１を自転車に使用した例について説明する。

図１，図２に示すように、回転軸２としての自転車のクランク軸２２は、自転車のフレームと一体のクランク軸保持部２３に回動自在に保持されている。クランク軸２２の左右両端には、クランクアーム（図示せず）が互いに１８０度の位相差をもって固定されている。クランク軸２２は、内部回転部材３の嵌入孔３ｄに嵌入固定されており、両者は一体的に回転するようにされている（図４〜図６を参照）。また、左右のクランクアームの端部には、回動自在なペダル（図示せず）が配設されている。さらに、外部回転部材４の外周部には、チェーン（図示せず）が張設されるチェーンリング２５，２６が固設されている。
また、爪部１０がスライドする第２のピン１１は、自転車のフレーム２７に固定されている。
さらに、操作レバー１４等が収容された本体ケース１７は、蓋体２１によって閉蓋された後、本体ケース取付け金具２０を介して自転車のハンドルに取り付けられている。

以上のようにして自転車のクランク軸２２に装着された回転伝達機構１の動作について説明する。

まず、図８に示す操作レバー１４の基端部を右側に回動操作する。これにより、他方のワイヤ１３ｂが引っ張られて爪部１０が外部回転部材４から乖離するように第２のピン１１上をスライドし（図７（ａ）の矢印Ｂを参照）、クラッチ板６が外部回転部材４のカバー部４ｃから乖離するように第１のピン７上をスライドする（図７（ａ）の矢印Ｃを参照）。その結果、内部回転部材３の係合凸部８とクラッチ板６の係合孔６ａとの係合が解除される（図１の状態 第１の運転モード）。

この状態で、運転者がクランクアームの端部に配設されたペダルを踏むと、クランク軸２２と共に内部回転部材本体３ａの外周に突設された外周凸部３ｅが、図３の矢印Ａ１、図６の矢印Ａ２の方向に回転する。
そして、クランク軸２２が回転して、外周凸部３ｅが内周凸部４ｅに近づくと、弾性変形部材５が、外周凸部３ｅと内周凸部４ｅの間に挟まれて弾性変形（圧縮変形）され、入力エネルギーの一部が弾性変形部材５に蓄えられる。
クランク軸２２の回転の初期においては弾性変形部材５が弾性変形するが、変形後は、クランク軸２２の回転力が外周凸部３ｅから内周凸部４ｅに伝達され、クランク軸２２からチェーンリング２５（２６）までが略一体となって回転し、チェーンリング２５（２６）に張設されたチェーン（図示せず）によって後輪側のスプロケットへと確実に回転が伝達される。
弾性変形（圧縮変形）された弾性変形部材５は、ペダルからの入力が途切れたり弱まったりしたときに復元し、復元エネルギーとして内周凸部４ｅを押圧して、外部回転部材４及びチェーンリング２５（２６）を進行方向に回転させる。すなわち、弾性変形部材５の圧縮（弾性）エネルギーが、回転エネルギーに変換され、自転車の推進力として利用される。これにより、特許文献１と同様の作用効果を得ることができる。

次に、図８に示す操作レバー１４の基端部を左側に回動操作する。これにより、一方のワイヤ１３ａが引っ張られて爪部１０が外部回転部材４に接近するように第２のピン１１上をスライドし（図７（ｂ）の矢印Ｄを参照）、クラッチ板６が外部回転部材４のカバー部４ｃに接近するように第１のピン７上をスライドする（図７（ｂ）の矢印Ｅを参照）。その結果、クラッチ板６の係合孔６ａが内部回転部材３の係合凸部８に対して回転不能に係合する（図２の状態 第２の運転モード）。すなわち、外部回転部材４が、第１のピン７、クラッチ板６及び内部回転部材３を介してクランク軸２２に固定された状態となる。

この状態で、運転者がクランクアームの端部に配設されたペダルを踏むと、クランク軸２２の回転力が外部回転部材４に直接伝達され、クランク軸２２からチェーンリング２５（２６）までが一体となって回転し、チェーンリング２５（２６）に張設されたチェーン（図示せず）によって後輪側のスプロケットへと確実に回転が伝達される。この場合、内部回転部材３と外部回転部材４が相対的に回転することはないので、弾性変形部材５を利用しない通常の自転車として運転することができる。
すなわち、本実施の形態の回転伝達機構１を備えた自転車によれば、回転伝達機構の弾性変形部材を利用しない通常の自転車として運転したい場合に対応することができる。

尚、本実施の形態においては、内部回転部材３が、クラッチ板６との対向側に係合凸部８を有し、クラッチ板６が、外部回転部材４に接近したときに内部回転部材３の係合凸部８に対して回転不能に係合する係合孔６ａを有する場合を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。例えば、回転軸の、クラッチ板６との対向側に、径を大きくした係合雄部を設け、クラッチ板６の係合孔６ａを当該係合雄部に対して回転不能に係合させるようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、内部回転部材３の係合凸部（係合雄部）が、円柱状の中央凸部８ａと、中央凸部８ａの周面に９０度の位相差をもって形成された略半円柱状の４個のクラッチ板固定用凸部８ｂと、からなる係合凸部８である場合を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。内部回転部材３の係合凸部は、クラッチ板６が回転不能に係合する形状であればいかなる形状であってもよい。
また、本実施の形態においては、クラッチ板６の係合孔が、内部回転部材３の係合凸部の外周の断面形状と若干大きい相似形に形成されている場合を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。クラッチ板６の係合孔は、内部回転部材３の係合凸部に対して回転不能に係合する形状であればいかなる形状であってもよい。

また、本実施の形態においては、爪部１０の、クラッチ板６との対向面に、半球状あるいは半楕円球状の突起１０ａ，１０ｂが形成されている場合を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。図９（ａ）に示すように、爪部１０の、クラッチ板６との対向面に、ベアリング２７，２８を取り付けるようにしてもよい。かかる構成によれば、クラッチ板６の回転を、よりスムーズなものとすることができる。また、爪部１０が接離手段９としての機能を果たし、クラッチ板６の回転時に、当該クラッチ板６と爪部１０とが接触しないようにすることができれば、爪部１０の、クラッチ板６との対向面に、突起１０ａ，１０ｂやベアリング２７，２８を設ける必要はない（図９（ｂ）を参照）。例えば、上下及び左右に移動可能な爪部を設け、図２の状態（第２の運転モード）に持っていくときに、爪部を下方に移動させて、当該爪部がクラッチ板６の外縁を挟むようにすれば、図１の状態（第１の運転モード）におけるクラッチ板６の回転時に、当該クラッチ板６と爪部とが接触しないようにすることができる。また、この場合、第１のピン７の、外部回転部材４のカバー部４ｃ（取付部）とクラッチ板６との間にバネ等の弾性部材を介挿しておけば、爪部が上方に移動しても、クラッチ板６がガタつかないようにすることができる。

また、本実施の形態においては、機械的な手動操作によって接離手段９（例えば、第２のピン１１にスライド可能に取り付けられた爪部１０）を駆動する場合を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。クラッチ板６を外部回転部材４に対して接離させる接離手段は、電動操作によって駆動するようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、外周凸部３ｅと内周凸部４ｅを４つずつ設けた場合を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。外周凸部３ｅと内周凸部４ｅの数は、それぞれ１つ以上であればよい。但し、弾性変形部材５が蓄えた力を円周方向に伝えるためには、外周凸部３ｅと内周凸部４ｅの数は、４つ以上であることが好ましく、また、弾性変形部材５の体積を十分に確保するためには、外周凸部３ｅと内周凸部４ｅの数は、１６個以下であることが好ましい。

また、本実施の形態においては、外周凸部３ｅが内部回転部材本体３ａと一体に形成されている場合を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。外周凸部は、例えば、内部回転部材本体に固設されていてもよい。また、外周凸部は、回転軸２と一体に形成されていてもよい。
また、本実施の形態においては、内周凸部４ｅが外筒部４ｂと一体に形成されている場合を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。内周凸部は、外筒部に固設されていてもよい。また、内周凸部は、側板部と一体に形成され或いは側板部に固設されていてもよい。

また、本実施の形態においては、弾性変形部材が合成ゴム製の弾性変形部材５である場合を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。
弾性変形部材は、内部回転部材３と外部回転部材４が相対的に回転する際に弾性変形（圧縮変形）し、変形後は内部回転部材３と外部回転部材４の間で回転を伝達できるものであればよく、弾性変形部材の変形量、弾性率などは、使用者の好みに応じて、適宜、選択することができる。弾性変形部材としては、合成ゴムの他に、例えば、外周凸部３ｅと内周凸部４ｅの間に封入される気体などを用いることもできる。

また、本実施の形態においては、回転伝達機構１を自転車に使用した場合を例に挙げて説明したが、本発明の回転伝達機構は必ずしもかかる用途に限定されるものではない。本発明の回転伝達機構は、車輪を有する機構、例えば、土木用一輪車、車椅子、人力車、リヤカー等に用いることもでき、上記と同様の作用効果を得ることができる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２における回転伝達機構の構成について、図１０，図１１を参照しながら説明する。

図１０は、本発明の実施の形態２における回転伝達機構を示す平面断面図（弾性変形部材を利用する第１の運転モードの状態）、図１１は、チェーンリングを省略した状態の、図１０のXI−XI線矢視断面図である。

図１０，図１１に示す回転伝達機構２９は、例えば自転車のクランク軸等の略四角柱状の回転軸３０に固定された内部回転部材３１と、回転軸３０に回動可能に配設された外部回転部材３２と、を備えている。

内部回転部材３１は、回転軸３０の外周に固設される円盤状の内部回転部材本体３１ａと、内部回転部材本体３１ａの裏面に一体に形成された低背円柱状の凸部３１ｂと、回転軸３０が嵌入固定される嵌入孔３１ｃと、を有している。
また、内部回転部材３１は、内部回転部材本体３１ａに一体に形成され内部回転部材本体３１ａの外周側に突出する４つの外周凸部３１ｄを有している。

外部回転部材３２は、内部回転部材３１の外周凸部３１ｄの側部位置で内部回転部材３１の凸部３１ｂに回動可能に挿設される側板部３２ａと、内部回転部材３１の外周凸部３１ｄの外側で回転軸３０と同心円状に側板部３２ａの外周に立設される外筒部３２ｂと、を有している。
また、外部回転部材３２は、外筒部３２ｂの内周側に突出するように外筒部３２ｂと一体に形成され内部回転部材３１の外周凸部３１ｄと交互に配置される４つの内周凸部（図示せず）を有している。

外周凸部３１ｄと前進する際の当該外周凸部３１ｄの回転方向側の内周凸部との間には、合成ゴム製の弾性変形部材（図示せず）が配設されており（図６を参照）、当該弾性変形部材は、内部回転部材３１と外部回転部材３２が相対的に回転する際に、外周凸部３１ｄと内周凸部の間に挟まれて弾性変形（圧縮変形）するようにされている。

以上の構成を備えた回転伝達機構２９によれば、特許文献１と同様の作用効果を得ることができる

回転伝達機構２９は、さらに以下の構成を備えている。
内部回転部材３１の表面の側方には、当該内部回転部材３１に対して回転不能かつ接離可能に円環状のクラッチ板３３が設けられている。より具体的には、クラッチ板３３は、内部回転部材３１の表面に回転軸３０と平行な状態で立設された４本の第１のピン３４にスライド可能に取り付けられている。かかる具体的構成によれば、クラッチ板３３を、内部回転部材３１に対して回転不能かつ接離可能に精度良く設けることができる。
外部回転部材３２は、側板部３２ａと対向配置された状態で外筒部３２ｂに固定された環状係合部３５を有している。ここで、環状係合部３５の内縁には、９０度の位相差をもって配置された４つの凸状円弧面３５ａが形成されている。一方、クラッチ板３３には、その外縁に９０度の位相差をもって配置された４つの凹状円弧面３３ａが形成されている（係合外縁）。そして、これにより、クラッチ板３３は、内部回転部材３１の表面に接近したときに環状係合部３５に対して回転不能に係合するようにされている。

かかる構成をさらに備えた本実施の形態の回転伝達機構２９によれば、クラッチ板３３を内部回転部材３１の表面から乖離させることにより、内部回転部材３１に対して回転不能なクラッチ板３３と外部回転部材３２との係合を解除することができる。そして、この状態においては、内部回転部材３１と外部回転部材３２を相対的に回転させることができるので、弾性変形部材を利用することができる。この状態は、内部回転部材３１の回転運動を、弾性変形部材を介して外部回転部材３２の回転運動として伝達する「相対回転状態」である。
また、クラッチ板３３を内部回転部材３１の表面に接近させることにより、内部回転部材３１に対して回転不能なクラッチ板３３を、外部回転部材３２に対して回転不能に係合させて、外部回転部材３２を、環状係合部３５、クラッチ板３３、第１のピン３４、内部回転部材３１を介して回転軸３０に固定することができる。そして、この状態においては、内部回転部材３１と外部回転部材３２が初めから一体的に回転することになるので、弾性変形部材が利用されることはない。この状態は、内部回転部材３１と外部回転部材３２の相対角度を固定して一体的に回転させる「一体回転状態」である。
従って、本実施の形態の回転伝達機構２９によれば、弾性変形部材を利用する第１の運転モードと弾性変形部材を利用しない第２の運転モードを切り替えることが可能な回転伝達機構を簡単な構成で提供することができる。

本実施の形態の回転伝達機構２９は、クラッチ板３３を内部回転部材３１の表面に対して接離させる接離手段３６と、接離手段３６を駆動する駆動手段３７と、を備えている。接離手段３６は、クラッチ板３３の内縁を挟むように配置された略Πの字状の爪部３８を備え、当該爪部３８は、回転軸３０と平行な状態で固定された第２のピン３９にスライド可能に取り付けられている。尚、駆動手段３７は、上記実施の形態１の駆動手段１２と同じ構成であるため、説明は省略する。

尚、本実施の形態の回転伝達機構２９は、上記実施の形態１の回転伝達機構１と同様、自転車や土木用一輪車、車椅子、人力車、リヤカーの他、扇風機、風力発電、回転ブラシ、台車等に用いることができる。図１０中、参照符号４０，４１は自転車に用いる場合のチェーンリングを示している。

１，２９ 回転伝達機構
２，３０ 回転軸
３，３１ 内部回転部材
３ａ，３１ａ 内部回転部材本体
３ｂ，３ｃ，３１ｂ 凸部
３ｄ，３１ｃ 嵌入孔
３ｅ，３１ｄ 外周凸部
４，３２ 外部回転部材
４ａ，３２ａ 側板部
４ｂ，３２ｂ 外筒部
４ｃ カバー部
４ｄ ネジ孔
４ｅ 内周凸部
５ 弾性変形部材
６，３３ クラッチ板
６ａ 係合孔
７，３４ 第１のピン
８ 係合凸部
８ａ 中央凸部
８ｂ クラッチ板固定用凸部
９，３６ 接離手段
１０，３８ 爪部
１０ａ，１０ｂ 突起
１１，３９ 第２のピン
１２，３７ 駆動手段
１３ａ，１３ｂ ワイヤ
１４ 操作レバー
１５ ワイヤ固定部
１６ ワイヤガイド
１７ 本体ケース
１８ 支軸
１９ ワイヤガイド回転車
２０ 本体ケース取付け金具
２１ 蓋体
３３ａ 凹状円弧面
３５ 環状係合部
３５ａ 凸状円弧面

Claims (14)

1. 回転軸に固定されて当該回転軸を中心として回転運動する第１の回転部材と、
   前記回転軸を中心として回転する第２の回転部材と、
   前記第１の回転部材と前記第２の回転部材との間に配設され、前記第１及び第２の回転部材が基準配置から相対的に回転すると圧縮される弾性変形部材と、
   を備えた回転伝達機構であって、
   前記第１の回転部材と前記第２の回転部材のいずれか一方の回転部材の回転運動を、前記弾性変形部材を介して他方の回転部材の回転運動として伝達する相対回転状態と、
   前記第１の回転部材と前記第２の回転部材の相対角度を固定して一体的に回転させる一体回転状態と、
   を切り替える切替機構を備えたことを特徴とする回転伝達機構。
2. 前記第１の回転部材が前記回転軸に固定された内部回転部材であり、前記第２の回転部材が前記回転軸に回動可能に配設された外部回転部材であり、
   前記内部回転部材は、前記回転軸と一体に形成され又は前記回転軸の外周に固設され前記回転軸の外周側に突出する１つ以上の外周凸部を有し、
   前記外部回転部材は、前記内部回転部材の前記外周凸部の側部位置で前記回転軸に回動可能に挿設される側板部と、前記内部回転部材の前記外周凸部の外側で前記回転軸と同心円状に前記側板部の外周に立設される外筒部と、前記外筒部の内周側に突出するように前記側板部及び／又は前記外筒部と一体に形成され或いは前記側板部及び／又は前記外筒部に固定され前記内部回転部材の前記外周凸部と交互に配置される１つ以上の内周凸部と、を有し、
   前記外周凸部と前進する際の当該外周凸部の回転方向側の前記内周凸部との間に前記弾性変形部材が配設され、
   前記相対回転状態において、前記弾性変形部材が、前記外周凸部と前記内周凸部の間に挟まれて弾性変形する、請求項１に記載の回転伝達機構。
3. 前記切替機構は、前記内部回転部材及び外部回転部材のいずれか一方の側方に、当該一方の部材に対して回転不能かつ接離可能に設けられたクラッチ板を備え、
   前記クラッチ板は、前記一方の部材に接近したときに他方の部材に対して回転不能に係合する、請求項２に記載の回転伝達機構。
4. 前記クラッチ板は、前記外部回転部材の側方に、当該外部回転部材に対して回転不能かつ接離可能に設けられ、
   前記回転軸又は内部回転部材は、前記クラッチ板との対向側に係合雄部を有し、
   前記クラッチ板は、前記外部回転部材に接近したときに前記回転軸又は内部回転部材の前記係合雄部に対して回転不能に係合する係合孔を有する、請求項３に記載の回転伝達機構。
5. 前記クラッチ板は、前記外部回転部材の側面に前記回転軸と平行な状態で立設された複数の第１のピンにスライド可能に取り付けられている、請求項４に記載の回転伝達機構。
6. 前記クラッチ板を前記外部回転部材に対して接離させる接離手段をさらに備えた、請求項４又は５に記載の回転伝達機構。
7. 前記接離手段は、前記クラッチ板の外縁を挟むように配置された略Πの字状の爪部を備え、当該爪部は、前記回転軸と平行な状態で固定された第２のピンにスライド可能に取り付けられている、請求項６に記載の回転伝達機構。
8. 前記クラッチ板は、前記内部回転部材の側方に、当該内部回転部材に対して回転不能かつ接離可能に設けられ、
   前記外部回転部材は、前記側板部と対向配置された状態で前記外筒部に固定された環状係合部を有し、
   前記クラッチ板は、前記内部回転部材に接近したときに前記外部回転部材の前記環状係合部に対して回転不能に係合する係合外縁を有する、請求項３に記載の回転伝達機構。
9. 前記クラッチ板は、前記内部回転部材の側面に前記回転軸と平行な状態で立設された複数の第１のピンにスライド可能に取り付けられている、請求項８に記載の回転伝達機構。
10. 前記クラッチ板を前記内部回転部材に対して接離させる接離手段をさらに備えた、請求項８又は９に記載の回転伝達機構。
11. 前記クラッチ板は、環状に形成され、
    前記接離手段は、前記クラッチ板の内縁を挟むように配置された略Πの字状の爪部を備え、当該爪部は、前記回転軸と平行な状態で固定された第２のピンにスライド可能に取り付けられている、請求項１０に記載の回転伝達機構。
12. 前記接離手段を駆動する駆動手段をさらに備えた、請求項７又は１１に記載の回転伝達機構。
13. 前記駆動手段は、一端が前記爪部に連結された２本のワイヤと、前記２本のワイヤの他端が連結された、左右に回動操作可能な操作レバーと、を備え、
    前記操作レバーを左右いずれかに回動操作することにより、前記２本のワイヤのうちの一方が引っ張られて前記爪部が前記外部回転部材又は内部回転部材に接近するようにスライドし、
    前記操作レバーを上記とは逆向きに回動操作することにより、前記２本のワイヤのうちの他方が引っ張られて前記爪部が前記外部回転部材又は内部回転部材から乖離するようにスライドする、請求項１２に記載の回転伝達機構。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の回転伝達機構を備えた自転車。
    
    

Images