WO2011001732A1 - ペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車 - Google Patents

Abstract

踏み込み力を軽減しつつ、回転駆動力を効率良く伝達すること可能にする駆動力伝達機構を備えた自転車を提供することを課題とし、自転車の車体に回転自在に支持される回転シャフトと;回転シャフトの軸心に対して偏心した偏心輪であって、回転シャフトの軸心の回りに回転可能な偏心輪と;回転シャフトと同心の駆動輪であって、偏心輪の回転に伴い回転シャフトの軸心の回りに回転する駆動輪と;回転シャフトの軸心と同心で、自転車の車体に対して固定された固定外歯歯車と;回転シャフトの軸方向に沿った一方の側に固定外歯歯車と噛み合う内歯歯車を有し、他方の側に偏心輪を摺動回転自在に支持する軸受部を有するローターであって、固定外歯歯車の中心に対して偏心したローターと;ローターを回転させるクランク軸とを有するペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車を提供することによって上記の課題を解決する。

Description

ペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車

　本発明は、自転車に関するものであり、詳細には、ペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車に関するものである。

　ペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車に関しては、踏み込み力の軽減や、伝達力の増大のための様々な提案が為されている。例えば、下記特許文献１においては、自転車ペダルのクランク軸と同心状に固着された内歯歯車と、クランク軸に回転自在に軸支された太陽歯車と、該太陽歯車と同径で、太陽歯車及び内歯歯車に噛合する遊星歯車を、自転車ペダルのクランクアームから該クランクアームの延長線に沿って延びる延長アームに回転自在に軸支させ、前記太陽歯車に前輪側スプロケットホイールを同軸に固着してなる自転車が開示されている。

　特許文献１に開示された自転車によれば、太陽歯車と遊星歯車とが同径とされているので、ペダルを１回転させると、太陽歯車が４回転し、ギヤ比が４対１となり、従来に比べて増速することができるとされている。しかし、特許文献１に開示された自転車においては、内歯歯車と太陽歯車との間に踏み込み力を伝える遊星歯車が介在しているので、後輪を回転させる作用点がクランク軸側に寄っており、ペダルに加わる踏み込み力を太陽歯車に伝える腕の長さが短くなってしまう上に、内歯歯車と太陽歯車との間で摩擦抵抗が大きくなり、大きな踏み込み力を必要とするという欠点がある。

　また、下記特許文献２においては、クランクアームの先端に内歯車を設け、この内歯車に噛み合って回転する外歯車を設け、この内歯車と外歯車のギヤ比を２対１に設定し、さらに、クランクアームの先端がクランクアームの回転中心となるクランク軸から前方に向き、かつ、前記内歯車のクランク軸から離れた側のギヤ部に前記外歯車が噛み合った状態で、ペダルの踏込面が上向きでほぼ水平姿勢となるように、ペダルを外歯車に固定することによって、少ない踏み込み力で大きな回転駆動力を得ようとする自転車が提案されている。

　しかし、特許文献２に開示された自転車においては、クランクアームの先端に設けた内歯車の外周面よりもペダルが取り付けられた軸がクランク軸側に位置しているので、力の作用点から回転軸までの腕の長さが短くなるように構成されており、少ない踏み込み力で大きな回転駆動力を得ることはできないという不都合がある。

　通常、自転車において、ペダルの踏み込み力を効率良く回転駆動力に変えるには、ペダルが取り付けられたクランクアームの長さによる「テコ作用」が大きく影響するものであるが、クランクアームの長さは、クランク軸と地面との距離による制約を受け、自在に長くすることができない。したがって、従来の自転車においては、踏み込み力を軽減しつつ、かつ、回転駆動力を効率良く伝達することは実現されていないというのが実状である。
特開平６－１７１５７４号公報 特開平９－３０１２５７号公報

　本発明は、上記のような従来技術の欠点を解決するために為されたもので、踏み込み力を軽減しつつ、かつ、回転駆動力を効率良く伝達すること可能にするペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車を提供することを課題とするものである。

　本発明者は、上記の課題を解決すべく、ロータリーエンジンで採用されている位相歯車機構に着目し、ロータリーエンジンにおけるローターに相当する部材をクランクアームを介して回転させ、その回転を偏心輪を介して自転車の回転シャフトに伝達すれば良いのではないかとの発想の下、試行錯誤を繰り返した結果、固定外歯歯車を自転車車体に対して固定し、この固定外歯歯車と噛み合うローター内歯歯車をクランクアームを介して回転させて、それにより偏心輪を回転させ、踏み込み力をスプロケット等の駆動輪に伝達することによって、踏み込み力を軽減しつつ、かつ、回転駆動力を効率良く伝達することができることを見出して本発明を完成した。

　すなわち、本発明は、自転車の車体に回転自在に支持される回転シャフトと；前記回転シャフトの軸心に対して偏心した偏心輪であって、前記回転シャフトの軸心の回りに回転可能な偏心輪と；前記回転シャフトと同心の駆動輪であって、前記偏心輪の回転に伴い前記回転シャフトの軸心の回りに回転する駆動輪と；前記回転シャフトの軸心と同心で、自転車の車体に対して固定された固定外歯歯車と；前記回転シャフトの軸方向に沿った一方の側に前記固定外歯歯車と噛み合う内歯歯車を有し、他方の側に前記偏心輪を摺動回転自在に支持する軸受部を有するローターであって、前記固定外歯歯車の中心に対して偏心したローターと；前記ローターを回転させるクランク軸とを有する、ペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車を提供することによって上記の課題を解決するものである。

　本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車においては、ペダルを踏み込むことによって、回転シャフトを直接回転させるのではなく、まずローターを回転させ、その回転によって偏心輪を介して回転シャフトを回転させるので、偏心輪における偏心軸からローターによる回転力の作用点までの距離を腕の長さとするモーメントを利用することができる。したがって、回転シャフトをクランクアームで直接回転させる場合に比べて、軽い踏み込み力で回転シャフト及び駆動輪を回転させることができる。

　本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車は、その好ましい一態様において、前記偏心輪が前記回転シャフトに取り付けられており、前記固定外歯歯車が、中心部に前記回転シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有するとともに、前記クランク軸が、前記固定外歯歯車の前記貫通孔を貫通して、前記ローターの中心に取り付けられている。駆動力伝達機構をこのような構成とする場合には、クランクアームを介してクランク軸を回転させることによって、ローターがその内歯歯車を固定外歯歯車と噛み合わせながら固定外歯歯車の周囲を回転し、それに伴い、ローターの軸受部に摺動回転自在に支持されている偏心輪が回転シャフトの軸心の回りに回転して、駆動輪を回転させることができる。

　本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車を上記のように構成する場合には、上記駆動輪が存在する側とは反対側にも、上記とほぼ同様の駆動力伝達機構を設け、左右両方のペダルの踏み込み力をスプロケット等の駆動輪の回転に利用することができる。すなわち、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車は、その好ましい一態様において、駆動輪が存在する側には上記のような駆動力伝達機構を備えるとともに、駆動輪が存在する側とは反対側には、前記回転シャフトの軸心に対して偏心して前記回転シャフトに取り付けられた第２偏心輪と；第２偏心輪よりも車体内側の位置で、自転車の車体に対して固定された第２固定外歯歯車であって、回転シャフトの軸心と同心で、かつ、中心部に回転シャフトが貫通する貫通孔を有している第２固定外歯歯車と；第２固定外歯歯車と噛み合う内歯歯車を有するとともに、前記第２偏心輪を摺動回転自在に支持する軸受部を有する第２ローターであって、前記第２固定外歯歯車の中心に対して偏心した第２ローターと；前記第２ローターの中心に取り付けられたクランク軸を有しており、前記第２偏心輪の偏心方向が前記偏心輪の偏心方向に対して１８０度位相がずれている。

　また、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車は、その好ましい他の態様において、前記偏心輪が自転車の車体に対して固定された部材に回転可能に支持されており、前記固定外歯歯車が、中心部に前記回転シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有するとともに、前記クランク軸が、前記貫通孔を貫通して、前記回転シャフトと同軸に連結され、前記クランク軸と、前記ローターとが、オルダム継手機構によって連結されている。駆動力伝達機構をこのような構成とする場合には、クランク軸を回転させることによって、ローターがその内歯歯車を固定外歯歯車と噛み合わせながら固定外歯歯車の周囲を回転し、それに伴い、ローターの軸受部に摺動回転自在に支持されている偏心輪が回転して駆動輪を回転させるという点では、先の駆動力伝達機構と同じであるが、クランク軸の回転はオルダム継手機構によってローターに伝達されるので、ローターが固定外歯歯車の周囲を回転移動しても、クランク軸はその軸心を移動させることがない。このため、クランク軸を回転シャフトと同軸に連結して、駆動力伝達機構をシンプルに構成することができる。

　本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車においては、固定外歯歯車とローターが有する内歯歯車のギヤ比は２：３であるのが望ましい。外歯歯車と内歯歯車のギヤ比が２：３である場合には、ローターが１回転すると、ローターの軸受に摺動回転自在に支持されている偏心輪は３回転するので、クランクアームによる回転を増速して回転軸及び駆動輪に伝達することができるので、回転駆動力を効率良く駆動輪に伝達することができる。

本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車の一例を示す側面図である。 駆動力伝達機構の要部の部分断面平面図である。 図２のＸ－Ｘ’断面図である。 図２のＹ－Ｙ’断面図である。 ローターの回転により偏心輪を介して回転軸が回転する動作の説明図である。 ローターの回転により偏心輪を介して回転軸が回転する動作の説明図である。 ローターの回転により偏心輪を介して回転軸が回転する動作の説明図である。 ローターの回転により偏心輪を介して回転軸が回転する動作の説明図である。 本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車における駆動力伝達機構の他の一例を示す部分断面平面図である。 図９のＸ－Ｘ’断面図である。 図９のＹ－Ｙ’断面図である。 オルダム継手機構の分解図である。 ローターの回転により偏心輪を介して駆動輪が回転する動作の説明図である。 ローターの回転により偏心輪を介して駆動輪が回転する動作の説明図である。 ローターの回転により偏心輪を介して駆動輪が回転する動作の説明図である。

　以下、図面を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明が図示のものに限られないことは勿論である。

　図１は、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車の一例を示す側面図である。図１において、１は本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転であり、２はスプロケットやプーリー等の駆動輪、３は駆動輪２の回転力を後輪に伝達するチェーン又はベルト等の伝動帯である。４はペダル、５はクランクアーム、６は固定外歯歯車であり、固定部材７ａ、７ｂを介して、自転車１の車体８に固定されている。９は、固定外歯歯車６と噛み合う内歯歯車を有するローターである。

　図２は、図１における駆動力伝達機構の要部を拡大して示す部分断面平面図であり、図１におけると同じ部材には同じ符号を付してある。図２において、１０は回転シャフト、１１はボトムブラケット、１２はベアリングであり、ベアリング１２によって、回転シャフト１０は、ボトムブラケット１１内に回転自在に支持されている。まず、図２において車体８の右側、すなわち自転車１の進行方向に向かって右側の駆動力伝達機構について説明するに、回転シャフト１０の右側延長部には、回転シャフト１０の軸心に対して偏心して偏心輪１３が取り付けられている。

　スプロケット等の駆動輪２も、回転シャフト１０の右側延長部に固定されており、回転シャフト１０の回転とともに、駆動輪２も回転する。駆動輪２は、回転シャフト１０に固定する代わりに、偏心輪１３に固定しても良く、また、回転シャフト１０と偏心輪１３の双方に固定しても良い。

　ローター９は、車体８に近い側に、ベアリング１２を介して偏心輪１３を摺動回転自在に支持する軸受部を有しており、車体８から遠い側には、固定外歯歯車６の外歯歯車と噛み合う内歯歯車９ｇを有している。６ｇは固定外歯歯車６の外歯歯車を表し、図２に示す状態では、自転車１の進行方向前方部分の内歯歯車９ｇと外歯歯車６ｇとが噛み合った状態にあり、進行方向後方部分では、両者は離れた状態にある。なお、ローター９の中心は、固定外歯歯車６の中心に対して偏心している。

　８ａ、８ｂは、固定部材７ａ、７ｂを車体８に対して支持する支持柱である。固定外歯歯車６は、回転シャフト１０の軸方向の延長線上の位置において、固定部材７ａ、７ｂ及び支持柱８ａ、８ｂを介して車体８に対して固定されている。固定外歯歯車６の中心は、回転シャフト１０の軸心と一致しており、回転シャフト１０と固定外歯歯車６とは同心である。６ａは、固定外歯歯車６の中心部を回転シャフト１０の軸方向に貫通する貫通孔である。

　１４はクランク軸であり、クランク軸１４は固定外歯歯車６の貫通孔６ａを貫通し、その一方端は、ローター９の中心にローター９と同心に固定され、他方端は、クランクアーム５の基端部に固定されている。クランクアーム５の先端部には、ペダル４が取り付けられているか、取り付け可能とされていることはいうまでもない。

　図２において車体８の左側、すなわち自転車１の進行方向に向かって左側の駆動力伝達機構も、右側のものと基本点には同じであるが、駆動輪２を設ける必要がない分、構造が簡単になっている。すなわち、回転シャフト１０の左側の延長部には、まず、第２固定外歯歯車６_２が、固定部材１５を介して、車体２のボトムブラケット１１に対して固定されている。第２固定外歯歯車６_２の中心は、回転シャフト１０の軸心と一致しており、両者は同心である。第２固定外歯歯車６_２には、右側の固定外歯歯車６と同様に、中心部に貫通孔６_２ａが設けられており、回転シャフト１０がこの貫通孔６_２ａを貫通して、さらに左側へと延びている。６_２ａは第２固定外歯歯車６_２の外歯歯車である。

　回転シャフト１０の第２固定外歯歯車６_２よりも左側の延長部には、第２偏心輪１３_２が回転シャフト１０の軸心に対して偏心して取り付けられている。９_２は第２ローターである。第２ローター９_２は、右側のローター９と同様に、第２固定外歯歯車６_２の中心に対して偏心しており、第２偏心輪１３_２をベアリング１２を介して摺動回転自在に支持する軸受部を左側に、第２固定外歯歯車６_２と噛み合う内歯歯車９_２ｇを右側に有している。なお、図２に示すとおり、第２偏心輪１３_２の偏心方向は、右側の偏心輪１３の偏心方向と１８０度位相がずれており、図２の左側に示す状態では、右側とは反対に、自転車１の進行方向後方部分の内歯歯車９_２ｇと外歯歯車６_２ｇとが噛み合った状態にあり、進行方向前方部分では、両者は離れた状態にある。

　１４_２は第２クランク軸であり、第２クランク軸１４_２は、その一方端は、第２ローター９_２の中心に第２ローター９_２と同心に固定され、他方端は、第２クランクアーム５_２の基端部に固定されている。第２クランクアーム５_２の先端部には、ペダル４が取り付けられているか、取り付け可能とされていることはいうまでもない。

　図３は図２におけるＸ－Ｘ’断面図である。図３に示すとおり、ローター９の内歯歯車９ｇは、固定外歯歯車６の外歯歯車６ｇよりも大径で、内歯歯車９ｇの方が外歯歯車６ｇよりも歯数が多い。そのため、内歯歯車９ｇと外歯歯車６ｇとは、その一部で噛み合うものの、他の部分では離れている。外歯歯車６ｇと内歯歯車９ｇとの歯数の比、すなわち、ギヤ比に特に制限はないが、整数比であるのが望ましく、好ましくは、外歯歯車６ｇと内歯歯車９ｇとのギヤ比は２：３とするのが良い。外歯歯車６ｇと内歯歯車９ｇとのギヤ比が２：３である場合には、ローター９が内歯歯車９ｇを外歯歯車６ｇと噛み合わせながら、外歯歯車６ｇの周囲を１回転する間に、偏心輪１３は３回転することになり、増速割合が適当となるので好ましい。なお、位相歯車機構におけるギヤ比と回転数との関係については、例えば、ＧＰ企画センター編、「マツダ・ロータリーエンジンの歴史」、株式会社グランプリ出版、２００３年２月１０日初版発行、２８～３６頁、４４頁に詳述されている。

　図４は図２におけるＹ－Ｙ’断面図である。１０ｃは回転シャフト１０の軸心、１３ｃは偏心輪１３の中心であり、偏心輪１３が固定されている回転シャフト１０の軸心１０ｃは、偏心輪１３の中心１３ｃから、図中ｅで示す長さだけ偏心している。

　次に、図５～図８を用いて、本例のペダル踏み込み型駆動力伝達機構の動作を説明する。図５～図８において、各図の（ａ）は、ペダル４を踏み込んでクランクアーム５を介してクランク軸１４を回転させることによって、ローター９が、その内歯歯車９ｇを固定外歯歯車６の外歯歯車６ｇと噛み合わせながら、固定外歯歯車６の周囲を回転するローター９の運動を示しており、各図の（ｂ）は、そのときの偏心輪１３の運動を、各図の（ｃ）は、そのときの回転シャフト１０の運動を示している。なお、便宜上、内歯歯車９ｇ及び外歯歯車９ｇは示していない。

　図５～図８に示すとおり、ローター９が固定外歯歯車６の周囲を回転すると、それに伴い、ローター９の軸受部に摺動回転自在に支持されている偏心輪１３は、偏心軸、すなわち、回転シャフト１０の軸心１０ｃを中心に図中矢印方向に回転し、その結果、偏心輪１３が固定されている回転シャフト１０も図中矢印方向に回転する。このとき各図（ｂ）に示すように、偏心輪１３の回転の中心、すなわち、回転シャフト１０の軸心１０ｃは、偏心輪１３の中心１３ｃから前述した距離ｅだけ偏心しているので、ローター９によって偏心輪１３に加えられる回転力は、軸心１０ｃから中心１３ｃをとおって偏心輪１３の外周までの距離を腕の長さとするモーメントとなって回転シャフト１０に効率良く伝達されることになる。このため、踏み込み力を軽減しつつ、回転シャフト１０を回転させ、駆動輪２を回転させて、自転車１を進行させることが可能となる。

　また、前述したとおり、外歯歯車６ｇと内歯歯車９ｇとのギヤ比が２：３である場合には、ローター９が固定外歯歯車６の周囲を１回転する間に、偏心輪１３は３回転することになるので、クランク軸１４の回転に比して、回転シャフト１０の回転数は３倍に増速され、効率良く駆動輪２を回転させることが可能であり、自転車１を高速で進行させることができる。

　図２の車体８よりも左側、すなわち、自転車１の進行方向左側の駆動力伝達機構の動作も、図５～図８に基づいて説明した右側のものと同じであるが、第２偏心輪１３_２の偏心方向は、偏心輪１３の偏心方向と１８０度位相がずれている。これにより、左右の脚でペダル４を踏み込み、クランクアーム５及び第２クランクアーム５_２を介して、クランク軸１４及び第２クランク軸１４_２、さらには、ローター９及び第２ローター９_２を１８０度の位相差で回転させて、両脚の踏み込み力でもって、駆動輪２を回転させ、自転車１を進行させることができる。

　なお、以上の例では、自転車１の進行方向右側、すなわち、駆動輪２が存在する側における固定外歯歯車６は、支持柱８ａ、８ｂ及び固定部材７ａ、７ｂによって車体８に固定されているが、固定外歯歯車６を車体８に対して固定する方法は、これに限られない。例えば、自転車１が駆動輪２及び伝動帯３の周囲にチェーンカバーを有している場合には、固定外歯歯車６をこのチェーンカバーに固定することによって、車体８に対して固定するようにしても良い。

　図９は、駆動力伝達機構の他の一例を示す部分断面平面図である。本例の駆動力伝達機構においては、固定外歯歯車６は、円筒形の支持部材１６の一方端に取り付けられている。支持部材１６の他方端はボトムブラケット１１に取り付けられているので、固定外歯歯車６は、自転車１の車体８に対して固定されていることになる。支持部材１６は、ボトムブラケット１１を介さずに、車体８に直接取り付けるようにしても良い。偏心輪１３は、支持部材１６の周囲にベアリング１２を介して回転自在に支持されている。円筒形の支持部材１６は、回転シャフト１０と同軸であるので、偏心輪１３は回転シャフト１０の軸心の回りに回転可能である。なお、支持部材１６の形状は円筒形に限られない。支持部材１６は、固定外歯歯車６を車体８に対して固定することができる限り、どのような形状を有していても良く、例えば、断面が三角形、四角形、五角形、六角形、楕円形等の筒状の部材であっても良いし、単に、固定外歯歯車６と車体８又はボトムブラケット１１とを連結する複数本の棒状部材であっても良い。

　偏心輪１３の周辺部には、駆動輪２が、ボルトナット等の固定具１７によって、取り付けられており、駆動輪２は、偏心輪１３の回転に伴って、回転シャフト１０の軸心の回りに回転する。なお、本例において、駆動輪２は、偏心輪１３に直接取り付けられているが、回転シャフト１０の軸心の回りに回転する他の部材を偏心輪１３に取り付け、その他の部材に駆動輪２を取り付けるようにしても良い。

　固定外歯歯車６の中心部には、回転シャフト１０の軸方向に貫通する貫通孔６ａが設けられており、クランク軸１４は、この貫通孔６ａを貫通して、回転シャフト１０と同軸に連結されている。１８は、ローター９の端部に設けられた凸部、１９は中間節、２０は駆動板、２１は駆動板２０をクランク軸１４に固定する固定部材であり、凸部１８、中間節１９、及び駆動板２０によってオルダム継手機構２１を構成している。クランク軸１４とローター９とは、このオルダム継手機構２１によって連結されており、クランク軸１４の回転はオルダム継手機構２１を介してローター９に伝達される。

　図１０は、図９のＸ－Ｘ’断面図である。１０ｃは回転シャフト１０の軸心であるとともにクランク軸１４の軸心であり、１３ｃは偏心輪１３の中心である。図に示すとおり、偏心輪１３の中心１３ｃは、回転シャフト１０の軸心１０ｃから、図中ｅで示す長さだけ偏心している。このため、先に挙げた例におけると同様に、ローター９によって偏心輪１３に加えられる回転力は、軸心１０ｃから中心１３ｃをとおって偏心輪１３の外周までの距離を腕の長さとするモーメントとなって駆動輪２に効率良く伝達されることになる。このため、踏み込み力を軽減しつつ、駆動輪２を回転させて、自転車１を進行させることが可能となる。

　図１１は、図９のＹ－Ｙ’断面図である。図１１に示すとおり、ローター９の内歯歯車９ｇは、固定外歯歯車６の外歯歯車６ｇよりも大径で、内歯歯車９ｇの方が外歯歯車６ｇよりも歯数が多い。そのため、内歯歯車９ｇと外歯歯車６ｇとは、その一部で噛み合うものの、他の部分では離れている。本例の駆動力伝達機構においても、外歯歯車６ｇと内歯歯車９ｇとの歯数の比、すなわち、ギヤ比に特に制限はないが、整数比であるのが望ましく、好ましくは、外歯歯車６ｇと内歯歯車９ｇとのギヤ比は２：３とするのが良い。外歯歯車６ｇと内歯歯車９ｇとのギヤ比が２：３である場合には、ローター９が内歯歯車９ｇを外歯歯車６ｇと噛み合わせながら、外歯歯車６ｇの周囲を１回転する間に、偏心輪１３は３回転することになり、増速割合が適当となるので好ましい。

　図１２は、オルダム継手機構２１の分解図である。図に示すとおり、ローター９の端部には、凸部１８、１８が互いに１８０度の間隔をあけて設けられており、中間節１９の一方の側には、凸部１８、１８と対向する位置に、溝１９ａ、１９ａが互いに１８０度の間隔をあけて設けられている。中間節１９の反対側には、溝１９ｂ、１９ｂが同じく１８０度の間隔をあけて設けられているが、その位置は、溝１９ａ、１９ａと９０度ずれている。また、駆動板２０には、溝１９ｂ、１９ｂと対向する位置に、凸部２０ａ、２０ａが互いに１８０度の間隔をあけて設けられている。

　オルダム継手機構２１は、ローター９の凸部１８、１８を中間節１９の溝１９ａ、１９ａと嵌合させ、駆動板２０の凸部２０ａ、２０ａを中間節１９の溝１９ｂ、１９ｂと嵌合させることによって組み立てられる。凸部１８、１８、及び、凸部２０ａ、２０ａは、それぞれ、溝１９ａ、１９ａ、及び溝１９ｂ、１９ｂ内を摺動移動自在であるので、回転時にローター９が駆動板２０に対して、溝１９ａ、１９ａを結ぶ方向、及び、それとは９０度ずれた溝１９ｂ、１９ｂを結ぶ方向のいずれの方向に移動しても、その移動は凸部１８、１８、及び２０ａ、２０ａが、それぞれ溝１９ａ、１９ａ内、及び溝１９ｂ、１９ｂ内を摺動移動することによって吸収され、駆動板２０の中心２０ｃは移動しない。クランク軸１４は、固定部材２２によって、駆動板２０の中心２０ｃを貫通して、駆動板２０と固定されているので、クランク軸１４の中心も移動しない。

　このように、オルダム継手機構２１を介してクランク軸１４とローター９とを連結することにより、クランク軸１４を回転させてローター９をその内歯歯車９ｇを外歯歯車６ｇと噛み合わせながら固定外歯歯車６の周囲を回転移動させても、クランク軸１４は移動することがないので、クランク軸１４を回転シャフト１０と同軸に連結することが可能となり、駆動力伝達機構の構造が簡単になるという利点が得られる。また、クランク軸１４を回転シャフト１０と同軸に連結することができるので、駆動輪２が存在する側とは反対側のクランク軸１４の回転力も、回転シャフト１０を介して、合わせてローター９の回転、つまりは、駆動輪２の回転に利用することができるので、両足でペダルを漕ぐ自転車の利点を最大限に生かすことができるというメリットがある。さらには、クランク軸１４を回転シャフト１０と同軸に連結することができるので、従来の自転車の駆動機構に大幅な変更を加えることなく、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車とすることが可能である。

　なお、ローター９に設けられる凸部１８、１８を溝とし、中間節１９に設けられる溝１９ａ、１９ａを凸部としても良く、同様に、中間節１９に設けられる溝１９ｂ、１９ｂを凸部とし、駆動板２０に設けられる凸部２０ａ、２０ａを溝としても良い。また、凸部１８、１８及び２０ａ、２０ａと溝１９ａ、１９ａ及び１９ｂ、１９ｂの一方又は双方に、例えば、ドライベアリング、フラットローラーベアリングを設けるか、油含浸軸受とすることによって、凸部１８、１８及び２０ａ、２０ａと溝１９ａ、１９ａ及び１９ｂ、１９ｂとの摺動性を高めて摩擦を低減するようにしても良い。

　次に、図１３～図１５を用いて、本例のペダル踏み込み型駆動力伝達機構の動作を説明する。図１３～図１５において、各図の（ａ）は、ペダル４を踏み込んでクランク軸１４を回転させることによって、オルダム継手機構２１を介してローター９を回転させ、ローター９が、その内歯歯車９ｇを固定外歯歯車６の外歯歯車６ｇと噛み合わせながら、固定外歯歯車６の周囲を回転するローター９の運動を示しており、各図の（ｂ）は、そのときの偏心輪１３と、偏心輪１３とともに回転する駆動輪２の運動を示している。

　図１３～図１５に示すとおり、ローター９が固定外歯歯車６の周囲を回転すると、それに伴い、ローター９の軸受部に摺動回転自在に支持されている偏心輪１３は、偏心軸、すなわち、クランク軸１４及び回転シャフト１０の軸心１０ｃを中心に図中矢印方向に回転し、その結果、偏心輪１３に固定されている駆動輪２も図中矢印方向に回転する。このとき各図（ｂ）に示すように、偏心輪１３の回転の中心、すなわち、クランク軸１４及び回転シャフト１０の軸心１０ｃは、偏心輪１３の中心１３ｃから前述した距離ｅだけ偏心しているので、ローター９によって偏心輪１３に加えられる回転力は、軸心１０ｃから中心１３ｃをとおって偏心輪１３の外周までの距離を腕の長さとするモーメントとなって駆動輪２に効率良く伝達されることになる。このため、踏み込み力を軽減しつつ、駆動輪２を回転させて、自転車１を進行させることが可能となる。

　また、前述したとおり、外歯歯車６ｇと内歯歯車９ｇとのギヤ比が２：３である場合には、ローター９が固定外歯歯車６の周囲を１回転する間に、偏心輪１３は３回転することになるので、クランク軸１４の回転に比して、回転シャフト１０又は駆動輪２の回転数は３倍に増速され、効率良く駆動輪２を回転させることが可能であり、自転車１を高速で進行させることができるという利点が得られる。このように、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車においては、外歯歯車６ｇと内歯歯車９ｇとのギヤ比にもよるが、クランク軸１４の回転数に比して駆動輪２の回転数が増速されるので、従来の自転車よりも駆動輪２の径を小さくし、逆に、駆動輪２と伝動帯３で結ばれる従動輪の径を大きくして、ペダル４の踏み込みに必要な力を軽減することができる。前記のようにしてペダル４の踏み込みに必要な力を軽減しても、本発明の自転車においては、駆動輪２の回転数はクランク軸１４の回転数に比して増速されるので、従来の自転車に劣らない速度で自転車を進行させることができるという利点が得られる。因みに、駆動輪２の径を小さくすることは、駆動輪２がスプロケットである場合には、その径を小さくして歯数を減らすことに相当し、前記従動輪の径を大きくすることは、前記従動輪がスプロケットである場合には、その径を大きくして歯数を増やすことに相当する。

　本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車によれば、踏み込み力を軽減しつつ、かつ、クランク軸の回転を増速して駆動輪に伝達することができ、回転駆動力を効率良く伝達することができる。したがって、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車によれば、軽い踏み込み力で効率良く自転車を進行させることができ、脚力が十分でない利用者であっても自転車利用が容易なものとなるという利点が得られる。また、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車においては、踏み込み力の伝達効率が高いので、発進時や登坂路の負担軽減はもとより、長時間、長距離走行が可能となり、自転車の利用機会、利用範囲、利用者層の拡大がもたらされる。したがって、本発明が当該産業分野に与える影響には実に多大のものがある。

　　　１　　　　　　自転車
　　　２　　　　　　駆動輪
　　　３　　　　　　伝動帯
　　　４　　　　　　ペダル
　　　５、５_２　　　クランクアーム
　　　６、６_２　　　固定外歯歯車
　　　６ａ、６_２ａ　　貫通孔
　　　６ｇ、６_２ｇ　　外歯歯車
　　　７ａ、７ｂ　　固定部材
　　　８　　　　　　車体
　　　８ａ、８ｂ　　支持柱
　　　９、９_２　　　ローター
　　　９ｇ、９_２ｇ　　内歯歯車
　　　１０　　　　　回転シャフト
　　　１０ｃ　　　　回転シャフトの軸心
　　　１１　　　　　ボトムブラケット
　　　１２　　　　　ベアリング
　　　１３、１３_２　　偏心輪
　　　１３ｃ　　　　偏心輪の中心
　　　１４、１４_２　　クランク軸
　　　１５　　　　　固定部材
　　　１６　　　　　支持部材
　　　１７　　　　　固定具
　　　１８　　　　　凸部
　　　１９　　　　　中間節
　　　１９ａ、１９ｂ　　溝
　　　２０　　　　　駆動板
　　　２０ａ　　　　凸部
　　　２１　　　　　オルダム継手機構
　　　２２　　　　　固定部材
　　　e　　　　　　偏心距離

Claims (6)

1. 　自転車の車体に回転自在に支持される回転シャフトと；前記回転シャフトの軸心に対して偏心した偏心輪であって、前記回転シャフトの軸心の回りに回転可能な偏心輪と；前記回転シャフトと同心の駆動輪であって、前記偏心輪の回転に伴い前記回転シャフトの軸心の回りに回転する駆動輪と；前記回転シャフトの軸心と同心で、自転車の車体に対して固定された固定外歯歯車と；前記回転シャフトの軸方向に沿った一方の側に前記固定外歯歯車と噛み合う内歯歯車を有し、他方の側に前記偏心輪を摺動回転自在に支持する軸受部を有するローターであって、前記固定外歯歯車の中心に対して偏心したローターと；前記ローターを回転させるクランク軸とを有する、ペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車。
2. 　前記偏心輪が前記回転シャフトに取り付けられており、前記固定外歯歯車が、中心部に前記回転シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有するとともに、前記クランク軸が、前記固定外歯歯車の前記貫通孔を貫通して、前記ローターの中心に取り付けられている請求の範囲第１項記載のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車。
3. 　前記固定外歯歯車と前記ローターが有する内歯歯車のギヤ比が２：３である請求の範囲第１項又は第２項記載のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車。
4. 　前記回転シャフトの自転車の車体を挟んで前記駆動輪が存在する側とは反対側に、前記回転シャフトの軸心に対して偏心して前記回転シャフトに取り付けられた第２偏心輪と；第２偏心輪よりも車体内側の位置で、自転車の車体に対して固定された第２固定外歯歯車であって、回転シャフトの軸心と同心で、かつ、中心部に回転シャフトが貫通する貫通孔を有している第２固定外歯歯車と；第２固定外歯歯車と噛み合う内歯歯車を有するとともに、前記第２偏心輪を摺動回転自在に支持する軸受部を有する第２ローターであって、前記第２固定外歯歯車の中心に対して偏心した第２ローターと；前記第２ローターの中心に取り付けられたクランク軸を有し、前記第２偏心輪の偏心方向が前記偏心輪の偏心方向に対して１８０度位相がずれている請求の範囲第２項は第３項記載のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車。
5. 　前記第２固定外歯歯車と前記第２ローターが有する内歯歯車のギヤ比が２：３である請求の範囲第４項記載のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車。
6. 　前記偏心輪が自転車の車体に対して固定された部材に回転可能に支持されており、前記固定外歯歯車が、中心部に前記回転シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有するとともに、前記クランク軸が、前記貫通孔を貫通して、前記回転シャフトと同軸に連結され、前記クランク軸と、前記ローターとが、オルダム継手機構によって連結されている請求の範囲第１項記載のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車。

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