WO2020174706A1 - 自転車のチェーン駆動機構 - Google Patents

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WO2020174706A1
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freewheel
chain
bicycle
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富雄 柿見
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富雄 柿見
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62MRIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M9/00Transmissions characterised by use of an endless chain, belt, or the like
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62MRIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M9/00Transmissions characterised by use of an endless chain, belt, or the like
    • B62M9/02Transmissions characterised by use of an endless chain, belt, or the like of unchangeable ratio

Definitions

  • the present invention relates to a bicycle drive mechanism, and more particularly to a bicycle chain drive mechanism that transmits a driving force to a rear wheel via a chain.
  • Patent Document 1 discloses a bicycle in which the driving force is transmitted to the rear wheels not only when the crank arm rotates in the forward direction but also when it rotates in the reverse direction.
  • Patent Document 1 rotates left and right crank arms in opposite directions via a bevel gear.
  • a bevel gear In order to have such a configuration, it is necessary to incorporate a new mechanical element, which complicates the overall configuration and eventually increases the manufacturing cost.
  • the present invention has a simpler overall configuration than conventional ones, and at a low manufacturing cost, it is possible to transmit the driving force to the rear wheels regardless of whether the crank arm rotates in the forward or reverse direction.
  • An object is to provide a possible bicycle chain drive mechanism.
  • a bicycle chain drive mechanism is provided with an inner sprocket that rotates integrally with a crankshaft of the bicycle, and an inner sprocket that is coaxial with the inner sprocket and is rotatable relative to the crankshaft.
  • the chain is hung on the gear parts on the opposite sides of the sprocket and the freewheel on the different sides inside and outside, respectively, and the gear parts on the same side of the sprocket and the freewheel on the same side inside and outside, respectively. It is characterized by being hung on each.
  • the chain is hung on the gear parts on the opposite sides of the sprocket and the freewheel on the same side inside and outside, respectively, and the gear parts on the same top and bottom sides of the sprocket and the freewheel located on different sides inside and outside, respectively. It is characterized by being hung on each.
  • the number of teeth of the inner sprocket and the number of teeth of the outer sprocket are the same.
  • a pedal is provided at the tip, and a left crank arm having a base end opposite to the tip is fixed to the left end of the crankshaft, and a pedal is provided at the tip, and the tip is A right crank arm having a base end portion on the opposite side attached to the right end portion of the crank shaft so as to be rotatable relative to the crank shaft; and the left crank arm, together with the inner sprocket, and the crank shaft.
  • the right crank arm rotates integrally with the outer sprocket in a direction opposite to that of the left crank arm.
  • the inner and outer sprockets and the inner and outer freewheels are chained so that they always rotate in opposite directions. If the cranks are rotated integrally with the inner and outer sprockets, the driving force can be transmitted to the rear wheels regardless of whether the crank arms rotate in the forward or reverse directions.
  • a new mechanical element such as a bevel gear
  • the drive mechanism 10 is one in which some basic components used in a general bicycle drive device are added, and a configuration in which the components are attached is elaborated.
  • the drive mechanism 10 basically has the same configuration as a general bicycle drive device. That is, the configuration of the portion above the line AA indicated by the chain double-dashed line in FIG. 1B is substantially the same as that of a general bicycle drive device.
  • the drive mechanism 10 includes a crankshaft 12.
  • the crankshaft 12 is axially supported inside a bottom bracket 14 fixed to a lower portion of a bicycle frame (not shown) via a bearing (not shown).
  • the base end of the left crank arm 16L is fixed to the left end of the crankshaft 12.
  • a left pedal 18L is rotatably supported at the tip of the left crank arm 16L.
  • a sprocket 20 (also called a chain wheel) is fixed to the right end side of the crankshaft 12. The left crank arm 16L fixed to the crankshaft 12 and the sprocket 20 rotate integrally with the crankshaft 12.
  • a freewheel 22 that rotates coaxially with the rear wheel (not shown) of the bicycle is provided behind the sprocket 20.
  • a known ratchet mechanism is provided between the free wheel 22 and the rear wheel hub (not shown), and is configured to transmit torque only in one direction. Therefore, the torque is transmitted to the wheel axle of the rear wheel only when the freewheel 22 rotates in the same forward direction (clockwise in FIG. 1) as the direction in which the rear wheel rotates forward.
  • the structure of the portion below the line AA is different from the structure of a general bicycle drive device.
  • the configuration of this different part will be described in detail.
  • another sprocket 24 (also called a chain wheel) is provided.
  • the sprocket 24 has the same structure as the sprocket 20. That is, the outer diameters of both sprockets 20 and 24 are the same, and the number of teeth of the gears formed on the outer peripheral portions of each is also the same.
  • the sprocket 24 on the axial end side (outer side) of the crankshaft 12 is referred to as an “outer sprocket”, and the sprocket 20 on the axial center side (inner side) thereof is referred to as an “inner sprocket”.
  • the sprockets 20 and 24 will be distinguished.
  • the outer sprocket 24 is arranged coaxially with the other inner sprocket 20, and is attached to the right end portion of the crankshaft 12 via a bearing (not shown) such as a bearing or a bush. Therefore, the outer sprocket 24 is rotatable relative to the crankshaft 12, and is configured to rotate coaxially with the adjacent inner sprocket 20.
  • Right crank arm 16R is also attached to the right end of the crankshaft 12.
  • a right pedal 18R is rotatably supported at the tip of the right crank arm 16R, like the left crank arm 16L.
  • the base end portion of the right crank arm 16R is fixed to the outer sprocket 24. That is, in this example, the right crank arm 16R is attached to the right end portion of the crankshaft 12 via the sprocket 24 and the bearing (not shown). Therefore, when the sprocket 24 rotates relative to the crankshaft 12, the right crank arm 16R also rotates integrally with the sprocket 24.
  • Another freewheel 26 is also provided on the right end of the rear wheel axle.
  • the free wheel 26 has the same structure as the free wheel 22 described above. That is, the outer diameters of both free wheels 22 and 26 are the same, and the number of teeth of the gears formed on the outer peripheral portions of each is the same.
  • the free wheel 26 on the axial end side (outer side) of the wheel shaft is referred to as an “outer free wheel”, and the free wheel 22 on the axial center side (inner side) thereof is referred to as an “inner free wheel”.
  • the two freewheels 22 and 26 will be distinguished.
  • the outer freewheel 26 is arranged coaxially with the other inner freewheel 22, and rotates coaxially with the outer freewheel 22 and then the rear wheel of the bicycle.
  • a known ratchet mechanism is also provided between the outer free wheel 26 and the wheel axle of the rear wheel, and is configured to transmit torque only in one direction.
  • the outer free wheel 26, like the inner free wheel 22, transmits torque to the wheel axles of the rear wheels only when the rear wheels rotate in the same forward direction (clockwise in FIG. 1) as the direction in which the rear wheels rotate forward. It is configured to be.
  • the drive mechanism 10 has a total of four transmission gears including two sprockets 20 and 24 on the drive side (front side) and two free wheels 22 and 26 on the driven side (rear side). There is. An endless chain 28 is hung on each of these four transmission gears.
  • the chain 28 is longer than that used in a general bicycle drive device, and is laid on each of the four transmission gears in the manner described below. The manner of handling the chain 28 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the chain 28 is stretched between the upper gear portion 24U of the outer sprocket 24 and the upper gear portion 26U of the outer freewheel 26 and folded back to the lower gear portion 26L of the outer freewheel 26.
  • the folded chain 28 is hung from the lower gear portion 26L of the outer free wheel 26 to the upper gear portion 20U of the inner sprocket 20 and folded back to the lower gear portion 20L of the inner sprocket 20.
  • the chain 28 hung from the lower gear portion 20L of the inner sprocket 20 to the lower gear portion 22L of the inner freewheel 22 is folded back to the upper gear portion 22U of the inner freewheel 22 and the outer sprocket 24 It is stretched around the lower gear portion 24L.
  • the chain 28 hung on each of the four transmission gears of the two inner and outer sprockets 20 and 24 and the two inner and outer freewheels 22 and 26 has the following four positions between the drive side and the driven side.
  • a chain portion corresponding to one section, that is, an upper moving portion 28A, a first oblique portion 28B, a lower moving portion 28C, and a second oblique portion 28D are respectively formed.
  • the upper moving portion 28A is a chain portion that moves in a section between the upper gear portion 24U of the outer sprocket 24 and the upper gear portion 26U of the outer freewheel 26.
  • the first skewed portion 28B is a chain portion that skews a section between the upper gear portion 20U of the inner sprocket 20 and the lower gear portion 26L of the outer freewheel 26.
  • the lower moving portion 28C is a chain portion that moves in a section between the lower gear portion 20L of the inner sprocket 20 and the lower gear portion 22L of the inner freewheel 22.
  • the second slanting portion 28D is slanted in a direction intersecting the first slanting portion 28B described above with a section between the lower gear portion 24L of the outer sprocket 24 and the upper gear portion 22U of the inner freewheel 22. It is the chain part to go.
  • the chain parts (upper moving part 28A and lower moving part 28C) that are hung on the transmission gears on the same side inside and outside are hung on the gear parts on the same upper and lower sides, respectively.
  • the chain portions (the first skewed portion 28B and the second skewed portion 28D) that are hung on the transmission gears on the different sides inside and outside are hung on the gear portions on the upside down side, respectively. They intersect with each other in both plan view and side view.
  • the right crank arm 16R always rotates in the opposite direction to the left crank arm 16L. Further, both the inner and outer sprockets 20 and 24 on the drive side and the inner and outer freewheels 22 and 26 on the driven side always rotate in mutually opposite directions. The movement of the drive mechanism 10 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • arrows indicating the rotation direction of each transmission gear and the moving direction of the chain 28 when the right crank arm 16R rotates in the positive direction are represented by solid lines, and the left crank arm 16L rotates in the positive direction.
  • the arrows indicating the rotating direction of each transmission gear and the moving direction of the chain 28 are represented by broken lines.
  • the outer sprocket 24 When the right crank arm 16R rotates in the forward direction, the outer sprocket 24 also integrally rotates in the forward direction, so that the upper moving portion 28A of the chain 28 moves from the outer freewheel 26 side to the outer sprocket 24 side (arrow F1). .. With the movement of the upper moving portion 28A, the outer free wheel 26 is driven to rotate in the forward direction, and as a result, the torque is transmitted to the wheel axle of the rear wheel.
  • the inner sprocket 20 When the left crank arm 16L rotates in the forward direction, the inner sprocket 20 also integrally rotates in the forward direction, so that the first skewed portion 28B of the chain 28 moves from the outer freewheel 26 side to the inner sprocket 20 side ( Arrow R1). With the movement of the first oblique portion 28B, the outer freewheel 26 is driven to rotate in the opposite direction, and the upper moving portion 28A of the chain 28 moves from the outer sprocket 24 side to the outer freewheel 26 side (arrow). R2).
  • the outer sprocket 24 rotates in the opposite direction accordingly, and the right crank arm 16R also rotates in the opposite direction together with the outer sprocket 24.
  • the second oblique portion 28D of the chain 28 moves from the inner freewheel 22 side to the outer sprocket 24 side (arrow R3).
  • the inner freewheel 22 is driven to rotate in the forward direction, and as a result, the torque is transmitted to the wheel axle of the rear wheel.
  • the chain 28 is hung so that both the inner and outer sprockets 20 and 24 and the inner and outer freewheels 22 and 26 always rotate in opposite directions.
  • the left crank arm 16L that integrally rotates with the inner sprocket 20 and the right crank arm 16R that integrally rotates with the outer sprocket 24 rotate in opposite directions, and the left and right crank arms 16L and 16R rotate in the respective rotating directions.
  • the torque is transmitted to the wheel axle of the rear wheel. Therefore, no matter how the occupant of the bicycle steps on the left and right pedals 18L and 18R, the driving force can be transmitted to the rear wheels.
  • a wide range of modes such as foot pedaling in which the left and right pedals 18L and 18R are alternately depressed, and the position in which the pedals 18L and 18R are depressed while the bicycle is traveling. You will be able to select the pedaling operation.
  • the position where the pedals 18L, 18R are depressed is determined in advance, and a new element of play, for example, competition by a relay system is added to the bicycle.
  • the muscles used vary depending on the mode of pedaling, it is possible to disperse the load during running and to expect a wide range of practical applications such as application to muscle training.
  • the drive mechanism 10 is obtained by adding some basic components used in a general bicycle drive device and improving the attachment mode by devising the device, it is described in the background art. It is not necessary to incorporate a new mechanical element (a gear mechanism such as a bevel gear) unlike the bicycle drive device disclosed in Patent Document 1. Therefore, it is advantageous in that the entire structure is simple and the manufacturing cost can be provided at low cost.
  • the chain 28 is routed in such a manner that the vertical relationship between the chain portion engaged with the transmission gears on the same side inside and outside and the chain portion engaged with the transmission gears on different sides inside and outside is reversed. It may be in the form of
  • the upper moving portion 28A of the chain 28 moves in the section between the upper gear portion 20U of the inner sprocket 20 and the upper gear portion 22U of the inner freewheel 22, and the lower moving portion 28C moves in a section between the lower gear portion 24L of the outer sprocket 24 and the lower gear portion 26L of the outer freewheel 26.
  • the first skewed portion 28B of the chain 28 skews the section between the lower gear portion 20L of the inner sprocket 20 and the upper gear portion 26U of the outer freewheel 26, and the second skewed portion 28D.
  • the chain 28 is routed on the inner and outer sides of the sprocket 20, 24 and the freewheels 22, 26 on the same side, respectively, on the upside-down side gear parts, and on the different sides inside and outside.
  • the sprocket 20 and 24 and the free wheels 22 and 26 may be respectively engaged with the gear parts on the same upper and lower sides.
  • the upper moving portion 28A of the chain 28 moves in the section between the upper gear portion 24U of the outer sprocket 24 and the upper gear portion 22U of the inner freewheel 22, and the lower moving portion 28C moves in a section between the lower gear portion 20L of the inner sprocket 20 and the lower gear portion 26L of the outer freewheel 26.
  • the first skewed portion 28B of the chain 28 skews a section between the upper gear portion 20U of the inner sprocket 20 and the lower gear portion 22L of the inner freewheel 22, and the second skewed portion 28D.
  • Modification 3 Further, in Modification 2 described above, the routing of the chain 28 is similar to Modification 1 described above, in that the chain portion that is engaged with the transmission gears on the same side inside and outside and the transmission gears that are on the different sides inside and outside are engaged with each other. The vertical relationship of each chain portion may be reversed.
  • the upper moving portion 28A of the chain 28 moves in the section between the upper gear portion 20U of the inner sprocket 20 and the upper gear portion 26U of the outer freewheel 26, and the lower moving portion 28C moves in a section between the lower gear portion 24L of the outer sprocket 24 and the lower gear portion 22L of the inner freewheel 22.
  • the first skewed portion 28B of the chain 28 skews a section between the lower gear portion 20L of the inner sprocket 20 and the upper gear portion 22U of the inner freewheel 22, and the second skewed portion 28D.
  • the chain 28 is either the inner and outer sprockets 20 or 24 or the inner and outer freewheels 22 and 26. Since the peach is always hung so as to rotate in the opposite direction, the same operation and function as those of the above-described embodiment are exhibited.
  • the inner and outer freewheels 22 and 26 have the same configuration, that is, the gears formed on the outer diameter and the outer periphery have the same number of teeth, but they have the same configuration. No need.
  • the left and right crank arms 16L and 16R are overlapped in a side view when they are in a horizontal posture, but the rotation phase in which they are overlapped is not particularly limited.
  • the rotational phase where they overlap can be appropriately set according to the occupant's preference, such as being set at a position shifted by 45° from the horizontal posture.
  • the chain drive mechanism for a bicycle according to the present invention is applicable not only to a general two-wheeled bicycle but also to a bicycle with three or more wheels.

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Abstract

【課題】クランクアーム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をシンプルな全体構成かつ安価な製作コストで提供する。 【解決手段】自転車のクランク軸12と一体回転する内スプロケット20と同軸上に外スプロケット24をクランク軸12に対して相対回転可能に並設する。また、自転車の後輪と同軸回転する内フリーホイール22と同軸上に外フリーホイール26を並設する。外スプロケット24が内スプロケット20とは逆方向に回転し、外フリーホイール26が内フリーホイール22とは逆方向に回転するように、内スプロケット20及び外スプロケット24、並びに、内フリーホイール22及び外フリーホイール26の各々にチェーン28が掛けられた構成とする。

Description

自転車のチェーン駆動機構
 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、左右のクランクアーム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、左右のクランクアーム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、クランクアーム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が開示されている。
中国特許出願公開第102582771号明細書
 特許文献1に開示された自転車の駆動装置は、ベベルギヤを介して左右のクランクアームを互いに逆方向へ回転させるものである。このような構成とするには、新たな機械要素を組み込む必要があるため、全体構成が複雑化し、ひいては製作コストも増大する。
 上記した課題に鑑み、本発明は、従来よりも全体構成がシンプルで、かつ、製作コストも安価ながら、クランクアーム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を提供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一体回転する内スプロケットと、前記内スプロケットと同軸上に前記クランク軸に対して相対回転可能に並設された外スプロケットと、前記自転車の後輪と同軸回転する内フリーホイールと、前記内フリーホイールと同軸上に並設された外フリーホイールと、前記外スプロケットが前記内スプロケットとは逆方向に回転し、前記外フリーホイールが前記内フリーホイールとは逆方向に回転するように、前記内スプロケット及び前記外スプロケット、並びに、前記内フリーホイール及び前記外フリーホイール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。
 また、前記チェーンが、内外で異なる側にあるスプロケットとフリーホイール各々の上下逆側のギヤ部分にそれぞれ掛けられているとともに、内外で同じ側にあるスプロケットとフリーホイール各々の上下同じ側のギヤ部分にそれぞれ掛けられていることを特徴とする。
 あるいは、前記チェーンが、内外で同じ側にあるスプロケットとフリーホイール各々の上下逆側のギヤ部分にそれぞれ掛けられているとともに、内外で異なる側にあるスプロケットとフリーホイール各々の上下同じ側のギヤ部分にそれぞれ掛けられていることを特徴とする。
 また、前記内スプロケットの歯数と前記外スプロケットの歯数が同じであることを特徴とする。
 さらに、先端部にペダルが設けられ、当該先端部とは反対側の基端部が前記クランク軸の左端部に固定された左クランクアームと、先端部にペダルが設けられ、当該先端部とは反対側の基端部が前記クランク軸の右端部に当該クランク軸に対して相対回転可能に取り付けられた右クランクアームと、をさらに備え、前記左クランクアームは、前記内スプロケットとともに前記クランク軸と一体回転し、前記右クランクアームは、前記左クランクアームとは逆方向に前記外スプロケットと一体回転す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、内外のスプロケット同士及び内外のフリーホイール同士の何れもが、常に逆方向へ回転するようにチェーンが掛けられた構成であるため、左右のクランクアームをそれぞれ内外のスプロケットと一体回転させれば、クランクアーム各々の回転方向が正逆いずれの場合にも、後輪に駆動力を伝達することが可能となる。また、このような構成は、一般的な自転車の駆動装置に使用する基本的な構成部品を一部追加し、その取り付け態様に工夫を凝らして改良を加えたものであるため、従来のように、新たな機械要素(ベベルギヤのような歯車機構)を組み込む必要もない。そのため、全体構成がシンプルで、かつ、製作コストも安価に提供できる。
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(a)側面図および(b)平面図である。 チェーンの取り回しの態様とその動きを示す概略斜視図である。 チェーンの取り回しの態様の変形例1とその動きを示す概略斜視図である。 チェーンの取り回しの態様の変形例2とその動きを示す概略斜視図である。 チェーンの取り回しの態様の変形例3とその動きを示す概略斜視図である。
 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。
 図1に示すように、駆動機構10は、基本的には、一般的な自転車の駆動装置と同じ構成を有する。すなわち、図1(b)に二点鎖線で示すA-A線より上側の部分の構成は、実質的には、一般的な自転車の駆動装置と同じである。
 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14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の左端部には、左クランクアーム16Lの基端部が固定されている。左クランクアーム16Lの先端部には、左ペダル18Lが回転自在に軸支されている。クランク軸12の右端部側には、スプロケット20(チェーンホイールとも呼ばれる。)が固定されている。クランク軸12に固定された左クランクアーム16Lとスプロケット20は、クランク軸12と一体回転する。
 スプロケット20の後方には、自転車の後輪(不図示)と同軸回転するフリーホイール22が設けられている。フリーホイール22と後輪のハブ(不図示)との間には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方向(図1では時計方向)へフリーホイール22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。
 これに対して、上記A-A線より下側の部分の構成は、一般的な自転車の駆動装置の構成とは異なっている。以下、この相違する部分の構成について詳細に説明する。
 クランク軸12の右端部には、さらにもう1枚のスプロケット24(チェーンホイールとも呼ばれる。)が設けられている。スプロケット24は、スプロケット20と同じ構成のものが用いられている。すなわち、両スプロケット20,24の外径は同じであり、各々の外周部に形成されているギヤの歯数も同じである。以下の説明では、クランク軸12の軸方向端部側(外側)にあるスプロケット24を「外スプロケット」と、これより軸方向中央側(内側)にあるスプロケット20を「内スプロケット」として、これら2枚のスプロケット20,24を区別することとする。
 外スプロケット24は、もう片方の内スプロケット20と同軸上に並設されており、ベアリングやブッシュなどの軸受け(不図示)を介して、クランク軸12の右端部に取り付けられている。したがって、外スプロケット24は、クランク軸12に対して相対回転可能となっており、かつ、隣接する内スプロケット20と同軸回転するように構成されている。
 クランク軸12の右端部には、また、右クランクアーム16Rが取り付けられている。この右クランクアーム16Rの先端部には、左クランクアーム16Lと同様、右ペダル18Rが回転自在に軸支されている。一方、右クランクアーム16Rの基端部は、外スプロケット24に固定されている。すなわち、本例において、右クランクアーム16Rは、スプロケット24及び軸受け(不図示)を介して、クランク軸12の右端部に取り付けられている。このため、スプロケット24がクランク軸12に対して相対回転するときには、右クランクアーム16Rもスプロケット24とともに一体回転するような構成となっている。
 後輪の車輪軸の右端部側にも、さらにもう1つフリーホイール26が設けられている。フリーホイール26は、上記のフリーホイール22と同じ構成のものが用いられている。すなわち、両フリーホイール22,26の外径は同じであり、各々の外周部に形成されているギヤの歯数も同じである。以下の説明では、車輪軸の軸方向端部側(外側)にあるフリーホイール26を「外フリーホイール」と、これより軸方向中央側(内側)にあるフリーホイール22を「内フリーホイール」として、これら2つのフリーホイール22,26を区別することとする。
 外フリーホイール26は、もう片方の内フリーホイール22と同軸上に並設され、外フリーホイール22ひいては自転車の後輪と同軸回転する。外フリーホイール26と後輪の車輪軸との間にも、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。本例において、外フリーホイール26は、内フリーホイール22と同様、後輪が前進回転する方向と同じ正方向(図1では時計方向)へ回転するときのみ、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。
 上記のとおり、駆動機構10は、駆動側(フロント側)に2枚のスプロケット20,24、従動側(リア側)に2つのフリーホイール22,26の合計4つの伝動ギヤを有する構成となっている。これら4つの伝動ギヤの各々には、無端状をしたチェーン28が掛けられている。
 チェーン28は、一般的な自転車の駆動装置に用いられるものより長尺なものが用いられており、以下のような態様の取り回しで、4つの伝動ギヤ各々に掛けられている。このチェーン28の取り回しの態様について、図1及び図2を参照しながら説明する。
 チェーン28は、外スプロケット24の上側ギヤ部分24Uと外フリーホイール26の上側ギヤ部分26Uとの間に掛け渡されて、外フリーホイール26の下側ギヤ部分26Lまで折り返されている。折り返されたチェーン28は、外フリーホイール26の下側ギヤ部分26Lから内スプロケット20の上側ギヤ部分20Uへと掛け渡されて、内スプロケット20の下側ギヤ部分20Lまで折り返されている。さらに、内スプロケット20の下側ギヤ部分20Lから内フリーホイール22の下側ギヤ部分22Lへと掛け渡されたチェーン28が、内フリーホイール22の上側ギヤ部分22Uまで折り返されて、外スプロケット24の下側ギヤ部分24Lに掛け渡されている。
 このような取り回しで、内外2枚のスプロケット20,24、内外2つのフリーホイール22,26の4つの伝動ギヤ各々に掛けられたチェーン28には、駆動側と従動側の間に、次の4つの区間に相当するチェーン部分、すなわち、上側移動部分28A、第1の斜行部分28B、下側移動部分28C及び第2の斜行部分28Dがそれぞれ形成される。
 上側移動部分28Aは、外スプロケット24の上側ギヤ部分24Uと外フリーホイール26の上側ギヤ部分26Uとの間の区間を移動するチェーン部分である。第1の斜行部分28Bは、内スプロケット20の上側ギヤ部分20Uと外フリーホイール26の下側ギヤ部分26Lとの間の区間を斜行するチェーン部分である。下側移動部分28Cは、内スプロケット20の下側ギヤ部分20Lと内フリーホイール22の下側ギヤ部分22Lとの間の区間を移動するチェーン部分である。第2の斜行部分28Dは、外スプロケット24の下側ギヤ部分24Lと内フリーホイール22の上側ギヤ部分22Uとの間の区間を、上記した第1の斜行部分28Bと交差する方向へ斜行するチェーン部分である。
 上記した各チェーン部分のうち、内外で同じ側にある伝動ギヤ同士に掛けられているチェーン部分(上側移動部分28Aと下側移動部分28C)は、それぞれ上下同じ側のギヤ部分に掛けられており、平面視と側面視いずれの場合においても並行する。一方、内外で異なる側にある伝動ギヤ同士に掛けられているチェーン部分(第1の斜行部分28B、第2の斜行部分28D)は、それぞれ上下逆側のギヤ部分に掛けられており、平面視と側面視いずれの場合においても互いに交差している。
 上記構成からなる駆動機構10では、右クランクアーム16Rが、常に、左クランクアーム16Lとは逆方向に回転する。また、駆動側の内外両スプロケット20,24、従動側の内外両フリーホイール22,26も、常に、互いに逆方向に回転する。このような駆動機構10の動きについて、図1及び図2を参照しながら説明する。
 なお、図2では、右クランクアーム16Rが正方向へ回転する場合の各伝動ギヤの回転方向及びチェーン28の移動方向を示す矢印を実線で表すことし、左クランクアーム16Lが正方向へ回転する場合の各伝動ギヤの回転方向及びチェーン28の移動方向を示す矢印を破線で表すこととする。
 まずは、右クランクアーム16Rが正方向へ回転する場合の動きを説明する。
 右クランクアーム16Rが正方向へ回転すると、外スプロケット24も正方向へ一体回転するため、チェーン28の上側移動部分28Aが、外フリーホイール26側から外スプロケット24側へと移動する(矢印F1)。この上側移動部分28Aの移動に伴い、外フリーホイール26が正方向へ従動回転し、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。
 外フリーホイール26が正方向へ回転すると、チェーン28の第1の斜行部分28Bは、内スプロケット20側から外フリーホイール26側へと移動する(矢印F2)。第1の斜行部分28Bが移動すると、これに伴って、内スプロケット20が逆方向へ回転し、左クランクアーム16Lも内スプロケット20と一体になって逆方向へ回転する。
 内スプロケット20が逆方向へ回転すると、チェーン28の下側移動部分28Cは、内フリーホイール22側から内スプロケット20側へと移動する(矢印F3)。この下側移動部分28Cの移動に伴い、内フリーホイール22が逆方向へ従動回転し、チェーン28の第2の斜行部分28Dは、外スプロケット24側から内フリーホイール22側へと移動する(矢印F4)。第2の斜行部分28Dが移動すると、これに伴って、外スプロケット24が正方向へ回転し、右クランクアーム16Rも外スプロケット24とともに正方向へ一体回転する。このような一連の流れにより、チェーン28が無端軌道で周回移動を繰り返すこととなる。
 続いて、左クランクアーム16Lが正方向へ回転する場合の動きを説明する。
 左クランクアーム16Lが正方向へ回転すると、内スプロケット20も正方向へ一体回転するため、チェーン28の第1の斜行部分28Bが、外フリーホイール26側から内スプロケット20側へと移動する(矢印R1)。この第1の斜行部分28Bの移動に伴い、外フリーホイール26が逆方向へ従動回転し、チェーン28の上側移動部分28Aは、外スプロケット24側から外フリーホイール26側へと移動する(矢印R2)。
 上側移動部分28Aが移動すると、これに伴って、外スプロケット24が逆方向へ回転し、右クランクアーム16Rも外スプロケット24と一体になって逆方向へ回転する。外スプロケット24が逆方向へ回転すると、チェーン28の第2の斜行部分28Dは、内フリーホイール22側から外スプロケット24側へと移動する(矢印R3)。この第2の斜行部分28Dの移動に伴い、内フリーホイール22が正方向へ従動回転し、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。
 内フリーホイール22が正方向へ従動回転すると、チェーン28の下側移動部分28Cは、内スプロケット20側から内フリーホイール22側へと移動する(矢印R4)。下側移動部分28Cが移動すると、これに伴って、内スプロケット20が正方向へ回転し、左クランクアーム16Lも内スプロケット20とともに正方向へ一体回転する。このような一連の流れにより、チェーン28が無端軌道で上記とは逆方向への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、内外のスプロケット20,24同士及び内外のフリーホイール22,26同士の何れもが、常に、逆方向へ回転するようにチェーン28が掛けられた構成であるため、内スプロケット20と一体回転する左クランクアーム16Lと、外スプロケット24と一体回転する右クランクアーム16Rとが互いに逆方向へ回転し、左右のクランクアーム16L,16R各々の回転方向が正逆いずれの場合にも、後輪の車輪軸にトルクが伝達されることとなる。したがって、自転車の乗員が左右のペダル18L,18Rをどのように踏み込んでも、後輪に駆動力を伝達することが可能となる。
 これにより、例えば、左右のペダル18L,18Rを交互に足踏みするように踏み込む足踏み式のペダリングや、自転車の走行中にペダル18L,18Rを踏み込むポジションを変更するなど、乗員の好みに応じた幅広い態様のペダリング操作を選択できるようになる。あるいは、ペダル18L,18Rを踏み込むポジションを予め決めておき、例えば、リレー方式で競争を行うといった新たな遊びの要素が自転車に付与される。また、ペダリングの態様によって使用する筋肉が変わるので、走行時の負荷を分散できるほか、筋力トレーニングへの応用など、幅広い実用性が期待できる。
 さらに、駆動機構10は、一般的な自転車の駆動装置に使用する基本的な構成部品を一部追加し、その取り付け態様に工夫を凝らして改良を加えたものであるため、上記背景技術記載の特許文献1に開示された自転車の駆動装置のように、新たな機械要素(ベベルギヤのような歯車機構)を組み込む必要もない。そのため、全体構成がシンプルで、かつ、製作コストも安価に提供できるという点でも有利である。
 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。
 なお、以下説明する変形例1~3を示す図3~図5においても、図2と同様、右クランクアーム16Rが正方向へ回転する場合の各伝動ギヤの回転方向及びチェーン28の移動方向を示す矢印を実線で表すことし、左クランクアーム16Lが正方向へ回転する場合の各伝動ギヤの回転方向及びチェーン28の移動方向を示す矢印を破線で表すこととする。
<変形例1>
 上記実施形態において、チェーン28の取り回しは、内外で同じ側にある伝動ギヤ同士に掛けられているチェーン部分及び内外で異なる側にある伝動ギヤ同士に掛けられているチェーン部分それぞれの上下関係が逆になる態様であっても構わない。
 この場合、図3に示すように、チェーン28の上側移動部分28Aは、内スプロケット20の上側ギヤ部分20Uと内フリーホイール22の上側ギヤ部分22Uとの間の区間を移動し、下側移動部分28Cは、外スプロケット24の下側ギヤ部分24Lと外フリーホイール26の下側ギヤ部分26Lとの間の区間を移動する。また、チェーン28の第1の斜行部分28Bは、内スプロケット20の下側ギヤ部分20Lと外フリーホイール26の上側ギヤ部分26Uとの間の区間を斜行し、第2の斜行部分28Dは、外スプロケット24の上側ギヤ部分24Uと内フリーホイール22の下側ギヤ部分22Lとの間の区間を、第1の斜行部分28Bと交差する方向へ斜行する。さらに、左クランクアーム16Lが正方向へ回転したときと、右クランクアーム16Rが正方向へ回転したときとで、各チェーン部分が移動(斜行)する向きが上記実施形態とは逆になる。
<変形例2>
 また、上記実施形態において、チェーン28の取り回しは、内外で同じ側にあるスプロケット20,24とフリーホイール22,26各々の上下逆側のギヤ部分にそれぞれ掛けられているとともに、内外で異なる側にあるスプロケット20,24とフリーホイール22,26各々の上下同じ側のギヤ部分にそれぞれ掛けられているような態様であっても構わない。
 この場合、図4に示すように、チェーン28の上側移動部分28Aは、外スプロケット24の上側ギヤ部分24Uと内フリーホイール22の上側ギヤ部分22Uとの間の区間を移動し、下側移動部分28Cは、内スプロケット20の下側ギヤ部分20Lと外フリーホイール26の下側ギヤ部分26Lとの間の区間を移動する。また、チェーン28の第1の斜行部分28Bは、内スプロケット20の上側ギヤ部分20Uと内フリーホイール22の下側ギヤ部分22Lとの間の区間を斜行し、第2の斜行部分28Dは、外スプロケット24の下側ギヤ部分24Lと外フリーホイール26の上側ギヤ部分26Uとの間の区間を、第1の斜行部分28Bと交差する方向へ斜行する。なお、左クランクアーム16Lが正方向へ回転したときと、右クランクアーム16Rが正方向へ回転したときの、各チェーン部分が移動(斜行)する向きは、上記実施形態と同じである。
<変形例3>
 さらに、上記変形例2において、チェーン28の取り回しは、上記変形例1と同様、内外で同じ側にある伝動ギヤ同士に掛けられているチェーン部分及び内外で異なる側にある伝動ギヤ同士に掛けられているチェーン部分それぞれの上下関係が逆になる態様であっても構わない。
 この場合、図5に示すように、チェーン28の上側移動部分28Aは、内スプロケット20の上側ギヤ部分20Uと外フリーホイール26の上側ギヤ部分26Uとの間の区間を移動し、下側移動部分28Cは、外スプロケット24の下側ギヤ部分24Lと内フリーホイール22の下側ギヤ部分22Lとの間の区間を移動する。また、チェーン28の第1の斜行部分28Bは、内スプロケット20の下側ギヤ部分20Lと内フリーホイール22の上側ギヤ部分22Uとの間の区間を斜行し、第2の斜行部分28Dは、外スプロケット24の上側ギヤ部分24Uと外フリーホイール26の下側ギヤ部分26Lとの間の区間を、第1の斜行部分28Bと交差する方向へ斜行する。さらに、左クランクアーム16Lが正方向へ回転したときと、右クランクアーム16Rが正方向へ回転したときとで、各チェーン部分が移動(斜行)する向きが上記変形例2とは逆になる。
 上記した変形例1~3のようなチェーン28の取り回しの態様であっても、上記の実施形態と同様、チェーン28が、内外のスプロケット20,24同士及び内外のフリーホイール22,26同士の何れもが、常に、逆方向へ回転するように掛けられているので、上記実施形態と同様の作用・機能を発揮することとなる。
<その他の変形例>
 (1)上記実施形態では、内外両フリーホイール22,26は同じ構成のもの、すなわち、それぞれ外径及び外周部に形成されているギヤの歯数が同じであったが、必ずしも同じ構成である必要はない。
 (2)上記実施形態では、左右のクランクアーム16L,16Rが水平姿勢になる回転位相のときに側面視で重なるようになっているが、両者が重なる回転位相は特に限定されるものではない。例えば、両者が重なる回転位相は、水平姿勢から45°ずれた位置に設定するなど、乗員の好みに応じて適宜設定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。
 本発明に係る自転車のチェーン駆動機構は、一般的な二輪自転車に限らず、三輪以上の自転車にも利用可能である。
   10  自転車のチェーン駆動機構
   20  内スプロケット
   22  内フリーホイール
   24  外スプロケット
   26  外フリーホイール
   28  チェーン

Claims (5)

  1.  自転車のクランク軸と一体回転する内スプロケットと、
     前記内スプロケットと同軸上に前記クランク軸に対して相対回転可能に並設された外スプロケットと、
     前記自転車の後輪と同軸回転する内フリーホイールと、
     前記内フリーホイールと同軸上に並設された外フリーホイールと、
     前記外スプロケットが前記内スプロケットとは逆方向に回転し、前記外フリーホイールが前記内フリーホイールとは逆方向に回転するように、前記内スプロケット及び前記外スプロケット、並びに、前記内フリーホイール及び前記外フリーホイール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.  前記チェーンが、
     内外で異なる側にあるスプロケットとフリーホイール各々の上下逆側のギヤ部分にそれぞれ掛けられているとともに、
     内外で同じ側にあるスプロケットとフリーホイール各々の上下同じ側のギヤ部分にそれぞれ掛けられていることを特徴とする請求項1に記載の自転車のチェーン駆動機構。
  3.  前記チェーンが、
     内外で同じ側にあるスプロケットとフリーホイール各々の上下逆側のギヤ部分にそれぞれ掛けられているとともに、
     内外で異なる側にあるスプロケットとフリーホイール各々の上下同じ側のギヤ部分にそれぞれ掛けられていることを特徴とする請求項1に記載の自転車のチェーン駆動機構。
  4.  前記内スプロケットの歯数と前記外スプロケットの歯数が同じであることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の自転車のチェーン駆動機構。
  5.  先端部にペダルが設けられ、当該先端部とは反対側の基端部が前記クランク軸の左端部に固定された左クランクアームと、
     先端部にペダルが設けられ、当該先端部とは反対側の基端部が前記クランク軸の右端部に当該クランク軸に対して相対回転可能に取り付けられた右クランクアームと、
    をさらに備え、
     前記左クランクアームは、前記内スプロケットとともに前記クランク軸と一体回転し、
     前記右クランクアームは、前記左クランクアームとは逆方向に前記外スプロケットと一体回転することを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載の自転車のチェーン駆動機構。
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