(57)【要約】【課題】  構造が単純で安全性及び信頼性が高く、市販の自転車に容易に取り付け可能な補助動力装置を提供することを課題とする。【解決手段】  本発明による自転車用補助動力装置においては、少なくとも補助動力蓄積手段と、補助動力解放手段と、前記補助動力蓄積手段、前記補助動力解放手段及び補助動力を保持しておく中立状態とを随時切換可能なモード切換手段とを備えた補助動力装置であって、自転車の動輪またはクランク軸と単一の回転力伝達手段により接続可能に構成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも補助動力蓄積手段と、補助動力解放手段と、前記補助動力蓄積手段、前記補助動力解放手段及び補助動力を保持しておく中立状態とを随時切換可能なモード切換手段とを備えた補助動力装置であって、自転車の動輪またはクランク軸と単一の回転力伝達手段により接続可能に構成されていることを特徴とする自転車用補助動力装置。
【請求項２】
前記回転力伝達手段がスプロケットとチェーンとからなることを特徴とする請求項１記載の自転車用補助動力装置。
【請求項３】
前記補助動力解放手段が、補助動力蓄積時及び補助動力保持状態では前記補助動力装置の駆動軸回転を妨害することなく、前記補助動力解放モードに切り替ったときのみ前記補助動力蓄積部材の動力を前記駆動軸に伝達する選択的一方向伝達機構を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の自転車用補助動力装置。
【請求項４】
前記補助動力蓄積手段が、反発弾性を利用した動力蓄積部材と、減速機構と、回転力を前記補助動力蓄積部材に伝達する方向にのみ動作する逆転防止機構とからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の自転車用補助動力装置。
【請求項５】
前記補助動力蓄積手段は、前記補助動力蓄積手段の回転軸回転を利用して前記補助動力蓄積手段を前記補助動力装置駆動軸から解放する過剰巻上げ防止機構を備えていることを特徴とする請求項４記載の自転車用補助動力装置。
【請求項６】
前記補助動力装置駆動軸に並行して、前記補助動力蓄積手段、前記補助動力解放手段及び前記過剰巻上げ防止機構のそれぞれ一部が共有する伝達軸を備えたことを特徴とする請求項５記載の自転車用補助動力装置。
【請求項７】
前記モード切換手段が、前記補助動力装置の支承軸の軸方向に前記駆動軸が変位することによりモードを切り換える方式であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の自転車用補助動力装置。
【請求項８】
前記過剰巻上げ防止機構が、前記補助動力蓄積手段の前記回転軸の回転に伴って変位する連結解除機構からなり、前記補助動力蓄積部材の補助動力蓄積量が一定レベルに達した際に前記補助動力蓄積部材を前記駆動軸から解放することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の自転車用補助動力装置。
【請求項９】
前記補助動力蓄積部材の動力残量を表示する機械的駆動による補助動力残量計を具備したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の自転車用補助動力装置。
【請求項１０】
前記補助動力残量計が、前記補助動力蓄積部材の作動により回転する回転部材にもうけたカムと、一端を該カムに接触させ弾性部材により付勢した作動部材と、前記カムの回転による前記作動部材の変位を表示する表示部とからなることを特徴とする請求項９記載の自転車用補助動力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、自転車において機械的構成のみにより補助動力を蓄積し、保持し、必要なときに放出できる補助動力装置、およびこの補助動力装置を備えた自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】  自転車においては、たとえ多段変速器を具備したものであっても上り坂を乗車したまま登り切るのは困難であった。最近では、このような困難を解決するために電動アシスト機構を具備した自転車も市販されているが、機構が複雑で高価な部品も使用するため価格が高くなってしまうという問題点がある。【０００３】  このような問題点に鑑みて、ゼンマイ等の弾性体の復元力を利用した機械式の補助動力装置も提案されている。例えば特許文献１には、自転車の駆動輪若しくはペダル軸の回転により回動される回転体と、弾性体により駆動力を蓄積する手段と、ケーシング枠と解放力を外部に伝達する回転体との間に設けられた一方向回転を行う手段と、回転体の回転を自転車の駆動輪に伝達する手段と、この回転力を伝達、解除する制御手段とを具備する自転車推進補助装置が開示されている。【０００４】  この装置においては、自転車から動力を蓄積するためのスプロケットと弾性体パワーを自転車に伝達するスプロケットが別々であるため、この推進補助装置と自転車とを２個のチェーンにより連結しなければならない。従って、機構が複雑になるばかりでなく、市販の自転車に後から取り付けることは困難である。また、自転車からの動力を弾性体に伝達する機構において歯車等の減速手段が用いられていないため、動力蓄積時には大きな力が必要となり、蓄積・解除の切換時に大きな衝撃が発生するため運転者にとって不安全となる。さらに、減速手段がないことにより弾性体のパワーを放出する際にはタイヤが数回転する間に放出が終了してしまうため、推進補助を持続できる距離が短くなってしまう。これに加えて、弾性体の過剰巻き上げを小さなコイルバネの伸縮力により調整しているため、このバネに過大な負荷がかかるだけでなく、長時間使用時のバネの消耗等の可能性が高く、信頼性に欠けるという問題点がある。【０００５】  一方、特許文献２においては、自転車の変速器に連結され、エネルギー蓄積バネ機構を用いた補助動力装置が開示されており、ハンドルレバーにより中立位置点、エネルギー蓄積位置点及びエネルギー還元位置点の３位置点の切換が可能な構成とされている。まず、この補助動力装置は自転車の変速器の外側に連結されているため、重量バランスが片側に偏ることになり、走行安定性及び安全性に問題がある。また、ハンドルレバーに接続されたワイヤにより補助動力装置の３箇所のレバーを作動させてクラッチを切り換える必要があるが、レバーがそれぞれ別の軸に設けられており構成が複雑であるという問題点があり、クラッチ動作のタイミングも複雑となるため信頼性や安全性にも問題がある。【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２９７７４７号公報
【特許文献２】特許第３８０３６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  本発明は上述の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、構造が単純で安全性及び信頼性が高く、市販の自転車に容易に取り付け可能な補助動力装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  上記課題を解決するため本発明は、少なくとも補助動力蓄積手段と、補助動力解放手段と、前記補助動力蓄積手段、前記補助動力解放手段及び補助動力を保持しておく中立状態とを随時切換可能なモード切換手段とを備えた補助動力装置であって、自転車の動輪またはクランク軸と単一の回転力伝達手段により接続可能に構成されていることを特徴とする。【０００９】  前記回転力伝達手段は、スプロケットとチェーンとからなることが好適である。【００１０】  また、前記補助動力解放手段は、補助動力蓄積時及び補助動力保持状態では前記補助動力装置の駆動軸回転を妨害することなく、前記補助動力解放モードに切り替ったときのみ前記補助動力蓄積部材の動力を前記駆動軸に伝達する選択的一方向伝達機構を備えていることが望ましい。【００１１】  前記補助動力蓄積手段は、反発弾性を利用した動力蓄積部材と、減速機構と、回転力を前記補助動力蓄積部材に伝達する方向にのみ動作する逆転防止機構とからなることが好適である。【００１２】  さらに、前記補助動力蓄積手段は、前記補助動力蓄積手段の回転軸回転を利用して前記補助動力蓄積手段を前記補助動力装置駆動軸から解放する過剰巻上げ防止機構を備えていることを特徴とすることができる。【００１３】  また、前記補助動力装置駆動軸に並行して、前記補助動力蓄積手段、前記補助動力解放手段及び前記過剰巻上げ防止機構のそれぞれ一部が共有する伝達軸を備えることもできる。【００１４】  前記モード切換手段は、前記補助動力装置の支承軸の軸方向に前記駆動軸が変位することによりモードを切り換える方式であることが好適である。【００１５】  前記過剰巻上げ防止機構は、前記補助動力蓄積手段の前記回転軸の回転に伴って変位する連結解除機構からなり、前記補助動力蓄積部材の補助動力蓄積量が一定レベルに達した際に前記クラッチ機構を動作させて前記伝達部材を前記駆動軸から解放することを特徴とすることができる。【００１６】  前記補助動力蓄積手段はさらに、前記補助動力蓄積手段の回転軸回転を利用して前記補助動力蓄積手段を補助動力装置駆動軸から解放する過剰巻上げ防止機構を備えていることが好ましい。【００１７】  この過剰巻上げ防止機構は、前記補助動力蓄積手段の前記回転軸の回転に伴って変位する連結解除機構からなり、前記動力蓄積部材の動力蓄積量が一定レベルに達した際に前記補助動力蓄積部材を前記駆動軸から解放することを特徴とすることができる。【００１８】  本発明による補助動力装置においてはまた、前記補助動力蓄積部材の動力残量を表示する機械的駆動による補助動力残量計を設けることが好適である。【００１９】  この補助動力残量計は、前記補助動力蓄積部材の作動により回転する回転部材にもうけたカムと、一端を該カムに接触させ弾性部材により付勢した作動部材と、前記カムの回転による前記作動部材の変位を表示する表示部とからなることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】  本発明による補助動力装置では、自転車本体との接続箇所が１箇所であるため、例えばスプロケットとチェーン等により市販の自転車にも容易に取り付けることができる。また、本発明の補助動力装置は直接自転車の動輪或いはペダル軸に取り付けるものではないため、ユニットを例えばサドル下の自転車中心部に設置することが可能で、これにより自転車のバランスがよく、走行性及び安全性を確保することができる。さらに、本発明では動力蓄積部材へ動力を蓄積する際に歯車群からなる減速機構を用いることにより、動力を蓄積する際の力が少なくてすみ、また逆に補助動力を放出する際も補助走行距離を長くすることが可能となる。動力蓄積部材の過剰巻上げ防止手段においても、カムにより機械的に動力蓄積手段の連結を解除する方式であるため、タイミングのバラツキを少なくでき、またその信頼性も高めることができる。さらに、機械式の動力残量計を付加することにより、現在の補助動力のレベルを確認することができるため、無駄なレバー操作を防止でき、確実に補助動力を使用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００２１】  以下、実施例に基づいて本発明を説明する。図１は本発明による補助動力装置の一実施例を示す平面図である。また、この実施例の要部断面図を図２に示す。フレーム１Ａおよび１Ｂの間に香箱２が保持固定されており、この香箱２の中心部に両端をフレーム１Ａおよび１Ｂに回転自在に支承されたゼンマイ軸３が貫通している。香箱２内部においては、図示してないがゼンマイが収納されており、その一端がゼンマイ軸３、他端が香箱２に固定されている。ゼンマイ軸３にはさらに、第３伝達歯車４が固定されている。【００２２】  第３伝達歯車４は第２伝達歯車小径部５Ａと噛合しており、第２伝達歯車大径部５Ｂにおいて伝達軸１３に固定された第１伝達歯車小径部６Ａと噛合している。さらに第１伝達歯車大径部６Ｂにおいて駆動歯車小径部７Ａと噛合している。駆動歯車７は支承軸９により回転自在に支承されている。伝達歯車群の配置については、図５に側面図を示した。【００２３】  支承軸９はフレーム１Ａおよび１Ｂに挿通されており、フレーム１Ｂにおいてナット１０により固定されている。支承軸９は中空に形成されており、内部に切換ピン１１が摺動可能に挿入されている。一方、フレーム１Ａには切換レバー保持部２２が取り付けられており、その先端部に切換レバー２１が回動可能に支承されていて、切換レバー２１の先端部が切換ピン１１に接続されている。切換レバー２１の他端はワイヤー接続部を介してワイヤー２３に接続されており、このワイヤー２３はハンドル上に設けた操作レバーに接続されている。操作レバーは、蓄積、中立、解放の３モードが選択できるように構成される。【００２４】  切換ピン１１の他端においては、駆動軸１２に固定された駆動車１４が回転自在に係合されている。駆動車１４は駆動歯車７に隣接して配置されており、駆動歯車７に面した側に複数の連結ピン１５が設けてある。一方、駆動歯車大径部７Ｂには連結ピン１５が嵌合できる連結孔１６が連結ピン１５の数だけ形成されている。また、駆動軸１２上の駆動車１４から一定距離離れた位置には解放用突起部１７が形成されている。さらに、一定距離離れた位置には従動スプロケット４２が駆動軸１２に対して回転可能に支承されている。この従動スプロケット４２は内周部にラチェットが配置された推進ラチェット４３を具備しており、駆動軸１２に固定された複数の推進ラチェット爪軸４４に支承された推進ラチェット爪４５と係合している。駆動軸１２上にはさらに、従動スプロケット４２に隣接して伝達軸規制解除突起４６が配置されている。【００２５】  一方、駆動軸１２のフレーム１Ｂ外側には駆動スプロケット８が固定されており、チェーンにより自転車の動輪またはペダル軸に連結可能となっている。【００２６】  伝達軸１３は、フレーム１Ａおよび１Ｂにより回転可能に支承されている。この伝達軸１３上のフレーム１Ａ側には第１伝達歯車６が配置されており、この歯車の隣にはウォーム３１が形成されている。さらにこのウォーム３１から所定距離離れた位置に推進スプロケット４１が配置され伝達軸１３に固定されている。伝達軸１３上のフレーム１Ｂ側には逆転防止ラチェット４７が配置固定されている。フレーム１Ｂにはまた、逆転防止ラチェット爪４９が回動可能に支承されており、その一端が逆転防止ラチェット４７に係合するようねじりコイルバネ４９により付勢されている。逆転防止ラチェット爪４８の他端は駆動軸１２上の伝達軸規制解除突起４６近傍まで伸びている。【００２７】  図３は、上述の実施例における過剰巻上げ防止手段の側面一部断面図を示し、図４はこの手段の正面一部断面図を示す。伝達軸１３上にウォーム３１が設けられており、このウォーム３１にウォーム歯車３２が噛合している。ウォーム歯車３２には１箇所に作動ピン３６が形成されている。一方、ウォーム歯車軸３５方向には連結解除板３３が配置されており、その一端は駆動軸１２上に設けられた解放用突起部１７の外周より内部まで伸びていて、他端には連結解除部３４を設けてあり作動ピン３６の回動範囲内に達している。連結解除板３３は、ウォーム歯車３２と同じくフレームに配置されたウォーム歯車軸３５に回動可能に支承されている。【００２８】  従動スプロケット４２に隣接配置された推進ラチェット４３の構成については、図６にその正面図を示した。駆動軸１２に２個の推進ラチェット爪軸４４が固定されており、この軸４４には推進ラチェット爪４５が回動可能に支承されている。一方、従動スプロケット４２は駆動軸１２に対しては回転自在に支承されており、推進ラチェット４３が一体的に配置されている。推進ラチェット４３の内側には多数の推進ラチェット突起４３Ｂが形成されており、推進ラチェット爪４５と係合している。【００２９】  次に、本実施例の動作について説明する。通常走行時は、ハンドルの操作レバーを中立位置にしておくと、駆動軸１２は軸方向の中間地点に位置し、駆動車１４に形成された連結ピン１５は駆動歯車７Ｂに形成された連結孔１６から分離された位置にある。この状態では、駆動歯車７は駆動軸１２から分離された状態なので回転することはない。【００３０】  ハンドルの操作レバーを蓄積位置にセットすると、ワイヤを通して切換レバー２１が図２の下向きに作動して切換ピン１１を引き戻す。この動作により切換ピン１１に接続されている駆動軸１２及びそれに連結されている駆動車１４が同じ方向に移動し、連結ピン１５は駆動歯車７Ｂに形成された連結孔１６に嵌合して駆動歯車７が駆動車１４に連結される。この状態では、駆動歯車７は駆動軸１２の回転に伴って回転し、その回転は伝達歯車群を通して香箱２に収納されているゼンマイに蓄積される。【００３１】  駆動歯車７Ａが回転するとこれと噛合している伝達歯車６が回転し、それに伴って伝達軸１３も回転する。伝達軸１３上には逆転防止ラチェット４７が設けられているので、駆動歯車７の回転により伝達軸１３は回転するが、逆方向への回転は防止される。この状態では、推進スプロケット４１も伝達軸１３とともに回転し、チェーン５０（図５に図示）により連結されている従動スプロケット４２も回転する。しかし、推進ラチェット４３内に設けてある推進ラチェット爪４５が滑る方向の回転であるため、この回転は駆動軸１２には還元されず、駆動軸１２と従動スプロケット４２は互いに摺動しながら逆方向に回転することになる。【００３２】  また、伝達軸１３上にはウォーム３１が設けてあり、伝達軸１３の回転と共に回転する。これにより、噛合しているウォーム歯車３２が回転し、それに伴ってウォーム歯車３２上に形成されている作動ピン３６も回転する。ゼンマイの巻き上げが完了するタイミングでこの作動ピン３６は連結解除板３３を押圧して回動させる。この動作により、連結解除作動部３４が駆動軸方向に変位し、解放用突起部を押圧して駆動軸１２を図２の上方向に移動させる。この動作により連結ピン１４が連結孔１５から解放されて、駆動車１４と駆動歯車７の連結が解除される。この一連の動作により、ゼンマイの過剰巻き上げが防止される。【００３３】  ゼンマイに蓄積した力を放出して補助動力を得るためには、ハンドルの操作レバーを解放側に操作する。この操作により、切換レバー２１が切換ピン１１を押圧して駆動軸１２を図２の上側に移動させる。この動作により、駆動軸１２上に形成した伝達軸規制解除突起４６が逆転防止ラチェット爪４８をバネ力に逆らって回転させ、逆転防止ラチェット４７との係合を解除する。このとき伝達軸１３の逆転が可能な状態となるため、伝達歯車群を通してゼンマイに蓄積した力が伝達軸１３に解放されて、伝達軸１３は動力蓄積時とは逆方向に回転する。この回転は推進スプロケット４１からチェーン５０（図５に図示）を通して従動スプロケット４２に伝達され、さらに推進ラチェット４３から推進ラチェット爪４５を通して駆動軸１２に伝達される。この回転力が駆動スプロケット８からチェーンを通して自転車に伝達されて補助動力となる。【００３４】  以上述べたように、本実施例によればハンドルの操作レバーの操作により補助動力装置を安全かつ確実に動作させて、補助動力の蓄積、保持、解放ができる。上述の実施例においては動力蓄積部材としてゼンマイを用いたが、これに限定されるものではなく、同様の機能を有する他の要素を使用することができることはいうまでもない。また、その他の細部要素についても、本発明の精神を逸脱しない範囲において他の要素と置き換えすることが可能である。【００３５】  図７には、上述の実施例に付加できる動力残量計の構成を模式的に示した。例えば、ウォーム歯車３２にカム５１を一体配置し、ワイヤ５３等の伝達部材に接続されたカムフォロワ５２を接触させる。ワイヤ５３はシース５６を通してハンドルまで導かれ、ハンドル上に設けた補助動力表示部５４に接続される。ワイヤ５３は、この表示部５４内においてバネ等の弾性部材によりカム５１方向に付勢される。補助動力表示部５４には表示窓５５を設け、ワイヤ５３の先端位置が指針５７として現れるように配置する。この構成により、ウォーム歯車３２の回転に伴って表示窓５５内の指針５７位置が変わるので、「ＦＵＬＬ」や「ＥＭＰ」などの表示を行っておけば補助動力の現在レベルを確認することが可能である。これはまったくの機械的構成であるため、安価かつ確実である。【００３６】  本発明による補助動力装置は、市販の自転車に取り付けることが可能であるが、補助動力装置を備えた自転車として提供することももちろん可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】  本発明による補助動力装置では、動力を蓄積するために使用する伝達手段と補助動力を放出するための伝達手段が同一であるため自転車には伝達手段１箇所を接続するだけでよい。従って、自転車との接続が容易で市販の自転車にも容易に取り付けることができる。また、本発明の補助動力装置は直接自転車の動輪或いはペダル軸に取り付けるものではないため、ユニットを例えばサドル下の自転車中心部に設置することが可能で、これにより自転車のバランスがよく、走行性及び安全性を確保することができる。さらに、本発明では動力蓄積部材へ動力を蓄積する際に歯車群からなる減速機構を用いることにより、動力を蓄積する際の力が少なくてすみ、また逆に補助動力を放出する際も補助走行距離を長くすることが可能となる。動力蓄積部材の過剰巻上げ防止手段においても、カムにより機械的に動力蓄積手段の連結を解除する方式であるため、タイミングのバラツキを少なくでき、またその信頼性も高めることができる。さらに、機械式の動力残量計を付加することにより、現在の補助動力のレベルを確認することができるため、無駄なレバー操作を防止でき、確実に補助動力を使用することが可能となる。このように、本発明によれば、簡易的、安全、確実な自転車用補助動力装置を提供することができ、自転車の有効活用に大いに貢献できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による補助動力装置実施例の全体像を示す平面図である。
【図２】図１に示した実施例の要部を示す断面図である。
【図３】図１に示した実施例における過剰巻上げ防止手段の側面一部断面図を示す。
【図４】図３に示した過剰巻上げ防止手段の正面一部断面図である。
【図５】図１に示した実施例の伝達歯車群を示す側面図である。
【図６】図１に示した実施例の推進ラチェット４３の構成を示す正面図である。
【図７】本発明による動力残量計の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３９】１Ａ，１Ｂ    フレーム
２    香箱
３    ゼンマイ軸
４    第３伝達歯車
５Ａ  第２伝達歯車小径部
５Ｂ  第２伝達歯車大径部
６Ａ  第１伝達歯車小径部
６Ｂ  第１伝達歯車大径部
７Ａ  駆動歯車小径部
７Ｂ  駆動歯車大径部
８    駆動スプロケット
９    支承軸
１０  ナット
１１  切換ピン
１２  駆動軸
１３  伝達軸
１４  駆動車
１５  連結ピン
１６  連結孔
１７  解放用突起部
１８  駆動軸駆動バネ
１９  切換板
２１  切換レバー
２２  切換レバー保持部
２３  ワイヤー接続部
３１  ウォーム
３２  ウォーム歯車
３３  連結解除板
３４  連結解除作動部
３５  ウォーム歯車軸
３６  作動ピン
４１  推進スプロケット
４２  従動スプロケット
４３  推進ラチェット
４３Ｂ推進ラチェット突起
４４  推進ラチェット爪軸
４５  推進ラチェット爪
４６  伝達軸規制解除突起
４７  逆転防止ラチェット
４８  逆転防止ラチェット爪
４９  ねじりコイルバネ
５０  推進チェーン
５１  カム
５２  カムフォロワ
５３  ワイヤ
５４  補助動力表示部
５５  表示窓
５６  ワイヤシース
５７  指針
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010173625.tif 000009