(57)【要約】【課題】自転車により比較的急な坂道を登るとき、または加速走行をするとき、人力で不足する駆動動力を補助する装置が提案されているが、重量があるため手押しに困難を伴い、かつ動力の供給時間が限定されると共に、補助動力用エネルギーの供給容量に限界がある上に、装置の劣化による定期的交換が必要である。ゆえに、補助駆動装置の軽量化を図ると共に、単位重量当たりの出力の向上と供給用エネルギーの容量の増大を実現するための不断の努力が課題となっている。【解決手段】自転車後輪のハブにコリオリの力を利用する増力機構を一体に形成し、ペダルの踏み込みによる通常のハブ回転駆動と共に継続的に発生するコリオリの力を並行使用することで、坂道の登り走行や加速走行をペダル踏み込みにより走破することを可能とする特徴を備えた自転車の増力機構付きハブ装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一回転軸を中心として回転運動する円板に持続可能な駆動トルクを発生し得る駆動トルク発生機構であって、自転車後輪のハブ軸を中心として回転運動する回転円板、この回転円板の一面もしくは両面に回転中心から放射状に設けられる任意本数の液体流路、この流路に液体を供給するポンプ機構、ハブ軸に対して回転自在に装着される一対のハブ従動体、前記回転円板に連動する円筒体、およびハブ従動体と円筒体との間に介挿されて円筒体の回転に連動し、前記ハブ従動体に伝動する伝動回転体とから構成されることを特徴とする自転車の増力機構付きハブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】この発明は、自転車が坂道を登るときや加速するときに遭遇する走行抵抗を克服し、それによって自転車の快適な走行を維持し得るように、機械的および流体的手段により自転車を駆動する力を増大する増力機構を備えたハブに関する。
【背景技術】
【０００２】従来の自転車は、走行抵抗の変化に応じた駆動力を得るために、変速機によって歯車比を選択する機構を備えているが、その選択幅に限界があるために、走行抵抗の変化する範囲全体にわたって変速機が対応することは不可能である。したがって走行抵抗の大きなばあいは、踏力を増したりペダリングピッチを落としたりする対応に迫られて、乗り手のペダリングリズムを乱して疲労を招くばかりでなく、駆動力不足のため走行不能で下車を余儀なくされるばあいがある。
【非特許文献１】自転車産業振興協会編：自転車実用便覧第五版、平成５年８月改訂
【非特許文献２】渡辺茂著、ごま書房刊：自転車の科学、昭和４９年４月初版
【非特許文献３】服部四士主著、講談社刊：自転車の科学、昭和５７年６月発行
【特許文献１】登録実用新案公報：第３０８６３４０号
【特許文献２】出願特許：特願２００４−１８４２８１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】自転車が平坦な路面を走行するばあいは、軽いペダル踏力により一定のペダリングピッチでの快適な走行が可能であるが、急な坂道の登り走行や加速走行では必要とするペダル踏力が大き過ぎて、従来の変速機のみの駆動手段では対処し得ない。なおこの事態を克服するために電動機による補助動力装置の搭載使用が提案され、実用に供せられて利便性の向に寄与している。しかしながら電動機自身とそれに組み合わされる電池とを合わせた重量が大きいために、これらを搭載した自転車の手押しに困難を伴い、さらに電池の一回当たりの充電可能量に限界があって一度の充電での走行可能距離が限られる。ゆえに頻繁な充電作業を要するのみならず電池の劣化が進んで定期的な代替えが求められる。したがって自転車の補助動力装置の重量を軽減して自転車の手押しを容易にすると共に、出力／重量の比率を増大して単位重量当たりの出力を向上し、さらに連続して供給可能なエネルギー量／重量の比率を増大して単位重量当たりのエネルギー供給可能量の向上を実現するための不断の努力が課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】この発明はこのような課題に着目し、自転車後輪のハブにコリオリの力を利用する増力機構を一体に形成し、ペダルの踏み込みによる通常のハブ回転駆動と共に継続的に発生するコリオリの力を並行使用することで、坂道の登り走行や加速走行をペダル踏み込みにより走破することを可能とする。この発明は、このような特徴を備えた自転車の増力機構付きハブの提供を目的とする。【０００５】この発明の目的は、以下に説明する特徴をもつ増力機構付きハブを自転車の後輪に設けることにより達成される。すなわちハブの内部に液槽を設け、この液槽に貯蔵される液体をホンプで循環させる。ポンプにより吸い上げた液体は別置の回転円板に設けた流路に与える。流路は回転円板中心もしくはその近傍から外周に向けて走る。液体は回転円板の中心もしくはその近傍から外周に向けて流れ、液槽に還流する。ペダルの踏み込みによりハブが回転すると、これに摩擦的に連動する回転円板は発生するコリオリの力により反対の向きに回転する。回転円板とハブとの間に回転連動要素を介在させて、回転円板の回転の向きをハブの回転の向きに一致させる。その結果回転円板のトルクがハブの回転トルクに加勢する。
【発明の効果】
【０００６】この発明によれば、必要とする駆動トルクは回転円板に発生するコリオリの力を利用する構成なので、補助動力を搭載する必要はなく、従来にみられない簡便性、経済性、および高性能が得られるという特徴がある。また自転車の走行中に継続的に増力できるので、通常の自転車走行と同様の感覚で自転車の利用ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】この増力機構の中枢をなす回転円板に複数の放射流路を設け、一流路に流れる液体の質量をｍ、回転円板の回転速度をωと置き、放射流路の本数をｎとすれば、回転円板の中心から放射流路の任意の距離ｒにある放射流路上での任意の質量流量に関する角運動量Ｌについて、ｄＬ＝ｄ（ｎｍωｒ２）と表すことができる。液体の密度をρ、放射流路の断面積をＡと置けば、ｄＬ＝ｎ（ρＡ・ｄｒ）ωｒ２と変形できるから、回転円板の回転によりその回転軸心に発生するトルクＴは、次のように表現される。すなわち、
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ここに、Ｒは回転円板上の放射流路の長さである。いま、液流の流速をＶとおけば、Ｖ＝ｄｒ／ｄｔであるから、次式が導かれる。
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このトルクがスプロケットを介して直接ハブを回転するトルクに重ね合わされる。
【実施例】
【０００８】次に図面を参照してこの発明の実施例について詳細に説明する。この発明のハブ装置１０は、ハブ軸１１に鋼球１３を介して回転自在に装着される一対のハブ従動体１２と１４、両従動体１２、１４にはさまれるようにハブ軸１１にはめ合う円筒体２８、円筒体２８とハブ従動体１２と１４それぞれとの間に三個の伝動子１６ａ，１６ｂ，１６ｃからなる伝動体１６と１８および貯液槽２２を構成する。貯液槽２２には複数枚の回転円板２４（図示のばあい４枚）が組み込まれ、各回転円板に複数本の放射流路２６（図示のばあいは８本）が装着される。放射流路２６は貯液槽２２の導入口２３から円筒体２８の通路を経てハブ軸に設けられた通路２５に連なり、それからハブ軸１１の流路を経由してハブ従動体１２、１４それぞれに内装される回転子２５、２７の流入路１５に連通し、その外周に巻かれる弾性チューブ２９に連結する。ハブ従動体１２と１４の内壁に突起３０を設けて、ハブ従動体１２と１４が回転すると突起３０直下の弾性チューブ２９を押圧する。それにより押圧前の弾性チューブ２９内の液体を先方に押し、押圧前の弾性チューブ２９内に液体を吸引するポンプ作用が行われる。弾性チューブ２９に連通する流出路１７は、ハブ軸１１と円筒体２８の流路を経由して貯液槽２２に連結する。【０００９】図に示すように、自転車のペダルの踏み込みによりハブ従動体１２と１４が所定の向きに回転すると、ハブ従動体に回転軸をかん合している三個の伝動子１６ａ，１６ｂ，１６ｃからなる伝動体１６と１８と、ハブ従動体にしまりばめしている円筒体２８とが一体に同じ向きに回転する。同時にハブ軸１１に滑合する回転子２５と２７が回転してポンプ作用が生起する。また円筒体２８に滑合する貯液槽２２と回転円板２４も同時に同じ向きに回転しようとするが、放射流路２６に生成されるコリオリの力によって反対の向きに回転する。これにより貯液槽２２も反対の向きに回転し、その中心寄りで摩擦的に接触する伝動子１６ａ，１６ｂ，１６ｃに回転が伝達される。伝動体１６、１８の回転の向きは反対であり、この回転が摩擦的に接触するハブ従動体１２、１４にその回転と同じ向きの回転を重ねる。この動作はペダルの踏み込みが続くかぎり継続する。【００１０】つぎに事例についてこの発明の性能を説明する。式（１）について次のとおり数値を選定する。  図示により、ｎ＝３２（８本／回転円板１枚、枚数＝４）、液体を水とすれば、ρ＝１×１０３ｋｇ／ｍ３、Ａ≒７×１０−６ｍ２（放射流路１本）×３２本≒２．２×１０−４ｍ２（放射流路の径を３ｍｍとする）、ω（ｒａｄ／ｓ）≒０．１Ｎ（ｒｐｍ）＝１７（通常走行で、Ｎ＝１７０）、Ｒ２＝１×１０−４ｍ２。ゆえに次の実用式が導かれる。
Ｔ（Ｎｍ）≒１．２×１０−２Ｖ（ｍ／ｓ）…  …  …  …  …  …  …  …  …  …（２）
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】後輪のハブ装置を説明するハブ軸に沿った断面図。
【図２】貯液槽を説明する図１のＡ−Ａ線横断面図。
【図３】増力機構からの伝動系統を説明する図１のＢ−Ｂ線横断面図。
【図４】ポンプ機構の構成を説明する図１のＣ−Ｃ線横断面図。
【符号の説明】
【００１２】１１    ハブ軸
１２、１４  ハブ従動体
１６、１８  伝動体
２２    貯液槽
２３    導入口
２４    円筒体
２６    放射流路
２５、２７  回転子
２９    弾性チューブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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