(57)【要約】      （修正有）【課題】ペダル踏み込み時の負荷を軽減し、踏力を効率的に後輪側に伝達でき、楽に走行することのできる自転車を提供する。【解決手段】組み付け板２９、回転体ホルダー２８及びスプロケット１９を上記のように組み付けて構成されている動力伝達部材１４を自転車に装着することにより、ペダル踏み込み時に、スプロケット１９の回転中心に対するクランクアーム１５の実際の有効クランクアーム長を大きくすることができ、楽に漕ぐことができる。【選択図】図３
0003140274.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
自転車のフレームのハンガーラグに設けたクランク軸受によりクランク軸を支承し、アーム先端にペダルが設けられている左右のクランクアームを前記クランク軸両端に一体的に取り付け、前記クランクアームの回転によって従動回転されるスプロケットと、後輪用の従動スプロケットとの間で巻き掛けられている駆動チェーンによって後輪を回転させる自転車において、前記クランク軸の一端側が遊挿され、ホルダー面内に点対称配置に穿設された、複数の孔部のそれぞれに、自転自在な回転体を複数個収設した回転体ホルダーと、前記クランク軸の一端側が遊挿され、前記回転体ホルダーの表面側に配置され、前記回転体の中心より離れた表側連結点にて各回転体と連結された組み付け板とを備え、いずれか一方のクランクアームの軸支部に前記組み付け板を取り付け、前記回転体ホルダーの裏面側に前記スプロケットを前記クランク軸の一端側を遊挿させて配置し、前記スプロケットの表側と、各回転体の中心より離れた裏側連結点とを連結し、各回転体における前記表側連結点及び前記裏側連結点を所定の位相角で分離配置し、前記従動スプロケットと巻き掛けられている前記駆動チェーンの張力により、前記スプロケットを定位置に保持しながら、前記クランク軸に偏心して、回転可能に支持し、前記スプロケットの回転軸中心と前記クランク軸の軸中心との間にオフセットを形成してなることを特徴とするロータリーギヤ型自転車。
【請求項２】
自転車のフレームのハンガーラグに設けたクランク軸受によりクランク軸を支承し、アーム先端にペダルが設けられている左右のクランクアームを前記クランク軸両端に一体的に取り付け、前記クランクアームの回転によって従動回転されるスプロケットと、後輪用の従動スプロケットとの間で巻き掛けられている駆動チェーンによって後輪を回転させる自転車において、前記クランク軸の一端側が遊挿され、ホルダー面内に点対称配置に穿設された、複数の孔部のそれぞれに、自転自在な回転体を複数個収設した回転体ホルダーと、前記クランク軸の一端側が遊挿され、前記回転体ホルダーの表面側に配置され、前記回転体の中心より離れた表側連結点にて各回転体と連結された組み付け板とを備え、いずれか一方のクランクアームの軸支部に前記組み付け板を取り付け、前記回転体ホルダーの裏面側に前記スプロケットを前記クランク軸の一端側を遊挿させて配置し、前記スプロケットの表側と、各回転体の中心より離れた裏側連結点とを連結し、各回転体における前記表側連結点及び前記裏側連結点を所定の位相角で分離配置し、前記表側連結点及び前記裏側連結点を少なくとも３個以上設けて、前記従動スプロケットと巻き掛けられている前記駆動チェーンの張力により、前記スプロケットを定位置に保持しながら、前記クランク軸に偏心して、回転可能に支持し、前記スプロケットの回転軸中心と前記クランク軸の軸中心との間にオフセットを形成してなることを特徴とする自転車。ことを特徴とするロータリーギヤ型自転車。
【請求項３】
自転車のフレームのハンガーラグに設けたクランク軸受によりクランク軸を支承し、アーム先端にペダルが設けられている左右のクランクアームを前記クランク軸両端に一体的に取り付け、前記クランクアームの回転によって従動回転されるスプロケットと、後輪用の従動スプロケットとの間で巻き掛けられている駆動チェーンによって後輪を回転させる自転車において、前記クランク軸の一端側が遊挿され、ホルダー面内に点対称配置に穿設された、複数の孔部のそれぞれに、自転自在な回転体を複数個収設した回転体ホルダーと、前記クランク軸の一端側が遊挿され、前記回転体ホルダーの表面側に配置され、前記回転体の中心より離れた表側連結点にて各回転体と連結された組み付け板とを備え、いずれか一方のクランクアームの軸支部に前記組み付け板を取り付け、前記回転体ホルダーの裏面側に前記スプロケットを前記クランク軸の一端側を遊挿させて配置し、前記スプロケットの表側と、各回転体の中心より離れた裏側連結点とを連結し、各回転体における前記表側連結点及び前記裏側連結点を所定の位相角で分離配置し、前記従動スプロケットと巻き掛けられている前記駆動チェーンの張力により、前記スプロケットを定位置に保持しながら、前記クランク軸に偏心して、回転可能に支持し、前記スプロケットの回転軸中心と前記クランク軸の軸中心との間にオフセットを形成し、前記回転体の外周に取り付けたベアリング部材により前記回転体を前記孔部内に遊転自在に支承してなることを特徴とするロータリーギヤ型自転車。
【請求項４】
自転車のフレームのハンガーラグに設けたクランク軸受によりクランク軸を支承し、アーム先端にペダルが設けられている左右のクランクアームを前記クランク軸両端に一体的に取り付け、前記クランクアームの回転によって従動回転されるスプロケットと、後輪用の従動スプロケットとの間で巻き掛けられている駆動チェーンによって後輪を回転させる自転車において、前記クランク軸の一端側が遊挿され、ホルダー面内に点対称配置に穿設された、複数の孔部のそれぞれに、自転自在な回転体を複数個収設した回転体ホルダーと、前記クランク軸の一端側が遊挿され、前記回転体ホルダーの表面側に配置され、前記回転体の中心より離れた表側連結点にて各回転体と連結された組み付け板とを備え、いずれか一方のクランクアームの軸支部に前記組み付け板を取り付け、前記回転体ホルダーの裏面側に前記スプロケットを前記クランク軸の一端側を遊挿させて配置し、前記スプロケットの表側と、各回転体の中心より離れた裏側連結点とを連結し、各回転体における前記表側連結点及び前記裏側連結点を所定の位相角で分離配置し、前記組み付け板を前記クランクアームを前記クランク軸の取り付け箇所と一体に設け、前記従動スプロケットと巻き掛けられている前記駆動チェーンの張力により、前記スプロケットを定位置に保持しながら、前記クランク軸に偏心して、回転可能に支持し、前記スプロケットの回転軸中心と前記クランク軸の軸中心との間にオフセットを形成してなることを特徴とするロータリーギヤ型自転車。
【請求項５】
自転車のフレームのハンガーラグに設けたクランク軸受によりクランク軸を支承し、アーム先端にペダルが設けられている左右のクランクアームを前記クランク軸両端に一体的に取り付け、前記クランクアームの回転によって従動回転されるスプロケットと、後輪用の従動スプロケットとの間で巻き掛けられている駆動チェーンによって後輪を回転させる自転車において、前記クランク軸の一端側が遊挿され、ホルダー面内に点対称配置に穿設された、複数の孔部のそれぞれに、自転自在な回転体を複数個収設した回転体ホルダーと、前記クランク軸の一端側が遊挿され、前記回転体ホルダーの表面側に配置され、前記回転体の中心より離れた表側連結点にて各回転体と連結された組み付け板とを備え、いずれか一方のクランクアームの軸支部に前記組み付け板を取り付け、前記回転体ホルダーの裏面側に前記スプロケットを前記クランク軸の一端側を遊挿させて配置し、前記スプロケットの表側と、各回転体の中心より離れた裏側連結点とを連結し、各回転体における前記表側連結点及び前記裏側連結点を所定の位相角で分離配置し、前記表側連結点及び前記裏側連結点を表裏異ならせて前記回転体の中心からの角度が９０°以上にしたことを特徴とするロータリーギヤ型自転車。
【請求項６】
自転車のフレームのハンガーラグに設けたクランク軸受によりクランク軸を支承し、アーム先端にペダルが設けられている左右のクランクアームを前記クランク軸両端に一体的に取り付け、前記クランクアームの回転によって従動回転されるスプロケットと、後輪用の従動スプロケットとの間で巻き掛けられている駆動チェーンによって後輪を回転させる自転車において、前記クランク軸の一端側が遊挿され、ホルダー面内に点対称配置に穿設された、複数の孔部のそれぞれに、自転自在な回転体を複数個収設した回転体ホルダーと、前記クランク軸の一端側が遊挿され、前記回転体ホルダーの表面側に配置され、前記回転体の中心より離れた表側連結点にて各回転体と連結された組み付け板とを備え、いずれか一方のクランクアームの軸支部に前記組み付け板を取り付け、前記回転体ホルダーの裏面側に前記スプロケットを前記クランク軸の一端側を遊挿させて配置し、前記スプロケットの表側と、各回転体の中心より離れた裏側連結点とを連結し、各回転体における前記表側連結点及び前記裏側連結点を所定の位相角で分離配置し、前記ペダルを１２時の方向にある上死点にある位置から水平位置までの間に設けたことを特徴とするロータリーギヤ型自転車。
【請求項７】
自転車のフレームのハンガーラグに設けたクランク軸受によりクランク軸を支承し、アーム先端にペダルが設けられている左右のクランクアームを前記クランク軸両端に一体的に取り付け、前記クランクアームの回転によって従動回転されるスプロケットと、後輪用の従動スプロケットとの間で巻き掛けられている駆動チェーンによって後輪を回転させる自転車において、前記クランク軸の一端側に遊挿されるもので、ホルダー面内に点対称配置に穿設された、複数の孔部のそれぞれに、自転自在な回転体を複数個収設した回転体ホルダーと、前記クランク軸の前記一端側が遊挿されるもので、前記回転体ホルダーの表面側に配置され、前記回転体の中心より離れた表側連結点にて各回転体と連結された組み付け板とを備え、いずれか一方のクランクアームの軸支部に前記組み付け板は取り付けられるもので、前記回転体ホルダーの裏面側に前記スプロケットを配置し、前記スプロケットの表側と、各回転体の中心より離れた裏側連結点とを連結し、各回転体における前記表側連結点及び前記裏側連結点を所定の位相角で分離配置したことを特徴とするロータリーギヤ型自転車の動力伝達機構体。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、スプロケット駆動機構を有した自転車に関し、詳細には、スプロケットを駆動軸に固定せずに、ペダル踏み込み力を効率よく駆動輪に伝達させ、楽に走行できるスプロケット駆動機構を搭載した自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自転車の駆動機構は、例えば、特許文献１に示すように、一端にペダルを持つクランクアームの他端に、駆動軸を一体回転可能に取り付け、ペダルを踏むことにより、駆動軸に同心状に固定されたスプロケットを回転駆動し、スプロケットと後輪の回転軸間に撒き掛けたチェーンを介して、後輪を駆動するように構成されている。
【０００３】
上記のスプロケット軸固定の機構においては、ペダルに加えられた力は、ペダルアームの長さとスプロケットの半径との比により倍力され後輪の駆動力となる。
【特許文献１】実用新案登録第３０４９１３５号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなスプロケット駆動機構によれば、ペダルを踏み込んだときに、最も強く踏み付ける踏力を及ぼすことができるのは、足が真っすぐに伸びきる少し前の、水平に近い状態でペダルを押し下げるときである。
ペダルはクランクアームの回転軸の回りに円周を描いて周回移動するが、踏力が十分に入りにくいという構造上の問題があり、より楽に漕げる自転車の出現が求められている。しかし、ペダルを踏み込んだときの踏力は、ペダルアームの長さとスプロケットの半径との比により固定されるため、スプロケットの外径を大きくしたり、ペダルアームの長さを長くするにも限度があった。
【０００５】
一方、従来から自転車には、変速制御機構が使用され、発進時、登坂走行時等では減速させることでペダルに対する踏力を弱めて走行者の負担を軽減するようにし、また平坦走行路面では逆に増速可能にしている。かかる変速制御機構は、変速制御機構内に配設されている複数種の歯車の噛み合わせを切り換えて増減速作用を得る構成となっているため、手間の要るギヤチェンジ操作が必要となっている。
【０００６】
本考案は、上記課題に鑑みてなされたものであって、変速ギアチェンジ操作のような特別の操作を行うことなく、ペダル踏み込み時の負荷を軽減し、踏力を効率的に後輪側に伝達でき、楽に走行することのできるロータリーギヤ型自転車を提供することを目的とする。また、従来型自転車に装着するだけで、前記従来型自転車を前記ロータリーギヤ型自転車に改造する動力伝達機構体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本考案は上記課題を解決するためになされたものであり、本考案の第１の形態は、自転車のフレームのハンガーラグに設けたクランク軸受によりクランク軸を支承し、アーム先端にペダルが設けられている左右のクランクアームを前記クランク軸両端に一体的に取り付け、前記クランクアームの回転によって従動回転されるスプロケットと、後輪用の従動スプロケットとの間で巻き掛けられている駆動チェーンによって後輪を回転させる自転車において、前記クランク軸の一端側が遊挿され、ホルダー面内に点対称配置に穿設された、複数の孔部のそれぞれに、自転自在な回転体を収設した回転体ホルダーと、前記クランク軸の一端側が遊挿され、前記回転体ホルダーの表面側に配置され、前記回転体の中心より離れた表側連結点にて各回転体と連結された組み付け板とを備え、いずれか一方のクランクアームの軸支部に前記組み付け板を取り付け、前記回転体ホルダーの裏面側に前記スプロケットを前記クランク軸の一端側を遊挿させて配置し、前記スプロケットの表側と、各回転体の中心より離れた裏側連結点とを連結し、各回転体における前記表側連結点及び前記裏側連結点を所定の位相角で分離配置し、前記従動スプロケットと巻き掛けられている前記駆動チェーンの張力により、前記スプロケットを定位置に保持しながら、前記クランク軸に偏心して、回転可能に支持し、前記スプロケットの回転軸中心と前記クランク軸の軸中心との間にオフセットを形成してなるロータリーギヤ型自転車である。
である。
【０００８】
本考案の第２の形態は、前記第１の形態と同様の自転車において、前記クランク軸の一端側が遊挿され、ホルダー面内に点対称配置に穿設された、複数の孔部のそれぞれに、自転自在な回転体を複数個収設した回転体ホルダーと、前記クランク軸の一端側が遊挿され、前記回転体ホルダーの表面側に配置され、前記回転体の中心より離れた表側連結点にて各回転体と連結された組み付け板とを備え、いずれか一方のクランクアームの軸支部に前記組み付け板を取り付け、前記回転体ホルダーの裏面側に前記スプロケットを前記クランク軸の一端側を遊挿させて配置し、前記スプロケットの表側と、各回転体の中心より離れた裏側連結点とを連結し、各回転体における前記表側連結点及び前記裏側連結点を所定の位相角で分離配置し、前記表側連結点及び前記裏側連結点を少なくとも３個以上設けて、前記従動スプロケットと巻き掛けられている前記駆動チェーンの張力により、前記スプロケットを定位置に保持しながら、前記クランク軸に偏心して、回転可能に支持し、前記スプロケットの回転軸中心と前記クランク軸の軸中心との間にオフセットを形成してなるロータリーギヤ型自転車である。
【０００９】
本考案の第３の形態は、前記第１又は第２の形態と同様の自転車において、前記クランク軸の一端側が遊挿され、ホルダー面内に点対称配置に穿設された、複数の孔部のそれぞれに、自転自在な回転体を複数個収設した回転体ホルダーと、前記クランク軸の一端側が遊挿され、前記回転体ホルダーの表面側に配置され、前記回転体の中心より離れた表側連結点にて各回転体と連結された組み付け板とを備え、いずれか一方のクランクアームの軸支部に前記組み付け板を取り付け、前記回転体ホルダーの裏面側に前記スプロケットを前記クランク軸の一端側を遊挿させて配置し、前記スプロケットの表側と、各回転体の中心より離れた裏側連結点とを連結し、各回転体における前記表側連結点及び前記裏側連結点を所定の位相角で分離配置し、前記従動スプロケットと巻き掛けられている前記駆動チェーンの張力により、前記スプロケットを定位置に保持しながら、前記クランク軸に偏心して、回転可能に支持し、前記スプロケットの回転軸中心と前記クランク軸の軸中心との間にオフセットを形成し、前記回転体の外周に取り付けたベアリング部材により前記回転体を前記孔部内に遊転自在に支承してなるロータリーギヤ型自転車である。
【００１０】
本考案の第４の形態は、前記第１、第２又は第３の形態と同様の自転車において、前記クランク軸の一端側が遊挿され、ホルダー面内に点対称配置に穿設された、複数の孔部のそれぞれに、自転自在な回転体を複数個収設した回転体ホルダーと、前記クランク軸の一端側が遊挿され、前記回転体ホルダーの表面側に配置され、前記回転体の中心より離れた表側連結点にて各回転体と連結された組み付け板とを備え、いずれか一方のクランクアームの軸支部に前記組み付け板を取り付け、前記回転体ホルダーの裏面側に前記スプロケットを前記クランク軸の一端側を遊挿させて配置し、前記スプロケットの表側と、各回転体の中心より離れた裏側連結点とを連結し、各回転体における前記表側連結点及び前記裏側連結点を所定の位相角で分離配置し、前記組み付け板を前記クランクアームを前記クランク軸の取り付け箇所と一体に設け、前記従動スプロケットと巻き掛けられている前記駆動チェーンの張力により、前記スプロケットを定位置に保持しながら、前記クランク軸に偏心して、回転可能に支持し、前記スプロケットの回転軸中心と前記クランク軸の軸中心との間にオフセットを形成してなるロータリーギヤ型自転車である。
【００１１】
本考案の第５の形態は、前記第１〜第４のいずれかの形態と同様の自転車において、前記クランク軸の一端側が遊挿され、ホルダー面内に点対称配置に穿設された、複数の孔部のそれぞれに、自転自在な回転体を複数個収設した回転体ホルダーと、前記クランク軸の一端側が遊挿され、前記回転体ホルダーの表面側に配置され、前記回転体の中心より離れた表側連結点にて各回転体と連結された組み付け板とを備え、いずれか一方のクランクアームの軸支部に前記組み付け板を取り付け、前記回転体ホルダーの裏面側に前記スプロケットを前記クランク軸の一端側を遊挿させて配置し、前記スプロケットの表側と、各回転体の中心より離れた裏側連結点とを連結し、各回転体における前記表側連結点及び前記裏側連結点を所定の位相角で分離配置し、前記表側連結点及び前記裏側連結点を表裏異ならせて前記回転体の中心からの角度が９０°以上にしたロータリーギヤ型自転車である。
【００１２】
本考案の第６の形態は、前記第１〜第５のいずれかの形態と同様の自転車において、前記クランク軸の一端側が遊挿され、ホルダー面内に点対称配置に穿設された、複数の孔部のそれぞれに、自転自在な回転体を複数個収設した回転体ホルダーと、前記クランク軸の一端側が遊挿され、前記回転体ホルダーの表面側に配置され、前記回転体の中心より離れた表側連結点にて各回転体と連結された組み付け板とを備え、いずれか一方のクランクアームの軸支部に前記組み付け板を取り付け、前記回転体ホルダーの裏面側に前記スプロケットを前記クランク軸の一端側を遊挿させて配置し、前記スプロケットの表側と、各回転体の中心より離れた裏側連結点とを連結し、各回転体における前記表側連結点及び前記裏側連結点を所定の位相角で分離配置し、前記ペダルを１２時の方向にある上死点にある位置から水平位置までの間に設けたロータリーギヤ型自転車である。
【００１３】
本考案の第７の形態は、自転車のフレームのハンガーラグに設けたクランク軸受によりクランク軸を支承し、アーム先端にペダルが設けられている左右のクランクアームを前記クランク軸両端に一体的に取り付け、前記クランクアームの回転によって従動回転されるスプロケットと、後輪用の従動スプロケットとの間で巻き掛けられている駆動チェーンによって後輪を回転させる自転車において、前記クランク軸の一端側に遊挿されるもので、ホルダー面内に点対称配置に穿設された、複数の孔部のそれぞれに、自転自在な回転体を複数個収設した回転体ホルダーと、前記クランク軸の前記一端側が遊挿されるもので、前記回転体ホルダーの表面側に配置され、前記回転体の中心より離れた表側連結点にて各回転体と連結された組み付け板とを備え、いずれか一方のクランクアームの軸支部に前記組み付け板は取り付けられるもので、前記回転体ホルダーの裏面側に前記スプロケットを配置し、前記スプロケットの表側と、各回転体の中心より離れた裏側連結点とを連結し、各回転体における前記表側連結点及び前記裏側連結点を所定の位相角で分離配置したロータリーギヤ型自転車の動力伝達機構体である。
【考案の効果】
【００１４】
本考案の第１の形態によれば、前記組み付け板と前記回転体ホルダーを介して前記いずれか一方のクランクアームの回転運動を、前記回転体ホルダーの裏面側に配置した前記スプロケットに伝達し、前記各回転体における前記表側連結点及び前記裏側連結点を所定の位相角で分離配置し、前記従動スプロケットと巻き掛けられている前記駆動チェーンの張力により、前記スプロケットを定位置に保持しながら、前記クランク軸に偏心して、回転可能に支持し、前記スプロケットの回転軸中心と前記クランク軸の軸中心との間にオフセットを形成することができる。前記スプロケットの回転軸中心と前記クランク軸の軸中心との離間距離（ずれ長）をオフセット長と称する。自転車を駆動するトルクは有効クランクアーム長×踏力で与えられるから、前記オフセット長だけ有効クランクアーム長が長くなることによって、同じ踏力でもトルクがオフセット長×踏力だけ増大する効果がある。オフセット長を長くするほど前記効果は大きくなる。つまり、このオフセットの形成により、前記組み付け板と前記回転体ホルダーと前記スプロケットからなる動力伝達機構体により、ペダル踏み込み時に、前記スプロケットの回転中心に対するクランクアームの実際の有効クランクアーム長を大きくすることができ、楽に漕ぐことのできるロータリーギヤ型自転車を提供することができる。ここで、本考案に係る自転車をロータリーギヤ型自転車と称する理由は、前記回転体ホルダーとスプロケット（ギヤ）との連動機構を採用して前記オフセットを従来型の自転車に強制的に形成することができるからである。従って、この機構を従来型の自転車に組み込むだけで、従来よりも小さな踏力で従来型自転車と同等のトルクを発生でき、換言すれば、従来と同等の踏力で従来よりも大きなトルクを発生することが可能になる。
【００１５】
本考案の第２の形態によれば、前記第１の形態と同様に、前記表側連結点及び前記裏側連結点を少なくとも３個以上設けて、前記組み付け板と前記回転体ホルダーと前記スプロケットからなる動力伝達機構により、ペダル踏み込み時に、前記スプロケットの回転中心に対するクランクアームの実際の有効クランクアーム長を大きくすることができ、楽に漕ぐことのできるロータリーギヤ型自転車を提供することができる。
【００１６】
本考案の第３の形態によれば、前記第１又は第２の形態と同様に、前記組み付け板と前記回転体ホルダーと前記スプロケットからなる動力伝達機構により、ペダル踏み込み時に、前記スプロケットの回転中心に対するクランクアームの実際の有効クランクアーム長を大きくすることができ、しかも前記回転体の外周に取り付けたベアリング部材により前記回転体を前記孔部内に遊転自在に支承して円滑にクランクアームの回転力を前記スプロケットに伝達して、楽に漕ぐことのできるロータリーギヤ型自転車を提供することができる。
【００１７】
本考案の第４の形態によれば、前記第１、第２又は第３の形態と同様に、前記組み付け板と前記回転体ホルダーと前記スプロケットからなる動力伝達機構により、ペダル踏み込み時に、前記スプロケットの回転中心に対するクランクアームの実際の有効クランクアーム長を大きくすることができ、しかも前記組み付け板を前記クランクアームの前記クランク軸の取り付け箇所と一体に設けて、構成部材を削減して、より簡素化された構成で、楽に漕ぐことのできるロータリーギヤ型自転車を実現することができる。
【００１８】
本考案の第５の形態によれば、前記第１〜第４のいずれかの形態と同様に、前記組み付け板と前記回転体ホルダーと前記スプロケットからなる動力伝達機構により、ペダル踏み込み時に、前記スプロケットの回転中心に対するクランクアームの実際の有効クランクアーム長を大きくすることができ、しかも、前記表側連結点及び前記裏側連結点を表裏異ならせて前記回転体の中心からの角度が９０°以上にして、ペダル踏み込み時の踏力を効率的に伝達して楽に漕ぐことのできる自転車を提供することができる。
【００１９】
本考案の第６の形態によれば、前記第１〜第４のいずれかの形態と同様に、前記組み付け板と前記回転体ホルダーと前記スプロケットからなる動力伝達機構により、ペダル踏み込み時に、前記スプロケットの回転中心に対するクランクアームの実際の有効クランクアーム長を大きくすることができ、しかも、前記ペダルを１２時の方向にある上死点にある位置から水平位置までの間に設けて、ペダル踏み込み時の踏力を効率的に伝達して楽に漕ぐことのできる自転車を提供することができる。
【００２０】
本考案の第７の形態によれば、本形態に係る前記組み付け板と前記回転体ホルダーと前記スプロケットからなる動力伝達機構体を従来の自転車に組み付けることにより、ペダル踏み込み時に、前記スプロケットの回転中心に対するクランクアームの実際の有効クランクアーム長を大きくすることができ、従来型自転車を楽に漕ぐことのできるロータリーギヤ型自転車に改造することができる。つまり、従来型自転車の駆動側スプロケットを取り外し、本形態の動力伝達機構体を装着し、前記従来型自転車のチェーンを少しだけ短縮して、このチェーンを前記動力伝達機構体のスプロケットに巻回装着するだけで、第１形態で詳述したオフセット長を設定することができる。その結果、有効クランクアーム長をオフセット長分だけ長くすることが可能になり、第１形態で説明した全ての効果を前記従来型自転車に発現することが可能になる。また、この第７形態に係る動力伝達機構体に、前記第２形態〜前記第６形態の夫々に記載した更なる限定構成要素を付加すれば、従来型自転車を前記第２形態〜前記第６形態のロータリーギヤ型自転車に改造することができることは言うまでも無い。
【考案を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本考案の実施の一形態としての自転車を示す。この自転車のフレームは、前輪１側の前ホーク４と、後輪２側のバックホーク１１からなる。前ホーク４の上端はハンドルポスト７に連結し、ハンドルポスト７にはハンドル８が取り付けられている。前ホーク４のハンドルポスト７との連結部に下パイプ５の上端が連結されている。バックホーク１１の上端はシートポスト９に連結し、シートポスト９にはサドル１０が取り付けられている。ハンドルポスト７とシートポスト９の各根元部分間をメインパイプ３で連結している。バックホーク１１のサドル１０との連結部に立パイプ６の上端が連結されている。バックホーク１１の下端には後輪２用軸受け部２１に連結されている。軸受け部２１には回転自在に従動側スプロケットが取り付けられており、従動側スプロケットは収納カバー２２で覆われている。
【００２２】
下パイプ５及び立パイプ６の下端はハンガーラグ１３で結合されている。ハンガーラグ１３と後輪２用軸受け部２１の間には、一組のチェーンステー１２により連結されている。ハンガーラグ１３は後述のクランク軸受部からなる。クランク軸受部により軸支された、後述のクランク軸２３の両端には、一対のクランクアーム１５、１６が左右対称に取り付けられている。クランクアーム１５、１６の開放端にはそれぞれ、ペダル１７、１８が装着されている。本考案にかかる動力伝達部材１４はハンガーラグ１３の一方のクランクアーム１５に装着されている。動力伝達部材１４は駆動側スプロケット１９を含み、駆動側スプロケット１９と、上記従動側スプロケットとの間にチェーン２０が巻き掛けられている。
【００２３】
図２はハンガーラグ１３の構造を示す。ハンガーラグ１３はクランク軸を挿通させるクランク部１３Ａと、クランク部１３Ａ外部に対し四つ又状に形成されたパイプ受け部１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅからなる。パイプ受け部１３Ｂ、１３Ｃ，１３Ｄ、１３Ｅには、それぞれ下パイプ５、立パイプ６、チェーンステー１２、１２の端部が挿着される。
【００２４】
図３はクランクアーム１５に装着された動力伝達部材１４の構成を示す。クランク軸２３がハンガーラグ１３に軸支されている。クランク軸２３の両端にはクランクアーム１５、１６が取着されている。動力伝達部材１４が配置されていないクランクアーム１６はボス部１６Ａにてクランク軸２３の一端に固着されている。なお、ペダル１８の回転軸１８Ａはクランクアーム１６の開放端部にて締付ナット１６Ｂにより締着されており、ペダル１７の回転軸も同様にクランクアーム１５の開放端部にて締着されている。
【００２５】
ハンガーラグ１３はクランク部１３Ａの内側には中パイプ２４が溶接等により固着されている。中パイプ２４両端内周には螺子部２５が螺設されている。クランク軸２３の中間部に設けられた一対の環状の突起２３Ｃにその外側から多数のボール２７をグリス等により保持した状態で、螺子部２５に螺合する玉押ベアリング２６により多数個のボール２７を押圧して装着してボール軸受け部を構成し、このボール軸受け部によりクランク軸２３をハンガーラグ１３に支承している。
【００２６】
クランク軸２３のクランクアーム１５側の端部には、動力伝達部材１４の介挿のために、クランクアーム１６側と比べて余分に延設された延長部２３Ｂを設けている。クランクアーム１５のボス部１５Ａは、延長部２３Ｂの先端のテーパ角軸２３Ａに締付ナット１５Ｂにより緊締される。
【００２７】
図４〜図７は動力伝達部材１４の各部を示す。動力伝達部材１４は、クランク軸２３の一端側の延長部２３Ｂが遊挿された回転体ホルダー２８と、クランク軸の一端側の延長部２３Ｂが遊挿され、回転体ホルダー２８の表面側に配置され組み付け板２９と、回転体ホルダー２８のホルダー面内に点対称配置に穿設された、複数の孔部２８Ａのそれぞれに収設された自転自在な回転体３５と、回転体３５に連結されたスプロケット１９とからなり、効率的に回転トルクを駆動側スプロケット１９からチェーン２０を介して従動側スプロケットに伝達するトルク伝達機構を構成する。
【００２８】
図４は組み付け板２９の平面図である。組み付け板２９は回転体ホルダー２８の各回転体３５個々に入力カシメ３３により連結されている。組み付け板２９の中央にはクランク軸２３と当接しないように、クランク軸２３を遊挿する貫通孔２９Ａが開口されている。クランクアーム１５のボス部１５Ａ外周には４方向に伸びた固着部１５Ｃが延設されており、ボス部１５と組み付け板２９は、スペーサ３１を介して、各固着部１５Ｃに対応した組み付け板２９の固着ビス孔２９Ｂに締付ビス１５Ｄにより４箇所固定されている。組み付け板２９の固着ビス孔２９Ｂより外周側に６個の連結孔２９Ｃが形成されており、入力カシメ３３を各連結孔２９Ｃと回転体ホルダー２８の各回転体３５個々に挿着し、カシメ固着により、組み付け板２９に各回転体３５個々を固着、連結している。図４に示すように、固着ビス孔２９Ｂ同士の間に位置する連結孔２９Ｃと、一個の固着ビス孔２９Ｂとの配置角度Ａ１は組み付け板２９の中心に対して４５°に設定されている。また、６個の連結孔２９Ｃは、一対の固着ビス孔２９Ｂ間で形成する辺に沿った中心線に対して対称に配設されており、その中心線に近い箇所に設けた連結孔２９Ｃは中心線に対して３０°の角度Ａ２で位置する。固着ビス孔２９Ｂ同士の中心線から、間に位置する連結孔２９Ｃと、一個の固着ビス孔２９Ｂとの配置角度は組み付け板２９の中心に対して４５°に設定されている。
【００２９】
図５は回転体ホルダー２８の平面図である。組み付け板２９の場合と同様に、回転体ホルダー２８の中央にはクランク軸２３と当接しないように、クランク軸２３を遊挿する貫通孔２８Ｂが開口されている。貫通孔２８Ｂの周りには回転体３５を収納する孔部２８Ａが６個穿設されている。各孔部２８Ａに回転体３５が自転自在に収設され、６個の回転体３５が回転体ホルダー２８の中心の周りに点対称に配設されている。孔部２８Ａ内周にはボール転動用溝２８Ｃが刻設されている。
【００３０】
図６は図５の回転体３５のＡ−Ａ断面を示す。回転体３５は回転体ホルダー２８の板厚と同じ厚さの円板からなり、円板周縁にはボール転動用溝３５Ａが刻設されている。回転体３５の中央は軽量化のために貫通孔３５Ｃが穿設されている。回転体３５を孔部２８Ａに収設した状態で、ボール転動用溝２８Ｃ及びボール転動用溝３５Ａにより形成される外周溝にボール３４を装着して、回転体３５の自転を円滑にするためのボールベアリング構造を構成している。ボール３４の装着はボール転動用溝２８Ｃに設けた導入口（図示せず）より圧入して行われる。各回転体３５には入力カシメ３３の挿着孔３５Ｂが形成されており、回転体ホルダー２８の表側において入力カシメ３３により組み付け板２９と連結されている。また、各回転体３５には挿着孔３５Ｂより位相角Ａ３ずれた位置に挿着孔３５Ｄが形成されており、回転体ホルダー２８の裏側において出力カシメ３２によりスプロケット１９と連結されている。
【００３１】
図７は回転体ホルダー２８の裏側に装着されるスプロケット１９を示す。スプロケット１９の中央には、クランク軸２３を遊挿する大きな貫通孔１９Ｂが開口され、スプロッケット全体がチェーン歯合部１９Ｃを周設したドーナツ形状を有する。貫通孔１９Ｂの周りには、ドーナツ中心に対して点対称に出力カシメ３２の挿着孔１９Ａが６個形成されている。回転体３５の挿着孔３５Ｄと挿着孔１９Ａを挿通する出力カシメ３３により、スプロケット１９は回転体ホルダー２８と連結されている。出力カシメ３３は、スプロケット１９と回転体ホルダー２８の間に介挿されたスペーサ３０を貫通している。スペーサ３０の介挿により、スプロケット１９に巻き掛けられたチェーン２０が回転体ホルダー２８に接触することを防止している。
【００３２】
図８は組み付け板２９、回転体ホルダー２８及びスプロケット１９を入力カシメ３３及び出力カシメ３２によりカシメ連結した組み付け状態を示し、回転体ホルダー２８の表側から見た図である。
図９は、組み付け板２９、回転体ホルダー２８及びスプロケット１９の組み付け状態を示し、回転体ホルダー２８の裏側から見た図である。
【００３３】
本考案に係る動力伝達部材１４は、組み付け板２９、回転体ホルダー２８及びスプロケット１９を上記のように組み付けて構成されている。組み付け板２９を回転体ホルダー２８とクランクアーム１５との連結補助部材として使用しているが、クランクアーム１５のボス部１５Ａと組み付け板２９を一体化してもよい。
【００３４】
スプロケット１９にチェーン２０を懸架していない自由状態においては、スプロケット１９はクランク軸２３の軸心の周りを回転体ホルダー２８の各回転体３５の自転とともに周回する。一方、スプロケット１９と従動側スプロケット間にチェーン２０を懸架した場合には、チェーン２０の引っ張り方向に沿ったスプロケット１９の拘束状態においては、見掛け状ではスプロケット１９の周りを回転体ホルダー２８が周回することになる。このとき、回転体ホルダー２８が周回運動による回転トルクがスプロケット１９に加わるためスプロケット１９の回転運動に変換される。このスプロケット１９の回転は、従動側スプロケットに懸架されたチェーン２０に引っ張り力として作用して従動側スプロケットに動力が伝達される。
【００３５】
上記の動力伝達部材１４によれば、スプロケット１９は、クランクアーム１５の回転動作に伴って、自由状態時の周回運動がチェーン２０の引っ張り力による拘束により前後移動が抑制されながら回転運動する。したがって、自由状態時に形成されるクランク軸２３の軸心とスプロケット１９との間の偏心量（以下、オフセットという。）Ｄが拘束状態では常時、保持される。
自転車駆動においては、ペダル１７が１２時の方向にある上死点にあるとき走行者への負荷が最大になり、上死点からペダル１７を３時方向の水平方向まで踏む込みとき、動力伝達が可能となる。動力伝達部材１４によれば、この踏み込み過程において、クランク軸２３の軸心とスプロケット１９との間のオフセットがあるため、クランクアーム１５のクランクアーム長さが実質的に延長されることになり、その延長分が負荷の低減をもたらし、踏力の削減となって楽に走行することができる。
【００３６】
動力伝達部材１４におけるオフセット効果を図１０のモデル駆動機構を用いて説明する。
図１０はオフセット効果を説明するための、動力伝達部材１４を模式的に示したモデル機構を示す。先端にペダルが装着される、左右のクランクアーム１００、１０１の軸心１０２に対して、楕円形状の連結プレート１０５が連結部材１０４により固定されている。連結プレート１０５、連結部材１０４はそれぞれ、回転体ホルダー２８、組み付け板２９に対応する。連結部材１０４による連結プレート１０５の連結箇所１０６は楕円長軸上に２箇所配置されている。連結プレート１０５の中央はクランク軸を遊挿する開口部１０３が形成されている。連結プレート１０５の裏側にスプロケット１０７が配置されている。スプロケット１０７と連結プレート１０５は連結部材１０４により連結されている。連結部材１０４は回転体３５に対応し、連結点Ｐ３にて連結プレート１０５と連結し、連結点Ｐ４にてスプロケット１０７と連結している。連結点Ｐ３、Ｐ４はそれぞれ、入力カシメ３３、出力カシメ３２に対応する。このモデル機構では、機構を簡明にするために、連結プレート１０５の連結箇所１０６側に一組の連結部材１０４、１０４を対称配置している。スプロケット１０７にチェーンを巻き掛けた拘束状態にあり、スプロケット中心はクランクアーム１００、１０１の軸心１０２に対してオフセットＤ１を形成している。
【００３７】
上記モデル駆動機構を用いて、クランクペダルへの入力踏力Ｆを一定とし、かつクランク回転数も一定とした条件で、スプロケット軸中心からみたペダル先端の軌跡を調べた。また、スプロケット１０７に連結プレート１０５を介して力が伝達される力点と角速度との関係を調べ、従来機構と比較した。上記モデル駆動機構における力の伝達は、クランクアーム１００の先端Ｐ１に加えられた踏力Ｆが、まず、連結箇所１０６の連結点Ｐ２を介して連結プレート１０５に伝えられ、更に、連結部材１０４の各連結点Ｐ３、Ｐ４を通じてスプロケット１０７に伝えられることにより行われる。
【００３８】
図１１は従来の自転車駆動機構における、クランクアングルωｔに対する各部の軌跡を示す。縦軸はスプロケット２００、ペダル２０１の変位及びトルク変化、横軸はクランクアングルωｔの変化を示す。従来のスプロケット２００をクランクアームと同軸に取着した場合には、ペダル２０１の軌跡Ｆ１、Ｆ２、スプロケット２００の軌跡Ｆ４は正弦波を描き、トルク軌跡Ｆ３も一定となる。
【００３９】
図１２は図１０の駆動機構における、クランクアングルωｔに対する各部の軌跡を示す。縦軸はスプロケット１０７、ペダルの変位及びトルク変化、横軸はクランクアングルωｔの変化を示す。図１０の駆動機構では、スプロケット１０７をクランクアーム１００の軸心１０２と同軸でなく、偏心させて、オフセットＤ１を設けている場合であり、スプロケットの軌跡Ｆ５は緩やかな正弦波を描く。ペダルの軌跡Ｆ６は図１１の正弦波とは少しずれた波形を描く。踏み込み側のトルク軌跡Ｆ７は、緩やかな軌跡カーブとなっており、引き足側のトルク軌跡は、踏み込み側で少し傾斜が急な軌跡カーブＦ８となっている。引き足側の走行は少し重くなるが、通常の走行は踏み込みを主に行うので、影響は少ない。図１０の駆動機構によれば、踏み込み側のトルク軌跡Ｆ７が緩やかになっているので、角速度ｄω／ｄｔが小さくなる。
【００４０】
左右のクランクアーム１００、１０１の軸心１０２からクランクアームの開放端までの距離、即ち、クランクアーム長さをｒ、ペダルに加わる踏み込み踏力Ｆとすると、図１１の従来の場合には、クランクアームの回転に伴ってスプロケット１０７に生ずるトルクＴはＴ＝Ｆ×ｒで表される。回転モーメントをＪとすｒと、トルクＴはＴ＝Ｊ×（ｄω／ｄｔ）となる。従って、図１０に示すように、スプロケット１０７の中心からクランクアームの開放端までの距離ＬはオフセットＤ１分長くなり（＞ｒ）、上記の踏み込み側のトルク軌跡Ｆ７が緩やかな軌跡カーブとなって現れている。図１０のモデル駆動機構から分かるように、これを具体化した本実施形態に係る動力伝達部材１４によれば、ペダル踏み込み時に、スプロケット１９の回転中心に対するクランクアーム１５の実際の有効クランクアーム長を大きくすることができ、楽に漕ぐことのできる自転車を提供することができる。なお、図１０の場合、オフセットＤ１の大きさを有効クランクアーム長の２／９程度にすると、入力踏力に対して約１２．５％軽くなり、走行時の推進力が１２．５％アップさせることができる。また、連結プレート１０５とクランクアーム１００の相対角度、つまり鉛直方向に対しての、連結プレート１０５の連結点Ｐ２の形成する角度が４５°のとき、最も踏力が伝達できる角速度が得られた。
【００４１】
本考案は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本考案の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例や設計変更をその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでも無い。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本考案に係る自転車の動力伝達機構により、楽に漕げるスプロケッット自走車を実現でき、自転車や車椅子などの分野に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本考案の実施の一形態である自転車の全体構成図である。
【図２】前記実施形態におけるハンガーラグ１３の外観図である。
【図３】前記実施形態に係る動力伝達部材１４の構成を示す部分断面図である。
【図４】動力伝達部材１４の組み付け板２９の平面図である。
【図５】動力伝達部材１４の回転体ホルダー２８の平面図である。
【図６】図５の回転体３５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】動力伝達部材１４の駆動側スプロケット１９の平面図である。
【図８】動力伝達部材１４の組み付け状態を、回転体ホルダー２８の表側から見た平面図である。
【図９】動力伝達部材１４の組み付け状態を、回転体ホルダー２８の裏側から見た平面図である。
【図１０】動力伝達部材１４を模式的に示したモデル駆動機構を示す図であり、湾曲クランクアームを図示しているが、図３の直線クランクアームでも同様であることは云うまでもない。
【図１１】従来の自転車駆動機構における、クランクアングルωｔに対する各部の軌跡を示す図である。
【図１２】図１０のモデル駆動における、クランクアングルωｔに対する各部の軌跡を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１        前輪
２        後輪
３        メインパイプ
４        前ホーク
５        下パイプ
６        立パイプ
７        ハンドルポスト
８        ハンドル
９        シートポスト
１０      サドル
１１      バックホーク
１２      チェーンステー
１３      ハンガーラグ
１３Ａ    クランク部
１３Ｂ    パイプ受け部
１３Ｃ    パイプ受け部
１３Ｄ    パイプ受け部
１３Ｅ    パイプ受け部
１４      動力伝達部材
１５      クランクアーム
１５Ａ    ボス部
１５Ｂ    締付ナット
１５Ｃ    固着部
１５Ｄ    締付ビス
１６      クランクアーム
１６Ａ    ボス部
１６Ｂ    締付ナット
１７      ペダル
１８      ペダル
１８Ａ    回転軸
１９      駆動側スプロケット
２０      チェーン
２１      軸受け部
２２      収納カバー
２３      クランク軸
２３Ａ    テーパ角軸
２３Ｂ    延長部
２３Ｃ    突起
２４      中パイプ
２５      螺子部
２６      玉押ベアリング
２７      ボール
２８      回転体ホルダー
２８Ａ    孔部
２８Ｂ    貫通孔
２８Ｃ    溝
２９      組み付け板
２９Ａ    貫通孔
２９Ｂ    固着ビス孔
２９Ｃ    連結孔
３０      スペーサ
３１      スペーサ
３２      出力カシメ
３３      入力カシメ
３４      ボール
３５      回転体
３５Ａ    溝
３５Ｂ    挿着孔
３５Ｃ    貫通孔
３５Ｄ    位相角
１００    クランクアーム
１０１    クランクアーム
１０２    軸心
１０３    開口部
１０４    連結部材
１０５    連結プレート
１０６    連結箇所
１０７    スプロケット
２００    スプロケット
２０１    ペダル
Ａ１      角度
Ａ２      角度
Ｄ        オフセット
Ｄ１      オフセット
Ｆ１      軌跡
Ｆ２      軌跡
Ｆ３      軌跡
Ｆ４      軌跡
Ｆ５      軌跡
Ｆ６      軌跡
Ｆ７      軌跡
Ｆ８      軌跡
Ｐ１      連結点
Ｐ２      連結点
Ｐ３      連結点
Ｐ４      連結点
ωｔ      クランクアングル
【図１】
0003140274.tif 000003
【図２】
0003140274.tif 000004
【図３】
0003140274.tif 000005
【図４】
0003140274.tif 000006
【図５】
0003140274.tif 000007
【図６】
0003140274.tif 000008
【図７】
0003140274.tif 000009
【図８】
0003140274.tif 000010
【図９】
0003140274.tif 000011
【図１０】
0003140274.tif 000012
【図１１】
0003140274.tif 000013
【図１２】
0003140274.tif 000014