(57)【要約】【課題】自転車において使用者が入力する踏込み力の車輪駆動エネルギーへの利用効率の高い駆動装置を提供する。【解決手段】自転車のフレームに固定された同期用ギアと同期用ラックからなる同期機構により連結された左右１対の駆動機構により駆動装置を構成し、各駆動機構においては駆動用ピニオン１１とガイドに支えられて直線状に延在する駆動用ラック７とを互いに係合状態で設け、駆動用ピニオンをチェーンを介して車輪に作動連結するとともに、駆動用ラックをペダル９に固定した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期機構を介して連結された左右１対の駆動機構からなり、各駆動機構おいては駆動用ピニオンと直線状に延在する駆動用ラックとが互いに係合しており、駆動用ピニオンは車輪に作動連結され、駆動用ラックにはペダルが固定されていることを特徴とする自転車の駆動装置。
【請求項２】
駆動用ラックを案内する固定状ラックガイドの一端にストッパーが固定されており、駆動用ラックにはこのストッパーを指向する圧縮バネが一端において固定されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
駆動用ラックが垂直方向に延在していることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項４】
駆動用ラックが水平方向に延在していることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項５】
駆動用ラックの下側が自転車の前側に位置するように駆動用ラックが斜行延在していることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は自転車の駆動装置に関するものであり、より詳しくは自転車における踏込み力の利用効率の高い駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
伝統的な自転車においては左右１対のペダルを使用者が足で交互に踏み込んで駆動している。この状態を模型的に示したのが図４である。図示のように踏み込まれたペダルは円軌道に沿って３６０度に亙って周行する。
【０００３】
この場合円軌道に沿ってのいずれの位置にあっても、踏込み方向が円軌道の接線方向に一致していると仮定すると、使用者による踏込み力はそのまま自転車の駆動力となる。この場合円軌道に沿っての回転角度（ペダルの変位量）を横軸にとり駆動力を縦軸にとると、その関係は図５に示すようになる。ここで駆動力とペダルの変位量との積はエネルギーとなるから、これを全ペダル変位量について積分すると駆動エネルギーが得られる。
【０００４】
図中ほぼ方形の曲線においてＡで示した部分では踏込み力がプラスに作用しており、Ｂで示した部分では踏込み力がマイナスに作用（つまりペダルの回転を踏込み力が邪魔している）しており、Ｃで示した部分では踏込み力がプラスに作用している。そして駆動エネルギーＳは（Ａ−Ｂ＋Ｃ）で与えられる。上記のように仮定した場合には踏込み力はほぼ完全に駆動エネルギーに変換されており、踏込み力の駆動エネルギーへの利用効率が非常に高いことになる。
【０００５】
しかし実際には円軌道上の多くの位置において踏込み方向と接線方向とが一致しない。故に図４中に示すように両方向の夾角をθとすると、多くの位置において駆動力が踏込み力の分力であるｃｏｓθ・踏込み力となる。
【０００６】
この結果駆動エネルギーは図６に示す鋭い風鈴形の曲線で示す状態となり、図５に示した踏込み力がほぼ完全に駆動エネルギーに変換されると仮定した場合よりはかなり少ないものとなる。つまり実際の場合には踏込み力の駆動エネルギーへの利用効率が非常に低いことになる。
【０００７】
かかる実際の場合において踏込み力が有効に駆動エネルギーに変換されないのは、ペダルが円軌道に沿って周行することに原因がある。
【０００８】
そこでペダルが周行する軌道を長円軌道とすることがすでに提案されている。この提案の構成にあっては、１対の平行離間する直線軌道の両端部にそれぞれ半円軌道を接続したものである。
【０００９】
より具体的には１対のスプロケットとチェーンとを組み合わせた構成であって、一方のスプロケットを車輪に作動連結するとともに、チェーンにペダルを取り付けて直線軌道部分を実現している。この直線軌道部分においては踏込み方向と接線方向とが一致するので、踏込み力と駆動力とが等しくなる。
【００１０】
この結果駆動エネルギーは図７に示す状態となり、踏込み力の駆動エネルギーへの利用効率が高くなって、図５に示す仮定の場合の状態（図７中では破線で示してある）に近くなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこの提案の構成ではまだ半円形軌道部分があるので、その部分では踏込み方向と接線方向とが一致せず、故に踏込み力の駆動エネルギーへの利用効率がまだ不充分である。またチェーンにペダルを取り付けてあるので、長期使用による摩耗などが原因してペダルが踏込み中に横揺れする。つまり踏込み力が安定しないので、踏込み力の利用効率に悪影響を及ぼす。
【００１２】
かかる従来技術の現状に鑑みて、この発明の目的は踏込み力の駆動エネルギーへの利用効率の高い自転車用の駆動装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このためこの発明にあっては、同期機構により連結された左右１対の駆動機構により駆動装置を構成し、各駆動機構には互いに係合する駆動用ピニオンと直線状に延在する駆動用ラックとを設け、駆動用ピニオンを車輪に作動連結し、駆動用ラックをペダルに固定したことを要旨とするものである。
【００１４】
【作用】
踏込み方向が直線軌道なので、駆動力がほぼ踏込み力に近いものとなり、踏込み力がほぼ完全に駆動エネルギーに変換されたと仮定した図５に示す場合と全んど同じになる。
【００１５】
【実施例】
つぎに図１〜３によりこの発明の好ましき一実施例を説明する。駆動装置は自転車のフレーム１に固定された同期機構を介して連結された左右１対の駆動機構から構成されている。つまり左右のペダルは同期して反対方向の運動をするので両者の間にこのような同期機構を設ける必要がある。各同期機構は同期用ピニオン３とこれに係合する同期用ラック５とから構成されている。
【００１６】
フレーム１に固定されたラックガイド２１（図２）に導かれて駆動用ラック７が上下に往復動可能に設けられており、該ラック７にはペダル９が固定されている。図中ではラック７は垂直状に設けられているが、使用者が踏み込み易いように、下側が自転車の前側に位置するように若干斜行延在する状態に設けるのが好ましい。
【００１７】
ラックガイド２１の下端には圧縮バネ２５が一端において固定され、好ましくはペダル９の下端にストッパー２３が固定され、圧縮バネ２５の他端がこのストッパー２３を指向している。
【００１８】
ある踏込みサイクルで踏込み力により駆動されてラック７が下降するときには、下降サイクルの終点近くで反対側のラック７とストッパー２３の間で圧縮バネで圧縮されてエネルギーを蓄積する。
【００１９】
つぎのサイクルにおいて（このとき踏込み力は作用しない）ラック７が上昇するときには（逆に言うと反対側では踏込み力により駆動されてラック７が下降している）、圧縮バネ２５が圧縮状態から原状に戻るのであるが、このときに前のサイクルで蓄積したエネルギーを放出する。
【００２０】
この放出されたエネルギーはラック７を降下させるようにラック７を加速する。換言すると反対側の駆動用ラック７を上昇させるように作用する。この結果踏込み力が小さくてもよいことになり、それだけ踏込みが楽になる。つまり踏込み終了時にラックおよび同期用ピニオンが持っている速度エネルギーを次の踏込みサイクルにおける駆動エネルギーとして利用することができるのである。
【００２１】
駆動用ラック７には駆動用ピニオン１１が係合しており、このピニオン１１はワンウェイクラッチ１３を介して駆動軸１５に作動連結されている。つまりラック７に駆動されるピニオン１１の回転のうち一方向（駆動用ラックが下降する際の回転）のみが駆動軸１５に伝達され、もう一方の方向（駆動用ラックが上昇する際の回転）の回転は駆動軸１５には伝達されないようになっている。
【００２２】
駆動軸１５に固定されたスプロケット１７にはチェーン１９が係合しており、このチェーン１９は図示しない車輪と一体関係にあるスプロケットにも係合している。
【００２３】
ある踏込みサイクルにおいてペダル９が踏み込まれると、踏込み力により駆動用ラック７が下降する。このとき反対側の駆動用ラックは上昇している。ラック７の下降によるピニオン１１の回転は駆動軸１５、スプロケット１７およびチェーン１９を介して車輪に伝達されて、車輪が回転する。
【００２４】
なお以上の実施例においては駆動用ラックが垂直方向に延在している構成と前方に斜行延在している構成とを示した。しかし最近では踏込み力がほぼ水平方向を指向する型式の自転車も使用されている。これに対応してこの発明においても、駆動用ラックを水平方向に延在するように構成してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
ペダルの運動が完全な直線軌道に沿っているので、踏込み力が全んどそのまま駆動エネルギーに変換され、高い利用効率が得られる。またペダルが剛性のラックに取り付けられているので、摩耗などによる利用効率への悪影響もなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の駆動装置の一実施例の構成を示す一部断面平面図である。
【図２】同じく側面図である。
【図３】同じくピニオン周りを示す拡大側面図である。
【図４】従来の自転車における円軌道上のペダルの各位置とその位置における踏込み方向とを示す模型図である。
【図５】踏込み力がほぼ完全に駆動エネルギーに変換されたと仮定した場合の駆動エネルギー状態を示すグラフである。
【図６】従来の自転車における駆動エネルギー状態を示すグラフである。
【図７】従来の改良提案における駆動エネルギー状態を示すグラフである。
【符号の説明】
１  ：  フレーム
７  ：  駆動用ラック
９  ：  ペダル
１１：  駆動用ピニオン
１５：  駆動軸
２５：  圧縮バネ
【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】
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