(57)【要約】　　　（修正有）【課題】スポークタイヤ車輪に回転力を伝達するための駆動機構を簡単に付加できる構造を提供する。【解決手段】自転車或いは車椅子等の車輪のスポーク２とニップルの結合部、およびニップルの外周表面に円筒状物体１を被せて固定し、これに駆動歯車２５を噛み合わせオーバーランニングクラッチを介して原動機の回転力を伝達させる。【選択図】図１０
2004034953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポークとニップルの結合部、およびニップルの外周表面に円筒状物体を被せて固定することにより等価的に全周がピン歯車と化したタイヤ車輪を形成させ、これを受動歯車として利用するため、オーバーランニングクラッチを介して原動機回転力を伝達され、かつ前記受動ピン歯車と支障なく噛み合う駆動小歯車によって駆動されることを特徴とするタイヤ車輪駆動方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は汎用自転車或いは車椅子等のスポークタイヤ車輪に回転力を伝達するための駆動方式の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自転車の走行は車軸を介して人間の足踏力を伝達することにより行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
現在稼働中の汎用自転車にユーザーがモーターを組み込んで電動補助自転車を構成しようとすると、車軸或いはチェーン駆動系の何れかの基本構造を改造せねばならず、これは一般ユーザーにとっては不可能である。
【０００４】
【課題を解決しようとする手段】
上述の問題は従来の駆動伝達経路と無関係に車輪を駆動できる新しい方式を採れば解決する。本発明は、この理念に基づいて成されたものである。一般に汎用自転車の基本形であるスポークタイヤのニップルとリムとの接合部が回転方向のせん断力に対して最も強固な位置にあり、しかも等間隔ピッチに配列さていることに着目すれば、本件解決手段として、ニップル部の外径を恣意的に増大せしめて、ピン歯車の単位歯先とみなし、これをリム全周に適用して汎用自転車のスポークタイヤを大きなピン歯車を持ったタイヤ車輪に改造すれば良いことが判る。これを実現させる実用的方法は基本的に
【図１】に示すピン歯車化スリーブ１のごときすり割り構造を有する円筒状物体を
【図２】のように、ニップル３の外径と適合する内径と、スポーク２が通過できる幅のすり割りを持つように加工し、先ず
【図２】のようにスポーク２をくわへ込み、
【図３】のごとく滑動させてニップル３に被せ、適当な方法で固定すれば良い。
【図４】はこの外形を示すもので、以上の方法でピン歯車化されたスポークタイヤ車輪を受動歯車として外部からの動力を伝達するのである。回転力供給の難易性から見て、これを駆動する駆動小歯車はタイヤ回転軸とほぼ直角を成す軸上に配置するのが適当である。駆動小歯車は次の方法で作成した
【図５】に示す最小単位の歯車エレメント６を材料の薄板から打ち抜き、適当な枚数を積層させ
【図６】に示すようにボス１５の円柱上面に放射状にボルトＡ、１０及びボルトＢ、１１で締着し駆動歯車２５を完成させる。これが受動ピン歯車と噛み合う様子を
【図７】を用いて説明する。
【図７】において、４はリムの一部分を示したもので、１は
【図３】で説明したようにピン歯車化させたニップル部分である。１はリム４の内径表面中央部に等間隔に配列されているので、等ピッチで放射状に歯先７が組み付けられた駆動小歯車２５に、この回転方向に無関係に噛み合うことができる。この場合歯車相互の回転軸は直角に交わっている。しかし、ここで注意すべきはスポークタイヤには例外なく空気注入用の空気バルブが存在することで、動作上これを無視することは出来ないことである。但し空気バルブの存在位置はこれも例外なく隣接するニップルの丁度中間にあるから、この特徴を利用して、本発明では隣り合う２枚の歯先エレメント６の接合部にバルブスペース１２を設けることによって問題を解決した。この方式ではバルブスペース１２は歯先エレメント６を並べて駆動小歯車を合成する過程で自動的に作り出されるもので、また歯先エレメント６の幅を変えてその広さを自由に設定できるから、製作上便利である。以上の手段によって原理的にタイヤに駆動力を与えることができるが、このままでは実用的でない。タイヤの回転数が減速比で決まるモーターの等価回転数を越えると動力伝達系が過負荷になり不具合を生じるからである。この問題を避けるには、モーター側出力軸にオーバーランニングクラッチを入れてから駆動小歯車を駆動させれぱ良い。上述のケースになった時のみ駆動小歯車は空転し事故を防ぐことが出来る。本発明を自転車に適用する場合、駆動小歯車の搭載位置は進行方向に対して左右２種類の選択が可能である。当然この時駆動回転方向は反対になるから使用するオーバーランニングクラッチも通常の一方向型のものと異なり、ＣＷ及びＣＣＷ双方向で使用できる方が適用範囲が広いことになる。本発明では
【図８】に示す構造の双方向型オーバーランニングクラッチを開発したので、この動作について説明する。但し、オーバーランニングクラッチは原理的にどの様なタイプのものでも使用できるので、
【図８】に示すもののみが本発明を拘束するものではない。
【図８】は駆動小歯車２５を取り付けたボス１５の内部に組込んだ双方向型オーバーランニングクラッチ３２の底面図を示すものである。駆動軸１４はボス１５の中心部に設けた軸受内を自由に滑動できる。２２は駆動軸１４に植え込まれたピン状突起物であり、駆動軸１４と一体となって回転する。板状のＣＷカム１６、ＣＣＷカム１７はボス１５に植え込み固定されたＣＷピン１８及びＣＣＷピン１９とそれぞれ回り対偶を成している。ＣＷカム１６，ＣＣＷカム１７はＣＷバネ２０、ＣＣＷバネ２１によってそれぞれ駆動軸１４方向に常に引き付けるられている。今、図の如く方向設定軸２３で方向設定アーム２４がＣＣＷカム１７を押し上げている時、ＣＣＷカム１７は駆動ピン２２に接触できないから休止状態にある。一方、ＣＷカム１６は方向設定アーム２４に対し自由な位置にあり、ＣＷカム１６はＣＷバネ２０によって駆動軸１４の表面に押し付けられている。この状態の時、駆動軸１４が底面より見てＣＣＷ方向に回転すると、駆動ピン２２はＣＷカム１６に衝突しボス１５に固定されたＣＷピン１８のために回転が拘束されてしまう結果、ボス１５およびこれと一体化している駆動小歯車２５に駆動軸１４の回転力が伝達される。惰性走行等で駆動小歯車２５の回転数が駆動軸１４の回転数を越えると、今まで駆動ピン２２に接触して回転力を伝えていたＣＷカム１６は２２を離れ駆動ピン２２の回転を追い越しながら駆動軸１４の周囲に回転するようになる。一周追い越しの時点ではＣＷカム１６はＣＷバネ２０に抗して駆動ピン２２によって跳ね上げられるのみで動作に影響を与えない空転モードになる。このようにして駆動軸１４の回転数より駆動小歯車２５の回転数が僅かでも高いと動力の伝達が断たれるオーバーランニングクラッチ動作が得られる。一方、方向設定軸２３、方向設定アーム２４を反対方向に倒すと今度はＣＷカム１６が遊休し、ＣＣＷカム１７が動作するようになる。以上と全く同様の理由によりこの場合は底面より見てＣＷ方向にのみ動作するオーバーランニングクラッチが得られる。結論として上面の歯車側から見て、ここに設定された方向設定軸２３をＣＷカムが動作する側に回すとＣＷ方向のみに動力を伝達できるＣＷオーバーランニングクラッチに、またＣＣＷカム１７が動作する側に回すとＣＣＷ方向にのみ動力が伝達できるＣＣＷオーバーランニングクラッチに任意に切換え可能な双方向性オーバーランニングクラッチに構成することができる。これを本発明の小歯車駆動用に利用した。
【０００５】
【作用】
再言すれば、汎用自転車の駆動機構を改造できないならば、これを電動アシスト自転車に改造することは一般のユーザーには不可能である。技術も設備も持たないユーザーにとって自分の自転車で電動アシスト車に改造する手段は皆無だったと言っても過言でなかったのである。しかし本発明によってこの状況は一変した。前述の如く、一般ユーザーはホビーを楽しむようにして自分の愛車を電動アシスト車に改造できる手段を与えられたからである。これを実施するのに特別の技術設備は不要で、自転車本来の軽便性を失うことなく経済的にも有利である。このような利益が得られたのは汎用自転車の従来の駆動機構には全く手を加えずに新しい手法の駆動経路を別に設けたためである。本発明は自転車のみならず車椅子等スポークタイヤを有する車両或いは装置、機械類に原理的に適用可能である。
【０００６】
【実施例】
【図１０】は
【図９】の駆動ユニットを汎用自転車の後部左側に搭載し、受動ピン歯車と化したスポークタイヤ車輪を駆動することによって電動アシスト車に改造した実施例を示したものである。図面の繁雑化を避けるため、説明に不必要な箇所は省略した。ピン歯車化スリーブ１はφ１０Ｘ１５のものを使用し、Ｍ３止めネジでニップル部に固定した。駆動小歯車２５は
【図５】の歯先エレメント
の歯形に３ｔの薄板を加工し、これを３枚積層した。仕上がり外形は
【図６】の
通りで、最大直径はφ１００であった。ボスの大きさはφ６０Ｘ２８で
【図８】の双方向型オーバーランニングクラッチ３２を内装させた。この駆動回転方向はＣＣＷに設定した。モーター２７の定格は１２ＶＤＣ，５６５０ｒｐｍ、３００ｇ−ｃｍ、ギヤーボックス２６は減速比１／２５〜１／１５０の範囲でテスト走行により選択した。車体への取付は補助動力取付板２８を４０Ｘ３００Ｘ８ｔのパワーロッド２９にボルトで締着し、３０の当て板Ａ、３１の当て板Ｂで自転車のフレームに固定した。電源は１２Ｖの小型バッテリーを使用しモーターへの通電は自転車走行ハンドル上の押しボタンスイッチで行った。
【０００７】
【発明の効果】
実施例に示した電動アシスト車を組み立て試乗した結果、当初の予測通りの性能が得られた。本発明の主眼である受動ピン歯車への動力伝達は、オーバーランニングクラッチの動作と連携して円滑に行われ、殊に問題はなかった。改造された自転車の足踏み伝導機構、ギヤー変速機は当然ながらこれと無関係に従来通り正常に作動し、自転車本来の軽快性、利便性は何等損われることはなかった。これは新規に搭載した駆動機構が軽量かつ小容積であることを意味するものである。ここで電動アシスト車として期待されたことは、スピードは遅くても良いが、ペダルを踏みながら確実に坂道を登れる登坂力であった。この場合、スピードが遅い設定であるので変速比の大きいギヤーボックスを使用できる。モーターの操作は押しボタンの間欠作動で、必要なアシスト力が欲しい時のみ行い、満足すべき結果が得られた。このケースのように変速比が大きい時、特筆すべき効果は、運転者が両足を地面につけた状態で停車中、押しボタンスイッチを押したのみで発進できたことである。惰性がつき、安定した時点でペダルを踏めば良い。従来の自転車では到底不可能な事で、スタート時の不安低姿勢による転倒事故防止の点で有効である。反面、電動自転車の如く、常時電動駆動力を得たい場合は変速比の少ないギヤーボックスを使用し、押しボタンスイッチをトグルスイッチに変え、大きなバッテリーを使用すれば良い。電動アシスト動作に要求される性能はこのような用途、目的の外、道路状態、運転者の体力等に左右されて複雑である。最適なものを得ようとすれば、モーター、ギヤーボックス等の選択を充分に行う必要がある。本発明は新規駆動方式の開発に関するものであるから、どのような原動機を用いても従来と別経路であって、駆動と何の制約も受けない特徴がある。従って、部品さえ市場に供給されていれば、マニアならずとも一般ユーザー自身で最適部品を選択し、組立、交換することが可能であるため、更なる性能向上を期待できる特長を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ニップル部に被せてこれをピン歯車とするためのスリーブ１の斜視図。
【図２】ピン歯車化スリーブ１のスポーク部２への挿入法を示す斜視図。
【図３】ピン歯車化スリーブ１のニップル部への取付法を示す斜視図。
【図４】ピン歯車化されたスポークタイヤ車輪の平面図。
【図５】駆動小歯車の最小単位歯形を示す平面図。
【図６】駆動小歯車の全形を示す平面図と正面図。
【図７】受動ピン歯車と駆動小歯車の噛み合いを示す平面図。
【図８】双方向型オーバーランニングクラッチの動作を示す平面図。
【図９】駆動ユニットの斜視図。
【図１０】
【実施例】の電動アシスト自転車の部分正面図。
【符号の説明】
１　ピン歯車化スリーブ
２　スポーク
３　ニップル
４　リム
５　タイヤ
６　歯先エレメント
７　歯先
８　ボルト孔Ａ
９　ボルト孔Ｂ
１０　ボルトＡ
１１　ボルトＢ
１２　バルブスペース
１３　空気バルブ
１４　駆動軸
１５　ボス
１６　ＣＷカム
１７　ＣＣＷカム
１８　ＣＷピン
１９　ＣＣＷピン
２０　ＣＷバネ
２１　ＣＣＷバネ
２２　駆動ピン
２３　方向設定軸
２４　方向設定アーム
２５　駆動歯車
２６　ギヤーボックス
２７　モーター
２８　補助動力取付板
２９　パワーロッド
３０　当て板Ａ
３１　当て板Ｂ
３２　オーバーランニングクラッチ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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