(57)【要約】自転車の前進走行力を、回復力のある弾性体に蓄積し、必要に応じて推進補助力として伝えることの出来る自転車推進補助装置を提供する。【課題】【解決手段】  自転車のタイヤの回転もしくはペダル軸の回転体と、一方を自転車フレームに固定し、他端を回転するケーシング枠に固定し、その開放力を自転車の前進方向に発生するように巻かれた渦巻きばねと、ケーシングの枠と開放力を外部に伝達する回転体との間に設け、開放力を伝えるときケーシング枠と開放力を外部に伝達する回転体とは相対回転せず、両者が相対的に回転する一方向回転機構と、外部に伝達する回転体の回転を逆方向に変換した回転を自転車の駆動輪に伝える機構と、タイヤもしくはペダル軸の回転により回転駆動される回転体とケーシングとの間に回転力を伝達、解除するクラッチより構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体を利用した駆動力により、自転車の駆動輪を駆動する自転車推進補助装置において、
自転車の駆動輪の回転もしくはペダル軸の回転により回動される回転体と、一方を自転車フレームに固定され他端を回転するケーシング枠に固定され、その開放力を自転車の前進方向に発生するように巻かれた弾性体により駆動力を蓄積する手段と、
前記ケーシングの枠と前記開放力を外部に伝達する回転体との間に設けられ、前記開放力を伝えるときは前記ケーシング枠と前記開放力を外部に伝達する回転体とは相対回転せず、他のときは両者が相対的に回転する一方向回転を行う手段と、
前記外部に伝達する回転体の回転を逆方向に変換した回転を自転車の駆動輪に伝達する手段と、
前記タイヤもしくはペダル軸の回転により回転駆動される回転体と前記ケーシングとの間に回転力を伝達、解除する制御手段と、
を具備することを特徴とする自転車推進補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前進のエネルギーを回復力のある弾性体に蓄積し、必要に応じてその弾性エネルギーを推進補助力として自転車に伝えることの出来る自転車推進補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車推進補助装置は、特許文献１や特許文献２に代表されるような、自転車の推進補助を行う技術が多くが提案されているが、そのほとんどが機構的な補助推進装置ではなく、電動式でモータを制御するか、内燃機関を利用した装置であった。
また、従来の自転車は、電動ないし内燃機関駆動装置を備えるものを除き、人の動力のみによって駆動される。そのため自転車は、初動時やきわめて速度の遅い状態から再度こぎ始める時などでは駆動力に限界があるため不安定で、時には危険である。また、登りの坂道などでは補助的な力が欲しいときがあった。
【特許文献１】特開2002-302088
【特許文献２】特開2001-114183
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記のような、自転車の操作において電動式、内燃機関を利用した方式は、充電、燃料の供給が必要であり、これらの装備を行うと重量が増えるなどの問題があった。
本発明は、前進のエネルギーを回復力のある弾性体に蓄積することで、必要に応じてその弾性エネルギーを推進補助力として自転車に伝えることの出来る機構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】
【０００４】
本発明の1つの特徴として、弾性体を利用した駆動力により、自転車の駆動輪を駆動する自転車推進補助装置において、自転車の駆動輪の回転もしくはペダル軸の回転により回動される回転体と、一方を自転車フレームに固定され他端を回転するケーシング枠に固定され、その開放力を自転車の前進方向に発生するように巻かれた弾性体により駆動力を蓄積する手段と、上記ケーシングの枠と上記開放力を外部に伝達する回転体との間に設けられ、上記開放力を伝えるときは上記ケーシング枠と上記開放力を外部に伝達する回転体とは相対回転せず、他のときは両者が相対的に回転する一方向回転を行う手段と、上記外部に伝達する回転体の回転を逆方向に変換した回転を自転車の駆動輪に伝達する手段と、上記タイヤもしくはペダル軸の回転により回転駆動される回転体と上記ケーシングとの間に回転力を伝達、解除する制御手段を特徴とする。
【０００５】
また、他の特徴として、自転車のタイヤの回転もしくはペダル軸の回転により回動される回転体と、一方を自転車フレームに固定され他端を回転するケーシング枠に固定され、その開放力を自転車の前進方向に発生するように巻かれた渦巻きばねと、上記ケーシングの枠と上記開放力を外部に伝達する回転体との間に設けられ、上記開放力を伝えるときは上記ケーシング枠と上記開放力を外部に伝達する回転体とは相対回転せず、他のときは両者が相対的に回転する一方向回転機構と、上記外部に伝達する回転体の回転を逆方向に変換した回転を自転車の駆動輪に伝える機構と、上記タイヤもしくはペダル軸の回転により回転駆動される回転体と上記ケーシングとの間に回転力を伝達、解除するクラッチによることを特徴とする。
【０００６】
また、他の特徴として、移動体の推進力として、回転により回動される回転体と、その開放力を移動体の前進方向に発生するように設置した上記弾性体に駆動力を蓄積し、前記蓄積した駆動力を開放して外部に伝達する手段と、前記蓄積した駆動力を伝達、解除する制御手段を具備することを特徴とする。
【０００７】
上記のように構成することで、必要に応じてその弾性エネルギーを推進補助力として移動体に伝えることができる。
【発明の効果】
【０００８】
走行中クラッチを作動させ、自転車の前進力を一旦弾性体に蓄積せしめた後、クラッチを切ることでその蓄積された力を再び自転車の推進補助力として利用することが出来る。
例えば、走行中横断歩道で一旦停車するより前に、クラッチを作動させばね力を蓄積しておき、スタート時にクラッチを解除させて直ちに安定した走行を行う事が出来る。
【０００９】
また、走行中極端に遅い走行を余儀なくさせられ、その後スムースに安定した走行に戻りたいときにも利用できる。また、坂を下りながら補助力を蓄え、上りにかかったところで推進補助力を利用することもできる。
また、老人や子供が自転車に乗るときは、特に脚力が弱いために、初動時の走行が不安定で危険であるが、この発明により、より安全に自転車の走行を楽しむことが出来るようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（実施例１）
図１は本発明の自転車推進補助装置の断面図で、自転車推進補助装置１ａ、１ｂは自転車のフレームの一部である。１ａ、１ｂに軸２が固定され、その周りをスプライン軸３およびそれと一体化したスプロケット４が回転できる。スプロケット４は自転車のタイヤ軸（図示しない）から回転力を伝えられる。
【００１１】
本発明では、すべて図１の右側面からみた回転方向を指すこととし、スプロケット４は左回転を自転車の前進方向とする。スプライン軸３にはスプライン歯３ａが切ってあり、クラッチ板５（制御手段）が軸方向に可動なようにスプライン歯５ａと噛合っている。クラッチ板５の外周側面には、図２に示すように鋸歯状歯５ｂが設けられている。
【００１２】
ケーシング６は渦巻きばね７を収める部材で、図３のように渦巻きばね７の一端７ａはケーシングの内輪６ａに固定され、他端７ｂは自転車のフレームに固着されたアーム８に固定される。
この例では、ケーシング６が左回転すると渦巻きばね７が内輪側に巻きこまれ、開放されたとき右回転の戻り力を生ずるものとする。
【００１３】
スプライン軸３の反対側で、軸２の周囲を歯車軸９が回転できるようになっており、歯車軸９の外周には一方向軸受け１０が配され、一方向軸受け１０の外周にケーシング６が嵌着されている。ここで、一方向軸受け１０の作用方向としては、相対的に外輪が左方向、内輪が右方向のときのみ相対的な回転が可能であり、その他の場合は内外輪がロックされるものとする。
【００１４】
ケーシング６のクラッチ側側面には、回転軸２０の周りに回動可能なコマ２１を、１個または複数個配し、クラッチ作動時にクラッチ板５の鋸歯状歯５ｂとコマ２１の一部２１ａが噛合うようにする。
コマ２１は被駆動力が必要以上に大きくなったときにその力を逃がすため、ばね２２でケーシング６の側面に設けられたピン２３に引っ張られている。ピン２４は、ばね２２の引っ張り方向に設けられたコマ２１のストッパーである。
【００１５】
ケーシング６とクラッチ板５とは普段はお互いに回転が伝わらないよう、お互いの側面を押す波状ばねリング１１で離間されている。また、必要なときにお互いの離間力に攻してクラッチを噛合わせる為に、自転車フレームに固着した部材１２に回動可能に支持されたクラッチ作動レバー１３をクラッチ板５の右側面から左方向に押し付けるべく、例えば、レバー１３の他端１３ａをワイヤ１４で引っ張ることが出来るようにしておく。レバー１３はクラッチ板５を正しく軸方向に送るため、図１の軸２の軸線上で紙面に直角方向にクラッチ板との接線を持つように折れ曲がっている。
【００１６】
図４はレバー１３の形状とクラッチ板５の外縁およびクラッチ板のスプライン部外縁５ｃとの関係を描いたものである。
歯車軸９には歯車９ａが設けられ、自転車フレーム１ｂの一部に設けられた軸受け１ｃに嵌合し回転する別の歯車３１と噛合っている。歯車３１の他端にはスプロケット３２が設けられ、自転車の車軸に固着されたスプロケット３２でチェーン凍結されている。
【００１７】
以上の構造をもとに作用を説明する。スプロケット４およびスプライン軸３は、自転車の前進中は常時左回転を伝えられている。また、他方のスプロケット３２もまた自転車の前進中は常時左回転を与えられているが、歯車の歯３１ａと歯車９ａの噛合いによって逆回転し、歯車軸９は常に右回転している。
【００１８】
その時、ケーシング６は歯車軸９に対し相対的な左回転をしていることになるので、一方向軸受け１０の効果により積極的な回転はしない。
ここで、補助駆動力を蓄積すべくワイヤ１４を図の下方に引くと、レバー１３の作用によりクラッチ板５が、波状板ばね１１の力に抗して、スプライン溝３ａに沿って左方に移動し、クラッチ板５の外縁に設けられた鋸歯状歯５ｂがケーシング上に設けられたコマ２１の受け部２１ａと噛合い、ケーシング６が左回転を始める。この状態でも一方向軸受け１０は回転を許容する方向なので、歯車軸９の回転を邪魔することはない。ケーシング６が左回転することにより、渦まきばね７は中心方向に巻き込まれていき、徐々にケーシング左回転させるに必要な力量が強くなっていく。
【００１９】
そのままではついにはそれ以上巻き込み不能の状態となるが、その直前にコマ２１に設けられたばね２２がある設定された力量を越え、コマ２１が軸２０の周りに右回転しついには噛合いが離れてしまう。以後、その動作が繰り返され、クラッチ板５が左方に押し付けられていても、ケーシング６がもはや左回転を続けることが出来なくなる。  その状態で渦巻きばね７は最大の力量を蓄積できたことになる。
【００２０】
ここで、ワイヤ１４を引く力を解除すれば、レバー１３は波状板ばね１１の力によって右方向に移動し、同時にクラッチ板５の鋸歯状歯５ｂとコマ受け部２１ａとの噛合いが外れる。
そして、ケーシング６が渦まきばね７の戻り力によって右方向に回転し、その力は一方向軸受け１０の内輪外輪のロック作用によって歯車軸９を右回転させる。その回転力は歯車３１によって左回転に転換され、スプロケット３２を自転車の前進推進方向に回転させる。前述したように、自転車の前進中、スプロケット３２は自転車の走行速度に応じた回転速度で回転をしているが、スプロケット３２の走行中の回転速度よりも渦巻きばね７の戻り速度によってスプロケット３２を回転させる速度のほうが圧倒的に速いため、渦巻きばね７の戻り力は自転車の前進を補助する力となる。
【００２１】
ワイヤ１４は、上記説明では、クラッチ専用に作動部材を持つ構成として説明した。  このときは、いつでも自由にばね力の蓄積、解除を行う事が出来る。
別の構成として、ブレーキワイヤと連動させることができる。すなわち、ブレーキをかけるとほぼ同時にクラッチを作動させ、渦巻きばねを巻き上げ、ブレーキ解除とほぼ同時にクラッチを切り、ばねを開放させる。
【００２２】
この場合は、ブレーキをかける時間が長ければ渦巻きばねの最大蓄積力まで巻き上げることが出来、こまめにブレーキをかけたときはその都度、巻き上げた分の復元力を利用できる。
（実施例２）
図１ではクラッチ機構と過負荷防止機構として純粋なメカニズムを例にして述べたが、図５のように、クラッチ作用と過負荷防止作用を２枚の摩擦版で構成することが出来る。
【００２３】
すなわち、摩擦板４１をクラッチ板５の側面に、摩擦板４２をケーシング６の相対する側面に配する。このとき、クラッチを作用させたときの摩擦版同士の摩擦力を、渦巻きばねを充分に巻きこむことが出来る力を伝えられ、かつ、渦巻きばねが最大巻きこみ終える直前の力で摩擦版同士がスリップする力に設定すれば良い。
【００２４】
補助力の蓄積を、補助力の活用時よりもずっと以前に行う場合、上記の例では、過負荷防止装置が長い間作動し、その間自転車をこぐ力が増していることになる。そこで、一旦最大蓄積力に達したと思われたところで、その戻り力を保ったままクラッチを切ることが望ましい。
【００２５】
例えば図６のようにケーシング６の外周に図示のような鋸歯状歯６ｂを設け、自転車フレームと一体化された部材５０上に、それと噛合ってケーシングの戻り回転を規制する係止部材５１を、ピン５２の周りに回動可能に嵌合し、いわゆるラチェット機構を構成する。ばねの巻上げが充分行われたと思われたら、クラッチを切ってそれ以上の巻き上げ作用を終了させる。戻り力はラチェットの係止によって留保されている。そうすれば、以後は自転車の前進力を防げることがないので、自転車をこぐ力は通常の状態になる。
【００２６】
しかる後、推進補助力が必要とされる場面で、係止部材５１の他端に係留された補助力作動ワイヤ５５を引くとケーシング６が右方向回転を許されて戻り力が開放され、補助力が車輪に伝えられる。
補助力の活用がそれ以上必要ないときは、補助力作動ワイヤ５５を戻すと、ばね５３の力で再び係止部材５１が鋸歯状歯６ｂと噛合って補助力は停止し、残りの補助力は再び留保される。５４は係止部材５１の角の回転を止めるストッパーである。
【００２７】
なお、以上の例は自転車の前進する運動、すなわち自転車のタイヤ軸から渦巻きばねの巻上げ力を得る例を示したが、自転車のタイヤ軸ではなく、ペダルの回転から巻上げ力を得ても良い。その場合は、ペダルをこがない時は巻上げ力を得ることが出来ないので、例えば下りの坂道などでは、渦巻きばねを巻き上げるためにペダルをわざわざこがなくてはならない。しかし、平地が多いところでは実用性がある。
【００２８】
なお、自転車をバックさせたときに、本機構との矛盾をすべて避けるためには、スプロケット４側には自転車タイヤ側スプロケットに、３２側にはスプロケット３２または歯車３１の近傍に逆転時に空転するラチェットを装備すれば良い。
以上の例はすべて機械的構成のみで説明したが、例えば、クラッチ機構、図６のラチェットの作動機構などに、電磁機構を利用することも可能である。
【００２９】
また、自転車推進補助装置は、自転車に限定されるものではなく、移動体を駆動する場合の推進補助として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】自転車推進補助装置の断面図
【図２】図１のＡ−Ａの断面図（鋸歯状歯）
【図３】図１のＣ−Ｃの断面図（渦巻きばね）、但し中央略
【図４】図１のＢ−Ｂの断面図（レバー１３の形状とクラッチ板５の外縁およびクラッチ板のスプライン部外縁５ｃとの関係）、但し中央略
【図５】ラッチ作用と過負荷防止作用を２枚の摩擦版で構成を示す図（歯車軸３２略）
【図６】ケーシング６の外周の鋸歯状歯６ｂを設け、自転車フレームと一体化された部材５０上に、それと噛合ってケーシングの戻り回転を規制する係止部材５１を、ピン５２の周りに回動可能に嵌合したラチェット機構の構成を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１ａ、１ｂ  自転車のフレームの一部
１ｃ  軸受け
２  軸
３  スプライン軸
３ａ  スプライン歯
４  スプロケット
５  クラッチ板
５ａ  スプライン歯
５ｂ  鋸歯状歯
５ｃ  クラッチ板のスプライン部外縁
６  ケーシング
６ａ  ケーシングの内輪
６ｂ  鋸歯状歯
７  渦巻きばね
７ａ  渦巻きばね７の一端
７ｂ  渦巻きばね７の他端
８  自転車のフレームに固着されたアーム
９  歯車軸
９ａ  歯車
１０  一方向軸受け
１１  波状ばねリング
１２  自転車フレームに固着した部材
１３  レバー
１３ａ  クラッチ作動レバー一端
１４  ワイヤ
２０  回転軸
２１  コマ
２１ａ
２２  ばね
２３  ピン
２４  ピン
３１  歯車
３１ａ  歯車の歯
３２  スプロケット
４１  摩擦板
４２  摩擦板
５０  自転車フレームと一体化された部材
５１  係止部材
５２  ピン
５３  ばね
５４  係止部材５１の角の回転を止めるストッパー
５５  補助力作動ワイヤ
【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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